木质纤维素处理转化为乙醇的研究进展
纤维原料生产乙醇的研究进展
单 体 以 Ｂ １４ 糖 苷 键 连 接 的 直 链 多 糖 ， 个 分 子 平 行 一— 一 多
紧 密 排 列 成 丝 状 不 溶 性 微 小 纤 维 。 在 工 业 上 ， 维 素 纤 经酸解 或酶解 预 处理 后 ， 放 出 的 葡 萄糖 可 进入 乙醇 释
预 处 理 的 方 法 主 要 有 物 理 法 （ 械 粉 碎 法 、 温 分 机 高
维普资讯
２０ 年 ０６
・
第 ３期
《 黑
龙
江
造
纸》
论文 与综述 ・
纤维原料生产 乙醇的研 究进 展
牟 洪燕 。 梦 华 秦
（ 东 轻工 业 学 院 制浆 造 纸 工 程 省 级 重 点 学 科 ， 东 济 南 ２ ０ ０ ） 山 山 ５ １０
［ 要 ］ 目前 能 源 短 缺 问题 已 成 为 亟 待 解 决 的 问 题 ， 统 论 述 了近 几 年 来 木 质 纤 维 用 于 生 产 一 种 可 替 代 摘 系 石 油 产 品 的 能 源 — — 乙醇 方 面 的研 究 进 展 ， 研 究 由 于 具 有 经 济 和 环 保 意 义 得 到 广 泛 关 注 。 其 ［ 键 词 ］ 生 物 转 化 ； 醇 ； 解 ； 质 纤 维 素 原 料 关 乙 水 木
工 艺 （ ｉ ｕ ａ ａ ｃ ｕ ａ ｃ ａ ｉ ｃ ｔｏ ｎ ｒ ｅ ｔ — Ｓ ｍ ｌ ｔ ｎ ｏ ｓ Ｓ ｃ ｈ ｒｆ ａ ｉ ｎ ａ ｄ Ｆｅ ｍ ｎ ａ ｉ
将 由现 在 的 每 年 ２ ０亿 桶 下 降 到 ５ 亿 桶 ［ 。 全 世 界 ５ Ｏ １ ］
面 临 着 严 重 的 能 源 危 机 ， 种 形 势 之 下 ， 切 需 要 开 发 这 迫
新 的 可 替 代 能 源 ， 年 来 这 方 面 的 研 究 引 起 科 学 家 们 近
用木质纤维素原料生产燃料乙醇预处理工艺研究进展
［ 关键词］ 燃料乙醇；本质纤维素； 预处理
［ 图分类 号】Ｑ 中 Ｔ
ｆ 文献标 识码 】 Ａ
［ 文章编 号】Ｏ ７１６ （０００ －０ ８０ ｌ０－８５２ １）３０ １－３
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｇ ｅ ｓｉ ｅｒ ａ ｍ ｅ ｔｏ ｓ ａ ｃ ｏ ｒ ｓ ｎ Ｐｒ ｔ ｅ ｔ ｎ ｆ Ｌｉ ｎｏ ｅｌ ｌ ｓｃＭ ａ ｅ ｉｌ ｏ ｅ ｈ ｎｏ ｏ ｇ ｃ ｌｕ ｏ ｉ ｔ ｒａｓｆ ｒＦｕ ｌ Ｅｔ ａ ｌ Ｐｒ ｄｕｃｉ ｎ ｔｏ
ｗ ａ ｌｏｐ ｅ ｉｗ ｅ ｓ ｓ ｒｖ ｅ ｄ ａ Ｋ ｅ ｗ ｏ ｄ ： ｅ ｔａ ｏ ； ｌ ｎ ｃ ｌｕｏ ｅ ｐ ｅｒ ａｍ ｅ ｔ ｙ ｒｓｆ １ ｈ ｕ ｅ ｎ ｌ ｉ ｏ ｅ ｌｌ ｓ ； ｒ ｔｅ ｔ ｎ ｇ
世界经济发展对能源需 求的持 续增长和 日益 严峻 的环境 问题迫使人们 寻求可再生能源 ， 燃料 乙醇就是其中一种重要的 可再生能源。 目前有很多国家在研究以木质纤维素资源为原料 生产燃料乙醇 。 木质纤维素的主要成分是纤维素 、 半纤维素和 木质素 ，木素 的存在阻碍了纤维素对酶的可及性 ＿。因此，要 ｌ Ｊ 充分利用木质纤维素类资源必须先对其进行有效 的预处理。 ０ ２ 世纪 ９ ０年代初 ，国内外学者开始对木质 纤维素 的预处理进行 研究 Ｊ 。目前 ， 木质纤维素的预 处理方法大致可分为物理法、 化学法、物理化学法以及生物法 。
