專利名稱：生物質(zhì)的分餾方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)各種平臺(tái)化合物、產(chǎn)物和/或副產(chǎn)物的生物質(zhì)的分餾和/或加工的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
原油價(jià)格升高的總體趨勢(shì)和在今后幾十年的過(guò)程中原油充足供給的不確定性驅(qū)使著人們對(duì)替代燃料和化學(xué)原料的研究。生物質(zhì)，更具體地木質(zhì)纖維生物質(zhì)(此后稱為L(zhǎng)BM)，是ー種這樣的具有可持續(xù)前景的原料。LBM占世界上全部生物質(zhì)的50%。其大量出現(xiàn)在エ業(yè)廢棄物(造紙エ業(yè))、林業(yè)廢棄物、市政固體廢棄物和農(nóng)業(yè)廢棄物之中。然而，更多的LBM資源來(lái)自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。在收獲例如谷類、豆類的產(chǎn)物以及例如棉花、油籽等的其他產(chǎn)物之后的農(nóng)業(yè)殘?jiān)闹黧w幾乎找不到用途，大多數(shù)都被丟 棄至腐爛或直接燃燒以提供一次能源。木質(zhì)纖維生物質(zhì)主要由糖聚合物纖維素和半纖維素組成，并與木質(zhì)素一起作為植物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)組分，木質(zhì)素作為ー種粘合膠結(jié)劑交聯(lián)聚合物。木質(zhì)素是酚類大分子，在植物中水的傳輸方面起著重要作用。另外，木質(zhì)素與其他細(xì)胞壁組分的交聯(lián)最小化了纖維素和半纖維素到微生物纖維素分解酶的可達(dá)性，由此賦予其抵御害蟲(chóng)和病原體的保護(hù)。纖維素是數(shù)以千計(jì)的葡萄糖分子通過(guò)P (1，4)_糖苷鍵連結(jié)組成的線性聚合物。纖維素中葡萄糖鏈的線性導(dǎo)致鏈間廣泛的氫鍵結(jié)合，使其具有結(jié)晶度，由此提供聚合物的硬度。另ー方面，半纖維素是支化聚合物，其包含例如D-半乳糖、D-甘露糖、D-葡萄糖、L-半乳糖、L-鼠李糖的己糖殘余物和例如D-木糖和L-阿拉伯糖的戊糖殘余物以及例如D-葡糖醛酸的糖醛酸。根據(jù)植物種類和細(xì)胞種類，LBM中半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的含量不同，纖維素含量為35%到50%，半纖維素含量為20%到35%，木質(zhì)素含量為10%到25%。纖維素的緊密的結(jié)晶性質(zhì)和其與半纖維素和木質(zhì)素的結(jié)合使其抗化學(xué)水解和抗酶水解被大量報(bào)道。作為地球上最大的可再生原料，LBM能夠作為有價(jià)值的原料用于能源、燃料和化學(xué)制品。LBM通過(guò)直接燃燒能夠產(chǎn)生一次能源，全球針對(duì)生物能源的這個(gè)方面做出了大量的努力。然而，源自LBM的燃料和化學(xué)制品提供更高的回報(bào)，并在即將到來(lái)的幾十年內(nèi)形成燃料和化學(xué)エ業(yè)的重要方面。為了利用LBM作為燃料和化學(xué)制品的平臺(tái)，需要將LBM分解成其聚合物組分即纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的単體形式。木質(zhì)素、纖維素和半纖維素能夠水解成相應(yīng)的低聚物或單體形式，例如酚衍生物，以及糖類如葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等，它們能作為平臺(tái)分子，基于所述平臺(tái)分子能產(chǎn)生例如こ醇、丁醇、甲烷的過(guò)多替代燃料以及例如乳酸、丁ニ酸、こ酰丙酸、糠醛衍生物、功能酚醛聚合物等的化學(xué)制品。世界范圍內(nèi)采用了兩種不同的方式開(kāi)發(fā)用于將LBM轉(zhuǎn)化成燃料和/或化學(xué)制品的技木。大體上，第一個(gè)主要步驟包括這樣的過(guò)程，其中使用ー些物理的、化學(xué)的或物理化學(xué)的處理步驟的形式使LBM “牢固不透”的性質(zhì)“松動(dòng)”，該過(guò)程通常稱為“預(yù)處理”過(guò)程。在ー種方式中，LBM經(jīng)受預(yù)處理步驟，所得生物質(zhì)經(jīng)受化學(xué)或生物化學(xué)轉(zhuǎn)換過(guò)程，將預(yù)處理后的LBM的結(jié)合的組分轉(zhuǎn)化成所需產(chǎn)物。在第二種方式中，LBM經(jīng)受這樣的“預(yù)處理”步驟使得導(dǎo)致LBM分離或分餾成ニ或三股包含不同比例組分即纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的流或餾分，以使它們經(jīng)受接下來(lái)的化學(xué)的和/或生物化學(xué)的轉(zhuǎn)化步驟。預(yù)處理過(guò)程的主要目的在于改善用于從纖維素產(chǎn)生糖類的酶的水解并改善隨后的從糖類到こ醇的發(fā)酵。人們發(fā)展了各種物理-化學(xué)-熱方法如酸水解、水熱預(yù)處理、自動(dòng)水解、蒸汽爆炸、濕爆炸、脫木素預(yù)處理、堿處理、石灰和NaOH預(yù)處理、氨纖維爆炸(AFEX)和氨循環(huán)滲濾(ARP)作為生物質(zhì)的預(yù)處理技術(shù)(Sanchez和Cardona, BioresourceTechnology 99(2008),5270-5295 ；Florbela Carvallheiro> Luis C.Duarte 和 FranciscoM Girio，2008，Journal of Scientific and IndustrialResearch,67, (2008)849-864)。這些方法的每ー個(gè)的若干個(gè)變體伴隨著優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)被報(bào)道出來(lái)。在離子液體處理還處于研究階段的同時(shí)，人們普遍接受了這樣的事實(shí):盡管例如稀硫酸處理和蒸汽爆炸的酸處理和水熱處理分別是比較經(jīng)濟(jì)的選擇，但是它們伴隨著所得糖類的損失并生成影響例如酶反應(yīng)和發(fā)酵的下游方法性能的副產(chǎn)物。人們嘗試將氫氧化鈉和氨都用于LBM堿預(yù)處理。氫氧化鈉的使用被廣泛地報(bào)道，并將其使用于從LBM生產(chǎn)紙張。大量使用的氫氧化鈉使堿的循環(huán)成為必須。伴隨堿循環(huán)的高成本被納入了造紙的成本之中。然而，使用氫氧化鈉生產(chǎn)例如生物燃料的低成本產(chǎn)物是不經(jīng)濟(jì)的選擇。另ー方面，氨是氣態(tài)物質(zhì)，更容易回收，使用氨導(dǎo)致所需的預(yù)處理也是已知的。氨纖維爆炸(AFEX)技術(shù)被報(bào)道用于LBM預(yù)處理，但與蒸汽爆炸方法類似，這種方法不能生產(chǎn)LBM組分即纖維素、半 纖維素和木質(zhì)素的単獨(dú)流。通過(guò)氨預(yù)處理LBM是最溫和的預(yù)處理方法，此方法導(dǎo)致生物質(zhì)對(duì)不生成抑制劑的情況下將其通過(guò)酶進(jìn)ー步轉(zhuǎn)化成糖而言具有高品質(zhì)。與酸相比，氨的低腐蝕性也有利于其在エ業(yè)規(guī)模中的使用。相比例如堿水溶液和離子溶液的其他預(yù)處理試劑，氨的揮發(fā)性也使回收容易。Bishop C.T.和 Adams G.A.(Canadian Journal of Research,B,28(1950)753)描述了液態(tài)無(wú)水氨具有的在生物質(zhì)的壓力釋放后并洗滌生物質(zhì)后的麥桿上的膨脹作用使纖維素和半纖維素脫木質(zhì)。他們發(fā)現(xiàn)高壓批次接觸中的液態(tài)無(wú)水氨基本上物理地使存在在麥桿中的纖維素纖維膨脹，這使麥桿松動(dòng)，并提高其對(duì)進(jìn)一歩使用的為去除液態(tài)無(wú)水氨以及麥桿中產(chǎn)生的可溶性材料的溶劑的可達(dá)性。雖然該方法報(bào)道得早很多，但該方法與隨后報(bào)道并得到專利的AFEX方法相似。Bishop C.T.(Canadian Journal of Chemistry, 30 (1952), 4)描述了液態(tài)無(wú)水氨在麥桿全纖維(纖維素+半纖維素)上的作用，并描述了通過(guò)液態(tài)無(wú)水氨的提取，其去除了8%的麥桿的全纖維。該文獻(xiàn)進(jìn)ー步描述液態(tài)無(wú)水氨對(duì)于提取聚糖醛酸材料來(lái)說(shuō)不是好溶齊U。Kim 和 Lee (Bioresource Technology 96 (2005) 2007-2013)描述了氛循環(huán)滲濾(ARP)方法，該方法包括用氨水在170° C對(duì)玉米稿桿預(yù)處理10分鐘到90分鐘，井隨后進(jìn)行熱水處理。ARP主要包括將氨水溶液通過(guò)在豎直的柱或槽中的微粒生物質(zhì)床滲濾。該文獻(xiàn)描述了熱水處理滲濾隨后進(jìn)行ARP，導(dǎo)致在熱水的第一步驟中去除半纖維素，井隨后在ARP步驟中去除木質(zhì)素。經(jīng)報(bào)道，該兩階段方法在第一階段獲得84%的木聚糖(半纖維素)，在第二階段獲得75%的木質(zhì)素。所述方法從生物質(zhì)去除木質(zhì)素至報(bào)道的程度，但也不完全從纖維素殘禮:去除半纖維素。Teymouri 等人(Bioresource Technology 96 (2005) 2014-2018)描述了氨纖維爆炸(AFEX)處理玉米稿桿以增強(qiáng)生物質(zhì)的可消化性，所報(bào)道的方法包括用液態(tài)無(wú)水氨在中等溫度和高壓下處理生物質(zhì)幾分鐘，井隨后迅速釋放壓力。該方法導(dǎo)致木質(zhì)素-碳水化合物復(fù)合物的裂解以及纖維素的解晶，纖維素的解晶導(dǎo)致在接下來(lái)的糖化步驟中生物質(zhì)的表面積增加。在該報(bào)道的AFEX方法中，組分即木質(zhì)素、半纖維素和纖維素保持未分離的狀態(tài)待經(jīng)受進(jìn)ー步處理以生產(chǎn)可發(fā)酵的糖類。Ko 等人(Bioresource Technology 100 (2009) 4374-4380)描述了一種破壞和去除木質(zhì)素的方法，該方法通過(guò)氨水對(duì)稻桿預(yù)處理以增強(qiáng)稻桿的酶的可消化性。所述方法包括將稻桿浸入50° C到70° C的氨水(12-28%重量/重量)4-10小時(shí)，以通過(guò)過(guò)濾預(yù)處理的稻桿去除木質(zhì)素。