CN103025954A - 植物生物质的处理 - Google Patents

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杰弗里·约翰·杜姆斯戴
雷蒙德·莫森
克里斯廷·默里·奥利弗
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Abstract

对木质纤维生物质进行处理以增加材料的酶和发酵工艺可达到性。可达到性是通过使用超声和/或微波和/或冷等离子体对生物质进行物理预处理而增加的。物理处理使生物质的蜡质角质层降解，从而促进纤维素和半纤维素的酶可达到性，用于转化为营养学和化学或生物燃料工业中可利用的物质。这些物理处理改进了纤维素和半纤维素的酶可达到性，从而增强了向多种可进行进一步加工的原料的转化。

Description

植物生物质的处理
本发明涉及使用声处理对木质纤维材料的处理的改进。
发明背景
木质纤维素是植物细胞壁的主要构造部分。木质纤维生物质由三种主要结构聚合物形成：约30%-40%纤维素（一种葡萄糖的高度结晶的、线性均聚物）；20%-30%半纤维素（一种无定形分枝杂聚物，它包括戊糖（例如木糖和阿拉伯糖）和己糖（主要是甘露糖））；以及5%-30%木质素（一种复杂的交联多酚聚合物）。该木质素进一步与纤维素和半纤维素交联，在后两种组分周围形成一个物理密封，该物理密封具高度疏水性并且对溶液和酶的渗透是不透的。许多植物（例如麦秸）还包含显著数量的蜡（按重量计约1%），它存在于植物材料的外层（角质层）上：蜡通常包括主要是长链脂肪酸与脂肪醇、烷烃以及固醇的混合物。蜡质角质层在底层木质纤维素结构的表面上形成一个鲁棒的疏水性外皮。对生物质的预处理导致木质纤维结构脱蜡和广泛的物理和化学改性，这对于改进生物质对酶促水解的敏感性是必需的。
有效利用木质纤维生物质的一个关键挑战是需要脱木质化（和脱蜡）来增加纤维素和半纤维素的酶可达到性。草本生物质（其中大于90%包含木质纤维素）的世界产量每年达约2000亿吨（林（Lin）和田中（Tanaka）,2006,从生物质资源进行乙醇发酵：现状和前景（Ethanol fermentationfrom biomass resources:current state and prospects）,应用微生物与生物技术（Appl Microbiol Biotechnol）69,627-642）。根据粮食与农业组织（Foodand Agriculture Organisation），草本废物（例如来自油籽、种植作物以及豆类作物）的全年量达每年将近10亿吨（库哈德（Kuhad）和辛格（Singh）,2007木质纤维素生物技术未来前景（Lignocellulose Biotechnology，FutureProspects）,I.K.国际出版社（I.K.International Publishing House）,新德里（New Delhi）,印度（India））。包含木质纤维的生物质的利用不足是由于木质纤维材料的复杂结构，该结构具有高生物学稳定性并且抗酶促降解。
近年来已检验使用超声来加工植物材料。超声预处理产生空化，该空化破坏组织结构，并且使蜡质表面剥离/降解。已研究在木质纤维生物质中使用超声来改进木质素-纤维素-半纤维素相互作用的破坏，并且改进木质纤维材料对生物降解的敏感性。因超声预处理所致的表面积和孔隙体积增加已显示可改进提取物的产率并且缩短提取时间。声处理还对糖化具有有利影响，并且已经报道可因微流效应而降低酶需求并且增加酶促反应速率。
脱木质化当前涉及使用有毒化学品或/和苛刻条件（例如强碱/浓硫酸、硝基苯氧化、二价铜（II）氧化、亚硫酸盐/亚硫酸氢盐、过氧化物），这获得的成功有限。
对使用热化学方法来脱木质化的一个替代方案是经常与其他工艺组合使用生物催化剂（如真菌漆酶和过氧化酶）。
这些真菌来源的酶能够通过它作为碳源和能源的用途而降解木质素。这些真菌对木质素的选择性降解留下结晶纤维素，它具有漂白了的外观，经常被称为“白腐”。白腐真菌是担子菌类，一种占三分之一以上真菌物种的多样真菌门，包括食用菌类、植物病原体（如黑穗病和锈病）、菌根以及机会性人类病原体。
