CN104136619A - 涉及真空的改进的预水解步骤 - Google Patents

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CN104136619A
CN104136619A CN 201280070367 CN201280070367A CN104136619A CN 104136619 A CN104136619 A CN 104136619A CN 201280070367 CN201280070367 CN 201280070367 CN 201280070367 A CN201280070367 A CN 201280070367A CN 104136619 A CN104136619 A CN 104136619A
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爱德温·安德鲁·西森
西蒙妮·费雷罗
保罗·托雷
皮耶罗·奥托內洛
弗朗西斯科·凯尔基
朱塞佩·格拉萨诺
路易斯·奥里亚尼
达里奥·焦尔达诺
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贝塔可再生能源公司
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Abstract

本发明涉及在有酶或无酶存在下将水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质暴露于真空条件下的改进的预水解步骤。在将所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质暴露于真空条件下后,对所述预处理的材料进行酶法水解。结果是,相较于没有暴露于真空条件下的组合物,酶法水解后葡萄糖和通常情况下木糖的产量增加。

Description

涉及真空的改进的预水解步骤

背景技术

[0001] 专利US 2009/0053777A1和WO 2009/046538A1都考虑到真空在生物质转化过程的各部分中的使用。

[0002] 按照处理步骤的顺序,专利US 2009/0053777A1公开了一种预处理和酶法水解反应器,通过将外部来源来接至盖子中的喷枪连接端口可将真空和压力施加到所述反应器。

[0003] 专利US 2009/0053777A1进一步公开了一种水平定向的配备有活塞的5.1cm x68.6cm不镑钢筒的大型筒式活塞反应器(a large barrel piston reactor)。所述68.6cm筒配备有八个多用端口,该多用端口允许真空施加、氨水注射、蒸汽注射和用于测量筒内温度的热电偶的插入。所述反应筒直接连接于垂直定向的15.2cm X 61cm不锈钢的闪蒸罐。预处理的固体直接向下进入闪蒸罐的底部,在那里通过打开所述罐底部的圆顶端法兰可将所述固体轻易除去。

[0004] 当将真空施加到反应器和闪蒸接收器中以使压力降低至<10kPa,且在所述反应器中注入稀释的氢氧化铵溶液时,真空的用途被公开。一旦注入氨水,蒸汽将被注射到反应器中以使温度升至145°C。然后通过启动活塞将所述混合物排进预先加热的闪蒸罐。将所述闪蒸罐抽真空至闪蒸接收器达到~59°C。在从闪蒸接收器收获时,游离液体与预处理的固体分离并且不被回加用于糖化作用。

[0005] WO 2009/046538A1,题为 ENZYMATIC TREATMENT UNDER VACUUM OFLIGNOCELLULOSIC MATERI ALS,为自描述性的。所述木质纤维素类生物质的酶法水解在真空下进行以除去抑制因子来促进酶促反应。

[0006] 这些参考文献中真空的使用是出于非常具体的原因并在非常具体的条件下。这些参考文献都没有公开或致使在本说明书的发明描述部分描述的工艺和效率无创造性。

[0007] 发明概沭

[0008] 本说明书中公开一种涉及真空的改进的预水解步骤,一个实施方案包含步骤

[0009] A)将组合物暴露在真空条件下,

[0010] 其中所述组合物具有干物质含量,和

[0011] 所述组合物包含由在预处理工艺中处理的木质纤维素类生物质产生的水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质,和预处理工艺后加入到所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质中的附加液体,

[0012] 其中所述组合物中干物质含量的重量百分数以所述组合物总重量为基准在I至60重量百分数的范围内;

[0013] B)停止将所述组合物暴露在真空条件下,

[0014] C)向所述组合物添加至少一种催化剂,其中所述催化剂能够水解所述组合物中的水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质,

[0015] D)进行所述组合物中的所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的催化水解。

[0016] 在另一个实施方案中,所述组合物不含游离液体。在另一个实施方案中,所述组合物含游离液体。

[0017] 进一步公开了将所述组合物暴露在真空条件下的步骤和进行催化水解作用的步骤不在同一个容器内进行。

[0018] 进一步公开了所述真空条件可低于以毫巴(mbar)测量的选自由950、900、850、800、700、600、500、400、300、250、200、150、100、50、30、20、10、5 和 0.5 毫巴组成的组的绝对压强。

[0019] 进一步公开了所述组合物中干物质的重量百分数以所述组合物总重量为基准可在选自由I至50、I至40、I至36、I至30、I至25、I至20、I至15、I至10和5至40组成的组的范围内。

[0020] 还公开了将所述组合物暴露在真空条件下的步骤可包括保持所述组合物暴露在真空条件下的最少时间为选自由5分钟、10分钟、20分钟、30分钟、45分钟和60分钟组成的组。

[0021 ] 还公开了所述暴露在真空条件可在由选自由15至55°C、15至50°C、15至45°C、15至35°C和15至30°C组成的组的温度范围组成的温度范围内进行。

[0022] 进一步公开了所述组合物和/或所述附加液体可不含能够水解所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的催化剂。还公开了所述催化剂可包含酶和所述催化水解作用可为酶法水解。

[0023] 进一步公开了所述附加液体可包含C5糖(C5’ s),其是从水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质中分离的,作为所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质预处理的一部分。

[0024] 还公开了所述附加液体也可包括由相似组成的水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的酶法水解制备的水解产物。

[0025] 进一步公开了将所述组合物暴露在真空条件下的步骤可用里面有螺杆的圆筒(又称挤出机)进行。

[0026] 还公开了所述催化水解作用的进行不在任何真空条件下完成。

[0027] 还公开了所述工艺可以是连续的和所述组合物不含氨和所述预处理工艺可不含氨。

附图说明

[0028] 图1对比了在酶法水解前已暴露在真空条件下的组合物和在酶法水解前没有暴露在真空条件下的相同组合物的水不溶性经预处理的木质纤维素生物质在指定酶浓度下的酶法水解随时间产生的木糖和葡萄糖量,所述组合物包含水不溶性预处理的木质纤维素生物质。

[0029] 图2对比了在酶法水解前已暴露在真空条件下的组合物和在酶法水解前没有暴露在真空条件下的相同组合物的水不溶性经预处理的木质纤维素生物质在指定酶浓度下的酶法水解随时间产生的木糖和葡萄糖量,所述组合物包含水不溶性预处理的木质纤维素生物质。

[0030] 图3对比了在酶法水解前已暴露在真空条件下的组合物和在酶法水解前没有暴露在真空条件下的相同组合物的水不溶性经预处理的木质纤维素生物质在指定酶浓度下的酶法水解随时间产生的木糖和葡萄糖量,所述组合物包含水不溶性预处理的木质纤维素生物质。

[0031] 图4对比了在酶法水解前、无酶存在下暴露在真空条件下的组合物和在酶法水解前、酶存在下暴露在真空条件下的相同组合物的水不溶性经预处理的木质纤维素生物质在指定酶浓度下的酶法水解随时间产生的木糖和葡萄糖量,所述组合物包含水不溶性预处理的木质纤维素生物质。

[0032] 图5对比了在酶法水解前、无酶存在下暴露在真空条件下的组合物和在酶法水解前没有暴露在真空条件下的相同组合物的水不溶性经预处理的木质纤维素生物质在指定酶浓度下的酶法水解随时间产生的木糖和葡萄糖的相对量,所述组合物包含水不溶性预处理的木质纤维素生物质。

