一种用香蕉皮生产燃料的方法 

诸平

Fig. 1 Image: Pixabay CC0

Fig. 2 Graphical abstract

据加拿大拉瓦尔大学（Université Laval）2022年12月21日报道，拉瓦尔大学和加拿大麦吉尔大学（McGill University）的研究人员合作，开发出一种用香蕉皮生产燃料的方法（A process to produce fuel from banana peel）。这种绿色工艺可用于对其他富含纤维素或木质素的食物进行增值。

营养学家会一致告诉你，香蕉是一种极好的能量来源。根据玛丽-乔西·杜蒙特（Marie-Josée Dumont）的说法，果皮也是如此，但在它指的是燃料之意。拉瓦尔大学化学工程系的教授和她在麦吉尔大学的同事们通过大幅提高现有化学工艺的效率，在香蕉皮燃料方面迈出了新的一步。相关研究结果于2022年8月12日已经在《生物资源技术》（Bioresource Technology）杂志网站发表——A. K. M. Al Amin Leamon, Mario Perez Venegas, Valérie Orsat, Karine Auclair, Marie-Josée Dumont. Semisynthetic transformation of banana peel to enhance the conversion of sugars to 5-hydroxymethylfurfural. Bioresource Technology, October 2022, Volume 362, 127782. DOI: 10.1016/j.biortech.2022.127782. Epub 2022 August 12. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.127782

玛丽-乔西·杜蒙特教授解释说：“香蕉皮富含纤维素、半纤维素和木质素。”理论上，可以提取单糖，例如葡萄糖（glucose）和果糖（fructose），并通过热处理将它们转化为一种称为羟甲基糠醛 (hydroxymethylfurfural简称HMF) 的分子。“HMF是一种用途广泛的分子。它可用于合成燃料或各种工业产品，包括药物。美国能源部（US Department of Energy）认为 HMF是最有前途的来源分子之一，”玛丽-乔西·杜蒙特说。

目前从香蕉皮等食物残渣中提取糖分的方法包括用溶剂和化学催化剂处理它们。玛丽-乔西·杜蒙特教授及其合作者研究的过程改为使用酶和机械加工。“我们将香蕉皮放入球磨机中，球磨机以机械方式粉碎生物质，使酶更容易发挥作用，”玛丽-乔西·杜蒙特博士说。

这个过程称为机械酶法（mechano-enzymatic），可以在3小时内从1 kg香蕉皮中提取405 g葡萄糖和172 g果糖。这分别是没有预处理和没有侵蚀性化学处理的化学水解过程的 1.2 和 1.9 倍。玛丽-乔西·杜蒙特教授及其同事在《生物资源技术》杂志发表的一项研究中报告说，从相同数量的香蕉皮中，酶机械过程产生的HMF是化学过程的3倍。

研究人员使用香蕉皮来证明他们的过程的有效性，但他们的真正目标更广泛：包括水果和蔬菜下脚料。“我们希望优化酶机械过程，以便我们可以从富含纤维素或木质素的复杂和异质生物质中获取糖分，然后将它们转化为HMF和燃料。挑战在于以相对于化石燃料的成本优势来进行相关燃料研究。”

此研究得到了加拿大自然科学与工程研究委员会(Natural Sciences and Engineering Research Council简称NSERC, Canada)和抗菌剂和绿色酶科学研究协作委员会主席(CRC Chair in Antimicrobials and Green Enzymes)的财政支持。

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Abstract

This study aimed to efficiently convert banana peels (BP) into 5-hydroxymethylfurfural (HMF) by using an integrated mechanoenzymatic/catalytic approach. There is no report on HMF production using mechanoenzymatic hydrolysis. Moreover, this method enables saccharification of lignocellulose without bulk solvents or pretreatment. The effects of the reaction volume, milling time, and reactive aging (RAging) on the mechanoenzymatic hydrolysis of BP were studied. The solvent-free enzymatic hydrolysis of BP under RAging conditions was found to provide higher glucose (40.5 wt%) and fructose (17.2 wt%) yields than chemical hydrolysis. Next, the conversion of the resulting monosaccharides into HMF in the presence of the AlCl₃·H₂O/HCl-DMSO/H₂O system resulted in 71.9 mol% yield, which is so far the highest HMF yield obtained from cellulosic food wastes. Under identical reaction conditions, direct conversion of untreated BP to HMF yielded 22.7 mol% HMF, suggesting that mechanoenzymatic hydrolysis greatly promotes the release of sugars from BP to improve HMF yield.