米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）功能化学研究部[研究部主任北本大]生物基材料化学组藤本真司首席研究员木木生物质（硬木），同时显着提高糖化率。
一般来说，由木质生物质生产糖预处理和酶法糖化需要，并且已经研究了各种预处理方法。这是一种仅使用水和热量的预处理水热处理优点是对环境影响小，但存在用水量大的问题。此外，由于单独进行水热预处理的糖化率较低，因此可能需要化学处理（化学方法）或粉碎处理（水热/机械化学方法），从而增加了糖生产成本。新开发的技术与传统水热法相比，用水量减少约90%，减少加热能源高达80%以上，并且由于自身产生的有机酸的作用，尽管仅用水热处理进行预处理，糖化率仍达到90%以上。因此，不需要化学处理或粉碎，使其成为主要的运行成本减少了70%以上。该技术有望为木质生物质糖化合成化工产品的开发和普及做出贡献。
这项技术的详细信息发表在 2018 年 12 月出版的学术期刊上 (藤本等人., 生物资源技术报告，4（2018）16-20）。它还将于2019年1月16日至17日在广岛县东广岛市举行的第14届生物质科学大会上发表。
 |
| 传统技术与新开发技术工艺流程比较 |
从气候变化控制的角度来看，碳中和需要广泛使用源自生物质的化学产品和燃料。糖是作为这些材料的原料的起始材料之一，因此国内外正在积极进行由生物质高效生产糖的研究。尤其是储量丰富的非食用木质生物质的利用有望得到推广。利用木质生物质生产糖需要预处理以分解原材料的坚固结构，并进行酶糖化以分解所得纤维素。随着研发的进步，制糖成本正在下降，但尚未达到实用水平，需要新的预处理和酶法糖化方法。造成成本高的因素之一是整个过程使用大量的水，这导致设备更大，加热和浓缩能源成本增加，废水处理成本增加。
AIST 一直致力于预处理和酶糖化的研究和开发，以便将木质生物质衍生的化学产品和燃料商业化，并一直致力于使用水热和机械化学方法提高预处理效率 (2009 年 2 月 19 日，AIST 新闻稿）。另一方面，仅使用热和水的水热法需要大量的水来进行防粘等均匀预处理，并且后期酶的糖化率较低。因此，单独的水热法尚未进行充分的研究，需要与添加化学品（化学法）或粉碎处理（水热/机械化学法）相结合。然而，水热法是一种简单的方法，对环境影响小，步骤少，如果能够降低运行成本，则可能会走向实际应用。因此，我们现在致力于开发一种新技术，可以显着减少水热法的用水量。
传统水热法的用水量是生物质原料的 5 至 10 倍。首先，针对水热处理和酶糖化的工艺流程，我们利用基于化学热力学的工艺模拟，考察了水热处理的用水量与加热能耗之间的关系。如图1（左）所示，我们发现，采用该技术采用生物质原料与水1:1的比例（50%原料浓度），与传统水热法（9%原料浓度）相比，加热能耗可减少80%以上。浓度）。
 |
| 图1 该技术对供暖能耗和主要运行成本的降低效果 |
接下来，为了在减少水量的情况下以高原料浓度进行水热处理，我们使用了可以防止过热和燃烧的间歇式管式反应器和电炉（图2），并且能够在反应器内部实现均匀的加热气氛。此外，当所得处理产物进行酶法糖化时，糖化率达到911%，比传统水热法提高了30%以上，如图3（左）所示。这是在不使用化学处理（化学法）或粉碎处理（水热/机械化学法）的情况下仅通过水热处理可以获得的最高水平的糖化率。此外，为了调查导致糖化率提高的因素，我们在水热处理后进行了成分分析，发现乙酸浓度随着用水量的减少而增加（图3（右））。乙酸选择性地分解与纤维素紧密缠绕的半纤维素，因此认为该技术仅利用其自身产生的高浓度乙酸就能够加速半纤维素的分解。另外，在传统的水热法（原料浓度9%）中，为了通过刻意添加乙酸来重现该技术的条件，需要在原料中添加约40wt%的乙酸，这会相应增加成本。
作为主要运行成本，我们计算了水热处理的加热成本（热量单价：21\/MJ）和采购酶的成本（酶单价：300\/kg）（图1（右））。通过提高糖化率，不仅可以降低加热成本，还可以降低每单位糖（葡萄糖）的酶成本，并且发现新开发的技术与传统水热法相比，可以降低运行成本70%以上。
 |
| 图2水热处理实验装置 |
 |
| 图3水热处理原料浓度对糖化率和乙酸浓度的影响 |
未来，我们将利用新开发的技术获得的糖，进行后续的乙醇发酵和化工产品合成。我们还计划计算经济效益并检验整个工艺的优越性。此外，我们将致力于通过企业合作实现早期商业化。
国立产业技术综合研究所
功能化学研究部，生物基材料化学组
首席研究员 Shinji Fujimoto 电子邮件：sfujimoto*aistgojp（发送前请将 * 更改为 @。）