[0033] 发明详沭

[0034] 此说明书公开了一种工艺,该工艺通过将真空短时间施加到含有水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的组合物,来增加从水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质中的葡萄糖的回收。如下面所公开的,包含所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的所述组合物可进一步包括附加液体(也称为附加的第一液体),游离液体,或不含游离液体。

[0035] 在实验部分发现和讨论的是,当水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质暴露在一种液体(如水)下的真空条件时,所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质溶胀并扩大至自身原始体积的约140%,且然后,一旦所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质所夹带的气体被释放,它将塌陷回去至自身原体积的约80%。尽管液体下的真空是一个优选实施方案,然而将含有所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质但不含游离液体或附加液体的所述组合物暴露在真空条件下是本发明的另一个实施方案。

[0036] 与先前技术相反,所述实验确立了催化剂(如用作酶法水解的酶)在进一步渗入所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的真空步骤中并不是必要的。所述酶或其他水解作用催化剂如酸或碱可在真空被打破后加入。所述糖类的产量是相同的,无论真空是在水下还是在具有酶的水下进行的。

[0037] 所述实验也确立了所述真空步骤优选在液体下或在液体中进行,所述液体优选水。对不加入液体或不存在游离液体的水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质进行的实验具有比将真空施加到有大量液体存在的水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的实验低得多的糖产量。尽管优选在液体存在下或在液体下将所述组合物暴露在真空条件,但是没有液体的所述组合物的暴露仍比完全不将所述组合物暴露在真空中要好。

[0038] 实验数据也确立了,如果在催化水解(如酶法水解)前施加真空(即使只施加了10分钟),那么可避免在真空下进行催化水解(如酶法水解)的步骤。

[0039] 鉴于实验中已确定的知识,所述工艺因而包含,首先,将组合物暴露在真空条件下。适合的组合物包含水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质。成为水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质意味着至少生物质的一部分是水不溶性的和用作衍生所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的原始的天然存在的木质纤维素类生物质已经过处理(预处理)以改变其在自然界中发现的物理或化学性质。

[0040] 生成水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的第一步是使用木质纤维素类生物质。优选的木质纤维素类生物质可描述如下:除了淀粉之外,植物生物质中的三个主要成分是纤维素、半纤维素和木质素,其通常以通用术语称为木质纤维素。含多糖的生物质作为通用术语包括淀粉和木质纤维素类生物质两者。因此,原料的一些类型可以是植物生物质,含多糖的生物质和木质纤维素类生物质。

[0041] 根据本发明的含多糖的生物质包括含聚合糖类(如以淀粉以及精制淀粉的形式)、纤维素和半纤维素的任何材料。

[0042] 用于衍生要求保护的本发明的天然存在的生物质的相关类型可包括来源于农作物的生物质,选自由淀粉包含谷物、精制淀粉,玉米秸,甘蔗渣,秸杆如来自于稻、小麦、黑麦、燕麦、大麦、油菜、高粱,软木材如欧洲赤松(Pinussylvestris)、福射松(Pinusradiate),硬木材如柳属类(Salix spp.)、桉属类(Eucalyptus spp.),块莖如甜菜、土豆,谷类来自如稻、小麦、黑麦、燕麦、大麦、油菜、高粱和玉米,废纸,来自生物气处理的纤维组分,肥料,来自油棕加工的残留物,城市固体废弃物等等组成的组。虽然实验限于上述枚举列表中的几个实例,但本发明被认为适用于所有木质素,因为所述描述主要是针对木质素的独特特征和表面面积。

[0043] 在所述工艺中使用的木质纤维素类生物质原料优选来自于通常被称为禾本植物(grasses)的科。专有名称是开花植物中百合纲(单子叶植物)中被称为禾本科(Poaceae)或禾本科(Gramineae)的科。该科的植物通常被称为禾本植物,或者,为了将它们与其他禾草类(graminoids)区分开,称为真禾本植物(true grasses)。也包括竹子。约有600个属和约9,000-10,000或更多种类的禾本植物(世界草类丘园索引(Kew Index of WorldGrass Species))。

[0044] 禾本科(Poaceae )包括在世界各地种植的主食类谷物和粮食作物、草坪草和饲草,和竹子。禾本科通常具有称为杆(culm)的中空茎,其在称为节(node)(沿着叶子长出的杆的多个点)的间隔处闭塞(实心)。禾本植物的叶子通常是交替的(alternate)、对生的(在一个平面上)或很少为螺旋的,和平行脉的。每片叶子分化成环绕该茎持续一段距离的下部叶鞘和边缘通常完整的叶片。许多禾本植物的叶片被二氧化硅植物岩(silicaphytoliths)硬化,这有助于阻止食草动物。在一些禾本植物(如剑状叶草)中,这使得禾本植物叶片的边缘足够锐利以割伤人类皮肤。被称作叶舌的膜状的附属物或毛状物的边缘(fringe of hairs),位于叶鞘和叶片的连接处,以阻止水或昆虫透入到所述叶鞘中。

[0045] 禾本科叶片在叶片的基部长出,并不是从细长的茎尖生长。这种低生长点是为适应放牧动物而进化的,并使得禾本植物能够被定期啃食或割除而不会对植物造成严重损害。

[0046] 禾本科的花的特征为按照小穗状花序排布,每个小穗具有一个或多个小花(这些小穗状花序进一步分为圆锥花序或穗状花序)。小穗由基部的两个(或有时更少)苞叶(bract),称为颖片(glume),随后的一个或多个小花构成。小花由称为外稃(lemma)(外部的)和内稃(Palea)(内部)的两个苞叶包围的花构成。这些花通常是雌雄同体的(玉蜀黍,雌雄同株,是一个例外)而授粉几乎都是风媒授粉。花被(perianth)减少到两个鳞苞,称为浆片,其通过膨胀和收缩传播外稃和内稃;这些一般被解释为变形萼片。

[0047] 禾本科的果实是颖果,其中种皮融合到果皮中并因此不与其分离(如玉蜀黍粒中的那样)。

[0048] 存在禾本植物中的生长习性有三个一般的分类:丛生型(bunch-tupe)(也称作簇生的(caespitose))、匍匍莖型(stoloniferous)和根莖型 Crhizomatous)。

[0049] 所述禾本植物的兴旺(success)部分在于其形态和生长过程,并且部分在于它们的生理多样性。大部分禾本植物分为两种生理类群,采用C3和C4光合作用途径进行碳固定。所述C4禾本植物具有与专门的克兰兹叶解剖学(Kranz leaf anatomy)关联的光合途径,使它们特别适应炎热的气候和低二氧化碳的气氛。

[0050] C3禾本植物被称为“冷季禾本植物”而C4禾本植物被称为“暖季禾本植物”。禾本植物可为一年生植物或多年生植物。一年生冷季型的实例为小麦、黑麦、一年生莓系属的牧草(一年生草地早熟禾(annual meadowgrass)、早熟禾(Poaannua)和燕麦)。多年生冷季型的例子为果园草(orchard grass)(鸭茅(cocksfoot),鸡脚草(Dactylisglomerata))、羊茅(fescue)(羊茅属(Festucaspp))、草地早熟禾(Kentucky Bluegrass)和多年生黑麦草(perennial ryegrass)(多年生黑麦草(Loliumperenne))。一年生暖季型的实例为玉米、苏丹草和狼尾草(pearl millet)。多年生暖季型的实例为大须芒草(big bluestem)、印第安草(indiangrass)、百慕达草(bermudagrass)和柳枝稷(switchgrass)。

