木质素纤维十篇

木质素纤维篇1

关键词：木质纤维素；预处理方法；研究进展

中图分类号：Q31 文献标识码：A 文章编号：0439－8114（2012）07－1306-03

Research Advances of Pretreatment Technology of Lignocellulose

ZHANG Zhen，ZANG Zhong－sheng，LIU Ping，CHANG Xiu－lian，WEN Shao－hong

（School of Life Sciences，Yantai University，Yantai 264005，Shandong，China）

Abstract： Some practical pretreatment technologies of lignocellulose were briefly introduced， including the main methods， principles， advantages and disadventages. And the development prospect of pretreatment technology of lignocellulose was put forward.

Key words： lignocellulose； pretreatment method； research progress

随着世界经济的不断发展和石油资源的日益消耗，开发更加长久有效的能源是各国面临的一个巨大难题。作为一种可再生能源，生物质能源是中国能源可持续发展的必然战略选择之一。利用木质纤维素生产生物乙醇、丁醇等生物质燃料是生物质能源开发的重要内容。我国天然纤维素原料非常丰富（包括农作物秸秆、林业副产品、城市垃圾和工业废弃物等），利用生物技术分解和转化木质纤维素既是资源利用的有效途径，对于解决环境污染、食品短缺和能源危机又具有重大的现实意义。

1 木质纤维素的结构

木质纤维素是指以纤维素、半纤维素和木质素为主要成分的原料，3种成分在植物原料中的含量分别为35％～50％、15％～25％和15％～30％。纤维素是聚合度在1 000～10 000的葡萄糖的线性直链聚合物，由结晶相和非结晶相交错形成，结晶相结构致密，阻碍纤维素的分解。半纤维素结构较纤维素简单，主要是由木糖、阿拉伯糖等戊糖及少量的葡萄糖、甘露糖和半乳糖等己糖形成的直链或支链聚合物，在适宜的温度下易于溶解在稀酸溶液中并降解成单糖。木质素是一种由苯丙烷结构单体组成的具有复杂三维结构的芳香族高聚物，在植物结构中发挥胶粘作用，将纤维素和半纤维素紧密结合在一起，增大茎秆的机械强度，起到木质化作用，阻碍微生物对植物细胞的攻击，同时减小了细胞壁的透水性。纤维素和半纤维素作为可酵解糖类，占原料总重的65％～75％［1］。

2 预处理的目的

木质纤维素的转化利用可分为原料预处理、酶水解和糖发酵3个阶段，主要的技术瓶颈在于预处理技术不够成熟以及纤维素酶活性较低，造成生产成本过高。通过原料的预处理，可以破坏纤维素的结晶结构，降低木质素的聚合度，提高木质纤维素材料的多孔性，增加酶与底物的接触面积，从而提高酶解的效率，达到节约时间和降低成本的目的。好的预处理应满足以下4个条件：①有利于提高糖产量或者促进后续水解反应中单糖的生成；②避免反应体系中单糖的分解；③避免生成有害的副产物；④要有较高的经济效益。

3 木质纤维素的预处理方法

木质纤维素的预处理方法可分为以下几种：物理方法，主要是机械粉碎法、蒸汽爆破、超临界水处理和湿氧化法；化学方法，主要包括碱处理、稀酸处理、浓酸处理、氧化剂处理以及有机溶剂处理；生物方法。或者是将其中的某些方法进行组合使用，以达到较好的处理效果。具有较好经济前景的预处理方法有以下几种。

3．1 物理方法

3．1．1 机械粉碎法 通过机械削切和研磨分别将木质纤维处理成粒径为10～30 mm和0．2～2．0 mm的颗粒，可有效降低木质纤维素的结晶度和消化效率［2］。震动球磨技术能比普通球磨技术更有效地降低木质纤维素的结晶度和消化特性。相对来说，机械粉碎耗时长、耗能高，造成预处理成本太高，无法在工业化生产中广泛使用［3］。

3．1．2 蒸汽爆破 蒸汽爆破是当今应用最为广泛的木质纤维素预处理技术。通过将经高压饱和蒸汽溶解的木质纤维素瞬间降压，达到破坏木质纤维素结构的目的。通常认为，半纤维素被爆破过程中产生的醋酸和其他的有机酸所溶解，从而导致纤维素暴露出来，增大了微纤维与酶的可及性。木质素的含量变化不大，只有小部分被溶解，但是在溶解过程中木质素发生解聚／再聚合反应，从而使木质纤维素的表面结构发生变化。瞬时爆破使样品得以破碎降解，从而增大了反应的可接触面积，这些因素都能够提高纤维素的水解效率。

影响蒸汽爆理效果的因素主要有以下几方面：压力保持时间、温度、颗粒的粒径大小和含水量。高温短时处理（270 ℃、1 min）或者低温长时间处理都能够使半纤维素达到最大程度的溶解。相对于机械粉碎，蒸汽爆破法可以节省大约70％的能量，同时对环境不产生污染。近几年来，通过加入各种催化剂（酸或碱）或者改换不同的蒸汽介质（如氨水），发展出许多新型的爆破技术，有效推动了预处理技术的发展，使蒸汽爆破成为最接近商业化应用的预处理方法。大量不同种类的木质纤维素预处理试验证明了蒸汽爆破技术的可行性，其使用规模也在不断扩大。加拿大的Iogen工厂已经建立了一套利用该技术处理木质纤维素的中试装置。尤其在阔叶树木及农作物秸秆的处理方面，蒸汽爆破法被看作是最具有经济价值的预处理技术［1］。

蒸汽爆破法的局限主要包括半纤维素的分解、木质素的不完全降解以及在处理过程中产生的对于后续酶水解和发酵有害的物质。因此，需要用大量的水冲洗预处理产物以去除这些有害物质。但冲洗的同时带走了可溶性的糖，其中包括一大部分的可溶性半纤维素，降低了总的糖产量。

3．1．3 超临界水处理 超临界水处理是指利用处于超临界状态（T＞374．2 ℃、P＞22．1 MPa）的水处理木质纤维素的方法，通常与亚临界水解技术联合使用。在临界点（T＝374．2 ℃、P＝22．1 MPa）时，水的溶剂化能力突然增强，电离程度增大，可有效打破木质素的包裹作用同时降低纤维素的结晶度，使纤维素可以很容易地溶解在超临界的水溶液中，并且迅速分解成低聚糖，低聚糖进而快速分解成葡萄糖。阳金龙等［4］研究了该技术在玉米秸秆预处理中的应用，将40 mg玉米秸秆和2．5 mL水置于380～400 ℃的密闭容器中反应15～35 s，然后对产物进行分析。结果表明，玉米秸秆在388 ℃的超临界水相中，经21 s的反应时间后，低聚糖转化率和可检测转化率最高，分别为24．1％和43．6％。

相对于传统预处理技术，超临界水处理具有反应时间短、水解效率高、资源和环境成本低等优点，但是作为一项新兴技术，其理论研究相对不足，尚无法解决葡萄糖分解产物较多、副产物成分复杂、发酵糖产量较低等问题。

3．2 化学法

化学法是用碱、酸、有机溶剂等预处理木质素、纤维素的方法，主要目的是破坏细胞壁中半纤维素与木质素之间的共价键，破坏纤维素的结晶结构及纤维素与木质素的连接键，从而提高秸秆的消化率。

3．2．1 酸处理 酸处理是利用稀酸、浓酸和无水有机酸等酸性物质水解秸秆中纤维素的方法。酸处理可大致分为无机酸处理和有机酸处理。

无机酸处理主要作用是使半纤维素变成单糖进入溶液中，增大试剂与纤维素的接触面积，提高可及度。预处理后的原料中木质素含量基本不变，半纤维素含量变少，纤维素的含量和聚合度有一定程度的下降。Silverstein等［5］研究了硫酸、氢氧化钠、过氧化氢和臭氧在不同条件下预处理的效果。结果表明，这几种物质都能够明显降解木质素或者提高单糖得率，而硫酸预处理时半纤维素降解率最高，在121 ℃、0．1 MPa、2％ H2SO4、90 min的条件下，木质素降解率为95．23％，但是对后续的纤维素水解影响最大，葡萄糖的转化率最低，为23．85％。唐锘［6］在研究中发现，稀硫酸预处理方法对秸秆各组分降解率最高，在最适水解条件（0．7％稀硫酸、121 ℃、1 h）下，半纤维素、纤维素、木质素的降解率分别为46．15％、43．75％和50．00％。

有机酸处理原理与无机酸相似，主要是使原料中半纤维素和木质素溶解，降低二者在原料中的含量，一般在使用时增添无机酸作为催化剂。但是，相对于无机酸，有机酸对容器的腐蚀性小，对后续水解过程的毒性低，具有更大的发展潜力。

3．2．2 碱处理 常见的碱处理试剂有氢氧化钙、氢氧化钠、碳酸氢钠或者过氧化氢等。秸秆碱化的原理在于氢氧根阴离子能削弱半纤维素、纤维素之间的氢键，打开木质素和半纤维素之间的醚键，皂化木质素和半纤维素之间的酯键。碱处理能够使木质素发生降解以及降低纤维素的结晶度。Silverstein等［5］用2％的NaOH处理棉花秸秆，能够明显去除秸秆中的木质素、提高纤维素的转化率。Wang等［7］研究了百慕大海草在不同浓度的氢氧化钠预处理后结构和物质的变化，结果发现，在NaOH浓度大于或等于1％的情况下，30 min的处理时间可以起到明显的去木质化的作用。在整个处理过程中，纤维素的去除率变化很小（在10％之内），而半纤维素的去除率随着NaOH浓度的增大而增大，而且效果明显。

碱处理是现在人们普遍采用的方法，但是在用碱处理秸秆时除溶解掉一部分木质素外，也使部分半纤维素被分解，损失较大，同时与用酸处理相同，用碱进行预处理也存在着试剂的回收、中和以及洗涤等问题，这些问题都不可避免地会造成环境污染。随着技术的发展，酸或碱处理通过与其他的物理或者化学方法（包括球磨法、蒸汽爆破、微波或者氧化技术）进行组合，将形成一些更有效的预处理方法。

3．3 生物方法

微生物方法预处理被认为是目前最有前途的一种处理手段，它具有对环境无污染、降解率高、用途广、周期短、可再生、成本低等优点，能提高秸秆的综合利用效率，利于可持续发展。微生物法主要利用菌类产生的一些酶来降解木质素和半纤维素，而对纤维素的降解作用较小。目前常用的真菌有白腐菌、褐腐菌等，如黄孢原毛平革菌、彩绒革盖菌等，利用这些真菌产生的木质素分解酶系来对物料进行分解。Kurakake等［8］对城市垃圾中办公室用纸采用两种菌株（Sphingomonas paucimobilis 和 Bacillus circulans）进行混合预处理，然后再用酶水解。研究表明，混合菌株生物预处理技术能够有效提高废弃办公用纸的酶水解率，糖回收率可达94％，预处理效果显著。陈合等［9］采用黄孢原毛平革菌固体发酵去除秸秆中的部分木质素，再添加外源纤维素酶、木聚糖酶降解纤维素和半纤维素。经过25 d发酵降解以及6 d的酶解，使秸杆中的纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别达到60．4％、33．0％和67．0％。

4 结论

在生物质能源的研发过程中，对木质纤维素原料的预处理非常重要。通过预处理，可以改变木质纤维素的物理和化学结构，有效推动木质纤维素的生物转化。目前由于对预处理基础理论研究的不足而限制了该技术的发展，随着对预处理基础理论研究的不断深入，科研人员有望探索到更为合理有效的纤维素预处理方法。

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木质素纤维篇2

关键词：生物炼制；乳酸；木质纤维原料

中图分类号：O632.1

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2011)01-0169-05

1 引言

化石原料提供了当今社会需要的大部分交通燃料以及大量化学品。科学技术的进步提高了化石原料精炼及利用效率，因此也加快了化石原料的消耗速度并带来了日益严重的环境问题，这迫使寻求替代能源和化学品炼制方式成为社会可持续发展的必然要求。

地球上具有广泛易得的生物质资源，农业、林业以及人为控制的和非人为控制的微生物系统都能生产可再生碳基原材料，同时可再生碳基原料的使用能降低CO2净排放值，具有环境友好特性。因此以生物质为原料的生物炼制是维持社会和实现化学产业可持续发展的必然要求［1］。生物炼制一般过程是首先将原料的高分子物质采用酶水解转化为可发酵性糖基平台物质，然后通过生物催化过程将其转化为燃料或系列化学品。生物炼制采用蔗糖、淀粉或者纤维素为原料，其炼制方式也是基于不同原料的天然属性发展而来。众多的生物质资源中，木质纤维原料属于非粮食原料，因此基于木质纤维原料的生物炼制方式是目前的研究热点。

