專利名稱：：生物質(zhì)預(yù)處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及木質(zhì)纖維生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成糖。更具體地，首先用離子液體預(yù)處理木質(zhì)纖維生物質(zhì)。
背景技術(shù)：
：在木質(zhì)纖維生物質(zhì)中，晶體纖維素纖絲包埋在組織化不太充分的半纖維素基質(zhì)中，其依次由外層木質(zhì)素皮圍繞。將天然產(chǎn)生的纖維素材料接觸水解酶通常導(dǎo)致纖維素水解產(chǎn)量低于20%的理論預(yù)期結(jié)果。因此，總是在嘗試酶水解生物質(zhì)中的多糖(纖維素和半纖維素)之前進(jìn)行生物質(zhì)的一些"預(yù)處理"。預(yù)處理指的是將木質(zhì)纖維生物質(zhì)從其天然形式轉(zhuǎn)化成纖維素水解有效形式的過程，其天然形式能抵抗纖維素酶體系。與未處理的生物質(zhì)相比，有效預(yù)處理的木質(zhì)纖維材料的特征在于增加的接觸纖維素酶的表面積(孔隙度)，和木質(zhì)素的溶解或再分配。增加的孔隙度主要由纖維素結(jié)晶性的破壞、半纖維素?cái)嗔?溶解和木質(zhì)素再分布和/或溶解的組合而引起。在實(shí)現(xiàn)這些因素中的一些(或全部)中的相對有效性在現(xiàn)有的不同預(yù)處理方法中非常不同。這些包括稀酸，蒸汽爆發(fā)，熱液作用，涉及水介質(zhì)中有機(jī)溶劑的"有機(jī)溶膠"，氨纖維爆發(fā)(AFEX)，使用如氨、NaOH或石灰這些堿的強(qiáng)堿作用和高濃度磷酸處理。許多這些方法沒有破壞纖維素結(jié)晶性，這是對實(shí)現(xiàn)快速纖維素消化性所不可缺少的一個(gè)特征。再者，這些方法中的一些不適用預(yù)處理中所用的化學(xué)物質(zhì)的"易回收"。在現(xiàn)有的預(yù)處理技術(shù)中，最近報(bào)道了一些主要技術(shù)的協(xié)同研發(fā)(C.E.Wyman等，BioresourceTechnology,(2005)96，1959)。石開究者協(xié)會(huì)(BiomassRefiningConsortiumforAppliedFundamentalandl翻vation(CAFI))已經(jīng)研究了充分表征的一種原料(即玉米莖葉飼料)的預(yù)處理，通過幾種那時(shí)很有前景的預(yù)處理技術(shù)，使用常規(guī)的分析方法，和數(shù)據(jù)解釋的一貫方法(C.E.Wyman等，BioresourceTechnology，(2005)96,2026)。特別地，研究了以下的(l)稀酸水解(T.A.Lloyd和C.E.Wyman，BioresourceTechnology,(2005)96,1967)，(2)氨纖維爆發(fā)(AFEX)技術(shù)(F.Teymouri等，BioresourceTechnology,(2005)96,2014)，(3)pH受控液體熱水處理(N.Mosier等，BioresourceTechnology,(2005)96，1986)，(4)氨水循環(huán)方法(ARP)(T.H.Kim和Y.Y.Lee，BioresourceTechnology,(2005)96,2007)和(5)石灰預(yù)處理(S.Kim和M.T.Holz即ple，BioresourceTechnology,96，(2005)1994)。所有上述方法有兩個(gè)步驟形成沖洗流的預(yù)處理步驟和產(chǎn)生水解產(chǎn)物流的預(yù)處理生物質(zhì)的酶水解步驟(圖2)。這兩個(gè)流出流中的五和六碳糖及其寡聚物的合并總量用來估計(jì)這些方法各自的總糖產(chǎn)量。在以上的方法中，進(jìn)行預(yù)處理步驟的pH從稀酸水解至熱水預(yù)處理至基于堿試劑的方法(AFEX、ARP和石灰預(yù)處理)逐漸升高。在預(yù)處理步驟的過程中，稀酸和熱水處理方法主要溶解半纖維素，而使用堿試劑的方法除去大部分木質(zhì)素。因此，來自之前方法中的預(yù)處理步驟的沖洗流主要含有半纖維素基的糖，而對于高pH的方法，該流主要含有木質(zhì)素。在基于堿的預(yù)處理方法中，隨后殘余生物質(zhì)的酶水解形成混合糖(C5和C6)，而來自低和中性pH方法的水解產(chǎn)物中，葡萄糖是主要的產(chǎn)物。由于木質(zhì)素的除去可以影響纖維酶與纖維素的接近性，殘余生物質(zhì)的酶消化性對高pH方法更好些。所有這些方法在高于水正常沸點(diǎn)很多的溫度下在水溶液中進(jìn)行，以促進(jìn)半纖維素和木質(zhì)素的解聚/熔化中涉及的物理_化學(xué)現(xiàn)象，并需要高壓環(huán)境(6至20大氣壓)。再者，這些方法中沒有一種可以有效地破壞生物質(zhì)中纖維素的結(jié)晶性。此外，這些方法中的一些釋放大部分低聚木糖形式的木糖，許多微生物不容易發(fā)酵這種糖，并需要其他的步驟將它們破碎成單體物質(zhì)。最后，這些主要預(yù)處理技術(shù)的比較纟5濟(jì)分禾斤(T.Eggeman禾口R.T.Elander，BioresourceTechnology,(2005)96，2019)表明它們與玉米干碾相比全部是資本集約的，并且對于商業(yè)化需要重要的方法改進(jìn)。文獻(xiàn)中還提出了其中使用溶劑如乙醇和甲醇的方法(在含水介質(zhì)中)和使用堿如Na0H的方法。這些方法也能夠溶解木質(zhì)素，但是它們不能夠破壞纖維素的結(jié)晶性。此外，成本太高，使得不認(rèn)為這些方法對于大體積、低價(jià)值商品的制造是有競爭性的?；跐饬姿岱椒色@得的信息(Zhang等，Y-HP等，Biotechnol.Bioeng.97:214-223)，顯示出是涉及幾個(gè)步驟的復(fù)雜方法，使得整個(gè)方法是昂貴的。然而，由于所用的苛刻條件，通過該預(yù)處理方法獲得了無定形纖維素。早先報(bào)道了使用離子液體溶解和處理純纖維素(Swatloski，R.P.，Rogers,R.D.Holbrey，J.D.，US專利6，824，599，2002;Holbery，J.D.，Spear，S.K.，Turner,M.B.，Swatloski，R.P.，Rogers,R.D.，美國專利6，808，557，2003)。在最近的工作中，我們報(bào)道了通過離子液體預(yù)處理來降低纖維素對酶水解抗性的有效方法(Dadi，A.，Schall，C.A.，Varanasi，S.，"AppliedBiochemistryandBiotechnology,vol.136-140，p407，2007;Varanasi，S.，Schall，C.，和Dadi，A.，美國專利申請2007年2月)。盡管該方法使用離子液體來打開純晶體纖維素材料如Avicel的結(jié)構(gòu)，使其易于接近纖維素酶，但是其沒有特異性地解決木質(zhì)纖維生物質(zhì)的預(yù)處理，這是本發(fā)明的主題。在該文章中，記錄了已經(jīng)研究了最近的通過使用離子液體從生物質(zhì)分離纖維素(Fort，D.A.，Remsing，R.C.，Swatloski，R.P.，Moyna，P.，Moyna，G.，Rogers,R.D.，GreenChemistry9:63-69,2007)禾口生物質(zhì)在離子液體中的完全分解(Vesa，M.Aksela，R.，歐洲專利WO2005017001,2005)。之前的申請集中于生物質(zhì)的纖維素部分"完整回收"，用于材料發(fā)展，而之后的目的在于鑒定將導(dǎo)致生物質(zhì)"完全分解"的ILs和條件。然而，目前沒有可以用于快速并有效糖化木質(zhì)纖維生物質(zhì)的多糖部分的高產(chǎn)量預(yù)處理方法。本發(fā)明研發(fā)了區(qū)分生物質(zhì)的三種主要成分(即，木質(zhì)素、半纖維素和纖維素)對IL的"親和性"，結(jié)合一些IL在破壞纖維素部分的結(jié)晶性中的獨(dú)特能力，以設(shè)計(jì)出有效糖化生物質(zhì)多糖部分的方案。本發(fā)明既不需要從生物質(zhì)中提取纖維素，也不需要在IL中溶解生物質(zhì)。發(fā)明概述木質(zhì)纖維生物質(zhì)是具有吸引力的原料，因?yàn)槠涫强梢赞D(zhuǎn)化成液體運(yùn)輸燃料、化學(xué)物質(zhì)和聚合物的大量的、本國的、可再生資源。木質(zhì)纖維素的主要成分如下(l)半纖維素(20-30%)，五和六碳糖的無定形聚合物；(2)木質(zhì)素(5-30%)，酚化合物高度交聯(lián)的聚合物；和(3)纖維素(30-40%)，纖維二糖(葡萄糖二聚物)的高度結(jié)晶聚合物。纖維素和半纖維素通過公知的發(fā)酵技術(shù)，水解成它們的糖時(shí)，可以轉(zhuǎn)化成乙醇燃料。這些糖還形成用于生產(chǎn)各種化學(xué)物質(zhì)和聚合物的原料。生物質(zhì)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)需要適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，使得能夠有效地將纖維素和半纖維素成分糖化成它們的成分糖。