生物質預處理對半纖維素提取及后續(xù)CTMP制漿的影響

侯慶喜，馬 靜，劉 葦，汪 洋，李 楊，劉莉暉，張金平（天津市制漿造紙重點實驗室，天津科技大學造紙學院，天津 300457）

生物質預處理對半纖維素提取及后續(xù)CTMP制漿的影響

侯慶喜，馬 靜，劉 葦，汪 洋，李 楊，劉莉暉，張金平
（天津市制漿造紙重點實驗室，天津科技大學造紙學院，天津 300457）

在化學熱磨機械漿（CTMP）制漿前對原料進行預處理，旨在保證漿料質量的前提下，實現(xiàn)生物質資源的充分和高效利用.采用自水解、酸法、堿法不同預處理方式對生物質進行預處理，通過改變預處理強度因子（溫度和時間的綜合變量），考察預抽提效果及CTMP成漿質量.研究結果表明：隨著預處理條件的不斷增強，水解木片得率降低，半纖維素溶出量增加，水解后木片中綜纖維素、聚戊糖和酸溶木素的含量明顯下降，生物酶對麥草葡萄糖的轉化率提高.相比未經(jīng)過預處理的原料，預處理后的原料在制漿過程中壓力磨漿能耗和PFI打漿能耗分別降低，同時漿張抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)均提高.

水解；預處理；CTMP；半纖維素

化石能源短缺的現(xiàn)狀及化石燃料使用所帶來的環(huán)境問題使開發(fā)環(huán)境友好的可再生能源成為當前能源領域的熱點之一.生物質以其儲量豐富、廉價易得、可再生、環(huán)境友好的優(yōu)點成為理想的可再生能源［1-2］.“生物質精煉”的概念來源于石油精煉，是指將木質植物纖維加工分離成為纖維素、半纖維素和木質素，分別進行高效和高值化利用，主要用于生產(chǎn)清潔能源、高附加值化學品、生物質復合材料等［3-5］.然而，如何高效水解纖維類復雜多糖仍制約著木質纖維素生物質精煉的發(fā)展［6-10］.

在傳統(tǒng)制漿前對植物纖維原料進行預處理以提取其中的半纖維素，是植物纖維原料進行生物轉化的第一步［11-12］，也是目前制漿造紙工業(yè)與生物質精煉相結合的方式之一.生物質原料經(jīng)過預處理后主要分為兩大部分：預處理液和預抽提后生物質.其中，預處理液經(jīng)過進一步處理可以使其中的半纖維素得到高值化轉化和利用，而預抽提后的生物質可繼續(xù)用于制漿造紙，從而使生物質資源得到高效利用.不同的預處理方法對纖維素、半纖維素和木素結構造成的影響不同.目前，生物質的預處理方法主要有機械法、酸法、堿法、有機溶劑法、生物法、離子液體全溶體系和熱水抽提法（也稱為自水解或水預水解）［11，13］.

化學熱磨機械漿（CTMP）作為高得率漿之一，是由機械法制漿技術發(fā)展而來，通過在熱磨機械漿（TMP）生產(chǎn)系統(tǒng)中增加一個化學預處理段，然后按照TMP的方式進行生產(chǎn)的一種化學機械法制漿技術.CTMP制漿流程主要有以下幾個步驟：木片—洗滌—汽蒸—擠壓—化學預浸漬—預熱—磨漿［14-15］.與熱磨機械漿相比，CTMP的纖維束較少、長纖維組分較多，而且漿料的撕裂強度、抗張強度均得到了明顯的改善；CTMP的可漂性比較好，漂白漿的白度較高；CTMP的制漿環(huán)境為堿性，這有利于磨漿時樹脂組分的分離，而且這些組分可以通過后續(xù)的洗滌進行脫除.因此，將CTMP制漿技術與生物質精煉相結合，可為制漿造紙工業(yè)提供新的活力.

本文以楊木木片為原料，采用自水解預處理方式，通過改變預處理強度，在CTMP制漿前對原料進行預處理，研究不同的水解強度對水解液化學組分和水解后木片化學組分的影響.其次，對不同強度預處理后的木片進行CTMP制漿，測定制漿過程中壓力磨漿能耗和漿料性能，以及漿料PFI打漿能耗和PFI打漿后漿料的纖維特性、漿張物理性能.以麥草為原料，分別采用酸法和堿法的方式對原料進行預處理，考察預處理對生物酶促進麥草水解后葡萄糖轉化率的影響.

