CN111788313A - 用于从来源于银胶菊植物的生物质生产糖的方法 - Google Patents
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Abstract
用于从来源于银胶菊植物的生物质生产糖的方法，包括使一定量的所述生物质(G2)(g)与一定量的水(G1)(g)并且与至少一种有机酸和任选的至少一种无机酸接触以获得混合物，所述至少一种有机酸和任选存在的所述至少一种无机酸的使用量使得根据以下等式(1)计算出所述混合物中包含的所述至少一种有机酸和任选存在的所述至少一种无机酸的总摩尔数(mTOT)：mTOT＝m1+m2(1)，其中m1和m2分别根据以下等式(2)和(3)定义：m1＝R1·G1(2)，m2＝R2·G2(3)，其中：‑R1(mmol/g)是所述至少一种有机酸的第一量(mmol)和任选存在的所述至少一种无机酸的第一量(mmol)与所用水的量G1(g)之间的比率，R1为0.06mmol/g至0.25mmol/g，优选为0.09mmol/g至0.18mmol/g，所述至少一种有机酸的所述第一量(mmol)和任选存在的所述至少一种无机酸的所述第一量(mmol)取决于所述水的量G1(g)；‑R2(mmol/g)是：‑在不存在所述至少一种无机酸的情况下，所述至少一种有机酸的第二量(mmol)与所用生物质的量G2(g)之间的比率；或‑在存在所述至少一种无机酸的情况下，所述至少一种有机酸的所述第二量(mmol)与所述至少一种无机酸的第二量(mmol)的总和与所用生物质的量G2(g)之间的比率；或‑在存在所述第二量的所述至少一种无机酸(mmol)并且不存在所述第二量的所述至少一种有机酸(mmol)的情况下，所述至少一种无机酸的所述第二量(mmol)与所用生物质的量G2(g)之间的比率；所述至少一种有机酸的所述第二量(mmol)和所述至少一种无机酸的所述第二量(mmol)取决于生物质的量G2(g)；R2为0.90R(mmol/g)至1.10R(mmol/g)，优选0.95R(mmol/g)至1.05R(mmol/g)，R通过以下算法(4)确定，所述算法(4)通过以下基本操作获得：(i)制备体积V(l)的所述至少一种有机酸和任选存在的至少第一量(mmol)的所述至少一种无机酸的水溶液，所述水溶液的pH(1)低于7，优选为0.7至3；(ii)向(i)中所获得的所述水溶液中加入一定量的在120℃下干燥15小时的生物质Q(g)，相对于所获得的混合物的总重量，所述生物质的量优选小于或等于60重量％，更优选为2重量％至40重量％；(iii)测量在(ii)中所获得的混合物的pH，所述pH在下文中称为pH(2)；(iv)根据以下算法(4)确定R：R＝(10‑pH (1)‑10‑pH (2))·1000·V/Q)(4)，其中pH(1)、pH(2)、V和Q具有与上文相同的含义，上述基本操作在室温下进行；条件是所述至少一种有机酸的存在量使得根据以下等式(5)定义出R最低比率(mmol/g)：R最低＝m有机酸/G2(5)，其中m有机酸是存在的有机酸的mmol，且(G2)具有与上文相同的含义，其大于或等于0.20mmol/g，优选地大于或等于0.25mmol/g，并且如果所述至少一种无机酸存在，则所述mmol的有机酸(m有机酸)的存在量小于酸的两个量的总和，即无机酸的量(mmol)和有机酸的量(mmol)的总和，所述总和对应于以上等式(1)中限定的总摩尔数mTOT。由此获得的糖可以有利地用作发酵过程中的碳源以用于生产醇(例如乙醇、丁醇)、脂质、二醇(例如1,3‑丙二醇、1,3‑丁二醇、1,4‑丁二醇、2,3‑丁二醇)，或用于生产其它中间体或化学品的化学合成过程。所述醇和脂质可以继而有利地用于生产生物燃料(例如，生物柴油或“绿色柴油”)，其可以原样使用或与其它汽车燃料混合使用，而所述二醇可以用于生产诸如生物丁二烯的产品，生物丁二烯又可以用于生产橡胶(例如聚丁二烯或其共聚物)。在生物精炼厂的情况下，所述用途特别重要。
Description
描述
本发明涉及用于从来源于银胶菊植物的生物质生产糖的方法。
更具体地，本发明涉及用于从来源于银胶菊植物的生物质生产糖的方法，该方法包括使一定量的所述生物质与一定量的水并且与至少一种有机酸和任选的至少一种无机酸接触以获得混合物，所述至少一种有机酸和任选存在的所述至少一种无机酸的使用量使得根据以下所述的具体等式和具体算法计算出所述混合物中包含的所述至少一种有机酸和任选存在的所述至少一种无机酸的总摩尔数。
由此获得的糖可以有利地用作发酵过程中的碳源以用于生产醇(例如乙醇、丁醇)、脂质、二醇(例如1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇)，或用于生产其它中间体或化学品的化学合成过程。所述醇和脂质可以继而有利地用于生产生物燃料(例如，生物柴油或“绿色柴油”)，其可以原样使用或与其它汽车燃料混合使用，而所述二醇可以用于生产诸如生物丁二烯(bio-butadiene)的产品，生物丁二烯又可以用于生产橡胶(例如聚丁二烯或其共聚物)。在生物精炼厂的情况下，所述用途特别重要。
从生物质，特别是从木质纤维素生物质生产糖是本领域已知的。
天然橡胶是烃聚合物(顺式1,4-聚异戊二烯)，其以通常被称为乳胶的水乳液的形式存在于数百种植物中。天然橡胶的主要来源是巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)，这是亚马逊的原生树，而南美仍然是整个19世纪所需的有限数量乳胶的主要来源。目前，美国种植园由于病虫害而几乎被完全废弃，并且天然橡胶的生产几乎完全集中在东南亚。
为了克服始终遭受疾病和寄生虫侵袭的生产的弊端，在二十世纪开发了多种用于生产合成橡胶的方法，最终发现了齐格勒-纳塔催化剂，该催化剂可以以非常高的区域和立体选择性使异戊二烯聚合，获得与植物来源的那些几乎没有区别的顺式1,4合成聚异戊二烯。但是，天然橡胶并未被完全替代，因为其一些主要的机械性能实际上是其中存在的少量脂质和蛋白质的结果。因此，2013年橡胶总产量(27.5Mt)中仍包含12Mt(43％)天然橡胶。
然而，从巴西橡胶树生产橡胶带来了一些技术和伦理问题。实际上，破坏美国种植园的相同疾病和寄生虫始终可能也影响东南亚的那些植物。此外，乳胶收获需要大量的劳动并且仅能够获利是因为所述劳动是以极低的报酬支付的。由于这些原因，正在寻找天然橡胶的替代来源。在其中，银胶菊(Parthenium argentatum)无疑是最有前途的一种。
银胶菊(Parthenium argentatum)是多年生灌木，原产于美国西南部(特别是德克萨斯州)和墨西哥北部的半荒漠地区。该植物以乳胶(水中的乳状混悬液或分散体)的形式特别是在树枝和茎的树皮中积累天然橡胶，其主要由顺式1,4-聚异戊二烯弹性体组成。天然橡胶的含量可能取决于多种环境、栽培和保存因素，且占干燥植物总重量的5％至20％。
从银胶菊植物(Parthenium argentatum)以及属于例如菊科(Asteraceae)、大戟科(Euphorbiaceae)、桔梗科(Campanulaceae)、唇形科(Labiatae)和桑科(Moraceae)的其它非橡胶植物，例如续随子(Euphorbia lathyris)、灰白毛银胶菊子(Partheniumincanums)、金花矮灌木(Chrysothamnus nauseosuss)、大果红雀珊瑚属(Pedilanthusmacrocarpuss)、桉叶藤(Cryptostegia grandifloras)、叙利亚马利筋(Asclepiassyriacas)、Asclepias speciosas、Asclepias subulatas、高茎一枝黄花(Solidagoaltissimas)、狭叶一枝黄花(Solidago gramnifolias)、坚硬一枝黄花(Solidagorigidas)、苣荬菜(Sonchus arvensiss)、罗盘草属(Silphium spp.)、苍白印度车前草(Cacalia atriplicifolias)、俄罗斯蒲公英(Taraxacum kok-saghyzs)、山薄荷(Pycnanthemum incanums)、美国石蚕(Teucreum canadenses)、美洲风铃草(Campanulaamericanas)(为简单起见，用术语“银胶菊型(guayule type)”表示)中提取天然橡胶是对从巴西橡胶树中提取天然橡胶的重要替代方法，特别是鉴于所述物种对于攻击橡胶树的病原体具有更高抗性，进口植物来源原材料的低成本以及从所述植物提取的橡胶中导致I型(或IgE介导)的乳胶过敏的许多蛋白质污染物的低含量(由于相对于来源于橡胶树)。
然而，只有在还将构成植物的所有其它级分利用起来的情况下，从银胶菊生产天然橡胶才有利润：主要是树脂(以与橡胶相当的量存在)和木质纤维素级分，以及少量的精油和蜡。特别地，在提取橡胶和树脂之后，如科学和专利文献中广泛描述的，包含木质素和多糖的木质纤维素残留物(蔗渣(bagasse))必须经过糖化过程，糖化过程由多糖的水解组成[多糖因此转化为溶解在所得水解产物中的具有5个碳原子(C5)和6个碳原子(C6)的糖]，并留下包含木质素的固体残留物。如此获得的糖然后可以用作通过发酵生产有机中间体的过程中的原料，而木质素可以用作燃料或以其它方式使用。
重要的是要注意，虽然从巴西橡胶树中获得的天然橡胶是通过沿树皮中的输乳导管切开以收集沿树皮的输乳导管中存在的乳胶而获得，但银胶菊的天然橡胶积累在植物(茎、叶和根)的细胞内部，并且可以通过粉碎植物材料并使用物理和/或化学方法收集细胞组分来获得。
例如，国际专利申请WO 2013/134430描述了用于从非橡胶树植物中提取天然橡胶的方法，其包括收获银胶菊植物，除去大部分叶部分并将植物材料部分地干燥。粉碎和研磨后，在极性有机溶剂(例如丙酮)和非极性有机溶剂(例如己烷)的存在下使植物材料混悬。从混悬液中分离出蔗渣后，得到含有橡胶和树脂的混悬液油水混合物。向所述油水混合物中加入更多极性有机溶剂以使橡胶凝结成颗粒，将其通过沉降分离出来。
因此，对银胶菊植物的加工产生了主要由萜烯化合物组成的树脂，其主要分散在木质级分中。银胶菊树脂长期以来被用于多种目的，包括例如制造粘合剂和生产抗虫木板。由于这个原因，在已知技术中描述的一些方法中，还重要的是分离所述树脂。
例如，美国专利4,435,337描述了用于提取橡胶、树脂、水溶性化合物和蔗渣的方法。特别地，所述方法包括：(a)将植物材料部分地干燥至水分含量为5重量％至25重量％的阶段；(b)用基本上无水的氧化有机溶剂(例如无水丙酮)提取树脂，和(c)通过对橡胶材料的浮选回收橡胶、水溶性化合物和蔗渣。在所述专利中，指出了在提取溶剂中存在的水量越少，树脂提取就越有效；此外，出乎意料地发现，为了从植物材料中提取树脂，相对于使用新鲜溶剂，使用含有浓缩树脂的油水混合物是更有利的。
专利申请US 2014/0288255描述了用于分离橡胶、树脂和蔗渣的方法，包括第一阶段，在能够溶解树脂的介质的存在下使植物材料部分地均质化，然后使所述介质与蔗渣分离；第二步阶段，在能溶解橡胶的溶剂的存在下使蔗渣部分地均质化，然后使所述溶剂与蔗渣分离；最后阶段，干燥橡胶和蔗渣，例如其可以包括在薄膜蒸发器(“刮膜蒸发器”)中蒸发溶剂并挤出橡胶。所述专利申请还描述了一种方法，其中在能够溶解橡胶和树脂的“研磨溶剂”的存在下使植物材料均质化，在随后的纯化阶段使用分级溶剂使橡胶和树脂彼此分离。
