專利名稱：將木素纖維素生物質(zhì)加工為固定的高水平的干物質(zhì)含量的制作方法
將木素纖維素生物質(zhì)加工為固定的高水平的干物質(zhì)含量發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總的來說涉及加工木素纖維素生物質(zhì)的方法并涉及木素纖維素生物質(zhì)的 預(yù)處理的方法。尤其，本發(fā)明提供固定木素纖維素生物質(zhì)中的水分水平至接近材料的固有 持水容量的水平的方法。背景生物乙醇提供對化石燃料的有前景的替代，提供不破壞全球大氣二氧化碳平衡的 可再生的且“碳中和”的能量來源。在生物乙醇前體的其他可能來源之中，木素纖維素生物 質(zhì)能夠被酶水解，以提供可發(fā)酵的碳水化合物。但是，由于木素纖維素的復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)， 木素纖維素僅能在一些使得纖維素的纖維易于接受酶催化的預(yù)處理之后，被目前已知的酶 活性有效率地水解。這樣的預(yù)處理過程通常包括加熱至100°c至250°C之間的相對高的溫 度。從木素纖維素生物質(zhì)生產(chǎn)大規(guī)模生物乙醇需要大規(guī)模的預(yù)處理和加工。因此，降低成 本或以其他方式增加生物乙醇在生產(chǎn)規(guī)模上的商業(yè)生存力的生物質(zhì)預(yù)處理和加工的方法 引起人們強烈的興趣。嚴(yán)重影響從木素纖維素生物質(zhì)生產(chǎn)生物乙醇的總成本的兩個因素是從發(fā)酵混合 物蒸餾乙醇的能量成本和生物質(zhì)預(yù)處理的能量成本。如果發(fā)酵混合物的乙醇含量超過4%，那么乙醇蒸餾的能量成本能夠被大大降低。 但是，為了實現(xiàn)發(fā)酵混合物中的這些高乙醇水平而不需要昂貴而且低效率的額外的加工 步驟，預(yù)處理過的木素纖維素生物質(zhì)的酶水解應(yīng)該在相對高的干物質(zhì)(DM)含量(至少約 15%-20%)下進(jìn)行。以往為了實現(xiàn)發(fā)酵混合物中的高DM含量的嘗試已經(jīng)由于在預(yù)處理期 間產(chǎn)生的發(fā)酵抑制物的積累以及在酶水解和發(fā)酵期間產(chǎn)生的其他問題而受阻。見，例如參 考文獻(xiàn)1-7。但是，最近報道了用于預(yù)處理過的木素纖維素生物質(zhì)的酶水解的生產(chǎn)規(guī)模的方法 在高于20%的DM時是有效力的且有效的。這些方法提供使用在WO 2006/56838(參考文獻(xiàn) 8)中描述的“自由下落”混合的生物質(zhì)的液化和糖化，所述專利以其全部內(nèi)容在此以引用方 式并入。當(dāng)生物質(zhì)在高DM時預(yù)處理時，預(yù)處理的能量成本能夠被降低。生物質(zhì)的較大的干 物質(zhì)含量對應(yīng)于降低的水分。因此，在預(yù)處理期間，生物質(zhì)的干物質(zhì)含量越大，被浪費于加 熱水分的能量就越少。因此，在預(yù)處理期間實現(xiàn)木素纖維素生物質(zhì)的最高可能的DM水平 (最低可能的水分水平)而不導(dǎo)致發(fā)酵混合物的乙醇產(chǎn)率(％理論值)的最終降低總體上 是有利的。優(yōu)化的預(yù)處理條件需要生物質(zhì)具有一定的水分。木素纖維素生物質(zhì)的最終乙醇 產(chǎn)率(％理論值)總體上被提高到在其中纖維素纖維不含空氣的條件下預(yù)處理木素纖維 素生物質(zhì)的程度。容易地暴露于潮濕的生物質(zhì)隨時間推移能夠最終實現(xiàn)纖維素纖維的 均勻的水飽和。但是，這樣的“浸透”方式是緩慢的，而且因此不適合于生產(chǎn)規(guī)模的預(yù)處 理。生物質(zhì)的水分在生產(chǎn)規(guī)模上先前通過在預(yù)處理前的浸泡和按壓已經(jīng)被優(yōu)化，例如，如 W02007/009463(參考文獻(xiàn)9)中描述的，以其全部內(nèi)容在此以引用方式并入。在浸泡在過量的水溶液中，然后按壓以移除盡可能多的水分之后，木素纖維素生物質(zhì)通常將包含對應(yīng)大 于約30%的DM的水分的“飽和水平”。雖然這樣的浸泡和按壓的方法是有效的，但是它們需要用于按壓的額外能量、用 于浸泡的時間延遲以及額外的加工步驟。