木质纤维素生物质的梯度预处理制造技术

据发现，与在恒定浓度下预处理的当量生物质相比，其中反应混合物中生物质的浓度随时间推移而降低的用氨预处理的木质纤维素生物质在糖化之后产生更多的糖。生物质的浓度为固体浓度，其为基于重量/重量，干生物质相对于总预处理反应混合物的百分比。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 本申请要求2013年3月12日提交的美国临时申请61/776946的权益，该临时申 请全文以引用方式并入。
本专利技术提供了用于处理生物质以获得可发酵糖的方法。具体地，本专利技术涉及一种 用于木质纤维素生物质的预处理方法，该方法使用氨，其中生物质固体的百分比随时间推 移而减小。
技术介绍
木质纤维素原料和废料，诸如农业残留物、木材、林业废弃物、来自造纸的淤渣、以 及市政及工业的固体垃圾为化学品、塑料、燃料和饲料的生产提供了潜在的很大的可再生 原料。包含碳水化合物聚合物纤维素和半纤维素以及木质素的木质纤维素的原料和废料一 般用多种化学的、机械的和酶的方法进行处理以释放主要地己糖和戊糖的糖，然后这些糖 能进行发酵成为有用的产品。 预处理方法用于使木质纤维素生物质的碳水化合物聚合物或多糖更易接近用于 糖化的纤维素酶。人们已知多种预处理方法，包括生物质的氨预处理。例如，共同拥有的US 7, 932, 063公开了在高固体含量和低氨水浓度的条件下预处理生物质的方法。所用的氨的 浓度至少是足以保持生物质-氨水混合物的pH为碱性的浓度并且相对于生物质干重至多 小于约12重量百分比。生物质的干重为生物质-氨水混合物重量的至少约15%至最多约 80%〇US2010/0184176公开了一种生物质水热分解设备，在该设备中，将生物质进料到 主体中并且从另一端进料热压缩水，使得在该设备内出现生物质浓度的梯度。 仍需要用于使用氨预处理木质纤维素生物质，产生可容易糖化的材料的方法，该 方法支持发酵过程中可发酵糖和产生生物催化剂产生的产物的产量增加。【
技术实现思路
】 本专利技术提供一种用于预处理木质纤维素生物质的方法，该方法支持糖化之后生物 催化剂产生的产物的产量增加。 因此，本专利技术提供一种由纤维素生物质生产可发酵糖的方法，所述方法包括： a)在起始时间t。在反应容器中提供包含以下物质的反应混合物： i)固体浓度在约40%和约70%之间的纤维素生物质，测量为干生物质相对于总 混合物的百分比，基于重量/重量；和 ii)氨，其具有相对于生物质的干重在约4%和约24%之间的负载浓度； b)随时间推移至最终时间tn增大反应混合物的液体含量，其中固体浓度减小约 20 %至约30%，从而产生预处理的生物质；以及 c)使预处理的生物质与糖化酶聚生体在合适的条件下接触，以产生可发酵糖，其 中所述可发酵糖为用于发酵工艺的生物催化剂提供碳水化合物来源。【附图说明】 图1为示出以用8%NH3/g干生物质预处理的秸杆起始，在40%固体下，在一个阶 段中执行的糖化期间（在24hr、48hr处）葡萄糖、木糖和阿拉伯糖浓度，以及发酵期间（在 0hr、26hr和第二个48hr处）葡萄糖、木糖、阿拉伯糖和乙醇浓度的图。 图2为示出以用8 %NH3/g干生物质预处理的秸杆起始，在52. 5 %固体下，在一个 阶段中执行的糖化期间（在24hr、48hr处）葡萄糖、木糖和阿拉伯糖浓度，以及发酵期间 (在0hr、26hr和第二个48hr处）葡萄糖、木糖、阿拉伯糖和乙醇浓度的图。 图3为示出以用8%NH3/g干生物质预处理的秸杆起始，在65%固体下，在一个阶 段中执行的糖化期间（在24hr、48hr处）葡萄糖、木糖和阿拉伯糖浓度，以及发酵期间（在 0hr、26hr和第二个48hr处）葡萄糖、木糖、阿拉伯糖和乙醇浓度的图。 图4示出在使用固体％的梯度的预处理中（A)和在使用40%的恒定固体的预处理 中⑶的固体％和氨浓度随时间推移的图。图5为示出以用8 %NH3/g干生物质预处理的秸杆起始，梯度为65 %、接着52. 5 %、 接着40%固体的在三个阶段中执行的糖化期间（在24hr、48hr处）葡萄糖、木糖和阿拉伯 糖浓度，以及发酵期间（在〇hr、26hr和第二个48hr处）葡萄糖、木糖、阿拉伯糖和乙醇浓 度的图。 