从银胶菊植物中提取胶乳和树脂后获得的木质纤维素残留物(蔗渣)是包含三种主要组分复杂结构：纤维素、半纤维素和木质素。
如本领域中已知的，可用于生产糖的木质纤维素生物质中所述三种组分的相对量根据所使用的木质纤维素生物质的类型而变化。例如，所述量根据植物的种类和年龄而变化。
纤维素是木质纤维素生物质的最大量成分，并且相对于木质纤维素生物质的总重量，其通常以30重量％至60重量％的量存在。纤维素由通过β-1,4-葡萄糖苷键连接在一起的葡萄糖分子(约500至10000个单位)构成。链之间氢键的形成导致形成晶体结构域，从而赋予植物纤维强度和弹性。在自然界中，仅在一年生植物如棉花和亚麻中才发现其处于纯状态，而在木本植物中则总是伴有半纤维素和木质素。
相对于木质纤维素生物质的总重量，半纤维素通常以10重量％至40重量％的量存在，其是相对较短的(10到200个分子)且支化的混合聚合物，由具有六个碳原子的糖(葡萄糖、甘露糖、半乳糖)和具有五个碳原子的糖(木糖、阿拉伯糖)二者形成。植物纤维的一些重要特性(主要一种是在存在水时促进所述植物纤维的吸涨，从而膨胀)是由于半纤维素的存在。半纤维素还具有粘合特性，并且因此趋于变硬或变得具有角质稠度，结果所述植物纤维变得僵硬并更缓慢地浸透。
相对于木质纤维素生物质的总重量，木质素通常以10重量％至30重量％的量存在。其的主要功能是将多种植物纤维结合和键合在一起以赋予植物紧密度和强度，并且还可提供对昆虫、病原体、病害和紫外线的防护。其主要用作燃料，但目前在工业上也广泛用作塑料层压材料、纸箱和橡胶制品的分散剂、硬化剂、乳化剂。还可以对其进行化学处理以产生芳香族化合物，例如香草醛、丁香醛、对羟基苯甲醛，这些化合物可用于药物化学或化妆品和食品工业。
为了优化木质纤维素生物质向能源用途产品的转化，已知对所述生物质进行初步处理以分离木质素并将纤维素和半纤维素水解为单糖，例如葡萄糖和木糖，然后可以对其进行发酵过程。
通常用于所述目的的方法是酸水解，其可以在稀或浓强酸的存在下进行。
例如，美国专利6,423,145描述了用于水解木质纤维素生物质以获得大量可发酵糖的方法，包括：用包含稀酸催化剂(例如，硫酸、盐酸、硝酸、二氧化硫或任何其它能够提供低于约3的pH值的强酸)和基于金属盐的催化剂(例如，硫酸亚铁、硫酸铁、氯化铁、硫酸铝、氯化铝、硫酸镁)的混合物的浸渍木质纤维素材料，其量使可发酵糖的产率高于在单独稀酸的存在下获得的产率；将经浸渍的木质纤维素材料进料到反应器中并加热(例如至120℃至240℃的温度)足够的时间(例如1分钟至30分钟的时间)以将基本上全部半纤维素和超过45％的纤维素水解为水溶性糖；回收水溶性糖。
国际专利申请WO 2010/102060描述了对用于生物精炼的生物质进行预处理以获得发酵产物的方法，包括以下阶段：在将生物质送去预处理之前进行处理(例如，去除不需要的材料、研磨)；通过在约130℃至约170℃的温度下施加约0.8重量％至约1.1重量％的浓度的稀酸(例如硫酸)来对生物质进行预处理，持续约8分钟至约12分钟的时间；其中可以通过将经过预处理的生物质分离成包含木糖的液体组分和可以获得葡萄糖的固体组分并且回收木糖用于发酵来获得发酵产物；其中生物质包含木质纤维素材料，并且其中木质纤维素材料包含玉米芯、玉米壳、玉米叶和玉米秸秆。
国际专利申请WO 2010/071805描述了用于对木质纤维素材料进行预处理的方法，包括：将木质纤维素材料暴露于在低强度操作条件下进行的第一预处理以获得第一产物；使所述第一产物与水溶液中的稀酸(例如，硫酸、亚硫酸、二氧化硫、磷酸、碳酸)接触以获得第二产物。所述两阶段方法可以提供用于生产生物乙醇的有用产物。
美国专利申请2010/0227369描述了用于在已经过预处理并分离为第一组分和第二组分的生物质发酵系统中生产发酵产物的方法，包括以下阶段：将第一组分进料至发酵系统；向发酵系统提供能够产生乙醇的生物(“ethanologen”)；将发酵系统中的第一组分和能够产生乙醇的生物(“ethanologen”)在约26℃至约37℃的温度和约4.5至约6.0的pH下保持不低于18小时的时间；从发酵系统中回收发酵产物；其中以每升第一组分低于150克能够产生乙醇的生物(“ethanologen”)(干重)的量将能够产生乙醇的生物(“ethanologen”)加入发酵系统；其中生物质包含木质纤维素材料；其中木质纤维素材料包含以下至少一种：玉米芯、玉米壳、玉米叶和玉米秸秆；其中第一组分包含戊糖；其中戊糖包含木糖；其中能够产生乙醇的生物(“ethanologen”)能够将木糖发酵成乙醇。优选地，通过使生物质与酸例如硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、乙酸或其混合物接触来对生物质进行预处理。
美国专利申请2008/0274509描述了用于从木质纤维素材料制备水解产物的方法，包括：a)在水的存在下用选自由以下组成的组的化合物对所述木质纤维素材料进行预处理以获得水相：硫酸、碱金属、过氧二硫酸盐、过氧化钾及其混合物；和b)在除去水相并洗涤所得产物后，在水的存在下用可用于水解的酶处理所述产物，得到水解产物，所述水解产物可用作发酵的碳源。
Tsoutsos,T.等人在"Energies"(2011),第4卷,第1601-1623页描述了用于从木质纤维素生物质生产用于产生生物乙醇的可发酵糖溶液的优化。对此，在稀酸的存在下使木质纤维素生物质经历两阶段水解过程。特别地，在稀释至3％-4％浓度的酸(例如，盐酸、硫酸、磷酸、硝酸)的存在下在100℃至240℃的温度下进行测试。在110℃至140℃的温度下，半纤维素发生水解，而结晶纤维素直至高至170℃下保持几乎不变，并且在240℃下水解。
Gonzáles-Hernandez,J.C.等人在"Journal of the Mexican ChemicalSociety"(2011),第56(4)卷，第395-401页描述了来自罗望子(tamarind)种子的多糖的水解。特别地，在不同的操作条件下水解罗望子种子，即在86℃至130.2℃的温度下；利用浓度为0.32％至3.68％(v/v)的硝酸或硫酸；并且接触时间为13.2分钟至40分钟。发现温度和时间是最影响糖水解的因素：特别地，对于两种酸的最佳操作条件为：温度为130.2℃，浓度为2％(v/v)，接触时间为30分钟，其糖产量为约110克/升。
Shatalov,A.A等人在"Chemical Engineering&Process Technology"(2011),第2卷,第5期,第1-8页描述了在低温下在稀硫酸的存在下，在单一阶段中从蓟(Cynaracardunculus L.)通过水解产生木糖。特别地，在最佳条件下操作，即温度为138.5℃，时间为51.7分钟，酸浓度为1.28％，实现了86％的木糖回收率，并且纤维素降解极少且糠醛产量低(每100g蓟，分别葡萄糖＝2.3g，糠醛(F)＝1.04g)。
然而，以上方法可能具有一些缺点。
例如，如果在高温(例如高于140℃)下进行酸水解，则可能由糖脱水和木质素的部分解聚形成反应副产物，例如糠醛(F)、羟甲基糠醛(HMF)和酚类化合物，其充当随后的糖发酵过程中通常使用的微生物生长的抑制剂，导致所述过程的效率和生产率显著下降。
相反，如果在低温(例如低于140℃)下进行酸水解，则可能发生木质纤维素生物质的差的解构(destructuring)，这种解构对于使纤维素纤维脱离覆盖它们的木质素网络以使得其可以有利地用于酶促水解的下一阶段是必要的。实际上，在酶促水解中通常使用的酶(例如纤维素酶)难以到达被木质素覆盖的纤维素纤维。
因此，在本领域中已经做出努力来克服上述问题。
例如，国际专利申请WO 2010/069583描述了用于从包含至少一种多糖的生物质生产一种或多种糖的方法，包括在160℃或更高、优选160℃至230℃的温度下使生物质与至少一种有机酸的水溶液接触，所述有机酸优选对甲苯磺酸、2-萘磺酸、1,5-萘-二磺酸。所述专利申请还提到具有4至16个碳原子、优选8至12个碳原子的烷基磺酸，甚至更优选辛基磺酸和十二烷基磺酸。然而，所报道的水解实例仅涉及使用2-萘磺酸。
国际专利申请WO 2010/015404描述了用于从包含至少一种多糖的生物质生产糖的方法，包括在80℃至140℃、优选100℃至125℃的温度下使生物质与至少一种具有7至20个碳原子、优选9至15的碳原子的有机酸、更优选对甲苯磺酸、2-萘磺酸、1,5-萘-二磺酸的水溶液接触。
以本申请人名义的国际专利申请WO 2015/087254描述了用于从包含至少一种多糖的生物质生产糖的方法，包括使所述生物质与至少一种具有1至6个碳原子、优选1至3个碳原子的有机酸的水溶液接触，所述水溶液的pH为0.6至1.6、优选0.9至1.3。优选地，所述至少一种有机酸可以选自具有通式(I)的烷基磺酸：
R-SO3H (1)
其中R代表直链或支链C1-C6烷基。
以本申请人名义的美国专利申请2017/218094涉及用于加工和利用银胶菊植物的每个部分的集成工艺，按顺序包括以下步骤：
-通过机械处理使所述植物茎和枝与叶分离；
-处理叶以产生蜡和精油，以及包含纤维素、半纤维素和较低含量的盐、有机化合物和木质素的级分；
-从茎和枝中提取液相，从而形成第一固体木质残留物，称为蔗渣；
-处理所述第一固体木质残留物以形成糖、纤维素、半纤维素和木质素。
前述集成工艺据说能够通过将乳胶、橡胶、树脂和蔗渣的生产与可发酵糖的生产结合起来而进一步利用银胶菊植物。通过对获得的蔗渣进行两阶段糖化处理来生产可发酵糖：在第一阶段中，在有机酸(例如烷基膦酸或烷基磺酸)的存在下进行酸水解，以将半纤维素转化为具有5个碳原子(C5)的单体糖，而在第二阶段中，进行酶促、化学或热化学水解以获得具有6个碳原子(C6)的单体糖。
然而，申请人已经注意到，在原样使用来源于银胶菊植物的生物质时，或者在使用来自可能已经对银胶菊植物进行的提取过程的蔗渣时，使用上述具有通式(I)的有机酸并不总是能够获得期望的结果，特别是就糖产量和副产物的产生而言，所述对银胶菊植物进行的提取过程是本领域已知的，例如描述在以本申请人名义的美国专利申请2017/218094或国际专利申请WO 2017/103769，或者美国专利4,435,337中，例如
-通过根据美国专利4,435,337(其包括在本文中作为参考)的实施例2中描述的方法进行操作而获得的蔗渣[样品在所述专利中被标识为GR-2，并且在后面的实施例中称为“蔗渣(1)”]；或者
-通过根据在本申请人名义的国际专利申请WO 2017/103769(其包括在本文中作为参考)的实施例1-3中描述的方法进行操作而获得的蔗渣[在提取胶乳、树脂和橡胶之后获得的样品，在后面的实施例中称为“蔗渣(2)]”。
此外，由于对从来源于银胶菊植物的生物质生产可发酵糖一直具有特别的兴趣，因此对开发特别是在糖产量和副产物的产生方面可以产生期望结果的新方法以实现所述生产也具有极大兴趣。
