[发明专利]用于分离生物质组分的单步方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于分离(分级，fractionation)生物质组分的 方法，更具体地，本发明涉及一种用于将生物质分离成三种主要组 分如木质素、纤维素、半纤维素的方法，其中由此获得的纤维素以 易于酶促糖化的形式存在。

背景技术

木质纤维素生物质必须加以处理以实现高产率，其对于生物转 化的商业上的成功是极其重要的。更好的预处理可以减少昂贵酶的 使用，因此使该方法经济上可行。虽然多年来已尝试许多生物、化 学和生理方法，但仍然需要预处理方面的进展以降低总成本。

关于使用有机溶剂来从生物质分离木质素、纤维素以及半纤维 素，可获得大量的文献，然而，这些技术具有较大的缺点。利用传 统工艺回收的纤维素经受低效率糖化和大量的纤维素损失(作为降 解产物)。这些导致更高的工艺成本。此外，通过任何现有技术分 离的纤维素需要巨大的酶负荷或过长的时间以实现糖化。

到现在为止，所有现有的方法涉及有机溶剂、水和酸以分离木 质素、纤维素和半纤维素，但本申请人尽他们的最大努力并未能发 现任何文献披露使用催化剂来提高下游工艺的效率，即随后的纤维 素糖化。简单地说，传统工艺、木质素回收以及半纤维素水解效率 并不高，并且获得的纤维素经受低效率酶促糖化。

发明目的

本发明的主要目的是开发一种以高纯度和高产率来分离纤维 素、半纤维素以及木质素的方法。

本发明的另一目的是获得这样的形式的纤维素，使得随后的糖 化变得高效，从而使下游糖化工艺经济上可行。

本发明的又一目的是提供一种实施本发明的方法的反应器。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施方式的用于从生物质获得纤维素 的系统。

表说明

表1表明在工艺过程中催化剂在防止纤维素损失方面的作用。 在没有催化剂的情况下，纤维素损失大于30％，而当使用催化剂时， 这种损失减小到约5％。

表2通过本发明的方法获得的纤维素对酶促糖化的易感性(或 敏感性，susceptibility)。该表清楚地表明，获得的纤维素易于在 24小时内几乎完全糖化。

表3比较了利用本发明的方法获得的木质素的吸收带与如文献 中报道的纯木质素的带。

具体实施方式

因此，本发明提供了一种用于分离木质素、纤维素和半纤维素 的方法，并且由此从生物质得到的纤维素具有易于完全酶促水解的 形式，所述方法包括使生物质与不混溶于水的有机溶剂、酸以及溶 解于酸性水溶液中的金属盐催化剂的混合物在预定的温度和压力 下接触，以及在压力下过滤反应混合物，以分离分别溶解在溶剂和 水相中的木质素、半纤维素，并留下纯纤维素。

在本发明的一个方面，水不混溶性溶剂(immiscible solvent) 选自包括高级醇，如丁醇、异戊醇的组。

在本发明的另一个方面，在反应混合物中水不混溶性有机溶剂 的浓度在40％至80％的范围内。

在本发明的又一个方面，酸是无机酸。

在本发明的又一个方面，金属盐催化剂选自包括硫酸铜、硫酸 亚铁、硫酸亚铁铵、硫酸镍、硫酸钠、氯化铁的组。

在本发明的另一个方面，酸浓度为约1％(v/v)。

在本发明的又一个方面，催化剂浓度在0.1％至3％(w/v)的范围 内。

在本发明的另一个方面，预定的温度在120℃至220℃的范围 内。

在本发明的又一个方面，预定的压力在1.5-20巴的范围内。

在本发明的又一个方面，该方法实施10至30分钟的时间。

本发明还提供了一种用于由生物质获得纤维素的系统，包括：

a)用于容纳生物质的反应室，具有(i)第一入口，用于供给有 机溶剂的混合物，(ii)第二入口以及(iii)至少一个出口；

b)与反应室的第二入口流体流动连通的锅炉，用于将蒸汽供 给至反应室；

c)连接至反应室的出口的接收器，用于接收来自反应室的水 解产物；

d)蒸汽蒸馏组件，用于除去含水部分(馏分)中的微量溶剂 以及沉淀溶剂部分(馏分)中的木质素。

在本发明的一个方面，反应室的第一入口与容器(vessel)流 体流动连通，该容器容纳有机溶剂的混合物。