本发明专利技术涉及处理木质纤维素生物质的方法，用以从所述生物质获取有用的产品。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求2010年4月19日提交的美国临时申请No. 61/325，560的优先权，其内容在此通过引用全部纳入本文。
技术介绍
纤维素生物质能用于生产各种产品。然而，许多常规方法非常昂贵，需要很高的资本投入，用于比如高压反应器和大量的添加剂。
技术实现思路
本专利技术一般涉及通过酶改进木质纤维素生物质(lignocellulosic biomass)的可消化性(digestibi I ity )的方法，从而能够由其更为有效地制备有用的产品。本专利技术的一方面是由木质纤维素生物质制备产品的方法，其包括通过采用液氨对木质纤维素生物质进行预处理而将原生纤维素Ie转化成纤维素III1以形成经过预处理的生物质，并且由其制备所述的产品。所述液氨可以是无水氨。在其它实施方式中，液氨是溶剂中80%-99%的氨。例如，所述溶剂可以是水或有机溶剂。可以使用的溶剂的例子包括水， 丙酮，乙醇，甲醇，异丙醇，二氯甲烷，乙酸甲酯，乙酸乙酯，氯仿以及它们的组合。在进一步的实施方式中，所述液氨与丙酮结合用于预处理。如本文描述，丙酮氨导致由纤维素I (cellulose I)有效地形成纤维素III (cellulose III)。在一些实施方式中，液氨对丙酮的体积体积之比可以为10:90至99: I。木质纤维素生物质可以用液氨进行预处理约I分钟至3小时。用液氨(带有或没有溶剂)处理木质纤维素生物质的可采用的温度包括从约20° C至约140° C，或从约4° C 至约160° C。在一些实施方式中，其他的温度也可采用。液氨与纤维素生物质的重量比可以是8:1至2:1。在一些实施方式中，所述预处理还可以包括提取(extracting)植物细胞壁成分， 例如木质素、半纤维素、阿拉伯聚糖及它们的降解产物。这样的提取可以与无水液氨预处理同时进行，或者所述提取是在无水液氨预处理之后进行。在提取后，葡聚糖和/或木聚糖基本上与经过预处理的生物质一起保留。经过提取的木质素和/或半纤维素可以转化为树脂、聚合物、生物燃料、生化制品，热量和/或电。然而，在一些实施方式中，木质纤维素生物质的预处理会产生容易被消化和/或被发酵的纤维素III，尽管植物细胞壁的成分未被提取。预处理之后，经过预处理的生物质可以由酶的组合(combination of enzymes)而被消化。例如，组合酶可以包括至少一种外切纤维素酶(exocellulase)和至少一种内切纤维素酶(endocellulase)。因此，组合酶可以包括来自里氏木霉(Trichoderma reesei) 的Cel7A (纤维二糖水解酶I (Cellobiohydrolase I) )、Cel6A (纤维二糖水解酶II (Cellobiohydrolase II))和Cel7B (EG I)。组合酶还可包括来自里氏木霉的Cel5A_tr, 来自解纤维热酸菌(Acidothermus cellulolyticum)的Cel5A_ac或其组合。在一些具体实施方式中，所述组合酶可以进一步包括里氏木霉纤维素酶Cel 12A、Cel61A、Cel61B或其组合。另外，如本文所述，尽管经过预处理的生物质对总酶的比率高，显著的葡聚糖 (glucan)和木聚糖(xylan)转化为糖类(sugars)和/或低聚糖(oligosaccharides)是容易实现的。例如，经过预处理的生物质的酶水解能够以比未经前述液氨预处理的生物质要快至少I. 5倍的速度进行。在一些具体实施方式中，用于预处理的氨和/或溶剂被回收(recycled)。在另外的具体实施方式中，液氨和/或溶剂被回用(re-used)于另一批木质纤维素生物质的预处理。如此液氨和/或溶剂的回收和/或回用能够以批式或半批式或连续的方式进行。