用于生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的改進(jìn)的預(yù)浸泡方法

背景技術(shù)：
通過(guò)引用整體包括在本文中的公開(kāi)號(hào)為WO201013129的專利申請(qǐng)公開(kāi)了用于處理木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的方法，包括如下步驟：A)在100～210℃的溫度范圍內(nèi)，在蒸汽或液態(tài)水或二者混合物中浸泡木質(zhì)纖維素生物質(zhì)原料1分鐘至24小時(shí)，以產(chǎn)生包含干物質(zhì)和第一液體的經(jīng)浸泡的生物質(zhì)；B)將第一液體的至少一部分與經(jīng)浸泡的生物質(zhì)分離以產(chǎn)生第一液體流和第一固體流；其中該第一固體流包含經(jīng)浸泡的生物質(zhì)；和C)使第一固體流蒸汽爆炸(Steamexploding)以產(chǎn)生包含固體和第二液體的蒸汽爆炸流。公開(kāi)號(hào)為WO201013129的申請(qǐng)的權(quán)利要求4公開(kāi)了浸泡步驟A前可進(jìn)行低溫浸泡步驟，其中木質(zhì)纖維素生物質(zhì)浸泡在液體中1分鐘至24小時(shí)，該液體包含25～100℃溫度范圍內(nèi)的水，且低溫浸泡步驟后為分離步驟以將液體的至少一部分從低溫浸泡分離。這也稱為低溫過(guò)程。公開(kāi)號(hào)為WO201013129的申請(qǐng)中沒(méi)有公開(kāi)的是本申請(qǐng)中公開(kāi)的多個(gè)對(duì)流的進(jìn)一步處理或過(guò)程，其進(jìn)一步改進(jìn)公開(kāi)號(hào)為WO201013129的申請(qǐng)中的步驟和過(guò)程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明公開(kāi)了用于處理木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的方法，包括如下步驟：A)向預(yù)浸泡容器中輸入包含水的液體流和包含木質(zhì)纖維素生物質(zhì)固體的原料流，所述木質(zhì)纖維素生物質(zhì)固體包含纖維素、糖，B)在大于100℃至150℃范圍內(nèi)的溫度下，用所述液體流預(yù)浸泡所述原料流，C)將至少一部分液體流與所述固體分離以產(chǎn)生第一固體產(chǎn)物流和預(yù)浸泡過(guò)的液體產(chǎn)物流，和D)根據(jù)下述方式浸泡所述第一固體流1)在100℃～210℃的溫度范圍內(nèi)，在蒸汽或液態(tài)水或二者混合物中浸泡所述固體產(chǎn)物流1分鐘至24小時(shí)，以產(chǎn)生包含干物質(zhì)和浸泡后液體的第二經(jīng)浸泡的生物質(zhì)；2)將所述浸泡后的液體的至少一部分從所述第二經(jīng)浸泡的生物質(zhì)分離以產(chǎn)生浸泡后的液體流和第二固體流；其中所述第二固體流包含第二經(jīng)浸泡的生物質(zhì)。本申請(qǐng)進(jìn)一步公開(kāi)了：預(yù)浸泡后的液體流中糖的重量相對(duì)于所述原料流中木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的總糖重量小于選自包括5％重量份、2.5％重量份及1％重量份的組的值。本申請(qǐng)還公開(kāi)了：預(yù)浸泡在小于48小時(shí)的時(shí)間內(nèi)完成。本申請(qǐng)進(jìn)一步公開(kāi)了：所述液體流與所述原料流的重量比小于選自包括4:1,6:1,10:1,15:1,及20:l的組的比值。過(guò)濾所述浸泡后液體流的進(jìn)一步的步驟由納米過(guò)濾(nano-filtration)完成。本申請(qǐng)還公開(kāi)了：所述浸泡后液體的至少一部分具有大于7L/h-m2的瞬時(shí)流量，其中所述瞬時(shí)流量是當(dāng)所述浸泡后液體的至少一部分的190L等份的72L通過(guò)螺旋式的納米納米過(guò)濾膜時(shí)的流量，所述納米過(guò)濾膜符合的規(guī)格是，所述膜為復(fù)合在聚酯上的聚酰胺型薄膜，當(dāng)在9巴和25℃在水中有2000ppm的硫酸鎂進(jìn)行測(cè)量時(shí)，所述浸泡后液體的至少一部分具有大于或等于98％的硫酸鎂抑制率并具有64.0～65.0mm的外徑、432mm的長(zhǎng)度和21mm的內(nèi)徑，所述膜具有1.3～1.8m3h的橫流，在1cP和設(shè)計(jì)膜面積為0.7m2的條件下具有0.6巴的最大壓降。本申請(qǐng)進(jìn)一步公開(kāi)了：螺旋式納米過(guò)濾膜符合NF99的2011過(guò)濾器規(guī)格，可從阿法拉伐(瑞典)購(gòu)買(mǎi)，或螺旋式納米過(guò)濾膜是NF99，可從阿法拉伐(瑞典)購(gòu)買(mǎi)，如2011由阿法拉伐提供的。本申請(qǐng)還公開(kāi)了：所述乙酸的至少一部分的分離由納米過(guò)濾完成。