該方法不分餾纖維素和半纖維素，且該方法進(jìn)ー步包括將由該方法獲得的生物質(zhì)在45° C真空干燥超過(guò)3天井保存在-70° C，直至進(jìn)ー步使用。進(jìn)行固體漿料的糖化和發(fā)酵以生產(chǎn)こ醇。Kim 等人(Bioresource Technology 99 (2008) 5206-5215)描述了結(jié)合控制 pH 的液體熱水預(yù)處理(LHW)和氨纖維爆炸(AFEX)處理蒸餾釜的谷物。Kim等人描述的方法改善了蒸餾釜的干燥可溶性谷物(DDGS)的酶的可消化性，導(dǎo)致在水解24小時(shí)內(nèi)將90%纖維素轉(zhuǎn)化成葡萄糖。Li 等人(Bioresource Technology, 2009)描述了用氨纖維揚(yáng)炸(AFEX)處理飼草和甜高粱渣用于生產(chǎn)こ醇。美國(guó)專利(US5037663)描述了ー種方法，該方法用于提高包含纖維素材料的反應(yīng)性、改善從組成動(dòng)物飼料材料的細(xì)胞內(nèi)提取蛋白質(zhì)并提高包含纖維素的材料的持水能力。所述方法包括通過(guò)液氨并施加約150到500psia的壓カ處理生物質(zhì)。隨后將壓カ迅速減壓至大氣壓力。該方法產(chǎn)生經(jīng)處理的生物質(zhì)，其中木質(zhì)素、纖維素和半纖維素留在該生物質(zhì)內(nèi)。該方法后來(lái)被稱為AFEX。另ー專利申請(qǐng)US2 0080008783描述了ー種預(yù)處理木質(zhì)纖維生物質(zhì)的方法，該方法通過(guò)結(jié)合水和/或熱和/或無(wú)水氨和/或濃氫氧化銨和/或氨氣提高例如在生物質(zhì)中的纖維素和半纖維素的結(jié)構(gòu)性碳水化合物對(duì)纖維素分解酶作用的反應(yīng)性。US5037663和US20080008783中描述的方法基本上是生物質(zhì)預(yù)處理方法，且不嘗試將生物質(zhì)分餾成例如木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的組分。專利申請(qǐng)US20070031918、US20070031953 和 US20090053770 描述了低濃度氨水(小于2%體積/體積)將預(yù)處理過(guò)的生物質(zhì)糖化的方法，該方法通過(guò)使用糖化酶聚生體生產(chǎn)可發(fā)酵糖類，并將它們進(jìn)ー步轉(zhuǎn)化成こ醇。專利申請(qǐng)還描述了ー種從經(jīng)氨(小于2%體積/體積)預(yù)處理過(guò)的生物質(zhì)生產(chǎn)こ醇的方法，該方法使用糖化酶聚生體和生物催化劑生產(chǎn)可發(fā)酵糖類。專利申請(qǐng)描述了ー種用于制備改良的預(yù)處理過(guò)的生物質(zhì)產(chǎn)物(使用2%體積/體積的氨)的方法，其中通過(guò)過(guò)濾和去除生物質(zhì)預(yù)處理的液體，且該生物質(zhì)經(jīng)受進(jìn)ー步處理來(lái)生產(chǎn)改良的生物質(zhì)。沒(méi)有嘗試記載將生物質(zhì)經(jīng)任何分餾成其組分即纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。從報(bào)道的現(xiàn)有技術(shù)中變得清楚的是，經(jīng)報(bào)道的用于預(yù)處理生物質(zhì)的氨的使用主要是兩種方法，即氨纖維爆炸(AFEX)方法或氨滲濾(ARP)方法。另ー方面，有使用小于30%濃度的氨以及只嘗試松動(dòng)LBM結(jié)構(gòu)用于隨后的酶的水解的其他報(bào)道。另外，所有報(bào)道的方法的主要結(jié)果和目的不是生物質(zhì)的分餾，而是獲得具有能使用于酶水解和/或發(fā)酵的形式和性質(zhì)的生物質(zhì)。由此，雖然有部分分離足以用于較好酶水解或發(fā)酵的報(bào)道，但是報(bào)道的方法都不能導(dǎo)致將生物質(zhì)分離成三個(gè)不同的組分，即纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。實(shí)際上，現(xiàn)有技術(shù)中所述的生物質(zhì)的預(yù)處理方法強(qiáng)調(diào)的是:使處理過(guò)的生物質(zhì)經(jīng)受纖維素分解酶的水解以獲得糖類，并進(jìn)ー步將它們轉(zhuǎn)化成こ醇。在所有現(xiàn)有技術(shù)中，木質(zhì)素、纖維素和半纖維素沒(méi)有通過(guò)使用作為唯一試劑的氨水從任何LBM中分離成三種餾分。由此，現(xiàn)有技術(shù)的方法不g在或不包括生物質(zhì)的分餾。由此，現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有公開(kāi)任何生物質(zhì)的分餾方法從而以高產(chǎn)率(>85% )獲得基本上純的纖維素、半纖維素和/或木質(zhì)素，且各自能進(jìn)ー步處理以生產(chǎn)例如糖類、こ醇、丁醇、乳酸、糠醛、酚類和其他各種生物化學(xué)制品或化學(xué)制品或其衍生物的各種化合物。鑒于有可能使用生物質(zhì)作為用于化學(xué)合成或生物化學(xué)合成化學(xué)制品、燃料和許多它們的其他衍生物的平臺(tái)化合物的來(lái)源，需要ー種新的、商業(yè)可行的并且經(jīng)濟(jì)有效的方法，該方法以高產(chǎn)率生產(chǎn)優(yōu)良品質(zhì)的纖維素、木質(zhì)素和半纖維素，并通過(guò)生物轉(zhuǎn)化或化學(xué)轉(zhuǎn)化能進(jìn)ー步用于生產(chǎn)糖類、醇類和其他各種所需化合物。本發(fā)明提供一種高效的、可測(cè)量的、經(jīng)濟(jì)有效的、穩(wěn)定的將生物質(zhì)分餾成木質(zhì)素、纖 維素和半纖維素以生產(chǎn)糖類、醇類和其他所需產(chǎn)物的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的ー個(gè)方面提供ー種生物質(zhì)的分餾方法以獲得木質(zhì)素、纖維素和半纖維素，所述方法包括:在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5%到30% (體積/體積)的氨水接觸以獲得第一生物質(zhì)漿料；過(guò)濾第一生物質(zhì)漿料以獲得包含木質(zhì)素的第一濾液以及包含纖維素和半纖維素的第一殘?jiān)?；?0° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將第一殘?jiān)c30%到90% (體積/體積)的氨水接觸以獲得第二生物質(zhì)漿料；過(guò)濾第二生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的第二濾液和包含纖維素的第二殘洛。本發(fā)明再一方面提供一種分餾生物質(zhì)的方法以獲得纖維素和半纖維素，所述方法包括在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5 %到90 % (體積/體積)的氨水接觸以得到生物質(zhì)漿料；并過(guò)濾該生物質(zhì)漿料以得到包含半纖維素的濾液以及包含纖維素和/或半纖維素的殘?jiān)?。本發(fā)明的另一方面提供生物質(zhì)的糖化方法以生產(chǎn)可溶性糖類，所述方法包括:a)在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5 %到30 % (體積/體積)的氨水接觸以獲得第一生物質(zhì)漿料；b)過(guò)濾第一生物質(zhì)漿料以獲得包含木質(zhì)素的第一濾液以及包含纖維素和半纖維素的第一殘洛;c)在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)用30%到90% (體積/體積)的氨水處理
第一殘?jiān)垣@得第二生物質(zhì)漿料；d)過(guò)濾第二生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的第二濾液和包含纖維素的第二殘?jiān)灰约癳)將步驟(d)中獲得的纖維素和半纖維素水解以獲得可溶性糖類。本發(fā)明的又一方面提供生物質(zhì)的糖化方法以獲得可溶性糖類，所述方法包括:a)在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5 %到90 % (體積/體積)的氨水接觸以獲得生物質(zhì)漿料；b)過(guò)濾該生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的濾液以及包含纖維素和/或半纖維素的殘?jiān)?；以及c)將步驟(b)中獲得的纖維素和/或半纖維素水解以獲得可溶性糖類。本發(fā)明又ー個(gè)方面提供從生物質(zhì)中生產(chǎn)所需化合物的方法，所述方法包括:a)在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5 %到30 % (體積/體積)的氨水接觸以獲得第一生物質(zhì)漿料；b)過(guò)濾第一 生物質(zhì)漿料以獲得包含木質(zhì)素的第一濾液以及包含纖維素和半纖維素的第一殘洛;c)在50 ° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將第一殘?jiān)c30 %到90 % (體積/體積)的氨水接觸以獲得第二生物質(zhì)漿料；d)過(guò)濾第二生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的第二濾液和包含纖維素的第二殘?jiān)?；e)將步驟(d)中獲得的纖維素和半纖維素水解以獲得可溶性糖類；以及f)通過(guò)化學(xué)方法或生物方法將可溶性糖類轉(zhuǎn)化成所需化合物。本發(fā)明又ー個(gè)方面提供從生物質(zhì)中生產(chǎn)所需化合物的方法，所述方法包括:a)在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5 %到90 % (體積/體積)的氨水接觸以獲得生物質(zhì)漿料；b)過(guò)濾該生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的濾液以及包含纖維素和/或半纖維素的殘?jiān)?；c)將步驟(b)中獲得的纖維素和/或半纖維素水解以獲得可溶性糖類，以及d)通過(guò)化學(xué)方法或生物方法將可溶性糖類轉(zhuǎn)化成所需化合物。


