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　　生物質(zhì)是地球上分布最廣泛的可再生能源之一，在替代傳統(tǒng)的化石燃料、緩解能源危機(jī)、解決環(huán)境污染等方面發(fā)揮著不可替代的作用。其中，木質(zhì)纖維素作為一類蘊(yùn)藏量最豐富的生物質(zhì)資源，主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素組成，纖維素和部分半纖維素可經(jīng)纖維素酶分解轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵糖，生產(chǎn)燃料乙醇及其他高附加值的產(chǎn)品。由于木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)中存在“生物質(zhì)抗降解屏障”，致使酶解轉(zhuǎn)化效率低，成本高，難度大。因此，木質(zhì)纖維素預(yù)處理工藝的開發(fā)已成為國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 

　　近日，近代物理所生物物理室科研人員利用蘭州重離子加速器國(guó)家實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在¹²C⁶⁺輻照預(yù)處理甜高粱秸稈木質(zhì)纖維素提高酶水解產(chǎn)率及其機(jī)理研究方面獲得新進(jìn)展。 

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，¹²C⁶⁺輻照預(yù)處理能顯著提高甜高粱秸稈的酶解產(chǎn)率和還原糖產(chǎn)量，尤其是600Gy的¹²C⁶⁺輻照預(yù)處理組酶解產(chǎn)率最高，其酶解36h時(shí)還原糖產(chǎn)量和水解產(chǎn)率分別為7.23 mg/mL和34.43%，較對(duì)照（還原糖產(chǎn)量4.93 mg/mL，水解產(chǎn)率23.47%）提高了46.7%（圖1）；此外，研究人員對(duì)酶解產(chǎn)率提高的機(jī)理進(jìn)行深入探究，XRD圖譜顯示不同劑量的重離子輻照預(yù)處理對(duì)甜高粱秸稈晶體結(jié)構(gòu)造成不同破壞程度。從3429到3231 cm^-1的FTIR可知重離子輻照處理使纖維素I_α中氫鍵斷裂逐步形成I_β（圖2）?？梢暬?/span>AFM圖像表明：甜高粱秸稈多糖表面超微結(jié)構(gòu)的改變是重離子輻照預(yù)處理提高酶水解產(chǎn)率的主要原因（圖3）。 

　　此項(xiàng)研究首次采用重離子束對(duì)甜高粱木質(zhì)纖維素進(jìn)行材料改性，從而破壞木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)中的“生物質(zhì)抗降解屏障”，并采用XRD, FTIR以及AFM進(jìn)行了輻照預(yù)處理秸稈的表征和可視化分析，為重離子輻照機(jī)理的闡釋提供了詳實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，該研究表明重離子輻照技術(shù)可作為一種有效提高木質(zhì)纖維素酶解產(chǎn)率的預(yù)處理手段，填補(bǔ)了一項(xiàng)在輻照預(yù)處理生物質(zhì)材料領(lǐng)域中的空白。 

　　該研究由近代物理所王曙陽(yáng)副研究員課題組完成，許富強(qiáng)為本論文共同第一作者之一。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在生物質(zhì)能一區(qū)期刊Carbohydrate Polymer. 

　　該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目及中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。 

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.114976 

　　圖1：重離子輻照前后甜高粱秸稈酶解結(jié)果 

　　圖2：纖維素同質(zhì)異形體(α→β)的轉(zhuǎn)化模型 (紅色箭頭表示重離子輻照預(yù)處理過程中斷裂的氫鍵) 

　　圖3：酶水解過程中甜高粱秸稈表面超微結(jié)構(gòu)的示蹤 

（生物物理室 供稿）