高固载量下玉米秸秆可循环碱预处理策略：实现高效水解、原位解毒与发酵的水资源节约型生物精炼新范式

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Recyclable Alkaline Pretreatment of Corn Stover under High-Solid Conditions: Improved Hydrolysis, Detoxification and Fermentation with Reduced Water Use

本文提出了一种将高固载量（66.7 wt%）与碱黑液（ABL）循环利用相结合的新型预处理策略，在室温条件下有效提升了玉米秸秆（CS）的纤维素酶解效率（从20.32%提升至70.9%）和生物乙醇产量（20.19 g/L），同时减少41%的耗水量。该研究为木质纤维素生物精炼提供了资源节约、经济可行的技术路径。

　　

材料与化学品

玉米秸秆（CS）采集自中国河南省鹤壁市农田。经清洗、风干后，使用粉碎机粉碎至40目，于105°C烘干后密封保存。氢氧化钠、葡萄糖和木糖由上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供。Cellic?CTec2纤维素混合酶（滤纸酶活为352 FPU/mL）由西格玛奥德里奇（上海）贸易有限公司提供。酵母提取物和胰蛋白胨由北京奥博星生物技术有限责任公司提供。

碱预处理优化

为评估室温下NaOH预处理效果，研究了NaOH用量（0.05-0.15 g/g CS）和反应时间（0.5-24 h）对组分（表S1）和酶解率（图1）的影响。

有研究指出提高碱浓度会产生更多碱性废水，释放更多Na⁺并对环境造成压力。因此，在24小时预处理条件下进行优化实验时...

结论

本研究探讨了高固载量下玉米秸秆（CS）的碱预处理工艺。该方法可有效去除木质素（去除率56.15%），使纤维素酶解率提升至65.88%。利用碱黑液（ABL）进行原位解毒和循环预处理时发现，循环过程仍具有二次预处理效果，第四次循环（Rec-4）时酶解率进一步提高至70.9%。经同步糖化发酵（SHF）后，Rec-4组的乙醇浓度达20.19 g/L。此外，该循环工艺显著降低了水耗和废水排放，为木质纤维素生物精炼提供了可持续解决方案。