研究人员创造了一种新颖的方法，利用微波辅助的流动反应和可重复使用的固体催化剂，有效地将多糖分解为简单糖。该新设备采用连续流动水解技术，其中纤维二糖通过经过微波加热的磺化碳催化剂，促进了纤维二糖高效转化为葡萄糖。
九州大学的一组科学家首创了一种将催化剂与微波流动反应技术集成的设备，以有效地将复杂的多糖转化为简单的单糖。该设备使用连续流动水解系统，其中纤维二糖——由两个葡萄糖单元构成的二糖，被引导通过由微波加热的磺化碳催化剂。该化学过程成功地将纤维二糖分解为葡萄糖。他们的研究成果已发表在《ACS可持续化学与工程》期刊上。
将生物质转化为有价值的资源多年来一直是研究的一个领域。生物质多糖是自然界中普遍存在的长链复杂糖类，被认为是高效转化的有希望候选者，因为它们可以转化为简单糖。这些简单糖随后可以在食品、制药和化学制造等各个领域中利用。
水解是一种将长链糖转化为简单糖的高效反应，通常依赖酸作为催化剂。尽管存在许多气体或液体形式的酸催化剂，但固体酸催化剂（固态酸）因其可回收性和可持续性而受到关注。
然而，固体酸催化剂通常需要高温才能有效工作。为了解决这个挑战，九州大学农业学院的副教授坪木俊太郎及其研究团队探索将微波流动反应应用于水解过程中以加热固体催化剂。
“微波在固体催化剂上产生局部高温反应区，增强催化活性，同时保持总体反应温度较低，”坪木指出。“此外，这种设计允许底物在反应室中连续流动，而微波加热催化剂，从而提高产物的产量。”
研究人员开发的设备具有由磺化碳制成的固体酸催化剂。他们使用纤维二糖这一二糖作为模型底物测试系统。在他们的设置中，纤维二糖溶液流经磺化碳催化剂，采用微波能量加热至100-140℃之间的温度。该过程有效地通过水解分解纤维二糖，从而产生葡萄糖。
影响系统效率的一个关键因素是能够明显分离微波产生的电场和磁场。
“微波产生电场和磁场。电场加热偶极材料，如水——这类似于微波加热食物的方式。相反，磁场加热导电材料，如金属和碳，”坪木解释道。“在我们的设备中，我们通过隔离这两个场来增强催化活性，应用电场加热液态纤维二糖溶液，同时利用磁场提高催化剂的温度。”
微波增强催化反应已在多种化学过程中有效应用，包括有机合成、塑料回收和生物质转化。研究团队乐观地认为，随着可再生能源的日益普及，电力驱动的化学生产——像他们的方法——将推动行业朝着更可持续的未来发展。
“我们预期我们的系统将有助于开发更可持续的化学合成方法。我们还计划研究将我们的方法应用于其他多糖的水解，以及蛋白质的水解，以生成氨基酸和肽，”坪木总结道。
