综述：推进循环生物经济：解锁香蕉假茎用于微生物源性增值产品的潜力

《Industrial Crops and Products》：Advancing a circular bioeconomy: Unlocking the potential of banana pseudostem for microbially-derived value-added products

本综述系统探讨了香蕉假茎（BP）作为可再生木质纤维素原料在生物精炼中的应用潜力。文章重点分析了预处理策略（如酸/碱、微波辅助、蒸汽爆破等）对提高糖回收率及下游微生物转化效率的影响，评估了生物过程优化（包括同步糖化发酵/SSF）与数学动力学模型的应用，并讨论了原料分散性、运输效率等物流挑战及本地化生物精炼等解决方案。通过整合废弃物预处理优化与增值产品回收，为BP在循环生物经济（CBE）框架下的可持续发展提供了理论依据。

　　

木质纤维素结构组成与预处理策略

香蕉假茎（BP）是一种丰富的农业废弃物，其主要成分为纤维素（50–60%）、半纤维素（20–30%）和木质素（12–18%），具有低木质素、高纤维素含量的特点，适合作为微生物转化底物。然而，其顽固结构（如结晶纤维素被半纤维素-木质素基质包裹）限制了直接微生物利用，因此预处理成为关键步骤。预处理方法包括物理（机械粉碎、微波、超声波）、化学（酸、碱、离子液体）、物理化学（蒸汽爆破、液态热水）及生物预处理等。研究表明，酸预处理（如H₂SO₄）可有效去除半纤维素，但可能增加木质素残留并产生抑制剂；碱预处理（如NaOH）则能显著脱木质素，提高纤维素可及性。新兴策略如微波辅助碘化食盐（M-ITS）和微波辅助造纸废水（M-PWW）预处理，在减少化学用量、提升糖产量（如葡萄糖产量达0.433 g/g）方面展现出经济与环境双重优势。预处理步骤占整个生物过程成本的40%，因此开发低成本、低能耗的预处理技术是推动BP规模化应用的核心。

生物过程优化与产品转化

BP可通过微生物发酵转化为多种增值产品，如生物乙醇、乳酸、生物丁醇和柠檬酸等。以生物乙醇为例，采用稀酸或碱预处理BP后，经酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）发酵，乙醇产量可达8.28–17.1 g/L。同步糖化发酵（SSF）因能降低能耗、减少污染风险，被广泛用于提升转化效率。此外，优化发酵介质（如以废水替代淡水、添加吐温80等辅助剂）可进一步降低生产成本。例如，利用造纸废水（PWW）作为预处理剂和发酵介质，不仅减少了淡水依赖，还实现了柠檬酸产量14.408 g/L。动力学模型（如响应面法）有助于预测和优化过程参数，提高产物收率。

物流挑战与可持续供应链构建

BP的规模化应用面临物流瓶颈，包括原料分散性、高水分含量（12–87%）导致的运输效率低、储存易变质等问题。解决方案包括建立本地化生物精炼中心、在产地进行预处理（如破碎、干燥）以提升密度，以及与香蕉加工企业合作实现供应链整合。循环物流模式，如将发酵残渣转化为有机肥返田，可增强系统可持续性。这些策略能降低运输成本，支持农业废弃物的资源化利用。

经济可行性与未来展望

BP作为非粮原料，全年可用，且其转化过程可减少温室气体排放（每千升生物乙醇减排2.6吨CO₂）。通过整合工业废水（如造纸废水、海水）作为预处理剂和发酵介质，能显著降低生产成本。未来研究应聚焦于过程放大、废物流增值化（如营养盐回收用于肥料），以及与传统工业（如纸浆厂）基础设施耦合，以实现循环生物经济目标。总体而言，BP的增值化利用在缓解环境压力、推动可持续发展方面具有广阔前景。