[0051] 禾本科植物的一个分类识别出十二个亚科,这些是:1)三芒草亚科(anomochlooideae),是包括两个属(三芒草属(Anomochloa),Streptochaeta)的小谱系阔叶禾本植物;2)Pharoideae, —种小谱系的禾本植物,包括三个属,包括毛幢(Pharus)和囊稃竹属(Leptaspis) ;3)Puel1ideae,包括非洲巨菌草(Puelia)属的小谱系;4)早熟禾亚科(Pooideae),其包括小麦、大麦、燕麦、雀麦(brome-grass) (Bronnus)和拂子茅(reed-grasses)(拂子茅属(Calamagrostis)) ;5)竹亚科(Bambusoideae),其包括竹子;6)稻亚科(Ehrhartoideae),包括水稻和野生稻;7)芦竹亚科(Arundinoideae),包括芦竹(giant reed)和芦華(common reed) ;8)假淡竹叶亚科(Centothecoideae),11 个属的小亚科,有时包括于黍亚科(Panicoideae)中;9)虎尾草亚科(Chloridoideae),包括画眉草(1vegrass)(画眉草属(Eragrostis),约350种,包括埃塞俄比亚画眉草(teff))、鼠尾粟(dropseed)(鼠尾粟属(Sporobolus),约 160 种)、龙爪稷(finger millet)(糁子(Eleusinecoracana (L.) Gaertn.))和舌L子草(muhly grass)(舌L子草属(Muhlenbergia),约175种);10)黍亚科(Panicoideae),包括黍(panic grass)、玉蜀黍、高粱、甘鹿、大部分稷、福尼奥米(fon1)和须芒草(bluestem grass) ;11)小草亚科(Micrairoideae) ;12)扁芒草亚科(Danthon1dieae),包括蒲华草(pampas grass);它属于早熟禾属(Poa),大约有500种禾本植物,原产于两个半球的温带气候区。

[0052] 因可食用种子而种植的农业禾本植物称为谷类。常见的三种谷类是水稻、小麦和玉蜀黍(玉米)。在所有作物中,有70%是禾本植物。

[0053] 甘蔗是生产糖的主要来源。禾本植物用于建筑。由竹子制成的脚手架能够经受会破坏钢制脚手架的台风强风吹袭。更大的竹子和芦竹(Arundo donax)具有结实的茎杆,可以以类似于木材的方式使用,且禾本植物的根使草泥墙房屋的草皮稳固。芦竹属(Arundo)用于生产用于木管乐器的簧片,而竹子用于许多器具。

[0054] 所述木质纤维素类生物质原料也可来自木本植物(woody plant)或树木。木本植物是使用木质部(wood)作为其结构组织的植物。这些通常是多年生植物,其茎杆和较大的根都采用邻近维管组织产生的木质部强化。这些植物的主茎杆、较大的枝和根通常覆盖一层增厚的树皮。木本植物通常是乔木、灌木或藤本植物。木质部是一种结构上多孔的调整体(structural cellular adaptat1n),其使木本植物年复一年地由地上生长莖,从而使一些木本植物成为最大和最高的植物。

[0055] 这些植物需要维管系统从根部到叶(木质部)输送水分和养分,并将糖从叶输送到植物其余部分(韧皮部)。有两种类型的木质部:初级生长期间从原形成层形成的原生木质部和二次生长期间从维管形成层形成的次生木质部。

[0056] 通常被称为“木材”的是此类植物的次生木质部。

[0057] 可发现次生木质部的两个主要的组是:

[0058] I)针叶树(松柏科(Coniferae)):有约六百种针叶树。所有种类都具有次生木质部,其在整个组群中结构上相对均一。许多针叶树都长成乔木:这些树木的次生木质部作为软木市售。

[0059] 2)被子植物(被子植物门(Ang1spermae)):有约25万到40万种被子植物。在这一组群中次生木质部尚未发现于单子叶植物(例如,禾本科)中。许多非单子叶被子植物成为树,且这些植物的次生木质部作为硬木市售。

[0060] 术语软木用于描述来自属于裸子植物的树木的木材。所述裸子植物是具有未被包被在子房中的裸子的植物。这些种子“果实”被认为比硬木更原始。软木树通常是常绿的,结锥形果实,并具有针状或磷片状叶。它们包括针叶树种,例如松树、云杉、冷杉和雪松。这些针叶树种的木材硬度各不相同。

[0061] 术语硬木用于描述来自属于被子植物科的树木的木材。被子植物是具有被包在子房中以进行保护的胚珠的植物。当受精时,这些胚珠发育成种子。所述硬木树通常是阔叶的;在温带和寒带纬度它们大多是落叶性的,但在热带和亚热带地区大多常青的。这些叶子可以是简单的(单叶片),或它们可以是复杂的,小叶附着于叶茎。虽然形状可变,但所有的硬木叶子具有独特的细脉网络。所述硬木植物包括,例如山杨、桦树、樱桃树、枫树、橡树和柚树。

[0062] 因此,优选的木质纤维素类生物质可以选自禾本科和木本科植物(the grassesand woods)组成的组。优选的木质纤维素类生物质可以选自由属于针叶树、被子植物、禾本科(Poaceae)和/或禾本科(Gramineae)科的植物组成的组。另一种优选的木质纤维素类生物质也可以是含至少10%干物质重量,或更优选含至少5%干物质重量的纤维素的生物质。

[0063] 所述木质纤维素类生物质也可包含碳水化合物,所述碳水化合物选自基于葡萄糖、木糖和甘露糖单体的碳水化合物组。来源于木质纤维素类生物质意味着所述原料流的木质纤维素类生物质将包含葡聚糖和木聚糖和木质素。

[0064] 所述木质纤维素类生物质中,葡聚糖包括葡聚糖的单体、二聚物、低聚物和聚合物。特别有趣的是1,4-β-葡聚糖,其对纤维素是特有的,与1,4-α-葡聚糖相反。存在于水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质中的1,4-β -葡聚糖的量应为以干量计所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的至少5%重量,更优选以干量计所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的至少10%重量,且最优选以干量计所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的至少15%重量。水不溶性预处理的木质纤维素类生物质组合物中,木聚糖包括木聚糖的单体、二聚物、低聚物和聚合物。

[0065] 尽管所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质可不含淀粉,基本不含淀粉或具有淀粉含量为O。如果有的话,淀粉干含量可少于75wt%。没有优选的淀粉范围,因为不认为它的存在可影响向葡萄糖的水解。淀粉含量的范围,如果有的话,为干含量的O至75wt%,干含量的O至50wt%,干含量的O至30wt%和干含量的O至25wt%。

[0066] 由于本发明是关于葡萄糖的水解,本说明书和发明者相信任何具有1,4_β -葡聚糖的木质纤维素类生物质均可用作该改进的水解工艺的原料。

[0067] 用在天然存在的木质纤维素类生物质上的预处理工艺可为本领域已知的任何预处理工艺和将来发明的那些预处理工艺,或所述预处理可为一系列的工艺。

[0068] 所述木质纤维素类原料也可来自于木本植物。木本植物是使用木质部作为其结构组织的植物。这些通常是多年生植物,其茎杆和较大的根都采用邻近维管组织产生的木质部强化。这些植物的主茎杆,较大的枝和根通常覆盖一层增厚的树皮。木本植物通常是乔木、灌木或藤本植物。木质部是一种结构上多孔的调整体,其使木本植物年复一年地由地上生长莖,从而使一些木本植物成为最大和最闻的植物。

