前言
全球石油资源面临枯竭且不可再生，而人们对能源的需求却在与日俱增；同时，传统石油化工行业来的环境问题日益恶化，大气污染、白色污染、温室效应正不断破坏我们赖以生存的家园。生物质能源作为可满足日益增长的能源需求的绿色可再生能源受到了世界各国广泛重视。美国、意大利、丹麦、中国等国家已开始授权使用混合生物质燃料[1]。从全球碳循环角度看，利用生物质能源产生的CO2在植物生长光合作用过程中被回收，CO2 净排放量为零，因此提高生物质能源在能源消费结构中的比例是减少碳排放的重要途经[1]。我国的农林生物质资源丰富，一年约产生秸杆8.4亿吨[2]，产生林木废弃物2亿吨[3]，木质纤维素生物炼制燃料乙醇是生产生物质能源的重要途经[1]。燃料乙醇的生物炼制过程包括，木质纤维原料预处理，纤维素酶制备，纤维素糖化，糖液发酵，乙醇脱水等步骤[1]。木质纤维生物质酶解生产乙醇等生物能源的流程如图1所示。
图1 木质纤维素材料生物炼制概图
目前，植物纤维生物炼制技术依然面临葡萄糖转化率低的困境，限制了燃料乙醇的商业化发展，原因是植物纤维复杂的结构降低了催化剂对纤维素的有效接触。因此为了提高单糖得率必须对天然植物原料做预处理增大生物催化剂与纤维素的接触面积。预处理后的物料水解得率有所提高，但依然不够理想，通常认为是木质素与纤维素对纤维素酶有非特异性竞争吸附，导致部分酶活损失。有文献报道一些类型的木质素对植物的酶水解有促进作用，疏水作用和氢键在纤维素的酶水解过程中发挥了关键作用[1]。寻求最佳的天然植物原料预处理方式，探索木质素对纤维素酶酶活的影响机理，将有助于促进生物质燃料的产业化发展。
- 木质纤维概况
木质纤维的主要构成包括纤维素（cellulose），半纤维素(hemicellulose)，木质素(lignin)；其次还有少量的灰分、蛋白质、果胶、色素等抽提物。纤维素、半纤维素、木质素三大素通过共价键和非共价键作用力紧密结合（如图2所示），组成了抗降解屏障，使它们不像淀粉那样易于被催化剂水解，因此天然的植物纤维具有非常复杂的结构[4]。 常见木质纤维原料（如阔叶材、针叶材与禾本科原料）中纤维素、半纤维素与木质素的含量如表1所示。
图 2 木质纤维结构模型
表1 几种木质纤维生物质原料化学组成[7]
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