這些帶入了額外的成本并降低了生產(chǎn)效率。因此，提供適合于生產(chǎn)規(guī)模的連續(xù)加工中使用的、快速提供纖維素纖維的快速地 均勻的水飽和，且能量成本低和盡可能少的加工步驟的加工木素纖維素生物質(zhì)的方法是有 利的。發(fā)明概述在一些實施方案中，本發(fā)明提供加工木素纖維素生物質(zhì)的方法，其中生物質(zhì)用足 以提供接近材料的固有持水容量(inherent water holding capacity)的水分水平的量的 水溶液浸濕，然后任選地使用按揉水分至木素纖維素纖維中的混合器充分地混合。附圖簡述

圖1顯示在優(yōu)選的實施方案中用于按揉水分至木素纖維素纖維中的混合器。圖2顯示在連續(xù)的預(yù)處理過程中加入水或水溶液的可選擇的裝置和適合于實施 本發(fā)明的實施方案的混合器。圖3顯示在20%至50%的固定的干物質(zhì)含量時，纖維素轉(zhuǎn)化率(％)與通過本發(fā) 明的方法預(yù)處理的木素纖維素生物質(zhì)的酶水解的時間的函數(shù)。圖4顯示在35%的固定的干物質(zhì)含量時，混合時間(從10-30分鐘)對作為通過 本發(fā)明的方法預(yù)處理的木素纖維素生物質(zhì)的酶水解時間的函數(shù)的纖維素轉(zhuǎn)化率(％)的影 響。優(yōu)選實施方案的詳細(xì)描述如本文使用的，下述術(shù)語具有下述含義(i)木素纖維素生物質(zhì)木素纖維素生物質(zhì)是指來源于其中碳水化合物內(nèi)含物基本上是纖維素和半纖維 素而且包含多于5%木質(zhì)素的植物或其他有機體的材料。纖維素是主要由β-1，4-糖苷鍵 連接的D-葡萄糖單體組成的具有高達(dá)10，000的聚合度的多糖。半纖維素是包含不同的 單體殘基且具有低于200的聚合度的復(fù)合異質(zhì)多糖，所述不同的單體殘基包括D-葡萄糖、 D-半乳糖、D-甘露糖、D-木糖、L-阿拉伯糖、D-葡萄糖醛酸和4-0-甲基-D-葡萄糖醛酸。 木質(zhì)素是由苯丙烷聚合形成的且包含不同的單體的復(fù)合芳族網(wǎng)絡(luò)(aromatic network)，所 述不同的單體包括P-香豆醇、松柏醇和芥子醇，它們通常通過芳基甘油基-β -芳基醚鍵連 接。如本文使用的術(shù)語包括加工過的材料，例如紙，以及原始的天然材料，例如農(nóng)業(yè)廢物。木 素纖維素生物質(zhì)通常將包含水分。包含木素纖維素生物質(zhì)作為主要的固體組分的水和/或 劑和/或溶劑的混合物也可以被稱為“一種”在如所使用的術(shù)語的含義內(nèi)的木素纖維素生 物質(zhì)。木素纖維素生物質(zhì)的碳水化合物組成可在預(yù)處理期間改變。(ii)干物質(zhì)干物質(zhì)是指不溶的材料。通常，干物質(zhì)包括不可溶的纖維。(iii)生物質(zhì)的固有持水容量生物質(zhì)的固有持水容量是指已經(jīng)在例如WO 2007/009463中描述的“浸泡和按壓” 過程中被“浸泡”的生物質(zhì)在反復(fù)按壓之后仍然保持的水或水溶液的量。
(iv)固定的干物質(zhì)含量和充分地混合固定的干物質(zhì)含量(fixed dry matter content)是指在預(yù)處理和/或酶水解之 前調(diào)整的木素纖維素生物質(zhì)的水分含量(moisture content)。干物質(zhì)含量通過加入足以 提供生物質(zhì)的固有持水容量的80% -120%之間的水分水平的一定量的水或包含一種或多 種化學(xué)添加劑的水溶液，然后充分地混合而被調(diào)整或“固定”。如果基本上所有的木素纖維 素生物質(zhì)的干物質(zhì)都被加入的水或水溶液浸濕，那么混合是“充分的”。如果基本上所有的 水或水溶液都被摻入纖維內(nèi)，且基本上沒有過量的水或水溶液未被摻入纖維內(nèi)，除了不超 過所加入超過生物質(zhì)的固有持水容量的100%的水或水溶液的量，那么干物質(zhì)含量是“固定 的”。浸泡通常包括未摻入纖維內(nèi)的過量的水，所述過量的水大于(>)生物質(zhì)的固有持水 容量的120%，并且不提供如本文所使用的固定的干物質(zhì)含量。