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用稀酸预处理和酶糖化把橄榄生物质转化为可发酵糖

文章来源:中国新能源网 | 发布日期:2008-08-29 | 作者:陈恒 | 点击次数:

    从农业或其他木质纤维素残余物生产燃料乙醇,有它的长处,因为可以在当地得到原料,而且通常价格较低。为了用可再生能源的木质纤维素残余物生产乙醇,重要的事情是从它们那里取得尽可能多的可发酵糖。这意味着从纤维素(它是木质纤维素残余物中主要的糖聚合物)部分取得葡萄糖之外,半纤维素部分含有的糖也必须考虑在内,因为它能增加整个转化过程的经济可行性。但是,以往关于木质纤维素生物质转化的研究,大多把重点放在纤维素的最大可获得性上,忽视了木糖的最大产出。从纤维素部分产生葡萄糖,或用酸或用酶,都需要残余物经过一个预处理步骤。预处理,从经济观点看,在生物学转化工艺中是一个关键步骤,它能去除半纤维素,降低纤维素的结晶度,并增加物料的多孔性。因此,预处理必须能够改善糖的释出(包括从半纤维素和纤维素两部分),同时避免碳氢化合物降低和形成一些会抑制后续的水解和发酵过程的产物。取决于不同的运行状态,作为预处理后果的溶解的半纤维素糖。可能在其后的反应段落产生降解产物,如呋喃、羟基甲基呋喃和几种有机酸。这些化合物中一部分,连同木质素降解产生的化合物,被一些研究者指为微生物生长的潜在抑制物,它们会影响在发酵步骤中乙醇产出。

    在各种预处理方法中,水热工艺被广泛应用于从软木、硬木、能源作物和农业残余物生产乙醇,在这种工艺中只用水做糖溶解的催化剂。。虽然水热预处理工艺有无需外加化学品的好处,但稀硫酸预处理工艺也受到注意,因为它不大昂贵,而且会得到高半纤维素回收和高纤维素降解性。因此它在各种不同的基质上被试用。

    橄榄树生物质,来自橄榄树的剪裁,是一种不值钱的可再生木质纤维素残余物,没有别的用途,还需加以处置以防止植物疾病。从橄榄树剪裁下的生物质,包括叶、细枝和木(比5cm粗的树枝)。已有人用蒸汽预处理从橄榄生物质生产乙醇。另有人研究过经受过常压下磷酸预处理的橄榄树生物质生成的水解物的发酵。用液态热水预处理橄榄树生物质也有人做过,而实验结果显示,过滤液中最大糖产出所要求的运行条件,是不同于最大纤维素酶水解产出所要求的条件。

    报告发表在《Bioresource Technology》的一个研究,企图改善从橄榄树生物质中半纤维素和纤维素两部分产生可发酵糖的状况,方法是稀硫酸预处理和使用商品酶综合剂的酶糖化。预处理在0.2%、0.6%、1.0%和1.4%(按重量计)的硫酸浓度下进行,而温度范围在170-210℃之间。实验的注意力放在预处理释出的液体部分(预水解产物)和非水溶固体两方面的糖回收上。原料中的半纤维素糖,在170℃和1%硫酸浓度的工艺条件下,在预水解产物中可回收到83%的最大值,但在这种条件下经预处理的固体对酶的可接近性却不很高。倒过来,最大酶水解产出(76.5%),在210℃和1.4%硫酸浓度下,可从经预处理的固体得到,其间观测到纤维素溶解。而从预水解产物回收到的糖,同在各种运行参数得到的结果相比是最少的。考虑到可发酵糖是由预处理产生的,而葡萄糖是由酶水解释出的,总糖产出必须考虑这两方面。总糖产出最大值(36.3g糖/100g原料)是在180℃和1%硫酸浓度的预处理条件下获得的,这数值相当于原料中的糖的75%。

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