林產(chǎn)工業(yè)CHINA FOREST PRODUCTS NNDUSTRY木質(zhì)纖維素生產(chǎn)乙醇的研究進(jìn)展賈莉華摘要:利用木質(zhì)纖維素制備乙醇是解決能源結(jié)構(gòu)的有效方法。筆者從木質(zhì)纖維素制備乙醇的原理、木質(zhì)素的預(yù)處理以及酶催化纖維素的水解過程等幾個方面對近年來木質(zhì)纖維素制備乙醇研究概況進(jìn)行了綜述和概括關(guān)鍵詞:木質(zhì)纖維素;乙醇;預(yù)處理;酶催化水解中圖分類號:TQ53;TQ517文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1001-5299(2007)05-0010-03Advances in Study on the Production of Alcohol from LignocelluloseJIA li-huaHarbin Research Institute of Forestry Machinery. China State Forestry Administration, Harbin 150086, China)Abstract: The production of alcohol from lignocellulose is an effective way to improve energy struc-ture. This paper reviews the recent development of the alcohol production from lignocellulose in termsof the processing principle, the pretreatment of lignocellulose and the enzymatic hydrolysis of celluKey words: Lignocellulose; Alcohol; Pretreatment; Enzymatic hydrolysis能源危機(jī)一直是困擾世界各國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的科、硬木和軟木中各組分的含量大體為:纖維素,42%重大問題。目前,能源的主要供給依然是石油。然而45%;半纖維素,26%~40%;木質(zhì)素,17%~據(jù)科學(xué)家們預(yù)測到21世紀(jì)中期原油的產(chǎn)量將下降到29%1-5。其中,纖維素和半纖維素可以進(jìn)行水解最現(xiàn)在的1/5。在這種形式下,開發(fā)新的可替代能源成后得到乙醇發(fā)酵的原料,其原理如圖1所示。為各國學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)問題纖維乙醇是一種重要的能源物質(zhì),其燃燒值為解成做堿[大釣質(zhì)26900kJ/kg,被視為石油的最佳替代品。目前其主要休坪雄圖但處圍{[半纖門的生產(chǎn)方法是以淀粉和糖類為原料,經(jīng)過進(jìn)一步發(fā)酵[質(zhì)最后得到乙醇。盡管工藝技術(shù)成熟,但高昂的成本使(不能轉(zhuǎn)化為乙醇)發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇的實(shí)際應(yīng)用受到很大限制。木質(zhì)纖維素是一種可通過水解、發(fā)酵等作用并最終轉(zhuǎn)化為乙醇的可再生天然資源。從降低成本的角度考慮,以來源木質(zhì)纖維素生產(chǎn)乙醇的工藝過程中一般要經(jīng)過預(yù)豐富的木質(zhì)纖維素為原料生產(chǎn)乙醇的研究越來越得到處理水解催化和發(fā)酵等過程。重視。筆者將就利用木質(zhì)纖維素生產(chǎn)乙醇的研究現(xiàn)狀纖維素是一種由100~1000個βD吡喃式葡萄進(jìn)行綜述。糖基通過P1-4糖苷鍵連接起來的具有線性結(jié)構(gòu)的直鏈多糖并且多個分子平行緊密排列成絲狀不溶性微1木質(zhì)纖維素生產(chǎn)乙醇的原理小纖維。在工業(yè)上,纖維素經(jīng)酸解或酶解預(yù)處理后,生木質(zhì)纖維素含有豐富的纖維素、半纖維素和木質(zhì)成的葡萄糖可進(jìn)入乙醇發(fā)酵的途徑。半纖維素是由多素而且其相對含量隨原料不同變化很大。例如禾本種多M凵中國煤化工同來源的半纖維素其CNMH纖維索原料中的半賈莉華,工程師,國家林業(yè)局哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所,哈爾濱纖維素組分可以有效降低乙醇的生產(chǎn)成本,這主要與修回時間:2007-0625半纖維素水解產(chǎn)物木糖的存在有關(guān)。