1. 研究目的与意义
我国是世界上第二大产棉大国，棉杆作为主要的剩余物，其生物质储量非常可观。研究棉杆的高效转化成乙醇的途径，对使用现代技术，综合利用生产中各类秸秆的再利用具有借鉴性作用。目前利用木质纤维原料生产燃料乙醇成为国内外研究的热点,高效的开发、利用这一笔资源，对我国解决能源和粮食问题都具有重要的意义。
亚硫酸盐预处理木质纤维原料过程中，溶出木素和残留木素均被不同程度的磺化，从而使木素具有一定的亲水性，本课题主要研究残留木素的分离和其磺化度及其对底物纤维酶水解效率的影响。研究结果可以从理论指导亚硫酸盐预处理棉杆进行生物质转化。
2. 国内外研究现状分析
生物质指的是植物通过光合作用生成的有机物的总称，生物质储存有大量的有机物，各国科学家早就开始研究将生物质转化成我们人类能够利用的能源。其中，生物乙醇的研究最为广泛。生物燃料的使用可以有效减少二氧化碳的排放，适应现代社会可持续发展的要求。目前，生物燃料的研发已经从以淀粉基为代表的第一代生物乙醇发展到以木质纤维素为代表的第二代生物乙醇。
研究发现，纤维素分子与半纤维素、木素分子结合，具有天然的抗拒微生物接触降解的能力，这种阻抗力称为顽抗。而预处理是去除木质生物质顽抗的有效方法。
预处理是木质纤维素生物转化乙醇的关键步骤之一。目前，国内外研究的木质纤维素预处理方法很多，如蒸汽爆破法、稀酸法、有机溶剂法、氨气爆破法等。但是，目前针对棉秆预处理的研究较少，silverstein等对棉秆的烧碱、稀酸与臭氧预处理进行了研究，其中臭氧法预处理后纤维的水解率达到了49.8%；jian shi等研究了棉秆的微生物法预处理；aye eren ptn对棉秆的快速裂解法进行了研究；邓辉等对棉秆的烧碱法与稀酸法预处理进行了研究，其中烧碱法预处理后底物的酶水解率为20%左右，稀酸法预处理的底物酶水解率为29.61%。可见对棉秆而言，目前所研究的预处理方法，酶水解转化率仍较低，大部分的糖类物质未能水解溶出。亚硫酸盐法预处理是从亚硫酸盐制浆中得到启示而发展起来的，英文简称sporl 法。sporl 法是笔者研究小组和美国威斯康星大学（ university of wisconsin-madison）及林产品实验室（forest productslaboratory，usda）合作开发的一种生物质预处理方法，主要利用亚硫酸盐对木质纤维原料进行预处理，以克服木质纤维原料对酶的抗性，目前的研究表明该法对云杉、红松、桉木和杨木等木材生物质原料，以及玉米秸秆和麦草等农业剩余物有很好的适应性，促进酶水解的转化效率，可以达到90%以上
3. 研究的基本内容与计划
具体的设计内容按照如下计划进行：
上学期 第18－19周查阅资料，完成开题报告
下学期 第 1－ 5 周 制定实验方案，进行初步实验摸索
4. 研究创新点
生物质的有效利用，特别是农业废弃物如棉秆的有效利用，已经成为当今人类可持续发展的重点之一。生物质中纤维素、半纤维素、木质素的分离问题，是直接关系到能否有效地利用生物质的关键。其中木质素的脱除、分离与应用是最为棘手的，同时也是展开研究较多但取得进展较慢的领域。本课题，正是从预处理和分离木质素两个角度出发研究酶水解效率。通过研究预处理的最佳条件及木素分离的方法，达到最佳酶水解率，具有较高的研究价值。