本申請(qǐng)進(jìn)一步公開(kāi)了：當(dāng)使用納米過(guò)濾或該流量出現(xiàn)時(shí)，可使用下述方法并結(jié)合多種上述的變化：A)向預(yù)浸泡容器中輸入包含水的液體流及包含木質(zhì)纖維素生物質(zhì)固體的原料流，所述木質(zhì)纖維素生物質(zhì)固體包含纖維素、糖；B)在10℃～150℃的溫度范圍內(nèi)用所述液體流預(yù)浸泡所述原料流；C)將液體流的至少一部分與所述固體分離以產(chǎn)生第一固體產(chǎn)物流及預(yù)浸泡過(guò)的液體產(chǎn)物流；和D)用浸泡步驟處理所述第一固體流，該浸泡步驟包括以下步驟：1)在100℃～210℃的溫度范圍內(nèi)，在蒸汽或液態(tài)水或二者混合物中浸泡所述第一固體流，以產(chǎn)生包含干物質(zhì)和浸泡后液體的第二經(jīng)浸泡的生物質(zhì)；2)將所述浸泡后的液體的至少一部分從所述第二浸泡后的生物質(zhì)分離以產(chǎn)生浸泡后的液體流和第二固體流，所述浸泡后的液體流包含懸浮固體、單糖、寡聚糖、乙酸和糠醛；其中所述第二固體流包含第二經(jīng)浸泡的生物質(zhì)，E)將所述浸泡后的液體的至少一部分與包含單糖、寡聚糖、乙酸及糠醛的所述浸泡后的液體流的懸浮固體分離，F(xiàn))從所述浸泡后液體的所述至少一部分中濾除至少一部分所述乙酸，以產(chǎn)生滲透物和滲余物。本申請(qǐng)進(jìn)一步公開(kāi)了：當(dāng)暴露于真空環(huán)境時(shí)，用步驟B)中所述液體流在10℃～100℃的溫度范圍內(nèi)預(yù)浸泡所述原料流。真空環(huán)境可以小于以毫巴(mbar)計(jì)量的選自下列一組中的絕對(duì)壓強(qiáng)值：950、900、850、800、700、600、500、400、300、250、200、150、100、50、30、20、10、5及0.5毫巴。附圖說(shuō)明圖1有兩個(gè)圖表，分別顯示了現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的方法的實(shí)施方式；圖2顯示了采用和不采用預(yù)浸泡步驟的浸泡后的液體的組分；圖3顯示了采用和不采用預(yù)浸泡步驟的蒸汽爆炸固體的組分；圖4顯示了來(lái)自每個(gè)實(shí)驗(yàn)的浸泡后的液體流的流量，是時(shí)間的函數(shù)；圖5顯示了來(lái)自每個(gè)實(shí)驗(yàn)的浸泡后的液體流的流量，表示成通過(guò)過(guò)濾器的滲透物體積的函數(shù)；圖6顯示了在預(yù)浸泡處理期間木質(zhì)纖維素生物質(zhì)暴露及不暴露于真空環(huán)境的預(yù)浸泡實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較。具體實(shí)施方式本說(shuō)明書(shū)基于下列發(fā)現(xiàn)：第一預(yù)浸泡步驟的最高溫度為木質(zhì)纖維素生物質(zhì)溶解為半纖維素時(shí)的溫度，第一預(yù)浸泡步驟在浸泡預(yù)處理前進(jìn)行，其后可以有也可以沒(méi)有蒸汽爆炸。這個(gè)溫度是高度可變的，并取決于木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的類(lèi)型，在一段時(shí)間中木質(zhì)纖維素生物質(zhì)保持在那個(gè)溫度。公開(kāi)號(hào)為WO201013129的申請(qǐng)公開(kāi)了預(yù)浸泡步驟，但教導(dǎo)了第一預(yù)浸泡步驟的低溫應(yīng)在25至100℃之間。這教導(dǎo)了要避開(kāi)大于100℃的更高溫度。大于100℃的溫度需要壓力容器、特殊的加熱設(shè)備、隔離并增加了工序的費(fèi)用和運(yùn)營(yíng)成本。還發(fā)現(xiàn)，在半纖維素的溶解溫度以下進(jìn)行浸泡后，被濾除的液體的可濾性被大大提高，這可以由延長(zhǎng)的過(guò)濾器壽命來(lái)衡量。高溫下的預(yù)浸泡步驟去除臨界的過(guò)濾器堵塞組分，以使浸泡水解步驟后的液體凈化步驟僅需要一個(gè)單元操作，如一個(gè)過(guò)濾器(例如與一系列的兩個(gè)單元操作(例如超濾后進(jìn)行納米過(guò)濾)對(duì)照的納米過(guò)濾器)。該方法可具有1微米級(jí)或更大的離心分離機(jī)和/或袋式過(guò)濾器，但避免了昂貴的超濾設(shè)備，且沒(méi)有超濾設(shè)備該方法也 可以進(jìn)行。因此，在公開(kāi)號(hào)為WO201013129的申請(qǐng)上的一個(gè)改進(jìn)就是預(yù)浸泡不需在低溫下進(jìn)行，而是可在100℃～150℃的溫度范圍內(nèi)，不包括公開(kāi)號(hào)為WO201013129的申請(qǐng)中的上限100℃。已經(jīng)知道更高的溫度更好地去除污物，特別是抑制來(lái)自浸泡(而不是預(yù)浸泡)步驟的液體納米過(guò)濾的污物。用于該方法的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)可定義如下。首先，除去淀粉，生物質(zhì)中三個(gè)主要成分是纖維素、半纖維素及木質(zhì)素，其通常稱為通用術(shù)語(yǔ)木質(zhì)纖維素。作為通用術(shù)語(yǔ)的包含多糖的生物質(zhì)包括淀粉和木質(zhì)纖維素生物質(zhì)。因此，一些原料流的類(lèi)型可以為生物質(zhì)、包含多糖的生物質(zhì)和木質(zhì)纖維素生物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的含多糖的生物質(zhì)包括任何包含聚合糖(例如，以淀粉及精制淀粉、纖維素及半纖維素形式)的材料。用于獲得要求保護(hù)的發(fā)明的生物質(zhì)的相應(yīng)類(lèi)型可包括來(lái)源于農(nóng)作物并選自如下一組生物質(zhì)，該組包括包含谷物的淀粉、精制淀粉；玉米秸、甘蔗渣、稻草(如來(lái)自稻子)、小麥、黑麥、燕麥、大麥、油菜、高粱；軟木材，如樟子松、輻射松；硬木材，如柳樹(shù)、桉樹(shù)；塊莖，如甜菜根、馬鈴薯；來(lái)自稻子、小麥、黑麥、燕麥、大麥、甜菜、高粱和玉米的谷類(lèi)；廢紙；來(lái)自沼氣處理、糞肥、來(lái)自油棕加工的剩余物、城市固體廢棄物等的纖維組分。