油棕空果串两步分馏耦合水热-有机溶剂预处理增强木质素提取与酶解效率的研究

本研究针对油棕空果串(OPEFB)木质纤维素组分利用率低的问题，创新性地采用水热-有机溶剂两步预处理技术，在185°C和80%乙醇浓度下获得82.95%高纯度木质素，酶解糖产量提升3倍以上，为生物质全组分高值化利用提供了绿色解决方案。

　　

在全球能源转型与碳中和背景下，木质纤维素生物质作为化石资源的可持续替代品备受关注。作为世界最大棕榈油生产国，印度尼西亚每年产生大量油棕空果串(OPEFB)废弃物，其含有27-54%纤维素、24-35%半纤维素和18-35%木质素。然而，传统处理方法往往只回收单一组分，造成资源浪费。尤其木质素作为天然芳香聚合物，虽在涂料、复合材料等领域具有巨大应用潜力，却因与碳水化合物形成顽固复合物而难以高效提取。

针对这一难题，印尼泗水理工学院化学工程系的Ningsi Lick Sangadji团队在《Case Studies in Chemical and Environmental Engineering》发表研究，开发了水热-有机溶剂两步分馏新工艺。研究人员首先采用180°C水热预处理去除半纤维素，再通过有机溶剂处理提取木质素，系统考察了温度(175-200°C)和乙醇浓度(60-80%)对木质素回收率与纯度的影响，并利用FTIR、2D-HSQC NMR等技术对产物进行表征。

关键技术包括：1) 水热预处理在6 MPa压力下进行；2) 有机溶剂预处理采用高压反应釜；3) 酶解使用30 FPU的里氏木霉(Trichoderma reesei)纤维素酶；4) 采用Klason法测定酸不溶性木质素；5) 通过紫外分光光度计测量酸溶性木质素。

研究结果显示：

1. 1.

   组分变化与分馏效率：水热-有机溶剂联用使半纤维素去除率达83.91%，木质素脱除率70.64%，纤维素回收率91.21%，显著优于单一预处理。

2. 2.

   木质素提取优化：185°C和80%乙醇条件下获得47.13%回收率和82.95%纯度的木质素，结构表征显示其保留了完整的芳香族单元。

3. 3.

   酶解糖化效果：联用预处理后的固体经72小时酶解产生10.21 g/L还原糖，较单一有机溶剂处理提高3.2倍。

4. 4.

   物料平衡分析：基于100 kg OPEFB的完整流程可回收29.64 kg纤维素、14.41 kg木质素和12.63 kg还原糖，总质量回收率达95.91%。

热重分析表明，水热-有机溶剂木质素在352.4°C出现最大分解峰，热稳定性优于单一处理产物。扫描电镜显示联用工艺获得的木质素呈现更致密的团聚形态。2D-HSQC NMR证实产物富含紫丁香基(S)和愈创木基(G)结构单元，具备良好的化学反应活性。

该研究创新性地通过两步分馏实现了OPEFB全组分高值化利用：水热阶段选择性溶解半纤维素，有机溶剂阶段高效提取高纯度木质素，残留纤维素组分则通过酶解转化为发酵糖。这种级联处理策略不仅解决了传统方法组分利用不充分的问题，所获木质素的高纯度特性更拓宽了其在生物基材料领域的应用前景。研究为东南亚地区丰富的棕榈油废弃物资源化提供了技术范本，对推动循环经济发展具有重要意义。未来研究可进一步优化工艺经济性，并开发木质素衍生高值产品的合成路径。