1 材料與方法

1.1 原料與設備

楊木木片、麥草，取自山東某造紙企業(yè)；無水乙醇、95%，乙醇、濃硫酸，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；氫氧化鈉，分析純，天津市化學試劑一廠；過氧化氫，分析純，天津市北方天醫(yī)化學試劑廠；葡萄糖、木糖、乙酸、糠醛，色譜純，美國Sigma公司；超純水，實驗室自制.

M/K蒸煮鍋，美國M/K Systems 公司；JS30 型螺旋擠壓疏解機，安丘文瑞機械制造有限公司；733型DF熱磨機，瑞典Vrena Mek 公司；2500-II 型高濃磨漿機，日本Kumagal Riki Kogyo 公司；P40110.E000 型PFI打漿機，澳大利亞Paper Testing Instruments GMBH 公司；TGL-20MS 型高速冷凍離心機，上海盧湘儀離心機儀器有限公司；1200，Series高效液相色譜分析儀，美國Agilent Technologies 公司；UV-1600 型紫外分光光度測定儀，北京瑞利分析儀器有限公司；SBA-40C 型生物傳感分析儀，山東省科學院生物研究所；7407S 型標準紙頁成型器，英國Mavis Engineering 公司；912型纖維形態(tài)分析儀、SE 051 型標準厚度儀、SE 062 型紙張抗張強度測定儀、SEO 09型紙張撕裂度測定儀，瑞典Lorentzen & Wettre 公司.

1.2 實驗方法

1.2.1 預汽蒸和螺旋擠壓

將洗凈后的楊木木片或麥草放在水桶中，加入90，℃左右的熱水，浸泡60，min，然后在螺旋擠壓機中進行擠壓疏解，壓縮比為4∶1，最后將螺旋擠壓過后的原料放在通風的地方，風干（干度90%，左右）.

1.2.2 預處理

稱取絕干質量為200，g擠壓后的木片，設定液比為1∶4，通過改變水解預處理最高溫度和時間得到不同強度的自水解條件.自水解預處理結束后，打開冷卻水閥，水解液經(jīng)熱交換器冷卻后排出并被收集，待其冷卻至25，℃，測量并記錄pH，用去離子水將水解后的木片洗滌至中性.原料中碳水化合物和木素含量測定參見NREL/TP-510-42618［16］.

稱取絕干質量為50，g擠壓后的麥草，設定液比為1∶10，分別加入H2SO4、NaOH 兩種試劑在空氣浴蒸煮器中對麥草進行預處理（預處理條件見2.4節(jié)）.蒸煮完畢后從蒸煮器中取出小罐，迅速放入冷水中冷卻，終止反應.

1.2.3 預浸漬、磨漿、消潛和篩選

將水解后的木片在擠壓疏解機中進行二段擠壓，壓縮比為4∶1，所得木片風干后裝入密封袋平衡水分.取220，g（以絕干計）二段擠壓后的水解木片（對照樣是取等量的一段擠壓后木片），裝入自封袋中，然后加入化學藥品在水浴鍋中反應.預浸漬的條件如下：木片（或木絲）濃度25%，NaOH用量為3.5%，H2O2用量為2%，（用量均以絕干木片計），溫度80，℃，處理25，min.采用DF熱磨機在一定蒸汽壓力下對擠壓后木片磨漿：通汽預熱時間3，min，磨漿濃度25%，，磨漿壓力0.3，MPa，熱磨機運轉時間3，min.采用KRK高濃盤磨機在常壓下再對壓力磨后的漿料磨漿一次.常壓磨漿條件如下：漿濃15%，磨盤間隙0.80，mm.漿料消潛條件：漿濃4%，，水溫95，℃，時間40，min.對消潛后的漿料采用方型篩漿機（縫寬0.15，mm）進行篩選，在布袋中離心脫水至漿濃約30%，.

麥草預浸漬的條件如下：麥草濃度20%，NaOH用量為3%，Na2SO3用量為4%，（用量均以絕干麥草計），溫度80，℃，處理30，min.麥草的磨漿、消潛和篩選條件均同楊木木片.