目前的預(yù)處理方法經(jīng)受著纖維水解的反應(yīng)速率慢(使用纖維素酶)和糖產(chǎn)量低(C.E.Wyman等，20Q5，BioresourceTechnology:96，1959)。已經(jīng)通過使用離子液體(IL)預(yù)處理研發(fā)了糖的產(chǎn)量和生產(chǎn)速率改善的木質(zhì)纖維素的碳水化合物轉(zhuǎn)化成糖的方法。這種新的預(yù)處理方案實(shí)質(zhì)性地提高了木質(zhì)纖維生物質(zhì)的糖化效率(就產(chǎn)量和反應(yīng)速率而言)。這種IL-預(yù)處理方法對從生物質(zhì)生產(chǎn)糖的整體經(jīng)濟(jì)具有主要影響(并且與一些最主要的方法完全相反)的其他獨(dú)特特征是(i)用能夠破壞天然纖維素結(jié)構(gòu)的IL處理各種木質(zhì)纖維生物質(zhì)來源的能力，(ii)在培養(yǎng)過程中處理大的生物質(zhì)與IL比例的能力，(iii)在非常低的酶裝載下完成糖化的能力，(iv)用大的生物質(zhì)顆粒能充分進(jìn)行的能力，(v)用于預(yù)處理生物質(zhì)的IL的全部回收(通過容易的方法)和多重再利用的潛能，(vi)生產(chǎn)不含抑制成分糖下游處理的化合物的水解產(chǎn)物的能力，(如以乙醇和乳酸生產(chǎn)作為例子)，和(vii)糖化后可以回收生物質(zhì)中的大部分木質(zhì)素。附圖簡述圖1是本發(fā)明的預(yù)處理方法之前和之后的生物質(zhì)的圖示。在圖中，將木質(zhì)素、半纖維素和纖維素各自表示為黑色、綠色和藍(lán)色區(qū)域。在未處理的生物質(zhì)中，高度結(jié)晶纖維素纖絲包埋在組織化不太充分的半纖維素基質(zhì)中，其依次由外層木質(zhì)素覆層圍繞-在圖中為最左邊的畫面。理想的生物質(zhì)預(yù)處理應(yīng)當(dāng)能夠完成以下任務(wù)(i)替換/除去木質(zhì)素覆層，(ii)打開/除去半纖維素，和(iii)降低/消除纖維素部分的結(jié)晶性。該圖在兩個(gè)步驟中描述了這三個(gè)任務(wù)步驟l包括任務(wù)(i)和(ii)，而步驟2表示認(rèn)為(iii)。大部分現(xiàn)有的預(yù)處理方法只完成任務(wù)(i)和(ii)，(即，步驟1)，而沒有步驟2。然而，步驟2在減少有效完成水解需要的時(shí)間和酶裝載中非常重要。圖2.用于從木質(zhì)纖維生物質(zhì)生產(chǎn)燃料和化學(xué)物質(zhì)的"糖_平臺(tái)"的流程圖。圖3.用于生物質(zhì)的離子液體預(yù)處理的主要處理步驟。通過用離子液體培養(yǎng)，接著用洗滌溶劑如醇或水提取IL來預(yù)處理生物質(zhì)。然后可以通過離心或過濾從離子液體/水-溶劑溶液中分離出處理過的生物質(zhì)，并送至水解(糖化)反應(yīng)器。可以在閃蒸步驟中從非揮發(fā)性離子液體中分離出洗滌溶劑(即，甲醇、乙醇或水)，而將離子液體返回至預(yù)處理罐中，溶劑返回至生物質(zhì)洗滌步驟中。可以從糖化反應(yīng)器中回收酶并循環(huán)利用。糖化后的殘余固體部分主要是木質(zhì)素，可以將其回收用于進(jìn)一步的處理。圖4:左邊的小瓶在12(TC培養(yǎng)一小時(shí)后，在白楊/IL混合物中含有33重量％白楊。右邊的小瓶在室溫下含有未處理的白楊和IL(以其固體狀態(tài))。以該重量份數(shù)培養(yǎng)后使用IL-處理的白楊觀察到明顯的膨脹(100%)。圖5.基于通式咪唑鎗的離子液體結(jié)構(gòu)。圖6.基于通式吡啶鎗的離子液體結(jié)構(gòu)。發(fā)明詳述本發(fā)明是通過使用離子液體(IL)促進(jìn)碳水化合物的有效而快速的酶水解來預(yù)處理木質(zhì)纖維生物質(zhì)的新方案。包括農(nóng)業(yè)(例如，玉米莖葉飼料)和林業(yè)殘余物(例如，鋸屑)和草本(例如，柳枝稷)和木質(zhì)(例如，白楊樹)作物的木質(zhì)纖維生物質(zhì)足夠大量來提供制備燃料和化學(xué)物質(zhì)的主要來源。在木質(zhì)纖維的生物質(zhì)中，結(jié)晶纖維素纖絲包埋在組織化不太充分的半纖維素基質(zhì)中，其依次由外層木質(zhì)素層圍繞。多糖、纖維素和半纖維素的化學(xué)/生化水解成它們的單體糖提供了用于從生物質(zhì)生產(chǎn)燃料和化學(xué)物質(zhì)的基礎(chǔ)前體物質(zhì)(稱為"糖平臺(tái)")。此外，纖維素生物質(zhì)必須預(yù)處理，以在水解過程中實(shí)現(xiàn)糖的高產(chǎn)量。圖1是預(yù)處理之前和之后的生物質(zhì)圖示。圖2是用于從生物質(zhì)生產(chǎn)糖的典型方法的圖示。預(yù)處理，是其中成本最高的步驟，對糖生產(chǎn)中的前序(例如，減小大小)和隨后(例如，酶水解)操作的成本具有主要的影響。離子液體具有非常低的揮發(fā)性，并且用作溶劑時(shí)，沒有引起揮發(fā)性成分的散發(fā)。就這點(diǎn)而言，它們是環(huán)保溶劑。設(shè)計(jì)了IL來溶解纖維素和半纖維素。溶解后，可以通過使用抗溶劑將纖維素再生。然而，木質(zhì)纖維材料(特別是木材)在IL中的完全分解更難，即使是部分分解，需要生物質(zhì)在升高溫度下的IL中培養(yǎng)非常長時(shí)間。盡管那樣，通常在再生后不能獲得高產(chǎn)量的纖維素(Fort，D.A.等，2007，Green.Chem.:9，63)。我們的發(fā)明不同于上述傳統(tǒng)方法對離子液體的使用，因?yàn)槲覀兊哪康牟辉谟谌芙饽举|(zhì)纖維素，而是將其與IL接觸非常短的時(shí)間，該時(shí)間足以主要破壞木質(zhì)素覆蓋物并使剩余的生物質(zhì)結(jié)構(gòu)明顯膨脹(至少30%)。這種預(yù)處理能夠使隨后的酶水解過程在相對短的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行以及產(chǎn)生定量的葡萄糖產(chǎn)量和高產(chǎn)量的戊糖。在預(yù)處理方案中可以使用任何能夠破壞氫鍵結(jié)構(gòu)來降低生物質(zhì)中纖維素結(jié)晶性的離子液體，在此由包括咪唑鎗、吡咯烷鎗、吡啶鎗、轔或銨及其所有功能性類似物的陽離子結(jié)構(gòu)來表示。例如，如圖5中所示的結(jié)構(gòu)，其中R1、R2、R3、R4和R5各自是氫，具有1至15個(gè)碳原子的烷基或具有2至10個(gè)碳原子的烯烴基團(tuán)，其中烷基可以由砜、亞砜、硫醚、醚、酰胺、羥基或胺來取代，并且其中A是鹵化物、氫氧化物、甲酸鹽、醋酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽、任何具有最高可達(dá)總共10個(gè)碳原子的功能化單_或二_羧酸、琥珀酸鹽、乳酸鹽、天冬氨酸鹽、草酸鹽、三氯醋酸鹽、三氟醋酸鹽、二氰胺或羧酸鹽。IL結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)例顯示于圖6中，其中Rl、R2、R3、R4、R5和R6各自是氫，具有1至15個(gè)碳原子的烷基或具有2至IO個(gè)碳原子的烯烴基團(tuán)，其中烷基可以由砜、亞砜、硫醚、醚、酰胺、羥基或胺來取代，并且其中A是卣化物、氫氧化物、甲酸鹽、醋酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽、任何具有最高可達(dá)總共10個(gè)碳原子的功能化單_或二_羧酸、琥珀酸鹽、乳酸鹽、天冬氨酸鹽、草酸鹽、三氯醋酸鹽、三氟醋酸鹽、二氰胺或羧酸鹽。卣化物可以是氯化物、氟化物、溴化物或碘化物。此外，可以使用含有等式1所述組合物的離子液體混合物。20Z[C+]"[化等式1中的C+表示IL的陽離子，而A—表示IL的陰離子成分。加入混合物中的每種附加IL可以具有與之前的成分相同的陽離子或與之前的成分相同的陰離子，與第一組分的不同僅僅在于陽離子和陰離子的獨(dú)特組合。例如，考慮以下ILs的五成分混合物，其中使用了共有的陽離子和陰離子，但是每種單獨(dú)的IL成分是不同的[BMIM+][CI—]+[BMIM+][PF6_]+[EMIM+][Cl—]+[EMIM+][PF6_]+[EMIM+][BF4—]離子液體的最終混合物在絕對組成上將是不同的，如可以通過各種功能化陽離子和陰離子的摩爾百分比來限定。因此，混合物應(yīng)當(dāng)由不同重量比的各個(gè)所用成分組成，如通過等式l限定的。我們證明了在本發(fā)明中使用幾種這樣代表性的溶劑用于預(yù)處理生物質(zhì)，包括"新IL"，由我們合成的1-乙基-3-甲基咪唑丙酸鹽(EMIM-Pr)。(參見，實(shí)施例IV)。IL預(yù)處理過程的目的不是獲得木質(zhì)纖維素的任何溶解，而是將其接觸IL足夠的8時(shí)間，以重新分布木質(zhì)素并使剩余的生物質(zhì)結(jié)構(gòu)膨脹(圖4中所示的)，以提高纖維素和半纖維素的水解率和轉(zhuǎn)化成其組分糖。