含纖維素原料的處理

發布時間：2012-6-28 14:13

我國是農業國，據估計每年有1億t纖維素物質，全球纖維素物質就更多。除部分作為飼料，大部分沒有得到合理利用，如果將其中一部分有效地轉化為發酵工業原料并配合發酵消泡劑應用，意義是十分重大的。天然纖維素的平均分子量為6-15×107，基本結構是由原纖維構成的微纖維束集合而成。原纖維是由15-40根有結晶部和非晶體性構成的纖維分子長鏈所組成。發酵消泡劑應用在纖維素的結晶部分是由纖維素分子進行非常整齊規則地折疊排列形成。葡萄糖分子的羥基均處于分子內部或與分子外部的氫離子相結合。因此，發酵消泡劑應用在纖維素的結晶部分比非晶體部分難分解得多。天然纖維素通常只含有50%-60%纖維素，還有21%-24%半纖維素，12%-25%木質素。木質素和半纖維素形成牢固窒層，并配合發酵消泡劑應用緊密地包圍著纖維素，阻礙酶與纖維素的接觸。因此，要提高糖化速度，必須除去木質素，或破壞木質素與半纖維素的結合層。除去木質素之后，纖維素的孔隙增大并配合發酵消泡劑應用，隨著與酶接觸的有效比表面積增大而糖化速度明顯提高。因此，可以說影響糖化速度的主要因素是結晶度、發酵消泡劑應用、有效比表面積、內部孔隙及其分布、聚合度等。為了提高糖化速度，促進糖化，破壞結晶構造，脫去木質素的預處理與應用發酵消泡劑時非常重要的。發酵消泡劑應用之纖維素的預處理應用發酵消泡劑之物理法
　　 ①發酵消泡劑應用在微粉碎處理：用球磨或碾磨將纖維素物質粉碎，然后用纖維素酶與發酵消泡劑的處理，在其它條件相同的情況下，糖化效果與粉碎度有關。另外，經發酵消泡劑應用與粉碎的纖維素粉末具膨潤性，體積小，可以提高基質濃度，以便得到高濃度糖化液。但是粉碎法耗能大；
　　②蒸煮和爆碎處理發酵消泡劑應用：所謂蒸煮處理，是用150-200℃的飽和水蒸氣處理10-20 min，使木質素的α一丙烯乙醚及部分β-丙烯乙醚裂開：破壞木質素和半纖維素結合層。所謂爆碎處理，是在幾十個大氣壓下，220 -240℃飽和水蒸氣中并配合發酵消泡劑應用經幾十秒至幾分鐘的瞬間處理之后，立即降至常壓，使纖維素爆碎松散，孔隙增大；
　　③發酵消泡劑應用之微波處理。微波指300 MHz-300 kMHz范圍的電磁波。須在密封容器里進行發酵消泡劑應用，糖化率隨溫度升高而升高，處理的溫度以210～220℃為宜。發酵消泡劑應用之他學處理：臭氧和堿、酸、有機溶劑等都有降低結晶度、溶解及脫去木質素的作用。有人對各種化學處理劑通過試驗進行選擇（處理前，先使原料粒度在2mm以下或過42-80目篩），得出如下結論：
　　 ①在各種化學處理劑中，原料糖化率較高的有NaOH,醇-NaOH，發酵消泡劑應用，醇一酸，醋酐一過氧化氫，Na2S-NaOH，亞硫酸等，其中以Na2S-NaOH復合液處理效果最佳；
　　②酸處理幾乎是無效果的，僅僅是伴隨著酸糖化而導致糖的生成，其量有限。
另外，以10%正丁胺以及發酵消泡劑應用回流處理稻草，也取得較好結果，正丁胺可回收99%，不需水洗，不用酸中和，可直接用于糖化。微生物處理之發酵消泡劑應用：雖然有很多微生物都能產生術質素分解酶，但活性低，難以得到應用。木腐菌中的白腐菌具有較強的分解木質素能力。最近，關于白腐菌分泌的胞外氧化酶將木質素分子的某些鍵裂開的機制已被弄清。用白腐菌以及發酵消泡劑應用的處理比較省能，副產物可回收利用。缺點是培養時間太長，而且白腐菌除分解木質素外，還產生分解纖維索和半纖維索的纖維素酶和半纖維素酶。因此，在分解木質素的同時，要結合發酵消泡劑應用半纖維素和纖維素也損失掉一部分。今后分離或選育只產生木質素氧化酶而不產生纖維素酶和半纖維素酶的中是很重要的。本文參考《發酵微生物學》一書。

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