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楊尉1，劉立國1，武書彬2
(1廣州優銳生物科技有限公司，廣東廣州510663；2華南理工大學制漿造紙工程國家重點實驗室，廣東廣州510640)
摘要：由豐富的木質纖維素資源制備乙醇有利于緩解能源緊缺、減少環境污染、實現可持續發展。然而某些物理、化學因素阻礙了木質纖維素中纖維素和半纖維素的轉化和利用。預處理引起物理和/或化學上的變化，主要目的是改變或去除各種結構和(或)化學障礙，增加纖維素酶解率和轉化效果，是一系列纖維素乙醇轉化技術中的關鍵和核心。本文就纖維素乙醇生物轉化預處理研究的新進展及新技術進行綜述并對其發展作了展望。
化石資源日益枯竭，能源問題面臨嚴峻考驗，加之環境污染與氣候變暖，開發利用綠色可再生新能源是當前重大課題。乙醇是生物質液體能源的主要形式，清潔可再生，是化石燃料的理想替代品。燃料乙醇生產目前主要以糧食為原料，考慮到糧食安全，開發木質纖維素等非糧乙醇技術受到國內外廣泛重視。
木質纖維素是最豐富的可再生資源，年生成量高達1×1010t，無額外CO2排放，其資源利用及生物化工過程對解決能源問題、減少碳排放與環境污染、實現可持續發展有重要現實意義。木質纖維由纖維素(35%～50%)、半纖維素(20%～35%)和木質素(10%～25%)通過特定方式交聯形成類似于鋼筋混凝土的穩定復雜結構，及纖維素分子的高結晶度、高聚合度使得其很難直接被酶及微生物轉化利用，必須進行預處理，從而大大增加了轉化難度和成本。預處理的目的主要是破壞纖維素-木質素-半纖維素之間的連接，分離纖維素與木質素、半纖維素，打開纖維素內部氫鍵，使結晶纖維素無定型化，降低結晶度、聚合度，提高基質孔隙率和比表面積[1-2]。
由于預處理及酶解成本高、缺乏成熟高效的戊糖發酵技術因素制約，纖維素乙醇至今未能完全工業化。經濟有效的預處理技術一般應具備以下幾個特點或優勢：①適用范圍廣，對多種原料均有較高的得率；②降低粉碎成本，高消化(酶解)率；③糖濃度高、降解損失少；④抑制性產物低；⑤廢棄物少；⑥設備合理、投資少；⑦戊糖、己糖發酵兼容性好；⑧木質素可分離回收；⑨能耗低[1]。本文對前景較好的熱點技術及方向的研究進展進行了綜述和總結，并展望了其發展趨勢。
1木質纖維素預處理技術
單獨某一種預處理方法并非對任何原料都有較好的效果。目前的木質纖維素預處理方法有很多種，可分為物理法、化學法、物理化學法、分步組合法和生物法幾大類。
1.1物理方法
物理方法預處理主要是增大比表面積、孔徑，降低纖維素的結晶度和聚合度。常用的物理方法包括機械粉碎、機械擠出、高能輻射等[1]。
1.1.1機械粉碎
機械粉碎即將物料切碎、碾磨處理成10～30mm或0.2～2mm的顆粒，比表面積增高，結晶度、聚合度降低，可及度增加，有利于提高基質濃度和酶解效率，但不能去除木質素及半纖維素。
粉碎分為干粉碎、濕粉碎，包括球磨、盤磨、輥磨、錘磨、膠體磨、機械擠出等，膠體磨適用濕物料，而球磨對干、濕物料都適合。
由于粒徑與能耗相關，經濟性不高，效果單一，故粉碎常與其他方法相互補充[2]。研究表明，甘蔗渣、麥稈經球磨與盤磨粉碎后酶解率及乙醇得率均顯著提高；經寬角X射線衍射分析，球磨主要通過降低結晶度改善酶解，而盤磨則主要依靠去纖維化。機械擠出是一種應用前景良好的預處理新技術，處理效果受到設備尺寸及參數的影響。物料通過擠出器時在熱、混合和剪切作用下引起物理、化學性質的改變，依靠螺旋擠出轉速及溫度打破木質纖維結構，引發去纖維化、纖維化效應，縮短纖維長度，改善了酶對底物的可及性[1]。
1.1.2高能輻射
高能輻射是用高能射線如電子射線、γ射線對原料進行預處理，可使纖維素聚合度下降，降解為小纖維片段、寡葡聚糖甚至纖維二糖，使結構松散，打破纖維素晶體結構，增加反應活性[1]。
