木质纤维生物质的预处理技术

日益严重的环境问题、不断上涨的燃油价格以及国家能源安全问题迫使人们寻求并开发新的绿色替代资源。生物质是地球上可大规模再生并能够转化成为液体燃料的资源，木质纤维素是生产燃料乙醇主要的潜在原料。在纤维素基乙醇生产中，预处理打破物料细胞壁结构、提高碳水化合物转化效率是获得高得率生物乙醇的关键，不同的预处理技术对物料性能具有不同的影响。

本书主要以云南省高校生物质能源创新团队和西南林业大学生物质化学与材料课题组多年来在木质纤维生物质预处理和酶解糖化方面的研究为素材，系统地介绍了目前主要木质纤维生物质预处理技术对物料结构和酶水解效率的影响。本书具体内容和撰写分工如下：第1章介绍木质纤维生物质结构特征和资源分布，主要由西南林业大学杨海艳、杨静、徐高锋、贺斌撰写；第2章介绍主要的木质纤维生物质预处理技术，由西南林业大学史正军、朱国磊，北京林业大学王堃撰写；第3章介绍影响木质纤维生物质酶水解效率的主要因素，由西南林业大学邓佳、解思达、王大伟撰写；第4章介绍不同预处理技术对物料结构特征和酶水解性能的影响，由北京林业大学王堃，西南林业大学张加研、庄长福、吴春华撰写；第5章介绍木质纤维生物质中半纤维素组分的高值化利用，由西南林业大学杨海艳撰写。

在本书研究与撰写过程中，得到了大连工业大学、北京林业大学孙润仓教授，西南林业大学杜官本教授，厦门大学郑志锋教授等专家的诸多指导和纠正，在此致以衷心感谢！

鉴于笔者水平有限，书中难免出现不足之处，恳请读者批评指正。

著者

2019年7月于昆明

木质纤维生物质资源具有产量大、分布广和可再生的优点，在二代燃料乙醇中的应用受到广泛关注。本书主要介绍木质纤维生物质在生物转化制备二代燃料乙醇过程中的预处理技术、影响木质纤维生物质生物转化效率的因素及木质纤维生物质中主要化学组成（纤维素、半纤维素和木质素）在预处理过程中的物理化学性质变化。

本书可供从事生物质能及生物材料研发和生产的各类技术人员参考。

木质纤维生物质资源具有产量大、分布广和可再生的优点，在二代燃料乙醇中的应用受到广泛关注。本书主要介绍木质纤维生物质在生物转化制备二代燃料乙醇过程中的预处理技术、影响木质纤维生物质生物转化效率的因素及木质纤维生物质中主要化学组成（纤维素、半纤维素和木质素）在预处理过程中的物理化学性质变化。

