文献综述
1.研究背景
目前，世界特别是中国面临着资源、能源、环境等带来的巨大挑战，而燃料乙醇主要以玉米、小麦等粮食为原料进行生产，这无疑给中国这个人口大国带来了“与人争粮”的问题。中国的粮食生产在连年扩大，玉米秸秆、木糖渣、蔗渣等农林废弃物的产量也不断的增大，以此来代替玉米、小麦等粮食来生产乙醇、乳酸等既可以缓解资源和能源的紧缺，同时也降低了秸秆的燃烧造成的环境污染，一举两得。
木质纤维素乙醇生产工艺主要包括三个步骤：预处理、酶水解和乙醇发酵。预处理主要是将秸秆紧密的细胞壁结构打散以利于下一步酶解时纤维素和半纤维素的高效水解。酶解和发酵是纤维素乙醇生产过程中的另外两个关键步骤，就发展趋势而言，酶解与发酵是两个密不可分的过程。原料中的纤维素经过纤维素酶水解转变成葡萄糖。纤维素酶是多种单独的酶的混合物。纤维素酶协同将纤维素降解为纤维二糖和葡萄糖低聚物，并且最终降解为葡萄糖单糖。酶解产生的葡萄糖和其他由半纤维素水解形成的糖类被发酵为乙醇。发酵则是利用微生物将葡萄糖、木糖等单糖转化为乙醇的过程[1]。发酵阶段可以分为分步糖化发酵和同步糖化发酵。分步糖化发酵（SHF）指在酶水解完成后将水解液冷却至发酵温度并且接入微生物，将糖发酵为乙醇。同步糖化发酵指发酵过程在水解过程结束前即降低水解液温度，开始发酵过程，此时水解过程仍在继续，发酵微生物开始消耗糖，可以促进水解反应继续产生糖类。
2.纤维素酶解过程
2.1纤维素酶和半纤维素酶
纤维素的酶降解需要纤维素酶的参与，纤维素酶并不是一种简单的酶，而是由若干种相互关联的酶组成的一个复杂的酶系统，主要由3类组成：内切-beta;-1,4葡聚糖酶（Endo-beta;-1,4-glucanase），简称EG；外切葡聚糖酶（Exoglucanses），也叫作纤维二糖水解酶，简称CBH；beta;-葡萄糖苷酶（beta;-glucosidase），简称beta;G。目前普遍接受的观点是3种酶协同作用于纤维素的降解，即首先由EG在纤维素聚合物的内部起作用，在纤维素的非结晶部位进行切割，产生新的末端，然后再由外切葡聚糖酶以纤维二糖为单位，从末端进行水解，最后由beta;G将纤维二糖彻底水解为葡萄糖[2]。
半纤维素比纤维素复杂的多，包含木聚糖、半乳糖、阿拉伯糖等，它的精确成分与原料的种类也有关系，因此也需要一个多组分的协同作用的酶例如木聚糖酶、木糖苷酶、阿拉伯糖酶等来将半纤维素降解。半纤维素是一种主要包含木聚糖的聚合物，可以被木聚糖酶水解，木聚糖酶来自于不同的微生物，比如尼日尔曲霉。木聚糖酶是包含了一系列不同酶的混合物，包括内切木聚糖酶、外切木聚糖酶、beta;-木糖苷酶。内切木聚糖将木聚糖链打断，产生木糖低聚物，beta;-木糖苷酶将木糖低聚物转化为木糖单体。外切木聚糖酶在木质纤维素的木聚糖的还原端起作用。阿拉伯糖苷酶主要在木质纤维素的半纤维素上的阿拉伯糖聚合物上作用[3]。
2.2木质纤维素的预处理
预处理的目的是改变木质纤维素的结构，主要增加酶水解纤维素的速率。预处理应当尽可能将生成的抑制微生物的化合物降至最低。影响酶降解纤维素效率的最重要的原因之一是可及表面积的大小。预处理可以通过（1）形成碎片，增加接触面积；（2）水解半纤维素，移除纤维素的保护作用；（3）改变木质素的结构；（4）降低基质的结晶度和聚合度来增加纤维素酶对原料的可及性。
