木质纤维素预处理方法研究进展综述

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1、学校代码：学号：1302021001•MMMMMM•HefeiUniversity生物工程下游技术综述论文题目：木质纤维素预处理方法研究进展学科专业：生物XX作者姓名：XXX导师姓名：XXX完成时间：201x.XX.xx木质纤维素预处理方法研究进展摘要木质素是自然界中仅次于纤维素的可再生复杂天然高分子化合物原料，因其产量巨大，长期以来被视为有发展前途的生物质材料，但由于木质素木身结构的复杂性，导致其在预处理过程和工业应用中存在诸多问题与困难。本文介绍了传统木质素预处理方法，如：酸法和碱法等；并归纳了近年來在木质素提取方法上的新进展与新思路：在预

2、处理过程中，研究人员使用物理、化学和生物技术，尝试了多种绿色环保的预处理手段。最后对预处理技术的发展方向予以展望。关键词：木质纤维素材料；燃料乙醇；预处理；新进展1.前言木质素是自然界中含量第二的天然高分子化合物，其含量仅次于纤维素。它是制浆造纸工业的主要副产物，也是木材水解工业中不可缺少的副产物，是重要的可再生资源之一。到20世纪末，可再生能源产生的能量已占到世界总能量消耗的13%,其中有很大一部分是利用生物质材料所提供的能量。世界各国对生物质尤其是木质素等原料在生物能源应用方面已经有一定的规模，如加拿大等木材资源丰富的国家，生物质材料所产生

3、的能量已占居民生活总能量的5%,占整个工业消耗能量的17%［1］。而对日益严峻的资源、环境等问题，寻求环境友好且可再生的新能源成为亟需解决的问题。生物质能直接或间接地来源于植物的光合作用，是太阳能以化学能形式存在于生物中的一种能量形态，是唯一可再生的碳源，能够转化成常规的气态、固态或液态的燃料。FI前使用木质纤维素材料生产燃料乙醇己经达成共识，并成为生产燃料乙醇的最佳途径。据文献报道，全球每年可产生约lXIOlOMt纤维质原料,但是每年用于工业过程或燃烧以提供热量的纤维质原料仅占总产量的2%左右，若能通过生物转化成燃料乙醇，必将对能源紧张的局势

4、有所缓解［2］。天然木质纤维素材料的结构与性质非常复杂，半纤维素通过氢键与纤维素相连，其侧链通过阿魏酸或醛酸与木素相连，半纤维素与木素将纤维素包裹起来，形成了难以被微生物所降解的聚合体。并乜，纤维素本身高度结晶，难以被纤维素酶水解。因此，对木质纤维素材料进行预处理是增加纤维素转化率的必要条件［3］。预处理是用木质纤维素材料生产燃料乙醇的关键技术之一，同吋被认为是酶法生产燃料乙醇过程中影响生产成本的关键性因素之一。预处理方式的选择将直接影响到纤维素的水解效率，从而影响到乙醇的产率［4］。下面将对影响预处理效果的因素及传统和新型木质素的预处理方式进

5、行综述。2.生物质的抗降解屏障及影响纤维素水解效率的因素绿色植物在长期进化过程中，为了适应环境，进化出了一套结构严密而有效的以抵抗环境因素及微生物降解的防御体系。Michael等［5］指出植物的天然结构是生物质抗化学与酶解的天然屏障，并将其细分为以下8个方面：①植物的表皮组织;②维管束的密度和分布；③厚壁组织的相对含量；④细胞壁成分的复杂性及其结构的异质性；⑤木质化的程度；⑥次生壁外的瘤状层；⑦降解酶组分与不溶性底物的相互作用过程；⑧细胞壁中存在的及转化过程中所产生的抑制物质。木质纤维素材料经过预处理后，纤维素水解效率的差异取决于预处理方式的选

6、择、所处理物料的特性、纤维素酶用量及酶系的组成。预处理强度对纤维素的水解效率有着显著的影响，为了获得较好的纤维素水解效率，需要适当提高处理强度，但是强度的提高会增加能量的消耗，同时也会降低糖的回收率，因此需要在纤维素的水解效率与能量消耗及糖回收率之间找到平衡点［6］。3预处理评价标准同种预处理方式处理不同的物料，在相同的酶用量下，很难获得相同的处理效果，因此应根据处理物料的结构及化学组成的特性选择适宜的处理方式，从而能够减少对发酵有抑制作用物质的生成及在低酶用量下获得较高的纤维素水解效率，同时工艺路线应尽量简单，以减少设备投资；水和能源的消耗也

7、应成为考虑的对象，同时应兼顾到下游的纤维素水解、乙醇发酵、废水废渣的处理。因此高效的预处理应兼顾到以K几个方面：①原料的普适性，能够使用多种原料将会对降低纤维素乙醇成本有所帮助；②较高的纤维素水解效率；③纤维素及半纤维素损失少；④较少的发酵抑制物；⑤较低的能量消耗及设备投资；⑥没有或者产生很少固体废渣；⑦较少的水用量；⑧能获得较高的可发酵糖浓度；⑨木素能够回收;⑩较少的热量及电能的消耗。4传统木质素预处理方法4.1酸法预处理酸法预处理是指采用稀酸、浓酸对木质纤维素材料的预处理方式。采用稀酸预处理木质纤维素材料，稀酸的质量分数在0.5%〜1.0%

8、效果较好。原料被粉碎成粒径约为lmm的小颗粒，将稀酸溶液与待处理的木质纤维素材料混合好，加热，将温度升至预设温度，处理吋间从几秒钟到几十分钟。在处理过