采用γ射線輻照處理秸稈，可使纖維素酶解轉化率提高至88.7%。KIM等[3]證明電子束照射確實能增加纖維素的酶解率：稻稈用80kGy、0.12mA、1MeV的電子束照射后酶解葡萄糖得率達52.1%，比直接酶解的22.6%增加近30%。
1.2化學方法
1.2.1酸預處理
酸法是研究得最早、最深入的化學預處理方法，分為低溫濃酸法和高溫稀酸法。低溫濃酸(如72%H2SO4、41%HCl、100%TFA)處理效果通常優于高溫稀酸，能溶解大部分纖維素和半纖維素，但是其毒性、腐蝕性及危害大，需要特殊的防腐反應器，酸回收難度較大，后期中和需消耗大量的堿，因此應用受到限制[2]。稀酸法是目前較常用而成熟的方法之一，生物質在較高溫度(如140～190℃)和低濃度酸(如0.1%～1%硫酸)作用下，可實現較高的反應速率，半纖維素組分幾乎100%除去，纖維素的平均聚合度下降，反應能力增大，酶水解率顯著提高，但去除木質素不很有效。稀酸法因其效果好、污染少成為研究的熱點并獲得了較大進展，如美國國家可再生能源實驗室(NREL)開發了比較成熟的稀硫酸預處理—酶解發酵工藝并建成了中試裝置。稀酸法最大的缺點是產生副產物如甲酸、乙酸、糠醛、羥甲基糠醛、糖醛酸、己糖酸等，即影響酶解又抑制微生物生長和發酵。稀酸法可在較高溫度(180℃)處理較短時間(5min)也可在較低溫度(120℃)處理較長時間(30～90min)，溫度和酸濃度越劇烈預處理效果越好，但抑制產物會增加。
CHEN等[4]提出“半纖維素/纖維素分離-分步發酵”(XCFSF)工藝路線，玉米芯經稀硫酸預處理后木糖得率為78.4%，纖維素回收率為96.81%，水解木糖和纖維素殘渣酶解后的糖液發酵乙醇，酶解殘渣同步糖化發酵(SSF)，最終將70.4%的半纖維素和89.77%的纖維素轉化為乙醇。酸可以用硫酸、硝酸、鹽酸、磷酸、碳酸等無機酸，也可用乙酸、丙酸、草酸等有機酸。將蔗渣在高于160℃條件下經稀磷酸預處理，可有效水解半纖維素為單糖，且副反應少[5]。用80%乙酸、0.92%硝酸在120℃處理麥稈20min，81%的半纖維素和92%的木質素被水解或降解，同時纖維素結晶度降低，升高溫度或增大硝酸濃度會加速纖維素的乙?；Ｏ∷岱ńY合新型的反應器如逆流收縮床，可改善處理效果，得到很高的葡萄糖得率。
1.2.2堿預處理
堿預處理是用NaOH、Ca(OH)2、NH3等的水溶液脫除木質素和部分半纖維素，有效增加酶分子對纖維素的可及性，從而顯著提高糖化率。堿能破壞木質素結構，溶解木質素，削弱纖維素和半纖維素之間的氫鍵及半纖維素和其它組分的酯鍵，增加空隙率，半纖維素部分溶解、纖維素則因水化作用而膨脹，結晶度降低。跟酸處理不同，一部分堿與生物質會發生反應轉化為不可回收的鹽而損失掉[1]。NaOH不易回收，成本高且污染環境，而Ca(OH)2預處理試劑成本低、安全性高，可通過生成不溶的CaCO3得到回收。堿法可在高溫(100～150℃)、低濃度下短時間處理，也可在低溫、高濃度下處理較長時間，通常對農業廢棄物比對木料更加有效。JEYA等[6]將稻稈按固液比1∶4與2%NaOH混合，85℃保溫1h，酶解率達到88%。KIM等[7]用15%氨水(固液比1∶6)60℃浸沒玉米秸稈12h，可去除62%的木質素，保留了100%的葡聚糖和85%的木聚糖，酶解率分別提高至85%和78%，經同步糖化共發酵(SSCF)乙醇得率達77%。高粱纖維、氨、水按比例1∶0.14∶8混合于160℃、160psi壓力下處理1h，約44%木質素和35%半纖維素被脫除，半纖維素回收率、纖維素酶解率分別達到84%、73%；經釀酒酵母發酵，乙醇得率25g/100g干料，比未預處理條件下提高了2.5倍[8]。
1.2.3氧化法
氧化法是利用O2、O3、H2O2等強氧化劑將木質素氧化分解，同時溶出大部分半纖維素，纖維素幾乎不受影響而保留下來。
