超临界水中混合盐(Na2SO4-K2SO4与Na2SO4-Na/KCl)溶解与沉积机制及其在生物质转化中的应用研究

研究人员针对非食用油籽残渣高值化利用难题，采用亚临界水水解(SWH)技术处理脱脂荠蓝籽粕，系统探究温度(180-220°C)与压力(5-15 MPa)对还原糖(RS)、可发酵糖(FS)及平台化学品(PC)产率的影响，首次实现该基质中木糖/葡萄糖与乙酰丙酸等产物的协同制备，FT-IR证实水解效率及残渣生物除草潜力，为生物精炼提供新路径。

　　

在可持续化学工业快速发展的背景下，如何高效转化农业废弃物成为全球性挑战。脱脂油籽粕作为油脂工业的副产物，通常含有50%以上的膳食纤维（纤维素、半纤维素和木质素），但受限于复杂结构难以有效利用。以非食用油料作物荠蓝（Crambe abyssinica）为例，其脱脂籽粕因含硫苷类物质无法用作饲料，传统处理方式仅限重金属吸附等低附加值应用。这一现状促使科研人员寻求突破——能否通过绿色溶剂技术，将这类"废料"转化为生物燃料前体和高值化学品？

巴西马林加州立大学化学工程研究生项目（Programa de Pós-gradua??o em Engenharia Química, Universidade Estadual de Maringá）的Djéssica Tatienne Raspe团队在《The Journal of Supercritical Fluids》发表的研究给出了创新方案。研究人员首次将亚临界水水解（Subcritical Water Hydrolysis, SWH）技术应用于脱脂荠蓝籽粕处理，通过精确调控温度（180-220°C）与压力（5-15 MPa）的协同效应，成功实现木质纤维素组分的选择性解聚。该技术利用水在亚临界状态下独特的物性变化——介电常数和离子积升高使水同时具备酸/碱催化能力，无需外加催化剂即可断裂β-1,4糖苷键。

关键技术包括：1）半连续式SWH反应系统实现过程强化；2）响应面法优化温度/压力参数；3）FT-IR表征水解产物官能团变化；4）残渣生物活性（总酚、硫苷含量）与热化学特性分析。样本来源于巴西马托格罗索州Funda??o MS提供的荠蓝种子，经正己烷脱脂制备原料。

【材料与方法】
研究采用三因素三水平Box-Behnken设计，考察温度（X₁）、压力（X₂）及其交互作用对RS（3,5-二硝基水杨酸法测定）、FS（HPLC定量）和PC（GC-MS分析）产率的影响。残渣经冷冻干燥后，通过福林酚法测总酚含量，DPPH/ABTS法评估抗氧化活性，凯氏定氮法测定蛋白质残留。

【结果与讨论】
温度效应：180°C时RS（1.74 mg/mL）和FS（木糖0.82 mg/mL，葡萄糖0.75 mg/mL）产率最高，而220°C促进PC生成（乙酰丙酸占比达63%）。压力单独作用仅显著影响FS（p<0.05），需与温度协同才能提升RS/PC产率。

FT-IR解析：3420 cm^-1（O-H伸缩振动）和2920 cm^-1（C-H伸缩）强度降低证实纤维素解聚，1740 cm^-1（C=O）出现指示半纤维素衍生呋喃化合物形成。残渣中检测到羧酸（1710 cm^-1）和胺（1650 cm^-1）特征峰，暗示美拉德反应发生。

残渣特性：总酚含量下降85%表明活性物质转移至水解液，残留硫苷（1.2 μmol/g）使残渣显示生物除草潜力。热重分析显示残渣在300-400°C出现明显失重峰，适合热解制能。

这项研究的重要意义在于构建了完整的荠蓝籽粕增值链条：SWH过程同步产出FS（生物乙醇原料）和PC（乙酰丙酸可作为绿色溶剂），残渣兼具生物除草与能源化潜力，完美诠释了"零废弃"生物精炼理念。该方法为其他含硫苷油籽残渣的高值化利用提供了普适性技术框架，其揭示的温度-压力协同机制对超临界流体技术在生物质转化领域的应用具有重要指导价值。