木质纤维素原料预处理技术研究进展

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木质纤维素蒸汽爆破预处理技术的研究进展

木质纤维素蒸汽爆破预处理技术的研究进展随着全球能源和环境问题的日趋紧迫，使用可再生、廉价和丰富的生物质资源作为替代能源和替代化学品的需求不断增长，而木质纤维素是其中最重要的资源之一。

木质纤维素是由几乎所有植物组成的多糖复合物，并且它是目前最常见的可再生资源之一。

然而，木质纤维素的高度结晶、结构致密以及层间结合强度较高等特性使其难以高效地分解。

因此，为了改善木质纤维素的分解效率，预处理技术已成为研究重点之一。

在所有的预处理技术中，木质纤维素蒸汽爆破技术是最有前途的。

木质纤维素蒸汽爆破预处理技术是指将木质纤维素与水和蒸汽混合后，在高压高温条件下对其进行短时间处理，从而使木质纤维素的纤维结构产生强烈震荡和破裂，并且造成内部纤维素层的裂解和开放。

这种预处理技术摧毁了木质纤维素的晶体结构，并改变其形态，同时增加了纤维素的可进一步降解性。

到目前为止，此技术已经在多个实验条件下进行了研究，并取得了良好的效果。

在研究中，发现木质纤维素蒸汽爆破预处理技术可以提高纤维素的可降解性和产物的不同程度。

一项研究表明，在使用蒸汽爆破预处理技术时，木质纤维素与降解酶三天后分解率达到70%，而没有预处理的相对分解率仅为37%。

此外，通过蒸汽爆破预处理技术，可以降低木质纤维素颗粒的平均直径、增加颗粒的比表面积和微孔体积，并且也有助于加快生物降解。

此外，研究人员还发现，木质纤维素蒸汽爆破预处理技术对于不同种类的木质纤维素和不同预处理条件存在显著的影响。

例如，预处理压力、温度和处理时间等参数都与预处理效果密切相关。

在预处理温度较低的情况下，预处理时间需要增加以达到相同的效果。

而在预处理压力较低的情况下，达到相同效果可能需要增加预处理温度或预处理时间。

此外，近年来还出现了一些新的改进方法来增强木质纤维素蒸汽爆破预处理技术。

例如，在预处理过程中添加碳酸钠可以增加木质纤维素的易降解性。

另一项改进方法是在预处理前将木质纤维素与离子液体混合，这种方法可以减少预处理所需的时间，同时提高预处理效果。

木质纤维素预处理方法的研究进展

木质纤维素预处理方法的研究进展摘要:概述了几种比较实用的木质纤维素预处理技术,总结了各种预处理技术的方法､原理以及优缺点,进而对木质纤维素预处理方法的发展前景进行了展望｡关键词:木质纤维素;预处理方法;研究进展Research Advances of Pretreatment Technology of LignocelluloseAbstract: Some practical pretreatment technologies of lignocellulose were briefly introduced, including the main methods, principles, advantages and disadventages. And the development prospect of pretreatment technology of lignocellulose was put forward.Key words: lignocellulose; pretreatment method; research progress随着世界经济的不断发展和石油资源的日益消耗,开发更加长久有效的能源是各国面临的一个巨大难题｡作为一种可再生能源,生物质能源是中国能源可持续发展的必然战略选择之一｡利用木质纤维素生产生物乙醇､丁醇等生物质燃料是生物质能源开发的重要内容｡我国天然纤维素原料非常丰富(包括农作物秸秆､林业副产品､城市垃圾和工业废弃物等),利用生物技术分解和转化木质纤维素既是资源利用的有效途径,对于解决环境污染､食品短缺和能源危机又具有重大的现实意义｡