木質(zhì)纖維素范文

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篇1

關(guān)鍵詞：生物煉制；乳酸；木質(zhì)纖維原料

中圖分類號：O632.1

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-9944(2011)01-0169-05

1 引言

化石原料提供了當(dāng)今社會需要的大部分交通燃料以及大量化學(xué)品?？茖W(xué)技術(shù)的進步提高了化石原料精煉及利用效率，因此也加快了化石原料的消耗速度并帶來了日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，這迫使尋求替代能源和化學(xué)品煉制方式成為社會可持續(xù)發(fā)展的必然要求。

地球上具有廣泛易得的生物質(zhì)資源，農(nóng)業(yè)、林業(yè)以及人為控制的和非人為控制的微生物系統(tǒng)都能生產(chǎn)可再生碳基原材料，同時可再生碳基原料的使用能降低CO2凈排放值，具有環(huán)境友好特性。因此以生物質(zhì)為原料的生物煉制是維持社會和實現(xiàn)化學(xué)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求［1］。生物煉制一般過程是首先將原料的高分子物質(zhì)采用酶水解轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖基平臺物質(zhì)，然后通過生物催化過程將其轉(zhuǎn)化為燃料或系列化學(xué)品。生物煉制采用蔗糖、淀粉或者纖維素為原料，其煉制方式也是基于不同原料的天然屬性發(fā)展而來。眾多的生物質(zhì)資源中，木質(zhì)纖維原料屬于非糧食原料，因此基于木質(zhì)纖維原料的生物煉制方式是目前的研究熱點。

乳酸（LA）是一種重要及多用途的化學(xué)品，用于食品、醫(yī)藥以及高聚物等多個產(chǎn)業(yè)。乳酸通過聚合可以合成聚乳酸（PLA），這種高分子材料具有良好的生物可降解性，因此乳酸更加受到研究者的關(guān)注。目前乳酸生產(chǎn)有化學(xué)合成和微生物發(fā)酵法，世界近90%的乳酸時通過細(xì)菌發(fā)酵合成［2］。生物基乳酸煉制是采用生物質(zhì)作為原材料，通過微生物發(fā)酵過程最終生成具有光學(xué)純度的乳酸的過程。

2 生物煉制原料

第1代生物煉制采用蔗糖基原料，第2代生物煉制采用淀粉基原料，第3代生物煉制采用纖維素基原料。對比3代煉制方式的可發(fā)酵碳成本，目前第1代最具競爭力，第3代生物煉制成本最高。研究指出據(jù)估計每年僅有1.7%的蔗糖用于非糧食生產(chǎn)。淀粉類原料可以相對容易轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵糖，是目前最理想的乳酸發(fā)酵原料。我國的生物煉制產(chǎn)業(yè)近期最有可能采用甜高粱和木薯作為原料［3］。在糧食短缺的當(dāng)今世界不提倡使用蔗糖和食用淀粉作為煉制原料，與此同時即使使用淀粉及蔗糖用于生物煉制，它們的供應(yīng)仍然不能滿足未來生物煉制廠對原料的需求。因此長遠考慮，開發(fā)纖維素基原料的生物質(zhì)是具有重要意義的。

木質(zhì)纖維原料優(yōu)勢明顯：一方面原料低廉易得；另一方面其生物煉制體系適合產(chǎn)品譜系的生產(chǎn)，木質(zhì)纖維原料的生物煉制體系最有潛力實現(xiàn)工業(yè)化，其過程見圖1。

發(fā)展和優(yōu)化木質(zhì)纖維原料生物煉制過程是近年來研究熱點。小麥秸稈水解對歐洲經(jīng)濟是重要的，美國采用玉米秸稈進行生產(chǎn)。我國是農(nóng)作物秸稈的生產(chǎn)大國，因此我國發(fā)展生物煉制具有原料優(yōu)勢［3］。木質(zhì)纖維原料利用存在以下難點：纖維素生物質(zhì)具有比淀粉更復(fù)雜結(jié)構(gòu)，半纖維素和木質(zhì)素對纖維素的包裹作用以及纖維素本身具有的兩相結(jié)構(gòu)大大降低了纖維素的可及度，因此難于利用；酶高需求量并且高成本使木質(zhì)纖維至今仍然無法被大規(guī)模商業(yè)化利用；木質(zhì)纖維原料含有可觀的五碳糖，只有充分利用這些五碳糖才能實現(xiàn)高效的原料利用率。因為持續(xù)的技術(shù)提高能降低纖維素基生物煉制成本，潛在的未來生物煉制的原料仍將是木質(zhì)纖維素原料。

3 木質(zhì)纖維基乳酸制備

3.1 木質(zhì)纖維原料預(yù)處理

目前木質(zhì)纖維原料多種預(yù)處理方法已有不同程度上的研究和應(yīng)用，常用的方法有稀酸處理、生物處理法、有機溶劑法、堿處理法以及蒸汽爆破法［4］：稀酸處理能有效提高纖維素水解效率；同時能高效回收五碳糖；有機溶劑法幾乎可以完全去除半纖維素及木質(zhì)素，但其對設(shè)備及有機溶劑回收要求高；生物處理簡單易行并且具有環(huán)境友好性，但處理周期長：NaOH處理法有較強的脫木質(zhì)素和降低結(jié)晶度能力,但同時能分解半纖維素使生物質(zhì)損失，并且這種處理方法需要的后期中和處理增加這種預(yù)處理的成本；蒸汽爆破具有處理時間短，不用或少用藥品，節(jié)能環(huán)保，無回收工藝等優(yōu)點，是一種較為理想的預(yù)處理技術(shù)。

應(yīng)用蒸汽爆理木質(zhì)纖維原料有可能降低生物煉制成本，蒸汽爆破預(yù)處理通過有效地破壞木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)及木質(zhì)素、半纖維素的結(jié)合層,增加酶促反應(yīng)的有效比表面積。低強度的蒸汽爆破對原料處理不夠，而高強度的蒸汽爆破一方面耗能多，另一方面會損失物料，因此優(yōu)化蒸汽爆破條件有重要意義［5］。結(jié)合多種預(yù)處理方法能提高蒸汽爆理效果。原料蒸汽爆破前后采用一定化學(xué)處理或水處理能提高蒸汽爆破效率［6］,同時減少對后期利用有抑制作用的物質(zhì)［7］。

除了傳統(tǒng)預(yù)處理，近來研究也關(guān)注一些新型的預(yù)處理方式，比如超(亞)臨界預(yù)處理和離子液體預(yù)處理。葡萄糖在超臨界水中分解反應(yīng)速度都很大［8］，葡萄糖的降解降低了生物質(zhì)可利用率。趙巖等［9］的研究表明超臨界和亞臨界組合優(yōu)于兩者單獨使用，但是這種組合技術(shù)對天然木質(zhì)纖維原料的適用程度還有待進一步研究。盡管超( 亞) 臨界預(yù)處理優(yōu)點明顯，但其復(fù)雜的過程及過程產(chǎn)生大量酶和微生物的抑制產(chǎn)物使得其在生物煉制中大規(guī)模應(yīng)用還需要更多的研究。近期研究開發(fā)新型的纖維素溶解溶劑離子溶劑，具有不易揮發(fā)并具有很好的化學(xué)及熱穩(wěn)定性,同時溶解纖維素效果理想。盡管離子液體處理能大大提高酶解效率［10］，但是成本使其不宜在工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)中應(yīng)用［11］。

3.2 酶水解

目前酶成本是纖維素降解過程的最重要成本之一,如何降低酶成本也是研究熱點［12］。酶成本的降低可以通過兩方面實現(xiàn)，一方面是降低單位酶的生產(chǎn)成本，另一方面是提高單位酶酶活力以降低酶用量。使用突變及篩選改進生產(chǎn)菌株，利用纖維素作為碳源及其高產(chǎn)率菌株生產(chǎn)能降低成本。商業(yè)化酶是無細(xì)胞、穩(wěn)定的濃縮物，提取和復(fù)配成本占了生產(chǎn)成本的大部分，因此在滿足應(yīng)用需求時減少發(fā)酵后處理可以降低發(fā)酵成本。基于這點，有研究考察了產(chǎn)酶微生物共發(fā)酵或者直接使用粗酶液進行煉制過程［12,13］。酶性能的改善主要研究焦點集中于增加纖維素酶的熱穩(wěn)定性［2］。有研究表明一些表面活性劑的使用能減少酶用量［12,14］，在不增加太多后期處理成本的情況下，這些做法是可取的。一些產(chǎn)酶混合菌群或者纖維素酶的互配也能提高效率［12,15］。同時針對將要使用的特定底物及預(yù)處理方法，對酶系統(tǒng)進行優(yōu)化也是必要的。此外其它一些措施也能降低酶成本，比如嗜熱微生物的使用能減少酶的消耗［16-18］，回收利用纖維素酶，有研究表明從汽爆預(yù)處理的水解硬木殘渣和水解液中回收纖維素酶是可行的,大約可以節(jié)省成本130%~427%［19］。

3.3 乳酸發(fā)酵微生物

目前，商業(yè)化的乳酸生產(chǎn)菌株有乳酸桿菌、桿菌及根霉菌屬。傳統(tǒng)乳酸菌在乳酸工業(yè)生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位［1］，研究也在開發(fā)酵母和谷氨酸棒狀桿菌用于乳酸生產(chǎn)。乳酸菌需要復(fù)雜的營養(yǎng)條件，從而需要相對高的發(fā)酵成本，同時也影響純化乳酸經(jīng)濟性，研究關(guān)注降低這方面的成本，廉價的天然含氮物質(zhì)替代酵母浸出物能降低乳酸生產(chǎn)成本［20~22］。多種乳酸菌的共發(fā)酵同樣可以降低對培養(yǎng)基的要求，不需要有機氮的雙岐桿菌種可在培養(yǎng)基內(nèi)分泌大量多種氨基酸以滿足其他乳酸菌需要。大腸桿菌能在簡單的礦物培養(yǎng)基中生長，能利用己糖和戊糖，副產(chǎn)物多而產(chǎn)量低。谷氨酸棒狀桿菌廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)氨基酸，谷氨酸棒狀桿菌在無氧環(huán)境下能利用葡萄糖在無機鹽培養(yǎng)基中產(chǎn)有機酸，據(jù)此開發(fā)谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)LA系統(tǒng)，這種系統(tǒng)產(chǎn)生高光學(xué)純度的L-及D-LA同時明顯也產(chǎn)生其它有機酸。根霉菌屬中米根霉耐低pH，營養(yǎng)要求低，菌體大容易分離，發(fā)酵產(chǎn)生唯一的具有高光學(xué)純度乳酸，但是產(chǎn)率低［23］。酵母比細(xì)菌更能耐受低的pH，Min-Tian Gao［24］等利用代謝工程得到的釀酒酵母 OC-2T T1-185R，在pH低于3.5時仍能高效產(chǎn)乳酸?；蚋脑旖湍改軐崿F(xiàn)高光學(xué)純度LA的生產(chǎn)，但是他們不是產(chǎn)率較低就是需要較長的發(fā)酵時間。

目前基于木質(zhì)纖維原料利用微生物改造研究集中在直接利用纖維二糖的菌株、高忍耐發(fā)酵抑制劑的菌株、嗜熱耐酸菌株及五碳糖利用菌株的開發(fā)。乳酸菌不能直接對纖維素或多于4個葡萄糖單體的纖維低聚糖進行LA發(fā)酵［25］，但是開發(fā)能直接利用纖維二糖的菌株具有重要意義，因為纖維二糖是纖維水解后一個主要低聚糖化合物，同時也是降解晶狀纖維素的主要酶CBHs的強力抑制劑［26］。Mukund［2］使用突變體UC-3利用高濃度纖維二糖生產(chǎn)乳酸，產(chǎn)率達到0.9g乳酸/纖維二糖。研究表明改造酵母也實現(xiàn)了對纖維二糖的利用［1］。蒸汽爆破過程會產(chǎn)生對后續(xù)水解及發(fā)酵的抑制物質(zhì),去除這種不利物質(zhì)會增加操作步驟并且損失部分可發(fā)酵糖［27］，所以如果能提高菌種對發(fā)酵抑制劑的忍耐力就能降低處理過程的強度［28,29］。提高菌種對發(fā)酵抑制劑的忍耐力除了突變、篩選及基因手段，還有一種更為簡單的方式，有研究表明采用纖維水解液進行培育的微生物能一定程度上適應(yīng)水解液中抑制劑，使用這種自適應(yīng)微生物發(fā)酵能提高產(chǎn)品產(chǎn)量［30］。研究表明嗜熱菌的利用能提高酶利用效率，從而降低酶用量［16］。乳酸生產(chǎn)原料中，纖維素的水解伴隨著半纖維素水解而產(chǎn)生一定量的五碳糖。充分利用這些五碳糖顯然能提高生物質(zhì)利用率。通過基因工程改造谷氨酸棒狀桿菌［31,32］已經(jīng)實現(xiàn)了對木糖、樹膠醛糖及纖維二糖的發(fā)酵。但是基于酵母利用木糖和樹膠醛糖改造還僅見于乙醇生產(chǎn)中［33,34］。Ronald等［35］研究表明米根霉真菌也能夠轉(zhuǎn)化木質(zhì)水解液中大量存在的戊糖如木糖。這些研究使得發(fā)酵半纖維素水解產(chǎn)物生產(chǎn)乳酸成為可能。

