在能源甘蔗加工方面，工业盘式研磨机是继水热预处理之后的关键机械第二步。它利用旋转盘和固定盘之间产生的强烈剪切和压缩力来物理解构生物质。这种机械作用破坏了微纤维的交联，暴露了内部结构，使材料更容易被酶分解。
虽然水热预处理可以软化生物质，但盘式研磨机执行了必不可少的物理纤化。它最大化了表面积和酶的可及性，直接转化为后续水解过程中更高的葡萄糖和木糖产量。
解构的力学原理
施加剪切和压缩
盘式研磨机的核心功能依赖于其旋转盘和固定盘之间的相互作用。这种设置将强大的剪切和压缩力直接施加到甘蔗生物质上。
分层尺寸减小
与简单的切割不同，这个过程实现了“分层”尺寸减小。它有效地解构了细胞壁，而不仅仅是减小原材料的颗粒尺寸。
顺序处理
需要注意的是，盘式研磨机专门用于二次机械加工。在生物质已经经过液体水热预处理后，它的效果最好。
提高酶的可及性
破坏微纤维交联
盘式研磨机施加的物理力破坏了将微纤维结合在一起的牢固交联。这种破坏对于解锁生物质基质的紧密结构是必要的。
诱导内部纤化
除了破坏交联，该过程还诱导内部纤化。这种结构改变暴露了纤维的内部表面积，这对于加工的下一阶段至关重要。
提高糖产量
这种机械破坏的最终目标是提高纤维素酶对剩余固体物质的可及性。通过暴露更多的表面积，该过程显著提高了葡萄糖和木糖的最终产量。
了解工艺限制
依赖于热预处理
盘式研磨机并非作为能源甘蔗的独立解决方案；它是两步法的一部分。在这种情况下，它的有效性取决于材料首先被水热步骤软化。
机械强度
该方法依赖于物理力而不是化学溶解来改变细胞壁。虽然对于可及性有效，但它需要能够提供持续剪切和压缩的设备来实现必要的纤化。
优化您的预处理策略
为了最大化能源甘蔗转化的效率，请考虑机械和热步骤如何相互作用。
- 如果您的主要重点是最大化糖回收率：确保盘式研磨机经过调整，能够诱导足够的内部纤化，将纤维素暴露给酶。
- 如果您的主要重点是工艺排序：优先进行液体水热预处理，以便在将材料置于研磨机的机械应力下之前对其进行适当软化。
盘式研磨机将预处理后的生物质从粗糙的固体转化为高度可及的底物，从而弥合了原材料和高产发酵之间的差距。
摘要表：
| 工艺阶段 | 执行的操作 | 对甘蔗生物质的影响 |
|---|---|---|
| 第一步：水热处理 | 热软化 | 削弱刚性结构和半纤维素基质 |
| 第二步：盘式研磨 | 机械剪切 | 破坏微纤维交联并诱导内部纤化 |
| 所得状态 | 结构解构 | 最大化表面积和酶的可及性 |
| 最终结果 | 增强水解 | 葡萄糖和木糖回收率显著提高 |
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参考文献
- Ankita Juneja, Vijay Singh. Chemical Free Two-Step Hydrothermal Pretreatment to Improve Sugar Yields from Energy Cane. DOI: 10.3390/en13215805
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
