用于木质纤维素材料的受控预处理和制造技术

本公开内容总体上涉及用于木质纤维素材料的预处理和

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于木质纤维素材料的受控预处理和/或酶促水解的方法


[0001]本公开内容总体上涉及用于木质纤维素材料的受控预处理和
/
或酶促水解的方法
。
该方法包括：首先次优地预处理木质纤维素材料，然后使该材料经受机械精制
。

技术介绍

[0002]来自林业的木质纤维素残留物作为生产可再生化学品和燃料的原料很有吸引力，因为它们丰富
、
相对便宜，而且不用于食品
。
木质纤维素主要由木质素和两类多糖
(
纤维素和半纤维素
)
组成
。
多糖可水解成糖，然后藉由微生物诸如面包酵母
(Saccharomyces cerevisiae)
而转化为各种发酵产物，例如生物醇
。
[0003]在木质纤维素材料的酶促水解期间，所存在的纤维素被纤维素酶部分转化为可发酵糖
。
[0004]纤维素的水解通常前置以预处理工艺，在预处理工艺中使半纤维素降解，并且使纤维素对酶而言愈发可及
。
[0005]预处理工艺被认为是将生物质转化为发酵产物的工艺中最关键的部分之一，主要因为它影响下游工艺，并强烈影响总体糖产率
。
[0006]存在多种预处理工艺，其中许多工艺依赖于升高的温度和压力，通常包括催化剂
。
通常，预处理工艺条件需要相对严苛或“苛刻”，以在随后的水解期间增加酶可用性
(availability)。
[0007]虽然传统工艺通常聚焦于使糖产量最大化和优化预处理以提高纤维素向糖的转化，但应注意，过于严苛的预处理可导致糖的降解和对水解酶和
/
或发酵用生物体有毒的物质的水平增加
。
此类物质可称为水解或发酵抑制剂，并包括例如糠醛
、
羟甲基糠醛
、
乙酸和酚类化合物
。
[0008]此外，过于苛刻的预处理可导致形成伪木质素
。
伪木质素是类似木质素且不溶于酸的材料，由羰基
、
羧酸
、
芳族和脂族结构组成，伪木质素可在经预处理的生物质颗粒表面上形成包覆层
(coating,
涂层
)。
这种伪木质素包覆层可由于阻止酶在酶促水解期间到达生物质的碳水化合物而损害随后的糖化
。
[0009]过于苛刻的预处理还可对用于预处理工艺的设备提出要求
。
例如，高温和高压可导致预处理反应器中固体材料和沉积物的积聚
。
[0010]通常难以找到流线型的
(streamlined)
最优预处理，因为不同木质纤维素起始材料之间工艺条件差异很大
。
这主要由于木质纤维素材料的组成和结构特征的差异
。
进入的木质纤维素材料的化学或物理性质可显著变化
。
例如，软木的预处理工艺要求与硬木的预处理工艺要求非常不同，并且这些一般类别中也存在很大的差异
。
[0011]因此，需要更受控的预处理和水解工艺，其中考虑并优化了不同木质纤维素起始材料的工艺条件
。
这样的工艺也应该是温和的，并有助于减少预处理期间有毒副产物的形成
。