乳酸（LA）是一种重要及多用途的化学品，用于食品、医药以及高聚物等多个产业。乳酸通过聚合可以合成聚乳酸（PLA），这种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关注。目前乳酸生产有化学合成和微生物发酵法，世界近90%的乳酸时通过细菌发酵合成［2］。生物基乳酸炼制是采用生物质作为原材料，通过微生物发酵过程最终生成具有光学纯度的乳酸的过程。

2 生物炼制原料

第1代生物炼制采用蔗糖基原料，第2代生物炼制采用淀粉基原料，第3代生物炼制采用纤维素基原料。对比3代炼制方式的可发酵碳成本，目前第1代最具竞争力，第3代生物炼制成本最高。研究指出据估计每年仅有1.7%的蔗糖用于非粮食生产。淀粉类原料可以相对容易转化为可发酵糖，是目前最理想的乳酸发酵原料。我国的生物炼制产业近期最有可能采用甜高粱和木薯作为原料［3］。在粮食短缺的当今世界不提倡使用蔗糖和食用淀粉作为炼制原料，与此同时即使使用淀粉及蔗糖用于生物炼制，它们的供应仍然不能满足未来生物炼制厂对原料的需求。因此长远考虑，开发纤维素基原料的生物质是具有重要意义的。

木质纤维原料优势明显：一方面原料低廉易得；另一方面其生物炼制体系适合产品谱系的生产，木质纤维原料的生物炼制体系最有潜力实现工业化，其过程见图1。

发展和优化木质纤维原料生物炼制过程是近年来研究热点。小麦秸秆水解对欧洲经济是重要的，美国采用玉米秸秆进行生产。我国是农作物秸秆的生产大国，因此我国发展生物炼制具有原料优势［3］。木质纤维原料利用存在以下难点：纤维素生物质具有比淀粉更复杂结构，半纤维素和木质素对纤维素的包裹作用以及纤维素本身具有的两相结构大大降低了纤维素的可及度，因此难于利用；酶高需求量并且高成本使木质纤维至今仍然无法被大规模商业化利用；木质纤维原料含有可观的五碳糖，只有充分利用这些五碳糖才能实现高效的原料利用率。因为持续的技术提高能降低纤维素基生物炼制成本，潜在的未来生物炼制的原料仍将是木质纤维素原料。

3 木质纤维基乳酸制备

3.1 木质纤维原料预处理

目前木质纤维原料多种预处理方法已有不同程度上的研究和应用，常用的方法有稀酸处理、生物处理法、有机溶剂法、碱处理法以及蒸汽爆破法［4］：稀酸处理能有效提高纤维素水解效率；同时能高效回收五碳糖；有机溶剂法几乎可以完全去除半纤维素及木质素，但其对设备及有机溶剂回收要求高；生物处理简单易行并且具有环境友好性，但处理周期长：NaOH处理法有较强的脱木质素和降低结晶度能力,但同时能分解半纤维素使生物质损失，并且这种处理方法需要的后期中和处理增加这种预处理的成本；蒸汽爆破具有处理时间短，不用或少用药品，节能环保，无回收工艺等优点，是一种较为理想的预处理技术。

应用蒸汽爆理木质纤维原料有可能降低生物炼制成本，蒸汽爆破预处理通过有效地破坏木质纤维素结构及木质素、半纤维素的结合层,增加酶促反应的有效比表面积。低强度的蒸汽爆破对原料处理不够，而高强度的蒸汽爆破一方面耗能多，另一方面会损失物料，因此优化蒸汽爆破条件有重要意义［5］。结合多种预处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学处理或水处理能提高蒸汽爆破效率［6］,同时减少对后期利用有抑制作用的物质［7］。

除了传统预处理，近来研究也关注一些新型的预处理方式，比如超(亚)临界预处理和离子液体预处理。葡萄糖在超临界水中分解反应速度都很大［8］，葡萄糖的降解降低了生物质可利用率。赵岩等［9］的研究表明超临界和亚临界组合优于两者单独使用，但是这种组合技术对天然木质纤维原料的适用程度还有待进一步研究。尽管超( 亚) 临界预处理优点明显，但其复杂的过程及过程产生大量酶和微生物的抑制产物使得其在生物炼制中大规模应用还需要更多的研究。近期研究开发新型的纤维素溶解溶剂离子溶剂，具有不易挥发并具有很好的化学及热稳定性,同时溶解纤维素效果理想。尽管离子液体处理能大大提高酶解效率［10］，但是成本使其不宜在工业大规模生产中应用［11］。

3.2 酶水解

目前酶成本是纤维素降解过程的最重要成本之一,如何降低酶成本也是研究热点［12］。酶成本的降低可以通过两方面实现，一方面是降低单位酶的生产成本，另一方面是提高单位酶酶活力以降低酶用量。使用突变及筛选改进生产菌株，利用纤维素作为碳源及其高产率菌株生产能降低成本。商业化酶是无细胞、稳定的浓缩物，提取和复配成本占了生产成本的大部分，因此在满足应用需求时减少发酵后处理可以降低发酵成本。基于这点，有研究考察了产酶微生物共发酵或者直接使用粗酶液进行炼制过程［12,13］。酶性能的改善主要研究焦点集中于增加纤维素酶的热稳定性［2］。有研究表明一些表面活性剂的使用能减少酶用量［12,14］，在不增加太多后期处理成本的情况下，这些做法是可取的。一些产酶混合菌群或者纤维素酶的互配也能提高效率［12,15］。同时针对将要使用的特定底物及预处理方法，对酶系统进行优化也是必要的。此外其它一些措施也能降低酶成本，比如嗜热微生物的使用能减少酶的消耗［16-18］，回收利用纤维素酶，有研究表明从汽爆预处理的水解硬木残渣和水解液中回收纤维素酶是可行的,大约可以节省成本130%~427%［19］。

3.3 乳酸发酵微生物

目前，商业化的乳酸生产菌株有乳酸杆菌、杆菌及根霉菌属。传统乳酸菌在乳酸工业生产中占主导地位［1］，研究也在开发酵母和谷氨酸棒状杆菌用于乳酸生产。乳酸菌需要复杂的营养条件，从而需要相对高的发酵成本，同时也影响纯化乳酸经济性，研究关注降低这方面的成本，廉价的天然含氮物质替代酵母浸出物能降低乳酸生产成本［20~22］。多种乳酸菌的共发酵同样可以降低对培养基的要求，不需要有机氮的双岐杆菌种可在培养基内分泌大量多种氨基酸以满足其他乳酸菌需要。大肠杆菌能在简单的矿物培养基中生长，能利用己糖和戊糖，副产物多而产量低。谷氨酸棒状杆菌广泛用于工业生产氨基酸，谷氨酸棒状杆菌在无氧环境下能利用葡萄糖在无机盐培养基中产有机酸，据此开发谷氨酸棒状杆菌生产LA系统，这种系统产生高光学纯度的L-及D-LA同时明显也产生其它有机酸。根霉菌属中米根霉耐低pH，营养要求低，菌体大容易分离，发酵产生唯一的具有高光学纯度乳酸，但是产率低［23］。酵母比细菌更能耐受低的pH，Min-Tian Gao［24］等利用代谢工程得到的酿酒酵母 OC-2T T1-185R，在pH低于3.5时仍能高效产乳酸。基因改造酵母能实现高光学纯度LA的生产，但是他们不是产率较低就是需要较长的发酵时间。

目前基于木质纤维原料利用微生物改造研究集中在直接利用纤维二糖的菌株、高忍耐发酵抑制剂的菌株、嗜热耐酸菌株及五碳糖利用菌株的开发。乳酸菌不能直接对纤维素或多于4个葡萄糖单体的纤维低聚糖进行LA发酵［25］，但是开发能直接利用纤维二糖的菌株具有重要意义，因为纤维二糖是纤维水解后一个主要低聚糖化合物，同时也是降解晶状纤维素的主要酶CBHs的强力抑制剂［26］。Mukund［2］使用突变体UC-3利用高浓度纤维二糖生产乳酸，产率达到0.9g乳酸/纤维二糖。研究表明改造酵母也实现了对纤维二糖的利用［1］。蒸汽爆破过程会产生对后续水解及发酵的抑制物质,去除这种不利物质会增加操作步骤并且损失部分可发酵糖［27］，所以如果能提高菌种对发酵抑制剂的忍耐力就能降低处理过程的强度［28,29］。提高菌种对发酵抑制剂的忍耐力除了突变、筛选及基因手段，还有一种更为简单的方式，有研究表明采用纤维水解液进行培育的微生物能一定程度上适应水解液中抑制剂，使用这种自适应微生物发酵能提高产品产量［30］。研究表明嗜热菌的利用能提高酶利用效率，从而降低酶用量［16］。乳酸生产原料中，纤维素的水解伴随着半纤维素水解而产生一定量的五碳糖。充分利用这些五碳糖显然能提高生物质利用率。通过基因工程改造谷氨酸棒状杆菌［31,32］已经实现了对木糖、树胶醛糖及纤维二糖的发酵。但是基于酵母利用木糖和树胶醛糖改造还仅见于乙醇生产中［33,34］。Ronald等［35］研究表明米根霉真菌也能够转化木质水解液中大量存在的戊糖如木糖。这些研究使得发酵半纤维素水解产物生产乳酸成为可能。

3.4 乳酸发酵

乳酸发酵可以采用分步糖化发酵（SHF）、同步糖化发酵（SSF）、同步糖化共发酵（SSCF）以及综合生物过程（CBP）［3］。同步糖化发酵是在同一反应器中同时进行水解和发酵，是目前常用的发酵过程。相比分步发酵，同步发酵能减少酶水解产物对酶的抑制作用，同时过程反应容器的减少也降低设备投资。但是不使用嗜热发酵微生物的SSF的发酵温度一般不高于45℃，牺牲酶水解的效率以保证发酵微生物的活力［18］。其次同步发酵结束后很难对菌体及酶进行回用，这使得同步发酵过程宜降低菌体浓度同时使用高固体负载进行发酵。分步过程需要较多的设备投资和长的过程时间，这使得尽管分步过程能得到较高的原料纤维转化率，但是其生产力比同步发酵低。

固体化细胞能保护细胞不受外界不利条件的影响，实现连续生产。固定化细胞具有良好的稳定性及可重复利用性。沈雪亮等［36］将富含纤维二糖酶的黑曲霉孢子和德氏乳酸杆菌细胞共固定在海藻酸钙凝胶珠中,耦联共固定化细胞体系与纤维素原料的酶水解体系，利用这种组建成新型串联式生物反应器发酵乳酸，反复分批协同反应试验表明共固定化细胞具有持续、稳定、高效的乳酸生产能力,可以重复利用。

底物抑制和产物抑制是生物反应中限制生产强度和产物浓度的两个主要因素，SSF能有效降低底物抑制，生物炼制与生物分离的组合系统则能降低产物抑制。Seyed等［37］比较了离子交换原位分离培养基中乳酸的发酵方式和平常普通的发酵方式，结果表明使用离子交换树脂用于分离乳酸和自动pH控制器进行在线控制pH，在优化工艺条件下原位发酵的生产力是普通发酵体系的5倍。发酵与萃取耦合的原位分离技术能简化原有发酵工艺，并且消除产物抑制从而提高了发酵转化率，Min-Tian Gao［38］等的研究表明这种萃取发酵的可行性。

4 乳酸的精制

生物炼制得到的乳酸产品需要精制才能应用于聚乳酸生产。近年来研究者尝试各种精制方法，如分子蒸馏法、酯化水解法、电渗析法和膜分离法。分子蒸馏是一种真空蒸馏技术，高真空度（系统绝压约0.1Pa）条件下进行的非平衡连续蒸馏过程［39］。由于分子蒸馏的操作温度远低于常压沸点并且物料被加热的时间短，过程中物质本身基本不受到破坏，因此这种技术适合于分离低挥发度、高沸点、热敏性和具有生物活性的物料。分子蒸馏是一种很好的乳酸精制技术，工艺简单、步骤少，但设备投资大，适合乳酸的深加工。酯化法是获得高纯度乳酸的有效方法之一，酯化反应化学平衡的限制酯化法产率，近年来，高效催化剂和工艺的开发以及和膜技术发展推动了酯化法新的发展［40~42］。膜分离技术作为新型化工分离技术之一，具有低成本快速,易于放大,可连续操作等优点。近年来材料的发展促进膜技术在各领域的广泛应用。膜分离技术中的超滤和微滤能用于乳酸发酵液前期澄清处理，纳滤、反渗透及和电渗析结合的膜分离能用于精制［43］，利用耦合纳滤膜和反应器也可以实现乳酸半连续生产。纳滤和反渗透过程精制得到的乳酸能满足食品乳酸生产要求。膜分离技术的应用仍然要考虑吸附和浓差极化的问题。

普通电渗析法是利用选择性的离子交换膜在电场作用下使离子发展定向运动，从而达到离子的浓缩。利用普通电渗析可获得较纯净的乳酸盐溶液。双极膜电渗析是新型的技术，不同于普通电渗析，双极膜层使水发生解离从而可以分解乳酸盐制备乳酸和碱，因此在从乳酸盐制备乳酸时具有独特的优势［39,43］。电渗析过程制备乳酸具有简单、物耗降低、三废排放少，同时乳酸产品质量高明显优势，但是其不能单独用于乳酸精制，先利用其它预处理技术（微滤，其它膜分离技术等）获得较为纯净的乳酸盐溶液，之后利用双极膜电渗析过程进行精制。

5 结语

目前每年聚乳酸的生产能力450万kg， 而塑料总产量2 000亿kg。究其原因是聚乳酸生产成本较高，不能和化石原料生产的塑料竞争。聚乳酸生产成本包含单体乳酸生产成本。因此需要降低乳酸生产成本。木质纤维基乳酸的生物炼制是一种有前途的乳酸生产方式，其原料来源广泛而低廉，同时相对化学合成更具有环境友好性，被认为最符合采用非粮食生产乳酸理念的炼制方式。当前的技术实现其工业化还有很大差距，因此研究致力于降低炼制成本。生物炼制乳酸面临前所未有的机遇和挑战，整合生物炼制各过程、全面利用生物质材料以及经济炼制是应对挑战的方法。

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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.

