微波辅助自水解技术提升银荆树资源化利用：低能耗生产低聚糖与生物乙醇的创新策略

推荐：为解决入侵物种银荆树(Acacia dealbata)资源化难题，研究人员采用微波辅助自水解(MAA)和传统水热处理(CHT)对比研究，发现MAA在S0 =3.77-4.15时实现>80%木聚糖回收率(9.8 g/L XO)，生物乙醇产率达71%，且能耗降低2.6-2.75倍，为生物精炼提供高效低碳新方案。

　　

随着全球人口预计在2050年达到97亿，可持续资源利用成为紧迫课题。入侵物种银荆树(Acacia dealbata)因其生态破坏性被欧盟列为外来入侵物种，但其生物质转化可抵消清除成本。传统水热处理(CHT)存在能耗高、副产物多等瓶颈，而微波辅助自水解(MAA)技术凭借快速加热特性，有望实现更高效的生物质组分分离。

西班牙奥伦塞市的研究团队在《Process Safety and Environmental Protection》发表研究，首次将银荆树整合至生物精炼体系。通过对比MAA与CHT在不同反应强度(S₀
=3.63-4.64)下的表现，发现MAA在S₀
=3.77时木寡糖(XO)浓度达9.97 g/L，回收率超80%；在S₀
=4.49时生物乙醇产量26.25 g/L，且能耗仅为CHT的36%。

关键技术包括：1) 采用单模微波反应器(Monowave 450)进行非等温MAA实验；2) 通过HPLC和MALDI-TOF-MS分析液相组分；3) 使用Ethanol Red?酵母进行预糖化同步糖化发酵(PSSF)；4) 功率计量化能耗差异。

【3.1 反应强度与技术对固相组成的影响】
MAA在S₀
=4.64时半纤维素溶解率达92.36%，伪木质素形成量较CHT减少10%。能量消耗仅26.86 MJ/kg，较CHT(68.25 MJ/kg)降低2.75倍。

【3.2 液相化学组成特征】
MAA在S₀
=3.77时总低聚糖浓度达12.97 g/L，其中XO占比77%。CHT在同等强度下副产物(糠醛/HMF)浓度高出45-64%，证实长反应时间促进降解。

【3.3 低聚糖结构解析】
MALDI-TOF首次揭示银荆树低聚糖含4-14个聚合度(DP)的戊糖链，带有乙酰基和甲基葡萄糖醛酸取代基，与HPAEC-PAD检测的DP2-6小分子形成互补。

【3.4 酶解敏感性差异】
Holtzapple模型显示MAA固体在S₀
=4.64时半转化时间(t_1/2
)仅9.28 h，但CHT固体在S₀
=4.44时t_1/2
=15.98 h，表明微波处理更利于后续酶解。

【3.5 PSSF生物乙醇产出】
高固含量(11%)条件下，MAA在S₀
=4.49实现96%葡萄糖转化，乙醇得率82.4%，与CHT相当，但保留了更多低聚糖产物。

该研究证实MAA可同步实现三大优势：1) 低聚糖高回收率(>9.8 g/L XO)；2) 生物乙醇高产(71%得率)；3) 能耗降低61.7%。质量平衡显示每100 kg银荆树可产7.2 kg XO和12.1 kg乙醇，为入侵物种管理提供了"能源-材料"双产出解决方案。研究创新性地通过短时微波处理抑制了副反应，其DP4-14结构解析更为食品/医药用功能性低聚糖开发奠定基础。未来需进一步评估规模化经济性，但现有数据已表明MAA在木质纤维素生物精炼中具有显著竞争力。