交叉引用

本申請要求2015年12月9日提交的美國臨時(shí)申請第62/089,704號(hào)的權(quán)益，所述申請通過引用完整并入本文。

背景技術(shù)：

在從生物質(zhì)生產(chǎn)預(yù)處理終產(chǎn)物時(shí)，盡可能快速高效地進(jìn)行預(yù)處理水解反應(yīng)是有用的。碳水化合物聚合物的水解和與木質(zhì)素分離的主要問題可能是產(chǎn)生各種副產(chǎn)物的可能性，這些副產(chǎn)物抑制纖維素的后續(xù)酶擊或者所產(chǎn)生的糖的發(fā)酵。抑制劑形成的風(fēng)險(xiǎn)和期望碳水化合物的損失可能隨著預(yù)處理時(shí)段延長而增加。此外，較長的預(yù)處理時(shí)間的能量需求可能增加該過程的成本。

增加的抑制劑還可能由于延長的酶水解和發(fā)酵時(shí)間而使成本升高，并且可能影響發(fā)酵終產(chǎn)物的產(chǎn)率。然而，減少的預(yù)處理水解時(shí)段可能意味著碳水化合物與木質(zhì)素和蛋白質(zhì)材料的不完全分離。此外，由此產(chǎn)生的結(jié)晶纖維素的不完全水解可能降低可用于酶水解和進(jìn)一步發(fā)酵成期望終產(chǎn)物的碳水化合物。碳水化合物和隨后發(fā)酵產(chǎn)物的這種降低的產(chǎn)率會(huì)令整個(gè)生物質(zhì)利用過程更加昂貴。

用于預(yù)處理的方法和系統(tǒng)通常涉及在壓力和熱量下使用或不使用酸或堿長時(shí)段地處理生物質(zhì)，所述長時(shí)段可以是一小時(shí)或更長時(shí)間。因此，需要能夠高效處理生物質(zhì)的更快速的做法，以便不僅降低預(yù)處理過程的成本，而且也降低酶水解和隨后發(fā)酵的成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在第一方面，本文公開了用于每天預(yù)處理至少一干噸生物質(zhì)的工業(yè)規(guī)模方法，所述方法包括：(a)將所述生物質(zhì)以每天至少一干公噸(mt)生物質(zhì)的速率進(jìn)給到擠出系統(tǒng)中，所述擠出系統(tǒng)包括限定包括進(jìn)料區(qū)和反應(yīng)區(qū)的內(nèi)腔室的筒體；以及(b)在所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)以升高的溫度和壓力對(duì)所述生物質(zhì)進(jìn)行處理達(dá)約少于20秒以生產(chǎn)經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)組合物，所述生物質(zhì)組合物包括液體餾分和固體顆粒，所述液體餾分包含單糖，而所述固體顆粒包含纖維素。

在一些實(shí)施方案中，所述擠出系統(tǒng)還包括一個(gè)或多個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿，所述一個(gè)或多個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿被配置用于使所述生物質(zhì)從所述進(jìn)料區(qū)并通過所述反應(yīng)區(qū)而移動(dòng)通過所述擠出系統(tǒng)。在一些實(shí)施方案中，所述一個(gè)或多個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿包括一個(gè)或多個(gè)部分，所述一個(gè)或多個(gè)部分被配置用于從所述生物質(zhì)形成一個(gè)或多個(gè)栓塞，以將所述內(nèi)腔室分離成包括所述進(jìn)料區(qū)和所述反應(yīng)區(qū)在內(nèi)的兩個(gè)或更多個(gè)區(qū)。一些實(shí)施方案包括一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿。一些實(shí)施方案包括兩個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿。

在一些實(shí)施方案中，所述生物質(zhì)進(jìn)給的速率至少約為2干mt/天、3干mt/天、4干mt/天、5干mt/天、7.5干燥mt/天、10干mt/天、15干mt/天、20干mt/天、25干mt/天、50干mt/天、75干mt/天、100干mt/天、150干mt/天或200干mt/天。

一些實(shí)施方案還包括在所述反應(yīng)區(qū)之前向所述生物質(zhì)添加液體。在一些實(shí)施方案中，所述液體是水。在一些實(shí)施方案中，通過所述筒體上的一個(gè)或多個(gè)可密封端口將所述液體添加到所述進(jìn)料區(qū)中。在一些實(shí)施方案中，添加所述液體以將所述生物質(zhì)的水分含量增加至約從10-90％、15-85％、20-80％、30-70％或者約40-60％w/v。

在一些實(shí)施方案中，在所述反應(yīng)區(qū)中對(duì)所述生物質(zhì)進(jìn)行處理達(dá)少于19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2或1秒。在一些實(shí)施方案中，在所述反應(yīng)區(qū)中對(duì)所述生物質(zhì)進(jìn)行處理約達(dá)5至15秒。

在一些實(shí)施方案中，所述升高的溫度約為50-500℃、75-400℃、100-350℃、150-300℃或200-250℃。在一些實(shí)施方案中，所述升高的溫度約為150-300℃。

在一些實(shí)施方案中，所述升高的壓力約為50-1000psi、100-750psi、200-600psi、300-500psi或350-450psi。在一些實(shí)施方案中，所述升高的壓力約為300-500psi。

一些實(shí)施方案還包括將蒸汽注入到所述生物質(zhì)中以增加溫度和壓力。在一些實(shí)施方案中，將所述蒸汽注入到所述反應(yīng)區(qū)中。在一些實(shí)施方案中，所述蒸汽通過所述筒體中的一個(gè)或多個(gè)可密封端口注入。

一些實(shí)施方案還包括向所述反應(yīng)區(qū)中的所述生物質(zhì)添加化學(xué)劑。在一些實(shí)施方案中，所述化學(xué)劑包括酸、堿或其組合。在一些實(shí)施方案中，所述化學(xué)劑包括的酸是硫酸、過氧乙酸、乳酸、甲酸、乙酸、檸檬酸、磷酸、鹽酸、亞硫酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、草酸、苯甲酸或其組合。在一些實(shí)施方案中，所述化學(xué)劑包括的酸是硫酸。在一些實(shí)施方案中，添加所述化學(xué)劑約至0.1-20％w/v、1-15％w/v、1.5-10％w/v、1-10％w/v、1-5％w/v或2-4％w/v的水平。在一些實(shí)施方案中，添加所述化學(xué)劑約至2-4％w/v的水平。

在一些實(shí)施方案中，所述液體餾分包含與基于所述生物質(zhì)的理論最大值相比至少50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％產(chǎn)率的c5單糖。在一些實(shí)施方案中，所述液體餾分包含與基于生物量的理論最大值相比至少70％產(chǎn)率的c5單糖。

在一些實(shí)施方案中，所述液體餾分包含與基于所述生物質(zhì)的理論最大值相比少于50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％或5％產(chǎn)率的c6單糖。在一些實(shí)施方案中，所述液體餾分包含與基于所述生物質(zhì)的理論最大值相比少于35％產(chǎn)率的c6單糖。

在一些實(shí)施方案中，所述固體顆粒具有約1-500μm，1-250μm，1-200μm或1-150μm的大小范圍。在一些實(shí)施方案中，所述固體顆粒具有約15-25μm的平均大小。

在一些實(shí)施方案中，所述方法產(chǎn)生低水平的一種或多種抑制劑化合物。在一些實(shí)施方案中，所述一種或多種抑制劑化合物包括甲酸、乙酸、羥甲基糠醛(hmf)、糠醛或其組合。在一些實(shí)施方案中，每mt干生物質(zhì)產(chǎn)生小于30、25、20、15、10或5kg的甲酸。在一些實(shí)施方案中，每mt干生物質(zhì)產(chǎn)生小于100、80、60、50、40、30、25、20、15、10或5kg的乙酸。在一些實(shí)施方案中，每mt干生物質(zhì)產(chǎn)生小于20、15、10、7.5、5、4、3、2或1kg的羥甲基糠醛(hmf)。在一些實(shí)施方案中，每mt干生物質(zhì)產(chǎn)生少于20、15、10、7.5、5、4、3、2或1kg的糠醛。

在一些實(shí)施方案中，所述生物質(zhì)包括藻類、玉米、草、秸稈、谷物殼、木材、樹皮、木屑、紙、楊木、柳木、柳枝稷、苜蓿、牧場須芒草、糖棕櫚、水椰棕櫚、木薯、高粱、蜀黍、白薯、糖蜜、塊莖、根、梗、西米、木番薯、樹薯、豌豆、豆類、土豆、甜菜、水果、果核、高粱、甘蔗、水稻、小麥、全麥、黑麥、大麥、竹子、種子、燕麥或其組合，或者其衍生物或副產(chǎn)物。在一些實(shí)施方案中，所述其衍生物或副產(chǎn)物包括玉米秸稈、玉米棒、玉米醪、玉米纖維、青貯飼料、甘蔗渣、酒糟、酒糟干可溶物、干酒糟、濃縮酒糟可溶物、濕酒糟、具有可溶物的干酒糟、纖維、果皮、稻草、稻殼、小麥秸稈、大麥秸稈、種皮殼、燕麥殼、食品廢物、城市污水廢物或其組合。在一些實(shí)施方案中，所述生物質(zhì)包括木質(zhì)生物質(zhì)。

一些實(shí)施方案還包括用一種或多種酶水解包含纖維素的所述固體顆粒以產(chǎn)生單糖。

本文還提供了由本文所公開的所述方法中的任一種生產(chǎn)的經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)組合物。

本發(fā)明還提供了包含c6單糖的糖流，其由本文所公開的所述方法中的任一種生產(chǎn)的所述固體顆粒的酶水解所生產(chǎn)。

在第二方面，本文公開了用于每天工業(yè)規(guī)模預(yù)處理至少一干噸生物質(zhì)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：(a)筒體，其限定內(nèi)腔室，并且包括靠近所述筒體第一端的入口端口和在所述筒體第二端處的端部法蘭盤；(b)一個(gè)或多個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿，其被配置用于使所述生物質(zhì)移動(dòng)通過所述筒體的內(nèi)腔室并且容納一個(gè)或多個(gè)部分，所述一個(gè)或多個(gè)部分被配置用于從所述生物質(zhì)形成一個(gè)或多個(gè)栓塞，以將所述筒體的內(nèi)腔室分離成包括進(jìn)料區(qū)和反應(yīng)區(qū)在內(nèi)的兩個(gè)或更多個(gè)區(qū)；以及(c)壓力致動(dòng)排出閥，其連接到所述端部法蘭盤并且被配置成響應(yīng)于所述筒體內(nèi)的壓力而打開和關(guān)閉，從而允許連續(xù)生產(chǎn)包含液體餾分和固體顆粒的經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)組合物，所述液體餾分包含單糖，而所述固體顆粒包含纖維素。

一些實(shí)施方案包括一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿。一些實(shí)施方案包括兩個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿。

一些實(shí)施方案還包括被配置用于使所述一個(gè)或多個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)。在一些實(shí)施方案中，所述馬達(dá)被配置用于使所述一個(gè)或多個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿以約100、250、400、500、750、1000、1100、1250、1500或2000rpm旋轉(zhuǎn)。

在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)能夠以至少約2干mt/天、3干mt/天、4干mt/天、5干mt/天、7.5干mt/天、10干mt/天、15干mt/天、20干mt/天、25干mt/天、50干mt/天、75干mt/天、100干mt/天、150干mt/天或200干mt/天的速率處理生物質(zhì)。

在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括連接到所述入口端口的料斗，用于向所述進(jìn)料區(qū)中進(jìn)給所述生物質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，所述料斗還包括進(jìn)料器，所述進(jìn)料器被配置用于使所述生物質(zhì)從所述料斗移動(dòng)通過所述入口端口。在一些實(shí)施方案中，所述進(jìn)料器是被配置用于向所述進(jìn)料區(qū)中均衡地分配所述生物質(zhì)的遞送螺旋鉆。在一些實(shí)施方案中，所述料斗包括一個(gè)或多個(gè)可密封端口，所述一個(gè)或多個(gè)可密封端口被配置用于向所述料斗中的生物質(zhì)添加液體。

在一些實(shí)施方案中，所述筒體還包括一個(gè)或多個(gè)可密封端口，所述一個(gè)或多個(gè)可密封端口被配置用于向所述進(jìn)料區(qū)中的生物質(zhì)添加液體。

在一些實(shí)施方案中，所述可旋轉(zhuǎn)螺桿能夠在約少于20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2或1秒內(nèi)輸送生物質(zhì)通過所述反應(yīng)區(qū)。在一些實(shí)施方案中，所述可旋轉(zhuǎn)螺桿能夠在約5至15秒內(nèi)輸送生物質(zhì)通過所述反應(yīng)區(qū)。

在一些實(shí)施方案中，所述筒體還包括一個(gè)或多個(gè)可密封端口，所述一個(gè)或多個(gè)可密封端口被配置用于向所述反應(yīng)區(qū)添加蒸汽。在一些實(shí)施方案中，所述桶還包括熱護(hù)套。

在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)被配置用于維持所述反應(yīng)區(qū)中升高的溫度。在一些實(shí)施方案中，所述升高的溫度由蒸汽、熱護(hù)套或其組合提供。在一些實(shí)施方案中，所述升高的溫度約為50-500℃、75-400℃、100-350℃、150-300℃或200-250℃。

在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)被配置用于維持所述反應(yīng)區(qū)中升高的壓力。在一些實(shí)施方案中，通過添加蒸汽、液體、生物質(zhì)或其組合來維持所述升高的壓力。在一些實(shí)施方案中，所述升高的壓力約為50-1000psi、100-750psi、200-600psi、300-500psi或350-450psi。

在一些實(shí)施方案中，所述筒體還包括一個(gè)或多個(gè)可密封端口，所述一個(gè)或多個(gè)可密封端口被配置用于向所述反應(yīng)區(qū)添加一種或多種化學(xué)劑。在一些實(shí)施方案中，所述化學(xué)劑包括酸，堿或其組合。

在一些實(shí)施方案中，所述壓力致動(dòng)排出閥包括提升閥、浮球閥、止回閥或旋轉(zhuǎn)刀閘閥。在一些實(shí)施方案中，所述壓力致動(dòng)排出閥包括提升閥。

在一些實(shí)施方案中，所述壓力致動(dòng)排出閥連接至致動(dòng)器。在一些實(shí)施方案中，所述致動(dòng)器是氣動(dòng)致動(dòng)器、液壓致動(dòng)器、機(jī)電致動(dòng)器或其組合。

在一些實(shí)施方案中，所述致動(dòng)器在工作中耦合到背壓控制單元。在一些實(shí)施方案中，所述背壓控制單元在工作中耦合到一個(gè)或多個(gè)壓力計(jì)。在一些實(shí)施方案中，所述一個(gè)或多個(gè)壓力計(jì)經(jīng)由所述筒體中的一個(gè)或多個(gè)可密封端口監(jiān)測所述筒體中的壓力。在一些實(shí)施方案中，所述一個(gè)或多個(gè)壓力計(jì)中的至少一個(gè)被配置用于監(jiān)測所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)的壓力。

在一些實(shí)施方案中，所述筒體還包括一個(gè)或多個(gè)端口，所述一個(gè)或多個(gè)端口包括溫度計(jì)、壓力計(jì)或其組合。

在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括閃蒸罐。在一些實(shí)施方案中，所述閃蒸罐在所述經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)組合物離開所述壓力致動(dòng)排出閥時(shí)收集所述經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)組合物。

在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)被配置用于生產(chǎn)所述液體餾分，所述液體餾分包含與基于所述生物質(zhì)的理論最大值相比至少70％產(chǎn)率的c5單糖。

在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)被配置用于生產(chǎn)所述液體餾分，所述液體餾分包含與基于所述生物質(zhì)的理論最大值相比小于35％產(chǎn)率的c6單糖。

在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)被配置用于生產(chǎn)大小范圍約為1-500μm、1-250μm、1-200μm或1-150μm的固體顆粒。

在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)被配置用于生產(chǎn)平均大小約為15-25μm的固體顆粒。

在一些實(shí)施方案中，所述生物質(zhì)包括木質(zhì)生物質(zhì)。

援引并入

本說明書中提及的所有出版物、專利和專利申請均通過引用而并入本文，程度如同具體地和單獨(dú)地指出通過引用而并入每個(gè)單獨(dú)的出版物、專利或?qū)＠暾?。?dāng)通過引用并入的術(shù)語達(dá)到與本文定義的術(shù)語相沖突的程度時(shí)，以本說明書為準(zhǔn)。

附圖說明

本發(fā)明的新穎特征在隨附權(quán)利要求中具體闡述。通過參考闡述了利用本發(fā)明原理的說明性實(shí)施方案的以下詳細(xì)描述和附圖，將會(huì)對(duì)本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)獲得更好的理解，在附圖中：

圖1是用于本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。

圖2是用于本發(fā)明的裝置的實(shí)施方案的不完整水平剖視圖，圖示了附接至本發(fā)明的雙螺桿擠出機(jī)的筒體、螺桿和端閥。

圖3是類似于圖2的視圖的截面圖，描繪了具有雙螺桿的擠出機(jī)。

圖4是鄰接排出閥端部的擠出機(jī)端板的截面圖。

圖5是擠出機(jī)端板以及鄰接擠出機(jī)端部的閥板開口的示意性截面圖。

圖6是鄰接擠出機(jī)端部的排出閥板端部的截面圖，示出了密封件面層(“sealfacing”)。

圖7是從雙螺桿排出到出口孔口過渡的不完全水平剖視圖。

圖8是用于閥組件的外殼的水平剖視圖。

圖9是示出了閥組件如何裝配到外殼中的圖8的示意圖。

圖10是閥組件在外殼中的水平剖視圖。

圖11是用作排出閥的逐漸擴(kuò)張文丘里管的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖，其中該閥大部分關(guān)閉。

圖12是圖11的逐漸擴(kuò)張文丘里管實(shí)施方案的示意圖，其中該閥大部分打開。

圖13是示出根據(jù)本文公開的方法的實(shí)施方案的預(yù)處理之后的櫻桃木屑生物質(zhì)的顆粒大小分布的圖表。

具體實(shí)施方式

如說明書和所附權(quán)利要求書中所使用，單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”和“該”包括復(fù)數(shù)的指代，除非上下文另有明確規(guī)定。因此，例如，提及“一個(gè)純化單體”包括兩種或更多種純化單體的混合物。本文所使用的術(shù)語“包括”與“包含”、“含有”或“特征為”同義，并且是包含性的或開放式的，而非排除附加的、未記載的元素或方法步驟。

本說明書中所使用的表示成分的量、反應(yīng)條件等的所有數(shù)字應(yīng)被理解為在所有情況下均由術(shù)語“約”修飾。因此，除非另有相反指示，本文所闡述的數(shù)值參數(shù)是能夠根據(jù)尋求獲得的期望性質(zhì)而改變的近似值。至少，并且并非試圖將本申請的等同原則限制于要求本申請優(yōu)先權(quán)的任何申請的任何權(quán)利要求的范圍，每個(gè)數(shù)值均應(yīng)當(dāng)根據(jù)有效數(shù)位的數(shù)目以及普通舍入方法來解釋。

除非另有明確說明，否則無論本文中何處使用了短語“例如”、“諸如”、“包括”等，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為短語“但不限于”緊隨其后。因此，“例如乙醇產(chǎn)物”意味著“例如但不限于乙醇產(chǎn)物”。

在本說明書和隨后的權(quán)利要求書中，將提及應(yīng)被定義為具有以下含義的多個(gè)術(shù)語。除非另有表征，否則本文使用的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解相同的含義。

定義

除非另有表征，本文使用的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解相同的含義。

“可選的”或“可選地”是指隨后描述的事件或境況可能發(fā)生或者可能不發(fā)生，并且該描述包括所述事件或境況發(fā)生的情況以及不發(fā)生的情況。例如，短語“培養(yǎng)基可以可選地含有葡萄糖”意味著培養(yǎng)基可能含有或者可能不含有葡萄糖作為成分，并且該描述包括含葡萄糖的培養(yǎng)基和不含葡萄糖的培養(yǎng)基。

“約”意味著提及的數(shù)字指示加或減該提及的數(shù)字指示的10％。例如，術(shù)語約4將包括3.6到4.4的范圍。

發(fā)酵是一種厭氧化學(xué)過程，通過發(fā)酵分解諸如葡萄糖和木糖等分子以釋放能量，并合成發(fā)酵終產(chǎn)物。工業(yè)發(fā)酵過程開始于合適的微生物，諸如酵母和細(xì)菌，以及指定條件，諸如仔細(xì)調(diào)整營養(yǎng)物濃度。產(chǎn)物有許多種類型：來自各種糖的酵母發(fā)酵的醇、甘油和二氧化碳；來自各種細(xì)菌的丁醇、丙酮、乳酸、谷氨酸一鈉和乙酸；以及來自霉菌發(fā)酵的檸檬酸、葡萄糖酸和少量抗生素、維生素b12以及核黃素(維生素b2)。乙醇和/或丁醇通過淀粉或糖的發(fā)酵生產(chǎn)，并且是液體生物燃料的重要來源。

