[发明专利]生物质糖化生物工艺中的聚合物

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2013年7月24日提交的美国临时专利申请No.61/857,889的优先权，以引用的方式将其整体并入本文。

背景技术

可以从纤维素生物质生产诸如乙醇等的生物燃料。虽然目前纤维素乙醇生产是可能的，将纤维素生物质转化成生物燃料的更高效率将使得纤维素生物燃料的生产更加经济可行。

发明内容

本公开提供了用于处理生物质以生产有用产物(诸如碳水化合物和可发酵糖)的方法和系统，所述生物质包括木质纤维素生物质和/或含有淀粉的生物质。使用可以回收和再循环的非离子有机聚合物对生物质进行处理以提高由生物质而来的糖的产率，同时降低所需糖化酶的量。因此，在一个方面，本公开提供了用于从生物质生成糖的方法，该方法包括：

(a)提供混合物，所述混合物包含所述生物质、尺寸足以被过滤器捕获的非离子有机聚合物、以及将所述生物质的组分水解成糖的一种或多种酶；

(b)在使得所述一种或多种酶将所述生物质的组分水解成糖的条件下对所述混合物进行孵育，从而产生固体和液体的混合物，所述液体包含所述聚合物和糖；

(c)将所述混合物分离成包含所述聚合物和糖的液体流以及包含固体的固体流；

(d)使用所述过滤器将所述液体流分离成包含糖的透过物(permeate)和包含所述聚合物的保留物(retentate)；以及

(e)使所述保留物的至少一部分返回至所述混合物或含有生物质的新混合物，从而生成糖并重新利用所述聚合物。

在一些实施方式中，所述聚合物具有式(I)：

其中，R¹是H或C_1-6烷基，并且n是大于1的整数。

在一些实施方式中，所述聚合物具有式(II)：

其中，R²是羟基、烷氧基、取代或未取代的羧酸酯基(carboxylate)、或取代或未取代的杂环基，并且n是大于1的整数。在一些实施方式中，烷氧基是C_1-12烷氧基(例如甲氧基)。在一些实施方式中，取代或未取代的羧酸酯基是C_1-6羧酸酯基(例如-OC(O)CH₃)。在一些实施方式中，取代或未取代的杂环基是吡咯烷酮。

所述混合物可以包含两种以上不同的非离子有机聚合物。在一些实施方式中，两种以上不同的非离子有机聚合物包含式(I)的聚合物和式(II)的聚合物，其中，R¹是H或C_1-6烷基，并且n是大于1的整数；以及R²是羟基、烷氧基、取代或未取代的羧酸酯基、或取代或未取代的杂环基，并且n是大于1的整数。

在一些实施方式中，所述方法进一步包括使所述固体流的至少一部分返回至所述混合物，其中，所述固体流包含所述一种或多种酶的至少一部分。在一些实施方式中，所述混合物中的所述聚合物的浓度以所述生物质中的固体重量计为约0.1％至约10.0％。

所述生物质可以是经过预处理以使生物质更易被水解酶作用的木质纤维素生物质。在一些实施方式中，当加入到水解混合物中时，所述生物质包含至少约10w/w％的固体。

可以使用机械设备、过滤器、膜、或切向流过滤设备将水解混合物分离成液体流和固体流。在一些实施方式中，机械设备是离心机、压力机(press)或筛网(screen)。

可以使液体流通过过滤器以将液体流分离成包含糖(例如葡萄糖和木糖)的透过物和包含聚合物的保留物。在一些实施方式中，过滤器包括膜或切向流过滤设备。

在一些实施方式中，在预处理步骤中用聚合物对生物质进行处理。在一些实施方式中，在糖化步骤中用聚合物对生物质进行处理。当与未在预处理步骤或糖化步骤中使用聚合物对生物质进行处理的方法相比时，本发明这方面的方法提高了葡萄糖和/或木糖的产率。

可以将本发明方法生产的糖加工成乙醇、生物燃料、生化制品或其它化学产品。在一些实施方式中，所述一种或多种酶包括纤维素酶、半纤维素酶、β-葡萄糖苷酶和/或木聚糖酶。

在另一个方面，本发明提供了用于从生物质生成糖的方法，该方法包括：在使得一种或多种酶将所述生物质的组分水解成糖的条件下，使所述生物质与尺寸足以被过滤器捕获的非离子有机聚合物以及所述一种或多种酶接触，从而产生固体和液体的混合物，所述液体包含所述聚合物和糖。在一些实施方式中，所述聚合物具有式(I)：