当前，我国非粮生物基行业处在产业化发展关键时期。同时，在产业化实践上，圣泉集团、丰原集团、国投生物、循原科技、聚维元创、广州楹鼎、山东龙力、河北易高、河南骐业、合肥利夫、武汉睿嘉康、金禾实业、华康药业......等一批我国企业均侧重立足三素全产业链开发、非粮糖、半纤维素、非粮糖混合发酵等相关技术和项目，并具备一定经验与技术突破。
至今为止，从非粮生物基材料产业链上看，行业创新发展和规模化上仍存在诸多难点，产业处于初级阶段。与基于传统粮食原料规模化生产生物基材料相比，非粮生物基材料在生物质的收集、原料预处理、糖化和发酵转化效率、综合成本控制等方面难度更大。
目前非粮生物质主要原料以玉米秸秆、玉米芯为主。秸秆种类繁多、性状不一，分布分散，收获具有季节性。且秸秆密度低、易燃易潮易发霉，长期储存需要做好防雨、防潮、防火和防雷等设施建设，日常还需要进行必要的维护和管理。因此秸秆收、储、运是秸秆大规模能源化利用的一大瓶颈。构建合理的秸秆收储运体系对非粮糖、纤维素乙醇等连续化生产至关重要。
对此，安徽丰原等企业表示可建立因地制宜建设分布式非粮生物处置及糖化基地，以进一步进入下游产品开发。同时，政府园区需要构建合理的秸秆收储运服务体系，以推进产业化。
在原料预处理上，产业面对如何高质量分离这三种组分以获取适合规模化利用的原料的挑战。非粮预处理过程对下游产品开发极其重要。高水平的预处理技术能够降低昂贵酶制剂的用量，减少酶抑制物和酵母抑制物的生成，提高酶解速率和发酵水平。
但单一的方法成本很高且处理效果不好，仅有物理化学结合法处理效果较好且经济可行，是目前使用较多的预处理方法，主要物理化学法有研磨后酸碱分解、稀酸/碱蒸汽爆破、亚硫酸盐蒸煮法等。蒸汽爆破目前是应用最广泛也是效果较好的预处理方式。
从工业应用的角度来分析，传统蒸汽爆破在蒸汽能耗高、易夹生、废水产生多等问题，因此，开发简捷、低耗且连续的预处理创新设备仍迫在眉睫。
纤维素其复杂结构形成了天然拮抗降解作用的屏障，如何实现高效、低成本的秸秆糖化成为秸秆产业化应用的主要瓶颈问题之一。目前，其挑战包括纤维提取、水解糖化和其他副产物处理（木质素等），适配工艺流程开发等。其关键点在于高效酶工程、除去糠醛等抑制物。
高效的工业化菌株对非粮产业具有重要意义。以下三个趋势值得产业关注：
首先，关注可高效利用五碳糖的菌株。利用混合糖发酵生产大宗糖基生物基产品是一大趋势。其中，将秸秆糖经济地转化为燃料乙醇乃至其它化学品，需要抗逆性能优异且能高速发酵木糖的微生物。同时国内缺少自助开发的木糖酵母。对此，诺和新元公司吴文平博士和中国科学院上海生命科学研究院（现分拆为分子植物科学卓越创新中心）杨晟研究员团队开发获得了满足技术成功标准的木糖酵母并实现大规模产业化。
第二，在产业化上，需关注高效非模式工业菌株培育。如武汉睿嘉康生物科技有限公司开发的运动发酵单胞菌具有菌株耐受性强、糖利用与转化率高、厌氧发酵成本低、生产污染风险小等工业生产优势。
第三，开发直接一步发酵非粮生物质合成大宗化学品的整合生物炼制技术，将有效地降低目标产品的生产成本。对此，如中国科学院天津工业生物技术研究所田朝光研究员开发获得了以生物质为原料发酵生产苹果酸的更高效二代苹果酸菌种（整个过程无需额外添加纤维素酶），目前该二代菌种已完成中试测试。
产品的分离提纯成本占总成本的60%，高附加值产品的分离成本甚至可达到90%。生物产品分离过程需要保证产品的生物活性，常需要低温、合适的PH和一定的耐受压力。
作为最具利用价值的可再生碳资源，木质纤维素三素如果无法充分利用，将限制生物质化工发展的经济性和环境友好性。对此，实现秸秆等生物质的“吃干榨净”是一大趋势。其中，对木质素进行高值化利用是非粮糖等生产企业实现综合盈利的重要因素之一。目前，木质素高值化利用可产业化方向主要有制备黄腐酸有机肥、硬碳、生物基胶黏剂等途径，同时期待更高值化的利用方向。
在《加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案》文件中有明确提出加大秸秆及剩余物等非粮生物质原料化高值利用，推动非粮生物质制糖产业发展， 重点突破高效糖化关键技术，完善制糖工艺标准化。实现非粮生物质糖化及发酵、产物分离提纯浓缩等工艺标准化、规模化、绿色化运行，提高稳定性、一致性和经济性。
对此，非粮生物质领域还有待推进完善和制定非粮生物质标准化采收保存及预处理、制糖工艺标准化、产物分离提纯浓缩等工艺标准化。
来源:生物基能源与材料
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