[0069] 这些植物需要维管系统从根部到叶(木质部)输送水分和养分,并将糖从叶输送到植物其余部分(韧皮部)。有两种类型的木质部:初级生长期间从原形成层形成的原生木质部和二次生长期间从维管形成层形成的次生木质部。

[0070] 通常被称为“木材”的是此类植物的次生木质部。

[0071] 可发现次生木质部的两个主要的组是:

[0072] I)针叶树(松柏科):有约六百种针叶树。所有种类都具有次生木质部,其在整个组群中结构上相对均一。许多针叶树都长成乔木:这些树木的次生木质部作为软木市售。

[0073] 2)被子植物(被子植物门):有约25万到40万种被子植物。在这一组群中次生木质部尚未发现于单子叶植物(例如,禾本科)中。许多非单子叶被子植物成为树,且这些植物的次生木质部作为硬木市售。

[0074] 术语软木用于描述来自属于裸子植物的树木的木材。所述裸子植物是具有未被包被在子房中的裸子的植物。这些种子“果实”被认为比硬木更原始。软木树通常是常绿的,结锥形果实,并具有针状或磷片状叶。它们包括针叶树种,例如松树、云杉、冷杉和雪松。这些针叶树种的木材硬度各不相同。

[0075] 术语硬木用于描述来自属于被子植物科的树木的木材。被子植物是具有被包在子房中以进行保护的胚珠的植物。当受精时,这些胚珠发育成种子。所述硬木树通常是阔叶的;在温带和寒带纬度它们大多是落叶性的,但在热带和亚热带地区大多常青的。这些叶子可以是简单的(单叶片),或它们可以是复杂的,小叶附着于叶茎。虽然形状可变,但所有的硬木叶子具有独特的细脉网络。所述硬木植物包括,例如山杨、桦树、樱桃树、枫树、橡树、和柚树。

[0076] 例如,所述预处理工艺可包括浸泡然后蒸汽爆破。例如,所述预处理工艺可包括除了蒸汽爆破的任一种或多种工艺。所述预处理工艺可不包括蒸汽爆破。所述预处理工艺可包括蒸汽爆破。蒸汽爆破可作为所述预处理工艺的最后一步。蒸汽爆破进入闪蒸接收器,冷却接收器内的物质和分离游离液体可作为所述预处理工艺的最后一步。所述预处理工艺可包括超临界萃取。

[0077] 用于预处理所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的预处理工艺用于确保使得所述木质纤维素类物质的结构更易于接近所述催化剂,如酶,并同时有害的抑制性副产物如乙酸、糠醛和羟甲基糠醛的浓度保持充分的低。

[0078] 目前一些预处理方法使木质纤维素类材料经受110_250°C的温度1_60分钟,如:

[0079] 热水提取

[0080] 多级稀酸水解,其在抑制性物质产生之前除去溶解的材料

[0081] 在剧烈程度相对低的条件下进行稀酸水解

[0082] 碱性湿法氧化

[0083] 蒸汽爆破

[0084] 几乎任一个具有随后解毒作用的预处理

[0085] 如果选择了水热预处理,则优选下列条件:

[0086]预处理温度:110-250°C,优选 120_240°C,更优选 130_230°C,更优选 140_220°C,更优选150-210°C,更优选160-200°C,甚至更优选170-200°C或最优选180-200°C。

[0087] 预处理时间:1-6 0分钟,优选2-55分钟,更优选3_50分钟,更优选4_45分钟,更优选5-40分钟,更优选5-35分钟,更优选5-30分钟,更优选5_25分钟,更优选5_20分钟和最优选5-15分钟。

[0088] 预处理后的干物质含量优选至少20% (w/w) 0其他优选的较高的限度可预期为所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质原料中生物质和水的量的比在1:4至9: 1、1:3.9 至 9:1、1:3.5 至 9:1、1:3.25 至 9:1、1:3 至 9:1、1:2.9 至 9:1、1:2 至 9:1、1: 1.5 至9:1、1:1至9:1和1:0.9至9:1的范围内。

[0089] 根据本发明的含多糖生物质包括含聚合糖类如以淀粉和精制淀粉、纤维素和半纤维素形式的任一材料。然而,正如之前讨论的,所述淀粉并不是主要成分。

[0090] 优选的预处理工艺为两个步骤:浸泡以提取出C5糖,随后进行如下描述的蒸汽爆破。

[0091] 天然存在的木质纤维素类生物质的优选预处理包括浸泡所述天然存在的木质纤维素类生物质原料,随后将浸泡的天然存在的木质纤维素类生物质原料至少一部分进行蒸汽爆破。

[0092] 所述浸泡在一种物质如以蒸汽(vapor)形式、蒸汽(steam)、或液体形式或液体和蒸汽(steam) —起的水中发生并得到产品。所述产品是含有第一液体的经浸泡的生物质,所述第一液体通常是液体或蒸汽形式(vapor form)或某一混合物的水。

[0093] 所述浸泡可通过将物质暴露在水中的许多技术完成,所述水可为蒸汽(steam)或液体或蒸汽(steam)与水的混合物,或更常见的,将物质暴露在高温高压下的水中。所述温度应为如下范围的其中之一:145至165°C、120至210°C、140至210°C、150至200°C、155至185°C、160至180°C。虽然所述时间可以很长,如达到但少于24h,或少于16h,或少于12h,或少于9h,或少于6h ;但所述暴露时间优选很短,范围从I分钟至6h、从I分钟至4h、从I分钟至3h、从I分钟至2.5h,更优选5分钟至1.5h、5分钟至lh、15分钟至Ih。

[0094] 如果使用蒸汽(steam),优选饱和的,但可以是过热的。浸泡步骤可以是间歇的或连续的,使用或不使用搅拌。在高温浸泡前可使用低温浸泡。所述低温浸泡的温度在25至90°C范围内。虽然时间可以很长,如达到但少于24h,或少于16h,或少于12h,或少于9h,或少于6h ;但所述暴露时间优选很短,范围从I分钟至6h、从I分钟至4h、从I分钟至3h、从I分钟至2.5h,更优选5分钟至1.5h、5分钟至lh、15分钟至Ih。

[0095] 尽管优选避免酸或碱,但是每一个浸泡步骤也可包括其他化合物的加入,如H2S04、NH3,以便随后在所述工艺中达到较高的性能。

[0096] 然后含所述第一液体的所述产品进入分离步骤,在此步骤中所述第一液体与经浸泡的生物质分离。所述液体将不会完全分离以使至少一部分所述液体被分离,优选在经济时间范围内分离尽可能多的液体。来自此分离步骤的液体被称为第一液体流,其含有所述第一液体。所述第一液体将成为浸泡中使用的液体,通常是水和所述原料中的可溶性物质。这些水溶性物质是葡聚糖、木聚糖、半乳糖体、阿拉伯聚糖、葡萄糖寡聚物(glucolygomer)、木糖寡聚物(xyloolygomer)、半乳糖寡聚物(galactolygomer)和阿拉伯糖寡聚物(arabinolygomer)。所述固体生物质被称为第一固体流,因为它包含即使非所有的也是大部分的所述固体。