(ν)按揉水分水分通過使水分經(jīng)受起到交替地壓縮纖維然后使纖維恢復(fù)到松弛狀態(tài)的某種形 式的混合而被按揉至浸濕的生物質(zhì)纖維中。按揉水分至浸濕的生物質(zhì)纖維中的混合器的 實例是Cormall Multimix MTX雙螺旋鉆家畜飼料混合器(two auger livestock feed mixer)。(vi)預(yù)處理預(yù)處理是指對木素纖維素生物質(zhì)的使其組分更接受將碳水化合物聚合體轉(zhuǎn)化成 可發(fā)酵的糖的酶的操作。熱預(yù)處理是指其中生物質(zhì)被加熱到100°c或更高的溫度的預(yù)處理。(vii)酶水解酶水解是指使用包含一種或多種溶細(xì)胞酶(cellulytic enzyme)的酶活性的混合 物，以使得將纖維素內(nèi)容物以至少20%的理論產(chǎn)率轉(zhuǎn)化為碳水化合物的方式來處理木素纖 維素生物質(zhì)。一些實施方案提供加工木素纖維素生物質(zhì)的方法，其包括-提供木素纖維素生物質(zhì)-加入足以提供在生物質(zhì)的固有持水容量的80%-120%之間的水分水平的量的 水或水溶液，以及-在給予剪切力和/或按壓力的組合的混合器中混合，以致生物質(zhì)在60分鐘內(nèi)，或 可選地在30分鐘內(nèi)，或可選地在20分鐘內(nèi)，或可選地在10分鐘內(nèi)被充分地混合，其中所述具有固定的干物質(zhì)含量的混合生物質(zhì)隨后經(jīng)受熱預(yù)處理和/或酶水解。另外的實施方案提供加工木素纖維素生物質(zhì)的方法，其包括-提供木素纖維素生物質(zhì)-加入足以提供在生物質(zhì)的固有持水容量的80%-120%之間的水分水平的量的 水或水溶液，以及-在按揉水分至木素纖維素纖維中的混合器中充分地混合，其中所述具有固定的 干物質(zhì)含量的混合生物質(zhì)隨后經(jīng)受熱預(yù)處理和/或酶水解。本發(fā)明的實施方案可以以分批的、半連續(xù)的或連續(xù)的操作模式實施。在優(yōu)選的實施方案中，干物質(zhì)含量被固定在相當(dāng)于大于85%但小于100%的生物 質(zhì)固有持水容量的水分含量的水平。在更優(yōu)選的實施方案中，干物質(zhì)含量被固定在相當(dāng)于 大于95%但小于100%的生物質(zhì)固有持水容量的水分含量的水平。在還更優(yōu)選的實施方案，其他的實施方案中，干物質(zhì)含量被固定在相當(dāng)于約100%的生物質(zhì)固有持水容量的水分 含量的水平。在優(yōu)選的實施方案中，木素纖維素生物質(zhì)的干物質(zhì)含量被大規(guī)模地固定，具有至 少40kg的干物質(zhì)質(zhì)量、或具有大于50kg、或大于100kg、或大于1000kg、或大于10，OOOkg的干物質(zhì)質(zhì)量。在一些實施方案的實施中，可以使用具有大于約50%的固有干物質(zhì)含量的任何適 合的木素纖維素生物質(zhì)原料，至少包括玉米秸桿、麥稈、稻草、甘蔗渣、玉米纖維、硬木塊、 軟木塊、堅果殼、玉米芯、草包括但不限于海岸狗牙草(Bermuda grass)和柳枝稷、紙包括報 紙、廢紙和來源于化工紙漿的紙、分類垃圾、棉短絨(cotton seed hair)、空果串以及本領(lǐng) 域已知的其他材料。木素纖維素生物質(zhì)可通過切碎、研磨、球磨或其他機械處理過程來預(yù)加工。在優(yōu)選的實施方案中，木素纖維素生物質(zhì)的顆粒大小的分布在預(yù)處理前將有80% 落入Icm至IOcm的范圍內(nèi)。在其他的實施方案中，木素纖維素生物質(zhì)的顆粒大小的分布將 有80%落入0. 5cm至15cm的范圍內(nèi)。在優(yōu)選的實施方案的實施中，例如通過測量已經(jīng)在例如W02007/009463中描述的 “浸泡和按壓”過程中被“浸泡”的生物質(zhì)在按壓之后仍然保持的水分含量來測定木素纖維 素生物質(zhì)的固有持水容量是有幫助的。例如，麥稈通常具有相當(dāng)于約42% DM的固有持水容量。在優(yōu)選的實施方案中，木素纖維素生物質(zhì)的固有DM含量首先通過干燥至無重量 損失的手段或通過本領(lǐng)域已知的任何方法測定。