在生物質(zhì)生物利用過程中，降低技術(shù)國際公認(rèn)的原料優(yōu)勢3個需要解決的重大技術(shù)問題是：克服木質(zhì)纖維素分子對生物轉(zhuǎn)化的抗性，將大分子多糖降解為可發(fā)酵糖；通過微生物代謝工程和基因工程研究，成本由可發(fā)酵糖進行生物轉(zhuǎn)化；簡捷、降低技術(shù)高效的原料優(yōu)勢下游過程技術(shù)產(chǎn)物分離。其中，成本將大分子多糖降解為可生物利用的降低技術(shù)還原糖是目前最大的技術(shù)屏障。盡管我國生物質(zhì)技術(shù)整體水平較低，原料優(yōu)勢但恰恰在以上有關(guān)植物生物質(zhì)生物利用關(guān)鍵技術(shù)難題方面有獨到的成本技術(shù)優(yōu)勢。上述三方面的降低技術(shù)技術(shù)突破，將使我國有望率先較經(jīng)濟地生產(chǎn)燃料乙醇，原料優(yōu)勢降低聚乳酸前體乳酸的成本生產(chǎn)成本，使生態(tài)塑料聚乳酸樹脂具備與石油基塑料競爭的降低技術(shù)經(jīng)濟性。

木質(zhì)纖維素水解技術(shù)

植物生物質(zhì)的原料優(yōu)勢主要成分是木質(zhì)纖維素，是成本世界上惟一可預(yù)測的能為人類提供物質(zhì)和燃料的可持續(xù)資源。全球每年產(chǎn)生的生物質(zhì)總量約2．9×1021焦耳的能量，但是利用率才將近7％。把植物生物質(zhì)變成清潔能源和環(huán)境友好化工產(chǎn)品的最佳方法是，必須先把多糖、纖維素、半纖維素降解為單糖即葡萄糖、木糖。早在20世紀(jì)70年代的第一次石油危機時，美國就開始了用秸稈等木質(zhì)纖維素類物質(zhì)生產(chǎn)乙醇的研究。采用單菌產(chǎn)纖維素酶再用酶降解纖維素工藝，從1985年到1995年，成本只降低了10倍，而且再繼續(xù)降低成本比較困難，至今美國仍在單菌產(chǎn)纖維素酶的老路上鉆研。

我國科學(xué)家則以全新的思路開展木質(zhì)纖維素生物利用研究。根據(jù)纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)，先采用新技術(shù)預(yù)處理木質(zhì)纖維素使纖維素表面充分暴露，并且使半纖維素水解為木糖的時間縮短4倍；再利用微生物菌群法降解纖維素，顯著提高了纖維素降解速度，降低了水解成本；連續(xù)分離還原糖的水解反應(yīng)器技術(shù)由于全面考慮了纖維素水解所涉及的各種因素，提高了纖維素水解速度和水解液中還原糖濃度，從而大大降低了可發(fā)酵糖的成本。

水解糖的微生物利用技術(shù)

半纖維素水解產(chǎn)物木糖是僅次于葡萄糖的第二大糖源。國外往往重視葡萄糖的生物利用研究。我國在五碳糖、六碳糖微生物共代謝研究方面已取得重要進展，構(gòu)建了可以利用木糖產(chǎn)乙醇的基因工程細(xì)菌。該菌與酵母菌相比，可以縮短發(fā)酵時間3～4倍，使乙醇收率從88～90％提高到94％，糖轉(zhuǎn)化率提高到90～94％，并且自身安全無毒，可以作為動物飼料，提高了用秸稈等農(nóng)林廢棄物生產(chǎn)乙醇的經(jīng)濟性。我國學(xué)者還篩選、誘變得到了共代謝木糖、葡萄糖生產(chǎn)高光學(xué)純度乳酸的真菌，利用該真菌從相對廉價的原料得到高光學(xué)純度乳酸。而國外則主要以淀粉（葡萄糖）為原料采用細(xì)菌間歇發(fā)酵生產(chǎn)乳酸，很難在現(xiàn)有水平上再降低乳酸生產(chǎn)成本，限制了生物基塑料聚乳酸樹脂的廣泛應(yīng)用。

在線產(chǎn)物分離連續(xù)發(fā)酵技術(shù)

微生物代謝產(chǎn)物對菌體自身生長的抑制作用一直是困擾發(fā)酵工業(yè)的難題，我國開發(fā)的一體式膜生物反應(yīng)器連續(xù)發(fā)酵技術(shù)可使微生物在高代謝產(chǎn)物濃度下發(fā)酵，采用該技術(shù)以玉米芯水解液為原料連續(xù)發(fā)酵250小時，乳酸生產(chǎn)率達(dá)12．6g／l．h，為低成本生產(chǎn)乳酸并使聚乳酸樹脂具備與石油基塑料競爭的能力奠定了基礎(chǔ)。應(yīng)用計算流體力學(xué)模型優(yōu)化一體式膜生物反應(yīng)器，可以得到滿足微生物生長需要和防止膜污染的最佳供氣條件。在線產(chǎn)物分離連續(xù)生物反應(yīng)技術(shù)，不僅可以提高乳酸生產(chǎn)技術(shù)水平，而且將改善發(fā)酵工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀。

上述木質(zhì)纖維素水解、五碳糖與六碳糖微生物共利用、在線產(chǎn)物分離連續(xù)發(fā)酵三方面的技術(shù)突破，有助于我國在新興的生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)中取得國際領(lǐng)先地位。