优化1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐预处理实现指黍秸秆高效脱木质素及生物乙醇增产

本研究通过绿色溶剂1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐（[EMIM][Ac]）预处理指黍秸秆（FMS），实现44.1%脱木质素率，同步提升脱对香豆酰化（75%）和脱阿魏酰化（66%）。回收[EMIM][Ac]可循环使用3次，经济性显著。酶解后总可发酵糖达676 mg/g，酿酒酵母MTCC 36与树干毕赤酵母NCIM 3498共发酵18小时产乙醇314.4 mg/g（理论值91.2%），质量平衡显示100 g脱淀粉FMS可产15.8 g乙醇，为可持续能源提供新策略。

　　

Highlight

本研究亮点在于通过优化[EMIM][Ac]预处理条件（80:20水溶液，5%生物质负载，150°C 3小时），实现指黍秸秆（FMS）44.1%脱木质素率，同时显著降低羟基肉桂酸交联（脱对香豆酰化75%，脱阿魏酰化66%）。结构表征证实预处理后木质素-碳水化合物复合体（LCC）断裂，纤维素可及性提升。

Materials

实验材料涵盖印度主栽的5种指黍秸秆（KMR 630/340/204，INDAF 7/9），经脱淀粉处理后测定其纤维素（43-49%）、半纤维素（20-24%）和木质素（15-17.5%）含量无品种间差异。使用[EMIM][Ac]（Sigma-Aldrich）配合纤维素酶（15 FPU/g）和β-葡萄糖苷酶（30 IU/g）进行酶解。

Lignocellulosic composition of FMS

指黍秸秆细胞壁成分分析显示其纤维素含量（43-49%）高于珍珠黍秸秆（41.7%），但半纤维素（20-24%）和木质素（15-17.5%）与同类作物相当。红外光谱（FTIR）和扫描电镜（SEM）证实预处理后β-O-4键断裂和表面孔洞形成，促进酶接触。

Conclusions

[EMIM][Ac]绿色预处理通过破坏木质素-碳水化合物网络，使指黍秸秆酶解效率提升至676 mg糖/g生物质。C5/C6糖共发酵18小时产乙醇达理论值91.2%，每100 g秸秆可产15.8 g乙醇，为农业废弃物能源化提供闭环解决方案。