化石燃料的使用导致温室气体排放量增加，进一步使全球变暖问题恶化。木质纤维素生物质（LCB）可作为碳中和材料和燃料来源，以减少使用化石资源带来的负面影响。LCB的使用需要有效的预处理工艺，以提高其纤维素含量，孔隙率和酶和微生物的消化率。近年来，低共熔溶剂（DES）因其成本低、能耗低、制备简单、可回收、环保等特点而使其在LCB预处理的方面有较大潜力。迄今为止进行的各种研究工作仅选择了某些微波DES辅助预处理因素（温度、时间等）进行研究。这些研究的局限性在于，并非所有影响微波辅助DES预处理的因素都在所使用的一次一个因素（OFAT）方法中得到考虑。此外，每个因素的影响独立于预处理中存在的其他因素进行考虑，导致未考虑因素相互作用的情况。
基于此，西班牙罗维拉维吉利大学化学工程系Magda Constanti教授研究了用氯化氯-甲酸（ChCl：FA）分馏研磨针叶木混合物（MSM）的改进，以获得具有高葡聚糖保留性和纯度的残留物，同时去除了大部分木质素和半纤维素。
图文解读
Effect of DES molar ratio
图1为ChCl:FA DES测试的各种摩尔比。当ChCl:FA摩尔比为1:1时，形成的DES不稳定，静置48 h后无法保持其均匀性。因此，ChCl:FA=1:1被排除在进一步的预处理实验之外。在140°C、10 min、800 W和10 % （w/v）固体负载量下测定了ChCl：FA摩尔比对生物质组成的影响。当摩尔比从1:2增加到1:4时，葡聚糖含量也增加，且在1:4和1:5之间几乎保持不变（图1a）。这与酸含量增加时存在的较弱氢键形成相关，从而减少了与FA反应产生DES的可用ChCl。从而导致1:5及以上产生的DES与FA更相似，从而阻碍脱木素并增加葡聚糖去除。因此，选择1:4的DES摩尔比来研究反应温度的影响。
Fig. 1. Solid biopolymer composition at α = 0.05 for a triplicate of each experiment, effect of HBA: HBD mole ratio.
Effect of temperature
图2为在条件ChCl:FA (1:4) 、处理时间10分钟、800 W 和 10% (w/v) 固体含量下测定温度对生物质组成和生物聚合物去除的影响。温度升高会降低 DES 的粘度，减少溶剂中氢键的数量并提高其在生物质结构中的扩散率。随着温度从80°C 升高到140°C，预处理生物质的葡聚糖含量增加，葡聚糖去除率低于10%。在160°C 时，预处理生物质的葡聚糖含量在统计学上与140°C 时相同，但预处理固体的产量较低。随着温度从100°C 升高到 160°C，半纤维素含量从6.2 % 降低到1.8 %。同样，木质素含量在140°C 时降至 5.3%。然而，在160°C 时，观察到木质素含量增加至10.9%，这可能是由于木质素的再聚合。因此，选择140 °C和ChCl:FA摩尔比为1:4的化合物进一步研究反应时间的影响。
Fig. 2. Solid biopolymer composition at α = 0.05 for a triplicate of each experiment, effect of temperature.
Effect of reaction time
图3说明了在 ChCl:FA (1:4)、140°C、800 W 和10 w/v%固体含量下反应时间对生物质组成的影响。在800 W下达到140°C 所需的升温时间为8分钟。微波预处理6至18分钟略微改变了预处理后的生物质葡聚糖含量 (82.5-86.2 %)。此外，在18分钟时，49.2%的固体产率意味着仅损失了约10%的葡聚糖。半纤维素含量在超过10分钟后急剧下降。从10分钟到14分钟木质素含量一直减少，然后达到稳定水平。5.6 %未观察到可见变化。结果表明，与葡聚糖和木质素含量相比，较长的反应时间对生物质的半纤维素含量的影响更大。因此随后的微波辐照功率研究ChCl:FA（1:4）的反应时间固定为14 min，温度为140°C。
Fig. 3. Solid biopolymer composition at α = 0.05 for a triplicate of each experiment, effect of time.
Effect of microwave-irradiation power
图4显示了微波照射功率对预处理残留物的影响。功率从400 W增加到1200 W不会影响预处理生物质残留物的葡聚糖、半纤维素和木质素含量。功率从400 W增加到800 W半纤维素和木质素去除率略微增加，然后随着照射功率增加到1200 W而保持几乎恒定。这主要是由于调节了在各种微波照射功率设置下达到设定温度所需的斜坡时间，从而确保条件几乎保持相似。因此，进一步的处理应将微波照射功率保持在800 W。
Fig. 4. Solid biopolymer composition at α = 0.05 for a triplicate of each experiment, effect of microwave-irradiation power.
Effect of solid loading
图 5为在ChCl:FA（1:4），140°C，14 min和800 W下进行实验来确定固体载荷的影响。预处理生物质的葡聚糖含量几乎保持在5至25 w/v%的固体载荷之间，尽管略低于25%。然而，基于25 w/v%时47.8%的固含量产率，获得了18.5%的葡聚糖损失。在10至25 w/v%之间，SR的半纤维素含量几乎没有变化，而木质素含量仅在固体残留物增加到25 w/v%时才增加。木质素含量的增加可归因于SR的葡聚糖含量降低至25 w/v%。因此，预处理残留物在25 w/v%时的木质素含量（11.4%）几乎是5至20 w/v%之间观察到的木质素含量（分别为5.2-6.9%）的两倍。
Fig. 5. Solid biopolymer composition at α = 0.05 for a triplicate of each experiment, effect of solid loading.
Effect of solid loading
使用四个因子（DES摩尔比、温度、反应时间和固体负载）和三个水平进行了28次运行CCD，以确定各种因子的单独影响及其相互作用，结果表示为图6中的响应面轮廓。一开始，随着各种因素的增加，生物质残留物葡聚糖百分比是逐渐增加的，直到ChCl:FA摩尔比为1:4、微波处理条件为140 °C、14 min和15 w/v%固体负载量，生物质残留物葡聚糖百分比达到89.5 %。随后各种因素进一步增加又下降到72.0 %。预处理残渣的半纤维素含量受处理温度影响较大，而固体负载量、DES摩尔比和反应时间影响不大。随着温度升高至140°C，残余半纤维素含量急剧下降至1.3%，然后随着温度的进一步升高而保持几乎恒定
Fig. 6. Response surface profiles of solid residue biopolymer composition after microwave-assisted DES pretreatment.
总结
作者研究发现微波辅助DES预处理可有效分馏MSM。最佳条件为ChCl:FA （1:4）、140°C、800 W、14 min和15 w/v%固体含量，残余葡聚糖含量为89.2%，脱木素为90.1%，半纤维素去除率为96.2%。在预处理过程中，温度对生物聚合物的影响最为显著。在10%到20%之间预处理生物质的成分相似，但葡聚糖损失为14.9%。在 10-15 w/v% 时，获得的残留物之间没有结构、功能和结晶度差异，这对工业过程是有利的。