木質纖維原料于室溫在堿性(如pH=11～12)H2O2水溶液中浸泡一定時間(如4～16h)，通過脫除木質素來提高酶解率：麥稈可發酵糖酶解轉化率達到97%。研究表明，經H2O2預處理后蔗渣酶解敏感性大大增加：2%H2O2、30℃處理8h，50%的木質素和大部分半纖維素溶解，葡萄糖回收率達95%。臭氧法一般在常溫常壓下進行，條件溫和、操作簡便，能有效降解木質素和部分半纖維素，無酸堿殘留、不產生抑制物質，其處理效果主要受到物料水分、粒徑和O3濃度的影響，缺點是需消耗大量臭氧，成本昂貴[9]。
濕式氧化法(WO)通常是在高于120℃條件下(如148～200℃)，以水、空氣/氧氣、堿(Na2CO3)共同處理木質纖維素原料一段時間(如30min)，發生水解產酸和氧化反應，包括木質素降解、氧化，半纖維素降解為單糖溶解，纖維素部分降解。溫度、時間和氧分壓是重要因素，此法能有效將纖維素與木質素、半纖維素分離，不會產生糠醛、羥甲基糠醛等發酵阻抑物，溶解的半纖維素、羧酸等還是微生物的營養來源[2]。WO處理可提高蔗渣酶解轉化率，但酸、堿條件下效果差異很大。195℃處理15min可溶解93%～94%的半纖維素和40%～50%的木質素，而185℃堿性WO處理5min僅溶解30%的半纖維素和20%的木質素；堿性條件可減少糠醛的生成；185℃酸性WO處理5min液相中糖得率最高(16.1g/100g)，而195℃堿性WO處理15min條件下獲得了最高的纖維素含量(70%)和最高的酶解轉化率(74.9%)[10]。
1.2.4離子液體抽提
離子液體是一類新型纖維素溶劑，一般由有機陽離子和無機陰離子所組成，是低溫(＜100℃)下呈液態的離子型有機化合物，具有極低的蒸汽壓、良好的熱穩定性和一些奇特的物理化學性質[1]。作為一種新型的預處理技術，離子液體對纖維素有良好的溶解能力，未經任何前處理的纖維素在氯化1-丁基-3-甲基咪唑(BMIMCI，[C4mim]Cl)的溶解度達到300g/L以上。
ZHU等[11]使用BMIMCI在微波輻射和加壓的條件下溶解木質纖維素原料，纖維素乙醇或丁醇的發酵轉化效率明顯高于蒸汽爆破、化學預處理等常規工藝，且再生的纖維素性質如酶解性得到顯著改善。LEE等[12]用1-乙基-3-甲基咪唑乙酸([Emim][CH3COO])溶解木質纖維中的木質素，結果表明脫除40%的木質素則可使酶解率提高至90%以上。然而，在大規模應用之前，離子液體的低成本回收技術及其對酶和微生物的毒性還需進一步研究。
1.2.5有機溶劑法
有機溶劑法是利用有機溶劑在高溫(如150～200℃)下破壞木質素-碳水化合物復合體(LCC)，分解木質素網絡、脫除木素，還可能去除部分半纖維素，同時可回收得到純度較高、低分子量的木質素產品。有機溶劑常包括醇類(甲醇、乙醇)、酮類(丙酮)、酯類、醚類、酚類(苯酚)、甘醇類(乙二醇、甘油)、酸類(甲酸、乙酸、草酸、水楊酸)等，出于成本考慮，選用低分子量、低沸點的醇類如乙醇、甲醇等比高沸點的更加有利[2]。輻射松在最優條件下(195℃、pH=2.0、丙酮-水體積比1∶1)經丙酮-水體系預處理5min，最高乙醇得率達99.5%[13]。某些研究中，酸催化的有機溶劑法對于水解半纖維素、提高木糖得率非常有效。有機溶劑法可降低成本，避免生成抑制性副產物，但同時存在腐蝕、毒性及環境污染等問題。
1.3物理-化學方法
1.3.1蒸汽爆破
蒸汽爆破是一個“熱-化學降解(自催化水解)-機械爆破”過程：以高溫(如160～230℃)蒸氣快速加熱纖維原料，維持一段時間(如2～10min)，結束時瞬間泄壓實施爆破，實現原料組分分離和結構改變，增加其反應活性，提高酶解率。高溫下水解離度增加，H+催化部分半纖維素水解并釋放乙?；蔀橐宜幔@進一步加速了半纖維素的水解。爆破時高溫蒸汽急劇膨脹做功，溫度和壓力迅速下降終止了水解反應，剪切力作用于孔隙結構使物料蓬松，可及性提高[1]。預處理后纖維素的結晶度和聚合度下降，纖維素-半纖維素-木質素的結構被破壞，半纖維素自水解轉變成單糖和寡糖，木質素發生部分降解，O/C和H/C原子比、疏水性等性質也發生變化。影響蒸汽爆破的因素有原料種類、顆粒大小、爆破壓力、溫度和維壓時間等，其中溫度(T)和時間(t)可由強度因子(RO)來描述[2]：