因此，申请人自己确定的问题是鉴定能够克服前述缺点的用于从来源于银胶菊植物的生物质，特别是从来源于对所述银胶菊植物进行的提取过程的蔗渣生产糖的方法。特别地，申请人自己确定的问题是鉴定用于从来源于银胶菊植物的生物质生产糖的方法，该方法能够提供半纤维素组分的高转化，并且因此提供高产率的具有5个碳原子(C5)和具有6个碳原子(C6)的糖，特别是具有5个碳原子(C5)的糖如木糖、阿拉伯糖(即，具有5个碳原子(C5)和具有6个碳原子(C6)的糖的产率大于或等于95％，所述产率是相对于起始生物质中存在的半纤维素的总量计算的)和少量的副产物(例如糠醛(F)、羟甲基糠醛(HMF))(即副产物的量低于或等于5％，所述量是如下文所述计算的)。
申请人现在已经发现，可以有利地通过包括以下步骤的方法进行从来源于银胶菊植物的生物质，特别是从来自对所述银胶菊植物进行的提取过程的蔗渣生产糖：使一定量的所述生物质与一定量的水并且与至少一种有机酸和任选的至少一种无机酸接触以获得混合物，所述至少一种有机酸和任选存在的所述至少一种无机酸的使用量使得根据以下所述的具体等式和具体算法计算出所述混合物中包含的所述至少一种有机酸和任选存在的所述至少一种无机酸的总摩尔数。
通过所述方法获得了许多优点。例如，所述方法提供了半纤维素组分的高转化，并且因此提供高产率的具有5个碳原子(C5)和具有6个碳原子(C6)的糖，特别是具有5个碳原子(C5)的糖如木糖、阿拉伯糖的(即，具有5个碳原子(C5)和具有6个碳原子(C6)的糖的产率大于或等于95％，所述产率是相对于来源于银胶菊植物的起始生物质中存在的半纤维素的总量计算的)，所述糖是来源于银胶菊植物的所述生物质的酸水解得到的，其然后可以用作发酵过程中的碳源以用于生产醇(例如乙醇、丁醇)、脂质、二醇(例如1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇)，或用于生产其它中间体或化学品的化学合成过程。所述醇和脂质可以继而有利地用于生产生物燃料(例如，生物柴油或“绿色柴油”)，其可以原样使用或与其它汽车燃料混合使用，而所述二醇可以用于生产诸如生物丁二烯的产品，生物丁二烯又可以用于生产橡胶(例如聚丁二烯或其共聚物)。在生物精炼厂的情况下，所述用途特别重要。
此外，实现半纤维素组分的广泛转化并且因此实现高产率的具有5个碳原子(C5)和具有6个碳原子(C6)的糖，特别是具有5个碳原子(C5)的糖如木糖、阿拉伯糖的可能性使得可以将特别富含具有5个碳原子(C5)的糖的糖溶液或者特别富含具有5个碳原子(C5)的糖的所述糖溶液与特别富含具有6个碳原子(C6)的糖的糖溶液(例如，来源于纤维素的酶水解的糖溶液)的混合物送去后续发酵，并且从而优化所述发酵过程。实际上，根据原料中提供的糖，已知用于发酵的微生物产生了在例如中间产物和不需要的代谢产物的积累方面具有不同特征的经发酵生物质。还已知发酵过程中使用的微生物易受其食物的影响：例如，一些微生物菌株不能耐受过量的具有5个碳原子(C5)的糖。因此，具有两种不同类型的糖溶液是极其有利的，即，特别富含具有5个碳原子(C5)的糖的糖溶液和特别富含具有6个碳原子(C6)的糖的糖溶液二者，使得这些糖溶液用于不同的发酵过程，由于与不同微生物菌株的食物需求更好的匹配，因此优化了所述发酵过程。
还应注意的是，从半纤维素水解获得的具有5个碳原子(C5)和6个碳原子(C6)的糖的量取决于起始银胶菊蔗渣的性质：如上所述，事实上已知纤维素、半纤维素和木质素组分的量根据生物质的类型而变化。
此外，所述方法使得可以在宽温度范围内(即在100℃至180℃的温度范围内)，并且甚至在高温下(即140℃或更高的温度)下操作以获得少量副产物[例如糠醛(F)、羟甲基糠醛(HMF)]，如上所述，其可作为通常用于后续糖发酵过程的微生物的生长的抑制剂。
此外，从工业的角度来看，在所述宽温度范围内操作的可能性具有相当大的优势，因为其中使生物质与水、与至少一种有机酸和任选的与至少一种无机酸接触的反应器内温度的意外升高不会导致产生更多的副产物[例如糠醛(F)、羟甲基糠醛(HMF)]，而通常在已知技术的方法中是这样。
此外，用至少一种无机酸代替所述至少一种有机酸中的一些的可能性使得可以节省成本，因此具有经济优势。
因此，本发明的目的是用于从来源于银胶菊植物的生物质生产糖的方法，包括使一定量的所述生物质(G2)(g)与一定量的水(G1)(g)并且与至少一种有机酸和任选的至少一种无机酸接触以获得混合物，所述至少一种有机酸和任选存在的所述至少一种无机酸的使用量使得根据以下等式(1)计算出所述混合物中包含的所述至少一种有机酸和任选存在的所述至少一种无机酸的总摩尔数(mTOT)：
mTOT＝m1+m2 (1)
其中m1和m2分别根据以下等式(2)和(3)定义：
m1＝R1·G1 (2)
m2＝R2·G2 (3)
其中：
-R1(mmol/g)是所述至少一种有机酸的第一量(mmol)和任选存在的所述至少一种无机酸的第一量(mmol)与所用水的量G1(g)之间的比率，R1为0.06mmol/g至0.25mmol/g，优选为0.09mmol/g至0.18mmol/g，所述至少一种有机酸的所述第一量(mmol)和任选存在的所述至少一种无机酸的所述第一量(mmol)取决于所述水的量G1(g)；
-R2(mmol/g)是：
-在不存在所述至少一种无机酸的情况下，所述至少一种有机酸的第二量(mmol)与所用生物质的量G2(g)之间的比率；或
-在存在所述至少一种无机酸的情况下，所述至少一种有机酸的所述第二量(mmol)与所述至少一种无机酸的第二量(mmol)的总和与所用生物质的量G2(g)之间的比率；或
-在存在所述第二量的所述至少一种无机酸(mmol)并且不存在所述第二量的所述至少一种有机酸(mmol)的情况下，所述至少一种无机酸的所述第二量(mmol)与所用生物质的量G2(g)之间的比率；所述至少一种有机酸的所述第二量(mmol)和所述至少一种无机酸的所述第二量(mmol)取决于生物质的量G2(g)；
R2为0.90R(mmol/g)至1.10R(mmol/g)，优选0.95R(mmol/g)至1.05R(mmol/g)，R通过以下算法(4)确定，所述算法(4)通过以下基本操作获得：
(i)制备体积V(l)的所述至少一种有机酸和任选存在的至少一种第一量(mmol)的所述至少一种无机酸的水溶液，所述水溶液的pH(1)低于7，优选为0.7至3；
(ii)向(i)中所获得的所述水溶液中加入一定量的在120℃下干燥15小时的生物质Q(g)，相对于所获得的混合物的总重量，所述生物质的量优选小于或等于60重量％，更优选为2重量％至40重量％；
(iii)测量在(ii)中所获得的混合物的pH，所述pH在下文中称为pH(2)；
(iv)根据以下算法(4)确定R：
R＝(10-pH (1)-10-pH (2))·1000·V/Q) (4)
其中pH(1)、pH(2)、V和Q具有与上文相同的含义，上述基本操作在室温下进行；
条件是所述至少一种有机酸的存在量使得根据以下等式(5)定义R最低比率(mmol/g)：
R最低＝m有机酸/G2 (5)
其中m有机酸是存在的有机酸的mmol，且G2具有与上文相同的含义，其大于或等于0.20mmol/g或更高，优选地大于或等于0.25mmol/g，并且如果所述至少一种无机酸存在，则所述有机酸的mmol(m有机酸)的存在量小于酸的两个量的总和，即无机酸的量(mmol)和有机酸的量(mmol)的总和，所述总和对应于以上等式(1)中限定的总摩尔数mTOT。
为了本说明书和所附权利要求的目的，所述算法应理解为由基本操作的有序且有限的顺序表示，该基本操作的有序且有限的顺序在有限的时间内得到给定的结果。特别地，构成它的操作是“基本的”，即不能被进一步分解；构成它的基本操作可以由操作员(无论是人或人工)以直接且明确的方式进行解释，即明毫无疑义地；该算法由有限数目的基本操作构成，并且需要有限量的输入数据。在有限时间后执行结束，并且执行导致明确的结果。
为了本说明书和所附权利要求的目的，除非另有说明，否则数值范围的定义总包含端值。
为了本说明书和所附权利要求的目的，术语“包含”还包括术语“基本上由...组成”或“由...组成”。
为了本说明书和所附权利要求的目的，术语“银胶菊植物(guayule plant)”一般地是指物种银胶菊(Parthenium argentatum)和如上所列物种的银胶菊植物二者。
为了本说明书和所附权利要求的目的，术语“具有5个碳原子(C5)的糖”是指戊糖(pentose sugar)，或更简单地说是戊糖(pentose)，其是具有化学式C5H10O5的由五个碳原子构成的单糖碳水化合物。类似地，为了本说明书和所附权利要求的目的，术语“具有6个碳原子(C6)的糖”是指己糖(hexose sugar)，或更简单地说是己糖(hexose)，其是具有化学式C6H12O6的由六个碳原子构成的单糖碳水化合物。
为了本说明书和所附权利要求的目的，术语“来源于银胶菊植物的生物质”是指任何形式(例如，整个植物，植物的一部分，包括根、枝和/或茎、叶、树皮(如果存在的话)，通过切碎、研磨等获得的植物碎片，通过压实植物碎片而获得的团块和丸粒)，其中使用银胶菊植物来通过化学和/或物理方法获得存在于植物本身中的乳胶、橡胶、树脂、蔗渣、糖和其它组分。
为了本说明书和所附权利要求的目的，“蔗渣(bagasse)”是指来自可以对银胶菊植物可能进行的提取过程的残留量的植物材料。除了木质素和多糖(例如纤维素和半纤维素)外，蔗渣还可能含有少量通常与植物的根部相关联且来源于生长培养介质的非植物材料(例如盆栽土壤、沙等)。
为了本说明书和所附权利要求的目的，术语“室温”是指15℃至30℃的温度。
应当注意，为了本发明的目的，在(i)中制备的所述至少一种有机酸和任选存在的所述至少一种第一量的所述至少一种无机酸的水溶液的pH(即pH(1))和在(ii)中获得的混合物的pH(即pH(2))二者可以使用本领域已知的技术来监测。优选地，为了本发明的目的，用pH计连续监测它们。
根据本发明的一个优选的实施方案，所述来源于银胶菊植物的生物质是来自对所述银胶菊植物进行的提取过程的蔗渣。
如上所述，可以对银胶菊植物进行以便获得蔗渣的提取过程是本领域已知的，例如上述以本申请人名义的美国专利申请2017/218094或国际专利申请WO 2017/103769或上述美国专利4,435,337中所述。为了本发明的目的，所述蔗渣可优选通过上述操作获得，即：
-通过根据美国专利4,435,337(其包括在本文中作为参考)的实施例2中描述的方法进行操作而获得的蔗渣[样品在所述专利中被标识为GR-2，并且在后面的实施例中称为“蔗渣(1)”]；或者
-通过根据以本申请人名义的国际专利申请WO 2017/103769(其包括在本文中作为参考)的实施例1-3中描述的方法进行操作而获得的蔗渣(在提取胶乳、树脂和橡胶之后获得的样品，在后面的实施例中称为“蔗渣(2))”。
根据本发明的一个优选的实施方案，在与水和与所述至少一种有机酸和与任选存在的所述至少一种无机酸接触之前，可以对这样的生物质进行初步研磨过程。优选地，可以将所述生物质研磨成直径为0.1mm至10mm，更优选0.5mm至4mm的颗粒。直径小于2mm的颗粒是特别优选的。
根据本发明的一个优选的实施方案，所述至少一种有机酸可以选自例如具有通式(I)的烷基磺酸：
R-SO3H (1)
其中R代表直链或支链的C1-C6烷基，优选C1-C3烷基。
