優(yōu)先權(quán)數(shù)據(jù)本國際專利申請(qǐng)要求于2015年12月11日提交的美國專利申請(qǐng)?zhí)?4/966,650、2015年11月13日提交的美國專利申請(qǐng)?zhí)?4/940,390、2015年3月30日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?2/139,881、和2015年3月3日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?2/127,637的優(yōu)先權(quán)，這些專利各自特此通過引用并入本申請(qǐng)。發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總體上涉及用于發(fā)酵富含碳水化合物的作物的方法。發(fā)明背景許多發(fā)酵微生物將碳水化合物轉(zhuǎn)化為乙醇。最廣泛使用的發(fā)酵微生物，啤酒酵母和面包酵母,是釀酒酵母的菌株。乙醇具有作為飲料、運(yùn)輸燃料和其他有機(jī)化合物的前體的顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。發(fā)酵微生物可以將葡萄糖、果糖、麥芽糖(葡萄糖二聚體)和蔗糖(葡萄糖-果糖二聚體)直接轉(zhuǎn)化為乙醇。在此，葡萄糖和果糖的單體和二聚體將被稱為簡單糖，并且將簡單糖轉(zhuǎn)化為乙醇的發(fā)酵微生物將被稱為酵母。酵母在無氧(沒有氧)環(huán)境中將簡單糖發(fā)酵成乙醇。將1摩爾葡萄糖或果糖(或0.5摩爾蔗糖)發(fā)酵成2摩爾乙醇和2摩爾二氧化碳，并釋放出118kj的熱量。這意味著發(fā)酵18％的糖溶液將導(dǎo)致34℃的溫升，這意味著需要冷卻發(fā)酵培養(yǎng)基。發(fā)酵1升18％的糖溶液(1摩爾葡萄糖)也將產(chǎn)生2摩爾的二氧化碳，其具有在20℃和大氣壓下的約48升的體積。典型的酵母在20℃-40℃之間最有效地發(fā)酵，但具有下降至5℃的顯著的發(fā)酵活性(白葡萄酒在7℃-15℃之間發(fā)酵)。酵母細(xì)胞在高于42℃的溫度下逐漸死亡。釀酒酵母對(duì)ph相對(duì)不敏感，并且將在從2.9至7.2的ph范圍內(nèi)發(fā)酵。這在arroyo-lópez，“溫度、ph以及糖濃度對(duì)釀酒酵母、非釀酒酵母及其種間雜種的生長參數(shù)的影響(effectsoftemperature，phandsugarconcentrationonthegrowthparametersofsaccharomycescerevisiae，s.kudriavzeviiandtheirinterspecifichybrid)”，國際食品微生物學(xué)雜志(internationaljournaloffoodmicrobiology)131.2(2009)：120-127(將其特此通過引用結(jié)合在此)中更詳細(xì)地進(jìn)行描述。大多數(shù)釀酒酵母菌株具有約10微米的直徑。具有約5微米的細(xì)胞大小的釀酒酵母菌株是dry，可從美國喬治亞州德盧斯的lallemandbiofuels&distilledspirits公司獲得。它產(chǎn)生最高達(dá)按體積計(jì)20％(按重量計(jì)16％)的乙醇濃度，因此可以通過此酵母發(fā)酵具有最高達(dá)按重量計(jì)32％碳水化合物的富含碳水化合物的作物。這意味著可以在發(fā)酵前將作物脫水，使得所得到的乙醇濃度更高。在簡單糖存在下，酵母細(xì)胞粘附于表面(如薄壁細(xì)胞)。這在verstrepen和klis，“酵母的絮凝、粘附和生物膜形成(flocculation,adhesionandbiofilmformationinyeasts)”，分子微生物學(xué)(molecularmicrobiology)60.1(2006)：5-15(將其特此通過引用結(jié)合在此)中進(jìn)行了描述。釀酒酵母以冷凍干燥的形式出售，并且易于處理。它被歸類為gras(通認(rèn)安全的)，并且通常在日常飲食中消耗-例如，面包是用釀酒酵母酵母制成的。淀粉是葡萄糖的聚合物，并且菊粉是主要是果糖、在一端具有葡萄糖的聚合物。在淀粉和菊粉可以通過酵母轉(zhuǎn)化成乙醇之前，它們必須首先通過對(duì)應(yīng)地淀粉酶和菊粉酶、或通過酸轉(zhuǎn)化成簡單糖。淀粉在酵母是活性的溫度范圍內(nèi)不溶于水，并且在此相同的溫度范圍內(nèi)只有約5％的菊粉可溶。存在可供使用的淀粉酶，這些淀粉酶在酵母有效起作用的溫度范圍內(nèi)有效地將淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖。一個(gè)實(shí)例是來自美國杜邦工業(yè)生物科學(xué)公司(dupontindustrialbiosciences,usa)的002酶制劑。這含有在里氏木霉中表達(dá)的白曲霉α-淀粉酶和來自里氏木霉的葡糖淀粉酶，其協(xié)同作用以將顆粒淀粉底物水解成葡萄糖。內(nèi)活性的α-淀粉酶和外活性的葡糖淀粉酶在各種乙醇發(fā)酵條件下催化了顆粒淀粉的完全水解。存在可供使用的菊粉酶，這些菊粉酶在酵母有效起作用的溫度范圍內(nèi)有效地將菊粉轉(zhuǎn)化成果糖。一個(gè)實(shí)例是可從丹麥諾維信公司(novozymesa/s，denmark)獲得的果糖酶l酶配制品。許多作物在儲(chǔ)存薄壁細(xì)胞內(nèi)含有碳水化合物。這些富含碳水化合物的薄壁細(xì)胞通常在具有80％至90％水的單個(gè)大液泡中具有10％至20％的碳水化合物。這些碳水化合物通常包含簡單糖和多糖。在此，含有大量的富含碳水化合物的薄壁細(xì)胞的這些富含碳水化合物的作物的部分將被稱為富含碳水化合物的薄壁組織。具有富含碳水化合物的薄壁組織的所有作物在薄壁細(xì)胞中含有一定量的簡單糖，并且一些含有大量的多糖。存在兩種類型的具有富含碳水化合物的薄壁組織的作物，禾本科草(禾本科和薯蕷屬)中的單子葉植物(monocotyledon)(單子葉植物((monocot))以及雙子葉植物(dicotyledon)(雙子葉植物(dicot))。它們差別在于薄壁細(xì)胞彼此粘附的方式。單子葉植物通過胞間層中的果膠和半纖維素二者粘附并且雙子葉植物通過胞間層中的果膠粘附。最廣泛種植的在秸稈中具有富含碳水化合物的薄壁組織的作物是甘蔗(sugarcane)(甘蔗(saccharumofficinarum))，甜高粱(雙色高粱)和熱帶玉米雜交種(玉蜀黍)。這些都是禾本科草(禾本科)中的單子葉植物。甘蔗和熱帶玉米雜交種在儲(chǔ)存薄壁細(xì)胞中含有簡單糖，并且甜高粱在儲(chǔ)存薄壁細(xì)胞中含有90％的簡單糖和10％的淀粉。最廣泛種植的在塊莖中具有富含碳水化合物的薄壁組織的作物是馬鈴薯(potato)(馬鈴薯(solanumtuberosum))，甘薯(sweetpotato)(甘薯(ipomoeabatatas))，木薯(木薯)(木薯(manihotesculenta))，山藥(yam)(薯蕷屬(genusdioscorea))和洋姜(菊芋(helianthustuberosus))。土豆、甘薯、木薯和洋姜是雙子葉植物，而山藥是單子葉植物。馬鈴薯、甘薯、木薯和山藥在儲(chǔ)存薄壁細(xì)胞中含有淀粉，并且洋姜在儲(chǔ)存薄壁細(xì)胞中含有菊粉。最廣泛種植的果實(shí)中具有富含碳水化合物的薄壁組織的作物是蘋果、葡萄和橘子。這些都是雙子葉植物，并且在儲(chǔ)存薄壁細(xì)胞中含有葡萄糖和果糖。存在用于發(fā)酵具有富含碳水化合物的薄壁組織的作物的熟知的技術(shù)。通常將秸稈在一系列輥之間粉碎，以通過使薄壁細(xì)胞破裂來提取汁，并且然后將該汁與殘留固體分離并發(fā)酵。通常將甜菜切成約4毫米厚的小薄片(甜菜絲)，并且糖用流動(dòng)的熱水提取，并且然后發(fā)酵。