圖1 (A、B、C)顯示了稻桿在氨分餾后所分析的樣品的一組高效液相色譜(HPLC)的色譜圖。向HPLC注射不同階段的固體生物質(zhì)殘?jiān)?，并使用分析生物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)NREL LAP方案分析。纖維素完全由葡萄糖組成，能夠采用纖維素生物質(zhì)或其餾分中的葡萄糖濃度測(cè)量生物質(zhì)中的纖維素含量。半纖維素由于其木糖主鏈，因而主要由木糖組成。在纖維素中沒(méi)有木糖或非葡萄糖的糖類，因此能夠采用在纖維素或其餾分中的木糖濃度測(cè)量半纖維素。在各個(gè)情況下(圖1的A、B和C)，第一個(gè)主峰是葡萄糖(其主要來(lái)自纖維素)、第二個(gè)和第三個(gè)峰分別是木糖和阿拉伯糖(它們僅來(lái)自稻桿的半纖維素組分)。注意:“RT”代表“停留時(shí)間”。圖1-A表示對(duì)初始稻桿的分析，并顯示存在纖維素(作為葡萄糖)和半纖維素(作為木糖+阿拉伯糖)的整體含量分別是30% (重量/重量，對(duì)于生物質(zhì)而言)和14% (重量/重量，對(duì)于生物質(zhì)而言)。圖1B表不在30% (體積/體積)的氨處理后對(duì)稻桿的第一殘?jiān)姆治?，并顯示存在除葡萄糖之外的半纖維素(作為木糖峰和阿拉伯糖峰)。相對(duì)于未處理的稻桿中的初始纖維素(葡萄糖)含量，纖維素(葡萄糖)含量超過(guò)95 %。相對(duì)于未處理的稻桿中的初始半纖維素(木糖+阿拉伯糖)含量，發(fā)現(xiàn)半纖維素(木糖+阿拉伯糖)含量是85%。
圖1-C表示在60% (體積/體積)氨水處理后對(duì)稻桿的第二殘?jiān)姆治觯@示可忽略不計(jì)的半纖維素(作為小的木糖峰)。相對(duì)于未處理的稻中的初始纖維素(葡萄糖)含量，纖維素(葡萄糖)含量超過(guò)91 %。而且，沒(méi)有檢測(cè)出半纖維素的阿拉伯糖部分，表明生物質(zhì)令人滿意地分餾成纖維素和半纖維素。圖2是使用本發(fā)明方法從稻桿分餾出的組分的照片。A-顯示其纖維性質(zhì)的初始稻桿(未處理)；B-氨分餾后稻桿的纖維素，相比稻桿，其看上去顔色淺并具有順滑的紋理；C-氨分餾后從稻桿獲得的半纖維素；以及D-氨分餾后從稻桿獲得的木質(zhì)素。圖3顯示由稻桿獲得的半纖維素的HPLC分析，其示出葡萄糖峰(RT-12.7分鐘)、木糖峰(RT-13.6分鐘)和阿拉伯糖峰(RT-16.1分鐘)。木糖(84%重量/重量總糖)是稻桿半纖維素的主要組分，其后是阿拉伯糖(16%重量/重量總糖)和葡萄糖(4%重量/重量總糖)。圖4顯示:A_初始稻桿(未處理)、B_氨分餾后稻桿的纖維素、C-蒸爆纖維素，其中B相比C顯示出更淺的顔色和更優(yōu)良的紋理，而顏色較深的C說(shuō)明ー些生物質(zhì)發(fā)生碳化。圖5顯示使用氨的生物質(zhì)分餾方法所需的持續(xù)時(shí)間。本發(fā)明的氨分餾方法(包括預(yù)處理、糖化和發(fā)酵)直接導(dǎo)致將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成こ醇所需的總時(shí)間約是26小吋。
具體實(shí)施例方式本文使用的術(shù)語(yǔ)“生物質(zhì)”指的是任何纖維素材料或木質(zhì)纖維材料，或任何包含木質(zhì)素、半纖維素、纖維素或它們的組合的有機(jī)物質(zhì)。所述生物質(zhì)包括農(nóng)作物，農(nóng)作物殘余、農(nóng)作物秸桿、植物、植物殘?bào)w、廢紙、エ業(yè)廢棄物、紙漿、紙質(zhì)廢棄物、廢棉、稻桿、麥桿、棉桿、米粒和糠、麥粒和糠、玉米芯、谷 物和糠、草、玉米皮、高粱渣、甘蔗渣、水果、蔬菜、豆類和谷類作物、木片、木本植物以及藻類。本文使用的術(shù)語(yǔ)“木質(zhì)纖維”指的是包含木質(zhì)素和纖維素的物質(zhì)或有機(jī)物質(zhì)。木質(zhì)纖維生物質(zhì)除了包含木質(zhì)素和纖維素之外還可以包含半纖維素。本文使用的術(shù)語(yǔ)“纖維素”指的是包含纖維素的物質(zhì)或有機(jī)物質(zhì)，或指的是包含纖維素和半纖維素的物質(zhì)或有機(jī)物質(zhì)。本文使用的術(shù)語(yǔ)“分餾”指的是從生物質(zhì)中大量分離和回收木質(zhì)素、纖維素和半纖維素。本發(fā)明的主要目的在于提供一種高效率、經(jīng)濟(jì)有效并可再生的方法將生物質(zhì)分餾成木質(zhì)素、纖維素和半纖維素用于生產(chǎn)各種化合物如可溶性糖類、糖醇類、酸類、酚類、燃料和其他所需產(chǎn)物或其衍生物。本發(fā)明提供ー種將生物質(zhì)(BM)分餾成例如木質(zhì)素、纖維素和/或半纖維素的各種組分的方法。本發(fā)明提供一種用氨水分餾生物質(zhì)的方法，其中從所述生物質(zhì)中分餾出纖維素、半纖維素和/或木質(zhì)素能進(jìn)ー步用于生產(chǎn)例如可發(fā)酵糖類、こ醇、丁醇、各種有機(jī)酸、糠醛、酚類和其他化合物的各種產(chǎn)物。本發(fā)明特別地提供一種用氨水分餾生物質(zhì)的方法，其導(dǎo)致生產(chǎn)以三股不同流形式的木質(zhì)素、纖維素和半纖維素。本發(fā)明的主要目的在于以高產(chǎn)率回收純度高于90%的纖維素、半纖維素和/或木質(zhì)素中的每ー種，使得每ー種能夠用作前體或平臺(tái)用于生產(chǎn)燃料或化學(xué)制品的有價(jià)值的組成。本發(fā)明進(jìn)一歩提供ー種使用氨水糖化生物質(zhì)的方法。另外，本發(fā)明還提供ー種使用氨水從生物質(zhì)中生產(chǎn)醇類和各種其他所需產(chǎn)物的方法。通過(guò)本發(fā)明所公開(kāi)的方法所產(chǎn)生的餾分(即纖維素、半纖維素和木質(zhì)素)的高純度也確保了對(duì)各個(gè)餾分進(jìn)一步處理中所涉及的反應(yīng)進(jìn)行更好的控制，并確保了由此而來(lái)的更高的產(chǎn)率和更少的降解產(chǎn)物。現(xiàn)有技術(shù)中所描述的用于生產(chǎn)糖類和醇類的生物質(zhì)的預(yù)處理方法都非常緩慢，一些僅用于預(yù)處理步驟(不包括糖化和發(fā)酵過(guò)程)就需要長(zhǎng)于一周的時(shí)間，產(chǎn)生有毒或有抑制性的化合物，并由于混合物不易分離而造成所需化合物(例如糖類)的產(chǎn)量低，井出現(xiàn)諸如抑制使用于預(yù)處理之后的下游方法的酶和/或微生物的問(wèn)題。本發(fā)明所公開(kāi)的生物質(zhì)分餾成木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的方法是ー種穩(wěn)定的、可測(cè)量的并且經(jīng)濟(jì)有效的將生物質(zhì)分餾成木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的方法。本發(fā)明所公開(kāi)的生物質(zhì)的分餾方法導(dǎo)致了非常純的木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的高產(chǎn)量，且不會(huì)產(chǎn)生任何有毒或有抑制性的化合物。所述方法出乎意料地需要1-120分鐘用于將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生物質(zhì)分餾成木質(zhì)素、纖維素和半纖維素，導(dǎo)致了非常經(jīng)濟(jì)的商業(yè)化生產(chǎn)木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的方法，其能節(jié)約可觀的設(shè)備資金量和操作支出量。由此獲得的木質(zhì)素、纖維素和半纖維素能夠進(jìn)一歩用于生產(chǎn)可溶性糖類、醇類、酸類、酚類、燃料和各種其他化合物。本發(fā)明所公開(kāi)的將生物質(zhì)分餾成木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的方法、生物質(zhì)的糖化方法以及由生物質(zhì)生產(chǎn)一些所需化合物的方法能夠以連續(xù)的或間歇的操作模式進(jìn)行。本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)更有利的具體特征如下:I)其將生物質(zhì)分餾成木質(zhì)素、纖維素和半纖維素作為獨(dú)立的產(chǎn)物2)其生產(chǎn)基本上純的(純度90%以上)的木質(zhì)素、纖維素和半纖維素3)其導(dǎo)致了木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的各自的高產(chǎn)率(85%以上)
4)其不產(chǎn)生(對(duì)于使用于下游方法中的酶和/或微生物)有毒或有抑制性的物質(zhì)5)由于較短的處理時(shí)間，其資本密集程度較低6)其能夠適合作為整個(gè)的連續(xù)方法7)其導(dǎo)致較高的糖和醇的產(chǎn)率8)其產(chǎn)生的廢水較少9)其為穩(wěn)定且可測(cè)量的方法10)其導(dǎo)致處理時(shí)間大量縮短11)由于本發(fā)明所公開(kāi)的方法是可測(cè)量的，使大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、糖類、醇類、酸類、酚類和各種其他所需產(chǎn)物成為可能。另外，本發(fā)明所公開(kāi)的生物質(zhì)的分餾的方法與生物質(zhì)類型無(wú)關(guān)，并且所述方法的原理對(duì)所有類型的生物質(zhì)是相同的。由于生物質(zhì)的分餾導(dǎo)致以不同流生產(chǎn)非常純的木質(zhì)素、纖維素和半纖維素，使木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的例如糖化和發(fā)酵的用于生產(chǎn)所需化合物的進(jìn)ー步下游加工變得容易，相比現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法，其進(jìn)ー步下游加工所需時(shí)間更少。通過(guò)使用本發(fā)明所公開(kāi)的方法獲得的纖維素和半纖維素高度經(jīng)受水解。分餾之后所獲得的纖維素是“灰白色”(比使用的原材料(從稻草色到深棕色)的色度淺得多)，所得纖維素相比所使用的原材料具有更細(xì)密的纖維紋理。纖維素纖維均勻，并在干燥時(shí)形成高度纖維交織的物質(zhì)。
