專利名稱：：獲得可發(fā)酵糖的生物質(zhì)處理方法獲得可發(fā)酵糖的生物質(zhì)處理方法本申請要求了2005年4月12日登記的美國臨時申請No.60/670437的優(yōu)先權(quán)。政府4又利的聲明本發(fā)明是在美國政府的支持下作出的，能源部授予的合同為No.04-03-CA-70224。政府對本發(fā)明具有某些權(quán)利。發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明提供了處理生物質(zhì)以獲得可發(fā)酵糖的方法。具體地說是，通過在高固體濃度和低氨濃度條件下預(yù)處理生物質(zhì)接著進(jìn)行糖化來獲得可發(fā)酵糖。發(fā)明背景纖維素和木質(zhì)纖維原料和廢物，例如農(nóng)業(yè)廢物、木材、林業(yè)廢物、造紙淤渣以及城市和工業(yè)固體廢物為化學(xué)、塑料、燃料和祠料的生產(chǎn)提供了大量潛在的可再生原料。纖維素和木質(zhì)纖維原料和廢物由包含纖維素、半纖維素、葡聚糖和木質(zhì)素的碳水化合物聚合物組成，其通常通過各種化學(xué)、機(jī)械和酶方法進(jìn)行處理以釋放主要的己糖和戊糖，接著可被發(fā)酵成有用的產(chǎn)品。預(yù)處理方法是用來使纖維素和木質(zhì)纖維材料的碳水化合物聚合物更容易被糖化酶利用的。歷史上標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)處理方法主要是在高溫下利用強(qiáng)酸；然而，由于高能耗、高設(shè)備成本、高預(yù)處理催化劑回收成本以及與糖化酶的不相容性，正在開發(fā)替代方法，例如酶的預(yù)處理，或者在預(yù)處理過程中生物質(zhì)碳水化合物聚合物水解減少時在較溫和的溫度下使用酸或堿，這需要改善酶系統(tǒng)以使纖維素和半纖維素糖化。已經(jīng)提出了許多利用堿的預(yù)處理方法。Gould(Biotech,andBioengr.1984)26:46-52)公開了使用過氧化氫(H202)的對木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的預(yù)處理方法。該處理方法在以相對于底物至少0.25wt/wt的量4吏用11202時最有效。Teixeira，L.等人(App.Biochem.andBiotech.(1999)77-79:19-34)公開了一系列使用化學(xué)劑量的氫氧化鈉和氫氧化銨，在極低生物質(zhì)濃度下的生物質(zhì)預(yù)處理。溶液與生物質(zhì)的比例為14:1。Elshafei，A.等人(Bio謂urceTech.(1991)35:73-80)檢驗了利用NaOH對玉米秸的預(yù)處理。Kim,T.和YLee(BioresourceTechnology(2005)96:2007-2013)報導(dǎo)了使用大量氨水用于玉米秸的預(yù)處理。專利申請WO2004/081185討論了水解木質(zhì)纖維的方法，其包括在約9到約14的pH下，在溫和的溫度、壓力和pH條件下，將木質(zhì)纖維與化學(xué)品接觸；所述化學(xué)品可以是堿，例如碳酸鈉和氬氧化鉀。美國專利Nos.5,916,780和6,090,595描述了一種預(yù)處理方法，其中確定了阿拉伯糖基木聚糖與總非淀粉聚糖(AX/NSP)的具體比例并且將其用于選擇原料。為了成為經(jīng)濟(jì)的有竟?fàn)幮缘姆椒?，由可再生來源生物質(zhì)制備可發(fā)酵糖的工業(yè)化方法需要使用少量的化學(xué)品對木質(zhì)纖維生物質(zhì)中的碳水化合物進(jìn)行水解從而提供高產(chǎn)率的高濃度糖，以將具有低毒性的可發(fā)酵糖源制備成發(fā)酵的有機(jī)體，該制備過程將糖轉(zhuǎn)化成具有附加價值的化學(xué)品和燃料。發(fā)明簡述本發(fā)明提供了一種處理生物質(zhì)以產(chǎn)生可發(fā)酵糖的方法。本發(fā)明的方法涉及預(yù)處理步驟，其中相對于生物質(zhì)干重用低濃度的氨處理相對舉交高濃度的生物質(zhì)。預(yù)處理后，用糖化酶聚生體(saccharificationenzymeconsortium)處理生物質(zhì)以產(chǎn)生可發(fā)酵糖。在發(fā)明的一個實施方案中，所述方法包括a)將生物質(zhì)與含氨的水溶液接觸以形成生物質(zhì)-氨水混合物，其中氨以至少足以維持生物質(zhì)-氨水混合物的堿性pH的濃度存在，但是其中所述氨以相對于生物質(zhì)干重少于約12重量百分比存在，并且進(jìn)一步地其中生物質(zhì)干重處于相對于生物質(zhì)-氨水混合物重量至少約15重量百分比的高固體濃度；和b)將步驟U)的產(chǎn)物與糖化酶聚生體在適當(dāng)?shù)臈l件下接觸以產(chǎn)生可發(fā)酵糖。生物質(zhì)是指任意的纖維素或木質(zhì)纖維材料，例如，生物能源作物、農(nóng)業(yè)廢物、城市固體廢物、工業(yè)固體廢物、庭院廢物、木材、林業(yè)廢物，以及它們組合。所述含有氨的水溶液可以來源于氨氣、氫氧化銨、尿素及其組合。根據(jù)發(fā)明的方法，含氨的水溶液可以包含至少一種另外的堿。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法，在將生物質(zhì)與含氨的水溶液接觸之前可以對所述生物質(zhì)抽真空。還可以在進(jìn)行步驟(b)之前將氨除去；氨可以被循環(huán)回預(yù)處理反應(yīng)器中。所述氨和生物質(zhì)可以在約4°C到約200°C的溫度下以本發(fā)明的方法進(jìn)行反應(yīng)。在本發(fā)明的方法中可以使用增塑劑、軟化劑或其混合物。此外，在步驟(a)之前或期間、步驟(b)之前或期間、或者其組合，可向生物質(zhì)施加能量用以減小尺寸，增加暴露的表面積，和/或增加存在于生物質(zhì)中的纖維素、半纖維素和/或低聚糖的可達(dá)性(accessability)。所述糖化酶聚生體可以包含一種或多種糖苦酶；該糖苦酶可以選自纖維素-水解糖苷酶、半纖維素-水解糖苷酶和淀粉-水解糖苷酶。糖化酶聚生體中的其它酶可以包括肽酶、脂肪酶、木質(zhì)素酶和阿魏酸酯酶(feruloylesterases)。附圖簡介(Z少momo""swo&7&8b)(描述于美國專利7^開2003/0162271Al,實施例IV、VI和XII中)的生長。發(fā)明詳述申請人在本公開文本中明確地引入了所有引用參考文獻(xiàn)的全部內(nèi)容。進(jìn)一步地，當(dāng)數(shù)量、濃度或者其它值或參數(shù)作為優(yōu)選上限值和優(yōu)選下限值的范圍、優(yōu)選范圍或者列舉而給出時，其應(yīng)被理解為具體地公開了由任意一對任意上限范圍或優(yōu)選值和任意下限范圍或優(yōu)選值所形成的全部范圍，而不論這些范圍是否被分別地^公開了。在這里，在描述數(shù)值范圍時，除非另外指明，所述范圍應(yīng)意圖包括其端點，以及所述范圍內(nèi)的所有整數(shù)和分?jǐn)?shù)。不應(yīng)認(rèn)為發(fā)明的范圍被限定為定義范圍時所描述的具體數(shù)值。本發(fā)明提供了一種處理生物質(zhì)以產(chǎn)生可發(fā)酵糖的方法；該方法包括預(yù)處理步驟，其中用相對于生物質(zhì)干重相對較低濃度的氨處理處于相對較高濃度的生物質(zhì)。接著用糖化酶聚生體消化氨-處理后的生物質(zhì)以產(chǎn)生可發(fā)酵糖。定義在本公開文本中，使用了許多術(shù)語。提供以下定義術(shù)語"可發(fā)酵糖"是指可以在發(fā)酵過程中被微生物用作碳源的低聚糖和單糖。術(shù)語"木質(zhì)纖維"是指包含木質(zhì)素和纖維素二者的組合物。木質(zhì)纖維材料也可以包含半纖維素。術(shù)語"纖維素"是指包含纖維素的組合物。生物質(zhì)的"干重"的意思是指除去所有或基本上所有水的生物質(zhì)的重量。干重一般根據(jù)美國材料與試驗協(xié)會(ASTM)標(biāo)準(zhǔn)E1756-01(確定生物質(zhì)中固體量的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法)或者紙漿與造紙工業(yè)技術(shù)協(xié)會，有限公司(TAPPI)標(biāo)準(zhǔn)T-412om-02(紙漿、紙張和紙板中的含水量)而測定。術(shù)語"目標(biāo)化學(xué)品"是指由發(fā)酵制備的化學(xué)品?；瘜W(xué)品以其廣義使用，并且包括分子例如蛋白質(zhì)，包括，例如，肽、酶和抗體。"來源于生物質(zhì)，，的目標(biāo)化學(xué)品是由下述方法產(chǎn)生的目標(biāo)化學(xué)品，即將生物質(zhì)水解以釋放可發(fā)酵糖，將該可發(fā)酵糖用至少一種生物催化劑進(jìn)行發(fā)酵以產(chǎn)生期望的目標(biāo)化合物。術(shù)語"增塑劑"和"軟化劑"是指引起沿著聚合物鏈或在聚合物鏈之間的內(nèi)聚分子間力減小的材料。這樣的材料可以起到，例如，降低結(jié)晶性，或者使木質(zhì)素和非木質(zhì)素碳水化合物纖維(例如，纖維素或半纖維素)之間的鍵斷裂的作用。術(shù)語"糖化"是指由多糖產(chǎn)生可發(fā)酵糖的過程。術(shù)語"預(yù)處理生物質(zhì)"的意思是指在糖化前已經(jīng)進(jìn)行了預(yù)處理的生物質(zhì)。"生物質(zhì)，，是指任意的纖維素或木質(zhì)纖維材料，以及包括包含纖維素并且任選進(jìn)一步地包含半纖維素、木質(zhì)素、淀粉、低聚糖和/或單糖的材料。生物質(zhì)還可以包含附加組分，例如蛋白質(zhì)和/或脂質(zhì)。根據(jù)發(fā)明，生物質(zhì)可以源自單一來源，或者生物質(zhì)可以包含源自多于一種來源的混合物；例3。，生物質(zhì)可以包含玉米芯和玉米秸的混合物，或者草和葉子的混合物。生物質(zhì)包括，但不限于，生物能源作物、農(nóng)業(yè)廢物、城市固體廢物、工業(yè)固體廢物、造紙淤渣、庭院廢物、木材和林業(yè)廢物。生物質(zhì)的例子包括，但不限于，玉米粒、玉米芯、作物殘余物例如玉米皮、玉米秸、草、小麥、小麥秸、大麥、大麥秸、干草、稻稈、柳枝稷(switchgrass)、廢紙、甘蔗渣、高梁、大豆、由谷物磨房獲得的組分、樹木、樹枝、樹根、樹葉、木屑、鋸屑、灌木和矮樹、蔬菜、果實、花和牲畜糞。在一個實施方案中，可用于發(fā)明的生物質(zhì)包括具有相對較高碳水化合物值的生物質(zhì)，其是相對致密的，和/或相對容易收集、運(yùn)送、存儲和/或處理的。在發(fā)明的一個實施方案中，可使用的生物質(zhì)包括玉米芯、玉米秸和甘蔗渣。為了本發(fā)明的目的，"含氨的水溶液"是指在水介質(zhì)中使用氨氣(NH3)、含有銨離子(NH/)的化合物例如氬氧化銨或硫酸銨，在降解過程中釋放氨的化合物例如尿素，以及它們的組合。用于本發(fā)明方法中的氨的濃度是足以使生物質(zhì)-氨水混合物的pH保持為堿性的最低濃度，并且其最大為相對于生物質(zhì)干重小于約12的重量百分比。該低濃度的氨對預(yù)處理來說是足夠的，并且所述低濃度還可以是相對于生物質(zhì)干重小于約10重量百分比。相對于生物質(zhì)干重百分之6或更低的極低濃度的氨也可以用于預(yù)處理。堿性的意思是指大于7.0的pH。特別合適的是大于8的生物質(zhì)-氨水混合物pH。在一個實施方案中，氨以相對于生物質(zhì)千重小于約10重量百分比存在。特別合適的是氨為相對于生物質(zhì)干重小于約6重量百分比。用于本發(fā)明方法中的氨與其它堿相比提供了優(yōu)點。氨分成液相和氣相。氣態(tài)氨能夠比液體堿更加容易地擴(kuò)散通過生物質(zhì)，導(dǎo)致在較低濃度下更有效的預(yù)處理。氨還被顯示于本文的實施例11中，其通過生物質(zhì)中乙?；サ陌苯鈦砼c水解竟?fàn)?，從而形成乙酰胺。乙酰胺對某些發(fā)酵有機(jī)體，例如運(yùn)動發(fā)酵單胞菌(Zymowomwmo6,7&)(如本文實施例12中所示)，的毒性比乙酸酯的低。這樣的從乙酰基酯到乙酰胺而不是到乙酸的轉(zhuǎn)化減少了除去乙酸的需要。氨的使用還減少了在用氮源發(fā)酵的過程中補(bǔ)充所使用的生長培養(yǎng)基的要求。另外，氨是一種廉價的材料，因此提供了一種經(jīng)濟(jì)的方法。還可以將氨在預(yù)處理期間或預(yù)處理之后循環(huán)到預(yù)處理反應(yīng)器中，從而獲得一個更加經(jīng)濟(jì)的方法。