用合適的酶混合物糖化后，這些酶能夠?qū)㈩A(yù)處理過的生物質(zhì)中的所有碳水化合物轉(zhuǎn)化成糖，留在糖化反應(yīng)器中的大部分固體是生物質(zhì)的木質(zhì)素部分。這提供了從生物質(zhì)回收木質(zhì)素的方法。此外，水解產(chǎn)物的液體部分的超濾提供了從糖溶液回收水解酶用于再利用的一種方法，糖溶液是用于生產(chǎn)各種燃料和化學(xué)物質(zhì)的前體物質(zhì)(圖3)。將玉米莖葉飼料(農(nóng)業(yè)殘余物)和白楊(硬材)用作所示預(yù)處理實(shí)施例中的代表性木質(zhì)纖維材料。表la和表lb中給出了所有實(shí)驗(yàn)中所用的玉米莖葉飼料和白楊原料的組成分析。葡萄糖是從纖維素產(chǎn)生的唯一糖，而所有其他己糖和戊糖源自半纖維素。表la.通過LAPS分析的USDA玉米莖葉飼料組成分析成分重量％(基于干重)葡聚糖34木聚糖20阿拉伯聚糖2.9甘露聚糖1.4半乳聚糖1木質(zhì)素18.8灰分7表lb.通過LAPS分析的白楊組成分析成分重量％(基于干重)葡聚糖43.1木聚糖14阿拉伯聚4甘露聚糖1.8半乳聚糖1.7木質(zhì)素29灰分0.8將以下一種代表性的離子液體1-正_丁基-3-甲基咪唑鎗氯化物(BMMCl)A-正-乙基-3-甲基咪唑鎗醋酸鹽(EMIMAc)A-乙基-3-甲基咪唑鎗丙酸鹽(EMMPr)/1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物/3-甲基-N-丁基妣啶鎗氯化物接觸小顆粒的干玉米莖葉飼料或白楊(-20+80目大小的顆粒)，在5(TC至20(TC下持續(xù)不同的時(shí)間(59分鐘至8小時(shí))。可以使用常規(guī)加熱或微波輻射來進(jìn)行生物質(zhì)培養(yǎng)，只要離子液體在培養(yǎng)過程中處于熔化狀態(tài)中。然后將IL-培養(yǎng)的生物質(zhì)接觸一種代表性的洗滌溶劑，S卩，甲醇/乙醇/水/乙腈/丁醇/丙醇。將洗滌溶劑與IL混合(以所有比例)，并因此能夠從培養(yǎng)過的生物質(zhì)中提取出來。然后可以通過離心從離子液體/洗滌溶劑中分離出處理過的生物質(zhì)。然后用商業(yè)纖維素酶體系水解除去IL的生物質(zhì)。通過合適的分離方法從洗滌溶劑和來自洗滌步驟的任何溶解的生物質(zhì)成分中回收IL，合適的分離方法包括以下的一種或多種活性碳處理，蒸餾，膜分離，電-化學(xué)分離技術(shù)，固相提取和液-液提取。然后可以將離子液體返回至預(yù)處理罐。洗滌溶劑也可以返回，再次用于洗滌IL-培養(yǎng)過的生物質(zhì)中。隨著多糖高轉(zhuǎn)化成它們的單體糖，可以從糖化反應(yīng)器中回收酶并循環(huán)。在IL循環(huán)之前，完全除去洗滌溶劑(水)不是必需的(參見實(shí)施例VIII)。許多其他預(yù)處理方法不易于方法中所用化學(xué)物質(zhì)的回收。圖3是這種預(yù)處理方法的流程圖。以下的實(shí)施例I至IV和相關(guān)的表2至8說明了我們的IL-預(yù)處理方法的代表性結(jié)果。在用IL的生物質(zhì)(玉米莖葉飼料和白楊)預(yù)處理中，通過只使用補(bǔ)充纖維二糖酶的纖維素酶來糖化兩種多糖，在約16小時(shí)內(nèi)獲得了90%的葡聚糖(纖維素)轉(zhuǎn)化成葡萄糖，此外，木聚糖(來自半纖維素)高轉(zhuǎn)化成木糖(50至70%)。葡聚糖(纖維素)轉(zhuǎn)化成葡萄糖隨著溫度的增加而單調(diào)增加。木聚糖(半纖維素)轉(zhuǎn)化成木糖通常隨著提高IL溫度而提高，但在非常高的溫度下可能降低。顯示出預(yù)處理?xiàng)l件的優(yōu)化在糖化步驟中產(chǎn)生葡聚糖和木聚糖高轉(zhuǎn)化成它們的單體糖。未處理的玉米莖葉飼料生物質(zhì)在36小時(shí)中只產(chǎn)生27%葡聚糖轉(zhuǎn)化，而大部分確定的預(yù)處理方法需要72至170個(gè)小時(shí)來完成水解。實(shí)施例中提供了關(guān)于使用BMIMC1/EMIMAc/EMMPr來預(yù)處理玉米莖葉飼料和白楊的細(xì)節(jié)的更多詳細(xì)內(nèi)容。對于其他的預(yù)處理方法，包括在CAFI研究中[Wyman，C.E.等，BioresourceTech.，2005.96:p.2026-2032]，可以在15FPU/g葡聚糖的酶裝載下(在我們的糖化數(shù)據(jù)中使用了相同的裝載)，從報(bào)道的水解72小時(shí)后的產(chǎn)量計(jì)算葡聚糖(纖維素)至葡萄糖和木聚糖(半纖維素)至木糖的轉(zhuǎn)化(圖2，步驟2)。葡聚糖至葡萄糖的轉(zhuǎn)化為85至96%。木聚糖至木糖的轉(zhuǎn)化為5至91%。除了在AFEX的情況中，這種轉(zhuǎn)化成木糖大部分專門發(fā)生在預(yù)處理步驟的過程中(圖2，洗滌流)。在AFEX中，木聚糖轉(zhuǎn)化發(fā)生在水解步驟中，78X轉(zhuǎn)化成木糖，和91%轉(zhuǎn)化成木糖和可溶性木糖寡聚物。用我們的IL預(yù)處理在少于24小時(shí)內(nèi)獲得葡聚糖高轉(zhuǎn)化成葡萄糖，并順利地與CAFI報(bào)道的備選預(yù)處理技術(shù)相比較。用LI預(yù)處理的木糖轉(zhuǎn)化也順利地與CAFI報(bào)道的結(jié)果相比較。許多備選的預(yù)處理(除了AFEX)導(dǎo)致在酶添加前的木聚糖水解。從我們的結(jié)果可以看出在IL預(yù)處理過程中很少發(fā)生木聚糖水解或半纖維素衍生。然后通過我們預(yù)備性研究中所用的纖維素混合物，使木聚糖接受酶催化的水解。在我們的酶混合物中使用其他的木聚糖酶和阿拉伯聚糖酶具有進(jìn)一步提高木糖產(chǎn)量的潛能。此外，與大部分水基預(yù)處理方法不同，IL-預(yù)處理在培養(yǎng)步驟的過程中沒有產(chǎn)生糖或其降解產(chǎn)物，因?yàn)檫@些通常是需要水存在的水解產(chǎn)物。只在添加酶時(shí)才產(chǎn)生糖。可以證明對隨后的糖處理(如發(fā)酵成乙醇和乳酸)抑制作用的糖降解產(chǎn)物的不存在消除了對其他水解產(chǎn)物的"調(diào)節(jié)"步驟的需要_其中除去了這些抑制產(chǎn)物。(參見實(shí)施例XI和XII)?？梢耘c報(bào)道的玉米莖葉飼料AFEX預(yù)處理方法進(jìn)行更直接的24小時(shí)水解比較。對于AFEX方法，使用15FPU/g葡聚糖纖維素酶裝載，葡聚糖轉(zhuǎn)化為約62%，而木聚糖轉(zhuǎn)化為約45%[Teymouri，F(xiàn).等，BioresourceTech.，2005，96(18):p.2014-2018]。在相同的纖維素酶裝載下使用IL預(yù)處理，玉米莖葉飼料葡聚糖的24小時(shí)轉(zhuǎn)化超過80%，而木聚糖轉(zhuǎn)化為45%。使用比預(yù)處理，白楊葡聚糖轉(zhuǎn)化超過90%，而木聚糖轉(zhuǎn)化成單體糖超過65%。文獻(xiàn)中提出的大部分預(yù)處理方法，除了磷酸處理外[Zhang，Y._H.P.等，Biomacromolecules，2006.7(2):p.644-648]，沒有破壞纖維素結(jié)晶性，這是實(shí)現(xiàn)快速纖維素消化(水解)的重要特征?？梢酝ㄟ^X-射線粉末衍生(XRD)數(shù)據(jù)的分析來獲得生物質(zhì)結(jié)晶性的測量。使用XRD測量IL預(yù)處理后白楊的結(jié)晶性，并且使用為纖維素研發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)來計(jì)算結(jié)晶性指數(shù)CrI[Segal，L.等，Text.Res.J.，1959.29:p.786-94]。天然白楊具有40至50的測量Crl。約10的CrI表示纖維素部分的幾乎完全的解晶作用。如表18中看到的，糖化動(dòng)力學(xué)和Crl之間的強(qiáng)烈相關(guān)性。該數(shù)據(jù)解釋了為什么IL-預(yù)處理與大部分其他預(yù)處理方法相比，能夠?qū)崿F(xiàn)足夠快速的糖化。這些觀察到的使用IL-預(yù)處理的快水解率還開辟了使用比大部分其他預(yù)處理方法通常所用的那些更"低酶裝載"來實(shí)現(xiàn)糖化的可能性。實(shí)際上，如實(shí)施例V中所示的，我們能夠?qū)⒚秆b載削減至大部分CAFI研究中所用的2/3或l/3(即，15FPU纖維素酶和60CBUI3-葡聚糖酶/g葡聚糖)，并且還獲得了相等的葡萄糖和木糖產(chǎn)量(參見表9)。這是非常重要的結(jié)果，因?yàn)槊傅某杀久黠@影響從生物質(zhì)生產(chǎn)糖的整體成本。因?yàn)镮L-預(yù)處理只需要足夠的IL來膨脹生物質(zhì)結(jié)構(gòu)，我們能夠在培養(yǎng)步驟的過程中使用最小量的IL用量來處理非常大量的生物質(zhì)。實(shí)施例III說明了這，其中在培養(yǎng)步驟中使用了高如l:2的白楊與IL的重量比。在這些高白楊裝載下，培養(yǎng)的混合物基本上是如圖4中所示的濕膨脹粉末。