绿色技术利用玉米秸秆生产高价值生物衍生物并节省成本

具有抗氧化、抗菌和抗炎特性的糖、有机酸和酚类化合物的优化提取仅使用水，使其在生物燃料、制药和食品工业中具有广阔的应用前景。

　　

在《生物燃料研究杂志》 上 发表的一项研究中 ，巴西坎皮纳斯州立大学（UNICAMP）和巴拉那联邦理工大学（UTFPR）的研究人员评估了使用玉米秸秆以及使用纯水作为提取生物衍生物的唯一溶剂的技术的效率和环境影响。 

玉米秸秆是一种经常被丢弃的丰富农业副产品，富含木质纤维素化合物，例如半纤维素、纤维素和木质素。这项由 拉斐尔·加布里埃尔·达·罗萨博士开展的研究，科学家团队从这些废弃物中提取了具有抗氧化、抗炎和抗菌特性的糖、有机酸和酚类化合物，并优化了工艺参数，采用“亚临界水”（在高温高压下以防止沸腾）水解（将大分子分解成小分子）代替酸水解。这一突破性进展有望应用于食品、制药和生物燃料行业。

每种副产品的产生取决于温度和 PH 值的变化，遵循从酚类化合物开始、经过糖类、最后到有机酸的分解顺序。

结果表明，亚临界水解法可获得含量显著的酚类化合物，其含量范围为每克16.06毫克至76.82毫克没食子酸当量（没食子酸是酚类化合物的定量标准）。而酸性水解法每克可获得含量为每克12.76毫克没食子酸当量的酚类化合物。

就糖类（葡萄糖、木糖和纤维二糖）而言，在pH值为1、170°C的条件下，每克玉米秸秆水解最多30分钟，可获得448.54毫克糖。而传统水解方法每克玉米秸秆水解所得糖类不超过74.5毫克。因此，产量提高了六倍，同时降低了时间和能源成本。

最后，就有机酸（乙酸和甲酸）而言，在226°C、pH值为4.5的条件下，每克水解玉米秸秆可获得1157.19毫克有机酸。“这种有机酸的提取方法为生产用于生物降解塑料、溶剂和天然防腐剂的可再生化学前体提供了一个切实的机会，”  Rosa的导师、本文合著者、坎普大学食品工程学院（FEA）教授Tania Forster-Carneiro说道。

可持续方法

研究人员还对该技术进行了名为“EcoScale”的可持续性分析。这是一种用于评估实验室规模化学反应条件的半定量指标。该工具可以评估某个工艺或技术对环境、经济和社会的影响。它采用0到100的等级，0代表反应完全失败（产率为0%），100代表理想反应：化合物A（底物）与廉价化合物B反应（或在廉价化合物B存在下）生成所需的化合物C，产率为100%，室温下，对操作员的风险极小，对环境的影响也极小。“我们的结果令人惊讶：该方法得分93分，”Forster-Carneiro自豪地说。其他使用硫酸和氢氧化钠等腐蚀性化学品的工艺得分在54.63到85.13分之间。

据这位科学家介绍，这项研究的另一个创新之处在于初步的技术经济分析（或回报率），它将实验数据与投资、运营和经济回报的估算相结合。该分析考虑了设备成本、投入和能源等因素。

福斯特-卡内罗解释说：“该分析为决策提供了战略愿景，模拟了不同的情景，并确定了最具工业应用前景的方案，从而加强了科学、创新和实际应用之间的联系。” 这项研究的重点是糖，它是生物燃料中经济价值最高的最终产品。结果显示，回报期为四到五年。

除了 Rosa 和 Forster-Carneiro 之外，这项工作还得到了 FAPESP（项目 18/14938-4、  18/14582-5、  22/02305-2、  23/02064-8 和 21/04096-9）的支持，并由 Luiz Eduardo Nochi Castro、  Tiago Linhares Cruz Tabosa Barroso签署，  Vanessa Cosme Ferreira  (FEA)、  Maurício Ariel Rostagno  （UNICAMP 应用科学学院）以及 Paulo Rodrigo Stival Bittencourt (UTFPR)。