用于管理酵母以促進乙醇生產(chǎn)的系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2 00 9年3月3日提交的標題為"Pr opaga t i on 〇 f Pen t 〇 s e Metabolizing Yeast Cells"且系列號為61/157,151的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，并將其以 引用方式并入本申請。
[0003] 本申請涉及以下申請，并將其以引用方式并入本申請：（a)2010年3月3日提交的標 題為"System for Pre-Treatment of Biomaes for the Production of Ethanol"且申請 號為(Atty.Docket No(代理人案號）.P184 1250.1)的美國申請;和(b)2010年3月3日提交 的標題為 "System for Fermentation of Bioraass for the Production of Ethanol"且 申請?zhí)枮?Atty.Docket No(代理人案號）.P184 1280.1)的美國申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本申請涉及用于生產(chǎn)纖維素乙醇和回收其他生物產(chǎn)品的系統(tǒng)。本申請還涉及用于 管理酵母以促進乙醇生產(chǎn)的系統(tǒng)。本申請進一步涉及用于繁殖產(chǎn)乙醇物質(zhì)以用于從生物質(zhì) 生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)物的方法。
【背景技術(shù)】
[0005] 乙醇可以生產(chǎn)自谷物類原料(如玉米，高粱/蜀黍，大麥，小麥，大豆等）、糖類(例如 從甘蔗，甜菜等）以及生物質(zhì)（例如木質(zhì)纖維素原料，如柳枝稷、玉米穗軸和秸桿，木材或其 他植物材料)。
[0006] 生物質(zhì)包括可以適用于直接用作燃料/能量源或用作在生物精煉廠（例如乙醇工 廠)加工生產(chǎn)成其他生物制品（例如，生物燃料，如纖維素乙醇）的植物物質(zhì)。生物質(zhì)可以包 括，例如，收獲玉米籽粒期間或之后得到的玉米穗軸和秸桿(例如，莖，葉），來自玉米籽粒、 柳枝稷，農(nóng)場或農(nóng)業(yè)殘余物、木肩或其它木材廢料纖維及其他植物物質(zhì)(種植用于加工成生 物制品或用于其它目的）的纖維。為進行使用或處理，從田地收獲并收集生物質(zhì)，并運送到 使用或處理的地點。
[0007] 在從玉米生產(chǎn)乙醇的常規(guī)乙醇工廠中，乙醇是從淀粉準備的。對玉米籽粒進行清 潔并研磨，以準備用于處理的含淀粉材料，（也可對玉米籽粒進行分餾，以使含淀粉材料(如 胚乳)與其它物質(zhì)（如纖維和胚芽)分離）。用水對含淀粉材料進行漿化并液化，以促進淀粉 轉(zhuǎn)化成糖（如葡萄糖）的糖化反應(yīng)和產(chǎn)乙醇物質(zhì)（e thano 1 ogen，如酵母)將糖轉(zhuǎn)化為乙醇的 發(fā)酵反應(yīng)。發(fā)酵反應(yīng)的產(chǎn)物（即發(fā)酵產(chǎn)物)是啤酒，其包括含乙醇和水及水溶性成分的液體 組分，以及含未發(fā)酵微粒物質(zhì)(及其他物質(zhì)）的固體組分。將發(fā)酵產(chǎn)物送到蒸餾系統(tǒng)。在蒸餾 系統(tǒng)中，所述發(fā)酵產(chǎn)物進行蒸餾并脫水成乙醇。將殘余物(例如，全酒糟)包括水、水溶性成 分、油和未發(fā)酵固體（即基本除去所有乙醇后的啤酒固體組分，其可干燥成干酒糟(DDQ)并 作為動物飼料產(chǎn)品銷售）。還可以從酒糟中回收其他共同產(chǎn)物，例如糖漿(和糖漿中所含的 油）。通過蒸餾從發(fā)酵產(chǎn)物中除去的水可在工廠中進行處理以再次使用，
[0008] 在用于從生物質(zhì)生產(chǎn)乙醇的生物精煉廠中，乙醇是從木質(zhì)纖維素材料生產(chǎn)的。木 質(zhì)纖維素生物質(zhì)通常包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。纖維素(一種葡聚糖)是包含直鏈相 連的己糖(C6)糖單體(如葡萄糖）的多糖。半纖維素是支鏈多糖，其可包括若干不同的戊糖 (C5)糖單體(如木糖和阿拉伯糖)和少量的己糖(C6)糖單體支鏈。