另外在水解過林產(chǎn)工業(yè)2007年第34卷第5期產(chǎn)工業(yè)CHINA FOREST PRODUCTS INDUSTRY程中還存在多種形式的分解、氧化等復(fù)雜反應(yīng)。在這研究發(fā)現(xiàn),表面活性劑對木質(zhì)纖維素酶解產(chǎn)率的一過程中的主要生成物有甲酸、乙酸糠醛、羥甲基糠提高至關(guān)重要。所用的表面活性物質(zhì)包括蛋白質(zhì)1醛糠醛酸、已糖酸等。而木質(zhì)素則不能轉(zhuǎn)為為乙醇,吐溫、聚乙二醇(PEG)11等。研究發(fā)現(xiàn)添加吐但其存在對后續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇有一定的負(fù)面影響。溫或PEG可以顯著提高酶解產(chǎn)率添加PEG還可以使酶解時間從72h減少到48h1)。 Borjesson1等研2木質(zhì)纖維素的預(yù)處理究了PEG添加劑對酶催化水解速率的影響,結(jié)果發(fā)木質(zhì)纖維素的預(yù)處理是木質(zhì)纖維素生成乙醇工藝現(xiàn),木質(zhì)纖維素的轉(zhuǎn)化率得到明顯提高。其原因是中一個必不可少的環(huán)節(jié)。預(yù)處理的目的就是脫除不能PEG與木質(zhì)素之間的疏水作用使PEG在木質(zhì)素表面轉(zhuǎn)化為乙醇的木質(zhì)素、提髙后續(xù)酶水解速率以及防止的密度增加,從而削弱了木質(zhì)素對纖維素酶解反應(yīng)的副產(chǎn)物阻礙后續(xù)的水解和發(fā)酵過程。此外,木質(zhì)纖維抑制作用素中的纖維素結(jié)構(gòu)復(fù)雜,內(nèi)部存在大量的晶區(qū)、非晶區(qū)結(jié)構(gòu)和氫鍵,在溶劑中的溶解度較低。經(jīng)過預(yù)處理4結(jié)論可以降低纖維素的聚合度和結(jié)晶度,以提高溶解性利用木質(zhì)纖維素生產(chǎn)乙醇是緩解目前能源問題較目前,木質(zhì)纖維素的預(yù)處理技術(shù)很多,大體上可以分為好的選擇。然而如何進(jìn)一步提供乙醇的產(chǎn)率是急需物理法、化學(xué)法物理化學(xué)法以及生物預(yù)處理等。其解決的問題之一。在其生產(chǎn)工藝中,采用酶催化法水中,物理法主要包括機(jī)械粉碎、高溫分解和高能輻射,解纖維素格外受到重視,但還需解決尋找更加穩(wěn)定、成主要目的是破壞纖維素的晶體結(jié)構(gòu),以利于酶的催化本更低的生物酶等關(guān)鍵問題。相信解決好這些問題,水解;王振宇等提出采用超低溫冷凍結(jié)合超微粉碎的那么采用木質(zhì)纖維素制備乙醇必將給社會帶來更大的方法對白樺木質(zhì)纖維素進(jìn)行預(yù)處理并用纖維素酶對效益。所獲得的超微粉體進(jìn)行酶解。結(jié)果發(fā)現(xiàn),與未經(jīng)過預(yù)處理的木質(zhì)纖維素相比,超微處理后白樺木質(zhì)纖維素5參考文獻(xiàn)糖轉(zhuǎn)化率提高了2868%?；瘜W(xué)法主要包括酸堿處1楊淑惠柏物纖維化學(xué)M北京中國輕工業(yè)出版社20理、臭氧處理以及氧化處理等;物理化學(xué)法主要包括2高壽清生物量制燃料酒精的發(fā)展和需要解決的問題[食品與發(fā)酵工業(yè),1991,17(1):54~59.蒸汽爆裂、氨纖維爆裂和二氧化碳爆裂等;生物法主要3 Jeffries T w, Schartman R Bioconversion of secondary fiber fines to利用木素過氧化物酶、Mg依賴過氧化物酶等分解纖ethanol using counter-current enzymatic saccharification and co-fer維素。文新亞等曾對木質(zhì)纖維素的預(yù)處理做過詳細(xì)的ion[J]. Appl. Biochem. Biotechnol, 1999,(77-79)1435-綜述。4胡代澤我國農(nóng)作物秸稈資源的利用現(xiàn)狀與前景資源開發(fā)與市場,2000,16(1):19~203發(fā)酵工藝Ye SJia Y C Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol pro-duction:a review[J]. Bioresource Technology, 2002,83(1):1-ll3.1直接發(fā)酵法6孫健陳礪,王紅林纖維素原料生產(chǎn)燃料酒精的技術(shù)現(xiàn)狀[]可再直接發(fā)酵是指不經(jīng)過酸解或酶解預(yù)處理,利用纖生能源2003,112(6)維分解細(xì)菌直接將纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的過程。