通常將果實(shí)擠壓以提取富含糖的汁，然后將該汁發(fā)酵。淀粉作物通常通過將塊莖加熱到高于糊化溫度并在糊化的淀粉下使用淀粉酶，隨后發(fā)酵葡萄糖轉(zhuǎn)化成乙醇。富含菊粉的作物通常通過以下方式發(fā)酵：加熱直到菊粉溶解、提取汁、用酸水解轉(zhuǎn)化成果糖并且然后發(fā)酵果糖。所有這些技術(shù)都是相當(dāng)資本密集的。富含碳水化合物的薄壁組織中的儲(chǔ)存薄壁細(xì)胞是薄壁多角細(xì)胞。甜菜薄壁細(xì)胞具有約100微米的直徑，其中壁厚為約2微米。秸稈中的薄壁細(xì)胞為約360微米長并且直徑為60微米，其中壁厚為約2微米。儲(chǔ)存薄壁組織的特征在gibson的“植物材料的層次結(jié)構(gòu)和力學(xué)(thehierarchicalstructureandmechanicsofplantmaterials)”，皇家學(xué)會(huì)界面(journaloftheroyalsocietyinterface)9.76(2012)：2749-2766(將其特此通過引用結(jié)合在此)中更詳細(xì)地進(jìn)行描述。薄壁細(xì)胞緊密堆積在一起，但由于堆積不完美，它們之間存在小的間隙。這些間隙被稱為質(zhì)外體或胞間隙。這些間隙相互連接，并且水可通過這些間隙流過薄壁組織。在steudle的“在植物中的水運(yùn)：質(zhì)外體的作用(watertransportinplants:roleoftheapoplast)”，植物和土壤(plantandsoil)187.1(1996)：67-79(將其特此通過引用結(jié)合在此)中有關(guān)于水流過質(zhì)外體的更多細(xì)節(jié)。水在軸向方向(上/下)上流過甜菜薄壁組織中的質(zhì)外體但通過在根部的凱氏帶在徑向方向(入/出)上受到限制。這在amodeo的“甜菜儲(chǔ)存根中的徑向和軸向水運(yùn)輸(radialandaxialwatertransportinthesugarbeetstorageroot)”，實(shí)驗(yàn)植物學(xué)雜志(journalofexperimentalbotany)50.333(1999)：509-516(將其特此通過引用結(jié)合在此)中更詳細(xì)地進(jìn)行描述。類似地，水在軸向方向上流過富含碳水化合物的秸稈的薄壁組織中的質(zhì)外體，但受到節(jié)間長度(秸稈的連續(xù)部分)的限制。水不會(huì)在徑向上流動(dòng)，因?yàn)榻斩挼耐獠渴遣煌杆?。大多?shù)富含碳水化合物的秸稈的節(jié)間長度是在100mm與300mm之間。甘蔗的質(zhì)外體(胞間隙)對(duì)于被各種細(xì)菌定殖是足夠大的。這在dong的“甘蔗莖的固氮內(nèi)生菌(對(duì)于質(zhì)外體的新作用)”，植物生理學(xué)(plantphysiology)105.4(1994)：1139-1147和tejera的“甘蔗莖的非原質(zhì)體液中的氮化合物：與內(nèi)生菌相關(guān)的一些影響(nitrogencompoundsintheapoplasticsapofsugarcanestem:someimplicationsintheassociationwithendophytes)”，植物生理學(xué)雜志(journalofplantphysiology)163.1(2006)：80-85中更詳細(xì)地描述，兩者都特此通過引用結(jié)合在此。類似地，其他物種的富含碳水化合物的薄壁組織的質(zhì)外體對(duì)于被細(xì)菌定殖是足夠大的。有可能通過使用真空灌注(infusion)(也稱為真空浸漬)填充富含碳水化合物的薄壁組織的質(zhì)外體。這涉及用液體包圍薄壁組織，施加真空，等待液體和氣體從薄壁組織排出，釋放真空并等待液體填充質(zhì)外體。這在gras的“一些蔬菜對(duì)真空浸漬的響應(yīng)(theresponseofsomevegetablestovacuumimpregnation)”，創(chuàng)新食品科學(xué)和新興技術(shù)(innovativefoodscience&emergingtechnologies)3.3(2002)：263-269(將其特此通過引用結(jié)合在此)中更詳細(xì)地進(jìn)行描述。富含碳水化合物的薄壁組織經(jīng)常含有最高達(dá)20％(按質(zhì)量計(jì))的碳水化合物。薄壁細(xì)胞壁為薄壁細(xì)胞提供了強(qiáng)度，并且細(xì)胞膜保持細(xì)胞內(nèi)容物不會(huì)從細(xì)胞中泄漏出來。細(xì)胞壁可滲透蔗糖和其他簡單糖。細(xì)胞膜可以通過加熱(通常高于70℃)變性，這增加了簡單糖通過細(xì)胞膜的擴(kuò)散系數(shù)。這是通常用于從甜菜提取蔗糖的技術(shù)-細(xì)胞膜通過加熱變性，并且然后蔗糖從甜菜中擴(kuò)散出來進(jìn)入熱水中。蔗糖通過變性的甜菜組織的擴(kuò)散系數(shù)是比通過非變性的甜菜組織高約5倍，這在bessadok-jemaiet等人的“基于電導(dǎo)率測(cè)量模擬從甜菜顆粒的溶質(zhì)擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)(modelingthekineticofsolutediffusionfromsugarbeetparticlesbasedonelectricconductivitymeasurements)”，國際物理科學(xué)雜志(internationaljournalofphysicalsciences)6.28(2011)：6464-6468(將其特此通過引用結(jié)合在此)中更詳細(xì)地描述。薄壁細(xì)胞可通過或者熱量或酶浸軟(彼此分離)。當(dāng)薄壁細(xì)胞被浸軟時(shí)，細(xì)胞膜也被破壞，從機(jī)械作用和從細(xì)胞壁釋放的酶二者。這導(dǎo)致液泡的內(nèi)容物從薄壁細(xì)胞中泄漏出，并導(dǎo)致酶更容易擴(kuò)散到液泡中。這也提供了一種浸解作用，其中薄壁細(xì)胞中的水可以通過擠壓或蒸發(fā)更容易地去除。果膠裂解酶、果膠酸裂解酶和多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturanase)的任何組合浸軟雙子葉植物中的薄壁細(xì)胞，而果膠裂解酶和木聚糖酶浸軟單子葉植物中的薄壁細(xì)胞。這在ishii的“用于分離原生質(zhì)體的酶(enzymesfortheisolationofprotoplasts)”，植物原生質(zhì)體和基因工程i(plantprotoplastsandgeneticengineeringi)，施普林格柏林海德爾堡(springerberlinheidelberg)，1989,23-33(將其特此通過引用結(jié)合在此)中進(jìn)行描述。當(dāng)果膠酸裂解酶和多聚半乳糖醛酸酶降解果膠時(shí)，它們也產(chǎn)生甲醇，當(dāng)生產(chǎn)乙醇時(shí)，甲醇經(jīng)常是不希望的產(chǎn)物。果膠裂解酶降解果膠而不產(chǎn)生甲醇作為副產(chǎn)物，并且木聚糖酶不產(chǎn)生任何醇。存在可供使用的果膠裂解酶，這些果膠裂解酶在與酵母相同的ph和溫度范圍內(nèi)起作用，特別是來自黑曲霉的果膠裂解酶，其中最適ph為5.5并且最適溫度為35℃。這在yadavet等人的“果膠裂解酶：綜述(pectinlyase:areview)”，加工生物化學(xué)(processbiochemistry)44.1(2009)：1-10(將其特此通過引用結(jié)合在此)中進(jìn)行描述。在酵母的相同ph和溫度范圍內(nèi)起作用的果膠裂解酶的一個(gè)實(shí)例是“ultracolor”酶配制品，其可從丹麥諾維信公司獲得。當(dāng)發(fā)酵時(shí)，酵母產(chǎn)生大量的二氧化碳(co2)。