基于琥珀酸预处理的玉米芯生物精炼：同步生产低聚木糖(XOS)与高强生物质颗粒燃料的创新策略

本文提出一种绿色生物精炼策略：采用琥珀酸（SA）水热预处理玉米芯（CC），同步生产高附加值低聚木糖（XOS，聚合度2–5）和高性能生物质颗粒燃料。该工艺在温和条件（150°C，0.3 M SA）下实现半纤维素高效转化（XOS产率52.86%），残留固体中纤维素与木质素含量显著提升，有效增强颗粒密度（+11.99%）、机械强度（+155.78%）和热值（HHV，+16.43%），为木质纤维素资源全组分高值化利用提供新途径。

　　

Highlights

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  琥珀酸（SA）预处理同步生产低聚木糖（XOS）和生物质颗粒
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  最优条件（150°C，0.3 M SA，40分钟）下XOS产率达52.86%（DP 2–5）
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  预处理残渣中纤维素和木质素含量分别提升27.6%和25.5%
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  木质素作为天然粘结剂，通过范德华力增强颗粒机械强度
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  颗粒密度提高11.99%，抗压强度跃升155.78%，HHV增长16.43%

Materials（材料）

玉米芯（CC）由江苏宿瑞农产品深加工有限公司提供。经粉碎（40目）的CC干燥后置于干燥器备用。琥珀酸（SA）购自于羽夜生物科技有限公司。木糖、XOS、葡萄糖、5-羟甲基糠醛（5-HMF）、糠醛（FF）、纤维素酶（Cellic? Ctec2, 140 FPU/mL）及其他试剂分别采购自Sigma-Aldrich（美国）和诺维信（丹麦）。

SA hydrolysis for XOS production（SA水解制备XOS）

干燥CC与SA溶液在耐高压反应釜中进行水热反应。

The effect of different SA concentrations on XOS production（不同SA浓度对XOS产率的影响）

通过单因素实验确定SA处理CC的最佳反应浓度、温度与时间。既往研究通常采用130–180°C的温度区间进行有机酸预处理制备XOS。如图1(a)所示，在150°C条件下，当SA浓度从0 M升至0.1 M时，XOS产率显著提高……

Conclusion（结论）

本研究通过SA预处理CC实现了高品质生物质颗粒与XOS的联产。在150°C、40分钟、0.3 M SA条件下，XOS产率达52.86%，对应半纤维素分离率75%。进一步通过残渣化学成分与木质素结构对比分析发现，SA预处理后残渣中含47.2%葡萄糖聚糖和23.6%木质素，且纤维素结晶度提高……