例如，在預(yù)處理后，隨著溫度降低至適于糖化的溫度，氨氣可以被釋放，任選地在真空的存在下，氨氣可以被再循環(huán)。在一個連續(xù)的方法中，氨可以被連續(xù)地再循環(huán)。根據(jù)本發(fā)明方法，包含氨的水溶液可以任選地包含至少一種另外的^5咸，例如氬氧化鈉、碳酸鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、氫氧化鈣和-友酸4丐。所述至少一種另外的^成的加入量可以是能與銨結(jié)合形成相對于生物質(zhì)干重小于約20重量百分比量的總堿的量。優(yōu)選地，全部的第二種堿加上氨的量小于約15重量百分比?？梢岳昧硗獾膲A來，例如，中和生物質(zhì)中的酸，以提供用于糖化酶的金屬離子，或者提供用于發(fā)酵生長培養(yǎng)基的金屬離子。在本發(fā)明方法中，生物質(zhì)千重的初始濃度至少為生物質(zhì)-氨水混合物重量的約15%直至約80%。更合適地，生物質(zhì)干重的濃度為生物質(zhì)-氨水混合物重量的約15%到約60%。為了用于發(fā)酵，將生物質(zhì)-氨水混合物中的生物質(zhì)的百分比保持在高水平以使對糖進(jìn)行濃縮的需要最小化，所述糖是由糖化預(yù)處理生物質(zhì)而產(chǎn)生的。高的生物質(zhì)濃度還減少了預(yù)處理材料的總體積，使得該方法更加經(jīng)濟(jì)。生物質(zhì)可以以從來源中所獲得的形式而直接使用，或者可以向生物質(zhì)施加能量以減小尺寸，增加暴露的表面積，和/或增加存在于生物質(zhì)中的纖維素、半纖維素、和/或低聚糖對氨以及對用于方法第二步中的糖化酶的利用率。對減少尺寸，增加暴露的表面積，和/或增加存在于生物質(zhì)中的纖維素、半纖維素、和/或低聚糖對氨以及對糖化酶利用率的有效能量形式包括，但不限于，磨、壓、碾、切、砍、盤磨、超聲和微波。能量的這種施加可以發(fā)生在預(yù)處理之前或期間，糖化之前或期間，或者其任意組合。該容器i能夠承受壓力，、具有二"機(jī)械i置，并且具有混合各組分的機(jī)械裝置的容器?？缮藤彨@得的容器包括，例如，Zipperclave⑧反應(yīng)器(AutoclaveEngineers,Erie,PA)、Jaygo反應(yīng)器(JaygoManufacturing,Inc.,Mahwah,NJ)禾口蒸汽槍反應(yīng)器(GeneralMethodsAutoclaveEngineers,Erie,PA中所描述的)?？梢允褂镁哂邢嗨菩阅艿囊?guī)才莫大得多的反應(yīng)器。替代性地，可以將生物質(zhì)和氨溶液在一個容器中結(jié)合后，接著再轉(zhuǎn)移到另一個反應(yīng)器中。還可以將生物質(zhì)在一個容器中預(yù)處理后，接著再進(jìn)一步在另一個反應(yīng)器例如蒸汽槍反應(yīng)器(GeneralMethods;AutoclaveEngineers,Erie,PA中所描述的)中進(jìn)行力口工。在將生物質(zhì)與含氨的水溶液接觸之前，可以對含有生物質(zhì)的容器抽真空。通過從生物質(zhì)的氣孔中排出空氣，可以使氨更好地滲入生物質(zhì)中。抽真空的時間長度和向生物質(zhì)施加的負(fù)壓力的大小取決于生物質(zhì)的類型并可根據(jù)經(jīng)驗來確定以便獲得最佳的生物質(zhì)預(yù)處理(是通過糖化作用后可發(fā)酵糖的產(chǎn)生情況而測定的)。生物質(zhì)與含氨的水溶液的接觸是在從約4°C到約200°C的溫度下進(jìn)行的。生物質(zhì)與氨的初始接觸是在4°C，在該溫度下能夠發(fā)生浸透作用，發(fā)現(xiàn)與未預(yù)處理的天然生物質(zhì)相比該接觸過程增加了糖化作用的效率。在另一個實施方案中，所述的生物質(zhì)的接觸在從約75°C到約150°C的溫度下進(jìn)行。在又一個實施方案中，所述的生物質(zhì)的接觸在從大于90。C到約150。C的溫度下進(jìn)行。將生物質(zhì)與含氨的水溶液接觸所進(jìn)行的時間能夠長至約25小時。較長的預(yù)處理時間也是可能的，然而由于操作、經(jīng)濟(jì)的原因優(yōu)選較短的時間長度。一般地，氨接觸處理的時間長度為約8小時或更短。較長的處理時間長度可以帶來下述益處，即減少了對為破碎生物質(zhì)而施加的能量的需求，因此，長至約25小時的時間長度可能是優(yōu)選的。在一個實施方案中，預(yù)處理過程可以在相對較高的溫度下進(jìn)行相對較短的時間，例如在從約100°C到約150°C下進(jìn)^f亍約5分鐘到約2小時。在另一個實施方案中，預(yù)處理過程可以在較低的溫度下進(jìn)行相對較長的時間，例如在從約75°C到約100°C下進(jìn)行約2小時到約8小時。在又一個實施方案中，預(yù)處理過程可以在室溫(大約22-26。C)下進(jìn)行甚至更長的時間，為約24小時。還可以使用在這些范圍中間的其它溫度和時間的組合。對于預(yù)處理過程，溫度、預(yù)處理時間、氨的濃度、一種或多種另外的堿的濃度、生物質(zhì)濃度、生物質(zhì)類型和生物質(zhì)粒子大小是相關(guān)的；因此這些變量可以根據(jù)獲得要與糖化酶聚生體接觸的最佳產(chǎn)物的需要而調(diào)整。增塑劑，軟化劑或其組合，例如多元醇(例如，甘油、乙二醇)，多元醇酯(例如，單乙酸甘油酯)，二醇醚(例如，一縮二乙二醇)，乙酰胺，乙醇和乙醇胺，都可以在預(yù)處理過程中(即，步驟(a))加入?？梢詫⒃鏊軇┳鳛榘彼芤旱囊粋€組分、作為單獨的溶液或者作為干纟且分而力P入。預(yù)處理反應(yīng)可以在任何合適的容器中進(jìn)行，例如間歇式反應(yīng)器或連續(xù)式反應(yīng)器。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認(rèn)識到在較高的溫度(大于100°C)下，需要壓力容器。合適的容器可以裝備有一些裝置，例如高速攪拌機(jī)，用于攪拌生物質(zhì)-氨水混合物。反應(yīng)器的設(shè)計在Lin,K.-H.和VanNess，H.C.(在Perry，R.H.和Chilton,C.H.(編輯)，ChemicalEngineer'sHandbook,第5版(1973)第4章，McGraw-Hill,紐約)中有所討論。預(yù)處理反應(yīng)可以作為間歇過程，或者作為連續(xù)過程而進(jìn)行。發(fā)酵期間微生物生長需要氮源是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的；因此在預(yù)處理期間氨的使用提供了氮源并且減少或消除了在發(fā)酵期間用氮源補(bǔ)充所消耗的生長培養(yǎng)基的需要。如果預(yù)處理產(chǎn)品的pH超過了糖化酶具有活性時的pH，或者超過了適于微生物在發(fā)酵中生長的范圍，可以利用酸來減少pH。用來獲得期望pH的酸的量可能會導(dǎo)致抑制糖化酶或者抑制微生物生長濃度的鹽的形成。為了減少獲得期望pH所需的酸的量，并且為了在本預(yù)處理過程中減少NH3的原料損耗，可以將氨氣從預(yù)處理反應(yīng)器中排出并且重復(fù)利用。一般地，至少移除一部分氨，其減小了pH卻留有一些氮，這些氮提供了氮營養(yǎng)物以用于后續(xù)的發(fā)酵。為了從生物質(zhì)中獲得足夠量的糖，可以將生物質(zhì)用氨水溶液預(yù)處理一次或者超過一次。同樣地，糖化反應(yīng)可以進(jìn)4亍一次或超過一次。如果期望獲得較高的糖產(chǎn)率，預(yù)處理和糖化過程二者均可以被重復(fù)進(jìn)行。為了評價預(yù)處理和糖化過程的性能，可以分別地或一起地確定來源于初始生物質(zhì)的糖的理論收率，并且將其與所測得的產(chǎn)率進(jìn)行比較。糖化預(yù)處理后，產(chǎn)物包含氨、部分降解的生物質(zhì)和可發(fā)酵糖的混合物。在進(jìn)一步處理之前，可以通過抽真空將氨從預(yù)處理生物質(zhì)中除去。氨的除去降低了pH并且因此減少了中和酸的用量，所述中和酸是用以獲得期望pH以進(jìn)行糖化和發(fā)酵的。其導(dǎo)致了預(yù)處理混合物中的較低的含鹽量。一般地保留一些氨，希望其能為發(fā)酵提供氮源。接著，在糖化酶聚生體的存在下將預(yù)處理混合物進(jìn)一步水解從而在水解產(chǎn)物中釋放低聚糖和/或單糖。用于生物質(zhì)處理的糖化酶和方法綜述于Lynd，L.R.等人的(Microbiol.Mol.Biol.Rev.(2002)66:506-577)中。在一個優(yōu)選實施方案中，糖化反應(yīng)中利用了包含可溶和不溶組分二者的全部的預(yù)處理混合物。在另一個實施方案中，在糖化之前，可以將包含氨和溶解糖的含水組分與剩余在混合物中的不溶顆粒分離。從不溶組分中分離可溶組分的方法包括但不限于，傾析和過濾。可以將不溶顆粒再循環(huán)入預(yù)處理反應(yīng)器中。任選地可以用含水溶劑(例如水)洗滌不溶顆粒以在再循環(huán)入預(yù)處理反應(yīng)器之前除去吸附的糖。接著可以用如上所述的用于預(yù)處理的氨水溶液對不溶組分進(jìn)行另外的處理，隨后用糖化酶聚生體進(jìn)行糖化。再糖化之前還可以使用適當(dāng)?shù)姆椒?，例如蒸發(fā)，對可溶組分進(jìn)行濃縮。在糖化之前，可以對預(yù)處理產(chǎn)物進(jìn)行處理以改變pH、組成或溫度從而使糖化酶聚生體的酶能夠被活化。pH可以通過加入固體或液體形式的酸而得到改變。替代性地，可以利用二氧化碳(C〇2)來降低pH,所述二氧化碳可以從發(fā)酵中回收。例如，可以將(:〇2從發(fā)酵罐和原料中，例如通過鼓泡而收集到預(yù)處理產(chǎn)物中，同時監(jiān)測pH直到獲得期望的pH。如下面所提到的，可以將溫度提高到與糖化酶活性相適合的溫度。可以加入用于糖化作用的酶起作用所需的任何輔助因素。糖化酶聚生體包含一種或多種酶，所述酶主要選自，但不限于，"糖苷酶"組，其水解了二-、低聚-和多聚糖的醚^T建，并且可以在酶分類EC3.2.l.x(EnzymeNomenclature1992,AcademicPress,SanDiego,CAwithSupplement1(1993)，Supplement2(1994》Supplement3(1995,Supplement4(1997)和Supplement5[分另'J在Eur.J.Biochem.(1994)223:1-5，Eur.J.Biochem.(1995)232:1-6，Eur.J.Biochem.(1996)237:1-5,Eur.J.Biochem.(1997)250:1-6,和Eur.J.Biochem.(1999)264:610-650中])的"水解酶"(EC3.)通用組中找到。可用于本發(fā)明方法的糖苷酶可以通過它們水解的生物質(zhì)組分來進(jìn)行分類?？捎糜诒景l(fā)明方法的糖苷酶包括纖維素-水解糖苷酶(例如，纖維素酶、內(nèi)葡聚糖酶、外葡聚糖酶、纖維生物水解酶、P-葡糖苷酶)，半纖維素-水解糖苷酶(例如，木聚糖酶、內(nèi)木聚糖酶、外木聚糖酶、P-木糖苷酶、阿拉伯木聚糖酶、甘露聚糖酶、半乳糖酶、果膠酶、葡萄糖苷酸酶)，和淀粉-水解糖苷酶(例如，淀粉酶、Ot-淀粉酶、|3-淀粉酶、葡糖淀粉酶、a-葡萄糖苷酶、異淀粉酶)。此外，向糖化酶聚生體中加入其它活性物質(zhì)以幫助從生物質(zhì)的其它組分中釋放多糖也可能是有效的，所述活性物質(zhì)例如肽酶(EC3.4.x.y)，脂肪酶(EC3丄l.x和3丄4.x),木質(zhì)素酶(ECl.ll.l.x)和阿魏酸酯酶(EC3.1丄73)。本領(lǐng)域公知，產(chǎn)生多糖水解酶的微生物經(jīng)常顯示出某種活性，例如纖維素降解活性，其是由具有不同底物專一性的幾種酶或者一組酶催化的。因此，來自孩i生物的"纖維素酶，，可以包含一組酶，所有的這些酶都可具有纖維素-降解活性。商業(yè)或非商業(yè)的酶制品，例如纖維素酶，可以包含多種酶，這取決于為獲得酶所使用的純化方案。因此，本發(fā)明方法的糖化酶聚生體可以包含酶活性物，例如"纖維素酶"，然而，應(yīng)該認(rèn)識到該活性物可以被超過一種的酶催化。糖化酶可以商夠獲得，例如SpezymeCP纖維素酶(GenencorInternational,Rochester,NY)和Multifect⑧木聚沖唐酶(Genencor)。此外，糖化酶可以生物學(xué)地制備得到，包括使用重組微生物。