1 木质纤维素的结构木质纤维素是指以纤维素､半纤维素和木质素为主要成分的原料,3种成分在植物原料中的含量分别为35%~50%､15%~25%和15%~30%｡纤维素是聚合度在 1 000~10 000的葡萄糖的线性直链聚合物,由结晶相和非结晶相交错形成,结晶相结构致密,阻碍纤维素的分解｡半纤维素结构较纤维素简单,主要是由木糖､阿拉伯糖等戊糖及少量的葡萄糖､甘露糖和半乳糖等己糖形成的直链或支链聚合物,在适宜的温度下易于溶解在稀酸溶液中并降解成单糖｡木质素是一种由苯丙烷结构单体组成的具有复杂三维结构的芳香族高聚物,在植物结构中发挥胶粘作用,将纤维素和半纤维素紧密结合在一起,增大茎秆的机械强度,起到木质化作用,阻碍微生物对植物细胞的攻击,同时减小了细胞壁的透水性｡纤维素和半纤维素作为可酵解糖类,占原料总重的65%~75%[1]｡2 预处理的目的木质纤维素的转化利用可分为原料预处理､酶水解和糖发酵3个阶段,主要的技术瓶颈在于预处理技术不够成熟以及纤维素酶活性较低,造成生产成本过高｡通过原料的预处理,可以破坏纤维素的结晶结构,降低木质素的聚合度,提高木质纤维素材料的多孔性,增加酶与底物的接触面积,从而提高酶解的效率,达到节约时间和降低成本的目的｡好的预处理应满足以下4个条件:①有利于提p 3.1.1 机械粉碎法通过机械削切和研磨分别将木质纤维处理成粒径为10~30 mm和0.2~2.0 mm的颗粒,可有效降低木质纤维素的结晶度和消化效率[2]｡震动球磨技术能比普通球磨技术更有效地降低木质纤维素的结晶度和消化特性｡相对来说,机械粉碎耗时长､耗能高,造成预处理成本太高,无法在工业化生产中广泛使用[3]｡3.1.2 蒸汽爆破蒸汽爆破是当今应用最为广泛的木质纤维素预处理技术｡通过将经高压饱和蒸汽溶解的木质纤维素瞬间降压,达到破坏木质纤维素结构的目的｡通常认为,半纤维素被爆破过程中产生的醋酸和其他的有机酸所溶解,从而导致纤维素暴露出来,增大了微纤维与酶的可及性｡木质素的含量变化不大,只有小部分被溶解,但是在溶解过程中木质素发生解聚/再聚合反应,从而使木质纤维素的表面结构发生变化｡瞬时爆破使样品得以破碎降解,从而增大了反应的可接触面积,这些因素都能够提高纤维素的水解效率｡影响蒸汽爆破处理效果的因素主要有以下几方面:压力保持时间､温度､颗粒的粒径大小和含水量｡高温短时处理(270 ℃､1 min)或者低温长时间处理都能够使半纤维素达到最大程度的溶解｡相对于机械粉碎,蒸汽爆破法可以节省大约70%的能量,同时对环境不产生污染｡近几年来,通过加入各种催化剂(酸或碱)或者改换不同的蒸汽介质(如氨水),发展出许多新型的爆破技术,有效推动了预处理技术的发展,使蒸汽爆破成为最接近商业化应用的预处理方法｡大量不同种类的木质纤维素预处理试验证明了蒸汽爆破技术的可行性,其使用规模也在不断扩大｡加拿大的Iogen工厂已经建立了一套利用该技术处理木质纤维素的中试装置｡尤其在阔叶树木及农作物秸秆的处理方面,蒸汽爆破法被看作是最具有经济价值的预处理技术[1]｡蒸汽爆破法的局限主要包括半纤维素的分解､木质素的不完全降解以及在处理过程中产生的对于后续酶水解和发酵有害的物质｡因此,需要用大量的水冲洗预处理产物以去除这些有害物质｡但冲洗的同时带走了可溶性的糖,其中包括一大部分的可溶性半纤维素,降低了总的糖产量｡3.1.3 超临界水处理超临界水处理是指利用处于超临界状态(T>374.2 ℃､P>22.1 MPa)的水处理木质纤维素的方法,通常与亚临界水解技术联合使用｡在临界点(T=374.2 ℃､P=22.1 MPa)时,水的溶剂化能力突然增强,电离程度增大,可有效打破木质素的包裹作用同时降低纤维素的结晶度,使纤维素可以很容易地溶解在超临界的水溶液中,并且迅速分解成低聚糖,低聚糖进而快速分解成葡萄糖｡阳金龙等[4]研究了该技术在玉米秸秆预处理中的应用,将40 mg玉米秸秆和2.5 mL水置于380~400 ℃的密闭容器中反应15~35 s,然后对产物进行分析｡结果表明,玉米秸秆在388 ℃的超临界水相中,经21 s的反应时间后,低聚糖转化率和可检测转化率最高,分别为24.1%和43.6%｡