２ 预处理技术内容
成熟的工艺。然而由于木质素、 半纤维素对水解的保护 作用， 以及纤维素本身的结晶结构使得天然的木质纤维 素直接进行酶水解的程度很低， 一般只有 １ ％ ２ ％０ ０ ＾０ 为了提高纤维素的水解率， 必须对木质纤维素原料进行 预处理， 脱去木质素和半纤维素， 从而提高水解效率。 １ 预处理技术条件
摘 要： 纤维素原料的预处理是木质纤维素转化乙醉过程中 健步骤， 的关 其直接影响着纤维素的水解效率和纤 维素产生乙醉的生产成本。对各种纤维素原料预处理方法进行了简 要综述， 并对各种方法的优缺点进行了分析和
讨论， 最后对生物质预处理技术发展的前景进行了 展望。 关键词： 纤维素； 木质素； 预处理； 酒精生产 中图分类号：Ｓ６． Ｔ２１ Ｔ２２ ； ６． ２ Ｓ ４ 文献标识码： Ａ
实用化的预处理技术。 目 前，美国的Ｎ Ｅ Ｒ Ｌ开发的稀酸预处理一 酶解发酵 工艺已成为纤维素生产酒精中试中比较成熟的工艺之
一。 秸秆经研磨后加人预处理反应器， １ ℃和１ ％ 在 ９ ０ ． １ 硫酸中， 约有９ ％的半纤维素转化为木糖。 ０ 从反应器出 来的物质经冷却、 分离， 液体部分加过量石灰除去发酵 素， 并将半纤维素移除。 反应温度一般为２０ ３ ℃， 抑制物； ０＾２０ 然后加入纤维素酶进行酶解， 取得了比较好的 效果［ ［ ９ １ ０ 处理物料２ ５ ， －１ｍｎ能使物料４ ％－６ ％ ｉ ０ ０ 溶解， 可除
ｍ ｎｏｂ ｍ ｓｐｅｅｔｅｔ ｎ ｕｓ ｐ ｄ ｔ ． ｅｔ ｉ ａ ｒｒ ｍ ｎｔ ｈｉ ｅｗ ｓ ｉｅ ｆ ｓ ａ ｏ ｔ ｅ ｑ ｃ ａ ｒ ｃｄ ｅ Ｋ ｙ ｒｓ ｅｕ ｓ ｌｎ ； ｒ ｔｅｔ ｔ ｎｌ ｕｔｎ ｅ ｗ ｄ： ｌ ｅ ｉ ｉ ｐ ｔａ ｎ ｅ ａｏｐ ｄｃｏ ｏ ｃｌ ｏ ； ｎ ｒ ｅ ｍ ； ｌ ｇ ｅ ｈ ｒ ｉ ｏ
ｂｅｙ ｍ ｒｅ， ｄａａｅａｄ ｄａｔ ｅｏｄ ｅｎｐ ｔａ ｅｔ ｏ ｗ ｒｄｃｓｄ ａａ ｚ ｉｄａ， ｔ ｄ ｅ ｐ ｒｆ ｓ ａｚ ｔ ａ ｎ ｇｓ ｄａ ｎ ｇｓ ｉ ｒ ｔ ｅｍ ｎｍ ｔ ｄ ｕ ｅ ａ ｎｌｅ ｎ ｉａｄ ｅ ｌ － ｉ ｕ ｉｄ ｈ ｖ ｔ ｎ ｉ ｖ ａ ｆ ｅ ｒｒ ｔ ｌ ｍ ｅ ｓ ｆ ｅ ｅ ｈ ｅ ｉ ｓ ｎ ｅ ｓ ｄ ｙ ｄ ｅ ｌ ｎ ｈ ｖ ｏ ｔ ｅ
目 利用木质纤维素直接发酵生产酒精的工艺还 前， 存在着一些问题， 例如： 酒精产率不高， 容易产生有机酸 等副产物等。因此， 外利用木质纤维素生产酒精普 国内
遍采用的是先对纤维素物质水解然后再发酵这一相对
选择合适的液固比， 以便可以产生足够浓度的可发酵性 糖， 减少由于后期发酵对浓度的要求而产生的能耗。
利于酶水解过程的糖化， 减少糖化过程酶的用量； ②避 免碳水化合物的降解或损失； ③避免生成对后续水解或 发酵过程起抑制作用的副产品， 如乙酸和糠醛； ④经济 可行， 尽可能地降低预处理本身的成本。可以从以下方 面努力： ①选用低腐蚀性的预处理方法， 降低预处理所 用设备材料的成本； ②选用的预处理方法尽量避免预处 理前对木质纤维素的机械破碎， 因为机械破碎的能耗比
理想的预处理技术应满足以下几个必要条件： ①有
目 前， 木质纤维素的预处理方法大致可分为物理 法、 化学法、 物理化学法以及生物法。
２１ 物理法 ．
