新技術：溶融塩水和物の非溶解前処理セルロース技術

中国科学院青島生物エネルギーと過程研究所の崔球研究員が率いる代謝物グループ学研究グループは、浙江理工大学の唐艶軍教授と協力し、低エネルギー消費、グリーン高効率の溶融塩水和物非溶解前処理セルロース技術を革新的に確立した。この技術は室温で高効率に解繊でき、セルロースのさらなる糖化と機能性利用のために基礎を築くことができる。

緑色植物光合成によって生成されたセルロースは、バイオ燃料、バイオベース材料、またはバイオベース化学品に変換することができる。天然再生可能な炭素負資源として、セルロースの応用の将来性が広い。天然セルロースは高結晶の超分子構造を有し、その高い割合の秩序で緻密なセルロースI型結晶構造は、その加水分解と機能性改質の効率を低くし、セルロースの有効利用を製限した。

そのため、セルロースの緻密な構造を打破し、その転化と利用効率を増加させるために、清浄性、低エネルギー消費の高効率前処理技術を開発する必要がある。高エネルギー消費の物理法前処理と時効性が相対的に低い生物法前処理に比べて、化学法前処理はより効率的で、特にリサイクル可能な緑色溶媒係の使用。

溶融塩水和物（MSH）は緑色で高効率なセルロース溶媒であり、セルロースの溶解、触媒糖化と転化などに用いられている。その中で、三水和臭化リチウム（LBTH）溶解セルロースは往々にして高い温度（>100 oC）を必要とし、そして温度が高いほどセルロースの分解を招きやすく、これはLBTHの回収と精製コストを増加させ、技術過程の複雑性を増加させる。セルロースの分解と溶解を避けながらセルロースの効率的な分解を実現できれば、固液分離と溶媒の回収と再利用に有利になる。しかし、LBTHが穏やかな条件下でセルロースの結晶構造を解離し、どの程度解離できるかは、従来の文献では報告されていない。

研究によると、LBTHは室温で微結晶セルロースを5分間処理すると、元の緻密なセルロースI型結晶構造を構造が緩く無秩序な非晶質構造に転換させ、結晶度を元の1/4に低下させることができる。室温で30分間処理すると、微結晶セルロースの結晶構造を完全に解離でき、そのBET比表麺積は60倍増加した。

LBTH前処理後のセルロースの可及性を酵素加水分解動力学で詳細に評価した。実験により、酵素の使用量が2.5 mgのタンパク質/グラムのセルロースだけで、酵素の加水分解が24時間の条件下で、LBTH処理30分後のセルラーゼ加水分解転化率は100%に近く、同じ条件下で前処理されていないセルラーゼ分解転化率は16.7%にすぎないことが分かった。

また、システムキャラクタリゼーションにより、LBTHは室温で微結晶セルロース構造を迅速かつ効率的に解離でき、セルロースを溶解しないことが確認され、前処理後の固液分離と溶媒の回収と再利用に有利である。研究により、LBTHはほとんど完全に回収でき、セルロースの分解がないため、溶剤の再使用は複雑な精製を必要とせず、再使用効菓も再使用回数の影響を受けず、全体の技術過程は清潔で、効率的であることが実証された。

関連研究成菓は「炭水化物ポリマー」（Carbohydrate Polymers）に発表された。研究活動は国家自然科学基金、中国科学院戦略的先導科学技術特別プロジェクト、山東省自然科学傑出青年基金と青島エネルギー所の自主配置基金などの支持を得た。