使用新兴加工技术（例如超声、高压、蒸汽、超临界二氧化碳以及微波）来处理生物质对当前所用的程序提供了一个有吸引力的替代方案。
生物质加工领域的相关现有技术包括下列
德瓦尔特（Deswarte）等人2006,使用CO2从麦秸中分馏有价值的蜡产物（The fractionation of valuable wax products from wheat straw usingCO2）,绿色化学（Green Chem）8:39-42。利用超临界二氧化碳充分地提取研磨过的麦秸（0.5-5mm粒度范围）。蜡的提取效率在约100分钟之后是99.9%。
美国专利6333181描述使用超声（2-200kHz，10-30分钟），通过破坏木质纤维素的结晶结构来增强木质纤维素废料（例如植物残体、废纸）的酶促降解，用于生产乙醇。纤维素酶需求有效降低三分之一到二分之一。
美国专利7101691在处理谷类的若干不同阶段中使用声处理来提取并且发酵淀粉。
美国专利7504245描述使生物质在发酵之前亦或之后经历一个或多个超声换能器（产生3kW功率并且在至少17kHz的频率下操作），以促进木质素从纤维素中物理分离或去除以便生产醇。
库马尔（Kumar）等人在线（online）,工业与工程化学研究（Ind EngChem Res）doi:10.1021/ie801542g应用脉冲电场预处理以使木质纤维生物质（例如柳枝稷）具渗透性。
马哈木尼（Mahamuni）,2009,使用高频超声来强化酶促纤维素水解（Intensification of enzymatic cellulose hydrolysis using high frequencyultrasound）,美国化学工程师学会（The American Institute of ChemicalEngineers）,2009年年会,11月8-13日,纳什维尔（Nashville）,田纳西州（TN）。
雷温（Revin）等人,2005,废弃植物原料的生物转化方法（Method ofbio-conversion ofwaste vegetable raw material）,RU2255979。使预研磨过的植物原料在真菌（豹斑革耳（Panus tigrinus））存在下经受超声（22-24kHz，10-15min）。
孙（Sun）和汤姆金森（Tomkinson）,2002,通过传统和超声辅助提取从麦秸中获得的半纤维素的表征（Characterization of hemicellulosesobtained by classical and ultrasonically assisted extractions from wheatstraw）,碳水化合物聚合物（Carbohydrate Polymers）50:263-271。使粉碎的经过溶剂脱蜡的麦秸粉末经受超声。
孙等人,2004,来自甘蔗渣的纤维素的分离和表征（Isolation andcharacterization of cellulose from sugarcane bagasse）,聚合物降解与稳定性（Polymer Degradation and Stability）84:331-334。在不同的化学品存在下对经过脱蜡的甘蔗渣进行超声处理以改进纤维素和半纤维素提取。
托马（Toma）等人2001在溶剂提取期间超声对植物组织的影响的研究（Investigation of the effects of ultrasound on vegetal tissues duringsolvent extraction）,超声化学（Ultrasonics Chem）8:137-142。使用超声（200kHz）以通过粒度减小来增加酶可达到的表面积。
托马（Toma）等人2006.利用超声辅助的木质纤维生物质向乙醇的转化（Ultrasonically assisted conversion of lignocellulosic biomass toethanol）,会后文集（Post-proceedings）,美国化学工程师学会,2006年年会,圣弗朗斯科（San Francisco）,加利福尼亚州（CA）。