盡管實(shí)驗(yàn)僅限于上述列舉出的幾個(gè)例子，相信本發(fā)明適用于所有，因?yàn)槠涮匦灾饕悄举|(zhì)素和表面面積的獨(dú)特特征。用于本方法的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)原料優(yōu)選來(lái)自叫做禾本科。專有名稱為開(kāi)花植物的百合綱(單子葉植物)中的禾本科或穎花科。這個(gè)科的植物通常叫做禾本科，或者，以將它們與其它禾草類(lèi)(真正的草)區(qū)別。也包括竹子。約有600個(gè)種，大約9000～10000或更多的禾本科物種((KewIndexofWorldGrassSpecies).禾本科包括世界各地的主糧谷物和糧食作物、草坪和牧草及竹子。禾本科通常具有叫做莖的空心桿，其在叫做節(jié)點(diǎn)的間隔處為堵塞的(固體)，沿著莖的節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)葉子。草葉通常是交替的、對(duì)生的(在同一平面)或極少螺旋形，且有平行葉脈。每片葉子分為較低的包裹莖一段距離的葉鞘和葉片，葉片的邊緣通常是完整(entire)的。許多禾本科的葉片由硅膠植硅體(silicaphytoliths)硬化，這有助于阻止食草動(dòng)物。一些草(如劍狀葉草)中，這使得草葉的邊緣鋒利得足以切開(kāi)人類(lèi)的皮膚。稱為舌葉的、位于葉鞘和葉片間的連接處的毛發(fā)的膜質(zhì)附屬物或穗，阻止水或昆蟲(chóng)穿透進(jìn)入葉鞘。草葉在葉片的底部而不是從細(xì)長(zhǎng)的莖尖生長(zhǎng)。這個(gè)低的生長(zhǎng)點(diǎn)是適應(yīng)食 草動(dòng)物而逐漸演化成的，并允許草被定期放牧或割下而不嚴(yán)重破壞植物。禾本科植物的花典型地歸為小穗狀花，每個(gè)小穗狀花具有一個(gè)或多個(gè)小花(小穗狀花進(jìn)一步歸至圓錐花序或spikes)。小穗狀花由底部的兩個(gè)(或有時(shí)較少的)苞片(叫做穎片)組成，穎片后伴隨著一個(gè)或多個(gè)小花。小花由被兩片叫做外稃(外部的)和內(nèi)稃(內(nèi)部的)的苞片包圍的花組成。這些花通常是雌雄同體的(雌雄同株的玉米是個(gè)例外)，且授粉通常是風(fēng)媒的?；ū粶p小到兩個(gè)尺度，叫做漿片，展開(kāi)和收縮以伸展外稃和內(nèi)稃；這些通常解釋為改良的花萼。禾本科的果實(shí)為穎果，穎果中種皮與果皮融合并因此與果皮是不可分離的(和玉米粒中的一樣)。有三個(gè)出現(xiàn)在禾本科的生長(zhǎng)習(xí)性的大體分類(lèi)；群型(也叫簇生的)、具匍匐莖的及生地下莖的。該草的成功部分在于它們的形態(tài)和生長(zhǎng)過(guò)程，部分在于其生理多樣性。大多數(shù)禾本科分為兩個(gè)生理群，為了碳固定采用C3和C4光合途徑。C4禾本科具有與專業(yè)的克蘭茲葉解剖聯(lián)系的光合途徑，使他們特別適應(yīng)炎熱的氣候和低二氧化碳大氣。C3禾本科被稱為“冷季草”，而C4禾本科植物被認(rèn)為是“暖季草”。禾本科可以是一年生或多年生。一年生冷季草的例子是小麥、黑麥，早熟禾(一年生早熟禾屬，早熟禾和燕麥)。多年冷季草的例子是野茅(鴨茅，果園草)、牛毛草(羊茅屬)、早熟禾和多年生黑麥草(多年生黑麥草)。一年生暖季草的例子是玉米，蘇丹草和狼尾草。多年生暖季草的例子是大須芒草、假高粱(indiangrass)、百慕大草和柳枝稷。禾本科的一個(gè)分類(lèi)承認(rèn)12個(gè)亞科：這些分支是1)anomochlooideae，包括兩個(gè)屬(Anomochloa，Streptochaeta)的闊葉禾本科的小家系；2)Pharoideae，禾本科的小家系，包括三個(gè)屬：套蛭屬(Pharus)和囊稃竹屬(囊稃竹屬)；3)Puelioideae一個(gè)小家系，其中包括非洲屬Puelia；4)，其中早熟禾亞科，包括小麥，大麥，燕麥，雀麥(Bronnus)和蘆葦草(拂子茅屬-)；5)竹亞科，其中包括竹；6)Ehrhartoi-DEAE，包括大米，和野生稻；7)蘆竹亞科，包括巨蘆葦和普通鋼筘8)亞科，11屬小亞科，有時(shí)包括在黍亞科；9)虎尾草亞科包括雀毛類(lèi)(畫(huà)眉草，約350種，包括埃塞俄比亞畫(huà)眉草)，dropseeds(鼠尾粟，約160種)，龍爪稷(穇子(L.)冰草)，和亂子草(亂子草屬，約175種)；10)黍亞科，包括柳枝稷，玉米，高粱，甘蔗，大多數(shù)谷子，福尼奧米和須芒草。11)Micrairoideae；12)Danthoniodieae包括蒲葦；與早熟禾屬，這是約500種草本植物、原產(chǎn)于兩半球溫帶地區(qū)的屬。為其可食用的種子而栽培的農(nóng)業(yè)草稱為谷物。三種常見(jiàn)谷物是稻子、小麥和玉米(玉米)。所有農(nóng)作物中，70％是禾本科。甘蔗是制糖的主要來(lái)源。禾本科植物用于建筑。由竹子制成的腳手架能夠經(jīng)受會(huì)破壞鋼制腳手架的臺(tái)風(fēng)。較大的竹子和蘆荻具有可以以類(lèi)似木材的方式使用的粗壯的莖，且草根穩(wěn)定草泥墻房屋的草皮。蘆竹用來(lái)做木管樂(lè)器的簧片，且竹子用于不計(jì)其數(shù)的工具。因此，優(yōu)選的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)可從由草和樹(shù)木組成的組中選取。優(yōu)選的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)可從包括屬于松柏類(lèi)、被子植物、禾本科和/或穎花科的植物組中選取。