RO=t×e[(T-100)/14.5]
蒸汽爆破投資少、能量效率高、糖回收率高、無危險的化學試劑、生產安全、環境影響小，適用于硬木及農業廢棄物等(如楊木、稻稈、橄欖廢棄物、玉米稈、麥稈)，但對軟木的效果不是很好。
CHEN等[14]開發了無污染汽爆技術，不加任何化學試劑，只需控制秸稈的水分含量便可分離出80%以上的半纖維素，纖維素酶解率達到90%以上，該技術已成功放大至5m3裝置。加入某些化學催化劑可改善汽爆處理效果，提高半纖維素水解、降低處理強度、減少副反應、改善酶解效果，如SO2汽爆法、堿汽爆法、稀酸汽爆法等。添加SO2對松木片進行蒸汽爆破，纖維素轉化率＞90%。堿(NaOH)催化蒸汽爆破處理大麥稈、小麥桿，原料中30%、40%的阿拉伯木聚糖以大分子量形式被提取出來，纖維素完全保留，72h酶解率分別達到80%～90%和70%～85%[15]。汽爆前將物料在稀酸如亞硫酸、硫酸、乙酸等中浸泡可提高選擇性和酶解效果。以乙酸、乙醇、酒石酸預浸麥稈然后蒸汽爆破，糖化率均顯著提高[16]。SASSNER等[17]考察了溫度(180～210℃)、時間(4、8、12min)和硫酸濃度(0.25%或0.5%)對汽爆預處理的影響，在最優條件下(200℃、4min、0.5%硫酸)，100g干柳木可產葡萄糖、木糖55.6g，預處理物料經SSF乙醇得率達到79%。
1.3.2高溫液態水
高溫液態水(HLW)處理是將物料于160～230℃高壓熱水中批式或連續處理2～20min，使物料的40%～60%溶解，包括幾乎所有的半纖維素(以寡聚糖形式溶出)、約35%～60%木質素及少量纖維素，半纖維素的回收率可高于90%，增大物料對酶的敏感可及表面面積，增加酶解可及性，不溶物纖維素酶解轉化率超過90%[2]。HLW處理強度會顯著影響半纖維素收率和酶解糖得率，不同的物料最佳處理條件通常有差異。HLW的優點是具有更高的戊糖回收率，不需中和處理，降低了成本，環境污染小，不需過多的粉碎處理，發酵抑制性副產物產生較少，但HLW只能在較低固體含量(≤20%)條件下進行，能耗較大[1-2]。
水的pH值和固體含量均影響預處理效果：隨著固體含量的增加，液態熱水pH值相應下降，木糖回收率降低，當液態熱水pH值從3.7降至3.3時，木糖的回收率從83%降至66%。對于半纖維素回收率和酶解率，二者的最優HLW處理條件并不一致，麥稈經184℃處理24min半纖維素回收率最高(71.2%)，而214℃處理2.7min的酶解率最高(90.6%)，這預示采用二步法可能會獲得最高的糖收率[18]。Yu等[19]以二步法高溫熱水預處理桉木碎片：第一步180℃、20min抽提半纖維素，收率86.4%；第二步200℃處理20min以提高酶解率，酶解后總糖回收率達到96.63%。另外，添加CO2可以明顯提高HLW預處理的分離效果。
提高HLW溫度形成超臨界水(溫度和壓力高于臨界點374.2℃、22.1MPa的水)即成為所謂的超臨界水預處理，利用水在臨界點時溶劑化能力突然增強，電離程度突然增大等性質，電離的H+作催化劑進行水解使物料中纖維素溶解，實現與木質素的完全分離[20]。
1.3.3氨纖維爆破
氨纖維爆破(Ammonia Fiber Explosion，AFEX)即將木質纖維原料在液態氨中處理一定時間，然后瞬間釋放壓力進行爆破。
