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第二章 预处理工程 岳国君，男，吉林农安靠山人，1963年4月3日生。哈尔滨工业大学环境工程系毕业，硕士学位。现任中粮集团总裁助理、中粮控股董事副总经理、中粮生化能源事业部总经理。 2015年12月被增选为中国工程院环境与轻纺工程学部院士。 中粮集团有限公司(COFCO)，世界500强，中国领先的农产品、食品领域多元化产品和服务供应商，从田间到餐桌的全产业链粮油食品企业，全服务链城市综合体。2015年，第272位。 利用不断再生的自然资源为人类提供营养健康的食品、高品质的生活空间及生活服务，贡献于民众生活的富足和社会的繁荣稳定。中粮下属品牌有农产品、食品及地产酒店等领域。 世界500强，华润集团2016年跃升至第91位。 2016年实现营业额4,927亿元人民币，同比增长6.1%。利润总额480亿元人民币，同比增长9.2%。2016年末总资产10,980亿元人民币。 集团核心业务包括消费品（含零售、啤酒、食品、饮料）、电力、地产、医药、水泥、燃气、金融等。华润的多元化业务具有良好的产业基础和市场竞争优势，其中零售、啤酒、电力、地产、燃气、医药行业领先。 2.1 引言 2.2 木质纤维素酶解的限制因素 纤维素的结晶度 纤维素的聚合度 底物的有效表面积 木质素壁垒 半纤维素含量 原料粒度 孔隙率 细胞壁厚度 纤维素酶的可及性及变化 ?2.3? 木质纤维素的结构组成??? 2.3.1? 木质纤维素的组成??? 2.3.2? 秸秆类原料细胞壁的微观结构及组成分布??? 2.3.3? 木质纤维素生物质结构的复杂性及其抗降解屏障 2.4? 木质纤维素分析方法??? 2.4.1? 化学组成分析??? 2.4.2? 物理特性分析 2.5 木质纤维素的预处理技术 ? 2.5.1? 概述??? 2.5.2? 中性预处理技术??? 2.5.3? 酸性预处理??? 2.5.4? 碱性预处理??? 2.5.5? 生物预处理??? 2.5.6? 预处理方法对比与评价 2.5.1? 概述 2.5.1.1 生物法预处理 白腐霉、褐腐霉、软腐霉。 白腐菌最佳，可以分泌木质素降解酶，如过氧化物酶、漆酶。1983年和1984年发现了木质素过氧化物酶(LiP)和锰过氧化物酶(MnP),由日本首次在生漆中发现的漆酶(Laccase),也始终引起着人们的关注。这三种酶被公认为是木质素重要的降解酶。 LiP是第一个从黄孢原毛平革菌(Phanerochaetechrysosporium)发现的木质素降解酶,在木质素降解中起关键性作用。LiP的产生菌在自然界分布相当广泛,许多腐朽木材的白腐菌、褐腐菌都可以产生LiP。 漆酶是借助氧将对苯二酚(氢醌)氧化成对苯醌的酚氧化酶的一种，亦称为对苯二酚氧化酶。田彦六郎(1883)在漆树的树液中发现能使树漆氧化硬化的酶，后来贝特兰德(G.E.Bertrand，1894)详细地研究了东南亚产的漆中的酶，命名为漆酶。 LiP的特点是能氧化富含电子的酚型或非酚型芳香化合物,在通过电子传递体攻击木质素时,它能从苯酚或非酚类的苯环上夺取一个电子,将其氧化成自由基,继而以链式反应产生许多不同的自由基,导致木质素分子中主要键断裂。此过程需要H2O2的驱动。 漆酶的分子量在64~390kD之间,除Podosporaanserina产生的一种漆酶是四聚体外,其它漆酶一般是单一多肽,由约500个氨基酸组成。不同种类的漆酶含铜数并不相同。在基因表达方面,MnP的产生明显依赖Mn2+浓度、培养基、热休克、C和N源变化,且调节是在转录水平上。菌株P.chrysosporiumOGC101MnP1编码一个357个氨基酸的成熟蛋白,内含子6个,大小57~72bp。3??漆酶 3??1??分布及种类 1883年漆酶被首次发现,一百多年来,人们通过大量研究发现漆酶广泛存在于多种植物和菌类的分泌物中。在真菌中,漆酶大多分布在担子菌(Basidimycetes)、多孔菌(Polyporus)、柄孢壳菌(Podospora)等中。 确定单一一种酶在木质素降解中的功能非常困难,因为每一种白腐菌所产生的都不是一种木质素降解酶,如Laccase和MnP单独存在都不能很好的降解木质素,而两种酶同时存在时,木质素却能得到很好降解,表明两种酶具有协同作用。 木质素在真菌作用下的生物降解过程，是在常温、常压和近中性pH值的条件下进行的，降解的最终产物是二氧化碳和水。 优点：作用条件温和、能耗低、专一性强，不存在环境污染，处理成木低等。 缺点：木质素降解微生物种类少，木质素分解酶类的酶活力低，作用周期长等问题，在处理过程中部分纤维素和半纤维素会被细菌消耗掉。 2.5.1.2 物理法预处理 机械粉碎 高能辐射 高温分解 挤压膨化 微波、超声波 冻融