Những nghiín cứu gần đđy chỉ ra rằng lignin hoăn toăn không đồng nhất trong cấu trúc. Lignin dường như bao gồm vùng vơ định hình vă câc vùng có cấu trúc hình thn hoặc hình cầu. Lignin trong tế băo thực vật bậc cao hơn khơng có vùng vơ định hình. Câc vịng phenyl trong lignin của gỗ mềm được sắp xếp trật tự trín mặt phẳng thănh tế băo. Ngoăi ra, cả cấu trúc hóa học vă cấu trúc khơng gian của lignin đều bị ảnh hưởng bởi mạng polysaccharide. Việc mơ hình hóa động học phđn tử cho thấy rằng nhóm hydroxyl vă nhóm methoxyl trong câc oligomer tiền lignin sẽ tương tâc với vi sợi cellulose cho dù bản chất của lignin lă kỵ nước.
Nhóm chức ảnh hưởng đến hoạt tính của lignin lă nhóm phenolic hydroxyl tự do, methoxy, benzylic hydroxyl, ether của benzylic với câc rượu thẳng vă nhóm carbonyl. Guaicyl lignin chứa nhiều nhóm phenolic hydroxyl hơn syringyl.
Lignin có liín kết hóa học với thănh phần hemicellulose vă ngay cả với cellulose (khơng nhiều) độ bền hóa học của những liín kết năy phụ thuộc văo bản
chất liín kết văcấu trúc hóa học của lignin vă những đơn vị đường tham gia liín kết [4]. Carbon alpha (Cα) trong cấu trúc phenyl propane lă nơi có khả năng tạo liín kết cao nhất với khối hemicellulose. Ngược lại, câc đường nằm ở mạch nhânh như arabinose, galactose, vă acid 4-O-methylglucuronic lă câc nhóm thường liín kết với lignin. Câc liín kết có thể lă ether, ester (liín kết với xylan qua acid 4-O-methyl-D- glucuronic), hay glycoxit (phản ứng giữa nhóm khử của hemicellulose vă nhóm OH phenolic của lignin).
Cấu trúc hóa học của lignin rất dễ bị thay đổi trong điều kiện nhiệt độ cao vă pH thấp như điều kiện trong quâ trình tiền xử lý bằng hơi nước. Ở nhiệt độ phản ứng cao hơn 200oC, lignin bị kết khối thănh những phần riíng biệt vă tâch ra khỏi cellulose. Những nghiín cứu trước đđy cho thấy đối với gỗ cứng, nhóm ether β-O-4 aryl bị phâ trong q trình nổ hơi. Đồng thời, đối với gỗ mềm, quâ trình nổ hơi lăm bất hoạt câc nhóm hoạt động của lignin ở vị trí α như nhóm hydroxyl hay ether, câc nhóm năy bị oxy hóa thănh carbonyl hoặc tạo cation benzylic, cation năy sẽ tiếp tục tạo liín kết C-C.[10]
2.1.5 Câc chất trích ly
Có rất nhiều chất thuộc nhóm thănh phần năy, chủ yếu lă câc chất dễ hòa tan. Theo định nghĩa khâi quât trong sâch “Kĩ thuật cellulose vă giấy” ở trang 64, câc chất trích ly lă những chất hoặc có khả năng hịa tan trong những dung môi hữu cơ (như dietyl ether, methyl terbutyl ether, ether dầu hỏa, diclormethene, acetone, ethanol, methanol, hexan, toluen, terahydrofuran) hoặc trong nước. Chính vì thế phương phâp thơng dụng nhất để tâch nhóm chất năy trong việc phđn tích thănh phần sơ xợi lignocellulose lă dùng trích ly với dung mơi ethanol-benzene tỉ lệ 1:2. Những chất năy có thể có cả tính ưa dầu vă ưa nước vă không được xem lă thănh phần cấu trúc của gỗ. Chất nhựa lă những chất ưa dầu, có lẽ thường chiếm tỉ lệ ưu thế trong chất trích ly, nín thường chất trích ly hay được gọi lă nhựa (resin).
Câc chất trích ly thường có mău, mùi vă vị khâ đặc trưng. Chúng rất quan trọng để giữ lại những chức năng sinh học của cđy. Đa phần câc chất nhựa bảo vệ gỗ khỏi những tổn thương gđy ra bởi vi sinh vật hay côn trùng. Terpenoid, steroid,
chất bĩo, vă những phần tử phenolic như stilbene, lignan, tanmin vă flavonoid đều lă những chất trích ly. Câc phenolic có thuộc tính diệt nấm vă ảnh hưởng đến mău của gỗ. Chất bĩo vă sâp, trong nhiều hệ thống sinh học được tận dụng như lă nguồn năng lượng trong khi terpenoid vă steroid được biết đến lă nhựa dầu. Nhóm cuối cùng cũng có hoạt tính khâng vi sinh vật vă cơn trùng. Một số chất trích ly lă những dược phẩm quan trọng. Ví dụ, flavonoid được sử dụng như lă chất chống tâc nhđn oxy hóa vă chống virus. Một số cấu trúc chất trích ly được thể hiện ở những hình sau:
Hì nh 2.11.Một số ví dụ về chất trích ly (a) abietic acid (oleoresin);
(b) cathechin (flavonoid); (c) palmitic acid (acid bĩo)
2.1.6 Tro.
Trong câc loại gỗ của xứ ôn đới, câc nguyín tố khâc so với carbon, hydro, oxy vă nito – chiếm khoảng 0,1-0,5% (so với lượng rắn khô trong gỗ). Với loại gỗ xứ nhiệt đới con số năy có thể lă 5%. Hăm lượng chất vơ cơ được đo bằng hăm lượng tro của mẫu vă nó trong khoảng 0,3-1,5% cho hai loại gỗ mềm vă gỗ cứng. Hăm lượng năy phụ thuộc nhiều văo điều kiện môi trường tăng trưởng của cđy vă văo vị trí trong cđy.
Tương tự chất trích ly, thănh phần vơ cơ của biomass thường thực hiện chức năng trong một văi con đường sinh học ở thực vật. Kim loại vết thường tồn tại ở dạng phức hợp như magnesium trong chlorophyll. Một số chất vô cơ từ muối kim loại tồn tại trong vâch tế băo thực vật. Calcium thường lă kim loại phong phú nhất, sau đó lă kali vă magnesium.
2.2 Q trình sản xuất ethanol từ rơm rạ.2.2.1 Tổng quât. 2.2.1 Tổng quât.