天津伊康生物制藥(北京伊康集團(tuán))科普:酸性電解水爆破處理靈芝廢段木效果研究
道地靈芝的栽培方式為段木栽培,隨著靈芝產(chǎn)業(yè)的不斷壯大,每年因種植靈芝而產(chǎn)生的廢段木數(shù)量可觀。自然界中靈芝菌屬白腐菌,是一類的木質(zhì)素降解微生物,其可降解木質(zhì)素為CO2和H2O,還可以選擇降解部分半纖維素。靈芝廢段木中除少量半纖維素和木質(zhì)索外,主要成分是未被利用的纖維素。若采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)方法將這些被廢棄的靈芝廢段木進(jìn)行處理,將其中高含量的纖維素進(jìn)行分離提取,可以作為纖維素乙醇等生化產(chǎn)品的潛在木質(zhì)纖維原料。這樣不僅可以為當(dāng)?shù)貛硇碌慕?jīng)濟(jì)增長點,更重要的是彌補(bǔ)了靈芝種植產(chǎn)業(yè)中段木廢棄帶來的環(huán)境污染。
廢段木的生物轉(zhuǎn)化過程主要有2個環(huán)節(jié),首先是對廢段木進(jìn)行預(yù)處理,其次是將原料中的纖維素、半纖維素水解為可被發(fā)酵利用的糖。由于木質(zhì)纖維素內(nèi)致密復(fù)雜的天然結(jié)構(gòu)及纖維素結(jié)晶阻礙了纖維素酶對纖維素的水解,因此需要采用合適的預(yù)處理方法提高纖維素的酶解效率。
木質(zhì)纖維原料預(yù)處理的方法主要有物理法、化學(xué)法、生物法等,其中蒸汽爆破預(yù)處理方法是近年來研究應(yīng)用較多的一種方法。蒸汽爆破是直接用高壓水蒸氣對木質(zhì)纖維素原料進(jìn)行蒸煮,然后瞬間釋放至常壓而產(chǎn)生爆破效果。蒸汽爆破預(yù)處理能實現(xiàn)木質(zhì)纖維素原料的組分分離和結(jié)構(gòu)改變,從而進(jìn)一步提高原料的酶水解效率。
酸性氧化電位水(簡稱EOW),又稱酸性電解水,含有低濃度有效氯,pH值在2~3,氧化還原電位(ORP)大于1100mV,具有較強(qiáng)的氧化能力和快速殺滅微生物作用的一種消毒劑。
文獻(xiàn)《酸性電解水爆破處理靈芝廢段木效果研究》中,作者基于酸性電解水蒸汽爆破預(yù)處理靈芝種植廢段木組分溶出及酶解效果的考察,通過單因素試驗及正交試驗確定了反應(yīng)的條件,并在此基礎(chǔ) 上進(jìn)行了酶解效果考察驗證。實驗結(jié)果表明溫度、時間酸性電解水pH值都是影響處理效果的主要因素,酸性電解水蒸汽爆破處理靈芝廢段木的最佳條件為爆破溫度180攝氏度、酸性電解水pH1.8、爆破時間60s、預(yù)煮液固比為20:1(mL:g),此時半纖維素的去除率為94.20%,纖維素的溶出率為 12.57%;經(jīng)酸性電解水爆破處理后酶解率達(dá)86.40%,分析其主要原因可能是由于強(qiáng)酸性電解水爆破處理能夠有效破壞靈芝廢段木纖維素結(jié)晶狀態(tài),從而明顯提高了纖維素酶酶解效果。酸性電解水爆破前蒸煮使得酸性水浸透段木組織內(nèi)部,高溫高壓環(huán)境下,在酸性電解水強(qiáng)酸性和強(qiáng)氧化作用下,半纖維素降解為可溶性聚糖或單體溶出,隨后瞬間爆破使得組織內(nèi)部液態(tài)瞬間汽化破壞殘留纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu),提高纖維素酶的酶解效率,整個過程能耗低、無其他試劑添加,利于工業(yè)化推廣應(yīng)用。