木质素纤维篇3

关键词：植物纤维;预处理;降解

收稿日期：20120320

作者简介：刘昌华（1984—），男，江西莲花人,昆明理工大学硕士研究生。

通讯作者：孙可伟（1945—）,男,上海人,教授,博士生导师,主要从事环境材料、固体废弃物资源化的研究与教学工作。中图分类号：TQ314文献标识码：A文章编号：16749944(2012)05005303

1引言

随着社会的进步与发展,对石油的需求量大增,使得能源需求矛盾激化,石油的价格激增,而且由于化石能源的不可再生性,迫切需要开发新的能源来替代。作为生物质能的重要组成部分,植物纤维由于其所拥有的可再生性、来源广泛、价格低廉的特点,使其开发利用成为化石能源的理想替代品原料。

植物纤维中的纤维素等成分是当今世界上最丰富的可再生高聚物,是植物通过光合作用而合成得到的,广泛存在于大自然中,每年植物经光合作用产生的物质达上千亿吨,其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10~20倍,远超每年的石油产量,但目前的利用率还不到3%［1］。当前植物纤维的利用的主要瓶颈在于植物纤维的预处理技术和降解工艺的优化。

2植物纤维的特性

植物纤维是构成天然植物的重要组成部分,植物纤维中蕴含的能量属于生物质能,是一种可再生能源,同时也是唯一一种可再生的碳源。纤维素工业主要的纤维素原料是棉花、木材、禾草类植物和韧皮类植物等［2］。

(1)植物纤维是由细胞壁包裹着的空心腔体。植物纤维是由细胞壁组成,细胞壁上的主要化学成分就是纤维素。植物细胞之间有纹孔对,纹孔是植物把水分、养料以及通过叶绿素进行光合作用后的产物不间断地输送到需要的部位的通道［3］。可以认为一根成熟植物纤维就是一个由细胞壁包裹着由其上的纹孔对与其它纤维连同的空心腔体。

(2)植物纤维的主要成分之间互相缠结在一起。根据纤维素化学的观点可知,植物纤维的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素［3］。由于纤维素、半纤维素和木质素都存在大量氢键,使植物纤维中的纤维素被木质素和半木质素以及果胶等牢固的粘接在一起,木质素和半木质素将纤维素包覆在其编织的复杂网络中,溶剂不能顺利的浸入到植物纤维内部,与纤维素、半纤维素和木质素的有效接触面积有限。

(3)植物纤维的主要成分的反应活性不一。纤维素是由葡萄糖单元通过β-1,4糖苷键连接而成的线性高分子化合物。纤维素分子上含有大量的苷羟基和仲醇羟基,这为纤维素的降解提供了可能;纤维素分子内和纤维素分子之间都存在氢键结合,纤维素分子链中有一部分是以结晶形式存在的,是纤维素Ⅰ型,结晶的存在增加了纤维素降解的难度［4］。

半纤维素是植物纤维中除了纤维素和果胶之外的全部碳水化合物,是在植物细胞壁中与纤维素共生、可溶于碱溶液,在酸性溶剂中的溶解度远大于纤维素的那部分多糖［5］。半纤维素具有亲水性能,容易润胀,可赋予纤维弹性。

木质素是有苯丙烷类结构单元组成的复杂化合物,具有使细胞相连的作用,主要存在于木质化植物的细胞中,具有使细胞相连的作用,在植物组织中具有增强细胞壁及黏合纤维的作用,强化植物组织,在酸性溶剂中难以水解较易溶于碱液的相对分子质量较高的物质。其化学结构中共有3种基本结构,即愈创木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构［6］。

3植物纤维的分解

通过以上分析可知,细胞壁的存在严重制约了植物纤维的降解效率,因此,为了提高植物纤维的降解效率,有效利用植物纤维,就需要对植物纤维进行预处理。植物纤维的分解主要可以分为预处理和降解两个过程。

3.1植物纤维预处理方法

植物纤维的预处理主要作用就是对细胞壁包覆结构的破坏,同时降低纤维素、半纤维素以及木质素之间的结合力,增加其与降解过程中的化学试剂或者微生物以及酶的接触面积,从而达到增大其降解效率的目的。根据不同的预处理手段,可以将预处理方法分为化学法、物理法和生物法。

3.1.1化学法

(1)臭氧法。臭氧法是利用臭氧将植物纤维原料中的木质素和半纤维素氧化分解成小分子。小分子产物有利于生物降解中的微生物繁殖,处理剩余产物相对较纯,便于利用;不过臭氧的能耗较高,需防止泄露。

（2）酸处理。酸处理就是将纤维素原料用稀酸在106~110℃条件下处理几个小时,处理后半纤维素水解成单糖进入水溶液,木质素量不变,纤维素聚合度下降。由于半纤维素的主要组成是木糖,因此稀酸处理所得产物主要含有木糖。

(3)碱处理。碱处理是指用热的或者冷的碱液(NaOH或液氨)对纤维素原料的处理。通过对植物纤维的特点分析可知,碱处理可以有效降低植物纤维中的半纤维素和木质素,并部分降解纤维素。

化学法能较为明显地提高植物纤维的反应活性,提高降解效率;但由于其处理过程中使用化学试剂,对设备防腐要求较高,并且脱除了植物纤维中的一部分组成,不利于材料的充分利用,酸碱的加入使其预处理产物的进一步降解方法受到了限制,只适合于化学法降解。

3.1.2物理法

物理预处理法包括机械粉碎、微波、超声波、高能辐射、汽爆等方法。

机械粉碎是指通过机械方法(如球磨、振动磨等)将植物纤维原料进行粉碎处理。通过机械能使植物纤维发生断裂,并使纤维素与木质素之间的结合变弱,乃至分离。

超声波、高能辐射等方法是通过超声波或者高能射线辐射对植物纤维进行处理,使纤维素分子中的氢键得到破坏,有效降低纤维素的结晶度,同时使纤维素、半纤维素以及木质素之间的结合力下降,变成松散的结构。

微波法、汽爆法等是指在微波或者高温高压的条件下使植物纤维细胞壁内的水分汽化［7］,并与细胞壁内的空气形成高压冲出细胞壁上的纹孔对,由于纹孔对的微细,来不及瞬间完全释放,造成细胞壁的爆裂,使纤维素、半纤维素以及木质素之间的连结变得疏松,降低纤维素的结晶度。

物理处理方法处理过程中不会造成原料损失,通常不用添加其他化学试剂,对环境没有污染,处理后产物能适用于各种降解方法;但物理处理方法也存在能耗高、设备费用高等缺点。

3.1.3生物法

生物法是通过白腐菌等微生物对植物纤维进行预处理,经过处理后,通常植物纤维中的木质素得到有效降解,同时纤维素和半纤维素也得到不同程度的降解［8］。纤维素酶水解工艺中几个关键的问题包括酶的解吸附、不同酶的协同作用、酶的产物抑制的消除、高产纤维素酶的菌种选育和高活力与热稳定性酶的生产及酶水解工艺,这些都是未来的研究重点。

生物处理法具有能耗低、条件温和等优点;但由于微生物的作用周期长,造成生产周期长,不利于实现工业化生产。

3.2植物纤维的降解方法

植物纤维降解的方法主要有生物降解、化学降解等。

3.2.1生物降解

植物纤维的生物降解主要是微生物在酶的作用下的降解［7］。产物可用作燃料以替代传统燃料,植物纤维的生物降解主要包括微生物种类和相应酶的筛选。

植物纤维中纤维素的生物降解大部分都是微生物作用的结果,主要降解途径为基于水解酶的作用,大多为内葡聚糖酶或外葡聚糖酶或类似的酶,主要有外切酶、内切酶和β-糖苷酶,有些酶可能也会裂解成不同种类的多聚碳氢化合物。降解纤维素的主要参与者是纤维素酶类型的水解酶复合物。这些酶主要由真菌形成。半纤维素的降解酶的种类主要有木聚糖酶、甘露聚糖酶、阿拉伯聚糖酶、阿拉伯半乳糖酶和木葡聚糖酶等多种酶,参与木质素降解有关的酶主要有木植物过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶等。

生物法即酶水解由于其降解过程中不产生任何污染物,具有绿色环保的特点,被认为是很有前景的降解工艺。生物法水解中催化水解纤维素生成葡萄糖需要多种水解酶。酶解糖化工艺中酶的消耗量大,而纤维素酶的合成需要不溶性纤维素诱导,生产周期长,生产效率低。

3.2.2化学降解

植物纤维化学降解是指植物纤维在化学溶剂、催化剂等的存在下在一定温度、压力下降解为液态材料的降解方法,植物纤维的降解主要分为高压降解和常压降解两种。

(1)植物纤维高压降解技术是指在溶剂的存在下,反应条件为:温度200~400℃、压力为5~25 MPa的条件下降解2min至数小时的工艺［9］。其中包括超临界降解,超临界降解技术是用超临界流体(苯酚、水、酒精等)降解植物纤维,使其降解成低分子化合物的工艺。高压降解具有反应迅速,反应容易控制等优点;但对设备要求较高,而且能耗高,限制了其工业应用。

(2)植物纤维常压降解是在降解剂(通常包括溶剂和催化剂)中,在常压条件下使植物纤维降低分子量,使之与降解剂反应转化为分子量分布广泛的液态混合物的过程。常压降解具有反应条件温和、设备简单的特点。

影响植物纤维常压降解效率的因素包括反应条件(温度、时间)、降解剂的选择(种类以及用量)［10~15］。目前各种实验常用的降解溶剂主要有苯酚、环碳酸盐和多元醇等,但各自存在不同的问题,如环碳酸盐具有成本高、回收困难等缺点,苯酚具有毒气大、回收困难等缺点。相对而言多元醇是较为可靠的降解溶剂。常压降解过程通常使用的催化剂是强酸,对生产设备的腐蚀性较高,增加了生产成本。

4结语

目前世界各国对植物纤维的降解做了大量研究,其降解机理已经研究得较为成熟。通过分析植物纤维的特点,根据需要以及用途采用合适的降解方法,并相对应的选择适合的预处理方法,有助于改变当前植物纤维低利用率的现状,有利于提高植物纤维的高附加值利用。

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木质素纤维篇4

关键词：菌剂；玉米芯；发酵；纤维素降解；酶活性；影响

中图分类号：Q815 文献标识码：A 文章编号：1001-3547（2014）22-0048-05

育苗基质是能为幼苗提供稳定协调的水、气、肥、结构的生长介质，是无土育苗的重要组成部分。大量被抛弃或燃烧的废弃物经过一定加工处理后可作为良好的环保型无土栽培有机基质。近年来，科研工作者利用各种农业副产有机物及某些废弃物研制合成了成本低、资源丰富、可再生的环保型无土栽培有机基质，在各园艺作物上栽培应用效果良好。

目前有机废弃物的有效利用主要通进行高温好氧堆肥化处理，使堆肥原料中的不稳定有机物形成性质稳定、对农作物无害的堆肥产品。但堆肥速度与质量依基质种类、发酵条件（发酵微生物、基质C/N比、含水、氧量等）而不同，其中微生物菌剂与菌种的选择是关系堆肥速度与质量的重要因素。

传统秸秆堆肥通常都是采用改善环境条件或增加营养的方法，往往存在发酵时间长、有臭味且肥效低等问题[1，2]，而且作物秸秆中含有大量成分复杂、难以被充分利用或被大多数微生物直接作为碳源物质而转化利用的木质纤维素[3]。在发酵过程中，降解由易到难依次为：粗脂肪和碳水化合物>纤维素和半纤维素>木质素。如何提高它们的分解速率、缩短发酵周期、提高降解率、得到稳定的发酵产物是目前研究的难点；木质纤维素的生物降解成为生物技术处理作物秸秆的关键，也是近年的研究重点。

