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用稀酸預處理和酶糖化把橄欖生物質轉化為可發酵糖

文章來源:中國新能源網 | 發布日期:2008-08-29 | 作者:陳恒 | 點擊次數:

    從農業或其他木質纖維素殘余物生產燃料乙醇,有它的長處,因為可以在當地得到原料,而且通常價格較低。為了用可再生能源的木質纖維素殘余物生產乙醇,重要的事情是從它們那里取得盡可能多的可發酵糖。這意味著從纖維素(它是木質纖維素殘余物中主要的糖聚合物)部分取得葡萄糖之外,半纖維素部分含有的糖也必須考慮在內,因為它能增加整個轉化過程的經濟可行性。但是,以往關于木質纖維素生物質轉化的研究,大多把重點放在纖維素的最大可獲得性上,忽視了木糖的最大產出。從纖維素部分產生葡萄糖,或用酸或用酶,都需要殘余物經過一個預處理步驟。預處理,從經濟觀點看,在生物學轉化工藝中是一個關鍵步驟,它能去除半纖維素,降低纖維素的結晶度,并增加物料的多孔性。因此,預處理必須能夠改善糖的釋出(包括從半纖維素和纖維素兩部分),同時避免碳氫化合物降低和形成一些會抑制后續的水解和發酵過程的產物。取決于不同的運行狀態,作為預處理后果的溶解的半纖維素糖。可能在其后的反應段落產生降解產物,如呋喃、羥基甲基呋喃和幾種有機酸。這些化合物中一部分,連同木質素降解產生的化合物,被一些研究者指為微生物生長的潛在抑制物,它們會影響在發酵步驟中乙醇產出。

    在各種預處理方法中,水熱工藝被廣泛應用于從軟木、硬木、能源作物和農業殘余物生產乙醇,在這種工藝中只用水做糖溶解的催化劑。。雖然水熱預處理工藝有無需外加化學品的好處,但稀硫酸預處理工藝也受到注意,因為它不大昂貴,而且會得到高半纖維素回收和高纖維素降解性。因此它在各種不同的基質上被試用。

    橄欖樹生物質,來自橄欖樹的剪裁,是一種不值錢的可再生木質纖維素殘余物,沒有別的用途,還需加以處置以防止植物疾病。從橄欖樹剪裁下的生物質,包括葉、細枝和木(比5cm粗的樹枝)。已有人用蒸汽預處理從橄欖生物質生產乙醇。另有人研究過經受過常壓下磷酸預處理的橄欖樹生物質生成的水解物的發酵。用液態熱水預處理橄欖樹生物質也有人做過,而實驗結果顯示,過濾液中最大糖產出所要求的運行條件,是不同于最大纖維素酶水解產出所要求的條件。

    報告發表在《Bioresource Technology》的一個研究,企圖改善從橄欖樹生物質中半纖維素和纖維素兩部分產生可發酵糖的狀況,方法是稀硫酸預處理和使用商品酶綜合劑的酶糖化。預處理在0.2%、0.6%、1.0%和1.4%(按重量計)的硫酸濃度下進行,而溫度范圍在170-210℃之間。實驗的注意力放在預處理釋出的液體部分(預水解產物)和非水溶固體兩方面的糖回收上。原料中的半纖維素糖,在170℃和1%硫酸濃度的工藝條件下,在預水解產物中可回收到83%的最大值,但在這種條件下經預處理的固體對酶的可接近性卻不很高。倒過來,最大酶水解產出(76.5%),在210℃和1.4%硫酸濃度下,可從經預處理的固體得到,其間觀測到纖維素溶解。而從預水解產物回收到的糖,同在各種運行參數得到的結果相比是最少的。考慮到可發酵糖是由預處理產生的,而葡萄糖是由酶水解釋出的,總糖產出必須考慮這兩方面。總糖產出最大值(36.3g糖/100g原料)是在180℃和1%硫酸濃度的預處理條件下獲得的,這數值相當于原料中的糖的75%。

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