3.4 乳酸發(fā)酵

乳酸發(fā)酵可以采用分步糖化發(fā)酵（SHF）、同步糖化發(fā)酵（SSF）、同步糖化共發(fā)酵（SSCF）以及綜合生物過程（CBP）［3］。同步糖化發(fā)酵是在同一反應(yīng)器中同時進行水解和發(fā)酵，是目前常用的發(fā)酵過程。相比分步發(fā)酵，同步發(fā)酵能減少酶水解產(chǎn)物對酶的抑制作用，同時過程反應(yīng)容器的減少也降低設(shè)備投資。但是不使用嗜熱發(fā)酵微生物的SSF的發(fā)酵溫度一般不高于45℃，犧牲酶水解的效率以保證發(fā)酵微生物的活力［18］。其次同步發(fā)酵結(jié)束后很難對菌體及酶進行回用，這使得同步發(fā)酵過程宜降低菌體濃度同時使用高固體負(fù)載進行發(fā)酵。分步過程需要較多的設(shè)備投資和長的過程時間，這使得盡管分步過程能得到較高的原料纖維轉(zhuǎn)化率，但是其生產(chǎn)力比同步發(fā)酵低。

固體化細(xì)胞能保護細(xì)胞不受外界不利條件的影響，實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。固定化細(xì)胞具有良好的穩(wěn)定性及可重復(fù)利用性。沈雪亮等［36］將富含纖維二糖酶的黑曲霉孢子和德氏乳酸桿菌細(xì)胞共固定在海藻酸鈣凝膠珠中,耦聯(lián)共固定化細(xì)胞體系與纖維素原料的酶水解體系，利用這種組建成新型串聯(lián)式生物反應(yīng)器發(fā)酵乳酸，反復(fù)分批協(xié)同反應(yīng)試驗表明共固定化細(xì)胞具有持續(xù)、穩(wěn)定、高效的乳酸生產(chǎn)能力,可以重復(fù)利用。

底物抑制和產(chǎn)物抑制是生物反應(yīng)中限制生產(chǎn)強度和產(chǎn)物濃度的兩個主要因素，SSF能有效降低底物抑制，生物煉制與生物分離的組合系統(tǒng)則能降低產(chǎn)物抑制。Seyed等［37］比較了離子交換原位分離培養(yǎng)基中乳酸的發(fā)酵方式和平常普通的發(fā)酵方式，結(jié)果表明使用離子交換樹脂用于分離乳酸和自動pH控制器進行在線控制pH，在優(yōu)化工藝條件下原位發(fā)酵的生產(chǎn)力是普通發(fā)酵體系的5倍。發(fā)酵與萃取耦合的原位分離技術(shù)能簡化原有發(fā)酵工藝，并且消除產(chǎn)物抑制從而提高了發(fā)酵轉(zhuǎn)化率，Min-Tian Gao［38］等的研究表明這種萃取發(fā)酵的可行性。

4 乳酸的精制

生物煉制得到的乳酸產(chǎn)品需要精制才能應(yīng)用于聚乳酸生產(chǎn)。近年來研究者嘗試各種精制方法，如分子蒸餾法、酯化水解法、電滲析法和膜分離法。分子蒸餾是一種真空蒸餾技術(shù)，高真空度（系統(tǒng)絕壓約0.1Pa）條件下進行的非平衡連續(xù)蒸餾過程［39］。由于分子蒸餾的操作溫度遠低于常壓沸點并且物料被加熱的時間短，過程中物質(zhì)本身基本不受到破壞，因此這種技術(shù)適合于分離低揮發(fā)度、高沸點、熱敏性和具有生物活性的物料。分子蒸餾是一種很好的乳酸精制技術(shù)，工藝簡單、步驟少，但設(shè)備投資大，適合乳酸的深加工。酯化法是獲得高純度乳酸的有效方法之一，酯化反應(yīng)化學(xué)平衡的限制酯化法產(chǎn)率，近年來，高效催化劑和工藝的開發(fā)以及和膜技術(shù)發(fā)展推動了酯化法新的發(fā)展［40~42］。膜分離技術(shù)作為新型化工分離技術(shù)之一，具有低成本快速,易于放大,可連續(xù)操作等優(yōu)點。近年來材料的發(fā)展促進膜技術(shù)在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。膜分離技術(shù)中的超濾和微濾能用于乳酸發(fā)酵液前期澄清處理，納濾、反滲透及和電滲析結(jié)合的膜分離能用于精制［43］，利用耦合納濾膜和反應(yīng)器也可以實現(xiàn)乳酸半連續(xù)生產(chǎn)。納濾和反滲透過程精制得到的乳酸能滿足食品乳酸生產(chǎn)要求。膜分離技術(shù)的應(yīng)用仍然要考慮吸附和濃差極化的問題。

普通電滲析法是利用選擇性的離子交換膜在電場作用下使離子發(fā)展定向運動，從而達到離子的濃縮。利用普通電滲析可獲得較純凈的乳酸鹽溶液。雙極膜電滲析是新型的技術(shù)，不同于普通電滲析，雙極膜層使水發(fā)生解離從而可以分解乳酸鹽制備乳酸和堿，因此在從乳酸鹽制備乳酸時具有獨特的優(yōu)勢［39,43］。電滲析過程制備乳酸具有簡單、物耗降低、三廢排放少，同時乳酸產(chǎn)品質(zhì)量高明顯優(yōu)勢，但是其不能單獨用于乳酸精制，先利用其它預(yù)處理技術(shù)（微濾，其它膜分離技術(shù)等）獲得較為純凈的乳酸鹽溶液，之后利用雙極膜電滲析過程進行精制。

5 結(jié)語

目前每年聚乳酸的生產(chǎn)能力450萬kg， 而塑料總產(chǎn)量2 000億kg。究其原因是聚乳酸生產(chǎn)成本較高，不能和化石原料生產(chǎn)的塑料競爭。聚乳酸生產(chǎn)成本包含單體乳酸生產(chǎn)成本。因此需要降低乳酸生產(chǎn)成本。木質(zhì)纖維基乳酸的生物煉制是一種有前途的乳酸生產(chǎn)方式，其原料來源廣泛而低廉，同時相對化學(xué)合成更具有環(huán)境友好性，被認(rèn)為最符合采用非糧食生產(chǎn)乳酸理念的煉制方式。當(dāng)前的技術(shù)實現(xiàn)其工業(yè)化還有很大差距，因此研究致力于降低煉制成本。生物煉制乳酸面臨前所未有的機遇和挑戰(zhàn)，整合生物煉制各過程、全面利用生物質(zhì)材料以及經(jīng)濟煉制是應(yīng)對挑戰(zhàn)的方法。

參考文獻：

［1］ Okano K,Tanaka T,Ogino C,et al.Biotechnological production of enantiomeric pure lactic acid from renewable resources: recent achievements,perspectives,and limits［J］.Applied Microbiology and Biotechnology，2010,85(3): 413~423.

［2］ Adsul M G,Varma A J,Gokhale D V.Lactic acid production from waste sugarcane bagasse derived cellulose［J］.Green Chemistry，2007,9(1): 58~62.

［3］ 王慶昭，鄭宗寶，劉子鶴，等.生物煉制工業(yè)過程及產(chǎn)品［J］.化學(xué)進展，2007,19(7): 1 198~1 205.

［4］ 張名佳，蘇榮欣，齊崴，等.木質(zhì)纖維素酶解糖化［J］.化學(xué)進展，2009(5): 1 070~1 074.

［5］ 王許濤，張百良，宋安東，等.蒸汽爆破技術(shù)在秸稈厭氧發(fā)酵中的應(yīng)用［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008,24(8): 189~192.

［6］ 王遙蔣建新，宋先亮.蒸汽爆破預(yù)處理木質(zhì)纖維素及其生物轉(zhuǎn)化研究進展［J］.生物質(zhì)化學(xué)工程，2006,40(6): 37~42.

［7］ Cantarella M,Cantarella L,Gallifuoco A,et al.Effect of inhibitors released during steam-explosion treatment of poplar wood on subsequent enzymatic hydrolysis and SSF［J］.Biotechnology Progress，2004,20(1): 200~206.

［8］ 趙巖，王洪濤，陸文靜，等.秸稈超（亞）臨界水預(yù)處理與水解技術(shù)［J］.化學(xué)進展，2007,19(11): 1 832~1 838.

［9］ Zhao Y,Lu W J,Wang H T.Supercritical hydrolysis of cellulose for oligosaccharide production in combined technology［J］.Chemical Engineering Journal，2009,150(2~3): 411~417.

［10］ 劉傳富，張愛萍，李維英，等.纖維素在新型綠色溶劑離子液體中的溶解及其應(yīng)用［J］.化學(xué)進展，2009(9):1 800~1 806.

［11］ 李秋瑾，殷友利，蘇榮欣，等.離子液體［BMIM］Cl預(yù)處理對微晶纖維素酶解的影響［J］.化學(xué)學(xué)報，2009(1): 88~92.

［12］ 馮月，蔣建新，朱莉偉，等.纖維素酶活力及混合纖維素酶協(xié)同作用的研究［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009:169~173.

［13］ Miura S,Arimura T,Itoda N,et al.Production of L-lactic acid from corncob［J］.Journal of Bioscience and Bioengineering，2004,97(3): 153~157.

［14］ 羅鵬，劉忠.表面活性劑對麥草同步糖化發(fā)酵轉(zhuǎn)化乙醇的影響［J］.過程工程學(xué)報，2009(2): 355~359.

［15］ 馮玉杰，李冬梅，任南琪.混合菌群用于纖維素糖化和燃料酒精發(fā)酵的試驗研究［J］.太陽能學(xué)報，2007(4):375~379.

［16］ Ou M S,Mohammed N,Ingram L O,et al.Thermophilic Bacillus coagulans Requires Less Cellulases for Simultaneous Saccharification and Fermentation of Cellulose to Products than Mesophilic Microbial Biocatalysts［J］.Applied Biochemistry and Biotechnology，2009,155(1~3): 379~385.

［17］ Budhavaram N K,Fan Z L.Production of lactic acid from paper sludge using acid-tolerant,thermophilic Bacillus coagulan strains［J］.Bioresource Technology，2009,100(23): 5 966~5 972.

［18］ Patel M A,Ou M S,Ingram L O,et al.Simultaneous saccharification and co-fermentation of crystalline cellulose and sugar cane bagasse hemicellulose hydrolysate to lactate by a thermotolerant acidophilic Bacillus sp.［J］.Biotechnology Progress，2005,21(5): 1 453~1 460.

［19］ 海，孫君社.提高纖維素酶水解效率和降低水解成本［J］.化學(xué)進展，2007: 1 147~1 152.

［20］ 丁紹峰，譚天偉.豆粕水解液為氮源細(xì)菌厭氧流加發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸［J］.過程工程學(xué)報，2006(1): 77~81.

［21］ Naveena B J,Altaf M,Bhadriah K,et al.Selection of medium components by Plackett-Burman design for production of L(+) lactic acid by Lactobacillus amylophilus GV6 in SSF using wheat bran［J］.Bioresource Technology，2005,96(4): 485~490.

［22］ Altaf M,Naveena B J,Venkateshwar M,et al.Single step fermentation of starch to L(+) lactic acid by Lactobacillus amylophilus GV6 in SSF using inexpensive nitrogen sources to replace peptone and yeast extract - Optimization by RSM［J］.Process Biochemistry，2006,41(2): 465~472.

［23］ 楊登峰，關(guān)妮，潘麗霞，等.微生物發(fā)酵L-乳酸的研究進展［J］.中國釀造，2009(5): 1~3.

［24］ Gao M T,Shimamura T,Ishida N,et al.Application of metabolically engineered Saccharomyces cerevisiae to extractive lactic acid fermentation［J］.Biochemical Engineering Journal，2009,44(2~3): 251~255.

［25］ Adsul M,Khire J,Bastawde K,et al.Production of lactic acid from cellobiose and cellotriose by Lactobacillus delbrueckii mutant Uc-3［J］.Applied and Environmental Microbiology，2007,73(15): 5 055~5 057.

［26］ Tokuhiro K,Ishida N,Kondo A,et al.Lactic fermentation of cellobiose by a yeast strain displaying beta-glucosidase on the cell surface［J］.Applied Micrrbiology and Biotechnology，2008,79(3): 481~488.

