木质纤维素预处理技术方法

    随着我国乃至全球能源短缺状况日益严重，开发可再生能源成为大家关注的重点。近年来将木质纤维素转化为燃料乙醇，逐渐成为了生物质能源开发与利用中的焦点。木质纤维素预处理是其生物转化过程中的一个关键步骤。

　　中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院陈陆霞关东明等人深入探讨木质纤维素预处理技术，并将研究综述发表在汉斯《生物过程》2014年9月期刊上。目前，人们所开发的木质纤维素预处理的方法有很多，主要分为四大类：物理法，化学法，物理化学法和生物法。

　　物理法主要通过物理机械的方法如：碾和磨等传统加工方法减小细度、增加比表面积，此外还有用超声波震荡，辐照预处理等方法达到改变纤维素结构，易被纤维素酶催化的目的。物理法一般不会单用，而是作为木质纤维素预处理的第一步，与其他预处理方法联用达到降低纤维素结晶度，提高纤维素酶解性能的目的。

　　化学法预处理是采用各种化学试剂(包括水)对木质纤维素进行预处理以提高纤维素酶解效率的方法。目前，化学法仍然是纤维素预处理过程中的主要方法。根据采用的化学试剂不同，可以将化学法分为以下几种：液态热水法，酸法，碱法，亚硫酸盐法，氧化脱木素，纤维素溶剂法，有机溶剂法。

　　其中，稀酸预处理是目前研究较为成熟的预处理方法，试剂价格低廉、可有效提高纤维素的水解特性和半纤维素的可发酵性，但是预处理后残余的酸需要进行中和处理，不仅需要消耗额外的试剂，提高成本，还会产生废物造成污染，如若进行脱毒处理，成本会更进一步加大；而液态热水法预处理具有无需中和处理、降低成本、环境污染小、并且不需对原料进行预处理、几乎不产生对发酵有抑制作用的副产物等优点，但是由于操作温度相对较高、对设备的要求比较高、熔解木素会重新沉积在纤维表面、半纤维素多以寡糖形式存在于液相中，需要后续酸水解获得可发酵糖等缺点。

　　物理化学法是人们所看好的最具有产业化前景的预处理方法之一，是结合化学、物理以及机械(突然泄压带来的爆破力)作用将原料细胞壁结构破坏，提高纤维素可及性的方法。典型的物理化学法预处理包括蒸汽爆破(Steam Explosion)、氨纤维爆破(AFEX)和CO2爆破等。其中，蒸汽爆破法预处理虽然具有效果良好、成本低、污染少等优点，但是仍然存在木素分离不完全、部分木糖发生降解产生对发酵微生物起抑制作用的副产物、对设备要求较高等缺点。

　　生物法预处理是利用微生物或者微生物产生的酶来降解木质素和半纤维素，从而提高纤维素可及度的预处理方法。常用于木质纤维素预处理的微生物主要是自然界中能降解木素的微生物，主要有真菌类(如白腐菌、褐腐菌和软腐菌)，它们可以有效降解木质素，促进后续的酶水解反应。生物法预处理最大的有点在于能耗低、无污染、处理过程条件温和，但是它也有一定的缺点，比如说过程缓慢，周期太长，因此生物法难以工业化。