半纖維素能夠沉淀并干燥以獲得淺米色的細(xì)密粉末。將使用本發(fā)明的方法獲得的木質(zhì)素?zé)峄瘜W(xué)地轉(zhuǎn)化成諸如丁香醛、苯甲酸和苯甲醛的能作為燃料油的能量增強(qiáng)添加劑的功能酚類。木質(zhì)素也能被熱解或水熱處理以生產(chǎn)生物油，該生物油為潛在的石油替代物。由此獲得的纖維素進(jìn)ー步通過(guò)使用例如硫酸的酸或例如纖維素酶的酶被水解成其低聚物(即纖維糊精)、単體(即葡萄糖)。単體葡萄糖通過(guò)發(fā)酵進(jìn)ー步轉(zhuǎn)化成諸如こ醇、丁醇和檸檬酸的各種產(chǎn)物，并通過(guò)化學(xué)還原轉(zhuǎn)化成山梨糖醇。由此獲得的半纖維素通過(guò)酸或例如半纖維素酶的酶被水解成其構(gòu)成單體如木糖、阿拉伯糖和葡萄糖。如木糖的単體通過(guò)發(fā)酵能夠用于生產(chǎn)こ醇。木糖能夠化學(xué)地和/或生物化學(xué)地轉(zhuǎn)化成作為非致齲甜味劑使用的木糖醇和作為溶劑使用的糠醛。根據(jù)本發(fā)明中的第一個(gè)實(shí)施方案，提供ー種生物質(zhì)的分餾方法以獲得木質(zhì)素、纖維素和半纖維素，所述方法包括:在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5%到30%(體積/體積)的氨水接觸以獲得第一生物質(zhì)漿料；過(guò)濾第一生物質(zhì)漿料以獲得包含木質(zhì)素的第一濾液以及包含纖維素和半纖維素的第一殘?jiān)辉?0° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將第一殘?jiān)c30%到90% (體積/體積)的氨水接觸以獲得第二生物質(zhì)漿料；過(guò)濾第二生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的第二濾液和包含纖維素的第二殘?jiān)?。本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方案提供ー種生物質(zhì)的分餾方法以獲得纖維素和半纖維素，所述方法包括:在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5%到90% (體積/體積)的氨水接觸以獲得生物質(zhì)漿料；并過(guò)濾該生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的濾液以及包含纖維素和/或半纖維素的殘?jiān)１景l(fā)明的第三個(gè)實(shí)施方 案提供ー種生物質(zhì)的分餾方法以獲得纖維素和半纖維素，所述方法包括:在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5%到90% (體積/體積)的氨水接觸以獲得生物質(zhì)漿料；并過(guò)濾該生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素和/或木質(zhì)素的濾液以及包含纖維素和/或半纖維素的殘洛。本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施方案涉及如本發(fā)明所公開(kāi)的使用氨水分餾生物質(zhì)的方法以獲得纖維素和半纖維素，其中生物質(zhì)漿料的PH為8-14。本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施方案涉及使用氨水分餾生物質(zhì)的方法以獲得木質(zhì)素、纖維素和半纖維素，其中木質(zhì)素通過(guò)電解質(zhì)、酸和選自天然聚合物、合成聚合物和半合成聚合物中的ー種或多種聚合電解質(zhì)沉淀。本發(fā)明的第六個(gè)實(shí)施方案提供用于沉淀木質(zhì)素的電解質(zhì)，其中所述電解質(zhì)選自明離子化合物、陽(yáng)離子化合物、非離子化合物、有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)化合物。本發(fā)明的第七個(gè)實(shí)施方案提供分餾成木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的生物質(zhì)，其中所述生物質(zhì)選自稻桿、麥桿、棉桿、甘蔗渣、高粱渣、玉米芯、玉米桿、玉米稿桿、玉米粒、玉米植株、蓖麻桿、風(fēng)眼蓮、林業(yè)廢棄物、紙質(zhì)廢棄物以及草、柳枝稗、象草和芒草(Miscanthus)玉米粒、麥粒、稻粒、玉蜀黍粒、高粱粒、珍珠稗粒和黑麥粒。本發(fā)明的第八個(gè)實(shí)施方案提供ー種生物質(zhì)的分餾方法以獲得纖維素和半纖維素，所述方法包括:在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5%到90% (體積/體積)的氨水接觸以獲得生物質(zhì)漿料；并過(guò)濾該生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的濾液以及包含纖維素和/或半纖維素的殘?jiān)?，其中所述生物質(zhì)是非木質(zhì)纖維生物質(zhì)。
該非木質(zhì)纖維生物質(zhì)選自紙張、紙質(zhì)廢棄物、微生物細(xì)胞物質(zhì)、大型海藻細(xì)胞物質(zhì)和大型海藻生物質(zhì)。本發(fā)明的第九個(gè)實(shí)施方案提供ー種生物質(zhì)的分餾方法以獲得纖維素和半纖維素，所述方法包括:在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5%到90% (體積/體積)的氨水接觸以獲得生物質(zhì)漿料；并過(guò)濾該生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的濾液以及包含纖維素和/或半纖維素的殘?jiān)渲兴錾镔|(zhì)是藻類。第十個(gè)實(shí)施方案涉及如本發(fā)明所公開(kāi)的生物質(zhì)的分餾方法以獲得纖維素和半纖維素，其中在氨水中的生物質(zhì)的重量是0.5%到25% (重量/體積)。第^^ 一個(gè) 實(shí)施方案涉及如本發(fā)明所公開(kāi)的生物質(zhì)的分餾方法以獲得纖維素和半纖維素，其中所述方法包括:在50° C到200° C的范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5%到90% (體積/體積)的氨水接觸以獲得生物質(zhì)漿料，其中生物質(zhì)在氨水中的停留時(shí)間是I到120分鐘。第十二個(gè)實(shí)施方案涉及如本發(fā)明所公開(kāi)的生物質(zhì)的分餾方法以獲得纖維素和半纖維素，其中所述方法包括在50° C到200° C的范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5%到90% (體積/體積)的氨水接觸以獲得生物質(zhì)漿料，其中生物質(zhì)在氨水中的停留時(shí)間是5到30分鐘。第十三個(gè)實(shí)施方案涉及ー種生物質(zhì)的分餾方法以獲得木質(zhì)素、纖維素和半纖維素，所述方法包括:在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5%到30% (體積/體積)的氨水接觸以獲得第一生物質(zhì)漿料；過(guò)濾第一生物質(zhì)漿料以獲得包含木質(zhì)素的第一濾液以及包含纖維素和半纖維素的第一殘?jiān)?；?0° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將第一殘?jiān)c30%到90% (體積/體積)的氨水接觸以獲得第二生物質(zhì)漿料；過(guò)濾第二生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的第二濾液和包含纖維素的第二殘?jiān)渲械谝粴堅(jiān)诎彼械耐Ａ魰r(shí)間是I到120分鐘，優(yōu)選在5到30分鐘。本發(fā)明的第十四個(gè)實(shí)施方案提供ー種生物質(zhì)的分餾方法以獲得木質(zhì)素、纖維素和半纖維素，所述方法包括:在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5%到30% (體積/體積)的氨水接觸以獲得第一生物質(zhì)漿料；過(guò)濾第一生物質(zhì)漿料以獲得包含木質(zhì)素的第一濾液以及包含纖維素和半纖維素的第一殘?jiān)?；?0° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將第一殘?jiān)c30%到90% (體積/體積)的氨水接觸以獲得第二生物質(zhì)漿料；過(guò)濾第二生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的第二濾液和包含纖維素的第二殘?jiān)渲袕纳镔|(zhì)中獲得至少90%的木質(zhì)素、至少91%的纖維素和至少85%的半纖維素。本發(fā)明的第十五個(gè)實(shí)施方案提供ー種生物質(zhì)的分餾方法以獲得纖維素和半纖維素，所述方法包括:在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5%到90% (體積/體積)的氨水接觸以獲得生物質(zhì)漿料；并過(guò)濾該生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的濾液以及包含纖維素和/或半纖維素的殘?jiān)?，其中從生物質(zhì)中獲得至少90%的木質(zhì)素、至少91%的纖維素和至少85%的半纖維素。本發(fā)明的第十六個(gè)實(shí)施方案提供生物質(zhì)的糖化方法以生產(chǎn)可溶性糖類，所述方法包括:a)在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5%到30% (體積/體積)的氨水接觸以獲得第一生物質(zhì)漿料；b)過(guò)濾第一生物質(zhì)漿料以獲得包含木質(zhì)素的第一濾液以及包含纖維素和半纖維素的第一殘?jiān)?br> c)在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)用30%到90% (體積/體積)的氨水處理
