木质纤维素预处理技术综述文献综述

 2022-02-13 06:02

全文总字数：49400字

木质纤维素预处理技术综述

摘要：木质纤维素是地球上最丰富的生物质可再生资源。对木质纤维素进行预处理，可以破坏其天然形成的抗性结构，有利于后续酶解糖化和发酵过程的进行。本文综述了主要预处理方法（物理法、化学法、物理化学法、生物法和新型预处理方法）的基本原理；阐述了各种预处理方法的优缺点，以期为探索新型预处理方法提供参考。

关键词：木质纤维素；生物炼制；预处理

  1. 前言

木质纤维素作为地球上最丰富的可再生资源，可用于制备生物基能源，生物基材料和生物基化学品。用于生产燃料乙醇的生物质资源主要有糖质原料和木质纤维原料两种。糖质原料（如粮食、甘蔗、木薯等）虽然能够生产燃料乙醇，但是存在与民争粮、与粮争地的问题。[1]特别是我国现阶段粮食资源紧缺的问题还没有得到完全解决，所以长期利用糖质原料生产燃料乙醇显然是不可行的。而利用木质纤维素生物质生产燃料乙醇具有如下优点：①原料来源丰富，价格低廉；②产品清洁卫生；③充分利用自然资源，减少不必要的浪费。所以近年来，利用木质纤维资源生产燃料乙醇已成为研究热点。

通常情况下，木质纤维原料生物炼制过程包括以下几个步骤：原料预处理、脱毒、酶解糖化、发酵和产物分离纯化。[2]木质纤维素成分复杂，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，三种组分之间形成抗性结构。一般来说，木质纤维原料若未经预处理直接进行酶解，其酶解得率不到20%，而且酶解速率非常缓慢，这对于实现燃料乙醇工业化生产非常不利。所以植物纤维原料必须经过预处理操作，破坏其抗性结构，以利于后续酶解糖化和发酵过程的进行。

作为生物炼制过程的第一步，原料预处理成为决定木质纤维素生物炼制生产效率的最关键步骤。原料预处理是指使用物理、化学或生物等方法溶解和分离木质纤维素主要成分中的一种或几种，使剩余的固体物质更易被化学方法或生物方法水解。总的来说，木质纤维原料经过预处理可以达到如下几种效果：①打破或除去木质素形成的保护性交联外壳；②分离或除去半纤维素；③降低纤维素的结晶度；④增大纤维素可被作用表面面积；⑤增大纤维素孔隙度，从而增加酶对纤维素的可及度。

然而预处理过程通常是在高温高压条件下进行的，虽然此时木质纤维结构得到了有效的破坏，但也容易造成三种主要组分的过度降解，从而产生对后续水解和发酵有抑制或毒害作用的副产物。所以在预处理操作之后，往往需要设置脱毒工序，尽可能地降低或去除抑制物对后续酶解和发酵的影响。[3]

本文综述了主要预处理方法（物理法、化学法、物理化学法、生物法和新型预处理方法）的基本原理，并阐述了各种预处理方法的优缺点，以期为探索新型木质纤维素预处理方法提供参考。

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