目前研究表明[4～6]，采用接种微生物菌剂或有效菌种处理秸秆堆肥，明显地促进了堆肥反应进程。陈华癸[7]教授曾指出，在堆肥过程中，进行人为接种分解有机物能力强的微生物，可加速堆肥材料的腐熟，且形成利于消灭某些病原体、虫卵和杂草种子的高温。秸秆堆肥发酵过程中，目前有采用单一菌株作为发酵剂的方法，也有采用高效复合菌剂作为发酵剂。此外，在堆肥发酵过程中加入木质素分解菌以促进木质素这类难降解有机物质的分解，可有效缩短发酵时间，提高堆肥处理效果。

玉米芯是玉米的副产品，新疆地区玉米资源丰富，每年经过脱粒下的玉米芯，倘若经过腐熟堆肥化作用后作为无土栽培基质，对资源的综合利用和地方经济的发展有很大的促进作用。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2013年3月5日至12月10日在石河子大学农学院试验站设施温室内进行。以玉米芯为材料。试验采用的3种市售微生物菌剂分别是：EM酵素菌（购于河南磐龙酵素菌生物工程有限公司）；有机物料腐熟剂（购于北京世纪阿姆斯生物技术有限公司）；金宝贝菌剂（购于北京华夏康源科技有限公司）。

1.2 试验方法与处理

试验采用堆肥化腐熟处理，堆置前将玉米芯粉碎至0.3～0.5 cm，玉米芯添加羊粪、尿素以及水等配料，调配至适宜的C/N比（30∶1）及控制总物料含水量为50%～60%，将预培养的菌剂均匀地与玉米芯基质充分混合。试验共设置4个处理，详见表1，以不添加发酵菌剂的处理为对照（CK）。随机区组设计，重复3次。堆体体积约直径1.5 m，高0.8 m，堆体上覆盖塑料薄膜进行发酵。堆肥发酵期间每天14：00观察堆体温度，待堆体温度达到65℃左右时，及时翻堆并调整水分含量在50%～60%。在试验期间共取样4次，依次为发酵后0，10，20，30 d，取各处理堆体中心部位处基质100 g作为样品，带回实验室使其自行风干后进行理化性质的测定。待堆体温度与环境温度基本一致、发酵物料变成深褐色、无恶臭味时结束。

1.3 测定内容及方法

①纤维素、半纤维素、木质素含量的测定 发酵结束后取发酵样品烘干至恒重，参考贺明娟等[8]的方法分析其中纤维素、半纤维素、木质素的含量，结合初始发酵物料中各纤维类组分的含量，分别计算纤维素、半纤维素和木质素的降解率。

②酶液提取 隔5 d取2.0 g发酵的固体基质，用12 mL双蒸水于4°C浸提甘草渣固体培养物过夜，200 r/min振荡提取1 h，转移提取液；再用

4 mL双蒸水，于200 r/min振荡提取15 min，重复一次，完全转移、合并提取液，4°C保存待测酶活性。

③酶活性测定 a.木质素过氧化物酶（LiP）活力测定。取0.2 mL藜芦醇溶液（10 mmol/L）、0.4 mL酒石酸缓冲液（250 mmol/L，pH值3.0）与0.4 mL粗酶液混匀，即得1 mL反应液。在30℃下，往此反应液中加20 μL H2O2溶液（20 mmol/L）启动酶促反应，并在310 nm波长下测定反应1 min前后的反应液吸光度变化。一个酶活力单位（U）定义为每1 min氧化藜芦醇产生1 μmol藜芦醛所需的酶量。

b.漆酶（Lac）活力的测定。采用ABTS 法，反应液在30℃保温3 min ，后在波长420 nm 处测定吸光值的增加。将在100℃煮沸15 min 的酶液作为阴性对照。酶活力单位定义为反应体系中每1 min引起0.1个吸光度增加所需的酶量。

c.纤维素酶（FP）活力的测定。取0.5 mL的酶液，加入1 mL 1% CMC-Na溶液，混匀，50℃水浴15 min，加入2 mL DNS 煮沸10 min，流水冷却，加蒸馏水定容至10 mL，混匀，测OD540值。对照：在0.5 mL稀释酶液加入1 mL 1% CMC-Na溶液，再加入2 mL DNS煮沸10 min，流水冷却，加蒸馏水定容至10 mL，混匀，测OD540值。酶活力定义为每1 min产生1 μmol的葡萄糖的酶量为一个酶活力单位。

d.羟甲基纤维素酶（CMC）、木聚糖酶活性测定。采用DNS法。

1.4 数据处理

数据取平均值，采用 Excel 2003和DPS 7.5软件进行处理，并进行Duncan's多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同菌种处理下玉米芯基质发酵过程中纤维素、半纤维素降解率的变化

①纤维素降解率 由图1可知，经过30 d的发酵培养，3种不同菌种处理下的玉米芯基质发酵过程中的纤维素均有不同程度降解。在发酵10 d测得，T1、T2和T3的纤维素降解率为12.3%、15.8%和15.4%，分别比对照的12.1%高1.7%、30.6%

和25.6%，T2和T3与对照相比差异显著。在发酵20 d测得，T1、T2和T3的纤维素降解率为26.6%、25.7%和23.7%，分别比对照的18.6%高43.0%、38.2%和37.6%，T1、T2和T3与对照相比差异显著，T1和T2之间无显著差异。在发酵30 d测得，T1、T2和T3的纤维素降解率为44.4%、34.4%和36.3%，分别比对照的24.9%高78.30%、38.2%和45.8%，T1、T2和T3与对照相比差异显著，T2和T3之间无显著差异。说明3种菌种处理可有效地提高玉米芯基质的纤维素降解率，T1效果最佳。

②半纤维素降解率 从图2可看出，半纤维素随发酵时间的延长降解趋势与纤维素一致。经过30 d的发酵培养，3种不同菌种处理下的玉米芯基质发酵过程中的半纤维素均有不同程度的降解。在发酵10 d测得，T1、T2和T3的半纤维素降解率为24.3%、20.0%和23.1%，分别比对照的13.8%高76.1%、44.9%和67.4%，T1、T2和T3与对照相比差异显著，T1和T3间无显著差异，但与T2差异显著。在发酵20 d测得，T1、T2和T3的半纤维素降解率为35.3%、28.5%和34.5%，分别比对照的23.3%高51.5%、22.3%和48.1%，T1、T2和T3与对照相比差异显著，T1和T3之间无显著差异，但与T2差异显著。在发酵30 d测得，T1、T2和T3的半纤维素降解率为48.9%、43.9%和42.1%，分别比对照的35.8%高36.6%、22.6%和17.6%，T1、T2和T3与对照相比差异显著，T2和T3之间无显著差异，但与T1达到显著差异。说明3种菌种处理均可有效提高玉米芯基质的半纤维素降解率，其中T1效果最佳。

2.2 不同菌种处理下玉米芯基质发酵过程中木质素降解率的变化

由图3可知，3种不同菌种处理下的玉米芯基质发酵过程中的木质素均有不同程度的降解。在发酵10 d测得，T1、T2和T3的木质素降解率为12.2%、12.4%和15.9%，分别比对照的11.1%高9.9%、10.9%和43.2%，T1和T2与对照相比无显著差异，T3与对照之间差异显著。在发酵20 d测得，T1、T2和T3的木质素降解率为16.0%、18.3%和25.1%，分别比对照的15.2%高5.3%、20.4%和65.1%，T1与对照相比无明显差异，T1、T2和T3之间差异显著。在发酵30 d测得，T1、T2和T3的木质素降解率为25.1%、24.6%和29.5%，分别比对照的19.6%高28.1%、25.5%和50.5%，T1、T2和T3与对照相比差异显著，T1、T2和T3之间差异显著。说明3种菌种处理均可有效提高玉米芯基质的木质素降解率，其中T3效果最佳，T1次之。

2.3 不同菌种处理下玉米芯基质发酵过程中纤维素降解酶活性的变化

①纤维素酶 从图4可以看出，纤维素酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～10 d的时间，随着发酵天数的增加，纤维素酶活性逐渐增强，在发酵10 d后测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的纤维素酶活性均高于对照，T1活性最强，与对照相比提高36.1%，与其他各处理之间差异明显，且T1的纤维素酶活性在发酵10 d时表现为峰值，为7.2 U/L，其他各处理均在20 d时出现峰值，之后随着发酵时间的延长，纤维素酶活性开始缓慢降低，发酵

30 d测得各处理之间无明显差异。

②羟甲基纤维素酶 从图5可以看出，羟甲基纤维素酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～10 d，随着发酵天数的增加，羟甲基纤维素酶活性逐渐增强，在发酵10 d后测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的羟甲基纤维素酶活性均高于对照，T1活性最强，与对照相比提高26.3%，与其他各处理之间差异明显。T1和T2的羟甲基纤维素酶活性在发酵10 d时表现为峰值，分别为227.7 U/L和179.6 U/L。T3和CK处理均在20 d时出现峰值，之后随着发酵时间的延长，羟甲基纤维素酶活性开始迅速降低，发酵30 d测得各处理的羟甲基纤维素酶活性表现为最低，各处理之间无明显差异。

2.4 不同菌种处理下玉米芯基质发酵过程中木质素降解酶活性的变化

①木质素过氧化物酶 从图6可以看出，在0～30 d，除对照的木质素过氧化物酶活性变化不明显外，各发酵处理木质素过氧化物酶活性表现先升高后降低的趋势。在0～10 d，随着发酵天数的增加，各处理木质素过氧化物酶活性逐渐增强，在发酵10 d后测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木质素过氧化物酶活性均高于对照，T1、T2和T3分别较对照提高125.4%、50.1%和175.1%。T3活性最强，在发酵20 d后达到峰值，与对照相比提高362.5%，且与其他各处理间差异明显，之后迅速下降，在发酵30 d后测得的木质素过氧化物酶活性仍高于其他各处理，且差异明显，T1和T2与对照之间无明显差异。

②漆酶 如图7所示，在整个试验过程中对照和各处理漆酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～20 d，随着发酵天数的增加，漆酶活性逐渐增强，在0～10 d增加迅速，之后T3的漆酶活性仍保持较高速度的增长，在发酵20 d时CK、T1和T3的漆酶活性均达到最大值，测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的漆酶活性均高于对照，T3活性明显高于CK、 T1和T2。之后随着发酵时间的延长，漆酶活性开始急剧降低，发酵30 d测得T3处理漆酶活性高于其他各处理，但各处理之间无明显差异。

2.5 不同菌种处理下玉米芯基质发酵过程中木聚糖酶活性的变化

从图8中可以看出，木聚糖酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～20 d，随着发酵天数的增加，木聚糖酶活性逐渐增强，在发酵20 d后急剧下降，在试验过程中，测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木聚糖酶活性与对照差异均不明显。且各处理的木聚糖酶活性在发酵20 d时表现为峰值，之后随着发酵时间的延长，木聚糖酶活性开始急剧下降，发酵30 d测得T1的木聚糖酶活性表现为最低。

3 结论与讨论

本试验研究结果表明，不同发酵菌剂处理下，玉米芯中半纤维素的降解率普遍高于纤维素的降解率，说明所用菌种（剂）对半纤维素都具有较强的降解能力，玉米芯中半纤维素比较容易降解。

本研究结果表明，经过30 d的发酵培养，3种不同菌种处理下的玉米芯基质发酵过程中的纤维素均有不同程度的降解，说明3种菌种处理可有效的提高玉米芯基质的纤维素降解率，其中T1效果最佳。同时，3种菌种处理也均可有效地提高玉米芯基质的木质素降解率，其中T3效果最佳，T1次之。研究结果表明，通过利用木质素优良降解菌和纤维素优良降解菌混合发酵降解木质素、纤维素和半纤维素的降解工艺是可行的，有一定的实用性。这种共降解工艺为甘草渣的生物降解提供了一种新途径。同时利用市场上现售菌剂对玉米芯进行降解，也具有一定的实用性，加快了玉米芯发酵进程，缩短了发酵时间。

真菌分解木质素主要是依靠一个复杂的胞外过氧化酶系统。该系统主要由木质素过氧化物酶（Lignin Peroxidase/LiP）、锰过氧化物酶（Manganases Peroxidase/MnP）和漆酶（Laccase/Lac）3种酶构成。白腐菌是少数的能选择性降解木质素的真菌之一，它们通过分泌木质素降解酶系的主要成分等胞外氧化酶来降解木质素。在3种不同处理下的发酵过程中分别取样进行木质素过氧化物酶、漆酶的测定，结果表明，在0～30 d的发酵时间内，除对照的木质素过氧化物酶活性变化不明显外，各发酵处理木质素过氧化物酶活性表现为先升高后降低的趋势；在发酵10 d后测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木质素过氧化物酶活性均高于对照；在整个测定过程中对照和各处理漆酶活性表现先升高后降低的趋势，发酵30 d测得T3处理漆酶活性高于其他各处理，但各处理之间无显著差异。以上结果说明，在玉米芯发酵过程中，金宝贝微生物菌剂能促进基质中木质素过氧化物酶活性和漆酶活性的增强，促进基质腐熟，使有机物料释放大量的养分。

木聚糖是植物细胞的一种主要的结构多糖，是自然界含量位居第2位的多糖，占地球上约1/3的可再生有机碳源，是半纤维素的主要成分，木聚糖酶是一类水解酶，可以将木聚糖降解成低聚木糖和木糖。本研究结果表明，在0～30 d的发酵过程中，木聚糖酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～20 d，随着发酵天数的增加，木聚糖酶活性逐渐增强，在发酵20 d后急剧下降，测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木聚糖酶活性与对照无明显差异。

参考文献

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[6] Vuorinen A H， Saharinen M H. Evolution of microbiological and chemical parameters during manure and straw co-composting in a drum composting system [J]. Agriculture， Ecosystems and Environment， 1997， 66： 19-29.