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知如何確定用于所述聚生體中的酶的有效量以及為了最佳的酶活性而如何調(diào)整條件。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)已知如何優(yōu)化所述聚生體內(nèi)需要的酶活性的種類，以在所選擇的條件下獲得最佳的對給定預(yù)處理產(chǎn)物的糖化作用。優(yōu)選地，糖化反應(yīng)在或4妻近對于糖化酶最佳的溫度和pH下進(jìn)^亍。在本發(fā)明方法中糖化酶聚生體所使用的最佳溫度范圍為從約15°C到約100°C。在另一個實施方案中，最佳溫度范圍為從約20。C到約80°C。最佳pH的范圍可以為從約2到約11。在另一個實施方案中，本發(fā)明方法中糖化酶聚生體所使用的最佳pH的范圍為從約4到約10。糖化作用進(jìn)行的時間可以是約幾分鐘到約120小時的時間，優(yōu)選;^約幾分鐘到約48小時。反應(yīng)的時間取決于酶的濃度和具體活性，以及所使用的底物和環(huán)境條件，例如溫度和pH。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以很容易地確定溫度、pH和時間的最佳條件以用于特定的底物和糖化酶聚生體。糖化可以作為間歇或連續(xù)過程進(jìn)4亍。糖化還可以在一個步驟中或者在多個步驟中進(jìn)行。例如，糖化需要的不同酶可以顯示出不同的最佳pH或溫度?？梢杂妹冈谝粋€溫度和pH下進(jìn)^亍一級處理，*接著用不同的酶在不同的溫度和/或pH下進(jìn)行二級或三級(或者更多)處理。此外，在連續(xù)的步驟中用不同酶的處理可以在相同的pH和/或溫度下，或者在不同的pH和溫度下進(jìn)行，例如使用了在較高的pH和溫度下穩(wěn)定并更具活性的半纖維素酶后，接著使用在較低pH和溫度下具有活性的纖維素酶。糖化后來自生物質(zhì)的糖的增溶度可以通過測量單糖和低聚糖的釋放來進(jìn)行監(jiān)測。測量單糖和低聚糖的方法是本領(lǐng)域^^知的。例如，還原糖的濃度可以使用1,3-二硝基水楊(DNS)酸試驗(Miller，G.L.，Anal.Chem.(1959)31:426-428)來確定。-,代性地，糖可以通過HPLC而得到測定，所述HPLC使用了如上述文獻(xiàn)中"常用方法(GeneralMethods)"部分所描述的適當(dāng)?shù)闹?。由生物質(zhì)釋放的可發(fā)酵糖可以被適當(dāng)?shù)奈⑸锸褂枚a(chǎn)生目標(biāo)化學(xué)品。在糖化后發(fā)酵前，可以通過例如蒸發(fā)來濃縮糖化混合物以增加可發(fā)酵糖的濃度。任選地，可以將糖化產(chǎn)物中的液體以間歇或連續(xù)的方法與固體分離。任選地，可以在發(fā)酵之前對液態(tài)的或者全部的糖化的pH,來調(diào)整pH以適于進(jìn)行發(fā)酵。另外，可以向糖化混合物中補(bǔ)充附加的微生物生長所需的營養(yǎng)物。補(bǔ)充物可以包括，例如，酵母提取物、特定的氨基酸、磷酸酯、氮源、鹽和微量元素。還可以包括產(chǎn)生由特定生物催化劑制備的特定產(chǎn)品所需的組分，例如抗生素以維持酶催化反應(yīng)中所需的質(zhì)?；蛘咻o助因素/輔劑。還可以包括另外的糖以增加總的糖濃度。糖化混合物可用作發(fā)酵肉湯的一個組分，例如，配制為占最終培養(yǎng)基的約100%到約10%。溫度和/或頂隙氣體也可以根據(jù)可用于微生物發(fā)酵的條件而得到調(diào)整。發(fā)酵可以是需氧的或厭氧的。發(fā)酵可以發(fā)生在糖化之后，或者可以通過同時進(jìn)行糖化和發(fā)酵(SSF)而與糖化同時發(fā)生。SSF可以使由糖化作用產(chǎn)生的糖保持在低水平，從而減小了對糖化酶的潛在的產(chǎn)物抑制，減小了糖污染微生物的可能性，并且提高了從預(yù)處理生物質(zhì)到單糖和/或低聚糖的轉(zhuǎn)化率?？梢酝ㄟ^發(fā)酵而產(chǎn)生的目標(biāo)化學(xué)品包括，例如，酸、醇、烷烴、烯烴、芳烴、醛、酮、生物聚合物、蛋白質(zhì)、肽、氨基酸、維生素、抗生素和藥物。醇包括，但不限于曱醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、甘油、赤蘚醇、木糖醇和山梨醇。酸包括乙酸、乳酸、丙酸、3-羥基丙酸、丁酸、葡糖酸、衣康酸、檸檬酸、琥珀酸和菊芋糖酸(levulinicacid)。氨基酸包括谷氨酸、天冬氨酸、甲硫氨酸、賴氨酸、甘氨酸、精氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸。其它的目標(biāo)化學(xué)品包括曱烷、乙烯、丙酮和工業(yè)酶。糖到目標(biāo)化學(xué)品的發(fā)酵可以通過一種或多種適當(dāng)?shù)纳锎呋瘎┰趩我坏幕蚨嗖降陌l(fā)酵中進(jìn)行。生物催化劑可以是選自細(xì)菌、絲狀真菌和酵母的微生物。生物催化劑可以是天然類的微生物，或者是重組的微生物，包括埃希氏菌、單胞發(fā)酵菌、酵母、念珠菌、畢赤酵母(Pichia)、鏈球菌、桿菌、乳酸菌和梭菌。在另一個實施方案中，生物催化劑可以選自重纟且的大腸4干菌(i^c/zerc/z/aco//,，運(yùn)動發(fā)酵單月包菌(Z_ywowo"os*mo&fe義嗜熱脂肪芽孢桿菌(^""〃wWean^/zerwop/n7ws義酉良酒酵母f5"acc/zarowycescerev^/ae人,在纟千斗炎菌fCVoWr/cZ/a/72ermoce〃wm,，T7er附o"w"era^""er/w/ws"cc/z^y/jW7.cz/w和畢赤酵母(尸Zc/2/"Wz》"^義已經(jīng)描述了許多用于發(fā)酵以制備目標(biāo)化學(xué)品的生物催化劑，并且其它的生物催化劑也可以被發(fā)現(xiàn)，通過突變來制造，或者通過重組方法被設(shè)計得到。使用本發(fā)明方法產(chǎn)生的可發(fā)酵糖的任何生物催化劑都可以用來制備已知能夠通過本發(fā)明方法的發(fā)酵而產(chǎn)生的目標(biāo)化學(xué)品。通過產(chǎn)生溶劑的(solventogenic)梭菌將碳水化合物發(fā)酵成丙酮、丁醇和乙醇(ABE發(fā)酵)是/>知的(Jones和Woods(1986)Microbiol.Rev.50:484-524)。4吏用丙酉同丁醇梭4干菌(C/oWn'A'wmacefo6w(y"cwm)6勺突變抹產(chǎn)生高水平的丁醇，同時產(chǎn)生丙酮和乙醇的發(fā)酵方法描述于US5192673中。拜氏梭菌(C/o血W謂Z^)e〃"ch'U突變抹產(chǎn)生高水平的丁醇，同時產(chǎn)生丙酮和乙醇的用途描述于US6358717中。大腸桿菌的遺傳修飾林也已經(jīng)用作乙醇生產(chǎn)的生物催化劑(Underwood等人，(2002)Appl.Environ.Microbiol.68:6263-6272)。改善了乙醇生產(chǎn)的運(yùn)動發(fā)酵單胞菌(Zymowo"twmo&7w)遺傳修飾抹描述于US2003/0162271Al中。乳酸已經(jīng)在大腸桿菌(￡.co/z)的重組體(Zhou等人，(2003)Appl.Environ.Microbiol.69:399-407)，芽孢桿菌(B"c/〃mj的天然才朱(US20050250192)，和米4艮霉("/nzo;^o^yzae9(Tay和Yang(2002)Biotechnol.Bioeng.80:1-12)的發(fā)酵中被制備。大腸桿菌(五.co/O的重組體已經(jīng)用作發(fā)酵中的生物催化劑以產(chǎn)生1,3丙二醇(US6013494，US6514733)，和己二酸(Niu等人，(2002)Biotechnol.Prog.18:201-211)。乙酸已經(jīng)通過使用梭菌(C/oWn^a)重組體(Cheryan等人，(1997)Adv.Appl.Microbiol.43:1-33)和新鑒定的酵母才朱(Freer(2002)WorldJ.Microbiol.Biotechnol.18:271-275)的發(fā)酵而得到制備。通過大腸桿菌(￡.co/O重組體和其它細(xì)菌的琥珀酸的制備公開于US6159738中，而通過大腸桿菌(五.co//)重組體突變抹的制備公開于Lin等人的(2005)Metab，英語7:116-127)中。丙酮酸已經(jīng)通過光滑球擬酵母(7brw/o/w^g/Wra^fyeast)的突變抹(Li等人，(2001)Appl.Microbiol.Technol.55:680-685)以及通過大腸桿菌(co/,)的突變抹(Yokota等人，(1994)Biosci.Biotech.Biochem.58:2164-2167)而得到制備。大腸桿菌(〖co")的重組體已經(jīng)被用作產(chǎn)生對-羥基肉桂酸(US20030170834)和奎尼酸(US20060003429)的生物催化劑。已經(jīng)將裔皰丙酸^干菌(尸ropz'om力""en'wm<2"'<i//7TO/7z'om'c/)的突變抹用于發(fā)酵以產(chǎn)生丙酸(Suwa畫kham和Yang(2005)Biotechnol.Bioeng.91:325-337),丁酸已經(jīng)通過酪丁酸梭菌(C/oW"^wm(yraZw(y"'c謂)(Wu和Yang(2003)Biotechnol.Bioeng.82:93-102)而得到制備。丙酸酯和丙醇已經(jīng)由蘇氨酸通過梭菌(C/oWn力ww^)菌林17crl經(jīng)發(fā)酵而得到制備(Janssen(2004)Arch.Microbiol.182:482-486)。似酵母的出芽短梗霉(」""M"j^/,力wpw〃w/"朋J已經(jīng)被用于制備葡糖酸(A醒tassiadis等人，(2005)Biotechnol.Bioeng.91;494-501),通過血戸g"femgw的突變抹(Singh等人，(2001)IndianJ.Exp.Biol.39:1136-43)。5-氧代-D-葡萄酸是通過氧化葡萄糖酸桿菌(G/wcowo6ac/^ojc;Wa朋)的突變才朱制備的(Elfari等人，(2005)ApplMicrobiol.Biotech.66:668-674),衣康酸是通過土曲霉(爿^erg/〃z^^玎etw)的突變才朱制備的(Reddy和Singh(2002)Bioresour.Technol，85:69-71),檸檬酸是通過黑曲霉(A^erg/〃wmgw)抹的突變株制備的(Ikram畫Ul-Haq等人，(2005)Bioresour.Technol.96:645-648),木糖醇是通過季也蒙氏假絲酵母(Ow力^zgw,肌ermo"(i〃)FTI20037制備的(Mussatto和Roberto(2003)J.Appl.Microbiol.95:331-337)。含有4-羥基戊酸酯，還含有顯著量的3-羥基丁酸、3-羥基戊酸的生物聚酉旨是由惡臭極毛軒菌(尸化W(iomo""《戶/7(ia)和iaAstom'"ew/rop/za的重組體制備的(Gorenflo等人，(2001)Biomacromolecufes2:45-57)。L-2,3-丁二醇是由大腸桿菌(￡.co/O的重組體制備的(Ui等人，(2004)Lett.Appl.Microbiol.39:533-537)。已經(jīng)實現(xiàn)了通過發(fā)酵來制備氨基酸，制備中使用了棒桿菌屬(CVr>7eZ>"Ce/7'ww)、頭豆4干菌屬(5re^w力"c/en'ww)和；少雷菌屬(Ser尸"/7a)的營養(yǎng)缺陷型菌才朱和氨基酸類似物國抗性才朱(aminoacidanalog-resistantstrains)。例如，使用耐組氨酸類似物抹制備組氨酸描述于日本專利公開No.8596/81中，使用重組抹的描述于EP136359中。使用耐色氨酸類似物林制備色氨酸描述于日本專利公開Nos.4505/72和1937/76中。使用耐異亮氨酸類似物株制備異亮氨酸描述于日本專利公開Nos.38995/72,6237/76,32070/79中。使用耐苯丙氨酸類似物才木制備苯丙氨酸描述于日本專利公開No.10035/81中。使用生長需要苯丙氨酸而耐酪氨酸的菌林(Agr.Chem.Soc.Japan50(1)R79-R87(1976))，或者重組抹(EP263515,EP332234)制備酪氨酸，以及使用耐L-精氨酸類似物抹制備精氨酸(Agr.Biol,Chem.(1972)36:1675-1684，曰本專利/厶開Nos.37235/79和150381/82)已經(jīng)被描述。苯丙氨酸也可以通過在大腸菌(&c/^r,""co/,)抹ATCC31882，31883和31884中的發(fā)酵而制備。