這種濕粉末，在洗去IL后的酶水解時(shí)，產(chǎn)生了非常高的葡萄糖和木糖轉(zhuǎn)化，如可以從表6中看到的。我們不僅能夠顯著地降低預(yù)處理溶劑(即，IL)的用量，而且還能夠通過用洗滌溶劑將培養(yǎng)過的生物質(zhì)洗滌幾次來完全回收(100%)，如實(shí)施例VIII中所示的(表13至17)。該實(shí)施例證明了IL沒有不可逆地吸收在任何生物質(zhì)成分上，即使是在高生物質(zhì)/IL比例下，其中生物質(zhì)的可利用表面積非常高。我們通過從揮發(fā)性非常低的IL中蒸發(fā)洗滌溶劑(乙醇和/或水)，從IL/洗滌溶劑混合物中回收IL。然后可以使用回收的IL，而在隨后相同預(yù)處理?xiàng)l件下的生物質(zhì)預(yù)處理循環(huán)中不需要其他清洗步驟。我們已經(jīng)重復(fù)使用了回收的IL，并且注意到在預(yù)處理生物質(zhì)中沒有任何效率損耗，即使是在15次循環(huán)后，如實(shí)施例IX中所示的(參見，表19，20和21)。這種使用最小量清洗而重復(fù)再利用IL的能力將對IL-預(yù)處理的經(jīng)濟(jì)學(xué)具有深遠(yuǎn)的影響。回收的IL中的殘余水可能降低IL切斷影響纖維素結(jié)晶性的鏈間和鏈內(nèi)氫鍵的能力。為了作用于生物質(zhì)的膨脹，必須破壞幾種纖維素氫鍵。因此，我們預(yù)期溶解的水作為生物質(zhì)預(yù)處理溶劑來影響IL的性能。IL中可容許的含水量可以在兩個(gè)方面影響預(yù)處理方法的經(jīng)濟(jì)學(xué)。首先，其決定了在再利用之前IL必須有多干。其次，其決定了用IL培養(yǎng)的過程中，生物質(zhì)必須有多干。在實(shí)施例VII中，我們研究了IL的含水量對其效率的影B向，并且觀察到IL的效率沒有削弱至任何可知的程度，直至溶解水含量超過約15%重量。(參見表12)。對大生物質(zhì)顆粒能有效工作的預(yù)處理方法是特別有價(jià)值的，因?yàn)榕c原料預(yù)處理(減小大小)相關(guān)的能量需求(和因此的成本)隨著用于預(yù)處理的可接受"平均粒徑"的增大而按指數(shù)降低。因此，在實(shí)施例VI中，我們研究了生物質(zhì)粒徑在我們的預(yù)處理技術(shù)中對糖化速率和糖產(chǎn)量的影響。我們顯示出我們的預(yù)處理技術(shù)在850m至180m的粒徑范圍中能同樣工作(參見，表10)。我們的IL-預(yù)處理和糖化技術(shù)使得可以回收生物質(zhì)中以糖化后固體殘余物形式的木質(zhì)素(實(shí)施例X)。最后，白楊I(lǐng)L預(yù)處理后獲得的水解產(chǎn)物中的糖可以轉(zhuǎn)化成燃料乙醇(實(shí)施例XI)或其他生物產(chǎn)品，如乳酸(實(shí)施例XII)，沒有進(jìn)一步的調(diào)節(jié)以及來自水解產(chǎn)物中任何殘余的微量IL的不利影響。這種殘余物進(jìn)一步的化學(xué)/生化處理將形成能用于生產(chǎn)燃料、化學(xué)物質(zhì)、聚合物和其他材料的化合物。實(shí)施例I:用BMIMC1預(yù)處理干.莖葉伺料稈不用的溫度/時(shí)間系統(tǒng)地改變培養(yǎng)時(shí)間和溫度來是實(shí)現(xiàn)葡聚糖和木聚糖最佳地轉(zhuǎn)化成它們的單體糖。將玉米莖葉飼料在BMIMC1中在130或15(TC下培養(yǎng)10分鐘，1或3個(gè)小時(shí)。預(yù)處理將玉米莖葉飼料與IL混合來形成混合物中5%重量比生物質(zhì)(5%w/w)。使用混合在130或15(TC下將混合物培養(yǎng)10分鐘，1小時(shí)和3小時(shí)。通過加入水、離心并取出上清液，以生物質(zhì)中提取離子液體。將固體殘余物清洗直至完全提取出IL。酶水解將洗滌過的固體加入反應(yīng)緩沖液中(0.05M檸檬酸鈉緩沖液，pH4.8)，來形成緩沖液中百分之一重量的生物質(zhì)固體混合物。使用20FPU/g玉米莖葉飼料(60FPU/g葡聚糖)濃度的商業(yè)纖維素酶，SpezymeCP，其中FPU表示濾紙單位。通過添加40CBU/g玉米莖葉飼料(120CBU/g葡聚糖)的Novozyme188來補(bǔ)充P_葡糖苷酶，其中CBU表示纖維素酶單位。轉(zhuǎn)化成葡萄糖和木糖的百分比是基于加入預(yù)處理步驟中的玉米莖葉飼料的質(zhì)量以及玉米莖葉飼料的葡聚糖和木聚糖含量。(表la)。通過使用高性能液體色譜來分析糖濃度，使用折射率檢測。結(jié)果玉米莖葉飼料葡聚糖和木聚糖各自轉(zhuǎn)化成葡萄糖和木糖，作為酶水解過程時(shí)間的函數(shù)，顯示于表2和3中。與未處理的玉米莖葉飼料樣品相比，用IL的預(yù)處理導(dǎo)致葡聚糖至葡萄糖的水解速率明顯提高(表2)。與未處理玉米莖葉飼料相比時(shí)，使用IL預(yù)處理也提高了木聚糖至木糖的轉(zhuǎn)化(表3)。糖化時(shí)(酶水解)，在15(TC下預(yù)處理生物質(zhì)1小時(shí)，在水解的36小時(shí)內(nèi)，產(chǎn)生纖維素糖100%轉(zhuǎn)化成葡萄糖，并且61%木聚糖轉(zhuǎn)化成木糖。該結(jié)果是具有重要意義的，因?yàn)榇蟛糠脂F(xiàn)有的預(yù)處理方法需要72至170小時(shí)的水解來實(shí)現(xiàn)高于90%的纖維素轉(zhuǎn)化。在15(TC下在IL中將生物質(zhì)培養(yǎng)超過1小時(shí)沒有明顯提高木糖產(chǎn)量，盡管仍然獲得了100%的葡萄糖產(chǎn)量。實(shí)際上，在15(TC下培養(yǎng)3小時(shí)與在15(TC下培養(yǎng)1小時(shí)相比，似乎降低了木糖產(chǎn)量(表3)。表2.使用不同的培養(yǎng)時(shí)間和溫度作為水解(Hyd)時(shí)間的函數(shù)時(shí)玉米莖葉飼料葡聚糖轉(zhuǎn)化成葡萄糖的百分比<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>**在24小時(shí)水解時(shí)的葡萄糖轉(zhuǎn)化表3.使用不同的培養(yǎng)時(shí)間和溫度作為水解時(shí)間的函數(shù)時(shí)玉米莖葉飼料木聚糖轉(zhuǎn)化成木糖的百分比<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>實(shí)施例II:使用EMIM醋酸鹽的玉米莖葉伺料和白楊1-乙基-3_甲基咪唑醋酸鹽(EMM醋酸鹽)，除了具有破壞結(jié)晶纖維素的氫鍵結(jié)構(gòu)的高能力以外，在室溫下為液體，并且具有低于BMIMC1的熔點(diǎn)。這些特征使其從方法的立場與BMIMC1相比成為更方便的代表性IL。該實(shí)施例描述了使用EMIM醋酸鹽的預(yù)處理實(shí)驗(yàn)。將玉米莖葉飼料和白楊粉碎并分離至相同的篩網(wǎng)大小。將樣品與EMIMAc混合，以形成5重量％生物質(zhì)的生物質(zhì)/IL混合物，并且邊攪拌邊在不同的溫度和時(shí)間下培養(yǎng)，接著用水洗滌。酶水解用于酶水解的程序與實(shí)施例I中所述的相同(糖化緩沖液中1重量％生物質(zhì))，除了以下所述的酶載荷的改變。所報(bào)道的轉(zhuǎn)化成葡萄糖和木糖的百分比是基于預(yù)處理步驟中添加的生物質(zhì)(玉米莖葉飼料/白楊)量和該含量的糖含量。以15FPU纖維素酶(SpezymeCP)/g葡聚糖和60CBUP_葡糖苷酶(Novozyme188)/g葡聚糖的固定酶載荷來水解樣品。結(jié)果如表4和5中所看到的，葡聚糖(纖維素)轉(zhuǎn)化成葡萄糖隨著溫度的升高而單調(diào)增加。木聚糖(半纖維素)轉(zhuǎn)化成木糖通常隨著升高IL溫度而增加，但在高預(yù)處理溫度下可能下降。表4.對于在不同預(yù)處理溫度和時(shí)間(第一欄)下在EMIMAc中培養(yǎng)的白楊，給出了10和24小時(shí)酶水解后葡聚糖和木聚糖至葡萄糖和木糖的轉(zhuǎn)化。IL-生物質(zhì)混合物中生物質(zhì)部分的重量為5%。溫度/時(shí)間<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>實(shí)施例III:在高牛物質(zhì)比例下的白楊和EMIM醋酸鹽將白楊粉碎并分離至相同的篩網(wǎng)大小，在EMIM醋酸鹽中培養(yǎng)，然后用水洗滌。將樣品與IL混合，以形成不同重量％生物質(zhì)的生物質(zhì)/IL混合物，并沒有攪拌在12(TC下培養(yǎng)1小時(shí)。如圖4中所看到的，在高重量分?jǐn)?shù)的生物質(zhì)比IL下，生物質(zhì)在吸收IL后明顯膨脹。酶水解用于酶水解的程序與實(shí)施例II中所述的相同。結(jié)果如表6中所看到的，在預(yù)處理中所用的所有生物質(zhì)分?jǐn)?shù)下在酶糖化24小時(shí)后，葡聚糖(纖維素)轉(zhuǎn)化成葡萄糖是高的。表6.對于在不同生物質(zhì)重量百分比下在EMIMAc中培養(yǎng)的白楊，給出了葡聚糖和木聚糖各自至葡萄糖和木糖的轉(zhuǎn)化。