第一殘?jiān)垣@得第二生物質(zhì)漿料；d)過(guò)濾第二生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的第二濾液和包含纖維素的第二殘?jiān)?；以及e)將步驟(d)中獲得的纖維素和半纖維素水解以獲得可溶性糖類。本發(fā)明的第十七個(gè)實(shí)施方案提供生物質(zhì)的糖化方法以獲得可溶性糖類，所述方法包括:a)在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5%到90% (體積/體積)的氨水接觸以獲得生物質(zhì)漿料；b)過(guò)濾該生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的濾液以及包含纖維素和/或半纖維素的殘?jiān)灰约癱)將步驟(b)中獲得的纖維素和/或半纖維素水解以獲得可溶性糖類。本發(fā)明的第十八個(gè)實(shí)施方案涉及使用氨水糖化生物質(zhì)的方法以生產(chǎn)可溶性糖類，其中生物質(zhì)在氨水中的停留時(shí)間是I到120分鐘，優(yōu)選5到30分鐘。本發(fā)明的第十九個(gè)實(shí)施方案涉及使用氨水糖化生物質(zhì)的方法以生產(chǎn)可溶性糖類，其中所述方法包括:在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5%到30% (體積/體積)的氨水接觸以獲得第一生物質(zhì)漿料；a)過(guò)濾第一生物質(zhì)漿料以獲得包含木質(zhì)素的第一濾液以及包含纖維素和半纖維素的第一殘洛; b)在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)用30%到90% (體積/體積)的氨水處理
第一殘?jiān)垣@得第二生物質(zhì)漿料；c)過(guò)濾第二生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的第二濾液和包含纖維素的第二殘?jiān)?；以及d)將步驟(C)中獲得的纖維素和半纖維素水解以獲得可溶性糖類，其中第一殘?jiān)诎彼械耐Ａ魰r(shí)間是I到120分鐘，優(yōu)選5到30分鐘。本發(fā)明的第二十個(gè)實(shí)施方案涉及使用氨水糖化生物質(zhì)的方法以生產(chǎn)可溶性糖類，其中所述糖類選自葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖、鼠李糖、纖維ニ糖和纖維糊精。本發(fā)明的第二十一個(gè)實(shí)施方案提供從生物質(zhì)中生產(chǎn)所需化合物的方法，所述方法包括:a)在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5%到30% (體積/體積)的氨水接觸以獲得第一生物質(zhì)漿料；b)過(guò)濾第一生物質(zhì)漿料以獲得包含木質(zhì)素的第一濾液以及包含纖維素和半纖維素的第一殘洛;c)在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將第一殘?jiān)c30%到90% (體積/體積)的氨水接觸以獲得第二生物質(zhì)漿料；d)過(guò)濾第二生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的第二濾液和包含纖維素的第二殘?jiān)?；e)將步驟(d)中獲得的纖維素和半纖維素水解以獲得可溶性糖類；以及f)通過(guò)化學(xué)方法或生物方法將可溶性糖類轉(zhuǎn)化成所需化合物。
本發(fā)明的第二十二個(gè)實(shí)施方案涉及如本發(fā)明所公開(kāi)的從生物質(zhì)中生產(chǎn)所需化合物的方法，所述方法進(jìn)ー步包括使用常規(guī)方法將步驟(b)的木質(zhì)素轉(zhuǎn)化成所需化合物。本發(fā)明的第二十三個(gè)實(shí)施方案提供從生物質(zhì)中生產(chǎn)所需化合物的方法，所述方法包括:a)在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5%到90% (體積/體積)的氨水接觸以獲得生物質(zhì)漿料；b)過(guò)濾該生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的濾液以及包含纖維素和/或半纖維素的殘?jiān)?；c)將步驟(b)中獲得的纖維素和/或半纖維素水解以獲得可溶性糖類，以及d)通過(guò)化學(xué)方法或生物方法將可溶性糖類轉(zhuǎn)化成所需化合物。本發(fā)明的第二十四個(gè)實(shí)施方案涉及從生物質(zhì)中生產(chǎn)所需化合物的方法，其中所需化合物選自甲苯、苯、香草醛、烴類、甲酚類、酚類、こ醇、甲醇、丙醇、丁ニ醇、異丙醇、丁醇、異丁醇、甘油、赤蘚糖醇、木糖醇、山梨糖醇、糠醛、羥甲基糠醛、糠醇、こ酸、乳酸、丙酸、3-羥基丙酸、丁酸、葡萄酸、衣康酸、檸檬酸、丁ニ酸、こ酰丙酸、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、酪氨酸、甲烷、こ烯和丙酮。本發(fā)明的第二十五個(gè)實(shí)施方案涉及用于可溶性糖類的轉(zhuǎn)化的生物方法，其中所述生物方法是微生物和/或酶生物轉(zhuǎn)化。本發(fā)明的第二十六個(gè)實(shí)施 方案涉及微生物生物轉(zhuǎn)化，通過(guò)使用選自酵母、細(xì)菌和真菌的微生物進(jìn)行微生物生物轉(zhuǎn)化。本發(fā)明的第二十七個(gè)實(shí)施方案涉及使用于生物轉(zhuǎn)化的微生物，其中微生物選自大腸埃希桿菌(E.coli)、釀酒酵母(Saccharomyces cervisiae)、運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌(Zymomonasmobilis)、樹(shù)干畢赤酵母(Pichia stipitis)、念珠菌(Candida)、丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)、醋酸桿菌(Acetobacter)、稻根霉菌(Rhizopus oryzae)、乳酸桿菌(Lactobacillus)和嗜熱脂肪芽胞桿菌(Bacillusstearothermophilus)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案涉及使用氨水將生物質(zhì)分餾成木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的方法，其中氨水通過(guò)常規(guī)方法再循環(huán)。如本發(fā)明所公開(kāi)的生物質(zhì)的分餾方法，在1-120分鐘或30到60分鐘或5到15分
鐘生產(chǎn)木質(zhì)素、纖維素和半纖維素。在本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施方案中，提供ー種生物質(zhì)的分餾方法以獲得纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，所述方法包括:a.在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與pH在8_14的范圍內(nèi)的氨水混合I分鐘到120分鐘，以獲得第一生物質(zhì)漿料，其中氨水的濃度在5%到30%體積/體積的范圍內(nèi)；b.過(guò)濾第一生物質(zhì)漿料以獲得包含木質(zhì)素的第一濾液以及包含纖維素和半纖維素的第一殘洛;c.在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將第一殘?jiān)胮H在8_14的范圍內(nèi)的氨水處理I分鐘到120分鐘以獲得第二生物質(zhì)漿料，其中氨水的濃度在30%到90%體積/體積的范圍內(nèi)；以及d.過(guò)濾第二生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的第二濾液和包含纖維素的第二殘?jiān)?。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供ー種生物質(zhì)的分餾方法以獲得纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，所述方法包括:a.在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與pH在8_14的范圍內(nèi)的氨水混合I分鐘到120分鐘，以獲得第一生物質(zhì)漿料，其中液氨的濃度維持在5%到30%體積/體積；b.通過(guò)任何已知的蒸發(fā)方法從第一生物質(zhì)漿料中去除氨；c.過(guò)濾第一生物質(zhì)漿料以獲得包含木質(zhì)素的第一濾液以及包含纖維素和半纖維素的第一殘洛; d.在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將第一殘?jiān)胮H在8-14的范圍內(nèi)的氨水處理I分鐘到120分鐘，以獲得第二生物質(zhì)漿料，其中液氨的濃度維持在30%到90%體積/體積的范圍內(nèi)；e.通過(guò)任何已知的蒸發(fā)方法從第二生物質(zhì)漿料中去除氨；以及f.過(guò)濾第二生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的第二濾液和包含纖維素的第二殘?jiān)?在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方案中，提供ー種生物質(zhì)的分餾方法以獲得纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，所述方法包括:在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與pH在8-14的范圍內(nèi)的氨水混合I分鐘到120分鐘，以獲得第一生物質(zhì)漿料，其中氨水的濃度在5%到30%體積/體積的范圍內(nèi)；過(guò)濾第一生物質(zhì)漿料以獲得包含木質(zhì)素的第一濾液以及包含纖維素和半纖維素的第一殘?jiān)辉?0° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將第一殘?jiān)胮H在8-14范圍內(nèi)的氨水處理I分鐘到120分鐘以獲得第二生物質(zhì)漿料；其中氨水的濃度在30%到90%體積/體積的范圍內(nèi)；過(guò)濾第二生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的第二濾液和包含纖維素的第二殘?jiān)?；其中所述生物質(zhì)的重量在氨水的0.5%到25%重量/體積。本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施方案中，提供ー種使用氨的生物質(zhì)的分餾方法以獲得纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，其中氨水的濃度在0.5%到90%重量/體積，并維持在I巴到110巴范圍的壓カ下。