在重組棒桿菌中制備谷氨酸描述于US6962805中。通過大腸桿菌co/O的突變抹制備蘇氨酸描述于Okamoto和Ikeda(2000)J.BiosciBioeng.89:87-79中。甲碌u氨酸是通過百合才奉狀桿菌(Co^ywe6a"e〃'wm////w附)的突變才朱制備的(Kumar等人,(2005)Bioresour.Technol.96:287-294)。有用的肽、酶和其它蛋白質(zhì)也已經(jīng)通過生物催化劑得到了制備(例如，在US6861237,US6777207,US6228630中)。由生物質(zhì)到可發(fā)酵糖的預(yù)處理和糖化，接著由糖到目標(biāo)化學(xué)品的發(fā)酵在本文的實施例9中得到了舉例性的說明，所述實施例9是為了使用運(yùn)動發(fā)酵單胞菌(Z.mo&'fe)作為由糖到乙醇的發(fā)酵的生物催化劑，由預(yù)處理過的玉米芯制備乙醇。本發(fā)明的方法也可以用于由生物質(zhì)制備1,3-丙二醇。生物質(zhì)經(jīng)過根據(jù)本發(fā)明的預(yù)處理和糖化；糖化后(或糖化期間)，使用大腸桿菌(五.按照本文實施例10所描述的方法來制備1,3-丙二醇。通過生物催化劑在發(fā)酵中制備的目標(biāo)化學(xué)品可以使用多種本領(lǐng)域已知的方法進(jìn)行回收。產(chǎn)品可以通過離心、過濾、孩i過濾和納濾與其它發(fā)酵組分分離。產(chǎn)品可以通過離子交換、溶劑萃取或電滲析而得到萃取。絮凝劑可以用來幫助產(chǎn)品的分離。作為一個具體的例子，生物制備的1-丁醇可以4吏用本領(lǐng)域/>知的用于ABE發(fā)酵的方法(例如參見，Durre，4P/^.^^cn^/a/.S/o&c/mo/.49:639-648(1998),Groot等人，尸race皿S/oc/zem.27:6I-75(l""以及它們的參考文獻(xiàn))從發(fā)酵培養(yǎng)基中分離出來。例如，固體可以通過離心、過濾或傾析等從發(fā)酵培養(yǎng)基中被除去。接著，使用例如蒸餾、共沸蒸餾、液-液萃取、吸附、氣提、薄膜蒸發(fā)或全蒸發(fā)的方法從發(fā)酵培養(yǎng)基中分離出l-丁醇。來自發(fā)酵培養(yǎng)基的1,3-丙二醇的純化可以通過，例如，使反應(yīng)混合物進(jìn)行有機(jī)溶劑萃取、蒸餾和柱色譜(U.S.5,356,812)而完成。用于該方法的特別優(yōu)良的有機(jī)溶劑是環(huán)己烷(U.S.5,008,473)。氨基酸可以通過例如離子交換樹脂吸附和/或結(jié)晶的方法從發(fā)酵培養(yǎng)基中得到收集。實施例通用方法和材4牛使用如下縮寫"HPLC"是高效液相色譜，"C"是攝氏度，"kPa"是千帕斯卡，"m"是米，"mm"是毫米，"kW"是千瓦，"jam"是微米，"|aL"是微升，"mL，，是毫升，"L"是升，"min"是分鐘，"mM"是毫摩爾，"cm"是厘米，"g"是克，"kg"是千克，"wt"是重量，"hr"是小時，"temp"或"T"是溫度，"theoret"是理論上的，"pretreat"是預(yù)處理，"DWB"是生物質(zhì)千重。硫酸、氫氧化銨、乙酸、乙酰胺、酵母提取物、2-嗎啉乙基磺酸(MES)、磷酸鉀、葡萄糖、木糖、胰化蛋白胨、氯化鈉和檸檬酸由Sigma-Aldrich(St.Louis,MO)獲得。預(yù)處理反應(yīng)器Zipperclave⑧反應(yīng)器4畫升的Zipperclave⑧反應(yīng)器(AutoclaveEngineers,Erie,PA)是一種間歇式壓力容器，其裝有用于生物質(zhì)裝料的2.5升1^31611(^@桶和用于混合生物質(zhì)的攪拌器。反應(yīng)容器由控制在期望預(yù)處理溫度下的電熱器所圍繞。還能夠使用直接蒸汽注入將生物質(zhì)快速加熱到預(yù)處理溫度。調(diào)節(jié)并控制蒸汽壓力以保持期望的預(yù)處理溫度。由加熱Zipperclave反應(yīng)器的頂盤、容器和桶的外部而形成的蒸汽冷凝水被引流到在桶和反應(yīng)器內(nèi)壁之間形成的貯水池中，以防止預(yù)處理漿料的過渡稀釋。Jaygo反應(yīng)器Jaygo反應(yīng)器是由HastelloyC-22合金制造的130升(大約為51cm直徑x91cm長度)臥式漿型反應(yīng)器(JaygoManufacturing,Inc.,Mahwah,NJ)。該反應(yīng)器安裝有能夠加熱到大約177°C(862kPa)的蒸汽夾套。還能夠使用直接蒸汽注入將生物質(zhì)快速加熱到預(yù)處理溫度。調(diào)節(jié)并控制蒸汽壓力以保持期望的預(yù)處理溫度。多個入口允許其它溶劑和熱液體的注入。蒸汽槍反應(yīng)器間歇消化系統(tǒng)4-升蒸汽槍反應(yīng)器(AutoclaveEngineers,Erie,PA)是由102mm長的表80(schedule80)1^81611(^@管組成的蒸汽-夾套反應(yīng)器，所述管由兩個球閥閉合。附加電熱器設(shè)置在反應(yīng)器所有暴露的、非夾套表面上并被控制到預(yù)處理所設(shè)定的溫度點。還使用直接蒸汽注入將生物質(zhì)快速加熱到預(yù)處理溫度。調(diào)節(jié)并控制蒸汽壓力以保持期望的預(yù)處理溫度。反應(yīng)器的底部向下收縮至51mm。所有預(yù)處理材料均通過反應(yīng)器底部的一個可替換模口排出并且被收集在一個尼龍的(Hotfill)0.21ms的袋子中，所述袋子固定于厚壁的、帶夾套且冷卻的閃蒸罐內(nèi)部。盤磨機(jī)盤磨機(jī)是安裝有11kW電動機(jī)的SproutWaldron型30.5cm精磨才幾(Andritz，Inc.，Muncy,PA)。固定盤和轉(zhuǎn)動盤之間的縫隙是可以改變的。送料旋轉(zhuǎn)速度也是可以改變的，可為0-88rpm。精磨機(jī)的入口^皮改裝為六個注入口，,人而允許剛好在精磨機(jī)轉(zhuǎn)盤4t轉(zhuǎn)之前引入蒸汽、熱水或其它吹掃氣體和液體。精磨機(jī)安裝有D2A506圖案的Ni-Hard盤或者18034-A圖案的Ni畫Hard盤(Durametal,Corp.,Tuiatin，OR)。預(yù)處理和酶水解反應(yīng)器(PEHR)9L的PEH反應(yīng)器(在NREL,Golden,CO建造，參見待審美國專利申請CL3447)具有大約15cmx51cm的不銹鋼反應(yīng)容器，該容器具有用于引入待加工反應(yīng)物的噴射槍。使用旋轉(zhuǎn)接頭將所述噴射槍與容器一端上的蓋子中的端口相連，其具有與容器相連通的另外的端口。四個擋板平均分割了容器壁的長度，并且與所述壁垂直設(shè)置。在容器轉(zhuǎn)動時，擋板和可在容器中自由浮動的二十二個3.2cmx3.2cm的陶資研磨介質(zhì)圓筒(E.R,AdvancedCeramics,EastPalestine,OH)向生物質(zhì)和反應(yīng)物施加了才幾械混合，促進(jìn)了生物質(zhì)對反應(yīng)物的吸收作用。PEH反應(yīng)器位于為旋轉(zhuǎn)提供了機(jī)械裝置的BellcoCell-ProductionRollerApparatus(BellcoTechnology,Vineland，NJ)上，并且將具有滾筒裝置的反應(yīng)器設(shè)置在提供熱量的溫度控制室內(nèi)。真空和壓力可以通過將外部來源附加到與噴槍連接的蓋子中的端口上而被施加到反應(yīng)容器中。分析方法纖維素的定量各起始生物質(zhì)樣品中的纖維素的量是用本領(lǐng)域公知的方法確定的，例如ASTME1758-01"通過HPLC測定碳水化合物的標(biāo)準(zhǔn)方法(StandardmethodforthedeterminationorcarbohydratesbyHPLC)，,。糖、乙酰胺、乳酸和乙酸含量的測定糖化溶液中的可溶性糖(葡萄糖、纖維二糖、木糖、半乳糖、阿拉伯糖和甘露糖)、乙酰胺、乳酸和乙酸是通過HPLC測定的，其中HPLC使用的是具有適當(dāng)保護(hù)柱的Bio-RadHPX-87P和Bio-RadHPX-87H柱(AgilentModel1100，AgilentTechnologies,PaloAto，CA)。測定樣品的pH,并且如果需要，用硫酸將其調(diào)節(jié)至5-6。接著使樣品通過0.2|im的針筒式過濾器直接進(jìn)入HPLC瓶。HPLC操作條件如下BioradAminexHPX-87P(用于碳水化合物)注射體積10-50|iL,取決于濃度和檢測器的極限流動相HPLC級水，0.2jim過濾并脫氣流速0.6mL/分鐘柱溫80-85°C，保護(hù)柱的溫度〈60。C檢測器溫度盡可能地接近主柱的溫度檢測器折射率運(yùn)行時間35分鐘的數(shù)據(jù)收集加15分鐘的后運(yùn)行(對于更遲的洗脫化合物可進(jìn)行可能的調(diào)整)BioradAminexHPX-87H(用于碳水化合物、乙酰胺、乳酸、乙酸和乙醇)注射體積5-10|liL,取決于濃度和檢測器的極限流動相0.IN的硫酸，0.2pm過濾并脫氣流速0.6mL/分鐘4主〉顯:55。C檢測器溫度盡可能地接近柱溫檢測器折射率運(yùn)行時間25-75分鐘的數(shù)據(jù)收集運(yùn)行之后，樣品中的濃度由每個化合物的標(biāo)準(zhǔn)曲線確定。實施例1高生物質(zhì)濃度、高溫和對比氨濃度下的秸稈預(yù)處理在引入生物質(zhì)物料之前，通過若干次地向反應(yīng)器中循環(huán)入蒸汽并排空，將21口口6^^￥6@反應(yīng)容器和頂板預(yù)熱到目標(biāo)預(yù)處理溫度。在預(yù)處理前將預(yù)熱期間形成的冷凝水通過真空吸引而除去。向Hastelloy桶中裝入0.635cm(l/4m.)的粉碎的秸稈(lOOg,基于干重)，并將桶插入到預(yù)熱的反應(yīng)器中。將反應(yīng)器的攪拌器設(shè)置到20rpm,同時對容器內(nèi)部和生物質(zhì)物料抽真空(大約85kPa)。將氫氧化銨溶液在接近容器底部處用噴霧型噴嘴注入，所述氬氧化銨溶液的濃度是給出相對于生物質(zhì)-氨水混合物重量30重量百分比的生物質(zhì)千重濃度所需的濃度，并且期望的氨濃度列于表1中。樣品的最終氨濃度相對于生物質(zhì)干重為12%，同時使用最終氨濃度相對于生物質(zhì)千重為35%的樣品作為對比。當(dāng)生物質(zhì)物料的溫度達(dá)到50°C時，在接近反應(yīng)器底部處引入蒸汽以使生物質(zhì)物料流體化并且將其溫度升高到140°C或170°C。在預(yù)處理結(jié)束時，通過通風(fēng)冷凝器使反應(yīng)器降壓，在打開反應(yīng)器和回收預(yù)處理生物質(zhì)之前，將反應(yīng)器抽真空(大約85kPa)3分鐘以降低溫度并從預(yù)處理漿料中除去多余的氨。將含有0.5g纖維素(以初始原料組合物為基礎(chǔ))的全部的未洗滌預(yù)處理漿料加入到最終體積為50mL到125mL的搖瓶中。由于酶對高pH環(huán)境敏感，所以在加入酶之前加入乙酸(10-100pL)，以將氨-預(yù)處理生物質(zhì)的pH滴定到5.0。糖化期間通過加入50mM;f寧檬酸緩沖液將pH控制在5.0，并且使溫度保持在50°C。向表1所列各樣品濃度中力口入SpezymeCP纖維素酶(GenencorInternational,Rochester,NY)。在96hr的糖化作用后，根據(jù)"常用方法(GeneralMethod)"中所描述的糖測定身見程確定所產(chǎn)生的糖化溶液的含糖量。96hr后釋放的糖顯示于表2中。該試驗的對照組是l)未處理的玉米秸，其產(chǎn)生理論產(chǎn)率為23%的葡萄糖(使用56mg纖維素酶/g纖維素)和2)蒸汽(140°C)預(yù)處理的玉米秸，其產(chǎn)生理論產(chǎn)率為40%的葡萄糖(使用56mg纖維素酶/g纖維素)；沒有測定對照組的木糖。表l:糖化96hr后由預(yù)處理玉米秸所釋放的糖DWB:生物質(zhì)干重<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>這些結(jié)果表明使用12%的氨在140°C下預(yù)處理15分鐘，接著進(jìn)行糖化所釋放的葡萄糖和木糖比使用35%的氨在140。C下預(yù)處理5分鐘時的更多。因此，使用較低濃度氨的優(yōu)點可以與預(yù)處理時間的微小增加相結(jié)合。實施例2高生物盾濃度、低溫和極低氨濃度下的秸稈預(yù)處理向Jaygo反應(yīng)器中裝料入0.635cm粉碎的秸稈(13kg，基于干重)。