木质素纤维篇5

节能的

木质素有望成为廉价碳纤维的主要材料

据了解，这项技术经充分试验，可以从竹子、木材、果枝、灌木、芦苇、秸杆等植物中有效地分离提取出纤维素、半纤维素、木质素及各种有机成分，原料利用率极高。该项目延伸技术涉及到纺织、造纸、能源、化工、建材及航空航天、军事等几大领域。该项技术的问世突破了行业一直延用的传统“酸碱法”制浆技术的瓶颈。首先，从源头解决了制浆造纸业“黑液”的排放问题，同时获得了多种高价值副产品，这项技术对当前节能减排、发展低碳循环经济起到了一定的推动作用。

但是由于大量木质素的混入，浆粕质量低，难于漂白，产品不能长期保存，应用范围窄，只能做一些低档次产品，不能实现植物的高使用价值。

该项新技术将植物分离成为纤维素、新型半纤维素、新型高纯度木质素三种成份，其分离步骤先将植物分为综纤素和木质素，综纤素即纸浆，根据需要再将综纤素通过物理法可分为纤维素和半纤维素。

让植物原始材料回收循环利用率100%

据悉，该技术基本上可以使植物原始材料得到100%的利用，而传统化学方法只以提取植物中的综纤维素为目标产品，使得植物原始材料利用率约为植物的30%～40%，很多物质被浪费，包括大部分的木质素，以及少量纤维素和半纤维素均以污染和废弃物处理。传统化学方法提取植物中的综纤维素可利用机械浆能够达到90%以上。

采用此技术提纯的三种成分具有如下特征：纤维素特征是微细纤维或长纤维状态，不同的植物及残余木素显现浅黄色或白色，由于木质素基本脱除属于高质量的纤维素浆，纯度>90%，白度60%～85%ISO，与高级化学浆质量相当，远优于其他的半化学浆和机械浆；新型半纤维素特征是末状固体，浅黄色或白色，成份主要是多缩戊糖，含量>50%，属于新型植物产品，具有广泛用途，目前尚无工业化分离生产植物半纤维素的工艺技术和应用厂家；新型高纯度木质素特征是黑色固体，具有热融性、灰分可小于1%，木质素分子量

从源头上做到零污染、零排放

这项新技术将植物中三大成分纤维素、半纤维素、木质素以及微量的成分，全部分离提取成高价值产品，废料为零，既没有污染排放的源头存在，并且采用封闭式生产，参与植物反应的原料全部回收循环利用，从而实现零污染、零排放。相比传统的制浆造纸工业制取的目标是植物成份中的纤维素，所有的木质素和部分半纤维素，作为废弃物和生产负担，与化学药品混合反应，形成制浆废水，具有高COD、BOD、SS、AOX负荷，在自然界中难降解，对生态造成破坏，环境受到严重的污染，成为污染的主要源头。

在自然界中，木质素的储量仅次于纤维素，而且每年都以500亿吨的速度再生。制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约1.4亿吨纤维素，同时得到5000万吨左右的木质素副产品，但迄今为止，超过95%的木质素仍以“黑液”的形式直接排入江河或浓缩后烧掉，很少得到有效利用。在该项技术延伸研发中，木质素可成为不依赖煤炭和石油为原料而获得的碳纤维材料。该技术产生的碳纤维可以是熔融纺直径5至20微米长丝碳纤维、熔喷直径小于5微米超细碳纤维、静电纺丝直径小于100纳米的碳纤维，其性能可以达到高强度、高模量、高弹性等要求。

新兴的

未来时装将“一扫即成” 第一件3D打印时装真人秀

有人预言称2013年是3D打印年，近日，在纽约时装走秀活动上，第一件条3D打印服装给我们带来了惊喜。

具有“缪斯女神”之称的蒂塔·万提斯在曼哈顿出席一个私人走秀活动时身着一身尼龙网格礼服，这身礼服的设计灵感来源于著名的斐波那契数列，由Michael Schmidt和Francis Bitonti设计收藏。

此设计是全球第一件3D打印礼服。这件礼服由设计师Michael Schmidt和建筑师Francis Bitonti设计，Michael Schmidt特介绍说，这件裙子的骨架是在著名3D打印公司Shapeways用粉状尼龙3D打印出来，再仔细地涂满黑漆，最后镶嵌上约12000颗黑色施华洛世奇水晶，耗时三个月制作完成的。虽然Shapeways公司信誓旦旦用来打印的尼龙粉质地轻薄，但到底是否舒服，也只有看起来是被塞进鸟笼子的万提斯本人清楚了。

Francis Bitonti在介绍自己的设计作品时表示：“3D打印技术已经延伸到各行各业，在时尚界这就意味着你天马行空的设计理念都将会展现在作品上。当万提斯出场时，那礼服就好像具有魔力一般涌动在她周围，但是3D打印服装的设计还有待改进，比如如何调整服装的版型以满足人体曲线，如何做出收紧的效果，网格的设计中如何灵活应用等等。”

Bitonti很久以前就有将3D打印技术与时装相结合的想法。他利用万提斯提供的尺寸设计出了一个3D模型，再根据Schmidt画的草图，用当前最高端的设计软件Maya画出图样，接着运用Rhino软件将2633个独立的环或线相连接，EOS P350激光烧制而成的17个部分手工拼接，才算是大功告成。“这件礼服如果由手工制作，价格不菲。”他表示。但是如今服装设计行业对手工制作的需求还很庞大。

设计师Scott说：“3D打印技术对时尚市场有着极大的影响潜力，这是一个将手工业与时装设计相结合的契机，一旦我们制作的机器能够满足时装制作的要求，人们只需要站在房间里进行3D扫描，一件衣服就做成了。”

新工艺

“透心凉”夏装纤维制造工艺获专利授权

炎炎夏日，酷暑难耐时总会联想到一句冷饮广告词“晶晶亮，透心凉！”。近日，一款“透心凉”超爽凉感保健聚酯纤维制造方法获得专利授权，该面料由上海德福伦化纤有限公司成功研发。

该公司技术人员介绍，该项技术采用无机纳米超爽凉感聚酯母粒与聚酯切片混合，经聚酯纤维生产工艺制作成超爽凉感保健聚酯纤维。该纤维与普通聚酯纤维相比能提高凉爽感20%以上，并赋予产品极佳的防紫外、吸湿排汗、降温、抗菌和保健功能。

木质素纤维篇6

1材料与方法

1.1实验材料原料：均采自湖南常德汉寿县杨木速生基地，9年生的美洲黑杨Populusdeltoides，胸径11.2m以上。树高21m以上，2012年6月采样分析，2013年12月分析检测。蒸汽爆破预处理和菌处理后的杨木由中南林业科技大学生物乙醇研究中心提供。药品：氢氧化钠（分析纯AR），硝酸（AR），95%乙醇（AR），溴酸钾（AR），溴化钾（AR）为国药集团化学试剂有限公司；氯化钠（AR），苯（AR），硫酸（AR），氯化钡（CP），盐酸（AR）株洲市星空化玻有限责任公司；硫代硫酸钠（AR），碘化钾（AR），淀粉（AR），酚酞（AR），甲基橙（AR）天津大茂化学试剂厂。主要仪器：索氏抽提器，糠醛蒸馏装置、量筒、烧杯、抽滤瓶、碱式滴定管、砂芯漏斗、容量瓶、具塞锥形瓶（250/500/1000mL）、烘箱、干燥器，电炉，PB403-N电子天平，郑州长城科工贸有限公司；SHZ-D（III）循环水式真空泵，巩义市子华仪器有限责任公司，高温炉。

1.2实验方法实验各项目分析方法均采用木材化学成分分析国家标准进行[6]。其中纤维素采用硝酸乙醇法测定；半纤维素采用二溴化法测定；木质素采用Klason法测定[7]；氢氧化钠抽出物含量测定所用的NaOH浓度为0.998%；苯醇抽提物含量测定所用苯∶乙醇为2∶1；蛋白质测定方法采用凯氏定氮法测定。

2结果与分析

2.1抽提物木材中的抽出物主要为木材中少量的低分子成分，大部分储存于细胞间隙与细胞腔中，木材中所含抽提物的含量与种类因生长立地条件不同而有所差异。一般而言，冷水抽提物包含单宁、色素、生物碱(主要为它的盐类)，可溶性矿物成分及某些单糖；热水抽提物除含有上述成分外，还包含有淀粉和果胶质；1%NaOH抽提物除包含更多量的热水抽提物的各种成分外，还含有蛋白质、氨基酸、部分半纤维素、木质素的低聚物，以及少量油脂、蜡、树脂和香精油；苯、乙醇抽提物中，主要有树脂、蜡、脂肪、香精油、单宁、色素、部分碳水化合物和微量的木质素[7]。从表1可以看出原木试样的抽提物含量和一般阔叶木中所含结果没有多大区别。如表1所示，经过爆理后的试样抽出物含量均高于原木试样，这说明原木在高温和稀酸处理下组分发生了变化，特别是高分子化合物。如图1，从1%氢氧化钠抽提物的含量比原木提高了近20个百分点，热水抽提物是原木的一倍左右可以看出爆破预处理后半纤维素降解为一些小分子的有机物。而在菌处理的杨木中NaOH抽提物高达到59.7%，这说明细菌将木材中大分子有机物分解成低聚物，因此NaOH抽提物也可以作为判断木材是否腐朽的一个重要指标。从表1可以看出，对菌处理后的试样各抽出物含量均大于其他两项，这是因为菌处理使得大部分纤维素转化为乙醇和分解残留的小分子。菌处理后的木材的抽出物除原木中所含的少量成分外，有木材中的高分子降解后的低聚物，也有菌种在对木材作用后产生的代谢低分子产物以及部分培养菌种所必须的培养基溶液，使1%氢氧化钠抽提物的含量又提高了近20多个百分点。

2.2灰分灰分是树木生长不可缺少的营养成分，原木试样中的灰分为0.66%，属于阔叶材中灰分一般的树种，经爆理后，部分可溶性钾、钠盐灰分溶解在水中，剩下不溶的钙、镁盐类，所以这时的灰分有所降低。菌处理属于生物反应工程，灰分的存在对其会有一定的影响，控制一个适宜的环境对于反应过程至关重要。所以菌处理后的灰分又所增加，这是菌种在进行反应过程中产生了代谢产物以及加入了适宜菌种生存的培养基溶液造成的。

2.3半纤维素与纤维素木材细胞壁主要是由纤维素、半纤维素、木质素组成。纤维素和半纤维素是可供生物乙醇发酵的主要成分。蒸汽爆破预处理利用木材细胞壁组分在165℃会发生热解的原理，从而在高温高压酸性环境下加速这种热解反应，将部分纤维素和大部分半纤维素水解为五碳糖和六碳糖。如图2对比蒸汽爆破前后的半纤维素含量和热水抽提物含量，我们可以看出木材在酸性水蒸气的条件下，经过高温高压（3MPa、200ºC以上）处理使得原细胞壁被破坏，半纤维素基本被热水解，这就使得1%NaOH溶液和苯醇抽提物含量均比原木抽提物显著提高。蒸汽爆破将大量半纤维素水解为较小单元对后期菌处理有所贡献，在较大改变木材原结构的同时对纤维素的水解贡献大，适宜作为生物乙醇生产的预处理步骤。而经过菌处理后，木材的纤维素基本被酶水解，故抽提物含量也大大增加。纤维素的含量在经过蒸汽爆理后略有提高，这是由于蒸汽爆破将大部分半纤维水解并流失到溶液中，使得原料的质量减少而导致纤维素有所提高；而经菌处理后的试样纤维素含量显著降低而半纤维素基本没有减少，说明混合纤维素酶主要酶解的是纤维素。同时，由于随着纤维素酶解含量的降低使得基数变小，导致了酸不溶木素含量的增加。