AFEX可使纖維素結晶分解及半纖維素解聚，并從纖維素/半纖維素中去除木質素和少量半纖維素。典型的AFEX溫度在90～100℃，時間20～30min，1kg原料用1～2kg液氨，由于液氨迅速汽化而產生驟冷作用，不僅有助于增加纖維素表面積，還可避免高溫下糖的降解及有害物的產生，99%的NH3可回收，剩余的可作發酵氮源。AFEX簡單高效，能耗較低，不需洗滌脫毒，也無需添加營養素或采取其它步驟就可用于生產乙醇，是一種大有前景的預處理技術。240g玉米稈(濕度60%)加入150g液氨，AFEX處理(4.48MPa、15min、初始溫度130℃±5℃、結束溫度110℃±5℃)后預處理物料不經洗滌、脫毒，也不額外加入營養成分，直接酶解后由工程菌株發酵，乙醇濃度為40g/L，乙醇得率(以未處理玉米稈計)達到較高水平(19.15%)[21]。LEE等[22]AFEX處理百慕大草后其組分未改變，但增加了酶解率及可發酵性糖的轉化，100℃處理30min后酶解率為94.8%。
1.3.4微波與超聲波處理
微波處理包括熱效應和非熱效應，可改變纖維的超分子結構，使纖維素結晶區尺寸發生變化；能夠部分降解木質素和半纖維素，增加可及度，提高纖維素酶水解效率[1]。微波處理的熱效果明顯優于常規加熱，提取麥殼半纖維素的抽提率最高達50%，且微波強度、酸堿條件對得率和分子量都會產生較大影響，加入堿特別是NaOH效果較好[23]。微波處理時間短、熱效率高、操作簡單、糖化效果明顯，但由于費用高，目前難以工業化應用。
超聲波可產生力學效應、空化效應和熱效應，其不僅能強化傳質，增加酶分子與底物表面的接觸，對物料本身也能產生結構上的影響[2]。以超聲波輔助的0.5MKOH溶液萃取麥稈，半纖維素得率與普通加熱堿法抽提相比有所提高，且得到的半纖維素相對分子量較高、木素含量較低。另外，空泡破裂產生的沖擊作用也可打開底物表面以促進酶分子的作用，提高酶向底物表面的傳輸效率，打破木質纖維素原料包裹結構、降低反應過程中的傳質阻力[1]。
1.3.5 CO2爆破
CO2爆破類似于蒸汽爆破，在一定溫度及高壓下(如35℃、7.3MPa)，物料與CO2臨界流體反應一段時間后突然開閥減壓，造成纖維素晶體的爆裂。CO2超臨界流體具有極強的溶解力，能溶解SiO2、木質素等，可使纖維素原料脫除木質素，分離出纖維素，改善纖維素的性質[1]。CO2分子大小與H2O、NH3相當，在高壓下可以相似的方式滲透進入微孔結構，有利于物料結構上的爆破。此外，水與CO2反應形成碳酸，可進一步催化木質纖維素原料組分的水解。CO2爆破抑制物生產量較低，但糖得率比蒸汽爆破和AFEX稍低，然而對于某些原料(如蔗渣、廢紙)，CO2爆破則更加經濟高效[2]。
1.4分步組合預處理工藝
基于半纖維素、纖維素、木質素的不同性質，充分考慮到不同預處理方法的特點，通過集成、連續地組合運用幾種預處理技術對原料組分實施分離，實現生物質資源的綜合利用。
1.4.1蒸汽爆破+有機溶劑
采用蒸汽爆破-乙醇堿性水溶液萃取二步偶聯預處理胡枝子：2.5MPa、4min蒸汽爆破后以60%乙醇(含1%NaOH)抽提分離，處理后纖維素比例提高到86.9%。陳洪章等[25]聯合蒸汽爆破和乙醇萃取對麥稈三大組分進行分離，提出了一條經濟可行的組分分離工藝過程，半纖維素和木質素的回收率分別達到了80%和75%，預處理物料的纖維素酶解率達90%以上，總糖得率為55.55%，噸原料處理成本可控制在200元以下。
1.4.2堿法+稀酸法
即先利用堿法脫除木質素，然后稀酸水解除去半纖維素。楊木或蔗渣先經6%NaOH處理后以固液比1∶6在15%過氧乙酸中室溫浸泡7天，乙醇得率分別為92.8%、91.9%。100g碎秸稈按125g/L比例加入ρ(NaOH)=20g/L堿液，于85℃處理90min。殘渣水洗至中性，烘干后取100g按200g/L比例加入ρ(過氧乙酸)=60g/L酸液，于75℃處理2h，半纖維素、木質素脫除率分別達65.9%、92.7%[26]。
1.4.3高溫熱水+堿法
HLW處理可高效選擇性水解半纖維素，堿法能有效除去木質素。KIM等[27]提出了高溫熱水-氨循環滲濾抽提(HLW-ARP)的二步分離法。玉米秸稈經高溫熱水(190℃、30min)去除半纖維素(92%～95%)，然后于170℃、2.3MPa、5mL/min以15%氨水滲濾抽提60min除去75%～81%的木質素，木聚糖回收率83%～86%，殘渣中纖維素含量達到78%～85%，酶解率達88.5%，經SSF最高乙醇得率為84%。