“發(fā)酵性終產(chǎn)物”和“發(fā)酵終產(chǎn)物”在本文中可互換使用，以包括適合作為液體燃料、氣體燃料、三酰基甘油(tag)、試劑、化學(xué)原料、化學(xué)添加劑、加工助劑、食品添加劑、生物塑料和生物塑料前體以及其他產(chǎn)物的生物燃料、化學(xué)品、化合物。發(fā)酵性終產(chǎn)物的示例包括但不限于1,4二酸(琥珀酸、富馬酸和蘋果酸)、2,5呋喃二羧酸、3羥基丙酸、天冬氨酸、葡糖二酸、谷氨酸、衣康酸、乙酰丙酸、3-羥基丁內(nèi)酯、甘油、山梨糖醇、木糖醇/阿拉伯糖醇、丁二醇、丁醇、甲烷、甲醇、乙烷、乙烯、乙醇、正丙烷、1-丙烯、1-丙醇、丙醛、丙酮、丙酸酯、正丁烷、1-丁烯、1-丁醇、丁醛、丁酸酯、異丁醛、異丁醇、2-甲基丁醛、2-甲基丁醇、3-甲基丁醛、3-甲基丁醇、2-丁烯、2-丁醇、2-丁酮、2,3-丁二醇、3-羥基-2-丁酮、2,3-丁二酮、乙苯、乙烯基苯、2-苯基乙醇、苯乙醛、1-苯基丁烷、4-苯基-1-丁烯、4-苯基-2-丁烯、1-苯基-2-丁烯、1-苯基-2-丁醇、4-苯基-2-丁醇、1-苯基-2-丁酮、4-苯基-2-丁酮、1-苯基-2,3-丁二醇、1-苯基-3-羥基-2-丁酮、4-苯基-3-羥基-2-丁酮、1-苯基-2,3-丁二酮、正戊烷、乙基苯酚、乙烯基苯酚、2-(4-羥基苯基)乙醇、4-羥基苯基乙醛、1-(4-羥基苯基)丁烷、4-(4-羥基苯基)-1-丁烯、4-(4-羥基苯基)-2-丁烯、1-(4-羥基苯基)-1-丁烯、1-(4-羥基苯基)-2-丁醇、4-(4-羥基苯基)-2-丁醇、1-(4-羥基苯基)-2-丁酮、4-(4-羥苯基)-2-丁酮、1-(4-羥基苯基)-2,3-丁二醇、1-(4-羥基苯基)-3-羥基-2-丁酮、4-(4-羥基苯基)-3-羥基-2-丁酮、1-(4-羥基苯基)-2,3-丁酮二酮、吲哚乙烷、吲哚乙烯、2-(吲哚-3-)乙醇、正戊烷、1-戊烯、1-戊醇、戊醛、戊酸酯、2-戊烯、2-戊醇、3-戊醇、2-戊酮、3-戊酮、4-甲基戊醛、4-甲基戊醇、2,3-戊二醇、2-羥基-3-戊酮、3-羥基-2-戊酮、2,3-戊二酮、2-甲基戊烷、4-甲基-1-戊烯、4-甲基-2-戊烯、4-甲基-3-戊烯、4-甲基-2-戊醇、2-甲基-3-戊醇、4-甲基-2-戊酮、2-甲基-3-戊酮、4-甲基-2,3-戊二醇、4-甲基-2-羥基-3-戊酮、4-甲基-3-羥基-2-戊酮、4-甲基-2,3-戊二酮、1-苯基戊烷、1-苯基-1-戊烯、1-苯基-2-戊烯、1-苯基-3-戊烯、1-苯基-2-戊醇、1-苯基-3-戊醇、1-苯基-2-戊酮、1-苯基-3-戊酮、1-苯基-2,3-戊二醇、1-苯基-2-羥基-3-戊酮、1-苯基-3-羥基-2-戊酮、1-苯基-2,3-戊二酮、4-甲基-1-苯基戊烷、4-甲基-1-苯基-1-戊烯、4-甲基-1-苯基-2-戊烯、4-甲基-1-苯基-3-戊烯、4-甲基-1-苯基-3-戊醇、4-甲基-1-苯基-2-戊醇、4-甲基-1-苯基-3-戊酮、4-甲基-1-苯基-2-戊酮、4-甲基-1-苯基-2,3-戊二醇、4-甲基-1-苯基-2,3-戊二酮、4-甲基-1-苯基-3-羥基-2-戊酮、4-甲基-1-苯基-2-羥基-3-戊酮、1-(4-羥基苯基)戊烷、1-(4-羥基苯基)-1-戊烯、1-(4-羥基苯基)-2-戊烯、1-(4-羥基苯基)-3-戊烯、1-(4-羥基苯基)-2-戊醇、1-(4-羥基苯基)-3-戊醇、1-(4-羥基苯基)-2-戊酮、1-(4-羥基苯基)-3-戊酮、1-(4-羥基苯基)-2,3-戊二醇、1-(4-羥基苯基)-2-羥基-3-戊酮、1-(4-羥基苯基)-3-羥基-2-戊酮、1-(4-羥基苯基)-2,3-戊二酮、4-甲基-1-(4-羥基苯基)戊烷、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-2-戊烯、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-3-戊烯、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-1-戊烯、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-3-戊醇、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-2-戊醇、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-3-戊酮、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-2-戊酮、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-2,3-戊二醇、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-2,3-戊二酮、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-3-羥基-2-戊酮、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-2-羥基-3-戊酮、1-吲哚-3-戊烷、1-(吲哚-3)-1-戊烯、1-(吲哚-3)-2-戊烯、1-(吲哚-3)-3-戊烯、1-(吲哚-3)-2-戊醇、1-(吲哚-3)-3-戊醇、1-(吲哚-3)-2-戊酮、1-(吲哚-3)-3-戊酮、1-(吲哚-3)-2,3-戊二醇、1-(吲哚-3)-2-羥基-3-戊酮、1-(吲哚-3)-3-羥基-2-戊酮、1-(吲哚-3)-2,3-戊二酮、4-甲基-1-(吲哚-3-)戊烷、4-甲基-1-(吲哚-3-)-2-戊烯、4-甲基-1-(吲哚-3)-3-戊烯、4-甲基-1-(吲哚-3)-1-戊烯、4-甲基-2-(吲哚-3)-3-戊醇、4-甲基-1-(吲哚-3)-2-戊醇、4-甲基-1-(吲哚-3)-3-戊酮、4-甲基-1-(吲哚-3)-2-戊酮、4-甲基-1-(吲哚-3)-2,3-戊二醇、4-甲基-1-(吲哚-3)-2,3-戊二酮、4-甲基-1-(吲哚-3)-3-羥基-2-戊酮、4-甲基-1-(吲哚-3)-2-羥基-3-戊酮、正己烷、1-己烯、1-己醇、己醛、己酸酯、2-己烯、3-己烯、2-己醇、3-己醇、2-己酮、3-己酮、2,3-己二醇、2,3-己二酮、3,4-己二醇、3,4-己二酮、2-羥基-3-己酮、3-羥基-2-己酮、3-羥基-4-己酮、4-羥基-3-己酮、2-甲基己烷、3-甲基己烷、2-甲基-2-己烯、2-甲基-3-己烯、5-甲基-1-己烯、5-甲基-2-己烯、4-甲基-1-己烯、4-甲基-2-己烯、3-甲基-3-己烯、3-甲基-2-己烯、3-甲基-1-己烯、2-甲基-3-己醇、5-甲基-2-己醇、5-甲基-3-己醇、2-甲基-3-己酮、5-甲基-2-己酮、5-甲基-3-己酮、2-甲基-3,4-己二醇、2-甲基-3,4-己二酮、5-甲基-2,3-己二醇、5-甲基-2,3-己二酮、4-甲基-2,3-己二醇、4-甲基-2,3-己二酮、2-甲基-3-羥基-4-己酮、2-甲基-4-羥基-3-己酮、5-甲基-2-羥基-3-己酮、5-甲基-3-羥基-2-己酮、4-甲基-2-羥基-3-己酮、4-甲基-3-羥基-2-己酮、2,5-二甲基己烷、2,5-二甲基-2-己烯、2,5-二甲基-3-己烯、2,5-二甲基-3-己醇、2,5-二甲基-3-己酮、2,5-二甲基-3,4-己二醇、2,5-二甲基-3,4-己二酮、2,5-二甲基-3-羥基-4-己酮、5-甲基-1-苯基己烷、4-甲基-1-苯基己烷、5-甲基-1-苯基-1-己烯、5-甲基-1-苯基-2-己烯、5-甲基-1-苯基-3-己烯、4-甲基-1-苯基-1-己烯、4-甲基-1-苯基-2-己烯、4-甲基-1-苯基-3-己烯、5-甲基-1-苯基-2-己醇、5-甲基-1-苯基-3-己醇、4-甲基-1-苯基-2-己醇、4-甲基-1-苯基-3-己醇、5-甲基-1-苯基-2-己酮、5-甲基-1-苯基-3-己酮、4-甲基-1-苯基-2-己酮、4-甲基-1-苯基-3-己酮、5-甲基-1-苯基-2,3-己二醇、4-甲基-1-苯基-2,3-己二醇、5-甲基-1-苯基-3-羥基-2-己酮、5-甲基-1-苯基-2-羥基-3-己酮、4-甲基-1-苯基-3-羥基-2-己酮、4-甲基-1-苯基-2-羥基-3-己酮、5-甲基-1-苯基-2,3-己二酮、4-甲基-1-苯基-2,3-己二酮、4-甲基-1-(4-羥基苯基)己烷、5-甲基-1-(4-羥基苯基)-1-己烯、5-甲基-1-(4-羥基苯基)-2-己烯、5-甲基-1-(4-羥基苯基)-3-己烯、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-1-己烯、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-2-己烯、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-3-己烯、5-甲基-1-(4-羥基苯基)-2-己醇、5-甲基-1-(4-羥基苯基)-3-己醇、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-2-己醇、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-3-己醇、5-甲基-1-(4-羥苯基)-2-己酮、5-甲基-1-(4-羥基苯基)-3-己酮、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-2-己酮、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-3-己酮、5-甲基-1-(4-羥基苯基)-2,3-己二醇、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-2,3-己二醇、5-甲基-1-(4-羥基苯基)-3-羥基-2-己酮、5-甲基-1-(4-羥基苯基)-2-羥基-3-己酮、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-3-羥基-2-己酮、4-甲基-1-(4-羥基苯基)2-羥基-3-己酮、5-甲基-1-(4-羥基苯基)-2,3-己二酮、4-甲基-1-(4-羥基苯基)-2,3-己二酮、4-甲基-1-(吲哚-3-)己烷、5-甲基-1-(吲哚-3)-1-己烯、5-甲基-1-(吲哚-3)-2-己烯、5-甲基-1-(吲哚-3)-3-己烯、4-甲基-1-(吲哚-3)-1-己烯、4-甲基-1-(吲哚-3)-2-己烯、4-甲基-1-(吲哚-3)-3-己烯、5-甲基-1-(吲哚-3)-2-己醇、5-甲基-1-(吲哚-3)-3-己醇、4-甲基-1-(吲哚-3)-2-己醇、4-甲基-1-(吲哚-3)-3-己醇、5-甲基-1-(吲哚-3)-2-己酮、5-甲基-1-(吲哚-3)-3-己酮、4-甲基-1-(吲哚-3)-2-己酮、4-甲基-1-(吲哚-3)-3-己酮、5-甲基-1-(吲哚-3)-2,3-己二醇、4-甲基-1-(吲哚基-3)-2,3-己二醇、5-甲基-1-(吲哚-3)-3-羥基-2-己酮、5-甲基-1-(吲哚-3)-2-羥基-3-己酮、4-甲基(吲哚-3)-3-羥基-2-己酮、4-甲基-1-(吲哚-3)-2-羥基-3-己酮、5-甲基-1-(吲哚-3)-2,3-己二酮、4-甲基-1-(吲哚-3)-2,3-己二酮、正庚烷、1-庚烯、1-庚醇、庚醛、庚酸酯、2-庚烯、3-庚烯、2-庚醇、3-庚醇、4-庚醇、2-庚酮、3-庚酮、4-庚酮、2,3-庚二醇、2,3-庚二酮、3,4-庚二醇、3,4-庚二酮、2-羥基-3-庚酮、3-羥基-2-庚酮、3-羥基-4-庚酮、4-羥基-3-庚酮、2-甲基庚烷、3-甲基庚烷、6-甲基-2-庚烯、6-甲基-3-庚烯、2-甲基-3-庚烯、2-甲基-2-庚烯、5-甲基-2-庚烯、5-甲基-3-庚烯、3-甲基-3-庚烯、2-甲基-3-庚醇、2-甲基-4-庚醇、6-甲基-3-庚醇、5-甲基-3-庚醇、3-甲基-4-庚醇、2-甲基-3-庚酮、2-甲基-4-庚酮、6-甲基-3-庚酮、5-甲基-3-庚酮、3-甲基-4-庚酮、2-甲基-3,4-庚二醇、2-甲基-3,4-庚二酮、6-甲基-3,4-庚二醇、6-甲基-3,4-庚二酮、5-甲基-3,4-庚二醇、5-甲基-3,4-庚二酮、2-甲基-3-羥基-4-庚酮、2-甲基-4-羥基-3-庚酮、6-甲基-3-羥基-4-庚酮、6-甲基-4-羥基-3-庚酮、5-甲基-3-羥基-4-庚酮、5-甲基-4-羥基-3-庚酮、2,6-二甲基庚烷、2,5-二甲基庚烷、2,6-二甲基-2-庚烯、2,6-二甲基-3-庚烯、2,5-二甲基-2-庚烯、2,5-二甲基-3-庚烯、3,6-二甲基-3-庚烯、2,6-二甲基-3-庚醇、2,6-二甲基-4-庚醇、2,5-二甲基-3-庚醇、2,5-二甲基-4-庚醇、2,6-二甲基-3,4-庚二醇、2,6-二甲基-3,4-庚二酮、2,5-二甲基-3,4-庚二醇、2,5-二甲基-3,4-庚二酮、2,6-二甲基-3-羥基-4-庚酮、2,6-二甲基-4-羥基-3-庚酮、2,5-二甲基-3-羥基-4-庚酮、2,5-二甲基-4-羥基-3-庚酮、正辛烷、1-辛烯、2-辛烯、1-辛醇、辛醛、辛酸酯、3-辛烯、4-辛烯、4-辛醇、4-辛酮、4,5-辛二醇、4,5-辛二酮、4-羥基-5-辛酮、2-甲基辛烷、2-甲基-3-辛烯、2-甲基-4-辛烯、7-甲基-3-辛烯、3-甲基-3-辛烯、3-甲基-4-辛烯、6-甲基-3-辛烯、2-甲基-4-辛醇、7-甲基-4-辛醇、3-甲基-4-辛醇、2-甲基-4-辛酮、7-甲基-4-辛酮、3-甲基-4-辛酮、6-甲基-4-辛酮、2-甲基-4,5-辛二醇、2-甲基-4,5-辛二酮、3-甲基-4,5-辛二醇、3-甲基-4,5-辛二酮、2-甲基-4-羥基-5-辛酮、2-甲基-5-羥基-4-辛酮、3-甲基-4-羥基-5-辛酮、3-甲基-5-羥基-4-辛酮、2,7-二甲基辛烷、2,7-二甲基-3-辛烯、2,7-二甲基-4-辛烯、2,7-二甲基-4-辛醇、2,7-二甲基-4-辛酮、2,7-二甲基-4,5-辛二醇、2,7-二甲基-4,5-辛二酮、2,7-二甲基-4-羥基-5-辛酮、2,6-二甲基辛烷、2,6-二甲基-3-辛烯、2,6-二甲基-4-辛烯、3,7-二甲基-3-辛烯、2,6-二甲基-4-辛醇、3,7-二甲基-4-辛醇、2,6-二甲基-4-辛酮、3,7-二甲基-4-辛酮、2,6-二甲基-4,5-辛二醇、2,6-二甲基-4,5-辛二酮、2,6-二甲基-4-羥基-5-辛酮、2,6-二甲基-5-羥基-4-辛酮、3,6-二甲基辛烷、3,6-二甲基-3-辛烯、3,6-二甲基-4-辛烯、3,6-二甲基-4-辛醇、3,6-二甲基-4-辛酮、3,6-二甲基-4,5-辛二醇、3,6-二甲基-4,5-辛二酮、3,6-二甲基-4-羥基-5-辛酮、正壬烷、1-壬烯、1-壬醇、壬醛、壬酸酯、2-甲基壬烷、2-甲基-4-壬烯、2-甲基-5-壬烯、8-甲基-4-壬烯、2-甲基-5-壬醇、8-甲基-4-壬醇、2-甲基-4-壬醇、2-甲基-5-壬酮、8-甲基-4-壬酮、8-甲基-4,5-壬二醇、8-甲基-4,5-壬二酮、8-甲基-4-羥基-5-壬酮、8-甲基-5-羥基-4-壬酮、2,8-二甲基壬烷、2,8-二甲基-3-壬烯、2,8-二甲基-4-壬烯、2,8-二甲基-5-壬烯、2,8-二甲基-4-壬醇、2,8-二甲基-5-壬醇、2,8-二甲基-4-壬酮、2,8-二甲基-5-壬酮、2,8-二甲基-4,5-壬二醇、2,8-二甲基-4,5-壬二酮、2,8-二甲基-4-羥基-5-壬酮、2,8-二甲基-5-羥基-4-壬酮、2,7-二甲基壬烷、3,8-二甲基-3-壬烯、3,8-二甲基-4-壬烯、3,8-二甲基-5-壬烯、3,8-二甲基-4-壬醇、3,8-二甲基-5-壬醇、3,8-二甲基-4-壬酮、3,8-二甲基-5-壬酮、3,8-二甲基-4,5-壬二醇、3,8-二甲基-4,5-壬二酮、3,8-二甲基-4-羥基-5-壬酮、3,8-二甲基-5-羥基-4-壬酮、正癸烷、1-癸烯、1-癸醇、癸酸酯、2,9-二甲基癸烷、2,9-二甲基-3-癸烯、2,9-二甲基-4-癸烯、2,9-二甲基-5-癸醇、2,9-二甲基-5-癸酮、2,9-二甲基-5,6-癸二醇、2,9-二甲基-6-羥基-5-癸酮、2,9-二甲基-5,6-癸二酮-十一烷、1-十一烯、1-十一醇、十一醛、十一酸酯、正十二烷、1-十二烯、1-十二醇、十二醛、十二酸酯、正十二烷、1-十二烯、正十三烷、1-十三烯、1-十三醇、十三醛、十三酸酯、正十四烷、1-十四烯、1-十四醇、十四醛、十四酸酯、正十五烷、1-十五烯、1-十五醇、十五醛、十五酸酯、正十六烷、1-十六烯、1-十六醇、十六醛、十六酸酯、正十七烷、1-十七烯、1-十七醇、十七醛、十七酸酯、正十八烷、1-十八烯、1-十八醇、十八醛、十八酸酯、正十九烷、1-十九烯、1-十九醇、十九醛、十九酸酯、二十烷、1-二十烯、1-二十醇、二十醛、二十酸酯、3-羥基丙醛、1,3-丙二醇、4-羥基丁醛、1,4-丁二醇、3-羥基-2-丁酮、2,3-丁二醇、1,5-戊二醇、高檸檬酸酯、高異檸檬酸酯、b-羥基己二酸酯、戊二酸酯、戊半醛、戊二醛、2-羥基-1-環(huán)戊酮、1,2-環(huán)戊二醇、環(huán)戊酮、環(huán)戊醇、(s)-2-乙酰乳酸、(r)-2,3-二羥基-異戊酸酯、2-氧代異戊酸酯、異丁酰-coa、異丁酸酯、異丁醛、5-氨基戊醛、1,10-二氨基癸烷、1,10-二氨基-5-癸烯、1,10-二氨基-5-羥基癸烷、1,10-二氨基-5-癸酮、1,10-二氨基-5,6-癸二醇、1,10-二氨基-6-羥基-5-癸酮、苯乙醛、1,4-二苯基丁烷、1,4-二苯基-1-丁烯、1,4-二苯基-2-丁烯、1,4-二苯基-2-丁醇、1,4-二苯基-2-丁酮、1,4-二苯基-2,3-丁二醇、1,4-二苯基-3-羥基-2-丁酮、1-(4-羥基苯基)-4-苯基丁烷、1-(4-羥基苯基)-4-苯基-1-丁烯、1-(4-羥基苯基)-4-苯基-2-丁烯、1-(4-羥基苯基)-4-苯基-2-丁醇、1-(4-羥基苯基)-4-苯基-2-丁酮、1-(4-羥基苯基)-4-苯基-2,3-丁二醇、1-(4-羥基苯基)-4-苯基-3-羥基-2-丁酮、1-(吲哚-3)-4-苯基丁烷、1-(吲哚-3)-4-苯基-1-丁烯、1-(吲哚-3)-4-苯基-2-丁烯、1-(吲哚-3)-4-苯基-2-丁醇、1-(吲哚-3)-4-苯基-2-丁酮、1-(吲哚-3)-4-苯基-2,3-丁二醇、1-(吲哚-3)-4-苯基-3-羥基-2-丁酮、4-羥基苯基乙醛、1,4-二(4-羥基苯基)丁烷、1,4-二(4-羥基苯基)-1-丁烯、1,4-二(4-羥基苯基)-2-丁烯、1,4-二(4-羥基苯基)-2-丁醇、1,4-二(4-羥基苯基)-2-丁酮、1,4-二(4-羥基苯基)-2,3-丁二醇、1,4-二(4-羥基苯基)-3-羥基-2-丁酮、1-(4-羥基苯基)-4-(吲哚-3-)丁烷、1-(4-羥基苯基)-4-(吲哚-3-)-1-丁烯、1-二(4-羥基苯基)-4-(吲哚-3)-2-丁烯、1-(4-羥基苯基)-4-(吲哚-3)-2-丁醇、1-(4-羥基苯基)-4-(吲哚-3)-2-丁酮、1-(4-羥基苯基)-4-(吲哚-3)-2,3-丁二醇、1-(4-羥基苯基-4-(吲哚-3)-3-羥基-2-丁酮、吲哚-3-乙醛、1,4-二(吲哚-3-)丁烷、1,4-二(吲哚-3)-1-丁烯、1,4-二(吲哚-3)-2-丁烯、1,4-二(吲哚-3)-2-丁醇、1,4-二(吲哚-3)-2-丁酮、1,4-二(吲哚-3)-2,3-丁二醇、1,4-二(吲哚-3)-3-羥基-2-丁酮、琥珀酸半醛、己烷-1,8-二羧酸、3-己烯-1,8-二羧酸、3-羥基-己烷-1,8-二羧酸、3-己酮-1,8-二羧酸、3,4-己二醇-1,8-二羧酸、4-羥基-3-己酮-1,8-二羧酸、甘油、巖藻依聚糖、碘、葉綠素、類胡蘿卜素、鈣、鎂、鐵、鈉、鉀、磷酸鹽、乳酸、乙酸、甲酸、類異戊二烯以及聚異戊二烯，包括橡膠。此外，此類產(chǎn)物可以包括琥珀酸、丙酮酸、諸如纖維素酶、多糖酶、脂肪酶、蛋白酶、木質(zhì)素酶和半纖維素酶等酶，并且可以作為純化合物、混合物或者不純或稀釋形式存在。

發(fā)酵終產(chǎn)物還可以包括多元醇或糖醇；例如，甲醇、乙二醇、甘油、赤蘚糖醇、蘇糖醇、阿糖醇、木糖醇、核糖醇、甘露糖醇、山梨糖醇、半乳糖醇，巖藻糖醇、艾杜糖醇、肌醇、庚七醇、異麥芽酮糖醇、麥芽糖醇、乳糖醇和/或多糖醇(polyglycitol)。

本文所用術(shù)語“ph調(diào)節(jié)劑”具有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其通常含義，并且可以包括將傾向于增加、降低或保持培養(yǎng)液或培養(yǎng)基的ph穩(wěn)定的任何材料。ph調(diào)節(jié)劑可以是與存在的其它材料反應(yīng)以使ph升高、降低或保持穩(wěn)定的酸、堿、緩沖液或材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以使用不止一種ph調(diào)節(jié)劑，諸如不止一種酸、不止一種堿、一種或多種酸與一種或多種堿、一種或多種酸與一種或多種緩沖液、一種或多種堿與一種或多種緩沖液，或者一種或多種酸與一個(gè)或多種堿以及一種或多種緩沖液。在一個(gè)實(shí)施方案中，緩沖液可在培養(yǎng)液或培養(yǎng)基中或者單獨(dú)地生產(chǎn)，并分別通過在酸或堿中至少部分與堿或酸反應(yīng)而用作成分。當(dāng)使用不止一種ph調(diào)節(jié)劑時(shí)，它們可以在同一時(shí)間或不同時(shí)間添加。在一個(gè)實(shí)施方案中，將一種或多種酸和一個(gè)或多種堿組合，從而得到緩沖液。在一個(gè)實(shí)施方案中，諸如碳源或氮源等培養(yǎng)基組分用作ph調(diào)節(jié)劑；合適的培養(yǎng)基組分包括具有高或低ph的那些或具有緩沖能力的那些。示例性培養(yǎng)基組分包括具有殘余酸或堿的酸水解或堿水解的植物多糖，經(jīng)氨纖維爆破(afex)處理的具有殘余氨、乳酸、玉米渣固體或液劑的植物材料。

本文所用術(shù)語“植物多糖”具有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的通常含義，并且可以包括一種或多種糖和糖衍生物的聚合物以及糖聚合物的衍生物和/或其它存在于植物物質(zhì)中的聚合物材料。示例性植物多糖包括纖維素、淀粉、果膠和半纖維素。其他的是殼多糖以及諸如藻酸、瓊脂糖、角叉菜膠、紫菜聚糖、紅藻膠和海蘿聚糖等磺化多糖。通常，多糖可以具有兩個(gè)或者更多個(gè)糖單元或糖單元衍生物。糖單元和/或糖單元衍生物能夠以規(guī)則圖案或以其他方式重復(fù)。糖單元可以是己糖單元或戊糖單元，或它們的組合。糖單元衍生物可以是糖醇、糖酸、氨基糖等。多糖可以是直鏈的、支鏈的、交聯(lián)的或其混合。一種或一類多糖可以與另一種或另一類多糖交聯(lián)。含有諸如纖維素、半纖維素，淀粉或果膠等植物多糖的生物質(zhì)中糖類的濃度能夠用單糖當(dāng)量表示。單糖當(dāng)量濃度是假定多糖完全水解成單糖的糖類的濃度。

本文所用術(shù)語“糖化”具有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的通常含義，并且可以包括將植物多糖轉(zhuǎn)化為可由當(dāng)前生物體利用的較低分子量的種類。對(duì)于一些生物體，這將包括轉(zhuǎn)化為高達(dá)約七個(gè)單體單元的單糖、二糖、三糖和寡糖，和相似大小的糖衍生物鏈以及糖和糖衍生物的組合。

本文所用術(shù)語“生物質(zhì)”具有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的通常含義，并且可以包括可以轉(zhuǎn)化為生物燃料、化學(xué)品或其它產(chǎn)物的一種或多種生物材料。本文所用的生物質(zhì)與術(shù)語“原料(feedstock)”同義，包括玉米糖漿、糖蜜、青貯飼料、農(nóng)業(yè)殘留物(玉米秸稈、草、稻草、谷物殼、纖維、甘蔗渣等)、動(dòng)物廢物(牛、家禽和豬的糞肥)、酒糟干可溶物(dds)、干酒糟(ddg)、濃縮酒糟可溶物(cds)、濕酒糟(dwg)、具有可溶物的干酒糟(ddgs)、木質(zhì)材料(木材或樹皮、木屑、木板和軋屑)、城市廢物(廢紙、回收衛(wèi)生紙，庭院修剪物等)以及能源作物(楊樹、柳樹、柳枝稷、芒草、紫花苜蓿、牧場須芒草和包括大型藻類在內(nèi)的藻類等等)。生物質(zhì)的一個(gè)示例性來源是植物物質(zhì)。植物物質(zhì)例如可以是包括軟木或硬木在內(nèi)的木本植物物質(zhì)、非木本植物物質(zhì)、纖維素材料、木質(zhì)纖維素材料、半纖維素材料、碳水化合物、果膠、淀粉、菊粉、果聚糖、葡聚糖、玉米、甘蔗、諸如稻谷、玉米、大麥、小麥、柳枝稷、高粱、高生物質(zhì)高粱、竹子等禾本科植物、藻類和衍生自這些的材料。植物可處于其天然狀態(tài)或者是基因改性的，例如，以便增加細(xì)胞壁的纖維素或半纖維素部分，或者產(chǎn)生額外的外源或內(nèi)源酶從而促進(jìn)細(xì)胞壁組分的分離。植物物質(zhì)還可以包括植物細(xì)胞培養(yǎng)物或植物細(xì)胞組織培養(yǎng)物。植物物質(zhì)可以通過參考諸如蛋白質(zhì)、多糖和油等存在的化學(xué)種類來進(jìn)一步描述。多糖包括各種單糖和單糖衍生物的聚合物，所述各種單糖和單糖衍生物包括葡萄糖、果糖、乳糖、半乳糖醛酸、鼠李糖等。植物物質(zhì)還包括農(nóng)業(yè)廢物副產(chǎn)物或側(cè)線餾出物(sidestream)，諸如果渣、玉米漿、玉米渣、酒糟、果皮、果核、發(fā)酵廢物、秸稈、木材、污水、垃圾和食品殘留物。果皮可以是柑屬植物，其包括但不限于橘皮、葡萄柚皮、橙皮、橘皮、青檸皮和檸檬皮。這些材料可以來自農(nóng)場、林場、工業(yè)源、家庭等。生物質(zhì)的另一非限制性示例是動(dòng)物物質(zhì)，例如包括牛奶、肉類、脂肪、動(dòng)物加工廢物和動(dòng)物廢物?！霸稀蓖ǔＳ糜谥赣糜谥T如本文所描述的那些過程等過程的生物質(zhì)。

生物質(zhì)可以源自農(nóng)業(yè)作物、作物殘留物、樹木、木片、木屑、紙、紙板、草、藻類、城市廢物和如上所述的其他來源。在一個(gè)實(shí)施方案中，生物質(zhì)含有纖維素、半纖維素和/或木質(zhì)纖維素材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，生物質(zhì)是木本的(楊木、桉木、柳木、松木等)。在另一實(shí)施方案中，生物質(zhì)是非木本植物材料，諸如草、雙子葉植物、單子葉植物等。其他生物質(zhì)包括藻類生物質(zhì)、無維管植物生物質(zhì)和源自植物的加工物質(zhì)；例如，外殼、酒糟、城市污水廢物等。

在一個(gè)實(shí)施方案中，包括纖維素、半纖維素和/或木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)組合物包括苜蓿、藻類、甘蔗渣、竹子、玉米秸稈、玉米棒、玉米纖維、玉米粒、玉米醪、玉米漿、玉米渣、酒糟、酒糟干可溶物、干酒糟、濃縮酒糟可溶物、濕酒糟、具有可溶物的干酒糟、桉木、食品廢棄物、果皮、園地殘留物、草、谷殼、改良作物、城市廢物、燕麥殼、紙、紙漿、牧場須芒草、楊木、稻殼、種皮、青貯飼料、高粱、秸稈、甘蔗、柳枝稷、小麥、小麥秸稈、麥麩、脫粒麥麩、柳木、木材、植物細(xì)胞、植物組織培養(yǎng)物、組織培養(yǎng)物或其組合。

用于生物質(zhì)的術(shù)語“干重”意指去除了全部或基本上全部水份的生物質(zhì)的重量。干重通常根據(jù)美國材料與試驗(yàn)學(xué)會(huì)(astm，americansocietyfortestingandmaterials)標(biāo)準(zhǔn)e1756-01(用于確定生物質(zhì)中總固體的標(biāo)準(zhǔn)測試方法)或美國制漿造紙工業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)公司(tappi，technicalassociationofthepulpandpaperindustry)標(biāo)準(zhǔn)t-412om-02(紙漿、紙和紙板中的水分)進(jìn)行測量。

本文所用術(shù)語“生產(chǎn)率”具有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的通常含義，并且可以包括在給定體積中在給定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感興趣材料的質(zhì)量。單位例如可以是每升-小時(shí)的克數(shù)或質(zhì)量、體積和時(shí)間的其他組合。在發(fā)酵中，經(jīng)常使用生產(chǎn)率來表征在給定的發(fā)酵體積內(nèi)可以制造產(chǎn)物的速度。體積可以參考發(fā)酵器皿的總?cè)莘e，發(fā)酵器皿的工作容積或正發(fā)酵的培養(yǎng)液的實(shí)際體積。該短語的上下文將指示意指給本領(lǐng)域技術(shù)人員的含義。生產(chǎn)率與“滴度”不同之處在于生產(chǎn)率包括時(shí)間項(xiàng)，而滴度類似于濃度。滴度和生產(chǎn)率通?？梢栽诎l(fā)酵期間的任何時(shí)間進(jìn)行測量，諸如在開始，結(jié)束或在某個(gè)中間時(shí)間測量，其中滴度與在感興趣的時(shí)間點(diǎn)存在或產(chǎn)生的特定材料的量相關(guān)，而生產(chǎn)率與在給定時(shí)間里每升生產(chǎn)的特定材料的量相關(guān)。在生產(chǎn)率確定中所使用的時(shí)間量可以是從發(fā)酵開始或從某其它時(shí)間開始，并且直到發(fā)酵結(jié)束，諸如當(dāng)不產(chǎn)生附加的材料時(shí)或者收獲物出現(xiàn)時(shí)，或者由使用該術(shù)語的上下文所指示的某其他時(shí)間。“總體生產(chǎn)率”是指通過利用最終滴度和總體發(fā)酵時(shí)間確定的生產(chǎn)率。

本文所用術(shù)語“生物催化劑”具有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的通常含義，并且可以包括一種或多種酶和/或微生物，其包括溶液、懸浮液以及酶和微生物的混合物。在一些上下文中，該詞將是指可能使用酶或微生物來服務(wù)于特定功能，在其他上下文中，該詞將是指這二者的組合使用，以及在其他上下文中，該詞將是指這二者中的僅一個(gè)。該短語的上下文將指示意指給本領(lǐng)域技術(shù)人員的含義。例如，生物催化劑可以是發(fā)酵微生物。術(shù)語生物催化劑包括諸如酵母、細(xì)菌或藻類等發(fā)酵微生物。

