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木質纖維素原料的預處理

  由木質纖維素的組成和結構可以知道,影響纖維素糖化分解的主要因素有木質素和半纖維素的保護作用,纖維素的結晶度、聚合度、有效比表面積、內部孔隙大小及分布等,要直接對纖維素進行糖化水解或生物轉化是相當困難的。因此,無論采取何種工藝分解利用纖維素,都必須首先對纖維素原料進行預處理,其目的是降低纖維素的聚合度、結晶度,破壞木質素、半纖維素的結合層,脫去木質素,增加有效比表面積。
     1、堿處理:堿處理法是利用木質素能溶解于堿性溶液的特點,用稀NaOH或NH3溶液處理生物質原料,使其中的木質素結構破壞,從而便于酶水解的進行。氫氧化鈉可以起到脫木素、潤漲纖維素的作用。盡管這種處理對提高原料的降解效果較好,但由于氫氧化鈉的消耗量大,在堿處理過程中還有部分半纖維素被損失,所以不太適用于大規模生產。
     2、酸處理:稀酸預處理通常采用0.3%~1.2%的硫酸,在110~220℃下處理一定時間。由于半纖維素易被水解成單糖,纖維殘渣形成多孔或溶漲型結構,從而促進了酶解效果。雖然半纖維素用熱水處理時也會溶出,但反應速度遠小于稀酸催化劑存在的情況。稀酸的脫木質素作用較弱,0.1%的酸的木質素脫除率只有22%,但半纖維的溶出率高,在酸濃度為0.2%時,酶解率可提高到大于90%,遠比氨處理效果好,說明半纖維素的有效溶出比木素的脫除更有利于纖維素的酶解。
     3、氧化劑:氧化法主要是用過氧化氫進行氧化脫木質素的反應,從而達到破壞天然植物纖維的物理結構的目的。pH值是影響反應的重要條件,在堿性條件下,可在80~90℃低溫下反應,但在酸性條件下,要達到同樣的氧化裂解木質素的效果,就需在130~160℃條件下,Gould等以H2O2為氧化劑,控制pH值在11.2~11.8的范圍,可部分脫除木質素,并降低纖維素的結晶度,過程中產生的抑制酶解過程的毒素較少。
     常用于降解木質素的真菌是木腐菌,通常是白腐菌、褐腐菌和軟腐菌,其中軟腐菌的木質素分解能力很低,褐腐菌只能改變木質素的性質,而不能分解木質素,只有白腐菌分解木質素的能力較強。用白腐菌預處理纖維素較省能,還可以得到有價值的副產物——SCP(單細胞蛋白),成本低,經濟效益好,并且由于反應條件溫和,副反應和抑制性產物少。
     小編:AL
 
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