亚奇梅涅夫（Yachmenev）等人,2007,使用超声来强化酶促生物加工的技术方面：通向“绿色化学”的新路径（Technical aspects of use ofultrasound for intensification of enzymatic bio-processing:new path to"greenchemistry"）,第18届国际声学会议（18th International Congress onAcoustics）,马德里（Madrid）,2007年9月2-7日。使用超声（20-100kHz）以增强天然纤维的酶促生物转化。
美国专利公开0026262。使包含于生物反应器内的细胞物质经历超声能量（在水解期间是1-10kHz，否则是1-2000kHz）和微生物消化。
高能量辐射方法（例如电子束、微波、γ射线照射、紫外线）也已经用来增强木质纤维生物质的可消化性，但目前由于成本问题而不具商业吸引力（郑（Zheng）等人2009,纤维素乙醇制造的生物质预处理的概况（Overview of biomass pretreatment for cellulosic ethanol production）,国际农业与生物工程杂志（Int JAgric&Biol Eng）2:51-68）。
古普塔（Gupta）等人,2011,木质纤维生物质的真菌脱木质化改进纤维素制品的糖化（Fungal delignification of lignocellulosic biomass improvesthe saccharification ofcellulosics）,生物降解（Biodegradation）22:797-804。描述了通过选择的白腐真菌使碾碎了的木片（1-2mm）进行固态发酵，其中在25天的真菌处理中达到5%-13%的木质化损失。
萨尔曼（Sul'man）等人2011,超声预处理在生物技术工艺中对木质纤维材料的组成的影响（Effect of ultrasonic pretreatment on thecomposition of lignocellulosic material in biotechnological processes）,工业催化剂（Catalysis in Industry）3:28-33。在水介质中对向日葵籽壳施加超声（30kHz，368W/cm2，15分钟）以破坏木质素（达到约83%的木质素降解），然后用枯草杆菌（Bacillus subtilis）培养（长达25天），这导致木质素的进一步30%降解。
美国专利申请公开0111456描述了使用在初始尺寸减小以后的一系列步骤制备生物质（植物/动物/城市废物），接着预处理（使用一种或多种物理方法，例如介于15kHz-25kHz之间的超声），然后发酵和后加工以生产醇类。
本发明的一个目的是改进纤维素和半纤维素从木质纤维材料中分离的效率。
发明简要说明
为此目的，本发明提供一种加工木质纤维生物质的方法，其中将该植物生物质浸于一个水浴中或使它具有充足水分，然后用声学能量进行处理，接着用适当酶或真菌提取物进行培育，其中该声学处理包括
i)施加一个低频超声持续至少300秒
ii)在该低频处理之后亦或与该低频处理同时施加一个中等高频超声持续至少300秒
iii)在培育期间任选地施加一个中频超声持续至少300秒
该低频优选地是从10到60kHz，该中等高频优选地是高于200kHz，并且该中频优选地是从60到120kHz。所用的声处理功率将取决于植物的构造并且可以通过常规设计考虑来确立。培育阶段中的声处理功率通常将是预处理阶段中所用的声处理功率的一半。
本发明提供一种从木质纤维材料中获得可达到的纤维素和半纤维素以促进生物转化成可利用的原料和动物饲料的物理工具。控制物理处理的工艺参数以产生足够程度的脱蜡和木质素降解，以使得能够增加纤维素和半纤维素的酶可达到性。
在声处理期间生物质的温度优选地是从37°C到50°C。在培育期间应用类似温度范围。进行培育大于2小时并且优选地约72小时。
本发明的处理消除了对生物质预处理的当前所用的苛刻化学品和极端温度和压力的需要。本发明是部分地基于适当使用超声条件可以使蜡和木质素选择性降解的发现：
1)低频超声可以在机械粉碎或微波崩解之后将结构物理性分开，并且使蜡质材料从表面物理性爆开（参照超声清洗），并且
