[发明专利]用于混合木质纤维素材料和酶的方法及装置

说明书

交叉引用相关申请

本申请要求2010年11月21日申请的美国专利申请第61/415,849号和2010年11月21日申请的美国专利申请第61/415,847号的权益，这两个申请的全部内容以引用的方式合并在本申请中。

背景技术

本发明总体涉及木质纤维素材料的酶促转化成单糖的领域，尤其涉及在预处理后的木质纤维素材料的液化阶段使酶的性能最大化。

预处理后的木质纤维素材料的酶促水解面临许多挑战。这些挑战来自酶自身相互反应和预处理后材料及其衍生物的生物化学复杂性，并获得液体/纤维、单分子/低聚体混合物(统称为“浆料”)的物理特性及其流变特征。

完成酶促水解的传统反应器需要大的水箱，其配备昂贵且动力强的叶轮将酶混合到浆料中。木质纤维素材料的酶液化在大的水箱中需要几个小时来混合。混合过程通过将材料从通常的固态复合物转化成液化的浆料，来减少木质纤维素材料的粘度。预处理后的木质纤维素材料典型地开启具有类似泥粘度的混合和加工。

木质纤维素材料被预处理并易于酶促转化成单糖。添加到木质纤维素材料中的酶通常对于木质纤维素材料具有相对低的浓度。木质纤维素材料和酶的混合物进入混合和预处理反应系统时，具有高的粘性。混合物的高粘性促使使用相对小的反应容器来减少混合混合物所需的扭矩。这种系统通常包括一个或多个水解反应容器。

用于木质纤维素材料酶促液化的常规混合和预处理反应系统的混合容器通常以批处理模式而不是连续模式运行。用于混合的批处理模式常常更适应的情是几个较小的混合容器喂料给一个较大的下游容器，如蒸煮器或其他反应器。

液化材料的再循环以稀释进入的预处理后木质纤维素材料，达到了减少粘性且改善混合的目的。再循环有缺点，需要额外的混合容积来获得希望的容器内停留时间。批处理增加系统的容积，因为需要提供时间来填充和清空容器。

发明内容

对能混合高粘度木质纤维素材料和酶的大的混合容器的需求是长期的。这些容器可以是连续流容器，在其中，木质纤维素材料连续地流入、通过且流出容器。大的容器将提供用来混合木质纤维素材料和酶的效率和高流量。

本发明可以可选择地在溶液中包含一种或多种酶的添加到粘性浆料来快速降低浆料的粘度。粘度的降低可以导致浆料具有更类似于液体而不是固体或稠泥浆的特性，如粘稠度。例如，添加酶到木质纤维素材料中引起酶促水解反应，减少材料的粘度到类似液体的粘稠度，且制造单糖。

所构想的方法包括以下步骤：进行蒸汽喷发反应来产生含有木质纤维素材料的浆料；在第一输送器中将浆料与碱基材料和水混合，直到浆料的平均pH值是大约4.5到6.5，浆料平均温度是大约45到55摄氏度，且浆料具有大约10％到35％的粘稠度(wt％，不溶颗粒的重量与浆料总重量的比)；将浆料输送到第二输送器；在第二输送器中添加酶溶液的第一部分到浆料，其中，酶从第二输送器内的超过一个位置加入输送器；通过容积泵将浆料输送到混合器；在一个混合器中以大约400到4000rpm的速度混合浆料大约0.05到200秒，其中，酶溶液的第二部分在所述混合期间加入浆料；将浆料输送到第一反应器，使材料从高粘度向低粘度转化，从而产生大致液体材料，其中，第一反应器是倒圆锥状容器；并且，将基本液体材料输送到第二反应器，以进一步液化和酶促水解，其中，浆料的温度保持在从添加酶溶液的第一部分刚刚之前的大约45到55度，并贯穿处理期间。

附图说明

图1是全过程的工艺流程图，通过这个，木质纤维素材料在酶促水解反应中与一种或多种酶或含酶溶液混合，来生产单糖或其他有用的副产品。

图2是具有上部倒圆锥状部分和可选的下部圆柱状部分的反应器的示意图。

图3是示出了糖化期间浆料粘度变化和液化期间酶促转化率变化的曲线图。

图4是示出了糖化期间流变特征的曲线图。

图5也是示出了糖化期间流变特征的曲线图。

图6进一步示出了糖化期间流变特征的曲线图。

图7是本发明的某一实施例的具体步骤的流程图。

具体实施方式

在此公开的本发明可以用于从木头、纸浆、纤维和类似物中获得、生产或提出简单化合物的工艺，该化合物用于其他应用，如燃料，包括乙醇汽油的生产。在其他实施例中，本发明可用于减小粘的、含纤维素材料的粘度，以便于材料输送用于其他过程。此外，本发明可以从含纤维素材料，如木质纤维素材料提取某些化合物单体。另外，本发明可以用于酶促水解预处理后木质纤维素材料，来生产单糖。