根据本发明的一个特别优选的实施方案，所述至少一种有机酸是甲磺酸(CH3-SO3H)。
根据本发明的一个优选的实施方案，所述至少一种无机酸可以选自例如强无机酸，例如盐酸(HCl)、硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)或其混合物。
根据本发明的一个特别优选的实施方案，所述至少一种无机酸是硫酸(H2SO4)。
应注意，为了作为本发明目的的方法的目的，至少一种有机酸的存在是必需的。实际上，如从以下实施例中显而易见的，使用单独无机酸将无法在来源于银胶菊植物的生物质、特别是蔗渣中存在的半纤维素的转化以及糖的选择性方面提供期望的高性能。实际上，使用单独无机酸在半纤维素转化和糖的选择性方面导致差的性能。根据所述观察，还令人惊奇的是，用无机酸部分地代替有机酸不会影响该方法的性能，实际上，其与仅使用有机酸所获得性能的完全可比。如上所述，用无机酸部分地代替有机酸节省了成本，因此具有经济优势。
根据本发明的一个优选的实施方案，所述用于从来源于银胶菊植物的生物质生产糖的方法包括：
(a)使一定量的所述生物质(G2)(g)与一定量的水(G1)(g)并且与至少一种有机酸和任选的至少一种无机酸在反应器中接触，得到第一反应混合物；
(b)将所述反应器在20分钟至2小时、优选40分钟至1小时的时间内加热到期望的温度，优选100℃至180℃，更优选130℃至150℃，得到包含第一固相和第一水相的第二反应混合物；
(c)任选地，将包含第一固相和第一水相的所述第二反应混合物在所述期望温度下保持30秒至1小时、优选5分钟至20分钟的时间；
(d)从所述反应器回收所述第二反应混合物。
应当注意，为了本发明的目的，在阶段(a)中，其中使组分即生物质、水、有机酸和任选的无机酸接触的顺序与本发明的目的无关。特别地，其中使所述各组分接触的任何顺序将构成本发明的实施方案。所述至少一种有机酸和任选的至少一种无机酸的量必须符合以上定义的R1、R2和R最低的值。
根据本发明的一个优选的实施方案，相对于所述第一反应混合物的总重量，所述生物质可以以1重量％至60重量％、优选5重量％至45重量％、甚至更优选10重量％至30重量％的量存在于所述第一反应混合物中。
为了本发明的目的，所述反应器可选自本领域已知的反应器，例如高压釜、固定床反应器、具有连续生物质进料的淤浆反应器(CSTR-连续搅拌釜式反应器)、挤出机。
根据本发明的一个优选的实施方案，所述反应器选自具有连续生物质进料的淤浆反应器(CSTR-连续搅拌釜式反应器)。
根据本发明的一个优选的实施方案，所述第一固相包含木质素和纤维素，并且所述第一水相包含至少一种具有5个碳原子(C5)的糖和任选的至少一种具有6个碳原子(C6)的糖，以及所述至少一种有机酸和任选的所述至少一种无机酸。所述至少一种有机酸和任选的所述至少一种无机酸是与生物质接触的有机酸和任选的无机酸。所述至少一种糖特别是木糖。所述木糖来自半纤维素的酸水解。所述第一水相中也可以存在阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖、葡萄糖。
可以通过本领域已知的技术例如过滤、离心将所述第一固相和所述第一水相分离。优选地，通过过滤分离所述各相。
为了从所述第一水相中回收所述具有5个碳原子(C5)的糖、任选存在的所述具有6个碳原子(C6)的糖和所述至少一种有机酸，可以对所述第一水相进行本领域已知的处理。例如，可以对所述第一水相进行通过树脂的分离阶段，例如在专利US 5,726,046和US 5,820.687中所述。在所述各阶段结束时，获得包含所述有机酸和任选的所述至少一种无机酸的另外的水相，以及包含至少一种具有5个碳原子(C5)的糖和任选的至少一种具有6个碳原子(C6)的糖的第二水相。
所述有机酸和任选存在的所述至少一种无机酸然后可以根据作为本发明的目的方法再利用。
包含至少一种具有5个碳原子(C5)的糖和任选的至少一种具有6个碳原子(C6)的糖的所述第二水相可以原样用于或作为与特别富含具有6个碳原子(C6)的糖的溶液的混合物用于发酵过程中以用于生产醇(例如乙醇、丁醇)、脂质、二醇(例如1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇)，或用于生产其它中间体或化学品的化学合成过程。所述醇和脂质可以继而有利地用于生产生物燃料(例如，生物柴油或“绿色柴油”)，其可以原样使用或与其它汽车燃料混合使用，而所述二醇可以用于生产诸如生物丁二烯的产品，生物丁二烯又可以用于生产橡胶(例如聚丁二烯或其共聚物)。在生物精炼厂的情况下，所述用途特别重要。
如上所述，作为本发明目的的方法使得可以从半纤维素的酸水解以高产率获得至少一种具有5个碳原子(C5)的糖，和任选的至少一种具有6个碳原子(C6)的糖，特别是至少一种具有5个碳原子(C5)的糖如木糖、阿拉伯糖。更具体地，所述方法允许获得具有5个碳原子(C5)的糖和具有6个碳原子(C6)的糖的产率高于或等于95％，所述产率是相对于起始生物质中存在的半纤维素的总量计算的。除此之外，作为本发明目的的方法允许获得具有5个碳原子(C5)的糖的含量(％)高于或等于70％，所述含量是如下文所述计算的。
作为本发明目的的方法还使得可以获得高产率的纤维素和木质素。
根据作为本发明目的的方法获得的包含纤维素和木质素的所述第一固相可以用于酶水解过程中以将纤维素水解为葡萄糖。可以根据本领域已知的技术，例如在专利US 5,628,830、US 5,916,780和US 6,090,595中描述的，使用商业酶例如Celluclast 1.5L(Novozymes)、Econase CE(Rohm Enzymes)、Spezyme(Genecor)、Novozym 188(Novozymes)，单独使用或作为其混合物使用，来进行行酶水解过程。
由所述第一固相的酶水解，获得了包含木质素的第二固相和包含来自纤维素水解的葡萄糖的第三水相。
可以通过本领域已知的技术例如过滤或离心将所述第二固相和所述第三液相分离。优选地，通过过滤分离所述各相。
包含葡萄糖的所述第三水相可以原样使用或作为与特别富含具有5个碳原子(C5)的糖的溶液的混合物用作发酵过程中的原材料以用于醇(例如乙醇、丁醇)、脂质、二醇(例如1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇)，或用于生产其它中间体或化学品的化学合成过程。所述醇和脂质可以继而有利地用于生产生物燃料(例如，生物柴油或“绿色柴油”)，其可以原样使用或与其它汽车燃料混合使用，而所述二醇可以用于生产诸如生物丁二烯的产品，生物丁二烯又可以用于生产橡胶(例如聚丁二烯或其共聚物)。在生物精炼厂的情况下，所述用途特别重要。
包含木质素的所述第二固相可以用作燃料，例如用作产生支持生物质加工过程所需的能量的燃料。
发酵过程在本领域中进行了描述，例如，在美国专利申请US 2013/0224333和国际专利申请WO 2008/141317中(在酵母的存在下进行发酵)；或在美国专利申请US 2010/0305341和国际专利申请WO 2011/051977中(在遗传修饰的产油酵母的存在下进行发酵)；或在国际专利申请WO 2010/127319中(在遗传修饰的微生物的存在下进行发酵)。
为了更好地理解本发明并将其付诸实践，下面描述一些说明性和非限制性的实施例。
分析和表征方法
使用了下面列出的分析和表征方法。
起始生物质的分析
使用Van Soest的纤维级分系统(Van Soest's fibrous fraction system)分析起始生物质，以量化细胞壁的成分，特别是半纤维素、纤维素和木质素，例如在Van Soest,P.J.和Wine,R.H."Use of detergents in the analysis of fibrousfeeds.IV.Determination of plant cell-wall constituents",Journal ofAssociation of Official Analytical Chemistry(1967),第50卷,第50-55页中所述。
第一水相中存在的化合物的分析
使用以下操作条件通过离子色谱法分析第一水相中存在的糖：
-仪器：Dionex IC3000，PA100柱；
-洗脱液：氢氧化钠(NaOH)(100mM)–在200mM氢氧化钠(NaOH)中的0.6M乙酸钠(CH3COONa)；
-洗脱程序：梯度，电化学检测器。
使用以下操作条件通过液相色谱法分析第一水相中存在的副产物，即糠醛(F)和羟甲基糠醛(HMF)：
-仪器：HP 1100，Inertsil C18柱；
-洗脱液：0.01M磷酸-乙腈(CH3CN)；
-洗脱程序：梯度，UV-DAD检测器。
产率、具有5个碳原子(C5)的糖的含量以及副产物产生的计算
基于分析结果(即，如上所述进行的第一水相中存在的化合物的分析)，根据下式将产率表示为所述第一水相中存在的具有5个碳原子(C5)的糖和6个碳原子(C6)的糖[即，分别为戊糖(C5)和己糖(C6)]与起始生物质中存在的半纤维素的总量之间的百分比比率
产率＝(mC5+mC6)/mHEMICELLULOSE*100
其中：
-C5＝溶液中存在的戊糖；
-C6＝溶液中存在的己糖；
-m＝化合物的重量；
-HEMICELLULOSE＝起始生物质中存在的半纤维素。
对于每个实施例，还根据下式确定第一水相中存在的具有5个碳原子(C5)的糖(即戊糖)的含量(％)：
含量C5＝mC5/(mC5+mC6).100
其中C5、C6和m具有与上述相同的含义。
为了有效表示副产物(即羟甲基糠醛(HMF)和糠醛(F))的产生，根据下式计算降解率：
C6降解率＝mHMF/(mC6+mHMF).100
C5降解率＝mF/(mC5+mF)*100
其中C5、C6和m具有与上述相同的含义；
-F＝糠醛；
-HMF＝羟甲基糠醛。
根据算法(4)确定R
对蔗渣(1)和蔗渣(2)进行相同的程序。详细地，在200ml烧杯中，通过在室温下将适量的甲磺酸(CH3-SO3H)添加到100ml的水中并通过磁力搅拌器保持600rpm的剧烈搅拌来制备pH＝0.9的甲磺酸(CH3-SO3H)的溶液。通过与溶液接触的pH计(Metrohm 781pH/离子计)的电极监测操作。将21g生物质[分别为蔗渣(1)或蔗渣(2)]添加到所述溶液中。在添加操作期间和随后直至pH稳定，所得混合物保持持续剧烈搅拌(600rpm)：在整个操作顺序中，pH计电极(Metrohm 781，pH/离子计)保持与所得混合物接触。在添加后15分钟达到所述pH稳定性，为pH 2.02。使用算法(4)确定R的值，为了方便起见，在下面示出了算法(4)：
R＝(10-pH (1)-10-pH (2))·1000·V/Q
其中：
-pH(1)＝0.9；
-pH(2)＝2.02；
-V(l)＝0.1；
-Q(g)＝21；
对于蔗渣(1)和蔗渣(2)，获得值R＝0.55mmol/g。
实施例1(比较)
将885g的水和10.7g(111.3mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)(第一量的有机酸)放在露天的2lBrignole高压釜中(R1＝0.13mmol/g)。随后，添加来源于先前磨碎的银胶菊植物(Partheniumargentatum)(筛至小于2mm)的135g的蔗渣(1)(R2＝0.00mmol/g；R最低＝0.82mmol/g)。