1.2.4 PFI打漿和抄片

取30，g（以絕干計）漿料，采用PFI打漿機打漿，打漿濃度10%，最終游離度為245，mL.采用標準紙頁成型器按照ISO 5269（2005）標準方法抄造定量為60，g/m2的手抄片，在風干器中自然干燥.手抄片在標準恒溫恒濕條件下放置4，h后進行物理性能檢測［17］.

1.2.5 酶水解

取1，g底物（以絕干計）置于250，mL的三角瓶中，然后向三角瓶中加入25，mL乙酸鈉緩沖溶液，在底物濃度為2.0%、葡聚糖酶添加量為32，U/g（相對于底物）、纖維二糖酶添加量為64，U/g（相對于底物）、pH 4.5、55，℃、160，r/min的條件下進行處理.每隔一段時間取0.5，mL試樣置于離心管中，將試樣煮沸5，min使其失活，采用生物傳感儀測定試樣中葡萄糖含量，計算生物酶對麥草葡萄糖的轉化率［18］.

2 結果與討論

2.1 影響自水解的因素

木質纖維原料的預處理主要是破壞纖維素、木質素和半纖維素的連接，降低纖維素的結晶度，提高水解效率和原料的利用率［19-20］.在預處理過程中，碳水化合物和木質素之間的結合鍵發(fā)生斷裂，使得木質素在后續(xù)堿溶液或有機溶劑中的溶解度增加，從而促進蒸煮和漂白過程中木素的去除［19，21］；部分半纖維素溶出和降解，促使木質素與半纖維素形成的網(wǎng)狀結構遭到破壞，同時，纖維素內(nèi)部氫鍵發(fā)生斷裂，多種糖苷鍵變化，導致纖維素結晶度降低，原料的孔隙率提高，從而降低纖維素高度規(guī)則的結晶結構對纖維素酶的阻礙作用［22-23］.

以楊木為研究對象，考察自水解預處理時的保溫時間、保溫溫度、液比、木片尺寸對自水解預抽提效果的影響.結果表明：對自水解預處理過程影響程度由大到小的因素依次為：保溫溫度、保溫時間、原料尺寸、液比.由于原料尺寸和液比對預處理效果影響很小，因此以下實驗建立在強度因子（溫度和時間的綜合變量）概念下進行相關討論.強度因子（lg，R0）首先由Overend等［24］提出，R0計算公式為

式中：T為水解溫度，℃；t為保溫時間，min.

自水解條件對水解液pH和水解木片得率的影響見表1.由表1可知：隨著保溫溫度的提高和保溫時間的延長，自水解后的水解木片得率降低，水解液（AHL）的pH 降低.

表1 自水解條件對水解液pH和水解木片得率的影響Tab. 1Effects of autohydrolysis on the pH of the AHL and the hydrolyzed chips yield

2.2 預處理對AHL和水解后木片中主要化學組分的影響

在自水解預處理過程中，木質纖維的主要組分在熱水的作用下發(fā)生選擇性地分離，其中，半纖維素降解產(chǎn)物及酸溶木素主要存在于水解液中，而纖維素、木素以及剩余半纖維素主要存在于水解木片中.楊木自水解對AHL化學組分溶出量的影響如圖1所示. 由圖1可知：當自水解強度較低時，各組分的溶出量增加不明顯，當強度因子從2.65增加到3.54時，水解液中總木糖（包括木糖和低聚木糖）溶出量增加明顯，并成為溶解半纖維素和不揮發(fā)組分的主要貢獻者.在較高的自水解強度下，楊木AHL中溶出物質主要來源于半纖維素.這是由于熱水預抽提破壞了半纖維素上的乙?；?、糠醛酸取代物，生成了乙酸等有機酸.乙酸等有機酸的形成有助于破壞纖維原料細胞壁上半纖維素和木質素之間的醚鍵連接［25］，對低聚糖的形成和溶出起到了催化作用.隨著水解反應的不斷進行，所產(chǎn)生的有機酸可使反應體系的pH降到4左右，從而引起半纖維素進一步的水解和降解，最終從纖維原料中分離出來.

圖1 楊木自水解對AHL化學組分溶出量的影響Fig. 1 Effect of autohydrolysis on the dissolution amount of the chemical components of poplar chips in the AHL

綜纖維素和酸不溶物是水解后木片中的主要組分，而酸溶木素和抽出物含量相對較少.隨強度因子的增加，水解后木片中的綜纖維素、聚戊糖和酸溶木素含量呈下降的趨勢（表2）.