本文所用術(shù)語“轉(zhuǎn)化效率”或“產(chǎn)率”具有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的通常含義，并且可以包括由大量底物制成的產(chǎn)物的質(zhì)量。該術(shù)語可以表示為來自起始質(zhì)量的底物的產(chǎn)物的百分比產(chǎn)率。對(duì)于從葡萄糖生產(chǎn)乙醇，凈反應(yīng)通常被認(rèn)為是：

c6h12o6→2c2h5oh+2co2

并且理論最大轉(zhuǎn)化效率或產(chǎn)率為51％(wt.)。通常，轉(zhuǎn)化效率將以理論最大值為參考，例如“理論最大值的80％”。在將葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇的情況下，該陳述將指示轉(zhuǎn)化效率為41％(wt.)。該短語的上下文將指示意指給本領(lǐng)域技術(shù)人員的底物和產(chǎn)物。

“預(yù)處理”或“經(jīng)預(yù)處理的”在本文中用于指任何機(jī)械、化學(xué)、熱學(xué)、生物化學(xué)過程或者這些過程的組合，無論是在組合步驟中還是依次操作，所述過程或過程的組合實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的破壞或膨脹，以使生物質(zhì)更容易被酶和/或微生物侵襲。在一個(gè)實(shí)施方案中，預(yù)處理包括木質(zhì)素的去除或破壞，以使植物生物質(zhì)中的纖維素和半纖維素聚合物更適用于纖維素酶和/或微生物，例如，通過用酸或堿處理。在一個(gè)實(shí)施方案中，預(yù)處理包括纖維素和/或半纖維素材料的破壞或膨脹?；瘜W(xué)預(yù)處理過程包括但不限于漂白、氧化、還原、酸處理、堿處理、亞硫酸鹽處理、酸亞硫酸鹽處理、堿亞硫酸鹽處理、氨處理和水解。熱預(yù)處理過程包括但不限于殺菌、氨纖維膨脹或爆破(“afex”)、蒸汽爆破、高溫保持、加壓或非加壓、存在或不存在水以及冷凍。生化過程包括但不限于用由包括基因改性的植物所產(chǎn)生的酶在內(nèi)的酶處理以及用微生物處理?？梢允褂玫母鞣N酶包括纖維素酶、淀粉酶、β-葡糖苷酶、木聚糖酶、葡糖酸酶和其他多糖酶；溶菌酶；漆酶和其他木質(zhì)素改性酶；脂氧合酶、過氧物酶和其他氧化酶；蛋白酶；以及脂肪酶。機(jī)械過程、化學(xué)過程、熱學(xué)過程、熱化學(xué)過程和生物化學(xué)過程中的一種或多種可以結(jié)合或者單獨(dú)使用。這樣的結(jié)合的過程還可以包括在生產(chǎn)紙張、纖維素產(chǎn)品、微晶纖維素和纖維素制品中所使用的那些，并且可以包括制漿、硫酸鹽法制漿、酸性亞硫酸鹽加工。原料可以是側(cè)線餾出物或廢物流，其來自對(duì)諸如纖維素、半纖維素或木質(zhì)纖維素材料等生物質(zhì)材料利用這些過程中的一種或多種的設(shè)施。示例包括造紙廠、纖維素制品廠、蒸餾廠、棉花加工廠和微晶纖維素廠。原料還可以包括含纖維素或含纖維素制品的廢料。原料還可以是諸如木材、草、玉米、淀粉或糖類等生物質(zhì)材料，其作為用于諸如通過生物催化劑來生產(chǎn)乙醇或其他產(chǎn)物的預(yù)期原料而生產(chǎn)或收獲。

可以進(jìn)行對(duì)生物質(zhì)組合物的預(yù)處理，使得任何固體的大小降低。降低生物質(zhì)組合物中固體的大小可能是有利的，這是因?yàn)檩^小的顆粒具有較大的表面積與體積比率。提高表面積與體積的比率可能是有利的，這是因?yàn)槠淅缈梢栽黾宇w粒潤濕的速率(例如，使用水或諸如酸或堿等化學(xué)劑)，增加酶對(duì)生物質(zhì)中多糖的可及性，使得在生物質(zhì)的水解期間能夠使用較小劑量的酶，使得在預(yù)處理和/或水解步驟期間能夠使用更少或更少量的化學(xué)品(例如，酸或堿)，使得在預(yù)處理或水解步驟中能夠使用較弱的酸或堿，使得在任何進(jìn)一步的處理步驟中(例如，在水解步驟期間)能夠使用較高濃度的固體，以及/或者提高來自生物質(zhì)水解的糖類的產(chǎn)率。

在大小上可以將生物質(zhì)組合物降低為具有均勻或基本均勻的大小的顆粒混合物。這樣的混合物可以稱為均勻混合物。就進(jìn)一步預(yù)處理過程而言和/或在產(chǎn)生糖類流的水解期間，均勻顆?；旌衔锱c具有不均勻大小的顆粒混合物相比可能具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，不均勻顆?；旌衔镌跓岷蜔峄瘜W(xué)處理步驟期間可能經(jīng)歷不均衡的加熱。不均衡的加熱可以導(dǎo)致顆粒的過度蒸煮(例如，炭化/燃燒)和/或顆粒的蒸煮不足。顆粒的碳化或燃燒可以降低來自顆粒水解的糖類的產(chǎn)率；這可能是由于諸如淀粉、半纖維素和/或纖維素等糖類聚合物的降解或變性的原因。顆粒蒸煮不足可能在酶或化學(xué)水解期間造成未水解的糖類聚合物(例如，淀粉、半纖維素、纖維素)，這也會(huì)降低糖類的產(chǎn)率。相比之下，使用具有均勻大小的顆?；旌衔?例如，均勻混合物)可以實(shí)現(xiàn)均勻的加熱、潤濕、化學(xué)處理(例如，酸或堿處理)和/或酶水解。

本文使用“糖化合物”、“糖流”、“糖類化合物”或“糖類流”來主要指示溶解、結(jié)晶、蒸發(fā)或部分溶解的單糖，包括但不限于己糖和戊糖；糖醇；糖酸；糖胺；含有通過共價(jià)鍵或離子鍵直接或間接鏈接在一起的這些中的兩個(gè)或更多個(gè)的化合物；及其混合物。本說明書中包括二糖；三糖；寡糖；多糖；和任何長度的支鏈和/或直鏈的糖鏈。糖流可以主要或基本上由c6糖、c5糖或者c6糖和c5糖二者以不同比率的所述糖的混合物組成。c6糖具有六碳分子主鏈，而c5糖具有五碳分子主鏈。術(shù)語“糖”和“糖類”在本文中可互換使用。

“液體”或“水性”組合物可以含有固體，并且“固體”組合物可以含有液體。液體組合物是指其中材料主要是液體的組合物，而固體組合物是其中材料主要是固體的組合物。

術(shù)語“kpa”是指壓力單位千帕。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，將由10g質(zhì)量置于1cm²面積上所施加的壓力定義為101.325kpa。術(shù)語“psi”或“psi”是指每平方英寸的磅力。這是一磅力施加于一平方英寸面積所得到的壓力。

描述

以下描述和示例詳細(xì)說明了本公開內(nèi)容的一些示例性實(shí)施方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本公開內(nèi)容存在眾多變化和修改，其均為本公開內(nèi)容的范圍所涵蓋。因此，對(duì)某一示例性實(shí)施方案的描述不應(yīng)被視作是限制本公開內(nèi)容的范圍。

本文公開了使用高生物質(zhì)濃度條件有效快速地處理生物質(zhì)的方法。不同于可以將生物質(zhì)材料長時(shí)間地保留在腔室中的現(xiàn)有方法，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)這些材料的處理可以避免在熱和化學(xué)處理下保留時(shí)間較長，從而避免c5糖、蛋白質(zhì)和木質(zhì)素降解為不期望的產(chǎn)物，諸如hmf和糠醛，同時(shí)允許碳水化合物材料——單體糖和聚合糖二者與其他生物質(zhì)組分的分離。通常在預(yù)處理期間形成的抑制劑是乙酸(在c5糖釋放期間形成)，并且還有甲酸、糠醛和hmf。后三種化合物的形成很大程度上取決于預(yù)處理期間的溫度、壓力和生物質(zhì)停留時(shí)間。

此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)結(jié)晶纖維素的溶解不受曝光時(shí)間短的阻礙。這些方法還可以使生物質(zhì)均勻地加熱和加壓，以改善處理反應(yīng)物對(duì)生物質(zhì)的接近。在這一過程中，能夠產(chǎn)生栓塞(plug)，所述栓塞將生物質(zhì)剪切成較小的顆粒，并進(jìn)一步增加反應(yīng)物的接近以水解和釋放c5聚合物，同時(shí)還釋放和溶解c6聚合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，將生物質(zhì)移動(dòng)通過其中施加了蒸汽和壓力的反應(yīng)區(qū)，然后添加酸，最后通過快速打開和關(guān)閉端閥將材料釋至大氣壓。整個(gè)過程在數(shù)秒鐘內(nèi)發(fā)生，從而與本領(lǐng)域已知的預(yù)處理方法相比，導(dǎo)致了熱機(jī)械和化學(xué)水解的生物質(zhì)的抑制劑水平降低或減小。

在一些情況下，本文提供的預(yù)處理方法允許糖在快速時(shí)間范圍內(nèi)的釋放和解聚。糖可以在非常短的時(shí)間段內(nèi)釋放和解聚。該時(shí)間段可以小于20秒。通常，在反應(yīng)區(qū)中的時(shí)間可以從1秒到小于20秒變化。這提供了使生物質(zhì)持續(xù)移動(dòng)通過管，從而導(dǎo)致不含、基本不含或幾乎不含有抑制劑的經(jīng)快速預(yù)處理的生物質(zhì)。

本文描述了用于在酶水解之前快速處理木質(zhì)纖維素、纖維素、半纖維素等生物質(zhì)材料的改進(jìn)的、低成本、節(jié)能的預(yù)處理設(shè)備和方法，其包括使用或不使用化學(xué)品的熱機(jī)械處理以及由壓力驅(qū)動(dòng)的可變端閥控制的反應(yīng)擠出。本文公開的方法可以包括使用這樣的設(shè)備：所述設(shè)備包括分成管狀區(qū)的圓柱形腔室，其中生物質(zhì)可以連續(xù)地或分批地移動(dòng)通過圓柱形腔室；大小得以減?。徊⑶以诮?jīng)受溫度和壓力的快速差異(例如，爆破減壓)之前在不同的管狀區(qū)中使用壓力、熱量、化學(xué)品或其組合進(jìn)行處理。生物質(zhì)可以通過螺桿式機(jī)構(gòu)移動(dòng)，諸如存在于擠出機(jī)中的單螺桿、雙螺桿或甚至三螺桿?；蛘?，生物質(zhì)可以通過諸如塊或其他機(jī)械壓力、由空氣、油、活塞、真空或重力實(shí)現(xiàn)的差分靜水壓力等機(jī)構(gòu)移動(dòng)。這些機(jī)構(gòu)還可以具有用于將生物質(zhì)推動(dòng)或向前驅(qū)動(dòng)或分離進(jìn)入用于特定處理或添加材料的腔室或區(qū)中的功能。

總的來說，用于該系統(tǒng)的擠出機(jī)包括細(xì)長的筒體，該筒體呈現(xiàn)出材料入口和鄰近其相對(duì)端部的材料出口，該筒體內(nèi)具有用于將材料從入口端向其出口端推進(jìn)的一個(gè)或多個(gè)細(xì)長可軸向旋轉(zhuǎn)的螺桿。螺桿被設(shè)計(jì)用于使材料的流動(dòng)順暢，同時(shí)減小其大小，并且各個(gè)螺桿元件被布置成增加或減少流動(dòng)，或者在筒體內(nèi)形成生物質(zhì)的栓塞。在出口處在壓力下與端閥耦合的(一個(gè)或多個(gè))螺桿控制在生物質(zhì)移動(dòng)通過筒體并從其移出時(shí)施加給生物質(zhì)的速度、壓力和部分溫度。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以使用各種經(jīng)改進(jìn)以包括本文描述的快速處理和水解的處理生物質(zhì)的方法，來生產(chǎn)具有低水平的抑制劑的高水平的碳水化合物。例如，andritz(us2014/0034260a1)的管法可以與本發(fā)明的可分離內(nèi)腔室和端閥過程相配合。所述方法可以使用雙螺桿擠出機(jī)來執(zhí)行。類似地，單螺桿或多螺桿擠出機(jī)可適用于本方法。此外，在預(yù)處理期間可以使用酸、堿或其它化學(xué)品，或者可以單獨(dú)采用蒸汽。

本文公開的系統(tǒng)和方法可以用于以高速率的吞吐率對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行工業(yè)規(guī)模的預(yù)處理。例如，據(jù)估計(jì)生物質(zhì)可以依據(jù)本文公開的一些方法，通過連續(xù)操作雙螺桿擠出機(jī)，依據(jù)下表1移動(dòng)通過并得到處理。

表1

在一般概述中，該裝置及其在擠出機(jī)中的用途如下描述。筒體螺桿反應(yīng)器可以包括金屬圓柱形筒體(其可以襯有諸如陶瓷、玻璃、鋁、哈氏合金(hasteloy)、鈦等特殊材料)，該金屬圓柱形筒體具有可以從例如30mm到220mm的直徑或者更大變動(dòng)的大小，并配備有一個(gè)或多個(gè)水平或垂直取向的螺桿。筒體可以分成單獨(dú)的部分，并且沿著頂面、側(cè)面和/或底面可以配備有多個(gè)使用端口。這樣的多個(gè)使用端口可以是可密封端口。多個(gè)使用端口可以允許注入水、蒸汽、酸或其他化學(xué)品。多個(gè)使用端口可以允許插入用于測量筒體內(nèi)部溫度和壓力的熱電偶和/或壓力計(jì)?？梢愿鶕?jù)需要添加附加的端口。反應(yīng)器筒體可配備有電加熱元件或蒸汽護(hù)套，以均衡加熱筒體。備選地或者另外，加熱可以通過注入蒸汽來供給。反應(yīng)器筒體可以附接到排出到閃蒸罐或其他容器中的導(dǎo)管上。閃蒸罐可以使用不銹鋼構(gòu)造。筒體可以通過具有座端的導(dǎo)管與閃蒸罐隔離，所述座端具有壓力致動(dòng)的排出閥布置，該排出閥布置能夠根據(jù)閥上的背壓和系統(tǒng)內(nèi)的壓力對(duì)位置進(jìn)行連續(xù)調(diào)整。排出閥布置可以在中間包括金屬或陶瓷密封座，以允許生物質(zhì)的爆破排出。壓力致動(dòng)的閥布置可以包括連接到軸的錐形噴嘴(參見圖1和圖2)。端閥的直徑可隨機(jī)器的大小而變化，并且通常范圍為30mm至220mm或更大。錐形噴嘴可以連接到軸上，該軸附接到背壓發(fā)生器中的致動(dòng)器上。致動(dòng)器可以提供由背壓發(fā)生器調(diào)節(jié)的氣壓，所述背壓發(fā)生器監(jiān)測壓力。壓力可以是高壓，使得不會(huì)發(fā)生回流并且限制材料流動(dòng)到管外。錐形噴嘴和座上的背壓可以是可調(diào)整的。例如，可以使用到軸上50psi至600psi(表壓)的背壓進(jìn)行操作，該軸連接至端部剪切閥的錐形噴嘴。端部剪切閥的錐體可以在完全關(guān)閉和完全打開位置之間以及任何中間位置行進(jìn)。端部剪切閥出口處的導(dǎo)管可以將處理的固體向下引導(dǎo)到閃蒸罐的底部中，在該處可以分離并容易地去除固體和蒸汽。

圖1示出了本文所提供的一種類型的反應(yīng)器設(shè)計(jì)的實(shí)施方案。反應(yīng)器可以是商業(yè)規(guī)模的反應(yīng)器。它包括裝配有雙螺桿(未示出)的水平圓柱形筒體31和附接在筒體第二端處的特殊端部法蘭14處的排出閥17。筒體可以是絕緣的，并且可以具有不可滲透式壁。用于移動(dòng)螺桿的馬達(dá)24可以附接在第一端附近。馬達(dá)例如可以是電動(dòng)馬達(dá)與變速箱組合，具有或不具有滑輪和v形帶或者使螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的任何其它機(jī)構(gòu)。馬達(dá)也可以是，例如但不限于同步扭矩馬達(dá)。料斗20可以附接到筒體31的密封端的入口?？梢酝ㄟ^料斗20的開口添加生物質(zhì)。生物質(zhì)可以是本文所提供的任何生物質(zhì)?？梢杂杏糜诓粔簩?shí)或壓實(shí)流動(dòng)生成物的進(jìn)料器(未示出)，諸如控制生物質(zhì)從料斗20到筒體31的添加的填料機(jī)。壓實(shí)和/或非壓實(shí)進(jìn)料器可以是本領(lǐng)域已知的任何壓實(shí)和/或非壓實(shí)裝載器。例如，非壓實(shí)流動(dòng)誘導(dǎo)進(jìn)料器可以是非壓實(shí)進(jìn)料器或各種類型的活底箱流動(dòng)誘導(dǎo)器，其后是流量計(jì)量輸送機(jī)，諸如各種類型的牽引鏈、斗式提升機(jī)或旋轉(zhuǎn)螺旋。在其最簡單的形式中，非壓實(shí)進(jìn)料器可以是指手動(dòng)將生物質(zhì)裝載到圓柱形筒體的敞開第一端中。壓實(shí)進(jìn)料器可以包括機(jī)械壓實(shí)?？梢酝ㄟ^提供諸如往復(fù)式柱塞或螺旋進(jìn)料器等機(jī)械壓實(shí)裝置來實(shí)現(xiàn)機(jī)械壓實(shí)。筒體31可以具有第一可密封端口29，用于在管移動(dòng)遠(yuǎn)離料斗端時(shí)添加水以使該管中的生物質(zhì)水合。螺桿可以設(shè)計(jì)成具有形成高剪切栓塞p1的部分，高剪切栓塞p1可以在添加水之后但在通過端口32和33添加蒸汽之前發(fā)生。高剪切栓塞p1可以將生物質(zhì)破裂成大小較小(例如，約10至200微米)的顆粒。形成的栓塞可以將生物質(zhì)分離成可以彼此不同地處理的部分或區(qū)。螺桿穿過不可滲透式筒室30的運(yùn)動(dòng)將生物質(zhì)和水混合物從進(jìn)料區(qū)推動(dòng)到第一區(qū)91中。端口32、33在第一栓塞形成后向筒體添加加壓蒸汽(例如，從約300psi至600psi)，從而將筒體壓力增大到期望的溫度和壓力(例如，壓力為600psi且溫度為253℃)。可以在添加酸性水溶液(或其它化學(xué)品，例如堿)之前形成第二栓塞p2，并且第二栓塞p2可以將材料分離到第二區(qū)92中。在該第二區(qū)中，可以將c6聚合物溶解并且/或者可以將c5聚合物水解成單糖。在該區(qū)中可以維持熱機(jī)械條件。在通過34添加酸(或堿溶液)之后，在生物質(zhì)移動(dòng)通過圓柱形筒室30時(shí)，可以形成第三栓塞p3。在形成第三栓塞之后也可以添加酸(或堿溶液)。在該第三區(qū)93中可以發(fā)生糖的進(jìn)一步溶解，并且如果需要，可以通過第三區(qū)93中的另一端口(未示出)添加更多的水。

第三區(qū)93遠(yuǎn)端處的端閥17在座設(shè)時(shí)包括反應(yīng)區(qū)r1的一部分。端閥可以處于恒定壓力下。可以向筒形圓柱體31添加背壓調(diào)節(jié)器(例如，參見圖11和圖12)，使得背壓調(diào)節(jié)器監(jiān)測區(qū)93端部處的壓力。監(jiān)測可以是連續(xù)的。背壓調(diào)節(jié)器用來通過憑借連接到致動(dòng)器的軸60(例如，參見圖12和圖13)打開和關(guān)閉端閥17(例如，連續(xù)地)來維持設(shè)定的壓力。致動(dòng)器可以是本文所提供的任何致動(dòng)器。例如，致動(dòng)器可以是氣動(dòng)致動(dòng)器。閥活動(dòng)可以快速發(fā)生以打開端閥17并將加壓材料釋放到通向敞開的閃蒸罐70的導(dǎo)管62中，從而吹出經(jīng)處理的生物質(zhì)并將溫度和壓力從幾百psi迅速降至大氣壓。隨著壓力下降，背壓調(diào)節(jié)器促使致動(dòng)器經(jīng)由軸60的運(yùn)動(dòng)而將端閥17關(guān)閉。壓力差可以根據(jù)進(jìn)一步溶解c6糖所需的量而變化。當(dāng)在理想條件下操作時(shí)，端閥17可能永遠(yuǎn)不會(huì)完全關(guān)閉，并且永遠(yuǎn)不會(huì)完全打開，軸60在致動(dòng)器的控制下來回移動(dòng)。

在一些情況下，本文提供的任何設(shè)備可包括致動(dòng)器。致動(dòng)器可以由調(diào)節(jié)器控制。如本文提供的設(shè)備上的致動(dòng)器可以是本領(lǐng)域已知的任何類型的機(jī)械、機(jī)電、線性、壓電、超聲、液壓、電動(dòng)液壓、氣動(dòng)、分段式主軸、移動(dòng)線圈或動(dòng)鐵式的可控致動(dòng)器或馬達(dá)。在一些情況下，如本文提供的設(shè)備中的致動(dòng)器包括氣動(dòng)致動(dòng)器。氣動(dòng)致動(dòng)器可以是活塞致動(dòng)器。在一些情況下，如本文提供的設(shè)備中的致動(dòng)器包括液壓致動(dòng)器。機(jī)械致動(dòng)器的示例可以包括螺桿式致動(dòng)器(例如，導(dǎo)螺桿、螺旋千斤頂、滾珠螺桿或滾柱螺桿)、輪和軸(例如，起重機(jī)、絞盤、齒條和齒輪、鏈傳動(dòng)裝置、皮帶傳動(dòng)裝置、剛性鏈或剛性帶)、活塞致動(dòng)器、隔膜致動(dòng)器或凸輪致動(dòng)器。如本文提供的用于控制任何設(shè)備中的致動(dòng)器的調(diào)節(jié)器可以是壓力調(diào)節(jié)器。壓力調(diào)節(jié)器可以是背壓調(diào)節(jié)器。壓力調(diào)節(jié)器(例如，背壓調(diào)節(jié)器)可以是單級(jí)調(diào)節(jié)器或雙級(jí)調(diào)節(jié)器。壓力調(diào)節(jié)器可以包括制約元件、加載元件和測量元件。制約元件可以是諸如球形、蝶形或提升閥等閥。為了精確控制，諸如線性球形閥等閥可以正常工作。其他類型的閥可以是快速開啟的球形閥、浮球閥、蝶形閥或等百分比球形閥。

加載元件可以是與彈簧相組合的重物、彈簧或致動(dòng)器(例如，活塞或隔膜致動(dòng)器)。在一些情況下，本文提供的任何設(shè)備中的壓力調(diào)節(jié)器是氣動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器。氣動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器與改造的提升閥一起工作。例如，可以使用ed05系列e/p壓力調(diào)節(jié)器(boschrexrothag)。在一些情況下，本文提供的任何設(shè)備中的壓力調(diào)節(jié)器是液壓壓力調(diào)節(jié)器。壓力調(diào)節(jié)器還可以與用于測量如本文提供的設(shè)備內(nèi)的流速的流量計(jì)連通和/或包括所述流量計(jì)。流量計(jì)可以是本領(lǐng)域已知的流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)或質(zhì)量流量控制器。

筒形圓柱體31內(nèi)的三個(gè)圓柱形腔室(區(qū))91、92和93以及通過閥至大氣壓的排出導(dǎo)管62包括在其處發(fā)生生物質(zhì)預(yù)處理的反應(yīng)區(qū)r1。只要材料處于升高的溫度和壓力下，在筒室30內(nèi)就會(huì)發(fā)生對(duì)輸入到筒形圓柱體31中的生物質(zhì)的預(yù)處理，因此當(dāng)將材料閃蒸到大氣時(shí)，反應(yīng)區(qū)r1結(jié)束。該區(qū)中的熱化學(xué)和機(jī)械壓力以及停留時(shí)間可以依照正預(yù)處理的生物質(zhì)的類型而變化。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到具有高濃度的易溶解和水解的碳水化合物聚合物的生物質(zhì)材料可能需要較少的時(shí)間和/或較小的壓力和溫度。

與本領(lǐng)域已知的其它預(yù)處理系統(tǒng)相比，在反應(yīng)區(qū)中的停留時(shí)間能夠非常短。在如本文提供的設(shè)備的反應(yīng)區(qū)(例如，圖1，r1)中的停留時(shí)間可以小于0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、35、40、45、50、55或60秒。在如本文提供的設(shè)備的反應(yīng)區(qū)(例如，圖1，r1)中的停留時(shí)間可以約為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、35、40、45、50、55或60秒。在如本文提供的設(shè)備的反應(yīng)區(qū)(例如，圖1，r1)中的停留時(shí)間可以在約1秒至約2之間、約1秒至約3秒之間、約1秒至約4秒之間、約1秒至約5秒之間、約1秒至約6秒之間、約1秒至約7秒之間、約1秒至約8秒之間、約1秒至約9秒之間、約1秒至約10秒之間、約1秒至約15秒之間、約1秒至約20秒之間、約2秒至約4秒之間、約2秒至約6秒之間、約2秒至約8秒之間、約2秒至約10秒之間、約2秒至約15秒之間、約2秒至約20秒之間、約5秒至約10秒之間、約5秒至約15秒之間、約5秒至約20秒之間、約10秒至約12秒之間、約10秒至約14秒之間、約10秒至約16秒之間、約10秒至約18秒之間、約10秒至約20秒之間、約15秒至約20秒之間、約20秒至約30秒之間、約30秒至約45秒之間或者約45秒至約60秒之間。壓力可以從0至800psi變化，優(yōu)選地從300至700psi變化。溫度范圍很寬，從100℃至260℃或者以上，優(yōu)選從160℃至230℃。所使用的溫度常常取決于生物質(zhì)中纖維素纖維的結(jié)晶度；例如，軟木具有較高百分比的結(jié)晶纖維素并且需要210-240℃的溫度。可以添加或可以不添加酸以幫助反應(yīng)，并且可以在每干噸生物質(zhì)0wt％的純化學(xué)品到每干噸生物質(zhì)8wt％的純化學(xué)品內(nèi)變動(dòng)，優(yōu)選在1wt％至5wt％內(nèi)變動(dòng)。

在另一實(shí)施方案中，可以在如本文提供的設(shè)備中在升高的溫度和/或壓力下對(duì)如本文提供的生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理。在一個(gè)實(shí)施方案中，在20℃至400℃的溫度范圍內(nèi)對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理。在另一實(shí)施方案中，在約20℃、25℃、30℃，35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、80℃、90℃、100℃、120℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃或更高的溫度下對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理。在另一實(shí)施方案中，通過使用蒸汽、熱水或熱氣體來提供升高的溫度。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以將蒸汽注入到含有生物質(zhì)的器皿或筒室中。在另一實(shí)施方案中，可以將蒸汽、熱水或熱氣體注入到器皿護(hù)套中，使得其加熱但不直接接觸生物質(zhì)。在另外的實(shí)施方案中，可以使用電動(dòng)筒體加熱器從外部施加熱量。