将如此获得的第一反应混合物保持剧烈搅拌(600rpm)，直至在45分钟内其达到140℃的温度，得到第二反应混合物，其包含含有木质素和纤维素的第一固相和含有来自半纤维素的糖的第一水相。
在使高压釜冷却至室温后，通过过滤分离所述各相。
如上所述确定的起始生物质的组成如下：相对于起始生物质的总重量，42.3重量％的纤维素，18.2重量％的半纤维素，24.1重量％的木质素。其余部分由有机酸、蛋白质和非蛋白质氮物质、脂质、矿物盐、树脂和残留橡胶构成。
如上所述分析了第一水相，获得以下结果(表1中所示)：
-产率：80.3％(相对于起始生物质中存在的半纤维素总量)；
-C6降解：0.0％；
-C5降解：0.7％；
-C5含量：79.4％。
实施例2(比较)
将885g的水和10.7g(109.1mmol)的硫酸(H2SO4)(第一量的无机酸)放在露天的2lBrignole高压釜中(R1＝0.12mmol/g)。随后，添加来源于先前磨碎的银胶菊植物(Parthenium argentatum)(筛至小于2mm)的135g的蔗渣(1)(R2＝0.00mmol/g；R最低＝0.00mmol/g)。
将如此获得的第一反应混合物保持剧烈搅拌(600rpm)，直至在45分钟内其达到140℃的温度，得到第二反应混合物，其包含含有木质素和纤维素的第一固相和含有来自半纤维素的糖的第一水相。
在使高压釜冷却至室温后，通过过滤分离所述各相。
如上所述确定的起始生物质的组成如下：相对于起始生物质的总重量，42.3重量％的纤维素，18.2重量％的半纤维素，24.1重量％的木质素。其余部分由有机酸、蛋白质和非蛋白质氮物质、脂质、矿物盐、树脂和残留橡胶构成。
如上所述分析了第一水相，获得以下结果(表1中所示)：
-产率：69.1％(相对于起始生物质中存在的半纤维素总量)；
-C6降解：1.7％；
-C5降解：3.2％；
-C5含量：72.6％。
实施例3(发明)
将885g的水和10.7g(111.3mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)(第一量的有机酸)放在露天的2lBrignole高压釜中(R1＝0.13mmol/g)。随后，添加来源于先前磨碎的银胶菊植物(Partheniumargentatum)(筛至小于2mm)的135g的蔗渣(1)。最后，添加根据等式(1)和接下来的等式确定的7.1g(73.9mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)(第二量的有机酸)(R2＝0.55mmol/g；R最低＝1.37mmol/g)：总mTOT＝185.2mmol。
将如此获得的第一反应混合物保持剧烈搅拌(600rpm)，直至在45分钟内其达到140℃的温度，得到第二反应混合物，其包含含有木质素和纤维素的第一固相和含有来自半纤维素的糖的第一水相。
在使高压釜冷却至室温后，通过过滤分离所述各相。
如上所述确定的起始生物质的组成如下：相对于起始生物质的总重量，42.3重量％的纤维素，18.2重量％的半纤维素，24.1重量％的木质素。其余部分由有机酸、蛋白质和非蛋白质氮物质、脂质、矿物盐、树脂和残留橡胶构成。
如上所述分析了第一水相，获得以下结果(表1中所示)：
-产率：95.0％(相对于起始生物质中存在的半纤维素总量)；
-C6降解：0.0％；
-C5降解：4.6％；
-C5含量：80.5％。
实施例4(比较)
将885g的水和10.7g(111.3mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)(第一量的有机酸)放在露天的2lBrignole高压釜中(R1＝0.13mmol/g)。随后，添加来源于先前磨碎的银胶菊植物(Partheniumargentatum)(筛至小于2mm)的135g的蔗渣(2)(R2＝0.00mmol/g；R最低＝0.82mmol/g)。
将如此获得的第一反应混合物保持剧烈搅拌(600rpm)，直至在45分钟内其达到140℃的温度，得到第二反应混合物，其包含含有木质素和纤维素的第一固相和含有来自半纤维素的糖的第一水相。
在使高压釜冷却至室温后，通过过滤分离所述各相。
如上所述确定的起始生物质的组成如下：相对于起始生物质的总重量，47.0重量％的纤维素，20.2重量％的半纤维素，26.8重量％的木质素。其余部分由有机酸、蛋白质和非蛋白质氮物质、脂质和矿物盐构成。
如上所述分析了第一水相，获得以下结果(表2中所示)：
-产率：79.9％(相对于起始生物质中存在的半纤维素总量)；
-C6降解：0.0％；
-C5降解：0.6％；
-C5含量：80.4％。
实施例5(比较)
将885g的水和10.7g(109.1mmol)的硫酸(H2SO4)(第一量的无机酸)放在露天的2lBrignole高压釜中(R1＝0.12mmol/g)。随后，添加来源于先前磨碎的银胶菊植物(Partheniumargentatum)(筛至小于2mm)的135g的蔗渣(2)(R2＝0.00mmol/g；R最低＝0.00mmol/g)。
将如此获得的第一反应混合物保持剧烈搅拌(600rpm)，直至在45分钟内其达到140℃的温度，得到第二反应混合物，其包含含有木质素和纤维素的第一固相和含有来自半纤维素的糖的第一水相。
在使高压釜冷却至室温后，通过过滤分离所述各相。
如上所述确定的起始生物质的组成如下：相对于起始生物质的总重量，47.0重量％的纤维素，20.2重量％的半纤维素，26.8重量％的木质素。其余部分由有机酸、蛋白质和非蛋白质氮物质、脂质和矿物盐构成。
如上所述分析了第一水相，获得以下结果(表2中所示)：
-产率：68.4％(相对于起始生物质中存在的半纤维素总量)；
-C6降解：2.4％；
-C5降解：3.6％；
-C5含量：70.1％。
实施例6(发明)
将885g的水和10.7g(111.3mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)(第一量的有机酸)放在露天的2lBrignole高压釜中(R1＝0.13mmol/g)。随后，添加来源于先前磨碎的银胶菊植物(Partheniumargentatum)(筛至小于2mm)的135g的蔗渣(2)。最后，添加根据等式(1)和接下来的等式确定的7.1g(73.9mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)(第二量的有机酸)(R2＝0.55mmol/g；R最低＝1.37mmol/g)：总mTOT＝185.2mmol。
将如此获得的第一反应混合物保持剧烈搅拌(600rpm)，直至在45分钟内其达到140℃的温度，得到第二反应混合物，其包含含有木质素和纤维素的第一固相和含有来自半纤维素的糖的第一水相。
在使高压釜冷却至室温后，通过过滤分离所述各相。
如上所述确定的起始生物质的组成如下：相对于起始生物质的总重量，47.0重量％的纤维素，20.2重量％的半纤维素，26.8重量％的木质素。其余部分由有机酸、蛋白质和非蛋白质氮物质、脂质和矿物盐构成。
如上所述分析了第一水相，获得以下结果(表2中所示)：
-产率：95.2％(相对于起始生物质中存在的半纤维素总量)；
-C6降解：0.0％；
-C5降解：4.4％；
-C5含量：80.7％。
实施例7(发明)
将885g的水和10.7g(111.3mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)(第一量的有机酸)放在露天的2lBrignole高压釜中(R1＝0.13mmol/g)。随后，添加来源于先前磨碎的银胶菊植物(Partheniumargentatum)(筛至小于2mm)的135g的蔗渣(1)。最后，添加根据等式(1)和接下来的等式确定的7.1g(72.4mmol)的硫酸(H2SO4)(第二量的无机酸)(R2＝0.54mmol/g；R最低＝0.82mmol/g)：总mTOT＝183.7mmol。
将如此获得的第一反应混合物保持剧烈搅拌(600rpm)，直至在45分钟内其达到140℃的温度，得到第二反应混合物，其包含含有木质素和纤维素的第一固相和含有来自半纤维素的糖的第一水相。
在使高压釜冷却至室温后，通过过滤分离所述各相。
如上所述确定的起始生物质的组成如下：相对于起始生物质的总重量，42.3重量％的纤维素，18.2重量％的半纤维素，24.1重量％的木质素。其余部分由有机酸、蛋白质和非蛋白质氮物质、脂质、矿物盐、树脂和残留橡胶构成。
如上所述分析了第一水相，获得以下结果(表1和表3中所示)：
-产率：95.1％(相对于起始生物质中存在的半纤维素总量)；
-C6降解：0.0％；
-C5降解：4.5％；
-C5含量：80.1％。
实施例8(发明)
将885g的水和10.7g(111.3mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)(第一量的有机酸)放在露天的2lBrignole高压釜中(R1＝0.13mmol/g)。随后，添加来源于先前磨碎的银胶菊植物(Partheniumargentatum)(筛至小于2mm)的135g的蔗渣(2)。最后，添加根据等式(1)和接下来的等式确定的7.1g(72.4mmol)的硫酸(H2SO4)(第二量的无机酸)(R2＝0.54mmol/g；R最低＝0.82mmol/g)：总mTOT＝183.7mmol。
将如此获得的第一反应混合物保持剧烈搅拌(600rpm)，直至在45分钟内其达到140℃的温度，得到第二反应混合物，其包含含有木质素和纤维素的第一固相和含有来自半纤维素的糖的第一水相。
在使高压釜冷却至室温后，通过过滤分离所述各相。
如上所述确定的起始生物质的组成如下：相对于起始生物质的总重量，47.0重量％的纤维素，20.2重量％的半纤维素，26.8重量％的木质素。其余部分由有机酸、蛋白质和非蛋白质氮物质、脂质和矿物盐构成。
如上所述分析了第一水相，获得以下结果(表2和表4中所示)：
-产率：95.4％(相对于起始生物质中存在的半纤维素总量)；
-C6降解：0.0％；
-C5降解：4.5％；
-C5含量：80.3％。
实施例9(比较)
将885g的水和10.7g(111.3mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)(第一量的有机酸)放在露天的2lBrignole高压釜中(R1＝0.13mmol/g)。随后，添加来源于先前磨碎的银胶菊植物(Partheniumargentatum)(筛至小于2mm)的135g的蔗渣(1)。最后，添加3.0g(30.6mmol)的硫酸(H2SO4)(第二量的无机酸)，其少于根据等式(1)和接下来的等式确定的量(R2＝0.23mmol/g；R最低＝0.82mmol/g)：总mTOT＝141.9mmol。
将如此获得的第一反应混合物保持剧烈搅拌(600rpm)，直至在45分钟内其达到140℃的温度，得到第二反应混合物，其包含含有木质素和纤维素的第一固相和含有来自半纤维素的糖的第一水相。