另一個(gè)優(yōu)選的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)也可以是具有至少10％重量份的干物質(zhì)纖維素的生物質(zhì)，或更優(yōu)選地，按重量計(jì)至少5％的干物質(zhì)纖維素。木質(zhì)纖維素生物質(zhì)還包括選自基于葡萄糖、木糖及甘露糖的糖類(lèi)組的糖。來(lái)源于木質(zhì)纖維素生物的物質(zhì)，意味著進(jìn)料流的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)將包含葡聚糖和木聚糖和木質(zhì)素。木質(zhì)纖維素生物質(zhì)原料也可來(lái)自于木本植物。木本植物是用木材作為其結(jié)構(gòu)組織的植物。這些通常是多年生植物，其莖和較大的根由臨近維管組織產(chǎn)生的木材加強(qiáng)。主莖、大枝及這些植物的根通常覆蓋一層增厚的樹(shù)皮。通常，木本植物要么是喬木、要么是灌木、要么是藤本植物。木材是允許木本植物從地上莖年復(fù)一年地生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)調(diào)整單元(structuralcellularadaptation)，這使一些木本植物成為最大和最高的植物。這些植物需要維管系以將水分和養(yǎng)分從根部運(yùn)送到樹(shù)葉(木質(zhì)部)，并將糖類(lèi)從樹(shù)葉運(yùn)送到植物(韌皮部)的其余部分。有兩種木質(zhì)部：在初級(jí)生長(zhǎng)期間從原形成層形成的初生木質(zhì)部和在二次生長(zhǎng)期間從維管形成層形成的次生木質(zhì)部。通常被稱為“木材”的是此類(lèi)植物的次生木質(zhì)部?？梢哉业酱紊举|(zhì)部的兩個(gè)主要的組是：1)松柏類(lèi)(松柏科(Coniferae))：有六百種松柏類(lèi)物種。所有種類(lèi)具有次生木質(zhì)部，整個(gè)組的結(jié)構(gòu)相當(dāng)統(tǒng)一。許多松柏類(lèi)植物成為喬木：這些的喬木的次生木質(zhì)部作為軟木材銷(xiāo)售。2)被子植物(Angiospermae)：有約一百萬(wàn)的四分之一到四十萬(wàn)種被子植物。在這一組中，次生木質(zhì)部尚未在單子葉植物(如禾本科)發(fā)現(xiàn)。許多非單子葉被子植物成為喬木，且其次生木質(zhì)部作為硬木材銷(xiāo)售。術(shù)語(yǔ)軟木材用于描述來(lái)自從屬于裸子植物的喬木的木材。裸子植物是具有不封閉在子房?jī)?nèi)的裸露的種子的植物。這些種子“果實(shí)”被認(rèn)為比硬木更原始。軟木樹(shù)通常是常綠的、球果(bearcone)、及具有針狀或鱗狀葉。它們 包括松柏類(lèi)如松樹(shù)、云杉、冷杉和雪松。松柏類(lèi)的木材硬度不同。術(shù)語(yǔ)硬木用于描述來(lái)自從屬于被子植物的喬木的木材。被子植物是具有封閉在子房?jī)?nèi)的胚珠的植物，為保護(hù)胚珠而封閉。受精時(shí)，這些胚珠發(fā)育成種子。硬木樹(shù)通常是闊葉的；在溫帶和北緯度的寒帶，他們大多是落葉性的，但在熱帶和亞熱帶地區(qū)大多是常綠的。這些葉子可以是簡(jiǎn)單的(單葉片)，或者它們可以是具有小葉附著到葉桿的復(fù)結(jié)構(gòu)。雖然形狀不同，所有硬木樹(shù)葉具有細(xì)小紋理的明顯網(wǎng)絡(luò)。硬木植物包括如山楊，樺樹(shù)，櫻桃樹(shù)，楓樹(shù)，橡樹(shù)和柚木樹(shù)。葡聚糖包括木質(zhì)纖維素生物質(zhì)中的葡萄糖的單體、二聚物、低聚物和聚合物。特別令人感興趣的是，與1,4α-葡聚糖相反，1,4β葡聚糖對(duì)纖維素來(lái)說(shuō)是特有的。存在于經(jīng)預(yù)處理的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)中的1,4β葡聚糖(類(lèi))的量應(yīng)為基于干基的經(jīng)預(yù)處理的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的至少5％重量份，更優(yōu)選為基于干基的經(jīng)預(yù)處理的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的至少10％重量份，且最優(yōu)選為基于干基的經(jīng)預(yù)處理的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的至少15％重量份。木聚糖包括經(jīng)預(yù)處理的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)組分中的木聚糖的單體、二聚物、低聚物及聚合物。而經(jīng)預(yù)處理的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)可以不含淀粉、基本上不含淀粉、或具有0重量百分比的淀粉含量，或者是沒(méi)有淀粉。淀粉(如果存在)可以小于干物質(zhì)的75％重量份。沒(méi)有優(yōu)選的淀粉含量范圍，因?yàn)椴徽J(rèn)為它的存在影響對(duì)葡萄糖的水解作用。淀粉量的范圍(如果存在的話)是干物質(zhì)的0～75％重量份、干物質(zhì)的0～50％重量份、干物質(zhì)的0～25％重量份及干物質(zhì)含量0～30％重量份。