总糖浓度最高达77.5g/L，河南师大开发策略促进苹果渣酶促糖化

食品加工过程中会产生大量副产品作为废物。而大多数食品加工废物被填埋或焚烧，并未被有效利用起来，甚至造成环境污染。这些废物通常富含碳水化合物、蛋白质和脂质等有机物，可以被微生物用作生产高附加值化学品的原料。

在苹果加工业中，苹果汁的生产会产生大量废物（苹果渣），包括果皮、果肉、种子等。其中富含纤维素、半纤维素、木质素和果胶，可用作酶法制糖的底物。近年来，苹果渣已被广泛应用于生产乙醇、乙酸、丙酸和丁醇等增值化学品的底物。

酶水解苹果渣产生可发酵糖是生产增值化学品和燃料的关键步骤。因此，有效的预处理方式至关重要。

近期，来自河南师范大学曹香林副教授及团队在BioEnergy Research上发表题为“Mild Pretreatment Combined with Fed‑Batch Strategy to Improve the Enzymatic Efciency of Apple Pomace at High‑Solids Content”的文章，通过预处理和分批补料酶水解来改善苹果渣的酶促糖化，促进苹果渣的资源利用。

苹果渣的预处理包括物理、化学和生物方式。物理预处理包括液态热水（LHW）处理，通常在较高温度下进行；常见的化学预处理方法包括碱法和有机溶剂法；生物预处理的特点是温和、能耗低、不形成酶抑制剂。黄孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium）是一种可以分解木质素的真菌。据报道，使用黄孢原毛平革菌对玉米秸秆和杨木进行预处理，木质素分别减少了31.8%和 26.9%。

在这项研究中，通过采取物理、化学和生物的方法处理苹果渣，并对不同预处理残渣的化学成分和消化率进行评价，以确定最佳的预处理方法。通过使用分批补料策略添加辅助酶和添加剂，对预处理残留物进行高固体酶水解。最终，对原始苹果渣和预处理残留物的结构变化进行了表征。为后续利用苹果渣生产高价值化学品的先决条件提供了有价值的信息。

通过成分分析检查预处理前后苹果渣含量的主要变化。如表中所示，未经处理的苹果渣含有 28.3% 葡聚糖、14.2% 木聚糖和 20.5% 木质素。

▲图 | 不同方式预处理苹果渣（来源：上述论文）

利用氢氧化钠（SH）预处理，当温度从 60℃ 升高到 90℃ 时，保留了 65.7%的纤维素，同时，木聚糖回收率从 60.1% 下降至 30.1%，木质素去除率从 42.2% 上升至 75.1%。

用乙醇预处理，当温度从 120℃ 升高到 180℃ 时，葡聚糖回收率在 80.7% 和 91.0% 之间变化，表明大量葡聚糖被保留。相反，木聚糖回收率从 51.6% 下降到 23.7%，表明木聚糖作为乙醇预处理中的主要成分被溶解。在乙醇预处理温度 160℃ 时，木质素去除率达到最大值 43.2%。

利用液态热水预处理，随着温度从 120℃ 升高到 180℃，葡聚糖回收率从79.6% 下降到 72.5%，木聚糖回收率从 53.2% 下降到 24.3%；黄孢原毛平革菌预处理主要降解了木聚糖（52.2%）和木质素（19.8%），但保留了 87.6% 的葡聚糖。

研究人员还采取了不同的补料分批策略对经过乙醇 160°C 和黄孢原毛平革菌预处理的苹果渣进行高固含量（20%（w/v））酶水解。

乙醇 160℃ 预处理残渣在 0、6、12、18 和 24 h 进行酶消化，并在补充液中添加 6、5、4、3 和 2%（w/v）固体，显示出最高的葡萄糖和木糖产率，分别为 76.6% 和 46.6%，总糖（葡萄糖+木糖）浓度为 88.4 g/L。每克苹果渣能够产生 235 毫克总糖（葡萄糖+木糖），比间歇法高 32.8%。

同样，在相同补料分批策略下，黄孢原毛平革菌预处理残渣的葡萄糖产率（73.0%）和木糖产率（35.9%）显著高于其他组。每克苹果渣能够产生 228 毫克总糖（葡萄糖+木糖），比间歇法高 30.3%。

▲图 | 在高固含量 20% (w/v)下，采用分批补料策略优化乙醇 160 °C 和黄孢原毛平革菌预处理的苹果渣的酶效率（来源：上述论文）

结果表明，乙醇 160°C 和黄孢原毛平革菌预处理均有效提高了苹果渣中酶促糖化的效率，同时破坏了其紧凑的结构。

值得注意的是，黄孢原毛平革菌固态发酵 7 天被证明是一种温和而有效的苹果渣预处理方法。通过使用底物含量为 20% 的黄孢原毛平革菌预处理残渣，添加 5 mg/g 果胶酶和 50 mg/g Tween 80，并采用分批补料酶水解，72 h 后总糖浓度提高了 30.3%。此时，总糖浓度最高达到 77.5 g/L，酶解产率达到 73%（葡萄糖）。本研究不仅首次应用黄孢原毛平革菌作为苹果渣的预处理方法，而且建立了高固含量的酶解新工艺，为苹果渣资源利用提供了新策略。

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