纤维素是自然界中最丰富的植物生物质组分，发展纤维素生物炼制技术，生产高附加值化工产品及高品位能源，对低碳经济发展及全球资源、经济和环境可持续性发展具有长远的意义。研究和发展纤维素糖化工艺，经济高效地实现纤维素催化转化成糖等平台化合物，以及平台化合物的后续转化，兼具学术意义和应用价值。
广东省科学院生物与医学工程研究所提出了一种磺化碳固体酸催化左旋葡聚糖水解的方法。将磺化碳固体酸和含左旋葡聚糖的原料加入水中，利用反应釜进行水解反应，反应结束后离心分离固体和液体，液体中含有左旋葡聚糖和葡萄糖。采用该方法制备葡萄糖，直接用于酿酒酵母发酵生产纤维素乙醇，乙醇产率可达到99%，高效实现纤维素热解糖化耦合发酵工艺生产生物乙醇。经过五次循环后，磺化碳固体酸催化剂仍可保持95%的左旋葡聚糖转化率和90%的葡萄糖产率。高效液相-离子阱-飞行时间质谱检测及密度泛函理论计算结果表明，水中的质子被磺化碳上的磺酸基团激活，并且通过断裂糖环上C1-O-C6醚键及水合作用水解左旋葡聚糖生成葡萄糖。与常规硫酸水解相比，该固体酸水解工艺克服了废酸液难回收以及因中和产生的高浓度盐引起的发酵抑制问题，为生物质资源的高效、绿色转化提供了新途径，助力生物制造产业高质量发展。
纤维素衍生左旋葡聚糖高效水解及发酵制备生物乙醇工艺示意图
相关成果发表在Bioresource Technology（中科院一区期刊，影响因子9），广东省科学院生物与医学工程研究所联合培养硕士生马宏莉及李明富博士为共同第一作者，蒋丽群副研究员为通讯作者。该研究获得广东省科学院打造产业技术创新中心行动专项资金项目资助。
论文信息：Hongli Ma, Mingfu Li, Yingchuan Zhang, Qinghua Huang, Liqun Jiang, Zhen Fang. Nearly 100% selective hydrolysis of pyrolytic sugar over sustainable carbon catalysts enables highly efficient production of bioethanol. Bioresource Technology, 2025, 436, 133008.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2025.133008.
供稿：省科学院生物医学所
撰稿：蒋丽群
审稿：黄丹 曾晓舵 陈意华
校稿：徐超 肖捷 章震
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