［27］ Maria Cantarella L C A G.Effect of Inhibitors Released during Steam-Explosion Treatment of Poplar Wood on Subsequent Enzymatic Hydrolysis and SSF［J］.Biotechnol prog,2004(20): 200~206.

［28］ Wee Y J,Kim J N,Ryu H W.Biotechnological production of lactic acid and its recent applications［J］.Food Technology and Biotechnology，2006,44(2): 163~172.

［29］ Tokuhiro K,Ishida N,Nagamori E,et al.Double mutation of the PDC1 and ADH1 genes improves lactate production in the yeast Saccharomyces cerevisiae expressing the bovine lactate dehydrogenase gene［J］.Applied Microbiology and Biotechnology，2009,82(5): 883~890.

［30］ Bai D M,Li S Z,Liu Z L,et al.Enhanced L-(+)-lactic acid production by an adapted strain of Rhizopus oryzae using corncob hydrolysate［J］.Applied Biochemistry and Biotechnology，2008,144(1): 79~85.

［31］ Kawaguchi H,Vertes A A,Okino S,et al.Engineering of a xylose metabolic pathway in Corynebacterium glutamicum［J］.Applied and Environmental Microbiology，2006,72(5): 3 418~3 428.

［32］ Kawaguchi H,Sasaki M,Vertes A A,et al.Engineering of an L-arabinose metabolic pathway in Corynebacterium glutamicum［J］.Applied Microbiology and Biotechnology，2008,77(5): 1 053~1 062.

［33］ Saitoh S,Hasunuma T,Tanaka T,et al.Co-fermentation of cellobiose and xylose using beta-glucosidase displaying diploid industrial yeast strain OC-2［J］.Applied Microbiology and Biotechnology，2010,87(5): 1 975~1 982.

［34］ Maas R,Bakker R R,Eggink G,et al.Lactic acid production from xylose by the fungus Rhizopus oryzae［J］.Applied Microbiology and Biotechnology，2006,72(5): 861~868.

［35］ 沈雪亮，夏黎明.共固定化細(xì)胞協(xié)同糖化發(fā)酵纖維素原料產(chǎn)乳酸［J］.化工學(xué)報，2008(1): 167~172.

［36］ Ataei S A,Vasheghani-Farahani E.In situ separation of lactic acid from fermentation broth using ion exchange resins［J］.Journal of Industrial Microbiology & Blotechinlogy，2008,35(11): 1 229~1 233.

［37］ Lin J P,Zhou M H,Zhao X W,et al.Extractive fermentation of L-lactic acid with immobilized Rhizopus oryzae in a three-phase fluidized bed［J］.Chemical Engineering and processing，2007,46(5): 369~374.

［38］ 李衛(wèi)星，邢衛(wèi)紅.發(fā)酵法乳酸精制技術(shù)研究進展［J］.化工進展，2009(3): 491~495.

［39］ Zhao W J,Sun X H,Wang Q H,et al.Lactic acid recovery from fermentation broth of kitchen garbage by esterification and hydrolysis method［J］.Biomass & Bioenergy，2009,33(1): 21~25.

［40］ Delgado P,Sanz M T,Beltran S.Pervaporation of the quaternary mixture present during the esterification of lactic acid with ethanol［J］.Journal of Membrane Science，2009,332(1~2): 113~120.

［41］ Suna X H,Wang Q H,Zhao W C,et al.Extraction and purification of lactic acid from fermentation broth by esterification and hydrolysis method［J］.Separation adn puriflcation Technology，2006,49(1): 43~48.

［42］ Kang S H,Chang Y K,Chang H N.Recovery of ammonium lactate and removal of hardness from fermentation broth by nanofiltration［J］.Biotechnology Progress，2004,20(3): 764~770.

［43］ Timbuntam W,Sriroth K,PiyachomkWan K,et al.Application of bipolar electrodialysis on recovery of free lactic acid after simultaneous saccharification and fermentation of cassava starch［J］.Biotechnology Letters，2008,30(10):1 747~1 752.

Progress of Study on Biorefinery and Preparation Process of Lactic Acid from

Lignocellulosic Biomass

Tang Yong，Su Zhangqin，Zhao Danqin,Jiang Jianxin

（Department of Chemical Engineering,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China）

Abstract: The replacement of fossil refining with biorefinery is vital for sustaining the growth of the chemical industry and society.In this paper,it summarzes the advantage and bottlenecks of biorefinery using lignocellulosic biomass as raw material.Besides,it describes the preparation process of lactic acid from lignocellulosic biomass,including the pretreatment of lignocellulosic biomass,enzymatic hydrolysis,breeding of fermentaion stain and fermentation process.Especially it overreviews the research progress both at home and abroad of how to improve yield and reduce the cost in the refining process and the purification technology oflactic acid,so as to provide some references to realize the industrialization of biorefinery production.

篇2

關(guān)鍵詞：維修項目 質(zhì)量因素

維修項目從本質(zhì)上說是指為恢復(fù)現(xiàn)有資產(chǎn)（包括設(shè)備、設(shè)施以及輔助設(shè)施等）原有形態(tài)和能力，按項目制管理所進行的修理性工作。設(shè)備維修不增加固定資產(chǎn)原值，是企業(yè)的一種損益性支出，不包含資本性支出項目。它以安全、質(zhì)量、效益為核心，強化綜合計劃管理和標(biāo)準(zhǔn)成本管理，在實施設(shè)備狀態(tài)評價及確保設(shè)備安全的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌安排，分級實施、提高質(zhì)量、降低成本。。因此，對維修項目的質(zhì)量管理之初就需要明確影響維修項目質(zhì)量的相關(guān)因素，只有深入分析這些影響因素，我們才能真正行之有效的對質(zhì)量進行管理。

1.影響因素

1.1人的因素

人是維修項目的策劃者和執(zhí)行者。是具有主觀能動性的，無論作為策劃和監(jiān)督者的業(yè)主方還是監(jiān)理和施工方，乃至于材料供應(yīng)商，都將參與到維修項目中來，只有項目的各個參與方都能充分理解項目質(zhì)量的意義，并為之竭盡全力才能保證維修項目的順利進行。我國實行企業(yè)經(jīng)營資質(zhì)管理制度、市場準(zhǔn)入制度、執(zhí)業(yè)資格注冊制度、作業(yè)及管理人員持證上崗制度等，從本質(zhì)上說，都是對從事建設(shè)及維修工程活動的人的素質(zhì)和能力進行必要的控制和管理。此外，我國的各種法律還對各類項目的質(zhì)量責(zé)任制度作出明確規(guī)定，如規(guī)定按資質(zhì)等級承包工程任務(wù)，不得越級，不得掛靠，不得轉(zhuǎn)包，嚴(yán)謹(jǐn)無證設(shè)計、無證施工等，從根本上說也是為了防止因人的資質(zhì)或資格失控而導(dǎo)致質(zhì)量能力下降或不合格。例如：某些項目轉(zhuǎn)包給無資質(zhì)的施工單位，不是它資質(zhì)范圍內(nèi)的工作，它不但沒干過，而且沒有相應(yīng)的技術(shù)人員和熟練個人，無法保證施工質(zhì)量；再有人員的工作態(tài)度、責(zé)任心和操作水平等對維修質(zhì)量有著直接的影響，例如：日常生活中常見的裝修工程，操作水平低的工人鋪設(shè)的地板磚時有鋪空或拱起現(xiàn)象發(fā)生。

1.2技術(shù)因素

影響項目質(zhì)量的技術(shù)因素涉及的內(nèi)容十分廣泛，包括直接的工程技術(shù)和輔助的生產(chǎn)技術(shù)，前者如工程勘察技術(shù)、設(shè)計技術(shù)、施工技術(shù)、材料技術(shù)等，后者如工程檢測檢驗技術(shù)、試驗技術(shù)等。項目技術(shù)的先進性程度，從總體上來說還主要取決于發(fā)達國家一定時期的經(jīng)濟發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平，取決于相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進步。對于具體的項目，主要還是通過技術(shù)工作的組織與管理，優(yōu)化技術(shù)方案，發(fā)揮技術(shù)因素對項目質(zhì)量的保證。如今科技發(fā)展日新月異，新的施工技術(shù)，施工工藝，施工材料的應(yīng)用已經(jīng)廣泛投入到各個項目之中，新技術(shù)的發(fā)展，有力推動了各行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進步、提高了工作效率和施工質(zhì)量。例如：快凝劑的運用，在不影響質(zhì)量的前提下可以提高混凝土的凝固速度，縮短凝固期以縮短工期；但在運用的同時我們也要慎重的對待新技術(shù)，新材料等，因為對于目前的發(fā)展水平，有很對新事物我們還沒有對其完全了解和掌握，這樣在應(yīng)用新技術(shù)的時候是必然存在一定的風(fēng)險，有時候這些風(fēng)險是致命的，所以當(dāng)我們面對新興事物的時候就要慎重使用，不能盲目求新求變，否則事得其返，只有這樣才能更好的為我們的建設(shè)及維修項目服務(wù)。

1.3管理因素

管理的進行伴隨著項目的全過程，也會對項目質(zhì)量產(chǎn)生巨大影響。影響項目質(zhì)量的管理因素主要是決策因素和組織因素。其中，決策因素首先是業(yè)主方的項目決策，其次是項目實施過程中的因素，實踐證明，沒有經(jīng)過充分論證、市場調(diào)查，盲目開工，維修后達不到預(yù)期效果，甚至導(dǎo)致返工。從根本上是一種資源的極大浪費，同樣不計成本盲目追求高標(biāo)準(zhǔn)，缺乏質(zhì)量經(jīng)濟性考慮的決策，也將對項目質(zhì)量的形成產(chǎn)生不利的影響。

管理因素中的組織因素，包括項目實施的管理組織和任務(wù)組織。管理組織指項目管理的組織架構(gòu)、管理制度及運行機制，三者的有機聯(lián)系構(gòu)成一定的組織管理模式，其各項管理職能的運行情況，直接影響著項目目標(biāo)的事項。任務(wù)組織是指對項目實施的任務(wù)及目標(biāo)分解、發(fā)包、委托；以及對實施任務(wù)所進行的計劃、指揮、協(xié)調(diào)、檢查和監(jiān)督等一系列過程。例如：變壓器維修中需要將變壓器油抽出后對鐵芯進行吊裝檢查，這過程需要事先準(zhǔn)備濾油機、吊車，合理安排工作人員？和施工順序，做到各環(huán)節(jié)施工時間充足、環(huán)節(jié)間銜接順利，若一個環(huán)節(jié)未按要求完成勢必會影響另一個環(huán)節(jié)，或以犧牲質(zhì)量換取趕工時間。從項目質(zhì)量控制的角度看，項目管理組織系統(tǒng)是否健全、實施任務(wù)的組織方式是否科學(xué)合理，無疑將對質(zhì)量目標(biāo)控制產(chǎn)生重要的影響。

1.4環(huán)境因素

任何一個項目在決策及實施過程中，都要考慮直接影響項目質(zhì)量的環(huán)境因素，主要是指項目所處環(huán)境的氣象等自然環(huán)境；施工現(xiàn)場的通風(fēng)、照明、安全衛(wèi)生防護設(shè)施等勞動作業(yè)環(huán)境；以及由多單位、多專業(yè)交叉協(xié)同施工的管理關(guān)系、組織協(xié)調(diào)方式、質(zhì)量控制系統(tǒng)等構(gòu)成的管理環(huán)境。對這些環(huán)境條件的認(rèn)識和把握，是保證項目質(zhì)量的重要工作環(huán)節(jié)。例如：上述變壓器鐵芯進行吊裝檢查時若遇風(fēng)雨，勢必會使鐵芯受潮、進灰，影響維修質(zhì)量，要想保證維修質(zhì)量需要增加防雨、防風(fēng)措施？，增加施工成本?？梢婇_工前充分考慮環(huán)境因素十分必要。

維修項目建設(shè)程序及管理方法與新建工程大經(jīng)相同，但多數(shù)項目工期時間要求短，且是在運行設(shè)備附近操作，安全性要求很高，操作方式與新建工程也有一定差別，甚至比新建工程更加繁瑣、復(fù)雜，是需要多方面通力合作的運作過程。作為參與維修項目的各個單位，控制項目過程中的安全、質(zhì)量是首要任務(wù)。

篇3

關(guān)鍵詞 芒草；纖維素；半纖維素；木質(zhì)素；化學(xué)成分；分析

中圖分類號 S511 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2013）03-0239-02

芒屬植物（Miscanthus）屬禾本科多年生高大草類，多分布于熱帶至亞洲的東南部，近年來受到廣泛的關(guān)注，被認(rèn)為是一種開發(fā)潛力巨大的纖維類能源植物，可以為大規(guī)模發(fā)展非糧燃料乙醇、生物燃料、生物質(zhì)氣化等提供充足的原料[1-3]。