在另一實(shí)施方案中，可以在如本文提供的設(shè)備中在升高的溫度和/或壓力下對(duì)如本文提供的生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理。在一個(gè)實(shí)施方案中，在從0至800psi的壓力范圍下對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理。在一些實(shí)施方案中，在高于大氣壓的壓力下進(jìn)行對(duì)在如本文提供的裝置中預(yù)處理的生物質(zhì)進(jìn)行加熱。壓力可以從約25psi至約800psi。壓力可以從約300psi和約500psi。壓力可以約為400psi。例如，壓力可以約為25-800、25-700、25-600、25-500、25-250psi、25-225psi、25-200psi、25-175psi、25-150psi、25-125psi、25-100psi、25-75psi、25-50psi、50-225psi、50-200psi、50-175psi、50-150psi、50-125psi、50-100psi、50-75psi、75-200psi、75-175psi、75-150psi、75-125psi、75-100psi、100-175psi、100-150psi、100-125psi、125-150psi、25psi、30psi、35psi、40psi、45psi、50psi、55psi、60psi、65psi、70psi、75psi、80psi、85psi、90psi、95psi、100psi、105psi、110psi、115psi、120psi、125psi、130psi、135psi、140psi、145psi、150psi、155psi、160psi、165psi、170psi、175psi、180psi、185psi、190psi、195psi、200psi、205psi、210psi、215psi、220psi、225psi、230psi、235psi、240psi、245psi、250psi、300psi、350psi、400psi、450psi、500psi、550psi、600psi、650psi、700psi、750psi、800psi、850psi、900psi、950psi或1000psi。在一個(gè)實(shí)施方案中，壓力為從約25psi至約250psi。在另一實(shí)施方案中，壓力為從約75psi至約200psi。在另一實(shí)施方案中，壓力為從約100psi至約400psi。

在一個(gè)實(shí)施方案中，可以對(duì)一種或多種酸進(jìn)行組合，從而得到可以用于在如本文提供的設(shè)備中進(jìn)行對(duì)如本文提供的生物質(zhì)的預(yù)處理的緩沖液。在一些情況下，ph可以降低至中性ph或酸性ph，例如ph為7.0、6.5、6.0、5.5、5.0、4.5、4.0或更低。例如，用于在如本文提供的設(shè)備中對(duì)如本文提供的生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理的非中性水性培養(yǎng)基可以具有小于7、6.5、6、5.5、5、4.5、4、3.5、3、2.5、2、1.5或1的ph。例如，非中性水性培養(yǎng)基可以具有約為下列值的ph：6.5、6.4、6.3、6.2、6.1、6、5.9、5.8、5.7、5.6、5.5、5.4、5.3、5.2、5.1、5、4.9、4.8、4.7、4.6、4.5、4.4、4.3、4.2、4.1、4、3.9、3.8、3.7、3.6、3.5、3.4、3.3、3.2、3.1、3、2.9、2.8、2.7、2.6、2.5、2.4、2.3、2.2、2.1、2、1.9、1.8、1.7、1.6、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1、1、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1或更低。在一些實(shí)施方案中，將ph降低和/或維持在約ph4.5至約7.1、或約4.5至約6.9、或約ph5.0至約6.3、或約ph5.5至約6.3、或約ph6.0至約6.5、或約ph5.5至約6.9或約ph6.2至約6.7的范圍內(nèi)。

在一些實(shí)施方案中，在如本文提供的設(shè)備中對(duì)如本文提供的生物質(zhì)的預(yù)處理包括在ph大于7的非中性水性培養(yǎng)基中對(duì)生物質(zhì)組合物的水合。例如，非中性水性培養(yǎng)基可以具有大于7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5或更高的ph。例如，非中性水性培養(yǎng)基可以具有約為下列值的ph：7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9或更高。ph大于7的非中性水性培養(yǎng)基可以包括一種或多種堿，諸如氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀、氨、氫氧化銨、過氧化氫或其組合。一種或多種堿能夠處于任何合適的濃度，諸如本文所公開的任何濃度。

在一些實(shí)施方案中，生物質(zhì)組合物的預(yù)處理包括生物質(zhì)組合物在非中性水性培養(yǎng)基中的水合，所述非中性水性培養(yǎng)基包括以干生物質(zhì)重量計(jì)從約0.1％至約50％w/w或v/w的的一種或多種酸或一種或多種堿。例如，非中性水性培養(yǎng)基可以包括約25-50％、10-50％、10-25％、5-50％、5-25％、5-10％、4-50％、4-25％、4-10％、4-5％、3-50％、3-25％、3-10％、3-5％、3-4％、2-50％、2-25％、2-10％、2-5％、2-4％、2-3％、1-50％、1-25％、1-10％、1-5％、1-4％、1-3％、1-2％、0.5-50％、0.5-25％、0.5-10％、0.5-5％、0.5-4％、0.5-3％、0.5-2％、0.5-1％、0.5-％、0.1-50％、0.1-25％、0.1-10％、0.1-5％、0.1-4％、0.1-3％、0.1-2％、0.1-1％、0.1-0.5％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、24％、23％、22％、21％、20％、19％、18％、17％、16％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9.5％、9％、8.5％、8％、7.5％、7％、6.5％、6％、5.5％、5％、4.9％、4.8％、4.7％、4.6％、4.5％、4.4％、4.3％、4.2％、4.1％、4％、3.9％、3.8％、3.7％、3.6％、3.5％、3.4％、3.3％、3.2％、3.1％、3％、2.9％、2.8％、2.7％、2.6％、2.5％、2.4％、2.3％、2.2％、2.1％、2％、1.9％、1.8％、1.7％、1.6％、1.5％、1.4％、1.3％、1.2％、1.1％、1％、0.9％、0.8％、0.7％、0.6％、0.5％、0.4％、0.3％、0.2％或0.1％的一種或多種酸或一種或多種堿。一種或多種酸可以是硫酸、過氧乙酸、乳酸、甲酸、乙酸、檸檬酸、磷酸、鹽酸、亞硫酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、草酸、苯甲酸或其組合。一種或多種堿可以是氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀、氨、氫氧化銨、過氧化氫或其組合。在一些實(shí)施方案中，非中性水性培養(yǎng)基包括以干生物質(zhì)重量計(jì)約1％至約5％v/w的一種或多種酸或一種或多種堿。在一些實(shí)施方案中，非中性水性培養(yǎng)基包括以干生物質(zhì)重量計(jì)約1％至約5％v/w的硫酸。在一些實(shí)施方案中，非中性水性培養(yǎng)基包括以干生物質(zhì)重量計(jì)約1.8％v/w的硫酸。在一些實(shí)施方案中，非中性水性培養(yǎng)基包括以干生物質(zhì)重量計(jì)約1％v/w的硫酸。

在閃蒸罐70中，生物質(zhì)可以移動(dòng)通過向下定向的導(dǎo)管?？梢詮拈W蒸罐70接近經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)。在一些情況下，如本文提供的用于預(yù)處理生物質(zhì)的設(shè)備可以被設(shè)計(jì)用于將生物質(zhì)移動(dòng)到分離步驟或者到酶水解罐。水汽可以通過閃蒸罐70的敞開頂部排出，或者在替代方案中，可以將閃蒸罐70關(guān)閉，則水汽通過導(dǎo)管排出到另一個(gè)區(qū)域或腔室?；蛘撸瑢?dǎo)管可以通過管道連接到冷凝器。

可以使用碳鋼、不銹鋼或不滲透酸和堿且能夠承受所產(chǎn)生的壓力的任何其它材料來構(gòu)造該裝置(例如，筒形圓柱體)。也可以在腔室(例如，筒形圓柱體內(nèi)腔室)的內(nèi)部上具有化學(xué)惰性的涂層，該涂層不與酸或堿或本文提供的方法中所使用的任何化學(xué)品反應(yīng)。圓柱形筒體可以是水平的或垂直的，并且被改造用于裝載生物質(zhì)或提供恰當(dāng)排出壓力。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地配置具有豎直筒體以便恰當(dāng)操作的裝置。

在一些情況下，如本文提供的用于預(yù)處理生物質(zhì)的設(shè)備包括雙螺桿擠出機(jī)。用于本文提供的方法的共轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)的示例在圖2中示出。圖2中的雙螺桿擠出機(jī)包括筒體31、包括兩個(gè)螺旋式進(jìn)料機(jī)構(gòu)51和52的水平圓柱形腔室30。筒體包括用于添加生物質(zhì)的敞開第一端11。生物質(zhì)可以是如本文提供的任何生物質(zhì)。整體擠出裝置10包括主進(jìn)料斗20，以容納正添加的生物質(zhì)。在料斗20內(nèi)部是遞送螺旋鉆13，以將材料均衡地分配到敞開第一端11中。存在端口15，在生物質(zhì)進(jìn)入擠出機(jī)腔室30時(shí)可以向端口15中添加水。圓柱形腔室30具有用于添加水的另一端口29、用于添加加壓蒸汽的可密封端口32、33以及用于添加化學(xué)反應(yīng)物(例如，酸)的可密封端口34、35。如果在端口34和35的下游需要附加的蒸汽，則可以添加第三端口36。如在圖1中，將筒室30分成由螺桿配置產(chǎn)生的3個(gè)區(qū)(未示出)，類似于圖1中的91、92和93。注入加壓蒸汽以提高生物質(zhì)的溫度和壓力，并在必要時(shí)注入用于化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)品。絕緣部12可以設(shè)置在筒體31的外部或者作為其一部分，絕緣部12可以包圍筒室30并且在腔室內(nèi)部維持期望的溫度。溫度計(jì)83、87和壓力計(jì)81、85分別用于監(jiān)測腔室內(nèi)部的溫度和壓力。

在生物質(zhì)通過料斗20裝載到腔室30中時(shí)，通過添加蒸汽和栓塞的配置(由于螺桿機(jī)構(gòu)的各個(gè)部分的形狀和運(yùn)動(dòng)的原因)熱機(jī)械壓力增長。雙螺桿機(jī)構(gòu)51、52使生物質(zhì)移動(dòng)通過管至筒室30的端板14與排出閥89之間的開口22。

如在圖1中，在使生物質(zhì)通過管從一端移動(dòng)到另一端期間，圖2的設(shè)備產(chǎn)生了三個(gè)栓塞p1、p2、p3(參見圖1)。盡管圖2中未示出，但是在通過端口32和33添加蒸汽之前，在通過端口29添加水之后形成了p1。在形成第一栓塞之后，端口32、33向筒體添加約300psi至600psi的加壓蒸汽，從而將筒體壓力增加到所需的溫度和壓力；例如600psi和253℃的溫度。p2在通過端口32和33添加酸性水溶液之前形成，而p3通常在添加酸性水溶液之后形成。也如圖1，在圖2中，在筒室30內(nèi)p1與p2之間的區(qū)是區(qū)91，而區(qū)92在p2與p3之間，并且區(qū)93在p3與排出區(qū)域之間。前兩個(gè)栓塞之間的區(qū)91、栓塞p2與栓塞p3之間的區(qū)92、栓塞p3與通過特殊端部法蘭14的排出區(qū)域之間的區(qū)共同構(gòu)成了反應(yīng)區(qū)r1(如圖1所示)。在一些情況下，用于輔助對(duì)生物質(zhì)的預(yù)處理的化學(xué)品(例如，酸或堿或另一種化學(xué)品)添加在反應(yīng)區(qū)r1中形成的第二栓塞p2與第三栓塞p3之間。

在一些情況下，使用如圖2中描繪的設(shè)備預(yù)處理生物質(zhì)需要在生物質(zhì)移動(dòng)通過每個(gè)部分和添加包括酸和蒸汽的水性溶液之后密封圖2的設(shè)備中的端口，并隨后維持期望的溫度。如圖2所示，排出閥17可以部分地坐設(shè)于金屬或陶瓷密封件89中，使得排出閥大部分是關(guān)閉的。在操作中，(圖2和圖12)在筒室30中的壓力增長到某一點(diǎn)時(shí)，排出閥17被推開(遠(yuǎn)離筒室)。閥軸60通過管延伸到背壓發(fā)生器(控制單元)73內(nèi)或與其附接的致動(dòng)器72。生物質(zhì)、糖和水性化學(xué)品的混合物通過腔室30中雙螺桿50、51從第一端朝向第二(出口)端的移動(dòng)以及由于壓力集聚而被推動(dòng)穿過排出閥開口22。生物質(zhì)穿過排出閥開口22并穿過導(dǎo)管62，在導(dǎo)管62處通過閃蒸罐頂部中允許經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)進(jìn)入和蒸汽離開的開口71將生物質(zhì)收集在閃蒸罐70中。還可以有允許水汽排出的單獨(dú)開口(未示出)。

在圖3中描繪了圖2所示的雙螺桿擠出機(jī)的排出端的截面。如圖3所示，筒體31收容由軸26、28轉(zhuǎn)動(dòng)的雙螺桿51、52。在一個(gè)實(shí)施方案中，耐腐蝕和磨損的特種金屬或其它化合物的可替換實(shí)心筒體插入件38可以圍繞螺桿。雙螺桿51、52的葉片邊緣的范圍以及穿過筒體插入件38的鉆孔的邊界由虛線表示。在螺桿元件的尖端與筒體插入件38之間有1毫米左右。在一些情況下，虛線可以是實(shí)際的筒體開口(而不是筒體31)，并且可以由添加以增加耐磨性并且鉆孔以匹配螺桿直徑的特殊金屬插入件組成。在一個(gè)實(shí)施方案中，加熱裝置(未示出)裝配在整個(gè)圓柱形筒體周圍。圖4示出了附接到擠出機(jī)端部的排出端特殊面法蘭14的截面。法蘭14連接到擠出機(jī)，并且雙螺桿將材料向前輸送到排出閥。圖5描繪了當(dāng)從閥開口端向與閥17連接的窄端看時(shí)從擠出機(jī)排出端法蘭14中的雙螺桿開口到閥開口22的單一出口的過渡。開口擴(kuò)張以包圍法蘭14的雙螺桿開口。圖6進(jìn)一步描繪了具有連接到擠出機(jī)法蘭14附近的單一圓柱形開口22的排出閥端外殼19。經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)通過由金屬或陶瓷密封件89圍繞的開口22排出，該密封件89固定到位，以與排出閥機(jī)構(gòu)相互作用。陶瓷或金屬密封件還可以延伸到閥開口22中并且在閥開口22與閥外殼19之間提供涂層或插入物。

如本文提供的擠出機(jī)的排出端處的閥(“端閥”)可以是許多不同設(shè)計(jì)之一。在該過程中使用的端閥可以是若干種可以由背壓發(fā)生器精確監(jiān)測和控制的類型之一。端閥可以是單向的或雙向的。在一些情況下，如本文提供的擠出機(jī)中的端閥是單向的，同時(shí)通過擠出機(jī)的流動(dòng)是單向的。在一些情況下，如本文提供的擠出機(jī)中的端閥是雙向的，而通過擠出機(jī)的流動(dòng)是單向的。圖7是閥開口22在其外殼19中的水平視圖，其中閥開口從擠出機(jī)的兩螺桿開口向閥排出端變窄。

圖8是具有排出導(dǎo)管62的閥外殼組件65的水平視圖，其包括如圖7所示的保持閥開口和外殼19的外殼63。圖9描繪了圖8的外殼，示出了閥組件如何與外殼相集成。圖10是水平剖視圖，其中閥17和閥軸60坐設(shè)于外殼65和63內(nèi)的閥開口外殼19中。

圖1和圖2是示出生物質(zhì)移動(dòng)通過使用栓塞以裝容不同反應(yīng)并減小顆粒大小的反應(yīng)器的實(shí)施方案?？梢愿淖冞@些實(shí)施方案以適應(yīng)不同類型和大小的生物質(zhì)，從而優(yōu)化單糖或甚至低聚物的處理和提取。例如，與纖維素部分相比，如果生物質(zhì)含有少量百分比的半纖維素，則可以減小第二腔室的大小。在任何腔室中的停留時(shí)間可以改變，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，產(chǎn)生栓塞并且切割并向前移動(dòng)處理材料的部分中的螺桿元件的類型及其放置可以具有無限數(shù)目個(gè)變換。所使用的組合將取決于生物質(zhì)的類型和最佳預(yù)處理所期望的顆粒大小。因此，使用這種方法，停留時(shí)間、溫度、時(shí)間和化學(xué)處理可以是無限制的。

并入到該系統(tǒng)中的螺桿部分例如可以包括用于移動(dòng)材料通過擠出機(jī)的輸送元件和用于形成栓塞的捏合塊元件。一個(gè)合適的系統(tǒng)可以包括螺桿輪廓中具有混合凹槽的單螺旋螺桿元件。該元件可以具有左側(cè)手柄(反向輸送)或右側(cè)手柄(向前輸送斜螺桿輪廓)。這些元件可以包括較少的混合凹槽和減小的凹槽深度，以減少螺桿輪廓通道之間的產(chǎn)物交叉流動(dòng)，因而有助于維持生物質(zhì)的均勻的壓力和移動(dòng)并減少回流。螺桿元件可以包含各種材料，所述材料例如包括stellite、hasteloy、inconell、pm鋼、鉻鋼和氮化鋼，和/或可以制造成具有各種表面涂層以減少磨損和磨耗。這樣的元件的示例可以在extricomgmbh(www.extricom.de)處找到。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解元件的類型及其布置是無限制的，并且可以針對(duì)特定生物質(zhì)材料以許多不同模式組織。

本發(fā)明方法中使用的生物質(zhì)的初始干重至少約為生物質(zhì)和酸性水溶液混合物總重量的10％。更典型地，生物質(zhì)的干重至少約為20％，并且可以至少約為30％、45％、50％或更多。原料生物質(zhì)通常將在30wt％與90wt％固體之間變動(dòng)，并且離開預(yù)處理器的生物質(zhì)通常在25wt％與40wt％固體之間變動(dòng)。生物質(zhì)的百分比干重可以變化，并且對(duì)于不同類型的生物質(zhì)，最佳百分比可能不同。例如，當(dāng)使用木屑(將用少量的蒸汽冷凝水將木屑稀釋)時(shí)，期望至少約40％的生物質(zhì)，以提供經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)，該經(jīng)處理的生物質(zhì)經(jīng)糖化用來生產(chǎn)濃度足夠的可發(fā)酵糖，以便節(jié)約成本地發(fā)酵成乙醇。更合適的是至少約30％的木屑生物質(zhì)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易確定用在用于生產(chǎn)高糖水解產(chǎn)物的本發(fā)明方法中的特定類型生物質(zhì)的優(yōu)選百分比干重。

生物質(zhì)可以裝載到諸如圖1中圖解的料斗等進(jìn)料裝置中，該進(jìn)料裝置進(jìn)而將生物質(zhì)進(jìn)給到反應(yīng)器?？梢酝ㄟ^使用諸如螺旋輸送機(jī)、填料機(jī)、牽引鏈、斗式提升機(jī)、輸送帶等流動(dòng)輸送機(jī)來促進(jìn)裝載。通過添加錐形螺桿等可以使生物質(zhì)更均勻地進(jìn)給到反應(yīng)器中，這允許生物質(zhì)以均勻的速率和密度進(jìn)入反應(yīng)器，這有助于防止進(jìn)料裝置堵塞。

使用該方法，包含酸或堿的水性溶液可以包括將碳水化合物聚合物水解所必需的任何濃度。因此，例如可以使用濃度為0.01％至7％或8％以上的酸，或者濃度為1％、2％、3％、4％、5％、6％或其間的任何值的酸。在如本文提供的預(yù)處理設(shè)備中，可以密封除添加蒸汽的一個(gè)或多個(gè)端口以外的端口。用于如本文提供的設(shè)備中的閥可以是本領(lǐng)域已知的可以打開或關(guān)閉的任何類型的閥。閥可以是浮球閥、提升閥、止回閥或旋轉(zhuǎn)刀閘閥或其組合。

可以在第一栓塞形成后，通過在反應(yīng)區(qū)開始處的圓柱形筒體中的一個(gè)或多個(gè)端口添加將生物質(zhì)和酸性水溶液混合物的溫度升高到期望點(diǎn)的所需量的蒸汽?？梢允褂貌恢挂粋€(gè)端口，其中各端口間隔開，使得蒸汽接觸遍布在生物質(zhì)之上或者更快地升高溫度和壓力?？梢蕴砑蛹訅赫羝詫⑸镔|(zhì)和酸性水溶液混合物的溫度升高到約80℃至約300℃之間，優(yōu)選160℃至230℃之間。生物質(zhì)和酸性水溶液的溫度可約為20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、80℃、90℃、100℃、120℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃或400℃。生物質(zhì)和酸性水溶液的溫度可以為從約20℃至約400℃、約50℃至約350℃、約80℃至約300℃、約100℃至約250℃或約160℃至約210℃。如果需要，可以通過圓柱形腔室的第二和第三栓塞形成之間的端口添加附加的蒸汽，以維持期望的溫度和壓力。所述裝置可以包括加熱護(hù)套、蒸汽護(hù)套、帶狀加熱器、筒形加熱器或絕緣護(hù)套，以有助于升高和/或維持溫度和壓力。加熱或蒸汽護(hù)套特別適用于小型反應(yīng)器，而絕緣護(hù)套適用于大型反應(yīng)器。加熱可以發(fā)生在不同階段，包括在處理或預(yù)處理之前對(duì)筒體進(jìn)行預(yù)熱。正預(yù)處理的生物質(zhì)的類型也可能影響本方法中的最佳處理時(shí)間和溫度，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地進(jìn)行評(píng)估。

這些方法中使用加壓蒸汽使生物質(zhì)達(dá)到所描述溫度導(dǎo)致反應(yīng)器腔室內(nèi)的壓力介于約300psi與約1000psi之間。更典型地，壓力介于約300psi至800psi之間。通過端口添加處于約300至600psi的加壓蒸汽。反應(yīng)器腔室內(nèi)的壓力可以是25-250psi、25-225psi、25-200psi、25-175psi、25-150psi、25-125psi、25-100psi、25-75psi、25-50psi、50-225psi、50-200psi、50-175psi、50-150psi、50-125psi、50-100psi、50-75psi、75-200psi、75-175psi、75-150psi、75-125psi、75-100psi、100-175psi、100-150psi、100-125psi、125-150psi、25psi、30psi、35psi、40psi、45psi、50psi、55psi、60psi、65psi、70psi、75psi、80psi、85psi、90psi、95psi、100psi、105psi、110psi、115psi、120psi、125psi、130psi、135psi、140psi,145psi、150psi、155psi、160psi、165psi、170psi、175psi、180psi、185psi、190psi、195psi、200psi、205psi,210psi,215psi、220psi、225psi、230psi、235psi、240psi、245psi、250psi、300psi、350psi,400psi、450psi、500psi、550psi、600psi、650psi、700psi、750psi、800psi、850psi、900psi、950psi或1000psi。然而，在一定情況下，可能期望較低的壓力。例如，從富含c5和/或不含木質(zhì)素的生物質(zhì)中釋放c5聚合物需要很小的壓力或不需要壓力。

在本發(fā)明的實(shí)施方案中(例如，圖1和圖2)，在恰當(dāng)?shù)膲毫蜏囟认骂A(yù)處理如本文提供的生物質(zhì)達(dá)期望時(shí)間后，將生物質(zhì)和水性化學(xué)品或其它混合物通過圓柱形筒體30的端部處的排出閥17移動(dòng)到閃蒸罐70中。在生物質(zhì)與酸性水溶液或其它化學(xué)品在期望溫度下反應(yīng)期間，可以關(guān)閉排出閥17，繼而打開以便生物質(zhì)的穿通。在雙螺桿腔室反應(yīng)器中，如圖2所例示，在蒸汽和生物質(zhì)在反應(yīng)腔室中集聚了壓力之后，排出閥17隨著擠出機(jī)端部與閥室之間的閥的打開而在擠出機(jī)的壓力下打開，并且排出經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)以將壓力減輕至通過軸遞送至端閥的壓力更大的點(diǎn)。當(dāng)使用栓塞形成來維持各個(gè)區(qū)時(shí)，使用外部閥比試圖在筒體內(nèi)維持均勻的壓力更有利。當(dāng)通過單獨(dú)響應(yīng)的加壓閥來控制對(duì)加壓材料的釋放時(shí)，可以更容易地維持這些區(qū)。

例如，圖12圖示了如圖2所描繪的設(shè)備中的打開的閥17，當(dāng)圓柱形筒體31中的筒體腔室30(圖2中)中的蒸汽和生物質(zhì)的壓力大于遞送至端閥17的壓力時(shí)發(fā)生這種情況。在腔室中的壓力減小時(shí)，端閥17上的軸壓力推動(dòng)閥朝著抵靠擠出機(jī)端部而關(guān)閉，因而減少生物質(zhì)向圖2中的閃蒸罐70中的釋放，并且允許壓力再次在擠出機(jī)中增長。相比之下，圖11圖示了閥17在其坐設(shè)于金屬或陶瓷密封件89中并且軸壓力大于擠出機(jī)中的壓力時(shí)的位置。圖11和圖12相結(jié)合地描繪了在圓柱形筒體31中處理生物質(zhì)時(shí)端閥的前后恒定移動(dòng)。在一些情況下，端閥17永遠(yuǎn)不會(huì)完全關(guān)閉并且永遠(yuǎn)不會(huì)完全打開。因此，在處理和釋放生物質(zhì)時(shí)，端閥在整個(gè)操作過程中維持基本上打開，同時(shí)在擠出機(jī)中維持一致的壓力。

本文所述的應(yīng)用可以是連續(xù)的，并且出口閥的關(guān)鍵是對(duì)系統(tǒng)壓力的恒定監(jiān)測。存在連續(xù)調(diào)整閥開口以便維持特定的系統(tǒng)壓力的反饋回路。參見圖11和圖12。這可以允許連續(xù)的閃蒸過程，并且可以連續(xù)地調(diào)整擠出機(jī)以在連續(xù)的過程中維持期望的壓力?？傮w而言，這可以是比普通預(yù)處理排出系統(tǒng)更復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，并且可以對(duì)連續(xù)的過程提供非常緊密精確的控制。

可以使用的排出閥的示例包括提升排出閥、刀閘閥、座閥、蝶形閥、旋轉(zhuǎn)v端口閥等?；钊僮魇骄€性球閥或提升式排出閥可能在較小規(guī)模的反應(yīng)器中特別有用，其中閥座的硬面上游側(cè)是陶瓷排出孔口，而閥座較軟的下游側(cè)抵靠硬面閥柱塞進(jìn)行密封，其中當(dāng)閥柱塞縮回以打開時(shí)，流動(dòng)面積不斷地增加超過閥座。

最適合地，提升式排出閥將并入了逐漸擴(kuò)張文丘里管。圖10中圖解了可適合于生物質(zhì)預(yù)處理反應(yīng)器的逐漸擴(kuò)張文丘里管提升閥的一個(gè)實(shí)施方案。該閥并入了錐形噴嘴和金屬或陶瓷座端閥布置。為了避免栓塞，如圖11(關(guān)閉位置)和圖12(打開位置)中所例示的逐漸擴(kuò)張文丘里管可以設(shè)計(jì)成使固體加速通過該文丘里管的固定圓柱體89與該文丘里管安裝在閥軸60端部上的可移動(dòng)內(nèi)部錐體17之間的穩(wěn)步擴(kuò)大的間隙。通?？梢詫㈠F體裝配于其中的排出圓柱體坐設(shè)到反應(yīng)器腔室出口處的排出閥外殼19中。錐體89內(nèi)部的文丘里管可以是閥軸60端部上的鼻狀物。閥軸60可以附接至用于控制移動(dòng)的致動(dòng)器72。致動(dòng)器72可以是本領(lǐng)域已知的能夠使閥軸前后水平運(yùn)動(dòng)地移動(dòng)的任何設(shè)備，諸如電動(dòng)、氣動(dòng)或液壓馬達(dá)，氣動(dòng)閥致動(dòng)器或液壓活塞或本領(lǐng)域已知和/或本文提供的任何其它類型的致動(dòng)器。致動(dòng)器進(jìn)而可以在電子壓力調(diào)節(jié)器73內(nèi)或與其附接，該電子壓力調(diào)節(jié)器73接收來自反應(yīng)腔室的壓力信號(hào)。例如，可以使用ed05系列e/p壓力調(diào)節(jié)器(boschrexrothag)。當(dāng)閥軸處于其最左側(cè)位置時(shí)，內(nèi)部錐體的外邊緣坐抵金屬或陶瓷外部圓柱體的內(nèi)邊緣，以密封反應(yīng)器的排出端。在預(yù)處理期間，閥軸可以向右移動(dòng)以提供閃蒸文丘里管所期望的開口大小。該設(shè)計(jì)可以提供某長度的閃蒸區(qū)，該閃蒸區(qū)在流動(dòng)方向上平滑地?cái)U(kuò)展。在這一設(shè)計(jì)中，生物質(zhì)固體可以沿逐漸敞開的環(huán)形錐體的軸線向下加速，直到可以將腔室中的壓力釋放到這樣的點(diǎn)：在該點(diǎn)處來自反應(yīng)腔室的電子信號(hào)導(dǎo)致遞送至端閥的、引起端閥朝著腔室移動(dòng)的壓力，從而使閃蒸文丘里管與金屬或陶瓷座之間的間隙閉合。