由于本發(fā)明是對(duì)葡萄糖的水解，說(shuō)明書(shū)和發(fā)明人相信任何具有1,4β葡聚糖的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)可用作該改進(jìn)的水解方法的原料。用于木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的預(yù)處理可以是任何本領(lǐng)域已知的和那些在將來(lái)發(fā)明的預(yù)處理。用于對(duì)經(jīng)預(yù)處理的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的進(jìn)行預(yù)處理的預(yù)處理過(guò)程是用來(lái)確保木質(zhì)纖維素內(nèi)容物的結(jié)構(gòu)使其更容易接近催化劑(如酶)，及同時(shí)確保有害的抑制性副產(chǎn)物，如乙酸，糠醛和羥甲基糠醛的濃度保持足夠低。目前預(yù)處理策略是使木質(zhì)纖維素材料處于110～250℃之間的溫度下1～60分鐘，例如：熱水提取多級(jí)稀酸水解，其在抑制物質(zhì)形成前除去溶解的材料稀酸水解在相當(dāng)?shù)偷膰?yán)格條件下進(jìn)行堿性濕法氧化蒸汽爆炸幾乎任何預(yù)處理，隨后解毒如果選擇水熱預(yù)處理，下列條件是優(yōu)選的：預(yù)處理溫度：110～250℃，優(yōu)選為20～240℃，更優(yōu)選為130～230℃，更優(yōu)選為140～220℃，更優(yōu)選為150～210℃，更優(yōu)選為160～200℃，更優(yōu)選為170～200℃，或最優(yōu)選為180～200℃。預(yù)處理時(shí)間：1～60分鐘，優(yōu)選為2～55分鐘，更優(yōu)選為3～50分鐘，更優(yōu)選為4～45分鐘，更優(yōu)選為5～40分鐘，更優(yōu)選為5～35分鐘，更優(yōu)選5～30分鐘，更優(yōu)選為5～25分鐘，更優(yōu)選為5～20分鐘，最優(yōu)選為5～15分鐘。預(yù)處理后的干物質(zhì)含量?jī)?yōu)選為至少20％(w/w)?？紤]其它優(yōu)選的生物質(zhì)的量與經(jīng)預(yù)處理的木質(zhì)纖維素原料中的水的量之比的更高限制在比例范圍：1:4～9:1；1.3.9～9:1,1:3.5～9:1,1:3.25～9:1,1:3～9:1,1:2.9～9:1,1:2～9:l,1.15～9:1,1:1～9:1,及1:0.9～9:l內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的含有多糖的生物質(zhì)包括任何包含例如淀粉及精制淀粉形式的聚合糖、纖維素及半纖維素的材料。然而，正如前面所討論的，淀粉不是主要組份。優(yōu)選的預(yù)處理過(guò)程為蒸汽爆炸前進(jìn)行的如下文所述的兩個(gè)步驟：浸泡/提取。優(yōu)選的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)預(yù)處理包括對(duì)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)原料的浸泡和浸泡后的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)原料的至少一部分的蒸汽爆炸。浸泡發(fā)生在諸如蒸汽形態(tài)、蒸汽或液態(tài)或液體和蒸汽共存的物質(zhì)中，如水，以產(chǎn)生產(chǎn)物。該產(chǎn)物是經(jīng)浸泡的生物質(zhì)，該經(jīng)浸泡的生物質(zhì)包含浸泡液，浸泡液通常為處于其液體或蒸汽形態(tài)或混合形態(tài)的水。浸泡可以通過(guò)許多的使物質(zhì)暴露于水中的方法完成，其可以是蒸汽或液體或蒸汽和水的混合物，或更一般的，在高溫和高壓下暴露于水中。溫度應(yīng)在下列范圍之一內(nèi)：145～165℃，120～210℃，140～210℃，150～200℃，155～185℃，160～180℃。盡管時(shí)間可能很長(zhǎng)，例如達(dá)到但不超過(guò)24小時(shí)，或小于16小時(shí)，或小于12小時(shí)，或小于9小時(shí)或小于6小時(shí)；暴露時(shí)間優(yōu)選為相當(dāng)短，從1分鐘到6小時(shí)的范圍，從1分鐘到4小時(shí)的范圍，從1分鐘至3小時(shí)的范圍，從1分鐘至2.5小時(shí)的范圍，更優(yōu)選從5分鐘到1.5小時(shí)的范圍，從5分鐘至1小時(shí)的范圍，從15分鐘到1小時(shí)的范圍。如果使用蒸汽，更容易浸透，但可能會(huì)過(guò)熱。浸泡步驟可以是間歇的或連續(xù)的，帶或不帶攪拌?？梢栽诟邷亟萸笆褂玫蜏亟?。低溫浸泡的溫度在25～90℃的范圍內(nèi)。雖然時(shí)間可能會(huì)很長(zhǎng)，例如達(dá)到但不超過(guò)24小時(shí)，或小于16小時(shí)，或小于12小時(shí)，或小于9小時(shí)或小于6小時(shí)；暴露時(shí)間優(yōu)選為相 當(dāng)短，從1分鐘至6小時(shí)的范圍，從1分鐘到4小時(shí)的范圍，從1分鐘至3小時(shí)的范圍，從1分鐘至2.5小時(shí)的范圍，更優(yōu)選為從5分鐘至1.5小時(shí)的范圍，從5分鐘至1小時(shí)的范圍，從15分鐘到1小時(shí)的范圍?；蛘呓莶襟E還可以包括其它化合物的添加，如H2S04，NH3，以便在該過(guò)程中隨后獲得更高的性能。然后包括浸泡液(或浸泡后的液體)的產(chǎn)物被轉(zhuǎn)至分離步驟，在該分離步驟中浸泡液的至少一部分與經(jīng)浸泡的生物質(zhì)分離。液體不會(huì)完全分離，所以浸泡液的至少一部分被分離，在省時(shí)的方案中優(yōu)選為盡可能多的浸泡液。