度和预处理 时问对液态热水法预处理效果的影响非常显著 ， 随 着热 水温度 的提高和预处理 时间的延长 ， 半纤维素 的溶解程 度 相应增加 ，并且增加理是最早被 研究也是研究得最深入的化学法之一。 稀硫 酸是应用最广 泛的预处理方法 ，此外硝 “、盐酸 、 ｊ 磷 酸¨ 也被用于木 质纤维素预处 理。Ｚ ａ 等¨ ｈｏ 采用稀硫酸对 ｃｏ ｏ 茎进行预处理研究 ，结果表明 ，将其在１％ Ｈ２Ｏ４ ｒｆ ｎ ｌ Ｓ ，８ ： 液固比 ，１０ ℃条件下处理１０ｍｉ，４ ｌ ２ ２ ｎ ６％的物质被溶解 ， 还原糖浓度达３ ． ２８ ９％，纤 维素含量提高 到６ ．４％。Ｓ ｎ １ １ ｕ 等 采用稀硫酸处理黑麦杆 ， 结果表 明， 随着硫酸浓度 的提高和反 应 时 间的延 长 ，半 纤 维素 的溶 解 程 度显著 增 加 。在 ０ ％ ． ９ Ｈ Ｓ ４ ０ｍｉ ２Ｏ ，９ ｎ或 １ ． ２％ Ｈ Ｓ ４ ０ｍｉ ２Ｏ ，６ ｎ 条件 下处理黑麦杆 ， 超过５ ％的半纤维素被溶解 。计红果 等… ． Ｏ 在０８％硫酸水溶液 中加 入适量硫酸铁对玉 米秸秆粉于８ ～１０ ℃搅拌、 Ｏ ０ 蒸煮 回流 预处理 。 当底物／ 溶液 比为 １： ５ ／ 铁盐浓度为 １ ｍｏ Ｌ １ ｍＬ， ｇ ． ０ｍ Ｆ 、 处理４ｈ 时效果较好 ，纤维素转化率可 由４ ．％提高到５ ＿％， ６９ ３ １ 酶水解初始速率 由１ ． ｍｇ（ ｈ提高至 １． ｍｇ（ ｈ。龚大 ５０ ／ ｇ． ） ７９ ／ ｇ． ） 春等 研究表 明，酸法一 法结合处理小麦桔杆的最优条件为 酶 在８ ０℃、４％（ 体积分数） 的稀硫酸、固液比为１： ５ ２ 的条件下 水解４ｈ ，再在５ Ｏ℃、ｐ ． Ｈ ５ 、酶量２ Ｐ ｇｌ ２ ５ Ａ． － Ｆ 干物质、０１ ． ｍｇ ＭｇＯ 下水解１ ，葡萄糖得率为３．％，比未经酸处理直接 Ｓ ２ ｈ ４ ５ 酶解葡萄糖的得率提高５ ％。 ０ 稀酸处理法可以有效地提高纤维素水解效率 ， 但处理后一 部分糖转化成有毒 的脱氢化合物 ， 对微 生物具有不同程 度的毒 性 ，并且下游酶水解和发酵 时必须进行中和处理 。 ２２ 碱 法 －
纤维素发酵制酒精研究进展
吉林化工学院生物与食品工程学院文献综述以纤维素为原料生产燃料乙醇学生学号：学生姓名：朱晨阳专业班级：生物技术1101指导教师: 葛雅琨吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology摘要：介绍了纤维素的基本特征，重点阐述了纤维素发酵生产酒精工艺中的发酵工艺的技术特点，综述了美国、加拿大、日本、瑞典、巴西、中国在利用纤维素原料生产乙醇方面的发展现状，并且对纤维素发酵生产酒精的前景进行了展望。
关键词:纤维素；酒精；水解；发酵1引言酒精被誉为可再生绿色能源燃料，由于其燃烧污染小、容易运输和贮藏，在价格上酒精也可与汽油相竞争。
因此，酒精成为最有可能取代石油的新能源,具有巨大的开发前景［1].目前生产燃料酒精是以玉米为原料，但原料成本占总成本的70％~80％.纤维素是地球上最丰富、最廉价可再生资源。
据资料表明，植物通过光合作用使光能以生物能形式固定下来，其生成量每年高达50×109t干物质,这些能量相当于目前为止世界能耗总量的10倍,且这些生物能年复一年通过自然界物质循环生成，是永远不会枯竭可再生资源。
它们主要来源于农业废弃物，如麦草、玉米秸秆、甘蔗渣等;工业废弃物，如制浆和造纸厂的纤维渣、锯末等；林业废弃物;城市废弃物，如废纸、包装纸等。
这些资源中有大部分是以纤维素、半纤维素形式存在,因此研究开发纤维素转化技术，将秸秆、蔗渣、废纸、垃圾纤维等纤维素类物质高效转化为糖，进一步发酵成酒精，对开发新能源，保护环境，具有非常重要现实意义［2～4]。