可以對(duì)經(jīng)處理的生物質(zhì)進(jìn)行閃蒸，通過排出閥移動(dòng)到通向閃蒸罐中的導(dǎo)管中。繼而可以釋放水汽，并且可以使生物質(zhì)冷卻以便為ph調(diào)節(jié)、固體分離和/或酶水解做準(zhǔn)備。可以使用任何典型的閃蒸罐。閃蒸罐可以是閃蒸可以導(dǎo)致壓力從反應(yīng)區(qū)(例如，圖1和圖2中所描繪的反應(yīng)區(qū))內(nèi)部維持的壓力下降至接近大氣壓的壓力，并且一般可以將生物質(zhì)材料冷卻至約100℃。繼而將溫度降低至約50℃，這對(duì)于酶糖化可能是期望的?？梢詫⑸镔|(zhì)從閃蒸罐中移除并分批進(jìn)行糖化。通常，在此刻，c5聚合物已經(jīng)被水解成低聚物或單糖，這取決于在筒形腔室的反應(yīng)區(qū)中進(jìn)行處理期間所用的酸或堿的量以及所維持的溫度和壓力(參見圖1和圖2)，以及一定部分或百分比的無定形區(qū)域和c6聚合物的水解，留下殘留的c6晶格打開以便進(jìn)行糖化(例如，酶糖化)。

在一些情況下，在進(jìn)一步處理(例如，酶糖化)之前，對(duì)在本文提供的設(shè)備中通過本文提供的方法預(yù)處理的原料的ph進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)預(yù)處理的原料的ph的改變可以通過一次或多次洗滌原料(例如，用水洗滌)來去除在預(yù)處理過程中使用或產(chǎn)生的堿性或酸性物質(zhì)或其它物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。洗滌可以包括將經(jīng)預(yù)處理的原料2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25或更多次地暴露于等體積的水。在另一實(shí)施方案中，可以添加ph調(diào)節(jié)劑。例如，可以添加酸、緩沖液或與存在的其它材料反應(yīng)的材料以調(diào)控原料的ph。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以使用不止一種ph調(diào)節(jié)劑，諸如一種或多種堿，具有一種或多種緩沖液的一種或多種堿，一種或多種酸，具有一種或多種緩沖液的一種或多種酸或者一種或多種緩沖液。當(dāng)利用不止一種ph調(diào)節(jié)劑時(shí)，可以在同一時(shí)間或在不同時(shí)間添加它們。已經(jīng)描述了用于中和用堿性物質(zhì)處理的原料的其它非限制性示例性方法，例如在美國專利號(hào)4,048,341；4,182,780；和5,693,296中描述了。

在一些情況下，可以將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成在c5聚合物在第二反應(yīng)腔室區(qū)中經(jīng)受強(qiáng)酸處理和/或高溫或高壓之前在第一反應(yīng)腔室或區(qū)中水解并去除c5聚合物。可以使用稀釋酸和熱水處理方法來溶解全部半纖維素或其一部分。在預(yù)處理步驟期間，可以使用采用堿性試劑的方法來去除全部木質(zhì)素或其大部分或一部分。可以在高酸濃度以及高溫和高壓下對(duì)剩余的c6聚合物和木質(zhì)素殘留物進(jìn)行處理，而不會(huì)形成c5副產(chǎn)物，諸如糠醛和乙酸。這將會(huì)導(dǎo)致基本上無c5糖的c6聚合物與來自c5聚合物水解的抑制劑的混合物。這一類型的純c6流是期望的，以生產(chǎn)諸如生物塑料等特定終產(chǎn)物，并補(bǔ)充淀粉發(fā)酵成乙醇和其他生物燃料。

在一些情況下，如本文提供的生物質(zhì)或原料經(jīng)受使用如本文提供的設(shè)備的預(yù)處理，使得將從預(yù)處理產(chǎn)生的糖(糖類)分離并提取為如本文提供的終產(chǎn)物。在沒有水解步驟的情況下可以使用分離和提取的糖。分離和提取的糖可以是單糖或糖類低聚物或其組合。糖(例如，單糖和/或低聚物)可以是c5和/或c6糖類或其組合。在一些情況下，生物質(zhì)經(jīng)受了預(yù)處理以在玉米纖維中生產(chǎn)糖類低聚物。由玉米纖維產(chǎn)生的糖類低聚物可以是c5低聚物。在一個(gè)實(shí)施方案中，如本文提供的生物質(zhì)或原料的預(yù)處理產(chǎn)生可溶性低聚物在經(jīng)預(yù)處理的原料中為1％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％的經(jīng)預(yù)處理器原料濃度?？扇苄缘途畚锏氖纠ǖ幌抻诶w維二糖和木二糖。在一個(gè)實(shí)施方案中，預(yù)處理的參數(shù)產(chǎn)生可溶性低聚物在預(yù)處理原料中為30％至90％的濃度。在一個(gè)實(shí)施方案中，預(yù)處理的參數(shù)使得可溶性低聚物在經(jīng)預(yù)處理原料中的濃度為45％至80％。

酶水解

在一個(gè)實(shí)施方案中，使用酶處理來水解存在于生物質(zhì)中的各種較高的糖類(較高分子量)至較低的糖類(較低分子量)，諸如為通過諸如酵母等生物催化劑發(fā)酵做準(zhǔn)備以生產(chǎn)乙醇、氫或者諸如有機(jī)酸等其它化學(xué)品，有機(jī)酸包括琥珀酸、甲酸、乙酸和乳酸。這些酶和/或水解產(chǎn)物可以用在發(fā)酵中以生產(chǎn)包括燃料和其它化學(xué)品在內(nèi)的各種產(chǎn)物。

在一個(gè)實(shí)施例中，用于將生物質(zhì)材料轉(zhuǎn)化為乙醇的方法包括預(yù)處理生物質(zhì)材料(例如，“原料”)，水解經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)以將多糖轉(zhuǎn)化為寡糖，將寡糖進(jìn)一步水解成單糖，以及將單糖轉(zhuǎn)化為生物燃料和化學(xué)產(chǎn)物。諸如纖維素酶、多糖酶、脂肪酶、蛋白酶、木質(zhì)素酶和半纖維素酶等酶幫助生產(chǎn)單糖，單糖可以用于生物合成發(fā)酵終產(chǎn)物?？梢岳玫纳镔|(zhì)材料包括木本植物物質(zhì)、非木本植物物質(zhì)、纖維素材料、木質(zhì)纖維素材料、半纖維素材料、碳水化合物、果膠、淀粉、菊粉、果聚糖、葡聚糖、玉米、藻類、甘蔗、其他草類、柳枝稷、甘蔗渣、小麥秸稈、大麥秸稈、稻草、玉米芯、竹子、柑橘皮、高粱、高生物質(zhì)高粱、種皮殼，以及從這些中得到的材料。繼而可以分離和/或純化最終產(chǎn)物，如通過期望的最終產(chǎn)物的性質(zhì)所示。在一些情況下，也可以使用與諸如糖醇或糖酸等糖相關(guān)的化合物。

用于本發(fā)明的方法的化學(xué)品是容易獲得的，并且可以從諸如sigma-aldrich等商務(wù)供應(yīng)商購買。另外，可以從諸如specialtyenzymes&biochemicalsco.、genencor或novozymes等供應(yīng)商購買商品酶混合物(例如，accellerase^tm1000、celluseb-tl、celluseb-ts、cellic^tm、ctec、stargen^tm、maxalig^tm、spezyme.r^tm、distillase.r^tm、g-zyme.r^tm、fermenzyme.r^tm、fermgen^tm、gc212或者optimash^tm)或者任何其他商品酶混合物?；蛘?，可以通過使舉例而言諸如真菌(例如，木霉(trichoderma)、酵母(saccharomyces)、畢赤酵母(pichia)、白腐真菌等)、細(xì)菌(例如，梭菌(clostridium)或大腸菌型細(xì)菌、發(fā)酵單胞菌屬(zymomonas)細(xì)菌、sacharophagusdegradans等)等一種或多種生物體在合適的培養(yǎng)基中生長，并收獲由其產(chǎn)生的酶來制備酶混合物。在一些實(shí)施方案中，收獲可以包括一個(gè)或多個(gè)酶純化步驟。

在一個(gè)實(shí)施方案中，使用本文提供的方法和設(shè)備預(yù)處理生物質(zhì)之后的生物質(zhì)處理包括酶水解。在一個(gè)實(shí)施方案中，用酶或酶混合物對(duì)如本文提供的經(jīng)過預(yù)處理之后的生物質(zhì)進(jìn)行處理，所述酶或酶混合物例如為內(nèi)切核酸酶、外切核酸酶、纖維二糖水解酶、纖維素酶、β-葡糖苷酶、糖苷水解酶、糖基轉(zhuǎn)移酶、裂合酶、酯酶和含有碳水化合物結(jié)合模塊的蛋白質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，酶或酶混合物是具有不同活性的一種或多種單個(gè)酶。在另一實(shí)施方案中，酶或酶混合物可以是具有特定催化活性的酶域。例如，具有多種活性的酶可以具有多種酶域，包括例如糖苷水解酶、糖基轉(zhuǎn)移酶、裂合酶和/或酯酶催化域。

在一個(gè)實(shí)施方案中，使用降解多糖的酶來水解生物質(zhì)，并且所述酶可以包括降解纖維素的酶，即纖維素酶。一些纖維素酶的示例包括水解β-1,4-糖苷鍵的內(nèi)切纖維素酶和外切纖維素酶。

在一個(gè)實(shí)施方案中，使用降解多糖的酶來水解生物質(zhì)，并且所述酶可以包括具有降解半纖維素能力的酶，即半纖維素酶。半纖維素可以是植物生物質(zhì)的主要組分，并且可以含有戊糖和己糖的混合物，例如，d-吡喃木糖、l-呋喃阿拉伯糖、d-吡喃甘露糖、d-吡喃葡萄糖、d-吡喃半乳糖、d-吡喃葡萄糖醛酸及其他糖。在一個(gè)實(shí)施方案中，使用降解多糖的酶來水解生物質(zhì)，并且所述酶可以包括具有降解果膠能力的酶，即果膠酶。在植物細(xì)胞壁中，交聯(lián)的纖維素網(wǎng)絡(luò)可以嵌入果膠的基質(zhì)中，該果膠的基質(zhì)可以共價(jià)交聯(lián)至木葡聚糖和某些結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)。果膠可以包含均聚半乳糖醛酸(hg)或鼠李半乳糖醛酸聚糖(rh)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，生物質(zhì)的水解包括可以水解淀粉的酶。水解淀粉的酶包括α-淀粉酶、葡糖淀粉酶、β-淀粉酶、外-α-1,4-葡聚糖酶和支鏈淀粉酶。

在一個(gè)實(shí)施方案中，生物質(zhì)的水解包括水解酶，水解酶可以包括水解殼多糖的酶，即殼多糖酶。在另一實(shí)施方案中，水解酶可以包括水解地衣聚糖(lichen)的酶，即地衣聚糖酶。

在一個(gè)實(shí)施方案中，這些步驟中的不止一個(gè)可以在任何給定時(shí)間發(fā)生。例如，對(duì)經(jīng)預(yù)處理的原料的水解和對(duì)寡糖的水解可以同時(shí)發(fā)生，并且這些中的一個(gè)或多個(gè)可以同時(shí)發(fā)生以將單糖轉(zhuǎn)化為燃料或化學(xué)品。

在另一實(shí)施方案中，酶可以將多糖直接轉(zhuǎn)化為單糖。在一些情況下，酶可以將多糖水解成寡糖，并且酶或另一種酶可以將寡糖水解成單糖。

在另一實(shí)施方案中，酶可以添加給發(fā)酵，或者它們可以由發(fā)酵中存在的微生物產(chǎn)生。在一個(gè)實(shí)施方案中，存在于發(fā)酵中的微生物產(chǎn)生一些酶。在另一實(shí)施方案中，單獨(dú)地生產(chǎn)酶并將其添加給發(fā)酵。

為了使經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)到終產(chǎn)物的總體轉(zhuǎn)化以高速率發(fā)生，對(duì)于每個(gè)轉(zhuǎn)化步驟通常需要每個(gè)必需的酶以足夠高的活性存在。如果缺少這些酶中的一種酶或其量不足，則可能降低終產(chǎn)物的生產(chǎn)速率。如果負(fù)責(zé)將單糖轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的微生物僅緩慢溶解單糖以及/或者僅具有有限的用于對(duì)轉(zhuǎn)化成終產(chǎn)物期間所產(chǎn)生的單糖和中間體的易位的能力，則也可能降低生產(chǎn)速率。添加從預(yù)處理和/或預(yù)處理和水解獲得的餾分可以提高初始或總體生長速率。在另一實(shí)施方案中，低聚物被生物催化劑緩慢溶解，從而需要將多糖和低聚物幾乎完全轉(zhuǎn)化成單體糖。

在另一實(shí)施方案中，該方法的酶由生物催化劑生產(chǎn)，所述酶包括適用于發(fā)酵方法中使用的生物質(zhì)材料的一系列水解酶。在一個(gè)實(shí)施方案中，生物催化劑在適合于誘導(dǎo)和/或促進(jìn)對(duì)存在的多糖糖化所需的酶的產(chǎn)生的條件下生長。這些酶的生產(chǎn)可以發(fā)生在單獨(dú)的器皿中，諸如種子發(fā)酵器皿或其他發(fā)酵器皿中，或者發(fā)生乙醇生產(chǎn)的產(chǎn)物發(fā)酵器皿中。當(dāng)在單獨(dú)的器皿中生產(chǎn)酶時(shí)，例如可以將它們連同細(xì)胞一起轉(zhuǎn)移到產(chǎn)物發(fā)酵器皿中，或者作為含有具有酶的細(xì)胞間培養(yǎng)基的相對(duì)無細(xì)胞溶液。當(dāng)在單獨(dú)的器皿中生產(chǎn)酶時(shí)，還可以在將它們添加到水解或產(chǎn)物發(fā)酵器皿之前對(duì)它們進(jìn)行干燥和/或純化。經(jīng)常通過使細(xì)胞在培養(yǎng)基中生長來管理適合于生產(chǎn)酶的條件，該培養(yǎng)基包含將會(huì)期望在隨后發(fā)酵步驟中進(jìn)行水解的生物質(zhì)。附加的培養(yǎng)基組分，諸如鹽補(bǔ)充劑、生長因子和輔因子，包括但不限于植酸鹽、氨基酸和肽，也可以有助于生產(chǎn)在所期望產(chǎn)物的生產(chǎn)中微生物所使用的酶。

發(fā)酵

本公開內(nèi)容還提供了一種發(fā)酵混合物，該發(fā)酵混合物包括：用堿性或酸性物質(zhì)并在從約160℃至約210℃的溫度下預(yù)處理的、隨后用酶混合物水解的纖維素原料，以及能夠發(fā)酵五碳糖和/或六碳糖的微生物。在一個(gè)實(shí)施方案中，五碳糖是木糖、阿拉伯糖或其組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，六碳糖是葡萄糖、半乳糖、甘露糖或其組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，堿性物質(zhì)是naoh。在一些實(shí)施方案中，添加按原料重量計(jì)約0.5％至約2％的濃度的naoh。在一個(gè)實(shí)施方案中，酸等于或小于2％的hcl或h2so4。在一個(gè)實(shí)施方案中，微生物是紅球菌屬(rhodococcus)菌株、梭菌屬(clostridium)菌株、木霉屬(trichoderma)菌株、酵母屬(saccharomyces)菌株、發(fā)酵單胞菌屬菌株或適于發(fā)酵生物質(zhì)的其它微生物。在另一實(shí)施方案中，發(fā)酵過程包括使用微生物發(fā)酵生物質(zhì)，該微生物是植物發(fā)酵梭菌(clostridiumphytofermentans)、clostridiumalgidixylanolyticum、解木素梭菌(clostridiumxylanolyticum)、噬纖維梭菌(clostridiumcellulovorans)、解纖維梭菌(clostridiumcellulolyticum)、熱纖梭菌(clostridiumthermocellum)、約氏梭菌(clostridiumjosui)、溶紙莎草梭菌(clostridiumpapyrosolvens)、產(chǎn)纖維二糖芽孢梭菌(clostridiumcellobioparum)、亨氏梭菌(clostridiumhungatei)、纖維素梭菌(clostridiumcellulosi)、糞堆梭菌(clostridiumstercorarium)、白蟻梭菌(clostridiumtermitidis)、熱糞梭菌(clostridiumthermocopriae)、速生梭菌(clostridiumcelerecrescens)、解多糖梭菌(clostridiumpolysaccharolyticum)、波氏梭菌(clostridiumpopuleti)、緩纖維梭菌(clostridiumlentocellum)、clostridiumchartatabidum、阿氏梭菌(clostridiumaldrichii)、clostridiumherbivorans、解纖維素醋弧菌(acetivibriocellulolyticus)、溶纖維素?cái)M桿菌(bacteroidescellulosolvens)、解糖熱解纖維素菌(caldicellulosiruptorsaccharolyticum)、混濁紅球菌(rhodococcusopacus)、白色瘤胃球菌(ruminococcusalbus)、生黃瘤胃球菌(ruminococcusflavefaciens)、產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌(fibrobactersuccinogenes)、溶纖維真桿菌(eubacteriumcellulosolvens)、溶纖維丁酸弧菌(butyrivibriofibrisolvens)、anaerocellumthermophilum、解纖維素嗜鹽菌(halocellacellulolytica)、熱解糖熱厭氧桿菌(thermoanaerobacteriumthermosaccharolyticum)、sacharophagusdegradans或解糖熱厭氧桿菌(thermoanaerobacteriumsaccharolyticum)。在又一實(shí)施方案中，將微生物進(jìn)行基因改性以增強(qiáng)一種或多種水解酶的活性，諸如基因改性的釀酒酵母(saccharomycescerevisiae)的活性。

在一個(gè)實(shí)施方案中，野生型或基因改良的微生物可用于通過發(fā)酵進(jìn)行化學(xué)品生產(chǎn)。生產(chǎn)基因改良的菌株的方法可以包括基因改性、原生質(zhì)體融合、誘變和諸如定向進(jìn)化等自適應(yīng)過程。例如，可以對(duì)酵母進(jìn)行基因改性以發(fā)酵c5糖。其他有用的酵母是假絲酵母屬(candida)、隱球酵母屬(cryptococcus)、德巴利酵母屬(debaryomyces)、德克酵母屬(deddera)、有孢漢遜酵母屬(hanseniaspora)、克魯維酵母菌屬(kluyveromyces)、畢赤酵母屬(pichia)、裂殖酵母屬(schizosaccharomyces)和接合酵母屬(zygosaccharomyces)的種。諸如混濁紅球菌變種等紅球菌屬菌株是三?；视秃推渌鼉?chǔ)存脂質(zhì)的來源。(例如參見waltermann等人的microbiology146：1143-1149(2000))。用于發(fā)酵的其它有用的生物體包括但不限于酵母，特別是酵母屬菌株和細(xì)菌，諸如植物發(fā)酵梭菌、產(chǎn)乙醇熱厭氧桿菌(thermoanaerobacterethanolicus)、熱纖梭菌、拜氏梭菌(clostridiumbeijerinickii)、丙酮丁醇梭菌(clostridiumacetobutylicum)、酪丁酸梭菌(clostridiumtyrobutyricum)、熱丁酸梭菌(clostridiumthermobutyricum)、解糖熱厭氧桿菌、熱硫化氫熱厭氧桿菌(thermoanaerobacterthermohydrosulfuricus)、丙酮丁醇梭菌、穆爾氏菌屬的種(moorellassp.)、carboxydocellassp.、運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌(zymomonasmobilis)、重組大腸桿菌(recombinante.coli)、產(chǎn)酸克雷伯氏菌(klebsiellaoxytoca)、混濁紅球菌以及拜氏梭菌。

酵母的優(yōu)點(diǎn)是其在包括升高的乙醇濃度、高糖濃度、低糖濃度在內(nèi)的條件下生長和/或在厭氧條件下操作的能力。這些特性以各種組合可以用于實(shí)現(xiàn)具有長或短發(fā)酵周期的操作，并且可以與分批發(fā)酵、補(bǔ)料分批發(fā)酵、自播/部分收獲發(fā)酵以及從最終發(fā)酵回收細(xì)胞作為接種體相結(jié)合地使用。

在一個(gè)實(shí)施方案中，對(duì)經(jīng)預(yù)處理以及隨后經(jīng)處理的生物質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)料分批發(fā)酵以生產(chǎn)發(fā)酵終產(chǎn)物，諸如醇、乙醇、有機(jī)酸、琥珀酸、tag或氫。在一個(gè)實(shí)施方案中，發(fā)酵過程包括使用諸如紅球菌屬菌株、梭菌屬菌株、木霉屬菌株、酵母屬菌株、發(fā)酵單胞菌屬菌株或適于生物質(zhì)發(fā)酵的其他微生物等一種或多種微生物對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行同時(shí)水解和發(fā)酵(ssf)。在另一實(shí)施方案中，發(fā)酵過程包括使用微生物對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行同時(shí)水解和發(fā)酵，所述微生物是解木聚糖梭菌(clostridiumalgidixylanolyticum)、解木素梭菌、噬纖維梭菌、解纖維梭菌、熱纖梭菌、約氏梭菌、溶紙莎草梭菌、產(chǎn)纖維二糖芽孢梭菌、亨氏梭菌、纖維素梭菌、糞堆梭菌、白蟻梭菌、熱糞梭菌、速生梭菌、解多糖梭菌、波氏梭菌、緩纖維梭菌、clostridiumchartatabidum、阿氏梭菌、clostridiumherbivorans、植物發(fā)酵梭菌、解纖維素醋弧菌、溶纖維素?cái)M桿菌、解糖熱解纖維素菌、混濁紅球菌、白色瘤胃球菌、生黃瘤胃球菌、產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌、溶纖維真桿菌、溶纖維丁酸弧菌、anaerocellumthermophilum、解纖維素嗜鹽菌、熱解糖熱厭氧桿菌、sacharophagusdegradans或解糖熱厭氧桿菌。

在一個(gè)實(shí)施方案中，發(fā)酵過程可以包括使用一種或多種酶對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行單獨(dú)的水解和發(fā)酵(shf)，所述酶諸如為木聚糖酶、內(nèi)切-1,4-β-木聚糖酶、木糖苷酶、β-d-木糖苷酶、纖維素酶、半纖維素酶、糖酶、葡聚糖酶、內(nèi)切葡聚糖酶、內(nèi)切-1,4-β-葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、葡糖苷酶、β-d-葡糖苷酶、淀粉酶、纖維二糖水解酶、外切纖維二糖水解酶、植酸酶、蛋白酶、過氧化物酶、果膠酸裂合酶、半乳糖醛酸酶或漆酶。在一個(gè)實(shí)施方案中，用于處理生物質(zhì)的一種或多種酶是熱穩(wěn)定的。在另一實(shí)施方案中，在發(fā)酵之前用一種或多種諸如本文提供的那些酶等酶處理生物質(zhì)。在另一實(shí)施方案中，在發(fā)酵期間用一種或多種諸如本文提供的那些酶等酶處理生物質(zhì)。在另一實(shí)施方案中，在發(fā)酵之前以及在發(fā)酵期間用一種或多種諸如本文提供的那些酶等酶處理生物質(zhì)。在另一實(shí)施方案中，用于水解生物質(zhì)的酶與發(fā)酵期間添加的那些酶相同。在另一實(shí)施方案中，用于水解生物質(zhì)的酶與發(fā)酵期間添加的那些酶不同。

在一些實(shí)施方案中，可以在諸如生物反應(yīng)器、發(fā)酵器皿、攪拌罐反應(yīng)器或流體化床反應(yīng)器等裝置中進(jìn)行發(fā)酵。在一個(gè)實(shí)施方案中，經(jīng)處理的生物質(zhì)可以補(bǔ)充有合適的化學(xué)品以促進(jìn)一種或多種發(fā)酵生物的強(qiáng)壯生長。在一個(gè)實(shí)施方案中，有用的補(bǔ)充物包括但不限于諸如酵母提取物、半胱氨酸或銨鹽(例如，硝酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽等)等氮和/或氨基酸來源；諸如玉米漿和麥芽糖漿等簡單碳水化合物來源；諸如酵母提取物等維生素來源；諸如鹽(包括但不限于檸檬酸鹽、磷酸鹽或碳酸鹽)等緩沖劑；或者諸如鎂、鈣或鐵的鹽等礦物營養(yǎng)物。在一些實(shí)施方案中，向發(fā)酵混合物添加氧化還原改性劑，所述氧化還原改性劑包括但不限于半胱氨酸或巰基乙醇。

在一個(gè)實(shí)施方案中，通過微生物進(jìn)行的發(fā)酵終產(chǎn)物生產(chǎn)的滴度和/或生產(chǎn)率通過在包含一種或多種化合物的培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物來改進(jìn)，所述一種或多種化合物包括己糖和/或戊糖。在一個(gè)實(shí)施方案中，過程包括將起始材料(諸如生物質(zhì))轉(zhuǎn)化為諸如一種或多種醇等生物燃料。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法包括將包含己糖(例如，葡萄糖、纖維二糖)和戊糖(例如，木糖、阿拉伯糖)糖類的底物與可以水解c5和c6糖類的微生物接觸以產(chǎn)生乙醇。在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法包括將包含己糖(例如，葡萄糖、纖維二糖)和戊糖(例如，木糖、阿拉伯糖)糖類的底物與混濁紅球菌接觸以產(chǎn)生tag。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，使用本發(fā)明的方法用己糖和戊糖糖類混合物的微生物的分批發(fā)酵提供了約0.1-8g/l/h或更多的己糖吸收速率和約0.1-8g/l/h或更多的戊糖(木糖、阿拉伯糖等)吸收速率。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，使用本發(fā)明的方法用己糖和戊糖糖類混合物的微生物的分批發(fā)酵提供了約0.1、0.2、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、1、2、3、4、5或6g/l/h或更多的己糖吸收速率和約0.1、0.2、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、1、2、3、4、5或6g/l/h或更多的戊糖吸收速率。

在一個(gè)實(shí)施方案中，用于生產(chǎn)乙醇或另一種醇的方法40小時(shí)或更少產(chǎn)生約10g/l至120增益。在另一實(shí)施方案中，用于生產(chǎn)乙醇的方法通過對(duì)生物質(zhì)的發(fā)酵在40小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生約10g/l、11g/l、12g/l、13g/l、14g/l、15g/l、16g/l、17g/l、18g/l、19g/l、20g/l、21g/l、22g/l、23g/l、24g/l、25g/l、26g/l、27g/l、28g/l、29g/l、30g/l、31g/l、32g/l、33g/l、34g/l、35g/l、36g/l、37g/l、38g/l、39g/l、40g/l、41g/l、42g/l、43g/l、44g/l、45g/l、46g/l、47g/l、48g/l、49g/l、50g/l、51g/l、52g/l、53g/l、54g/l、55g/l、56g/l、57g/l、58g/l、59g/l、60g/l、61g/l、62g/l、63g/l、64g/l、65g/l、66g/l、67g/l、68g/l、69g/l、70g/l、71g/l、72g/l、73g/l、74g/l、75g/l、76g/l、77g/l、78g/l、79g/l、80g/l、81g/l、82g/l、83g/l、84g/l、85g/l、86g/l、87g/l、88g/l、89g/l、90g/l、91g/l、92g/l、93g/l、94g/l、95g/l、96g/l、97g/l、98g/l、99g/l、100g/l、110g/l、120g/l或更多的醇。在另一實(shí)施方案中，通過包括同時(shí)發(fā)酵己糖和戊糖糖類的方法生產(chǎn)醇。在另一實(shí)施方案中，通過包括同時(shí)發(fā)酵己糖和戊糖糖類的微生物生產(chǎn)醇。