之后，足以提供在生物質(zhì)的固有持水容量 的80% -120%之間的水分水平的量的水或水溶液可以基于木素纖維素生物質(zhì)的干質(zhì)量而 被容易地測定。例如，對于10，OOOkg的具有干物質(zhì)含量92. 0%的麥稈，應(yīng)該加入30，000升 的水或水溶液以提供約30%的干物質(zhì)含量(水分含量約固有持水容量的120%)。對于同樣 的木素纖維素生物質(zhì)，為提供約40%的干物質(zhì)含量(水分含量約固有持水容量的103% )， 僅需要加入23，000升水或水溶液。在其他的實施方案中，木素纖維素生物質(zhì)的干物質(zhì)含量能夠目測地或基于對照物 或以前的經(jīng)驗來評估。在其他的實施方案中，水或水溶液的適當(dāng)?shù)牧磕軌虮还浪?，或可以一些加工限?(例如水的可用性)的約束內(nèi)變化的量加入。例如，可以通過加入雖然足夠的但未精確測量 的量的水或水溶液，將干物質(zhì)含量不精確地固定在30% -40%之間，即其不超過30%的干 物質(zhì)需要的量。適合用于一些實施方案的實施的水溶液可包含酸、堿、鹽、金屬或其他化學(xué)添加 劑、酶或微生物。在優(yōu)選的實施方案中，加入弱酸溶液。最佳的PH通常是在3. 5-4.0之間。 這降低用于預(yù)處理的熱需求，而且防止“熱處理過的(cooked) ”生物質(zhì)粘著于反應(yīng)容器或連 通管路。預(yù)處理過的生物質(zhì)的洗滌流出物或提取物通常含有乙酸，可作為適合用于一些實 施方案的實施的水溶液加入。在優(yōu)選的實施方案中，木素纖維素生物質(zhì)和加入的水或水溶液可使用按揉水分至 木素纖維素纖維中的混合器充分地混合。適合用于優(yōu)選的實施方案的實施的一種這樣的 混合器在圖1中圖示。在本實施例5中，該混合器裝有一系列的螺旋鉆。圖I(A)提供優(yōu)選的混合器的端視圖而圖I(B)提供優(yōu)選的混合器的側(cè)視圖。如在圖I(B)中顯示的，在本 實施例5中，混和器包括被垂直于生物質(zhì)流安裝的一系列的螺旋鉆。如在圖I(A)中顯示 的，每個螺旋鉆具有刀片，其沿著相同的軸定位以從每一端提供相反的螺旋運動，使得來自 任一端的生物質(zhì)被運送向螺旋鉆的中央。在螺旋鉆的中央，生物質(zhì)被向上“射出”，這可以 被描述為水的“鼴鼠丘(molehill)”。加入的生物質(zhì)被向上“射出”，然后自然地落下返回 至螺旋鉆中。來自每個“鼴鼠丘”的生物質(zhì)中的一些穿過混合器向前移動到系列螺旋鉆的 下一個螺旋鉆。生物質(zhì)的穩(wěn)定態(tài)流入和流出混合器是通過生物質(zhì)的向混合器的一端的恒 定流入以及被充分地混合的生物質(zhì)從定位于混合器的相對端的出口的恒定移出來建立。 混合的時間能夠通過調(diào)整被充分地混合的生物質(zhì)的移出速率以及因此未被混合的生物質(zhì) 的導(dǎo)入速率來調(diào)整。按揉水分至木素纖維素纖維的其他適合的混合器至少包括類似于在 W08002458、US20070274151、W007089144、W007083998、US20050105390、US20050094486 和 US20030169639(參考文獻(xiàn)10-16)中描述的混合器中的任何一種的混合器。在其他的實施方案中，使用給予剪切力和/或按壓力的組合的混合器充分地混合 木素纖維素生物質(zhì)和加入的水或水溶液，以致生物質(zhì)在60分鐘內(nèi)、或可選地在30分鐘內(nèi)、 或可選地在20分鐘內(nèi)、或可選地在10分鐘內(nèi)被充分地混合。在又其他的實施方案中，可通 過提供在60分鐘內(nèi)、或可選地在30分鐘內(nèi)、或可選地在20分鐘內(nèi)、或可選地在10分鐘內(nèi) 基本上所有的水或水溶液都被摻入纖維內(nèi)而基本上沒有過量的水或水溶液未被摻入纖維 內(nèi)的任何手段混合木素纖維素生物質(zhì)和加入的水或水溶液。在一些實施方案的實施中，水或水溶液可作為通常在較短的時間中被吸收的冷液 體、或作為蒸汽或蒸汽和液體的組合加入。在一些實施方案的實施中，水或水溶液可被直接 地加入混合器中。可選擇地，水或水溶液可通過其中生物質(zhì)在外力或重力或運送力的作用 下落入混合器中的垂直柱加入。其他可能的配置能夠被容易地被想象。