[发明专利]改良的生物质预处理方法

说明书

背景

在生物质领域，将木质纤维素生物质转化成乙醇是一种常见的作法。如果生物质是一种含有多糖的生物质且为木质纤维素的，则经常使用预处理以确保木质纤维素内容物的结构对酶更可达，而同时有害抑制性的副产物如乙酸、糠醛和羟甲基糠醛的浓度通常为高的，并造成进一步加工中的问题。

总体而言，处理越剧烈，则材料的纤维素内容物越可达。蒸汽爆破(steam explosion)的剧烈程度(severity)在文献中被称为Ro，并为如下表示的时间和温度的函数

Ro＝t·e^{[(T-100)/14.75]}

温度T用摄氏温标表示，且时间t用常用单位表示。该公式也表示为Log(Ro)，即

Log(Ro)＝Ln(t)+[(T-100)/14.75]。

通常认为高Ro值与大量抑制生物质水解和发酵的非所需副产物例如糠醛相关联。

NREL报告No.TP-421-4978，1992年11月，McMillan J.D.，“Processes for Pretreating Lignocellulosic Biomass：A Review(用于预处理木质纤维素生物质的方法：综述)”在其结论中甚至确认：“基于蒸汽爆破的方法……从长远来看没有吸引力，因为降解产物的形成减少产量”，并告诫要研究替代方法，例如氨纤维爆破和基于超临界流体的处理。

因此有获得具有高Ro的剧烈方法的需要，该方法同时产生含有低糠醛的产物。

概述

本说明书公开了改良的预处理生物质的方法，该方法包括以下步骤：将生物质原料浸泡在温度范围为100至210℃、优选为140至210℃的水蒸气或液态水中1分钟至24小时，优选为1分钟至16小时，更优选为1分钟至2.5小时，最优选为1分钟至2小时，以产生一种含有干内容物(dry content)和第一液体的经浸泡生物质；从经浸泡生物质分离至少一部分第一液体以产生第一液体流和第一固体流，其中第一固体流包括经浸泡生物质；蒸汽爆破第一固体流以产生蒸汽爆破流，其包括固体和第二液体；任选地从蒸汽爆破流分离第二液体中的至少一些，以产生第二液体流和第二固体流。还公开了该方法可包括将第一液体流的液体的至少一部分与第二固体流合并的另外的步骤。

还公开了第三个任选步骤，即在将蒸汽爆破流引入分离步骤之前，用至少第三液体冲洗蒸汽爆破流以产生第三液体流。

公开了进一步的纯化步骤，其中，在将第一液体流与第二固体流合并之前，将第一液体流纯化以产生第一纯化液体流。

公开了另一步骤，其中将第二液体流纯化产生第二纯化液体流，然后将第二纯化液体流与第二固体流合并。

进一步公开了纯化第三液体流，然后将其与第二固体流合并。

公开了挤压，作为从经浸泡生物质分离液体的方式。

公开了闪蒸，作为纯化第一液体流的步骤。进一步公开，在闪蒸前不降低第一液体流压力至大气压下，进行所述闪蒸。进一步公开，在将第一液体与经浸泡生物质分离结束时，在第一液体流压力下进行闪蒸。

还公开了联合或单独汽提任意及所有液体流。还公开了使用来自蒸汽爆破步骤和/或浸泡步骤的蒸汽。

还公开了用活性炭纯化任意液体流。还公开了浓缩这些流以去除水。还公开了可在第二固体流的至少一部分水解后合并这些流。

本说明书还公开了来自该方法的新型组合物，其包括固体、液体、基于在所述组合物液体和固体中阿拉伯糖和木糖的单体、二聚体、寡聚体和聚合物以及阿聚糖和木聚糖量的一定量C5、基于包括所述组合物液体和固体中葡聚糖的单体、二聚体、寡聚体和聚合物的葡聚糖含量的一定量C6，以及糠醛，其中C5量与C6量的比率低于0.50，糠醛(始终存在于该组合物中)量与C5和C6加在一起的量的比率在0和0.0140之间，也表示为大于0且小于0.0140；0和0.0100之间，也表示为大于0且小于0.0100；0和0.0060之间，也表示为大于0且小于0.0060；0和0.0040之间，也表示为大于0且小于0.0040；0和0.0030之间，也表示为大于0且小于0.0030；0和0.0020之间，也表示为大于0且小于0.0020；0和0.0010之间，也表示为大于0且小于0.0010；或0和0.0009之间，也表示为大于0且小于0.0009。还进一步公开，C5量与C6量的比率小于0.44。