资源紧缺与环境污染是人类在21世纪实现可持续发展所面临的重大问题。地球上每年光合作用的产物(生物质)高达100亿~500亿吨,其中木质纤维素占50%左右,是地球上数量最大的可再生有机资源。而目前自然界的木质纤维素资源只有很小一部分得到利用,绝大多数都被付之一炬,不仅浪费资源而且还造成环境污染。在能源和资源的供给与需求矛盾日益突出的严峻现实下,借助生物技术将地球上最丰富、最廉价的可再生有机资源—木质纤维素转化为附加值高的乙醇、乳酸、单细胞蛋白等生物化工产品,是新世纪开发利用可再生资源的重要途径之一。
纤维素生物转化生产乙醇、乳酸、单细胞蛋白等生物化工产品的主要工艺环节:纤维素酶解糖化、还原糖发酵。还原糖发酵工艺已非常成熟,难点在于纤维素如何高效转化为还原糖。纤维素的化学结构是由D-吡喃葡萄糖环彼此以β-1,4-糖苷键连接而成的螺旋状聚合物,分子中大量的羟基基团形成了数目庞大的氢键,这些氢键和分子间范德华力使纤维素形成致密的晶体结构,严重阻碍了化学试剂或生物酶与纤维素表面的有效接触和作用,是纤维素开发应用的一大障碍.纤维素的解结晶预处理可以促进晶态纤维素向无定形态纤维素转化,提高纤维素的有效作用面积.因此,研究纤维素的预处理是开发纤维素的前提之一。
本研究所近年来研究稀酸预处理、碱预处理、离子液体预处理、离子液体/固体酸等预处理方法,有效地提高了纤维素酶解效率,在此基础上研究了纤维素的酶解工艺,采用酶混和酶的复配等多种手段深入地研究了纤维素酶解机理及提高酶活的途径,并对还原糖发酵制备乳酸工艺进行了深入的研究。