表2 楊木自水解后木片的化學組分（相對于絕干原料計）Tab. 2 Chemical composition of the autohydrolyzed poplar chips（based on the oven-dry weight of the original wood）

2.3 預處理對楊木CTMP制漿能耗的影響

自水解對楊木CTMP磨漿能耗的影響如圖2所示.由圖2可知：當自水解強度因子從2.07增加到3.07時，壓力磨漿能耗從1.70，kW·h/kg降低到1.32，kW·h/kg，相對于對照樣（1.82，kW·h/kg），降低幅度從7%，增加到27%，強度因子繼續(xù)增加對壓力磨漿能耗影響不大.為研究自水解預處理對漿張物理性能的影響，采用PFI磨對所得CTMP漿料進行打漿，控制漿料最終游離度約為245，mL.當自水解強度因子從2.07增加到3.47時，PFI打漿能耗從3.13，kW·h/kg降低到1.33，kW·h/kg，相對于對照樣（3.33，kW·h/kg），降低幅度從6%，增加到60%，.由于自水解預處理作用過程中半纖維素的脫除，使得堿與半纖維素和木素作用更加充分，進一步增大了纖維的柔軟性，降低了壓力磨漿能耗.木材柔軟性增加，使得纖維P層和S1層更容易破除，纖維潤脹程度加大，經(jīng)PFI磨至相同游離度所需的PFI打漿轉數(shù)減少，PFI打漿能耗大幅降低.

圖2 自水解對楊木CTMP磨漿能耗的影響Fig. 2Effect of autohydrolysis on refining energy consumption of the following poplar CTMP

dos Santos Muguet等［26］研究桉木TMP制漿前自水解預處理，結果表明：與空白樣相比，120，℃下處理23，h和96，h會得到較高的表面木素含量.這說明自水解處理使得纖維分離點向胞間層轉移，其纖維分離機制和亞硫酸鹽預處理CTMP工藝及堿性過氧化氫預處理APMP工藝是相似的.木片經(jīng)23，h和96，h自水解預處理后，壓力磨漿5，min，與對照樣相比，漿料磨漿能耗分別降低47%，和73%，經(jīng)23，h預處理后漿料強度和對照樣相似，而經(jīng)96，h預處理后漿料強度明顯下降.

2.4 預處理對生物酶促進麥草水解后葡萄糖轉化率的影響

隨著預處理強度增大，麥草中相對較多的半纖維素溶出，增大了酶與纖維的可及性，且預處理后溶出相對較多的木素，減少了酶與木素的無效吸附，提高了酶水解效率.

以麥草為研究對象，用H2SO4和NaOH 兩種試劑分別對其進行預處理.預處理條件如下：（1）1.5%，H2SO4（相對于絕干原料），150，℃，50，min；（2）10%，NaOH（相對于絕干原料），150，℃，50，min.預處理對麥草葡萄糖轉化率的影響如圖3所示.由圖3可知：不同預處理條件下底物的葡萄糖轉化率不同，隨生物酶水解時間的延長，葡萄糖轉化率逐漸增加.預處理能夠去除麥草中大部分的木素和半纖維素，經(jīng)過預處理的底物相比對照樣，酶水解效果好；并且隨著酶水解時間的延長，葡萄糖的轉化率接近100%，.對比酸法、堿法兩種不同的預處理方式可知，原料經(jīng)堿處理比酸處理更能在較短的時間使酶對葡萄糖達到較高的轉化率.

圖3 預處理對麥草葡萄糖轉化率的影響Fig. 3 Effect of acid hydrolysison glucose convertion of wheat straw

本實驗結論與Silverstei等［27］研究結果一致，因為預處理會改變纖維的結構，導致部分半纖維素溶出，從而使更多的纖維素暴露出來，生物酶與纖維素的接觸點增加，酶水解效率提高.在酶水解開始時，由于對照樣中大量的酶分子吸附在纖維表面或非結晶區(qū)，纖維內(nèi)部區(qū)域暴露，因此葡萄糖轉化率有所增長.而麥草經(jīng)過預處理后，底物纖維素結晶度增加，所以葡萄糖轉化率增長迅速，之后由于反應基團的減少和酶活性的減弱，葡萄糖轉化率的增長趨勢迅速變緩.

