推动农林废弃物高值化利用、发展可再生生物基材料，是提高生物质资源利用效率、促进绿色低碳发展的重要方向。木质纤维素生物质作为丰富的非粮可再生资源，可通过预处理与酶解转化为发酵糖，用于生产生物燃料和生物基化学品。然而，这一过程产生的酶解木质素尚未得到充分利用，成为制约生物炼制经济性的重要因素。如何将酶解木质素转化为具有应用价值的材料，是推动生物炼制产业发展的关键问题。

聚乳酸是具有代表性的生物基塑料，但其生产成本较高，材料性能仍有进一步优化的空间。将木质素与聚乳酸共混，有望在减少聚乳酸用量的同时赋予材料新的性能。然而，木质素结构复杂，其分子量、官能团组成及热学特性均会影响复合材料的加工与力学表现。现有研究常通过化学改性改善两者的相容性，但额外的改性与溶剂处理步骤也增加了工艺复杂程度和成本。因此，探索未经化学改性的酶解木质素直接用于聚乳酸复合材料的可行路径，具有重要的研究与应用价值。

围绕这一问题，中国科学院成都生物研究所生物质废弃物资源化利用创新团队的敖天杰博士，与加拿大不列颠哥伦比亚大学、西班牙萨拉戈萨大学研究人员合作，构建了玉米秸秆草酸预处理、酶解木质素回收与聚乳酸热共混的材料制备路线。该研究通过调节上游预处理条件，考察酶解木质素结构与热学特性的变化及其对复合材料性能的影响，在木质素与聚乳酸共混制备阶段无需引入溶剂或进行木质素化学改性，为生物炼制残余木质素的直接材料化利用提供了新路径。研究人员比较了140、180和220 ℃草酸预处理条件下获得的酶解木质素，并结合红外光谱、凝胶渗透色谱、热重分析、X射线光电子能谱及固体核磁共振等手段，揭示了预处理温度对酶解木质素分子结构和热学行为的影响。结果表明，180 ℃预处理促进木质素解聚，使其表现出较低的玻璃化转变温度和熔融温度；220 ℃预处理则引起更明显的结构再聚合。上述结构差异进一步影响了木质素与聚乳酸热共混后的材料性能。

在材料性能研究的基础上，团队进一步开展技术经济分析，评估该路线的潜在经济表现。研究发现，180 ℃预处理在材料性能改善与整体工艺条件之间取得了较好的平衡。在既定的经济模型下，木质素添加比例为10 wt%和20 wt%的复合材料最低售价分别为2650美元/吨和2380美元/吨，显示出潜在的经济竞争力。敏感性分析进一步确定，聚乳酸采购价格和复合材料年产量是影响经济性的主要因素，为后续原料采购、生产规模与工艺优化提供了参考。本研究将上游生物质分级转化与下游热塑性材料制备相衔接，为提高酶解木质素利用价值、拓展生物基复合材料开发路径提供了实验与经济评估依据。

相关成果以“Direct Utilization of Enzymatic Hydrolysis Lignin in High-Strength Polylactic Acid Biocomposites: Performance and Techno-Economic Assessment”为题，发表于国际期刊International Journal of Biological Macromolecules。论文第一作者为敖天杰博士，通讯作者为成都生物研究所罗倚坪副研究员和加拿大不列颠哥伦比亚大学Jie Wu博士。合作作者包括成都生物研究所李东研究员、邓放副研究员、解智杰博士、陈意超、硕士研究生冯璟兮、加拿大不列颠哥伦比亚大学Jack Saddler教授、西班牙萨拉戈萨大学Javier Remón教授等。

本研究得到国家自然科学基金（32301538）、成都市科技局重点研发项目一般项目（2025-YF05-00166-SN）、四川省科技计划资助（2026NSFSC1228）以及中国科学院成都生物研究所自主部署项目（QNTS2025-2）等项目的联合资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2026.154817