對容器抽真空(67.7kPa),并且注入稀氫氧化銨溶液，以提供6.2g氨/100g生物質(zhì)干重的氨濃度以及相對于生物質(zhì)-氨水混合物總重30重量百分比的生物質(zhì)干重濃度。降低真空度，向夾套中施加蒸汽以將秸稈加熱到100。C。將浸濕的秸稈在32rpm的持續(xù)攪拌下保溫8hr,然后將所產(chǎn)生的漿料冷卻過夜，期間繼續(xù)攪拌。將含有0.5g纖維素(以初始原料組合物為基礎(chǔ))的全部的未洗滌預(yù)處理漿料加入最終體積為50mL到125mL的搖^f瓦中。由于酶對高pH環(huán)境每文感，所以在加入酶之前加入乙酸(10-100jxL),以將氨-預(yù)處理生物質(zhì)的pH滴定到5.0。糖化期間通過加入50mM檸檬酸緩沖液將pH控制在5.0，并且使溫度保持在50°C。加入SpezymeCP纖纟tl素酶(GenencorInternational,Rochester,NY)以達(dá)至"56mg/g纟千維素。在％小時的糖化作用后，根據(jù)"常用方法(GeneralMethod)"中所描述的糖測定規(guī)程確定所產(chǎn)生的糖化溶液的含糖量，并且將其示于表2中。表2:96小時后由預(yù)處理的玉j艮秸所釋放的糖<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>結(jié)果表明這些極低的氨濃度和低溫預(yù)處理條件，(預(yù)處理時間為8hr)與140。C下使用12%的氨進(jìn)行15分鐘一樣有效。實施例3高生物質(zhì)濃度、低溫和極低氨濃度下的玉米芯預(yù)處理，以及隨后的高生物質(zhì)濃度的糖化將完整的或者粉碎的玉米芯(大約13kg,基于千重)裝入到Jaygo反應(yīng)器中。玉米芯是通過裝有C-2975盤的盤磨機(jī)("常用方法(GeneralMethod)")粉碎的。將所產(chǎn)生的粉碎的玉米芯過1.27cm篩。使留下的全部碎片再次通過具有0.5cm的較小縫隙的盤磨機(jī)。將反應(yīng)器抽真空，并注入稀氫氧化銨溶液以提供最終期望的氨濃度(2%或6%)和干生物質(zhì)濃度(30%或40%)，如表3中所給出的。降低真空度并向夾套內(nèi)施加蒸汽以加熱玉米芯，同時在93°C的溫度下浸泡完整的玉米芯樣品，在85°C的溫度下浸泡粉碎的玉米芯樣品。為了增加加熱速度，可以在短時間內(nèi)增加攪拌器的速度(直至96rpm)。將浸濕的玉米芯在32rpm的持續(xù)攪拌下保溫4或8小時，接著將其冷卻過夜，期間繼續(xù)攪拌。在從反應(yīng)器中移出預(yù)處理生物質(zhì)之前，將反應(yīng)器在90°C下抽真空以從預(yù)處理生物質(zhì)中解吸出氨。糖化前，用固體檸檬酸將預(yù)處理玉米芯生物質(zhì)的pH調(diào)節(jié)到5.5。50。C下在Jaygo反應(yīng)器中對約10kg預(yù)處理過的完整玉米芯進(jìn)行糖化。向PEH反應(yīng)器中加入約1400g預(yù)處理過的粉碎玉米芯和22個陶瓷研磨圓筒(3.2cm直徑x3.2長；E.R.AdvancedCeramic,EastPalestine,OH)用于糖化。每個糖化反應(yīng)都使用了28mgSpezymeCP/g未處理秸稈中的纖維素與28mg/g纖維素的Multifect乂7^皿86@的酶混合物。每個糖化作用開始時的生物質(zhì)最終干重濃度相對于預(yù)處理生物質(zhì)-糖化酶聚生體混合物的總重均為30%。PEH反應(yīng)器以19rpm的速度軸向旋轉(zhuǎn)，同時保持溫度在50°C。所產(chǎn)生糖化溶液的含糖量是根據(jù)"常用方法(GeneralMethods)"中的糖測定規(guī)程確定的。96hr后釋方文的糖顯示于表3中。表3:糖化期間使用高濃度的生物質(zhì)(干重)時由預(yù)處理過的玉米芯所釋放的糖<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>實施例4高生物質(zhì)濃度、高溫和極低氨濃度下的玉米芯預(yù)處理，以及隨后的高生物質(zhì)濃度的糖化將粉碎的玉米芯(13kg，千重)裝入Jaygo反應(yīng)器中。將反應(yīng)器抽真空后，在室溫下向32rpm攪拌的反應(yīng)器中傾注入適當(dāng)濃度的氫氧化銨溶液，所述濃度能夠提供2%的氨和30%的生物質(zhì)干重濃度。接著使用低壓夾套蒸汽將反應(yīng)器中所含物質(zhì)加熱到95°C。反應(yīng)器一達(dá)到95°C,就用直接蒸汽注入將反應(yīng)器中所含物質(zhì)加熱到145°C。當(dāng)反應(yīng)器達(dá)到145°C時，將反應(yīng)器中所含物質(zhì)用夾套蒸汽和一些直接注入蒸汽保溫20分鐘。20分鐘后，在通風(fēng)孔上對反應(yīng)器抽真空并且開動粉碎機(jī)發(fā)動機(jī)5分鐘。1小時后向夾套中供入冷卻水。講Jaygo反應(yīng)器中所含物質(zhì)冷卻至33。C到37。C之間；接著用032將反應(yīng)器加壓到138kPa。使加壓的(302環(huán)境保持30min。反應(yīng)器所含物質(zhì)的最終溫度在27。C到31。C之間。浸濕/預(yù)處理生物質(zhì)的pH為大約7.5。將預(yù)處理生物質(zhì)從Jaygo反應(yīng)器中移出并轉(zhuǎn)移到用于糖化的PEH反應(yīng)器中，糖化開始時最終生物質(zhì)干重濃度相對于預(yù)處理-糖化酶聚生體混合物的總重為30%。接著用固體檸檬酸將pH調(diào)節(jié)到5.5，將材料用28mgSpezymeCP/g纖維素和28mgMultifectXylanase/g纖維素在如實施例3所描述的未處理玉米芯中進(jìn)行消化。所產(chǎn)生糖化溶液的含糖量根據(jù)"常用方法(GeneralMethods)"中的糖測定規(guī)程確定。96小時后所釋放的糖顯示于表4中。表4:糖化期間使用高濃度的生物質(zhì)(干重)時由預(yù)處理過的玉米芯所釋放的糖。<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>實施例5加入增塑劑的預(yù)處理將完整的玉米芯如實施例3中所描述的那樣進(jìn)行預(yù)處理，其生物質(zhì)干重濃度相對于生物質(zhì)-氨水混合物總重量為約30%,氨相對于生物質(zhì)干重為2重量百分比，溫度為100°C，在Jaygo反應(yīng)器中進(jìn)行8小時，反應(yīng)器中加入有相對于生物質(zhì)干重3重量百分比的甘油作為增塑劑。預(yù)處理后，用固體檸檬酸將所產(chǎn)生材料的pH調(diào)節(jié)到5。接著如實施例3中所描述那樣對預(yù)處理過的玉米芯進(jìn)行消化。使用28mgSpezymeCP/g未處理秸稈中纖維素與28mgMultifectXylanase/g未處理玉米芯中纖維素的酶混合物。在96小時的消化之后，葡萄糖的濃度為92.3g/L，木糖的濃度為54.4g/L。實施例6預(yù)處理生物質(zhì)的盤磨以實施例1中描述的方式對秸稈進(jìn)行預(yù)處理，其中使用具有低氨濃度(12%)或用于比較的氨濃度(35%)的不同樣品，而溫度、時間和酶條件如表5中所列。將完整的玉米芯如實施例3所描述那樣進(jìn)行預(yù)處理，其中使用具有極低氨(3%或6%)的不同樣品，其它條件如表5中所列。預(yù)處理后，使樣品通過SproutWaldron盤磨機(jī)。將固定盤與轉(zhuǎn)動盤之間的縫隙設(shè)置在0.245mm(0.010英寸)，送料旋轉(zhuǎn)速度為7rpm。將精磨后的材料按照實施例2中描述的方法進(jìn)行糖化，所產(chǎn)生糖化溶液的含糖量根據(jù)"常用方法(GeneralMethods)"中的糖測定規(guī)程而確定。96小時后的糖化作用結(jié)果顯示于表5中。該結(jié)果表明在糖化之前進(jìn)行盤磨能夠獲得較好的可消化性，或者使用較低的酶濃度是有效的。表5:糖化前被盤磨過的預(yù)處理材料的可消化性<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>實施例7預(yù)處理生物質(zhì)的蒸汽槍處理如實施例1所描述的使用如下條件對秸稈進(jìn)行預(yù)處理，所述條件為相對于生物質(zhì)-氨水混合物總重量30%的生物質(zhì)干重，相對于DWB6重量百分比的氨，100°C，在Jaygo反應(yīng)器中進(jìn)行8小時。如實施例3所描述的使用如下條件對玉米芯進(jìn)行預(yù)處理，所述條件為相對于生物質(zhì)-氨水混合物總重量的40%的生物質(zhì)干重，相對于DWB的6重量百分比的氨，93°C，在Jaygo反應(yīng)器中進(jìn)行8小時。將每種預(yù)處理生物質(zhì)樣品分別裝入4-升的蒸汽槍反應(yīng)器中。使預(yù)處理過的材料在170。C經(jīng)受5分鐘，或者在140°C經(jīng)受20分鐘，然后將其通過端口放出。將所產(chǎn)生的材料如實施例2所描述的進(jìn)行糖化。結(jié)果在下表6中給出。所述結(jié)果顯示糖化前的蒸汽槍處理改善了葡萄糖的釋放。表6:蒸汽槍處理過的預(yù)處理過材料的可消化性<table>tableseeoriginaldocumentpage29</column></row><table>實施例8具有氨再循環(huán)的預(yù)處理模型針對兩個預(yù)處理方案低溫(85°C)、長停留時間(4小時)和高溫(130°C)、短停留時間(20分鐘)，用Aspen模型(AspenTechnologies,Cambridg,MA,version12.1)檢驗氨再循環(huán)的優(yōu)點。每個模型都在預(yù)處理反應(yīng)器后具有三個串聯(lián)的閃蒸罐以提供進(jìn)行氨再循環(huán)的裝置，所述串聯(lián)的閃蒸罐是在順序降低的壓力下操作的。隨著原料流進(jìn)入各個罐，由于壓力的降低其被分成蒸汽部分和液體部分。將蒸汽部分再循環(huán)入預(yù)處理步驟，而液體部分進(jìn)入方法中的下一個步驟。假設(shè)預(yù)處理步驟中氨相對于DWB為2重量百分比并且生物質(zhì)的干重相對于生物質(zhì)-氨水混合物總重為大約27%,則新供給的氨和來自每個步驟的再循環(huán)流的氨顯示于表7中。在兩個模型中，閃蒸罐以相似的方式操作，以便氨的循環(huán)也相似。對于兩個方案來說，超過一半的所需要的氨是通過再循環(huán)供給的，這減少了對新鮮氨的需求和費(fèi)用。表7:預(yù)處理-Aspen模型結(jié)果中的氨再循環(huán)<table>tableseeoriginaldocumentpage30</column></row><table>實施例9由低濃度氨-預(yù)處理并糖化的玉米芯生物質(zhì)制備乙醇，以及與高濃度氨-預(yù)處理和糖化的秸稈的比較玉米芯水解產(chǎn)物是通過如實施例3所描述的對完整的玉米芯進(jìn)行預(yù)處理而產(chǎn)生的，其中所述預(yù)處理用相對于生物質(zhì)干重6重量百分比的氨以相對于生物質(zhì)-氨混合物總重量40重量百分比的生物質(zhì)干重濃度在Jaygo反應(yīng)器中在93。C下進(jìn)行8小時。預(yù)處理后，通過在真空下將反應(yīng)器加熱到90。C將氨除去。然后用硫酸將預(yù)處理生物質(zhì)的pH調(diào)節(jié)到5。預(yù)處理生物質(zhì)的糖化是在Jaygo反應(yīng)器中在相對于預(yù)處理生物質(zhì)-糖化酶聚生體混合物總重量30%的生物質(zhì)干重下用28mg/g纖維素的Spezyme⑧纖維素酶和28mg/g纖維素的MultifectXylanase⑧在50°C和pH5下進(jìn)行168小時而實現(xiàn)的。將所產(chǎn)生的水解產(chǎn)物用于運(yùn)動發(fā)酵單胞菌8b(Zywowo"twwo&^8b)在Sixfors發(fā)酵罐(INFORSAG，Switzerland)中的發(fā)酵。運(yùn)動發(fā)酵單胞菌8b是一種基因工程設(shè)計的運(yùn)動發(fā)酵單細(xì)胞菌林，相對于天然類型的菌抹其給出了改善的乙醇產(chǎn)率，該菌林被描述于美國專利申請公開2003/0162271Al(實施例IV、VI和XII)中。玉米水解產(chǎn)物包含78g/L的葡萄糖、51g/L的木糖、6g/L的乙酰胺和7g/L的乙酸。