《Biomass and Bioenergy》：Deep eutectic solvent and caustic pretreatment strategies for cashew apple bagasse: A comprehensive review
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本文系统评述了针对腰果苹果渣（CAB）的低共熔溶剂（DES）与苛性碱（碱性）预处理技术。CAB富含纤维素、半纤维素及生物活性成分，但其结构顽抗性限制了高值化利用。文章对比了DES（基于胆碱氯化物、乳酸等组分）的选择性木质素溶解优势与苛性碱（如NaOH）的高效脱木质素能力，并整合了技术经济与生命周期评估。DES在条件更温和、能效更高、且可保留更多酚类等高价值化合物的综合表现上潜力更优，为构建CAB生物精炼的循环生物经济体系提供了关键见解。
腰果苹果渣的组分与高值化潜力
腰果苹果渣是腰果苹果榨汁后的副产品，约占果实总重的20%，全球年产量估计在160万至200万公吨之间，主要集中于西非、印度、巴西和越南。其化学组成复杂，蕴含显著的可利用价值，主要包括纤维素、半纤维素、果胶、木质素、蛋白质、脂质和矿物质。尤为突出的是，CAB含有丰富的生物活性化合物，如多酚（含量可达1037.6 mg GAE/100 g d.w.）和维生素C（高达901.2 mg/100g）。这种独特的组成使其不仅可作为生产生物燃料和化学品（如乙醇、乳酸）的碳水化合物来源，更是获取高价值提取物用于营养保健品、制药和化妆品行业的理想原料。然而，CAB的高水分含量、易腐败性以及顽固的木质纤维素-果胶复合结构，构成了下游生物加工的主要挑战，因此有效的预处理步骤对其成功高值化至关重要。
苛性碱预处理
苛性碱（碱性）预处理，特别是使用氢氧化钠（NaOH）的方法，是增强木质纤维素原料酶解消化率的成熟技术。其作用机制主要涉及在碱性条件下，皂化木质素与半纤维素之间的酯键（如乙酰酯和阿魏酰酯键），并断裂木质素内部的β-O-4芳基醚键，从而实现木质素的脱除和部分溶解。该过程还能引起纤维素纤维的溶胀，降低结晶度，增加酶的可及表面积。
对于CAB，苛性碱预处理表现出高效的脱木质素能力，在优化条件下脱木质素效率可超过80%，并能显著提高后续的酶解糖化得率。典型的优化条件包括：碱浓度0.5%–4.0% (w/v)、温度80–140 oC、处理时间30分钟至数小时、固液比5–20% (w/v)。尽管有效，该方法也存在明显局限：产生需要中和的碱性废液（黑液），增加废水处理负担；化学品消耗量大；在剧烈条件下可能导致纤维素发生剥皮反应而降解。此外，CAB中较高的果胶含量（8.56–11.2% d.w.）可能形成果胶-木质素-碳水化合物复合物，影响预处理效果，需要特别考虑。
低共熔溶剂预处理
低共熔溶剂是由氢键受体和氢键供体按特定摩尔比组合形成的共晶混合物，具有蒸气压可忽略、可生物降解、物化性质可调等“绿色溶剂”特性。在用于CAB预处理时，DES展现出了独特优势。常见的DES体系包括胆碱氯化物（ChCl）与乳酸、甘油或尿素等组合。
DES预处理CAB的机制在于其能选择性溶解木质素和半纤维素，同时较好地保留纤维素结构。其氢键网络可有效破坏木质素与碳水化合物之间的连接，并在较温和的条件下（通常低于150 oC）实现高效分馏。与苛性碱法相比，DES预处理在选择性、能耗和抑制剂生成方面表现更优。它能更好地保留纤维素，酶解糖化得率更高，并且显著减少了发酵抑制性副产物的形成。更重要的是，DES体系在分馏木质纤维素的同时，能够高效共提取生物活性酚类化合物，保留率可达75–92%，远高于苛性碱法的40–65%，同时还能回收60–75%的果胶，这对于实现集成生物精炼、同步获取高价值化学品和发酵糖的目标极具吸引力。
技术与经济的比较分析
从技术经济角度看，两种预处理技术的优劣取决于工厂规模、溶剂/化学品回收效率及目标产品组合。对以年产5万吨CAB为基准的模拟分析显示，当DES溶剂回收系统效率达到85–95%时，其处理成本可比苛性碱法降低25–40%。然而，DES的初始投资成本通常较高，其经济可行性严重依赖于高效的溶剂回收与循环利用。
在环境影响的比较上，基于生命周期评估（以生产1 kg发酵葡萄糖为功能单位），DES预处理系统的全球变暖潜能值可比苛性碱法降低30–45%，这主要得益于其更低的化学品消耗、能耗以及可生物降解的溶剂特性。但DES的环境效益高度依赖于其组分的绿色程度和回收率。
未来展望与结论
CAB的高值化利用是推进循环生物经济的重要途径。DES和苛性碱预处理是解锁其潜力的两种关键策略。苛性碱法脱木质素能力强、技术成熟，但面临环境与成本挑战。DES作为一种新兴的绿色技术，在选择性分馏、能耗、副产物控制以及生物活性成分保留方面展现综合优势，尤其适合用于以高价值化合物和发酵糖为双重目标的集成生物精炼。
未来的研究方向包括：优化高固载量（>15% w/v）处理工艺、开发连续流强化反应器系统、管理CAB季节性供应的策略以支持生物精炼厂全年运营，以及设计结合DES与温和碱处理的混合工艺，以发挥协同效应。最终，结合全面的技术经济评估、稳健的溶剂可回收性和生命周期可持续性指标的集成预处理框架，对于推动CAB高值化迈向工业化规模的循环生物经济至关重要。