木质素纤维篇7

一、纤维素成纸的原理

造纸的原料是植物纤维,主要由纤维素构成。纤维素是由葡萄糖分子通过β1,4糖苷键连接而形成的葡聚糖,结构式如图1所示,其中n为聚合度。它不溶于水及一般有机溶剂,在酸中不稳定,在碱中稳定。纤维素分子中含有大量亲水性很强的羟基（图2A）。当植物纤维经提纯并分散于水介质中时,这些羟基发生吸水作用,使纤维润胀（图2B）。当纤维素分子相互靠近时,相邻两个分子中的羟基氧原子通过水桥把水分子拉在一起（图2C）,这就是纸浆用帘子捞出并滤去多余水分后,帘子上所形成湿纸层的内部状态。由于水桥的作用力不强,因此湿纸层的物理强度不大。湿纸层烘干后,纤维素分子间直接形成氢键（图2D）,纤维素分子相互紧密交结,成为具有一定强度的纸张。

二、工业造纸工艺简介

现代工业造纸工艺包括制浆、调制、抄造、加工等主要步骤。

1.制浆

制浆为造纸的第一步,是将木材转变成纸浆,使纤维分离。常用方法有机械制浆法、化学制浆法和半化学制浆法。其中,化学制浆法是用化学药品的水溶液在一定温度和压力下处理植物纤维原料,将原料中的木素和果胶以及油脂、树脂等溶出,并尽可能地保留纤维素和不同程度地保留半纤维素,使原料纤维彼此分离成浆。我国制浆工业主要采用碱法制浆,用碱性化学试剂的水溶液处理植物纤维原料。常用的碱性化学试剂有NaOH以及NaOHNa2S。

2.调制

这是造纸的另一重要步骤,目的是调整产品纸张的强度、色调、印刷性和保存期限,一般可分为散浆 、打浆、施胶与加填等步骤。以打浆为例,其原理是用机械力将纤维细胞壁和纤维束打碎,并将过长的纤维切短,以使纤维素润胀和细纤维化,更多的羟基暴露出来形成氢键,提高纤维的柔软性和可塑性。

3.抄造

这一步骤是使稀的纸料均匀地交织,并脱水,最后得到纸张。将纸浆和辅料分散于水悬浮液中,然后在纸机网上成形,经压榨、干燥而抄成纸的方法称为湿法抄纸。近明出干法抄造工艺,使用胶黏剂将纤维黏结在一起,可以保证成纸的强度。

三、香蕉皮的组成及处理原理

香蕉皮所含主要成分为纤维素（58.5%～76.1%）、半纤维素（28.5%～22.9%）、木质素（4.8%～6.13%）,还有果胶及树脂等。用香蕉皮造纸,利用的是它含有的纤维素,其他非纤维素成分对会对纸的质量产生不良影响,所以都需要除去。碱法蒸煮的主要目的是利用碱性化学试剂尽可能地除去纤维原料中的木质素,半纤维素及果胶也可与碱发生反应,此外树脂、蜡、脂肪等也因发生皂化反应而脱除。下面介绍利用氢氧化钠去除木质素、半纤维素及果胶这三类主要杂质的原理。

1.去除木质素

木质素是由4种醇单体（对香豆醇、松柏醇、5-羟基松柏醇、芥子醇）形成的芳香族高分子聚合物,在无机酸中稳定性高。有时会发生缩聚反应,呈三维网状空间结构。木质素的存在可大大降低纸的强度和寿命,而且它很易氧化形成色素,使纸张老化、变色并发脆。氢氧化钠与木质素作用,使木质素分子链中的氧桥断裂,产生具有酸性的酚羟基,其可形成钠盐,溶于碱液中,从而得以去除。以愈创木基木质素为例,碱处理反应为：

2.去除半纤维素

半纤维素是能溶于稀碱的低分子量聚糖类物质。纸浆中半纤维素的含量增大会降低产品纸的机械强度,但半纤维素在水中的润胀性能好,有利于打浆,所以在工业制浆过程中需适当保留半纤维素。半纤维素可溶于烧碱溶液,比纤维素更易水解,在烧碱溶液中彻底水解后可得到戊糖、己糖以及某些戊糖和己糖的衍生物等。以聚木糖为例,碱处理反应为：

3.去除果胶

果胶是由不同酯化度的半乳糖醛酸以α1,4糖苷键聚合而成的多糖物质,多以难溶性的钙盐、镁盐或酯类形式存在。果胶如不除去,会使纤维粗硬或成束。碱液可使果胶酸的钙盐、镁盐水解为可溶性果胶酸钠盐而除去,也可通过使果胶大分子断裂而除去。以酯类形式存在的果胶为例,其溶于碱的反应为：

四、香蕉皮造纸学生实验方案

1.实验目的

（1）了解造纸工业中碱煮工艺的化学原理。

（2）体验造纸的基本过程,熟悉造纸的基本方法。

（3）学习打浆机的操作方法和金属网的使用技巧。

（4）建立环保意识,体会充分利用资源的重要性。

2.仪器和药品

仪器：家用打浆机（奶昔机）,600目金属筛网,电热烘箱,烧杯,玻璃棒,电热套。

药品：半熟香蕉皮,40%氢氧化钠溶液,pH试纸。

3.实验步骤

（1）切分：取80 g新鲜香蕉皮,切分至尽量小的碎块。

（2）打浆：向香蕉皮碎块中加入水,至刚好浸没过碎块。用打浆机打浆3～5 min,至呈可缓慢流动的浆液状。

（3）碱煮：将浆液与浓度为40%的氢氧化钠溶液等体积混合,加热煮沸90 min以上。

（4）过滤：用600目金属筛网（大于100目即可）过滤,所得不溶物质的主要成分即为纤维素。

（5）洗涤：用清水冲洗金属筛网中的纤维,至纤维的pH为中性。

（6）浸润：将洗涤后的纤维连同筛网在清水中浸泡8～10 min,使纤维润胀并洗去残余的金属离子。

（7）上网：将浸润后的纤维浆液摇匀,使其均匀地平铺在金属筛网上,厚度以可完全覆盖住金属筛网的网眼为宜。注意厚度不宜过小,否则不能成片。也不易过大,否则较难干燥。

（8）干燥：将平铺均匀的纤维浆液置于电热培养烘箱中,50℃下干燥60～70 min,即得到纸片。

4．说明

（1）笔者根据已有的工业制纸方法及可食性膳食纤维纸的制备方法反复进行实验,摸索药品试剂的用量、每个实验步骤所需的时间及其他实验条件,最后总结出以上利用香蕉皮制纸的简易实验方案。

（2）本法制得的香蕉纤维纸呈浅灰色,基本具备了纸张的功能,可折叠而不断裂,可流畅地在上面书写。但书写力度过大会导致纸张破裂,用力拉扯也可使其断裂。

（3）提高产品纸张质量的方法

① 去除表面残留的胶质

可在碱煮之前采用果胶酶预先去除果胶：将果胶酶与香蕉皮浆液以1:10的比例混合,在pH为7,温度为55℃的条件下水浴加热1 h。

② 提高白度

提高碱液浓度,延长碱煮时间,可提高白度。也可以在碱煮后向浆液中加入次氯酸钠进行漂白。

③提高柔软度和强度

打浆时使浆液尽量细,可提高柔软度。控制适宜的干燥时间,时间太短干燥不充分,不能成纸。而时间过长纸张含水量会过低,强度较差,柔软度也差。可加入增强剂提高强度,如加入聚丙烯酰胺和改性三聚氰胺甲醛树脂。

参考文献

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[5] 王拓一.可食性果蔬膳食纤维纸的制备方法[P].专利号200810136829

木质素纤维篇8

2.细菌纤维素及其酯化产物与聚乳酸的复合材料的制备与表征徐田军，冯玉红，庞素娟，XUTian-jun，FENGYu-hong，PANGSu-juan

3.国产棉浆粕的性能表征及制备二醋酸纤维素的研究马晓龙，乐保祥，沈琳，彭为骏，张杰，MAXiao-long，LEBao-xiang，SHENLin，PENGWei-jun，ZHANGJie

4.MWCNTs含量对纤维素/[BMIM]Cl溶液及其纤维性能和形态结构的影响陈桃，蔡涛，张慧慧，邵惠丽，胡学超，CHENTao，CAITao，ZHANGHui-hui，SHAOHui-li，HUXue-chao

5.工业大麻秆的显微构造和纤维形态研究李晓平，陈冲，LIXiao-ping，CHENChong

6.棉秆皮脱胶工艺比较研究张胜靖，孙建磊，李龙，ZHANGSheng-jing，SUNJian-lei，LILong

7.大孔球形纤维素阴离子交换树脂PSC-AN的制备及表征曾淼，ZENGMiao

8.麦草亚铵法氧脱木素浆的短流程漂白马柯，曹云峰，MAKe，CAOYun-feng

9.SFP-AQ法预处理麦秸秆酶解葡萄糖得率的变化规律王艳丽，曹云峰，杨洋，WANGYan-li，CAOYun-feng，YANGYang

10.农业秸秆半纤维素分离及纯化技术研究进展任俊莉，彭锋，彭新文，孙润仓，PENJun-li，PENGFeng，PENGXin-wen，SUNRun-cang

11.农作物秸秆用于制备活性炭的研究进展郑秋生，李龙，胡雪玉，ZHENGQiu-sheng，LILong，HUXue-yu

12.透明纳米纤维纸的性能与制备方法邓瑜，白玮，何潇，沈青，DENGYu，BAIWei，HEXiao，SHENQing

1.自水解预处理对稻草化学成分及酶解性能的影响荆磊，金永灿，张厚民，韩强，HasanJameel，RichardPhillips，JINGLei，JINYong-can，CHANGHou-min，HANQiang，HasanJameel，RichardPhillips

2.酶解木质素环氧树脂/蒙脱土复合材料的制备及表征高仁金，陈云平，程贤甦，GAORen-jin，CHENYun-ping，CHENGXian-su

3.毛竹多元醇液化及液化产物的分析张金萍，杜孟浩，王敬文，黄素梅，ZHANGJin-ping，DUMeng-hao，WANGJing-wen，HUANGSu-mei

4.溶剂对醋酸纤维素静电纺丝可纺性的影响周伟涛，邵秋娟，何建新，崔世忠，高卫东，ZHOUWei-tao，SHAOQiu-juan，HEJian-xin，CUIShi-zhong，GAOWei-dong

5.丝素/羧甲基壳聚糖共混膜的结构与性能王延伟，张弦，王艳，何建新，WANGYan-wei，ZHANGXian，WANGYan，HEJian-xin

6.纤维素/壳聚糖复合膜的制备及结构表征马浩，郑长青，李毅群，MAHao，ZHENGChang-qing，LIYi-qun

7.用反应量热仪研究棉短绒纤维素的乙酰化反应梁银春，马晓龙，陈昀，黄玉庆，曹建华，张杰，LIANGYin-chun，MAXiao-long，CHENYun，HUANGYu-qing，CAOJian-hua，ZHANGJie

8.枫香树材硫酸盐制浆工艺技术研究刘祝兰，曹云峰，杨益琴，熊林根，LIUZhu-lan，CAOYun-feng，YANGYi-qin，XIONGLin-gen

9.SFP-AQ法预处理麦秸秆对酶解还原糖得率的影响王艳丽，曹云峰，杨洋，WANGYan-li，CAOYun-feng，YANGYang

10.木质素在环氧树脂合成中的应用进展冯攀，谌凡更，FENGPan，CHENFan-geng

11.纤维素功能化研究的新进展Ⅲ.纤维素的功能化方法功靓，卓小龙，沈青，GONGLiang，ZHUOXiao-long，SHENQing

12.壳聚糖的自由基聚合修饰改性徐伟男，沈青，XUWei-nan，SHENQing

1.SO_4~(2-)/ZrO_2固体酸催化氧化降解木质素的因素分析陈云平，方润，杨平，程贤甦，CHENYun-ping，FANGRun，YANGPing，CHENGXian-su

2.新型纤维素螯合吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附研究黄金阳，刘明华，HUANGJin-yang，LIUMing-hua

3.表面活性剂对球形纤维素珠体得率的影响黄统琳，田晨，刘以凡，刘明华，HUANGTong-lin，TIANChen，LIUYi-fan，LIUMing-hua

4.高黏羟丙基甲基纤维素的黏度测试方法研究赵明，王霞，徐原，邵自强，ZHAOMing，WANGXia，XUYuan，SHAOZi-qiang

5.金属离子助催化稀酸水解纤维素工艺的研究蒋崇文，肖豪，邓慧东，张煜，饶猛，JIANGChong-wen，XIAOHao，DENGHui-dong，ZHANGYu，RAOMeng