常见的物理方法包括机械破碎法、高温热水法等。 一般物理法对环境污染较小， 且过程较为简单， 但物理 法处理需要较高的能量和动力， 因此会增加生产成本。 ２ ． 机械破碎法 ．１ １ 对纤维素原料通过切碎、 粉碎、 碾磨处理时， 随着对
相对于稀酸预处理法， 液态热水法具有以下优点：
碱处理法是利用木质素可溶于碱性溶液的特点， 用
ＮＯ ，ａ Ｈ： Ｈ 溶液处理农作物秸秆， ａＨ Ｃ（ ） Ｏ 或Ｎ ３ 使木质素 结构破坏， 以便于酶水解的进行。经过碱预处理的木质
纤维素在固相残留物中的主要是半纤维素和完整的纤
维素。
①不使用酸类化学物质， 所以不需使用化学药品进行缓 冲与中和处理， 对设备无特殊要求， 降低了成本； ②在热 水法之前， 无需对物料进行降低颗粒大小的粉碎处理， 能耗较少； ③水解产物中中性残余物数量极少， 几乎不 产生对发酵产生抑制作用的副产品， 对于纤维素和半纤
碎成粒径 １ ｍ ｍ左右的颗粒， 向物料颗粒中加人浓度为 ０ ％的稀硫酸， ． ７ 使酸与物料颗粒混合均匀， 然后把混合 物加热到 １ ℃， ９ 时间从几秒钟到几分钟［ ０ １ ８ ０
通常稀酸预处理后形成的木糖在高温和高压下会
ＮＯ ａＨ本身的成本很高， 增加了运行的困难性。 ２ ．２ 氢氧化钙（ ．２ ２． 石灰） 处理法 Ｃ（Ｈ２ ａ ） Ｏ 也是一种有效的催化剂， 而且便宜。 在进行
文章编号： ０－２６２０）３０８－５ １ １９８（ ８０－０５ ０ ０ ０
Ｒ ｓａｃ Ｐｏｒｓ ｉ Ｐｅ ｅｔ ｎ Ｔ ｃｎｑ ｅ ｏ Ｌｇｏｅｕ ｓ ｅｅｒｈ ｇｅ ｎ ｔ ａｍｅｔ ｈ ｉｕｓ ｉ ｃｌ ｌ ｅ ｒ ｓ ｒ ｒ ｅ ｆ ｎ ｌ ｏ
Ｙ Ｎ Ｃ ａｇ ， Ｎ ｉａｄ Ｎ Ｇ ｎ－ ｅ Ｑｎ Ｍ Ａ Ｇ ａｇ ｕ Ａ Ｇ ｎｊｎ ＷＡ Ｇ ｎ ｈ ｕ ｕ ｙ
徐忠等［ ３ １ 研究表明， 随着大豆秸秆粉碎细度增加， 酶 较高； ③所用的 化学品 应便宜且可以 重复使用或回 利 外， 收 但木质纤维素颗粒细小到一定 用， 并不产生有害的残余物。 ④预处理应尽可能少用水， 解液还原糖量逐渐增加．
收稿日 ２０－２ １ 期： ７ １－９ ０ 作者简介： 杨长军（ ８－ ， 河南南阳人， １ ２ ）男， ９ 硕士研究生。
利用 Ｎ Ｏ ａ Ｈ溶液对 ｃ ｆｎ ｒ ｏ 杂草茎在不同条件下进行预 ｏ ｔ 处理， 得出最佳的反应条件为： 浓度 １ ％的Ｎ Ｏ ０ ａ Ｈ在固 液比为 １ ，１ ℃下处理 １ ｍｎ ６１ ０ ２ ｉ，除去了２ ％的木质 ０ ５
酸预处理是最早被研究也是研究得最深人的化学 法之一。 酸法预处理既可用硫酸、 硝酸、 盐酸或磷酸等无 机酸， 又可使用乙酸、 丙酸等有机酸。 酸法中效果最好、研究应用最广泛的是稀硫酸法。
石灰石预处理时应注意以下 ５ 个因素：预处理时间、 温
度、ａ 均： Ｃ（ 的用量、 Ｏ 水的用量和生物质的粒径， 其中预
处理的时间、 反应温度对处理效果影响较大。ｙ ｆ１ ， ］等 ａ ｓ ］ 在不同的温度、 时间下对玉米秸秆进行了实验 ， 最后
进一步降科技 ２０ 年第 ３ 总第 １５ ０８ 期（ ６ 期）
Ｍ ＫＮ Ｓ ＩＮ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ ２０ Ｎ ． ＇． ５ Ａ ＩＧ Ｅ Ｃ Ｃ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ ０８ ３ ０ １ ） ｏ 口 １６
木质纤维素原料预处理技术研究进展