來(lái)自該分離步驟的液體被稱為浸泡后的液體流，其包括浸泡液。浸泡后的液體將是在浸泡中使用的液體，通常是水和原料中的可溶性物質(zhì)。這些水溶性物質(zhì)是葡聚糖，木聚糖，半乳糖體，阿拉伯聚糖，葡萄糖寡聚物(glucooligomers)，木寡聚糖(xylooligomers)，半乳寡聚物(galactoligomers)和阿拉伯低聚糖(arabinoligomers)。固體生物質(zhì)稱為第一固體流，因?yàn)樗舜蟛糠值?如果不是全部)固體。浸泡后的液體的分離可以再次通過(guò)已知的和可能的一些還未發(fā)明的方法來(lái)完成。優(yōu)選的設(shè)備是壓力機(jī)，因?yàn)閴毫C(jī)會(huì)在高壓下產(chǎn)生液體。然后第一固體流可選擇地進(jìn)行蒸汽爆炸以產(chǎn)生包括固體的蒸汽爆炸流。蒸汽爆炸是生物質(zhì)領(lǐng)域的公知技術(shù)，且認(rèn)為任何目前和將來(lái)可用的方法適用于該步驟。在文獻(xiàn)中已知蒸汽爆炸的劇烈程度為Ro，且是時(shí)間和溫度的函數(shù)，并表示為：Ro＝texp[(T-100)/14.75]溫度(T)以攝氏表示，時(shí)間(t)以分鐘表示。該公式也表示為L(zhǎng)og(Ro)，即：Log(Ro)＝Ln(t)+[(T-100)/14.75].Log(Ro)優(yōu)選為在范圍2.8～5.3、3～5.3、3～5.0及3～4.3內(nèi)。蒸汽爆炸流可選擇地至少用水洗滌，且也可使用其它添加劑。可以想象的是，將來(lái)可能使用另一種液體，因此不認(rèn)為水是絕對(duì)必要的。此時(shí)，水是優(yōu)選的液體。從可選的洗滌液流出的是第三液體流。不認(rèn)為該洗滌步驟是必不可少的，而是可選擇的。然后處理洗滌后的爆炸流以除去洗滌后的爆炸材料中的液體的至少一部分。該分離步驟也是可選的。術(shù)語(yǔ)除去至少一部分是為了提醒，雖然需要除去盡可能多的液體(優(yōu)選通過(guò)加壓)，不見(jiàn)得100％的去除是可能做到的。不管怎樣，并不希望去除100％的水，因?yàn)楹罄m(xù)的水解反應(yīng)需要水。對(duì)于此步驟的優(yōu)選方法是再加壓，但認(rèn)為其它已知的技術(shù)和那些還沒(méi)有發(fā)明的是合 適的。從這個(gè)過(guò)程中分離出的產(chǎn)物為第二固體流中的固體和第二液體流中的液體。本發(fā)明的一個(gè)方面包括在浸泡步驟之前的預(yù)浸泡步驟將木質(zhì)纖維素生物質(zhì)暴露在100℃～150℃之間的溫度范圍，其中“之間”意味著不包括100℃和150℃的溫度。包括105℃和150℃的溫度范圍105℃～150℃也是優(yōu)選的范圍。溫度范圍110℃～150℃也是優(yōu)選的范圍。還可以預(yù)期的是在100℃～145℃之間的溫度范圍。包括105℃和145℃的溫度范圍，105℃～145℃也是優(yōu)選的范圍。在110℃至145℃范圍內(nèi)的溫度也是優(yōu)選范圍。預(yù)浸泡時(shí)間可能會(huì)很長(zhǎng)，例如達(dá)到但優(yōu)選為小于48小時(shí)，或小于24小時(shí)，或小于16小時(shí)，或小于12小時(shí)，或小于9小時(shí)或小于6小時(shí)；暴露時(shí)間優(yōu)選為相當(dāng)短，從1分鐘到6小時(shí)的范圍，從1分鐘到4小時(shí)的范圍，從1分鐘到3小時(shí)的范圍，從1分鐘到2.5小時(shí)的范圍，更優(yōu)選為從5分鐘到1.5小時(shí)的范圍，從5分鐘到1小時(shí)的范圍，從15分鐘到1小時(shí)的范圍。在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)浸泡處理時(shí)處于真空條件。預(yù)浸泡處理在高于10℃且優(yōu)選低于100℃的溫度下進(jìn)行，更優(yōu)選為低于90℃，甚至更優(yōu)選為低于80℃，甚至還更優(yōu)選為低于70℃，最優(yōu)選的溫度低于60℃。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，暴露于真空條件下會(huì)增加在預(yù)浸泡處理期間從木質(zhì)纖維素生物質(zhì)中除去的材料的量。真空條件可發(fā)生在真空暴露時(shí)間內(nèi)，它等于或小于預(yù)浸泡時(shí)間，優(yōu)選為比預(yù)浸泡時(shí)間少，更優(yōu)選小于預(yù)浸泡時(shí)間的90％，甚至更優(yōu)選小于預(yù)浸泡時(shí)間的80％，甚至更優(yōu)選小于預(yù)浸泡時(shí)間的60％，甚至還更優(yōu)選小于預(yù)浸泡時(shí)間的50％，最優(yōu)選的值為小于預(yù)浸泡時(shí)間的40％。在一個(gè)實(shí)施方式中，真空暴露時(shí)間可大于預(yù)浸泡時(shí)間，因?yàn)楸┞犊砂l(fā)生在木質(zhì)纖維素生物質(zhì)在真空條件下的暴露設(shè)置在預(yù)浸漬處理開(kāi)始之前的情況下，或在預(yù)浸漬處理之后木質(zhì)纖維素生物質(zhì)暴露在真空條件下的情況終止的情況下。真空條件低于大氣壓力(其為小于1013.25毫巴的以毫巴(毫巴)計(jì)的絕對(duì)壓力)，并且可以從包括950、900、850、800、700、600、500、400、300、250、200、150、100、50、30、20、10、5、和0.5毫巴的組中選取。預(yù)浸泡步驟在有液體(預(yù)浸泡液)存在下進(jìn)行。