按照本文所述的预处理方法所得到的最终产品可以是生物燃料。本专利技术的其他方面以及实施方式，将在下文中进一步描述。附图说明图IA为表示木质纤维素生物质的生化转换的工艺流程图。图IB显示了对木质纤维素生物质进行提取的基于液氨的预处理的工艺示意图。该工艺过程包括使用1)氨预处理池，和2)提取物收集/分离池。图2A和2B为显示未经处理的(A)和经过低氨(O. 5:1氨对生物质；0. 6:1水对生物质载荷)氨纤维膨胀/爆炸(AFEX)处理的(B)玉米秸杆的组织类型和细胞壁的高分辨电子显微图像。字母标识M、P、SI、S2和S3分别代表胞间层(middle lamella)、初生细胞壁 (primary cell wall )、和次生胞壁层(secondary cell wall layers) 1-3。图3A和3B提供了(A)采用不同化学物质将纤维素I转化为其它纤维素同质异形体的方案以及(B)对不同纤维素同质异形体(cellulose allomorphs)所获得的粉末X射线衍射光谱。图4A显示了在本专利技术的具体实施方式中采用液氨(纤维素III ；0. 5小时， 10° C，7:1氨对干生物质载荷，0. 05:1水对干生物质载荷)、氢氧化钠(纤维素II)、28%氢氧化铵(I小时，4° C，10:1液体对干生物质载荷)以及浓磷酸(非晶形纤维素)处理的纤维素 (纤维素I)的粉末X射线衍射光谱。在所有例子中均采用艾维素(Avicel)作为纤维素基质 (cellulosic substrate)。Y轴和X轴分别标示强度计数和两个Θ角。图4B显示了在本专利技术的具体实施方式中未经处理的(纤维素I)以及采用液氨(纤维素III ;0. 5小时，10° C，7:1氨对干生物质载荷，0.05:1水对干生物质载荷)处理的纤维素的粉末X射线衍射光谱。艾维素(Avicel)、棉短绒(cotton linters)和原生棉(native cotton)被用作纤维素基质。Y轴和X轴分别标示强度计数和两个Θ角。图5显示了在本专利技术的具体实施方式中不同纤维素同质异形体(有关样品制备条件详见图4A)在由SPEZYME CP和N0V0ZYME188于50° C经过6和24小时酶水解的百分葡聚糖转换。图6显示了在本专利技术的具体实施方式中液氨处理温度对纤维素III的酶消化性的影响。纤维素III衍生于艾维素。纤维素III的酶消化性，在5种不同的温度状态，经过24 小时采用1.5 FPU/g葡聚糖的Spezyme CP (配有Novo 188 ；FPU =酶的滤纸单位)进行了分析。在高于373 K的温度，纤维素经过下述Maillard反应的降解导致水解产率的降低， 表明较低温度会有益于尽量减少基于分解产物的葡聚糖的形成。权利要求1.一种从木质纤维素生物质生成产品的方法，其包括采用液氨对所述木质生物质进行 预处理将原生纤维素I转化为纤维素111工，用以形成经过预处理的生物质并且由其生成产 品。2.根据权利要求1的方法，其中所述液氨为无水氨。3.根据权利要求1的方法，其中所述液氨是溶剂中的80%-99%氨。4.根据权利要求3的方法，其中所述溶剂为水。5.根据权利要求3的方法，其中所述溶剂是有机溶剂。6.根据权利要求5的方法，其中所述溶剂是丙酮、乙醇、甲醇、异丙醇、二氯甲烷、甲基 乙酸、乙酸乙酯、氯仿和它们的组合。7.根据权利要求1的方法，其中所述木质纤维素生物质中存在不到20%的水分。8.根据权利要求1的方法，其本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：希什尔·查达沃特，莱昂纳多·索萨，艾伯特·M·陈，文卡德希·巴兰，布鲁斯·戴尔，
申请(专利权)人：密歇根州立大学董事会，
类型：
国别省市：
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