該工7張惠展途徑工程第三代基因工租M,北京,中國輕工業(yè)出版社,1997藝過程簡單易行、成本低但乙醇產(chǎn)率較低。呂福英等8高潔揚(yáng)烈貴纖維素科學(xué)[M北京科學(xué)出版社,194-28就利用高純富氧物將木質(zhì)纖維素直接發(fā)酵成乙醇。9王振字焦巖超低溫徵體化處理白樺木質(zhì)纖維素糖化工藝研究3.2間接發(fā)酵法[]食品與發(fā)酵工業(yè),20010文新亞李燕松張志鵬,王璞酚解木質(zhì)纖維素的預(yù)處理技術(shù)研究間接發(fā)酵法即利用產(chǎn)纖維素酶的微生物或纖維素進(jìn)展[]釀酒科技,2006,146:97~100酶先將纖維素水解成可發(fā)酵的糖然后再利用酵母將11呂福英閔航陳美慈等,一個高溫厭氧直接轉(zhuǎn)化纖維素成乙醇的其發(fā)酵為乙醇。產(chǎn)纖維素酶的微生物有真菌、酵母菌高純富集物[]浙江大學(xué)學(xué)報(農(nóng)業(yè)與自然科學(xué)版),200,26(1)和細(xì)菌。典型的真菌產(chǎn)纖維素酶主要由葡萄糖內(nèi)切5~60ring microbes for biofuels酶、葡萄糖外切酶和纖維二糖酶組成。這種生物法生中國煤化工a成乙醇的方法在國內(nèi)外都得到了重視。在美國權(quán)威雜13HCNMHGaL Biomass recalcitranceenzymes tor Dioruels production[]. Science志《 Science》上也發(fā)表?？撐膶ι锶剂系纳a(chǎn)進(jìn)315:804~807行了報道21(下轉(zhuǎn)第37頁)木質(zhì)纖維素生產(chǎn)乙醇的研充進(jìn)展—賈莉華生產(chǎn)與應(yīng)用林產(chǎn)工業(yè)PROdUCtIoN APPLiCATIONCHINA FOREST PRODUCTS INDUSTRY10 The Engineered Wood Association. PS2--2004 Performance Stand-Floor and Roof Sheathing Under Concentrated Static and Impact11 The Canadian Standards Association, CAN/CSA0325.092Com-15林利民等輕型木結(jié)構(gòu)建筑覆板的攤釘力性能[J]木材工業(yè)struction Sheathing[S].2005,(5):4~6.12 The Canadian Standards Association CAN 0325. 1-88 Test Meth16費(fèi)本華王戈等輕型木結(jié)構(gòu)用膠合板覆板均布載荷性能試驗(yàn)研充ods for Construction Sheathing[s].D]林業(yè)科技,2005,(4),40~413 The American Society for Testing and Materals. ASTM E72199817王戈費(fèi)本華等輕型木結(jié)構(gòu)建筑覆板的集中載荷性能[]木材工Standard Test Method of Conducting Strength Tests of Panels for業(yè),2005,(4):9~11.Building Construction [S].18王戈林利民等輕型木結(jié)構(gòu)用膠合板覆板沖擊載荷性能試驗(yàn)研究14 The American Society for Testing and Materials ASTM ES61-1997J林業(yè)科技,2005,(5):35~38Standard Test Method for Performance of Wood and Wood-Based(責(zé)任編輯張國萍)業(yè)業(yè)北★女斯?jié)u★如嗇當(dāng)如女業(yè)業(yè)業(yè)出血業(yè)物蟲業(yè)蜇上業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)當(dāng)(上接第11頁)to ethanol[. Appl. Biochem.,1998,70;369~38L14 Yang B, Wyman CE. BSA treatment to enhance enzymatic hydroly-17 Borjesson J, Peterson R, Tjermeld F. Enhanced enzymatic conver-sis of cellulose in lignin containing substrates[J]. Biotechnol Bio-sion of softwood lignocellulose by poly (ethylene glycol)additioneng,20694:611~617.U]. Enzyme. Microb. TechnoL., 2007,40: 754-762.15 Kaar W E Holtzapple M Benefits from Tween during enzymic18 Borjesson J, Engqvist M, Sipos B, Tjerneld F. Effect of poly (ethyl-drolysis of com stover[]. Biotechnol Bioeng. 1998, 59: 419-427.16 Ballesteros I, Oliva J M. Carrasco J, Cabanas A, Navarro AA, Ballzymes to pretreated lignocellulose [3]. Enzyme. Microb. Technolesteros M. Effects of surfactants and zeolites on simultaneous2007,41:186~195saccharification and fermentation of steam- exploded poplar biomass(責(zé)任編輯李永康)業(yè)業(yè)當(dāng)業(yè)業(yè)業(yè)雪出責(zé)責(zé)*物物*業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)2008年《林產(chǎn)工業(yè)》雜志征訂啟事《林產(chǎn)工業(yè)》志是由國家林業(yè)局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計院和中國林產(chǎn)工業(yè)協(xié)會共同主辦,中國林業(yè)機(jī)械協(xié)會協(xié)辦的專業(yè)技術(shù)性刊物,創(chuàng)刊于1964年為全國中文核心期刊,“中國期刊全文數(shù)據(jù)庫”“中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫“中國學(xué)術(shù)期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫”、“——數(shù)字化期刊群”、“中國科技期刊數(shù)據(jù)庫”、“中國核心期刊(遴選)數(shù)據(jù)庫”美國《 AGRICOLA》英國《 CAB Abstracts》等國內(nèi)外大型數(shù)據(jù)庫收錄期刊。2001年首批進(jìn)入國家新聞出版阪署組織的“中國期刊方陣”,被評為“雙效期刊;2002、2003年分別獲國家林業(yè)局優(yōu)秀期刊一等獎、二等獎。辦刊宗旨:面向生產(chǎn),報道以應(yīng)用技術(shù)為主,融科技性實(shí)用性學(xué)術(shù)性、信息性于一體服務(wù)于木材加工行業(yè)廣大讀者。報道內(nèi)容:宣傳林產(chǎn)工業(yè)發(fā)展的技術(shù)方針和政策;介紹制材,木材干燥膠合板、纖維板、刨花板等各類人造板、非木質(zhì)人造板各類人造板飾面,木地板等室內(nèi)裝飾裝修材料,家具制造膠料的生產(chǎn)和應(yīng)用等方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和新技術(shù)新材料新設(shè)備、新工藝;報道上述領(lǐng)域的科研設(shè)計成果;綜述國內(nèi)外林產(chǎn)工業(yè)現(xiàn)狀、水平及發(fā)展趨勢主要欄目:綜述研究與分析,生產(chǎn)與應(yīng)用,專題講座,國外技術(shù)綜合信息,專利介紹等。適讀對象:本行業(yè)及相關(guān)行業(yè)的企業(yè),科研、設(shè)計教育單位及管理部門,從事生產(chǎn)、管理、科研和開發(fā)、設(shè)計、教育、咨詢及市場營銷的人員為加強(qiáng)企業(yè)之間的信息交流介紹新設(shè)備新工藝和新技術(shù)活躍經(jīng)濟(jì)本刊辟有黑白/彩色廣告版?！读之a(chǎn)工業(yè)》雜志為雙月刊大16開,正文64頁單月中旬出版,國內(nèi)外公開發(fā)行,定價每期8元,全年48元,掛號每期另加3元。本刊郎發(fā)代號:2141,讀者可向當(dāng)?shù)剜]局或本刊編輯部訂閱編輯部地址:北京朝內(nèi)大街130號郵編:1000電話:(010)6522012665221187、65135577-6223傳真:(中國煤化工電子信箱:cfpipaper@cfpi.cn網(wǎng)址:www.cfpi.cn什HCNMHG輕型木結(jié)構(gòu)建筑用落葉松膠合板覆板性能及其生產(chǎn)工藝技術(shù)—王戈費(fèi)本華林利民王春明趙榮軍周海賓·37數(shù)鄭光林