相对于传统预处理技术,超临界水处理具有反应时间短､水解效率高､资源和环境成本低等优点,但是作为一项新兴技术,其理论研究相对不足,尚无法解决葡萄糖分解产物较多､副产物成分复杂､发酵糖产量较低等问题｡3.2 化学法化学法是用碱､酸､有机溶剂等预处理木质素､纤维素的方法,主要目的是破坏细胞壁中半纤维素与木质素之间的共价键,破坏纤维素的结晶结构及纤维素与木质素的连接键,从而提高秸秆的消化率｡3.2.1 酸处理酸处理是利用稀酸､浓酸和无水有机酸等酸性物质水解秸秆中纤维素的方法｡酸处理可大致分为无机酸处理和有机酸处理｡无机酸处理主要作用是使半纤维素变成单糖进入溶液中,增大试剂与纤维素的接触面积,提高可及度｡预处理后的原料中木质素含量基本不变,半纤维素含量变少,纤维素的含量和聚合度有一定程度的下降｡Silverstein等[5]研究了硫酸､氢氧化钠､过氧化氢和臭氧在不同条件下预处理的效果｡结果表明,这几种物质都能够明显降解木质素或者提高单糖得率,而硫酸预处理时半纤维素降解率最高,在121 ℃､0.1 MPa､2% H2SO4､90 min的条件下,木质素降解率为95.23%,但是对后续的纤维素水解影响最大,葡萄糖的转化率最低,为23.85%｡唐锘[6]在研究中发现,稀硫酸预处理方法对秸秆各组分降解率最高,在最适水解条件(0.7%稀硫酸､121 ℃､1 h)下,半纤维素､纤维素､木质素的降解率分别为46.15%､43.75%和50.00%｡有机酸处理原理与无机酸相似,主要是使原料中半纤维素和木质素溶解,降低二者在原料中的含量,一般在使用时增添无机酸作为催化剂｡但是,相对于无机酸,有机酸对容器的腐蚀性小,对后续水解过程的毒性低,具有更大的发展潜力｡3.2.2 碱处理常见的碱处理试剂有氢氧化钙､氢氧化钠､碳酸氢钠或者过氧化氢等｡秸秆碱化的原理在于氢氧根阴离子能削弱半纤维素､纤维素之间的氢键,打开木质素和半纤维素之间的醚键,皂化木质素和半纤维素之间的酯键｡碱处理能够使木质素发生降解以及降低纤维素的结晶度｡Silverstein等[5]用2%的NaOH 处理棉花秸秆,能够明显去除秸秆中的木质素､提高纤维素的转化率｡Wang等[7]研究了百慕大海草在不同浓度的氢氧化钠预处理后结构和物质的变化,结果发现,在NaOH浓度大于或等于1%的情况下,30 min的处理时间可以起到明显的去木质化的作用｡在整个处理过程中,纤维素的去除率变化很小(在10%之内),而半纤维素的去除率随着NaOH浓度的增大而增大,而且效果明显｡碱处理是现在人们普遍采用的方法,但是在用碱处理秸秆时除溶解掉一部分木质素外,也使部分半纤维素被分解,损失较大,同时与用酸处理相同,用碱进行预处理也存在着试剂的回收､中和以及洗涤等问题,这些问题都不可避免地会造成环境污染｡随着技术的发展,酸或碱处理通过与其他的物理或者化学方法(包括球磨法､蒸汽爆破､微波或者氧化技术)进行组合,将形成一些更有效的预处理方法｡3.3 生物方法微生物方法预处理被认为是目前最有前途的一种处理手段,它具有对环境无污染､降解率高､用途广､周期短､可再生､成本低等优点,能提高秸秆的综合利用效率,利于可持续发展｡微生物法主要利用菌类产生的一些酶来降解木质素和半纤维素,而对纤维素的降解作用较小｡目前常用的真菌有白腐菌､褐腐菌等,如黄孢原毛平革菌､彩绒革盖菌等,利用这些真菌产生的木质素分解酶系来对物料进行分解｡Kurakake等[8]对城市垃圾中办公室用纸采用两种菌株(Sphingomonas paucimobilis 和Bacillus circulans)进行混合预处理,然后再用酶水解｡研究表明,混合菌株生物预处理技术能够有效提高废弃办公用纸的酶水解率,糖回收率可达94%,预处理效果显著｡参考文献[1] 波吉特K,帕特里克R G,迈克K. 生物炼制——工业过程与产品(上卷)[M]. 马延和,译. 北京:化学工业出版社,2007. 160-166.[2] SUN Y, CHENG J. 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木质纤维素预处理技术