[0009] 準備生物質(zhì)，從而令所述木質(zhì)纖維素材料中的糖類(如來自半纖維素的葡萄糖和 來自纖維素的木糖)成為可用狀態(tài)，可發(fā)酵為發(fā)酵產(chǎn)物，并可以從中回收乙醇。發(fā)酵后的發(fā) 酵產(chǎn)物被送到蒸餾系統(tǒng)，在此通過蒸餾和脫水回收乙醇。在生物質(zhì)加工為乙醇的過程中，還 可以對作為副產(chǎn)物或共同產(chǎn)物的其他生物產(chǎn)品進行回收，例如木質(zhì)素和有機酸。要決定如 何更有效地準備和處理生物質(zhì)以用于乙醇生產(chǎn)，取決于生物質(zhì)的來源、類型或生物質(zhì)的組 成。不同類型或不同來源的生物質(zhì)可能具有不同的性質(zhì)和組成(例如纖維素，半纖維素，木 質(zhì)素和其它成分的相對量）。例如，木肩的組成將不同于玉米穗軸或柳枝稷的組成。
[0010] 提供用于生產(chǎn)纖維素乙醇的系統(tǒng)是有利的，同樣有利的是提供一種用于管理酵母 以促進乙醇生產(chǎn)的系統(tǒng)。進一步地，提供一種能夠提供一個或多個促進從生物質(zhì)生產(chǎn)纖維 素乙醇的效率和產(chǎn)量提高的特征的系統(tǒng)，也是有利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明涉及用于繁殖產(chǎn)乙醇物質(zhì)以用于從生物質(zhì)生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)物的方法。該方法包 括以下步驟:提供用于繁殖產(chǎn)乙醇物質(zhì)的培養(yǎng)基；向所述培養(yǎng)基供應(yīng)產(chǎn)乙醇物質(zhì)的第一細 胞群；向所述培養(yǎng)基供應(yīng)木糖作為產(chǎn)乙醇物質(zhì)的碳源;和保持所述包含所述產(chǎn)乙醇物質(zhì)第 一細胞群的培養(yǎng)基的pH在約5.0至6.0之間且溫度在約26至約37攝氏度之間，以使得所述產(chǎn) 乙醇物質(zhì)第一細胞群繁殖為產(chǎn)乙醇物質(zhì)的第二細胞群。所述產(chǎn)乙醇物質(zhì)第二細胞群大于所 述產(chǎn)乙醇物質(zhì)第一細胞群。
[0012] 本發(fā)明還涉及用于繁殖產(chǎn)乙醇物質(zhì)以用于從生物質(zhì)生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)物的方法。該方法 包括以下步驟:提供用于產(chǎn)乙醇物質(zhì)繁殖的培養(yǎng)基；向所述培養(yǎng)基供應(yīng)產(chǎn)乙醇物質(zhì)第一細 胞群；向所述培養(yǎng)基提供添加劑；向所述培養(yǎng)基提供取自所述生物質(zhì)的成分，作為所述產(chǎn)乙 醇物質(zhì)的碳源;和保持所述包含所述產(chǎn)乙醇物質(zhì)第一細胞群的培養(yǎng)基的pH在約5.0至6.0之 間且溫度在約26至約37攝氏度之間，以使得所述產(chǎn)乙醇物質(zhì)第一細胞群繁殖為所述產(chǎn)乙醇 物質(zhì)的第二細胞群。所述產(chǎn)乙醇物質(zhì)第二細胞群大于所述產(chǎn)乙醇物質(zhì)第一細胞群。所述生 物質(zhì)包括纖維素材料。所述纖維素材料包括玉米穗軸、玉米植物皮、玉米植物葉和玉米植物 桿中的至少一種。所述成分獲取自所述纖維素材料;所述成分包括戊糖。所述戊糖包括用于 所述產(chǎn)乙醇物質(zhì)的碳源。所述產(chǎn)乙醇物質(zhì)包括能夠?qū)⑽焯前l(fā)酵為乙醇的酵母細胞。
[0013] 本發(fā)明進一步涉及用于繁殖產(chǎn)乙醇物質(zhì)以用于在發(fā)酵系統(tǒng)中從生物質(zhì)生產(chǎn)發(fā)酵 產(chǎn)物的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:第一階段，包括用于保持包含所述產(chǎn)乙醇物質(zhì)的培養(yǎng)基的第一容 器;第二階段，包括用于保持由所述第一階段提供的培養(yǎng)基的第二容器;供給所述培養(yǎng)基作 為產(chǎn)乙醇物質(zhì)在所述第一階段中的碳源的木糖源;和供給所述培養(yǎng)基作為產(chǎn)乙醇物質(zhì)在所 述第二階段中的碳源的木糖源。當提供給所述第一階段時，所述產(chǎn)乙醇物質(zhì)具有第一細胞 群；當從所述第一階段提供給所述第二階段時，所述產(chǎn)乙醇物質(zhì)具有第二細胞群;且當從所 述第二階段提供時，所述產(chǎn)乙醇物質(zhì)具有第三細胞群。保持所述第一容器中的所述培養(yǎng)基 的pH在約5.0至6.0之間且溫度在約26至約37攝氏度之間，以使得所述產(chǎn)乙醇物質(zhì)能夠繁殖 為所述第二細胞群;保持所述第二容器中的所述培養(yǎng)基的pH在約5.0至6.0之間且溫度在約 26至約37攝氏度之間，以使得所述產(chǎn)乙醇物質(zhì)能夠繁殖為所述第三細胞群。所述第二細胞 群比所述第一細胞群大至少200倍。所述第三細胞群比所述第二細胞群大至少20倍。