浸泡后，該液體優(yōu)選為已除去原料中總糖的5％(重量計(jì))，更優(yōu)選為原料中總糖的2.5％(重量計(jì))，最優(yōu)選為小于原料中總糖的1％(重量計(jì))。該預(yù)浸泡步驟作為生物質(zhì)預(yù)處理步驟的浸泡步驟是有用的。在生物質(zhì)預(yù)處理步驟的浸泡(非預(yù)浸泡)步驟中，已與經(jīng)浸泡的固體分離的浸泡后的液體優(yōu)選為具有減少的過(guò)濾器堵塞成分，以使浸泡后的液體可易進(jìn)行納濾。浸泡后的液體的特性是它應(yīng)有一個(gè)大于7L/h-m2的瞬時(shí)流量，所述瞬時(shí)流量是 當(dāng)浸泡后的液體的至少一部分的190L等份的72L穿過(guò)螺旋式的納米過(guò)濾膜時(shí)的流量，納米過(guò)濾膜符合下述規(guī)格：膜為復(fù)合在聚酯上的聚酰胺型薄膜，當(dāng)在9巴和25℃下在水中有2000ppm的硫酸鎂時(shí)進(jìn)行測(cè)量，具有大于或等于98％的硫酸鎂抑制率并具有64.0～65.0mm的外徑、432mm的長(zhǎng)度和21mm的內(nèi)徑，且所述膜具有1.3～1.8m3h的橫流，在1cP和設(shè)計(jì)膜面積為0.7m2的條件下具有0.6巴的最大壓降。而優(yōu)選為具有大于7的瞬時(shí)流量，根據(jù)所描述的方法，瞬時(shí)流量可以大于選自包括7、8、9、10和15的組中的值。當(dāng)與納米過(guò)濾步驟配合，預(yù)浸泡溫度可以擴(kuò)大到10℃～150℃的范圍，甚至更優(yōu)選為25℃～150℃，甚至更優(yōu)選為25℃～145℃以及25℃～100℃，且25℃～90℃也是優(yōu)選的范圍。實(shí)驗(yàn)描述三個(gè)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比。原料是麥秸和蘆竹。根據(jù)水溶性組分(WS)和非水溶性組分(WIS)，用表1(組分列表)中的獨(dú)特分類(lèi)將組成成分分類(lèi)。表1-組分列表WS組分被分為可溶性糖、已知的可溶性組分和未知的可溶性組分。可溶性糖是指葡萄糖，木糖、葡萄糖寡聚物(glucooligomers)、木寡聚糖(xylooligomers)。已知的可溶性組分是指下列清單上的組分：乙酸，Hydrox-ymethylfurfural(HMF)，糠醛，鹽和灰燼。未知的可溶性組分指所有與糖和已知的可溶性組分不同的可溶性組分。WIS組分被分為不溶性糖、已知的不溶性組分和未知的可溶性組分。不溶性糖指葡聚糖，木聚糖。不溶性組分指不溶性乙?；?。未知的不溶性組分指所有與不溶性糖和已知的不溶性組分不同的不溶性組分。分析測(cè)量根據(jù)下述美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)標(biāo)準(zhǔn)NREL分析法進(jìn)行。生物質(zhì)中的結(jié)構(gòu)性糖類(lèi)和木質(zhì)素的測(cè)定實(shí)驗(yàn)室分析方法(LAP)，發(fā)表日期：2008年4月25日技術(shù)報(bào)告NREL/TP-510-42618，2008年4月修訂生物質(zhì)的提取物的測(cè)定實(shí)驗(yàn)室分析方法(LAP)，發(fā)表日期：2005年7月17日技術(shù)報(bào)告NREL/TP-510-42619，2008年1月組分分析的樣本制備分析實(shí)驗(yàn)室分析方法(LAP)，發(fā)表日期：2005年9月28日技術(shù)報(bào)告NREL/TP-510-42620,2008年1月生物質(zhì)中總固體和液體處理樣本中總?cè)芙夤腆w的測(cè)定實(shí)驗(yàn)室分析方法(LAP)，發(fā)表日期：2008年3月31日技術(shù)報(bào)告NREL/TP-510-42621,2008年1月修訂生物質(zhì)中灰燼的測(cè)定實(shí)驗(yàn)室分析方法(LAP)，發(fā)表日期：2005年7月17日技術(shù)報(bào)告NREL/TP510-42622，2008年1月液體部分處理樣品中糖、副產(chǎn)物和降解產(chǎn)物的測(cè)定實(shí)驗(yàn)室分析方法(LAP)，發(fā)表日期：2006年12月8日技術(shù)報(bào)告NREL/TP510-42623，2008年1月預(yù)處理生物質(zhì)實(shí)驗(yàn)原料中不溶性固體的測(cè)定分析方法，發(fā)表日期：2008年3月21日技術(shù)報(bào)告NREL/TP510-42627，2008年3月實(shí)驗(yàn)1(對(duì)照):23千克以干基計(jì)的麥秸加入連續(xù)反應(yīng)器中并在155℃的溫度下經(jīng)浸泡處理65分鐘。通過(guò)壓力機(jī)將經(jīng)浸泡的混合物在浸泡后的液體中與包含固態(tài)經(jīng)浸泡原料的部分分離。包含有固態(tài)經(jīng)浸泡原料的部分在190℃的溫度下進(jìn)行蒸汽爆炸4分鐘。蒸汽爆炸的產(chǎn)物分成蒸汽爆炸液體和蒸汽爆炸固體。實(shí)驗(yàn)2：22千克以干基計(jì)的麥秸與水以1:3的比例加入連續(xù)反應(yīng)器中，并使之在130℃的溫度下經(jīng)預(yù)浸泡處理30分鐘。預(yù)浸泡后，預(yù)浸泡后的液體與經(jīng)預(yù)浸的原料通過(guò)壓力機(jī)分離。如實(shí)驗(yàn)1中描述的一樣，經(jīng)預(yù)浸的原料進(jìn)行浸泡和蒸汽爆炸。實(shí)驗(yàn)3：22千克以干基計(jì)的麥秸與水以1:16的比例加入間歇式反應(yīng)器，并在65℃的溫度下經(jīng)預(yù)浸泡處理3小時(shí)。預(yù)浸泡過(guò)程中，不斷地?cái)嚢鑴?dòng)合物。