木质纤维素预处理技术单独某一种预处理方法并非对任何原料都有较好的效果。

目前的木质纤维素预处理方法有很多种，可分为物理法、化学法、物理化学法、分步组合法和生物法几大类。

1物理方法物理方法预处理主要是增大比表面积、孔径，降低纤维素的结晶度和聚合度。

常用的物理方法包括机械粉碎、机械挤出、高能辐射等[1]。

1.1机械粉碎机械粉碎即将物料切碎、碾磨处理成10～30mm或0.2～2mm的颗粒，比表面积增高，结晶度、聚合度降低，可及度增加，有利于提高基质浓度和酶解效率，但不能去除木质素及半纤维素。

粉碎分为干粉碎、湿粉碎，包括球磨、盘磨、辊磨、锤磨、胶体磨、机械挤出等，胶体磨适用湿物料，而球磨对干、湿物料都适合。

由于粒径与能耗相关，经济性不高，效果单一，故粉碎常与其他方法相互补充[2]。

研究表明，甘蔗渣、麦秆经球磨与盘磨粉碎后酶解率及乙醇得率均显著提高；经宽角X射线衍射分析，球磨主要通过降低结晶度改善酶解，而盘磨则主要依靠去纤维化。

机械挤出是一种应用前景良好的预处理新技术，处理效果受到设备尺寸及参数的影响。

物料通过挤出器时在热、混合和剪切作用下引起物理、化学性质的改变，依靠螺旋挤出转速及温度打破木质纤维结构，引发去纤维化、纤维化效应，缩短纤维长度，改善了酶对底物的可及性[1]。

1.2高能辐射高能辐射是用高能射线如电子射线、γ射线对原料进行预处理，可使纤维素聚合度下降，降解为小纤维片段、寡葡聚糖甚至纤维二糖，使结构松散，打破纤维素晶体结构，增加反应活性。

采用γ射线辐照处理秸秆，可使纤维素酶解转化率提高至88.7%。

KIM等[3]证明电子束照射确实能增加纤维素的酶解率：稻秆用80kGy、0.12mA、1MeV的电子束照射后酶解葡萄糖得率达52.1%，比直接酶解的22.6%增加近30%。

2化学方法2.1酸预处理酸法是研究得最早、最深入的化学预处理方法，分为低温浓酸法和高温稀酸法。

低温浓酸(如72%H2SO4、41%HCl、100%TFA)处理效果通常优于高温稀酸，能溶解大部分纤维素和半纤维素，但是其毒性、腐蚀性及危害大，需要特殊的防腐反应器，酸回收难度较大，后期中和需消耗大量的碱，因此应用受到限制[2]。