IL-生物質(zhì)混合物中的生物質(zhì)的重量分?jǐn)?shù)是不同的。對于33%重量的生物質(zhì)，在48小時(shí)時(shí)葡聚糖轉(zhuǎn)化成葡萄糖為89%。對于其他重量分?jǐn)?shù)，在24和48小時(shí)時(shí)葡聚糖轉(zhuǎn)化幾乎未改變。<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>實(shí)施例IV:在預(yù)處理和糖化歩驟中用高牛物質(zhì)重量分?jǐn)?shù)的白楊和EMIM丙酸鹽或B^隱可以處理高重量分?jǐn)?shù)生物質(zhì)的室溫IL(RTIL)對于本發(fā)明中提出的IL_預(yù)處理技術(shù)的商業(yè)化實(shí)施特別有價(jià)值。RTIL，在室溫或接近室溫下是液體，具有可以容易并經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行預(yù)處理技術(shù)的不同步驟(流動(dòng)，混合等)的物理特性。此外，如果RTIL還具有破壞纖維素結(jié)晶性的高能力，將是理想的預(yù)處理溶劑。"新IL"EMM-丙酸鹽(由我們合成)和EMIM醋酸鹽是符合這些要求的代表性IL。該實(shí)施例證明了這兩種IL在高生物質(zhì)載荷下在預(yù)處理(33%)和糖化步驟(10%)中的性能。將白楊在l-乙基-3-甲基咪唑丙酸鹽、EMMPr或EMIMAc中培養(yǎng)，然后用水洗滌。將樣品與IL混合來形成33X重量生物質(zhì)的生物質(zhì)/IL混合物，并沒有攪拌而在12(TC下培養(yǎng)1小時(shí)。酶水解用于酶水解的程序與實(shí)施例II中所述的相同，除了酶載荷是10FPU纖維素酶/g葡聚糖和60CBU13-葡糖苷酶/g葡聚糖酶，在糖化緩沖液中使用10重量％生物質(zhì)。結(jié)果如表7和8中所看到的，使用兩種IL，在預(yù)處理和糖化步驟中所用的高生物質(zhì)分?jǐn)?shù)下，葡聚糖(纖維素)轉(zhuǎn)化成葡萄糖是高的。表7:對于在33X重量生物質(zhì)下在EMIM醋酸鹽中培養(yǎng)的白楊，給出了葡聚糖和木聚糖至葡萄糖和木糖的轉(zhuǎn)化。時(shí)間(小時(shí))葡聚糖轉(zhuǎn)化(％)木聚糖轉(zhuǎn)化(％)127964247567表8:對于在33X重量生物質(zhì)下在EMIM丙酸鹽中培養(yǎng)的白楊，給出了葡聚糖和木聚糖至葡萄糖和木糖的轉(zhuǎn)化。時(shí)間(小時(shí))葡聚糖轉(zhuǎn)化(％)木聚糖轉(zhuǎn)化(％)127666248373實(shí)施例V:用低酶載荷的預(yù)處理白楊糖化將白楊在EMIMAc中培養(yǎng)，然后用水洗滌。將樣品與IL混合，形成在IL中5%重量生物質(zhì)的生物質(zhì)/IL混合物，并邊攪拌邊在12(TC下培養(yǎng)30分鐘。酶水解用于酶水解的程序與實(shí)施例II中所述的相同，除了改變了每克葡聚糖的纖維素酶和P-葡糖苷酶載荷。白楊的質(zhì)量以及轉(zhuǎn)化成葡萄糖和木糖的百分比是基于預(yù)處理步驟中添加的質(zhì)量和該質(zhì)量的糖含量。結(jié)果如表9中所看到的，在低酶載荷下在24小時(shí)酶糖化后，發(fā)現(xiàn)了葡聚糖(纖維素)至葡萄糖和木聚糖(從半纖維素)至木糖的高轉(zhuǎn)化。15表9:對于在EMIM醋酸鹽中培養(yǎng)的5重量X的白楊，給出了葡聚糖和木聚糖至葡萄糖和木糖的轉(zhuǎn)化。酶載荷是不同的，并且各自列出了FPU纖維素酶或CBU13-葡糖苷酶/g葡聚糖。<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>實(shí)施例VI:大顆粒的預(yù)處理生物質(zhì)將白楊或玉米莖葉飼料生物質(zhì)粉碎并分離成不同篩網(wǎng)大小的級分，這些級分包括篩網(wǎng)大小+20的大顆粒(850iim);篩網(wǎng)大小-20+80的寬范圍大小顆粒(粒徑小于850iim而大于180iim);禾口篩網(wǎng)大小-40+60的顆粒(粒徑小于425iim而大于250iim)。將生物質(zhì)樣品與EMIM醋酸鹽混合來形成5重量％生物質(zhì)的生物質(zhì)/IL混合物，并邊攪拌邊在12(TC下培養(yǎng)30分鐘。在酶水解之前，用水洗滌培養(yǎng)過的樣品。酶水解用于酶水解的程序與實(shí)施例II中所述的相同。結(jié)果如表10中所看到的，IL預(yù)處理在大范圍的粒徑中都是有效的。大顆粒的使用導(dǎo)致水解速率與研磨更細(xì)的顆粒那些相似。表10:在糖化9和24小時(shí)后，對于不同粒徑的白楊和玉米莖葉飼料樣品酶水解的葡聚糖至葡萄糖和木聚糖至木糖的轉(zhuǎn)化<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>實(shí)施例VII:水分對生物質(zhì)的IL預(yù)處理的影響所有將纖維素鏈連接其鄰近鏈的氫鍵的完全斷裂是從(半結(jié)晶)固體纖維素基質(zhì)分解纖維素必需的第一個(gè)步驟。公知IL中合適含量的溶解水的存在影響其溶解纖維素的能力。水降低了IL斷裂給予纖維素結(jié)晶性的鏈間和鏈內(nèi)氫鍵的能力。而我們的預(yù)處理方法不需要IL中生物質(zhì)的纖維素部分的分解，為了使其膨脹，一些纖維素氫鍵必需被斷裂。因此，我們預(yù)期溶解水作為生物質(zhì)預(yù)處理溶劑來影響IL的性能。IL中可容許的水含量可以在兩個(gè)方面影響預(yù)處理方法的經(jīng)濟(jì)學(xué)。首先，其決定在再利用之前IL必需有多干。其次，其決定在用IL培養(yǎng)的過程中生物質(zhì)必需有多干。因此，測定了IL的含水量對我們預(yù)處理技術(shù)的有效性的影響，在該實(shí)施例中，我們故意在生物質(zhì)的培養(yǎng)之前，將不同比例的水加入IL中(表11)，并從所得到的預(yù)處理過的生物質(zhì)測量水解速率和糖產(chǎn)量。預(yù)處理將白楊與比和水混合來形成20%重量生物質(zhì)和不同重量％水的生物質(zhì)/IL/水混合物(表11)。沒有攪拌在12(TC下在密閉容器種將混合物培養(yǎng)1小時(shí)，然后用水洗滌。表ll:用含有不同wt^水的EMIM醋酸鹽培養(yǎng)白楊。在這些實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)IL和水的重量來獲得20wt%白楊和0至20%的水。<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>酶水解用于生物質(zhì)酶水解的程序與實(shí)施例II中所述的相同，除了酶載荷為15FPU纖維素酶/g葡聚糖和60CBU13-葡糖苷酶/g葡聚糖，并使用糖化緩沖液中5重量％生物質(zhì)。結(jié)果如表12中所看到的，在水解24小時(shí)結(jié)束時(shí)，葡聚糖(纖維素)轉(zhuǎn)化成葡萄糖和木聚糖轉(zhuǎn)化成木糖仍然基本上未受影響，直至培養(yǎng)混合物中水分超出10%很多。然而，使用含有20%和更高水平水分的培養(yǎng)混合物，水解速率明顯下降，并且糖產(chǎn)量下降。表12:加水IL中培養(yǎng)的白楊的酶水解<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>實(shí)施例VIII:IL的回收離子液體沒有不可逆地吸收至生物質(zhì)中并可以在培養(yǎng)步驟中所用的所有(低至高)生物質(zhì)載荷(生物質(zhì)與離子液體的重量分?jǐn)?shù))下在洗滌溶劑中完全回收。該實(shí)施例描述了采取實(shí)驗(yàn)來確定生物質(zhì)預(yù)處理后洗滌溶劑中回收的IL量。表13:用于確定進(jìn)入洗滌溶劑中IL回收率的預(yù)處理實(shí)驗(yàn)(不同生物質(zhì)載荷下)的詳細(xì)內(nèi)容<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>在表13顯示的所有情況中，將生物質(zhì)在培養(yǎng)后在室溫下接觸洗滌溶劑(水或乙醇)30分鐘，伴隨攪拌(除了30%生物質(zhì)的情況，其中將溫度維持在40°C)。然后將樣品離心，并取出上清液，使用帶有光電二極管陣列檢測儀的高性能液相色譜分析離子液體(IL)濃度。上清液指的是洗滌溶液，并測量洗滌體積。用洗滌溶劑將生物質(zhì)洗滌幾次。通過色譜的濃度測量精確性大約為2%。對于預(yù)處理步驟中的5%和10%白楊，用乙醇洗滌的結(jié)果，各自在表14和15中給出。如從這些表中可看到的，在預(yù)處理步驟中5%(低)和10%(中)生物質(zhì)載荷下都獲得了洗滌溶液中IL非常高的回收(接近100%)。表14.以下對于預(yù)處理步驟中5%白楊給出了使用乙醇作為置換溶劑的回收離子液體的洗滌體積，組成和總重。<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>洗滌溶液中回收的總IL，4706.7mg，表示99X的回收。表15.