武威，马秋刚，朱选，王健
DOI: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-1154
木质纤维素生物质（lignocellulosic biomass, LB）作为一种独特的可再生碳中和资源，用于生产天然绿色燃料和增值化工产品，据报道全球每年LB产量约1.3×1010t，规模庞大。然而，它们绝大多数会被直接焚烧或填埋以当作有机肥料归田，往往未能得到充分利用，这样不仅造成了巨大的资源浪费，还会引发众多环境污染问题。因此，LB资源高值化利用对于使其成为可持续发展的潜在原料和石油化工的有效替代品具有重大的社会及经济意义。
现阶段常用的方法有机械粉碎、挤压揉搓、微波处理、超声波处理、水热法、酸碱化学法、酶法、微生物发酵和蒸汽爆破等。其中，蒸汽爆破（steam explosion, SE）技术是一种典型的物理-化学预处理方式，能够强力破坏纤维束之间的相互连接，打破LB固有的抗降解屏障，在提高原料利用效率的同时获得一定的增值产物，具有作用时间短、高效耗能低、反应无污染及适应工业化等优点，成为LB资源转化最具发展前景的预处理技术。
1 木质纤维素生物质的结构特性及理化性质
2 基于LB常见的预处理技术及主要特点
3 蒸汽爆破预处理技术
3.1 蒸汽爆破预处理的反应过程及作用原理
3.2 蒸汽爆破预处理的影响因素及反应优化
4 蒸汽爆破对 LB 的作用效果及高值化应用
4.1 蒸汽爆破对LB微观形态和分子结构的影响
4.2 蒸汽爆破在LB纤维改性上的应用
4.3 蒸汽爆破实现由LB制备低聚糖
4.4 蒸汽爆破实现由LB提取活性物质
4.5 蒸汽爆破实现LB资源饲料化应用
5 蒸汽爆破的后处理流程及其可能的应用方向
6 SE技术的局限性及其在应用层面的挑战
7 总结与展望
SE技术以高效、安全、绿色、无污染等优点，在LB资源化利用的多个领域受到普遍关注。紧紧围绕LB原料固有的抗降解屏障特性，通过一定的热化学转化破坏纤维组分间的复杂交联，在提高LB纤维素利用率的同时，促进可溶性低聚糖与多种活性成分的释放，对植物纤维的高效分离和终产物的高值化应用具有显著的效果。但目前LB原料的饲料化应用研究相对受限，多集中于SE高效处理农作物秸秆，并在不影响反刍动物正常生产的情况下，代替饲粮中的部分优质粗饲料，却鲜见针对猪、鸡等单胃动物日粮中常见的玉米、豆粕等谷物型副产物的SE预处理应用。这可能是在相应的饲料领域受LB底物组分、技术条件和生产成本等因素的综合影响起步较缓。
未来发展可考虑主要聚焦于以下方向：SE工艺条件必须适配于各种可变来源的LB结构组成与理化特性，做到具体问题具体分析，为预处理工作的科学开展提供技术保障；合理控制SE处理的强度和均匀度，规避半纤维素的过度水解以及木质素的结构重排；考虑尝试在SE处理前补充预浸步骤以最大程度地增加产物中纤维素的可及性和半纤维素水解的有效性；通过探寻多种预处理方法（酶或微生物发酵）联用的SE后处理流程，挖掘组合工艺在饲料化应用层面的新策略；并明确SE处理后LB底物的主要变化层面和对营养价值的实质影响。此外，可尝试基于单胃动物日粮中谷物型饲料原料副产物的特性，拟通过SE技术缓解或克服其降解难、消化代谢率低以及对肠道的负面影响等抗营养作用，产出可溶性低聚糖和其他小分子活性物质，生产利于肠道健康的功能性饲料，以提高谷物副产物的经济附加值和动物的生产性能。
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