在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案中，提供ー種生物質(zhì)的分餾方法以獲得纖維素、半纖維素和/或木質(zhì)素，其中纖維素和/或反應(yīng)中獲得的第一殘?jiān)?0° C到200° C的溫度范圍內(nèi)用pH在8-14的范圍內(nèi)的氨水處理30分鐘。在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案中，提供ー種生物質(zhì)的分餾方法以獲得纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，所述方法包括:在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與pH在8-14的范圍內(nèi)的氨水混合I分鐘到120分鐘，以獲得第一生物質(zhì)漿料，其中氨水的濃度在5%到30%體積/體積的范圍內(nèi)；過(guò)濾第一生物質(zhì)漿料以獲得包含木質(zhì)素的第一濾液以及包含纖維素和半纖維素的第一殘?jiān)?；?0° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將第一殘?jiān)胮H在8-14范圍內(nèi)的氨水處理I分鐘到120分鐘以獲得第二生物質(zhì)漿料；其中氨水的濃度在30%到90%體積/體積的范圍內(nèi)；過(guò)濾第二生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的第二濾液和包含纖維素的第二殘?jiān)?；其中所述方法是連續(xù)的或間歇的方法。如本發(fā)明所公開(kāi)的生物質(zhì)的分餾方法以獲得纖維素、半纖維素和/或木質(zhì)素，所述方法從生物質(zhì)中回收至少85%的木質(zhì)素、至少91%到95%的纖維素和至少85%的半纖維素。另外，如本發(fā)明所公開(kāi)的生物質(zhì)的分餾方法以獲得纖維素、半纖維素和/或木質(zhì)素，所述方法不產(chǎn)生抑制所述方法的化合物或者可能成為纖維素酶和發(fā)酵方法的抑制劑的化合物。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供ー種使用酶、微生物或化學(xué)方法糖化纖維素和/或半纖維素的方法以獲得糖類。在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方案中，提供ー種糖發(fā)酵的方法，其中糖類通過(guò)酵母、細(xì)菌或真菌發(fā)酵。在本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施方案中，提供ー種糖發(fā)酵的方法，其中糖類通過(guò)微生物發(fā)酵，其中所述微生物為轉(zhuǎn)基因的。在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案中，提供ー種將糖類轉(zhuǎn)化成其他有用化合物的化學(xué)的或生物的(微生物的和酶的)方法。在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案中，提供ー種將纖維素/半纖維素/木質(zhì)素轉(zhuǎn)化成其他有用化合物的化學(xué)的或生物的(微生物的和酶的)方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，在生物質(zhì)分餾方法的各種步驟中獲得的殘?jiān)枰M(jìn)行洗滌以提高濾液中所需化合物的產(chǎn)率。另外，在間歇模式中，在封閉容器方法中將生物質(zhì)分餾成木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的過(guò)程中，應(yīng)用各種方法減少封閉容器的頂部空間以提高液相中的總氨量對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。例如，通過(guò)在反 應(yīng)器中包括例如氮的惰性氣體以維持頂部空間的壓力，能夠減少分餾生物質(zhì)所需的氨量。然而，如果(間歇的或連續(xù)的)反應(yīng)器不需要頂部空間就能令人滿意地工作，則不需要這種實(shí)踐。實(shí)施例所述實(shí)施方案進(jìn)ー步限定在如下實(shí)施例中。應(yīng)當(dāng)了解，盡管示出本發(fā)明的實(shí)施方案，但是這些實(shí)施例僅以說(shuō)明的方式提供。從上述討論和這些實(shí)施例中，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不偏離實(shí)施方案的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下能夠確定實(shí)施方案的必要特征，井能對(duì)實(shí)施方案進(jìn)行各種改變和修改以適用于各種用途和情況。由此，根據(jù)之前的描述，除了本文中描述并顯示的那些之外的實(shí)施方案的各種修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的。這種修改也旨在落入所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。實(shí)施例1使用氨水將稻桿分餾成纖維素、半纖維素和木質(zhì)素間歇樽式將尺寸減小的稻桿(平均長(zhǎng)度5暈米,3.5克)與IOOml的30%體積/體積的液氨在15° C的水中混合。將所得稻桿-氨漿料排入高壓反應(yīng)器。在反應(yīng)容器內(nèi)在125° C下進(jìn)行反應(yīng)30分鐘以獲得第一漿料。將第一漿料的溫度降低到至少95° C，井隨后過(guò)濾該漿料以獲得包含木質(zhì)素的第一濾液以及包含纖維素和半纖維素的第一殘?jiān)?。將由此獲得的第一殘?jiān)?0%體積/體積的液氨在125° C的水中處理30分鐘以獲得第二漿料。將第ニ漿料的溫度降低到至少95° C，井隨后過(guò)濾該漿料以獲得包含半纖維素的第二濾液和包含纖維素的第二殘?jiān)?圖1、2和4)。氨水分餾方法的結(jié)果顯示在圖1、2、3和4以及表I和2中。氨分餾的不同階段中的生物質(zhì)殘?jiān)慕M分分析掲示了稻桿中主要成分(木質(zhì)素、纖維素和半纖維素)彼此分離的次序。當(dāng)?shù)緱U經(jīng)受30% (體積/體積)的氨，其分餾成兩股流:包括木質(zhì)素的液體流以及包含纖維素和半纖維素的固體殘?jiān)．?dāng)固體殘?jiān)?jīng)受60%(體積/體積)的氨處理，其進(jìn)ー步分餾成包含半纖維素的液體流和包含纖維素的固體殘?jiān)?圖1)。對(duì)氨分餾后的稻桿的纖維素的物理觀察表明，該纖維素與顏色較深(表明ー些生物質(zhì)碳化)的蒸爆纖維素(圖4)相比具有較淺的顔色和優(yōu)良的紋理。在沉淀并干燥后半纖維素形成淺米色粉末(圖2)。對(duì)從稻桿獲得的半纖維素的進(jìn)ー步組分分析顯示出葡萄糖峰(RT-12.7分鐘)、木糖峰(RT-13.6分鐘)和阿拉伯糖峰(RT-16.1分鐘)。木糖(84%重量/重量總糖)是稻桿半纖維素的主要組分，其后是阿拉伯糖(16%重量/重量總糖)和葡萄糖(4%重量/重量總糖)(圖3)。氨分餾后的稻桿的纖維素以及纖維素+半纖維素殘?jiān)叨冉?jīng)受酶的糖化，8小時(shí)內(nèi)提供超過(guò)95%的轉(zhuǎn)化率(對(duì)于溶液化的底物而言)，相比例如Whatman濾紙的標(biāo)準(zhǔn)底物要快得多(表I)。連續(xù)樽式減小到適當(dāng)尺寸(平均長(zhǎng)度5mm)后的稻桿在供料容器中與30%體積/體積的液氨混合以獲得稻桿漿料。該漿料(3.5%重量/體積固體)流經(jīng)維持在125° C的連續(xù)的高壓反應(yīng)器，其中該漿料在反應(yīng)器中的停留時(shí)間是30分鐘。產(chǎn)物漿料流經(jīng)內(nèi)聯(lián)冷卻器，在其中將漿料冷卻至90° C。隨后將漿料泄入第一閃蒸罐以釋放氨，使氨回收并再循環(huán)。過(guò)濾閃蒸容器底部的產(chǎn)物漿料以獲得包含半纖維素和纖維素的殘?jiān)约鞍举|(zhì)素的濾液。上述步驟中所獲得的殘?jiān)诹硪还┝先萜髦信c水混合。所得的漿料流和為了使所得液氨的濃度為60%體積/體積而添加的已知量的液化無(wú)水氨一起流經(jīng)維持在125° C的連續(xù)的高壓反應(yīng)器，其中該漿料在反應(yīng)器中的停留時(shí)間是30分鐘。該漿料隨后流經(jīng)內(nèi)聯(lián)冷卻器，在其中將該漿料的溫度降低到90° C。將該漿料泄入第二閃蒸罐以釋放出氨并回收，過(guò)濾該漿料以獲得包含纖維素 的殘?jiān)桶肜w維素的濾液。實(shí)施例2使用氨水將麥桿分餾成纖維素、半纖維素和木質(zhì)素間歇模式將尺寸減小的麥桿(平均長(zhǎng)度5毫米，3.5克)與IOOml的30%體積/體積的液氨在15° C的水中混合。將所得麥桿-氨漿料排入高壓反應(yīng)器。在反應(yīng)容器內(nèi)在125° C下進(jìn)行反應(yīng)30分鐘以獲得第一漿料。將第一漿料的溫度降低到至少95° C，并過(guò)濾該漿料以獲得包含木質(zhì)素的第一濾液以及包含纖維素和半纖維素的第一殘?jiān)?。由此獲得的第一殘?jiān)?0%體積/體積的液氨在125° C的水中處理30分鐘以獲得第二漿料。將第二漿料的溫度降低到至少95° C，并過(guò)濾該漿料以獲得包含半纖維素的第二濾液和包含纖維素的第二殘?jiān)?。?shí)施例3從稻桿中生產(chǎn)可溶性糖類間歇模式:生物方法將尺寸減小的稻桿(平均長(zhǎng)度5毫米，3.5克)與IOOml的30%體積/體積的液氨在15° C的水中混合。將所得稻桿-氨漿料排入高壓反應(yīng)器。在反應(yīng)容器內(nèi)在125° C下進(jìn)行反應(yīng)30分鐘以獲得第一漿料。將第一漿料的溫度降低到至少95° C，井隨后過(guò)濾該漿料以獲得包含木質(zhì)素的第一濾液以及包含纖維素和半纖維素的第一殘?jiān)?。由此獲得的第一殘?jiān)?0%體積/體積的液氨在125° C的水中處理30分鐘以獲得第二漿料。將第二漿料的溫度降低到至少95° C，井隨后過(guò)濾該漿料以獲得包含半纖維素的第二濾液和包含纖維素的第二殘?jiān)?。