圖2圖示了在連續(xù) 的預(yù)處理過程中的水或水溶液的加入的兩個可選擇的裝置與適合于本發(fā)明的實施方案的 實施的混合器。在最優(yōu)選的實施方案中，生物質(zhì)與適合的量的水或水溶液同時地加入混合 器中?？蛇x擇地，可以噴灑生物質(zhì)，例如其下落穿過運送生物質(zhì)的柱。用本發(fā)明的實施方案加工之后，生物質(zhì)能夠通過任何熱預(yù)處理來預(yù)處理，并且還 可以進(jìn)行任何預(yù)處理后的加工。在一些實施方案中，可以使用不需要預(yù)處理的生物質(zhì)。例如，廢紙和其他紙漿原料 不需要熱預(yù)處理但可以直接地被用于酶水解。實施例1以下數(shù)據(jù)來源于位于丹麥的Fredericia的Inbicon的IBUS試驗工廠。切割過的 麥稈和液體在KUHN Euromix II型1460飼料混合器中混合?；旌现蠼竦柠湺挼母晌?質(zhì)含量在20%至50% DM之間變化，這相當(dāng)于生物質(zhì)的固有持水容量的138%至86%之間 的水分水平。500kg切割過的麥稈(長度為2cm-10cm)被加入混合器中。調(diào)整的量的液體被噴 灑到麥稈上。然后啟動混合器，而且液體被按揉入麥稈。在混合器中的停留時間是30分鐘。 在混合后，測量浸濕的麥稈中的干物質(zhì)含量，并且發(fā)現(xiàn)該干物質(zhì)含量與計算值一致。以這種 方式，制備具有20、30、40和50 士 DM的含量的浸濕的麥稈樣品。兩個樣品以40% DM制 備，相當(dāng)于生物質(zhì)的固有持水容量的約103%的水分水平。
這些樣品被加載于Inbicon的試驗預(yù)處理設(shè)備中。在這個試驗工廠中，浸濕的麥 稈以連續(xù)的方式被185°C蒸汽處理10分鐘。作為對照，為與“固定的干物質(zhì)”樣品的比較，還預(yù)處理了浸濕過且按壓過的麥 稈。在對照樣品中，切割過的麥稈被在80°C熱液體中浸泡5分鐘-10分鐘。浸泡后，麥稈以 18% -22%的干物質(zhì)含量預(yù)處理，這相當(dāng)于在生物質(zhì)的固有持水容量的141%至134%之間 的水分水平。預(yù)處理必須確保使得木素纖維素內(nèi)容物的結(jié)構(gòu)可接受酶水解，而且同時有害的抑 制性副產(chǎn)物(例如乙酸、糖醛和羥甲基糖醛)的濃度保持很低。因此，在熱預(yù)處理之后，預(yù) 處理過的麥稈用水或冷凝物洗滌，之后被按壓。在預(yù)處理后的洗滌和按壓之后，纖維素纖維 具有約25% -35%的干物質(zhì)含量。預(yù)處理過的麥稈被收集在塑料包中，并在1°C _5°C貯存 直至使用。評價在設(shè)置為12% DM的情況下在搖瓶中預(yù)處理過的麥稈樣品的纖維素的可轉(zhuǎn)化 性，其中樣品被同時糖化和發(fā)酵(SSF)。預(yù)處理過的纖維碎片用乙酸緩沖液稀釋、用在50°C 使用5. OFPU(g DM”的載酶量的Novozyml88和Celluclast 1. 5FG預(yù)水解6小時，之后在 30°C-33°C用常規(guī)的面包酵母(Baker酵母，De Danske Spritfabrikker)同時糖化和發(fā)酵 (SSF) 144 小時。圖3顯示在蒸汽預(yù)處理之前以30% -40%的干物質(zhì)水平固定生物質(zhì)的干物質(zhì)(相 當(dāng)于生物質(zhì)的持水容量的120%至103% )提供在纖維素轉(zhuǎn)化率上與通常18% -22%的干 物質(zhì)(相當(dāng)于固有持水容量的141%至134% )的浸泡相等的產(chǎn)率。因此，通過本發(fā)明的實施方案的實施，通過在預(yù)處理期間降低生物質(zhì)的水分來降 低能量消耗、降低流線加工步驟以及降低加工時間而不損失產(chǎn)率是可能的。但是，如在圖1 中顯示的，在50%的干物質(zhì)含量(僅相當(dāng)于生物質(zhì)的持水容量的約86% )，纖維素轉(zhuǎn)化的產(chǎn) 率相對于浸濕被相當(dāng)大地降低。實施例2這些數(shù)據(jù)來源于位于丹麥的Fredericia的Inbicon的IBUS試驗工廠。切割過的 麥稈和液體在KUHN Euromix II 1460型飼料混合器中混合。混合之后浸濕的麥稈的干物 質(zhì)含量是35%，其相當(dāng)于生物質(zhì)的持水容量的約112%。