杨长军， 勤， 汪 张光岳
（ 四川大学建筑与环境学院， 四川 成都 ６０６ ） １０５
万方数据
酿酒科技 ２０ 年第３ 总第 １５ －ＩＵ Ｒ Ｍ ＫＮ Ｓ ＩＮ Ｅ Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ ２０ Ｎ．Ｔ１６） ０８ 期（ ６ 期）Ｌ Ｏ － Ａ ＩＧ Ｅ Ｃ ＆ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ ０８ ３ ｏ１５ Ｑ Ｃ Ｅ ｏ（ ．
程度后， 继续粉碎只能有限地提高酶解效率， 而处理成 本相对增加很多。 ２ ． 液态热水法 ．２ １ 据报道， 利用液态热水法预处理木质纤维素也可以 收到很好的效果。 该方法是将物料置于高压状态的热水 中， 在高压下水可以渗透到生物质材料内部， 水解纤维
原料粉碎程度的加大， 其表面积增大， 结晶度降低， 物料
水溶性组成分增加。通常木质纤维素经切碎、 粉碎处理 后的原料大小通常为 １＾３ ｍ 而经粉碎、 ０ ０ ｍ， 研磨之后 的原料颗粒大小一般为 ０ －２ ． ｍ ２ ｍ。粉碎处理的方法 中， 以研磨中的球磨尤其是振荡球磨的效率高［ 但是粉 ｎ 。 碎法耗能大，粉碎处理耗能占 糖化过程总耗能的５ ％ ０ －６ ％。而且该方法也并不适合各种材料的处理［ ０ ２ ｌ 。此
（ｏｅｅ ｒ ｉｃ ｒａｄ ｉｎ ｅｔ ｉ ｕｎ ｉ ｒｔ Ｃ ｅｇｕＳ ｈａ ６０６， ａ Ｃ ｌｇ ｏＡｃ ｔ ｔｅ Ｅｖｏｍ ｎ Ｓ ｈａ Ｕ ｖ ｓ ， ｎｄ， ｕｎ ０５Ｃ ｉ ） ｌ ｆ ｈｅ ｕ ｎ ｎ ｒ ， ｃ ｎ ｅｉ ｈ ｙ ｉ ｃ １ ｈ ｎ Ａ ｓ ａｔＴ ｅ ｔａ ｅｔ ｎ ｏ ｔ ｃｔａｓｐ ｉｔ ｔｎ ｏ ａｏ ｏ ｌｎｃｌｌ ｉｍ ｔｉｓ ｔ ｎｌ ｈ ｈ ｕ ｄｅ ｉ ｕ ｂｔ ｃ ｈ ｐ ｒ ｔ ｎｉｏｅ ｈ ｒｉ ｌ ｓ ｈ ｒ ｓ ｒ ｔｎ ｉ ｏｅｕ ｓ ａ ｒｌｔ ｅ ａｏ ｗ ｉ ｗ ｌ ｉｃ ｎ － ｒ ： ｒ ｅ ｍ ｓ ｆ ｉ ｔ ｎ ａ ｆ ｍ ｉ ｆ ｅ ｅ ｃ ｅ ｅ ｇ ｌｏ ｃ ｅａ ｏ ， ｃ ｏ ｄ 街 ｆ ｈ ｒ ｌ ｅｃｈｄ ｌｉｅｉｅｃ ｏｃｌｌｅ ｅ ａｏｐ ｄｃｏ ｃｓ 玩ｔｓ ｌ ａ ｋ ｄｏｐ ｔａ ｅｔ ｎ ｕｓ ｅｕ ｓｍ ｔｉｓ ｅ ｎｅ ｒｙｓ ｉ ｙ ｅｕ ｓａｄ ｎｌ ｕｔｎ ｔ ｈ ａｉｅ ｌ ｉ ｓ ｒｒ ｔ ｎｔｈｉ ｅｏｃｌｌｅ ｅａ ｗ ｒ ｙ ｏ ｓ ｆｃｎ ｆ ｏ ｎ ｔ ｌ ｈ ｒ ｉ ｏ ． ｉ ｒｃ ， ｎ ｆ ｅｍ ｅ ｑ ｆ ｏ ａ ｒｌ ｅ ｏ ｔ ｌ ｅ ｃ ｌ
能脱去２． ％， ． ％的木质素， １ ％的Ｎ Ｏ ３ １ ５ ２ ３ ２２ 用 ． ０ ａＨ在
９ ℃下处理 ３ ｍｎ木质素脱除率为 ２．％， ２ ０ ０ ， ｉ １ ９ 用 ％的
处理剂， 破坏纤维素的晶体结构， 打破木质素与纤维素 的连接， 同时使半纤维素溶解。
２ ． 酸处理 ．１ ２
ＮＯ ａＨ在 １１ １３ ｋａ ２ ０， ． Ｐ 下处理９ ｍｎ 木质素脱除 Ｃ ４ ０ ０ ， ｉ 率为６． ％ Ｖｒ 等［ ０ 的ＮＯ ５ ３ ａ ａ １ ６ ｏ ｇ １ ％ ａＨ在高压锅中 ］ 用１ 处理玉米秆 １ ， ｈ木质素的脱除率高达 ９ ％ ｈｏ ［ ５ Ｚ ａ 等［ ｏ １ ２ ］
去 ４ －２ ％的纤维素、 ％－６ ％的木质素以及所有 ％ ２ ３ ５ ０