非粮生物质应用现状及难点有哪些？

4大技术难点制约非粮生物质大规模应用。

当前非粮生物质的工业应用大多局限于生产乙醇等低值产品，难以形成较高的利润空 间，普遍难以实现商业化运作。由于非粮生物质中农作物秸秆及农业剩余物中含有大量 的纤维素，在原料预处理、糖化和发酵效率等方面难度更大，如何实现高效、低成本的 综合开发成为非粮生物质产业化应用的关键问题之一。

秸秆与其他木质纤维素（如木材等）类似，其中约65%为纤维素成分，同时还含有半纤 维素和木质素。纤维素是组成植物细胞壁的主要成分，由几百至几千个β-1,4糖苷键连 接的葡萄糖单元组成，是自然界中最丰富的有机聚合物，蕴藏着植物界50%以上的碳。 半纤维素是由戊糖（木糖、阿拉伯糖等）和己糖（葡萄糖、甘露糖）组成的异质多聚体， 其中木聚糖为主要组成部分。木质素是一种天然的酚类高分子化合物，通过共价键与 半纤维素连接，含有丰富的芳环结构、脂肪族和芳香族羟基以及醌基等活性基团。

① 秸秆高效糖化困难 ：大多数发酵用菌株因缺乏相应地纤维素、半纤维素、木质素水解酶，几乎无法直接 利用此类多糖合成产物，因此需要通过预处理降解多糖，以释放可发酵糖类（木糖、 葡萄糖、阿拉伯糖和甘露糖等）。高分子量和复杂的大分子结构使非粮生物质中纤 维素的降解分离和低成本处理及综合利用成为制约生物质能源利用的关键，需要通 过许多转化方法进行糖化。同时，当使用纤维素酶降解木质纤维素时，分解出的纤 维二糖、葡萄糖等会对酶解产生较强的反馈抑制作用，更有效和更具成本效益的酶 的开发进展缓慢。

② 微生物生长抑制物： 在非粮生物质预处理过程中除产生微生物可利用的碳源外，还会产生多种抑制微生 物生长的有机抑制物如弱酸、醛和酚等。若采用酸/碱预处理，残留的无机离子也会 对微生物生长产生抑制作用。

③ 碳代谢阻遏：目前工业生产菌株大多基于粮食原料开发，依赖于葡萄糖或淀粉，若对木糖等五碳 糖的利用不佳，会出现碳代谢阻遏现象，即葡萄糖被优先利用，直到葡萄糖耗尽才 开始利用其他糖，使得部分糖在发酵结束时未被利用，从而降低发酵效率。此外，不 同来源的秸秆成分差别巨大，故而水解液中糖的组成也千差万别，对工业菌株的开 发造成一定困难。

④ 高效综合开发：副产物即在生产过程中伴随目标产物产生的物质，副产物的产生会降低整体底物利 用率，甚至产生抑制物。以发酵法生产乳酸举例，利用葡萄糖为原料生产乳酸，可以 完全转化，无副产物；利用木糖等五碳糖作为底物，将产生乙酸或乙醇等副产物，此 时乳酸最大得率仅为60%，不仅降低生产效率还会增加下游分离纯化成本。

面对非粮生物质开发问题，学术 界与产业界均在积极寻找解决方 案，如为了缓解抑制物对微生物 的毒害作用，探索与了预处理液 脱毒、改变发酵工艺或筛选出具 有耐抑制物能力的生产菌株等方 案。通过非粮生物质的降解分离 和低成本处理及综合利用开发， 很大程度上将会打造全新的利用 生物质资源的供应链，具有广阔 的市场价值和应用前景。