在另一實(shí)施方案中，隨著培養(yǎng)基組分被生物體消耗或吸收，通過添加附加的培養(yǎng)基組分來將培養(yǎng)基組分的水平維持在期望水平。培養(yǎng)基組分的示例包括但不限于碳底物、氮底物、維生素、礦物質(zhì)、生長因子、輔因子和生物催化劑?？梢赃B續(xù)地或者以規(guī)則或不規(guī)則的間隔添加培養(yǎng)基組分。在一個(gè)實(shí)施方案中，在培養(yǎng)基中的培養(yǎng)基組分完全消耗之前添加附加的培養(yǎng)基組分。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以有效地利用完全消耗，例如以啟動(dòng)不同的代謝途徑，以簡化下游操作，或者也出于其他原因。在一個(gè)實(shí)施方案中，允許培養(yǎng)基組分水平圍繞中點(diǎn)變化約10％，在一個(gè)實(shí)施方案中，允許其圍繞中點(diǎn)變化約30％，以及在一個(gè)實(shí)施方案中，允許其圍繞中點(diǎn)變化60％或更多。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過允許將培養(yǎng)基組分消耗到適當(dāng)?shù)乃?，隨后將培養(yǎng)基組分水平提高到另一適當(dāng)水平來維持培養(yǎng)基組分水平。在一個(gè)實(shí)施方案中，在發(fā)酵過程期間在兩個(gè)不同的時(shí)間點(diǎn)添加諸如維生素等培養(yǎng)基組分。例如，在發(fā)酵開始時(shí)添加維生素總量的一半，而在發(fā)酵的中點(diǎn)時(shí)添加另一半。

在另一實(shí)施方案中，隨著氮被生物體消耗或吸收時(shí)，通過添加附加的含氮材料來將氮水平維持在期望水平?？梢赃B續(xù)地或者以規(guī)則或不規(guī)則的間隔添加含氮材料。有用的氮水平包括約5至約10g/l的水平。在一個(gè)實(shí)施方案中，還可以有用地采用約1至約12g/l的水平。在另一實(shí)施方案中，使用諸如約0.5、0.1g/l或甚至更低等水平以及諸如約20、30g/l或甚至更高等更高水平。在另一實(shí)施方案中，有用的氮水平約為0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、22、23、24、25、26、27、28、29或30g/l?？梢怨?yīng)氮以作為簡單的含氮材料或更復(fù)雜的含氮材料，所述簡單的含氮材料諸如為銨化合物(例如，硫酸銨、氫氧化銨、氨、硝酸銨或任何其它含有銨部分的化合物或混合物)、硝酸鹽或亞硝酸鹽化合物(例如，鉀、鈉、銨、鈣或其他含有硝酸鹽或亞硝酸鹽部分的化合物或混合物)，所述更復(fù)雜的含氮材料諸如為氨基酸、蛋白質(zhì)、水解蛋白質(zhì)、水解酵母、酵母提取物、干啤酒酵母、酵母水解物、酒糟、大豆蛋白、水解大豆蛋白、發(fā)酵產(chǎn)物，以及加工的或玉米漿粉或未加工的富含蛋白質(zhì)的植物或動(dòng)物物質(zhì)，包括來自豆科植物、種子、大豆、豆科牧草、堅(jiān)果、牛奶、豬、牛、哺乳動(dòng)物、魚以及植物的其他部分和其他類型的動(dòng)物的那些?？捎糜诟鱾€(gè)實(shí)施方案的含氮材料還包括含有含氮材料的材料，包括但不限于與碳源、另一種含氮材料、或其他營養(yǎng)物質(zhì)或非營養(yǎng)物質(zhì)以及afex處理的植物物質(zhì)相混合的簡單或更復(fù)雜的含氮材料的混合物。

在另一實(shí)施方案中，隨著糖被生物體消耗或吸收，通過添加糖化合物或含有糖化合物的材料(“含糖材料”)來將碳水平維持在期望水平?？梢赃B續(xù)地或者以規(guī)則或不規(guī)則的間隔添加含糖材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，在培養(yǎng)基中可用的糖化合物完全消耗之前，添加額外的含糖材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以有效地利用完全消耗，例如以啟動(dòng)不同的代謝途徑，以簡化下游操作，或者也出于其他原因。在一個(gè)實(shí)施方案中，允許碳水平(由存在于每升培養(yǎng)液的含糖材料中的糖的克數(shù)測量)圍繞中點(diǎn)變化約10％，在一個(gè)實(shí)施方案中，允許其圍繞中點(diǎn)變化約30％，以及在一個(gè)實(shí)施方案中允許其圍繞中點(diǎn)變化60％或更多。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過允許碳消耗到適當(dāng)?shù)乃?，隨后將碳水平提高到另一適當(dāng)水平來維持碳水平。在一些實(shí)施方案中，碳水平可以維持在約5至約120g/l的水平。然而，也可以有效地采用約30至約100g/l的水平以及約60至約80g/l的水平。在一個(gè)實(shí)施方案中，一部分培養(yǎng)物的碳水平保持在大于25g/l。在另一實(shí)施方案中，碳水平約維持在5g/l、6g/l、7g/l、8g/l、9g/l、10g/l、11g/l、12g/l、13g/l、14g/l、15g/l、16g/l、17g/l、18g/l、19g/l、20g/l、21g/l、22g/l、23g/l、24g/l、25g/l、26g/l、27g/l、28g/l、29g/l、30g/l、31g/l、32g/l、33g/l、34g/l、35g/l、36g/l、37g/l、38g/l、39g/l、40g/l、41g/l、42g/l、43g/l、44g/l、45g/l、46g/l、47g/l、48g/l、49g/l、50g/l、51g/l、52g/l、53g/l、54g/l、55g/l、56g/l、57g/l、58g/l、59g/l、60g/l、61g/l、62g/l、63g/l、64g/l、65g/l、66g/l、67g/l、68g/l、69g/l、70g/l、71g/l、72g/l、73g/l、74g/l、75g/l、76g/l、77g/l、78g/l、79g/l、80g/l、81g/l、83g/l、84g/l、85g/l、86g/l、87g/l、88g/l、89g/l、90g/l、91g/l、92g/l、93g/l、94g/l、95g/l、96g/l、97g/l、98g/l、99g/l、100g/l、101g/l、102g/l、103g/l、104g/l、105g/l、106g/l、107g/l、108g/l、109g/l、110g/l、111g/l、112g/l、113g/l、114g/l、115g/l、116g/l、117g/l、118g/l、119g/l、120g/l、121g/l、122g/l、123g/l、124g/l、125g/l、126g/l、127g/l、128g/l、129g/l、130g/l、131g/l、132g/l、133g/l、134g/l、135g/l、136g/l、137g/l、138g/l、139g/l、140g/l、141g/l、142g/l、143g/l、144g/l、145g/l、146g/l、147g/l、148g/l、149g/l或150g/l。

與同氮底物一樣，碳底物對(duì)于細(xì)胞生產(chǎn)和酶生產(chǎn)來說是必需的，但與氮底物不同，它充當(dāng)用于生產(chǎn)終產(chǎn)物的原材料。通常，更多的碳底物可以致使終產(chǎn)物的產(chǎn)量更大。在另一實(shí)施方案中，碳水平和氮水平相互關(guān)聯(lián)地操作達(dá)至少一部分發(fā)酵時(shí)間是有利的。在一個(gè)實(shí)施方案中，碳與氮的比率維持在約30:1至約10:1的范圍內(nèi)。在另一實(shí)施方案中，碳氮的比率維持在從約20:1至約10:1或更優(yōu)選地從約15:1至約10:1。在另一實(shí)施方案中，碳氮的比率約為30:1、29:1、28:1、27:1、26:1、25:1、24:1、23:1、22:1、21:1、20:1、19:1、18:1、17:1、16:1、15:1、14:1、13:1、12:1、11:1、10:1、9:1、8:1、7:1、6:1、5:1、4:1、3:1、2:1或1:1。

將碳氮比率的比率維持在特定范圍內(nèi)可以對(duì)操作帶來益處，所述操作諸如為使取決于存在的碳底物的量和酶的量和活性的碳底物的代謝速率與終產(chǎn)物生產(chǎn)的速率平衡。使碳與氮的比率平衡例如可以促進(jìn)這些酶的持續(xù)生產(chǎn)以便替代已經(jīng)失去活性的那些酶。

在另一實(shí)施方案中，碳、氮或其它培養(yǎng)基組分添加的量和/或定時(shí)可以與發(fā)酵期間進(jìn)行的測量關(guān)聯(lián)。例如，可以測量存在的單糖的量、存在的不溶性多糖的量、多糖酶活性、存在的產(chǎn)物的量、細(xì)胞材料的量(例如，細(xì)胞壓積、干細(xì)胞重量等)和/或存在的氮的量(例如，硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨、尿素、蛋白質(zhì)、氨基酸等)?？梢钥紤]特定種類的濃度、存在于發(fā)酵罐中的種類的總量、發(fā)酵已經(jīng)進(jìn)行的小時(shí)數(shù)以及發(fā)酵罐的容積。在各個(gè)實(shí)施方案中，可以將這些測量值彼此比較和/或可以將它們與此前從相同發(fā)酵或另一種發(fā)酵獲得的相同參數(shù)的先前測量值進(jìn)行比較?？梢灾T如通過改變含有培養(yǎng)基組分的流的流速或通過改變該組分的添加頻率來實(shí)現(xiàn)對(duì)該組分的量的調(diào)整。例如，當(dāng)細(xì)胞生產(chǎn)比終產(chǎn)物生產(chǎn)增加得快時(shí)，可以增加糖類的量。在另一實(shí)施方案中，當(dāng)酶活性水平降低時(shí)，可以增加氮的量。

在另一實(shí)施方案中，可以采用補(bǔ)料分批操作，其中在發(fā)酵期間在不去除發(fā)酵結(jié)束之前收獲物的一部分培養(yǎng)液的情況下添加培養(yǎng)基組分和/或新鮮細(xì)胞。在一個(gè)實(shí)施方案中，補(bǔ)料分批過程基于將生長限制性營養(yǎng)培養(yǎng)基進(jìn)給到微生物培養(yǎng)物。在一個(gè)實(shí)施方案中，將進(jìn)料培養(yǎng)基高度濃縮以避免生物反應(yīng)器的稀釋。在另一實(shí)施方案中，營養(yǎng)物的受控添加直接影響培養(yǎng)物的生長速率并避免溢出代謝，諸如副代謝物的形成。在一個(gè)實(shí)施方案中，生長限制性營養(yǎng)物是氮源或糖類源。

在各個(gè)實(shí)施方案中，特定培養(yǎng)基組分可以對(duì)發(fā)酵的性能具有有益影響，諸如增加期望產(chǎn)物的滴度或者提高產(chǎn)生期望產(chǎn)物的速率。具體化合物可以作為諸如特定氨基酸等具體純成分提供，或者其可以作為更復(fù)雜成分的組分提供，諸如使用微生物、植物或動(dòng)物產(chǎn)物作為培養(yǎng)基成分以提供特定氨基酸、啟動(dòng)子、輔因子或其他有益化合物。在一些情況下，在培養(yǎng)基成分中提供的特定化合物可以通過生物體與其它化合物組合，從而導(dǎo)致發(fā)酵有益化合物。這種情況的一個(gè)示例是培養(yǎng)基成分提供生物體用來制備有利于發(fā)酵的酶的具體氨基酸。其他示例可以包括用于生成生長或產(chǎn)物啟動(dòng)子等的培養(yǎng)基組分。在這樣的情況下，可以通過補(bǔ)充酶、啟動(dòng)子、生長因子等或者通過添加前體獲得發(fā)酵有益的結(jié)果。在一些情況下，培養(yǎng)基組分有益于發(fā)酵的具體機(jī)制是未知的，僅知道實(shí)現(xiàn)了有益的結(jié)果。

在一個(gè)實(shí)施方案中，通過在具有木質(zhì)素組分補(bǔ)充物和大量的一種或多種碳源的培養(yǎng)基中培養(yǎng)混濁紅球菌生物催化劑菌株來進(jìn)行生產(chǎn)燃料的發(fā)酵。由此得到的諸如tag等終產(chǎn)物的生產(chǎn)的容積生產(chǎn)率是僅使用添加相對(duì)純的糖類源的過程的至多1倍、2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍，并且在一些情況下是至多10倍且更高，并且可以實(shí)現(xiàn)接近理論最大值的碳轉(zhuǎn)化效率。理論最大值可隨著底物和產(chǎn)物而改變。例如，葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇的通常接受的最大效率是每克葡萄糖0.51g乙醇。在一個(gè)實(shí)施方案中，生物催化劑可以生產(chǎn)約40-100％理論最大產(chǎn)率的乙醇。在另一實(shí)施方案中，生物催化劑可以生產(chǎn)高達(dá)約40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％以及甚至100％理論最大產(chǎn)率的乙醇。在一個(gè)實(shí)施方案中，生物催化劑可以生產(chǎn)約高達(dá)1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％、99.99％或100％理論最大產(chǎn)率的燃料?？梢酝ㄟ^用預(yù)處理或水解組分補(bǔ)充培養(yǎng)基來獲得發(fā)酵有益的結(jié)果。在一些情況下，培養(yǎng)基組分有利于發(fā)酵的具體機(jī)制是未知的，僅知道實(shí)現(xiàn)了有益的結(jié)果。

各個(gè)實(shí)施方案提供了與改進(jìn)發(fā)酵終產(chǎn)物生產(chǎn)的滴度和/或生產(chǎn)率有關(guān)的益處，所述發(fā)酵終產(chǎn)物生產(chǎn)通過生物催化劑通過在包含一種或多種包括特定脂肪酸部分的化合物的培養(yǎng)基中培養(yǎng)生物體和/或在受控ph條件下培養(yǎng)生物體進(jìn)行。

在一個(gè)實(shí)施方案中，對(duì)于至少一部分發(fā)酵，將培養(yǎng)基的ph控制在小于約ph7.2。在一個(gè)實(shí)施方案中，將ph控制在約ph3.0至約7.1或約ph4.5至約7.1、或約ph5.0至約6.3、或約ph5.5至約6.3、或約ph6.0至約6.5、或約ph5.5至約6.9或約ph6.2至約6.7的范圍內(nèi)?？梢酝ㄟ^添加ph調(diào)節(jié)劑來控制ph。在一個(gè)實(shí)施方案中，ph調(diào)節(jié)劑是酸、堿、緩沖液或者與存在的其它材料反應(yīng)的材料，以用于升高或降低ph值。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以使用不止一種ph調(diào)節(jié)劑，諸如不止一種酸、不止一種堿、一種或多種酸與一種或多種堿、一種或多種酸與一種或多種緩沖液、一種或多種堿與一種或多種緩沖液，或者一種或多種酸與一個(gè)或多種堿以及一種或多種緩沖液。當(dāng)利用不止一種ph調(diào)節(jié)劑時(shí)，可以在同一時(shí)間或在不同時(shí)間添加它們。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以將一種或多種酸與一個(gè)或多種堿相組合，得到緩沖液。在一個(gè)實(shí)施方案中，諸如碳源或氮源等培養(yǎng)基組分也可以用作ph調(diào)節(jié)劑；合適的培養(yǎng)基組分包括具有高或低ph的那些或者具有緩沖能力的那些。示例性培養(yǎng)基組分包括具有殘余酸或堿的酸或堿水解的植物多糖，afex處理的具有殘余氨、乳酸、玉米渣或玉米漿的植物材料。

在一個(gè)實(shí)施方案中，可以在整個(gè)發(fā)酵過程中利用恒定的ph。在一個(gè)實(shí)施方案中，ph降低的定時(shí)和/或量可以與細(xì)胞的生長條件相關(guān)，諸如關(guān)于細(xì)胞計(jì)數(shù)、產(chǎn)生的終產(chǎn)物、存在的終產(chǎn)物或終產(chǎn)物生產(chǎn)的速率。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以關(guān)于諸如粘度、培養(yǎng)基組成、氣體產(chǎn)生、廢氣組成等發(fā)酵的物理或化學(xué)性質(zhì)來進(jìn)行ph降低。

發(fā)酵終產(chǎn)物的提取

在另一方面，提供了用于提取發(fā)酵終產(chǎn)物的方法，所述發(fā)酵終產(chǎn)物諸如為醇(例如乙醇、丙醇、甲醇、丁醇等)、另一生物燃料或化學(xué)產(chǎn)物。在一個(gè)實(shí)施方案中，將在發(fā)酵期間的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)收獲培養(yǎng)液，并將提取一種或多種發(fā)酵終產(chǎn)物。具有要提取的終產(chǎn)物的培養(yǎng)液將包含終產(chǎn)物和雜質(zhì)二者。雜質(zhì)包括諸如水、細(xì)胞體、細(xì)胞碎片、過量碳底物、過量氮底物、其它剩余營養(yǎng)物、其它代謝物和其它培養(yǎng)基組分或消化培養(yǎng)基組分等材料。在處理培養(yǎng)液的過程期間，可以將培養(yǎng)液加熱和/或與各種試劑反應(yīng)，從而導(dǎo)致培養(yǎng)液中的附加雜質(zhì)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，提取終產(chǎn)物的處理步驟經(jīng)常包括若干分離步驟，例如包括從較不純的含醇材料蒸餾高濃度醇材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以對(duì)高濃度乙醇材料進(jìn)一步濃縮以獲得非常高濃度的醇，諸如98％或99％或99.5％(wt.)或者甚至更高。諸如過濾、離心、萃取、吸附等其他分離步驟也可以是用于將醇作為產(chǎn)物或生物燃料，或者用于其他生物燃料或化學(xué)產(chǎn)品的一些提取過程的一部分。

在一個(gè)實(shí)施方案中，可以對(duì)過程進(jìn)行縮放以生產(chǎn)商業(yè)上有用的生物燃料。在另一實(shí)施方案中，使用生物催化劑來生產(chǎn)醇，例如乙醇、丁醇、丙醇、甲醇或者諸如烴氫、tag和羥基化合物等燃料。在另一實(shí)施方案中，使用生物催化劑來生產(chǎn)諸如醛或酮(例如丙酮、甲醛、1-丙醛等)等羰基化合物、有機(jī)酸、諸如酯(例如蠟酯、甘油酯等)、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、乳酸、甲酸、乙酸、琥珀酸、丙酮酸等有機(jī)酸的衍生物，或者諸如纖維素酶、多糖酶、脂肪酶、蛋白酶、木質(zhì)素酶和半纖維素酶等酶。

tag生物合成在大自然中廣泛分布，并且tag作為儲(chǔ)備化合物在植物、動(dòng)物、酵母和真菌之中廣泛存在。然而，相比之下，尚未將tag視為細(xì)菌中常見的儲(chǔ)存化合物。僅針對(duì)屬于諸如鏈霉菌(streptomyces)、諾卡氏菌(nocardia)、紅球菌、分枝桿菌(mycobacterium)、迪茨氏菌(dietzia)和戈登氏菌(gordonia)屬等放線菌群體的少數(shù)細(xì)菌，并在小范圍內(nèi)也在諸如acinetobacterbaylyi和泊庫島食烷菌(alcanivoraxborkumensis)等少數(shù)其它細(xì)菌中已經(jīng)描述tag的生物合成和積累。自20世紀(jì)90年代中期以來，經(jīng)常報(bào)道這些屬的碳?xì)浠衔锝到饩曛械膖ag生產(chǎn)。tag作為細(xì)胞內(nèi)內(nèi)含物存儲(chǔ)在球形脂質(zhì)體中，其中量取決于各自的種類、培養(yǎng)條件和生長階段。通常，生產(chǎn)tag的重要因素是供應(yīng)給培養(yǎng)基的氮的量。在氮耗盡后可用于培養(yǎng)物的過量碳繼續(xù)被細(xì)胞吸收，并且憑借處理必需酶的含油細(xì)菌直接轉(zhuǎn)化為脂質(zhì)。細(xì)菌tag分子的組成和結(jié)構(gòu)根據(jù)細(xì)菌和培養(yǎng)條件，尤其是碳源而相當(dāng)大地變化。參見brighamcj等人(2011)jmicrobialbiochemtechnols3：002。

在一個(gè)實(shí)施方案中，可以使用蒸汽或熱水提取技術(shù)從非食用植物生物質(zhì)中生產(chǎn)有用的生物化學(xué)品，通過使諸如玉米秸稈或高粱等經(jīng)預(yù)處理的非食用植物生物質(zhì)材料的裝料，在加壓器皿中在高達(dá)約160-220℃的升高溫度下并且在低于約7.0的ph下與水和/或酸(具有或不具有附加的增強(qiáng)化合物或材料的過程)接觸，以得到包含長鏈糖類(糖)、乙酸和木質(zhì)素的有用糖的水性(提取物溶液)混合物，同時(shí)使木質(zhì)纖維素材料的結(jié)構(gòu)(纖維素和木質(zhì)素)部分大部分保持原樣。組合地，這些潛在的抑制性化學(xué)品，尤其是糖降解產(chǎn)物的量很低，并且還提取了天然存在的木質(zhì)纖維素基組分的植物衍生營養(yǎng)物，這些植物衍生營養(yǎng)物有益于c5和c6發(fā)酵生物體。為了達(dá)到這個(gè)目的，除了向可發(fā)酵流中傳送的其它半纖維素(富含c5)和纖維素衍生糖(富含c6)之外，通過生產(chǎn)濃縮的糖流來濃縮(通過離心、過濾、溶劑萃取、絮凝、蒸發(fā))水性提取物。

在另一實(shí)施方案中，在酶/酸水解之后，用糖流提取釋放的附加的化學(xué)化合物，從而得到含有木糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖、半乳糖和葡萄糖(5和6碳糖)的短鏈糖溶液?，F(xiàn)在顯著富含c5和c6物質(zhì)的糖流可以通過微生物發(fā)酵或化學(xué)催化轉(zhuǎn)化為諸如三酰基甘油或tag等產(chǎn)物，并且進(jìn)一步精制以生產(chǎn)富含jp8或噴氣燃料的流。如果尚未進(jìn)行c5糖百分比校正，則可以在發(fā)酵之前進(jìn)行，以滿足用于發(fā)酵生物體和對(duì)應(yīng)終產(chǎn)物所期望的c5和c6糖組合。

具體實(shí)施方案

本文公開了許多方法和系統(tǒng)。這些方法和系統(tǒng)的具體示例性實(shí)施方案在下文公開。

實(shí)施方案1。一種用于每天預(yù)處理至少一干噸生物質(zhì)的工業(yè)規(guī)模方法，所述方法包括：將所述生物質(zhì)以每天至少一干公噸(mt)生物質(zhì)的速率進(jìn)給至擠出系統(tǒng)中，所述擠出系統(tǒng)包括限定包括進(jìn)料區(qū)和反應(yīng)區(qū)的內(nèi)腔室的筒體；以及在所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)在升高的溫度和壓力下處理所述生物質(zhì)達(dá)少于約20秒以生產(chǎn)經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)組合物，所述生物質(zhì)組合物包含液體餾分和固體顆粒，所述液體餾分包含單糖，而所述固體顆粒包含纖維素。

實(shí)施方案2。根據(jù)實(shí)施方案1所述的方法，其中所述擠出系統(tǒng)還包括一個(gè)或多個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿，所述一個(gè)或多個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿被配置用于使所述生物質(zhì)從所述進(jìn)料區(qū)并通過所述反應(yīng)區(qū)移動(dòng)通過所述擠出系統(tǒng)。

實(shí)施方案3。根據(jù)實(shí)施方案2所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿包括一個(gè)或多個(gè)部分，所述一個(gè)或多個(gè)部分被配置用于從所述生物質(zhì)形成一個(gè)或多個(gè)栓塞，以將所述內(nèi)腔室分離成包括所述進(jìn)料區(qū)和所述反應(yīng)區(qū)在內(nèi)的兩個(gè)或更多個(gè)區(qū)。

實(shí)施方案4。根據(jù)實(shí)施方案2-3中任一項(xiàng)所述的方法，包括一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿。

實(shí)施方案5。根據(jù)實(shí)施方案4所述的方法，包括兩個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿。

實(shí)施方案6。根據(jù)實(shí)施方案1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述生物質(zhì)進(jìn)給的速率至少約為2干mt/天、3干mt/天、4干mt/天、5干mt/天、7.5干mt/天、10干mt/天、15干mt/天、20干mt/天、25干mt/天、50干mt/天、75干mt/天、100干mt/天、150干mt/天或200干mt/天。

實(shí)施方案7。根據(jù)實(shí)施方案1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述擠出系統(tǒng)還包括連接到所述筒體的第一端處的入口端口的料斗，用于將所述生物質(zhì)進(jìn)給到所述進(jìn)料區(qū)中。

實(shí)施方案8。根據(jù)實(shí)施方案7所述的方法，其中所述料斗還包括進(jìn)料器，所述進(jìn)料器被配置用于使所述生物質(zhì)從所述料斗移動(dòng)通過所述入口端口。

實(shí)施方案9。根據(jù)實(shí)施方案8所述的方法，其中所述進(jìn)料器是被配置用于將所述生物質(zhì)均衡地分配到所述進(jìn)料區(qū)中的遞送螺旋鉆。

實(shí)施方案10。根據(jù)實(shí)施方案1-9中任一項(xiàng)所述的方法，還包括在所述反應(yīng)區(qū)之前向所述生物質(zhì)添加液體。

實(shí)施方案11。根據(jù)實(shí)施方案10所述的方法，其中所述液體是水。

實(shí)施方案12。根據(jù)實(shí)施方案10或11所述的方法，其中所述液體通過位于所述料斗的可密封端口添加。

實(shí)施方案13。根據(jù)實(shí)施方案10-12中任一項(xiàng)所述的方法，其中通過所述筒體上的一個(gè)或多個(gè)可密封端口將所述液體添加到所述進(jìn)料區(qū)中。

實(shí)施方案14。根據(jù)實(shí)施方案10-13中任一項(xiàng)所述的方法，其中添加所述液體以將所述生物質(zhì)的水分含量增加至約從10-90％、15-85％、20-80％、30-70％或者約40-60％w/v。

實(shí)施方案15。根據(jù)實(shí)施方案1-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述反應(yīng)區(qū)中處理所述生物質(zhì)達(dá)少于19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2或1秒。

實(shí)施方案16。根據(jù)實(shí)施方案1-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中在反應(yīng)區(qū)中處理所述生物質(zhì)約達(dá)20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2或1秒。

實(shí)施方案17。根據(jù)實(shí)施方案1-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述反應(yīng)區(qū)中處理所述生物質(zhì)約達(dá)5至15秒。

實(shí)施方案18。根據(jù)實(shí)施方案1-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述反應(yīng)區(qū)中處理所述生物質(zhì)約達(dá)10秒。

實(shí)施方案19。根據(jù)實(shí)施方案1-18中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述升高的溫度約為50-500℃、75-400℃、100-350℃、150-300℃或200-250℃。

實(shí)施方案20。根據(jù)實(shí)施方案1-18中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述升高的溫度約為150-300℃。

實(shí)施方案21。根據(jù)實(shí)施方案1-18中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述升高的溫度約為200-250℃。

實(shí)施方案22。根據(jù)實(shí)施方案1-21中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述升高的壓力約為50-1000psi、100-750psi、200-600psi、300-500psi或350-450psi。