通過將co2溶解在水中形成碳酸。當(dāng)發(fā)酵時(shí)，co2的分壓為100kpa(1atm)，并且此溶液的ph為約3.92。酵母在此ph下良好發(fā)酵，來自黑曲霉的果膠裂解酶酶(例如pectinexultracolor)在此ph下具有顯著的活性，顆粒淀粉水解酶(例如stargen)在此ph下具有顯著的活性，并且菊粉酶酶(例如果糖酶l)在此ph下具有顯著的活性。類似地，所有這些酶在酵母的溫度范圍內(nèi)(25℃至40℃)具有顯著的活性。甜菜的收獲溫度可能相當(dāng)冷，經(jīng)常低于10℃，并且甘蔗、甜高粱和熱帶玉米雜交種的收獲溫度可以低于20℃。然而，通過富含碳水化合物的薄壁組織的質(zhì)外體中的簡單糖發(fā)酵釋放的熱量將迅速將該組織的溫度升高到其中酶具有顯著活性的溫度范圍。發(fā)酵速率嚴(yán)重地受到酵母細(xì)胞濃度的影響。在巴西，典型工廠的甘蔗發(fā)酵可能耗費(fèi)6至10之間個(gè)小時(shí)，但這需要高濃度(10％w/w)的酵母和酵母細(xì)胞回收。這在basso的“巴西的乙醇生產(chǎn)：工業(yè)過程及其對(duì)酵母發(fā)酵的影響(ethanolproductioninbrazil:theindustrialprocessanditsimpactonyeastfermentation)”，銀特開架閱覽出版社(intechopenaccesspublisher)，2011(將其特此通過引用結(jié)合在此)中更詳細(xì)地描述。葡萄酒或啤酒發(fā)酵(用較低的酵母濃度)可能需要一周時(shí)間。目前用于將糖發(fā)酵成乙醇的技術(shù)的一個(gè)重要問題是細(xì)菌污染，特別是乳酸桿菌的污染。不希望受任何特定理論的束縛，據(jù)信湍流混合在整個(gè)發(fā)酵培養(yǎng)基中傳播細(xì)菌，并且由于污染細(xì)菌可能超過酵母，因此存在顯著的污染。沒有混合下，并且沒有糖濃度梯度(由富含碳水化合物的薄壁組織中均勻分布酵母引起)下，任何可能的細(xì)菌污染仍然是局部的，并且不能遍及整個(gè)生物質(zhì)體積超過酵母。這在kundiyana等人的“溫度、ph以及酵母對(duì)從未殺菌的甜高粱汁現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)乙醇的影響(influenceoftemperature，phandyeastonin-fieldproductionofethanolfromunsterilizedsweetsorghumjuice)”，生物質(zhì)與生物能源(biomassandbioenergy)34.10(2010)：1481-1486(將其特此通過引用結(jié)合在此)中進(jìn)行描述。因?yàn)楸”诩?xì)胞如此小，所以耗費(fèi)大量的能量粉碎它們，或用熱水從它們中提取糖。從秸稈生產(chǎn)糖的資本和運(yùn)營成本的幾乎35％是由于粉碎的成本。類似地，由甜菜生產(chǎn)糖的大部分成本是由于熱水提取的成本。粉碎甘蔗的經(jīng)濟(jì)學(xué)在gbaboa的“切蔗機(jī)/榨汁機(jī)和輥型甘蔗汁提取系統(tǒng)的比較研究(comparativestudyoncanecutter/juiceexpellerandrollermodelsugarcanejuiceextractionsystems)”，國際當(dāng)前科學(xué)雜志(intjcurrsci)2013,7：e55-60(將其特此通過引用結(jié)合在此)中更詳細(xì)地描述。如果可以消除對(duì)粉碎或熱水提取的需要，則可以降低提取糖的成本。甜菜的本體密度為約769kg/m3，并且甘蔗、甜高粱和熱帶玉米雜交種(即秸稈)的坯料(切片)的本體密度為約350kg/m3。如果糖含量為約18％，則這導(dǎo)致每立方米甜萊138kg糖的糖密度，并且每立方米甘蔗、甜高粱和熱帶玉米雜交種為63kg糖的糖密度。由于運(yùn)輸成本主要是體積(并且不是重量)的函數(shù)，并且由于作物經(jīng)常距離其被加工的地方顯著距離收割，所以以如此低的密度運(yùn)輸糖是相當(dāng)昂貴的，因?yàn)橹挥?％至10％的卡車體積被糖占據(jù)。希望的是通過在(或接近)這些作物的收割地點(diǎn)制造乙醇(降低運(yùn)輸成本)來降低從富含碳水化合物的作物制造乙醇的成本。富含碳水化合物的薄壁組織中的薄壁細(xì)胞是活組織，并且因此在收割后呼吸(respire)(呼吸(breathe))。呼吸涉及將薄壁細(xì)胞中的氧和糖轉(zhuǎn)化為二氧化碳和能量以維持細(xì)胞。在收割甜菜后，通過呼吸消耗約200克糖/天/公噸甜菜，并且收割后的前5天中，通過呼吸消耗約600克至1500克糖/天/公噸甜菜。如果甜菜是按重量計(jì)約18％糖，則一公噸甜菜中存在約180kg糖，導(dǎo)致在前5天中的每天0.3％至0.8％之間的糖損失和在隨后的日子里的每天0.1％的糖的損失。鑒于甜菜可以在加工前儲(chǔ)存100天，它們可能由于呼吸而損失其糖含量的最高10％。甘蔗、甜高粱和熱帶玉米在被儲(chǔ)存時(shí)失去相似量的糖。本領(lǐng)域?qū)νㄟ^比目前的方法更快速地將碳水化合物轉(zhuǎn)化成乙醇來減少呼吸中的糖損失存在需求。一旦將作物中的碳水化合物轉(zhuǎn)化為乙醇，它們可以長時(shí)間儲(chǔ)存，允許全年連續(xù)去除乙醇。希望的是通過全年，而不僅在收割季節(jié)期間使用這種設(shè)備，更有效地利用投資于輥提取、乙醇汽提和蒸餾的資本。如果將甜菜在無氧(沒有氧)條件下儲(chǔ)存，微生物會(huì)定殖甜菜，并且21天后將使這些甜菜中的所有糖完全發(fā)酵，主要發(fā)酵成乳酸和乙酸。由于甜菜的外層經(jīng)常通過收割而磨損和損壞，所以微生物可以更容易地滲透甜菜的外層，導(dǎo)致由于發(fā)酵成乳酸和乙酸的糖損失。類似地，甘蔗、甜高粱和熱帶玉米雜交種更容易受到穿透髓的微生物影響，因?yàn)樵谑崭钇陂g甘蔗已經(jīng)被切開成坯料。從富含碳水化合物的作物生產(chǎn)乙醇的大部分資本成本和運(yùn)營成本是加熱原料的成本。通過使用自發(fā)酵釋放的能量的自身加熱可以降低(或消除)這些成本。用于從富含碳水化合物的作物生產(chǎn)乙醇的一些技術(shù)需要在壓力容器內(nèi)進(jìn)行預(yù)處理或發(fā)酵。因?yàn)閴毫θ萜骶哂斜ǖ奈ｋU(xiǎn)并且比非加壓容器需要更大的強(qiáng)度，因此不需要壓力容器將是有益的。從富含碳水化合物的作物生產(chǎn)乙醇的另一個(gè)重大資本成本和運(yùn)營成本是冷卻發(fā)酵反應(yīng)器的成本。將希望的是使用低成本的被動(dòng)冷卻，例如在金屬壁罐上吹送空氣或?qū)⒗涠趸細(xì)怏w循環(huán)通過作物。發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種用于從富含碳水化合物的植物薄壁組織生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)物的方法，該方法包括以下步驟：(a)提供在作物溫度下的富含碳水化合物的植物薄壁組織；(b)將所述富含碳水化合物的植物薄壁組織與在試劑溫度下的含有發(fā)酵微生物的水性試劑溶液組合；(c)或者在步驟(b)之前或步驟(b)之后將所述富含碳水化合物的植物薄壁組織暴露于氣相制備壓力持續(xù)制備時(shí)間，其中所述氣相制備壓力小于大氣壓；(d)將所述富含碳水化合物的植物薄壁組織暴露于氣相灌注壓力持續(xù)灌注時(shí)間，其中所述氣相灌注壓力大于所述氣相制備壓力；并且(e)保持氣相發(fā)酵壓力持續(xù)發(fā)酵時(shí)間以在所述富含碳水化合物的植物薄壁組織內(nèi)產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物，其中所述氣相發(fā)酵壓力大于所述氣相制備壓力，并且其中至少25％所述發(fā)酵產(chǎn)物的質(zhì)量是乙醇。