纤维乙醇预处理工艺筛选＊

河南天冠企业集团有限公司车用生物燃料技术国家重点实验室 程远超 王林风 宋付耀

纤维乙醇预处理工艺筛选＊

河南天冠企业集团有限公司车用生物燃料技术国家重点实验室 程远超 王林风 宋付耀

当前，环境与发展问题受到国际社会的普遍关注，石油资源的日益短缺以及油品燃烧对环境造成的污染已成为许多国家调整能源政策的出发点，燃料乙醇是当前可行性最高的液体燃料替代方案 。纤维质燃料乙醇是目前世界各国研究开发的主要方向，但是在其产业化的进程中还存在很多问题，尤其是预处理工艺，对纤维乙醇的综合成本及环境效益有着巨大的影响，本文，笔者通过对几种常见预处理工艺进行研究、分析，筛选出了适合工业化生产的预处理工艺。

一、材料与预处理方法

1. 材料。原料：南阳本地产干龙须草。酶：湖南尤特尔生化有限公司提供。菌种：安琪高活性酿酒干酵母。

2. 方法。预处理：稀酸法，将龙须草粉碎成0.5cm以下碎屑，在稀硫酸溶液中煮沸一定时间；碱法，将龙须草粉碎成0.1cm以下碎屑，在氢氧化钠和硫化钠溶液中蒸煮一定时间；汽爆法，将龙须草切成10cm以下，投入耐压罐中通蒸气至一定压力，保压一定时间，在短时间内喷出；生物法，将龙须草切成20cm以下，加自来水拌至水分60～70wt%，用塑料薄膜覆盖，晒3天，加入腐生菌种拌匀，用塑料薄膜覆盖，晒1～2周。酶解发酵：高浓度补料酶解，时长60h；间歇搅拌厌氧发酵，时长72h。

二、结果讨论

纤维素的预处理有物理、化学和生物法三种方法。适用的预处理方法必须达到以下要求：处理后物料的酶解转化率较高；纤维素和半纤维素的损失较少；产生的酶解发酵抑制物较少；对环境的负面影响小并且可控制；成本低。目前研究较多的预处理方法有稀酸法、碱法、蒸汽爆破法和生物法。

将龙须草分别采用上述四种方法进行处理，然后将处理后物料分别进行从50L到20m3机械搅拌罐的酶解、发酵系列试验，考察了处理后物料的工艺参数及对环境的影响因素，见图1及表1、表2、表3。

图1 不同预处理方法最佳酶解发酵结果

表1 预处理前后物料主要成分对比

表2 不同预处理方法条件及原料—乙醇转化率

稀酸法处理可以降解半纤维素，得到木糖溶液和可酶解物料、但是对设备的耐腐蚀性要求较高，投入成本较高；木糖溶液中木糖含量低，有害物质较多；残留木质素较多并与纤维素结合在一起，底物的酶解效率低，糖、酒浓较低。

碱法处理可以脱除部分木质素并保留大部分半纤维素，使纤维素润涨，有利于酶与底物的结合，且底物的酶解转化率较高，可以得到较高的糖度和酒度，但是产生的污水量太大，处理费用偏高。

汽爆法处理耗费时间短，产率高，底物酶解转化率较高，对环境负面影响较小，但是物料中半纤维素大部分降解，产生大量抑制物。

生物法预处理条件温和，底物的转化率较高，对环境负面影响小，但处理时间长，占用空间大，对无菌程度、温度、湿度和供氧要求苛刻。

三、结论

优化后的蒸汽爆破预处理具有以下特点： 原料纤维素结晶度和聚合度下降；半纤维素降解成单糖和寡糖；纤维素—半纤维素—木质素的结构被破坏，有利于处理原料与酶的结合 ，提高了原料的利用率。蒸汽爆破相对于酸碱预处理来说，对环境的负面影响较小，环保费用较低。因此汽爆法是目前纤维乙醇工业化生产最佳预处理工艺。

国家高技术研究发展（863）计划（编号：2008AA10Z338-02）