500kg切割過的麥稈(長度為2cm-10cm)被加入混合器中。足以提供約35%的干 物質(zhì)含量的預(yù)設(shè)定的量的水溶液被噴灑到麥稈上。之后啟動混合器，并且液體被按揉入麥 稈。在混合器中的停留時間在10分鐘至30分鐘之間變化。在混合后，測量浸濕的麥稈中 的干物質(zhì)含量，并且發(fā)現(xiàn)該干物質(zhì)含量與計算值一致。以這種方式，制備具有35% 士 1%DM 的含量的浸濕的麥稈樣品。這些樣品被加載于Inbicon的試驗預(yù)處理設(shè)備中。在這個試驗工廠中，浸濕的麥 稈以連續(xù)的方式在185°C蒸汽處理10分鐘。預(yù)處理必須確保使得木素纖維素內(nèi)容物的結(jié)構(gòu)可接受酶水解，而且同時有害的抑 制性副產(chǎn)物(例如乙酸、糖醛和羥甲基糖醛)的濃度保持很低。因此，在熱預(yù)處理之后，預(yù) 處理的麥稈用水或冷凝物洗滌，之后被按壓。在預(yù)處理后的洗滌和按壓之后，纖維素纖維具 有約25% -35%的干物質(zhì)含量。預(yù)處理過的麥稈被收集在塑料包中并在1°C _5°C貯存直至 使用。
評價在設(shè)置為12% DM的情況下在搖瓶中預(yù)處理過的麥稈樣品的纖維素的可轉(zhuǎn)化 性，其中樣品被同時糖化和發(fā)酵(SSF)。預(yù)處理過的纖維碎片用乙酸緩沖液稀釋、用在50°C 使用5. OFPU(g DM”的載酶量的Novozyml88和Celluclast 1. 5FG預(yù)水解6小時，之后在 30°C-33°C用常規(guī)的面包酵母(Baker' s酵母，De Danske Spritfabrikker)同時糖化和 發(fā)酵(SSF)400小時。圖4顯示，在蒸汽預(yù)處理之前在固定的干物質(zhì)混合器中10分鐘和30分鐘之間的 停留時間確保纖維素轉(zhuǎn)化的相等產(chǎn)率。因此，通過本發(fā)明的實施方案的實施，通過在預(yù)處理期間經(jīng)由提供在60分鐘內(nèi)、 或可選地在30分鐘內(nèi)、或可選地在20分鐘內(nèi)、或可選地在10分鐘內(nèi)完全地混合的加工降 低生物質(zhì)的水分，來降低能量消耗、降低流線加工步驟以及降低加工時間而不損失產(chǎn)率是 可能的。實施例3這些數(shù)據(jù)來源于位于丹麥的Fredericia的Inbicon的IBUS試驗工廠。油棕的干 燥空水果串(fruit bunch) (EFB)和液體被在KUHN EUROMIX II 1460型飼料混合器中混合。500kg的EFB (約5cm-10cm的平均纖維長度)被加入混合器中。調(diào)節(jié)的量的液體 被噴灑到EFB上。然后啟動混合器，而且液體被按揉入EFB。在混合器中的停留時間是60 分鐘。在混合后，測量浸濕的EFB中的干物質(zhì)含量，并且發(fā)現(xiàn)該干物質(zhì)含量與計算值一致。 以這種方式，制備具有25和35士 DM的含量的浸濕的EFB樣品。這些樣品被加載于Inbicon的試驗預(yù)處理設(shè)備中。在這個試驗工廠中，浸濕的EFB 以連續(xù)的方式被在200°C蒸汽處理12分鐘。預(yù)處理必須確保使得木素纖維內(nèi)容物的結(jié)構(gòu)可接受酶水解，而且同時有害的抑制 性副產(chǎn)物(例如乙酸、糖醛和羥甲基糖醛)的濃度保持很低。因此，在熱預(yù)處理之后，預(yù)處 理過的EFB用水或冷凝物洗滌，之后被按壓。在預(yù)處理后的洗滌和按壓之后，纖維素纖維具 有約25% -35%的干物質(zhì)含量。預(yù)處理過的EFB被收集在塑料包中并在1°C _5°C貯存直至 使用。評價在設(shè)置為12% DM的情況下在搖瓶中預(yù)處理過的EFB樣品的纖維素的可轉(zhuǎn)化 性，其中樣品被同時糖化和發(fā)酵(SSF)。預(yù)處理過的纖維碎片用乙酸緩沖液溶解、用在50°C 使用0. 21ml (g纖維素Γ1的載酶量的ACCELLERASE 1500 (Genencor)預(yù)水解6小時，之后 在30°C _33°C用常規(guī)的面包酵母(Baker' s酵母，De Danske Spritfabrikker)同時糖化 和發(fā)酵(SSF) 144小時。