用于经改进的生物质研磨的无水氨处理制造技术

为了使生物质易于糖化，作为预处理对生物质进行机械研磨需要高能量输入。人们发现在机械研磨之前进行无水氨处理极大地减少了用于精细研磨的能量需求，从而提供了一种用于商业用途的更经济的预处理方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文提供了制备易糖化的木质纤维素生物质的方法。具体地，将生物质用无水氨预处理，紧接着研磨或其他机械破碎方法。无水氨处理降低了研磨的能量，研磨对于提供易糖化的材料和增加预处理和糖化过程的总速率是必需的。
技术介绍
木质纤维素的原料和废料，例如农业残留物、木材、林业废弃物、来自造纸的淤渣、 和市政及工业的固体垃圾为化学品、塑料、燃油和饲料提供了潜在的很大的可再生原料。包含碳水化合物聚合物、纤维素和半纤维素以及木质素的木质纤维素的原料以及废料一般用多种化学的、机械的和酶的方法进行处理以释放主要为己糖和戊糖的糖，然后这些糖能进行发酵成为有用的产品。预处理方法用于使木质纤维素生物质的碳水化合物聚合物或多糖更易接近用于糖化的纤维素酶。纤维素酶消化多糖的一个主要障碍是木质素的存在，木质素是限制酶接近它们的底物的障碍，并且木质素提供酶非生产性结合的表面。此外，纤维素微纤维的结晶度限制了酶的进入，造成了糖化的障碍。试图克服这些挑战的预处理方法包括蒸汽爆破、热水、稀酸、氨纤维爆破、碱解(包括氨回收过滤法)、氧化去木质素、有机溶解和臭氧化。化学品、化学品回收、能源输入和资本设备的成本使得许多方法不适合用于商业生产。采用少量的含水氨和高固体浓度的生物质预处理公开于普通拥有的专利US7，932，063中。专利US 20080008783公开了生物质的处理用液态或蒸汽态的无水氨和/或液态或蒸汽态的浓氨水与水的混合物处理经磨碎的且包含不同含水量的生物质，以获得氨与干生物质的比例介于约O. 2 I至1. 2 I且水与干生物质的比例介于约O. 2 1. O至1.5 :1的混合物。温度被维持在约50°C至140°C，并且通过从容器中释放氨而快速释压以形成已处理的生物质。研磨(其中生物质被磨碎)已被用作非化学预处理或与臭氧分解联合使用(Kabeya 等人(1993) Shikoku Kogyo Gijutsu Shikensho Kenkyu Hokoku24 :42_90)。但仍需要为糖化而制备生物质的可替代的、有效的且低成本的木质纤维素生物质的预处理方法。
技术实现思路
本专利技术提供制备生物质的方法，以便可容易地糖化生物质以通过生物催化剂产生可用于发酵的糖。所述方法涉及在为了机械破碎和减小生物质的粒度的目的而应用机械能之前将无水氨应用于生物质上。已出乎意料地发现，这种经无水氨处理后紧接着机械破碎的顺序具有减少粒度减小所需的时间和能量的有益效果，并且导致在糖化中较高的可发酵的糖的生产速率，因此促进整个工序的速率。相应地，本专利技术提供生产易糖化的生物质的方法，包括a)提供木质纤维素生物质；b)使(a)的生物质与无水氨接触以产生经氨处理的生物质；以及c)通过机械破碎方法施加机械能来破碎(b)的经氨处理的生物质以产生易糖化的经预处理的生物质；其中所述经预处理的生物质包含无定形纤维素组分；并且其中与未与无水氨接触的并用如(C)中同等水平的机械能破碎的经预处理的生 物质中的无定形纤维素组分的百分比相比，所述经预处理的生物质中的无定形纤维素组分的百分比更高。本专利技术的经预处理的生物质通常将具有小于约O.1mm的粒度，并且在所述破碎前使用无水氨时引起所述生物质的破碎所需的能量一般小4-10倍。附图说明图1显示经不同时间(O小时、24小时、48小时、72小时)的糖化(14%的固体投料量)的样品中单体葡萄糖(G)和木糖(X)的理论产量百分比对研磨所述生物质的时间(O天、I天、2天、3天、6天、10天)作的图，所述生物质用Icm直径的乾掺杂的ZrO2珠研磨，(A)中为用Imm刀研磨的未经处理的玉米棒，并且(B)中为用Imm刀研磨的未经处理的晚冬/早春收获的柳枝稷(swg)。图2显示在经不同时间(O小时、24小时、48小时、72小时、96小时、120小时)糖化(14%的固体投料量)的用Imm刀研磨的未经处理的晚冬/早春收获的柳枝稷样品中葡萄糖(G) (A图中)和木糖(X) (B图中)的理论产量百分比对研磨所述生物质的时间(O天、I天、2天、3天、6天、10天)作的图,所述生物质用O. 25英寸(0.635cm)的不锈钢珠以200g的珠对5g的生物质的比例进行研磨。每组最后一个柱(为总的可溶糖的产量(单体和低聚物)，(A)图中为葡萄糖并且(B)图中为木糖)以外的所有的柱都是单体糖。图3显示在图2所述柳枝稷经72小时糖化(14%的固体投料量)时的单体葡萄糖(A)和木糖⑶的理论产量百分比相比生物质的颗粒表面积(m2/g)的图，两者都根据研磨时间。