陕西省生物农业研究所在利用农业废弃物制备D-阿洛酮糖方面取得新进展

　　近日，陕西省生物农业研究所农业生物技术研究中心团队在环境科学领域的国际权威期刊《Journal of Cleaner Production》（中科院一区，IF 11.1）发表题为“Strategy for production of high-purity rare sugar D-allulose from corn stover”的研究论文。陕西省科学院“秦岭百人”辛东林博士为该论文第一作者，冉淦侨副研究员为通讯作者。

　　农业废弃物利用是乡村振兴战略的一项重要内容，是加速乡村生态文明建设、实现碳中和目标的重要举措之一。陕西作为农业大省，农业废弃物资源非常丰富，仅农作物秸秆每年产量就高达千万吨。但目前其高值化利用率较低，产品附加值不足，严重阻碍了农业的高质量、可持续发展。

　　D-阿洛酮糖是一种在自然界中极为稀有且价格昂贵的糖类，其口感干净而甜美，几乎媲美蔗糖。与此同时，其热量仅为蔗糖的0.3%，因此对于肥胖和糖尿病患者而言，是一种理想的蔗糖替代品，具有广阔的市场前景。D-阿洛酮糖可由葡萄糖异构酶和阿洛酮糖异构酶催化葡萄糖而获得。农业废弃物中纤维素酶解后会生成大量葡萄糖，这为利用廉价的农业废弃物制备高附加值D-阿洛酮糖提供了可行的途径。

　　然而农业废弃物结构非常复杂，除了纤维素外，还含有大量的半纤维素，半纤维素的存在一方面会制约纤维素的酶解，另一方面其降解产物会加剧后期D-阿洛酮糖的分离纯化难度。因此，移除农业废弃物中的半纤维素是制备高纯度D-阿洛酮糖的关键。为解决这一问题，本研究引入了一项创新技术，通过氯化铵预处理，成功去除了玉米秸秆中约97%的半纤维素。同时，这一处理打破了农业废弃物细胞壁结构，显著提高了纤维素多糖的生物转化效率。随后，利用葡萄糖异构酶和阿洛酮糖异构酶将纤维素降解产物定向转化为高附加值的D-阿洛酮糖。通过离子交换树脂脱盐、分离纯化、冷冻干燥等工艺步骤，最终得到了纯度高达99.4%的D-阿洛酮糖。这一技术创新为廉价农业废弃物的高值化利用提供了全新的思路，有望解决农业废弃物高值化利用率低、产品附加值不足等瓶颈问题，为可持续农业废弃物的高效利用提供了可行的解决方案。

　　该研究工作得到了陕西省自然科学基金和陕西省科学院科研项目的资金支持。

　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.140717

图：利用玉米秸秆生产D-阿洛酮糖流程图