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在糖基生物炼制中，原料可用性和酶成本限制了发展。研究人员针对刺苞菜蓟（Cynara cardunculus）和巨型芦苇（Arundo donax），优化其秸秆酶解时生物催化剂用量与再利用。结果显示可获高糖转化率，该研究为生物炼制提供策略，降低成本。
在生物能源领域，利用可再生资源替代化石碳是重要发展方向。糖基生物炼制可将木质纤维素转化为发酵糖，进而生产生物燃料、生物基化学品和聚合物等。然而，该过程面临原料预处理能源消耗大、生物催化剂成本高等问题。刺苞菜蓟和巨型芦苇作为潜在生物炼制原料，虽分布广泛、产量高且应用多样，但在生物炼制中的应用受上述成本问题制约。为解决这些问题，相关研究人员开展了针对刺苞菜蓟和巨型芦苇秸秆酶解的研究，论文发表在《Biochemical Engineering Journal》。该研究对于推动生物能源发展、降低生物炼制成本具有重要意义。
研究人员采用的主要关键技术方法包括：首先对刺苞菜蓟和巨型芦苇秸秆进行稀释碱预处理（DAP），以去除部分木质素，提高纤维素可及性；接着进行纤维素酶吸附和脱附试验，在不同固液比和酶浓度条件下，测定酶在生物质上的吸附量和脱附情况；然后开展酶解试验，通过监测酶解过程中糖浓度变化评估酶解效果；最后运用多种分析技术，如 Bradford 法测蛋白质浓度、FPU 法测纤维素酶活性、HPLC 测糖类浓度等，对各项指标进行检测分析 。
研究结果如下：
- 生物质组成及预处理效果：刺苞菜蓟和巨型芦苇的原始生物质中，总多糖含量高于酸不溶性残渣（AIR，主要为酸不溶性木质素和灰分）。稀释碱预处理后，两种生物质的总多糖含量和检测到的化合物比例增加，部分结构成分降解，同时生物质有一定损失。预处理使刺苞菜蓟和巨型芦苇的葡聚糖分数增加，木聚糖分数有不同变化，且 AIR 在部分样品中有不同改变。
- 纤维素酶在生物质上的吸附：研究发现纤维素酶在生物质上的吸附在 15 - 30 分钟接近平衡。稀释碱预处理显著提高了两种生物质对纤维素酶的吸附能力，且酶吸附近乎不可逆，替换未结合酶溶液的缓冲液对吸附的纤维素酶负载量影响较小。此外，吸附后回收的未结合酶仍有一定活性，不同酶组分活性变化在两种预处理生物质上表现不同。
- 酶用量优化及酶循环利用：酶解试验表明，稀释碱预处理对提高糖产量至关重要，未经预处理的原料酶解糖产量很低。在优化酶用量方面，不同酶负载量对刺苞菜蓟和巨型芦苇的葡萄糖产量、糖浓度和葡聚糖转化率有不同影响。并且，研究实现了未结合纤维素酶的回收，回收的酶可用于再次酶解，仍能产生一定浓度的葡萄糖。
研究结论和讨论部分指出，稀释碱预处理是有效的木质素去除方法，虽对不同生物质的酸不溶性残渣有不同影响，但能提高酶解效果。酶吸附受多种因素影响，预处理可改善酶对多糖的可及性。通过优化酶用量和回收未结合酶，在相似总酶用量下可获得与文献相近的葡萄糖产量。该研究为开发连续生物质糖化工艺提供了基础，未来可应用于多种预处理的木质纤维素原料和不同酶制剂，对推动生物炼制产业发展具有重要意义。
