1.1 研究背景

随着能源、环境和粮食问题的日益严重，世界各国在生物能源科学与技术领域的竞争越来越激烈。我国科技部在《”十二五”生物技术发展规划》中明确提出，开发非粮生物乙醇等生物能源产品制造过程的共性关键技术和专用设备，着力推进生物能源产业的发展（中国科技部，2011）。农业秸秆、废弃木材等木质纤维素材料来源广泛、成本低廉、可以再生，因此，以木质纤维素材料为原料的生物乙醇生产技术具有巨大的产业化发展潜力（Cheng and Timilsina，2011）。

以木质纤维素材料为原料的生物乙醇生产过程一般包括原料预处理、酶解、乙醇发酵和乙醇精制等主要步骤（Chen，2011）。在木质纤维素材料的预处理及酶解过程中，木质素会降解成4-羟基苯甲醛、丁香醛、阿魏酸、对香豆酸、香草酸、香草醛、松伯醇、紫丁香醇等小分子酚类化合物，这些小分子酚类化合物对发酵细胞的毒性，是影响木质纤维素水解液乙醇发酵效率的主要原因之一。

1.2 研究现状及分析

1.2.1 木质素降解成分

木质素由以苯丙烷为主体的木质素单体组成。木质素单体有三种结构：愈创木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构（吴玉峰，2009）。在木质纤维素材料的预处理及酶解过程中，木质素会降解成一类小分子酚类化合物，例如：4-羟基苯甲醛、丁香醛（3,5-二甲氧基-4-羟基苯甲酸）（潘进权和刘耕，2002），阿魏酸、对香豆酸（Ezeji T，2007）、香草酸、香草醛（3-甲氧基水杨醛）（Choatal.，2009）、松伯醇、紫丁香醇（裴继诚等，2010）等。这些小分子酚类化合物是木质纤维素水解液中存在的主要毒性成分（Palmqvist et al.,2000a）。小分子酚类化合物的化学性质比较稳定，且分子量与葡萄糖和木糖接近，因此采用物理或化学方法较难将它们从木质纤维素水解液中去除。

1.2.2 木质素降解成分对微生物的毒性

发酵中，不同木质素成分对微生物的毒性不同。对丙酮-丁醇-乙醇联产菌株拜氏梭菌（C. beijerinckii BA101）来说，阿魏酸的毒性最强，对香豆酸次之（Ezeji Tet al.，2007）。对乙醇发酵微生物来说，4 -羟基苯甲醛 、香草醛的毒性比糠醛的毒性强（Larsson，1999）。酚类化合物、糠醛和乙酸等成分对酿酒酵母有毒性，用乙醚将酶解液中的这些毒性成分去除，能使其酒精发酵的乙醇产率提高16%，提高后的乙醇产率与葡萄糖对照组相同（Palmqvist，2000）。

此外，不同微生物在不同生长期对木质素成分表现出不同的耐受性。丙酮-丁醇-乙醇联产菌株拜氏梭菌（C. beijerinckii BA101）对丁香醛的耐受性比大肠杆菌（E. coli KO11和E. coli LY01）强得多。在大肠杆菌的培养过程中，当接种后的第一天加入1.0g/L的丁香醛时，75%的大肠杆菌的生长被抑制，如果在培养48小时后再加入丁香醛，则有48%的菌株的生长受到抑制（Zaldivaretal，1999）。

1.2.3 现有研究中存在的问题