[科普中国]-木材糖化

又称木材水解。通过木材的水解来制取纤维素、半纤维素、中性糖、乙醇或其他工业原料的木材的有效利用法。可分为酸解和酶解两种方法。酸解法又可分为稀酸法和浓酸法两种。1

历史发展占木材成分50-60%的纤维素(C6H10O5)n是由2000-3000个葡萄糖分子(C6H12O6)以糖式键结合成的纤维状物，用浓硫酸水解木材可以得到糖，早在1819年就为布拉孔洛脱(Braconnot)发现，以后经过多方面研究并进行了工业生产。但是截至最近几年，木材糖化工业一直还是以制造酒精、酵母、家畜饲料原料的糖蜜为目的，从1930年后，木材糖化工业是在战时特殊经济条件下才获得了发展。仅以生产糖蜜为目的，在和平时期是没有经济意义的。然而，最近由于糖化工艺的改进，糖液精制技术的提高以及其它各方面技术的进步，使木材糖化工业已发展为以制造结晶葡萄糖为主要产品，而且使其副产品的半纤维素、木质素也逐步获得了有效的利用。因而木材糖化工业已成为具有经济价值的工业，也成为新的木材化学工业的主体，而受到注意。

制造工艺就木材糖化(特别是以制造结晶葡萄糖为目的)的工艺而言，可分为以下几道程序：首先进行硬水解以除去木材中的半纤维素；而后进行主水解及副水解(使用浓酸时)将纤维素糖化为葡萄糖；最后是从反应糖液中除去木质素及酸，进行糖的精制及结晶化。

木材糖化是根据所用催化剂——酸的不同而异，一般可分为高温稀酸法和低温浓酸法。高温稀酸法是以稀酸为催化剂在高温下进行水解的方法；浓酸法是使用浓酸在低温下水解纤维素的方法，亦即先在稀酸中将纤维素处理为可溶性的、低聚合度的葡萄糖聚合物，然后再用浓酸水解（副水解）这种聚合物而制成葡萄糖。

稀酸法稀酸法是以0.5-1.0%的稀酸(主要是硫酸)为催化剂在高温高压下进行糖化反应的方法，具有代表性的方法有舒勒(Scholler)法、印芬他公司法、麦迪生(Madison)法等。稀酸法的特点是酸的消耗量少。但要在150-180℃的高温下进行处理，因而产生糖的分解，使糖的收率不高(70%左右)；而且糖化液的浓度也稀，只有5-6%，又因含有糖的分解生成物，虽可从中制取酵母，但不能用以制造糖蜜和结晶葡萄糖。现所存在的木材糖化工业主要都是在战时特殊情况下所建立的。稀酸法在德国、瑞士、苏联、朝群等国已成为企业化，并同时进行酒精和酵母的生产，其中部分设备至今仍在继续运转中。2

浓酸法（1）浓硫酸法

浓硫酸法是以70%左右的浓硫酸为催化剂，在低温常压下进行糖化反应的方法，具有代表性的方法有皮奥利亚法、焦尔达尼-列翁(Giordani-Leone)法、日本木材化学公司法、北海道法等。浓硫酸法具有以下的特点：采用常压反应，几无生成糖的分解现象，所以糖的收率高；反应装置的材料和结构此较简单，反应时间短。但在另一方面，由于浓硫酸的大量使用，所以对酸的回收方法是否适当，已成为采用本法经济与否的决定性问题。最易进行的硫酸回收方法是添加石灰使反应成石膏的分离回收法，这方法现已为日本木材化学公司所实施，但在大规模生产的情现下石膏的处理还存在问题。

此外，有人建议用制成硫酸铵的回收方法，亦有建议以分解磷矿石制成磷酸硫铵的回收方法。但这些方法都存在着很多问题。最新的方法是用离子交换膜回收硫酸，从而达到循环使用目的的北海道方法，这是值得注意的。

浓硫酸法的企业化，虽然为时还短，但已为意大利的焦尔达尼-列翁所证实，正式完成了它的企业化，它是以生产酒精发酵原料为目的。据报道和判断，现在苏联已在进行浓硫酸法的企业化。此外还有日本木材化学公司法，现亦已经企业化。最近北海道木材化学公司及西日本木材化学公司等也在计划浓硫酸法的企业化。2

（2）浓盐酸法

浓盐酸法是以浓盐酸或氯化氢气体进行糖化反应的方法。以浓盐酸进行木材糖化浸出的有贝尔古斯(Bergius)法和新赖诺法，亦有用氯化氢气体与潮湿的木材细片相接触而进行糖化的有海伦(Hereng)法和野口研究所法等。浓盐酸法的特点在于：糖的牧率高，盐酸回收容易，且能得到高浓度的糖液。但过去对耐发烟盐酸反应器材料的选取是最突出的严重问题；而现在由于不透性石墨和氯乙烯等新的耐酸材料的出现，也就逐步得到解决，因而浓盐酸法已成为有效的结晶葡萄糖制造法而受到重视。2

本词条内容贡献者为:

蒲富永 - 教授 - 西南大学