张文耀 摄
我国是农业大国， 农林废弃秸秆非常多， 秸秆的种类随季节变化而变化， 量大、 低值、 体积大、不便运输，由于含有木质纤维素， 大多动物不能消化， 而其自然降解的过程又极其缓慢， 最终导致大部分秸秆以堆积、 荒烧的形式直接倾入环境， 造成极大的环境污染和资源浪费。但不让烧， 还能怎么办？“实际上，秸秆完全可以变废为宝，创造财富。” 生命科学学院杨建明教授正是看中了秸秆当中的木质纤维素， 带领团队在利用木质纤维素降解液合成清洁能源前体物领域取得重要进展。
贯彻"十九大"精神，走在研究前列
“秸秆资源十分丰富， 仅我国年产量就达7 亿吨左右，相当于 5 亿吨标煤， 而目前实际使用量仅为 2.2 亿吨左右。” 瞄准目标，杨建明教授团队利用秸秆木质纤维素酶解液，通过生物发酵的方式， 获得了高密度燃料的前体物 （异戊二烯） ， 从而获得可再生生物燃料。相关研究结果发表在生物工程技术领域 Top 期刊 Biotechnology forBiofuels 上，研究生王苏蒙和科研助理教授王兆宝为该论文并列第一作者。
所谓生物燃料， 一般指来自于非粮食原料的交通运输用燃料。近年来， 随着全球面临的能源依赖度逐年提高、 温室气体排放不断增加， 因国际能源市场价格波动而带来更大的风险， 世界各国纷纷重视生物燃料的研究。“生物燃料具有 ‘可持续性’ ， 因此它有着良好的发展前景， 但也存在一系列技术瓶颈、 环境、 生产成本及原料多样性的问题需要解决。 先进、 清洁的生物燃料的研发， 已成为工业生物技术的重要研究方向。我们团队的研究项目， 响应了十九大号召， 利用农林废弃物制备清洁生物燃料， 可以有效解决环境问题。” 杨建明说。
另辟蹊径，千般努力终不负
当前， 限制木质纤维素利用的主要瓶颈问题是如何低成本、 高效率地去除木质素分子， 破坏木质纤维素的晶体结构，从而使纤维素酶能够高效地接触底物纤维素， 使其降解为微生物可发酵的单糖。国内外许多团队都在做这方面研究， 有的利用酸碱处理， 有的利用高温高压方式处理……方法各有不同， 但都没能避免得了成本高、 能耗大或污染重等问题。
研究之初，团队成员在研究材料的选择上做了许多比较， 最后选定花生壳作为实验材料。他们主动与学校从事花生研究的相关团队进行合作， 利用对花生团队已经算是无用的花生壳进行研究， 有效降低了生产成本， 实现了变废为宝。
为了验证木质纤维素酶解液的可发酵性， 团队选择了葡萄糖和酶解液作为对照实验组， 最终发现木质纤维素酶解液的发酵效果基本与纯糖发酵相当。当然， 研究过程并非一帆风顺， 在实验后期测单糖时， 因处理条件不够成熟， 检测手段出现偏差， 致使实验中始终检测不到单糖纯度。团队成员因此查阅了许多资料， 调整了检测手段， 经过多次反复才成功测到单糖。
“每个实验步骤都包含无数个小实验， 每个小实验短则持续一周， 长则一两个月， 实验到关键节点时， 连饭也顾不上吃。 不过， 沉浸到实验中其实也感觉不到饿和累， 在试验成功的那一刻就觉得一切都值得。” 作为第一作者的研究生王苏蒙由衷地说到。
经过无数次失败后， 功夫不负有心人， 团队最终成功探索出一种高效破坏木质纤维素分子结构的预处理方法———磷酸和过氧化氢组合法。 该方法与传统物理化学预处理方法相比， 具有效率高、 低成本、 能耗低等明显优点。而且在处理后的酶解液中， 此种方法不会出现发酵抑制物， 因此也不用采取脱毒方式去除发酵抑制物， 大大减少了试验时间和实验成本。
引进人才，贴近民生再深研
杨建明教授的团队为国际创新团队， 国内包括8 位老师（其中 1 位教授， 3 位副教授） 、 5 名研究生，此外还包括美国科学院院士、 美国华盛顿大学教授在内的 4 名国际科研工作者.这种国际化的研究团队能够在实验过程中不断用世界最新的理念和方式进行碰撞，对关键技术进行充分的交流研讨。
学校 “青岛农大高层次人才科研基金” 为团队提供了经费支持， 并在团队成立时对实验室科研装备和工作环境进行了改善。 同时， 此项目还得到国家自然科学基金面上项目、 国家外国专家高端引智项目、山东省自然科学基金面上项目、青岛市民生科技项目等项目资助。
“科研不能是简单发表几篇论文， 必须真真正正将先进技术运用到实际生产生活中。 特别是我们学校是‘农’ 字头高校， 切实服务三农、 为农民谋福利， 更是我们做科研的真正意义所在。 ” 杨建明教授表示， 团队下一步将继续放大现有课题研究， 例如将实验材料处理量的增加； 放大试验过程中的反应器； 把实验用的原料从花生豆科扩展到草本科、 木本科等……实验技术成熟后， 将与相关企业合作， 向产业化方向发展，最终实现使农林废弃物资源的利用价值达到最大化， 降低燃料的生产成本， 提高农民收入的目的。 “新的成果可以推动国家出台新的管理办法， 有效降低农业废弃物处理过程中产生的人力、 物力、 财力。”