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木质纤维素原料的预处理

  由木质纤维素的组成和结构可以知道,影响纤维素糖化分解的主要因素有木质素和半纤维素的保护作用,纤维素的结晶度、聚合度、有效比表面积、内部孔隙大小及分布等,要直接对纤维素进行糖化水解或生物转化是相当困难的。因此,无论采取何种工艺分解利用纤维素,都必须首先对纤维素原料进行预处理,其目的是降低纤维素的聚合度、结晶度,破坏木质素、半纤维素的结合层,脱去木质素,增加有效比表面积。下面我们就来简单的介绍一下木质纤维素原料的预处理的方法有哪些。
  1、碱处理。碱处理法是利用木质素能溶解于碱性溶液的特点,用稀NaOH或NH3溶液处理生物质原料,使其中的木质素结构破坏,从而便于酶水解的进行。氢氧化钠可以起到脱木素、润涨纤维素的作用。尽管这种处理对提高原料的降解效果较好,但由于氢氧化钠的消耗量大,在碱处理过程中还有部分半纤维素被损失,所以不太适用于大规模生产。
  2、酸处理。稀酸预处理通常采用0.3%~1.2%的硫酸,在110~220℃下处理一定时间。由于半纤维素易被水解成单糖,纤维残渣形成多孔或溶涨型结构,从而促进了酶解效果。虽然半纤维素用热水处理时也会溶出,但反应速度远小于稀酸催化剂存在的情况。稀酸的脱木质素作用较弱,0.1%的酸的木质素脱除率只有22%,但半纤维的溶出率高,在酸浓度为0.2%时,酶解率可提高到大于90%,远比氨处理效果好,说明半纤维素的有效溶出比木素的脱除更有利于纤维素的酶解。
  3、氧化剂。氧化法主要是用过氧化氢进行氧化脱木质素的反应,从而达到破坏天然植物纤维的物理结构的目的。pH值是影响反应的重要条件,在碱性条件下,可在80~90℃低温下反应,但在酸性条件下,要达到同样的氧化裂解木质素的效果,就需在130~160℃条件下,Gould等以H2O2为氧化剂,控制pH值在11.2~11.8的范围,可部分脱除木质素,并降低纤维素的结晶度,过程中产生的抑制酶解过程的毒素较少。
  常用于降解木质素的真菌是木腐菌,通常是白腐菌、褐腐菌和软腐菌,其中软腐菌的木质素分解能力很低,褐腐菌只能改变木质素的性质,而不能分解木质素,只有白腐菌分解木质素的能力较强。用白腐菌预处理纤维素较省能,还可以得到有价值的副产物——SCP(单细胞蛋白),成本低,经济效益好,并且由于反应条件温和,副反应和抑制性产物少。
  小编:MM