来源：Food Sci Nutr | 编译：DNA Lab Space
甘蔗渣作为制糖工业的主要副产物，长期以来被视为低价值农业废弃物，其丰富的纤维素、半纤维素和木质素资源未得到充分利用。最新研究系统梳理了甘蔗渣在食品、健康及工业领域的多元化应用前景，提出以生物精炼为核心的资源化利用新策略，为农业废弃物的高值转化和循环经济发展提供了重要参考。
研究背景
全球甘蔗年产量超过19亿吨，其中制糖过程产生的甘蔗渣约占甘蔗重量的30%。传统上，这些甘蔗渣主要作为锅炉燃料直接燃烧或作为废弃物填埋处理，不仅利用效率低下，还造成了严重的环境污染和资源浪费。甘蔗渣的主要成分为纤维素（40-45%）、半纤维素（30-35%）和木质素（20-30%），这些天然高分子化合物具有巨大的生物转化潜力。
随着化石资源日益枯竭和环保要求不断提高，如何将甘蔗渣这一“放错位置的资源”转化为高附加值产品，已成为生物质精炼领域的研究热点。然而，目前缺乏对甘蔗渣全产业链利用策略的系统性梳理，特别是在食品和健康领域的前沿应用尚未得到充分认知。该研究通过整合分析甘蔗渣的化学组成、预处理技术、转化路径及其在食品、医药、材料和能源等领域的应用现状，构建了甘蔗渣生物精炼的整体技术框架，为农业废弃物的可持续利用提供了理论指导和实践参考。
研究方法
该研究采用系统性文献综述方法，通过整合分析近年来的研究数据，构建了甘蔗渣生物精炼与资源化利用的技术框架。研究团队首先对甘蔗渣的物理化学特性进行了系统表征，明确了其主要化学成分（纤维素、半纤维素、木质素）的相对含量及结构特征，为后续转化路径的选择提供了依据。
在技术路线上，研究着重分析了三类核心预处理技术：物理法（机械粉碎、蒸汽爆破）、化学法（酸处理、碱处理、有机溶剂处理）和生物法（酶解、微生物降解）。其中，蒸汽爆破和稀酸预处理被证实是破坏木质纤维素致密结构的有效手段，可显著提高后续酶解糖化效率。研究同时对比了不同预处理组合策略的协同效应，发现先稀酸后碱处理的两步法可分别针对半纤维素和木质素进行选择性脱除，从而最大程度保留纤维素组分。
在转化与应用层面，研究系统评估了甘蔗渣多路径利用的技术可行性：一是生物转化路径，即通过酶解糖化将纤维素转化为可发酵糖，进一步发酵生产生物乙醇、乳酸、丁醇等平台化合物；二是材料化利用路径，即通过纳米化处理制备纤维素纳米纤维和纳米晶须，用于生物可降解复合材料；三是热化学转化路径，包括热解制备生物炭和合成气。研究还特别关注了甘蔗渣提取物中生物活性成分（酚酸、植物甾醇等）的健康功能评价，并对其产业化应用的经济可行性进行了初步分析。
研究结果
研究结果表明，甘蔗渣经过适当预处理后，纤维素酶解转化率可从不足20%显著提升至80%以上，这为后续生物转化奠定了原料基础。在生物乙醇生产方面，通过同步糖化共发酵工艺，甘蔗渣的理论乙醇产量可达每吨干物质280-350升，显示出良好的产业化前景。在平台化合物领域，利用工程化微生物（如大肠杆菌和酿酒酵母）进行代谢工程改造后，可实现乳酸、琥珀酸和丁醇等化学品的高效合成，转化效率较野生菌株提高2-5倍。
在食品与健康应用领域，研究发现甘蔗渣中膳食纤维含量高达85%以上，其中可溶性膳食纤维占15-20%。这些膳食纤维具有良好的持水性和膨胀性，可作为功能性食品配料用于改善肠道健康、调节血糖响应。此外，甘蔗渣醇提物中鉴定出多种酚类化合物，包括对香豆酸、阿魏酸和绿原酸等，表现出显著的抗氧化活性和α-葡萄糖苷酶抑制活性，提示其在辅助降血糖和预防代谢综合征方面具有开发潜力。
在材料应用方面，从甘蔗渣中提取的纤维素纳米纤维直径在10-50纳米范围，拉伸强度可达2-4 GPa，将其按5-10%的比例添加到可降解薄膜中，可使复合材料的拉伸强度提高40-60%。利用甘蔗渣制备的生物炭具有丰富的孔隙结构（比表面积可达500-800平方米/克），在土壤改良和水体重金属吸附方面展现出良好应用前景。
从经济角度分析，研究初步估算，一个日处理1000吨甘蔗渣的生物精炼厂，通过联产生物乙醇、高附加值化学品和功能材料，年产值可达1.5-2亿元，较传统直接燃烧方式增值10倍以上。研究强调，甘蔗渣的全组分利用是提升经济效益的关键，可以实现“零废弃”的闭环生产模式。
讨论与展望
该研究系统论证了甘蔗渣从低价值废弃物向高附加值产品转化的技术可行性和经济合理性，为糖厂向生物精炼联合体的转型升级提供了完整的技术蓝图。然而，研究也指出当前面临的主要挑战：预处理成本仍占生产总成本的20-30%；木质素组分的增值利用尚未取得突破性进展；部分功能性食品和健康产品缺乏充分的毒理学评价和临床数据支持。
展望未来，合成生物学的快速发展为甘蔗渣的高效生物转化提供了新工具。通过CRISPR/Cas9等基因编辑技术对微生物代谢网络进行精准改造，有望实现多种高附加值化学品的“一步式”合成。同时，将甘蔗渣生物精炼与碳捕集和碳封存技术相结合，可进一步实现负碳排的绿色生产模式。跨学科协同研究将是推动甘蔗渣从“生物质废弃物”向“生物经济原料”转变的核心驱动力。
参考来源
Teferi DA, Kassa MG, Belachew MT, Erku EG. Biorefinery and Valorization Strategies for Sugarcane Bagasse: Integrating Food, Health, Economic, and Industrial Applications. Food Science & Nutrition. (DOI: 待补充)