在這些實驗中達(dá)到88%的纖維素轉(zhuǎn)化率。實施例和描述提供具體的實施方案的代表性實施例而且不意在限制本發(fā)明的范 圍。參考文獻(xiàn)1 P. Sassner 等 Α "Bioethanol production based on simultaneous saccharification and fermentation of steam-pre-treated Salix at high dry matter content (基于對蒸汽預(yù)處理過的柳木的同時糖化和發(fā)酵的以高干物質(zhì)含量的生物乙醇生 產(chǎn))，，，Enzyme and Microbial Technology (2006) 39 :756 ；2 Μ. Alkasrawi 等人，"Inf luence of strain and cultivation procedure onthe performance of simultaneous saccharfication and fermentation of steam pre-treated spruce (種系和培養(yǎng)方法對蒸汽預(yù)處理過的云杉的同時糖化和發(fā)酵的影 口向)”，Enzyme and Microbial Technology(2006) 38 :279 ；3 A. Rudolf 等人，"A comparison between batch and fed-batch simultaneous saccharification and fermentation of steam pre-treated spruce ( ^^b 過的云杉的同時糖化和發(fā)酵的分批和補料分批之間的比較)”，Enzyme md Microbial Technology(2005) 37 :195 ；4 Μ· Ballesteros 等人，“Ethanol production from paper material using a simultaneous saccharfication and fermentation system in a fed-batch basis(基 于補料分批的使用同時糖化和發(fā)酵體系的從紙材料的乙醇生產(chǎn))”，World Journal of Microbiology & Biotechnology(2002), 18 :559.5 Charlotte Tengborg，Mats Galbe， 禾口 Guido Zacchi Influence of Enzyme Loading and Physical Parameters on the Enzymatic Hydrolysis of Steam-Pre-treated Softwood(載酶量和物理參數(shù)對蒸汽預(yù)處理過的軟木的酶水解的影 響)，Biotechnol. Prog. 2001，17，110-117 ；6 Hanne R. Sorensen W Sven Pedersen 禾口 Anne S. Meyer* 本!Optimization of Reaction Conditions for Enzymatic Viscosity Reduction and Hydrolysis of Wheat Arabinoxylan in an Industrial Ethanol Fermentation Residue Biotechnol (用 于在工業(yè)乙醇發(fā)酵殘留物的生物技術(shù)中小麥阿拉伯木聚糖的酶粘性降低和水解的反應(yīng)條 件的優(yōu)化)· Prog. 2006，22，505-513 ；7 Eniko Varga, Helene B.Klinke, Kati Reczey, Anne Belinda Thomsen :High Solid Simultaneous Saccharification and Fermentation of Wet Oxidized Corn Stover to Ethanol (濕的氧化玉米秸桿向乙醇的高固體同時糖化和發(fā)酵)，BIOTECHNOLOGY AND BI0ENGINEERING，第 88 卷，第 5 期，2004 年 12 月 5 日；8 WO 2006/568389 WO 2007/00946310W0800245811US2007027415112W00708914413W00708399814US2005010539015US2005009448616US20030169639