【附圖說明】
[0014]圖1A是包括纖維素乙醇生產(chǎn)設(shè)備的生物精煉廠的透視圖。
[0015]圖1B是包括纖維素乙醇生產(chǎn)設(shè)備和基于玉米的乙醇生產(chǎn)設(shè)備的生物精煉廠的透 視圖。
[0016]圖2是接收和準備生物質(zhì)以用于纖維素乙醇生產(chǎn)設(shè)備的系統(tǒng)的示意圖。
[0017]圖3是用于從生物質(zhì)生產(chǎn)乙醇的系統(tǒng)的原理框圖。
[0018]圖4A、4B和4C是用于從生物質(zhì)生產(chǎn)乙醇所得的成分的處理加工系統(tǒng)的原理框圖。 [0019]圖5A和5B是用于從生物質(zhì)生產(chǎn)乙醇的系統(tǒng)的流程示意圖。
[0020]圖6A是用于準備、預(yù)處理和分離生物質(zhì)的裝置的原理框圖。
[0021]圖6B是用于預(yù)處理和分離生物質(zhì)的裝置的透視圖。
[0022]圖7A是用于從液體組分(C5)生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)物的系統(tǒng)的流程原理框圖。
[0023]圖7B是一個示范實施例中的系統(tǒng)的流程原理框圖。
[0024]圖7C是一個示范實施例中的系統(tǒng)的流程原理框圖。
[0025]圖8A是一個示范實施例中的系統(tǒng)的流程原理框圖。
[0026]圖8B是一個示范實施例中的系統(tǒng)的流程原理框圖。
[0027]圖9是一個示范實施例中的系統(tǒng)的原理框圖。
[0028]圖10A所示為產(chǎn)乙醇物質(zhì)使用木糖生長的線狀圖。
[0029]圖10B所示為產(chǎn)乙醇物質(zhì)使用木糖生長的線狀圖。
[0030]圖11A所示為產(chǎn)乙醇物質(zhì)生長的線狀圖。
[0031]圖11B所示為產(chǎn)乙醇物質(zhì)生長的線狀圖。
[0032]圖12A所示為產(chǎn)乙醇物質(zhì)使用木糖生長的線狀圖。
[0033]圖12B所示為產(chǎn)乙醇物質(zhì)使用木糖和生物質(zhì)液體組分生長的線狀圖。
[0034]圖12C所示為產(chǎn)乙醇物質(zhì)使用木糖和處理后的生物質(zhì)液體組分生長的線狀圖。 [0035]圖13A所示為兩階段繁殖的第二階段中，產(chǎn)乙醇物質(zhì)使用木糖生長的線狀圖。
[0036]圖13B所示為兩階段繁殖的第二階段中，產(chǎn)乙醇物質(zhì)使用木糖生長的線狀圖。
[0037] 圖14A所示為兩階段繁殖的第二階段中，產(chǎn)乙醇物質(zhì)使用初始木糖供給生長的線 狀圖。
[0038] 圖14B所示為兩階段繁殖的第二階段中，產(chǎn)乙醇物質(zhì)使用連續(xù)木糖供給生長的線 狀圖。
[0039]圖15A所示為產(chǎn)乙醇物質(zhì)在通氣和不通氣條件下的木糖消耗和乙醇生產(chǎn)的線狀 圖。
[0040] 圖15B所示為產(chǎn)乙醇物質(zhì)在通氣和不通氣條件下的生長的線狀圖。
[0041] 圖16A是產(chǎn)乙醇物質(zhì)使用木糖生長的圖表。
[0042]圖16B是產(chǎn)乙醇物質(zhì)使用木糖生長的圖表。
[0043]圖16C是產(chǎn)乙醇物質(zhì)使用木糖生長的圖表。
[0044]表1A和1B中列舉了示范實施例和典型實施例中，包含來自玉米植物的纖維素植物 材料的生物質(zhì)的組成。
[0045] 表1A和1B中列舉了示范實施例和典型實施例中，預(yù)處理生物質(zhì)的液體組分組成。
[0046] 表1A和1B中列舉了示范實施例和典型實施例中，預(yù)處理生物質(zhì)的固體組分組成。
[0047] 表4中列舉了實施例1-4中的生長培養(yǎng)基組成。
[0048]表5A和5B中列舉了實施例1A中的系統(tǒng)的使用結(jié)果。
[0049] 表6A和6B中列舉了實施例1B中的系統(tǒng)的使用結(jié)果。
[0050] 表7A、7B和7C中列舉了實施例2中的系統(tǒng)的使用結(jié)果。
[00511表8A和8B中列舉了實施例3中的系統(tǒng)的使用結(jié)果。
[0052]表9A和9B中列舉了實施例4中的系統(tǒng)的使用結(jié)果。
[0053]表10A和10B中列舉