[0097] 所述液体的分离可再一次通过已知技术和可能的一些尚未被发明的技术来完成。优选的设备是压缩机(press),因为压缩机将产生在高压下的液体。

[0098] 还已知在浸泡之前将所述木质纤维素类生物质预浸泡以除去C5糖。

[0099] 第一固体流随后进行蒸汽爆破以产生蒸汽爆破流,所述蒸汽爆破流包含固体和第二液体。蒸汽爆破是生物质领域内的公知技术并且任何目前和将来可利用的体系都被认为适合该步骤。蒸汽爆破的严重程度在文献中称为Ro,且是时间和温度的函数,表示为:

[0100] Ro = texp[(T-100)/14-75]

[0101] 温度T以摄氏度表示,时间t以常用单位表示。

[0102] 该方程式也表示为Log (Ro),即

[0103] Log(Ro) = Ln (t) + [ (T-100)/14.75]。

[0104] Log(Ro)优选在2.8至5.3、3至5.3、3至5.0和3至4.3的范围内。

[0105] 蒸汽爆破流可以可选地至少用水冲洗,也可以使用其它添加剂。可以设想的是,将来可能使用另外的液体,因此水不认为是绝对必要的。按照这个观点,水是优选的液体,且如果使用水,其被认为是第三液体。来自可选冲洗的液体流出物为第三液体流。认为此冲洗步骤不是必要的,而是可选的。

[0106] 然后对经冲洗的爆破流进行处理以除去经冲洗的爆破材料中的至少一部分液体。该分离步骤也是可选的。术语除去至少一部分,是为了提醒人尽管除去尽可能多的液体是合乎需要的(迫切的),但100%的去除是不太可能的。在任何情况下,水的100%去除并非所需的,因为随后的水解反应还需要水。该步骤的优选工艺还是压缩,但其它已知的技术和那些还没有发明的技术被认为是合适的。从该工艺分离出来产品为第二固体流中的固体和第二液体流中的液体。

[0107] 用于本发明工艺中的组合物将具有干物质含量,其是通过干燥至至少少于50ppm湿度的水平去除水分和其他挥发物后的材料。所述干物质含量是通过“Preparat1n ofSamples for Composit1nal Analysis”,实验室分析程序(LAP),发行日期:9/28/2005,技术报告NREL/TP-510-42620,2008年I月中公开的程序测量的。

[0108] 在一个实施方案中,在真空之前的所述组合物将含有相当数量的来自于所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的预处理过程的游离液体,其在水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的预处理过程之后还没有与水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质分离。例如,在一些蒸汽爆破工艺中,已知可有来自于浓缩蒸汽的游离液体。游离液体是指可通过倾析所述组合物而与组合物的固体分离的液体。如果所述游离液体在预处理工艺后从所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质中去除,那么一些(即使不是全部)游离液体可重新添加至所述组合物,并仍然在本发明的范围内。

[0109] 所述组合物也将进一步包含至少一种气体,其可为空气或真空处理之前用于预处理工艺的气体或气体混合物。该气体,通常是空气,夹带于所述组合物的固体基质中。该气体通过将所述组合物暴露在真空条件下而被除去。正如实验中所记录的,气体的爆破是大量的且被认为打开或破坏保存所述气体的孔。暴露于真空后在大气条件下所述组合物的体积将少于暴露之前体积的95%,更优选少于所述体积的90%,甚至更优选少于暴露之前体积的85%,最优选少于暴露之前体积的80%。本领域的技术人员可控制去除气体的量,最优选的量为去除95至100%的气体。因此,真空暴露后的最终组合物可不含气体,大于95%的气体已被去除。

[0110] 所述组合物也将包含相当数量的水不溶性碳水化合物,其被认为是真空暴露之前的水不溶性的碳水化合物的量。因为暴露于真空发生在水解之前,所以暴露于真空之前的水不溶性碳水化合物的量被认为与暴露于真空之后的水不溶性碳水化合物的量相同。

[0111] 在另一个实施方案中,所述组合物将不含游离液体,尤其是在预处理过程中产生或使用的游离液体。例如,间歇的蒸汽爆破可具有游离液体,而连续的蒸汽爆破通常没有游离液体。在另一个实施方案中,所述组合物将具有相当数量的游离液体,但预处理工艺将不包括蒸汽爆破步骤。该实施方案的组合物可进一步包含游离液体和如下讨论的附加液体。

[0112] 在另一个实施方案中,所述组合物进一步包含附加液体。通常所述附加液体包含水,或是水。所述附加液体的量取决于为减少干物质含量至所指定的总质量的百分数所需要的量。所述干物质含量应为以所述组合物总重量计的所述组合物的干物质的重量百分数并应在I至60的范围内。所述组合物的其他合适的干物质含量为以所述组合物总重量计的所述组合物的干物质的重量百分数,且在选自由I至50、I至40、I至36、I至30、I至25、I至20、I至15、I至10和5至40组成的组的范围内,所有表达的干物质的重量百分数是与总的组合物相比的。

[0113] 值得注意的是,所述干物质含量不仅是所述组合物减去水组分的重量。因为在干燥试验过程中,挥发组分如糠醛、羟甲基糠醛(HMF)和乙酸将被除去。

[0114] 优选所述组合物不含氨、附加的酸和/或附加的碱或在所述木质纤维素类生物质预处理中已添加或使用的其他工艺反应物,因为它们在恰当设计的预处理工艺中不是必要的且为下游加工带来问题。也优选所述预处理工艺不使用氨、附加的酸和/或附加的碱或在所述木质纤维素类生物质的预处理中已添加或使用的其他工艺反应物。

[0115] 固定所述组合物后,将所述组合物暴露在真空条件下,此真空条件可在能够保持真空的任何类型的设备中产生。真空的来源可以是真空喷射、真空泵、喷射器、抽吸器和已知的任何其他真空来源和仍有待发明的那些真空来源。

[0116] 将所述组合物暴露在真空条件下的一个优选方法是在挤压机中进行暴露,所述挤压机通常被称为真空挤压机。该设备使用在圆筒里的螺杆(通常称为输送螺杆和/或螺杆)以输送所述组合物通过所述圆筒装置的真空区域。

[0117] 所述真空条件低于大气压强,其是以毫巴测量的绝对压强减去1013.25毫巴,且可选自由 950、900、850、800、700、600、500、400、300、250、200、150、100、50、30、20、10、5 和

0.5毫巴组成的组。

[0118] 所述组合物在真空中的暴露也可在由选自由15至55°C、15至50°C、15至45°C、15至35°C和15至30°C组成的组的温度范围组成的温度范围内实施。

[0119] 将所述组合物暴露在真空条件下的步骤可进一步包括保持所述组合物在真空条件下暴露的最小时间选自由5分钟、10分钟、20分钟、30分钟、45分钟和60分钟组成的组。如果需要最大的暴露时间,则所述时间不应高于600分钟。

[0120] 因为在真空条件下进行所述催化水解作用尤其是酶法水解不是必要的,所述组合物优选基本不含或不含可催化水解所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的催化剂。基本不含,是指用于所述催化水解步骤的任何催化活性为5%或低于此催化活性。酶为已知的水解作用催化剂且在酶存在的情况下,所述催化水解作用被称为酶法水解。