玉米芯水解產(chǎn)物以40%和80%的濃度使用，培養(yǎng)基的其余部分為由酵母提取物和KH2P04組成的濃縮的水培養(yǎng)基，其中酵母提取物和KH2P04的量能夠使最終漿料中二者的濃度分別為約5g/L和2g/L。此外，在40%的水解產(chǎn)物漿料中加入足夠量的葡萄糖和木糖以使它們的濃度能夠達(dá)到與80%水解漿料中相同的水平。發(fā)酵在37。C下進(jìn)行。發(fā)酵罐中的攪拌為100rpm，通過加入2N的KOH將pH維持在5.5。結(jié)果顯示于表8中。如"常用方法(GeneralMethods)"中所描述的對糖和乙醇進(jìn)行分析。為了對比，通過如實施例1所描述的秸稈預(yù)處理來產(chǎn)生秸稈水解產(chǎn)物，其中所述預(yù)處理用相對于生物質(zhì)干重35重量百分比的氨以相對于生物質(zhì)-氨水混合物總重量約30重量百分比的生物質(zhì)干重濃度在170。C在2〖0口6^1&￥6@反應(yīng)器中進(jìn)行5min。預(yù)處理生物質(zhì)在相對于預(yù)處理生物質(zhì)-糖化酶聚生體混合物總重30%的生物質(zhì)干重下用224mg/g纖維素的Spezyme。？@纖維素酶在50。C和pH5下進(jìn)行酶消化，以產(chǎn)生用于發(fā)酵試驗的高糖濃度水解產(chǎn)物。所產(chǎn)生的水解產(chǎn)物包含88g/L的葡萄糖、52g/L的木糖、9g/L的乙酸和15g/L的乳酸。為了制備乙醇，將運(yùn)動發(fā)酵單胞菌8b(Z，o膨膽脂腦8b)在40%或80%(v/v)的水解產(chǎn)物漿料上進(jìn)行發(fā)酵。剩余體積由濃縮的水培養(yǎng)基組成，所述水培養(yǎng)基由酵母提取物、KH2P04和MES緩沖液組成，它們的量能夠使其在最終漿料中的濃度分別為10g/L、2g/L和0.1M。此外，在40%的水解產(chǎn)物漿料中，加入足夠量的葡萄糖和木糖以使它們的濃度達(dá)到與80%水解漿料中的相同的水平。發(fā)酵在30。C和pH6的條件下在有效溶劑為20ml的25ml搖瓶中進(jìn)行。攪拌保持在150rpm。根據(jù)玉米芯水解產(chǎn)物發(fā)酵樣品的分析方法進(jìn)行分析，結(jié)果在表8中給出。表8:在玉米芯和秸稈水解產(chǎn)物的發(fā)酵中糖的利用率和乙醇的產(chǎn)率<table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table>這些結(jié)果顯示從用低濃度氨預(yù)處理過的玉米芯水解產(chǎn)物中制備乙醇的發(fā)酵比從用高濃度氨預(yù)處理過的秸稈中的效率更高。實施例10由極低濃度氨-預(yù)處理并糖化的玉米芯生物質(zhì)制備1，3丙二醇將由玉米芯的預(yù)處理和糖化而產(chǎn)生的水解產(chǎn)物進(jìn)行發(fā)酵以制備1,3-丙二醇。水解產(chǎn)物是通過在蒸汽槍反應(yīng)器中對玉米芯碎片進(jìn)行預(yù)處理而產(chǎn)生的。首先將玉米芯生物質(zhì)裝入PEH反應(yīng)器中(描述于"常用方法(GeneralMethods)"中)，抽真空，并注入稀氫氧化銨溶液以給出4g氨/100g生物質(zhì)干重的氨濃度和30g生物質(zhì)干重/100g總生物質(zhì)-氨水混合物的生物質(zhì)干重濃度。將裝有氨和玉米芯的反應(yīng)容器在4°C下旋轉(zhuǎn)30min。將所含物質(zhì)轉(zhuǎn)移到蒸汽槍反應(yīng)器(描述于"常用方法(GeneralMethods)"中)中，使溫度升高到145°C，將混合物在該溫度下保溫20分鐘。將來自蒸汽槍的材料注入到閃蒸罐中，在閃蒸罐上保持真空以幫助除去氨。調(diào)節(jié)pH后，預(yù)處理生物質(zhì)在30g生物質(zhì)千重/100g預(yù)處理生物質(zhì)-糖化酶聚生體混合物下用28.4mg/g纖維素的SpezymeCP⑧纖維素酶和10.1mg活性蛋白質(zhì)/g由(3-葡萄糖苷酶、木聚糖酶、(3-木糖苷酶和阿拉伯呋喃糖酶組成的纖維素酶聚生體在50。C和pH5.5下進(jìn)行72hr。所產(chǎn)生的水解產(chǎn)物用作通過重組大腸桿菌(五.co//)抹RJ8npBE-93kl轉(zhuǎn)化為1,3-丙二醇的發(fā)酵糖源。RJ8npBE-93kl菌抹的結(jié)構(gòu)詳細(xì)描述于PCT申請WO/2004/018645(實施例7)中，其是RJ8n菌抹的衍生物，后者描述于US6358716中。水解產(chǎn)物以10%的濃度使用，其余為由7.5g/LKH2P04、2.0g/L檸檬酸*H20、4.0ml/L28%NH4OH、3.0g/L(NH4)2S04、2.0g/LMgS04*7H20、0.2g/LCaCl2*2H20、0.33g/L檸檬酸鐵銨、0.5g/L酵母提取物、0.1mg/L維生素B12、1.0mg/LFeS04*7H20、1mg/LZnS04*7H20、0.1g/LCuS04*5H20、1mg/LCoCl2*6H20、0.3mg/LMnS〇4*7H20、0.1g/LH3B04、0.10g/LNaMo04*2H20、10mg/LNaCl所組成的水培養(yǎng)基，并且將最終的pH調(diào)節(jié)到6.8。培養(yǎng)從50mL培養(yǎng)基中的冷凍原料(15%甘油作為防凍劑)開始，其中培養(yǎng)基是在250mL擋板燒瓶(baffledflask)中的。將培養(yǎng)基在34。C以及300rpm的搖動下溫育24小時。所產(chǎn)生的1,3-丙二醇的量通過如下條件下的HPLC來測定柱子ShowdexSH1011樣品體積20jxL流動相0.01NH2S04柱溫50。C檢測器Waters996光電二極管陣列檢測器溫度40°C運(yùn)行時間40min結(jié)果顯示于下表9中。通過大腸桿菌RJ8npBE-93kl菌抹由葡萄糖發(fā)酵所得到的產(chǎn)物包括甘油(中間代謝物)和1,3-丙二醇。實驗在兩個相同的燒瓶中進(jìn)行24小時。在該系統(tǒng)中，水解產(chǎn)物中的葡萄糖轉(zhuǎn)化成甘油和1,3-丙二醇二者。表9:大腸桿菌發(fā)酵的底物利用率和產(chǎn)物的構(gòu)成<table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>實施例11預(yù)處理期間乙酰胺的形成對來源于根據(jù)實施例3和實施例4中所描述方法預(yù)處理的玉米芯的樣品進(jìn)行分析以確定生物質(zhì)中乙?；鶊F(tuán)的含量。如下測定預(yù)處理溶液(除去了不溶性固體的預(yù)處理混合物)的乙酸和乙酰胺含量。用H2S04(72%)將每個樣品的pH調(diào)節(jié)到約3。為了測定乙酰胺，將樣品通過0.2pm的過濾器并按照下列條件進(jìn)行HPLC分析。為了測定總的乙酸根(包括以乙酸和乙酰胺形式存在的乙酸根)，將酸化的樣品在121°C下高壓反應(yīng)1hr;在該步驟過程中，乙酰胺定量地轉(zhuǎn)化為乙酸。高壓反應(yīng)后，^吏樣品冷卻。然后將樣品通過0.2pm的過濾器進(jìn)入樣品并瓦并按下列條件進(jìn)行分析。乙酸和乙酰胺的濃度由各自所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)曲線確定。流動相0.01NH2SO4,0.2pm過濾并脫氣流速0.6mL/min柱溫55-65°C檢測器溫度盡可能地接近柱溫檢測器折射率運(yùn)行時間60min柱子具有相應(yīng)保護(hù)柱的BioradAminexHPX-87H柱對3種不同預(yù)處理條件的試驗結(jié)果顯示于表10中。在每種情況中，所有的乙?；鶊F(tuán)均被溶解成乙酸或乙酰胺。表10.預(yù)處理期間生物質(zhì)中的乙?；鶊F(tuán)向乙酰胺的轉(zhuǎn)化率DWB，生物質(zhì)千重。(相對于生物質(zhì)-氨水混合物總重量計算的百分比)<table>tableseeoriginaldocumentpage34</column></row><table>使用6%的氨濃度，接近一半的乙酰基團(tuán)被轉(zhuǎn)化成乙酰胺，如實施例12所示，其對生物催化劑的生長是非抑制性的。實施例12乙酰胺和乙酸對單細(xì)月包發(fā)酵菌(Zymomo"qy)生長的影響為了測試乙酰胺和乙酸的毒性，使運(yùn)動發(fā)酵單胞菌(ZmoZ),7w)林8b(描述于實施例9中)在pH為6.0、具有或不具有乙酰胺或乙酸的發(fā)酵培養(yǎng)基中生長。發(fā)酵培養(yǎng)基由10g/L酵母提取物、2g/LKH2P04、70g/L葡萄糖、40g/L木糖和0.1MEMS緩沖液組成。使運(yùn)動發(fā)酵單胞菌抹8b在25-mL擋板Erlenmeyer搖瓶中，在無添加物的培養(yǎng)基(對照)、添加了6g/L乙酰胺的培養(yǎng)基或添加了7.2g/L乙酸的培養(yǎng)基中生長，所述搖瓶處于30。C下并以150rpm的速度旋轉(zhuǎn)。如圖1所示，乙酰胺的存在對運(yùn)動發(fā)酵單胞菌(Z.mo^7w)的生長速度和最終濃度都沒有影響，而乙酸的存在導(dǎo)致了生長速度的降低和較低的細(xì)胞產(chǎn)率(通過干的細(xì)胞物質(zhì)測定的)。實施例13高生物盾濃度、高溫和極低氨濃度下的甘蔗渣預(yù)處理，以及在低和高濃度下的糖化向無研磨介質(zhì)的PEH反應(yīng)器(描述于"常用方法(GeneralMethods)"中)中裝滿1.27cm粉碎的甘蔗渣(370g，基于干重)。該甘蔗渣是NISTReferenceMaterialRM8491,其來自甘蔗克隆H65-7052,最初是從HawaiiSugarPlantersAssociation,Kuniasubataion，Oahu,HI獲得的。將其在Wiley磨中研磨以穿過2mm的篩網(wǎng)，除去細(xì)末(+74目)。通過使外表面與冰旋轉(zhuǎn)接觸而將PEH反應(yīng)器冷卻到4°C。將反應(yīng)容器抽真空，并注入稀氬氧化銨溶液以給出4g/100g生物質(zhì)干重的氨濃度和45g/100g總生物質(zhì)-氨水混合物的生物質(zhì)干重濃度，所述氬氧化銨溶液是在4°C的冷藏室中預(yù)冷卻過的并且通過浸于冰-水浴中的管道輸送。將裝有氨和甘蔗渣的反應(yīng)容器通過向旋轉(zhuǎn)的反應(yīng)容器表面施加冰而冷卻到4。C，并且在4°C下旋轉(zhuǎn)30min。此時，將反應(yīng)器所含物質(zhì)轉(zhuǎn)移到"常用方法(GeneralMethods)"中所描述的蒸汽槍反應(yīng)器中。蒸汽槍反應(yīng)器中一裝入氨-甘蔗渣混合物，就將溫度升高到145°C,將混合物在該溫度下保溫20分鐘。在預(yù)處理時間要結(jié)束時，將甘蔗渣從蒸汽槍反應(yīng)器排出通過1-in的圓形端口進(jìn)入閃蒸罐。接下來，將預(yù)處理過的甘蔗渣樣品在搖瓶中進(jìn)行糖化，而將另一個樣品(大約163g干重)在PEH反應(yīng)器中進(jìn)行糖化。搖瓶糖化是在相對于預(yù)處理生物質(zhì)-糖化酶聚生體混合物總重量5%的生物質(zhì)干重下進(jìn)行的，而PEH反應(yīng)器糖化是在相對于預(yù)處理生物質(zhì)-糖化酶聚生體混合物總重量30%的生物質(zhì)干重下進(jìn)行的。溫度保持在50。C。對于PEH反應(yīng)器糖化，向反應(yīng)容器中加入約476g(163g干重)預(yù)處理生物質(zhì)和22個陶資研磨圓筒。用固體檸檬酸將pH調(diào)節(jié)到5.0-5.5。將反應(yīng)器保存在保溫室內(nèi)，其溫度控制在50。C并且以19rpm的轉(zhuǎn)速軸向旋轉(zhuǎn)。也將未預(yù)處理的甘蔗渣以相對于預(yù)處理生物質(zhì)-糖化酶聚生體混合物總重量5%的生物質(zhì)干重在搖瓶中進(jìn)行糖化。所有的糖化均使用28.4mg/g纖維素的SpezymeCP⑧纖維素酶和28.4mg/g纖維素的Multifec^木聚糖酶在50°C和pH5.5下進(jìn)行96小時。在下表11中給出的產(chǎn)率是以理論產(chǎn)率的百分比形式給出的釋放量。表ll:甘蔗渣預(yù)處理和糖化后的產(chǎn)率<table>tableseeoriginaldocumentpage36</column></row><table>ND:未測結(jié)果表明與未預(yù)處理的對照組相比，用極低濃度氨對甘蔗渣進(jìn)行的預(yù)處理提供了充分的糖釋放，在釋放糖方面，在PEH反應(yīng)器中進(jìn)行高生物質(zhì)干重濃度下的糖化作用是非常有效的。