6.磺化木质素水溶液的流变行为周洪峰，周天(韚)，董金桥，沈青，ZHOUHong-feng，ZHOUTian-wei，DONGJin-qiao，SHENQing

7.聚电解质的层层自组装模型及参数探讨秦瑞娟，杜聪，马骁，何潇，沈青，QINRui-Juan，DUCong，MAXiao，HEXiao，SHENQing

8.固定化黄孢原毛平革菌生产乙二醛氧化酶的研究张旭初，张朝晖，ZHANGXu-chu，ZHANGZhao-hui

9.麦草亚铵法氧脱木素浆蒽醌强化次氯酸盐漂白马柯，曹云峰，杨洋，刘祝兰，熊林根，MAKe，CAOYun-feng，YANGYang，LIUZhu-lan，XIONGLin-gen

10.木质生物材料液化的研究现状及应用李晓平，黄润州，杨骁丽，LIXiao-ping，HUANGRun-zhou，YANGXiao-li

11.生物质热解液化的研究进展贺心燕，HEXin-yan

12.《纤维素科学与技术》征稿启事

13.纤维素功能化研究的新进展Ⅱ.纤维素功能化的新型溶剂功靓，卓小龙，沈青，GONGLiang，ZHUOXiao-long，SHENQing

1.交联处理对Lyocell纤维抗原纤化性能的影响魏孟媛，张忆华，杨革生，邵惠丽，WEIMeng-yuan，ZHANGYi-hua，YANGGe-sheng，SHAOHui-li

2.环氧小麦秸杆纤维素球的制备及表征冯利，陈中兰，王成，张涛，FENGLi，CHENZhong-lan，WANGCheng，ZHANGTao

3.氯化酶解木质素的合成与性能研究刘鑫秀，郑明凤，廖毅坚，程贤甦，LIUXin-xiu，ZHENGMing-feng，LIAOYi-jian，CHENGXian-su

4.响应面分析法优化木材微波液化的工艺研究冯国东，周永红，郭晓昕，胡立红，FENGGuo-dong，ZHOUYong-hong，GUOXiao-xin，HULi-hong

5.PAC在国内外不同石油公司标准下的对比实验研究赵明，邵自强，廖兵，ZHAOMing，SHAOZi-qiang，LIAOBing

6.X射线衍射法分析棉秆皮纤维结晶结构李龙，盛冠忠，LILong，SHENGGuan-zhong

7.细菌纤维素吸附人体内毒素的研究周浩，孙东平，朱春林，许春元，ZHOUHao，SUNDong-ping，ZHUChun-Lin，XUChun-yuan

8.毛泡桐(原变种)内桐皮的化学成分司传领，吴磊，许杰，朱振元，BAEYoung-soo，SIChuan-ling，WULei，XUJie，ZHUZhen-yuan，BAEYoung-soo

9.分子模拟在纤维素研究中的应用进展徐田军，冯玉红，庞素娟，XUTian-jun，FENGYu-hong，PANGSu-juan

10.纤维素氨基甲酸酯的合成研究进展刘雁红，赵琤，刘常金，郑焕兰，杨婷，LIUYan-hong，ZHAOCheng，LIUChang-jin，ZHENGHuan-lan，YANGTing

11.纤维素功能化研究的新进展I.氧化功能化改性功靓，卓小龙，沈青，GONGLiang，ZHUOXiao-long，SHENQing

1.竹粉苯酚液化工艺优化及产物结构表征张金萍，杜孟浩，王敬文，黄素梅，ZHANGJin-ping，DUMeng-hao，WANGJing-wen，HUANGSu-mei

2.高压均质化处理对微纤化纤维素性质的影响张俊华，宋海农，林鹿，刘新亮，ZHANGJun-hua，SONGHai-nong，LINLu，LIUXin-liang

3.棉纤维在LiCl/DMAc极性溶液中的溶解性能研究陈一，包永忠，黄志明，CHENYi，BAOYong-zhong，HUANGZhi-ming

4.版纳甜龙竹蛀粉扫描电镜观测及主成分分析孙世中，官会林，白莹，李俊俊，龚力波，高天荣，SUNShi-zhong，GUANHui-lin，BAIYing，LIJun-jun，GONGLi-bo，GAOTian-rong

5.牛粪中高温纤维素降解菌的性能研究周望平，肖兵南，邱美珍，杨俊，何芳，邹德松，ZHOUWang-ping，XIAOBing-nan，QIUMei-zhen，YANGJun，HEFang，ZOUDe-song

6.蓖麻秆纤维形态的统计分析李晓平，周定国，LIXiao-ping，ZHOUDing-gou

7.预处理方法对玉米秸秆利用的影响张荫雷，李莉，戴天纭，李蕴，马中良，ZHANGYin-lei，LILi，DAITian-yun，LIYun，MAZhong-liang

8.木质素筛余物对物料黏度及聚氨酯合成革剥离强度的影响李燕杰，LIYan-jie

9.壳聚糖的化学改性(Ⅱ)刘光华，赵旭升，干建群，LIUGuang-hua，ZHAOXu-sheng，GANJian-qun

10.纤维素接枝反应的研究进展杨扬，康燕，蔡志楠，隋晓锋，袁金颖，YANGYang，KANGYan，CAIZhi-nan，SUIXiao-feng，YUANJin-ying

11.纤维素氧化体系的研究进展李琳，赵帅，胡红旗，LILin，ZHAOShuai，HUHong-qi

12.β-葡萄糖苷酶发酵技术的进展唐开宇，张全，佟明友，TANGKai-yu，ZHANGQuan，TONGMing-you

13.秸秆预处理的最新研究进展马英辉，王联结，MAYing-hui，WANGLian-jie

1.木质素基聚酯型环氧树脂的制备及表征陈为健，程贤甦，方润，CHENWei-jian，CHENGXian-su，FANGRun

2.木质素酚醛树脂碳纤维的制备及表征张涛，沈青，ZHANGTao，SHENGQing

3.白腐菌Coriolusversicolor的培养及产漆酶条件的研究吴香波，谢益民，冯晓静，WUXiangbo，XIEYi-min，FENGXiao-jing

4.降解秸秆的纤维素酶产生菌的筛选及产酶条件研究武峥，张迎君，周心智，WUZheng，ZHANGYing-jun，ZHOUXin-zhi

5.β-O-4木素模型物的合成与鉴定邓日灵，周学飞，DENGRi-ling，ZHOUXue-fei

6.蔗渣纤维素氨基甲酸酯的合成蒋福宾，杨正业，王颖，曾华辉，李俊杰，宋宝玲，JIANGFu-bin，YANGZheng-ye，WANGYing，ZENGHua-hui，LIJun-jie，SONGBao-ling

7.捏合法与淤浆法生产的PAC抗滤失性能的比较赵明，邵自强，廖兵，ZHAOMing，SHAOZi-qiang，LIAOBing

8.杨木屑硫酸水解的研究刘天成，卫民，蒋剑春，LIUTian-cheng，WEIMin，JIANGJian-chun

9.壳聚糖的化学改性(Ⅰ)赵旭升，刘光华，干建群，ZHAOXu-sheng，LIUGuang-hua，GANJian-qun

10.半纤维素改性制备膜材料刘光华，干建群，赵旭升，LIUGuang-hua，GANJian-qun，ZHAOXu-sheng

木质素纤维篇9

1浆料纤维形态测量非偏振光法与偏振光法的标准比较

ISO16065-1:2001［1］建议采用偏振光法进行纸浆纤维长度的测量，这种方法应用较久，技术较成熟。而ISO16065-2:2007［3］则建议采用非偏振光法进行测量，这种方法属于较新的测量手段，代表一种发展趋势。

(1)ISO16065-1:2001［1］纸浆-利用自动光学分析测定纤维长度第1部分:偏振光法。其测试原理是:悬浮在水中的纤维，流经一个纤维定向室(FOC)，使纤维作定向排列。每根纤维的投影长度便自动地被测量出来。用一组正交偏光镜来区分纤维及纤维以外的物质，如气泡，气泡不能使偏转面旋转。于是纤维的数量平均长度和质量平均长度以及长度分布便可计算出来。标准中对正交偏光镜的定义是:一对偏光镜安装在光路上，一个偏光镜的偏振方向与另一个的偏振方向互为直角。这样光线就不能从一个偏光镜直接透过另一个偏光镜。对双折射的定义是:某些物质的性质，例如纤维素纤维，具有晶体结构，能使光线的折射指数随偏振光方向而改变。旋转一束普通偏振光的偏振方向，将会导致光线透过该物质后进一步透过正交偏光镜。标准中对纤维分析仪的规定是:由测量部和样品输送系统组成。测量部由一个FOC组成，悬浮在液体中的纤维从此流过。在FOC的一边有一个照度均匀的光源，而在对边为一个光敏器阵列。在FOC的两边还装有正交的偏振光滤光片，装在光源与光敏器阵列之间。光敏器阵列从纤维图像光中可以探测到纤维长度，因为纤维所产生的双折射光能透过第2个偏光镜，图像的长度就是纤维的长度。水流使纤维在一个平面槽或一个管道里定向流动，平面槽厚度或管道直径在光路方向应不大于0.5mm，以保证不会有两根纤维在瞬间同时流过定向室。分析仪的分辨能力应等于或优于100μm。

(2)ISO16065-2:2007［3］纸浆-利用自动光学分析测定纤维长度第2部分:非偏振光法。其测试原理是:悬浮在水中的纤维，流经一个测量腔(measur-ingcell)，纤维作定向排列。每根纤维的长度便自动地被测量出来。使用适当的非偏振光源来形成纤维及纤维以外的背景的高对比图像。于是纤维的数量平均长度和质量平均长度以及长度分布便可计算出来。标准中对纤维分析仪的规定是由测量部和样品输送系统组成。测量部由一个测量腔(measuringcell)组成，悬浮在液体中的纤维从此流过。在测量腔的一边有一个照度均匀的非偏振光源，而在同一边或对边为一个光敏检测器(例如CCD)。水流使纤维在测量腔里定向流动，CCD即时捕捉并拍摄图像，光敏器从图像中检测到纤维的长度。测量腔厚度在光路方向应不大于0.5mm，以保证不会有两根纤维在瞬间同时流过测量腔。分析仪的分辨能力应等于或优于100μm。

2非偏振光法与偏振光法测量浆料纤维形态测量技术的差异

非偏振光法使用适当的非偏振光源来形成纤维及纤维以外的背景的高对比图像，并通过高精度计算模型来鉴别。例如，大多数纤维的直径不超过75μm，超过该尺寸的物质(碎片、导管、纤维束)将被进一步定义、计算、归类，避免杂质对纤维测试的影响。采用真空抽吸样品，保证在测试过程中样品一直都处于真空状态，去除气泡的影响。样品在被测试的运动过程中，必定会产生气泡，因为较大的气泡也会影响测试结果，所以非偏振光法测试过程中，排除样品中存在的气泡保证了测试结果的稳定性。偏振光法测量，在测试过程中样品抽吸主要靠自来水管的文丘里原理来工作，真空抽力比较小，产生气泡的机会较大。但是，偏振光法利用纤维的旋光性来测量纤维，区别于其他杂质，如油墨、气泡等无旋光反应的物质。

3非偏振光法与偏振光法浆料纤维形态测量原理上的差异

非偏振光法能测试所有的纤维状物质，包括植物纤维、玻璃纤维、合成纤维、矿物纤维、骨质纤维等。偏振光法的测试仪只能测试含旋光性的纤维，对造纸来说是只能测试植物纤维，但由于木材纤维与非木材纤维的形态、成分有差异，其旋光性不同，测试准确度有别。物质使偏振光振动平面发生旋转的性质称为物质的旋光性，如乳酸、果糖等。对映异构也叫旋光异构，即由于分子具有手性而产生的异构现象［8］。旋光是手性分子表现出的一种物理现象。手性即是分子的不对称性，是分子缺少某些对称元素的表现，是产生对映异构的必要充分条件，也是分子具有旋光性的必要充分条件。

当光通过含有某物质的溶液时，使经过此物质的偏振光平面发生旋转。可通过存在镜像形式的物质显示出来，这是物质内存在不对称碳原子或整个分子不对称的结果。由于这种不对称性，物质对偏振光平面有不同的折射率，因此表现出向左或向右的旋光性。旋光度的大小取决于物质的浓度、温度、光的波长及溶剂等因素。因此，利用偏振光法进行纤维长度、粗度等形态参数的测定，需充分考虑多方面因素对于旋光性物质的影响。不同的纤维悬浮液前处理方式、浓度、温度等需根据不同种类的纤维来确定，以避免不同种类纤维旋光性效果受到影响。

