Sơ chế sinh khối bằng chất
lỏng ion (Ionic liquids) -P1
Các hợp chất muối lỏng (còn gọi là chất lỏng
ion) cho thấy sự hứa hẹn là một dung môi dùng
cho xử lý sinh khối lignocellulose. Nhưng liệu sự
tiếp cận này chỉ là một tò mò khoa học hay đây
là một công nghệ tiên tiến trong sơ chế nguyên
liệu đầu vào của nhiên liệu sinh học có thể
thương mại hóa?
Sinh khối lignocellulose là nguồn carbon tái sinh
được và dồi dào bậc nhất trên hành tinh chúng
ta. Chỉ tính riêng ở Mỹ thôi, người ta dự đoán có
hơn một tỷ tấn sinh khối tạo ra hàng năm. Sinh
khối lignocellulose có nguồn gốc từ cỏ, gỗ và
phần thải của gỗ, rơm rạ, lõi bắp, chất thải rắn
hữu cơ trong sinh hoạt, phân và các nguồn
khác.
Tường tế bào cây trong sinh khối lignocellulose
là các cấu trúc phức hợp chứa cellulose,
hemicellulose và lignin ( Hình 1 và 2). Các phức
hợp này khó bị phá vỡ thành các thành phần
polymer và monomer đơn lẻ. Sự cứng vững của
phức hợp cấu trúc tạo vách tế bào này làm cho
việc chuyển hóa sinh khối thành đường C5 và
C6 (xylose, glucose) trở nên khó khăn, tiêu tốn
nhiều năng lượng và chi phí cao hơn so với tinh
bột bắp, đường mía hoặc củ cải đường.
Cellulose là phân tử polymer có mặt nhiều nhất
trong vách tế bào. Nó tạo nên 20-30% trọng
lượng khô của vách tế bào. Liên kết beta 1,4 –
glycoside giữa các đường đơn glucose cho
phép hình thành các vi sợi cellulose trong suốt
quá trình sinh tổng hợp vách tế bào. Các vi sợi
có tính kết tinh cao và cung cấp khung cấu trúc
chính cho vách tế bào
Vi sợi cellulose có một lớp hemicellulose áo
quanh gắn nó gắn kết với các vi sợi khác.
Hemicellulose được chức hóa giúp ổn định cấu
trúc vách trong suốt quá trình sinh tổng hợp
vách tế bào. Vì vậy, chúng khó có thể phân hủy
thành đường đơn.
Hệ composite polysaccharide gồm
hemicellulose và cellulose được bọc kín trong
một nền chất lignin dai dẻo chịu hóa chất và kỵ
nước. Lignin là một polymer sinh học phổ biến
thứ nhì thường được tìm thấy trong các cây có
mạch nhựa. Nó là loại polymer dị thể gốc từ
phenylpropanoid. Lignin làm cho vách tế bào
chịu được côn trùng, kháng vi khuẩn, chịu thời
tiết và giúp truyền nước.
Hình 2: Thành phần hóa học của vi sợi cellulose
Sự chuyển hóa nhờ men của sinh khối thành
các đường đơn dựa vào bước sơ chế này.