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述富含碳水化合物的植物薄壁組織選自下組，該組由以下各項(xiàng)組成：甘蔗秸稈、甜高粱秸稈、熱帶玉米雜交種秸稈、甜菜塊莖、蘋果、葡萄和橙子。在一些實(shí)施例中，所述富含碳水化合物的植物薄壁組織選自下組，該組由以下各項(xiàng)組成：馬鈴薯塊莖、甘薯塊莖、木薯塊莖、山藥塊莖和洋姜塊莖。在一些實(shí)施例中，所述水性試劑溶液含有果膠酶。在一些實(shí)施例中，所述該水性試劑溶液含有木聚糖酶。在一些實(shí)施例中，所述水性試劑溶液含有淀粉酶。在一些實(shí)施例中，所述水性試劑溶液含有菊粉酶。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述作物溫度為從約5℃至約40℃。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述氣相制備壓力為在作物溫度和試劑溫度更高者下的水平衡壓力的從約105％至約200％。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述制備時(shí)間為從約1分鐘至約1小時(shí)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述發(fā)酵微生物是釀酒酵母。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述試劑溫度為從約20℃至約40℃。在優(yōu)選的實(shí)施例中，將所述水性試劑溶液均化。在一些實(shí)施例中，該方法還包括使用在約0.15w/kg至約50w/kg范圍內(nèi)的湍流能量混合所述水性試劑溶液。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述灌注時(shí)間為從約1分鐘至約1小時(shí)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述發(fā)酵時(shí)間為從約6小時(shí)至約7天。在優(yōu)選實(shí)施例中，所述發(fā)酵壓力為大氣壓。在一些實(shí)施例中，該方法還包括將所述富含碳水化合物的植物薄壁組織保持在無氧環(huán)境中持續(xù)發(fā)酵時(shí)間完成后的作物保存時(shí)間。在優(yōu)選的實(shí)施例中，該方法還包括通過真空汽提回收所述發(fā)酵產(chǎn)物。在一些實(shí)施例中，該方法還包括通過粉碎回收所述發(fā)酵產(chǎn)物。在一些實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括或者在步驟(e)之前或步驟(e)之后排出該水性試劑溶液。附圖簡要說明圖1是在本發(fā)明的實(shí)施例和實(shí)例中使用的實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖。本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)說明本發(fā)明的方法、過程和系統(tǒng)將通過參考不同非限制性的實(shí)施例和一個(gè)或多個(gè)附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。本說明將使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明，并且本說明描述了本發(fā)明的若干實(shí)施例、修改、變體、替代方案、以及用途。在結(jié)合附圖參考本發(fā)明的以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其他實(shí)施例、特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將變得更清楚。如在本說明書和所附的權(quán)利要求書中所使用的，除非上下文另外清楚地指明，否則單數(shù)形式“一個(gè)/一種(a/an)”以及“該(the)”包括復(fù)數(shù)指示物。除非另外定義，否則在此使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常所理解的相同的含義。除非另外指明，本說明書和權(quán)利要求書中使用的表達(dá)參數(shù)、條件、結(jié)果等等的所有數(shù)值應(yīng)被理解為在所有情況中被術(shù)語“約”修飾。因此，除非相反地指明，在以下說明書和所附權(quán)利要求書中闡述的數(shù)值是近似值，這些近似值可以根據(jù)具體算法和計(jì)算而不同。與“包括(including)”、“含有(containing)”、或“特征為”同義的術(shù)語“包含(comprising)”是包容性的或開放性的并且不排除附加的、未列舉的要素或方法步驟?！鞍笔窃跈?quán)利要求語言中使用的專門術(shù)語，它是指指定的權(quán)利要求要素是必需的，但是其他權(quán)利要求要素可以添加并且仍構(gòu)成在該權(quán)利要求范圍內(nèi)的概念。如在此所使用，短語“由……組成”不包括未在權(quán)利要求書中指明的任何要素、步驟或成分。當(dāng)短語“由……組成”(或其變型)出現(xiàn)在一個(gè)權(quán)利要求的主體的條款中，而不是立即跟在前言之后時(shí)，它只限制該條款中闡述的要素；其他要素作為整體未被排除在該權(quán)利要求之外。如在此所使用，短語“主要由……組成”將權(quán)利要求的范圍限制于指定的要素或方法步驟，加上不實(shí)質(zhì)地影響所要求保護(hù)的主題的基礎(chǔ)和一個(gè)或多個(gè)新穎特征的那些。關(guān)于術(shù)語“包含”、“由……組成”以及“主要由……組成”，當(dāng)在此使用這三個(gè)術(shù)語之一時(shí)，目前披露的且要求保護(hù)的主題可以包括使用其他兩個(gè)術(shù)語中的任何一個(gè)。因而，在一些未另外明確陳述的實(shí)施例中，“包含”的任何實(shí)例可以替換成“由……組成”，或可替代地替換成“主要由……組成”。在此所述的實(shí)施例均不應(yīng)受到關(guān)于反應(yīng)機(jī)理、傳質(zhì)機(jī)理的任何理論或推測(cè)或原料或產(chǎn)品說明的限制。本發(fā)明的前提是以下問題的技術(shù)解決方案：由于有效地粉碎或以擴(kuò)散到熱水中提取所需的大量的能量和資本，從富含碳水化合物的植物薄壁組織生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)物是昂貴的。本發(fā)明使用在真空下將發(fā)酵試劑灌注入富含碳水化合物的植物薄壁組織的質(zhì)外體的替代方法，允許發(fā)酵并且然后使用低成本技術(shù)如真空汽提來分離所得的乙醇溶液。在此的實(shí)例中證明了本發(fā)明的原理。本發(fā)明的前提還是以下問題的技術(shù)解決方案：在收割后并且在加工或消耗之前的富含淀粉和富含菊粉的作物的降解。本發(fā)明使用在真空下將發(fā)酵微生物灌注入薄壁組織的質(zhì)外體的方法來將簡單糖發(fā)酵成乙醇，從而剝奪定植和消耗淀粉或菊粉所需的其他微生物的簡單糖。這導(dǎo)致典型的0.1％的富含碳水化合物的組織的質(zhì)量損失和保護(hù)淀粉或菊粉免于降解的益處。一旦簡單糖被發(fā)酵，可以降解這些薄壁組織的唯一微生物是在果膠上生長的真菌，在乙醇上生長的微生物和在淀粉或菊粉上生長的微生物。在果膠上生長的大多數(shù)真菌是需氧的，因此保持環(huán)境無氧防止這些真菌定殖于薄壁組織。