农业废弃物协同生产生物乙醇与挥发性化合物的可持续策略：酵母菌株优化与工艺创新

本研究针对农业废弃物处理难题，通过Box-Behnken设计(BBD)优化酸碱预处理工艺，结合四种酵母菌株（包括Pitchia kudriavzevii TISTR 5147和Saccharomyces cerevisiae TISTR 5606）发酵，实现稻秆与混合蔬菜废料同步生产生物乙醇（最高23.6 g/L）和玫瑰香型挥发性化合物（如苯乙醇），为农业废弃物高值化利用提供双产品生物精炼方案。

　　

随着全球人口突破80亿，农业废弃物以每年7.5%的速度激增，其中70%通过填埋或焚烧处理，导致温室气体排放和资源浪费。泰国作为稻米主产国，每年产生25-27吨未充分利用的稻秆，而欧盟RED II政策要求203年交通领域14%生物燃料占比，推动了对第二代生物乙醇的需求。与此同时，天然香料市场面临植物提取成本高昂（如苯乙醇达1000美元/公斤）的困境。如何通过微生物发酵将农业废弃物转化为能源和香料前体，成为解决环境与资源双重挑战的关键。

King Mongkut's University of Technology North Bangkok的研究团队在《Biomass and Bioenergy》发表研究，通过响应面法优化酸碱预处理参数，结合非传统酵母发酵，首次实现稻秆与混合蔬菜废料同步生产生物乙醇和挥发性风味化合物。研究采用Box-Behnken设计优化H₂SO₄/KMnO₄预处理条件，利用FTIR（傅里叶变换红外光谱）分析结构变化，通过酶解提升糖化效率，并比较四种酵母（包括Kluyveromyces marxianus TISTR 5616和Pichia kudriavzevii TISTR 5147）的代谢特性。

Biomass collection
稻秆来自泰国北碧府，混合蔬菜废料（羽衣甘蓝等）采自曼谷市场，经60℃干燥后粉碎过20目筛，建立标准化原料库。

Optimization of acid and alkaline pretreatment
BBD模型显示：酸预处理使混合蔬菜废料的纤维素含量提升1.9倍（达54.82%），稻秆经KMnO₄预处理后还原糖产量最高；FTIR证实木质素特征峰（1508 cm^-1）减弱，酶解后混合蔬菜废料糖化率达495.71 mg/g。

Fermentation performance
P. kudriavzevii TISTR 5147在KMnO₄预处理稻秆中产乙醇23.6 g/L，S. cerevisiae TISTR 5606处理蔬菜废料产21.6 g/L；K. marxianus TISTR 5616产生最丰富VOCs（含苯乙醇和乙酸乙酯），摇床速度200 rpm时香气物质产量提升37%。

Conclusions
该研究创新性地构建了农业废弃物"预处理-酶解-共发酵"技术链，首次证实稻秆可同步生产燃料乙醇与玫瑰香型香料。通过调控温度（30-36℃）和氮源浓度（5-15 g/L），使非传统酵母的VOCs产量提升2.3倍，为开发低成本天然香料提供了新菌种资源。研究提出的双产品生物精炼模式，将废弃物处理成本转化为经济效益，每公斤混合蔬菜废料可产生价值5.2美元的香料前体，对实现泰国碳中和目标具有示范意义。