預(yù)浸泡后，預(yù)浸泡后的液體與經(jīng)預(yù)浸泡的原料通過(guò)壓力機(jī)分離。如實(shí)驗(yàn)1中描述的一樣，經(jīng)預(yù)浸泡的原料進(jìn)行浸泡和蒸汽爆炸。結(jié)果表2是實(shí)驗(yàn)1的原料(木質(zhì)纖維素生物質(zhì)，例如麥秸)、實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)3的原料、預(yù)浸泡后的液體和經(jīng)預(yù)浸泡的原料的組分。表2中還包含預(yù)浸泡后的液體中與原料重量相關(guān)的糖、其它組分、未知組分和揮發(fā)組分的百分含量。表2還包含在預(yù)浸液中、與原料中糖類(lèi)總量相關(guān)的糖的百分含量。實(shí)驗(yàn)2與實(shí)驗(yàn)3的預(yù)浸泡除去原料總重量的4.5％和11.2％重量份。在實(shí)驗(yàn)2中，在比試驗(yàn)3高的溫度下進(jìn)行，也出現(xiàn)了0.68公斤未知產(chǎn)物的揮發(fā)性組分。實(shí)驗(yàn)2去除包含在原料中的糖的重量的0.3％，包含在原料中的糖的重量的0.6％相對(duì)應(yīng)。實(shí)驗(yàn)3去除包含在原料中的糖的重量的0.5％，與包含在原料中的糖的重量的0.8％相對(duì)應(yīng)。表3包含實(shí)驗(yàn)1至3的浸泡步驟后的浸泡后的液體的組分，包括已知的可溶性組分、未知的可溶組分、不溶性組分、乙酸、單糖和寡聚糖的干基的百分含量。在與已知的可溶組分分開(kāi)的表中插入乙酸。表3-浸泡液組分圖2包含了實(shí)驗(yàn)1～3的浸泡后的液體組分的條形圖。表4包含來(lái)自實(shí)驗(yàn)1～3蒸汽爆炸固體的組分，包括已知的可溶性組分、未知的可溶性組分、單糖和寡聚糖及不溶性糖的干基的百分含量。表4蒸汽爆炸固體組分圖3包含了實(shí)驗(yàn)1～3的蒸汽爆炸后浸泡后的固體組分的條形圖。實(shí)驗(yàn)4：實(shí)驗(yàn)4是為了評(píng)估實(shí)驗(yàn)1～3產(chǎn)生的浸泡后的液體的過(guò)濾性而進(jìn)行的。浸泡液經(jīng)過(guò)開(kāi)始的預(yù)分離步驟通過(guò)離心分離和宏過(guò)濾(macrofiltration)(具有1微米的過(guò)濾尺寸的袋式過(guò)濾器)以除去固體。離心分離是通過(guò)阿法拉伐(AlfaLaval)CLARA80離心機(jī)在8000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速完成的。根據(jù)下面的步驟，預(yù)分離后的液體用阿法拉伐(AlfaLaval)2.5”設(shè)備(膜代碼NF992517/48)納米過(guò)濾。滲透流穩(wěn)定性是在室溫(25℃)和4巴下，通過(guò)用純凈水沖洗檢查的。測(cè)量滲透物的流速。192升浸泡后的液體被輸入進(jìn)料罐中。測(cè)試前，在不加壓情況下沖洗該系統(tǒng)5分鐘，以便除去水。設(shè)置該系統(tǒng)的操作條件(壓力：25～30巴，溫度：30～35℃)。在進(jìn)料罐中回收滲余物流并傾倒?jié)B透物流。該試驗(yàn)進(jìn)行直到進(jìn)料罐中液體的體積減少到初始的浸泡后的液體體積的62.5％，對(duì)應(yīng)于72升滲透物和120升滲余物。收集納米過(guò)濾滲透物和滲余物。圖4包含來(lái)自穿過(guò)納米過(guò)濾系統(tǒng)的預(yù)分離浸泡后的液體的滲透物的瞬時(shí)流量圖，是時(shí)間的函數(shù)。來(lái)自實(shí)驗(yàn)2和3的經(jīng)預(yù)浸泡的原料的浸泡后的液體具有比來(lái)自實(shí)驗(yàn)1的浸泡后的液體高的瞬時(shí)流量，因此過(guò)濾特定容積所需的時(shí)間減少。圖5包含來(lái)自流過(guò)納米過(guò)濾系統(tǒng)的預(yù)分離浸泡后的液體的滲透物的瞬時(shí)流量圖，是產(chǎn)生的滲透物體積的函數(shù)。來(lái)自實(shí)驗(yàn)2和3的經(jīng)預(yù)浸泡的原料的浸泡后的液體具有比來(lái)自實(shí)驗(yàn)1的浸泡后的液體高的瞬時(shí)流量，因此過(guò)濾特定容積所需的時(shí)間減少。這些實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)的是有可能通過(guò)引入預(yù)浸泡在更短的時(shí)間內(nèi)過(guò)濾一定量的液體以獲得更高的流量。因此，復(fù)雜程度和工業(yè)應(yīng)用中需要的過(guò)濾系統(tǒng)的成本大大降低。實(shí)驗(yàn)4：2千克以干基計(jì)的蘆竹與水以1:6加入真空間歇式反應(yīng)器(旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀)，并在50℃的溫度及1巴的壓力下進(jìn)行預(yù)浸泡處理30分鐘。預(yù)浸泡期間，連續(xù)攪動(dòng)混合物。相同量的蘆竹在相同條件下進(jìn)行預(yù)浸泡處理，但暴露于0.25巴的真空。預(yù)浸泡后，通過(guò)壓力機(jī)將預(yù)浸泡后的液體與經(jīng)預(yù)浸泡的原料分離。在這兩種情況下，該預(yù)浸泡后的液體包含可忽略不計(jì)的糖。如圖6中記錄的那樣，在真空預(yù)浸泡的情況下，從原料除去的總組分和提取物的重量百分比在真空預(yù)浸泡情況下大大增加。實(shí)驗(yàn)表明，在預(yù)浸泡處理期間將原料暴露在真空中，改善對(duì)不需要的組分的去除，而不影響糖的去除。