灌木柳木质纤维素生物质无化学预处理及无脱毒共发酵生产生物乙醇的工艺优化研究

《Bioresource Technology Reports》：Bioethanol production from shrub willow ( Salix spp.) using a low severity pretreatment and detoxification-free fermentation by engineered Saccharomyces cerevisiae

本文推荐一种基于灌木柳（Salix spp.）的无化学预处理（热水预处理+盘磨精炼）与无脱毒共发酵新工艺，利用工程化酿酒酵母（S. cerevisiae）SR8菌株同步转化葡萄糖（C6）和木糖（C5），在180?°C预处理条件下乙醇浓度达26.9?g/L，纤维素转化率高达95.6?%，为木质纤维素生物燃料（bioethanol）的绿色规模化生产提供技术支撑。

　　

亮点

预处理对生物质组成的影响

原料柳木与预处理后生物质的化学组成（包括提取物、纤维素、半纤维素、酸溶性木质素和酸不溶性木质素）如表1所示。提取物含量包含水溶性和乙醇溶性化合物。原始柳木含有13.6?%的提取物、33.6?%的纤维素、20.6?%的半纤维素以及25.8?%的木质素。由于细胞壁特性的差异，柳木生物质的组成存在较高的遗传变异（Serapiglia等学者曾详细报道）。热水预处理显著改变了生物质的化学组成。随着预处理温度从140?°C升至200?°C，提取物含量从13.6?%降至2.1?%，这主要是由于高温下水溶性组分的溶解。纤维素含量从33.6?%增至45.8?%，而半纤维素含量从20.6?%降至2.3?%，表明高温下水解作用增强。木质素含量从25.8?%增至42.6?%，这可能是由于碳水化合物组分的降解导致相对含量上升。这些趋势与先前对柳木及其他木质纤维素生物质的研究结果一致（Jia等，2024；Serapiglia等，2015）。

结论

本研究旨在通过无化学两步预处理策略（热水预处理结合盘磨精炼）及利用能共发酵C₅和C₆糖的工程化酿酒酵母菌株，提高柳木生物质的乙醇产量。系统评估了预处理温度对糖释放、抑制剂形成及发酵性能的影响。最佳效果在180?°C下获得，最大乙醇浓度达26.9?g/L，木糖转化率超过50?%。高温（200?°C）预处理则因抑制剂积累完全抑制发酵。该工艺无需脱毒步骤，为柳木生物质生物乙醇的规模化生产提供了可行路径。