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木质纤维素可再生生物质资源预处理技术的研究进展
赵志刚1,2,程可可2,张建安2,高峰1
(,山西太原030024;
室,北京100084)
摘要:阐述了由木质纤维素可再生生物质资源制备生物燃料乙醇对我国可持续发展的重要意义。针对木质纤维素可
再生生物质资源利用的关键技术,综述了国内外对木质纤维素可再生生物质资源预处理的研究进展,并重点介绍了物
理法、化学法、物理-化学法和生物法预处理木质纤维素可再生生物质资源的技术。最后对木质纤维素可再生生物质
资源预处理技术和应用前景进行了展望。
木质
纤维素是地球
上最丰富、最廉价的可再生
资源。有资料表明,
5×1011t干物质,其中纤维素、×1010
t。我国是一个农业大国,若能把大量的农业纤维原料及工业纤维废料中的纤维素经济有效地水解成葡萄糖,并进一
步用于酒精、有机酸和抗生素等的生产,这将有利于改善目前资源紧张、环境恶化的状况,对人类社会实现可持续发
展具有重要的经济和社会意义。
木质纤维素原料由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成。半纤维素作为分子黏合剂结合在纤维素和木质素之间
,而木质素具有的网状结构,作为支撑骨架包围并加固着纤维素和半纤维素。木质素的网状结构和纤维素的结晶度等
对纤维素的水解糖化均会产生很大的影响,在生物利用纤维素的过程中,为使微生物更易于利用纤维素,必须对基质
进行预处理,以降解木质素的网状结构,提高对纤维素的利用效率,由于木质素及其衍生物对微生物具有抑制作用,
降低基质中木质素的含量有利于微生物及纤维素酶对纤维素的利用,所以对于木质纤维素基质进行预处理是很有必要
甚至是必需的。
预处理的目的主要是除去木质素和半纤维素,降低纤维素的结晶度以及提高基质的孔隙率。一般来讲,预处理必须
满足以下几个必要条件:①提高酶水解的结合率;②避免碳水化合物的降解和损失;③避免产生对水解及发酵过程起
抑制作用的副产品;④性价比高。预处理方法主要有物理法、化学法、物理-化学法和生物法。
1物理法
常用的木质纤维素原料预处理的物理方法有:
机械粉碎、高能辐射、微波处理和高温分解等,主要目的是通过改变原料的物理结构来增加纤维素与酶接触的表面
积。

用球磨、振动磨、辊筒等将纤维素原料进行粉碎处理,木质素仍然被保留,但木质素和半纤维素与纤维素的结合层
被破坏,半纤维素、纤维素和木质素的聚合度降低,纤维素的结晶构造改变。粉碎处理可提高反应性能和提高水解糖
化率,有利于酶解过程中纤维素酶或木质素酶发挥作用。粉碎处理提高糖化率的程度有限,且能耗较高,占工艺过程
总耗能的50%~60%,对有些材料,粉碎处理也不一定合适。

高能辐射(γ射线、电子辐射等)可使纤维素物质的聚合度降低,结晶度减小,吸湿性增加,这些都有利于纤维素的
酶水解。辐射处理的成本达138~156美元/t。比研磨成本还高,目前还很难用于大规模生产。