2 国内外研究现状2。
1 国内研究现状中国科学院早在1980年就在广州召开了“全国纤维素化学学术会议”，把开发利用纤维素资源作为动力燃料提上了议事日程。
我国在“十五"规划中制定了发展燃料乙醇的规划，规划中分三步走，其中的第三步就是利用植物秸秆、稻壳等纤维素生产燃料乙醇，并全面推广。
《变性燃料乙醇及车用乙醇汽油“十一五”发展专项规划》专门对代表燃料乙醇发展方向的纤维素燃料乙醇技术做出规划，“十一五”期间要投入几十亿元财政资金扶持纤维素乙醇工业化生产的发展，并在税费方面实行减免.2006年9月，河南天冠年产3000t的纤维乙醇项目在河南镇平县奠基,天冠称这是国内首条千吨级纤维乙醇产业化试验生产线。
木质纤维素生物质预处理技术的研究进展
2.1 物理法
2.1.1 机械粉碎 利用削片、粉碎或研磨把木质纤维素
生物质变成 10~30 mm 的切片或 0.2~2 mm 甚至更为细
小的颗粒，以提高比表面积可及性，降低纤维素结晶度
和聚合度，从而提高酶解转化率 。 [4] 机械粉碎的优点
是经处理的纤维素粉颗粒没有膨润性，体积小，原料的
水溶性组分增加，可提高基质浓度，纤维素的水解率也
蒸汽爆破技术分为添加化学试剂和不添加化学试 剂 2 种。Ballesteros 等[14]对不同颗粒大小的禾本农业 废弃物基质通过汽爆处理后的酶解效果研究表明：基 质颗粒较大时（8~12 mm），处理后酶解效果较好，基质 较小时采用汽爆处理后酶解效果反而不理想。 Mielenz 等 研 [15] 究了用蒸汽爆破杨木时加入 NaOH，随 碱浓度的增加，木质素脱除率升高，最高可达 90%。 Linde 等[16]在蒸汽爆破处理前用 0.2% H2SO4 预浸处理 麦秆，分别在 190℃、200℃和 210℃条件下处理 2 min、 5 min 和 10 min。 结 果 表 明 ，在 190℃ 温 度 下 处 理 10 min，葡萄糖和木糖的得率最高。蒸汽爆破预处理 技术因其节能、无污染、酶解效率高和应用范围广，适 用于处理植物纤维原料的简单高效的处理方式，可用 于硬木、软木和农业废弃物等各种植物生物质。 2.2.2 SO2 蒸汽爆破 SO2 蒸汽爆破是在蒸汽爆破预处 理过程中添加 SO2 气体，旨在提高纤维素和半纤维素 的转化率和酶水解效率。Öhgren 等[17]研究了用 SO2爆 破法处理玉米秸秆，处理条件为 190°C，5 min，3% SO2 （按原料干重计算），处理后的玉米秸秆在酶解过程中 除了采用纤维素酶外，还添加了半纤维素酶，葡萄糖得 率 达 到 了 接 近 理 论 转 化 率 的 酶 解 效 率 ，木 糖 得 率 达 70%~74%。 2.2.3 氨纤维爆裂 氨纤维爆裂是指将木质纤维素生物 质置于高温高压状态的液态氨中，保持一定时间，然后
木质纤维转化制燃料乙醇的研究进展
理方 法主要 包 括物理 法 （ 机械粉 碎 、 高能 辐射 、 微波
处理 等） 、 化 学法 （ 酸、 碱、 有机溶剂等） 、 生物法 、 物
弃物 。我 国木 质纤 维原 料 丰富 ， 秸 秆 年 产量 约 ７ × １ ０ 。 ｔ ， 林 业废 弃 物约 ２ ×１ ０ ｔ ， 用 其 生 产 燃 料 乙醇
酵、 乙醇 的 回收 。本 文从 原料 预 处理 、 水解 糖化 、 发
酵、 应 用及 其 今后 的发 展趋势 五个 部分 综 述 了国 内
外发 展燃 料 乙醇 的最新 研究 进展 。
