[发明专利]木质纤维素生物质的梯度预处理

说明书

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。

技术领域

本发明提供了用于处理生物质以获得可发酵糖的方法。具体地，本发明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。

背景技术

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US7,932,063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％。

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。

发明内容

本发明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，本发明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t₀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t_n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秆起始，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秆起始，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秆起始，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(B)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秆起始，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6为示出以用8％NH₃/g干生物质预处理的秸秆起始，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。