。在梯度實(shí)驗(yàn)中，氨濃度由于添加來減小固體％的水的增加而降低。相對(duì)于生物質(zhì) 干重，氨的量在梯度實(shí)驗(yàn)期間保持恒定。
[0133] 在所有3個(gè)實(shí)驗(yàn)中，在3個(gè)階段中預(yù)處理之后，使用一般方法中所述的程序?qū)⒔諚U 糖化和發(fā)酵。在糖化和發(fā)酵期間的不同時(shí)間取樣并且如一般方法中所述對(duì)葡萄糖、木糖、阿 拉伯糖和乙醇進(jìn)行分析。因此，對(duì)預(yù)處理中梯度固體％與在2個(gè)不同濃度下預(yù)處理中恒定 固體％進(jìn)行比較。
[0134] 固體％的梯度、65 %固體和40 %固體實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分別在圖5、6和7中給出，其中 24hr和48hr為糖化的時(shí)間，并且0hr、26hr和第二個(gè)48hr的時(shí)間是指發(fā)酵的時(shí)間。結(jié)果顯 示，與恒定預(yù)處理相比，梯度預(yù)處理產(chǎn)生最高的乙醇收率。
[0135]實(shí)例 3
[0136]伸用直接蒸汽灃入或用干熱添加水來提供梯度的梯度和非梯度材料之間的比較
[0137] 將經(jīng)錘磨通過1mm篩網(wǎng)的629. 3克玉米秸桿裝載到6. 7L經(jīng)攪拌且?guī)A套的水平 式反應(yīng)器中，并且添加氨水和水，以實(shí)現(xiàn)如表3中針對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)列出的期望的初始固體百 分比。
[0138] 對(duì)于實(shí)驗(yàn)1、2和3,向反應(yīng)器夾套施加蒸汽以將溫度升高且維持在140°C，其中不 向反應(yīng)器中另外添加材料。將反應(yīng)物料在該溫度下保持40分鐘，之后排氣至大氣壓并且施 加真空以去除過量的氨。
[0139] 對(duì)于實(shí)驗(yàn)4和5,向反應(yīng)器中添加氨水和水，以初始實(shí)現(xiàn)65重量％固體，然后經(jīng)大 約35分鐘連續(xù)添加水或蒸汽（參見表3)，以實(shí)現(xiàn)40重量％固體。在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，再次向夾 套加入蒸汽，以將溫度維持在140°C。在該溫度的總的40分鐘保持時(shí)間結(jié)束時(shí)，將反應(yīng)器排 氣至大氣壓并且施加真空以去除過量的氨。
[0140]表3 :實(shí)驗(yàn)1-5的氨、固體百分比、熱和水分參數(shù)
[0141]
[0142] 將來自每個(gè)實(shí)驗(yàn)的所得的預(yù)處理的生物質(zhì)如一般方法中所述糖化48hr。通過利 用HPLC測(cè)定阿拉伯糖、木糖和葡萄糖來估計(jì)所得水解產(chǎn)物中的糖收率。圖8的結(jié)果顯示， 來自梯度預(yù)處理實(shí)驗(yàn)的葡萄糖和總糖收率大于恒定預(yù)處理實(shí)驗(yàn)。梯度預(yù)處理樣品的總的糖 收率比恒定預(yù)處理樣品大至少約4%。
[0143] 使用2%v/v種菌或10%v/v種菌，如一般方法中所述將來自實(shí)驗(yàn)的所得水解產(chǎn) 物發(fā)酵。對(duì)于2%種菌實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，在圖9中對(duì)120hr的發(fā)酵進(jìn)行作圖，并且示出使用來自 梯度預(yù)處理的水解產(chǎn)物的發(fā)酵比使用來自恒定預(yù)處理實(shí)驗(yàn)的水解產(chǎn)物更有效，如通過葡萄 糖和木糖利用以及乙醇產(chǎn)量所測(cè)量的。
[0144] 來自10%種菌實(shí)驗(yàn)的結(jié)果示于圖11中。圖10示出初始糖和乙醇濃度，并且圖11 示出在48hr的發(fā)酵之后的糖和乙醇濃度。與來自恒定曲線預(yù)處理的水解產(chǎn)物相比，來自梯 度預(yù)處理的水解產(chǎn)物的發(fā)酵的乙醇收率最高。
[0145]實(shí)例4 (預(yù)測(cè)）
[0146]通討橾縱蒸汽質(zhì)量調(diào)節(jié)梯度曲線
[0147] 將錘磨通過1mm篩網(wǎng)的玉米秸桿裝載到具有蒸汽注入系統(tǒng)的反應(yīng)器中，并且添加 氨溶液和水以實(shí)現(xiàn)期望的初始固體百分比。關(guān)閉反應(yīng)器。將蒸汽直接添加到秸桿/氨溶 液/水混合物中，以將溫度增加至120-200°C。調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸汽的溫度，以在給定溫度范圍內(nèi) 實(shí)現(xiàn)不同程度的梯度。進(jìn)入蒸汽壓力在3bar表壓和16bar表壓之間。通過操縱進(jìn)入蒸汽 溫度，可操縱維持給定溫度所需的蒸汽的量。因此，通過操縱進(jìn)入蒸汽將各種梯度曲線工程 化。
[0148]實(shí)例 5
[0149]在不同的第2階段固體百分比、淵度和壓力下的2階段預(yù)處理的比較