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ —０ ４ —１ ６
理 小 麦秸 秆 ， 研 究表 明小麦秸 秆在 ２ １ ０ ℃ 下 处 理 １ ０ ｍｉ ｎ ， 酶解 后葡萄糖 含量最 高； 在 １ ９ ０ ℃ 下 预 处 理， 酶 解后 木糖 含量 最 高 ， 但 是 过 高 的 预处 理 温 度 使 得木 糖进 一 步降解 为糠 醛 ， 不 利 于后面 发酵产 乙
醇 。Ａｓ ａ ｄ ａ等［ １ 用 蒸 汽 爆 破 法 处 理 柳 杉 ， ｌ Ｏ Ｏ ｇ样 品在 ４ ５ ａ ｔ ｍ 下处理 ３ ｍｉ ｎ ， 经 处 理 样 品 在 温 度
一
基 金 项 目：林 业 公 益 性 行 业 科 研 专 项 （ ２ ０ １ ２ ０ ４ ８ ０ １ ） 作者 简 介 ： 卓治非， 福 建 宁德 人 ， 在读 硕士生 ， 主 要 从 事 生物 质
木 质纤 维转 化制 燃料 乙醇 的研 究进 展
・
论文 与综 述 ・
纤维素生产酒精
天然纤维素生产酒精的研究进展秸杆的主要成分是木质纤维素。
是纤维素、半纤维素和木质素混合在一起的材料。
用木质纤维素作为糖源生产燃料酒精，目前糖的利用和转化率还很低，通常只有百分之十几。
在秸秆中纤维素、半纤维素和木质素通过共价键或非共价键紧密结合而成的木质纤维，占秸杆总重量的约70-90 ％左右。
植物中三者各占的比例随不同来源的植物或植物的不同部分而有所区别，大概的比例数字为：纤维素30-50%半纤维素20-35%木质素20-30%灰份0-15%其实纤维素的非结晶结构是很容易被打破的，它可以完全降解成葡萄糖，后者是发酵乙醇的原料。
目前遭遇的主要问题是，纤维素的结晶结构难以被破坏，致使人们无法完成后续处理。
纤维素和半纤维素被难以降解的木质素包裹，使得纤维素酶和半纤维素酶无法接触底物，这构成了木质纤维素利用的重大障碍。
只有经过有效的预处理方法，破坏了木质纤维素的高级结构，实现纤维素酶和半纤维素酶对纤维素的可及性，才能使木质纤维素作为自然界里最大宗的资源，像淀粉一样被人和动物完全利用。
纤维素被纤维素酶水解的反应通常又称为糖化反应，水解的主要产物是单糖。
植物细胞壁中，纤维素被半纤维素和木质素通过物理和化学作用所包裹，不利于纤维素酶对纤维素的进攻。
木质素是由苯基丙烷聚合而成的一种非多糖物质。
由芳香烃的衍生物以-C-C-键、-0-键纵横交联在一起，其侧链又与半纤维素以共价键结合，形成一个十分致密的网络结构，将纤维素紧紧包裹在里面。
所以，要彻底降解纤维素，必须首先降解木质素。
未经预处理的植物纤维原料的天然结构存在许多物理和化学的屏障作用，纤维素酶水解得率低，仅为10%- 20%禾本科植物秸秆含有的半纤维素一般为木聚糖，占干重的25－30％。
半纤维素能被木聚糖酶(xylanase , EC3 2. 1. 8)――半纤维素酶，降解成木糖。
天然半纤维素水解产物的85-90%是木糖。
以植物纤维素原料中的木糖发酵生产酒精，能使纤维素原料的酒精发酵的产量在原有的基础上增加25%。
木质纤维素生物质预处理技术研究现状
木质纤维素生物质预处理技术研究现状摘要：为了研究经济高效的预处理技术，综述了近10年国内外在木质纤维素预处理技术方面的研究，对物理法、物理-化学法、化学法、生物法等预处理技术进行了重点分析，发现稀酸处理法、蒸汽爆破法和生物法等技术极具潜力，但目前的研究仍存在不足，今后还需研究成本低、产率高、污染小的预处理技术。
最后对预处理技术的发展提出了建议。
引言木质纤维素原料来源广泛，是储量丰富的可再生资源。
