河南天冠企業(yè)集團(tuán)有限公司車用生物燃料技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 程遠(yuǎn)超 王林風(fēng) 宋付耀

纖維乙醇預(yù)處理工藝篩選＊

河南天冠企業(yè)集團(tuán)有限公司車用生物燃料技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 程遠(yuǎn)超 王林風(fēng) 宋付耀

當(dāng)前，環(huán)境與發(fā)展問題受到國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注，石油資源的日益短缺以及油品燃燒對(duì)環(huán)境造成的污染已成為許多國(guó)家調(diào)整能源政策的出發(fā)點(diǎn)，燃料乙醇是當(dāng)前可行性最高的液體燃料替代方案 。纖維質(zhì)燃料乙醇是目前世界各國(guó)研究開發(fā)的主要方向，但是在其產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程中還存在很多問題，尤其是預(yù)處理工藝，對(duì)纖維乙醇的綜合成本及環(huán)境效益有著巨大的影響，本文，筆者通過對(duì)幾種常見預(yù)處理工藝進(jìn)行研究、分析，篩選出了適合工業(yè)化生產(chǎn)的預(yù)處理工藝。

一、材料與預(yù)處理方法

1. 材料。原料：南陽本地產(chǎn)干龍須草。酶：湖南尤特爾生化有限公司提供。菌種：安琪高活性釀酒干酵母。

2. 方法。預(yù)處理：稀酸法，將龍須草粉碎成0.5cm以下碎屑，在稀硫酸溶液中煮沸一定時(shí)間；堿法，將龍須草粉碎成0.1cm以下碎屑，在氫氧化鈉和硫化鈉溶液中蒸煮一定時(shí)間；汽爆法，將龍須草切成10cm以下，投入耐壓罐中通蒸氣至一定壓力，保壓一定時(shí)間，在短時(shí)間內(nèi)噴出；生物法，將龍須草切成20cm以下，加自來水拌至水分60～70wt%，用塑料薄膜覆蓋，曬3天，加入腐生菌種拌勻，用塑料薄膜覆蓋，曬1～2周。酶解發(fā)酵：高濃度補(bǔ)料酶解，時(shí)長(zhǎng)60h；間歇攪拌厭氧發(fā)酵，時(shí)長(zhǎng)72h。

二、結(jié)果討論

纖維素的預(yù)處理有物理、化學(xué)和生物法三種方法。適用的預(yù)處理方法必須達(dá)到以下要求：處理后物料的酶解轉(zhuǎn)化率較高；纖維素和半纖維素的損失較少；產(chǎn)生的酶解發(fā)酵抑制物較少；對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響小并且可控制；成本低。目前研究較多的預(yù)處理方法有稀酸法、堿法、蒸汽爆破法和生物法。

將龍須草分別采用上述四種方法進(jìn)行處理，然后將處理后物料分別進(jìn)行從50L到20m3機(jī)械攪拌罐的酶解、發(fā)酵系列試驗(yàn)，考察了處理后物料的工藝參數(shù)及對(duì)環(huán)境的影響因素，見圖1及表1、表2、表3。

圖1 不同預(yù)處理方法最佳酶解發(fā)酵結(jié)果

表1 預(yù)處理前后物料主要成分對(duì)比

表2 不同預(yù)處理方法條件及原料—乙醇轉(zhuǎn)化率

稀酸法處理可以降解半纖維素，得到木糖溶液和可酶解物料、但是對(duì)設(shè)備的耐腐蝕性要求較高，投入成本較高；木糖溶液中木糖含量低，有害物質(zhì)較多；殘留木質(zhì)素較多并與纖維素結(jié)合在一起，底物的酶解效率低，糖、酒濃較低。

堿法處理可以脫除部分木質(zhì)素并保留大部分半纖維素，使纖維素潤(rùn)漲，有利于酶與底物的結(jié)合，且底物的酶解轉(zhuǎn)化率較高，可以得到較高的糖度和酒度，但是產(chǎn)生的污水量太大，處理費(fèi)用偏高。

汽爆法處理耗費(fèi)時(shí)間短，產(chǎn)率高，底物酶解轉(zhuǎn)化率較高，對(duì)環(huán)境負(fù)面影響較小，但是物料中半纖維素大部分降解，產(chǎn)生大量抑制物。

生物法預(yù)處理?xiàng)l件溫和，底物的轉(zhuǎn)化率較高，對(duì)環(huán)境負(fù)面影響小，但處理時(shí)間長(zhǎng)，占用空間大，對(duì)無菌程度、溫度、濕度和供氧要求苛刻。

三、結(jié)論

優(yōu)化后的蒸汽爆破預(yù)處理具有以下特點(diǎn)： 原料纖維素結(jié)晶度和聚合度下降；半纖維素降解成單糖和寡糖；纖維素—半纖維素—木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)被破壞，有利于處理原料與酶的結(jié)合 ，提高了原料的利用率。蒸汽爆破相對(duì)于酸堿預(yù)處理來說，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響較小，環(huán)保費(fèi)用較低。因此汽爆法是目前纖維乙醇工業(yè)化生產(chǎn)最佳預(yù)處理工藝。

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展（863）計(jì)劃（編號(hào)：2008AA10Z338-02）