1.4.4稀酸法+有機溶劑
采用低溫酸水解—醇酸水體系抽提的二步組合預處理方法，即0.25～1.25mol/L稀硫酸100℃預處理10～60min水解半纖維素，再以62.5%～87.5%的乙醇酸性水溶液(1mol/L硫酸)81℃抽提90min提取木質素，纖維素損失率＜2%，木質素脫除率＞70%。曾晶等[28]將高溫稀酸水解同乙醇萃取偶聯對麥稈中纖維素、半纖維素、木質素進行分級分離，麥稈細粉于140℃、固液比1∶20、0.5%H2SO4處理10min，半纖維素含量由34.6%降到4.34%，木糖得率74.1%；處理后的殘渣按固液比1∶50加入40%(V/V)乙醇(含0.3%NaOH)180℃抽提30min，粗木質素得率達89.5%，所得粗纖維素疏松質軟，回收率達到83.2%。
1.4.5蒸汽爆破+離子液體[29]
陳洪章在中國專利中公開了一種汽爆與離子液體聯用的方法：秸稈首先經汽爆處理，熱水洗滌除去半纖維素，干燥后與離子液體混合，微波或直接加熱，處理后反復將殘余離子液體沖洗干凈，50℃、pH4.8酶解48～72h，酶解率幾乎100%。
1.5生物法
生物法預處理是利用微生物降解木質素和部分半纖維素，提高纖維素和半纖維素的酶解糖化率。木腐菌是能分解木質素的微生物，常分為白腐菌、褐腐菌和軟腐菌，其中白腐菌最為有效[1]。白腐菌是自然界最主要的木素降解菌，包括黃孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)、撕裂蠟孔菌(Ceriporialacera-ta)等。白腐菌在降解過程中分泌的胞外氧化酶主要包括木質素過氧化物酶(LiP)、錳過氧化物酶(MnP)、漆酶(Laccase)，能有效地將木質素降解為水和CO2。KUHAR等[30]以分離出的白腐菌(RCK-1)處理小麥稈，獲得了高木質素降解率和低纖維素降解率，糖得率高、抑制物濃度低，乙醇得率達到0.48g/g。此外，利用少動鞘氨醇單胞菌(Sphingomonas paucimobilis)和環狀芽孢桿菌(Bacillus circulans)進行預處理，可顯著提高辦公廢紙的酶解率，最優條件下糖得率可達94%。生物法能耗低、無污染、條件溫和，但目前還在研究階段，木質素降解菌種類別少、木質素分解酶類的酶活力低、處理速率慢，如利用基因工程等技術對菌種和酶進行改造，提高酶活力，也有望應用于規?；a。
2結語
木質纖維素的乙醇轉化是當前世界性的熱門研究課題，預處理技術作為關鍵步驟和核心技術更是研究開發的焦點?，F有的預處理技術存在著許多不足，每一種預處理方法都有各自的特色和優缺點，如物理法不能分離組分、能耗較高；稀酸法、蒸汽爆破等木素脫除能力差且易產生抑制性副產物，而堿法、有機溶劑分離木素能力強，但半纖維素得率不高。因此，加大基礎性研究力度，改進現有方法，進一步了解木質纖維素結構對處理過程的影響，深入探索預處理過程中反應機理及其應用是今后突破點之一。
再者，當前的預處理工藝多針對單一組分操作、簡單粗暴，如果僅僅強調纖維素的轉化而忽視了半纖維素、木質素，則很難實現木質纖維素的充分利用，使整體轉化成本增加。木質纖維素是多組分的資源，對半纖維素、纖維素、木質素充分分離、轉化和利用才是實現生物質能源及資源開發的可行途徑，但單一預處理技術無法或很難同時實現三組分分離，故采用多種方法相結合，發揮各自優勢、取長補短，開發更高效、無污染且低成本的集成預處理新技術是未來木質纖維素預處理技術的發展趨勢。
參考文獻
[1]ALVIRA P，TOMAS P E，BALLESTEROS M，et al.Pretreatment tech-nologies for an efficient bioethanol production process based on enzymat-ic hydrolysis：A review[J].Bioresour Technol，2010，101(13)：4851－4861.