實(shí)施方案23。根據(jù)實(shí)施方案1-21中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述升高的壓力約為300-500psi。

實(shí)施方案24。根據(jù)實(shí)施方案1-21中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述升高的壓力約為350-450psi。

實(shí)施方案25。根據(jù)實(shí)施方案1-24中任一項(xiàng)所述的方法，還包括將蒸汽注入到所述生物質(zhì)中以增加溫度和壓力。

實(shí)施方案26。根據(jù)實(shí)施方案25所述的方法，其中所述蒸汽被注入所述反應(yīng)區(qū)中。

實(shí)施方案27。根據(jù)實(shí)施方案25或26所述的方法，其中所述蒸汽通過所述筒體中的一個(gè)或多個(gè)可密封端口注入。

實(shí)施方案28。根據(jù)實(shí)施方案1-27中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述擠出系統(tǒng)還包括加熱護(hù)套。

實(shí)施方案29。根據(jù)實(shí)施方案1-28中任一項(xiàng)所述的方法，還包括向所述反應(yīng)區(qū)中的所述生物質(zhì)添加化學(xué)劑。

實(shí)施方案30。根據(jù)實(shí)施方案29所述的方法，其中所述化學(xué)劑包括酸、堿或其組合。

實(shí)施方案31。根據(jù)實(shí)施方案30所述的方法，其中所述化學(xué)劑包括的酸是硫酸、過氧乙酸、乳酸、甲酸、乙酸、檸檬酸、磷酸、鹽酸、亞硫酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、草酸、苯甲酸或其組合。

實(shí)施方案32。根據(jù)實(shí)施方案30所述的方法，其中所述化學(xué)劑包括的酸是硫酸。

實(shí)施方案33。根據(jù)實(shí)施方案30所述的方法，其中所述化學(xué)劑包括的堿是氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀、氨、氫氧化銨、過氧化氫或其組合。

實(shí)施方案34。根據(jù)實(shí)施方案29-33中任一項(xiàng)所述的方法，其中添加所述化學(xué)劑約至0.1-20％w/v、1-15％w/v、1.5-10％w/v、1-10％w/v、1-5％w/v或2-4％w/v的水平。

實(shí)施方案35。根據(jù)實(shí)施方案29-33中任一項(xiàng)所述的方法，其中添加所述化學(xué)劑約至2-4％w/v的水平。

實(shí)施方案36。根據(jù)實(shí)施方案29-33中任一項(xiàng)所述的方法，其中添加所述化學(xué)劑約至2％w/v的水平。

實(shí)施方案37。根據(jù)實(shí)施方案29-33中任一項(xiàng)所述的方法，其中添加所述化學(xué)劑約至4％w/v的水平。

實(shí)施方案38。根據(jù)實(shí)施方案1-37中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述液體餾分包含與基于所述生物質(zhì)的理論最大值相比至少50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％產(chǎn)率的c5單糖。

實(shí)施方案39。根據(jù)實(shí)施方案1-37中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述液體餾分包含與基于所述生物質(zhì)的理論最大值相比至少50％產(chǎn)率的c5單糖。

實(shí)施方案40。根據(jù)實(shí)施方案1-37中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述液體餾分包含與基于所述生物質(zhì)的理論最大值相比至少70％產(chǎn)率的c5單糖。

實(shí)施方案41。根據(jù)實(shí)施方案1-37中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述液體餾分包含與基于所述生物質(zhì)的理論最大值相比至少85％產(chǎn)率的c5單糖。

實(shí)施方案42。根據(jù)實(shí)施方案1-41中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述液體餾分包含與基于所述生物質(zhì)的理論最大值相比少于50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％或5％產(chǎn)率的c6單糖。

實(shí)施方案43。根據(jù)實(shí)施方案1-41中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述液體餾分包括含與基于所述生物質(zhì)的理論最大值相比少于45％產(chǎn)率的c6單糖。

實(shí)施方案44。根據(jù)實(shí)施方案1-41中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述液體餾分包含與基于所述生物質(zhì)的理論最大值相比少于35％產(chǎn)率的c6單糖。

實(shí)施方案45。根據(jù)實(shí)施方案1-42中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述固體顆粒具有約1-500μm、1-250μm、1-200μm或1-150μm的大小范圍。

實(shí)施方案46。根據(jù)實(shí)施方案1-42中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述固體顆粒具有約1-150μm的大小范圍。

實(shí)施方案47。根據(jù)實(shí)施方案1-46中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述固體顆粒具有約1-50μm、5-40μm、10-30μm或15-25μm的大小范圍。

實(shí)施方案48。根據(jù)實(shí)施方案1-46中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述固體顆粒具有約15-25μm的平均大小。

實(shí)施方案49。根據(jù)實(shí)施方案1-48中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法生產(chǎn)低水平的一種或多種抑制劑化合物。

實(shí)施方案50。根據(jù)實(shí)施方案49所述的方法，其中所述一種或多種抑制劑化合物包括甲酸、乙酸、羥甲基糠醛(hmf)、糠醛或其組合。

實(shí)施方案51。根據(jù)實(shí)施方案1-50中任一項(xiàng)所述的方法，其中每mt干生物質(zhì)產(chǎn)生小于30、25、20、15、10或5kg的甲酸。

實(shí)施方案52。根據(jù)實(shí)施方案1-50中任一項(xiàng)所述的方法，其中每mt干生物質(zhì)產(chǎn)生小于30kg的甲酸。

實(shí)施方案53。根據(jù)實(shí)施方案1-50中任一項(xiàng)所述的方法，其中每mt干生物質(zhì)產(chǎn)生小于15kg的甲酸。

實(shí)施方案54。根據(jù)實(shí)施方案1-50中任一項(xiàng)所述的方法，其中每mt干生物質(zhì)產(chǎn)生小于10kg的甲酸。

實(shí)施方案55。根據(jù)實(shí)施方案1-54中任一項(xiàng)所述的方法，其中每mt干生物質(zhì)產(chǎn)生小于100、80、60、50、40、30、25、20、15、10或5kg的乙酸。

實(shí)施方案56。根據(jù)實(shí)施方案1-54中任一項(xiàng)所述的方法，其中每mt干生物質(zhì)產(chǎn)生小于60kg的乙酸。

實(shí)施方案57。根據(jù)實(shí)施方案1-54中任一項(xiàng)所述的方法，其中每mt干生物質(zhì)產(chǎn)生小于40kg的乙酸。

實(shí)施方案58。根據(jù)實(shí)施方案1-54中任一項(xiàng)所述的方法，其中每mt干生物質(zhì)產(chǎn)生小于15kg的乙酸。

實(shí)施方案59。根據(jù)實(shí)施方案1-58中任一項(xiàng)所述的方法，其中每mt干生物質(zhì)產(chǎn)生小于20、15、10、7.5、5、4、3、2或1kg的羥甲基糠醛(hmf)。

實(shí)施方案60。根據(jù)實(shí)施方案1-58中任一項(xiàng)所述的方法，其中每mt干生物質(zhì)生產(chǎn)少于5kg的羥甲基糠醛(hmf)。

實(shí)施方案61。根據(jù)實(shí)施方案1-58中任一項(xiàng)所述的方法，其中每mt干生物質(zhì)生產(chǎn)少于3kg的羥甲基糠醛(hmf)。

實(shí)施方案62。根據(jù)實(shí)施方案1-58中任一項(xiàng)所述的方法，其中每mt干生物質(zhì)生產(chǎn)少于2kg的羥甲基糠醛(hmf)。

實(shí)施方案63。根據(jù)實(shí)施方案1-62中任一項(xiàng)所述的方法，其中每mt干生物質(zhì)產(chǎn)生少于20、15、10、7.5、5、4、3、2或1kg的糠醛。

實(shí)施方案64。根據(jù)實(shí)施方案1-62中任一項(xiàng)所述的方法，其中每mt干生物質(zhì)產(chǎn)生小于7.5kg的糠醛。

實(shí)施方案65。根據(jù)實(shí)施方案1-62中任一項(xiàng)所述的方法，其中每mt干生物質(zhì)產(chǎn)生小于5kg的糠醛。

實(shí)施方案66。根據(jù)實(shí)施方案1-65中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述擠出系統(tǒng)還包括壓力致動(dòng)排出閥。

實(shí)施方案67。根據(jù)實(shí)施方案66的方法，其中所述壓力致動(dòng)排出閥被配置成響應(yīng)于所述擠出系統(tǒng)內(nèi)的壓力而打開和關(guān)閉。

實(shí)施方案68。根據(jù)實(shí)施方案66或67所述的方法，其中所述壓力致動(dòng)排出閥連接到所述筒體第二端處的端部法蘭盤。

實(shí)施方案69。根據(jù)實(shí)施方案66-68中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述壓力致動(dòng)排出閥包括提升閥、浮球閥、止回閥或旋轉(zhuǎn)刀閘閥。

實(shí)施方案70。根據(jù)實(shí)施方案66-68中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述壓力致動(dòng)排出閥包括提升閥。

實(shí)施方案71。根據(jù)實(shí)施方案66-70中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述壓力致動(dòng)排出閥連接至致動(dòng)器。

實(shí)施方案72。根據(jù)實(shí)施方案71所述的方法，其中所述致動(dòng)器使用氣動(dòng)力、液壓力、機(jī)電力或其組合。

實(shí)施方案73。根據(jù)實(shí)施方案71或72所述的方法，其中所述致動(dòng)器在工作中耦合至背壓控制單元。

實(shí)施方案74。根據(jù)實(shí)施方案73所述的方法，其中所述背壓控制單元在工作中耦合至一個(gè)或多個(gè)壓力計(jì)。

實(shí)施方案75。根據(jù)實(shí)施方案74所述的方法，所述一個(gè)或多個(gè)壓力計(jì)中的至少一個(gè)監(jiān)測所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)的壓力。

實(shí)施方案76。根據(jù)實(shí)施方案1-75中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述擠出系統(tǒng)還包括閃蒸罐。

實(shí)施方案77。根據(jù)實(shí)施方案76所述的方法，其中所述閃蒸罐在所述經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)組合物離開所述壓力致動(dòng)排出閥時(shí)收集所述經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)組合物。

實(shí)施方案78。根據(jù)實(shí)施方案1-77中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述生物質(zhì)包括藻類、玉米、草、秸稈、谷物殼、木材、樹皮、木屑、紙、楊木、柳木、柳枝稷、苜蓿、牧場須芒草、糖棕櫚、水椰棕櫚、木薯、高粱、蜀黍、白薯、糖蜜、塊莖、根、梗、西米、木番薯、樹薯、豌豆、豆類、土豆、甜菜、水果、果核、高粱、甘蔗、水稻、小麥、全麥、黑麥、大麥、竹子、種子、燕麥或其組合，或者其衍生物或副產(chǎn)物。

實(shí)施方案79。根據(jù)實(shí)施方案78所述的方法，其中所述其衍生物或副產(chǎn)物包括玉米秸稈、玉米棒、玉米醪、玉米纖維、青貯飼料、甘蔗渣、酒糟、干可溶物酒糟、干酒糟、濃縮可溶物酒糟、濕酒糟、具有可溶物的干酒糟、纖維、果皮、稻草、稻殼、小麥秸稈、大麥秸稈、種皮殼、燕麥殼、食品廢物、城市污水廢物或其組合。

實(shí)施方案80。根據(jù)實(shí)施方案1-77中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述生物質(zhì)包含木質(zhì)生物質(zhì)。

實(shí)施方案81。根據(jù)實(shí)施方案80所述的方法，其中木質(zhì)生物質(zhì)包括硬木、軟木或其組合。

實(shí)施方案82。根據(jù)實(shí)施方案1-77中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述生物質(zhì)包含硬木。

實(shí)施方案83。根據(jù)實(shí)施方案1-82中任一項(xiàng)所述的方法，還包括用一種或多種酶水解包含纖維素的所述固體顆粒以產(chǎn)生單糖。

實(shí)施方案84。所述經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)組合物通過實(shí)施方案1-83中任一項(xiàng)所述的方法生產(chǎn)。

實(shí)施方案85。一種包含c6單糖的糖流，由實(shí)施方案83所述的方法生產(chǎn)。

實(shí)施方案86。一種用于每天工業(yè)規(guī)模預(yù)處理至少一干噸生物質(zhì)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：(a)筒體，其限定了內(nèi)腔室并且包括靠近所述筒體第一端的入口端口和所述筒體第二端處的端部法蘭盤；(b)一個(gè)或多個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿，其被配置用于使所述生物質(zhì)移動(dòng)通過所述筒體的內(nèi)腔室并且容納一個(gè)或多個(gè)部分，所述一個(gè)或多個(gè)部分被配置成從所述生物質(zhì)形成一個(gè)或多個(gè)栓塞，以將所述筒體的內(nèi)腔室分離成包括進(jìn)料區(qū)和反應(yīng)區(qū)在內(nèi)的兩個(gè)或更多個(gè)區(qū)；以及(c)壓力致動(dòng)排出閥，其連接到所述端部法蘭盤并且被配置成響應(yīng)于所述筒體內(nèi)的壓力而打開和關(guān)閉，從而允許連續(xù)生產(chǎn)包含液體餾分和固體顆粒的經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)組合物，所述液體餾分包含單糖，而所述固體顆粒包含纖維素。

實(shí)施方案87。根據(jù)實(shí)施方案86所述的系統(tǒng)，包括一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿。

實(shí)施方案88。根據(jù)實(shí)施方案86所述的系統(tǒng)，包括兩個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿。

實(shí)施方案89。根據(jù)實(shí)施方案86-88中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括被配置用于使所述一個(gè)或多個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)。

實(shí)施方案90。根據(jù)實(shí)施方案89所述的系統(tǒng)，其中所述馬達(dá)被配置用于使所述一個(gè)或多個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿約以100、250、400、500、750、1000、1100、1250、1500或2000rpm旋轉(zhuǎn)。

實(shí)施方案91。根據(jù)實(shí)施方案89所述的系統(tǒng)，其中所述馬達(dá)被配置用于使所述一個(gè)或多個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺桿約以100-2000rpm、250-1500rpm、400-1100rpm或500-1000rpm旋轉(zhuǎn)。

實(shí)施方案92。根據(jù)實(shí)施方案86-91中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)能夠以至少約2干mt/天、3干mt/天、4干mt/天、5干mt/天、7.5干mt/天、10干mt/天、15干mt/天、20干mt/天、25干mt/天、50干mt/天、75干mt/天、100干mt/天、150干mt/天或200干mt/天的速率處理生物質(zhì)。

實(shí)施方案93。根據(jù)實(shí)施方案86-92中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括連接到所述入口端口的料斗，用于將所述生物質(zhì)進(jìn)給到所述進(jìn)料區(qū)中。

實(shí)施方案94。根據(jù)實(shí)施方案93所述的系統(tǒng)，其中所述料斗還包括進(jìn)料器，所述進(jìn)料器被配置用于使所述生物質(zhì)從所述料斗移動(dòng)通過所述入口端口。

實(shí)施方案95。根據(jù)實(shí)施方案94所述的系統(tǒng)，其中所述進(jìn)料器是被配置用于將所述生物質(zhì)均衡地分配到所述進(jìn)料區(qū)中的遞送螺旋鉆。

實(shí)施方案96。根據(jù)實(shí)施方案93-95中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述料斗包括一個(gè)或多個(gè)可密封端口，所述一個(gè)或多個(gè)可密封端口被配置用于向所述料斗中的生物質(zhì)添加液體。

實(shí)施方案97。根據(jù)實(shí)施方案96所述的系統(tǒng)，其中所述液體是水。

實(shí)施方案98。根據(jù)實(shí)施方案86-97中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述筒體還包括一個(gè)或多個(gè)可密封端口，所述一個(gè)或多個(gè)可密封端口被配置用于向所述進(jìn)料區(qū)中的生物質(zhì)添加液體。

實(shí)施方案99。根據(jù)實(shí)施方案98所述的系統(tǒng)，其中所述液體是水。

實(shí)施方案100。根據(jù)實(shí)施方案86-99中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述可旋轉(zhuǎn)螺桿能夠在少于約20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、1秒內(nèi)輸送生物質(zhì)通過所述反應(yīng)區(qū)。

實(shí)施方案101。根據(jù)實(shí)施方案86-99中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述可旋轉(zhuǎn)螺桿能夠在約20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、1秒內(nèi)輸送生物質(zhì)通過所述反應(yīng)區(qū)。

實(shí)施方案102。根據(jù)實(shí)施方案86-99中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述可旋轉(zhuǎn)螺桿能夠在約5至15秒內(nèi)輸送生物質(zhì)通過所述反應(yīng)區(qū)。

實(shí)施方案103。根據(jù)實(shí)施方案86-102中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述筒體還包括一個(gè)或多個(gè)可密封端口，所述一個(gè)或多個(gè)可密封端口被配置用于向所述反應(yīng)區(qū)添加蒸汽。

實(shí)施方案104。根據(jù)實(shí)施方案86-103中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述筒體還包括熱護(hù)套。

實(shí)施方案105。根據(jù)實(shí)施方案86-104中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置成維持所述反應(yīng)區(qū)中升高的溫度。

實(shí)施方案106。根據(jù)實(shí)施方案105所述的系統(tǒng)，其中所述升高的溫度由蒸汽、熱護(hù)套或其組合提供。

實(shí)施方案107。根據(jù)實(shí)施方案105或106所述的系統(tǒng)，其中所述升高的溫度約為50-500℃、75-400℃、100-350℃、150-300℃或200-250℃。

實(shí)施方案108。根據(jù)實(shí)施方案105或106所述的系統(tǒng)，其中所述升高的溫度約為150-300℃。

實(shí)施方案109。根據(jù)實(shí)施方案105或106所述的系統(tǒng)，其中所述升高的溫度約為200-250℃。

實(shí)施方案110。根據(jù)實(shí)施方案86-109中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置成維持所述反應(yīng)區(qū)中升高的壓力。

實(shí)施方案111。根據(jù)實(shí)施方案110所述的系統(tǒng)，其中通過添加蒸汽、液體、生物質(zhì)或其組合來維持所述升高的壓力。

實(shí)施方案112。根據(jù)實(shí)施方案110或111所述的系統(tǒng)，其中所述升高的壓力約為50-1000psi、100-750psi、200-600psi、300-500psi或350-450psi。

實(shí)施方案113。根據(jù)實(shí)施方案110或111所述的系統(tǒng)，其中所述升高的壓力約為300-500psi。

實(shí)施方案114。根據(jù)實(shí)施方案110或111所述的系統(tǒng)，其中所述升高的壓力約為350-450psi。

實(shí)施方案115。根據(jù)實(shí)施方案86-114中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述筒體還包括一個(gè)或多個(gè)可密封端口，所述一個(gè)或多個(gè)可密封端口被配置用于向所述反應(yīng)區(qū)添加一種或多種化學(xué)劑。

實(shí)施方案116。根據(jù)實(shí)施方案115所述的系統(tǒng)，其中所述化學(xué)劑包括酸、堿或其組合。

實(shí)施方案117。根據(jù)實(shí)施方案116所述的系統(tǒng)，其中所述化學(xué)劑包括的是硫酸、過氧乙酸、乳酸、甲酸、乙酸、檸檬酸、磷酸、鹽酸、亞硫酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、草酸、苯甲酸或其組合。

實(shí)施方案118。根據(jù)實(shí)施方案116所述的系統(tǒng)，其中所述化學(xué)劑包括的酸是硫酸。

實(shí)施方案119。根據(jù)實(shí)施方案116所述的系統(tǒng)，其中所述化學(xué)劑包括的所是氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀、氨、氫氧化銨、過氧化氫或其組合。

實(shí)施方案120。根據(jù)實(shí)施方案115-119中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置用于添加所述化學(xué)劑約至0.1-20％w/v、1-15％w/v、1.5-10％w/v、1-10％w/v、1-5％w/v或2-4％w/v的水平。

實(shí)施方案121。根據(jù)實(shí)施方案115-119中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置用于添加所述化學(xué)劑約至2-4％w/v的水平。

實(shí)施方案122。根據(jù)實(shí)施方案115-119中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置用于添加所述化學(xué)劑約至2％w/v的水平。

實(shí)施方案123。根據(jù)實(shí)施方案115-119中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置用于添加所述化學(xué)劑約至4％w/v的水平。

實(shí)施方案124。根據(jù)實(shí)施方案86-123中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述壓力致動(dòng)排出閥包括提升閥、浮球閥、止回閥或旋轉(zhuǎn)刀閘閥。

實(shí)施方案125。根據(jù)實(shí)施方案86-123中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述壓力致動(dòng)排出閥包括提升閥。

實(shí)施方案126。根據(jù)實(shí)施方案86-125中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述壓力致動(dòng)排出閥連接至致動(dòng)器。

實(shí)施方案127。根據(jù)實(shí)施方案126所述的系統(tǒng)，其中所述致動(dòng)器是氣動(dòng)致動(dòng)器、液壓致動(dòng)器、機(jī)電致動(dòng)器或其組合。

實(shí)施方案128。根據(jù)實(shí)施方案126或127所述的系統(tǒng)，其中所述致動(dòng)器在工作中耦合至背壓控制單元。

實(shí)施方案129。根據(jù)實(shí)施方案86-128中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述背壓控制單元在工作中耦合至一個(gè)或多個(gè)壓力計(jì)。

實(shí)施方案130。根據(jù)實(shí)施方案129所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)壓力計(jì)經(jīng)由所述筒體中的一個(gè)或多個(gè)可密封端口監(jiān)測所述筒體中的壓力。

實(shí)施方案131。根據(jù)實(shí)施方案130所述的系統(tǒng)，所述一個(gè)或多個(gè)壓力計(jì)中的至少一個(gè)被配置用于監(jiān)測所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)的壓力。

實(shí)施方案132。根據(jù)實(shí)施方案86-131中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述筒體還包括一個(gè)或多個(gè)端口，所述一個(gè)或多個(gè)端口包括溫度計(jì)、壓力計(jì)或其組合。

實(shí)施方案133。根據(jù)實(shí)施方案86-132中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述擠出系統(tǒng)還包括閃蒸罐。

實(shí)施方案134。根據(jù)實(shí)施方案133所述的系統(tǒng)，其中所述閃蒸罐在所述經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)組合物離開所述壓力致動(dòng)排出閥時(shí)收集所述經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)組合物。

實(shí)施方案135。根據(jù)實(shí)施方案86-134中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置用于生產(chǎn)所述液體餾分，所述液體餾分包含與基于所述生物質(zhì)的理論最大值相比至少50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％產(chǎn)率的c5單糖。

實(shí)施方案136。根據(jù)實(shí)施方案86-134中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置用于生產(chǎn)所述液體餾分，所述液體餾分包含與基于所述生物質(zhì)的理論最大值相比至少50％產(chǎn)率的c5單糖。

實(shí)施方案137。根據(jù)實(shí)施方案86-134中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置用于生產(chǎn)所述液體餾分，所述液體餾分包含與基于所述生物質(zhì)的理論最大值相比至少70％產(chǎn)率的c5單糖。

實(shí)施方案138。根據(jù)實(shí)施方案86-134中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置用于生產(chǎn)所述液體餾分，所述液體餾分包含與基于所述生物質(zhì)的理論最大值相比至少85％產(chǎn)率的c5單糖。

實(shí)施方案139。根據(jù)實(shí)施方案86-138中任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置用于生產(chǎn)所述液體餾分，所述液體餾分包含與基于所述生物質(zhì)的理論最大值相比少于50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％或5％產(chǎn)率的c6單糖。

實(shí)施方案140。根據(jù)實(shí)施方案86-138中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置用于生產(chǎn)所述液體餾分，所述液體餾分包含與基于所述生物質(zhì)的理論最大值相比少于45％產(chǎn)率的c6單糖。

實(shí)施方案141。根據(jù)實(shí)施方案86-138中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置用于生產(chǎn)所述液體餾分，所述液體餾分包含與基于所述生物質(zhì)的理論最大值相比少于35％產(chǎn)率的c6單糖。

實(shí)施方案142。根據(jù)實(shí)施方案86-141中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置用于生產(chǎn)大小范圍約為1-500μm、1-250μm、1-200μm或1-150μm的固體顆粒。

實(shí)施方案143。根據(jù)實(shí)施方案86-141中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置用于生產(chǎn)大小范圍約為1-150μm的固體顆粒。

實(shí)施方案144。根據(jù)實(shí)施方案86-141中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置用于生產(chǎn)平均大小約為1-50μm、5-40μm、10-30μm或15-25μm的固體顆粒。

實(shí)施方案145。根據(jù)實(shí)施方案86-141中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置用于生產(chǎn)平均大小約為15-25μm的固體顆粒。

實(shí)施方案146。根據(jù)實(shí)施方案86-145中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述生物質(zhì)包括藻類、玉米、草、秸稈、谷物殼、木材、樹皮、木屑、紙、楊木、柳木、柳枝稷、苜蓿、牧場須芒草、糖棕櫚、水椰棕櫚、木薯、高粱、蜀黍、白薯、糖蜜、塊莖、根、梗、西米、木番薯、樹薯、豌豆、豆類、土豆、甜菜、水果、果核、高粱、甘蔗、水稻、小麥、全麥、黑麥、大麥、竹子、種子、燕麥或其組合，或者其衍生物或副產(chǎn)物。

實(shí)施方案147。根據(jù)實(shí)施方案146所述的系統(tǒng)，其中所述其衍生物或副產(chǎn)物包括玉米秸稈、玉米棒、玉米醪、玉米纖維、青貯飼料、甘蔗渣、酒糟、干可溶物酒糟、干酒糟、濃縮可溶物酒糟、濕酒糟、具有可溶物的干酒糟、纖維、果皮、稻草、稻殼、小麥秸稈、大麥秸稈、種皮殼、燕麥殼、食品廢物、城市污水廢物或其組合。

實(shí)施方案148。根據(jù)實(shí)施方案86-145中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述生物質(zhì)包含木質(zhì)生物質(zhì)。

實(shí)施方案149。根據(jù)實(shí)施方案148所述的系統(tǒng)，其中木質(zhì)生物質(zhì)包括硬木、軟木或其組合。

實(shí)施方案150。根據(jù)實(shí)施方案86-145中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述生物質(zhì)包含硬木。

實(shí)施方案151。一種適于預(yù)處理生物質(zhì)的系統(tǒng)，包括：限定反應(yīng)隔室的筒體；用于預(yù)處理保留在反應(yīng)隔室內(nèi)的生物質(zhì)的裝置；螺桿組件，其在工作中耦合至所述筒體第一端處的第一移動(dòng)裝置，其中所述螺桿組件被配置用于誘導(dǎo)所述生物質(zhì)在所述反應(yīng)隔室內(nèi)形成一個(gè)或多個(gè)栓塞，以及用于在對(duì)所述生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理時(shí)沿所述反應(yīng)隔室移動(dòng)所述生物質(zhì)到所述筒體的第二端部；以及壓力調(diào)制器模塊，其在工作中耦合到所述筒體第二端處的第二移動(dòng)裝置，用于在所述反應(yīng)隔室內(nèi)提供恒定的壓力。

實(shí)施方案152。根據(jù)實(shí)施方案151所述的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)隔室進(jìn)一步分成進(jìn)料區(qū)、反應(yīng)區(qū)和壓力調(diào)制區(qū)。

實(shí)施方案153。根據(jù)實(shí)施方案152所述的系統(tǒng)，其中所述進(jìn)料區(qū)位于所述第一端處。

實(shí)施方案154。根據(jù)實(shí)施方案152或153所述的系統(tǒng)，其中料斗附接到所述第一端以便向所述進(jìn)料區(qū)中遞送所述生物質(zhì)。

實(shí)施方案155。根據(jù)實(shí)施方案152-154中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述料斗還包括用于向所述進(jìn)料區(qū)中均衡地分配所述生物質(zhì)的螺旋鉆。

實(shí)施方案156。根據(jù)實(shí)施方案152-155中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中第一可密封端口附接到所述筒體以向所述進(jìn)料區(qū)中遞送水性溶液。