[0150] 將玉米秸桿研磨并且使其通過1/8"篩網(wǎng)。將經(jīng)研磨的秸桿（483kg干重當(dāng)量） 和氫氧化銨溶液（14重量％，313kg)裝進(jìn)經(jīng)攪拌和熱示蹤的4800L反應(yīng)器中。將無水氨 (14. 3kg)注入到容器中，以達(dá)到總的12w/w%NH3負(fù)載和55%固體。用直接蒸汽注入將反 應(yīng)器加熱至6barg(600kPa表壓）壓力并且保持30分鐘（第1階段）。然后用直接蒸汽注 入將反應(yīng)器加熱至8barg和12barg(800kPa表壓和1200kPa表壓）之間并且保持10分鐘 (第2階段），之后排氣至大氣壓，然后施加真空以去除過量的氨。
[0151] 預(yù)處理細(xì)節(jié)在表4中列出。通過直接蒸汽注入增加第2階段壓力產(chǎn)生相應(yīng)較高的 溫度和較低的固體百分比，如表4中所給出。
[0152]表4 :實(shí)騎1-5的氨負(fù)載、壓力、淵度和固體百分比。
[0153]
[0154] 使用一般方法中所述的程序，將來自每個(gè)實(shí)驗(yàn)的所得的預(yù)處理的生物質(zhì)糖化 48hr，固體負(fù)載為25重量％并且具有以下修改：每個(gè)水解在具有47g總糖化混合物的 125ml燒瓶中在200rpm下進(jìn)行。在糖化結(jié)束時(shí)通過利用HPLC測(cè)定阿拉伯糖、木糖和葡萄糖 來估計(jì)所得水解產(chǎn)物中的糖收率。
[0155] 使用10%v/v的菌株R70B1種菌，如一般方法中所述將來自實(shí)驗(yàn)的所得水解產(chǎn) 物發(fā)酵。如針對(duì)C2D菌株的一般方法中一樣制備R70B1種子培養(yǎng)物，只是培養(yǎng)基包含lg/ LMgS04. 7H20。在48hr的糖化之后和在48hr的發(fā)酵之后，通過HPLC，如一般方法HPLC分 析-2中所述對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定。
[0156] 糖化和發(fā)酵結(jié)果提供于表5中。來自糖化的48hr總糖和來自發(fā)酵的EtOH滴度從 實(shí)驗(yàn)#1至實(shí)驗(yàn)#5單調(diào)地增大。這些結(jié)果表明，在較高的第2階段壓力以及相應(yīng)較高的溫度 和較低的固體百分比下的生物質(zhì)處理從糖化中產(chǎn)生更多糖并且在發(fā)酵中產(chǎn)生更多的EtOH。
[0157]表5 :糖化和發(fā)酵結(jié)東時(shí)的滴度
[0158]
[0160]實(shí)例6
[0161]在不同的初始固體百分比下的2階段預(yù)處理的比較
[0162] 將玉米秸桿研磨并且使其通過1/8"篩網(wǎng)。將經(jīng)研磨的秸桿（484kg干重當(dāng)量）和 不同量和強(qiáng)度的氫氧化銨溶液（239-508kg和18. 2%至8. 6%NH3)裝進(jìn)經(jīng)攪拌和熱示蹤的 4800L反應(yīng)器中，以達(dá)到9w/w%NH3。隨后將無水氨注入到容器中，以達(dá)到總的12w/w%NH3 負(fù)載。蒸汽前固體負(fù)載在44. 3%和57. 3%之間變化（45-60%目標(biāo)）。用直接蒸汽注入將 反應(yīng)器加熱至6barg(600kPa表壓）壓力并且保持30分鐘。然后用直接蒸汽注入將反應(yīng)器 加熱至12barg(1200kPa表壓）并且保持10分鐘，之后排氣至大氣壓，然后施加真空以去除 過量的氨。
[0163] 預(yù)處理細(xì)節(jié)在表6中列出。蒸汽前、第1階段和第2階段固體百分比從實(shí)驗(yàn)#1至 實(shí)驗(yàn)#4單調(diào)降低。
[0164] 表6:實(shí)騎1-4的氨負(fù)載、壓力、淵度和固體百分比。
[0165]
[0166] 使用一般方法中所述的程序，將來自每個(gè)實(shí)驗(yàn)的所得的預(yù)處理的生物質(zhì)糖化 48hr，固體負(fù)載為25重量％并且具有以下修改：每個(gè)水解在具有47g總糖化混合物的 125ml燒瓶中在200rpm下進(jìn)行。在糖化結(jié)束時(shí)通過利用HPLC測(cè)定阿拉伯糖、木糖和葡萄糖 來估計(jì)所得水解產(chǎn)物中的糖收率。
[0167] 使用10%v/v的R70B1種菌，如一般方法中所述將來自實(shí)驗(yàn)的所得水解產(chǎn)物發(fā) 酵。如針對(duì)C2D菌株的一般方法中一樣制備R70B1種子培養(yǎng)物，只是培養(yǎng)基包含lg/L MgS04. 7H20。在48hr的糖化之后和在48hr的發(fā)酵之后，通過HPLC，如一般方法中所述HPLC 分析-2對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果給出于表7中。
[0168] 觀察到總糖和EtOH滴度在實(shí)驗(yàn)#1中最高，并且在實(shí)驗(yàn)#4中最低。這些結(jié)果表明， 在相同的正常2階段預(yù)處理?xiàng)l件下，較高的固體百分比有利于較高的糖和EtOH收率。
[0169] 表7:糖化和發(fā)酵結(jié)東時(shí)的滴度