植物纤维主要由纤维素、木素、半纤维素组成。纤维素是由许多D-吡喃葡萄糖苷通过β-1-4苷键连接起来的线形高分子化合物［9］。每个分子至少含有1500个D－(+)葡萄糖单元生成很长的链，它的相对分子质量范围为25万～100万或更多，每个D－(+)葡萄糖单元含有5个手性中心(手性碳原子)和3个羟基基团，所有环的取代基都是平展的。呈螺旋型空穴结构。纤维素的重复单元是纤维素二糖。纤维素二糖的C1位上保持着半缩醛的形式，具有还原性，在C1上具有一个自由羟基。吡喃环的构象是4C1椅式构象，其上的伯羟基、仲羟基及苷键处于环平面的平伏键，如图1所示。纤维素分子结构的Haworth式如图2所示。如果碳原子位于一个正四面体中心，那么与碳相连的4个原子或基团将占据四面体的4个顶点，它们若有旋光性应归结于不对称取代的碳原子。连有4个各不相同基团的碳原子即为手性碳原子。一般一个分子既无对称面也无对称中心，该分子就具有手性，就有旋光性和对映异构体。纤维素具有多个手性碳原子，是手性物质，具有旋光性。再加上纤维内部结构的不同取向，纤维各向异性使其具有旋光性。在纤维细胞壁的微细结构上，多数纤维的细胞壁自外至里是由P、S1、S2、S3等层次组成。不同层次的微细纤维的取向各不相同。所谓微细纤维的取向，是指微细纤维在细胞壁上与纤维的轴向之间的夹角(或倾角)。在纤维细胞壁的不同层次中，作为细胞骨架的微细纤维的取向是不同的，如P层取向紊乱、S1层为50°～70°(左右螺旋向)、S2层为10°～20°(单螺旋向)、S3层为60°～90°(单螺旋向)。但是，纸浆中的纤维素分子链平行排列，数以万计的右旋体和左旋体纤维素分子聚集在一起，当等量的右旋体和左旋体混合时，它们对偏振光的作用互相抵消，属于外消旋体，没有旋光性。偏振光法利用纤维的旋光性进行测试时，必须保证纤维的悬浮液浓度足够低，使纤维单根通过测试腔，才能取消纤维的外消旋体状态，发挥纤维的旋光性。

纤维素的超分子结构［9］，即聚集态结构，可反映纤维素分子间的相互排列情况，主要包括结晶结构(晶区和非晶区晶胞大小及形式，分子链在晶胞内的堆砌方式，微晶的大小)、取向结构(分子链和微晶的取向)和原纤结构。纤维素分子的重复单元是简单而均一的分子，表面较平整，易于长向伸展，吡喃葡萄糖环上有反应性强的侧基，有利于形成分子内和分子间的氢键，使这种带刚性的分子链易于聚集在一起，成为结晶性的原纤结构。植物纤维细胞中的纤维素单元晶胞的结晶变体主要是纤维素Ⅰ，如图3所示。纤维素Ⅰ中纤维素分子链在晶胞内是平行堆砌的，即中心链与角链有相同的方向，中心链与角链相互错开0.266c(c为晶胞纤维轴方向长度)，中心链和角链上的—CH2OH侧基有相同的构象。纤维素链上所有的羟基都处于氢键之中，形成的氢键网位于晶胞内两个方向上:①沿分子链方向(包括中心链和角链)存在键长为2.75×10－10m的［O(3)-H…O(5’)］氢键和键长为2.87×10－10m的［O(2’)-H…O(6)］氢键，这两个分子内氢键蔓生于纤维素链的两边;②每个葡萄糖基，沿a轴的方向上，与相邻分子链形成一个键长为2.79×10－10m的分子间氢键［O(6)-H…O(3)］，这种氢键结合的链片平行于a轴，位于(O2O)面上，链片之间和晶胞对角线方向无氢键存在，结构的稳定靠范德华力维持。纤维素纤维的结构以晶区-非晶区为主，在三维空间中，晶区到非晶区存在着分子链间一系列不同层次的整列度(序态)，即亚晶区或介晶区。纤维素具有结晶区和非结晶区共存的复杂超分子结构，以及巨大的分子内和分子间氢键。纤维素结晶体聚集态结构包括立方、正交、单斜、三斜晶系。如葡萄糖晶体具有变旋光现象。各向异性晶体的基本光学现象是双折射和线偏振［10］，即一束入射光线一般会在各向异性晶体内产生两束折射光线，这两束折射光线都是线偏振光。在各向异性晶体中，沿任一方向一般都可以传播速度不同的两种线偏振光，它们的电场强度互相垂直。浆料纤维属于高分子结晶结构，与低分子物质不同，其结晶不完整，大多数纤维在体系内不存在对称面，故而分子足以形成旋光异构体，具有各向异性。对于各向异性物质，两圆偏振光的传播速度不相等，从纤维中射出后，平行纤维轴的圆偏振光比垂直于纤维轴的圆偏振光超前1/n波长。

而对于各向同性物质，两相反方向转动的圆偏振光的传播速度相同，从纤维中透射后仍能合成与原振动方向相同的线偏振光。植物纤维的旋光性可能源于纤维素的手性碳原子、晶型、构型，受到纤维厚度、微细纤维取向、不定型区、氢键等的影响。植物纤维制成纸浆后脱除了大部分木素和部分半纤维素。因此，评价纤维旋光性时仅考虑半纤维素的影响。半纤维素不是均一聚糖，是一群复合聚糖，其结构单元主要有D-木糖基、D-甘露糖基、D-葡萄糖基、D-半乳糖基、L-阿拉伯糖基、L-鼠李糖基等［9］。半纤维素是无定型物质。非木材纤维的半纤维素含量为40%左右，明显高于木材纤维的20%～30%。因此，非木材纤维的结晶度较低。另外，木材纤维较长且粗，非木材纤维短且细，再加上非木材纤维的微细纤维取向及初生壁、次生壁结构差异，导致木材纤维与非木材纤维的旋光性不同。因此利用非木材纤维的旋光性来进行非木材纤维的测试，光敏器阵列接收到的光线信号可能会受限。

4结论

4.1对于纸浆纤维形态的测量，ISO16065-2:2007建议采用非偏振光法，属于较新的测量手段;ISO16065-1:2001则建议采用偏振光法，应用较久，技术较成熟。

4.2偏振光法利用纤维的晶体结构使光线的折射指数随偏振光方向而改变，通过一组正交偏光镜来区分纤维及纤维以外的物质，如气泡等。非偏振光法与传统的显微镜观察法相当，可以观察纤维的真实形态，利用非偏振光源来形成纤维及纤维以外的背景的高对比图像来区分纤维及纤维以外的物质，并通过前处理方式去除气泡的影响。

4.3标准中明确规定了测试间隙应≤0.5mm。这样足够小的测试间隙才能保证纤维能够在二维方向上的一个良好排布。

木质素纤维篇10

本研究测定龙竹的灰分、水分、综纤维素含量、1％氢氧化钠抽出物含量、冷水抽出物含量、热水抽出物含量、酸不溶木质素含量、酸溶木质素含量、多戊糖含量、乙醚抽出物含量、苯醇抽出物含量等11项指标。各指标均按照造纸原料分析方法国家标准进行测定（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结果与分析

2．1测试结果

对龙竹秆材化学成分测定结果详见表1。其中，参比纤维原料慈竹、毛白杨、云杉、麦草等化学组分相关数据来源于《植物纤维化学》［7］，甜龙竹化学组分相关数据来源于课题组此前相关报道［8］。

2．2测试结果分析

2．2．1木质素木质素是苯基丙烷单元通过碳碳键和醚键聚合而成的三维结构天然高分子化合物［9］。在化学法制浆造纸过程中，木质素是需要去除的主要成分，在蒸煮以及漂白过程中，木质素的含量越高，化学药品的消耗越大，纸浆的得率越低，生产成本越高；若化学制浆过程中木质素残留量多，则非常容易引起纸张返黄［10］。试验测得龙竹秆材木质素平均含量为23．87％，梢部、中部、根部的木质素含量相差不大。龙竹的木质素含量低于慈竹、甜龙竹、云杉等常用制浆造纸原料，与毛白杨和麦草木质素含量接近，说明在化学法制浆的蒸煮、漂白等生产工艺中除去龙竹原料中木质素的成本相对较低。2．2．2综纤维素综纤维素是造纸植物纤维原料除去抽出物和木质素后所留下的部分。综纤维素含量是衡量木质纤维原料的重要经济指标，综纤维素含量的高低对纸浆的得率有很大影响［11－12］。试验测得龙竹秆材综纤维素平均含量为67．64％，其中梢部70．73％、中部67．14％、根部65．05％，在秆材由下到上方向呈递增分布趋势。这一结果与本课题组此前对甜龙竹棕纤维素含量及其在秆材不同部位分布规律的测定结果相一致［8］，也与杜凡［13］等报道的龙竹秆材从基部到梢部维管束密度和纤维比量逐步递增这一结论相吻合。与毛白杨、甜龙竹等原料相比，龙竹的秆材的综纤维素含量较低。若将龙竹作为化学浆生产原料，则纸浆得率可能略低于表1中的其他几种参比原料。2．2．3多戊糖多戊糖是半纤维素的一种主要成分，是由五碳糖单元构成的聚糖混合物，半纤维素含量可以用原料中的多戊糖含量来衡量。在制浆造纸过程中，多戊糖会影响打浆性能和成纸的透明性［14］。较高的多戊糖含量，利于纤维水化，利于分丝帚化，纤维结合的机械强度也相应较好［15－16］。龙竹秆材多戊糖的平均含量为15．88％，高于云杉、甜龙竹，低于其他几种原料，处于中等水平。龙竹秆材中适量多戊糖的存在，对于将其用作纸浆原料是有益处的。2．2．4灰分灰分是竹子纤维经过灼烧后残留的无机物，是表示竹材无机成分总量的一项指标，其主要元素有Ca、Mg、K、Na、Si、P、Fe、Al、I等［7］。对制浆造纸工艺来说，太高灰分会导致碱液不易处理，污染环境［17－18］。从灰分在竹秆的纵向分布来看，龙竹的梢部、中部、根部灰分含量分别为1．09％、1．16％、2．73％，由秆材自上而下呈现出明显的递增分布趋势。究其原因，可能是竹材生长过程中，竹材根部矿物质和硅化细胞不断沉积的结果。此外，通过对比可知，龙竹的灰分含量略高于慈竹、甜龙竹，明显高于毛白杨和云杉，远低于麦草。因此，若以龙竹为造纸原料，应尽可能将竹材不同部位分开处理。2．2．5抽出物抽出物就是植物纤维原料中的非细胞壁物质，分布在细胞内外液中［7］，不同的溶剂对抽出物有不同的溶解度。2．2．5．1冷水、热水抽出物冷水抽出物中主要包含亲水性低分子物质。热水抽出物包含了冷水抽出物和一些多糖类物质，也属于亲水性物质。龙竹秆材冷水抽出物含量为11．28％，热水抽出物含量为11．81％，二者非常接近。该分析结果一方面表明龙竹秆材中单糖、低聚糖、氨基酸、可溶性矿物质等低分子亲水性成分含量显著高于慈竹、甜龙竹、毛白杨、云杉和麦草等原料；另一方面也表明龙竹秆材中淀粉、树胶等多糖组分含量低。淀粉、树胶等组分含量低对于竹材原料储存过程中防虫、防霉是十分有利的。2．2．5．21％NaOH抽出物1％NaOH抽出物主要成分是热水抽出物和脂肪酸及降解过后的半纤维和木质素。1％NaOH抽提物含量高说明竹材中小分子量的半纤维素、木质素及蜡等物质的含量高。龙竹1％NaOH抽出物含量为27．24％，高于毛白杨、云杉和甜龙竹，低于麦草和慈竹。说明龙竹秆材中低分子量半纤维素和木质素等化合物含量没有麦草和慈竹原料高。2．2．5．3乙醚抽出物乙醚抽出物主要是脂类化合物。在碱法蒸煮中，乙醚抽出物过多会产生皂化物；在酸性蒸煮中，乙醚抽出物可能妨碍药液渗透。在蒸煮工艺中，如果原料中乙醚抽提物太多，可能导致糊网，粘纸辊，成纸强度低［10］。龙竹的乙醚抽出物含量为0．44％，对制浆无较大影响。2．2．5．4苯醇抽出物苯醇抽出物包含乙醚抽出物和弱、中极性物质，又称“树脂”。在制浆时，苯醇抽出物会影响化学药品用量、蒸煮时间以及纸浆颜色。龙竹的苯醇抽出物含量为4．80％，高于毛白杨、甜龙竹和麦草。因此，用龙竹作为原料制备化学浆时，应该适量增加蒸煮化学药品用量或适当延长蒸煮时间。

3结论