木质纤维素物质转化为单糖并最后转化为乙醇,必须以低成本进行,而同时达到高产出,这样才有竟争力。因此要开发需要有限数量化学物品、酵母和酶的工艺。为了使木质纤维素物质转化为单糖,这种物质首先要在高温下预处理几分钟,这样使纤维素又及一定程度的半纤维素,能发生酶水解,生成己糖和戊糖这两种单糖。纤维素物质在水蒸气预处理前用酸浸润,为的是增加乙醇的总产量。预处理后的纤维素物质的糖化,以及单糖的发酵,可以分别进行分开的水解和发酵。但是,软木和玉米秆材料的乙醇总产量,在使用同时糖化和发酵工艺时,都有所增加。另外,使用这种工艺还可达到较高的生产率,这可导致资本成本降低。
生物乙醇可从各种不同的木质纤维素原材料生产。小麦秆是一种十分大量的农业残余物。据估计从1997年到2001年,全球每年平均有354Mt小麦秆可用做替代产物。小麦秆在亚洲、欧洲和北美洲的产量分别占全球产量的43%、32%和15%。容易获得巨大数量使小麦秆成为受人注意的生产乙醇的材料。
报告刊登在《Biomass and Bioenergy》上的一个研究,探究了小麦秆经稀硫酸浸润后,在蒸气预处理后用同时糖化和发酵的方法生产生物乙醇的可能性。为了限制化学品的消耗,用来浸润小麦秆的液体硫酸浓度为0.2%。同时还使用低酶浓度,即3-14FPU/g(不能溶于水的固体),(FPU是酶的单位),以及低酵母浓度(2g/L)。这样做的目的是降低成本。
浸润过0.2%硫酸的小麦秆的蒸气预处理,产生一种易消化的物质,它导致水解时的高葡萄糖和木糖产出。所获得的最高总葡萄糖产出为每100g干小麦秆39.6g(理论值的102%),那是在190℃下预处理10分钟得到的。在这预处理条件下同样获得高木糖产出,为每100g干小麦秆产出21.6g糖(理论值的96%)。在最佳条件下预处理,以及其后的含5%不能溶于水的固体的未冲洗预处理生成物,添加了浓度为3FPU/g(不能溶解于水的固体)的酶,经同时糖化和发酵反应后,得到35%的总乙醇产出。使用14FPU/g(葡萄糖)的酶剂量时,获得最高总乙醇产出,为13.2g/100g(干小麦秆),相当于原材料中葡萄糖含量理论转化值的67%。