2)中等高频超声可以使酚类化合物和蜡经声化学性氧化，并且
3)中频超声可以促进物质转移通过围绕酶的边界层而不使酶机械性或声化学性变性。
本发明中所用的超声条件的选择使得能生产降解的木质纤维材料，该降解的木质纤维材料在暴露于酶时增加了可利用基质的生产。
中频超声优选地是在酶培育期间作为脉冲施加。
超声条件优选地是由连续的1)40kHz，600秒、2)270或400kHz，600秒组成的一个2步骤的程序；或由每1800秒中连续的1)40kHz，600秒、2)270或400kHz，600秒以及3)80kHz（50%功率），60秒组成的一个3步骤的程序，在酶水解期间持续144个周期，其中所有步骤都是在37℃或50℃（水浴）下操作的。
这些条件可以与其他物理处理（例如微波）联合使用以进一步增强木质素降解过程。使用微波背后的基本原理是从生物质的表面去除蜡质层以增加酶作用可用的表面积。
在物理工艺的情况下，对加工木质纤维材料的多种现有技术中所用的化学品的需求更小或无需求。本发明是一种更清洁、更环保并且更节能的工艺。在资源有限的世界中，使用物理工艺改进转化效率的能力具有改进生物质利用的优点。
对木质纤维材料进行改性的以上物理预处理和所陈述的条件先前尚未被提出过。与现有技术超声处理（其中高功率超声（<50kHz）已经主要用来在广泛机械尺寸减小之后粉碎木质纤维材料对比，本发明中所用的超声处理已被选择来使木质素选择性脱蜡和降解，同时保存纤维素和半纤维素用于随后由动物或工业利用。
本发明利用低功率以及中频和高频超声（>100kHz）来使木质素选择性脱蜡和降解。本发明的目的还在于使用低功率以及高频超声来使蜡与降解的木质素脱乳化和物理分离。
其他物理方法（例如冷等离子体、脉冲电场、微波）因它们导致热解和/或氧化的能力而可以单独或与超声联合利用来使木质素脱蜡和降解。
优选地在预处理之后是木质素的酶促降解。鉴别为包含木质纤维素分解降解酶的任何来源都将适用于本发明中。白腐真菌是这些酶的优选的来源。
白腐真菌通过分泌一系列氧化酶和过氧化酶来催化木质素的初始解聚合，这些酶产生高度反应性和非特定自由基，这些自由基依次经历一个复杂系列的自发裂解反应。
黄孢原毛平革菌（P.chrysosporium）木质素解聚合系统的主要组分包括木质素过氧化酶（LiP）和锰依赖性过氧化酶（MnP）的多种同功异型物。
LiP和MnP需要细胞外H2O2用于它们的体内催化活性，并且一个可能的来源是铜基氧化酶、乙二醛氧化酶（GLOX）。基因组序列揭示经预测编码铜基氧化酶的至少六种其他序列（cro1直到cro6）。除铜基氧化酶之外，细胞外FAD依赖性氧化酶可能是用于产生H2O2的候选物。
除木质素之外，黄孢原毛平革菌完全降解植物细胞壁的所有主要组分，包括纤维素和半纤维素。基因组具有用以编码多于240种推定的碳水化合物活性酶的遗传信息，这些酶包括以下
·166种糖苷水解酶，
·14种碳水化合物酯酶以及
·57种糖基转移酶，
包括至少69个不同家族。
发明详细说明
现将参考附图描述本发明的优选实施方案，其中：
图1是用以评估本发明的功效的一种第一方法的一个流程图；
图2是用以评估本发明的功效的一种第二方法的一个流程图；
图3-5麦秸的扫描电子显微照片示出了在40kHz/10min，35°C下用超声处理之后凹陷、蜡质晶体从秸表面去除、底层纤维素微纤维的可视化增加以及表面破坏的证据；
图6示出了在木质纤维素的酶促降解（酶提取物T和P）期间形成的化合物的典型特征曲线；
图7展示了如与对照物（无超声（US）/无酶处理）相比，用超声（US）处理的木质纤维素的增强的酶促降解；
图8展示了在从毛栓菌/变色栓菌获得的酶提取物存在下，通过超声进行处理的麦秸顶空中检测到的芳香族酚衍生的化合物的形成。（M=微波；US=超声）；
图9展示了在从黄孢原毛平革菌获得的酶提取物存在下，通过超声进行处理的麦秸顶空中的芳香族酚衍生的化合物的形成。（M=微波；US=超声）；
图10示出了在从黄孢原毛平革菌获得的酶提取物存在下，通过超声进行处理的麦秸的共聚焦显微照片。通过自体荧光（在λ=488nm下激发）使样品可见。