實(shí)施方案157。根據(jù)實(shí)施方案152-156中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)區(qū)位于所述進(jìn)料區(qū)與所述筒體的第二端之間。

實(shí)施方案158。根據(jù)實(shí)施方案152-157中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)區(qū)通過第一栓塞與所述進(jìn)料區(qū)分離。

實(shí)施方案159。根據(jù)實(shí)施方案152-158中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)區(qū)進(jìn)一步細(xì)分為第一區(qū)、第二區(qū)和第三區(qū)。

實(shí)施方案160。根據(jù)實(shí)施方案159所述的系統(tǒng)，其中所述第一區(qū)和所述第二區(qū)由第二栓塞分離。

實(shí)施方案161。根據(jù)實(shí)施方案159所述的系統(tǒng)，其中所述第二區(qū)和所述第三區(qū)由第三栓塞分離。

實(shí)施方案162。根據(jù)實(shí)施方案159-161中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中第二可密封端口附接到所述筒體，用于向所述第一區(qū)域和/或所述第二區(qū)域中遞送蒸汽。

實(shí)施方案163。根據(jù)實(shí)施方案159-162中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中第三可密封端口附接到所述筒體，用于向所述第二區(qū)域中遞送化學(xué)反應(yīng)物。

實(shí)施方案164。根據(jù)實(shí)施方案163所述的系統(tǒng)，其中所述化學(xué)反應(yīng)物是酸、堿或附加的化學(xué)反應(yīng)物。

實(shí)施方案165。根據(jù)實(shí)施方案151-164中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中溫度計(jì)和壓力計(jì)附接到所述筒體，用于監(jiān)測所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)部的溫度和壓力。

實(shí)施方案166。根據(jù)實(shí)施方案152所述的系統(tǒng)，其中所述壓力調(diào)制區(qū)位于所述筒體的第二端處。

實(shí)施方案167。根據(jù)實(shí)施方案152或166所述的系統(tǒng)，其中所述壓力調(diào)制區(qū)和所述反應(yīng)區(qū)由端板分離。

實(shí)施方案168。根據(jù)實(shí)施方案167所述的系統(tǒng)，其中所述端板被構(gòu)造成包含用于允許所述生物質(zhì)從所述反應(yīng)區(qū)移動(dòng)到所述壓力調(diào)制區(qū)中的孔。

實(shí)施方案169。根據(jù)實(shí)施方案168所述的系統(tǒng)，其中移動(dòng)到所述壓力調(diào)制區(qū)中的所述生物質(zhì)是經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)。

實(shí)施方案170。根據(jù)實(shí)施方案168或169所述的系統(tǒng)，其中導(dǎo)管將所述壓力調(diào)制區(qū)連接到用于儲(chǔ)存所述經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)的閃蒸罐。

實(shí)施方案171。根據(jù)實(shí)施方案151所述的系統(tǒng)，其中所述壓力調(diào)制器模塊包括端閥。

實(shí)施方案172。根據(jù)實(shí)施方案171所述的系統(tǒng)，其中所述端閥在工作中耦合到所述筒體第二端處的所述第二移動(dòng)裝置，用于在所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)提供恒定的壓力。

實(shí)施方案173。根據(jù)實(shí)施方案172所述的系統(tǒng)，其中所述端閥包括提升閥、浮球閥、止回閥或旋轉(zhuǎn)刀閘閥。

實(shí)施方案174。根據(jù)實(shí)施方案173所述的系統(tǒng)，其中所述端閥是提升閥。

實(shí)施方案175。根據(jù)實(shí)施方案151或172所述的系統(tǒng)，其中所述第二移動(dòng)裝置是外部第二移動(dòng)裝置。

實(shí)施方案176。根據(jù)實(shí)施方案151、172或175中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述第二移動(dòng)裝置包括致動(dòng)器。

實(shí)施方案177。根據(jù)實(shí)施方案176所述的系統(tǒng)，其中所述致動(dòng)器被配置成使用氣動(dòng)力。

實(shí)施方案178。根據(jù)實(shí)施方案176所述的系統(tǒng)，其中所述致動(dòng)器被配置成使用液壓力。

實(shí)施方案179。根據(jù)實(shí)施方案176所述的系統(tǒng)，其中所述致動(dòng)器被配置成使用機(jī)電力。

實(shí)施方案180。根據(jù)實(shí)施方案151、172或175-179中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述第二移動(dòng)裝置還連接到壓力調(diào)節(jié)器。

實(shí)施方案181。根據(jù)實(shí)施方案180所述的系統(tǒng)，其中所述壓力調(diào)節(jié)器被配置用于接收來自所述壓力計(jì)的反饋。

實(shí)施方案182。根據(jù)實(shí)施方案151所述的系統(tǒng)，其中所述第一移動(dòng)裝置是外部第一移動(dòng)裝置。

實(shí)施方案183。根據(jù)實(shí)施方案151或182所述的系統(tǒng)，其中所述第一移動(dòng)裝置包括馬達(dá)和變速箱組合。

實(shí)施方案184。根據(jù)實(shí)施方案151所述的系統(tǒng)，其中所述螺桿組件的長度跨通所述進(jìn)料區(qū)和所述反應(yīng)區(qū)。

實(shí)施方案185。根據(jù)實(shí)施方案151或184所述的系統(tǒng)，其中所述螺桿組件包括兩個(gè)或更多個(gè)螺桿。

實(shí)施方案186。根據(jù)實(shí)施方案180所述的系統(tǒng)，其中所述壓力調(diào)節(jié)器包括背壓調(diào)節(jié)器。

實(shí)施方案187。根據(jù)實(shí)施方案186所述的系統(tǒng)，其中所述背壓調(diào)節(jié)器包括氣動(dòng)調(diào)節(jié)器。

實(shí)施方案188。一種用于預(yù)處理生物質(zhì)的方法，包括：(a)將生物質(zhì)裝載到包括反應(yīng)隔室的筒體中，其中所述反應(yīng)隔室包括生產(chǎn)用于生成反應(yīng)區(qū)的一個(gè)或多個(gè)栓塞的裝置；以及(b)在升高的溫度和恒定的壓力下對(duì)所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)的所述生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理多達(dá)20秒的時(shí)間；其中在反應(yīng)區(qū)內(nèi)所述生物質(zhì)的大小降低。

實(shí)施方案189。根據(jù)實(shí)施方案188所述的方法，其中所述反應(yīng)隔室還包括進(jìn)料區(qū)和壓力調(diào)制區(qū)。

實(shí)施方案190。根據(jù)實(shí)施方案188或189所述的方法，其中所述進(jìn)料區(qū)和所述反應(yīng)區(qū)由第一栓塞分離。

實(shí)施方案191。根據(jù)實(shí)施方案188-190中任一項(xiàng)所述的方法，其中向所述進(jìn)料區(qū)中的所述生物質(zhì)添加水性溶液以生成包含從約1％至約90％w/v懸浮固體的水性組合物。

實(shí)施方案192。根據(jù)實(shí)施方案188-190中任一項(xiàng)所述的方法，其中向所述進(jìn)料區(qū)中的所述生物質(zhì)添加水性溶液以生成包含從約1％至約60％w/v懸浮固體的水性組合物。

實(shí)施方案193。根據(jù)所述實(shí)施方案191或192所述的方法，其中所述懸浮固體包含纖維素、半纖維素和/或木質(zhì)素。

實(shí)施方案194。根據(jù)實(shí)施方案191或192所述的方法，其中所述水性溶液是水。

實(shí)施方案195。根據(jù)實(shí)施方案188-194中任一項(xiàng)所述的方法，其中還向所述反應(yīng)區(qū)中的所述生物質(zhì)添加化學(xué)反應(yīng)物。

實(shí)施方案196。根據(jù)實(shí)施方案195所述的方法，其中所述化學(xué)反應(yīng)物是酸、堿或附加的化學(xué)反應(yīng)物。

實(shí)施方案197。根據(jù)實(shí)施方案188-196中任一項(xiàng)所述的方法，其中還向所述反應(yīng)區(qū)中的所述生物質(zhì)添加蒸汽以進(jìn)一步增加所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)的溫度。

實(shí)施方案198。根據(jù)實(shí)施方案188-197中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)的生物質(zhì)的溫度介于約80℃至約300℃之間。

實(shí)施方案199。根據(jù)實(shí)施方案188-197中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)的生物質(zhì)的溫度介于約160℃至約210℃之間。

實(shí)施方案200。根據(jù)實(shí)施方案188-199中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)的生物質(zhì)的壓力介于約300psi至約1000psi之間。

實(shí)施方案201。根據(jù)實(shí)施方案188-199中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)的生物質(zhì)的壓力介于約400psi至約800psi之間。

實(shí)施方案202。根據(jù)實(shí)施方案188-199中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)的生物質(zhì)的壓力介于約400psi至約600psi之間。

實(shí)施方案203。根據(jù)實(shí)施方案188-202中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)的生物質(zhì)的壓力進(jìn)一步由所述壓力調(diào)制區(qū)內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)器模塊維持。

實(shí)施方案204。根據(jù)實(shí)施方案203所述的方法，其中所述壓力調(diào)制器模塊包括端閥。

實(shí)施方案205。根據(jù)實(shí)施方案204所述的方法，其中所述端閥在工作中耦合到所述筒體第二端處的移動(dòng)裝置，用于在所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)提供恒定的壓力。

實(shí)施方案206。根據(jù)實(shí)施方案204或205所述的方法，其中所述端閥包括提升閥、浮球閥、止回閥或旋轉(zhuǎn)刀閘閥。

實(shí)施方案207。根據(jù)實(shí)施方案206所述的方法，其中所述端閥是提升閥。

實(shí)施方案208。根據(jù)實(shí)施方案205所述的方法，其中所述移動(dòng)裝置是外部移動(dòng)裝置。

實(shí)施方案209。根據(jù)實(shí)施方案205或208所述的方法，其中所述移動(dòng)裝置包括致動(dòng)器。

實(shí)施方案210。根據(jù)實(shí)施方案209所述的方法，其中所述致動(dòng)器使用氣動(dòng)力。

實(shí)施方案211。根據(jù)實(shí)施方案209所述的方法，其中所述致動(dòng)器使用液壓力。

實(shí)施方案212。根據(jù)實(shí)施方案209所述的方法，其中所述致動(dòng)器使用機(jī)電力。

實(shí)施方案213。根據(jù)實(shí)施例205或208-212中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述移動(dòng)裝置還連接到壓力調(diào)節(jié)器。

實(shí)施方案214。根據(jù)實(shí)施方案213所述的方法，其中所述壓力調(diào)節(jié)器被配置用于接收來自所述壓力計(jì)的反饋。

實(shí)施方案215。根據(jù)實(shí)施方案214所述的方法，其中所述壓力計(jì)附接到所述筒體，用于監(jiān)測所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)的壓力。

實(shí)施方案216。根據(jù)實(shí)施例214或215中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述壓力調(diào)節(jié)器是背壓調(diào)節(jié)器。

實(shí)施方案217。根據(jù)實(shí)施方案216所述的方法，其中所述背壓調(diào)節(jié)器包括氣動(dòng)調(diào)節(jié)器。

實(shí)施方案218。根據(jù)實(shí)施方案188-217中任一項(xiàng)所述的方法，其中還向閃蒸罐中排出所述生物質(zhì)以作為經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)。

實(shí)施方案219。根據(jù)實(shí)施方案218所述的方法，其中所述經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)包含從約5％至約55％w/v的總糖類濃度。

實(shí)施方案220。根據(jù)實(shí)施方案218所述的方法，其中所述經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)包含從約15％至約45％w/v的總糖類濃度。

實(shí)施方案221。根據(jù)實(shí)施方案216所述的方法，其中所述經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)包含從約25％至約35％w/v的總糖類濃度。

實(shí)施方案222。根據(jù)實(shí)施方案218所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)栓塞由螺桿組件產(chǎn)生。

實(shí)施方案223。根據(jù)實(shí)施方案222所述的方法，其中所述螺桿組件包括兩個(gè)或更多個(gè)螺桿。

實(shí)施方案224。根據(jù)實(shí)施方案188-223中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述生物質(zhì)包括藻類、玉米秸稈、玉米棒、玉米醪、玉米纖維、青貯飼料、草、秸稈、谷物殼、甘蔗渣、酒糟、酒糟干可溶物、干酒糟、濃縮酒糟可溶物、濕酒糟、具有可溶物的干酒糟、木材、樹皮、木屑、紙、楊木、柳木、柳枝稷、苜蓿、牧場須芒草、糖棕櫚、水椰棕櫚、纖維、木薯、高粱、蜀黍、白薯、糖蜜、塊莖、根、梗、西米、木薯，樹薯、豌豆、豆類、土豆、甜菜、水果、果皮、果核、高粱、甘蔗、水稻、稻草、稻殼、小麥、小麥秸稈、全麥、黑麥、大麥、大麥秸稈、竹子、種子、種殼、燕麥、燕麥殼、食品廢物、城市污水廢物或其組合。

實(shí)施方案225。根據(jù)實(shí)施方案218-221中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)還經(jīng)歷發(fā)酵步驟。

實(shí)施方案226。根據(jù)實(shí)施方案225所述的方法，其中向所述經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)中添加一種或多種發(fā)酵微生物。

實(shí)施方案227。根據(jù)實(shí)施方案226所述的方法，其中所述一種或多種發(fā)酵微生物包含細(xì)菌種類、酵母種類、藻類、非酵母真菌或其組合。

實(shí)施方案228。根據(jù)實(shí)施方案226所述的方法，其中所述一種或多種發(fā)酵微生物包括釀酒酵母菌株。

實(shí)施方案229。根據(jù)實(shí)施方案226所述的方法，其中所述一種或多種發(fā)酵微生物包括基因改性的微生物。

實(shí)施方案230。根據(jù)實(shí)施方案188-229中任一項(xiàng)所述的方法，其中預(yù)處理包括在非中性ph水性培養(yǎng)基中水合所述生物質(zhì)。

實(shí)施方案231。根據(jù)實(shí)施方案230所述的方法，其中所述非中性ph水性培養(yǎng)基處于從約30℃至約70℃下。

實(shí)施方案232。根據(jù)實(shí)施方案230或231所述的方法，其中所述非中性水性培養(yǎng)基包含以干生物質(zhì)重量計(jì)從約0.1％至約5％v/w的酸或堿。

實(shí)施方案233。一種發(fā)酵終產(chǎn)物，通過實(shí)施方案188-229所述的方法生產(chǎn)。

實(shí)施方案234。根據(jù)實(shí)施方案233所述的發(fā)酵終產(chǎn)物，其中所述發(fā)酵終產(chǎn)物是醇。

實(shí)施方案235。根據(jù)實(shí)施方案234所述的發(fā)酵終產(chǎn)物，其中所述發(fā)酵終產(chǎn)物是乙醇。

實(shí)施方案236。一種糖流，通過實(shí)施方案188-229所述的方法生產(chǎn)。

實(shí)施方案237。一種閥組件，包括：反應(yīng)隔室，其包括第一端和第二端；端板，其中所述端板位于所述反應(yīng)腔室的第一端與第二端之間，從而將所述反應(yīng)隔室分離成反應(yīng)區(qū)和壓力調(diào)制區(qū)，并且其中所述端板被構(gòu)造成含有孔；以及端閥，其中所述端閥位于所述壓力調(diào)制區(qū)中，并且其中所述端閥在工作中耦合到所述反應(yīng)隔室第二端處的移動(dòng)裝置，用于在所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)提供恒定的壓力。

實(shí)施方案238。根據(jù)實(shí)施方案237所述的閥組件，其中所述端閥包括提升閥、浮球閥、止回閥或旋轉(zhuǎn)刀閘閥。

實(shí)施方案239。根據(jù)實(shí)施方案237所述的閥組件，其中所述端閥是提升閥。

實(shí)施方案240。根據(jù)實(shí)施方案237所述的閥組件，其中所述移動(dòng)裝置是外部移動(dòng)裝置。

實(shí)施方案241。根據(jù)實(shí)施方案237或240所述的閥組件，其中所述移動(dòng)裝置包括致動(dòng)器。

實(shí)施方案242。根據(jù)實(shí)施方案241所述的閥組件，其中所述致動(dòng)器被配置成使用氣動(dòng)力。

實(shí)施方案243。根據(jù)實(shí)施方案241所述的閥組件，其中所述致動(dòng)器被配置成使用液壓力。

實(shí)施方案244。根據(jù)實(shí)施方案241所述的閥組件，其中所述致動(dòng)器被配置成使用機(jī)電力。

實(shí)施方案245。根據(jù)實(shí)施例237-244中任一項(xiàng)所述的閥組件，其中所述移動(dòng)裝置還連接到壓力調(diào)節(jié)器。

實(shí)施方案246。根據(jù)實(shí)施方案245所述的閥組件，其中所述壓力調(diào)節(jié)器包括背壓調(diào)節(jié)器。

實(shí)施方案247。根據(jù)實(shí)施方案246所述的閥組件，其中所述背壓調(diào)節(jié)器包括氣動(dòng)調(diào)節(jié)器。

實(shí)施方案248。根據(jù)實(shí)施方案237-247中任一項(xiàng)所述的閥組件，還包括閥法蘭，其中所述閥法蘭包括被配置用于坐設(shè)所述端閥的座部。

實(shí)施方案249。根據(jù)實(shí)施方案248所述的閥組件，其中所述座部包括陶瓷座。

實(shí)施例

以下實(shí)施例用于說明某些實(shí)施方案和方面，而不應(yīng)被解釋為限制其范圍。

實(shí)施例1。使用雙螺桿擠出機(jī)預(yù)處理生物質(zhì)

使用如圖2所圖解的雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行四次連續(xù)運(yùn)行，各自為224、695、1100和977小時(shí)。在通過反應(yīng)器壁的間接加熱的情況下運(yùn)行擠出機(jī)直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。通過擠出機(jī)達(dá)到高達(dá)136kg/hr的流速，其中直接蒸汽注入以提供處理熱。所選材料是耐酸的。進(jìn)料通過重量帶式進(jìn)料器計(jì)量，并落入填料機(jī)進(jìn)料器中，從而供給擠出機(jī)的筒體。當(dāng)蒸汽和酸通過連接到如圖2所示的擠出機(jī)的圓柱形筒體的蒸汽和酸端口注入時(shí)，兩個(gè)螺桿相互結(jié)合并提供快速的熱和質(zhì)量傳遞。蒸汽和酸供應(yīng)端口由螺桿中的反向流動(dòng)部分密封。將液壓操作的壓力控制閥坐設(shè)于陶瓷密封件中，并且控制壓力以在擠出機(jī)的反應(yīng)部分中維持盡可能恒定的壓力。

將固體在爆破進(jìn)入閃蒸罐中之前在如圖2描繪的擠出機(jī)中所示的反應(yīng)區(qū)中暴露于高溫高壓和低ph達(dá)最多約10秒。在反應(yīng)區(qū)中的停留時(shí)間由螺桿的旋轉(zhuǎn)時(shí)間控制。泵式進(jìn)料器中螺桿上方的浪涌腔室用作閃蒸器皿，其中使熱水蒸發(fā)，從而將產(chǎn)物冷卻并去除一些低沸點(diǎn)抑制劑，諸如糠醛。在這些條件下，只要在較短反應(yīng)時(shí)段的情況下避免過煮，擠出就不會(huì)產(chǎn)生抑制酵母生長或發(fā)酵的足夠的糠醛或hmf。轉(zhuǎn)換抑制劑——hmf和糠醛在該預(yù)處理期間形成的量少(例如，總計(jì)經(jīng)預(yù)處理的干產(chǎn)物的0.3至0.5wt％)。

實(shí)施例2。使用雙螺桿擠出機(jī)預(yù)處理后的顆粒大小

進(jìn)行該運(yùn)行以評(píng)估在改造的雙螺桿擠出機(jī)中在生物質(zhì)預(yù)處理期間發(fā)生的顆粒大小減小。使用平均顆粒大小約3mm×3mm×1mm且平均含水量31％的櫻桃木屑作為原始生物質(zhì)原料。將櫻桃生物質(zhì)進(jìn)給到由coperion制造的zsk-30雙螺桿擠出機(jī)中，實(shí)際上如實(shí)施例1中所述。用于實(shí)驗(yàn)的處理參數(shù)列于表2中。

表2-顆粒大小分布實(shí)驗(yàn)參數(shù)

連續(xù)地處理櫻桃木屑。經(jīng)過處理的櫻桃木屑的最終含水量約為76.8％。一旦達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，收集經(jīng)預(yù)處理的材料的樣品以供顆粒大小分析。通過使用horibala-920的米氏散射理論分析樣品，horibala-920能夠測量0.02μm至2000μm的粒徑。結(jié)果表明在整個(gè)預(yù)處理過程中顆粒大小發(fā)生了顯著的減小。平均顆粒大小從原材料的3mm減小到經(jīng)預(yù)處理的流出物的20.75μm。顆粒大小分布的總結(jié)如圖13中所示。

實(shí)施例3

預(yù)處理后的生物質(zhì)漿料分析

表3是在一組優(yōu)化條件下所預(yù)處理的各種類型生物質(zhì)的總結(jié)，其中分析了從預(yù)處理中分離出來作為生物質(zhì)漿料的所得液體餾分的糖和有機(jī)酸組成。添加水或蒸汽以調(diào)整至期望的固體含量以供預(yù)處理。

將濕度為68.10％的濕酒糟進(jìn)給到雙螺桿擠出機(jī)填料機(jī)中。擠出機(jī)中的條件設(shè)定在39.0kg/hr、232℃的蒸汽閥壓力以及400psi的端閥壓力下，其中4.0％的h2so4。生物質(zhì)作為21.8％的總固體漿料離開擠出機(jī)。對(duì)于預(yù)處理后分析，使用水分平衡分析儀(moistureanalyzer-balance)確定生物質(zhì)漿料的水分含量。將均勻漿料的樣品以6000rpm離心達(dá)5分鐘，并將上清液用于標(biāo)準(zhǔn)hplc樣品制備。在具有rid-10a檢測器和bioradaminexhpx-87h柱(300x7.8mm)的shimadzuhplc系統(tǒng)上進(jìn)行了所有的糖和有機(jī)酸分析。流動(dòng)相為0.01nh2so4，并且hplc進(jìn)行了0.1g/l至50.0g/l的8點(diǎn)校準(zhǔn)。

櫻桃木屑以34.4％的水分轉(zhuǎn)移(resift)。擠出機(jī)系統(tǒng)中的條件設(shè)定在232℃、27.2kg/hr的蒸汽閥壓力以及400psi的端閥壓力下，其中2.0％的h2so4。生物質(zhì)作為25.9％的總固體均勻漿料離開該系統(tǒng)。將生物質(zhì)漿料冷卻，繼而如上所述進(jìn)行分析。

將測量為22.50％水分的紅楓在30.4kg/hr、232℃的蒸汽閥壓力和400psi的端閥壓力下，以及在2.0％的h2so4下進(jìn)給到擠出機(jī)系統(tǒng)。生物質(zhì)作為29.1％的總固體均勻漿料離開擠出機(jī)系統(tǒng)。將生物質(zhì)漿料冷卻，繼而如上所述進(jìn)行分析。

將37.58％水分的黃楊在30.4kg/hr、232℃的蒸汽閥壓力和400psi的端閥壓力下，以及在2.0％的h2so4下進(jìn)給到擠出機(jī)系統(tǒng)。生物質(zhì)作為26.8％的總固體均勻漿料離開擠出機(jī)系統(tǒng)。將生物質(zhì)漿料冷卻，繼而如上所述進(jìn)行分析。

對(duì)經(jīng)預(yù)處理的漿料的液體餾分的分析顯示了來自木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的富含半纖維素的提取物，以及低濃度的有機(jī)酸和抑制劑。

表3。經(jīng)預(yù)處理的材料的液體餾分的預(yù)處理?xiàng)l件和組成；kg/mt表示千克每干公噸生物質(zhì)。

*表示經(jīng)處理的濕酒糟的液體餾分中甘油的量(kg/mt)。

表4提供了表3和表5中概述的各種原料的糖組成分析的總結(jié)。

組成分析

濕酒糟：使用原料的骨干樣品分析玉米粒糖組成。通過在高壓釜中在35℃下使用72％的硫酸水解達(dá)1小時(shí)，隨后在249℃下使用4％的硫酸水解達(dá)1小時(shí)遵循nrellapfor“determinationofstructuralcarbohydratesandlignininbiomass”(nrel/tp-510-42618:a.sluiter,b.hames,r.ruiz,c.scarlata,j.sluiter,d.templeton,andd.crocker)來量化原始原料內(nèi)總理論可得糖。在具有rid-10a檢測器和bioradaminexhpx-87h柱(300x7.8mm)的shimadzuhplc系統(tǒng)上進(jìn)行糖分析。流動(dòng)相為0.01nh2so4，并且hplc進(jìn)行了0.1g/l至50.0g/l的8點(diǎn)校準(zhǔn)。

分析櫻桃樹、紅楓和黃楊預(yù)處理后的糖組成。通過酶水解確定理論單體糖的組成分析，用過量的纖維素酶混合物來水解纖維素和半纖維素餾分中存在的所有可能的糖。在具有rid-10a檢測器和bioradaminexhpx-87h柱(300x7.8mm)的shimadzuhplc系統(tǒng)上進(jìn)行糖分析。流動(dòng)相為0.01nh2so4，并且hplc進(jìn)行了0.1g/l至50.0g/l的8點(diǎn)校準(zhǔn)。

表4。原始原料的組成分析

表5總結(jié)了預(yù)處理和隨后如下文描述的酶水解的糖轉(zhuǎn)化率。轉(zhuǎn)化效率計(jì)算為單體糖組成分析的百分比，作為理論最大糖產(chǎn)率。

酶水解

使用水分平衡分析儀確定經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)漿料的水分含量。添加水以產(chǎn)生15％總固體的漿料，并將漿料混合均勻。使用10mnaoh將漿料的ph調(diào)整至5.2，繼而將100g等分的漿料轉(zhuǎn)移到單個(gè)250ml搖瓶中。將市售的纖維素酶以每公噸干固體8kg蛋白質(zhì)添加到每個(gè)250ml搖瓶中。在kuhner培養(yǎng)箱搖床(climo-shakerisf4-x)中在50℃和200rpm下進(jìn)行水解達(dá)72小時(shí)的持續(xù)時(shí)間。

在整個(gè)水解過程中的多個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行取樣并且在72小時(shí)后進(jìn)行取樣，計(jì)算轉(zhuǎn)化效率。收集水解物樣品以供分析并且對(duì)其進(jìn)行離心。針對(duì)單體糖以及有機(jī)酸和抑制劑，通過如上文描述的hplc分析了上清液。

表5。從預(yù)處理和酶水解的糖提取，以單體糖的組成分析的百分比計(jì)算。

實(shí)施例4。

除了上文描述的處理之外，通過本文定義的裝置處理眾多其它類型的原料。例如，在fitzmill中磨碎來自廢料管理工廠的廢紙以通過2.36mm的篩網(wǎng)，并在處理之前在水中混合到1.25wt％。其他原料包括了25％固體的玉米纖維、甘蔗渣(16條(run))、軟木(33條)、稻草(12條)、小麥秸稈(8條)、混合秸稈、大麥秸稈(8條)和燕麥殼(10條)。

雖然本文已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，這樣的實(shí)施方案只是以示例的方式提供的。本領(lǐng)域技術(shù)人員現(xiàn)將在不偏離本發(fā)明的情況下想到許多更改、改變和替代。應(yīng)當(dāng)理解，在實(shí)踐本發(fā)明的過程中可以采用對(duì)本文所描述的本發(fā)明實(shí)施方案的各種替代方案。以下權(quán)利要求旨在限定本發(fā)明的范圍，并因此覆蓋這些權(quán)利要求范圍內(nèi)的方法和結(jié)構(gòu)及其等同項(xiàng)。