實施例14高生物質(zhì)濃度、高溫和極低氨濃度下的北美鵝掌楸(YellowPoplar)鋸屑預(yù)處理，以及在低和高濃度下的糖化向無研磨介質(zhì)的PEH反應(yīng)器中裝入北美鵝掌楸鋸屑(596g，基于千重；由SawmillerInc.，Haydencilie，OH購買)。將反應(yīng)容器抽真空，并且注入稀氫氧化銨溶液以給出6g/100g生物質(zhì)干重的氨濃度和44g/100g總生物質(zhì)-氨水混合物的生物質(zhì)干重濃度。如實施例13中所描述的將裝有氨和北美鵝掌楸鋸屑的反應(yīng)容器調(diào)整到4°C,并且在4°C下旋轉(zhuǎn)30min。此時，將反應(yīng)器所含物質(zhì)轉(zhuǎn)移到蒸汽槍反應(yīng)器中。蒸汽槍反應(yīng)器一裝入氨-鵝掌楸混合物，就將溫度升高到145°C,并且在該溫度下將混合物保溫20分鐘。在預(yù)處理時間結(jié)束時，將北美鵝掌楸鋸屑從蒸汽槍反應(yīng)器排出，通過l-in的圓形端口進(jìn)入閃蒸罐。接下來將預(yù)處理過的北美鵝掌楸鋸屑樣品如實施例13中所描述的那樣在搖瓶中進(jìn)行糖化，將另一個樣品在PEH反應(yīng)器中進(jìn)行糖化。搖瓶糖化是在相對于預(yù)處理生物質(zhì)-糖化酶聚生體混合物總重量5%的生物質(zhì)干重下進(jìn)行的，而PEH反應(yīng)器糖化(使用~279g干重的預(yù)處理過的鋸屑)是在相對于預(yù)處理生物質(zhì)-糖化酶聚生體混合物總重量30%的生物質(zhì)干重下進(jìn)行的。也將未預(yù)處理的北美鵝掌楸鋸屑以相對于預(yù)處理生物質(zhì)-糖化酶聚生體混合物總重量5%的生物質(zhì)千重在搖瓶中進(jìn)行糖化。所有的糖化作用均使用28.4mg/g纖維素的3口62丫1^。？@纖維素酶和28.4mg/g纖維素的Multifect⑧木聚糖酶在50°C和pH5.5下進(jìn)行96小時。在下表12中給出的產(chǎn)率是以理論產(chǎn)率百分比的形式給出的釋放量或各種糖。表12:北美鵝掌楸鋸屑預(yù)處理和糖化后的產(chǎn)率<table>tableseeoriginaldocumentpage37</column></row><table>結(jié)果表明與未預(yù)處理的對照組相比，用極低濃度氨對北美鵝掌楸鋸屑進(jìn)行的預(yù)處理提供了充分的糖釋放，在釋放糖方面，在PEH反應(yīng)器中進(jìn)行高生物質(zhì)干重下的糖化作用比在搖瓶中更加有效。實施例15通過對來自極低濃度氨預(yù)處理并糖化的玉米芯生物質(zhì)的水解產(chǎn)物進(jìn)行酵母發(fā)酵來制備乙醇實施例10中用于制備1,3-丙二醇的相同水解產(chǎn)物也可以用于由酵母發(fā)酵制備乙醇。將該水解產(chǎn)物用作發(fā)酵糖源由天然類型釀酒酵母(Sacc/zaramycMcwev&'ae)在搖并瓦中轉(zhuǎn)化為乙醇。水解產(chǎn)物以10%(v/v)的濃度使用，其余為由10g/L酵母提取物和20g/L蛋白胨組成的水培養(yǎng)基。在250mL擋板燒瓶中的50mL培養(yǎng)物中培養(yǎng)酵母。將培養(yǎng)物在30°C下以250rpm的搖動溫育24小時。所產(chǎn)生的乙醇的量是通過實施例9所描述的HPLC測定的，來自兩個完全相同的燒弁瓦的結(jié)果列于下表13中。表13:酵母發(fā)酵的底物利用率和產(chǎn)物構(gòu)成時間零點的肉湯燒瓶1,24hr燒瓶2,24hr葡萄糖(g/L)13.91.30.9乙醇(g/L)04.14.3葡萄糖的利用091%94%實施例16通過對來自極低濃度的氨預(yù)處理并糖化的玉米芯生物質(zhì)的水解產(chǎn)物進(jìn)行乳酸菌發(fā)酵來制備乳酸實施例10中用于制備1,3-丙二醇的相同水解產(chǎn)物也可以用于通過短乳桿菌(L/oM"'〃1^Z)/^v^)在搖并瓦中的發(fā)酵來制備乳酸。水解產(chǎn)物以10%(v/v)的濃度使用，其余為由5g/L酵母提取物、10g/L蛋白胨、2g/L檸檬酸銨、5g/L乙酸鈉、0.1g/LMgSO4、0.05g/LMnS04和2g/LK2HP04和1g/L的Tween組成的水培養(yǎng)基。在250mL擋板燒瓶中的50mL肉湯中培養(yǎng)乳酸菌。將兩份完全相同的培養(yǎng)物在34°C下以150rpm的搖動溫育24小時。所產(chǎn)生的乳酸的量是通過實施例10所描述的HPLC測定的，并且將其列于表14中。兩個燒瓶2中的樣品是相同培養(yǎng)物的平行試驗。表14:短乳桿<table>tableseeoriginaldocumentpage39</column></row><table>較高千生物質(zhì)濃度下用極低濃度的氨進(jìn)行的玉米芯預(yù)處理將完整的玉米芯用顎空隙大約為0.95cm的顎式粉碎機(jī)(2.2kW電動機(jī))，4妄著用石皮塊機(jī)(1.5kW電動機(jī)，F(xiàn)ranklinMillerInc.,Livingston,NJ)進(jìn)行處理，隨后用裝有1.9cm美國標(biāo)準(zhǔn)篩的Sweco篩進(jìn)行過篩。將大約805g粉碎的玉米芯裝入PEH反應(yīng)器。玉米芯的含水量大約為7%。在裝料之前用氮氣沖洗反應(yīng)容器中的氣體5次。在開始實驗之前將沒有研磨介質(zhì)的反應(yīng)器預(yù)熱到75°C，此時不進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。當(dāng)反應(yīng)容器內(nèi)部的溫度穩(wěn)定在75°C時啟動保溫箱中的旋轉(zhuǎn)裝置并將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到19rpm。然后向反應(yīng)器中泵入適當(dāng)量的稀氫氧化銨溶液以給出6g氨/100g生物質(zhì)干重的氨濃度和50g生物質(zhì)千重/100g生物質(zhì)-氨混合物總重的固體濃度。lg/100g生物質(zhì)干重的乙醇也被加入到溶液中。將氨溶液泵送通過加熱到~75°C的水浴中的加熱環(huán)，所述水浴使用2-加侖的Parr反應(yīng)器制造。通過噴射槍將加熱的稀氫氧化銨溶液注入到反應(yīng)容器中，并噴射到在反應(yīng)器中旋轉(zhuǎn)翻滾的粉碎玉米芯上。將反應(yīng)器在75°C下保溫2hr，同時在19rpm下轉(zhuǎn)動。在時間結(jié)束時，對反應(yīng)容器抽真空(大約85kPa)30分鐘以除去氨并將反應(yīng)器所含物質(zhì)的溫度降到大約50°C。然后將二氧化碳注入到反應(yīng)器中以解除真空并將反應(yīng)器加壓到103kPa的。02表壓，在50°C下保持該壓力30min。此后，將反應(yīng)器解壓、打開并加入研磨介質(zhì)。通過使用噴射槍注入pH為4.8的1M檸檬酸緩沖液將所含物質(zhì)的pH調(diào)節(jié)到大約5.5，為了使檸檬酸緩沖液的濃度增加到~75mM，另外加入檸檬酸一水化物。并不是所有的氨都在真空步驟中被除去或者與。02中和。將檸檬酸緩沖液注入到反應(yīng)器中隨后加熱到50°C，接著通過將反應(yīng)器在50。C和19rpm下保溫1小時而使所含物質(zhì)達(dá)到平衡。在反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)的時候使用噴射槍注入檸檬酸緩沖液從而在預(yù)處理過的玉米芯顆粒上提供更加均勻的緩沖液噴霧和分布。將反應(yīng)器從保溫箱中移出、打開并測定樣品的pH。如果pH高于5.5，則接著加入額外的固體檸檬酸一水化物并將反應(yīng)器在攪拌下在50。C額外保溫1小時。重復(fù)該過程直到pH為大約5.5。一達(dá)到預(yù)期的pH,就向反應(yīng)器中充入12.9mg/g纖維素的SpezymeCP(Genencor)和5mg活性蛋白質(zhì)/g纖維素的酶聚生體，所述酶聚生體由13-葡萄糖苷酶、木聚糖酶、P-木糖苷酶和阿拉伯呋喃糖酶組成。將反應(yīng)器在50。C和19rpm的保溫箱中保持72hr。經(jīng)上述預(yù)處理和糖化后，葡萄糖單體的產(chǎn)率為62.0%，木糖單體的產(chǎn)率為31.0%?？偲咸烟堑漠a(chǎn)率為75.2%,總木糖的為80.3%。實施例18較高固體濃度下用極低濃度的氨以及替代條件進(jìn)行的玉米芯預(yù)處理將完整的玉米芯用錘磨機(jī)(10-英尺錘磨機(jī)，GlenMillsInc.,Clifton,NH)加工以通過1.27cm的篩子。將大約805g并分石卒的玉米芯裝入PEH反應(yīng)器中。玉米芯的含水量大約為7%。22個陶瓷研磨圓筒(3.2cm直徑x3.2cm長；E.R.AdvancedCeramics,EastPalestine,OH)也被加入到反應(yīng)器中。在實驗開始前，將反應(yīng)器預(yù)熱到95°C，此時不旋轉(zhuǎn)。在開始前對反應(yīng)容器抽真空(大約85kPa)并且將容器密封。當(dāng)反應(yīng)容器內(nèi)部的溫度穩(wěn)定在95°C時，開啟保溫箱中的旋轉(zhuǎn)裝置并將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到19rpm。然后向反應(yīng)器泵入適當(dāng)量的稀氫氧化銨溶液以提供6g氨/100g生物質(zhì)干重的氨濃度和50g生物質(zhì)千重/100g生物質(zhì)-氨混合物總重的固體濃度。將氨溶液泵送通過沸水浴中的加熱環(huán)，所述沸水浴是使用2-加侖的Parr反應(yīng)器制造的。通過噴射槍將加熱的稀氫氧化銨溶液注入到反應(yīng)容器中，并噴射到在反應(yīng)器中旋轉(zhuǎn)翻滾的粉碎玉米芯上。將反應(yīng)器在95。C保溫2hr,同時在19rpm下轉(zhuǎn)動。在時間結(jié)束時，對反應(yīng)容器抽真空(大約85kPa)30分鐘從而除去氨并將反應(yīng)器所含物質(zhì)的溫度降到大約50°C。接著將二氧化碳注入到反應(yīng)器中以解除真空并將反應(yīng)器加壓到103kPa的表壓，在50。C下保持該壓力30分鐘。此后，將反應(yīng)器解壓、打開并通過注入pH為4.8的1M檸檬酸緩沖液將所含物質(zhì)的pH調(diào)節(jié)到大約5.5,所述緩沖液中加入并溶解了檸檬酸酸一水化物。將檸檬酸緩沖液注入到反應(yīng)器后接著加熱到50°C，然后通過將反應(yīng)器在50°C和19rpm下保溫1小時而使所含物質(zhì)達(dá)到平衡。在反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)時使用噴射槍注入檸檬酸緩沖液從而在預(yù)處理過的玉米芯顆粒上提供更加均勻的緩沖液噴霧和分布。將反應(yīng)器從保溫箱中移出、打開并測定樣品的pH。如果pH高于5.5,則接著加入額外的固體檸檬酸一水化物并將反應(yīng)器在攪拌下在50°C額外保溫1小時。重復(fù)該過程直到pH為大約5.5。一達(dá)到預(yù)期的pH,就向反應(yīng)器中裝入12.9mg/g纖維素的SpezymeCP(Genencor)和5mg活性蛋白質(zhì)/g纖維素的酶聚生體，所述酶聚生體由P-葡萄糖苷酶、木聚糖酶、J3-木糖苷酶和阿拉伯吹喃糖酶組成。將反應(yīng)器在50。C和19rpm的保溫箱中保持72小時。經(jīng)上述預(yù)處理和糖化后，葡萄糖單體的產(chǎn)率為50.7%,木糖單體的產(chǎn)率為35.7%?？偲咸烟呛湍咎堑漠a(chǎn)率分別為71.7%和89.8%。實施例19用極低濃度的氨和另外的堿進(jìn)行的玉米芯預(yù)處理將完整的玉米芯用顎空隙大約為0.95cm的顎式粉碎機(jī)(2.2kW電動機(jī))，接著用破塊機(jī)(1.5kW電動機(jī)，F(xiàn)ranklinMillerInc.)進(jìn)行處理，隨后用裝有1.9cm美國標(biāo)準(zhǔn)篩的Sweco篩進(jìn)行過篩。將大約460g粉碎的玉米芯裝入PEH反應(yīng)器。玉米芯的含水量大約為7%。在開始實驗之前將反應(yīng)器預(yù)熱到95°C，此時不進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。開始前對反應(yīng)容器抽真空(大約85kPa)并將容器密封。當(dāng)容器內(nèi)部的溫度重新穩(wěn)定在95°C時啟動保溫箱中的旋轉(zhuǎn)裝置并將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到19rpm。