近年来，利用木质纤维素制备燃料乙醇新能源备受国内外专家学者的关注。
发展木质纤维素生产燃料乙醇的能源技术，对于降低成本和保护环境是一个“双赢”的模式，与当今世界的低碳环保主题一致，有利于人类社会的可持续发展。
目前，用植物纤维原料生产乙醇的成本仍然较高，还无法与粮食乙醇形成竞争。
因此，致力于寻找经济高效的预处理方法是当今燃料乙醇制备过程中的研究热点之一。
常规的预处理技术主要包括：酸法、碱法、有机溶剂法、蒸汽爆破法或几种方法的结合，虽然处理效果相对较好，但是对设备的要求高，造成严重的环境污染；生物法能耗低、无污染，但是成本高、作用周期长、木质素分解酶类的酶活力低。
为此，开发低廉高效的木质纤维素预处理技术成为当前生物乙醇研究的关键。
基于此，笔者对木质纤维素生物质预处理技术进行综述及分析，并对预处理技术的发展前景提出建议，以期为纤维素乙醇的研究提供有益的参考。
1木质纤维素生物质预处理的意义木质纤维素构成了植物的细胞壁，对细胞起着保护作用。
木质纤维素是指纤维素、半纤维素及木质素三者的总称，也有少量的果胶、树胶、藻胶和琼脂等成分，结构非常复杂。
纤维素和半纤维素被木质素层层包裹，纤维素是由1000~10000个β-D-吡喃型葡萄糖单体形式以β-1,4-糖苷键连接形成的直链多糖，多个分子层平行排列构成丝状不溶性微纤维结构，基本组成单位为纤维二糖，是地球上含量最丰富的聚合物。
半纤维素主要是由木糖、少量阿拉伯糖、半乳糖或甘露糖组成。
木质纤维素类原料燃料乙醇生产技术进展
木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，据测算年总产量高达1500亿吨，蕴储着巨大的生物质能（6.9×1015千卡）。
我国是一个农业大国，作物秸秆(如稻草、麦秆等)的年产量非常巨大(年产可达7亿吨左右，相当于5亿吨标煤)，据统计，目前的秸秆利用率33%，但经过一定技术处理后利用的仅占2.6%，其余大部分只是作为燃料等直接利用，开发前景非常广阔。
1、木质纤维素的降解技术木质纤维素降解可以采用酸水解和酶水解两条不同的技术路线来实现。
1.1酸水解技术在酸水解工艺中，可以使用盐酸或硫酸，按照使用酸的浓度不同可以进一步分为浓酸水解和稀酸水解。
法国早在1856 年即开始进行了浓硫酸水解法进行乙醇生产，浓酸水解过程为单相水解反应,纤维素在浓酸作用下首先溶解,然后在溶液中进行水解反应。
浓酸能够迅速溶解纤维素,但并不是发生了水解反应。
浓酸处理后成为纤维素糊精,变得易于水解(纤维素经浓酸溶液生成单糖,由于水分不足,浓酸吸收水分,单糖又生成为多糖,但这时的多糖不同于纤维素,它比纤维素易于解) ,但水解在浓酸中进行得很慢,一般是在浓酸处理之后再与酸分离,使用稀酸进行水解。
稀酸水解木质纤维素的技术可谓历史悠久，1898年德国人就尝试以林业生产的废弃物为原料生产乙醇，并建立了工业化规模的装置，每吨生物量可以生产 50 加仑的乙醇。
与浓酸水解的工艺路线相比，稀酸水解需要在比较高的温度下进行，才能使半纤维素和纤维素完全水解。
稀酸水解木质纤维素通常采用二级水解的工艺方案：第一级水解反应器的温度相对第二级来说略低一些，比较容易水解的半纤维素可以降解；第二级反应器主要降解难降解的纤维素，水解后剩余的残渣主要是木质素，水解液中和后送入发酵罐进行发酵。
1.2 酶水解技术同植物纤维酸法水解工艺相比,酶法水解具有反应条件温和、不生成有毒降解产物、糖得率高和设备投资低等优点。
而妨碍木质纤维素资源酶法生物转化技术实用化的主要障碍之一,是纤维素酶的生产效率低、成本较高。
