机械粉碎与微波膨胀预处理协同提升甘蔗渣半纤维素提取率及髓质资源化利用研究

针对甘蔗渣工业应用中髓质废弃及半纤维素利用率低的问题，研究人员通过机械粉碎（MRS）与微波膨胀预处理（MEP）协同策略，系统探究了纤维与髓质结构差异对半纤维素提取的影响。结果表明，微波膨胀后髓质半纤维素提取率提升至70.1%，活化能降低49.3%，为甘蔗渣全组分高值化利用提供了技术支撑。

　　

论文解读

甘蔗渣作为制糖工业的主要副产物，含有25-35%的半纤维素（hemicellulose），却因木质纤维素结构的复杂性导致其提取效率低下。传统工业中，富含半纤维素的甘蔗渣髓质（pith）常被废弃，而纤维组分（bagasse）的提取过程需高浓度碱液（2 M）和长时间反应（40-60分钟），经济性和环保性均受限。更矛盾的是，尽管前期研究推测颗粒尺寸减小可提升提取效率，但实际生产中髓质的存在反而因吸液膨胀阻碍了试剂扩散。如何通过预处理技术突破这一“尺寸悖论”，实现甘蔗渣全组分高效利用，成为生物质精炼领域的关键难题。

云南某高校研究团队在《Biomass and Bioenergy》发表的研究中，创新性地将机械粉碎（MRS）与微波膨胀预处理（MEP）联用，系统解析了纤维与髓质的结构差异对半纤维素提取的影响机制。研究采用扫描电镜（SEM）观察原料微观形貌，通过碱性提取实验对比不同组分（原始甘蔗渣、机械粉碎渣、髓质）的提取率差异，并结合动力学模型计算活化能变化。

结果部分

1. 组分与结构特征：髓质呈现无定形疏松结构，其半纤维素初始含量（52.7%）显著高于纤维组分（2倍），SEM显示髓质中半纤维素溶解路径更短、阻力更低。
2. 微波膨胀的增效作用：MEP使髓质提取率从52.7%跃升至70.1%，活化能降低49.3%至7.1 kJ mol^?1，证实微波引发的结构变形促进了试剂渗透。
3. 机械粉碎的协同效应：MRS预处理后纤维颗粒尺寸减小，但单独使用时提取率仅提高1.4倍，而联合MEP可使活化能整体降低30-49%，表明协同处理能弥补单一技术的局限性。

结论与意义
该研究首次阐明甘蔗渣髓质的高效提取机制源于其短溶解路径与低结晶度的结构优势，而MEP-MRS联用技术通过物理-热力学协同作用，将纤维组分的提取效率提升至接近髓质水平。这一发现不仅为甘蔗渣全组分资源化提供了新思路（如包装材料开发），其低碱（3% NaOH）、短时（5分钟MEP）的工艺设计更契合工业化需求。未来研究可进一步优化预处理参数，推动生物质精炼从“纤维中心”向“全组分利用”范式转变。