然后向反應(yīng)器中泵入適當(dāng)量的氫氧化銨溶液以給出3.2g氨/100g生物質(zhì)干重的氨濃度，以及NaOH以提供1.9gNaOH/100g生物質(zhì)干重的NaOH濃度，同時保持30g生物質(zhì)干重/100g生物質(zhì)-氨混合物總重的固體濃度。將氨和另外的堿溶液泵送通過沸水浴中的加熱環(huán)，所述沸水浴是使用2-加侖的Parr反應(yīng)器制造的。通過噴射槍將加熱的稀氫氧化銨溶液注入到反應(yīng)容器中，并噴射到在反應(yīng)器中旋轉(zhuǎn)翻滾的粉碎玉米芯上。注入后，將容器上的真空度解除至大氣壓。將反應(yīng)器在95。C下保溫30min，接著將溫度降到85°C并在該溫度下保持4小時。在時間結(jié)束時，對反應(yīng)容器抽真空(大約85kPa)30分鐘以除去氨并將反應(yīng)器所含物質(zhì)的溫度降到大約50°C。接著將二氧化碳注入到反應(yīng)器中以解除真空并將反應(yīng)器加壓到103kPa的表壓，在50。C保持該壓力30分鐘。此后，將反應(yīng)器解壓、打開并通過注入大約75ml的pH為4.8的1M檸檬酸緩沖液將所含物質(zhì)的pH調(diào)節(jié)到大約5.5,所述緩沖液中加入并溶解了檸檬酸酸一水化物。將檸檬酸緩沖液注入到反應(yīng)器中接著加熱到50°C,然后通過將反應(yīng)器在50。C和19rpm下保溫1小時而使所含物質(zhì)達(dá)到平衡。在反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)的時候使用噴射槍注入檸檬酸緩沖液從而在預(yù)處理過的玉米芯顆粒上提供更加均勾的緩沖液噴霧和分布。將反應(yīng)器從保溫箱中移出、打開并測定樣品的pH。如果pH高于5.5，則接著加入額外的固體檸檬酸一水化物并將反應(yīng)器在攪拌下在50°C額外保溫1小時。重復(fù)該過程直到pH為大約5.5。一達(dá)到預(yù)期的pH,就向反應(yīng)器中充入28.4mg/g纖維素的SpezymeCP(Genencor)和28.4mg/g纖維素的Multifect。將反應(yīng)器在50°C和19rpm的保溫箱中保持"hr。經(jīng)上述預(yù)處理和糖化后，葡萄糖單體的產(chǎn)率為56.1%，木糖單體的產(chǎn)率為39.5%?？偲咸烟呛湍咎堑漠a(chǎn)率分別為82.8%和84.2%。這些值是兩次實驗的平均值。實施例20室溫和極低濃度氨的預(yù)處理將完整的玉米芯用顎空隙大約為0.95cm的顎式粉碎機(jī)(2.2kW電動機(jī))，接著用破塊機(jī)(1.5kW電動機(jī)，F(xiàn)ranklinMillerInc.)進(jìn)行處理，隨后用裝有1.9cm美國標(biāo)準(zhǔn)篩的Sweco篩進(jìn)行過篩。將大約460g粉碎的玉米芯裝入PEH反應(yīng)器。玉米芯的含水量大約為7%。22個陶資研磨圓筒(3.2cm直徑x3.2cm長；E.R.AdvancedCeramics,EastPalestine,OH)也被加入到反應(yīng)器中。在開始之前對反應(yīng)容器抽真空(大約85kPa)并將容器密封。當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)部的溫度重新穩(wěn)定在室溫(22-26°C)時啟動保溫箱中的旋轉(zhuǎn)裝置并將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到19rpm。然后向反應(yīng)器中泵入適當(dāng)量的稀氫氧化銨溶液以提供4g氨/100g生物質(zhì)干重的氨濃度，同時保持30g生物質(zhì)干重/100g生物質(zhì)-氨混合物總重的固體濃度。通過噴射槍將稀氫氧化銨溶液注入到反應(yīng)容器中，并噴射到在反應(yīng)器中旋轉(zhuǎn)翻滾的粉碎玉米芯上。注入后，將各個容器上的真空度解除恢復(fù)到大氣壓。將反應(yīng)器在室溫(22-26°C)下保持24hr。在時間結(jié)束時，對反應(yīng)容器抽真空(大約81kPa)30分鐘以除去氨。接著將二氧化碳注入到反應(yīng)器中以解除真空并用C02將反應(yīng)器加壓到103kPa的表壓，在室溫下保持該壓力30分鐘。此后，將反應(yīng)器解壓、打開并通過加入檸檬酸一水化物然后加熱到50。C將所含物質(zhì)的pH調(diào)節(jié)到大約5.5，然后通過將反應(yīng)器在50°C和19rpm下保溫1小時而使所含物質(zhì)達(dá)到平衡。將反應(yīng)器從保溫箱中移出、打開并測定樣品的pH。如果pH高于5.5,則接著加入額外的固體檸檬酸一水化物并將反應(yīng)器在攪拌下在50°C額外保溫1小時。重復(fù)該過程直到pH為大約5.5。一達(dá)到預(yù)期的pH，就向反應(yīng)器中裝入12.9mg/g纖維素的SpezymeCP(Genencor)和5mg活性蛋白質(zhì)/g纖維素的酶聚生體，所述酶聚生體由p-葡萄糖苦酶、木聚糖酶、j3-木糖苷酶和阿拉伯呋喃糖酶組成。將反應(yīng)器在50。C和19rpm的保溫箱中保持72小時。經(jīng)上述預(yù)處理和糖化之后，葡萄糖單體的產(chǎn)率為41.7%,木糖單體的產(chǎn)率為25.4%?？偲咸烟呛湍咎堑漠a(chǎn)率分別為50.1%和53.2%。這些值是兩次實驗的平均值。權(quán)利要求1.一種處理生物質(zhì)以產(chǎn)生可發(fā)酵糖的方法，其包括a)將生物質(zhì)與含氨的水溶液接觸以形成生物質(zhì)-氨水混合物，其中氨以至少足以使生物質(zhì)-氨水混合物的pH保持為堿性的濃度存在，但是其中所述的氨以相對于生物質(zhì)干重小于約12重量百分比的量存在，并且進(jìn)一步地其中生物質(zhì)干重處于相對于生物質(zhì)-氨水混合物重量至少約15重量百分比的高固體濃度，以產(chǎn)生預(yù)處理生物質(zhì)產(chǎn)物；和b)將步驟a)的產(chǎn)物在適當(dāng)?shù)臈l件下與糖化酶聚生體接觸，以產(chǎn)生可發(fā)酵糖。2.如權(quán)利要求1所述的方法于8。3.如權(quán)利要求1所述的方法接觸前對生物質(zhì)抽真空。4.如權(quán)利要求1所述的方法約15%到約80%的高固體濃度。5.如權(quán)利要求4所述的方法約15%到約60%的高固體濃度。6.如權(quán)利要求1所述的方法重小于約10重量百分比的量存在。7.如權(quán)利要求6所述的方法重約6%或更小重量百分比的量存在。8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中生物質(zhì)選自生物能源作物、農(nóng)業(yè)廢物、城市固體廢物、工業(yè)固體廢物、庭院廢物、木材和林業(yè)廢物。9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中生物質(zhì)選自柳枝稷、廢紙、造紙淤渣、玉米粒、玉米芯、玉米皮、玉米秸、草、小麥、小麥秸桿、干草、大麥、大麥秸稈、稻草秸稈、甘蔗渣、高粱、大豆、從谷物加工中獲得的組分、樹木、樹枝、樹根、樹葉、木屑、鋸屑、灌木和矮樹、蔬菜、果實、花和牲畜糞。10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中生物質(zhì)選自玉米芯、玉米秸、玉米皮、甘蔗渣、鋸屑、柳枝稷、小麥秸桿、干草、大麥秸稈、稻草秸稈和草。，其中生物質(zhì)-氨水混合物的pH大,其中在將生物質(zhì)與含氨的水溶液,其中所述生物質(zhì)干重處于從至少，其中所述生物質(zhì)干重處于從至少,其中所述的氨以相對于生物質(zhì)干,其中所述的氨以相對于生物質(zhì)干11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中生物質(zhì)選自玉米芯、玉米秸、鋸屑和甘蔗渣。12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中氨選自氨氣、氬氧化銨、尿素及其組合。13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的含氨的水溶液進(jìn)一步包含至少一種另外的堿。14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述至少一種堿選自氳氧化鈉、碳酸鈉、氬氧化鉀、碳酸鉀、氬氧化釣和碳酸4丐。15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中(a)在從約4。C到約200°C的溫度下進(jìn)行。16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中(a)在從約75。C到約150°C的溫度下進(jìn)行。17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中(a)在從大于90。C到約150。C的溫度下進(jìn)行。18.如權(quán)利要求l所述的方法，其中(a)進(jìn)行的時間最長至約25小時。19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中(a)進(jìn)行的時間最長至約8小時。20.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中在(b)之前至少除去a)中的一部分氨。21.如權(quán)利要求l所述的方法，其中來自(a)的氨被再循環(huán)。22.如權(quán)利要求1所述的方法，其中(b)的接觸是在至少約15%的生物質(zhì)干重濃度下進(jìn)行的。23.如權(quán)利要求1所述的方法，其中(a)、(b)或者(a)和(b)至少一皮重復(fù)一次。24.如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在(a)中加入至少一種增塑劑、軟化劑或其組合。25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述的至少一種增速劑、軟化劑或其組合選自多元醇、多元醇酯、二醇醚、乙酰胺、乙醇和乙醇胺。26.如權(quán)利要求l所述的方法，其進(jìn)一步包括在(a)之前或期間，在(b)之前或期間，或者其組合中施加能量。27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述的能量選自磨、壓、碾、切、欲、盤磨、超聲和微波。28.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將來自發(fā)酵的二氧化碳用于在糖化前調(diào)節(jié)預(yù)處理混合物的pH值。29.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的糖化酶聚生體包含至少一種4唐苷酶。30.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的糖化酶聚生體包含至少一種選自纖維素-水解糖苷酶、半纖維素-水解糖苷酶、淀粉-水解糖苦酶、肽酶、脂肪酶、木質(zhì)素酶和阿魏酸酯酶的酶。31.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的糖化酶聚生體包含至少一種選自纖維素酶、內(nèi)葡聚糖酶、外葡聚糖酶、纖維生物水解酶、(3-葡糖苷酶、木聚糖酶、內(nèi)木聚糖酶、外木聚糖酶、p-木糖苷酶、阿拉伯木聚糖酶、甘露聚糖酶、半乳糖酶、果膠酶、葡萄糖苷酸酶、淀粉酶、a-淀粉酶、(3-淀粉酶、葡糖淀粉酶、a-葡萄糖苷酶、異淀粉酶的酶。32.如權(quán)利要求1所述的方法，其中(b)是在從約15。C到約100°C的溫度下和從約2到約11的pH下進(jìn)行的。全文摘要使用低濃度的氨水在高生物質(zhì)濃度下預(yù)處理生物質(zhì)。預(yù)處理生物質(zhì)進(jìn)一步用糖化酶聚生體水解。由糖化釋放的可發(fā)酵糖可用于通過發(fā)酵制備目標(biāo)化學(xué)品。文檔編號C12P19/02GK101160409SQ200680011995公開日2008年4月9日申請日期2006年4月12日優(yōu)先權(quán)日2005年4月12日發(fā)明者J·B·鄧森,M·特克,R·埃蘭德,S·M·亨尼西申請人:納幕爾杜邦公司