含纤维素原料的处理

发布时间:2012-6-28 14:13
我国是农业国,据估计每年有1亿t纤维素物质,全球纤维素物质就更多。除部分作为饲料,大部分没有得到合理利用,如果将其中一部分有效地转化为发酵工业原料并配合发酵消泡剂应用,意义是十分重大的。 天然纤维素的平均分子量为6-15×107,基本结构是由原纤维构成的微纤维束集合而成。原纤维是由15-40根有结晶部和非晶体性构成的纤维分子长链所组成。发酵消泡剂应用在纤维素的结晶部分是由纤维素分子进行非常整齐规则地折叠排列形成。葡萄糖分子的羟基均处于分子内部或与分子外部的氢离子相结合。因此,发酵消泡剂应用在纤维素的结晶部分比非晶体部分难分解得多。 天然纤维素通常只含有50%-60%纤维素,还有21%-24%半纤维素,12%-25%木质素。木质素和半纤维素形成牢固窒层,并配合发酵消泡剂应用紧密地包围着纤维素,阻碍酶与纤维素的接触。因此,要提高糖化速度,必须除去木质素,或破坏木质素与半纤维素的结合层。除去木质素之后,纤维素的孔隙增大并配合发酵消泡剂应用,随着与酶接触的有效比表面积增大而糖化速度明显提高。因此,可以说影响糖化速度的主要因素是结晶度、发酵消泡剂应用、有效比表面积、内部孔隙及其分布、聚合度等。为了提高糖化速度,促进糖化,破坏结晶构造,脱去木质素的预处理与应用发酵消泡剂时非常重要的。 发酵消泡剂应用之纤维素的预处理 应用发酵消泡剂之物理法
   ①发酵消泡剂应用在微粉碎处理:用球磨或碾磨将纤维素物质粉碎,然后用纤维素酶与发酵消泡剂的处理,在其它条件相同的情况下,糖化效果与粉碎度有关。另外,经发酵消泡剂应用与粉碎的纤维素粉末具膨润性,体积小,可以提高基质浓度,以便得到高浓度糖化液。但是粉碎法耗能大;
  ②蒸煮和爆碎处理发酵消泡剂应用:所谓蒸煮处理,是用150-200℃的饱和水蒸气处理10-20 min,使木质素的α一丙烯乙醚及部分β-丙烯乙醚裂开:破坏木质素和半纤维素结合层。所谓爆碎处理,是在几十个大气压下,220 -240℃饱和水蒸气中并配合发酵消泡剂应用经几十秒至几分钟的瞬间处理之后,立即降至常压,使纤维素爆碎松散,孔隙增大;
  ③发酵消泡剂应用之微波处理。微波指300 MHz-300 kMHz范围的电磁波。须在密封容器里进行发酵消泡剂应用,糖化率随温度升高而升高,处理的温度以210~220℃为宜。
发酵消泡剂应用之他学处理:臭氧和碱、酸、有机溶剂等都有降低结晶度、溶解及脱去木质素的作用。有人对各种化学处理剂通过试验进行选择(处理前,先使原料粒度在2mm以下或过42-80目筛),得出如下结论:
   ①在各种化学处理剂中,原料糖化率较高的有NaOH,醇-NaOH,发酵消泡剂应用,醇一酸,醋酐一过氧化氢,Na2S-NaOH,亚硫酸等,其中以Na2S-NaOH复合液处理效果最佳;
  ②酸处理几乎是无效果的,仅仅是伴随着酸糖化而导致糖的生成,其量有限。
另外,以10%正丁胺以及发酵消泡剂应用回流处理稻草,也取得较好结果,正丁胺可回收99%,不需水洗,不用酸中和,可直接用于糖化。
微生物处理之发酵消泡剂应用:虽然有很多微生物都能产生术质素分解酶,但活性低,难以得到应用。木腐菌中的白腐菌具有较强的分解木质素能力。最近,关于白腐菌分泌的胞外氧化酶将木质素分子的某些键裂开的机制已被弄清。用白腐菌以及发酵消泡剂应用的处理比较省能,副产物可回收利用。缺点是培养时间太长,而且白腐菌除分解木质素外,还产生分解纤维索和半纤维索的纤维素酶和半纤维素酶。因此,在分解木质素的同时,要结合发酵消泡剂应用半纤维素和纤维素也损失掉一部分。今后分离或选育只产生木质素氧化酶而不产生纤维素酶和半纤维素酶的中是很重要的。 本文参考《发酵微生物学》一书。
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