处理木质纤维素生物质的方法技术

本发明专利技术涉及处理木质纤维素生物质的方法。该方法包括用碱处理颗粒生物质以部分地去除生物质的纤维素微纤丝上的半纤维素鞘；以及对碱处理后的生物质进行氧化反应以形成具有纤维素晶体结构经破坏的处理后的生物质。可以对处理后的生物质进一步处理以形成游离糖和木质素，并且游离糖可以用于生产生物乙醇或用作发酵方法中的糖源。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。该方法包括用碱处理颗粒生物质以部分地去除生物质的纤维素微纤丝上的半纤维素鞘；以及对碱处理后的生物质进行氧化反应以形成具有纤维素晶体结构经破坏的处理后的生物质。可以对处理后的生物质进一步处理以形成游离糖和木质素，并且游离糖可以用于生产生物乙醇或用作发酵方法中的糖源。【专利说明】相关申请的引用本申请要求于2012年8月8日提交的序号为61/680，997的美国临时申请的优先权，通过引入将其内容整体并入本文。本文中引用的所有专利、专利申请和出版物通过引入整体并入本文。专利
本技术涉及处理木质纤维素生物质以改进生物质的纤维素和半纤维素的酶水解的方法。可以进一步对处理后的生物质进行加工以形成用于生物乙醇生产的单糖。可以从处理后的生物质中回收木质素以供进一步使用。_4] 专利技术背景随着对可持续性能源的需求的日益增加以及对温室气体减少的压力的不断增大，从非石油来源开发可替代燃料和化学产品是重要的。诸如木材、农业废弃物和多年生禾草的木质纤维素材料是生物燃料生产的最重要的来源。根据赠日计划(Sun GrantInitiative)的报告，美国能源部(USDOE)和美国农业部(USDA)估计在美利坚合众国每年超过13亿干吨的生物质(3.68亿干吨生物质来自林地，9.98亿干吨生物质来自农业用地)是可利用的。来自农业用地的生物质将生产4.28亿干吨一年生作物残留物、3.77亿干吨多年生作物和1.06亿干吨动物性肥料、加工废料和其它多方面来源。木质纤维素材料包含纤维素、半纤维素和木质素。根据来源，生物质的化学组成具有很大差异，如表1中所示 。一般地，约70%的木质纤维素材料(纤维素和半纤维素)可以潜在地转化成糖并发酵成生物燃料。木质纤维素的生物转化包括三个主要步骤:A)生物质的预处理；B)纤维素和半纤维素到糖的转化；C)糖经由发酵到乙醇的转化。生物质的预处理是整个方法成功的关键。剩余的30%残留物主要是木质素。表1:木质纤维素材料的一般化学组成组分_%(干质量)纤维素 —30-50 ' 半纤维素 20-40木质素 15-25_ 其它丨5-50 —在木材的情况中，构建植物细胞壁以提供机械支撑。在细胞壁形成期间，被半纤维素覆盖的纤维素束(微纤丝)的层沉积到预先存在的壁上。在细胞壁形成的后期阶段，木质素前体渗入到复合胞间薄层中以及渗入到次生细胞壁中的微纤丝之间的微空洞中，在该微空洞中木质素前体发生聚合。因此，植物细胞壁是具有嵌在半纤维素和木质素的基质中的微纤丝的框架的紧密结构。纤维素微纤丝的横截面尺寸为300nm(T)xl, 050nm(W);沿着长度尺寸具有交替的晶体区域和非晶区域。晶体区域的长度为约6，OOOnm，其中纤维素链是紧密排列的，从而对水分子和化学产品具有不渗透性。在非晶区域中，纤维素链是松散取向的，导致较大的化学可及性(chemical accessibility)。木材细胞壁中的结晶度(即微纤丝晶体区域的体积比)可以高达70%。因而，无预处理，酶对植物材料的纤维素消化率通常小于30%ο对木质纤维素材料的生物转化已研究了众多预处理方法。在一篇大型综述中，弓丨用了 180多篇对比文献，将这些技术总结在表2中。然而，这些预处理方法无一被证明是在工业规模的乙醇生产上有成本效益的。表2:用于乙醇生产的生物质预处理的方法【权利要求】1.一种用于，该方法包括: 用碱处理木质纤维素生物质颗粒以部分地去除所述生物质的纤维素微纤丝上的半纤维素鞘；以及 对碱处理后的生物质进行氧化反应以形成纤维素晶体结构经破坏的处理后的生物质。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述木质纤维素生物质选自木材、废木材、甘蔗渣、农业废弃物、玉米秸、玉米杆或多年生禾草。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述木质纤维素生物质颗粒通过研磨、粉碎或碾磨形成。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述木质纤维素生物质颗粒为I至IOOUS目。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述木质纤维素生物质颗粒为20至40US目。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述碱为I至10%的氢氧化钠或氢氧化铵的水溶液。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述碱处理在约50°C至80°C的高温下进行约I至12小时。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化反应通过芬顿法使用铁催化剂和过氧化氢来进行。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述铁催化剂是FeSCV10.根据权利要求9所述的方法，其`中在室温或高温下使用0.2至0.3g/g的H2O2和0.05 至 0.2M 的 FeS04。11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括用一种或多种酶消化所述处理后的生物质以形成游离糖和木质素。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述酶选自纤维素酶或半纤维素酶。13.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括将所述游离糖与所述木质素分离。14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括对所述游离糖进行发酵反应以形成乙醇。15.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括在所述游离糖上培养微生物以生产供人食用或者用作动物饲料的基于微生物的成分。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述基于微生物的成分是真菌或酵母菌生物质。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述真菌生物质来自米曲霉变种或黑曲霉变种。18.根据权利要求17所述的方法，其中所述酵母菌生物质来自面包酵母菌。【文档编号】C12P19/14GK103757060SQ201310344011【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年8月8日 优先权日:2012年8月8日【专利技术者】J·布鲁斯·威金, 边依林, 刘萍, 郭梦麟 申请人:达科他星都有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·布鲁斯·威金，边依林，刘萍，郭梦麟，
申请(专利权)人：达科他星都有限公司，
类型：发明
国别省市：