[2]TAHERZADEH M J，KARIMI K.Pretreatment of lignocellulosic wastes to improve ethanol and biogas production：a review J].Int J Mol Sci，2008，9：1621-1651.
[3]KIM K H，BAK J S，KO J K.Improved enzymatic hydrolysis yield of rice straw using electron beam irradiation pretreatment[J].Bioresour Techn-ol，2009，100(3)：1285-1290.
[4]CHEN Y F，DONG B Y，QIN W J.Xylose and cellulose fractionation from corncob with three different strategies and separate fermentation of them to bioethanol[J].Bioresour Technol，2010，101：6 994-6 999.
[5]GEDDES C C，PETERSON J J，ROSLANDER C，et al.Optimizing the saccharification of sugar cane bagasse using dilute phosphoric acid fol-lowed by fungal cellulases[J].Bioresour Technol，2010，101：1851-1857.
[6]JEYA M，ZHANG Y W，KIM I W.Enhanced saccharification of alkali-treated rice straw by cellulase from Trametes hirsuta and statistical opti-mization of hydrolysis conditions by RSM[J].Bioresour Technol，2009，100：5155-5161.
[7]KIM T H，LEE Y Y.Pretreatment of corn stover by soaking in aqueous ammonia at moderate temperatures[J].Appl Biochem Biotechnol，2007，137-140(1-12)：81-92.
[8]SALVI D A，AITA G M，Robert D.Ethanol production from sorghum by a dilute ammonia pretreatment[J].J Ind Microbiol Biotechnol，2010，37：27-34.
[9]GARCIA C M T，GONZALEZ B G，INDACOECHEA I，et al.Effect of ozonolysis pretreatment on enzymatic digestibility of wheat and rye straw[J].Bioresour Technol，2009，100：1 608-1 613.
[10]MARTIN C，KLINKE H B，THOMSEN A B.Wet oxidation as a pretreat-ment method for enhancing the enzymatic convertibility of sugarcane ba-gasse[J].Enzyme Microb Tech，2007，40：426-432.