權(quán)利要求
1.一種加工木素纖維素生物質(zhì)的方法，其包括 -提供木素纖維素生物質(zhì)-加入足以提供所述生物質(zhì)的固有持水容量的80% -120%之間的水分水平的量的水 或水溶液，以及-在給予剪切力和/或按壓力的組合的混合器中混合，以致所述生物質(zhì)在60分鐘內(nèi)被 充分地混合，其中所述具有固定的干物質(zhì)含量的混合生物質(zhì)隨后經(jīng)受熱預(yù)處理和/或酶水解。
2.—種加工木素纖維素生物質(zhì)的方法，其包括 -提供木素纖維素生物質(zhì)-加入足以提供在所述生物質(zhì)的固有持水容量的80% -120%之間的水分水平的量的 水或水溶液，以及-在按揉水分至木素纖維素纖維中的混合器中充分地混合，其中所述具有固定的干物質(zhì)含量的混合生物質(zhì)隨后經(jīng)受熱預(yù)處理和/或酶水解。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述生物質(zhì)在30分鐘內(nèi)被充分地混合。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述生物質(zhì)在20分鐘內(nèi)充分地混合。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述生物質(zhì)在10分鐘內(nèi)充分地混合。
6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述生物質(zhì)包括至少100kg。
7.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述生物質(zhì)的特征是具有在預(yù)處理前具有80% 落入Icm至IOcm的范圍內(nèi)的顆粒大小的分布。
8.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中水溶液包含酸、堿、鹽或其他化學(xué)添加劑。
9.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中水或水溶液加入生物質(zhì)正在降落穿過的垂直柱內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述生物質(zhì)不需要在酶水解之前的熱預(yù)處理。
11.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中水或水溶液具有3.5至4. 0之間的pH。
12.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中水或水溶液作為冷液體加入。
13.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中水或水溶液作為蒸汽或蒸汽和液體的混合物加入。
14.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中生物質(zhì)使用雙螺旋鉆混合器充分地混合。
15.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述生物質(zhì)包括玉米秸桿、麥稈、稻草、甘蔗渣、 玉米纖維、硬木塊、軟木塊、堅果殼、玉米芯、草、紙、分類垃圾、棉短絨或空果串中的一種或 多種。
全文摘要
本發(fā)明總的來說涉及加工木素纖維素生物質(zhì)的方法并涉及木素纖維素生物質(zhì)的預(yù)處理的方法。尤其，本發(fā)明提供固定木素纖維素生物質(zhì)中的水分水平至接近材料的固有持水容量的水平的方法。
文檔編號C12P19/00GK102057051SQ200980121675
公開日2011年5月11日 申請日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月10日
發(fā)明者簡·拉森, 雅各布·韋伯-佩德森 申請人:因比肯公司