图4显示在图2所述柳枝稷经72小时糖化(14%的固体投料量)时的单体葡萄糖(A)和木糖(B)的理论产量百分比相比生物质的无定形组分的百分比的图，两者都根据研磨时间。图5显示经Imm刀研磨未经处理的秋季收割的柳枝稷(UT4)和用10重量％的无水氨在160°C经I小时处理的经Imm刀研磨的秋季收割的柳枝稷(JV198)的单体葡萄糖(A)和木糖(B)的理论糖化产量百分比图。如图2，将样品经不同时间(O小时、19小时、43小时、67小时)研磨，之后再将它们糖化O小时、4小时、24小时、48小时、72小时或96小时(14%的固体投料量)。图6显示经不同过程处理的秋季收割的柳枝稷的单体葡萄糖(G)和木糖(X)的理论糖化产量的百分比图1)经Imm刀研磨的未经处理的秋季收割的柳枝稷，2)用10重量％无水氨处理的经Imm刀研磨的秋季收割的柳枝稷，以及3)用20重量％无水氨处理9天然后用Imm刀研磨的经粗研磨的秋季收割的柳枝稷。然后如图2，将样品经不同时间(O小时、19小时、43小时、67小时)研磨，之后糖化72小时(14%的固体投料量)。图7显示用10重量％的无水氨在160°C经I小时处理的、用O. 25英寸(O. 635cm)的不锈钢珠(以40磅的钢珠500g的生物质的比例)超微磨碎不同时间(分钟)以及糖化72小时(在14%的固体投料量时)的经Imm刀研磨的秋季收割的柳枝稷的单体葡萄糖(A)和木糖(B)的理论糖化产量的百分比；相比经处理的样品中无定形组分的百分比的图。图8显示用10重量％的无水氨在160°C经I小时处理的、用如图7中的O. 25英寸(O. 635cm)的不锈钢珠超微磨碎不同时间(分钟)以及糖化72小时(在14%的固体投料量时)的经Imm刀研磨的秋季收割的柳枝稷的单体葡萄糖(Glu)和木糖(Xyl)的理论糖化产量的百分比；相比经处理的样品的粒度的图。图9显示在用20重量％的无水氨于室温经9天处理的和用不同尺寸(O. 125英寸(O. 3175cm)、0· 1855 英寸(O. 471cm) ,7/32 或 O. 2188 英寸(O. 556cm)，1/4 或 O. 250 英寸(O. 635cm) ,5/16 或 O. 3125 英寸(O. 794cm)和 3/8 或 O. 375 英寸(O. 953cm))的不锈钢珠以200g的钢珠5g的生物质的比例球磨5小时，然后用14%的固体投料量糖化不同时间(4小时、24小时、48小时、72小时、100小时、124小时)的经Imm刀研磨的秋季收割的柳枝稷样品中葡萄糖(G) ((A)图中)和木糖(X) ((B)图中)的理论糖化产量的百分比图。每组最后一个柱(为124小时糖化时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.21 US 61/366,2311.生产易糖化的生物质的方法，包括 a)提供木质纤维素生物质； b)使(a)的生物质与无水氨接触以产生经氨处理的生物质；以及 c)通过机械破碎方法施加机械能来破碎(b)的经氨处理的生物质以产生易糖化的经预处理的生物质； 其中所述经预处理的生物质包含无定形纤维素组分；并且 其中与未与无水氨接触的并用如(C)中同等水平的机械能破碎的经预处理的生物质中的无定形纤维素组分的百分比相比，所述经预处理的生物质中的无定形纤维素组分的百分比更高。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c)的经预处理的生物质具有小于约O.1mm的粒度。3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c)的机械破碎所需的能量比未与无水氨接触的木质纤维素生物质的机械破碎所需的能量小约4至约10倍。4.根据权利要求1所述的方法，其中在糖化时，与未与无水氨接触的并如(c)中被破碎的经预处理的生物质相比，步骤(c)的经预处理的生物质以更高的速率生产可发酵糖。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述经氨处理的生物质在氨预处理后是基本上干燥的。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述机械破碎方法选自用于下列的方法重击、碾磨、剪切、压碎、以及它们的组合。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述机械破碎...

【专利技术属性】
技术研发人员：CE坎普，J奇拉科维奇，BA迪纳，J范，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：
国别省市：