芒屬植物的化學(xué)成分分析是芒屬植物纖維制取的基礎(chǔ)性工作，對于不同種類、不同基因型等種質(zhì)資源材料，可通過測定其纖維素的含量、確定其開發(fā)利用價值。纖維素是自然界最豐富的可再生有機物，研究表明，天然木質(zhì)纖維素由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，只有纖維素適合水解發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，但纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三者的分子交織在一起，極大地降低了纖維素乙醇的轉(zhuǎn)化率[4-5]。因此，從生產(chǎn)纖維素乙醇的角度看，篩選和培育纖維素含量高、木質(zhì)素含量低、生物質(zhì)產(chǎn)量高的芒草新品種是未來芒草育種的方向。本文對6種類型芒草的3個重要品質(zhì)性狀纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的含量進行測定，為芒屬植物的開發(fā)利用提供參考資料。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為芒屬的芒（4份）、五節(jié)芒（2份）、荻（3份）、南荻（3份）、奇崗（3份）、芒荻雜種（5份） 6種類型，共20份（不同基因型），以上材料均采自湖北光芒能源植物有限公司芒屬植物種質(zhì)資源圃。分別在營養(yǎng)生長期和成熟期收取這些材料的葉片與莖稈供試驗分析用。供試試劑：十二烷基硫酸鈉、十六烷三甲基溴化銨、乙二胺四乙酸鈉、四硼酸鈉、濃硫酸、無水磷酸二氫鈉、無水亞硫酸鈉、十氫化萘等，均為分析純。

試驗儀器：F-6纖維測定儀，R.Espinar，S.L.公司；電子天平（精度0.1 mg），上海精密科學(xué)儀器有限公司；GZX-9070 MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱，上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；高速萬能粉碎機，北京科偉永興儀器有限公司；SXl2-1馬弗爐，河北省黃驊市綜合電器廠。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品處理。各樣品于65 ℃干燥至恒重，然后用粉碎機粉碎，再過40目分樣篩。

1.2.2 植物材料中纖維素類成分的測定。參考相關(guān)文獻[6-7]的方法，采用F-6纖維測定儀分別測定纖維素、NDF、ADF和ADL等成分的含量。分析過程如下：

NDF測定：稱取0.5～1.0 g樣品于恒重的坩堝中，放到坩堝架上，并正確放置到纖維素測定儀上，保持三控閥門在“closing”位置，從冷卻塔上部加入100 mL中性洗滌劑溶液和2 mL十氫化萘和0.5 g無水亞硫酸鈉，打開冷凝裝置，使其煮沸，并微沸1 h，過濾，用預(yù)熱的蒸餾水沖洗、過濾，重復(fù)3次，每次使用30 mL水，再用20 mL丙酮沖洗、抽濾。取下坩堝，105 ℃烘干至恒重。計算公式為：

w（NDF）=■×100 （1）

式（1）中：w（NDF）為試樣的中性洗滌纖維含量（%）；m1為坩堝質(zhì)量（g）；m2為坩堝+NDF質(zhì)量（g）；m為稱取樣品的質(zhì)量（g）。

ADF測定：準(zhǔn)確稱取樣品0.5～1.0 g，于恒重的坩堝中，放到坩堝架上，并正確放置到纖維素測定儀上，保持三控閥門在“closing”位置，從冷卻塔上部加入酸性洗滌劑溶液100 mL和數(shù)滴十氫化萘，用與NDF相同的方法進行測定。計算公式為：

w（ADF）=■×100（2）

式（2）中：w（ADF）為試樣的酸性洗滌纖維含量（%）；m3為坩堝質(zhì)量（g）；m4為坩堝+ADF質(zhì)量（g）；m′為稱取樣品的質(zhì)量（g）。

木質(zhì)素的測定：在酸性洗滌纖維測定中含有纖維殘渣的玻璃坩堝放在50 mL燒杯中，注入涼的72%硫酸，使其淹沒坩堝中的殘渣，用玻璃棒攪拌成漿狀，3 h后過濾，用蒸餾水洗滌，直至pH值達到至中性，將坩堝置于105 ℃烘箱中烘干至恒重。然后在500 ℃馬弗爐中灼燒2 h，冷卻稱重。計算公式為：

w（ADL）=■×100（3）

式（3）中，w（ADL）為試樣的酸性洗滌木質(zhì)素含量（%）；m5為72%硫酸消化后坩堝+殘渣質(zhì)量（g）；m6為灰化后坩堝+殘渣質(zhì)量（g）；m′為稱取樣品量（g）。

w（AIA）=■×100（4）

式（4）中，w（AIA）為試樣的酸不溶灰分含量（%）；m6、m3、m′同上。

w（半纖維素）=w（NDF）-w（ADF）

w（纖維素）=w（ADF）-w（ADL）-w（AIA）

1.3 統(tǒng)計分析

對芒屬植物不同時期3個品質(zhì)性狀纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的含量計算平均數(shù)，對成熟期莖桿數(shù)據(jù)進行方差分析，并由方差成分分量計算種間變異貢獻率和種內(nèi)變異貢獻率[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 芒草纖維素類成分的含量

對6種類型芒草的纖維素類成分含量進行比較（表1）。結(jié)果表明，成熟期莖稈中，奇崗成熟莖稈纖維素含量最高，五節(jié)芒成熟莖稈纖維素含量最低；芒半成熟莖稈纖維素含量最高，南荻成熟莖稈半纖維素含量最低；南荻成熟莖稈木質(zhì)素含量最高，芒成熟莖稈木質(zhì)素含量最低。成熟期莖稈中，6種類型芒草間，纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量的極差分別為5.12、6.38、5.98個百分點。不同種類芒草不同生育時期的化學(xué)成分含量有一定對應(yīng)性。

2.2 芒草纖維素類成分含量的統(tǒng)計分析

對6種類型芒草成熟期莖稈的纖維素類成分的變異進行方差分析（表2），結(jié)果表明，半纖維素和木質(zhì)素含量在不同類型間的差異分別達到了顯著和極顯著水平，纖維素含量在不同類型間差異沒有達到顯著水平。

由表2數(shù)據(jù)對種間和種內(nèi)的方差成分分量進行分析，進而計算種間變異貢獻率和種內(nèi)變異的貢獻率（表3），結(jié)果表明，纖維素含量、半纖維素含量的種內(nèi)變異貢獻率遠遠大于種間的變異貢獻率，計算結(jié)果說明利用種內(nèi)遺傳變異，就可以很有效地對纖維素含量及半纖維素含量進行遺傳改良。

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明，芒屬植物不同種類（及不同基因型）在生物質(zhì)的主要組分的含量上有一定的差異，其中纖維素的變化最小，而木質(zhì)素的差異較大。同一種類植物在不同生長發(fā)育時期的化學(xué)成分含量也有差異，成熟期植物纖維素和木質(zhì)素含量高于營養(yǎng)生長期，而半纖維素含量營養(yǎng)生長期較高。通過種內(nèi)雜交，能夠篩選出纖維素含量高的基因型。因此，可以針對芒屬植物生物質(zhì)的組成特征，合理選擇親本材料，同時，根據(jù)不同的下游產(chǎn)品加工要求培育相應(yīng)的芒草品種。

4 參考文獻

[1] 刁英，余作平，胡中立.芒屬植物研究進展[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011（2）：265-268.

[2] 梁緒振，陳太祥，白史且，等.芒屬植物種質(zhì)資源研究進展[J].草業(yè)與畜牧，2010（10）：1-5.

[3] 劉亮，朱明，朱太平.芒荻類植物資源的開發(fā)利用[J].自然資源學(xué)報，2001，16（6）：562-563.

[4] 曾漢元，宋榮，吳林華.5種高大禾草的纖維素和木質(zhì)素含量的測定[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（19）：11660-11774.

[5] 陳洪章.纖維素生物技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[6] 郭小義，戴云輝，郭紫明，等.應(yīng)用纖維素測定儀測定煙草中的纖維素[J].煙草科技，2009（1）：43-46.

篇4

關(guān)鍵詞：木質(zhì)纖維素生物質(zhì)；預(yù)處理；纖維素乙醇；酶法水解；發(fā)酵；纖維素；半纖維素；木質(zhì)素

牛皮紙漿的糖化與同步糖化及發(fā)酵

吳卓晶

篇5

節(jié)能的

木質(zhì)素有望成為廉價碳纖維的主要材料

據(jù)了解，這項技術(shù)經(jīng)充分試驗，可以從竹子、木材、果枝、灌木、蘆葦、秸桿等植物中有效地分離提取出纖維素、半纖維素、木質(zhì)素及各種有機成分，原料利用率極高。該項目延伸技術(shù)涉及到紡織、造紙、能源、化工、建材及航空航天、軍事等幾大領(lǐng)域。該項技術(shù)的問世突破了行業(yè)一直延用的傳統(tǒng)“酸堿法”制漿技術(shù)的瓶頸。首先，從源頭解決了制漿造紙業(yè)“黑液”的排放問題，同時獲得了多種高價值副產(chǎn)品，這項技術(shù)對當(dāng)前節(jié)能減排、發(fā)展低碳循環(huán)經(jīng)濟起到了一定的推動作用。

但是由于大量木質(zhì)素的混入，漿粕質(zhì)量低，難于漂白，產(chǎn)品不能長期保存，應(yīng)用范圍窄，只能做一些低檔次產(chǎn)品，不能實現(xiàn)植物的高使用價值。

該項新技術(shù)將植物分離成為纖維素、新型半纖維素、新型高純度木質(zhì)素三種成份，其分離步驟先將植物分為綜纖素和木質(zhì)素，綜纖素即紙漿，根據(jù)需要再將綜纖素通過物理法可分為纖維素和半纖維素。

讓植物原始材料回收循環(huán)利用率100%

據(jù)悉，該技術(shù)基本上可以使植物原始材料得到100%的利用，而傳統(tǒng)化學(xué)方法只以提取植物中的綜纖維素為目標(biāo)產(chǎn)品，使得植物原始材料利用率約為植物的30%～40%，很多物質(zhì)被浪費，包括大部分的木質(zhì)素，以及少量纖維素和半纖維素均以污染和廢棄物處理。傳統(tǒng)化學(xué)方法提取植物中的綜纖維素可利用機械漿能夠達到90%以上。

采用此技術(shù)提純的三種成分具有如下特征：纖維素特征是微細(xì)纖維或長纖維狀態(tài)，不同的植物及殘余木素顯現(xiàn)淺黃色或白色，由于木質(zhì)素基本脫除屬于高質(zhì)量的纖維素漿，純度>90%，白度60%～85%ISO，與高級化學(xué)漿質(zhì)量相當(dāng)，遠優(yōu)于其他的半化學(xué)漿和機械漿；新型半纖維素特征是末狀固體，淺黃色或白色，成份主要是多縮戊糖，含量>50%，屬于新型植物產(chǎn)品，具有廣泛用途，目前尚無工業(yè)化分離生產(chǎn)植物半纖維素的工藝技術(shù)和應(yīng)用廠家；新型高純度木質(zhì)素特征是黑色固體，具有熱融性、灰分可小于1%，木質(zhì)素分子量

從源頭上做到零污染、零排放

這項新技術(shù)將植物中三大成分纖維素、半纖維素、木質(zhì)素以及微量的成分，全部分離提取成高價值產(chǎn)品，廢料為零，既沒有污染排放的源頭存在，并且采用封閉式生產(chǎn)，參與植物反應(yīng)的原料全部回收循環(huán)利用，從而實現(xiàn)零污染、零排放。相比傳統(tǒng)的制漿造紙工業(yè)制取的目標(biāo)是植物成份中的纖維素，所有的木質(zhì)素和部分半纖維素，作為廢棄物和生產(chǎn)負(fù)擔(dān)，與化學(xué)藥品混合反應(yīng)，形成制漿廢水，具有高COD、BOD、SS、AOX負(fù)荷，在自然界中難降解，對生態(tài)造成破壞，環(huán)境受到嚴(yán)重的污染，成為污染的主要源頭。

在自然界中，木質(zhì)素的儲量僅次于纖維素，而且每年都以500億噸的速度再生。制漿造紙工業(yè)每年要從植物中分離出大約1.4億噸纖維素，同時得到5000萬噸左右的木質(zhì)素副產(chǎn)品，但迄今為止，超過95%的木質(zhì)素仍以“黑液”的形式直接排入江河或濃縮后燒掉，很少得到有效利用。在該項技術(shù)延伸研發(fā)中，木質(zhì)素可成為不依賴煤炭和石油為原料而獲得的碳纖維材料。該技術(shù)產(chǎn)生的碳纖維可以是熔融紡直徑5至20微米長絲碳纖維、熔噴直徑小于5微米超細(xì)碳纖維、靜電紡絲直徑小于100納米的碳纖維，其性能可以達到高強度、高模量、高彈性等要求。

