1. 研究目的与意义
现代工业的迅速发展,对环境友好的可再生资源的开发显得日益重要。我国每年有丰富的植物废弃物可利用,农业废弃物总产量约为7亿吨，其中水稻、玉米、小麦、油菜和棉花五大类作物的秸秆产量近6亿吨。由于天然森林尤其是针叶木难加工,工业纤维废弃物数量少,林业废弃物的纤维素含量低,城市废弃物均一性差,废纸成本高等问题,资源丰富又廉价的农业弃物成为制备纤维素乙醇的首选原料,综合考虑,农业秸秆类为较好的原料。目前由木质纤维素转化为生物乙醇的研究非常活跃,这一领域已取得许多新的进展。木质纤维素的生物转化一般包括3个过程,即原料的预处理、酶水解和发酵。
在预处理过程中,亚硫酸盐预处理法（sulfitepretreatmenttoovercomerecalcitranceoflignocellulose，sporl）可以有效降低能耗（磨浆能耗可降低95%），而且有很好的工业化条件（亚硫酸盐制浆技术在造纸工业已经很成熟）。
本研究以农业秸秆棉杆为原料，采用sporl法预处理工艺，探索sporl预处理棉杆进行生物质转化的最佳工艺条件，为其工业生产提供参考。
2. 国内外研究现状分析
天然植物的纤维素被半纤维素和木素等包围在纤维细胞壁内，具有天然的抗拒酶和微生物接触降解的能力，这种阻抗力称为顽抗recalcitrance）。这种顽抗阻碍了纤维素酶解糖化和进一步发酵转化生物乙醇燃料的效率。预处理是去除木质生物质顽抗性的有效方法。预处理方法包括物理机械、化学法、化学机械法或者生物预处理，它们是通过减小生物质尺寸增加比表面积和脱出半纤维素和木素等成分以提高纤维素酶与木质纤维原料中纤维素的接触以提高糖化效率的。因为木质纤维原料种类繁多，结构复杂，因此，不同的预处理方法对不同的原料预处理效果也不尽相同。
影响纤维素酶对木质纤维生物质的糖化的因素有结晶度、比表面积、半纤维素和木素等。其中，半纤维素和木素是木质纤维原料的主要组分，它们的脱出对酶与纤维素的接触和反应有重要的影响。
木素化合物占木材生物质的20～30％，在木质生物质结构中，包裹在纤维素和半纤维素周围，阻碍了微生物与纤维素的接触反应。因此，木素是阻碍纤维素酶催化木质生物质纤维素水解糖化的一个主要因素。木素通过两个方面作用阻碍纤维素水解的－物理阻碍作用和其对酶的无效性吸收。前者阻止纤维素暴露并吸附纤维素酶，后者阻止纤维素酶与纤维素的接触效率。因此，通过化学预处理对木素进行降解、改性能够有效的去除生物质对酶水解的抵抗。
3. 研究的基本内容与计划
此次我们的研究主要是以亚硫酸盐预处理法（sporl）为预处理方法进行研究。
研究内容为sporl法处理时，选择棉杆为原料，改变预处理条件（化学药品用量、预处理时间、最高温度等），并经盘磨磨浆得到棉杆浆（底物），探讨酶水解最佳条件，并用纤维素酶对各预处理底物进行水解糖化，探索sporl法预处理棉杆生物质转化的最佳条件。
实验的基本步骤为：棉杆切片亚硫酸盐法蒸煮过滤（收集废液）（加水）盘磨磨浆脱水酶水解糖化实验数据处理。
4. 研究创新点
sporl法是将已经成熟的亚硫酸盐制浆方法应用于木质纤维原料的生物质转化预处理，推动了生物质能源的开发与利用的工业化进程，促进了第二代生物乙醇技术的发展。本实验的原料是棉杆，这对我国农业秸秆废弃物资源的回收利用提供了一种解决方案。
①根据已有的sporl法对阔叶木和针叶木得研究，sporl法预处理木质纤维原料可以减少磨浆能耗，从而降低整个预处理的能耗，这对于以生产转化能源为目的的生物质转化来说是很重要的。
②与单纯稀酸水解相比，预处理废液得到的糖类产物中，发酵的抑制剂（糠醛）很少，有利于后续废液的发酵进行。