包含纖維素的第二殘?jiān)鼞腋≡谒峄?pH為5)中，并在50° C通過(guò)內(nèi)切葡萄糖酶和外切葡萄糖酶的混合物(100IU酶/克殘?jiān)?處理。在8小時(shí)內(nèi)獲得纖維素到葡萄糖的完全轉(zhuǎn)化。如此獲得的葡萄糖通過(guò)化學(xué)方法和/或生物方法能夠用于生產(chǎn)こ醇、丁醇、烴甲基糠醛、乳酸、こ酸等。將包含半纖維素的第二濾液酸化到pH為5，并在50° C用半纖維素酶(100IU酶/克半纖維素)處理。在8小時(shí)內(nèi)獲得半纖維素到木糖、阿拉伯糖和葡萄糖的完全轉(zhuǎn)化。由此產(chǎn)生的木糖、阿拉伯糖 和葡萄糖通過(guò)化學(xué)方法和/或生物方法能夠用于生產(chǎn)例如こ醇、乳酸和糠醛的所需化合物。連續(xù)模式:生物方法減小到適當(dāng)尺寸(平均長(zhǎng)度5mm)后的稻桿在供料容器中與30%體積/體積的液氨混合以獲得稻桿漿料。漿料(3.5%重量/體積固體)流經(jīng)維持在125° C的連續(xù)的高壓反應(yīng)器，其中該漿料在反應(yīng)器中的停留時(shí)間是30分鐘。產(chǎn)物漿料流經(jīng)內(nèi)聯(lián)冷卻器，在其中漿料冷卻至90° C。隨后將漿料泄入閃蒸罐以釋放氨，使氨回收并再循環(huán)。過(guò)濾閃蒸容器底部的產(chǎn)物漿料以獲得包含半纖維素和纖維素的殘?jiān)约鞍举|(zhì)素的濾液。包含纖維素和半纖維素的殘?jiān)S后懸浮在300ml 50mM pH為4.8的檸檬酸緩沖液中，并在50° C的膜反應(yīng)器組件中用內(nèi)切葡萄糖酶和外切葡萄糖酶的混合物(100IU酶/克殘?jiān)?處理。反應(yīng)器組件包括裝配有蠕動(dòng)泵的攪拌槽反應(yīng)器(500mL)，所述蠕動(dòng)泵使反應(yīng)物質(zhì)通過(guò)管形超濾膜系統(tǒng)流通(5KDa，0.01平方米)。在分析滲透物的葡萄糖含量和木糖含量的同時(shí)，將膜系統(tǒng)的滲余物返回?cái)嚢璨?。出現(xiàn)在連續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)殘?jiān)絾翁羌雌咸烟呛湍咎堑霓D(zhuǎn)化率為95%。例如こ醇、乳酸和糠醛的所需化合物通過(guò)化學(xué)方法和/或生物方法能夠從葡萄糖和木糖產(chǎn)生。連續(xù)模式:化學(xué)方法減小到適當(dāng)尺寸(平均長(zhǎng)度5mm)后的稻桿在供料容器中與30%體積/體積的液氨混合以獲得稻桿漿料。漿料(3.5%重量/體積固體)流經(jīng)維持在125° C的連續(xù)的高壓反應(yīng)器，其中該漿料在反應(yīng)器中的停留時(shí)間是30分鐘。產(chǎn)物漿料流經(jīng)內(nèi)聯(lián)冷卻器，在其中漿料冷卻至90° C。隨后將漿料泄入第一閃蒸罐以釋放氨，使氨回收并再循環(huán)。過(guò)濾閃蒸容器底部的產(chǎn)物漿料以獲得包含半纖維素和纖維素的殘?jiān)约鞍举|(zhì)素的濾液。上述步驟中所獲得的殘?jiān)诹硪还┝先萜髦信c水混合。所得的漿料流和已知量的液化無(wú)水氨(以使所得液氨的濃度為60%體積/體積)一起流經(jīng)維持在125° C的連續(xù)的高壓反應(yīng)器，其中該漿料在反應(yīng)器中的停留時(shí)間是30分鐘。該漿料隨后流經(jīng)內(nèi)聯(lián)冷卻器，在其中該漿料的溫度降低到90° C。然后將該漿料泄入第一閃蒸罐以釋放出氨并回收，過(guò)濾該漿料以獲得包含纖維素的殘?jiān)桶肜w維素的濾液。包含纖維素的第二殘?jiān)诹硪还┝先萜髦信c酸化水混合。所得漿料流流經(jīng)維持在200° C的連續(xù)的高壓管形哈式(Hastelloy)反應(yīng)器，其中該漿料在反應(yīng)器中的停留時(shí)間是90秒。反應(yīng)后的漿料(現(xiàn)為葡萄糖溶液)隨后流經(jīng)內(nèi)聯(lián)冷卻器，在其中該溶液的溫度迅速降低到60° C。通過(guò)例如納米過(guò)濾或蒸餾的已知方法能夠?qū)⒃撈咸烟侨芤簼饪s以獲得純葡萄糖。包含半纖維素的第二濾液在另ー供料容器中與酸化水混合。所得溶液流流經(jīng)維持在170° C的連續(xù)的高壓管形哈式反應(yīng)器，其中該溶液在反應(yīng)器中的停留時(shí)間是60秒。反應(yīng)后的溶液隨后流經(jīng)內(nèi)聯(lián)冷卻器，在其中該溶液的溫度迅速降低到60° C。發(fā)現(xiàn)所得溶液包含84% (重量/重量總糖)的木糖、16%的阿拉伯糖(重量/重量總糖)和4%的葡萄糖(重量/重量總糖)。實(shí)施例4從稻桿生產(chǎn)こ醇間歇樽式將尺寸減小的稻桿(平均長(zhǎng)度5毫米)與I的30%體積/體積的液氨在15° C的水中(3.5%重量/體積固體)混合。將所得稻桿-氨漿料排入高壓反應(yīng)器。在反應(yīng)容器內(nèi)在125° C下進(jìn)行反應(yīng)30分鐘以獲得第一漿料。將反應(yīng)后的漿料的溫度降低到至少95° C，井隨后過(guò)濾該漿料以獲得包含木質(zhì)素的濾液以及包含纖維素和半纖維素的殘?jiān)Ｔ摎堅(jiān)鼞腋≡谒峄?pH為5)中，并在50° C通過(guò)內(nèi)切葡萄糖酶和外切葡萄糖酶的混合物(100IU酶/克殘?jiān)?水解。在8小時(shí)內(nèi)獲得多糖到葡萄糖和木糖的完全轉(zhuǎn)化。使用5KDa的膜超濾所得水解產(chǎn)物以回收酶，隨后使用真空蒸餾濃縮無(wú)蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物以得到濃度為10% (重量/體積)的最終可溶性糖(葡萄糖+木糖)。

在向IOOml的水解產(chǎn)物加入酵母抽提物(0.25% )后將其巴氏殺菌，并使用500ml葡萄糖發(fā)酵酵母(釀酒酵母Saccharomyces sp.)和戍糖發(fā)酵酵母(Pichia stipitis樹(shù)干畢赤酵母)使該水解產(chǎn)物經(jīng)受共發(fā)酵。在30° C以150rpm勻速振蕩三角瓶。18小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)率為0.46gこ醇“糖。連續(xù)樽式減小到適當(dāng)尺寸(平均長(zhǎng)度5_)后的稻桿在供料容器中與30%體積/體積的液氨混合以獲得稻桿漿料。漿料(3.5%重量/體積固體)流經(jīng)維持在125° C的連續(xù)的高壓反應(yīng)器，其中該漿料在反應(yīng)器中的停留時(shí)間是30分鐘。產(chǎn)物漿料流經(jīng)內(nèi)聯(lián)冷卻器，在其中該漿料冷卻至90° C。隨后將該漿料泄入第一閃蒸罐以釋放氨，使氨回收并再循環(huán)。過(guò)濾閃蒸容器底部的產(chǎn)物漿料以獲得包含半纖維素和纖維素的殘?jiān)约鞍举|(zhì)素的濾液。上述步驟中所獲得的殘?jiān)诹硪还┝先萜髦信c水混合。所得的漿料流和已知量的液化無(wú)水氨(以使所得液氨的濃度為60%體積/體積)一起流經(jīng)維持在125° C的連續(xù)的高壓反應(yīng)器，其中該漿料在反應(yīng)器中的停留時(shí)間是30分鐘。該漿料隨后流經(jīng)內(nèi)聯(lián)冷卻器，在其中該漿料的溫度降低到90° C。然后將該漿料泄入第一閃蒸罐以釋放出氨并回收，過(guò)濾該漿料以獲得包含纖維素的殘?jiān)桶肜w維素的濾液。包含纖維素的第二殘?jiān)S后懸浮在300ml的酸化水(pH為5)中，并在50° C的膜反應(yīng)器組件中通過(guò)內(nèi)切葡萄糖酶和外切葡萄糖酶的混合物(100IU酶/克殘?jiān)?處理。反應(yīng)器組件包括裝配有蠕動(dòng)泵的攪拌槽反應(yīng)器(500mL)，所述蠕動(dòng)泵使反應(yīng)物質(zhì)通過(guò)管形超濾膜系統(tǒng)流通(5KDa，0.01平方米)。在分析滲透物(此后稱為“葡萄糖溶液”)的葡萄糖含量的同時(shí)，將膜系統(tǒng)的滲余物返回?cái)嚢璨?。出現(xiàn)在連續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)纖維素到葡萄糖的轉(zhuǎn)化率為98%。將葡萄糖溶液濃縮至20% (重量/體積)并加入酵母抽提物(0.25%重量/體積)，井隨后通過(guò)使其流經(jīng)浸入維持在72° C的水浴中的卷曲的金屬環(huán)使其巴氏殺菌，其中滲透物(此后稱為介質(zhì))在加熱環(huán)中的停留時(shí)間至少為30秒。隨后在置于套內(nèi)的裝配有自動(dòng)化控制溫度和pH控制以及光密度(OD)探針的Sartorius 2升BioStatB+發(fā)酵罐中使用葡萄糖發(fā)酵葡萄酒酵母(釀酒酵母Saccharomyces sp.)使所述介質(zhì)經(jīng)受連續(xù)的發(fā)酵方法。在發(fā)酵罐中的所述介質(zhì)的初始體積是1.5L，通過(guò)加入堿使pH維持在5.5，并將溫度維持在30° C。維持0.1小時(shí)-1的稀釋率，在穩(wěn)定狀態(tài)(由OD決定)確立后分析樣品的こ醇含量。獲得こ醇的提高了的產(chǎn)率多達(dá)5克/升/小吋。實(shí)施例5從稻桿中生產(chǎn)酚單體將尺寸減小的稻桿(平均長(zhǎng)度5毫米，3.5克)與IOOml的30%體積/體積的液氨在15° C的水中混合。將所得稻桿-氨漿料排入高壓反應(yīng)器。在反應(yīng)容器內(nèi)在125° C下進(jìn)行反應(yīng)30分鐘以獲得漿料。將該漿料的溫度降低到至少95° C，井隨后過(guò)濾該漿料以獲得包含木質(zhì)素的濾液以及包含纖維素和半纖維素的殘洛。使用無(wú)機(jī)酸將所得漿料酸化至pH為3，使用陽(yáng)離子聚合電解質(zhì)溶液(1%體積/體積)從所得漿料中沉淀木質(zhì)素。通過(guò)在IOOOg離心10分鐘分離沉淀的木質(zhì)素，并在50° C保持干燥I小吋。I克的這種木質(zhì)素粉末在130° C的高壓釜中用2% (體積/體積)硝酸處理30分鐘。將所得的解聚合的木質(zhì)素溶液通過(guò)氯仿(2體積)提取15分鐘以提取例如對(duì)-香豆醇、丁香醛、芥子醇和香草醛的能作為燃料添加劑使用或發(fā)現(xiàn)能在精細(xì)化學(xué)エ業(yè)中使用的酚類單體。表1:生物質(zhì)酶順從性試 驗(yàn)顯示出與蒸爆纖維素的商用樣品和標(biāo)準(zhǔn)纖維素(Whatman I號(hào)濾紙)的商用樣品相比，稻桿的氨分餾方法后獲得的纖維素以及纖維素+半纖維素混合物的優(yōu)良的順從性。
IIf對(duì)于底物的I
編號(hào)溶液化的I!