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木质纤维素处理转化为乙醇的研究进展潘春雷081143020 生科制药班摘要：木质纤维素是廉价易得，来源广泛的生物质，将其转化为生物无污染的，可再生的乙醇燃料具有很好发展前景。
本文介绍了对木质纤维素的物理处理，物理化学处理，化学水解处理，生物处理的方法。
关键词：木质纤维素，乙醇，处理方法。
研究背景：目前世界温室效应及能源危机日益上升，人们在不断地寻找一种可再生的污染小的能源。
各国将焦点放在乙醇的生产上。
乙醇可以从粮食以及木质纤维素的发酵中得到，但由于全球仍然面临粮食危机，所以研究的焦点转到了对纤维素的处理上。
纤维素原料是地球上产出量很大的可再生资源,其来源包括树木的枝叶、农作物的秸秆等, 据估计木质纤维素原料占世界生物质量(100 亿～500 亿t)的50 %【1】在整个生态系统的能量循环中有重要地位。
在近几年的生态环境调查中表明农作物秸秆大多被焚烧，以获得钾肥，但此做法不仅污染了环境，而且浪费了资源，开发以木质纤维素为原料制备乙醇的工艺是未来工业燃料生产的发展方向。
1、木质纤维素生物质的主要成分木质纤维素物质的主要组成是纤维素、半纤维素和木质素，纤维素和半纤维素可通过处理得到糖类。
纤维素是由葡萄糖分子通过高度脱水缩合连接而成的高分子聚合物，纤维素的水解产物是葡萄糖单体。
半维素也是生物高聚物，是由各种不同糖基组成的，主要是六碳糖和五碳糖，在特定条件下可以水解成单糖。
木质素是由苯丙烷结构单体组成的天然高分子化合物，在细胞壁中起支撑和把纤维素和半纤维素结合起来的作用，但是木质素不能水解为单糖。
2、木质纤维素的预处理技术（1） 物理处理方法常见处理方法是机械破碎法、液相热水处理法等。
其优点在于处理方便，装置简单，且处理过程中产生的污染小，但物理法处理要很高的能量, 如电能和热能，所以会增加生产成本。
机械破碎法：通常木质纤维素经碾碎处理后的原料大小通常为10～30 mm, 而经粉碎、研磨之后的原料颗粒大小一般为0.2～2 mm。
粉碎处理的方法中, 以研磨中的球磨尤其是振荡球磨的效率高【2】。
但是粉碎法耗能大, 粉碎处理耗能占整个过程总耗能的一半以上。
而且该方法也不能适合所有的物质处理【3】所以此种物理处理方法不是很常用。
液相热水处理法：水在强的外界压力下能够渗透到木质纤维素的细胞结构中，从而达到水解纤维素和消除半纤维素的目的。
原因是水使得离子化合物电离并溶解半纤维素。
相对于化学预处理法, 液态热水法具有以下优点:①不使用酸碱类化学物质, 所以不需使用化学药品进行各种复杂耗时的准备阶段的处理, 对于反应设备无特别严格的抗碱耐酸要求，从而降低了成本，获得更高的经济利益。
②在进行液相热水处理法之前, 无需对物料进行降低颗粒大小的粉碎处理,相对于机械破碎法，反应能耗较少③水解产物中中性残余物数量极少, 几乎不产生对发酵有抑制作用的副产品, 对纤维素和半纤维素的下一步化学或生物水解处理不会产生不良的影响【4】。
（2）物理化学法物理化学法预处理主要包括蒸汽爆裂、氨纤维爆裂、CO2 爆裂等。
蒸汽爆裂法是使高温蒸汽与生物质混合,经计算预定好的时间后迅速打开阀门降压,水蒸气提供了一个强有力的热量载体,可使原料快速升温而不至于使生成的糖受到太强的稀释作用。
在减压时，喷射出的蒸汽和液化物质由于压力降低而迅速放热，温度降低。