[0170]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種由纖維素生物質(zhì)生產(chǎn)可發(fā)酵糖的方法，所述方法包括： a) 在起始時(shí)間t。在反應(yīng)容器中提供包含以下物質(zhì)的反應(yīng)混合物： i) 基于重量/重量以干生物質(zhì)相對(duì)于總混合物的百分比測(cè)量的固體濃度在約40%和 約70 %之間的纖維素生物質(zhì)；以及 ii) 氨，其具有相對(duì)于所述生物質(zhì)的干重在約4%和約24%之間的負(fù)載濃度； b) 隨時(shí)間推移至最終時(shí)間tn增大所述反應(yīng)混合物的液體含量，其中所述固體濃度減小 約20 %和約30 %之間，從而產(chǎn)生預(yù)處理的生物質(zhì)；以及 c) 使所述預(yù)處理的生物質(zhì)與糖化酶聚生體在合適的條件下接觸，以產(chǎn)生可發(fā)酵糖。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述反應(yīng)混合物的溫度在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)維持在約 100°C和約200°C之間的溫度下。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述反應(yīng)時(shí)間在約10分鐘和約2小時(shí)之間。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述反應(yīng)混合物的液體含量通過向所述反應(yīng)容器 中引入試劑來增加，所述試劑選自蒸汽、水、氨溶液、以及它們的組合。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中生物質(zhì)固體百分比從t。至t "的降低是線性的，是 單調(diào)但非線性的，或是逐步的，其中所述固體的濃度在、和t n之間的一段時(shí)間內(nèi)至少一次 保持恒定。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氨選自氨溶液、無水氨、氨蒸氣、以及它們的 混合物。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氨包括可再循環(huán)的氨。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溫度在t。和t n之間變化。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述溫度在t。和t n之間增大或減小。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述纖維素生物質(zhì)包括纖維素、半纖維素和木質(zhì) 素。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述纖維素生物質(zhì)選自玉米秸桿、玉米棒、玉米 粒纖維、草、甜菜衆(zhòng)、小麥猜桿、小麥殼、燕麥猜桿、大麥猜桿、大麥外殼、干草、稻桿、稻殼、柳 枝稷、細(xì)葉芒、大米草、草蘆、廢紙、甘蔗渣、高粱渣、高粱秸桿、大豆秸桿、從谷物研磨中獲得 的組分、樹、枝、根、葉、木片、鋸末、棕櫚廢料、灌木和灌木叢、蔬菜、水果、花和動(dòng)物糞肥。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述可發(fā)酵糖為用于發(fā)酵工藝的生物催化劑提 供碳水化合物來源。13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述可發(fā)酵糖以比使用恒定生物質(zhì)固體濃度的 方法所得的收率大至少約3%的收率產(chǎn)生。14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使所述可發(fā)酵糖與生物催化劑接觸，以用于生產(chǎn) 目標(biāo)化合物。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述目標(biāo)化合物選自乙醇、甲醇、丙醇、丁醇、 1，3-丙二醇、甘油、木糖醇、甘露糖醇、乳酸、乙酸、甲酸、琥珀酸、谷氨酸、3-羥基丙酸、富馬 酸、馬來酸和丁酸。
【專利摘要】據(jù)發(fā)現(xiàn)，與在恒定濃度下預(yù)處理的當(dāng)量生物質(zhì)相比，其中反應(yīng)混合物中生物質(zhì)的濃度隨時(shí)間推移而降低的用氨預(yù)處理的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)在糖化之后產(chǎn)生更多的糖。生物質(zhì)的濃度為固體濃度，其為基于重量/重量，干生物質(zhì)相對(duì)于總預(yù)處理反應(yīng)混合物的百分比。
【IPC分類】C12P19/14, D21C3/02, C12P19/02
【公開號(hào)】CN105051202
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201480014270
【發(fā)明人】P.張, B.C.福克斯, M.W.勞, J.M.塞拜, G.P.香克維茨, S.M.托馬斯, R.E.瓦納
【申請(qǐng)人】納幕爾杜邦公司
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2014年3月11日
【公告號(hào)】CA2901183A1, US20140273105, WO2014164581A1