在果膠上生長的厭氧真菌、尤其是米根霉也需要葡萄糖在果膠上生長，因此保持環(huán)境不含葡萄糖以及無氧防止這些真菌定殖于薄壁組織。在乙醇上生長的微生物、尤其是醋桿菌也是需氧的，因此保持環(huán)境無氧防止這些微生物將乙醇轉(zhuǎn)化為乙酸。在淀粉上生長的微生物、尤其是枯草芽孢桿菌需要進(jìn)入薄壁組織內(nèi)的淀粉顆粒。不希望受任何特定理論的束縛，據(jù)信去除質(zhì)外體中和薄壁細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖引起微生物像枯草芽孢桿菌不具有在薄壁組織內(nèi)運(yùn)動(dòng)的足夠的能量。酵母在發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生大量的二氧化碳，并將酵母灌注入富含碳水化合物的植物薄壁組織中在發(fā)酵期間在該組織的外部上形成泡沫并通過該組織內(nèi)的氣泡形成的作用從該組織排出液體。出人意料地，酵母不會(huì)被這些氣泡排出，并且酵母可以繼續(xù)發(fā)酵直到所有簡單糖被發(fā)酵。不希望受任何特定理論的束縛，據(jù)信在葡萄糖存在下，酵母細(xì)胞對(duì)薄壁細(xì)胞的粘附性比用于將酵母從薄壁組織中排出的二氧化碳?xì)馀莸牧Ω鼜?qiáng)。本發(fā)明的前提還在于以下事實(shí)：簡單糖通過富含碳水化合物的作物的薄壁細(xì)胞的細(xì)胞膜的擴(kuò)散速率足以使得質(zhì)外體內(nèi)的發(fā)酵微生物以高速率發(fā)酵在這些薄壁細(xì)胞內(nèi)的簡單糖。然后乙醇擴(kuò)散到薄壁細(xì)胞中。在一些變體中，薄壁細(xì)胞壁不降解，保持作物的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，這使得能夠使用低成本真空汽提。在其他變體中，果膠酶降解薄壁細(xì)胞壁，提高發(fā)酵速率，并減少去除乙醇后對(duì)組織脫水所需的能量。在一些變體中，本發(fā)明提供了一種用于從富含碳水化合物的植物薄壁組織生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)物的方法，該方法包括以下步驟：(a)提供在作物溫度下的富含碳水化合物的植物薄壁組織；(b)將所述富含碳水化合物的植物薄壁組織與在試劑溫度下的含有發(fā)酵微生物的水性試劑溶液組合；(c)或者在步驟(b)之前或步驟(b)之后將所述富含碳水化合物的植物薄壁組織暴露于氣相制備壓力持續(xù)制備時(shí)間，其中所述氣相制備壓力小于大氣壓；(d)將所述富含碳水化合物的植物薄壁組織暴露于氣相灌注壓力持續(xù)灌注時(shí)間，其中所述氣相灌注壓力大于所述氣相制備壓力；并且(e)保持氣相發(fā)酵壓力持續(xù)發(fā)酵時(shí)間以在所述富含碳水化合物的植物薄壁組織內(nèi)產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物，其中所述氣相發(fā)酵壓力大于所述氣相制備壓力，并且其中至少25％所述發(fā)酵產(chǎn)物的質(zhì)量是乙醇。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可以在將所述富含碳水化合物的植物薄壁組織與水性試劑溶液組合之前亦或之后施加所述氣相制備壓力。gras描述了在施加真空之前進(jìn)行組合，并且下面的實(shí)例描述了在施加真空之后組合。如gras所描述的，在施加真空之前進(jìn)行組合具有更快的抽空時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檩^少的體積需要被抽空。然而，它具有在較大的容器的底部具有更高的靜水壓的缺點(diǎn)。對(duì)于只有1米深的容器，這個(gè)缺點(diǎn)并不重要，但是對(duì)于更深的容器，這個(gè)缺點(diǎn)可能是重要的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到存在生產(chǎn)乙醇的各種發(fā)酵微生物，并且這些發(fā)酵微生物在葡萄糖存在下粘附于表面。真空灌注可以用適度強(qiáng)度的容器完成，該容器被用塊莖或秸稈填充到頂部并且在頂部具有橡膠囊-當(dāng)施加真空時(shí)，作物本身的強(qiáng)度支持該容器外部上的100kpa的大氣壓。這導(dǎo)致非常低成本的真空灌注容器，并且將空氣抽出該真空灌注容器的能量成本也相當(dāng)?shù)?。在一些?shí)施例中，該真空灌注容器可以是例如從田地帶來作物的卡車，具有頂部上插入的橡膠囊。一旦灌注了水性試劑溶液，可將作物轉(zhuǎn)移到甚至更低成本的發(fā)酵容器中。這種更低成本的發(fā)酵容器不需要是氣密的，剛緊密到足以保持通過發(fā)酵產(chǎn)生的二氧化碳以保持發(fā)酵無氧，從而防止醋酸桿菌細(xì)菌對(duì)乙醇的降解。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述富含碳水化合物的植物薄壁組織選自下組，該組由以下各項(xiàng)組成：甘蔗秸稈、甜高粱秸稈，熱帶玉米雜交種秸稈、甜菜塊莖、蘋果、葡萄和橙子。這些都主要在薄壁組織中含有簡單糖，并且可以用酵母發(fā)酵，而不需要灌注果膠酶。任選地，果膠酶加速發(fā)酵，盡管以復(fù)雜性和酶的額外成本為代價(jià)。在一些實(shí)施例中，所述富含碳水化合物的植物薄壁組織選自下組，該組由以下各項(xiàng)組成：馬鈴薯塊莖、甘薯塊莖、木薯塊莖、山藥塊莖和洋姜塊莖。這些作物含有按重量計(jì)在0.01％至2％之間的少量的簡單糖，并且剩余的碳水化合物作為多糖。為了保存這些作物，灌注酵母會(huì)將少量的簡單糖轉(zhuǎn)化成乙醇。為了將這些作物中的多糖轉(zhuǎn)化為乙醇，需要另外灌注果膠酶和淀粉酶或菊粉酶。在一些實(shí)施例中，所述水性試劑溶液含有果膠酶。在一些實(shí)施例中，所述水性試劑溶液含有木聚糖酶。在一些實(shí)施例中，所述水性試劑溶液含有淀粉酶。在一些實(shí)施例中，所述水性試劑溶液含有菊粉酶。優(yōu)選的果膠酶是在需要最少生產(chǎn)甲醇作為副產(chǎn)物的實(shí)施例中的果膠裂解酶。需要果膠酶和木聚糖酶的組合以便分解雙子葉植物中的薄壁細(xì)胞壁。在優(yōu)選的實(shí)施例中，作物溫度為從約5℃至約40℃。需要這個(gè)溫度范圍，因?yàn)榘l(fā)酵微生物在這個(gè)范圍內(nèi)是活性的。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述氣相制備壓力為在所述作物溫度和所述試劑溫度更高者下的水平衡壓力的從約105％至約200％。壓力需要盡可能低，同時(shí)還防止作物或試劑沸騰。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述制備時(shí)間為從約1分鐘至約1小時(shí)。有些作物耗費(fèi)比其他作物更長的時(shí)間來從質(zhì)外體排空氣體，特別是甘蔗和甜高粱。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述發(fā)酵微生物是釀酒酵母。所述微生物具有任何發(fā)酵微生物的最高的乙醇耐受性，并且許多雜交種可供使用。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述試劑溫度為從約20℃至約40℃。發(fā)酵微生物在這個(gè)溫度范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展。試劑溫度應(yīng)足夠低，這樣水性試劑溶液中的水不會(huì)在制備壓力下沸騰，其中沸騰引起以大氣泡快速釋放蒸氣。由于水通常是水性試劑溶液的主要成分，因此可以使用水平衡數(shù)據(jù)來確定在給定制備壓力下的試劑溫度，反之亦然。