图6为示出以用8 %NH3/g干生物质预处理的秸杆起始，在65 %固体下，在一个阶 段中执行的糖化期间（在24hr、48hr处）葡萄糖、木糖和阿拉伯糖浓度，以及发酵期间（在 0hr、26hr和第二个48hr处）葡萄糖、木糖、阿拉伯糖和乙醇浓度的图。 图7为示出以用8%NH3/g干生物质预处理的秸杆起始，在40%固体下，在三个阶 段中执行的糖化期间（在24hr、48hr处）葡萄糖、木糖和阿拉伯糖浓度，以及发酵期间（在 0hr、26hr和第二个48hr处）葡萄糖、木糖、阿拉伯糖和乙醇浓度的图。图8为示出在使用恒定40 %、52. 5 %或65 %固体，或梯度65 %至40 %固体预处理 的玉米秸杆的48hr糖化之后，葡萄糖、木糖和阿拉伯糖收率的图，其中梯度使用蒸汽喷射 或干热和水添加来产生。 图9为示出在120hr的发酵之后葡萄糖、木糖、阿拉伯糖和乙醇浓度的图，发酵使 用由玉米秸杆产生的水解产物，玉米秸杆使用恒定40 %、52. 5 %或65 %固体，或梯度65 % 至40%固体预处理，其中梯度使用蒸汽喷射或干热和水添加来产生，其中发酵以2%v/v种 菌起始。 图10为示出在发酵的时间=0时葡萄糖、木糖、阿拉伯糖和乙醇浓度的图，发酵使 用由玉米秸杆产生的水解产物，玉米秸杆使用恒定40 %、52. 5 %或65 %固体，或梯度65 % 至40%固体预处理，其中梯度使用蒸汽喷射或干热和水添加来产生，其中发酵以10%v/v 种囷起始。 图11为示出在48hr的发酵之后葡萄糖、木糖、阿拉伯糖和乙醇浓度的图，发酵使 用由玉米秸杆产生的水解产物，玉米秸杆使用恒定40 %、52. 5 %或65 %固体，或梯度65 % 至40%固体预处理，其中梯度使用蒸汽喷射或干热和水添加来产生，其中发酵以10%v/v 种囷起始。【具体实施方式】 本专利技术涉及一种用于预处理木质纤维素生物质和将预处理的生物质糖化以产生 可发酵糖的方法。存在与预处理过程中使用的生物质固体的最佳浓度相关的相反因素，包 括可从生物质中释放的糖的量和另外释放的抑制剂的量，以及生物质对预处理剂的可接近 性。在本文所述的条件下，能够有效地以高生物质固体浓度起始并且在预处理反应期间降 低生物质固体浓度。使用该方法，预处理的生物质产品更有效地糖化，从而在发酵期间产生 更高收率的可发酵糖，导致增强的生物催化剂产物合成。 以下定义和缩写将用于权利要求和说明书的解释。 如本文所用，术语"包含"、"包括"、"具有"或"含有"，或者其任何其他变型旨在涵 盖非排它的包括。例如，包含元素列表的组合物、混合物、工艺、方法、制品或设备不必仅限 于那些元素，但可以包括其他未明确列出的元素，或此类组合物、混合物、工艺、方法、制品 或设备固有的元素。此外，除非明确指出相反，"或"是指包含性的或而非排他性的或。例 如，条件A或B满足下列任一项：A为真实的（或存在的）且B为虚假的（或不存在的），A 为虚假的（或不存在的）且B为真实的（或存在的），以及A和B均为真实的（或存在的）。 此外，涉及元素或组分的例子（即出现）的数目在本专利技术元素或组分前的不定冠 词"一个"或"一种"旨在为非限制性的。因此，应将"一个"或"一种"理解为包括一个或至 少一个，并且元素或组分的词语单数形式也包括复数，除非数字明显表示为单数。 如本文所用，术语"专利技术"或"本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由纤维素生物质生产可发酵糖的方法，所述方法包括：a)在起始时间t0在反应容器中提供包含以下物质的反应混合物：i)基于重量/重量以干生物质相对于总混合物的百分比测量的固体浓度在约40％和约70％之间的纤维素生物质；以及ii)氨，其具有相对于所述生物质的干重在约4％和约24％之间的负载浓度；b)随时间推移至最终时间tn增大所述反应混合物的液体含量，其中所述固体浓度减小约20％和约30％之间，从而产生预处理的生物质；以及c)使所述预处理的生物质与糖化酶聚生体在合适的条件下接触，以产生可发酵糖。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P张，BC福克斯，MW劳，JM塞拜，GP香克维茨，SM托马斯，RE瓦纳，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：美国;US