[0121] 也优选所述附加液体包含C5糖,所述C5糖是在蒸汽爆破前作为水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质预处理的一部分从水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质中分离的。在一些预处理工艺中,已知浸泡提取或以其他方式提取C5糖,所述C5糖为阿拉伯聚糖和木聚糖组分并包括阿拉伯糖和木糖的单体、二聚物、低聚物和聚合物。该C5糖去除常在蒸汽爆破之前完成。

[0122] 因为还已知将所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质与已被预先水解的具有相似水解组合物的产物合并,因此所述工艺还可包含由相似组成的水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的酶法水解制得的水解产物,如果不含所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的水解产物的话。

[0123] 在暴露于真空条件下之后,所述真空被打破,其为停止将所述组合物暴露在真空条件下的步骤。这可通过将真空源与所述组合物分离并将真空从所述组合物移除来完成,或在挤压机存在的情况下,将所述组合物移出挤压机圆筒的真空区域并移至不在真空条件下的另一不同区域或甚至移出挤压机至一个水槽或其他容器中来完成。

[0124] 在真空条件下的暴露被打破后,通过在组合物中添加至少一种可实施水不溶性木质纤维素类生物质的酶法水解的酶而将所述组合物进行催化尤其是酶法水解。

[0125] 优选催化水解不在与实施真空条件相同的容器内进行。在工业规模上,所述催化水解容器是一个大容器。在真空下实施催化水解将因此需要具有许多活动件并且能够保持真空的大容器,这些活动件用于搅拌水解液。在真空条件下实施水解将产生额外费用。

[0126] 所述组合物可在分开的设备中暴露于真空,在此设备中通过螺杆运送所述组合物。本领域技术人员将认识到该设备比能实施真空下催化水解的大容器要便宜。也可预期催化尤其是酶法水解不在任何真空条件下完成。

具体实施方式

[0127] 样品制备

[0128] 样品的制备对于所有报道的实施例是通用的,如果没有不同的说明的话。

[0129] 将麦稻在155°C的温度下进行水热处理(浸泡的)65分钟,然后分离成一液体流和一固体流;将所述固体流在190°C温度下蒸汽爆破4分钟得到蒸汽爆破的固体流。游离液体不从蒸汽爆破流中分离。

[0130] 真空处理

[0131] 根据以下步骤进行真空处理。将样品加进真空容器中并封闭。通过真空泵将所述容器抽空。压强在大约10秒内达到30mbar然后在这个水平保持10分钟。

[0132] 真空处理后,通过将所述容器通气至大气压强打破真空。

[0133] 酶法水解

[0134] 酶法水解对于所有报道的实施例是通用的,如果没有不同的说明的话。

[0135] 将预处理的木质纤维素类生物质流引入一个生物反应器,借助叶轮进行搅拌并加热直至达到50°C的温度。借助KOH溶液将pH调节到5。

[0136] 通过以确定的蛋白浓度加入Novozymes提供的酶混合物(enzymatic cocktail)进行酶法水解,所述确定的蛋白浓度基于每克含在预处理的木质纤维素类生物质流中的总纤维素。在每一个实验中使用相同的酶混合物,但量不同。

[0137] 如所示,在所述实验中使用不同的酶浓度。

[0138] 酶法水解进行48h。在酶加入之前和从酶加入开始水解24h和48h后立刻进行取样分析。

[0139] 经水解的物质流中的葡萄糖和木糖的浓度是通过标准的HPLC测量的。

[0140] 实施例1

[0141] 在25°C的温度下通过将来自第一预处理步骤的液体流和蒸汽爆破固体流以0.8的液体/固体比例的比例混合制备对照样品,然后加入水直至达到以总组合物为基准的10%的干物质含量以得到预处理的木质纤维素类生物质流。

[0142] 对1.3kg的预处理的木质纤维素类生物质流进行酶法水解,所述酶法水解以每克含在所述预处理流中的总纤维素5mg蛋白质的浓度进行。

[0143] 在酶加入前、酶加入24h后和48h后立即测得的木糖的浓度分别为0.956g/L、8.152g/L和 8.50g/L。

[0144] 在酶加入前、酶加入24h后和48h后立即测得的葡萄糖的浓度分别为0.113g/L、13.934g/L和 17.00g/L。

[0145] 在25°C的温度下对1.3kg的预处理的木质纤维素类生物质流进行真空处理。在真空处理的过程中,预处理流扩展直至在约100秒内达到初始体积的约130%。肉眼可见的空气气泡在所述预处理流中产生。用手摇动所述真空容器,气泡被移除且所述预处理流坍塌直至达到真空处理前所述预处理流体积的约80%的体积。通气后,对排空的预处理流进行酶法水解,所述酶法水解以每克含在所述预处理流中的总纤维素5mg蛋白质的浓度进行。

[0146] 在酶加入前、酶加入24h后和48h后立即测得的木糖的浓度分别为0.321g/L、

9.800g/L和10.203g/L。由于木糖来自第一预处理步骤的液体,所以它的存在并不表明酶法水解。

[0147] 在酶加入前、酶加入后24h后和48h后立即测得的葡萄糖的浓度分别为Og/L、

19.426g/L和22.634g/L。真空后Og/L的浓度表明真空过程中没有水解作用发生且水不是工艺反应物。

[0148] 图1显示了对照样品和真空处理的样品的木糖和葡萄糖的浓度与水解时间的关系O

[0149] 实施例2

[0150] 使用与实施例1中相同的材料,在25°C的温度下通过将液体流和蒸汽爆破固体流以0.8液体/固体比例的比例混合制备对照样品,然后加入水直至达到10%的干物质含量以得到预处理流。

[0151] 对1.3kg的预处理流进行酶法水解,所述酶法水解以每克含在所述预处理流中的总纤维素7.5mg蛋白质的浓度进行。

[0152] 在酶加入前、酶加入24h后和48h后立即测得的木糖的浓度分别为0.956g/L、9.601g/L和 10.402g/L。

[0153] 在酶加入前、酶加入24h后和48h后立即测得的葡萄糖的浓度分别为0.113g/L、22.3g/L和 28.231g/L。

[0154] 在25°C的温度下对1.3kg的预处理流进行真空处理。在真空处理的过程中,所述预处理流扩展直至在约100秒内达到初始体积的约130%。肉眼可见的空气气泡在所述预处理流中产生。用手摇动所述真空容器,气泡被移除且所述预处理流坍塌直至达到真空处理前所述预处理流体积的约80%的体积。通气后,对排空的预处理流进行酶法水解,所述酶法水解以每克含在所述预处理流中的总纤维素7.5mg蛋白质的浓度进行。

[0155] 在酶加入前、酶加入24h后和48h后立即测得的木糖的浓度分别为0.451g/L、

11.185g/L和 12.052g/L。

[0156] 在酶加入前、酶加入24h后和48h后立即测得的葡萄糖的浓度分别为Og/L、28.201g/L和 33.293g/L。

[0157] 图2显示了对照样品和真空处理的样品的木糖和葡萄糖的浓度与水解时间的关系O

[0158] 实施例3

[0159] 在25°C的温度下通过将液体流和蒸汽爆破固体流以0.8的液体/固体比例混合制备与实施例1和实施例2中使用的相同的木质纤维素类生物质对照样品,然后加入水直至达到10%的干物质含量以得到预处理流。

