[发明专利]生产生物产品的方法

说明书

公开了一种从木质纤维素生物质生产生物产品的方法，其中将木质纤维素生物质、气体和蒸汽引入加压反应器中，该加压反应器在具有蒸汽顶空的条件下以连续方式运作。在加压反应器中，蒸汽顶空保持在蒸汽顶空温度和在蒸汽顶空温度下比纯蒸汽平衡压力至少大1巴的压力。然后通过从加压反应器组件中排出木质纤维素的同时快速释放压力以产生预处理的木质纤维素生物质来提炼木质纤维素生物质，然后将其水解并转化为生物产品。优选地，至少一部分气体是陷入木质纤维素生物质中的空气并且其作为木质纤维素生物质的一部分被引入加压反应器中。在一个优选的实施例中，在引入加压反应器之前，对木质纤维素生物质进行浸泡步骤和曝气步骤，而不进行任何木聚糖分离步骤。

背景

使用第二代工艺发酵葡萄糖、由木质纤维素生物质的纤维素(葡聚糖)衍生的C6单糖制得的生物化学品和生物燃料与发酵衍生自淀粉的葡萄糖的第一代工艺相反。

众所周知，木质纤维素生物质中的C6糖不容易被酶接触并且需要预处理以增加葡聚糖对酶水解的可及性。通常，该预处理涉及蒸汽爆破以打开木质纤维素生物质的细胞并使得葡聚糖更易于进行随后的酶水解和发酵步骤。

还公知的是，木质纤维素生物质包括半纤维素或者木聚糖(C5糖)并且半纤维素的木聚糖在用于木质纤维素生物质的蒸汽爆破的温度下降解。

WO2009/108773题为“利用连续预水解和蒸汽爆破预处理工艺预提取半纤维素的系统和方法”教导了这种常规知识表明“高压和/或高温在用于从纤维素原料中生成醇，如乙醇，的预处理中是典型的。在这些常规的预处理中，一些C5糖被转化为在预处理后抑制发酵步骤中C6糖的醇发酵的组分。去除这些抑制组分，例如醛(如HMF、糠醛和甲醛)、单体酚类(如香草醛和松柏醛)、酸(如甲酸)和其他抑制剂应增加在预处理后C6发酵步骤中的醇产量。”

从木质纤维素生物质中分离C5糖不是新的。例如，1950年8月1日公布的US2,516,833教导了在低温下水解木质纤维素生物质以回收戊糖(C5糖)，然后在更高的温度下处理以回收己糖(C6糖)。直到今天这个行业一直在继续这种方法。

WO2009/108773提倡的解决方案利用众所周知的两阶段方法，其中木质纤维素生物质在温和条件下蒸煮以水解和溶解来自进料的半纤维素。在进料流入第二加压反应器以蒸煮进料中剩余的纤维素之前，将半纤维素溶解在液体中以提取C5糖。WO2009/108773指出“从罐中的进料里分离出来之后，半纤维素中的C5糖可以通过常规方法转化为用作食品添加剂的木糖、通过需氧和厌氧发酵转化为沼气、通过高辛烷氧化转化为甲基呋喃以及转化为含水糖以转化为醇，例如乙醇。”

该常规的两阶段方法代表了木质纤维素生物质加工领域当前的技术状况。WO2010/113129公开了支持在蒸汽爆破之前去除半纤维素益处的数据。例如将芦竹(Arundodonax)在去除和没有去除半纤维素的情况下进行蒸汽爆破。当去除半纤维素时，原料中仅1.3％的木聚糖在预处理时降解为抑制剂化合物(实施例5)，而在没有去除半纤维素的蒸汽爆破过程中，19.3％(实施例1)和63.8％(实施例2)的木聚糖降解为抑制剂化合物。

事实上，Bertil Stromberg，WO2009/108773的发明人，支持行业的理解，即在他于2016年向美国专利局的声明中，同时处理C5和C6糖而不产生明显的抑制剂在技术上是不可能的。在该声明中他指出“如512专利[要求WO2009/108773的优先权的美国专利]中讨论的，半纤维素(主要为5碳糖，在512专利中也称为“C5糖”)在第一加压反应器中通过水解反应溶解并水解。通过洗涤进料并对进料排水来去除在第一加压反应器中生成的C5糖。如果没有洗涤进料并从进料中排水，则C5糖会保留在进料中并在第二反应器中降解并形成对随后的酶水解和/或发酵步骤潜在的抑制剂。”

显而易见地，两阶段方法需要至少两个单独的反应器、单独的处理和回收系统，并且比单个的反应器在设计上更复杂且更耗费资本。