图11示出了通过超声和从黄孢原毛平革菌获得的酶提取物进行处理的麦秸的共聚焦显微照片。用尼罗红对样品进行染色用于脂质/脂肪（即蜡）的可视化（在λ=543nm下激发）。
图12示出了存在于麦秸的液相中的糖（在三甲基硅烷基衍生作用之后通过GC进行分析），该麦秸是在50°C下通过US 40kHz/10min（US 1）、接着US 400kHz/10min（US 2）进行处理、然后用酶接种（0h）并且在50°C下培育（2-72h）的。T=从毛栓菌/变色栓菌获得的木质素降解酶；P=从黄孢原毛平革菌获得的木质素降解酶；T/P=1:1比率的来自T与P这二者的全部两种木质素降解酶。
图13示出了从愈创木基和紫丁香基木质素单元的降解获得的酚类化合物（在三甲基硅烷基衍生作用之后通过GC进行分析）。分析是对在50℃C下通过US 40kHz/10min（US 1）、接着US 400kHz/10min（US 2）进行处理、然后用酶接种（0h）并且在50℃下培育（2-72h）的麦秸的液相进行的。T=从毛栓菌/变色栓菌获得的木质素降解酶；P=从黄孢原毛平革菌获得的木质素降解酶；T/P=1:1比率的来自T与P这二者的全部两种木质素降解酶。
图14GC色谱图，示出了存在于麦秸的液相的顶空中的化合物，该麦秸是在50°C下通过US 40kHz/10min、接着US 400kHz/10min进行处理、然后用木质素降解酶接种并且在50°C下培育（72h）的。T=从毛栓菌/变色栓菌获得的木质素降解酶；P=从黄孢原毛平革菌获得的木质素降解酶。画圈的区域是十二醛峰。
图15GC色谱图示出了存在于麦秸的液相的顶空中的化合物，该麦秸是在50℃下通过US 40kHz/10min、接着US 400kHz/10min进行处理、然后用木质素降解酶接种并且在50℃下培育（72h）的。T=从毛栓菌/变色栓菌获得的木质素降解酶；P=从黄孢原毛平革菌获得的木质素降解酶。画圈的区域是十二醛峰。
图16示出了就麦秸的不可消化纤维而论的体外瘤胃可消化性。A-D=在50℃下通过US 40kHz/10min、接着US 400kHz/10min进行处理，然后用或不用木质素降解酶接种并且在50℃下培育（72h；E-H在50℃下培育20分钟，然后用或不用木质素降解酶接种并且在50°C下培育（72h）（即无US预处理）。A&E=用来自毛栓菌/变色栓菌的木质素降解酶接种，B&F=用从黄孢原毛平革菌获得的木质素降解酶接种；C&G=仅缓冲液（不添加酶）；D&H=用1:1比率的来自全部两种白腐真菌的木质素降解酶接种；O=初始麦秸；对照物=来自消化空白的背景。
图17示出了存在于稻秸的液相中的糖（在三甲基硅烷基衍生作用之后通过GC进行分析），该稻秸是在50°C下通过US 40kHz/10min（US 1）、接着US 400kHz/10min（US 2）进行处理、然后用酶接种（0h）并且在50°C下培育（2-72h）的。T=从毛栓菌/变色栓菌获得的木质素降解酶；P=从黄孢原毛平革菌获得的木质素降解酶；T/P=以1:1比率存在的来自T与P这二者的木质素降解酶。
图18示出了从愈创木基和紫丁香基木质素单元的降解获得的酚类化合物（在三甲基硅烷基衍生作用之后通过GC进行分析）。分析是对在50℃下通过US 40kHz/10min（US 1）、接着US 400kHz/10min（US 2）进行处理、然后用酶接种（0h）并且在50°C下培育（2-72h）的稻秸的液相进行的。T=从毛栓菌/变色栓菌获得的木质素降解酶；P=从黄孢原毛平革菌获得的木质素降解酶；T/P=以1:1比率存在的来自T与P这二者的木质素降解酶。
图19示出了就来自稻秸的个体和总挥发性脂肪酸（VFA）的生产而论的体外瘤胃可消化性。A-D=在50°C下通过US 40kHz/10min、接着US 400kHz/10min进行处理，然后用或不用木质素降解酶接种并且在50℃下培育（72h）；E-H在50℃下培育20分钟，然后用或不用木质素降解酶接种并且在50°C下培育（72h）（即无US预处理）。A&E=用来自毛栓菌/变色栓菌的木质素降解酶接种，B&F=用1:1比率的来自两种白腐真菌的木质素降解酶接种；C&G=用从黄孢原毛平革菌获得的木质素降解酶接种；D&H=仅缓冲液（不添加酶）；0=初始稻秸。