该预处理方法可以使高压蒸汽可渗入纤维内部,最终以气体的形态从封闭的细胞膜和细胞壁中爆发出来,使纤维发生一定的物理断裂，于此同时,高温高压加剧了纤维素内部氢键的破坏和顺序构型的变化,得到了可以构成糖的官能团,促进半纤维素和木质素的水解或转化。
变化的主要形式是纤维素结晶度和聚合度下降, 细胞结构破环, 纤维素—半纤维素—木质素的结构破坏, 半纤维素通过自水解作用转变成单糖和寡糖, 部分木质素的β—芳醚键断裂且木质素发生部分缩合作用。
水蒸气爆裂的效果主要决定于停留时间、处理温度、原料含水量等。
蒸汽爆裂法的优点是能耗低,有间歇和连续的操作方式,主要适合于密度较高的木原料和质地较硬的农作物秸秆。
缺点是木糖耗损量多,且产生对生物处理有抑制作用的副产物。
氨纤维爆裂(简称AFEX)原理类似于蒸汽爆裂,氨纤维爆裂预处理可去除部分半纤维素和木质素,并降低纤维素的结晶性,提高纤维素酶和纤维素的粘合度。
木质素除去后, 大部分的半纤维素和纤维素可以保留下来实现其利用价值, 不会产生发酵抑制物, 水解液可以不用处理直接发酵微生物, 并且氨气可以回收, 残留的铵盐可以作为微生物的营养【5】。
Teymouri 等【6】采用AFEX 工艺对玉米秸秆进行预处理, 对工艺参数进行了优化, 得出最佳的预处理条件为: 温度90 ℃, 1 kg 液氨/kg 干玉米秸秆, 玉米秸秆湿度为60 %, 停留时间为5 min。
经过预处理后的秸秆在60 FPU/g 葡聚糖的纤维素酶作用下, 获得了接近理论值的葡萄糖含量和理论值80 %的木糖含量。
在相同的预处理条件下, 在纤维素酶添加量为15 FPU/g 葡聚糖时,仍然获得了较高的葡萄糖含量和木糖含量, 分别达到理论值的95 %左右和70 %。
; CO2 爆裂与氨纤维爆裂基本相似,只是以CO2 取代了氨,但其效果比前者差【7】。
Ballesteros 等【8】对不同尺寸大小的禾本农业废弃物基质通过汽爆处理后的酶解性质研究表明:基质颗粒较大时(8～12mm) ,处理后酶解效果较好,基质较小时,采用汽爆处理后酶解效果反而不理想。
（3） 化学处理方法主要是指以酸、碱作为物料的预处理剂, 破坏纤维素的晶体结构,同时也破坏木质素，从而使木质素与纤维素分离, 并使半纤维素溶解。
酸处理：酸法预处理既可用硫酸、硝酸、盐酸等无机酸, 也可使用乙酸、丙酸等有机酸。
最常用的而且效果比较好的酸是稀硫酸( 0.5 %~1.0 %)，与其它预处理方法相比,稀酸法不仅可以破坏原料中纤维素的晶体结构,使原料的结构变得疏松，而且由于酸的较大的介电常数，可以有效地水解半纤维素,节省了半纤维素酶的使用,从而使生物质原料得到充分利用。
用稀酸在较低的温度下处理木质纤维素生物质，可降解其半纤维素，生成单糖和可溶性低聚糖。
Torget 等【9】研究了2 种草类木质纤维素用0. 5 %( v/ v) 的硫酸在140 ℃下处理60min 可将92 %的半纤维素水解,预处理后原料中75 %的纤维素可被酶水解。
用0.45 % (v/ v) 的硫酸在160 ℃下处理杨木5～10min ,可将90 %以上的半纤维素水解,预处理后原料中纤维素酶水解率可达到90 %～100 %。
但在稀硫酸的条件下水解得到的木糖会进一步水解为醛类物质，降低了木糖的产率，所以在此过程中通常需要采用离子交换、过量石灰中和等措施脱毒, 或选育和使用能抗毒性物质的酒精发酵菌，通过这种做法提高了木糖的最终产量，但成本增加。
就目前的状况来说，稀酸处理法是比较实际的处理方法，关键是要找到廉价的能够代替价格较高的脱毒剂的物质，研究前景较为开阔。
另一种酸处理是浓酸处理方法。
