纤维素科学国际(CSI)公司的研究人员于2010年3月27日宣布,开发出一种纤维素生物质预处理技术,能够降低纤维素的“韧性”,使其更易被酶解为糖类。该技术显著提高了纤维素酶转化纤维素的速率,减少了所需酶用量,从而有望降低纤维素生物燃料和化学品的生产成本。
该成果在美国化学学会第239次年会上发布。对于漂白硫酸盐纸浆,CSI公司可在约20小时内实现约80%的转化率;对于谷物秸秆,转化率达到对照组的两倍。研究人员认为,这一发现将对纤维素转化为生物燃料的经济性产生重大影响,使纤维素在与谷物作为葡萄糖原料的竞争中更具优势。使用该技术,酶用量可减少10倍,使纤维素转化成本与谷物相当。
新技术基于使纤维素解结晶,形成在水介质中稳定的形态,便于酶水解。解结晶过程在纳米级水平上开辟了结构,提高了酶的可及性,同时加快了纤维素酶转化为葡萄糖和可溶性低聚物的速率,缩短了酶水解时间,降低了与长停留时间相关的投资成本。
CSI公司使用微晶粉末纤维素(Avicel)作为基质。Avicel是一种微结晶纤维素,由高纯度漂白硫酸盐纸浆水解后机械破碎而成,酶解极其顽固。CSI的过程涉及使用氢氧化钠(NaOH)溶解在乙醇和水共溶剂混合物中。当NaOH用水冲洗后,纤维素转化为丝光形式,比原始形态更难水解。但如果NaOH用共溶剂混合物彻底清洗,结构可被破解。用于清洗NaOH的共溶剂可浓缩回收,NaOH和共溶剂均可循环利用,无显著消耗。