2.5 楊木自水解對漿張強度性能的影響

抗張指數(shù)主要由纖維結合強度和纖維長度以及自身強度決定，而纖維結合強度是主要影響因素.楊木自水解對PFI打漿后漿張強度性能的影響如圖4所示.由圖4可知：隨自水解強度增加，漿張抗張指數(shù)呈上升趨勢.當自水解強度因子從2.07增加到3.47時，漿張的抗張指數(shù)從13.9，N·m/g增加到19.5，N·m/g，相對于對照樣（13.5，N·m/g），增幅從3%，增加到44%，.這是因為隨著自水解強度增強，細小纖維含量增加，能夠游離出更多的羥基，有利于纖維間的氫鍵結合，使纖維間的結合力增強.

影響撕裂度的重要因素是纖維平均長度.由圖4可知：隨自水解強度的增加，漿張撕裂指數(shù)先降低后增大，當自水解強度因子為2.65時，出現(xiàn)最低值1.26，mN·m2/g，相對于對照樣（1.63，mN·m2/g）降低了23%；當強度因子為3.47時，出現(xiàn)最大值2.38 mN·m2/g，相對于對照樣增加了46%，.這是因為在較低的自水解強度下，磨至相同游離度所需的PFI打漿轉數(shù)相近，隨著強度因子的提高，木片的軟化程度增加，相同PFI轉數(shù)下對纖維的機械破壞作用增加，纖維平均長度減小，細小纖維含量增加；當自水解強度大于2.65時，由于漿料潤脹程度增加，達到相同游離度所需的PFI打漿轉數(shù)明顯減少，PFI打漿對纖維的機械破壞作用較大程度降低，使得纖維平均長度相對增大，細小纖維含量減少.

圖4 楊木自水解對PFI打漿后漿張強度性能的影響Fig. 4Effect of poplar autohydrolysis on the strength properties after PFI refining

纖維長度的下降，細小纖維增多，這在一定范圍內(nèi)有利于強度的提高.但若對纖維的切斷作用過于嚴重，纖維長度下降得過多，會導致纖維自身強度下降，對漿的強度不利.有研究［28-29］表明熱水預處理麥草化機漿可以有效改善麥草化機漿的抗張指數(shù)和撕裂度，降低堿用量.由于經(jīng)過熱水預處理，木質纖維原料中大量水溶性物質和低分子糖類被去除，在化機漿的堿預浸漬段，NaOH可更有效地作用于木素類物質，使得堿浸漬作用增強.

2.6 預處理對楊木CTMP漿張光學性能的影響

楊木自水解對PFI打漿后漿張光學性能的影響如圖5所示.由圖5可知：當強度因子為2.37時，漿張ISO白度為58.6%，相對于對照樣（63.3%，）漿張ISO白度降低了4.7%，.當強度因子較高時，漿張白度明顯降低，當強度因子為3.47時，紙漿的ISO白度達到最低值23.1%，.自水解溫度是影響漿張白度的主要因素.隨著自水解強度增加，漿張不透明度呈上升趨勢.當強度因子為3.47時，漿張不透明度為99.5%，相對于對照樣（90.6%，）增加了8.9%，.

Houtman等［30］對楊木TMP制漿前自水解預處理的研究結果也表明，隨著處理強度增大，漿料白度降低.水解溫度為135，℃，經(jīng)10，min和120，min預處理后，所得漿料ISO白度分別為53.6%，和38.4%，.這是由于自水解過程中酸性物質的溶出降低了水解液pH，在酸性條件和高溫條件下會造成木素發(fā)生縮合反應，而縮合后的木素難以溶出，因此增加了水解后木片中木素發(fā)色基團的含量，降低了紙漿的白度.而漿片的不透明度與光吸收有關，由于水解強度的增強，紙漿發(fā)色基團數(shù)量增加，紙漿吸光量明顯增大，不透明度隨之增加.

