木材糖化

又稱木材水解。通過木材的水解來製取纖維素、半纖維素、中性糖、乙醇或其他工業原料的木材的有效利用法。可分為酸解和酶解兩種方法。酸解法又可分為稀酸法和濃酸法兩種。

基本介紹

• 中文名：木材糖化
• 外文名：Wood saccharification
• 別稱：木材水解

歷史發展

占木材成分50-60%的纖維素(C₆H₁₀O₅)_n是由2000-3000個葡萄糖分子(C₆H₁₂O₆)以糖式鍵結合成的纖維狀物，用濃硫酸水解木材可以得到糖，早在1819年就為布拉孔洛脫(Braconnot)發現，以後經過多方面研究並進行了工業生產。但是截至最近幾年，木材糖化工業一直還是以製造酒精、酵母、家畜飼料原料的糖蜜為目的，從1930年後，木材糖化工業是在戰時特殊經濟條件下才獲得了發展。僅以生產糖蜜為目的，在和平時期是沒有經濟意義的。然而，最近由於糖化工藝的改進，糖液精製技術的提高以及其它各方面技術的進步，使木材糖化工業已發展為以製造結晶葡萄糖為主要產品，而且使其副產品的半纖維素、木質素也逐步獲得了有效的利用。因而木材糖化工業已成為具有經濟價值的工業，也成為新的木材化學工業的主體，而受到注意。

製造工藝

就木材糖化(特別是以製造結晶葡萄糖為目的)的工藝而言，可分為以下幾道程式：首先進行硬水解以除去木材中的半纖維素；而後進行主水解及副水解(使用濃酸時)將纖維素糖化為葡萄糖；最後是從反應糖液中除去木質素及酸，進行糖的精製及結晶化。

木材糖化是根據所用催化劑——酸的不同而異，一般可分為高溫稀酸法和低溫濃酸法。高溫稀酸法是以稀酸為催化劑在高溫下進行水解的方法；濃酸法是使用濃酸在低溫下水解纖維素的方法，亦即先在稀酸中將纖維素處理為可溶性的、低聚合度的葡萄糖聚合物，然後再用濃酸水解（副水解）這種聚合物而製成葡萄糖。

稀酸法

稀酸法是以0.5-1.0%的稀酸(主要是硫酸)為催化劑在高溫高壓下進行糖化反應的方法，具有代表性的方法有舒勒(Scholler)法、印芬他公司法、麥迪生(Madison)法等。稀酸法的特點是酸的消耗量少。但要在150-180℃的高溫下進行處理，因而產生糖的分解，使糖的收率不高(70%左右)；而且糖化液的濃度也稀，只有5-6%，又因含有糖的分解生成物，雖可從中製取酵母，但不能用以製造糖蜜和結晶葡萄糖。現所存在的木材糖化工業主要都是在戰時特殊情況下所建立的。稀酸法在德國、瑞士、蘇聯、朝群等國已成為企業化，並同時進行酒精和酵母的生產，其中部分設備至今仍在繼續運轉中。

濃酸法

（1）濃硫酸法

濃硫酸法是以70%左右的濃硫酸為催化劑，在低溫常壓下進行糖化反應的方法，具有代表性的方法有皮奧利亞法、焦爾達尼-列翁(Giordani-Leone)法、日本木材化學公司法、北海道法等。濃硫酸法具有以下的特點：採用常壓反應，幾無生成糖的分解現象，所以糖的收率高；反應裝置的材料和結構此較簡單，反應時間短。但在另一方面，由於濃硫酸的大量使用，所以對酸的回收方法是否適當，已成為採用本法經濟與否的決定性問題。最易進行的硫酸回收方法是添加石灰使反應成石膏的分離回收法，這方法現已為日本木材化學公司所實施，但在大規模生產的情現下石膏的處理還存在問題。

此外，有人建議用製成硫酸銨的回收方法，亦有建議以分解磷礦石製成磷酸硫銨的回收方法。但這些方法都存在著很多問題。最新的方法是用離子交換膜回收硫酸，從而達到循環使用目的的北海道方法，這是值得注意的。

濃硫酸法的企業化，雖然為時還短，但已為義大利的焦爾達尼-列翁所證實，正式完成了它的企業化，它是以生產酒精發酵原料為目的。據報導和判斷，現在蘇聯已在進行濃硫酸法的企業化。此外還有日本木材化學公司法，現亦已經企業化。最近北海道木材化學公司及西日本木材化學公司等也在計畫濃硫酸法的企業化。

（2）濃鹽酸法

濃鹽酸法是以濃鹽酸或氯化氫氣體進行糖化反應的方法。以濃鹽酸進行木材糖化浸出的有貝爾古斯(Bergius)法和新賴諾法，亦有用氯化氫氣體與潮濕的木材細片相接觸而進行糖化的有海倫(Hereng)法和野口研究所法等。濃鹽酸法的特點在於：糖的牧率高，鹽酸回收容易，且能得到高濃度的糖液。但過去對耐發煙鹽酸反應器材料的選取是最突出的嚴重問題；而現在由於不透性石墨和氯乙烯等新的耐酸材料的出現，也就逐步得到解決，因而濃鹽酸法已成為有效的結晶葡萄糖製造法而受到重視。