在使高压釜冷却至室温后，通过过滤分离所述各相。
如上所述确定的起始生物质的组成如下：相对于起始生物质的总重量，42.3重量％的纤维素，18.2重量％的半纤维素，24.1重量％的木质素。其余部分由有机酸、蛋白质和非蛋白质氮物质、脂质、矿物盐、树脂和残留橡胶构成。
如上所述分析了第一水相，获得以下结果(表3中所示)：
-产率：87.8％(相对于起始生物质中存在的半纤维素总量)；
-C6降解：0.0％；
-C5降解：3.9％；
-C5含量：80.1％。
实施例10(比较)
将885g的水和10.7g(111.3mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)(第一量的有机酸)放在露天的2lBrignole高压釜中(R1＝0.13mmol/g)。随后，添加来源于先前磨碎的银胶菊植物(Partheniumargentatum)(筛至小于2mm)的135g的蔗渣(1)。最后，添加11.0g(112.2mmol)的硫酸(H2SO4)(第二量的无机酸)，其多于根据等式(1)和接下来的等式确定的量(R2＝0.82mmol/g；R最低＝0.82mmol/g)：总mTOT＝223.5mmol。
将如此获得的第一反应混合物保持剧烈搅拌(600rpm)，直至在45分钟内其达到140℃的温度，得到第二反应混合物，其包含含有木质素和纤维素的第一固相和含有来自半纤维素的糖的第一水相。
在使高压釜冷却至室温后，通过过滤分离所述各相。
如上所述确定的起始生物质的组成如下：相对于起始生物质的总重量，42.3重量％的纤维素，18.2重量％的半纤维素，24.1重量％的木质素。其余部分由有机酸、蛋白质和非蛋白质氮物质、脂质、矿物盐、树脂和残留橡胶构成。
如上所述分析了第一水相，获得以下结果(表3中所示)：
-产率：86.1％(相对于起始生物质中存在的半纤维素总量)；
-C6降解：0.0％；
-C5降解：7.2％；
-C5含量：74.3％。
实施例11(比较)
将885g的水和10.7g(111.3mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)(第一量的有机酸)放在露天的2lBrignole高压釜中(R1＝0.13mmol/g)。随后，添加来源于先前磨碎的银胶菊植物(Partheniumargentatum)(筛至小于2mm)的135g的蔗渣(2)。最后，添加3.0g(30.6mmol)的硫酸(H2SO4)(第二量的无机酸)，其少于根据等式(1)和接下来的等式确定的量(R2＝0.23mmol/g；R最低＝0.82mmol/g)：总mTOT＝141.9mmol。
将如此获得的第一反应混合物保持剧烈搅拌(600rpm)，直至在45分钟内其达到140℃的温度，得到第二反应混合物，其包含含有木质素和纤维素的第一固相和含有来自半纤维素的糖的第一水相。
在使高压釜冷却至室温后，通过过滤分离所述各相。
如上所述确定的起始生物质的组成如下：相对于起始生物质的总重量，47.0重量％的纤维素，20.2重量％的半纤维素，26.8重量％的木质素。其余部分由有机酸、蛋白质和非蛋白质氮物质、脂质和矿物盐构成。
如上所述分析了第一水相，获得以下结果(表4中所示)：
-产率：84.7％(相对于起始生物质中存在的半纤维素总量)；
-C6降解：0.0％；
-C5降解：3.2％；
-C5含量：80.5％。
实施例12(比较)
将885g的水和10.7g(111.3mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)(第一量的有机酸)放在露天的2lBrignole高压釜中(R1＝0.13mmol/g)。随后，添加来源于先前磨碎的银胶菊植物(Parthenium argentatum)(筛至小于2mm)的135g的蔗渣(2)。最后，添加11.0g(112.2mmol)的硫酸(H2SO4)(第二量的无机酸)，其多于根据等式(1)和接下来的等式确定的量(R2＝0.82mmol/g；R最低＝0.82mmol/g)：总mTOT＝223.5mmol。
将如此获得的第一反应混合物保持剧烈搅拌(600rpm)，直至在45分钟内其达到140℃的温度，得到第二反应混合物，其包含含有木质素和纤维素的第一固相和含有来自半纤维素的糖的第一水相。
在使高压釜冷却至室温后，通过过滤分离所述各相。
如上所述确定的起始生物质的组成如下：相对于起始生物质的总重量，47.0重量％的纤维素，20.2重量％的半纤维素，26.8重量％的木质素。其余部分由有机酸、蛋白质和非蛋白质氮物质、脂质和矿物盐构成。
如上所述分析了第一水相，获得以下结果(表4中所示)：
-产率：86.3％(相对于起始生物质中存在的半纤维素总量)；
-C6降解：4.3％；
-C5降解：7.4％；
-C5含量：71.3％。
实施例13(发明)
将885g的水、5.3g(55.14mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)(第一量的有机酸)和5.5g(56.2mmol)的硫酸(H2SO4)(第一量的无机酸)(R1＝0.13mmol/g)放在露天的2l Brignole高压釜中。随后，添加来源于先前磨碎的银胶菊植物(Parthenium argentatum)(筛至小于2mm)的135g的蔗渣(1)。最后，添加根据等式(1)和接下来的等式确定的另外7.0g(71.4mmol)的硫酸(H2SO4)(第二量的无机酸)(R2＝0.53mmol/g；R最低＝0.41mmol/g)：总mTOT＝182.7mmol。
将如此获得的第一反应混合物保持剧烈搅拌(600rpm)，直至在45分钟内其达到140℃的温度，得到第二反应混合物，其包含含有木质素和纤维素的第一固相和含有来自半纤维素的糖的第一水相。
在使高压釜冷却至室温后，通过过滤分离所述各相。
如上所述确定的起始生物质的组成如下：相对于起始生物质的总重量，42.3重量％的纤维素，18.2重量％的半纤维素，24.1重量％的木质素。其余部分由有机酸、蛋白质和非蛋白质氮物质、脂质、矿物盐、树脂和残留橡胶构成。
如上所述分析了第一水相，获得以下结果(表5中所示)：
-产率：96.0％(相对于起始生物质中存在的半纤维素总量)；
-C6降解：0.0％；
-C5降解：4.6％；
-C5含量：81.2％。
实施例14(发明)
将885g的水、3.3g(34.3mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)(第一量的有机酸)和7.6g(77.5mmol)的硫酸(H2SO4)(第一量的无机酸)(R1＝0.13mmol/g)放在露天的2l Brignole高压釜中。随后，添加来源于先前磨碎的银胶菊植物(Parthenium argentatum)(筛至小于2mm)的135g的蔗渣(1)。最后，添加根据等式(1)和接下来的等式确定的另外7.0g(71.4mmol)的硫酸(H2SO4)(第二量的无机酸)(R2＝0.53mmol/g；R最低＝0.25mmol/g)：总mTOT＝183.2mmol。
将如此获得的第一反应混合物保持剧烈搅拌(600rpm)，直至在45分钟内其达到140℃的温度，得到第二反应混合物，其包含含有木质素和纤维素的第一固相和含有来自半纤维素的糖的第一水相。
在使高压釜冷却至室温后，通过过滤分离所述各相。
如上所述确定的起始生物质的组成如下：相对于起始生物质的总重量，42.3重量％的纤维素，18.2重量％的半纤维素，24.1重量％的木质素。其余部分由有机酸、蛋白质和非蛋白质氮物质、脂质、矿物盐、树脂和残留橡胶构成。
如上所述分析了第一水相，获得以下结果(表5中所示)：
-产率：95.4％(相对于起始生物质中存在的半纤维素总量)；
-C6降解：0.0％；
-C5降解：4.2％；
-C5含量：79.8％。
实施例15(比较)
将885g的水、2.1g(21.8mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)(第一量的有机酸)和8.7g(88.7mmol)的硫酸(H2SO4)(第一量的无机酸)(R1＝0.13mmol/g)放在露天的2l Brignole高压釜中。随后，添加来源于先前磨碎的银胶菊植物(Parthenium argentatum)(筛至小于2mm)的135g的蔗渣(1)。最后，添加根据等式(1)和接下来的等式确定的另外7.0g(71.4mmol)的硫酸(H2SO4)(第二量的无机酸)(R2＝0.53mmol/g；R最低＝0.16mmol/g)：总mTOT＝181.9mmol。
将如此获得的第一反应混合物保持剧烈搅拌(600rpm)，直至在45分钟内其达到140℃的温度，得到第二反应混合物，其包含含有木质素和纤维素的第一固相和含有来自半纤维素的糖的第一水相。
在使高压釜冷却至室温后，通过过滤分离所述各相。
如上所述确定的起始生物质的组成如下：相对于起始生物质的总重量，42.3重量％的纤维素，18.2重量％的半纤维素，24.1重量％的木质素。其余部分由有机酸、蛋白质和非蛋白质氮物质、脂质、矿物盐、树脂和残留橡胶构成。
如上所述分析了第一水相，获得以下结果(表5中所示)：
-产率：81.4％(相对于起始生物质中存在的半纤维素总量)；
-C6降解：0.0％；
-C5降解：1.1％；
-C5含量：79.2％。
实施例16(发明)
将885g的水、5.3g(55.14mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)(第一量的有机酸)和5.5g(56.2mmol)的硫酸(H2SO4)(第一量的无机酸)(R1＝0.13mmol/g)放在露天的2l Brignole高压釜中。随后，添加来源于先前磨碎的银胶菊植物(Parthenium argentatum)(筛至小于2mm)的135g的蔗渣(2)。最后，添加根据等式(1)和接下来的等式确定的另外7.0g(71.4mmol)的硫酸(H2SO4)(第二量的无机酸)(R2＝0.53mmol/g；R最低＝0.41mmol/g)：总mTOT＝182.7mmol。
将如此获得的第一反应混合物保持剧烈搅拌(600rpm)，直至在45分钟内其达到140℃的温度，得到第二反应混合物，其包含含有木质素和纤维素的第一固相和含有来自半纤维素的糖的第一水相。
在使高压釜冷却至室温后，通过过滤分离所述各相。
如上所述确定的起始生物质的组成如下：相对于起始生物质的总重量，47.0重量％的纤维素，20.2重量％的半纤维素，26.8重量％的木质素。其余部分由有机酸、蛋白质和非蛋白质氮物质、脂质和矿物盐构成。
如上所述分析了第一水相，获得以下结果(表6中所示)：
-产率：95.2％(相对于起始生物质中存在的半纤维素总量)；
-C6降解：0.0％；
-C5降解：4.3％；
-C5含量：80.7％。
实施例17(发明)