图20示出了存在于棉花废料的液相中的糖（在三甲基硅烷基衍生作用之后通过GC进行分析），该棉花废料是在50℃C下通过US 40kHz/10min（US 1）、接着US 400kHz/10min（US 2）进行处理、然后用酶接种（0h）并且在50°C下培育（2-72h）的。T=从毛栓菌/变色栓菌获得的木质素降解酶；P=从黄孢原毛平革菌获得的木质素降解酶；T/P=以1:1比率存在的来自T与P这二者的木质素降解酶。
图21示出了从愈创木基和紫丁香基木质素单元的降解获得的酚类化合物（在三甲基硅烷基衍生作用之后通过GC进行分析）。分析是对在50°C下通过US 40kHz/10min（US 1）、接着US 400kHz/10min（US 2）进行处理、然后用酶接种（0h）并且在50°C下培育（2-72h）的棉花废料的液相进行的。T=从毛栓菌/变色栓菌获得的木质素降解酶；P=从黄孢原毛平革菌获得的木质素降解酶；T/P=以1:1比率存在的来自T与P这二者的木质素降解酶。
将植物生物质浸于一个水浴中或使它具有充足水分，并且应用超声换能器安排，以适当范围施加声学能量，随后进行或不进行物理干涉，接着用适当酶或真菌进行培育。
实例：
i.低频超声，用来在机械粉碎或微波崩解之后将结构物理性分开，并且使蜡质材料从表面物理性爆开（参照超声清洗），和
ii.中等高频超声，用来使酚类化合物和蜡经声化学性氧化，以及
iii.在酶水解步骤期间施加的中频超声，来促进物质转移通过围绕酶的边界层而不使酶机械性或声化学性变性。
基于目视观测、总糖和GC顶空分析，在来自白腐真菌的粗酶提取物存在下，使用超声以及存在或不存在预先微波处理情况下的预处理以增强小麦谷壳的可消化性来进行试验。
如图1和2中所示出，原料是由8%固体于2%乙酸盐缓冲液（pH 5）中组成的小麦谷壳。
在图1和2中，微波处理是任选的，由于它可以降低脱木质化的程度。
超声处理包括由在每1800秒中连续的i)40kHz，600秒、ii)270kHz，600秒、然后iii)80kHz（50%功率），60秒组成的一个3步骤的程序，在酶水解期间施加144个周期，其中所有步骤都是在35°C（水浴）下操作的。
在图2的工艺中，微波处理是高功率，1min。然后在冷（自来水）中冷却样品。
在图1和2中，P指的是在超声处理的第3步骤(iii)之前添加（1:1v/v）到样品中的黄孢原毛平革菌提取物。
在图1和2中，T指的是在超声处理的第3步骤(iii)之前添加（1:1v/v）到样品中的毛栓菌提取物。
图3-9展示了这些处理的结果。
图10和11示出了
-在酶提取物存在下，通过超声使荧光材料从表面层的更广泛去除（图10）。
-在酶提取物存在下，超声之后底层条纹状纤维素微纤维的增强可视化（图10）。
-在超声之后角质层（蜡）的更广泛去除（图11）并且底层纤维素微纤维的增强可视化。
-类似结果可发现于在从毛栓菌/变色栓菌获得的酶提取物存在下，通过US进行处理的样品中。
图12示出了
-在组合US/酶的情况下，来自小麦谷壳的糖生产与单独US相比协同增加。
-在酶（+US）的情况下，来自小麦谷壳的糖生产与无酶（+US）相比增加。
-在US（无酶）的情况下，来自小麦谷壳的糖生产与无US（无酶）相比增加。
-总之，只通过US处理小麦谷壳增加糖生产，只通过酶增加糖生产，并且组合US/酶对导致糖生产协同增加。
图13示出了
-在组合US/酶的情况下，从小麦谷壳释放的酚类化合物与单独US相比协同增加。
-在酶（+US）的情况下，从小麦谷壳释放的酚类化合物与无酶（+US）相比增加。
-在US（无酶）的情况，从小麦谷壳释放的酚类物与无US（无酶）相比增加。
-总之，只通过US处理小麦谷壳增加酚类物，只通过酶增加酚类物，并且组合US/酶导致酚类物协同增加
图14和15示出了GC特征曲线无差异。主要差异在于所产生的十二醛的量，并且这可能是由于一种角质层降解酶[US不影响它的活性]。
图16示出了处理过的样品的体外可消化性与初始小麦谷壳相比增加3%-8%。总体上，已经用超声预处理过的样品显示出比未经US预处理的那些样品更高的可消化性增加。
图17示出了
-在组合US/酶的情况下，来自稻谷壳的糖生产与单独US相比协同增加。
-在酶（+US）的情况下，来自稻谷壳的糖生产与无酶（+US）相比增加。
