[发明专利]通过浸渍处理木质纤维素生物质的方法

说明书

本发明涉及一种通过酸性液体处理木质纤维素生物质以生产第二代(2G)糖汁的方法。这些糖汁可以用于通过生物化学途径生产其他产品(例如，醇，如乙醇、丁醇或其他分子，例如溶剂，如丙酮等)。该方法包括分析在该方法中取出的液体料流和调节浸渍液的组成以保持所述料流的酸性力恒定。

技术领域

本发明涉及一种通过酸性液体处理木质纤维素生物质以生产第二代 (2G)糖液的方法。这些糖液可以用于通过生物化学途径生产其他产品(例如，醇，如乙醇、丁醇或其他分子，例如溶剂，如丙酮等)。该方法包括分析在该方法中取出的液体料流和调节浸渍液的组成以保持所述料流的酸性力(acidic power)恒定。

现有技术

木质纤维素生物质代表地球上最丰富的可再生资源之一。所考虑的基料(substrate)是非常多样的，它们涉及木质基料如各种木材(硬木和软木)、衍生自农业(麦秆、玉米棒等)或其它农产品、纸张等产业的副产品二者。

用于将木质纤维素材料生物化学转化为2G糖液的方法特别地包括预处理步骤和用酶混合物水解的步骤。这些方法通常还包括在预处理之前的浸渍步骤。然后处理由酶水解产生的糖液，例如通过发酵，并且该方法还包括分离步骤和/或纯化最终产物的步骤。

木质纤维素生物质由三种主要聚合物组成：纤维素(35%至50%)，其是基本上由己糖构成的多糖；半纤维素(20%至30%)，其是基本上由戊糖和己糖构成的多糖；和木质素(15%-25%)，其是一种结构复杂且分子量高的聚合物，由通过醚键相连的芳香醇组成。这些不同的分子导致植物壁的多种固有性质，并将它们自身组织成复杂的缠结(entanglement)。除了这三种主要化合物之外，木质纤维素生物质还显著地含有乙酰基和灰分。这种灰分由以下矿物组成：二氧化硅，含有钙、镁、钠、钾、磷和/或铝的化合物。它们的含量和它们的组成从一种类型的生物质到另一种生物质(秸秆vs.木材等)变化很大，而且随土壤气候(pedoclimatic)培养条件和收获条件而变化。不同批次的秸秆将具有不同含量的灰分的不同性质。例如，在标准ASTM E1755 Standard Test Method for Ash in Biomass中描述了一种用于定量木质纤维素产品灰分的方法。

在构成木质纤维素生物质的三种基础聚合物中，纤维素和半纤维素是能够产生2G糖液的那些。

通常，半纤维素在预处理过程中主要分解为糖，而纤维素通过酶水解转化为葡萄糖。然而，酶仍然难以接近粗纤维素，因此需要预处理。该预处理使得可以改变木质纤维素材料的物理化学性质，以便改善纤维素对酶的可接近性及其对酶水解的反应性。

最有效的预处理之一是酸性蒸汽爆炸，其能够使半纤维素几乎完全水解，并且显著改善纤维素对酶的可接近性和反应性。这种预处理之前可以进行其它处理。

专利US-8057639和US-8512512提出了一种方法，其包括在温和条件下将半纤维素水解为C5糖以保护它们免于降解的第一步骤。该步骤在第一反应器中在1.5巴或更高的压力下通过注入蒸汽、在110℃或更高的温度下和任选地在弱酸存在下进行。在该步骤之后，进行洗涤以提取和回收C5糖汁，然后将富含纤维素和木质素的剩余生物质送至第二步骤(第二反应器)，在第二步骤中发生蒸汽爆炸。该第二反应器在比第一反应器更高的压力下操作，其中注入高压蒸汽，这导致生物质的突然膨胀(蒸汽爆炸)。

专利申请US-2012/0104313还提出了在蒸汽爆炸之前通过使生物质与水或蒸汽在100-210℃接触1分钟-24小时的处理步骤。在分离富含半纤维素的液相之后，然后将固体转移至蒸汽爆炸步骤。

专利EP2610346描述了一种以四个步骤处理木质纤维素生物质的方法：在100-150℃的温度下在液体中处理，随后分离液体/固体，随后在水或蒸汽存在下在100-210℃下预处理获得的固体部分1分钟-24小时，最后进行液体/固体分离。