加工所创建甘薯藤蔓全组分绿色分离新方法

近日，中国农业科学院农产品加工研究所生物基材料绿色加工创新团队创建了一种基于氯化钠（NaCl）催化γ-戊内酯（GVL）/水共溶剂的甘薯藤蔓预处理新技术。该技术成功实现了纤维素、木质素和半纤维素的高效分离，并同步实现了GVL溶剂的循环利用。相关研究成果发表于国际知名学术期刊《Carbohydrate Polymers》（JCR一区，IF=12.5）。中国农业科学院-爱尔兰都柏林大学联合培养博士研究生李缘为论文第一作者，孙红男研究员、木泰华研究员及Marco Garcia-Vaquero教授为共同通讯作者。该研究得到了国家甘薯产业技术体系（CARS-10）和中国农业科学院科技创新工程（CAAS-ASTIP-2024-IFST）的资助。

甘薯作为全球重要粮食作物，我国年产量达0.52亿吨，占全球总产量的55.21%。然而，其收获后产生的大量藤蔓常作为农业废弃物被不当处置，造成资源浪费和环境污染。研究表明，甘薯藤富含木质纤维素（纤维素36.7%、半纤维素11.4%、木质素10.3%），是制备生物基材料的理想原料。针对传统预处理方法存在的溶剂污染、能耗高及组分分离不彻底等问题，亟需开发绿色高效的甘薯藤蔓全组分利用策略。

研究团队创新性构建了GVL/H2O-NaCl协同预处理体系。经优化后，该技术实现了木质纤维素组分的高效分离：纤维素提取率达90.5%（纯度90.0%、结晶度48.9%），半纤维素和木质素去除率达94.0%和90.0%，且GVL经3次循环回收率仍达94.8%（纯度94.6%）。研究揭示了该体系的协同作用机制：通过降低体系pH值和破坏氢键网络，选择性断裂半纤维素β-1,4-糖苷键和木质素β-O-4醚键，同时最大程度保持纤维素结构完整性。在应用层面，该技术成功推动了甘薯藤蔓的高值化利用：提取的纤维素具有优异热稳定性（最大降解温度365.6°C，优于商业微晶纤维素），可直接用于生物材料合成；回收的木质素纯度高（87.5%）、分子量分布均一（分散度1.05），适用于食品添加剂或复合材料增强剂；半纤维素高效降解为单糖，可用于平台化学品生产。

该研究不仅为农业废弃物的规模化利用提供了理论基础，同时阐明了GVL绿色溶剂在生物质预处理中的作用机制，对推动生物基材料生产和可持续生物精炼发展具有重要意义。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2025.123998

图文摘要