以下對于預(yù)處理步驟中10%白楊給出了使用乙醇作為置換溶劑的回收離子液體的洗滌體積，組成和總重。<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>洗滌溶液中回收的總IL，1797.2mg，表示99.8%的回收。對于預(yù)處理步驟中30%的白楊，用兩種溶劑(水和乙醇)洗滌的結(jié)果各自在表16和17中給出。如從這些表中所看到的，使用這些洗滌溶劑中的任何一種，在培養(yǎng)步驟中所用的700mglL得到完全回收。表16.以下對于預(yù)處理步驟中30%白楊給出了使用水作為置換溶劑的回收離子液體的洗滌體積，組成和總重。洗滌濃度(mg/ml)體積(ml)重量(mg)125.5523587.729.62611.5110.730.84111.59.740.09311.51.1總計(jì)709.2洗滌溶液中回收的總IL，709.2mg，表示濃度測量精確性內(nèi)的100%回收。表17.以下對于預(yù)處理步驟中30%白楊給出了使用乙醇作為置換溶劑的回收離子液體的洗滌體積，組成和總重。<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>洗滌溶液中回收的總IL，700.2mg，表示濃度測量精確性內(nèi)的100%回收。實(shí)施例IX:IL的循環(huán)利用將白楊與EMIMAc混合來形成IL中5重量％生物質(zhì)的生物質(zhì)/IL混合物。將其邊攪拌邊在12(TC下培養(yǎng)30分鐘，然后用乙醇洗滌三次，接著用水洗滌兩次。通過從非常低揮發(fā)性的IL中蒸發(fā)乙醇和水，從乙醇和水洗滌物中回收IL。然后將回收的IL用于隨后的相同條件下的生物質(zhì)預(yù)處理循環(huán)中。通過從回收的IL中取出的樣品的KarlFischer滴定來監(jiān)控IL的含水量，以確保含水量低于可接受的水平(參見，實(shí)施例VIII)。在每次循環(huán)后加入補(bǔ)充的IL(總IL的5-10X)以補(bǔ)償由于水分析取樣的損耗。(這種與取樣相關(guān)的損耗是由于我們的實(shí)驗(yàn)中所用的總IL量小而產(chǎn)生的，并且在大規(guī)模循環(huán)中將不是問題)。將循環(huán)的IL在預(yù)處理生物質(zhì)中的性能與新鮮IL的相比，以確定直至IL保持其有效性并可以不需要其他清洗步驟而再次利用的最小循環(huán)次數(shù)?？梢酝ㄟ^以下兩種程序之一來定量IL的性能(l)預(yù)處理生物質(zhì)的酶水解(按照之前實(shí)施例中的來進(jìn)行)或(2)預(yù)處理生物質(zhì)的X-射線粉末衍射(XRD)。之后較簡單并可以快速進(jìn)行的程序使得可以計(jì)算生物質(zhì)的結(jié)晶度指數(shù)Crl(Segal，L.等，Text.Res.J.，1959,29:p.786-94)。我們觀察到預(yù)處理后生物質(zhì)結(jié)晶度的損耗與預(yù)處理生物質(zhì)的酶消化性(糖化動(dòng)力學(xué))相關(guān)。酶水解用于酶水解的程序與實(shí)施例II中所述的相同。XRD:將光滑的薄膜在室溫下蓋在鋁樣本盤上的預(yù)處理過的生物質(zhì)上。在25°CT用帶有Xcelerator'檢測儀的XPERT'PRO粉末衍射計(jì)PANalytical，使用Nickel濾過CuKa輻射，產(chǎn)生這些薄膜的X-射線粉末衍射(XRD)數(shù)據(jù)。在6.0-45.0°，29的角度范圍內(nèi)掃描樣品。從這些掃描可以計(jì)算CrI。天然白楊具有約40至50的測量Crl。如從表18中所看到的，在生物質(zhì)碳水化合物的酶消化性和其Crl之間存在強(qiáng)烈的相關(guān)性。表18.對于從高溫至低溫用新鮮IL預(yù)處理過的白楊，通過酶糖化24小時(shí)后的Crl以及葡聚糖和木聚糖至單體糖的百分比轉(zhuǎn)化。結(jié)晶度的損耗與提高的葡聚糖和木糖轉(zhuǎn)化明顯相關(guān)。<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>結(jié)果循環(huán)的IL產(chǎn)生與新鮮IL相似的結(jié)晶度降低(表18和19)。對于不同次數(shù)的IL循環(huán)，記錄了36小時(shí)酶糖化后用循環(huán)的IL培養(yǎng)后的葡聚糖(纖維素)轉(zhuǎn)化成葡萄糖(表20)。超過100%的轉(zhuǎn)化反映出與高性能液相色譜技術(shù)的折射率檢測儀方法相關(guān)的糖分析(5至10%)中的不確定性。表19:未處理的(天然)白楊和用循環(huán)的IL(循環(huán)次數(shù))預(yù)處理的樣品的Crl表明循環(huán)的IL在重復(fù)循環(huán)后在降低生物質(zhì)樣品結(jié)晶度中是有效的。未處理的天然白楊具有43的Crl。<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>表20:用新鮮或循環(huán)的IL(循環(huán)次數(shù))來IL預(yù)處理白楊表明循環(huán)的IL在重復(fù)循環(huán)步驟后在提高生物質(zhì)樣品的糖化中是有效的。<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>對于較高生物質(zhì)與IL比例(20%)的相似結(jié)果顯示于表21中。在此，即使在15次循環(huán)后，我們看到IL的有效性沒有損耗，如通過預(yù)處理白楊酶水解24小時(shí)結(jié)束時(shí)的高葡萄糖產(chǎn)量(90%)所示。表21最后一欄中所示的水解產(chǎn)物發(fā)酵結(jié)果將在下一個(gè)實(shí)施例中討論。表21:用循環(huán)的IL預(yù)處理的白楊和預(yù)處理步驟中20%生物質(zhì)的酶水解4，12和24小時(shí)后的葡萄糖轉(zhuǎn)化。給出了4小時(shí)發(fā)酵的乙醇產(chǎn)量。使用循環(huán)的IL維持了高葡萄糖轉(zhuǎn)化。<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>實(shí)施例X:木質(zhì)素的回收我們進(jìn)行了NREL推薦的生物質(zhì)(白楊)固體部分的LAPS分析，來鑒定其在我們預(yù)處理過程中的三個(gè)階段的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素比例(l)培養(yǎng)前的新鮮生物質(zhì)，(2)用洗滌溶劑提取IL后的預(yù)處理過的生物質(zhì)和(3)預(yù)處理過的生物質(zhì)糖化(酶水解)后生物與的固體殘余物。通過比較這些階段的固體的木質(zhì)素含量，我們推斷在白楊的IL預(yù)處理中，木質(zhì)素主要在生物質(zhì)的表面得到了重新分布，并沒有在IL中溶解至任何可知的程度。這種重新分布使得IL可以接近生物質(zhì)的半纖維素和纖維素部分并使其膨脹。糖化后，殘余的固體主要是木質(zhì)素，并且因此水解產(chǎn)物的過濾提供了回收木質(zhì)素的簡易方法，木質(zhì)素形成了用于各種生物產(chǎn)品的前體物質(zhì)(參見，圖3)。實(shí)施例XI:使用啤酒酵母將預(yù)處理過的白楊發(fā)酵成乙醇在該實(shí)施例中，我們研究了IL-預(yù)處理過的白楊酶水解后獲得的水解產(chǎn)物的發(fā)酵。我們沒有嘗試將水解產(chǎn)物在發(fā)酵前接受任何"調(diào)節(jié)"來除去潛在的發(fā)酵抑制化合物。我們認(rèn)為我們的生物質(zhì)IL預(yù)處理，其涉及用IL在幾乎無水的環(huán)境中培養(yǎng)生物質(zhì)，將不會(huì)產(chǎn)生在其他水基預(yù)處理方法中常見的化合物，如羥甲基糠醛(HMF)和糠醛，其抑制隨后的糖發(fā)酵成乙醇。此外，這些發(fā)酵運(yùn)行證實(shí)了水解產(chǎn)物中存在的任何痕量IL對發(fā)酵過程沒有不利影響。我們嘗試對使用新鮮IL以及循環(huán)的IL產(chǎn)生的水解產(chǎn)物進(jìn)行發(fā)酵。原則上，在每次循環(huán)步驟之間除了除去水以外沒有另外的清洗步驟時(shí)，來自生物質(zhì)的一些非揮發(fā)性提取物可以在幾次循環(huán)的IL中累積。目的是為了證實(shí)這些累積的化合物是否以任何方式影響了發(fā)酵。用新鮮IL預(yù)處理后沒有"調(diào)節(jié)"而獲得的水解產(chǎn)物的發(fā)酵:將白楊在EM頂醋酸鹽中培養(yǎng)。將樣品與IL混合來形成IL中10wt^生物質(zhì)的生物質(zhì)/IL混合物，并邊攪拌邊在12(TC下培養(yǎng)一小時(shí)。用水洗滌預(yù)處理過的生物質(zhì)，以除去全部IL。酶水解通過酶水解將預(yù)處理過的生物質(zhì)糖化。用于酶水解的程序與實(shí)施例II中所述的相同，除了在緩沖液中2、5和10%的不同生物質(zhì)重量比下進(jìn)行水解。發(fā)酵使用釀酒酵母形式的干發(fā)面酵母(10g/l)(II型，SigmaAldrich)。