新興的

未來時裝將“一掃即成” 第一件3D打印時裝真人秀

有人預(yù)言稱2013年是3D打印年，近日，在紐約時裝走秀活動上，第一件條3D打印服裝給我們帶來了驚喜。

具有“繆斯女神”之稱的蒂塔·萬提斯在曼哈頓出席一個私人走秀活動時身著一身尼龍網(wǎng)格禮服，這身禮服的設(shè)計靈感來源于著名的斐波那契數(shù)列，由Michael Schmidt和Francis Bitonti設(shè)計收藏。

此設(shè)計是全球第一件3D打印禮服。這件禮服由設(shè)計師Michael Schmidt和建筑師Francis Bitonti設(shè)計，Michael Schmidt特介紹說，這件裙子的骨架是在著名3D打印公司Shapeways用粉狀尼龍3D打印出來，再仔細(xì)地涂滿黑漆，最后鑲嵌上約12000顆黑色施華洛世奇水晶，耗時三個月制作完成的。雖然Shapeways公司信誓旦旦用來打印的尼龍粉質(zhì)地輕薄，但到底是否舒服，也只有看起來是被塞進鳥籠子的萬提斯本人清楚了。

Francis Bitonti在介紹自己的設(shè)計作品時表示：“3D打印技術(shù)已經(jīng)延伸到各行各業(yè)，在時尚界這就意味著你天馬行空的設(shè)計理念都將會展現(xiàn)在作品上。當(dāng)萬提斯出場時，那禮服就好像具有魔力一般涌動在她周圍，但是3D打印服裝的設(shè)計還有待改進，比如如何調(diào)整服裝的版型以滿足人體曲線，如何做出收緊的效果，網(wǎng)格的設(shè)計中如何靈活應(yīng)用等等。”

Bitonti很久以前就有將3D打印技術(shù)與時裝相結(jié)合的想法。他利用萬提斯提供的尺寸設(shè)計出了一個3D模型，再根據(jù)Schmidt畫的草圖，用當(dāng)前最高端的設(shè)計軟件Maya畫出圖樣，接著運用Rhino軟件將2633個獨立的環(huán)或線相連接，EOS P350激光燒制而成的17個部分手工拼接，才算是大功告成?！斑@件禮服如果由手工制作，價格不菲?！彼硎?。但是如今服裝設(shè)計行業(yè)對手工制作的需求還很龐大。

設(shè)計師Scott說：“3D打印技術(shù)對時尚市場有著極大的影響潛力，這是一個將手工業(yè)與時裝設(shè)計相結(jié)合的契機，一旦我們制作的機器能夠滿足時裝制作的要求，人們只需要站在房間里進行3D掃描，一件衣服就做成了。”

新工藝

“透心涼”夏裝纖維制造工藝獲專利授權(quán)

炎炎夏日，酷暑難耐時總會聯(lián)想到一句冷飲廣告詞“晶晶亮，透心涼！”。近日，一款“透心涼”超爽涼感保健聚酯纖維制造方法獲得專利授權(quán)，該面料由上海德福倫化纖有限公司成功研發(fā)。

該公司技術(shù)人員介紹，該項技術(shù)采用無機納米超爽涼感聚酯母粒與聚酯切片混合，經(jīng)聚酯纖維生產(chǎn)工藝制作成超爽涼感保健聚酯纖維。該纖維與普通聚酯纖維相比能提高涼爽感20%以上，并賦予產(chǎn)品極佳的防紫外、吸濕排汗、降溫、抗菌和保健功能。

篇6

本研究測定龍竹的灰分、水分、綜纖維素含量、1％氫氧化鈉抽出物含量、冷水抽出物含量、熱水抽出物含量、酸不溶木質(zhì)素含量、酸溶木質(zhì)素含量、多戊糖含量、乙醚抽出物含量、苯醇抽出物含量等11項指標(biāo)。各指標(biāo)均按照造紙原料分析方法國家標(biāo)準(zhǔn)進行測定（GB／T742－2008，GB／T2677．2－2011，GB／T2677．10－1995，GB／T2677．5－93，GB／T2677．4－93，GB／T2677．8－94，GB／T10337－2008，GB／T2677．9－94，GB／T2677．6－94，GB／T2677．7－81）。

2結(jié)果與分析

2．1測試結(jié)果

對龍竹稈材化學(xué)成分測定結(jié)果詳見表1。其中，參比纖維原料慈竹、毛白楊、云杉、麥草等化學(xué)組分相關(guān)數(shù)據(jù)來源于《植物纖維化學(xué)》［7］，甜龍竹化學(xué)組分相關(guān)數(shù)據(jù)來源于課題組此前相關(guān)報道［8］。

2．2測試結(jié)果分析

2．2．1木質(zhì)素木質(zhì)素是苯基丙烷單元通過碳碳鍵和醚鍵聚合而成的三維結(jié)構(gòu)天然高分子化合物［9］。在化學(xué)法制漿造紙過程中，木質(zhì)素是需要去除的主要成分，在蒸煮以及漂白過程中，木質(zhì)素的含量越高，化學(xué)藥品的消耗越大，紙漿的得率越低，生產(chǎn)成本越高；若化學(xué)制漿過程中木質(zhì)素殘留量多，則非常容易引起紙張返黃［10］。試驗測得龍竹稈材木質(zhì)素平均含量為23．87％，梢部、中部、根部的木質(zhì)素含量相差不大。龍竹的木質(zhì)素含量低于慈竹、甜龍竹、云杉等常用制漿造紙原料，與毛白楊和麥草木質(zhì)素含量接近，說明在化學(xué)法制漿的蒸煮、漂白等生產(chǎn)工藝中除去龍竹原料中木質(zhì)素的成本相對較低。2．2．2綜纖維素綜纖維素是造紙植物纖維原料除去抽出物和木質(zhì)素后所留下的部分。綜纖維素含量是衡量木質(zhì)纖維原料的重要經(jīng)濟指標(biāo)，綜纖維素含量的高低對紙漿的得率有很大影響［11－12］。試驗測得龍竹稈材綜纖維素平均含量為67．64％，其中梢部70．73％、中部67．14％、根部65．05％，在稈材由下到上方向呈遞增分布趨勢。這一結(jié)果與本課題組此前對甜龍竹棕纖維素含量及其在稈材不同部位分布規(guī)律的測定結(jié)果相一致［8］，也與杜凡［13］等報道的龍竹稈材從基部到梢部維管束密度和纖維比量逐步遞增這一結(jié)論相吻合。與毛白楊、甜龍竹等原料相比，龍竹的稈材的綜纖維素含量較低。若將龍竹作為化學(xué)漿生產(chǎn)原料，則紙漿得率可能略低于表1中的其他幾種參比原料。2．2．3多戊糖多戊糖是半纖維素的一種主要成分，是由五碳糖單元構(gòu)成的聚糖混合物，半纖維素含量可以用原料中的多戊糖含量來衡量。在制漿造紙過程中，多戊糖會影響打漿性能和成紙的透明性［14］。較高的多戊糖含量，利于纖維水化，利于分絲帚化，纖維結(jié)合的機械強度也相應(yīng)較好［15－16］。龍竹稈材多戊糖的平均含量為15．88％，高于云杉、甜龍竹，低于其他幾種原料，處于中等水平。龍竹稈材中適量多戊糖的存在，對于將其用作紙漿原料是有益處的。2．2．4灰分灰分是竹子纖維經(jīng)過灼燒后殘留的無機物，是表示竹材無機成分總量的一項指標(biāo)，其主要元素有Ca、Mg、K、Na、Si、P、Fe、Al、I等［7］。對制漿造紙工藝來說，太高灰分會導(dǎo)致堿液不易處理，污染環(huán)境［17－18］。從灰分在竹稈的縱向分布來看，龍竹的梢部、中部、根部灰分含量分別為1．09％、1．16％、2．73％，由稈材自上而下呈現(xiàn)出明顯的遞增分布趨勢。究其原因，可能是竹材生長過程中，竹材根部礦物質(zhì)和硅化細(xì)胞不斷沉積的結(jié)果。此外，通過對比可知，龍竹的灰分含量略高于慈竹、甜龍竹，明顯高于毛白楊和云杉，遠低于麥草。因此，若以龍竹為造紙原料，應(yīng)盡可能將竹材不同部位分開處理。2．2．5抽出物抽出物就是植物纖維原料中的非細(xì)胞壁物質(zhì)，分布在細(xì)胞內(nèi)外液中［7］，不同的溶劑對抽出物有不同的溶解度。2．2．5．1冷水、熱水抽出物冷水抽出物中主要包含親水性低分子物質(zhì)。熱水抽出物包含了冷水抽出物和一些多糖類物質(zhì)，也屬于親水性物質(zhì)。龍竹稈材冷水抽出物含量為11．28％，熱水抽出物含量為11．81％，二者非常接近。該分析結(jié)果一方面表明龍竹稈材中單糖、低聚糖、氨基酸、可溶性礦物質(zhì)等低分子親水性成分含量顯著高于慈竹、甜龍竹、毛白楊、云杉和麥草等原料；另一方面也表明龍竹稈材中淀粉、樹膠等多糖組分含量低。淀粉、樹膠等組分含量低對于竹材原料儲存過程中防蟲、防霉是十分有利的。2．2．5．21％NaOH抽出物1％NaOH抽出物主要成分是熱水抽出物和脂肪酸及降解過后的半纖維和木質(zhì)素。1％NaOH抽提物含量高說明竹材中小分子量的半纖維素、木質(zhì)素及蠟等物質(zhì)的含量高。龍竹1％NaOH抽出物含量為27．24％，高于毛白楊、云杉和甜龍竹，低于麥草和慈竹。說明龍竹稈材中低分子量半纖維素和木質(zhì)素等化合物含量沒有麥草和慈竹原料高。2．2．5．3乙醚抽出物乙醚抽出物主要是脂類化合物。在堿法蒸煮中，乙醚抽出物過多會產(chǎn)生皂化物；在酸性蒸煮中，乙醚抽出物可能妨礙藥液滲透。在蒸煮工藝中，如果原料中乙醚抽提物太多，可能導(dǎo)致糊網(wǎng)，粘紙輥，成紙強度低［10］。龍竹的乙醚抽出物含量為0．44％，對制漿無較大影響。2．2．5．4苯醇抽出物苯醇抽出物包含乙醚抽出物和弱、中極性物質(zhì)，又稱“樹脂”。在制漿時，苯醇抽出物會影響化學(xué)藥品用量、蒸煮時間以及紙漿顏色。龍竹的苯醇抽出物含量為4．80％，高于毛白楊、甜龍竹和麥草。因此，用龍竹作為原料制備化學(xué)漿時，應(yīng)該適量增加蒸煮化學(xué)藥品用量或適當(dāng)延長蒸煮時間。

3結(jié)論

篇7

關(guān)鍵詞粗纖維;母豬飼料;應(yīng)用

隨著現(xiàn)代養(yǎng)豬業(yè)的快速發(fā)展,對豬的營養(yǎng)研究逐步深入,特別是對妊娠母豬和哺乳母豬的營養(yǎng)需求的認(rèn)知,使母豬的營養(yǎng)性疾病大為減少。但由于目前豬飼料仍然是以植物性飼料為主,其中的粗纖維成分含量高、變異大,在不同的豬場會引發(fā)不同的問題。擬對粗纖維在母豬營養(yǎng)上的應(yīng)用進行探討,以為母豬的飼喂提供借鑒。

1粗纖維的含義

粗纖維作為一種結(jié)構(gòu)性碳水化合物,是一個比較粗略的概念,傳統(tǒng)測定粗纖維的方法是對樣品經(jīng)稀酸、稀堿消煮后,剩余的成分即為粗纖維[1]。這不是一種精確的分析方法,因為實際上粗纖維中還包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等成分,這些成分營養(yǎng)特性存在很大差異。鑒于此,目前發(fā)展了以vansoest的可溶性為基礎(chǔ)定量測定纖維素的方法,即通過中性洗滌劑(主要成分通常是十二烷基硫酸鈉)、酸性洗滌劑(主要成分是十六烷三甲基溴化銨)對樣品進行消煮,直接測定中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和酸洗木質(zhì)素的含量,中性洗滌纖維是對總的植物細(xì)胞壁含量的估計,主要包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。酸性洗滌纖維是對纖維素和木質(zhì)素含量的估計,根據(jù)中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的差值可估測飼料中半纖維素含量。

