通过热液处理将烟草废弃物进行升级回收，实现固液联产：燃料应用与肥料研究

《Industrial Crops and Products》：Upcycling of tobacco waste for solid-liquid co-production via hydrothermal treatment: Fuel application and fertilizer investigation

本研究对比了Apocynum pictum与A. venetum纤维的物理特性及代谢组学特征，发现A. venetum纤维强度高42.86%，因其含有更高纤维素（+66.67%）和果胶（差异显著），木质素更低（-59.09%），且代谢组学显示富含黄酮类（如槲皮素-7-O-鼠李糖苷）和酚酸类物质，这为A. venetum作为优质纺织纤维提供了理论依据。

　　在当今纺织工业中，天然纤维因其环保、可持续性以及独特的性能而备受关注。其中， bast（韧皮纤维）因其优异的物理特性，成为许多研究的热点。在众多 bast 纤维中， Apocynum 属的纤维因其出色的强度和独特功能属性而被特别关注。 Apocynum 是一种多年生草本植物，广泛分布于中国，尤其是新疆地区，其纤维品质在所有 bast 纤维中名列前茅。然而，尽管 Apocynum 纤维具有显著的经济价值和应用潜力，对其纤维性能的研究仍存在诸多空白。尤其在不同 Apocynum 种类之间，其 bast 纤维特性尚未得到充分比较，这限制了其在功能性纺织材料领域的进一步开发。

本研究通过系统比较 Apocynum pictum（A. pictum）和 Apocynum venetum（A. venetum）这两种常见 Apocynum 种类的 bast 纤维质量，旨在为功能性纺织材料的选育提供科学依据。我们采用了集成分析方法，结合了物理特性评估和代谢组学分析，以揭示纤维质量的生化基础。研究结果显示，A. venetum 的纤维具有显著更高的拉伸强度，但其纤维长度、白度、紫外线防护因子和UVA反射率与A. pictum相近。通过扫描电子显微镜（SEM）对两种纤维的表面和横截面进行观察，发现A. venetum纤维表面更粗糙，附着的代谢物更多，这可能与其纤维的物理结构和生化成分密切相关。化学成分分析进一步表明，A. venetum纤维的纤维素和果胶含量显著高于A. pictum，而木质素含量则明显低于后者。这一化学成分的差异对于纤维的可纺性和性能具有重要影响，表明A. venetum在生化特性上更具优势。此外，广泛靶向代谢组学分析显示，A. venetum纤维富含507种差异积累代谢物，主要为黄酮类和酚酸类化合物。这些代谢物的积累不仅与纤维的物理特性有关，还可能在纤维的功能性方面发挥重要作用，从而使其成为更具有潜力的 bast 纤维来源。

研究进一步探讨了纤维的物理特性与代谢物之间的关系。通过分析关键代谢物与纤维质量指标的关联，我们发现黄酮类和酚酸类物质与纤维的拉伸强度、纤维素含量以及纤维的延展性存在显著正相关。这表明这些代谢物可能在纤维细胞壁的形成和稳定中起着关键作用，从而提升了纤维的机械性能和功能性。此外，A. venetum纤维中富含的黄酮类化合物，如芦丁、槲皮素等，被认为具有良好的抗氧化和紫外线防护能力，这为开发具有健康益处的功能性纺织品提供了理论支持。而酚酸类化合物的高含量则可能赋予纤维天然的抗菌性能，这在当前纺织品的卫生性能提升方面具有重要意义。

在对A. venetum和A. pictum纤维与其他主流天然纤维（如亚麻、黄麻和苎麻）的比较中，我们发现A. venetum纤维的纤维素含量虽低于这些传统纤维，但其果胶含量显著高于它们，这可能与其柔软性和加工性能有关。此外，A. venetum纤维的拉伸强度和抗菌性能均表现出明显优势，使其在纺织领域具有巨大的应用潜力。研究还发现，A. venetum纤维的木质素含量较低，这有助于提升其柔软性和韧性，使其更适合用于高端纺织品的生产。这些结果不仅展示了A. venetum作为 bast 纤维来源的优越性，也为未来功能性纺织品的开发提供了科学依据。

从更广泛的角度来看，Apocynum 纤维不仅具有优良的物理性能，还因其丰富的代谢物组成而具备多重功能。黄酮类化合物的高含量赋予纤维良好的抗氧化能力和紫外线防护性能，使其在户外服装和功能性面料中具有独特优势。酚酸类化合物的积累则可能提升纤维的抗菌性能，这对于开发抗菌织物和提高纺织品的卫生性能具有重要意义。此外，A. venetum纤维中较高的三萜类化合物含量可能对其细胞壁的稳定性产生积极影响，而单萜类化合物的积累则可能影响纤维的表面特性和抗菌性能。这些代谢物的协同作用，为 Apocynum 纤维的多功能性提供了理论支持。

尽管本研究揭示了A. venetum在 bast 纤维生产中的优势，但我们也意识到其研究存在一定的局限性。例如，目前的代谢组学分析主要集中在成熟阶段，未能提供纤维发育过程中代谢物变化的动态信息。纤维素的高含量可能与纤维细胞壁增厚阶段的基因表达和代谢活动有关，而黄酮类和酚酸类物质的积累可能是这一过程的结果，而非直接驱动因素。因此，未来的研究需要结合时间序列转录组学和代谢组学分析，以更全面地解析纤维发育过程中代谢物的变化规律，并进一步验证这些代谢物在纤维性能中的功能角色。

此外，尽管我们已经确定了A. venetum作为 bast 纤维来源的优越性，但将其潜力转化为实际应用仍需进一步研究。例如，需要评估在标准工业加工过程中，这些关键代谢物的保留率及其对最终产品功能性能的影响。通过建立代谢物含量与功能性指标之间的定量关系，可以为优化加工工艺和提高纤维性能提供指导。本研究提供的代谢物种类和其与纤维质量指标的关联，为未来功能性纺织品的开发和加工提供了重要的理论依据和实验基础。

综上所述，Apocynum venetum作为一种 bast 纤维来源，展现出显著的优越性，不仅在物理性能上优于A. pictum，而且在代谢物组成和功能特性方面也具有独特优势。通过本研究的系统分析，我们为功能性纺织品的选育和开发提供了科学支持，同时也为其他 bast 纤维作物的质量评估和代谢组学研究提供了可借鉴的方法和思路。未来的研究可以进一步拓展至其他 Apocynum 种类，并结合更精细的代谢物分析和功能验证，以推动其在纺织工业中的广泛应用。