3/ Thủy phân nguyên liệu:
3.1.1.Cơ chế quá trình thủy phân bằng acid:
Quá trình thủy phân acid ban đầu chỉ phá vỡ cấu trúc cellulose ở một mức độ nhất định. Quá trình thủy phân diễn ra theo các bước sau [31]:
Bước 1: acid xâm nhập vào mạng lưới các vi sợi của biomass.
Chất xúc tác chính là các ion hydrogen cĩ kích thước 4Aº . Trong khi kích thước các lỗ trong vi sợi cho phép các phần tử cĩ kích thước 51Aº đi vào. Do đĩ các ion hydrogen dễ dàng len lỏi vào mạng lưới vi sợi của cấu trúc biomass.
Bước 2: xúc tác quá trình thủy phân.
Acid thủy phân cellulose theo cơ chế như sau:
Cĩ 2 khuynh hướng tấn cơng của ion hydrogen vào mạch cellulose: Khuynh hướng thứ nhất: đầu tiên ion hydrogen kết hợp với
nguyên tử oxygen nằm trong cấu trúc mạch vịng của gốc glucose làm cho nguyên tử này tích điện dương. Sau đĩ liên kết O - C1 bị cắt, phần điện tích dương dịch chuyển sang C1. Cuối cùng, phân tử cộng hợp nước tạo ra glucose.
Khuynh hướng thứ hai: ion hydrogen tấn cơng vào nguyên tử O trong liên kết 1-4 glucosidic và cắt đứt liên kết O- C1. Lúc này nguyên tử C1 ở gốc glucose vừa bị cắt mang điện tích dương. Kết thúc quá trình, cation này cộng nước tạo thành glucose.
Hình 3.4 Cơ chế quá trình thủy phân bằng acid.
Sản phẩm của quá trình thủy phân là các đường tan chủ yếu là glucose, xylose. Quá trình thủy phân cũng tạo ra các acid yếu, các furan và phenolic. Đây là những chất bất lợi cho quá trình lên men do cĩ tính ức chế vi sinh vật, do đĩ giảm lượng ethanol tạo thành. Chế độ thủy phân cĩ tác động lớn đến sự tạo thành các hợp chất trên. Thủy phân ở nhiệt độ càng cao, nồng độ acid càng cao, lượng sản phẩm khơng mong muốn càng nhiều. Để tạo ra lượng đường cao nhất, người ta cần tối ưu hĩa các thơng số cơng nghệ của quá trình thủy phân.