2粗纖維的營養(yǎng)特性

反芻動物瘤胃有很強的發(fā)酵能力,可較好地消化利用纖維類成分。單胃動物由于其生理特點,對粗纖維中不同成分的利用程度有較大差異。單胃動物的胃和小腸對纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的利用能力都較差,但在大腸部位,可通過寄居于大腸的微生物對纖維素、半纖維素等成分進行發(fā)酵,產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸。與反芻動物類似,大腸微生物很難分解木質(zhì)素,已有研究表明,木質(zhì)素含量及其與纖維素、半纖維素的結(jié)合程度,會影響大腸微生物對纖維素、半纖維素的利用[2]。單胃動物對纖維素的利用程度因纖維素的來源、木質(zhì)化程度、飼糧水平和加工程度不同而變化很大。對纖維素的利用也受日糧的物理和化學(xué)組成、飼喂水平、動物年齡和體重、對纖維源的適應(yīng)性及豬只個體差異等因素的影響。因此,在各種研究報道中,纖維素消化率變化很大。據(jù)估測,揮發(fā)性脂肪酸提供給豬的能量占維持需要量的5%～28%。豬利用大腸發(fā)酵產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸的能量,其利用效率低于小腸能量利用效率,原因可能是母豬為了消化和代謝飼料中的粗纖維,使得腸胃蠕動增加,產(chǎn)生過多的熱量,這些熱量豬只本身無法吸收利用,卻造成母豬額外的負(fù)擔(dān)與應(yīng)激,所以當(dāng)母豬攝取含有高纖維的原料時,會產(chǎn)生過多無法利用的熱量。有研究表明,提高日糧纖維素水平會降低蛋白質(zhì)消化率,但也有報道認(rèn)為,當(dāng)纖維源為日糧提供的蛋白質(zhì)極少時,增加纖維水平不會顯著影響蛋白質(zhì)消化率[3]。這也說明粗纖維作為植物細(xì)胞壁的主要成分,會限制與其結(jié)合的蛋白質(zhì)及細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的利用。

3高纖維日糧對母豬生產(chǎn)性能的影響

向豬飼料中添加粗纖維可降低日糧消化能濃度。為了維持de進食量,豬通常增加對這種飼料的采食量。然而,當(dāng)日糧中粗纖維含量超過10%～15%時,由于容積過大或適口性降低使采食量下降。在低溫環(huán)境下,母豬可通過增加采食量,使低能(高纖維)日糧能夠維持豬的妊娠和泌乳需要,達到與喂高能日糧時相同的效果;但在高溫條件下,由于受采食量的限制,低能(高纖維)日糧一般難以滿足妊娠和泌乳需要。高纖維日糧可增加熱應(yīng)激,夏季母豬如果采食高纖維日糧,會導(dǎo)致體熱增加,產(chǎn)生熱應(yīng)激。尤其是懷孕后期的母豬,常因熱應(yīng)激造成氣喘、不安、厭食及發(fā)熱等現(xiàn)象,導(dǎo)致無乳、缺乳及養(yǎng)豬者經(jīng)常忽略的非炎癥性乳房水腫。飼料中粗纖維含量過高,會影響?zhàn)B分的吸收利用。

高纖維飼料通過胃腸的速度會加快,導(dǎo)致養(yǎng)分的吸收利用率降低,飼料效率變差,原因:一是由于母豬腸道末端的微生物沒有足夠的時間來消化飼料中的養(yǎng)分,而影響豬只對飼料的利用。二是在自由采食狀況下,隨著粗纖維的增加,能量的吸收也會變差。試驗證明,每攝取1 kg高纖維飼料可減少267.78 kj的消化能。同時,過多的纖維素還會影響飼料中礦物質(zhì)的吸收與利用。若飼料中粗纖維含量高時,其中含有的植酸、草酸鹽及矽酸鹽等,會與礦物質(zhì)形成不溶性的絡(luò)合物等,從而影響鈣、磷等的利用率。母豬本身對鈣、磷的需求量高,若粗纖維量偏高,影響鈣、磷的吸收利用,將導(dǎo)致母豬營養(yǎng)失調(diào)、泌乳不正常、離乳后母豬后肢脆弱等。粗纖維含量過高,飼料內(nèi)的其他養(yǎng)分相對降低,而必須大量提高單原料的用量,亦不符合經(jīng)濟原則。

4低纖維日糧對母豬的影響

日糧中粗纖維含量太低,會引發(fā)妊娠母豬和哺乳母豬的一系列問題。如易引起母豬便秘,原因可能是飼料在消化道中停留時間太長,水分吸收太多,糞便干燥而引起便秘。另外,工廠化養(yǎng)殖中母豬的胃潰瘍等消化道問題,可能與日糧纖維素含量過低有關(guān)。妊娠前期的母豬如果喂低纖維日糧,受采食量的限制,很難有飽腹感,會引發(fā)跳圈之類的問題。

5合理調(diào)控母豬飼料中粗纖維含量

要確定各生理階段母豬飼料中粗纖維的適宜含量,必須綜合考慮各種因素。妊娠前期母豬飼喂纖維含量較高的飼料肯定有好處[4]。妊娠后期由于胎兒的發(fā)育,母豬腹壓增加,對營養(yǎng)攝入亦增加,因此不宜大量采食容積過大的飼料(高纖維飼料),但同時應(yīng)考慮便秘問題,纖維含量不宜降得太低。哺乳母豬由于泌乳的需要,不可使用低能(高纖維)飼料。

對妊娠母豬甚至哺乳母豬,提供青綠飼料,在解決便秘等問題的同時,可補充部分維生素。但這種辦法在規(guī)?；i場中,會因為生物安全體系的限制等原因而很難具體操作。實際上也可考慮在飼料中添加苜蓿草粉等高品質(zhì)纖維類飼料,亦可收到相同的效果。

綜上所述,粗纖維含量過高或過低的飼料,對母豬生產(chǎn)性能都會造成相當(dāng)大的影響。尤其是夏天,溫度高再加上高纖維飼料,對豬只生長將造成很大的熱應(yīng)激,而熱應(yīng)激所產(chǎn)生的各種不良影響,是目前養(yǎng)豬業(yè)最大的困擾。但飼料中粗纖維含量太低,又會使母豬產(chǎn)生便秘、厭食和可能的消化道潰瘍等問題。根據(jù)母豬的不同生理階段、營養(yǎng)需要,以及飼料原料的不同品質(zhì),合理搭配日糧,可較好地解決上述問題。

6參考文獻

[1] 吳淑妍.母豬飼料中粗纖維的營養(yǎng)特性[j].養(yǎng)殖技術(shù)顧問,2010(1):54.

[2] 范中林,劉強,閔向波. 粗纖維對母豬的影響與調(diào)控[j].養(yǎng)殖技術(shù)顧問,2010(2):59.

篇8

摘 要：玉米是一種高產(chǎn)作物，受到全世界范圍內(nèi)人們的喜愛，在種植中產(chǎn)生了大量的玉米秸稈。玉米秸稈資源豐富，可以再生，所以屬于綠色資源。本文從玉米秸稈制備酒精的幾個環(huán)節(jié)入手，對預(yù)處理、水解和接下來的發(fā)酵和蒸餾展開了具體的探討。

關(guān)鍵詞：玉米秸稈；酒精發(fā)酵；預(yù)處理

目前世界范圍內(nèi)工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，對各種能源的需求量在不斷增加，以酒精來替代石油這個話題由來已久，近年來在國內(nèi)外成為了一個非常熱門的話題。當(dāng)前，玉米和淀粉等原料都可以作為燃料酒精，這些技術(shù)已經(jīng)成熟了，并且已經(jīng)開始大規(guī)模生產(chǎn)，但是從長遠看來，因為玉米屬于一種食物，能夠極大緩解糧食問題，所以不應(yīng)該大量使用玉米來進行燃料酒精的生產(chǎn)，但是為了緩解對能源緊張問題，全世界都在對可再生資源生產(chǎn)液體燃料的解決辦法。玉米秸稈資源豐富，并且可再生，用這種資源生產(chǎn)酒精已經(jīng)引起了越來越多的關(guān)注。但是目前技術(shù)尚不成熟，在科研能力和經(jīng)濟實力上都還存在著一定的困難。當(dāng)前的情況是，玉米秸稈的利用率極低，大多數(shù)都被堆積起來，或者進行焚燒了，這對環(huán)境造成污染的同時也形成了浪費，這是在我們國家極為普遍的一種狀況。直接進行焚燒，獲得的熱效率很低，大概只有十分之一，如果能將玉米秸稈進行提純，轉(zhuǎn)化成真正的燃料，那么熱效率就會大大提升，一來能夠?qū)δ茉次C有所緩解，二來也可以對一定程度上解決環(huán)境污染的問題，給人類帶來了可持續(xù)發(fā)展的保證。玉米秸稈在成分上主要有以下幾種，纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素，如果對其經(jīng)過水解，其中的纖維素和半纖維素都可以分解成糖分，糖分經(jīng)過發(fā)酵就可以釀制成酒精。本文主要介紹這些具體的工藝流程。

1 原料預(yù)處理

玉米秸稈的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，纖維素、半纖維素被木質(zhì)素包圍，嚴(yán)重影響纖維素等的降解效率，水解之前應(yīng)進行預(yù)處理。經(jīng)預(yù)處理，纖維素和半纖維素及木質(zhì)素分離開，聚合度較低，從而提高了玉米秸稈纖維素的水解糖化效率。目前普遍采用的預(yù)處理方法主要有物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法、生物法四種。物理法主要采用機械粉碎、超聲波處理和蒸汽爆破等物理方法，該方法預(yù)處理污染小，操作簡單，但是能耗大，成本較高?；瘜W(xué)法主要采用酸、堿或者有機溶劑等對玉米秸稈進行預(yù)處理，破壞纖維素與木質(zhì)素之間的晶體結(jié)構(gòu)，打破木質(zhì)素對纖維素的包裹。該方法成本較低，但易產(chǎn)生化學(xué)污染。物理化學(xué)法是指在對玉米秸稈的預(yù)處理過程中同時采用物理和化學(xué)兩種方法，二者相結(jié)合可提高玉米秸稈的預(yù)處理效率。如通過汽爆方法和化學(xué)添加劑相結(jié)合，不僅可以加快預(yù)處理速度，也能盡量降低環(huán)境污染。生物法主要通過微生物作用于玉米秸稈，達到分離纖維素和木質(zhì)素的目的，該種方法不僅效率高而且能在正常條件下進行，節(jié)約成本，是一種有潛力的預(yù)處理方法。

2 纖維素水解

玉米秸稈經(jīng)預(yù)處理后，纖維素只有分解成糖可進行發(fā)酵成酒精，這個過程被稱為纖維素的水解過程。目前玉米秸稈纖維素的水解工藝主要有酸法水解和酶法水解兩種，水解后纖維素和半纖維素的氫鍵被破壞，分解成單糖供發(fā)酵過程。

2.1 酸法水解

酸法水解主要以硫酸作為催化劑對玉米秸稈中纖維素進行分解。包括稀酸水解和濃酸水解兩種。稀酸水解通常采用0.2%-0.5%的稀硫酸水解纖維素，優(yōu)點是反應(yīng)條件溫和，設(shè)備要求較低，但反應(yīng)過程中產(chǎn)生大量副產(chǎn)物且產(chǎn)糖率低。濃酸水解的優(yōu)點是產(chǎn)糖率較稀酸水解高且反應(yīng)過程副產(chǎn)物少，但反應(yīng)時間較長，腐蝕性強，不僅對反應(yīng)設(shè)備要求較高，而且硫酸回收工藝復(fù)雜。

2.2 酶法水解

酶法水解利用纖維素復(fù)合酶分解玉米秸稈中的纖維素，纖維素酶包括葡聚糖酶和纖維二糖酶。水解過程中葡聚糖酶先將纖維素分解為纖維二糖，纖維二糖再在纖維二糖酶的作用下分解成葡萄糖供發(fā)酵過程使用。酶法水解相對酸法水解反應(yīng)條件溫和，催化效率高且能耗低，纖維素酶的專一性高，產(chǎn)物單一，副產(chǎn)物相對較少。但酶法水解中酶的固定化程度困難，反應(yīng)過程中酶的消耗量較高，導(dǎo)致成本較高。

3 酒精發(fā)酵

酒精發(fā)酵的最終目的就是讓水解中產(chǎn)生的葡萄糖通過發(fā)酵轉(zhuǎn)化為酒精，發(fā)酵方法主要有以下幾種：

3.1 直接發(fā)酵法

直接發(fā)酵法就是直接利用纖維分解細(xì)菌發(fā)酵纖維素生產(chǎn)酒精，此方法不需要經(jīng)過酸法水解和酶法水解預(yù)處理過程。采用適合酒精發(fā)酵的生產(chǎn)菌株是直接發(fā)酵法的技術(shù)關(guān)鍵，但目前國際上還未找到一種既具備分解纖維素又能發(fā)酵成酒精的優(yōu)良菌株，一般利用熱纖梭菌和熱硫化氫梭菌混合菌直接發(fā)酵，前者主要將纖維素分解成單糖但乙醇產(chǎn)率較低，后者主要將單糖轉(zhuǎn)化為酒精但不能分解纖維素。

3.2 間接發(fā)酵法

間接發(fā)酵法將玉米秸稈的發(fā)酵過程分為兩步，是目前研究最多的方法之一。第一步利用纖維素酶將玉米秸稈中的纖維素分解成為單糖，分解后的糖作為后續(xù)發(fā)酵所需的碳源；第二步再利用酒化酶將單糖發(fā)酵成酒精。間接發(fā)酵方法正處在研究階段，但應(yīng)用到生產(chǎn)中的突出問題是第一步產(chǎn)生的單糖隨著濃度的增加會反過來抑制第一步反應(yīng)的進行，而第二步隨著酒精濃度的增加也會抑制菌株的發(fā)酵能力，給發(fā)酵過程帶來巨大影響。

