木质纤维素生物质是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。据估算，年总产量高达1×1010吨，但这些农业残留物最终被丢弃或被烧毁。酒糟是发酵生产酒精后残留的固体，是酿酒过程中最丰富的副产物。酒糟在全球范围内被大量生产，酿酒企业每年生产约3860万吨酒糟。未经过处理的酒糟由于含水量高，含有可发酵糖，并附着有微生物，使得酒糟在4-7d后快速变质，引起环境问题。目前，酒糟只有一小部分被用作动物饲料，绝大部分被焚烧，这不仅造成了资源的浪费，也带来了严重的环境问题。酒糟在适当的条件下会发生水解，释放出可发酵糖，然后通过微生物发酵，转化成高附加值生物产品。
四甲基吡嗪（TTMP）是白酒中重要的香气化合物，通常用作食品添加剂。此外，它还是一种活性物质，被认为是治疗心脑血管疾病的有效药物。生物合成法是生产四甲基吡嗪的新型技术，主要通过微生物发酵完成。
本研究使用实验室前期从丹泉酒厂的高温大曲中分离出的高产TTMP的芽孢杆菌Bacillus sp. TTMP20。分别用水、稀硫酸和氢氧化钠对丹泉酒酒糟进行高温处理，然后用于发酵生产四甲基吡嗪。研究表明酸处理对生产四甲基吡嗪效果最好。随后基于活性炭剂量、pH、温度和时间优化了酸水解液的脱毒条件。在最佳的脱毒条件下（活性炭剂量3.0%、pH 4.0、温度60℃和时间60min）对酸类物质、酚类化合物、糠醛和5-羟甲基糠醛的去除率分别为83.82%、96.47%、94.61%、91.87%。最后，对未脱毒和脱毒的酸水解液用于发酵生产四甲基吡嗪的能力进行比较，结果表明，优化的脱毒条件导致Bacillus sp. TTMP20的四甲基吡嗪产量提高了1.27倍。本研究为利用木质纤维素废弃物（酒糟）生产四甲基吡嗪奠定了基础。
表1不同预处理条件下酒糟的化学成分
图1 三种预处理方法生产四甲基吡嗪的比较
图2 酒糟酸水解产物的脱毒效果以及四甲基吡嗪的产率
2023年10月7日，尚常花副教授课题组在国际学术期刊《Industrial Crops & Products》在线发表题为“Optimizing the detoxification conditions of distiller’s grains hydrolysate for tetramethylpyrazine fermentation by Bacillus sp. TTMP20”的最新研究成果。2021级生物学硕士研究生甘姗灵为第一作者，2021级生物学硕士研究生李雨佳为共同第一作者，尚常花副教授为通讯作者。《Industrial Crops & Products》为农林科学领域中科院一区TOP期刊，IF=5.9。该论文展示利用生物质废弃物（酒糟）发酵生产四甲基吡嗪的研究成果。
本研究得到广西重点研发计划项目（编号：AB21220057 和 2021AB27009）以及广西研究生教育创新计划项目（YCSW2023189）资助。
