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为解决干旱条件下柳枝稷水解物抑制微生物转化为生物燃料的问题，研究人员探究 SAA 预处理和 pH 调节对发酵的影响。结果表明二者可显著提升发酵和生物燃料产量，这为从抑制性原料生产生物燃料提供新途径。
在应对气候变化、减少温室气体排放的大背景下，寻找可持续的能源替代品成为全球科研的焦点。木质纤维素衍生的生物燃料，尤其是以柳枝稷（switchgrass）为原料生产的生物燃料，因柳枝稷能在不适宜粮食种植的土地生长、能源产出比高，成为备受瞩目的 “潜力股”。然而，现实却给这一前景蒙上了阴影。当柳枝稷生长在干旱环境中时，其体内会产生大量抑制微生物发酵转化为生物燃料的化合物。就像 2012 年美国中西部遭遇严重干旱，威斯康星州种植的柳枝稷经氨纤维膨胀（Ammonia Fiber Expansion，AFEX）预处理和酶解后，对酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）的发酵产生了强烈抑制，导致生物燃料产量大幅下降。这一现象严重阻碍了柳枝稷生物燃料的产业化进程，如何突破这些 “障碍”，成为科研人员亟待解决的难题。
在这样的背景下，来自国外研究机构的研究人员决心攻克这一难题。他们开展了一项旨在探索缓解干旱柳枝稷水解物对微生物发酵抑制作用的研究，通过对比不同预处理方法和水解物 pH 值对发酵的影响，寻找提高生物燃料产量的有效途径。研究结果令人振奋，他们发现通过调节水解物的 pH 值，能显著提高生物燃料的生产速率。同时，采用浸泡在氨水溶液（Soaking in Aqueous Ammonia，SAA）预处理的方法，相较于 AFEX 预处理，不仅能提升发酵速率，还能增加生物燃料的滴度。这一研究成果为从抑制性原料中高效生产生物燃料提供了新的策略，对推动生物燃料产业的可持续发展意义重大，该研究成果发表在《Bioresource Technology》杂志上。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，采集不同年份（2010 年、2012 年、2016 年）在威斯康星州阿灵顿研究站生长的柳枝稷作为实验样本；接着，分别采用 AFEX 和 SAA 两种预处理方法对柳枝稷进行处理，将其转化为水解物；然后，将水解物的 pH 值调整为 5.0 和 5.8 两个不同水平；最后，利用酿酒酵母和运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）对不同处理的水解物进行发酵实验，监测发酵过程和生物燃料产量。
下面来详细看看研究结果：
- 不同预处理方法对水解物的影响：研究人员对比了 AFEX 和 SAA 两种预处理方法。发现 SAA 预处理可有效解构柳枝稷，且与 AFEX 预处理相比，二者产生的葡萄糖和木糖产量相近，但水解物的分子组成存在差异。这表明不同预处理方法虽能获得相似的糖类产量，但水解物内部成分有所不同，而这种差异可能对后续发酵产生影响。
- pH 值对发酵的影响：实验结果显示，无论是采用哪种预处理方法得到的水解物，也无论是哪个年份的柳枝稷原料，在 pH 5.8 条件下，酿酒酵母和运动发酵单胞菌的发酵速率以及生物燃料产量均高于 pH 5.0 时的情况。这直接证明了提高水解物 pH 值对微生物发酵和生物燃料生产具有积极作用。
- 合成模拟水解物实验：研究人员开发了柳枝稷水解物的合成模拟物，通过实验发现，当 pH 值高于 5.0 时，木质纤维素衍生抑制剂对发酵的抑制作用减弱，这进一步解释了 pH 值升高能增加生物燃料产量的原因。
研究结论和讨论部分指出，通过调整水解物的组成，尤其是采用 SAA 预处理和 pH 调节的方法，可以显著改善工业微生物对抑制性原料的发酵效果，提高生物燃料产量。这一成果为开发可持续、经济的木质纤维素衍生生物燃料生产方法提供了重要依据。考虑到气候变化导致极端天气事件（如干旱）愈发频繁，干旱对柳枝稷等生物燃料作物的组成影响不可忽视，该研究成果为应对这些挑战提供了切实可行的解决方案。同时，也为后续深入研究木质纤维素水解物中抑制性化合物的作用机制，以及优化生物燃料生产工艺奠定了坚实基础，有望推动生物燃料产业朝着更加高效、环保的方向发展。
