编辑推荐：
为解决木质纤维素复杂结构阻碍纤维素转化为糖的问题，研究人员开展深共晶溶剂（DES）预处理玉米秸秆和玉米芯的研究。发现 ChCl/EG 和 BH/EG 预处理可提高糖产率，最佳条件下分别达 60.06%、58.33% 等，SEM 显示生物质微纳结构改变，为生物质利用提供新途径。
在可持续发展与绿色化学的浪潮中，生物质能源的开发利用成为全球关注的焦点。木质纤维素作为地球上最丰富的可再生生物质资源之一，蕴含着大量可转化为生物燃料和化学品的多糖（如纤维素和半纤维素）及芳香化合物。然而，其内部由纤维素、半纤维素和木质素通过复杂化学键交织形成的 “木质纤维素屏障”，极大地阻碍了纤维素酶与纤维素的有效接触，导致酶解糖化效率低下，这成为制约木质纤维素高效转化为燃料乙醇等生物基产品的关键瓶颈。如何突破这一屏障，提高酶解糖化效率，成为学术界和工业界亟待解决的重要科学问题。
为了攻克木质纤维素转化的难题，来自中国的研究人员开展了深共晶溶剂（Deep Eutectic Solvents，DES）预处理玉米秸秆和玉米芯以强化酶解糖化的研究。该研究成果发表在《Carbohydrate Research》，旨在探索 DES 预处理对木质纤维素结构的影响及其提升酶解效率的机制，为生物质资源的高效利用开辟新路径。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：以玉米秸秆和玉米芯为原料，将其干燥、粉碎并过筛至特定粒径后备用；使用由氢键受体（如氯化胆碱 ChCl、盐酸甜菜碱 BH）和氢键供体（乙二醇 EG）组成的 DES 体系，在不同温度（80-100°C）和时间（1-7h）条件下对原料进行预处理；通过酶解实验测定糖产率，利用范 Soest 法分析原料的主要成分，借助 X 射线衍射（XRD）技术分析预处理前后生物质的晶体结构变化，运用扫描电子显微镜（SEM）观察其微纳结构形貌。
预处理温度和时间对玉米秸秆糖产率的影响
研究人员在 ChCl/EG（1:2）体系中，对玉米秸秆进行 80-100°C、1-7h 的预处理。结果表明，随着时间延长，糖产率先升高后降低。当温度为 80°C、时间为 5h 时，酶解糖产率达到最高的 60.06%，显示出该条件为 ChCl/EG 预处理玉米秸秆的最佳工艺参数。
不同 DES 体系对玉米秸秆和玉米芯酶解糖化的影响
对比 ChCl/EG 和 BH/EG 两种 DES 体系发现，两者均能显著提高玉米秸秆和玉米芯的酶解糖产率。在最佳条件下，ChCl/EG 预处理玉米秸秆和玉米芯的糖产率分别为 60.06% 和 58.33%，而 BH/EG 预处理的糖产率更高，分别达到 76.8% 和 67.03%。与对照样品相比，ChCl/EG 预处理使玉米秸秆和玉米芯的糖化率分别提升 42.36%、40.63%，BH/EG 则提升 59.1%、49.33%，表明 BH/EG 体系在预处理中表现出更强的效果。
预处理对木质纤维素结构的影响
XRD 分析显示，经 DES 预处理后，玉米秸秆和玉米芯的晶体 lattice 结构未发生显著改变，说明 DES 主要作用于非晶态的木质素和半纤维素，而非破坏纤维素的晶体结构。SEM 观察则清晰显示，预处理后木质纤维素的微纳结构发生了明显变化，原本致密的结构变得疏松多孔，极大地增加了酶与底物的接触面积，这是酶解效率提升的重要原因。
研究结论表明，ChCl/EG 和 BH/EG 两种 DES 预处理均能有效提高玉米秸秆和玉米芯的酶解糖化效率，其中 BH/EG 作为一种新型的以盐酸甜菜碱为氢键受体的 DES 体系表现出优异的性能。最佳预处理条件下，糖产率显著提升，且预处理主要通过去除木质素、破坏生物质微纳结构而非改变纤维素晶体结构来实现酶解效率的优化。该研究不仅拓展了 DES 在木质纤维素预处理中的应用范围，尤其是 BH/EG 体系的引入为 DES 的设计提供了新方向，而且为生物质资源的高效转化提供了绿色、可持续的技术路径，对推动第二代生物燃料的发展和实现 “双碳” 目标具有重要的科学意义和实际应用价值。研究结果为木质纤维素的工业化利用奠定了理论基础，有望在生物炼制领域掀起新的技术变革。
