随着化石能源的短缺与环境污染的加剧,利用生物质转化纤维素乙醇可减轻煤炭、石油的供应短缺问题,促进社会的稳定发展。预处理工艺是实现木质纤维原料转化纤维素乙醇的关键。目前许多预处理方法在实际应用中存在着效率较低、成本高以及污染较大等问题。蒸汽爆破法是一种物理与化学相结合的预处理方式,化学试剂用量较少,对环境比较友好,是近年来发展迅速的一种预处理技术。本课题主要以柳枝稷、荻、奇岗等三种能源草为原料进行蒸汽爆破预处理,研究了蒸汽爆破预处理对能源草物料的化学组成的变化与酶水解糖化率的影响。采用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等技术手段对爆破预处理后物料的纤维结构特性变化进行分析。主要研究结果如下:(1)荻的纤维素含量48.32%,半纤维素含量24.68%,木素含量17.86%;柳枝稷中纤维素37.10%,半纤维素含量32.10%,木素含量16.42%;奇岗纤维素含量36.21%,半纤维素含量29.20%,木素含量19.59%。荻、柳枝稷、奇岗等能源草的纤维素与半纤维素含量较高,木素含量较低,是制备纤维素乙醇的优良木质纤维原料。(2)蒸汽爆破预处理后,能源草物料中绝大部分半纤维素降解溶出,部分木素结构遭到破坏,纤维素的相对含量有所增加。经过爆破预处理后,能源草物料中苯醇抽提物含量有所增加,灰分含量有所降低。通过扫描电子显微镜观察,爆破预处理后纤维束发生分离,纤维表面产生许多裂纹,酶与纤维素底物的有效接触面积增加。爆破预处理后能源草物料纤维素的相对结晶度提高,纤维素绝对结晶度有所下降。(3)能源草荻原料的酶水解糖化率仅为8.5%,经过压力1.79 MPa,时间5.5 min预处理后荻物料的酶水解糖化率高达66.78%;柳枝稷原料酶水解糖化率为7.8%,经过压力1.76 MPa,时间5.8 min预处理后的柳枝稷物料酶水解糖化率高达65.16%;奇岗原料酶水解糖化率为6.7%,经压力1.84 MPa,时间5.4 min预处理后奇岗物料酶水解糖化率高达63.36%。能源草原料的酶水解糖化率较低,经过爆破预处理后能源草物料的酶水解糖化率显著提高。通过扫描电镜观察,能源草原料经过酶水解后纤维表面发生部分降解,残留木素覆盖在纤维表面。爆破预处理后的能源草物料经过酶水解后,纤维形态变化比较明显,产生许多小的纤维束,残留的木质素形成不规则的颗粒状物质。能源草原料经过酶水解后纤维素的相对结晶度有所提高。爆破预处理后的物料经酶水解后纤维素的相对结晶度降低。