1.前言

生物质（木质纤维素）是自然界中唯一能够同时提供气体、液体和固体燃料的可再生能源。其中玉米芯作为一种丰富、廉价、富含纤维素和半纤维素的玉米加工副产物，有很好的利用价值。我国玉米产量非常大，但除少量用于生产糠醛和木糖醇等化学品外，大部分被燃烧处理，这样既浪费了资源又污染了环境。实现玉米芯木质纤维素的组分分离，进而转化为高附加值的产品，具有非常重要的意义。在玉米芯的结构当中，纤维素、半纤维素和木质素交联在一起，使纤维素酶和纤维素的接触面积大大降低，酶解产率降低。破坏木质素的保护层有利于促进纤维素和半纤维素的酶解，有效的提高产率。常用的预处理方法有物理法、化学法、生物法以及三种方法的综合利用等方法。本课题使用短链脂肪酸对玉米芯进行预处理，并且对预处理的工艺条件进行优化，旨在确定最佳条件，从而获得较高产量的糖。

2.文献综述

2.1生物质原料的种类

2.1.1秸秆

秸秆是成熟农作物茎叶（穗）部分的总称，通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗和其他农作物在收获籽实后的剩余部分。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中，秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种多用途的可再生的生物资源。农作物秸秆是农业生产的副产物，是一种可再生的生物质资源，具有来源广、污染小、热值含量高等显著优势，曾是我国农村主要的牲畜饲料和生活燃料。由于农村生活水平的提高和生产方式的改变，秸秆的利用受到收集方式、利用技术和运输成本的限制，目前主要采用田间焚烧和废弃的方式处理过剩的秸秆，导致环境的污染和资源的浪费，存在火灾和交通事故隐患，同时破坏土壤抗旱保湿能力^[1]。

2.1.2玉米芯

玉米芯是用玉米棒脱粒加工再经过严格筛选制成，具有组织均匀、硬度适宜、韧性好、吸水性强、耐磨性能好等优点，但在使用过程中易破碎。玉米芯的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。要想有效利用纤维素和半纤维素在很多情况下都要先将其水解使其变为低聚糖或单糖，但是在细胞壁植物组织生物合成中，形成层中发生细胞分化，细胞内部是原生质，外部是一层半纤维素初生壁膜，随着细胞的增长，形成第二层细胞壁，它基本上只是由纤维素构成。木质素的生物合成是在胞间层半纤维素和第二层细胞壁中进行的，所以纤维素、半纤维素和木质素组分呈不连续的层状结构。我国的玉米播种面积位居世界第二^[2]，据国家统计局发布的公告显示，2017年我国玉米播种面积35445.2km²，总产量21589.1万吨^[3]。玉米芯的产量巨大。不能有效利用是资源的巨大浪费。

2.1.3木材

我国森林面积小，资源数量少，地区分布不均。主要为针叶材和阔叶材。我们以杨木为例。杨木因速生性、适应性强、用途广泛等特点一直受到世界各国的重视并广泛应用于造纸行业。在我国杨木主要生长于北方地区，具有很大的发展价值。其性质如自身硬度不大，比其他木材颜色浅等。除此之外有较多的孔隙，易于吸收药液，不会对磨浆带来困难，常被用于化学机械法制浆。杨木的纤维短小，其纤维长度大约为1 mm（比针叶木短），直径一般小于0.02 mm，此特点使其不利于纤维之间的交织，降低了纤维结合强度。杨树是散孔阔叶材，主要由导管、木纤维和木射线组成，几乎没有轴向薄壁组织细胞。大多数的杨木纤维长度为0.9~1.2 mu;m，属中等长度纤维；单壁厚为1.54~3.07 mu;m，纤维宽为17.09~26.26 mu;m，导管分子长度为495~530 mu;m；木纤维比量大于50%，最高可达70%。可见杨木杂细胞含量较少，属于较优的纤维原料^[4]。

2.2生物质原料的生物炼制工艺流程

2.2.1预处理

生物炼制以现代石化工业为模板,采用类似于流化催化裂化、热裂解和加氢裂解等集成化平台技术,用先进的预处理和酶水解等生物平台技术将生物质转化为各种糖类，再通过糖平台技术转化为大宗生物乙醇产品和各种高附加值中间体化学品^[5]。生物炼制分为3种系列：木质纤维素炼制，用自然界中干的原材料如含纤维素的生物质和废弃物作原料；全谷物炼制，用谷类或玉米作原料；绿色炼制，用自然界中湿的生物质如青草、苜蓿、三叶草和未成熟谷类作原料。