3.3 同步糖化發(fā)酵法

同步糖化發(fā)酵法主要是為了解決間接發(fā)酵法面臨的反饋抑制問題，兩者原理相同。該方法最早由Gauss等提出，糖化和發(fā)酵同時在一個反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)進行，將纖維素水解和酒精發(fā)酵同步進行，水解產(chǎn)生的葡萄糖由于發(fā)酵濃度降低，消除了高濃度糖對纖維素酶的抑制作用。同步發(fā)酵法的優(yōu)點是簡化了生產(chǎn)設(shè)備，節(jié)約了生產(chǎn)時間，消除了抑制作用，降低了生產(chǎn)成本，但反應(yīng)過程中面臨的最突出問題如何實現(xiàn)纖維素發(fā)酵和酒精發(fā)酵的條件兼容。

4 蒸餾提純

玉米秸稈在進行發(fā)酵后會形成混合發(fā)酶液，混合液的成分是相當(dāng)復(fù)雜的，酒精的濃度很低，所以應(yīng)該對酒精進行提純處理，將其從混合液中分離開來才能夠進行使用。酒精存在著沸點低的特點，并且極易揮發(fā)，所以在具體的操作中，采用蒸餾的方式來進行提純。首先控制溫蒂，讓溫度達到酒精的沸點，但是發(fā)酶液沒有沸騰，這樣就可以讓酒精揮發(fā)，然后經(jīng)過冷凝設(shè)備把酒精從蒸汽變回液體，就得到了高純度的酒精。但是出于安全性的考慮，設(shè)置溫度的時候要適中，不宜過高也不宜過低。傳統(tǒng)的雙塔蒸餾方式雖然有著不錯的效果，但是因為能耗太高而被取代，現(xiàn)在采用的是三塔式蒸餾工藝。

結(jié)束語

我國是個農(nóng)業(yè)大國，玉米在我國有著廣泛的種植，因此，玉米秸稈的產(chǎn)量十分巨大，如果沒有對其進行舊有的方式來進行處理，以堆積腐爛和焚燒為主的方式，那么在浪費了資源的同時，還給自然環(huán)境帶來了大量污染。目前玉米秸釀制酒精的技術(shù)也已經(jīng)日趨成熟，在生產(chǎn)過程中遇到的諸多細(xì)節(jié)問題還有待于進一步的研究來進行優(yōu)化。技術(shù)會繼續(xù)發(fā)展、繼續(xù)完善，所以利用玉米秸稈來釀制酒精的技術(shù)也會更加成熟起來，最終一定可以在解決能源問題和環(huán)境問題上有所作為。

參考文獻

[1]李關(guān)富.淺談玉米燃料酒精生產(chǎn)中的節(jié)能減排[J].廣州化工，2013（04）.

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關(guān)鍵詞：大麻； 脫膠方法；脫膠機理；優(yōu)化

大麻纖維是植物纖維中之韌皮纖維，又稱漢麻，火麻，俗稱線麻，是天然纖維中韌度最高可自然分解的環(huán)保纖維，耐干旱、鹽堿，也是一種資源豐富和性能優(yōu)良的紡織原料。大麻纖維是各種麻纖維中最細(xì)軟的一種，細(xì)度僅為苧麻的三分之一，與棉纖維相當(dāng)。大麻纖維頂端呈鈍圓形，沒有苧麻、亞麻那樣的尖銳端；大麻纖維中有細(xì)長的空腔，并與纖維表面縱向分布著的許多裂紋和小孔洞相連，具有優(yōu)異的毛細(xì)效應(yīng)；大麻纖維的橫截面為不規(guī)則的多邊形、三角形等，中腔呈線形或橢圓形，大麻的分子結(jié)構(gòu)為多棱狀，較松散，有螺旋線紋；大麻纖維分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，分子排列的取向度好，產(chǎn)生靜電能力極低。這些結(jié)構(gòu)特征大使大麻紡織制品穿著舒適無刺癢感、吸濕透氣服用涼爽、抑菌消臭吸附異味、防紫外線輻射消散聲波、抗靜電[1]。要使大麻作為紡織原料，必須對其原麻作適度脫膠得到精麻。脫膠是獲得大麻纖維的關(guān)鍵工藝，大麻纖維的優(yōu)良性能能否得到充分發(fā)揮，與其脫膠的好壞有直接關(guān)系。大麻的組成成分和纖維結(jié)構(gòu)決定了大麻比苧麻、亞麻脫膠困難。

1 大麻纖維的特點

從大麻莖稈上直接剝離下來的稱為原麻，原麻中除含有纖維素成分外還含有一定量的非纖維素成分，包括木質(zhì)素、半纖維素、蠟脂質(zhì)、果膠及部分水溶物和灰分等。若使原麻具有可紡性，必須把這些非纖維素成分去除，得到精干麻，即脫膠。

1.1 大麻纖維的化學(xué)成分

大麻纖維中木質(zhì)素和半纖維素的含量高低直接影響脫膠難度和脫膠后的纖維質(zhì)量。從表1[2]中我們可以看出，大麻的木質(zhì)素和半纖維素的含量比亞麻、苧麻的含量要高許多，因此脫膠的難度也增加。

1.2 大麻纖維的結(jié)構(gòu)特點

大麻纖維最初是由葡萄糖基被氧橋連接成的鏈狀大分子平行排列，聚合成分子團系統(tǒng)，進而組成有空隙的纖維骨架——纖維系統(tǒng)[1]。大麻纖維含膠質(zhì)分為3個層次：纖維與纖維之間的膠質(zhì)系統(tǒng)、纖維系統(tǒng)之間的膠質(zhì)系統(tǒng)和鏈狀分子團系統(tǒng)之間的膠質(zhì)系統(tǒng)。因此，大麻單纖維細(xì)胞在胞間層物質(zhì)的粘結(jié)下交織成網(wǎng)狀，而苧麻纖維細(xì)胞則呈排列整齊、緊密靠近的平行的聚集體，而且大麻纖維細(xì)胞還與半纖維素等呈化學(xué)鍵連接，這也增加了脫膠的難度。更為關(guān)鍵的是，大麻單纖維過短，一般為7～50mm，且纖維整齊度差，若將胞間層物質(zhì)全部脫去（即全脫膠）勢必造成短絨，失去可紡性，因此必須由殘膠將單纖維粘連成纖維束工藝?yán)w維進行紡紗，這就是所謂的“適度脫膠”工藝。由于上述特點大麻脫膠難度增大。

2 大麻脫膠機理和脫膠方法

大麻纖維脫膠，是除去除纖維素以外的膠質(zhì)，包括木質(zhì)素、半纖維素、蠟脂質(zhì)、果膠及部分水溶物和灰分等，主要是適度除去果膠質(zhì)及對纖維質(zhì)量最有害的木質(zhì)素。目前，在國內(nèi)外主要采用的大麻脫膠方法有以下幾種：天然水漚麻法、化學(xué)脫膠法、微生物脫膠法、生物酶脫膠法、超聲波處理法、閃爆處理法及其兩種方法的聯(lián)合脫膠技術(shù)等。按脫膠機理來說，以上大麻脫膠方法或是利用物質(zhì)使膠質(zhì)溶解，或降解成小分子從大麻纖維上分離，或是利用外力使大麻纖維纖維系統(tǒng)破裂、粉碎，使膠質(zhì)從大麻纖維上脫落，所以根據(jù)脫膠機理，大麻纖維脫膠方法分為三大類，即化學(xué)脫膠法、物理脫膠法、生物脫膠法。

2.1 化學(xué)脫膠法

目前我國的大麻紡織企業(yè)主要采用化學(xué)脫膠工藝，工藝中以堿劑為主，輔以氧化劑、助劑和一定的機械作用達到脫膠目的。其原理是利用大麻纖維中的膠質(zhì)和纖維素對無機酸、 堿、 氧化劑作用的穩(wěn)定性不同，去除原麻中的膠質(zhì)，保留纖維素成分。

化學(xué)脫膠法主要存在的問題，一是除去木質(zhì)素效果不理想；二是工藝流程長，消耗原料和能耗多，對纖維損傷較大，按照GB 8978 —1996 三級排放標(biāo)準(zhǔn)，其CODcr、 BOD5分別為1000 mg/ L、600 mg/ L，嚴(yán)重污染環(huán)境[3]。

2.2 物理脫膠法

超聲波脫膠技術(shù)、蒸汽爆破 （即“閃爆” ）脫膠技術(shù)、旋輥式機械脫膠等均屬于物理脫膠法，此類方法的最大優(yōu)點是無污染。

物理脫膠機理，是在外力（超聲波、汽爆、機械等）作用下，使大麻纖維外包膠質(zhì)層產(chǎn)生大量的裂縫、原麻聚合體中纖維素分子鏈（同時還有半纖維素分子鏈、木質(zhì)素分子鏈以及果膠質(zhì)分子鏈） 多次產(chǎn)生剪切等現(xiàn)象，使原麻中的脆性膠質(zhì)發(fā)生破碎、剝落，纖維與膠質(zhì)脫離，達到脫膠的目的。

目前，物理脫膠法作為一種預(yù)處理的方法，在脫膠中起到積極作用，但還需要與其他方法合理配合使用[4]。

2.3 生物脫膠法

傳統(tǒng)天然水漚麻脫膠法、微生物脫膠、酶法脫膠都屬于微生物脫膠法。生物脫膠法脫膠機理的實質(zhì)是，微生物產(chǎn)生的酶將韌皮中的各種膠質(zhì)分解為小分子化合物，使纖維膠質(zhì)分離。

生物脫膠法，快速高效，無污染，生產(chǎn)的精干麻質(zhì)量好。但從目前來看，單一的生物脫膠還無法應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，主要是酶活力太低，酶脫膠后的原麻還含有較多的膠質(zhì)，必須通過化學(xué)精煉過程的彌補，才能達到脫膠的質(zhì)量要求。

3 大麻脫膠方法的優(yōu)化

從上可知，單一的脫膠方法存在各種各樣的問題，如：傳統(tǒng)的溫水漚麻和化學(xué)脫膠方法均存在產(chǎn)量低，質(zhì)量不穩(wěn)定和環(huán)境污染嚴(yán)重等弊端；酶法脫膠雖然能耗低，對環(huán)境的污染少，但存在脫膠不徹底的缺點[5]；單一蒸汽閃爆法存在質(zhì)量不易控制、脫膠效果不太理想的弊端等等。為了克服單一脫膠法存在的問題，聯(lián)合脫膠技術(shù)有了一定的研究，取得了一定的進展，如蔡俠等的大麻微生物—蒸汽爆破聯(lián)合脫膠技術(shù)[6]，吳君南等的大麻纖維高溫—閃爆聯(lián)合脫膠技術(shù)[3]， 俞春華等的大麻纖維高溫—酶聯(lián)合脫膠技術(shù)[5]；尹云雷等的大麻纖維的蒸汽閃爆—化學(xué)聯(lián)合脫膠工藝技術(shù)[7]等等?，F(xiàn)有研究基礎(chǔ)表明，化學(xué)脫膠法、物理脫膠法、生物脫膠法兩兩結(jié)合的聯(lián)合脫膠技術(shù)能獲得較好的脫膠效果。特別從脫膠機理分析，物理脫膠技術(shù)與化學(xué)脫膠技術(shù)或與生物脫膠技術(shù)相結(jié)合的脫膠技術(shù)，以物理脫膠技術(shù)作為預(yù)脫膠，使膠質(zhì)系統(tǒng)破裂、纖維超分子結(jié)構(gòu)遭到破壞、結(jié)晶結(jié)構(gòu)松散，使后期的脫膠物質(zhì)（化學(xué)物質(zhì)或酶）較容易進入大麻纖維系統(tǒng)進行有效脫膠，工藝流程短、能耗低，污染少，質(zhì)量容易控制。

參考文獻：

[1] 張祥文.關(guān)于大麻纖維性能及其可紡性的探究[J].廣西紡織科技，2010，39（2）：20-22.

[2] 張金燕.大麻纖維的性能研究與產(chǎn)品開發(fā)[J].上海毛麻科技，2008（1）：30-34.

[3]吳君南，郝新敏，唐宗留，等.大麻纖維高溫—閃爆聯(lián)合脫膠技術(shù)［J］.紡織學(xué)報， 2007， 28（11） ：76 － 80．

[4] 金鋼.大麻脫膠方法的研究進展[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009，33（4）：140-144.

[5] 俞春華，馮新星，賈長蘭，等. 大麻纖維高溫—酶聯(lián)合脫膠技術(shù)[J].紡織學(xué)報，2007，28（6）：79-82.