例如，如果試劑溫度為約38℃，則制備壓力應(yīng)大于約7kpa。在優(yōu)選的實(shí)施例中，將所述水性試劑溶液均化。在一些實(shí)施例中，該方法還包括使用在約0.15w/kg至約50w/kg范圍內(nèi)的湍流能量混合該水性試劑溶液。使用足夠的湍流能量，這樣使得kolmogorov長度尺度在小于質(zhì)外體自由長度(例如約10微米)的等級(jí)上。使用kolmogorov長度尺度，并且知道20℃水的運(yùn)動(dòng)粘度為約10-6m2/s，將試劑混合和加工水至10微米尺度所需的能量為約50w/kg。類似地，混合至20微米尺度需要約5w/kg，并且混合至50微米尺度需要約0.15w/kg。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，存在可以用這類能量混合的許多簡單的混合裝置。一種這樣的簡單的混合裝置是25-mm直徑的塑料管，該塑料管長度為8米、具有0.0014的管粗糙度，從大氣壓(100kpa)到20kpa的真空度灌注，在灌注過程中用2.8升/秒(6cfm)真空泵保持該真空度。由于壓降在該管中消耗的功率為226.4w。管中的液體總量為4.05kg，因此每kg消耗的功率為約56w/kg，這足以以10微米尺度混合(該示例性流量足以在1.8小時(shí)內(nèi)灌注18m3)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述灌注時(shí)間為從約1分鐘至約1小時(shí)。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)示出，糖的轉(zhuǎn)化效率對(duì)灌注時(shí)間相對(duì)不敏感。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述發(fā)酵時(shí)間為從約6小時(shí)至約7天。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)示出，取決于富含碳水化合物的植物薄壁組織的類型，用每個(gè)薄壁細(xì)胞約2個(gè)細(xì)胞的酵母濃度的發(fā)酵時(shí)間導(dǎo)致約6小時(shí)至20小時(shí)的發(fā)酵時(shí)間。在優(yōu)選實(shí)施例中，所述發(fā)酵壓力為大氣壓。由于持續(xù)生產(chǎn)co2，并且由于壓力容器是昂貴和危險(xiǎn)的，所以在大氣壓下排放co2是較便宜的。在一些實(shí)施例中，該方法還包括將所述富含碳水化合物的植物薄壁組織保持在無氧環(huán)境中持續(xù)發(fā)酵時(shí)間完成后的作物保存時(shí)間。當(dāng)環(huán)境是無氧的并且在質(zhì)外體或薄壁細(xì)胞中不存在簡單糖時(shí)，真菌和細(xì)菌不能在果膠或乙醇上生長。在優(yōu)選的實(shí)施例中，該方法還包括通過真空汽提回收發(fā)酵產(chǎn)物。在一些實(shí)施例中，該方法還包括通過粉碎回收發(fā)酵產(chǎn)物。在一些實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括或者在步驟(e)之前或步驟(e)之后排出所述水性試劑溶液。真空汽提是優(yōu)選的，因?yàn)樗怯糜诨厥瞻l(fā)酵產(chǎn)物的有效并且成本有效的技術(shù)。乙醇的真空汽提可以用類似的容器進(jìn)行，如真空灌注，但具有增加的加熱作物的能力。排出水性試劑溶液導(dǎo)致汽提蒸氣中較高百分比的乙醇。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，用各種低成本技術(shù)可以將發(fā)酵期間的溫升限制到約38℃，尤其是如果發(fā)酵在大約20小時(shí)內(nèi)發(fā)生。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，已知的裝置可用于在此披露的過程、系統(tǒng)和方法。在此的過程可以是分批的、連續(xù)的、半連續(xù)的或準(zhǔn)連續(xù)的。在此對(duì)“容器”或“反應(yīng)器”的任何提及應(yīng)被解釋為指一種或多種這樣的裝置(例如串聯(lián)或并聯(lián))?？赡芟Ｍ蛴^察到各種流動(dòng)模式。在化學(xué)反應(yīng)和同時(shí)的傳質(zhì)過程涉及多個(gè)相的情況下，流體動(dòng)力學(xué)可能是相當(dāng)復(fù)雜的。取決于具體設(shè)計(jì)，流動(dòng)模式可以接近塞式流動(dòng)或充分混合的流動(dòng)。生產(chǎn)量或加工能力可能從小型實(shí)驗(yàn)室規(guī)模單元到完全商業(yè)規(guī)模的生物精煉廠，包括任何試點(diǎn)、示范或半商業(yè)規(guī)模，廣泛地變化。在不同實(shí)施例中，加工能力為至少約1kg/天、10kg/天、100kg/天，1噸/天(所有噸為公噸)、10噸/天、100噸/天、500噸/天、1000噸/天，2000噸/天、或更高。整個(gè)系統(tǒng)可以在固定的位置，或者它可以被制成便攜式的。可以使用對(duì)于實(shí)際按比例放大可以簡單地復(fù)制的模塊來構(gòu)造該系統(tǒng)。不同的探針可以允許跨越過程的不同階段進(jìn)行精確的過程監(jiān)測(cè)和控制，直到并潛在地包括過程的所有階段。當(dāng)可以利用操作歷史來調(diào)整工藝條件(包括壓力循環(huán)程序)時(shí)，將預(yù)期精確的過程監(jiān)測(cè)導(dǎo)致產(chǎn)量和效率的提高，在動(dòng)態(tài)以及在一段時(shí)間內(nèi)兩種情況下。在一些實(shí)施例中，將反應(yīng)探針布置成與處理區(qū)域可操作地連通。這樣的反應(yīng)探針可用于提取液體樣品并分析它們，以便確定水解程度或糖輪廓等。過程調(diào)整可以基于，如果認(rèn)為是必要的或希望的，使用公知的過程控制原理(反饋，前饋，比例-積分-導(dǎo)數(shù)邏輯等)的測(cè)量。在過程中產(chǎn)生或存在的固體、液體和氣體流可以獨(dú)立地循環(huán)，傳遞到后續(xù)步驟，或者在任何點(diǎn)從該過程中去除/清除。實(shí)例以下實(shí)例證明了本發(fā)明的原理。通過實(shí)驗(yàn)證據(jù)已經(jīng)示出上述酵母和酶的真空灌注可用于發(fā)酵富含碳水化合物的作物。圖1的實(shí)驗(yàn)裝置被設(shè)計(jì)為就工業(yè)單元的溫度、壓力和流量控制而言再現(xiàn)工業(yè)過程功能。它與工業(yè)單元的不同在于裝載和卸載作物(樣品)。該實(shí)驗(yàn)裝置用于以下所有實(shí)例。參考圖1，實(shí)驗(yàn)裝置100由主灌注容器102組成，該容器在操作中保持幾乎完全浸入恒溫槽101內(nèi)，該恒溫槽可在寬溫度范圍內(nèi)操作并且其精確的溫度控制通過溫度控制器114確保。灌注容器102用可移除且密封的蓋118封閉。灌注容器102和密封的蓋118被設(shè)計(jì)成能夠保持并且維持如工藝條件所要求的真空條件。所希望量的樣品材料117可以放置在灌注容器102的內(nèi)部。灌注容器102可以經(jīng)co2鋼瓶106和co2管線107供應(yīng)co2。在co2管線107上，使用流量/壓力調(diào)節(jié)器108來設(shè)定將co2輸送到灌注容器102的壓力。真空泵103用于抽空并保持灌注容器102內(nèi)的真空。壓力指示器116和溫度指示器119安裝在灌注容器102上。灌注容器102通過閘閥109與具有制備的水性試劑溶液的容器105連接。真空泵103通過其中安裝壓力調(diào)節(jié)器110的管線連接到灌注容器102。