-在US（无酶）的情况下，来自稻谷壳的糖生产与无US（无酶）相比增加。
-总之，只通过US对稻谷壳进行处理增加糖生产，只通过酶增加糖生产，并且通过组合US/酶导致糖生产协同增加。
图18示出了
-在组合US/酶的情况下，从稻谷壳释放的酚类化合物与单独US相比协同增加。
-在酶（+US）的情况下，从稻谷壳释放的酚类化合物与无酶（+US）相比增加。
-在US（无酶）的情况下，从稻谷壳释放的酚类物与无US（无酶）相比增加。
-总之，只通过US对稻谷壳进行处理增加酚类物，只通过酶增加酚类物，并且通过组合US/酶导致酚类物协同增加
图19示出了处理过的样品的体外可消化性与初始稻谷壳相比增加约2到3倍。稻秸的可消化性的最大增加是通过对稻秸进行US预处理、接着用从黄孢原毛平革菌获得的酶提取物进行培育而获得的。
图20示出了
-在组合US/酶的情况下，来自棉花废料的糖生产与单独US相比协同增加。
-在酶（+US）的情况下，来自棉花废料的糖生产与无酶（+US）相比增加。
-在US（无酶）的情况下，来自棉花废料的糖生产与无US（无酶）相比增加。
-总之，只通过US对棉花废料进行处理增加糖生产，只通过酶增加糖生产，并且通过组合US/酶导致糖生产协同增加。
图21示出了
-在组合US/酶的情况下，从棉花废料释放的酚类化合物与单独US相比协同增加。
-在酶（+US）的情况下，从稻谷壳释放的酚类化合物与无酶（+US）相比增加。
-在US（无酶）的情况下，从棉花废料释放的酚类物与无US（无酶）相比增加。
-总之，只通过US对棉花废料进行处理增加酚类物，只通过酶增加酚类物，并且通过组合US/酶导致酚类物协同增加。
来自试验的发现揭示：
·鉴别了木质素降解产物（单体酚类化合物）
·还存在多种醇类、酸类和酯化合物，表明通过纤维素/半纤维素的酶促降解产生的糖的发酵
·对基质小麦谷壳进行超声处理增强了酶促降解
·微波处理（在存在或不存在超声处理下）对通过黄孢原毛平革菌提取物产生的酚类降解产物具有小的抑制作用。但微波处理似乎对在毛栓菌提取物情况下衍生的产物的木质素降解和发酵具有主要抑制作用。
·处理过的小麦谷壳和稻谷壳的体外可消化性显著增加
·通过组合超声和酶水解，从小麦谷壳、稻谷壳以及棉花废料中释放的酚类物和糖协同增加。
从以上可见，本发明提供对木质纤维材料的处理的有益改进。
本领域的普通技术人员将认识到，可以在不偏离本发明的核心传授内容的情况下，以除所描述实施方案以外的实施方案来实施本发明。

Claims (14)

1.一种加工木质纤维生物质的方法，其中将该植物生物质浸于一个水浴中或使它具有充足水分，然后用声学能量进行处理，接着用多种适当酶或真菌提取物进行培育，其中该声学处理包括
i)施加一个低频超声持续至少300秒
ii)在该低频处理之后亦或与该低频处理同时施加一个中等高频超声持续至少300秒
2.如权利要求1所述的方法，其中这些真菌提取物是来自黄孢原毛平革菌和/或毛栓菌/变色栓菌。
3.如权利要求1或2所述的方法，该方法包括在该酶培育期间施加一个中频超声持续至少300秒。
4.如权利要求3所述的方法，其中该低频是从10到60kHz，该中等高频是高于200kHz，并且该中频是从60到120kHz。
5.如权利要求4所述的方法，其中这些声学处理步骤是连续的。
6.如权利要求4所述的方法，其中这些声学处理是同时施加的。
7.如权利要求3所述的方法，其中这些声学处理步骤各自进行600秒。
8.如权利要求3所述的方法，其中在该酶培育步骤期间施加脉冲超声。
9.如权利要求8所述的方法，其中该脉冲超声是在37-50°下在2-72小时中每30min在80kHz下持续进行1min。
10.如权利要求1所述的方法，其中这些处理是在范围37-50C中的温度下进行的。
11.如权利要求1所述的方法，其中该声处理功率是80%-100%。
12.如权利要求8或9所述的方法，其中该声处理功率是50%。
13.如权利要求3所述的方法，其中进行该酶培育步骤持续2-72小时。
14.一种动物饲料，该动物饲料是来源于根据权利要求1到13中任何一项进行处理的木质纤维生物质。
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