[6] 蔡俠，熊和平，嚴(yán)理，等.大麻微生物—蒸汽爆破聯(lián)合脫膠技術(shù)[J].紡織學(xué)報，2011，32（7）：75-79.

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關(guān)鍵詞：第二代生物燃料；纖維素乙醇；纖維素汽油；草油

文章編號：1005-6629(2011)12-0067-03　中圖分類號：TK6　文獻標(biāo)識碼：E

1　第二代生物燃料的由來

石油是主要的化石能源之_，―直以來都推動著工業(yè)和社會的發(fā)展。然而，地球上蘊藏的可開發(fā)石油資源卻只剩下幾十年的壽命，而且使用石油資源所帶來的環(huán)境問題也日益突出：石油燃燒會產(chǎn)生大量的含碳氧化物及少量含硫、含氮化合物，這些化合物要么是溫室氣體，要么能產(chǎn)生酸雨，不僅造成環(huán)境污染更能傷害人體健康。因此，積極尋找一種石油的替代資源就勢在必行，于是生物質(zhì)能就漸漸進入了人們的視Wo所謂生物質(zhì)能就是儲存于生物質(zhì)資源中的能量，這些生物質(zhì)能源主要是指可再生的有機物質(zhì)資源，主要包括農(nóng)作物、樹木等植物及其殘體、畜禽糞便、有機廢棄物等，可以儲存由光合作用產(chǎn)生的能量，因此，生物質(zhì)能也是太陽能的一種轉(zhuǎn)化形式，也具有可再生、應(yīng)用潛力大等特點，科學(xué)家們需要做的就是，將這些能量進行開發(fā)并加以應(yīng)用。

20世紀(jì)30年代，巴西最早使用甘蔗進行發(fā)酵，生產(chǎn)出乙醇燃料，用以驅(qū)動汽車，像巴西這種以可食用作物(主要包括玉米、大豆、甘蔗等)為原料制造出的生物質(zhì)能被稱為第一代生物燃料，其代表產(chǎn)品是通常所說的生物乙醇和生物柴油，前者由富含單糖、寡糖或淀粉的生物質(zhì)原料經(jīng)過發(fā)酵、蒸餾、脫水等步驟制成，后者為以動植物油脂為原料，經(jīng)過酯交換反應(yīng)(堿、酸、酶催化或超臨界條件下)加工而成的脂肪酸甲酯或乙酯燃料。雖然第一代生物燃料已在許多發(fā)達國家推廣使用，但第一代生物燃料并非長久之計，原因有二。其一，沒有足夠的耕地以滿足發(fā)達國家10％的液態(tài)燃油原料需求，比如在2008年，由于生產(chǎn)第一代生物燃料而對糧食作物的額外需求使得糧食價格大幅上漲；其二，原料成本太高，特別是生物柴油，原料構(gòu)成了其成本的70％，這也使得第一代生物燃料的價格高于石油，遠離了人們所期望的對替代石油具有積極影響的能源形式。

20世紀(jì)90年代，美國可再生能源實驗室研究開發(fā)利用纖維素廢料生產(chǎn)乙醇的技術(shù)，這也標(biāo)志著第二代生物燃料的誕生。所謂第二代生物燃料是指以非糧作物和農(nóng)業(yè)廢棄物為原料的可再生替代能源，這些原料包括玉米秸稈、木材廢料及草本類能源作物。與第一代生物燃料的原材料(糧食作物)相比，這些原料作物成本低、量大，更關(guān)鍵的是這些作物的種植生產(chǎn)不會干擾和危及糧食生產(chǎn)。第二代生物燃料的諸多優(yōu)勢使其具有更加明朗的發(fā)展前景，其代表產(chǎn)品主要有纖維素乙醇和纖維素汽油兩種。

2　第二代生物燃料的生產(chǎn)

2.1纖維素乙醇的生產(chǎn)技術(shù)

第一代生物燃料的原料(甘蔗、玉米等)本身富含糖類，將其轉(zhuǎn)化為乙醇的生產(chǎn)工藝較為簡單，而第二代生物燃料主要以纖維素質(zhì)材料為原料，其煉制過程比第一代生物乙醇的合成多了兩個步驟：生物質(zhì)原料的預(yù)處理和纖維素、半纖維素的降解，這也是目前纖維素乙醇生產(chǎn)的難點之一，而整個煉制過程則涉及多個生物催化反應(yīng)，它們可以按照多個方式組合形成不同的工藝路線。目前已建有示范裝置的纖維素乙醇生產(chǎn)技術(shù)主要有4種：硫酸／酶水解一發(fā)酵技術(shù)、硫酸水解一發(fā)酵技術(shù)、酸水解―發(fā)酵一酯化一加氫技術(shù)和酶水解一發(fā)酵技術(shù)。這4種技術(shù)最大的不同點在于纖維素水解方式的差異：前3種均采用酸水解，而第4種采用生物酶水解。實際工業(yè)生產(chǎn)中，用酶替代酸水解纖維素，可以在比較緩和的條件下操作，可以減少糖的降解，提高乙醇收率，因此酶水解、發(fā)酵技術(shù)路線(見圖1所示)是纖維素乙醇生產(chǎn)的發(fā)展方向，此項技術(shù)由美國可再生實驗室開發(fā)。

首先，將經(jīng)研磨后的生物質(zhì)原料(玉米秸稈、玉米芯等)進行預(yù)處理(見圖2上半部)，其目的是將原料“解封”進而得到纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，再將這些成分進行增溶和分離，為水解變?yōu)榭砂l(fā)酵的糖做好準(zhǔn)備。實際上在植物體內(nèi)，長長的纖維素構(gòu)筑了植物細(xì)胞(見圖2，直線型為纖維素，曲線型為半纖維素)，纖維素分子被半纖維素和木質(zhì)素環(huán)繞，因此，科學(xué)家必須先用酸、堿或加熱等方法進行預(yù)處理，以解開植物細(xì)胞內(nèi)的“矩陣”。最新研究表明，用氫氧化鈉的水一乙醇溶液進行預(yù)處理，得到的纖維素是一種納米級的海綿體，可使4～6nm直徑的酶進入纖維素中進行酶解，能把生產(chǎn)纖維素乙醇的預(yù)處理成本由50美分／加侖降至4～5美分／加侖，可與用玉米淀粉生產(chǎn)第一代乙醇的預(yù)處理成本2美分／加侖競爭。

接著，用酶將“降解”得到的纖維素、半纖維素進行水解從而得到葡萄糖和戊糖單體。不同的纖維素原料和不同的預(yù)處理工藝應(yīng)采用不同類型和數(shù)量的酶，所以酶的生產(chǎn)成本就成為纖維素乙醇生產(chǎn)的第一項核心。起初，在20世紀(jì)90年代末，酶的生產(chǎn)成本很高，約在5美元／加侖以上，目前，酶的生產(chǎn)成本已降至原來的1／30，使生產(chǎn)纖維素乙醇用酶的成本降至10～18美分／加侖，為纖維素乙醇生產(chǎn)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。

最后，用酵母菌將葡萄糖、戊糖進行發(fā)酵得到發(fā)酵液，再將發(fā)酵液進行產(chǎn)品分離便得到纖維素乙醇。

2.2纖維素生物汽油生產(chǎn)技術(shù)

纖維素乙醇的能量密度較低，單位體積的能量只有常規(guī)汽油的66％，不適合大量與汽油調(diào)和使用，同時乙醇含氧量高，會腐蝕管道，還會吸收管道中的水分和雜質(zhì)，難以保證乙醇汽油質(zhì)量。因此，在開發(fā)纖維素乙醇的同時又在開發(fā)纖維素生物汽油，目前已進行試驗裝置實驗的技術(shù)有快速熱解一加氫改質(zhì)技術(shù)(如圖3所示)。

首先，采用快速熱加工催化裂解技術(shù)將生物質(zhì)原-料轉(zhuǎn)化為用以生產(chǎn)汽油的芳香烴分子。所謂生物質(zhì)熱裂解技術(shù)是生物質(zhì)在惰性氣氛下受高溫加熱后，其分子破裂而產(chǎn)生可燃?xì)怏w(一般為CO、H2、CH4等的混合氣體)、液體(焦油)及固體(木炭)的熱加工過程。生物質(zhì)熱裂解液化是在中溫(500～650℃)、高加熱速率(104～105℃/s)和極短氣體停留時間(小于2s)條件下，將生物質(zhì)直接熱裂解，產(chǎn)物經(jīng)快速冷卻，可使中間液態(tài)產(chǎn)物分子在進一步斷裂生成氣體之前冷凝，從而得到高產(chǎn)量的生物質(zhì)液體油(熱解油)。此種技術(shù)分兩步進行：第一步將纖維素(已預(yù)處理)用熱砂快速加熱，在循環(huán)流化床反應(yīng)器中無氧存在的條件下加熱到500℃，不到2秒，纖維素就被分解成富含氧的四到六個碳的有機小分子；第二步用復(fù)雜的三維催化劑催化分解含氧小分子，催化劑將氧原子從中移出并生成碳環(huán)，然后快速冷卻，大約得到65％～75％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的芳香烴分子(熱解油)和少量不冷凝的氣體(CO2、CO、H2O)與焦炭(可用作燃料)。

接著，再將熱解油進行兩段加氫除去氧和水，轉(zhuǎn)化為運輸燃料。其中第一段使氫和氧結(jié)合生成水，以蒸汽

形態(tài)脫除；第二段使熱解油部分轉(zhuǎn)化并改質(zhì)為纖維素生物汽油。

3　第二代生物燃料的展望

生物燃料正在由第一代向第二展。第一代生物燃料的生產(chǎn)工藝已經(jīng)較為成熟，美國、歐盟和巴西等一些國家已經(jīng)形成了較完善的產(chǎn)業(yè)鏈。相反，目前第二代生物燃料的生產(chǎn)技術(shù)還未獲得關(guān)鍵性的突破，大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)還有待時日。表1簡要列舉了兩代生物燃料發(fā)展的特點對比。

目前第二代生物燃料的發(fā)展面臨著生產(chǎn)技術(shù)與生產(chǎn)成本兩大難題。就生產(chǎn)技術(shù)而言，在生產(chǎn)纖維素乙醇時，原料大多要經(jīng)過強酸處理，以便從木質(zhì)素中去除碳水化合物。經(jīng)過酸處理的原料還要接受堿處理，目的是中止酸化過程。被水浸泡后木質(zhì)素會被水稀釋，不能直接用作燃料，除非人們把木質(zhì)素與水分離，但這個過程要投入大量能源，勢必增加生產(chǎn)成本；就生產(chǎn)成本而言，以秸稈為例，秸稈是向農(nóng)民收購的，當(dāng)沒有生產(chǎn)纖維素生物燃料時，秸稈是農(nóng)業(yè)廢棄物可以輕易獲取，但是一旦開始生產(chǎn)，農(nóng)民就會向你要錢了，原料的價格很可能會隨之上漲，勢必會增加生產(chǎn)成本。

雖然第二代生物燃料的發(fā)展遇到了_一些阻礙，但畢竟只是剛剛起步。從長遠來看，隨著生物質(zhì)資源的合理利用、相關(guān)技術(shù)水平的提高和產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模的擴大，第二代生物燃料的成本將會逐漸降低，而石油等化石燃料價格出現(xiàn)大幅回落的可能性不大，第二代生物燃料有望成為具有成本優(yōu)勢的替代燃料之一。于是各國紛紛將目光轉(zhuǎn)向第二代生物燃料的研究開發(fā)，其中，美國政府于2008年2月宣布提供為期4年總額為3380萬美元的資助，重點開發(fā)將纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為糖類的酶系統(tǒng)；英國政府于2007年“英國生物質(zhì)戰(zhàn)略”，提出要通過立法鼓勵生物燃料領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，支持第二代生物燃料的開發(fā)；中國政府也于2007年底啟動了“纖維素乙醇的高溫發(fā)酵和生物煉制”重大項目，重點用于突破木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇的技術(shù)瓶頸。

實際上，第二代生物燃料的原料多為富含纖維素、生長迅速的草本植物及其廢棄物，若將英文汽油單詞(gasoline)中前綴“gas”去掉，引入"grass”(草)就組成了一個形象生動的專有名詞“草油”(grassoline)。隨著各國在“草油”生產(chǎn)工藝中的大量投入，在未來5～15年生物質(zhì)轉(zhuǎn)換技術(shù)將逐步從實驗室走向市場，使用第二代生物燃料為動力的汽車數(shù)量也將迅速增長，即將到來的“草油”時代必將從根本上改善我們的世界。

參考文獻：

[1]魏學(xué)鋒，張小云，易婕等.生物質(zhì)燃料的開發(fā)利用現(xiàn)狀與展望[J].節(jié)能，2004，(8)：14～17.

[2]仉磊，章曉慶譯，將草煉成油[J].環(huán)球科學(xué)，2009，(8)：18～20.