木质纤维素生物质的高效开发利用是解决能源和生态环境问题的关键。为了将其中的可发酵单糖释放并通过微生物发酵进一步转化为增值产品，要通过各种预处理方法。然而，预处理过程不可避免地会产生多种抑制剂，尤其是呋喃类和酚类化合物，这将严重阻碍微生物在后续发酵过程中的生长和代谢。

近日，南京林业大学郑兆娟教授团队在期刊《Carbohydrate Polymers》上，发表了最新研究成果“Promoting microbial fermentation in lignocellulosic hydrolysates by removal of inhibitors using MTES and PEI-modified chitosan-chitin nanofiber hybrid aerogel”。研究者通过甲基三乙氧基硅烷（MTES）和聚乙烯亚胺（PEI）对壳聚糖-几丁质纳米纤维复合气凝胶进行改性，制备了一种良好的吸附剂P/M-CCA。

同时以玉米芯水解液为对象，降低可发酵糖损失率，提高呋喃类和酚类化合物的去除率。脱毒处理后，凝结芽孢杆菌在玉米芯水解液中由无生长到产生19.1 g/L乳酸。P/M-CCA既能去除多种抑制剂，又能保留糖分，从而促进高毒性木质纤维素水解产物的价值化，提供了一种木质纤维素水解液解毒的新策略。

图1：MTES改性前后气凝胶的表面和截面形态。

通过MTES对壳聚糖-几丁质纳米纤维复合气凝胶进行改性。MTES对气凝胶的疏水改性大部分作用在表面。虽然壳聚糖和甲壳素纳米纤维中含有丰富的羟基，但M-CCA表面暴露的羟基基团更容易与MTES发生反应。由于内部羟基难以与MTES接触，因此修饰不会影响M-CCA的骨架结构，M-CCA的骨架结构仍然完好无损。

图2：MTES改性前后气凝胶的表征。

如图2所示，FTIR和XPS都可以证明MTES对其改性的成功。此外，MTES的改性对热稳定性并没有显著影响。

图3： M-CCA对糖的保留率及对呋喃和酚类抑制剂的去除率。 

图4：P/M-CCA对糖的保留率及对呋喃和酚类抑制剂的去除率。

此外，通过进一步PEI接枝制备的P/M-CCA不仅保留了所有可发酵糖，而且还以极低的残留浓度增强了抑制剂的去除。因此，P/M-CCA与其他技术手段相比具有突出的优势，在木质纤维素水解产物预处理到后续微生物发酵中显示出巨大的潜力。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.121766

人物简介：

郑兆娟，南京林业大学化学工程学院教授，博士生导师。主要从事木质纤维生物质生物转化和生物基化学品微生物合成相关研究，先后承担国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、国家重点研发计划子课题等项目，相关研究作为第一作者或通讯作者发表论文30余篇，授权专利8项，参与编写专著3部。