将885g的水、3.3g(34.3mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)(第一量的有机酸)和7.6g(77.5mmol)的硫酸(H2SO4)(第一量的无机酸)(R1＝0.13mmol/g)放在露天的2l Brignole高压釜中。随后，添加来源于先前磨碎的银胶菊植物(Parthenium argentatum)(筛至小于2mm)的135g的蔗渣(2)。最后，添加根据等式(1)和接下来的等式确定的另外7.0g(71.4mmol)的硫酸(H2SO4)(第二量的无机酸)(R2＝0.53mmol/g；R最低＝0.25mmol/g)：总mTOT＝183.2mmol。
将如此获得的第一反应混合物保持剧烈搅拌(600rpm)，直至在45分钟内其达到140℃的温度，得到第二反应混合物，其包含含有木质素和纤维素的第一固相和含有来自半纤维素的糖的第一水相。
在使高压釜冷却至室温后，通过过滤分离所述各相。
如上所述确定的起始生物质的组成如下：相对于起始生物质的总重量，47.0重量％的纤维素，20.2重量％的半纤维素，26.8重量％的木质素。其余部分由有机酸、蛋白质和非蛋白质氮物质、脂质和矿物盐构成。
如上所述分析了第一水相，获得以下结果(表6中所示)：
-产率：95.0％(相对于起始生物质中存在的半纤维素总量)；
-C6降解：0.0％；
-C5降解：4.6％；
-C5含量：81.2％。
实施例18(比较)
将885g的水、2.1g(21.8mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)(第一量的有机酸)和8.7g(88.7mmol)的硫酸(H2SO4)(第一量的无机酸)(R1＝0.13mmol/g)放在露天的2l Brignole高压釜中。随后，添加来源于先前磨碎的银胶菊植物(Parthenium argentatum)(筛至小于2mm)的135g的蔗渣(1)。最后，添加根据等式(1)和接下来的等式确定的另外7.0g(71.4mmol)的硫酸(H2SO4)(第二量的无机酸)(R2＝0.53mmol/g；R最低＝0.16mmol/g)：总mTOT＝181.9mmol。
将如此获得的第一反应混合物保持剧烈搅拌(600rpm)，直至在45分钟内其达到140℃的温度，得到第二反应混合物，其包含含有木质素和纤维素的第一固相和含有来自半纤维素的糖的第一水相。
在使高压釜冷却至室温后，通过过滤分离所述各相。
如上所述确定的起始生物质的组成如下：相对于起始生物质的总重量，47.0重量％的纤维素，20.2重量％的半纤维素，26.8重量％的木质素。其余部分由有机酸、蛋白质和非蛋白质氮物质、脂质和矿物盐构成。
如上所述分析了第一水相，获得以下结果(表6中所示)：
-产率：79.4％(相对于起始生物质中存在的半纤维素总量)；
-C6降解：0.0％；
-C5降解：1.5％；
-C5含量：78.8％。
表1.从蔗渣(1)的酸水解获得的结果
(*):相对于水的量(G1)，根据上述等式(1)确定的酸的摩尔数；
(**):相对于生物质的量(G2)，根据上述等式(1)确定的酸的摩尔数。
表2.从蔗渣(2)的酸水解获得的结果
(*):相对于水的量(G1)，根据上述等式(1)确定的酸的摩尔数；
(**):相对于生物质的量(G2)，根据上述等式(1)确定的酸的摩尔数。
表3利用多种量的H2 SO 4从蔗渣(1)的酸水解获得的结果
(*):相对于水的量(G1)，根据上述等式(1)确定的酸的摩尔数；
(**):相对于生物质的量(G2)，根据上述等式(1)确定的酸的摩尔数。
表4利用多种量的H2 SO 4从蔗渣(2)的酸水解获得的结果
(*):相对于水的量(G1)，根据上述等式(1)确定的酸的摩尔数；
(**):相对于生物质的量(G2)，根据上述等式(1)确定的酸的摩尔数。
表5对于不同R最低比率(mmol/g)(*)，从蔗渣(1)的酸水解获得的结果
(*):R最低(mmol/g)定义了有机酸(CH3-SO3H)的摩尔数(mmol)与所用生物质(G2)之间的比率，以便根据上述等式(1)获得酸的总摩尔数mTOT，使用了无机酸H2SO4。
表6对于不同R最低比率(mmol/g)(*)，从蔗渣(2)的酸水解获得的结果
(*):R最低(mmol/g)定义了有机酸(CH3-SO3H)的摩尔数(mmol)与所用生物质(G2)之间的比率，以便根据上述等式(1)获得酸的总摩尔数mTOT，使用了无机酸H2SO4
表1[蔗渣(1)]中显示的数据表明：
-实施例1(比较)，其中相对于所用水的量(G1)使用了量m1(mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)，而没有进一步添加根据等式(1)和接下来的等式确定的量m2(mmol)的有机或无机酸，其具有低的糖产率[产率(％)](80.3％)；此外，从参数R1＝0.13mmol/g、R2＝0.00mmol/g和R最低＝0.82mmol/g的检查明显看出，R2的值不符合本发明；
-实施例2(比较)，其中相对于所用水的量(G1)使用了量m1(mmol)的硫酸(H2SO4)，而没有进一步添加根据等式(1)和接下来的等式确定的量m2(mmol)的有机或无机酸，其具有低的糖产率[产率(％)](69.1％)，低于实施例1(比较)；此外，相对于实施例1(比较)，观察到羟甲基糠醛(HMF)不是以微不足道的量形成(降解率等于1.7％)，并且降解成糠醛(F)显著增加(降解率等于3.2％)；此外，从参数R1＝0.12mmol/g、R2＝0.00mmol/g和R最低＝0.00mmol/g的检查明显看出，R2和R最低的值不符合本发明；
-实施例3(发明)，其中相对于所用水的量(G1)使用了量m1(mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)，并且相对于所用生物质的量(G2)，使用了根据等式(1)和接下来的等式确定的量m2(mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)，其具有高的糖产率[产率(％)](95.0％)；也没有观察到羟甲基糠醛(HMF)的形成(降解率为0.0％)；此外，从参数R1＝0.13mmol/g、R2＝0.55mmol/g和R最低＝1.37mmol/g的检查明显看出，R1、R2和R最低的值符合本发明；
-实施例7(发明)，其中相对于所用水的量(G1)使用了量m1(mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)，并且相对于所用生物质的量(G2)，使用了根据等式(1)和接下来的等式确定的量m2(mmol)的硫酸(H2SO4)，其具有与实施例3(发明)相当的高的糖产率[产率(％)](95.1％)；最后，观察到降解成糠醛(F)(降解率等于4.5％)，与其实施例3(发明)中获得的相当，因此证实了使用硫酸(H2SO4)不会不利地影响糖产率或降解为糠醛；此外，从参数R1＝0.13mmol/g、R2＝0.54mmol/g和R最低＝0.82mmol/g的检查明显看出，R1、R2和R最低的值符合本发明。
表2[蔗渣(2)]中显示的数据表明：
-实施例4(比较)，其中相对于所用水的量G1使用了量m1(mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)，而没有进一步添加根据等式(1)和接下来的等式确定的量m2(mmol)的有机或无机酸，其具有低的糖产率[产率(％)](79.9％)；此外，从参数R1＝0.13mmol/g、R2＝0.00mmol/g和R最低＝0.82mmol/g的检查明显看出，R2的值不符合本发明；
-实施例5(比较)，其中相对于所用水的量(G1)使用了量m1(mmol)的硫酸(H2SO4)，而没有进一步添加根据等式(1)和接下来的等式确定的量m2(mmol)的有机或无机酸，其具有低的糖产率[产率(％)](68.4％)，并且低于实施例5(比较)；此外，相对于实施例5(比较)，观察到羟甲基糠醛(HMF)以不可忽视的量形成(降解率等于2.4％)，并且糠醛(F)降解显著增加(降解率等于3.6％)；此外，从参数R1＝0.12mmol/g、R2＝0.00mmol/g和R最低＝0.00mmol/g的检查明显看出，R2和R最低的值不符合本发明；
-实施例6(发明)，其中相对于所用水的量(G1)使用了量m1(mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)，并且相对于所用生物质的量(G2)，使用了根据等式(1)和接下来的等式确定的量m2(mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)，其具有高的糖产率[产率(％)](95.2％)；此外，没有观察到羟甲基糠醛(HMF)的形成(降解率为0.0％)；此外，从参数R1＝0.13mmol/g、R2＝0.55mmol/g和R最低＝1.37mmol/g的检查明显看出，R1、R2和R最低的值符合本发明；
-实施例8(发明)，其中相对于所用水的量(G1)使用了量m1(mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)，并且相对于所用生物质的量(G2)，使用了根据等式(1)和接下来的等式确定的量m2(mmol)的硫酸(H2SO4)，其具有与实施例6(发明)相当的高的糖产率[产率(％)](95.4％)；最后，存在着降解成糠醛(F)(降解率等于4.5％)，与其实施例6(发明)中获得的相当，因此证实了使用硫酸(H2SO4)不会不利地影响糖产率或降解为糠醛；此外，从参数R1＝0.13mmol/g、R2＝0.54mmol/g和R最低＝0.82mmol/g的检查明显看出，R1、R2和R最低的值符合本发明。
表3[蔗渣(1)]中显示的数据表明：
-实施例7(发明)，其中相对于所用水的量G1使用了量m1(mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)，并且相对于所用生物质的量(G2)，使用了根据等式(1)和接下来的等式确定的量m2(mmol)的硫酸(H2SO4)，其具有高的糖产率[产率(％)](95.1％)；此外，没有观察到羟甲基糠醛(HMF)的形成(降解率为0.0％)；此外，从参数R1＝0.13mmol/g、R2＝0.54mmol/g和R最低＝0.82mmol/g的检查明显看出，R1、R2和R最低的值符合本发明；
-实施例9(比较)，其中相对于所用水的量G1使用了量m1(mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)，并且相对于所用生物质的量(G2)，使用了少于根据等式(1)和接下来的等式所确定量的量m2(mmol)的硫酸(H2SO4)，其具有比实施例7(发明)低的糖产率[产率(％)](87.8％)；此外，从参数R1＝0.13mmol/g、R2＝0.23mmol/g和R最低＝0.82mmol/g的检查明显看出，R2的值不符合本发明；
-实施例10(比较)，其中相对于所用水的量G1使用了量m1(mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)，并且相对于所用生物质的量(G2)，使用了高于根据等式(1)和接下来的等式所确定量的量m2(mmol)的硫酸(H2SO4)，其具有比实施例7(发明)低的糖产率[产率(％)](86.1％)；降解成糠醛(F)也显著增加(降解率等于7.2％)；此外，从参数R1＝0.13mmol/g、R2＝0.82mmol/g和R最低＝0.82mmol/g的检查明显看出，R2的值不符合本发明。