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

木质纤维素类生物质制取燃料及化学品的研究进展

表 1 典型生物质主要成分质量分数（%，干基）
原料
纤维素
半纤维素
木质素
灰分
农业类生物质
玉米秸秆
37.1
24.2
18.2
5.2
稻秆
36.0
19.6
24.0
6.3
小麦秆
44.5
24.3
21.3
3.1
硬木类生物质
白杨
49.0
25.6
23.1
0.2
桦木
42.6
13.3
30.9
0.8
桉木
48.0
14.0
29.0
1 木质纤维素类生物质结构特征
1.1 纤维素木质纤维素类生物质具有复杂的纤维素-半纤
维素-木质素结构，其中纤维素是整个生物质的骨架部分，约占 40%（见表 1），由脱水葡萄糖基通过 β-1,4 糖苷键连接成直链状结构，其聚合度从几百到 10000 以上。纤维素大分子的每个基环均具有 3 个醇羟基，其中 C2 和 C3 上为仲醇羟基，而 C6 上为伯醇羟基，它们的反应能力不同，可以发生氧化、酯化和醚化等反应，分子间可以形成氢键彼此结合折叠成紧密的高度结晶化合物。一般来说，木材类生物质相对农业秸秆类生物质纤维素聚合度和微晶体较大。纤维素大分子的两个末端基性质不同，左端的 C4 上有一个仲醇羟基，右端 C1 上有一个苷羟基，苷羟基上的氢原子易发生转位与基环上氧桥
YU Qiang，ZHUANG Xinshu，YUAN Zhenhong，QI Wei，WANG Qiong，TAN Xuesong， XU Jingliang，ZHANG Yu，XU Huijuan，MA Longlong
（Key Laboratory of Renewable Energy and Gas Hydrate，Guangzhou Institute of Energy Conversion， Chinese Academy of Sciences Guangzhou 510640，Guangdong，China）

木质纤维素水解糖制取的研究进展

的瓶颈。
木质纤维素包括农业生产的废弃物和剩余物（如农作物秸秆、谷壳、麸皮、蔗渣等）、林木（软木和硬木）及林业加工废弃物、草类等，年产量高达１５００亿吨以上［】】。经过水解
糖化，纤维素物质可转化为单糖类物质，以此为平台，经化学途径可转化成燃油、燃气及化
最新研究进展，并展望了今后的发展趋势。
关键词：木质纤维素；水解糖；糖平台工程中图分类号：ＴＳ２４２文献标识码：Ａ
随着石油危机的日益加重，世界化学工业的原料正逐步由石油资源向生物质资源转变。目前生物化工的原料大多以粮食制备的淀粉和糖为主，导致 “ 与人（畜）争粮、与粮争地 ” 的局面日益严重。生物质单糖作为生物化工的主要原料，已成为限制中国生物化工产业发展
￥通讯作者：宋安东（１９７２－），男，博士，教授；研究方向：微生物能源工程。ｓｏｎｇ１６６６＠１２６．ｃｏｍ
第１期
王风芹等：木质纤维素水解糖制取的研究进展
６３
决木质纤维原料利用过程中高成本、低收益的问题开辟出新的发展途径。本文主要综述木质纤维素糖生产工艺中几个关键技术的研究进展。
学品；通过生物催化可转化成大宗发酵产品及液体生物燃料；利用结晶纯化技术得到的单糖
晶体更是重要的工业原料。木质纤维素生物质糖作为生物基产品生产的主要原料和重要的平台物质，具有来源广泛、环保、可再生的特点，加强对生物质糖平台的研究和开发必将促进

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

木质纤维素糖化发酵工艺研究进展前言目前，世界乙醇生产主要以淀粉类(粮食作物为主，如玉米、木薯等)和糖类（如甘蔗、甜菜等）[1-2]作为发酵原料．采用微生物法发酵生产乙醇技术成熟，但是高昂的原料成本使粮食发酵生产乙醇的工业应用受到限制，同时存在与人争粮或与粮争地等弊端，并且导致粮食价格持续走高，因此寻找新的原料势在必行．所以现在科学家把目光投向成本更为低廉、来源更广泛的木质纤维素原料[3]．它不仅包括秸秆等农业废弃物，城市固体废弃物、办公废纸、杂草、锯末等以及市政废水中的固体部分[4].地球上每年植物光合作用的生物量可达2 000亿 t，其中大部分为木质纤维素类．它的主要成分是纤维素、木质素、半纤维素．在植物组织中木质素与半纤维素以共价键形式结合，并将纤维素分子包埋其中，形成一种坚固的天然屏障，使一般微生物很难进入使其降解。

