近期，我校新葡萄8883国际官网生物资源与生物炼制研究团队在混合助剂协同强化纤维质底物浓醪酶水解过程中扩散传质的机理方面取得重要研究进展，研究成果“Elucidation of mixed surfactants reducing mass transfer resistance during high-solids enzymatic hydrolysis from lignocellulosic biomass”正式发表于Chemical Engineering Journal（一区, Top, IF 13.4）。
纤维质底物酶解糖化时浓醪运行是降低运行成本和提高生产效率的重要手段。然而，该工艺面临着“高固效应”带来的一系列技术挑战，特别是强烈的传质阻力导致水解效率显著下降。纤维质底物浆料是由大量吸湿性多孔颗粒组成的，在高底物浓度条件下这些颗粒的孔隙会与水相互作用从而导致大部分水被束缚，最终形成高粘度浆液，属于典型的非牛顿流体特性。这种高粘度使得少量纤维素酶难以快速均匀地分散到浓稠的浆液中，从而显著限制了纤维素酶对底物的可及性。所以，“高固效应”也增加了酶、底物及产物分布不均匀的风险，突破浓醪糖化的传质限制是实现生物质炼制商业化运行的关键。本团队前期发现混合表面活性剂具有显著提升酶水解效率作用，这种提升作用涉及混合表面活性剂与纤维素酶和底物的相互作用，于是我们推测这些相互作用最终会影响底物浆料的流变性质和传质过程。
本论文聚焦于分析混合表面活性剂缓解浓底物醪酶水解过程传质受阻的作用机制。结果表明，混合表面活性剂在反应器尺度上能显著降低浓醪底物酶解的浆料粘度，从而有效促进了纤维素酶在早期酶水解阶段向颗粒表面的对流扩散；在孔隙尺度上，混合表面活性剂在传质过程中能够维持纤维素酶的单分子形态（< 8.9 nm），从而降低了颗粒原生孔隙中的空间位阻效应，此外也能有效促进水相体系中底物的均匀分散并抑制聚集颗粒间次生孔隙的形成，这些协同作用显著增强了孔隙尺度上的酶传输效率；在糖产物扩散传递方面，混合表面活性剂能够有效缓解它扩散转移时的高底物浓度抑制，而且也能降低它反馈抑制导致酶失活的风险。总之，论文研究结果为重视混合表面活性剂应用于纤维质底物浓醪酶水解糖化过程提供理论依据。
新葡萄8883国际官网2020级博士生刘强强为该论文第一作者，孙驰贺和孙付保老师为该论文共同通讯作者。上述研究工作得到国家重点研发计划专项课题（2022YFC2104601）和国家自然科学基金（52106245; 22278189; 22350410382）等资助。近年来，我校新葡萄8883国际官网孙付保教授团队在木质纤维原料的绿色生物加工制造方面取得明显进展，相关成果陆续发表于Chemical Engineering Journal (2024, 481: 148713)、Biofuel Research Journal (2024, 41: 2040-2064)、Bioresource Technology (2024: 395: 130358)、Biotechnology Advances (2023, 62: 108059)、Green chemistry (2023, 25: 7141-7156)等本领域权威期刊。