用浓酸使纤维素水解的原理是:结晶纤维素在较低温度下可完全溶解在硫酸中,聚合键断裂，纤维素由高聚物转化成含几个葡萄糖单元的低聚糖。
将此溶液加水稀释并加热,一定时间后就可把低聚糖水解为葡萄糖。
浓酸水解的优点是糖的回收率高(可达90%以上) ,可以处理不同的原料,相对迅速(共10～12 h) ,糖的分解降解量少。
【10】 但浓酸处理对设备的耐腐蚀要求较高，且对整个生产流程的控制要求严格。
最重要的问题是浓酸回收处理，处理不适当会造成严重的环境污染。
所以就综合效益和环境保护方面来讲，稀酸处理法更适合科学发展观，而浓酸处理方法一般不适用于大型工业化生产。
碱处理：研究的主线是用NaOH、Ca(OH)2等碱性试剂处理木质纤维素生物质，脱除木质素，提高纤维素的酶可及度。
碱处理的机制是通过碱的作用来削弱纤维素和半纤维素之间的氢键及皂化半纤维素和木质素之间的酯键。
经过碱处理过后的木质纤维素多孔且蓬松,因此,碱处理后的基质更适于丝状真菌的生长。
例如用稀NaOH 溶液对木质纤维素进行处理,可使原料得到浸润膨胀,从而增加其内部表面积,并由此降低纤维素和半纤维素的聚合度和结晶度,同时可将木质素与碳水化合物之间的连接打破，使两者得以分离。
用石灰处理的优点是原料成本低, 操作简单, 将副产物CO2 气体通入残余的预处理液中与Ca(OH)2 中和, 生成CaCO3, 锻烧可将石灰回收利用。
Margareta【11 】 .等采用两步法对麦杆进行温和碱氧化处理,结果可使质量分数81 %的木质素得到降解,处理费用较低且只产生少量的污染物。
但其缺点是NaOH 虽有较强的脱木质素和降低结晶度能力, 但在脱木质素的同时, 半纤维素也被分解, 致使损失太多;同时在后续处理之前, 还需要大量的酸中和, 此外NaOH 本身的成本很高, 增加了运行的困难性。
多数石灰法预处理均采用高温(100～200 ℃)、纯氧条件下进行反应, 这就需要不锈钢、耐高压、耐腐蚀的设备, 而且要消耗大量纯氧，增加了生产成本。
（4） 生物处理方法生物法是采用分解木质素的微生物降解木质素, 从而提高纤维素和半纤维素的酶解糖化率。
4.1. 微生物降解法生物处理是利用分解木质素的微生物除去木质素以解除其对纤维素的包裹作用。
常用的降解木质素的微生物有Pharerochacte chry2sos p ri um , Coriol us versicolor 等白腐菌,降解条件温和，常温常压，ph值接近7，把木质素降解为以水和二氧化碳形式存在的最终产物，耗能低，反应要求低，污染小的优点。
但是白腐菌在分解木质素的同时也消耗部分纤维素和半纤维素,所以需要严格控制反应的条件或者对白腐菌进行基因改良。
此方法法预处理具有条件温和、专一性强、能耗低、不会对环境产生污染等优点。
但是, 目前存在木质素降解微生物种类少、木质素分解酶类的酶活力低、处理时间长等问题，还有待进一步研究。
极端嗜热菌(65℃)和嗜热菌(40～65℃)是可以直接利用纤维素生产乙醇的菌种, 不需要经过预处理过程，因此降低了转化的周期，降低了生产设备的要求，从而降低了生产成本，提高了生产的经济利益，使大规模的工业化生产提供了条件。
目前研究最多的是用热纤梭菌(Clostridiumthermocellum), 它是嗜热产芽孢的严格厌氧菌, 它能分解纤维素, 并能使纤维素和半纤维素解离得到的低聚糖和单糖发酵,减少了提取目的产物的步骤。
嗜热菌多为从垃圾场和新鲜牛粪中分离得到【12】。
就目前研究情况来看，此方法在降低污染，提高效率方面具有一定的优势，但上述的提取菌种方法显然不能用于大型工业化生产，如何得到足量的嗜热菌是研究的关键。