表4[蔗渣(2)]中显示的数据表明：
-实施例8(发明)，其中相对于所用水的量G1使用了量m1(mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)，并且相对于所用生物质的量(G2)，使用了根据等式(1)和接下来的等式确定的量m2(mmol)的硫酸(H2SO4)，其具有高的糖产率[产率(％)](95.4％)；此外，没有观察到羟甲基糠醛(HMF)的形成(降解率为0.0％)；此外，从参数R1＝0.13mmol/g、R2＝0.54mmol/g和R最低＝0.82mmol/g的检查表明，R1、R2和R最低的值符合本发明；
-实施例11(比较)，其中相对于所用水的量G1使用了量m1(mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)，并且相对于所用生物质的量(G2)，使用了少于根据等式(1)和接下来的等式所确定量的量m2(mmol)的硫酸(H2SO4)，其具有比实施例8(发明)低的糖产率[产率(％)](84.7％)；此外，从参数R1＝0.13mmol/g、R2＝0.23mmol/g和R最低＝0.82mmol/g的检查表明，R2的值不符合本发明；
-实施例12(比较)，其中相对于所用水的量G1使用了量m1(mmol)的甲磺酸(CH3-SO3H)，并且相对于所用生物质的量(G2)，使用了高于根据等式(1)和接下来的等式所确定量的量m2(mmol)的硫酸(H2SO4)，其具有比实施例8(发明)低的糖产率[产率(％)](86.3％)；降解成糠醛(F)也显著增加(降解率等于7.4％)；此外，从参数R1＝0.13mmol/g、R2＝0.82mmol/g和R最低＝0.82mmol/g的检查表明，R2的值不符合本发明。
表5[蔗渣(1)]中显示的数据表明：
-实施例13(发明)，其中使用甲磺酸(CH3-SO3H)和硫酸(H2SO4)，其具有高的糖产率[产率(％)](95.1％)，并且降解成糠醛(F)(降解率等于4.6％)与实施例3、6、7和8(发明)中获得的相当，因此证实使用硫酸(H2SO4)不会不利地影响糖的产率或降解成糠醛；特别地，通过参数R1＝0.13mmol/g、R2＝0.53mmol/g和R最低＝0.41mmol/g的检查表明，R1、R2和R最低的值符合本发明；
-实施例14(发明)，其中使用甲磺酸(CH3-SO3H)和硫酸(H2SO4)，其具有高的糖产率[产率(％)](95.4％)，并且降解为糠醛(F)(降解率等于4.2％)与实施例3、6、7和8(发明)中获得的相当，因此证实使用硫酸(H2SO4)不会不利地影响糖的产率或降解成糠醛；特别地，通过参数R1＝0.13mmol/g、R2＝0.53mmol/g和R最低＝0.25mmol/g的检查表明，R1、R2和R最低的值符合本发明；
实施例15(比较)，其中使用甲磺酸(CH3-SO3H)和硫酸(H2SO4)，其具有低的糖产率[产率(％)](81.4％)；特别地，通过参数R1＝0.13mmol/g、R2＝0.53mmol/g和R最低＝0.16mmol/g的检查表明，R最低的值不符合本发明(即存在不足量的有机酸)。
表6[蔗渣(2)]中显示的数据表明：
-实施例16(发明)，其中使用甲磺酸(CH3-SO3H)和硫酸(H2SO4)，其具有高的糖产率[产率(％)](95.2％)，并且降解为糠醛(F)(降解率等于4.3％)与实施例3、6、7和8(发明)中获得的相当，因此证实使用硫酸(H2SO4)不会不利地影响糖的产率或降解成糠醛；特别地，通过参数R1＝0.13mmol/g、R2＝0.53mmol/g和R最低＝0.41mmol/g的检查表明，R1、R2和R最低的值符合本发明；
-实施例17(发明)，其中使用甲磺酸(CH3-SO3H)和硫酸(H2SO4)，其具有高的糖产率[产率(％)](95.0％)，并且降解为糠醛(F)(降解率等于4.6％)与实施例3、6、7和8(发明)中获得的相当，因此证实使用硫酸(H2SO4)不会不利地影响糖的产率或降解成糠醛；特别地，通过参数R1＝0.13mmol/g、R2＝0.53mmol/g和R最低＝0.25mmol/g的检查表明，R1、R2和R最低的值符合本发明；
-实施例18(比较)，其中使用甲磺酸(CH3-SO3H)和硫酸(H2SO4)，其具有低的糖产率[产率(％)](79.4％)；特别地，通过参数R1＝0.13mmol/g、R2＝0.53mmol/g和R最低＝0.16mmol/g的检查表明，R最低的值不符合本发明(即存在不足量的有机酸)。
还应当指出，使用蔗渣(1)或蔗渣(2)给出可比较的结果，其支持以下事实：对于本发明的目的而言，获得蔗渣的方法是无关紧要的。
Claims (8)
1.用于从来源于银胶菊植物的生物质生产糖的方法，包括使一定量的所述生物质(G2)(g)与一定量的水(G1)(g)并且与至少一种有机酸和任选的至少一种无机酸接触以获得混合物，所述至少一种有机酸和任选存在的所述至少一种无机酸的使用量使得根据以下等式(1)计算出所述混合物中包含的所述至少一种有机酸和任选存在的所述至少一种无机酸的总摩尔数(mTOT)：
mTOT＝m1+m2 (1)，
其中m1和m2分别根据以下等式(2)和(3)定义：
m1＝R1·G1 (2)
m2＝R2·G2 (3)
其中：
-R1(mmol/g)是所述至少一种有机酸的第一量(mmol)和任选存在的所述至少一种无机酸的第一量(mmol)与所用水的量G1(g)之间的比率，R1为0.06mmol/g至0.25mmol/g，优选为0.09mmol/g至0.18mmol/g，所述至少一种有机酸的所述第一量(mmol)和任选存在的所述至少一种无机酸的所述第一量(mmol)取决于所述水的量G1(g)；
-R2(mmol/g)是：
-在不存在所述至少一种无机酸的情况下，所述至少一种有机酸的第二量(mmol)与所用生物质的量G2(g)之间的比率；或
-在存在所述至少一种无机酸的情况下，所述至少一种有机酸的所述第二量(mmol)与所述至少一种无机酸的第二量(mmol)的总和与所用生物质的量G2(g)之间的比率；或
-在存在所述第二量(mmol)的所述至少一种无机酸并且不存在所述第二量(mmol)的所述至少一种有机酸的情况下，所述至少一种无机酸的所述第二量(mmol)与所用生物质的量G2(g)之间的比率；所述至少一种有机酸的所述第二量(mmol)和所述至少一种无机酸的所述第二量(mmol)取决于生物质的量G2(g)；
R2为0.90R(mmol/g)至1.10R(mmol/g)，优选0.95R(mmol/g)至1.05R(mmol/g)，R通过以下算法(4)确定，所述算法(4)通过以下基本操作获得：
(i)制备体积V(l)的所述至少一种有机酸和任选存在的至少第一量(mmol)的所述至少一种无机酸的水溶液，所述水溶液的pH(1)低于7，优选为0.7至3；
(ii)向(i)中所获得的所述水溶液中加入一定量的在120℃下干燥15小时的生物质Q(g)，相对于所获得的混合物的总重量，所述生物质的量优选小于或等于60重量％，更优选为2重量％至40重量％；
(iii)测量在(ii)中所获得的所述混合物的pH，所述pH在下文中称为pH(2)；
(iv)根据以下算法(4)确定R：
R＝(10-pH (1)-10-pH (2))·1000·V/Q) (4)
其中pH(1)、pH(2)、V和Q具有与上文相同的含义，上述基本操作在室温下进行；
条件是所述至少一种有机酸的存在量使得根据以下等式(5)定义出R最低比率(mmol/g)：
R最低＝m有机酸/G2 (5)
其中m有机酸是存在的有机酸的mmol，且(G2)具有与上文相同的含义，其大于或等于0.20mmol/g，优选地大于或等于0.25mmol/g，并且如果所述至少一种无机酸存在，则所述mmol的有机酸(m有机酸)的存在量小于酸的两个量的总和，即无机酸的量(mmol)和有机酸的量(mmol)的总和，所述总和对应于以上等式(1)中限定的总摩尔数mTOT。
2.根据权利要求1所述的用于从来源于银胶菊植物的生物质生产糖的方法，其中所述来源于银胶菊植物的生物质是来自对所述银胶菊植物进行的提取过程的蔗渣。
3.根据权利要求1或2所述的用于从来源于银胶菊植物的生物质生产糖的方法，其中在与水并且与所述至少一种有机酸和任选的至少一种无机酸接触之前，对所述生物质进行初步研磨过程；优选地，研磨所述生物质以获得直径为0.1mm至10mm、更优选0.5mm至4mm、还更优选低于2mm的颗粒。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用于从来源于银胶菊植物的生物质生产糖的方法，其中所述至少一种有机酸选自具有通式(I)的烷基磺酸：
R-SO3H (1)
其中R代表直链或支链的C1-C6烷基，优选C1-C3烷基；
优选是甲磺酸(CH3-SO3H)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用于从来源于银胶菊植物的生物质生产糖的方法，其中所述至少一种无机酸选自强无机酸，例如盐酸(HCl)、硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)或其混合物；优选地是硫酸(H2SO4)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于从来源于银胶菊植物的生物质生产糖的方法，其中所述方法包括：
(a)使一定量的所述生物质(G2)(g)与一定量的水(G1)(g)并且与至少一种有机酸和任选的至少一种无机酸在反应器中接触，以获得第一反应混合物；
(b)将所述反应器在20分钟至2小时、优选40分钟至1小时的时间内加热到期望的温度，优选100℃至180℃，更优选130℃至150℃，以获得包含第一固相和第一水相的第二反应混合物；
(c)任选地，将包含第一固相和第一水相的所述第二反应混合物在所述期望温度下保持30秒至1小时、优选5分钟至20分钟的时间；
(d)从所述反应器回收所述第二反应混合物。
7.根据权利要求6所述的用于从来源于银胶菊植物的生物质生产糖的方法，其中：
-相对于所述第一反应混合物的总重量，所述生物质以1重量％至60重量％、优选5重量％至45重量％、甚至更优选10重量％至30重量％的量存在于所述第一反应混合物中；和/或
-所述反应器选自具有连续生物质进料的淤浆反应器(CSTR-连续搅拌釜式反应器)；和/或
-所述第一固相包含木质素和纤维素，并且所述第一水相包含至少一种具有5个碳原子(C5)的糖，和任选的至少一种具有6个碳原子(C6)的糖，和所述至少一种有机酸和任选的所述至少一种无机酸。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用于从来源于银胶菊植物的生物质生产糖的方法，其中所述银胶菊植物是银胶菊(Parthenium argentatum)物种。
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