木质纤维素原料生产燃料乙醇的过程主要包括预处理、糖化、发酵等，其预处理是生物转化的关键步骤，影响整个纤维素酒精生产过程．因此高效、便捷的预处理技术是木质纤维素原料生产燃料乙醇的关键所在．一、分步糖化和发酵（SHF）前处理后的木质纤维素经水解糖化生成葡萄糖，然后在另一反应器中进行发酵转化为乙醇，这种糖化发酵工艺被称为分步糖化和发酵。

其主要优点是糖化和发酵都能在各自最优条件下进行——纤维素酶水解糖化所需的最适温度在 45～5℃，而大多数发酵产乙醇的微生物最适温度在 28～37 ℃[5]。

缺点是糖化产物葡萄糖和纤维二糖的积累会抑制纤维素酶的活力，最终导致产率的降低。

研究发现，纤维二糖的浓度达到 6 g/L 时，纤维素酶的活力就将降低 60%，葡萄糖对纤维素酶的抑制作用则没有那么明显，但是，它会对β-葡糖苷酶（一种关键的纤维素水解酶）产生强烈的抑制，葡萄糖浓度达到3 g/L时，β-葡糖苷酶的活力就将降低75%。

此外，水解用的纤维素酶（主要来自于真菌）不仅组分相对单一而且价格昂贵，当其活力受到抑制时，就得增加用量，最终导致使用成本的提高。

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２预处理技术内容
成熟的工艺。然而由于木质素、半纤维素对水解的保护作用，以及纤维素本身的结晶结构使得天然的木质纤维素直接进行酶水解的程度很低，一般只有１％２％００＾０为了提高纤维素的水解率，必须对木质纤维素原料进行预处理，脱去木质素和半纤维素，从而提高水解效率。１预处理技术条件
摘要：纤维素原料的预处理是木质纤维素转化乙醉过程中健步骤，的关其直接影响着纤维素的水解效率和纤维素产生乙醉的生产成本。对各种纤维素原料预处理方法进行了简要综述，并对各种方法的优缺点进行了分析和
讨论，最后对生物质预处理技术发展的前景进行了展望。关键词：纤维素；木质素；预处理；酒精生产中图分类号：Ｓ６．Ｔ２１Ｔ２２；６．２Ｓ４文献标识码：Ａ
实用化的预处理技术。目前，美国的ＮＥＲＬ开发的稀酸预处理一酶解发酵工艺已成为纤维素生产酒精中试中比较成熟的工艺之
一。秸秆经研磨后加人预处理反应器，１ ℃和１％在９０．１硫酸中，约有９％的半纤维素转化为木糖。０从反应器出来的物质经冷却、分离，液体部分加过量石灰除去发酵素，并将半纤维素移除。反应温度一般为２０３ ℃，抑制物；０＾２０然后加入纤维素酶进行酶解，取得了比较好的效果［［９１０处理物料２５，－１ｍｎ能使物料４％－６％ｉ００溶解，可除
ｍｎｏｂｍｓｐｅｅｔｅｔｎｕｓｐｄｔ．ｅｔｉａｒｒｍｎｔｈｉｅｗｓｉｅｆｓａｏｔｅｑｃａｒｃｄｅＫｙｒｓｅｕｓｌｎ；ｒｔｅｔｔｎｌｕｔｎｅｗｄ：ｌｅｉｉｐｔａｎｅａｏｐｄｃｏｏｃｌｏ；ｎｒｅｍ；ｌｇｅｈｒｉｏ
ｂｅｙｍｒｅ，ｄａａｅａｄｄａｔｅｏｄｅｎｐｔａｅｔｏｗｒｄｃｓｄａａｚｉｄａ，ｔｄｅｐｒｆｓａｚｔａｎｇｓｄａｎｇｓｉｒｔｅｍｎｍｔｄｕｅａｎｌｅｎｉａｄｅｌ－ｉｕｉｄｈｖｔｎｉｖａｆｅｒｒｔｌｍｅｓｆｅｅｈｅｉｓｎｅｓｄｙｄｅｌｎｈｖｏｔｅ
