用于水解木质纤维素材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种用于生产部分水解的木质纤维素材料的方法，其包括用酸和/或碱然后用多元醇处理木质纤维素材料。本发明专利技术还提供了从所述部分水解的木质纤维素材料生产可发酵糖或发酵产物的方法。本发明专利技术还提供了通过这样的方法生产的部分水解的木质纤维素材料、可发酵糖和发酵产物。本发明专利技术还提供了用于例如通过前述方法生产部分水解的木质纤维素材料的设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于生产部分水解的木质纤维素材料的方法，所述部分水解的木质纤维素材料随后可用于生产有用的产品，如可发酵糖。
技术介绍
木质纤维素材料可用于特别是生产生物燃料(例如，生物乙醇)和生物化学品，且因此是化石燃料的替代品。为了从木质纤维素材料有效生产生物燃料，木质纤维素材料的纤维素和/或半纤维素组分需要被转化成能够发酵成乙醇或丁醇的单糖类(monosaccharide)(例如，单糖(monosugar))。该领域现有工作已经提出了用于从木质纤维素材料生产可发酵糖的方法，其包括化学和/或物理预处理以破坏木质纤维素材料的天然结构，接着使纤维素和半纤维素组分酶促水解成单糖。单糖然后可以发酵以产生生物燃料，包括乙醇或丁醇，和/或其他发酵产物，如有机酸和/或其他醇。另外，单糖可以用作从例如大肠杆菌或异养藻类微生物转化成其他有用分子如微生物脂质的碳源。然而，由于高成本、低效率、不利的反应条件和与预处理过程相关的其他问题，这些方法现在还没有商业化。另外，这些方法对环境不友好，而且为了实现有效和高效水解，需要加入大量的酶，这进一步增加了成本。因此，需要用于生产可用于下游应用以产生可发酵糖的部分水解的木质纤维素材料的改善方法。
技术实现思路
本专利技术部分地基于出人意料地发现用酸和/或碱然后用多元醇(特别是甘油)顺序处理木质纤维素材料导致与使用包含酸和/或碱与多元醇二者的溶液的单步骤方法相比，更有效和提高的木质纤维素材料的水解或液化。在第一方面，本专利技术提供了一种用于生产至少部分水解的木质纤维素材料的方法，其包括以下步骤：(i)用酸和/或碱处理木质纤维素材料；(ii)用试剂处理步骤(i)的所述木质纤维素材料，所述试剂包含多元醇、由多元醇组成或者基本上由多元醇组成；由此产生部分水解的木质纤维素材料。在某些实施方式中，在步骤(i)中，所述木质纤维素材料(a)单独用酸处理；(b)单独用碱处理；(c)用酸然后用碱顺序处理；或者(d)用碱然后用酸顺序处理。适合地，所述酸选自硫酸、盐酸、磷酸、氢氟酸、氢溴酸、硝酸、酸性金属盐及其任意组合。优选地，所述酸是硫酸。适合地，所述碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碱金属盐及其任意组合。优选地，所述碱是氢氧化钠。在一个优选实施方式中，步骤(i)包括将所述酸和/或碱蒸汽浸渍到所述木质纤维素材料中和/或所述木质纤维素材料上。在一个优选实施方式中，所述酸按所述木质纤维素材料重量计以约0.1％至约5％的量存在。在一个优选实施方式中，所述碱按所述木质纤维素材料重量计以约0.1％至约15％的量存在。适合地，所述多元醇选自甘油、乙二醇及其任意组合。优选地，所述多元醇是甘油。在一个实施方式中，所述甘油是或包含粗甘油。适合地，步骤(i)在约20℃至约99℃或优选约25℃至约75℃的温度下进行。适合地，步骤(ii)在约120℃至约200℃的温度下进行。优选地，步骤(ii)在约160℃的温度下进行。适合地，步骤(i)进行约5分钟至约30分钟的时间段。适合地，步骤(ii)进行约15分钟至约60分钟的时间段。适合地，步骤(ii)进行约30分钟的时间段。在一个特别的实施方式中，步骤(i)进一步包括在用所述酸和/或碱处理之后洗涤、排水和/或压榨所述木质纤维素材料，从而在步骤(ii)开始之前至少部分地除去所述酸和/或碱。适合地，所述多元醇按所述木质纤维素材料重量计以约10％至约200％的量存在。在第二方面，本专利技术提供了一种通过第一方面的方法生产的部分水解的木质纤维素材料。在第三方面，本专利技术提供了一种生产可发酵糖的方法，其包括酶促水解根据第一方面生产的部分水解的木质纤维素材料以产生可发酵糖的步骤。优选地，酶促水解所述部分水解的木质纤维素材料的步骤至少部分通过使所述部分水解的木质纤维素材料与一种或多种酶接触而进行，所述酶选自纤维素酶、木质素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、脂肪酶、果胶酶、淀粉酶、蛋白酶及其任意组合。在第四方面，本专利技术提供了一种通过第三方面的方法生产的可发酵糖。优选地，根据第三和第四方面，所述可发酵糖选自葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、鼠李糖、蔗糖、果糖及其任意组合。在一个实施方式中，酶促水解所述部分水解的木质纤维素材料的步骤在约2％至约30％的固体/液体比率下进行。在特别的实施方式中，所述部分水解的木质纤维素材料与低浓度的所述一种或多种酶接触。在第五方面，本专利技术提供了一种生产发酵产物的方法，其包括处理根据第三方面生产的可发酵糖以由此产生发酵产物的步骤。在第六方面，本专利技术提供了一种通过第五方面的方法生产的发酵产物。优选地，根据第五和第六方面，所述发酵产物选自乙醇和丁醇组成的列表。在第七方面，本专利技术提供了一种用于生产部分水解的木质纤维素材料的设备，其包括：用于用酸和/或碱处理木质纤维素材料的处理室，所述处理室与用于用试剂处理所述木质纤维素材料的消化室连通，所述试剂包含多元醇、由多元醇组成或者基本上由多元醇组成。适合地，所述处理室能够用所述酸和/或碱浸渍所述木质纤维素材料。在某些实施方式中，所述设备还包括能够汽蒸所述木质纤维素材料例如以使所述木质纤维素材料润湿和/或预热的预处理室。