本书可供从事生物质能及生物材料研发和生产的各类技术人员参考。

第1章 绪论

1.1　能源危机与生物能源 001

1.2　木质纤维生物质 002

1.3　全球木质纤维生物质资源类型 004

1.4　生物能源的经济可持续性与生命周期评估 006

参考文献 006

第2章 木质纤维生物质预处理技术

2.1　物理法 009

2.1.1　机械处理 009

2.1.2　螺旋挤出处理 010

2.1.3　辐射处理 011

2.2　化学法 011

2.2.1　酸处理 011

2.2.2　碱处理 012

2.2.3　离子液体 014

2.2.4　有机溶剂 015

2.2.5　氧化处理 016

2.3　物理化学法 017

2.3.1　爆破处理 017

2.3.2　水热处理 019

2.4　生物法 020

参考文献 020

第3章 影响木质纤维生物质酶水解效率的因素

3.1　纤维素基底物结构对酶水解的影响 025

3.1.1　纤维素聚合度 025

3.1.2　物料可及度 025

3.1.3　纤维素结晶度与结晶结构 026

3.2　木质素的抑制效应 027

3.2.1　木质素与酶之间的作用 027

3.2.2　影响木质素与酶作用的因素 028

3.2.3　木质素抑制作用的调节 030

3.3　降解产物的影响 032

3.3.1　木质纤维生物质降解及抑制物种类 032

3.3.2　抑制机理 033

3.3.3　水解液的脱毒技术 034

3.3.4　优化发酵菌种和发酵工艺 036

参考文献 036

第4章 影响木质纤维生物质结构及生物转化效率的因素

4.1　木质纤维生物质结构与生物转化效率研究方法 042

4.1.1　木质纤维生物质结构研究方法 042

4.1.2　生物转化 046

4.2　半纤维素对物料结构与酶水解效率的影响 049

4.2.1　样品制备与生物转化 050

4.2.2　半纤维素溶出对物料结构的影响 052

4.2.3　半纤维素含量对物料酶水解效率的影响 055

4.2.4　小结 060

4.3　稀酸处理对物料结构与酶水解效率的影响 060

4.3.1　样品制备与酶水解 061

4.3.2　稀酸处理对三倍体毛白杨木质纤维结构的影响 062

4.3.3　稀酸处理对物料酶水解效率的影响 067

4.3.4　降解物成分分析 068

4.3.5　小结 069

4.4　稀酸-稀碱结合处理对物料结构与酶水解效率的影响 069

4.4.1　稀酸-稀碱结合处理对物料结构的影响 070

4.4.2　稀酸-稀碱结合处理对物料酶水解效率的影响 074

4.4.3　稀酸-稀碱结合处理对半纤维素结构的影响 076

4.4.4　稀酸-稀碱结合处理对木质素结构的影响 080

4.4.5　小结 088

4.5　生物处理对物料结构与酶水解效率的影响 088

4.5.1　样品制备 089

4.5.2　白腐菌处理对细胞壁微观结构的影响  091

4.5.3　白腐菌及碱处理对物料结构的影响 093

4.5.4　白腐菌及碱处理对半纤维素结构的影响 099

4.5.5　白腐菌及碱处理对木质素结构的影响 102

4.5.6　白腐菌及碱处理对物料酶水解效率的影响 107

4.5.7　小结 109

4.6　离子液体预处理对物料结构与酶水解效率的影响 109

4.6.1　离子液体预处理 110

4.6.2　离子液体预处理对物料结构的影响 110

4.6.3　离子液体对物料酶水解效率的影响 115

4.6.4　小结 117

4.7　有机溶剂预处理对物料结构与生物转化效率的影响 117

4.7.1　有机溶剂预处理 117

4.7.2　有机溶剂预处理对物料结构的影响 118

4.7.3　有机溶剂预处理对生物转化效率的影响 122

4.7.4　小结 124

4.8　稀碱结合高温液态水处理对物料生物转化效率的影响 124

4.8.1　稀碱结合高温液态水处理对慈竹物料结构与生物转化效率的影响 125

4.8.2　稀碱结合高温液态水处理对慈竹半纤维素和木质素结构的影响 135

4.8.3　稀碱结合高温液态水对小麦秸秆酶水解得率的影响 140

4.8.4　小结 147

4.9　碱性过氧化氢处理对糠醛渣结构及生物转化效率的影响 147

4.9.1　碱性过氧化氢处理 148

4.9.2　碱性过氧化氢处理对糠醛渣结构的影响 148

4.9.3　碱性过氧化氢处理对糠醛渣生物转化效率的影响 151

4.9.4　小结 155

参考文献 157

第5章 生物乙醇生产过程中的高附加值产品

5.1　碱处理溶出木聚糖与低聚木糖生产 161

5.2　木聚糖结构 162

5.3　木聚糖酶的生产 165

5.4　小结 170

参考文献 170

木质纤维生物质资源具有产量大、分布广和可再生的优点，在二代燃料乙醇中的应用受到广泛关注。本书主要介绍木质纤维生物质在生物转化制备二代燃料乙醇过程中的预处理技术、影响木质纤维生物质生物转化效率的因素及木质纤维生物质中主要化学组成（纤维素、半纤维素和木质素）在预处理过程中的物理化学性质变化。

本书可供从事生物质能及生物材料研发和生产的各类技术人员参考。

  日益严重的环境问题、不断上涨的燃油价格以及国家能源安全问题迫使人们寻求并开发新的绿色替代资源。生物质是地球上可大规模再生并能够转化成为液体燃料的资源，木质纤维素类原料是生产燃料乙醇主要的潜在原料。在纤维素基乙醇生产中，预处理打破物料细胞壁结构提高碳水化合物转化效率是获得高得率生物乙醇的关键，不同的预处理技术对物料性能具有不同的影响。

  本书主要以云南省高校生物质能源创新团队和西南林业大学生物质化学与材料课题组多年来在木质纤维生物质预处理和酶解糖化方面的研究为素材，系统地介绍了目前主要木质纤维生物质预处理技术对物料结构和酶水解效率的影响。