目利用木质纤维素直接发酵生产酒精的工艺还前，存在着一些问题，例如：酒精产率不高，容易产生有机酸等副产物等。因此，外利用木质纤维素生产酒精普国内
遍采用的是先对纤维素物质水解然后再发酵这一相对
选择合适的液固比，以便可以产生足够浓度的可发酵性糖，减少由于后期发酵对浓度的要求而产生的能耗。
利于酶水解过程的糖化，减少糖化过程酶的用量； ②避免碳水化合物的降解或损失； ③避免生成对后续水解或发酵过程起抑制作用的副产品，如乙酸和糠醛； ④经济可行，尽可能地降低预处理本身的成本。可以从以下方面努力： ①选用低腐蚀性的预处理方法，降低预处理所用设备材料的成本； ②选用的预处理方法尽量避免预处理前对木质纤维素的机械破碎，因为机械破碎的能耗比
理想的预处理技术应满足以下几个必要条件： ①有
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。
２１物理法．
常见的物理方法包括机械破碎法、高温热水法等。一般物理法对环境污染较小，且过程较为简单，但物理法处理需要较高的能量和动力，因此会增加生产成本。２．机械破碎法．１１对纤维素原料通过切碎、粉碎、碾磨处理时，随着对
相对于稀酸预处理法，液态热水法具有以下优点：
碱处理法是利用木质素可溶于碱性溶液的特点，用
ＮＯ，ａＨ：Ｈ溶液处理农作物秸秆，ａＨＣ（）Ｏ或Ｎ３使木质素结构破坏，以便于酶水解的进行。经过碱预处理的木质
纤维素在固相残留物中的主要是半纤维素和完整的纤
维素。
①不使用酸类化学物质，所以不需使用化学药品进行缓冲与中和处理，对设备无特殊要求，降低了成本； ②在热水法之前，无需对物料进行降低颗粒大小的粉碎处理，能耗较少； ③水解产物中中性残余物数量极少，几乎不产生对发酵产生抑制作用的副产品，对于纤维素和半纤
碎成粒径１ｍｍ左右的颗粒，向物料颗粒中加人浓度为０％的稀硫酸，．７使酸与物料颗粒混合均匀，然后把混合物加热到１ ℃，９时间从几秒钟到几分钟［０１８０
通常稀酸预处理后形成的木糖在高温和高压下会
ＮＯａＨ本身的成本很高，增加了运行的困难性。２．２氢氧化钙（．２２．石灰）处理法Ｃ（Ｈ２ａ）Ｏ也是一种有效的催化剂，而且便宜。在进行
文章编号：０－２６２０）３０８－５１１９８（８０－０５０００
ＲｓａｃＰｏｒｓｉＰｅｅｔｎＴｃｎｑｅｏＬｇｏｅｕｓｅｅｒｈｇｅｎｔａｍｅｔｈｉｕｓｉｃｌｌｅｒｓｒｒｅｆｎｌｏ
ＹＮＣａｇ，ＮｉａｄＮＧｎ－ｅＱｎＭＡＧａｇｕＡＧｎｊｎＷＡＧｎｈｕｕｙ
徐忠等［３１研究表明，随着大豆秸秆粉碎细度增加，酶较高； ③所用的化学品应便宜且可以重复使用或回利外，收但木质纤维素颗粒细小到一定用，并不产生有害的残余物。 ④预处理应尽可能少用水，解液还原糖量逐渐增加．
收稿日２０－２１期：７１－９０作者简介：杨长军（８－，河南南阳人，１２）男，９硕士研究生。
利用ＮＯａＨ溶液对ｃｆｎｒｏ杂草茎在不同条件下进行预ｏｔ处理，得出最佳的反应条件为：浓度１％的ＮＯ０ａＨ在固液比为１，１ ℃下处理１ｍｎ６１０２ｉ，除去了２％的木质０５