在一些实施方式中，所述设备还包括用于从液体部分分离至少部分所述部分水解的木质纤维素材料的分离器。在特别的实施方式中，所述设备还包括能够洗涤所述部分水解的木质纤维素材料从而利于从其至少部分地除去所述酸、碱和/或多元醇的洗涤装置。优选地，所述洗涤装置是适于促进连续逆流洗涤所述部分水解的木质纤维素材料的带式真空过滤器或步行式重力洗涤台(walkinggravitywashtable)。适合地，所述设备适用于第一部分的方法。在本说明书各处，除非另有说明，否则包含地而非排他地使用“包含(comprise)”、“含有(comprises)”和“包括(comprising)”，使得陈述的整体或整体组可以包括一个或多个其他未陈述的整体或整体组。相反，排他地使用词语“由……组成(consist)”、“由……构成(consists)”和“由……组成(consisting)”，使得陈述的整体或整体组是必需的或强制的，并且不可以存在其他整体。短语“基本上由……组成”表示陈述的整体或整体组是必需的或强制的，但是不干涉或不造成陈述的整体或整体组的活动或作用的其他要素是任选的。还应认识到，不定冠词“一(a)”和“一(an)”并不读作单数不定冠词或者以其他方式理解为排除比所述不定冠词所指代的单个主体超出一个或多个。例如，“一(a)”蛋白质包括一个蛋白质、一个或多个蛋白质或多个蛋白质。附图说明仅仅是作为例子，参照随附附图，在下文中更充分地描述本专利技术的实施方式，其中：图1是根据本专利技术的一个优选实施方式的设备的示意图。图2是根据本专利技术的一个优选实施方式的洗涤装置的示意图。图3概述了实施例3的预处理方法，包括在蓝桉木片的酸浸渍和消化之前的碱脱乙酰化。图4概述了实施例3的预处理方法，包括在蓝桉木片的酸浸渍和消化之前的碱脱乙酰化。图5提供了在预处理方法的各种步骤(包括碱脱乙酰化)之后，来自实施例3的蓝桉木片的图像。图6显示了对于通过(A)Pichiaholstii、(B)酿酒酵母和(C)大肠杆菌的发酵的每一项，葡萄糖浓度下降且以下显示的细本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产部分水解的木质纤维素材料的方法，其包括以下步骤：(i)用酸和/或碱处理木质纤维素材料；(ii)用试剂处理步骤(i)的所述木质纤维素材料，所述试剂包含多元醇、由多元醇组成或者基本上由多元醇组成；由此产生部分水解的木质纤维素材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.10 AU 2014902667;2014.12.09 AU 20149049841.一种用于生产部分水解的木质纤维素材料的方法，其包括以下步骤：(i)用酸和/或碱处理木质纤维素材料；(ii)用试剂处理步骤(i)的所述木质纤维素材料，所述试剂包含多元醇、由多元醇组成或者基本上由多元醇组成；由此产生部分水解的木质纤维素材料。2.权利要求1所述的方法，其中在步骤(i)中，所述木质纤维素材料(a)单独用酸处理；(b)单独用碱处理；(c)用酸然后用碱顺序处理；或者(d)用碱然后用酸顺序处理。3.权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述酸选自硫酸、盐酸、磷酸、氢氟酸、氢溴酸、硝酸、酸性金属盐及其任意组合。4.权利要求3所述的方法，其中所述酸是硫酸。5.权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碱金属盐及其任意组合。6.权利要求5所述的方法，其中所述碱是氢氧化钠。7.前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(i)包括将所述酸和/或碱浸渍到所述木质纤维素材料中和/或所述木质纤维素材料上。8.前述权利要求中任一项所述的方法，其中(i)所述酸按所述木质纤维素材料重量计以约0.1％至约5％的量存在；和/或(ii)所述碱按所述木质纤维素材料重量计以约0.1至约15％的量存在。9.前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多元醇选自甘油、乙二醇及其任意组合。10.权利要求9所述的方法，其中所述多元醇是甘油。11.前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(i)在约20℃至约99℃或优选约25℃至约75℃的温度下进行。12.前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(ii)在约120℃至约200℃的温度下进行。13.权利要求12所述的方法，其中步骤(ii)在约160℃的温度下进行。14.前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(i)进行约5分钟至约30分钟的时间段。15.前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(ii)进行约15分钟至约60分钟的时间段。16.权利要求15所述的方法，其中步骤(ii)进行约30分钟的时间段。17.前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(i)进一步包括在用所述酸和/或碱处理之后洗涤、排水和/或压榨所述木质纤维素材料，从而在步骤(ii)开始之前至少部分地除去所述酸和/或碱。18.前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多元醇按所述木质纤维素材料重量计以约10％至约...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·贝克，L·A·埃戴，
申请(专利权)人：利芙科学私人有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU