排毒方法(Detoxification methods) Facebook Plurk Twitter

        前處理後固狀或液狀物料除含有可醱酵醣(Fermentable sugars)外,也可能含有對後續製程產生抑制作用之脂肪酸(Aliphatic acids)、砆喃衍生物(Furan derivatives)與酚醛複合物(Phenolic compounds)等物質,應設法於醱酵前予以排除。用來移除常見於基質之酚醛複合物、醋酸(Acetic acid)、糠醛(Furfural)、甲糠醛(5-hydroxy-methyl-furfural;HMF)等物質,提高基質可醱酵性之方法有蒸餾水洗滌排毒法(Rinsing with distilled water)、二相液體接觸排毒法(Two-phase liquid contacting)、酵素排毒法(Enzymatic detoxification)與化學排毒法(Chemical detoxification)法。蒸餾水洗滌排毒法將前處理物以蒸餾水攪拌洗滌或反覆洗滌(Rinsing),再真空過濾。二相液體接觸排毒法係將蒸餾水與醋酸乙酯(Ethyl acetate)加入潮濕之前處理物,經攪拌過濾後以蒸餾水沖洗(Flushing),再真空過濾。化學排毒法(Chemical detoxification)或氫氧化鈣全面浸灰排毒法(Overliming with Ca(OH)2)將一定濃度之Ca(OH)2加入水解液或前處理物,經攪拌後,將水解液過濾以H2SO4調整pH值,或將懸浮液(Suspension)過濾除去多餘之液體,取得之浸灰後前處理物再經沖洗步驟,逐步降低洗出液之pH值,再真空過濾。酵素排毒法係將Phenoloxidase laccase(Coriolus versicolor)溶液以去離子水(Deionised water)經過透析(Dialysed)增加容積,再將一定濃度、透析過之Phenoloxidase laccase溶液加入基質,於特定之pH值、溫度與震盪頻率下反應排毒(Martín et al., 2002; Cantarella et al.,2004)。

        Martín et al(2002)以蔗渣(Sugarcane bagasse)作為原料,利用蒸汽爆裂法(Steam explosion)分別於溫度205ºC(標示為H205)與215ºC(標示為H215)下前處理10分鐘,再以混合酵素予以水解,然後採用酵素排毒法(Enzymatic detoxification)與化學排毒法(Chemical detoxification)進行水解液(Hydrolysates)之排毒,排毒後之水解液再利用不同之酵母菌來進行醱酵以產製乙醇,探討不同排毒方法移除抑制物之效果、排毒方法對於水解液醱酵效果之影響。研究結果發現:(1)酵素排毒法移除酚醛複合物之效果比化學排毒法明顯,約有80 %之酚醛被移除,但對於其他抑制物之排除效果則不大;(2)化學排毒法對於H205之醋酸、砆喃衍生物與酚醛複合物之移除效果分別為18%、25%與17%,高於H215者;(3)H205經化學排毒處理後,水解液中之葡萄糖幾乎全部被醱酵,但未經排毒處理者,在醱酵12小時後,仍有葡萄糖未被醱酵;(4)H205經化學排毒處理後,水解液中之木糖,在醱酵12小時後有33%被醱酵,若經酵素排毒處理後,則有31%被醱酵,若未經排毒處理,則僅有19%被醱酵,至於水解液中之阿拉伯糖(Arabiose),則不論有無經過排毒處理,幾乎沒有被利用;(5)H205未經過排毒處理者,乙醇產率為0.38 g/g glucose(0.13 g/g dry bagasse),經酵素與化學排毒處理者,乙醇產率分別為0.47 與0.52 g/g glucose(0.16 與0.18 g/g dry bagasse),優於H215者。

        Cantarella et al.(2004)以白楊木(Poplar wood)作為原料,經蒸汽爆裂(Steam explosion)前處理後,採用蒸餾水洗滌(Rinsing with distilled water)、二相液體接觸(Two-phase liquid contacting)、或氫氧化鈣全面浸灰(Overliming with calcium hydroxide,Ca(OH)2)等排毒法(Detoxification methods)排毒,再以分開酵素水解與醱酵製程(Separate Hydrolysis and Fermentation,SHF)或同步醣化與醱酵製程(Simultaneous sccharification and fermentation,SSF)產製乙醇,比較評估不同排毒法之效果。研究結果發現:(1)僅靠提高酵母菌濃度,尚不足以克服蒸汽前處理後所產生之抑制物質,意即使用較高之酵母菌濃度進行In-site排毒外,必須在酵素水解前輔以其他之排毒方法,才能有效提高纖維素轉換乙醇之效率;(2)三種排毒方法中最有效者為氫氧化鈣全面浸灰排毒法,最差者為二相液體接觸排毒法。

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