[0160] 对1.3kg的预处理的物质进行酶法水解,所述酶法水解以每克含在所述预处理流中的总纤维素1mg蛋白质的浓度进行。

[0161] 在酶加入前、酶加入24h后和48h后立即测得的木糖的浓度分别为0.956g/L、10.495g/L和 11.31g/L。

[0162] 在酶加入前、酶加入24h后和48h后立即测得的葡萄糖的浓度分别为0.113g/L、27.325g/L和 33.731g/L。

[0163] 在25°C的温度下对1.3kg的预处理流进行真空处理。在真空处理的过程中,所述预处理流扩展直至在约100秒内达到初始体积的约130%。肉眼可见的空气气泡在所述预处理流中产生。用手摇动所述真空容器,气泡被移除且所述预处理流坍塌直至达到真空处理前所述预处理流体积的约80%的体积。通气后,对排空的预处理流进行酶法水解,所述酶法水解以每克含在所述预处理流中的总纤维素1mg蛋白质的浓度进行。

[0164] 在酶加入前、酶加入24h后和48h后立即测得的木糖的浓度分别为0.418g/L、12.698g/L和 13.504g/L。

[0165] 在酶加入前、酶加入24h后和48h后立即测得的葡萄糖的浓度分别为0g/L、34.851g/L和 39.596g/L。

[0166] 图3显示了对照样品和真空处理的样品的木糖和葡萄糖的浓度与水解时间的关系O

[0167] 实施例4

[0168] 对照实验对应于实施例3中的样品,其中所述预处理流在酶加入前被暴露在真空中。

[0169] 在25°C的温度下将Novozymes提供的酶混合物以每克含在所述预处理流中的总纤维素1mg蛋白质的浓度添加到1.3kg量的预处理流中,然后进行真空处理。在真空处理的过程中,所述预处理流扩展直至在约100秒内达到初始体积的约130%。肉眼可见的空气气泡在所述预处理流中产生。用手摇动所述真空容器,气泡被移除且所述预处理流坍塌直至达到真空处理前所述预处理流体积的约80%的体积。通气后,将所述预处理流与已经添加的酶混合物加入生物反应器,通过叶轮进行搅拌,并加热直至达到50°C的温度。借助KOH溶液将PH调节到5。

[0170] 酶法水解进行48h。在放入生物反应器前和从加入酶开始水解24h和48h后立即进行取样分析。

[0171] 在放入生物反应器前、加入酶24h后和48h后立即测得的木糖的浓度分别为7.23g/L、12.698g/L和 12.805g/L。

[0172] 在放入生物反应器前、加入酶24h后和48h后立即测得的葡萄糖的浓度分别为

3.373g/L、31.498g/L 和35.971g/L。由于葡萄糖的浓度不为0,这表明酶法水解发生,但该水解发生在大气压下加入酶之后,表明了所述酶法水解不需要如本领域中所述的在真空条件下进行。

[0173] 图4显示了在酶加入前暴露于真空的样品和酶加入后暴露于真空(真空水解)的样品的木糖和葡萄糖的浓度与水解时间的关系。结果显示,将不含酶的所述预处理流暴露于真空要优于将含有已添加酶的所述预处理流暴露于真空;换句话说,出人意料地,使用真空渗透所述反应物的效果没有和使用真空、去除空气然后加入所述工艺反应物的效果一样好。

[0174] 实施例5

[0175] 用不同来源的麦秸原料实施前述的实验。

[0176] 在25°C的温度下通过将来自第一预处理步骤的液体流和蒸汽爆破固体流以0.8的液体/固体比例混合制备对照样品,然后加入水直至达到10%的干物质含量以得到预处理流。

[0177] 对1.3kg的预处理的物质进行酶法水解,所述酶法水解以每克含在所述预处理流中的总纤维素1mg蛋白质的浓度进行。

[0178] 在25°C的温度下对1.3kg的预处理流进行真空处理。在真空处理的过程中,所述预处理流扩展直至在约100秒内达到初始体积的约130%。肉眼可见的空气气泡在所述预处理流中产生。用手摇动所述真空容器,气泡被移除且所述预处理流坍塌直至达到真空处理前所述预处理流体积的约80%的体积。通气后,对排空的预处理的木质纤维素类生物质流进行酶法水解,所述酶法水解以每克含在所述预处理流中的总纤维素1mg蛋白质的浓度进行。

[0179] 酶法水解进行144h的长时间。在放入生物反应器前和从加入酶开始水解6、24、48、72、96、120和144h后立即进行取样分析。

[0180] 图5显示了对照样品和真空处理的样品的木糖和葡萄糖的标准化的浓度与水解时间的关系。

[0181] 该数据显示了当材料仅在水和来自预处理的液体存在下暴露于真空时转化相对大量的木糖和葡萄糖,且显示至少一些游离液体在蒸汽爆破后没有从所述蒸汽爆破流中分离。

Claims (49)

