纤维素生产乙醇的化学预处理法

热心网友：（1）原料预处理天然纤维素材料的结构性质非常复杂，主要是纤维素的高度结晶性和木质化，阻碍了酶与纤维素的接触，使其难以直接被生物降解。对大多数天然纤维素材料来说，直接进行酶促水解，酶解率一般都非常低(<20%)，因此必须对原料进行适当预处理，以破坏木质纤维素结构，释放出纤维素和半纤维素。木质纤维素分子内和分子间存在氢键，聚集态结构复杂且结晶度高、反应活性低。其含有的木质素和半纤维素在空间上可阻碍甚至封闭纤维素分子与酶或化学试剂的接触，酶可及度差，更增加了水解的难度。通过预处理脱除木质素和半纤维素，消除空间障碍，降低纤维素的聚合度和结晶度，同时避免或消除不利于酶解和发酵的因素，有利于纤维素的降解和发酵生产乙醇。木质纤维素生物质的预处理方法主要有：物理处理法可破坏木质纤维素生物质的物理结构，降低结晶度，包括球磨、剪切、挤压等，其中最有效的是球磨，但因能耗高而很少采用。稀酸处理法用稀酸在较低的温度下处理木质纤维素生物质，可降解其半纤维素，生成单糖和可溶性低聚糖，提高原料的酶可及度及纤维素的可消化性。该法效果较好、成本较低，已得到广泛应用。尤其用于将半纤维素中的木聚糖转化为木糖，再经微生物发酵生产乙醇。碱处理法用NaOH、Ca(OH)2等碱性试剂处理木质纤维素生物质，脱除木质素，提高纤维素的酶可及度。预处理对酶解糖化效率和乙醇生产成本影响极大。湿法氧化处理法指水、氧化剂等在高温、一定压力下氧化降解木质纤维素生物质的过程。碱性条件可防止纤维素破坏，使木质素和半纤维素溶于碱液，与纤维素分离，且形成的糠醛等副产物较少。蒸汽爆碎处理法该法是比较有效、低成本和无污染的新技术。向装有木质纤维素生物质的压力罐通入高压蒸汽，使罐温度达到200～240℃左右，维持较短时间(30s～20min)后，突然减压将物料喷出，使物料爆碎。在高温条件下，原料中的半纤维素会迅速分解释放出有机酸，进而发生自水解作用而溶化。细胞间的木质素也能出现熔化，并发生部分降解，变得易被热水、有机溶剂或稀碱抽提。加上突然减压爆碎的机械分离作用，使植物细胞间质或细胞壁变疏松，细胞游离，纤维素的可消化性明显增强。