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1.4 水解工艺
木质纤文素原料具有较复杂的结构特点,需要将其水解成单糖,才能被微生物发酵利用生产乙醇。针对不同木质纤文素原料特性,需要采用不同的水解工艺,一般分为酸水解工艺和酶水解工艺[8-9]。
1.4.1 酸水解工艺
酸水解工艺一般认为可以分为浓酸水解以及稀酸水解法。
（1）浓酸水解工艺
浓酸水解在十九世纪即已提出,它的原理是秸秆纤文素在较低的温度下可完全溶解于72%的硫酸、42%的盐酸和77%～83%的磷酸中,导致纤文素的均相水解。浓硫酸水解为最常用方法,其主要优点是糖的回收率高,大约有90%的半纤文素和纤文素转化的糖被回收。
浓硫酸法糖化率高,约有80%～90%纤文素能被糖化,糖液浓度高,但采用了大量硫酸,需要回收重复利用。一种方法是利用阴离子交换膜透析回收,硫酸回收率约80% ,浓度20%～25% ,浓缩后重复使用。该方法操作稳定,适于大规模生产,但投资巨大,耗电量高,膜易被有机物污染。
（2） 稀酸水解工艺
主要工艺为: 木质纤文原料被粉碎到粒径2.5 cm 左右,然后用稀酸浸泡处理,将原料
转入一级水解反应器,温度190 ℃,0.7 %硫酸水解3 min。可把约20%纤文素和80%半纤文素水解。水解糖化液经过闪蒸器后,用石灰中和处理,调pH 后得到第一级酸水解的糖化液。将剩余的固体残渣转入二级水解反应器中,220 ℃,1.6 %硫酸处理3 min。可将剩余纤文素中约70%转化葡萄糖,30%转化为羟基糠醛等。经过闪蒸器后,中和,得到第二级水解糖液。合并两部分糖化液,转入发酵罐,经发酵生产得到乙醇等产品。
在稀酸水解中添加金属离子可以提高糖化收率。金属离子的作用主要是加快水解速度,减少水解副产物的发生。近年来,Fe离子的助催化作用的研究令人关注。总的说来,稀酸水解工艺糖的产率较低,一般为50%左右,而且水解过程中会生成对发酵有害的副产品。
1.4.2 酶水解工艺
酶水解是用由微生物产生的能把纤文素降解成葡萄糖的的纤文素酶来进行的。酶水解的特点是具有选择性，降解产物少，葡萄糖得率高，反应度低于酸水解，能耗较低，不需要使用大量的酸，不要求反应器皿具有高耐腐蚀性，被视为最有潜力降低从木质生物资源制取乙醇成本的突破口。