1.用于增加从经预处理的木质纤维素类生物质中回收葡萄糖的工艺,包括步骤 A)将组合物暴露在真空条件下, 其中所述组合物具有干物质含量,和 所述组合物包含由在预处理工艺中处理的木质纤维素类生物质产生的水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质,和 预处理工艺后加入到所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质中的附加液体, 其中所述组合物的干物质含量的重量百分数以所述组合物总重量为基准在I至60重量百分数的范围内; B)停止将组合物暴露在真空条件下, C)向所述组合物中添加至少一种催化剂,其中所述催化剂能够水解所述组合物中的水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质, D)进行所述组合物中的所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的催化水解。
2.根据权利要求1所述的工艺,其中将所述组合物暴露在真空条件下的步骤A)和进行催化水解的步骤D)不在同一个容器内进行。
3.根据权利要求1和2任一项所述的工艺,其中所述真空条件低于以毫巴测量的选自由 950、900、850、800、700、600、500、400、300、250、200、150、100、50、30、20、10、5和0.5毫巴组成的组的绝对压强。
4.根据权利要求1至3任一项所述的工艺,其中所述组合物的干物质的重量百分数以所述组合物总重量为基准在选自由I至50、I至40、I至36、I至30、I至25、I至20、I至15、I至10和5至40组成的组的范围内。
5.根据权利要求1至4任一项所述的工艺,其中将所述组合物暴露在真空条件下的步骤包括保持所述组合物暴露在真空条件下的最少时间选自由5分钟、10分钟、20分钟、30分钟、45分钟和60分钟组成的组。
6.根据权利要求1至5任一项所述的工艺,其中所述暴露在真空条件下在由选自由15至55°C、15至50°C、15至45°C、15至35°C和15至30°C组成的组的温度范围组成的温度范围内进行。
7.根据权利要求1至6任一项所述的工艺,其中所述附加液体不含能够水解所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的催化剂。
8.根据权利要求1至7任一项所述的工艺,其中第一附加液体包含C5糖,所述C5糖是从所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质中分离的,作为用于预处理所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质预处理工艺的一部分。
9.根据权利要求1至8任一项所述的工艺,其中所述附加液体还包含由相似组成的预处理的木质纤维素类生物质催化水解制备的水解产物。
10.根据权利要求1至9任一项所述的工艺,其中将所述组合物暴露在真空条件下的步骤是在用螺杆输送所述组合物时进行的。
11.根据权利要求1至10任一项所述的工艺,其中所述催化水解的进行不在任何真空条件下完成。
12.根据权利要求1至11任一项所述的工艺,其中所述工艺为连续工艺。
13.根据权利要求1至12任一项所述的工艺,其中在暴露于真空条件之前的所述组合物不含氨。
14.根据权利要求1至13所述的工艺,其中所述催化剂包含酶且所述催化水解包含酶法水解。
15.根据权利要求1至14任一项所述的工艺,其中所述预处理工艺不使用氨来预处理所述木质纤维素类生物质。
16.用于增加从经预处理的木质纤维素类生物质中回收葡萄糖的工艺,包括步骤 A)将组合物暴露在真空条件下, 其中所述组合物具有干物质含量,和 所述组合物包含水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质,其中所述组合物的干物质含量的重量百分数以所述组合物总重量为基准在I至60重量百分数的范围内,和 所述组合物不含游离液体; B)停止将组合物暴露在真空条件下; C)向所述组合物中添加至少一种催化剂,其中所述催化剂能够水解所述组合物中的所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质; D)进行所述组合物中的所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的催化水解。
17.根据权利要求16所述的的工艺,其中所述真空条件低于以毫巴测量的选自由950、900、850、800、700、600、500、400、300、250、200、150、100、50、30、20、10、5 和 0.5 毫巴组成的组的绝对压强。
18.根据权利要求16和17任一项所述的工艺,其中所述组合物的干物质的重量百分数以所述组合物总重量为基准在选自由I至50、I至40、I至36、I至30、I至25、I至20、I至15、I至10和5至40组成的组的范围内。
19.根据权利要求16至18任一项所述的工艺,其中将所述组合物暴露在真空条件下的步骤包括保持所述组合物暴露在真空条件下的最少时间选自由5分钟、10分钟、20分钟、30分钟、45分钟和60分钟组成的组。
20.根据权利要求16至19任一项所述的工艺,其中所述暴露在真空条件下在由选自由15至55°C、15至50°C、15至45°C、15至35°C和15至30°C组成的组的温度范围组成的温度范围内进行。
21.根据权利要求16至20任一项所述的工艺,其中将所述组合物暴露在真空条件下的步骤是用里面有螺杆的圆筒进行的。
22.根据权利要求16至21任一项所述的工艺,其中所述催化水解的进行不在任何真空条件下完成。
23.根据权利要求16至22任一项所述的工艺,其中所述工艺为连续工艺。
24.根据权利要求 16至23任一项所述的工艺,其中在暴露于真空条件之前的所述组合物不含氨。
25.根据权利要求16至24任一项所述的工艺,其中所述预处理工艺不使用氨来预处理所述木质纤维素类生物质。
26.根据权利要求16至25任一项所述的工艺,其中所述催化剂包含酶且所述催化水解包含酶法水解。
27.用于增加从预处理的木质纤维素类生物质中回收葡萄糖的工艺,包括步骤A)将组合物暴露在真空条件下, 其中所述组合物具有干物质含量,和 所述组合物包含水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质,和游离液体, 其中所述组合物的干物质含量的重量百分数以所述组合物总重量为基准在I至60重量百分数的范围内; B)停止将组合物暴露在真空条件下, C)向所述组合物中添加至少一种催化剂,其中所述催化剂能够水解所述组合物中的所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质; D)进行所述组合物中的所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的催化水解。
28.根据权利要求27所述的工 艺,其中所述真空条件低于以毫巴测量的选自由950、900、850、800、700、600、500、400、300、250、200、150、100、50、30、20、10、5 和 0.5 毫巴组成的组的绝对压强。
29.根据权利要求27和28任一项所述的工艺,其中所述组合物的干物质的重量百分数以所述组合物总重量为基准在选自由I至50、I至40、I至36、I至30、I至25、I至20、I至15、I至10和5至40组成的组的范围内。
30.根据权利要求27至29任一项所述的工艺,其中将所述组合物暴露在真空条件下的步骤包括保持所述组合物暴露在真空条件下的最少时间选自由5分钟、10分钟、20分钟、30分钟、45分钟和60分钟组成的组。
31.根据权利要求27至30任一项所述的工艺,其中所述暴露在真空条件下在由选自由15至55°C、15至50°C、15至45°C、15至35°C和15至30°C组成的组的温度范围组成的温度范围内进行。
32.根据权利要求27至31任一项所述的工艺,其中将所述组合物暴露在真空条件下的步骤是用里面有螺杆的圆筒进行的。
33.根据权利要求27至32任一项所述的工艺,其中所述催化水解的进行不在任何真空条件下完成。
34.根据权利要求27至33任一项所述的工艺,其中所述工艺为连续工艺。
35.根据权利要求27至34任一项所述的工艺,其中在暴露于真空条件之前的所述组合物不含氨。
36.根据权利要求27至35任一项所述的工艺,其中所述预处理工艺不使用氨来预处理所述木质纤维素类生物质。
37.根据权利要求27至36任一项所述的工艺,其中所述催化剂包含酶且所述催化水解包含酶法水解。
38.通过用于增加从预处理的木质纤维素类生物质中回收葡萄糖的工艺制备的产品,所述工艺包括步骤 A)将组合物暴露在真空条件下, 其中所述组合物具有干物质含量,和 所述组合物包含至少一种气体和水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质,所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质由相当数量的水不溶性碳水化合物组成,且由在预处理工艺中处理的木质纤维素类生物质产生,和在预处理工艺之后添加到所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质中的附加液体, 其中所述组合物的干物质含量的重量百分数以所述组合物总重量为基准在I至60重量百分数的范围内; B)停止将组合物暴露在真空条件下,使得产品中气体的量少于真空暴露之前存在的气体量且真空暴露前水不溶性碳水化合物的量与暴露于真空后水不溶性碳水化合物的量相同。
39.根据权利要求38所述的产品,其中所述真空条件低于以毫巴测量的选自由950、900、850、800、700、600、500、400、300、250、200、150、100、50、30、20、10、5 和 0.5 毫巴组成的组的绝对压强。
40.根据权利要求38和39任一项所述的产品,其中所述组合物的干物质的重量百分数以所述组合物总重量为基准在选自由I至50、I至40、I至36、I至30、I至25、I至20、I至15、I至10和5至40组成的组的范围内。
41.根据权利要求38至40任一项所述的产品,其中将所述组合物暴露在真空条件下的步骤包括保持所述组合物暴露在真空条件下的最少时间选自由5分钟、10分钟、20分钟、30分钟、45分钟和60分钟组成的组。
42.根据权利要求38至41任一项所述的产品,其中所述暴露在真空条件下在由选自由15至55°C、15至50°C、15至45°C、15至35°C和15至30°C组成的组的温度范围组成的温度范围内实施。
43.根据权利要求38至42任一项所述的产品,其中所述附加液体不含能水解所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质的催化剂。
44.根据权利要求38至43任一项所述的产品,其中所述附加液体包含C5糖,所述C5糖是从水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质中分离的,作为所述水不溶性经预处理的木质纤维素类生物质预处理的一部分。
45.根据权利要求38至44任一项所述的产品,其中所述附加液体还包含由相似组成的经预处理的木质纤维素类生物质催化水解制备的水解产物。
46.根据权利要求38至45任一项所述的产品,其中将所述组合物暴露在真空条件下的步骤是用里面有螺杆的圆筒进行的。
47.根据权利要求38至46任一项所述的产品,其中所述工艺为连续工艺。
48.根据权利要求38至47任一项所述的产品,其中暴露于真空条件之前的所述组合物不含氨。
49.根据权利要求38至47任一项所述的产品,其中所述预处理工艺不使用氨来预处理所述木质纤维素类生物质。
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