[11]ZHU S.Use of ionic liquids for the efficient utilization of lignocellulosic materials[J].J Chem Technol Biotechnol，2008，83：777-779.
[12]LEE S H，DOHERTY T V，LINHARDT R J，et al.Ionic liquid- media-ted selective extraction of lignin from wood leading to enhanced enzy-matic cellulose hydrolysis[J].Biotechnol Bioeng，2009，102：1368-1376.
[13]ARAQUE E，PARRA C，FREER J，et al.Evaluation of organosolv pre-treatment for the conversion of Pinus radiata D.Don to ethanol[J].En-zyme Microb Tech，2007，43：214-219.
[14]CHEN H Z，LIU L Y.Unpolluted fractionation of wheat straw by steam explosion and ethanol extraction[J].Bioresour Technol，2007，98(3)：666-676.
[15]PERSSON T，REN J L，JOELSSON E.Fractionation of wheat and barley straw to access high- molecular- mass hemicelluloses prior to ethanol production[J].Bioresour Technol，2009，100：3 906-3 913.
[16]ZABIHI S，ALINIA R，ESMAEILZADEH F，et al.Pretreatment of wheat straw using steam，steam/acetic acid and steam/ethanol and its enzymatic hydrolysis for sugar production[J].Biosyst Eng，2010，105(3)：288-297.
[17]SASSNER P，MARTENSSON C G，GALBE M.Steam pretreatment of H 2 SO 4- impregnated Salix for the production of bioethanol[J].Biore-source Technol，2008，99：137-145.
[18]PEREZ J A，BALLESTEROS I，BALLESTEROS M.Optimizing Liquid Hot Water pretreatment conditions to enhance sugar recovery from wheat straw for fuel- ethanol production[J].Fuel，2008，87：3640-3647.
[19]YU Q，ZHUANG X S，YUAN Z H.Two- step liquid hot water pretreat-ment of Eucalyptus grandis to enhance sugar recovery and enzymatic di-gestibility of cellulose[J].Bioresour Technol，2010，101：4895-4899.
[20]ROGALINSKI T，INGRAM T，BRUNNER G.Hydrolysis of lignocellulos-ic biomass in water under elevated temperatures and pressures[J].J Su-percrit Fluid，2008，47：54-63.
[21]LAU M W，DALE B E.Cellulosic ethanol production from AFEX-treated corn stover using Saccharomyces cerevisiae 424A(LNH- ST)[J].PNAS，2009，106(5)：1 368-1 373.
[22]LEE J M，JAMEEL H，VENDITTI R A.A comparison of the autohydrol-ysis and ammonia fiber explosion (AFEX) pretreatments on the subse-quent enzymatic hydrolysis of coastal Bermuda grass[J].Bioresour Technol，2010，101：5 449-5 458.
[23]ROOS A A，PERSSON T，KRAWCZYK H.Extraction of water- soluble hemicelluloses from barley husks[J].Bioresour Technol，2009，100：763-769.
[24]WANG K，JIANG J X，XU F，et al.Influence of steaming pressure on steam explosion pretreatment of Lespedeza stalks (Lespedeza crytobot-rya)：Part 1.Characteristics of degraded cellulose[J].Polym Degrad and Stabil，2009，94(9)：1 379-1 388.
[25]陳洪章，李佐虎.木質纖維原料組分分離的研究[J].纖維素科學與技術，2003，11(4)：32-40.
[26]孫萬里，陶文沂.稻草秸稈 3 種預處理方法的比較[J].精細化工，2009，26(7)：656-658，674.
[27]KIM T H，LEE Y Y.Pretreatment and fractionation of corn stover by am-monia recycle percolation process[J].Bioresour Technol，2005，96：2007-2013.
[28]曾晶，龔東平，龔大春，等.木質纖維素分級處理工藝[J].湖北農業科學，2009，48(1)：164-167.
[29]陳洪章.利用秸稈預處理和酶解工藝使秸稈纖維素完全酶解的方法：中國，200510011217.3.[P].2005-01-20.
[30]KUHAR S，NAIR L M，KUHAD R C.Pretreatment of lignocellulosic ma-terial with fungi capable of higher lignin degradation and lower carbohy-drate degradation improves substrate acid hydrolysis and eventual con-version to ethanol[J].Can J Microbiol，2008，54：305-313. |