在白楊酶水解24小時(shí)后加入酵母?；谏镔|(zhì)中最初的糖來計(jì)算乙醇的終產(chǎn)量。在培養(yǎng)搖床中在34"的溫度和130rpm下進(jìn)行發(fā)酵。發(fā)酵后獲得的乙醇產(chǎn)量顯示于表22中。對于2和5%的白楊載荷在9小時(shí)后，對于10%的白楊載荷在24小時(shí)后，乙醇的產(chǎn)量保持恒定。來自酶水解的產(chǎn)量接近于理論(參見表22的第二欄)。表22:酶糖化24小時(shí)接著發(fā)酵后測量的葡萄糖轉(zhuǎn)化。來自EMIMAc預(yù)處理的白楊依次水解和發(fā)酵的乙醇產(chǎn)量，在九小時(shí)發(fā)酵(2和5%白楊)或24小時(shí)發(fā)酵(10%白楊)后。<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>,麵IL予麵頃&蹄"i周，"皿淑導(dǎo)白勺7白勺雜:通過將10mg/ml發(fā)面酵母加入水解產(chǎn)物中來評價(jià)水解產(chǎn)物的發(fā)酵并在3(TC下發(fā)酵四小時(shí)后取樣?；趶陌讞顦悠分械钠暇厶菤か@得的葡萄糖來計(jì)算乙醇產(chǎn)量。所得到的產(chǎn)量顯示于表21的最后一欄中(之前的實(shí)施例)。如從表21中所看到的，即使在13次IL再利用的循環(huán)后，乙醇產(chǎn)量幾乎與使用新鮮IL的運(yùn)行所看到的那些相同(表22)。表21和22中的數(shù)據(jù)還證實(shí)了IL中殘留的任何痕量IL對發(fā)酵沒有不利影響。實(shí)施例XII:使用干酪乳桿菌將IL-預(yù)處理討的白楊水解產(chǎn)物發(fā)酵成乳酸將白楊在EMIM醋酸鹽中培養(yǎng)。將樣品與IL混合來形成IL中30wt^生物質(zhì)的生物質(zhì)/IL混合物，并且沒有攪拌在12(TC下培養(yǎng)一小時(shí)。用水洗滌預(yù)處理過的生物質(zhì)，以除去全部IL。酶水解通過酶水解來糖化預(yù)處理過的生物質(zhì)。用于酶水解的程序與實(shí)施例II中所述的相同，除了在緩沖液中10%下進(jìn)行水解。糖化溶液中的葡萄糖含量(通過HPLC測定)為20mg/ml。細(xì)菌菌株和培養(yǎng)基干酪乳桿菌購自ATCC并按照所提供的實(shí)驗(yàn)方案來生長。使細(xì)胞生長于MRS培養(yǎng)液(BectonDickinson)以及MRS瓊脂平板上，生長強(qiáng)壯。將菌株維持在4t:下的瓊脂平板上。培養(yǎng)基制備還在pH4.8的50mM檸檬酸鹽緩沖液中制備對照培養(yǎng)基溶液。培養(yǎng)基中的成分為蛋白胨10g/l，牛肉提取物10g/l，酵母提取物5g/l，葡萄糖20g/l，聚山梨酸酯801g/l，醋酸鈉5g/l，硫酸鎂0.lg/l，硫酸錳0.05g/l和磷酸氫二鉀2g/l。用氫氧化銨將pH調(diào)節(jié)至6.5。將溶液過濾滅菌或在12rC下高壓滅菌30分鐘。以完全相同的方式制備生物質(zhì)培養(yǎng)基溶液，除了沒有將葡萄糖加入溶液中。發(fā)酵條件所有實(shí)驗(yàn)在在搖床上在37t:和150rpm下在搖瓶中進(jìn)行。通過將細(xì)菌菌株從瓊脂平板轉(zhuǎn)移至搖瓶中并使其培養(yǎng)20小時(shí)來制備接種物。發(fā)酵搖瓶接受20%接種物體積。分析方法通過裝備有RI檢測儀和UV檢測儀的HPLC在210nm處測定乳酸濃度和葡萄糖濃度。使用了有機(jī)酸柱(BioradHPX-87H)，使用流速為0.4ml/分鐘的5mmo1H2S04作為移動(dòng)相，并將柱維持在65°C。通過使用UV-Vis分光光度計(jì)在600nm測量吸光值來測定細(xì)胞密度。結(jié)果:<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>對于對照溶液，乳酸產(chǎn)量為35%。在搖瓶中沒有強(qiáng)壯的生長。然而，在種子燒瓶中，通常觀察到強(qiáng)壯的生長，具有最大的0D4.O，和50%的乳酸產(chǎn)量。對于生物質(zhì)溶液，乳酸產(chǎn)量為100%。在搖瓶以及種子燒瓶中都看到了強(qiáng)壯的生長。在種子燒瓶中，觀察到9.5的OD，乳酸產(chǎn)量為100%。這樣高的轉(zhuǎn)化表明細(xì)菌菌株能夠使用其他從生物質(zhì)水解的糖(除了葡萄糖以外)。監(jiān)控木糖，在發(fā)酵過程中沒有消耗。所討論的特定的組合物、方法或?qū)嵤┓桨钢皇菍Ρ菊f明書公開的本發(fā)明的說明?；诒菊f明書的教導(dǎo)，對這些組合物、方法或?qū)嵤┓桨傅母淖兪潜绢I(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的，因此這些改變旨在作為在此公開的本發(fā)明的一部分。在另一個(gè)實(shí)施方案中，在離子液體(IL)中培養(yǎng)生物質(zhì)的步驟在合適的溫度下持續(xù)足夠的時(shí)間來除去或重新分布實(shí)質(zhì)性部分的木質(zhì)素，使得IL能夠滲透半纖維素以及包埋在半纖維素中的結(jié)晶纖維素并使這些結(jié)構(gòu)明顯膨脹。明顯膨脹廣義地為至少20%膨脹，并優(yōu)選至少30%。然后，膨脹可以是非常寬范圍的。膨脹可以是20至300%膨脹；30至200%膨脹或30至100%膨脹。通常，膨脹范圍為30至50%。給出以上本發(fā)明的詳述是為了解釋的目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚可以進(jìn)行各種變化和改進(jìn)，而不脫離本發(fā)明的范圍。因此，之前的整個(gè)描述應(yīng)被解釋為說明性的而不是限制性的，本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限定。給出以上本發(fā)明的詳述是為了解釋的目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚可以進(jìn)行各種變化和改進(jìn)，而不脫離本發(fā)明的范圍。因此，之前的整個(gè)描述解釋為說明性的而不是限制性的，本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限定。權(quán)利要求用于將木質(zhì)纖維生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成糖的方法，其包括步驟提供含有木質(zhì)素、纖維素和半纖維素作為主要成分的任何木質(zhì)纖維生物質(zhì)；在離子液體(IL)中在合適的溫度下培養(yǎng)生物質(zhì)足夠的時(shí)間來除去或重新分布實(shí)質(zhì)性部分的木質(zhì)素，使得IL能夠滲透半纖維素以及包埋在半纖維素中的結(jié)晶纖維素，并使這些結(jié)構(gòu)明顯膨脹；通過用與IL和水可混溶的對于纖維素為非溶劑的液體洗滌IL培養(yǎng)過的生物質(zhì)，以從生物質(zhì)中替換出全部或大部分IL；使上述洗滌過的生物質(zhì)接觸含有能夠水解纖維素和半纖維素并將這些多糖中的實(shí)質(zhì)性部分轉(zhuǎn)化成己糖和戊糖的酶的含水緩沖介質(zhì)。2.用于破壞木質(zhì)纖維生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)并使纖維素和半纖維素部分膨脹的方法，其包括步驟在離子液體(IL)中在合適的溫度下培養(yǎng)生物質(zhì)足夠的時(shí)間來除去或重新分布實(shí)質(zhì)性部分的木質(zhì)素，使得IL能夠滲透半纖維素以及包埋在半纖維素中的結(jié)晶纖維素，并使這些結(jié)構(gòu)明顯膨脹；通過用與IL和水可混溶的對于纖維素為非溶劑的液體洗滌IL培養(yǎng)過的生物質(zhì)，以從生物質(zhì)中替換出全部或大部分IL;用合適的化學(xué)和生化試劑處理以上洗滌過的生物質(zhì)，來實(shí)現(xiàn)膨脹的生物質(zhì)高效地轉(zhuǎn)化成有用的化學(xué)物質(zhì)。3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中糖化后的固體殘余物主要是木質(zhì)素，因此提供了其分離的方法。4.根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中來自水解的糖可以轉(zhuǎn)化成燃料、化學(xué)物質(zhì)、聚合物和其他材料。5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中木質(zhì)素可以轉(zhuǎn)化成燃料、化學(xué)物質(zhì)、聚合物和其他材料。6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將生物質(zhì)IL培養(yǎng)步驟過程中的時(shí)間和溫度優(yōu)化，使得最小化生物質(zhì)的半纖維素和纖維素部分在IL中的溶解，同時(shí)使這些基質(zhì)充分膨脹，以增強(qiáng)水解步驟過程中水解酶和水的滲透。