(生物質(zhì)類型)H(小時(shí))
從氨分餾方法獲得的_底物的纖維素酶纖錐素100U/g 從氨分餾方法獲得的 PU5-5
“ 纖維素+半纖維素溫度5O0C^958
3纖維素(蒸氣處理)18.158
4Whatman I 號(hào)濾紙47.88表2:稻桿的氨分餾-對(duì)于木質(zhì)素含量的分餾效率(通過(guò)使用分析生物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)NRELLAP方案在不同階段分析固體生物質(zhì)殘?jiān)鼇?lái)確定)
權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)的分餾方法以獲得木質(zhì)素、纖維素和半纖維素，所述方法包括: a.在50°C到200° C的溫度范圍內(nèi)將所述生物質(zhì)與5 %到30 % (體積/體積)的氨水接觸以獲得第一生物質(zhì)漿料； b.過(guò)濾所述第一生物質(zhì)漿料以獲得包含木質(zhì)素的第一濾液以及包含纖維素和半纖維素的第一殘洛; c.在50°C到200° C的溫度范圍內(nèi)將所述第一殘?jiān)c30%到90% (體積/體積)的氨水接觸以獲得第二生物質(zhì)漿料；以及 d.過(guò)濾所述第二生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的第二濾液和包含纖維素的第二殘?jiān)?br> 2.一種生物質(zhì)的分餾方法以獲得纖維素和半纖維素，所述方法包括: a.在50°C到200° C的溫度范圍內(nèi)將所述生物質(zhì)與5 %到90 % (體積/體積)的氨水接觸以獲得生物質(zhì)漿料；以及 b.過(guò)濾所述生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的濾液以及包含纖維素和/或半纖維素的殘?jiān)?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述濾液包含木質(zhì)素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述生物質(zhì)漿料的pH是8-14。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述木質(zhì)素通過(guò)電解質(zhì)、酸以及選自天然聚合物、合成聚合物和半合成聚合物中的一個(gè)或多個(gè)聚合電解質(zhì)沉淀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述電解質(zhì)選自陰離子化合物、陽(yáng)離子化合物、非離子化合物、有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述生物質(zhì)選自稻桿、麥桿、棉桿、甘蔗渣、高粱渣、玉米芯、玉米桿、玉米稿桿、玉米植株、蓖麻桿、風(fēng)眼蓮、森林廢棄物、紙質(zhì)廢棄物以及草、柳枝稗、象草、細(xì)葉芒、玉米粒、玉米糠、麥粒、麥麩、米粒、米糠、玉蜀黍粒、高粱粒、珍珠稗粒和黑麥粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述生物質(zhì)是非木質(zhì)纖維生物質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述非木質(zhì)纖維生物質(zhì)選自紙張、紙質(zhì)廢棄物、微生物細(xì)胞物質(zhì)、大型海藻細(xì)胞物質(zhì)和大型海藻生物質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在所述氨水中的所述生物質(zhì)的重量是0.5%到25 % (重量/體積)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述生物質(zhì)在所述氨水中的停留時(shí)間是I到120分鐘。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述生物質(zhì)在所述氨水中的停留時(shí)間是5到30分鐘。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一殘?jiān)谒霭彼械耐Ａ魰r(shí)間是I到120分鐘，優(yōu)選5至Ij 30分鐘。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中從所述生物質(zhì)獲得至少90%木質(zhì)素、至少91%纖維素和至少85%半纖維素。
15.一種生物質(zhì)的糖化方法以生產(chǎn)可溶性糖類，所述方法包括: a.在50° C到200° C的溫度范圍內(nèi)將所述生物質(zhì)與5 %到30 % (體積/體積)的氨水接觸以獲得第一生物質(zhì)漿料； b.過(guò)濾所述第一生物質(zhì)漿料以獲得包含木質(zhì)素的第一濾液以及包含纖維素和半纖維素的第一殘洛； c.在50°C到200° C的溫度范圍內(nèi)用30%到90% (體積/體積)的氨水處理所述第一殘?jiān)垣@得第二生物質(zhì)漿料； d.過(guò)濾所述第二生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的第二濾液和包含纖維素的第二殘?jiān)灰约? e.將步驟(d)中獲得的所述纖維素和所述半纖維素水解以獲得可溶性糖類。
16.一種生物質(zhì)的糖化方法以獲得可溶性糖類，所述方法包括: a.在50°C到200° C的溫度范圍內(nèi)將所述生物質(zhì)與5 %到90 % (體積/體積)的氨水接觸以獲得生物質(zhì)漿料； b.過(guò)濾所述生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的濾液以及包含纖維素和/或半纖維素的殘?jiān)灰约? c.將步驟(b)中獲得的纖維素和/或半纖維素水解以獲得可溶性糖類。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其中所述生物質(zhì)在所述氨水中的停留時(shí)間是I到120分鐘。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一殘?jiān)谒霭彼械耐Ａ魰r(shí)間是I到120分鐘，優(yōu)選5至Ij 30分鐘。
19.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其中所述糖類選自葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖、鼠李糖、纖維二糖和纖維糊精。
20.一種從生物質(zhì)中生產(chǎn)所需化合物的方法，所述方法包括: a.在50°C到200° C的溫度范圍內(nèi)將生物質(zhì)與5 %到30 % (體積/體積)的氨水接觸以獲得第一生物質(zhì)漿料； b.過(guò)濾所述第一生物質(zhì)漿料以獲得包含木質(zhì)素的第一濾液以及包含纖維素和半纖維素的第一殘洛; c.在50°C到200° C的溫度范圍內(nèi)將所述第一殘?jiān)c30%到90% (體積/體積)的氨水接觸以獲得第二生物質(zhì)漿料； d.過(guò)濾所述第二生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的第二濾液和包含纖維素的第二殘?jiān)? e.將步驟(d)中獲得的所述纖維素和所述半纖維素水解以獲得可溶性糖類，以及 f.通過(guò)化學(xué)方法或生物方法將所述可溶性糖類轉(zhuǎn)化成所需化合物。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其進(jìn)一步包括使用常規(guī)方法將從步驟(b)所獲得的木質(zhì)素轉(zhuǎn)化成所需化合物。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所需化合物選自甲苯、苯、香草醛、烴類、甲酚類和酚類。
23.一種從生物質(zhì)中生產(chǎn)所需化合物的方法，所述方法包括: a.在50° C到200 ° C的溫度范圍內(nèi)將所述生物質(zhì)與5 %到90 % (體積/體積)的氨水接觸以獲得生物質(zhì)漿料； b.過(guò)濾所述生物質(zhì)漿料以獲得包含半纖維素的濾液以及包含纖維素和/或半纖維素的殘?jiān)? C.將步驟(b)中獲得的纖維素和/或半纖維素水解以獲得可溶性糖類，以及 d.通過(guò)化學(xué)方法或生物方法將所述可溶性糖類轉(zhuǎn)化成所需化合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求20或23所述的方法，其中所需化合物選自乙醇、甲醇、丙醇、丁二醇、異丙醇、丁醇、異丁醇、甘油、赤蘚糖醇、木糖醇、山梨糖醇、糠醛、羥甲基糠醛、糠醇、乙酸、乳酸、丙酸、3-羥基丙酸、丁酸、葡萄酸、衣康酸、檸檬酸、丁二酸、乙酰丙酸、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、酪氨酸、甲烷、乙烯和丙酮。
25.根據(jù)權(quán)利要求20或23所述的方法，其中生物方法是微生物的生物轉(zhuǎn)化和/或酶的生物轉(zhuǎn)化。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中通過(guò)使用選自酵母、細(xì)菌和真菌的微生物進(jìn)行所述微生物的生物轉(zhuǎn)化方法。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述微生物選自大腸埃希桿菌、釀酒酵母、運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌、樹(shù)干畢赤酵母、念珠菌、丙酮丁醇梭菌、醋酸桿菌、稻根霉菌、乳酸桿菌和嗜熱脂肪芽胞桿菌。
28.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一 項(xiàng)所述的方法，其中所述氨通過(guò)常規(guī)方法再循環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種生物質(zhì)的分餾方法，所述方法使用氨水將生物質(zhì)分餾成木質(zhì)素、纖維素和/或半纖維素。本發(fā)明公開(kāi)的所述方法回收純度超過(guò)90％的木質(zhì)素、纖維素和半纖維素。本發(fā)明還提供生物質(zhì)的糖化和發(fā)酵方法，所述方法使用氨水生產(chǎn)可溶性糖類、醇類、酸類、酚類和其他所需產(chǎn)物或其衍生物。本發(fā)明公開(kāi)的所述方法是穩(wěn)定的、經(jīng)濟(jì)有效的和可測(cè)量的。
文檔編號(hào)C08H7/00GK103097437SQ201080067281
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者阿文德·馬立納什·拉里, J·S·瓦拉瓦德卡, P·C·瓦德卡 申請(qǐng)人:阿文德·馬立納什·拉里