圖5 楊木自水解對PFI打漿后漿張光學性能的影響Fig. 5 Effect of poplar autohydrolysis on the optical properties after PFI refining

3 結 論

預處理技術是生物質高值化利用的關鍵技術之一，通過檢測預抽提效果及后續(xù)CTMP成漿質量，可知楊木木片經(jīng)過預處理，并且隨著強度因子從1.76增加到3.54，水解木片得率從98.96%，降低到86.65%，半纖維素溶出量增加.制漿過程中壓力磨漿能耗和PFI打漿能耗均降低.漿料經(jīng)PFI打漿至相同游離度，與對照樣相比，隨著預處理強度增大，漿張抗張指數(shù)增加，撕裂指數(shù)先降低后增加，漿張白度降低，不透明度增加.此外，麥草經(jīng)堿法預處理比酸法預處理更能提高生物酶的酶水解效率，亦即在短時間內(nèi)可較高程度地實現(xiàn)麥草水解底物向葡萄糖的轉化.

［1］ 李允超，王賢華，楊海平，等. 生物油分離精制技術的研究進展［J］. 生物質化學工程，2010，44（6）：46-51.

［2］ 韓青. 制漿造紙工業(yè)低碳經(jīng)濟目標及對策研究［D］. 西安：陜西科技大學，2012.

［3］ Von Blottnitz H，Curran M A. A review of assessments conducted on bio-ethanol as a transportation fuel from a net energy，greenhouse gas，and environmental life cycle perspective［J］. Journal of Cleaner Production，2007， 15（7）：607-619.

［4］ Bai Y，Luo L，van der Voet E. Life cycle assessment of switchgrass-derived ethanol as transport fuel［J］. The International Journal of Life Cycle Assessment，2010，15（5）：468-477.

［5］ 沈葵忠，房桂干，梁芳敏，等. 生物質精煉在造紙工業(yè)中的應用模式和發(fā)展趨勢［J］. 江蘇造紙，2010（2）：14-20.

［6］ Garrote G，Cruz J M，Domínguez H，et al. Valorisation of waste fractions from autohydrolysis of selected lignocellulosic materials［J］. Journal of Chemical Technology and Biotechnology，2003，78（4）：392-398.

［7］ Yu G，Yano S，Inoue H，et al. Pretreatment of rice straw by a hot-compressed water process for enzymatic hydrolysis［J］. Applied Biochemistry and Biotechnology，2010，160（2）：539-551.

［8］ Yoon S H，Macewan K，Van Heiningen A. Hot-water pre-extraction from loblolly pine（Pinus taeda）in an integrated forest products biorefinery［J］. Tappi Journal，2008，7（6）：27-32.

［9］ 周生飛，李靜，詹懷宇. 半纖維素熱水預提取及其沉積對竹漿性能的影響［J］. 造紙科學與技術，2009，28（4）：28-31.

［10］ Wyman C E. Potential synergies and challenges in refining cellulosic biomass to fuels，chemicals，and power［J］. Biotechnology Progress，2003，19（2）：254-262.

［11］ 張素風，楊恒. 熱水抽提半纖維素在制漿造紙領域的應用研究進展［J］. 紙和造紙，2011，30（11）：30-33.

［12］ Laser M，Schulman D，Allen S G，et al. A comparison of liquid hot water and steam pretreatments of sugar cane bagasse for bioconversion to ethanol［J］. Bioresource Technology，2002，81（1）：33-44.

［13］ 湛含輝，黃麗霖. 木質纖維原料預處理與水解技術的研究進展［J］. 釀酒科技，2010（4）：83-86.

［14］ 詹懷宇. 制漿原理與工程［M］. 3版. 北京：中國輕工業(yè)出版社，2010：134-136.

［15］ 蔣忠道，許元春. 速生材楊木制漿工藝［J］. 西南造紙，2005，34（2）：35.

［16］ NREL/TP-510-4261. Determination of structural carbohydrates and lignin in biomass［S］. Golden：National Renewable Energy Laboratory，2012.

［17］ 石淑蘭，何福望. 制漿造紙分析與檢測［M］. 北京：中國輕工業(yè)出版社，2006.

［18］ Kootstra A M J，Beeftink H H，Scott E L，et al.Comparison of dilutemineral and organic acid pretreatment for enzymatic hydrolysis of wheat straw ［J］. Biochemical Engineering Journal，2009，46（2）：126-131.

［19］ Ramos L P，Breuil C，Saddler J N. The use of enzyme recycling and the influence of sugar accumulation on cellulose hydrolysis by Trichoderma cellulases［J］. Enzyme and Microbial Technology，1993，15（1）：19-25.

