木质纤维素类生物质制备生物乙醇进展

2013 年 1 月
方志锋等： 木质纤维素类生物质制备生物乙醇研究进展 微波处理可以提高可发酵糖的产率 。
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目前， 常用的预处理方法主要分为物理法 、 化学 法、 生物法
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以及其他联用技术。 其中物理方法主
蒸汽爆破、 微波、 超声波处理等， 通 要包括机械破碎、 过这些方法处理原料可有效地改变天然纤维素的结 碱、 臭氧和其他有机溶剂 构。化学方法主要包括酸、 处理， 可破坏纤维素的晶体结构， 打破木质素和纤维 素的连接。生物法是利用可降解木质纤维素类物质 的微生物产生的酶来降解木质素和溶解半纤维素 。 然而， 上述方法无论从技术还是经济效益方面都不 能使生物乙醇大规模生产。各国研究者针对不同的 木质纤维素类物质提出不同的预处理方法 云杉 2. 1
世界各国亟待解决的能源问题之一 。中国生物质原 料资源十分丰富， 预计到 2030 年， 我国的有机废弃 — —作物秸秆、 物— 林业采伐及加工剩余物、 工业有机 废弃物和城市有机垃圾等原料资源的年产能可达 1. 66 × 10 16 kJ［2］， 其中大部分有机废弃物的重新利 用都涉及纤维素类生物质的降解转化问题 。 天然的木质纤维素类生物质主要包括纤维素、 半纤维素和木质素， 其结构异常复杂， 具有很大的结 晶性。 纤维素是自然界中分布最广， 含量最多， 由葡萄 是由 糖组成的大分子多糖。 其通式为 （ C6 H10 O5 ） n ， D －葡萄吡喃糖基以 β －1 ， 4 糖苷键链接、 定向排列的 线型高分子化合物， 结构式如图 1
随着全球经济的快速发展， 能源危机已经是世 界各国必须面临的难题之一。伴随着石油和天然气 等不可再生能源的逐渐枯竭， 环境压力与日俱增。 生物乙醇燃料作为新能源将是不可避免的发展趋 势。如何开发和利用生物乙醇是目前世界各国学者 共同关注的焦点
［1 ］Байду номын сангаас
图1
纤维素结构
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原料资源
利用木质纤维素类物质制备第二代生物乙醇是
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收稿日期： 2012 － 08 － 12 ； 修回日期： 2012 － 11 － 02 shipin2ban27@ 163． com； 陈复生（ 1963 － ） ， 作者简介： 方志锋（ 1987 － ） ， 男， 硕士生， 男， 博士， 教授， 博士生导师， 研究方向为食品资源开发与利 0371 － 67756166 ， fushengc@ yahoo． com． cn。 用， 通讯联系人，
Jan． 2013 · 30·
现代化工 Modern Chemical Industry
第 33 卷第 1 期 2013 年 1 月
木质纤维素类生物质制备生物乙醇 研究进展
* 方志锋， 刘昆仑， 陈复生 ， 王洪杰， 李彦磊， 郭 珍 ( 河南工业大学粮油食品学院， 450001 ) 河南 郑州
摘要： 以木质纤维素类生物质为原料制备第二代生物乙醇的研究取得了较大进展， 重点阐述了生物乙醇制备过程中的关键 包括原料预处理、 水解和发酵工艺 、 各种方法的优缺点比较等， 并介绍了我国生物乙醇的发展现状。 问题， 关键词： 木质纤维素； 生物乙醇； 制备工艺 中图分类号： Q517． 4 文献标志码： A 文章编号： 0253 － 4320 （ 2013 ） 01 － 0030 － 04
半纤维素是由几种单糖构成的异质多聚体， 主 4 糖苷键连接而成。 木质素 要是由木糖通过 β －1 ， 5 －羟 基 松 柏 是由 4 种醇单体 （ 对 香 豆 醇、 松 柏 醇、 醇、 芥子醇 ） 形成的一种复杂酚类聚合物。 在植物 体内， 半纤维素和纤维素相互连接； 而木质素充填在 纤维素纤维之间， 两者将纤维素包埋在其中， 从而增 强了细胞壁的机械强度， 也导致细胞壁上的多糖成 ［4 ］ 分不易降解 。
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原料预处理
原料预处理是制备生物乙醇的关键步骤， 其目 的是粉碎半纤维素和木质素对纤维素的保护 ， 瓦解 使之与水解酶充分接触， 达到良 纤维素的晶体结构， 好的水解效果。因此， 预处理是否适当对后续水解 和发酵工艺意义重大。 若预处理适当， 水解时所需 酶的品种和用量选择空间比较大， 则可以有效地降 低生产成本。
Research development of bioethanol preparation from lignocellulosic biomass
FANG Zhifeng，LIU Kunlun，CHEN Fusheng * ，WANG Hongjie，LI Yanlei，GUO Zhen
（ College of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001 ，China） Abstract： The research of the second generation bioethanol from lignocellulosic biomass has made great progress at present． The key issues of bioethanol preparation， including pretreatment， enzymatic hydrolysis and fermentation the advantages and disadvantages of various methods in these processes， are highlighted． The development status of bioethanol in China has been introduced as well． A certain reference for research and application in this area are put forward as well． Key words： lignocellulosic biomass； bioethanol； preparation process