技术实现思路

[0012]鉴于以上内容，本公开内容的一般目的是提供关于控制预处理和
/
或酶促水解的改进，以便减少水解和发酵抑制剂
、
伪木质素以及在所使用的设备中的沉积物的形成
。
[0013]根据本公开内容的第一方面，提供了用于木质纤维素材料的受控预处理和
/
或酶促水解的方法，该方法包括：
[0014]a)
选择待预处理的木质纤维素材料，
[0015]b)
使所述木质纤维素材料经受次优预处理工艺以形成第一经次优预处理的木质纤维素组合物，
[0016]c)
使所述第一经次优预处理的木质纤维素组合物经受机械精制，以形成包含木质纤维素颗粒的第二木质纤维素组合物，以及
[0017]d)
使所述第二木质纤维素组合物经受酶促水解，
[0018]其中所述次优预处理工艺是这样的预处理工艺：其在酶促水解后产生小于所选择的木质纤维素材料的最大理论纤维素到糖转化产率的
50
％的纤维素到糖转化产率
。
[0019]与传统预处理和水解工艺
(
其中所有工艺参数的优化是在水解期间提高糖产率的目标
)
不同，本专利技术人已发现，次优预处理工艺是期望的
。
次优预处理产生较低量的有毒物质和显著减少量的伪木质素
。
此外，次优预处理减少了结垢
(fouling)
；即固体材料的积聚和预处理反应器中的沉积物
。
[0020]“次优预处理工艺”是这样的工艺：该工艺在酶促水解后产生小于所选择的木质纤维素材料的最大理论纤维素到糖转化产率的
50
％的纤维素到糖转化产率
。
术语“酶促水解后”意指在预处理工艺
(
即不包括机械精制步骤
)
后直接进行水解时获得的产率
。
[0021]相反，“最优预处理工艺”是这样的工艺：该工艺在酶促水解后产生大于所选择的木质纤维素材料的最大理论纤维素到糖转化产率的
50
％
、
优选大于
60
％的纤维素到糖转化产率
。
[0022]“最大理论纤维素到糖转化产率”取决于待预处理的木质纤维素材料的化学组成
。
通过首先测定多糖含量
、
单独的纤维素
、
葡甘露聚糖和木聚糖含量，可计算特定木质纤维素材料的最大理论纤维素到糖转化产率
。
例如，若木质纤维素材料具有
40
克的葡聚糖含量，则总葡萄糖的最大理论产率为
40/0.9。
若木质纤维素材料具有
20
克的木聚糖含量，则总木糖的最大理论产率将为
20/0.88。
[0023]本专利技术人已发现，用于预处理和水解各种类型的木质纤维素材料的条件变化很大，并且可利用对特定起始材料的条件的认识和知识来有意识地次优地预处理该材料
。
为了减少预处理浆料的多糖的伪木质素量以及为了克服结垢问题，可调节预处理工艺的参数以产生低的纤维素到糖转化产率
。
[0024]然后通过如下而补偿次优预处理工艺：使第一经次优预处理的木质纤维素组合物经受机械精制，以形成包含木质纤维素颗粒的第二经预处理的组合物
。
机械精制可包括研磨或碾磨
。
[0025]在该步骤中，第一经次优预处理的木质纤维素组合物的较大颗粒和组分尺寸减小，并且用于随后水解的酶可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
用于木质纤维素材料的受控预处理和
/
或酶促水解的方法，包括：
a)
选择待预处理的木质纤维素材料，
b)
使所述木质纤维素材料经受次优预处理工艺，以形成第一经次优预处理的木质纤维素组合物，
c)
使所述第一经次优预处理的木质纤维素组合物经受机械精制，以形成包含木质纤维素颗粒的第二木质纤维素组合物，以及
d)
使所述第二木质纤维素组合物经受酶促水解，其中所述次优预处理工艺是这样的预处理工艺：其在酶促水解后产生小于所述选择的木质纤维素材料的理论纤维素到糖转化产率的
50
％的纤维素到糖转化产率
。2.
根据权利要求1所述的方法，其中所述第一经次优预处理的木质纤维素组合物的木质纤维素颗粒的至少
30
％
、
例如至少
35
％
、
例如至少
50
％
、
例如至少
70
％具有
500
μ
m
以上
、
诸如
600
μ
m
以上的平均直径
。3.
根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述方法进一步包括如下步骤：在所述次优预处理步骤
b)
之前评估待预处理的选择的木质纤维素材料的最优工艺参数
。4.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述次优预处理工艺包括在所述选择的木质纤维素材料的最优工艺参数范围之外的至少一个次优工艺参数范围内预处理所述木质纤维素材料
。5.
根据权利要求4所述的方法，其中所述次优或最优工艺参数选自预处理单元中的
pH、
温度
、
压力或停留时间
。6.
根据权利要求4或5所述的方法，其中所述次优或最优工艺参数为温度
。7.
根据权利要求4‑6中任一项所述的方法，其中所述次优预处理中涉及至少两个次优工艺参数范围；所述次优工艺参数选自所述预处理单元中的
pH、
温度
、
停留时间，以及压力
。8.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述次优预处理工艺是这样的预处理工艺：其在酶促水解后产生小于所述木质纤维素材料的理论纤维素到糖转化产率的
30
％的纤维素到糖转化产率
。9.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：瑞典乙醇化工技术有限公司，
类型：发明
国别省市：