壓力調(diào)節(jié)器110允許灌注容器102壓力在寬范圍的真空水平上被調(diào)節(jié)，同時(shí)真空泵103以恒定的速度運(yùn)行。壓力調(diào)節(jié)器110上的通風(fēng)孔112連接到氣體計(jì)數(shù)器。在灌注容器102的氣體出口上的四通閥104允許從樣品端口111去除樣品，隔離灌注容器102，使壓力116循環(huán)，并將樣品的一部分再循環(huán)回到灌注容器102中而不改變其內(nèi)部的壓力和氣帽組成。以下實(shí)例的實(shí)驗(yàn)程序如下。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體需要分別制備預(yù)混合的水性試劑溶液；任選地，水性試劑溶液可以預(yù)熱到感興趣的溫度。將作物樣品放置在灌注容器102內(nèi)。灌注容器102中不存在液體。將灌注容器102放置在恒溫槽101中，該恒溫槽在為實(shí)驗(yàn)設(shè)定的溫度下運(yùn)行。一旦將蓋118放置在灌注容器102的頂部上，使用真空泵103和來自管線107的co2，沖洗任何空氣并在樣品的頂部上形成co2氣氛。一旦確保了任何殘留空氣的沖洗，通過在流量控制器115上操作來中斷來自管線107的新鮮co2的流動(dòng)。通過經(jīng)由壓力調(diào)節(jié)器110控制它，允許灌注容器102中的壓力下降到實(shí)驗(yàn)中限定的水平。一旦壓力和溫度穩(wěn)定在所希望的水平，當(dāng)壓力下降時(shí)從作物中排出的游離液體任選地使用樣品端口111從容器中排出并被保存用于進(jìn)一步的分析。然后打開閘閥109，并允許預(yù)混合的水性試劑溶液進(jìn)入進(jìn)行其中發(fā)生灌注的灌注容器102。樣品材料的量被按以下的方式設(shè)定，即，使得取決于材料的本體密度，一旦液體的進(jìn)料被中斷，樣品就被完全浸沒。通過準(zhǔn)確地選擇的溫度和壓力，可以避免液體的沸騰(沸騰引起氣泡的大量釋放)。在完成灌注并且關(guān)閉閘閥109之后，通過打開和調(diào)節(jié)流量和壓力控制器108建立1.0atm的co2分壓。一旦液體以1.0atm的壓力灌注到作物中持續(xù)所希望的時(shí)間，使用樣品端口111任選地將游離液體從容器中排出。然后，實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)行持續(xù)所希望的持續(xù)時(shí)間。如果在實(shí)驗(yàn)期間需要液體樣品，則可以將注射器連接到四通閥104樣品端口111，其被設(shè)置為允許注射器充滿液體。一旦將注射器移除并且樣品端口111關(guān)閉，任何殘留的液體通過四通閥歧管流回到容器中。發(fā)酵的進(jìn)程通過在通風(fēng)孔112產(chǎn)生的氣體用來自德國波鴻的dr.-ing.ritterapparatebaugmbh&co.kg公司的mgc-1型的milligascounter來測(cè)量。在發(fā)酵期間內(nèi)以毫升分辨率測(cè)量產(chǎn)生的氣體量。3.35g糖(通常是蔗糖)的發(fā)酵產(chǎn)生1l的氣體(co2)，因此發(fā)酵糖的量、發(fā)酵速率和發(fā)酵糖的總量可以通過隨時(shí)間推移產(chǎn)生的氣體圖來推斷。以下實(shí)例使用北部的明尼蘇達(dá)州的甜菜，來自佛羅里達(dá)州的甘蔗和來自田納西州的甜高粱。榨出來自每一種的汁并且用數(shù)字折射計(jì)測(cè)量以白利糖度計(jì)的糖含量。每一種的樣品完全干燥以確定干固體百分比。將這些合并以計(jì)算出這些作物中糖的百分比(w/w)。注意，甜高粱汁的白利糖度測(cè)量通過乘以約0.8調(diào)整以得到總糖的重量百分比。這是因?yàn)樘鸶吡恢哂斜忍鸩嘶蚋收嶂嗟钠咸烟呛凸牵⑶移咸烟呛凸堑恼凵渎逝c蔗糖的折射率不同。這在liu等人的“通過固定的酵母發(fā)酵從甜高粱的秸稈汁精煉生物乙醇(refiningbioethanolfromstalkjuiceofsweetsorghumbyimmobilizedyeastfermentation)”，再生能源(renewableenergy)33.5(2008)：1130-1135(將其特此通過引用結(jié)合在此)中進(jìn)行了描述。甜菜計(jì)算為具有按重量計(jì)18％的糖，甘蔗為按重量計(jì)14％的糖，并且甜高粱為按重量計(jì)10％的糖。實(shí)例1：將水灌注入甜菜薄壁組織中將甜菜切片徑向切成三種不同的厚度，6mm、12mm和18mm。然后將這些切片切成25mm正方形切片，并將三個(gè)厚度中的每一個(gè)的所有25mm正方形切片稱重，并放入上述三個(gè)裝置(圖1)中。這個(gè)實(shí)例的氣帽是空氣。在階段1中，施加13kpa的真空持續(xù)30分鐘，除去游離水，壓力恢復(fù)至100kpa，并稱重每個(gè)立方體。在階段2中，施加13kpa的真空持續(xù)30分鐘，在真空下灌注水直到立方體被覆蓋，壓力恢復(fù)到100kpa，水灌注入薄壁組織持續(xù)30分鐘，除去游離水，并且然后稱重每個(gè)立方體。在階段3中，施加13kpa的真空持續(xù)30分鐘，除去游離水，壓力恢復(fù)至100kpa，并稱重每個(gè)立方體。該測(cè)試的結(jié)果示于下表1中，并且該結(jié)果示出當(dāng)施加真空持續(xù)30分鐘時(shí)，薄壁組織的質(zhì)量的約10％從該組織滲出。它還示出薄壁組織的質(zhì)量的約6％可以在真空下灌注有水，并且當(dāng)再次施加真空時(shí)，其中約一半從該組織滲出。更重要的是，該實(shí)例示出在6mm厚的組織和18mm組織中，灌注幾乎相同。表1：甜菜切片的質(zhì)量厚度初始質(zhì)量階段1質(zhì)量階段2質(zhì)量階段3質(zhì)量6mm5.985g5.389g5.695g5.604g12mm8.987g8.358g8.761g8.312g18mm14.782g13.194g14.32g13.557g實(shí)例2：甘蔗的發(fā)酵用富含富氮營養(yǎng)素(來自bsg公司的fermax)的微酸性酵母溶液灌注切碎的甘蔗。兩種不同的溶液一式兩份地進(jìn)行測(cè)試，一份使用thermosacc酵母，并且一份使用distillamax酵母。兩種酵母均可從lallemandbiofuels&distilledspirits公司商購，并且細(xì)胞體的平均尺寸不同。thermosacc酵母具有5微米的平均細(xì)胞直徑并且distillamax具有10微米的平均細(xì)胞直徑。灌注完成后，通過氣體計(jì)數(shù)器監(jiān)測(cè)二氧化碳生成量，以估計(jì)發(fā)酵進(jìn)程。使用以下程序：1.開始加熱恒溫槽至38℃。2.稱量大約50g的甘蔗，然后切碎成大約一英寸的塊，在切碎之后再次稱量甘蔗的總量。3.制備兩種酵母溶液，一種具有5g/ldistillamax酵母、1g/lfermax營養(yǎng)素并且一種具有5g/lthermosacc(c6)酵母，1g/lfermax營養(yǎng)物，用磷酸緩沖二者至3.5的ph。4.將密封燒杯中的甘蔗放在恒溫槽中，并施加真空持續(xù)30分鐘，以確保從生物質(zhì)中完全排出氣體。5.向每個(gè)燒杯灌注大約200g的溶液。6.緩慢恢復(fù)大氣壓力，在燒杯內(nèi)容物頂部產(chǎn)生惰性氣帽。7.打開排氣閥，以便使氣體流過氣體流量計(jì)。8.使發(fā)酵試驗(yàn)到完成，同時(shí)記錄氣體流量。具有thermosacc酵母和distillamax酵母的樣品一式兩份地試驗(yàn)，并且具有最高氣體產(chǎn)率的結(jié)果呈現(xiàn)于表2中。兩種發(fā)酵都耗費(fèi)稍小于8個(gè)小時(shí)才能完成。在這兩種情況下，灌注允許發(fā)酵在甘蔗的主體內(nèi)發(fā)生，具有對(duì)基材進(jìn)行最少的預(yù)處理(除了粗破碎之外)。出人意料地，較小的酵母細(xì)胞似乎更有效，確保了較大的糖轉(zhuǎn)化率，如通過較大的氣體產(chǎn)量所證明的。這個(gè)結(jié)果與較小的酵母能夠更深地?cái)U(kuò)散到甘蔗質(zhì)外體內(nèi)部是一致的。在這兩種情況下，真空灌注允許活性原位發(fā)酵，如表2中所示。表2：甘蔗發(fā)酵的效率實(shí)例3：甜菜的發(fā)酵用由lallemandbiofuels&distilledspirits公司的distillamax酵母制成的微酸性酵母溶液灌注粗切碎的甜菜塊。每個(gè)樣品使用不同的灌注時(shí)間。灌注完成后，通過氣體計(jì)數(shù)器監(jiān)測(cè)二氧化碳生成量，以估計(jì)發(fā)酵進(jìn)程。使用以下程序：1.確保恒溫槽在38℃。2.稱量約100g甜菜，然后切碎成大約一英寸立方體的塊，切碎后再次稱量總甜菜。3.制備具有5g/ldistillamax酵母的酵母溶液，用磷酸緩沖至3.5的ph。4.在樣品2和4的溶液中，以約5g/kg干燥生物質(zhì)的荷載加入具有果膠酶活性的酶。5.將密封燒杯中的甜菜樣品放入恒溫槽中，并施加真空持續(xù)30分鐘。6.灌注足夠的溶液以淹沒所有甜菜塊。7.樣品1和2立即釋放壓力，并且樣品3和4緩慢釋放壓力(約5分鐘)。8.連接氣體計(jì)數(shù)器。9.使發(fā)酵試驗(yàn)到完成。樣本量和通過發(fā)酵這4個(gè)甜菜樣品的每個(gè)產(chǎn)生的氣體量呈現(xiàn)于表3中。所有發(fā)酵耗費(fèi)13與15之間個(gè)小時(shí)才能完成。灌注時(shí)間對(duì)整體糖轉(zhuǎn)化產(chǎn)率沒有顯著影響，因?yàn)閷?duì)于快速灌注情況(樣品1和2)，該產(chǎn)量高于約90％。慢灌注似乎稍微不利。添加分解細(xì)胞壁的果膠酶似乎改善發(fā)酵，并進(jìn)一步闡明在沒有機(jī)械混合和最少預(yù)處理生物質(zhì)的情況下給予原位酶和微生物活性的真空灌注能力。表3：甜菜發(fā)酵的效率實(shí)例4：甜高粱的發(fā)酵使用與以上實(shí)例2一樣的用于發(fā)酵甜高粱的相同程序。代替改變酵母的類型，將thermosacc酵母用于兩個(gè)樣品。一個(gè)樣品在灌注后從秸稈中排出液體，并且另一個(gè)沒有排出液體。這些發(fā)酵的結(jié)果呈現(xiàn)于表4中。兩種發(fā)酵都耗費(fèi)稍小于20個(gè)小時(shí)才能完成。出人意料地，其中從秸稈排出液體的發(fā)酵效率高于將液體留在秸稈周圍的效率。然而，在兩種情況下，真空灌注都允許活性原位發(fā)酵。表4：甜高粱發(fā)酵的效率實(shí)例5：馬鈴薯發(fā)酵用由lallemandbiofuels&distilledspirits公司的thermosacc酵母制成的微酸性酵母溶液灌注粗切碎的馬鈴薯塊。一個(gè)樣品用來自美國明尼蘇達(dá)州的shakopee的bsghandcraft公司的α-淀粉酶另外灌注。該α-淀粉酶在66℃具有最大活性，并且在38℃下具有約20％的活性。灌注完成后，通過氣體計(jì)數(shù)器監(jiān)測(cè)二氧化碳生成量，以估計(jì)發(fā)酵進(jìn)程。使用以下程序：1.確保恒溫槽在38℃。2.稱量約70g馬鈴薯，然后切碎成大約一英寸立方體的塊，切碎后稱量總馬鈴薯。3.制備具有5g/lthermosacc酵母的酵母溶液，用磷酸緩沖至3.5的ph。4.在樣品2的溶液中，以5g/kg干物質(zhì)的荷載加入具有α-淀粉酶活性的酶。5.將密封燒杯中的馬鈴薯樣品放入恒溫槽中，并施加真空持續(xù)30分鐘。6.灌注足夠的溶液以淹沒所有馬鈴薯塊。7.立即釋放壓力。8.連接氣體計(jì)數(shù)器。9.使發(fā)酵試驗(yàn)持續(xù)約120小時(shí)。樣本量和通過發(fā)酵這2個(gè)馬鈴薯樣品的每個(gè)產(chǎn)生的氣體量呈現(xiàn)于表5中。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在薄壁細(xì)胞中存在約0.5％至2％的簡單糖(蔗糖+葡萄糖)，并且馬鈴薯中存在約18％的淀粉，其中該淀粉的約80％可以通過α-淀粉酶分解成葡萄糖、麥芽糖和麥芽三糖。兩種樣品的發(fā)酵在產(chǎn)生可測(cè)量的氣體前耗費(fèi)14.5小時(shí)。不希望受任何特定理論的束縛，據(jù)信此長的誘導(dǎo)時(shí)間部分是由馬鈴薯中的水中吸收初始的co2產(chǎn)生而引起的，并且當(dāng)馬鈴薯中的水被co2飽和時(shí)，氣體產(chǎn)生開始。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在38℃下，co2在水中的溶解度為約1.6g/l，0.076l馬鈴薯組織含有約0.608l的水，并且第一個(gè)氣泡將出現(xiàn)之前約0.042l的co2將溶解在0.076l的馬鈴薯。發(fā)酵120小時(shí)后，樣品1產(chǎn)生0.155l氣體，并且樣品2產(chǎn)生1.27l氣體。樣品1在72小時(shí)與120小時(shí)之間不產(chǎn)生可測(cè)量的氣體，顯示出質(zhì)外體和薄壁細(xì)胞中的所有簡單糖都被發(fā)酵，并且沒有另外的簡單糖從淀粉顆粒中釋放出來。這示出灌注酵母將保留富含淀粉的薄壁組織。樣品2中顯著更高的氣體產(chǎn)量示出α-淀粉酶擴(kuò)散到薄壁細(xì)胞中，并將約40％的淀粉顆粒水解成酵母可以發(fā)酵的糖。氣體生產(chǎn)在整個(gè)120小時(shí)發(fā)酵是連續(xù)的，其中緩慢下降。該實(shí)例證明這種技術(shù)可以通過簡單地灌注酵母和淀粉酶而不灌注果膠酶來發(fā)酵薄壁細(xì)胞內(nèi)的淀粉顆粒。它還示出薄壁細(xì)胞膜對(duì)淀粉酶是可滲透的。表5：馬鈴薯發(fā)酵的效率在本詳細(xì)說明中，已參考多個(gè)實(shí)施例和附圖，在附圖中通過圖示方式示出了本發(fā)明的具體示例性實(shí)施例。對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行了說明以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，并且應(yīng)理解，可以由熟練的技術(shù)人員對(duì)所披露的不同實(shí)施例作出修改。當(dāng)上述方法和步驟表明某些事件以某種順序發(fā)生時(shí)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以修改某些步驟的順序并且此類修改是根據(jù)本發(fā)明的變體。另外，在可能時(shí)可以在并行過程中同時(shí)執(zhí)行某些步驟，也可順序執(zhí)行某些步驟。本說明書中所引用的所有出版物、專利和專利申請(qǐng)通過引用以其全部內(nèi)容結(jié)合在此，就如同每個(gè)出版物、專利或?qū)＠暾?qǐng)已經(jīng)在此明確地且單獨(dú)地闡述。上述實(shí)施例、變型和附圖應(yīng)當(dāng)提供本發(fā)明的實(shí)用性和通用性的指示。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以利用未提供在此闡明的所有特征和優(yōu)點(diǎn)的其他實(shí)施例。這類修改和變體被認(rèn)為在由權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。在本披露內(nèi)容與詞典或其他參考文獻(xiàn)之間的定義中有沖突的情況下，將以本披露內(nèi)容為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁12當(dāng)前第1頁12