随着世界经济的进步与发展,人类社会面临着资源短缺和环境问题的双重挑战,而纤维素材料是自然界中取之不尽、用之不竭的可再生资源,若能综合高效利用木质纤维素,将有望减轻我国能源短缺困难,生物质能源因其原料资源潜力大、成本低等特点备受关注。木质纤维素原料是由半纤维素和木质素相互交联,将纤维素包埋,形成复杂的结构,这是木质纤维素生产生物乙醇的难点,因此,预处理是提高木质纤维材料酶解效果的关键步骤,更是木质纤维材料制造生物乙醇的重要环节,对木质纤维材料进行预处理以促进酶解糖化过程具有重要意义。本文以稻秆为木质纤维素原料,研究表面活性剂耦合离子液体预处理条件对稻秆酶解的影响,考察预处理温度、时间、不同种类表面活性剂的添加比例对稻秆酶解的影响;对不同种类表面活性剂耦合离子液体预处理法进行研究,并通过红外光谱(FTIR)、X-射线衍射图谱(XRD)、扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)证实不同表面活性剂耦合离子液体对预处理稻秆皆具有促进作用,同时对影响机理进行深入分析探讨;以及通过分析最佳条件下考察不同酶组合,纤维素酶和β-葡萄糖苷酶单独作用及协同作用对稻秆酶解还原糖产量的影响,以确定最佳酶体系,并研究在最佳酶体系中不同预处理方法两种酶协同作用的酶解动力学研究。通过单因素试验对稻秆预处理工艺及参数进行优化,以纤维转化率为指标得到最优工艺条件:加热温度110℃,加热时间60 min,表面活性剂添加量为1%,在此条件下纤维转化率皆能明显提高。相比未处理稻秆,纤维转化率大幅提升,说明表面活性剂添加对离子液体预处理稻秆有促进作用。应用不同种类表面活性剂(包括阳离子型、阴离子型、非离子型、生物型)耦合离子液体对预处理稻秆酶解影响及物化特性,研究结果表明,与单独离子液体处理相比,表面活性剂联合离子液体预处理稻秆可提升纤维转化率效果为:生物表面活性剂-离子液体>非离子型表面活性剂-离子液体>阴离子型表面活性剂-离子液体>阳离子型表面活性剂-离子液体。通过稻秆成分分析表明表面活性剂辅助离子液体混合体系作用过程能有效去除木质素。红外分光光谱图(FTIR)和X-射线衍射(XRD)分析表明经处理后稻秆结晶指数下降,晶体尺寸也变小,说明预处理后能有效降低纤维素结晶度,提高纤维素与酶的结合效果。SEM显微镜下观察形貌发现处理后的稻秆失去原有杆状骨架,遭到很大程度的破坏,使纤维素与酶可及度增加。在最佳工艺条件下,分析表面活性剂耦合离子液体预处理稻秆的酶解动力学,结果表明,最佳酶组合为纤维素酶50 FPU/g和β-葡萄糖苷酶40 CBU/g,纤维素酶与β-葡萄糖苷酶具有协同作用,而且在最佳酶体系中,与未处理稻秆及单独离子液体预处理相比,不同种类表面活性剂辅助离子液体预处理的稻秆在酶水解48 h后纤维转化率分别增加40%~85%、10%~31%,而且能提高酶解反应速率。本研究结果可以为实际酶解过程提供一定的理论指导,提高酶解效果。