［20］ Robinson J，Keating J，Boussaid A，et al. The influence of bark on the fermentation of Douglas-fir whitewood pre-hydrolysates［J］. Applied Microbiology and Biotechnology，2002，59（4/5）：443-448.

［21］ Li J B，Gellerstedt G. Improved lignin properties and reactivity by modifications in the autohydrolysis process of aspen wood［J］. Industrial Crops and Products，2008，27（2）：175-181.

［22］ 余君. 不同預處理工藝對稻殼纖維素酶酶解效果的影響［D］. 武漢：華中農(nóng)業(yè)大學，2008.

［23］ 秦磊. 木質纖維素酸堿預處理的比較研究［D］. 天津：天津大學，2012.

［24］ Overend R P，Chornet E，Gascoigne J A. Fractionation of lignocellulosics by steam-aqueous pretreatments ［and discussion］［J］. Philosophical Transactions of the Royal Society of London A：Mathematical，Physical and Engineering Sciences，1987，321（1561）：523-536.

［25］ 史正軍. 甜龍竹及巨龍竹半纖維素、木質素結構詮釋及相互間化學鍵合機制解析［D］. 北京：北京林業(yè)大學，2013.

［26］ dos Santos Muguet M C，Ruuttunen K，J??skel?inen A S，et al. Defibration mechanisms of autohydrolyzed Eucalyptus wood chips［J］. Cellulose，2013，20（5）：2647-2654.

［27］ Silverstein R A，Chen Y，Sharma-Shivappa R R，et al. A comparison of chemical pretreatment methods for improving saccharification of cotton stalks［J］. Bioresource Technology，2007，98（16）：3000-3011.

［28］ 葛培錦，趙建，曲音波，等. 熱水和木聚糖酶預處理制備麥草堿法化機漿的研究［J］. 中國造紙學報，2005，19（2）：25-28.

［29］ 楊恒，張素風. 熱水預抽提對麥草化機漿性能的影響［J］. 紙和造紙，2011，30（6）：18-20.

［30］ Houtman C，Horn E. Pilot trials of hemicelluloses extraction prior to thermomechanical pulp production：Part 1［J］. Tappi Journal，2011，10（5）：21-28.

責任編輯：周建軍

Effects of Biomass Pretreatment on the Extraction of Hemicelluloses and the Pulp Quality of the Subsequent CTMP

HOU Qingxi，MA Jing，LIU Wei，WANG Yang，LI Yang，LIU Lihui，ZHANG Jinping
（Tianjin Key Laboratory of Pulp and Paper，College of Papermaking Science and Technology，Tianjin University of Science & Technology，Tianjin 300457，China）

Pretreatment of the raw material before CTMP（Chemi-thermomechanical Pulp）pulping was performed，in order to make full use of biomass resources and produce value-added products，without lowering the pulp quality.Different preextraction methods，such as autohydrolysis，acid and alkali pre-extractions，were used for the pretreatment to study the effects of pre-extraction with various severities on the pulp quality of the following CTMP（i.e.，the comprehensive variablesof the pretreatment temperature and time）.The results showed that，as the condition aggravated continually，the yield of the hydrolyzed chips decreased and the amount of the dissolved hemicelluloses increased.The contents of holocellulose，pentosan and acid soluble lignin in the hydrolyzed chips decreased dramatically with the increase of the pretreatment severity.The pretreatment shortened the enzymatic hydrolysis time and improved the conversion of glucose of wheat straw.Compared with the original wood chips，the hydrolyzed chips had not only a lower pressurized refining energy consumption but also a higher energy saving in PFI refining.In addition，the CTMP made of hydrolyzed chips had a higher tensile index and an enhanced tear index.

hydrolysis；pretreatment；CTMP；hemicelluloses

TS743+.9

A

1672-6510（2016）03-0036-07

10.13364/j.issn.1672-6510.20150060

2015-05-11；

2015-09-22

國家自然科學基金資助項目（31270630）

侯慶喜（1961—），男，天津人，教授，qingxihou@tust.edu.cn.

數(shù)字出版日期：2015-12-10；數(shù)字出版網(wǎng)址：http://www.cnki.net/kcms/detail/12.1355.N.20151210.1045.004.html.