7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成糖的步驟之前用與IL可混溶的纖維素的非溶劑洗滌預(yù)處理過的生物質(zhì)的步驟。8.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，進(jìn)一步包括將纖維素酶加入洗滌過的生物質(zhì)中以將纖維素和半纖維素水解成糖的步驟。9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中預(yù)處理步驟在5(TC至20(TC的溫度范圍下培養(yǎng)生物質(zhì)5分鐘至8小時(shí)范圍內(nèi)的時(shí)間。10.根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中離子液體在培養(yǎng)過程中熔化。11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中IL是能夠破壞纖維素或半纖維素的氫鍵結(jié)構(gòu)的任何離子液體，所述離子液體由包括咪唑鎗、吡咯烷鎗、吡啶鎗、轔或銨及其所有功能性類似物的陽離子結(jié)構(gòu)來表示。12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中IL由以下的結(jié)構(gòu)來表示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中Rl、R2、R3、R4和R5各自是氫，具有1至15個(gè)碳原子的烷基或具有2至10個(gè)碳原子的烯烴基團(tuán)，其中烷基可以由砜、亞砜、硫醚、醚、酰胺、羥基或胺來取代，并且其中A是鹵化物、氫氧化物、甲酸鹽、醋酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽、任何具有最高可達(dá)總共10個(gè)碳原子的功能化單_或二_羧酸、琥珀酸鹽、乳酸鹽、天冬氨酸鹽、草酸鹽、三氯醋酸鹽、三氟醋酸鹽、二氰胺或羧酸鹽。13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中IL由以下的結(jié)構(gòu)來表示其中R1、R2、R3、R4、R5和R6各自是氫，具有1至15個(gè)碳原子的烷基或具有2至10個(gè)碳原子的烯烴基團(tuán)，其中烷基可以由砜、亞砜、硫醚、醚、酰胺、羥基或胺來取代，并且其中A是鹵化物、氫氧化物、甲酸鹽、醋酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽、任何具有最高可達(dá)總共10個(gè)碳原子的功能化單_或二_羧酸、琥珀酸鹽、乳酸鹽、天冬氨酸鹽、草酸鹽、三氯醋酸鹽、三氟醋酸鹽、二氰胺或羧酸鹽。14.根據(jù)權(quán)利要求12和13的方法，其中鹵化物是氯化物、氟化物、溴化物或碘化物。15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中IL是1-正-丁基-3-甲基咪唑鎗氯化物、1-烯丙基-3-甲基咪唑鎗氯化物、3-甲基-N-丁基吡啶鎗氯化物、1_乙基-3-甲基咪唑鎗醋酸鹽或1-乙基-3-甲基咪唑鎗丙酸鹽。16.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中洗滌溶劑是水、醇或乙腈或任何溶解IL并因此從生物質(zhì)中提取出IL的溶劑。17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中醇是乙醇或甲醇或丁醇或丙醇，其中可以通過合適的分離方法從洗滌溶劑和來自洗滌步驟的任何溶解的生物質(zhì)成分中回收IL，所述合適的分離方法包括以下的一種或多種活性碳處理、蒸餾、膜分離、電-化學(xué)分離技術(shù)、固相提取和液_液提取。18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中回收的IL將再次用于更多生物質(zhì)的預(yù)處理。19.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中纖維素酶是內(nèi)切-葡聚糖酶、外切-葡聚糖酶和|3-葡糖苷酶的混合物，其中可以改變酶混合物以包括其他酶，如木聚糖酶、阿拉伯糖酶，或者可以從常規(guī)纖維酶體系簡化該酶混合物以獲得IL處理過的生物質(zhì)的水解。20.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中纖維素酶補(bǔ)充了P-葡糖苷酶。21.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中改善的水解速率使得可以用低酶載荷來進(jìn)行糖化。22.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中可以從生物質(zhì)水解產(chǎn)物中回收酶。23.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將纖維素轉(zhuǎn)化成六碳糖。24.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將半纖維素轉(zhuǎn)化成五和六碳糖。25.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中IL培養(yǎng)步驟過程中的最佳接觸時(shí)間和溫度會(huì)取決于培養(yǎng)過程中的加熱方式。26.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中IL培養(yǎng)步驟過程中的最佳接觸時(shí)間和溫度將根據(jù)所用生物質(zhì)顆粒的大小和性質(zhì)而改變，其中可以用離子液體有效地預(yù)處理寬粒度分布的大顆粒。27.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中完成酶水解需要的時(shí)間對于兩種代表性的生物質(zhì)樣品_玉米莖葉飼料、白楊而言在16至36小時(shí)內(nèi)。28.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中用離子液體培養(yǎng)生物質(zhì)可以耐受至少10%溶解水。29.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中膨脹至少為30%。30.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中膨脹至少為30%。31.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中最佳的條件會(huì)根據(jù)是否使混合物接受使用攪拌的常規(guī)加熱或者使用間歇攪拌的微波輻射而改變。32.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中可以使用具有等式1所述組成的離子液體混合物等式1中的C+表示IL的陽離子，而A—表示IL的陰離子成分。加入混合物中的各附加IL可以具有與之前的成分相同的陽離子或與之前的成分相同的陰離子，與第一組分的不同僅僅在于陽離子和陰離子的獨(dú)特組合。例如，考慮以下ILs的五成分混合物，其中使用共有的陽離子和陰離子，但是每個(gè)單獨(dú)的IL成分是不同的[BMIM+][Cl—]+[BMIM+][PF6-]+[EMM+][Cl—]+[EMIM+][PF6_]+[EMM+][BF4—]。全文摘要已經(jīng)通過使用離子液體預(yù)處理開發(fā)了糖的產(chǎn)量和生產(chǎn)速率改善的木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化成糖的方法。這種新的預(yù)處理策略實(shí)質(zhì)性地提高了木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的糖化效率(就產(chǎn)量和反應(yīng)速率而言)。纖維素和半纖維素，當(dāng)水解成它們的糖時(shí)，可以通過公知的發(fā)酵技術(shù)轉(zhuǎn)化成乙醇燃料。這些糖還形成用于生產(chǎn)各種化學(xué)物質(zhì)和聚合物的原料。生物質(zhì)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)需要合適的預(yù)處理以使得能夠有效地將纖維素和半纖維素成分糖化成它們的組分糖?，F(xiàn)有的預(yù)處理方法的纖維素水解反應(yīng)速率慢(通過使用纖維素酶)和產(chǎn)量低。文檔編號C12P19/00GK101765663SQ200880013151公開日2010年6月30日申請日期2008年3月13日優(yōu)先權(quán)日2007年3月14日發(fā)明者A·P·達(dá)迪,C·A·沙爾,G·庫馬,J·安迪生,K·拉奧,P·帕里帕蒂,S·瓦拉納西申請人:托萊多大學(xué);舒加尼特系統(tǒng)公司