酸预处理是最早被研究也是研究得最深人的化学法之一。酸法预处理既可用硫酸、硝酸、盐酸或磷酸等无机酸，又可使用乙酸、丙酸等有机酸。酸法中效果最好、研究应用最广泛的是稀硫酸法。
石灰石预处理时应注意以下５个因素：预处理时间、温
度、ａ均：Ｃ（的用量、Ｏ水的用量和生物质的粒径，其中预
处理的时间、反应温度对处理效果影响较大。ｙｆ１，］等ａｓ］在不同的温度、时间下对玉米秸秆进行了实验，最后
进一步降科技２０年第３总第１５０８期（６期）
ＭＫＮＳＩＮＥ＆ＴＣＮＬＧ２０Ｎ．＇．５ＡＩＧＥＣＣＥＨＯＯＹ０８３０１）ｏ口１６
木质纤维素原料预处理技术研究进展
杨长军，勤，汪张光岳
（四川大学建筑与环境学院，四川成都６０６）１０５
万方数据
酿酒科技２０年第３总第１５－ＩＵＲＭＫＮＳＩＮＥＴＣＮＬＧ２０Ｎ．Ｔ１６）０８期（６期）ＬＯ－ＡＩＧＥＣ＆ＨＯＯＹ０８３ｏ１５ＱＣＥｏ（．
程度后，继续粉碎只能有限地提高酶解效率，而处理成本相对增加很多。２．液态热水法．２１据报道，利用液态热水法预处理木质纤维素也可以收到很好的效果。该方法是将物料置于高压状态的热水中，在高压下水可以渗透到生物质材料内部，水解纤维
原料粉碎程度的加大，其表面积增大，结晶度降低，物料
水溶性组成分增加。通常木质纤维素经切碎、粉碎处理后的原料大小通常为１＾３ｍ而经粉碎、００ｍ，研磨之后的原料颗粒大小一般为０－２．ｍ２ｍ。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［但是粉ｎ。碎法耗能大，粉碎处理耗能占糖化过程总耗能的５％０－６％。而且该方法也并不适合各种材料的处理［０２ｌ。此
（ｏｅｅｒｉｃｒａｄｉｎｅｔｉｕｎｉｒｔＣｅｇｕＳｈａ６０６，ａＣｌｇｏＡｃｔｔｅＥｖｏｍｎＳｈａＵｖｓ，ｎｄ，ｕｎ０５Ｃｉ）ｌｆｈｅｕｎｎｒ，ｃｎｅｉｈｙｉｃ１ｈｎＡｓａｔＴｅｔａｅｔｎｏｔｃｔａｓｐｉｔｔｎｏａｏｏｌｎｃｌｌｉｍｔｉｓｔｎｌｈｈｕｄｅｉｕｂｔｃｈｐｒｔｎｉｏｅｈｒｉｌｓｈｒｓｒｔｎｉｏｅｕｓａｒｌｔｅａｏｗｉｗｌｉｃｎ－ｒ：ｒｅｍｓｆｉｔｎａｆｍｉｆｅｅｃｅｅｇｌｏｃｅａｏ，ｃｏｄ街ｆｈｒｌｅｃｈｄｌｉｅｉｅｃｏｃｌｌｅｅａｏｐｄｃｏｃｓ玩ｔｓｌａｋｄｏｐｔａｅｔｎｕｓｅｕｓｍｔｉｓｅｎｅｒｙｓｉｙｅｕｓａｄｎｌｕｔｎｔｈａｉｅｌｉｓｒｒｔｎｔｈｉｅｏｃｌｌｅｅａｗｒｙｏｓｆｃｎｆｏｎｔｌｈｒｉｏ．ｉｒｃ，ｎｆｅｍｅｑｆｏａｒｌｅｏｔｌｅｃｌ
能脱去２．％，．％的木质素，１％的ＮＯ３１５２３２２用．０ａＨ在
９ ℃下处理３ｍｎ木质素脱除率为２．％，２００，ｉ１９用％的
处理剂，破坏纤维素的晶体结构，打破木质素与纤维素的连接，同时使半纤维素溶解。
２．酸处理．１２
ＮＯａＨ在１１１３ｋａ２０，．Ｐ下处理９ｍｎ木质素脱除Ｃ４００，ｉ率为６．％Ｖｒ等［０的ＮＯ５３ａａ１６ｏｇ１％ａＨ在高压锅中］用１处理玉米秆１，ｈ木质素的脱除率高达９％ｈｏ［５Ｚａ等［ｏ１２］
去４－２％的纤维素、％－６％的木质素以及所有％２３５０