包含c5和c6单糖的组合物的制作方法
【专利摘要】披露了包含C5和C6单糖以及低水平的不希望的杂质的组合物，这些杂质是例如含有硫、氮或金属的化合物。
【专利说明】包含C5和C6单糖的组合物
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求以下各项的权益:
2011年12月30日提交的美国申请号61/581，922 ；
2011年12月30日提交的美国申请号61/581，907 ；
2011年12月30日提交的美国申请号61/581，878 ；
2011年12月30日提交的美国申请号61/581，890 ；
2012年10月11日提交的美国申请号13/649，437 ；
2012年10月11日提交的美国申请号13/649，343 ；
2012年10月11日提交的美国申请号13/649,294 ;以及 2012年10月11日提交的美国申请号13/649，395 ；
这些专利的全部披露通过引用结合于此。
发明领域 [0002]本发明总体上涉及包含C5和C6单糖、含有最大水平的不希望的杂质的组合物，这些杂质是例如含有硫、氮或金属的化合物，尤其是使用超临界、亚临界和/或近临界流体萃取从木质纤维素生物质加工而得的C5和C6单糖。
发明背景
[0003]存在多种用于将木质纤维素生物质转变成不同的可发酵糖的液流的工艺。某些优选的工艺是基于超临界水(SCW)或热压缩水(HCW)技术，这些工艺提供了若干优点，包括高通量、使用混合原料、分离糖以及避免浓酸、微生物培养物和酶。使用热压缩水的工艺可以具有两个独特的操作:预处理和纤维素水解。预处理工艺对木质纤维素生物质的半纤维素组分进行水解，并且纤维素水解(CH)工艺，正如其名所暗示，是对纤维素纤维进行水解。分别回收所得到的五碳(C5)和六碳(C6)糖流。剩余固体，大多由木质素组成，优选地例如通过过滤被回收，并且可以用作一种燃料来提供热能给该工艺自身或用于其他工艺。
[0004]在其多种用途中，糖流可以通过使用以这些糖为食的酵母或细菌进行发酵，来转变为乙醇。当这些糖被消耗时，产生乙醇和二氧化碳。
[0005]本发明是针对这些组合物，以及和其他重要的目标。
发明概述
[0006]在一个第一实施例中，本发明是针对组合物，包含C6单糖。具体而言，这些组合物包含:
至少一种水溶性C6单糖水解产物；以及
基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计总计小于约6750ppm的元
素；
其中所述元素为 Al、As、B、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、L1、Mg、Mn、Mo、Na、N1、P、Pb、S、Sb、Se、S1、Sn、Sr、T1、Tl、V 以及 Zn。
[0007]在某些实施例中，这些组合物包含:至少一种水溶性C6单糖水解产物；
基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约1ppm的铝；
基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约350ppm的钙； 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约425ppm的铁；以及 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约4500ppm的硫。
[0008]在某些实施例中，这些组合物包含:
至少一种水溶性C6单糖水解产物；以及
基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约1ppm的铝。
[0009]在某些实施例中，这些组合物包含:
至少一种水溶性C6单糖水解产物；以及
基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约350ppm的钙。
[0010]在某些实施例中，这些组合物包含:
至少一种水溶性C6单糖水解产物；以及
基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约425ppm的铁。
[0011 ] 在某些实施例中，这些组合物包含:
至少一种水溶性C6单糖水解产物；以及
基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约4500ppm的硫。
[0012]在其他实施例中，本发明是针对组合物，包含C5单糖。具体而言，这些组合物包含:
至少一种水溶性C5单糖水解产物；以及
基于所述组合物中水溶性C5糖水解产物的总重量，以重量计总计小于约1950ppm的元
素；
其中所述元素为 Al、As、B、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、L1、Mg、Mn、Mo、Na、N1、P、Pb、S、Sb、Se、S1、Sn、Sr、T1、Tl、V 以及 Zn。
[0013]在某些实施例中，这些组合物包含:
至少一种水溶性C5单糖水解产物；
基于所述组合物中水溶性C5糖水解产物的总重量，以重量计小于约5ppm的铝；
基于所述组合物中水溶性C5糖水解产物的总重量，以重量计小于约300ppm的钙； 基于所述组合物中水溶性C5糖水解产物的总重量，以重量计小于约1ppm的铁；以及 基于所述组合物中水溶性C5糖水解产物的总重量，以重量计小于约100ppm的硫。
[0014]在某些实施例中，这些组合物包含:
至少一种水溶性C5单糖水解产物；以及
基于所述组合物中水溶性C5糖水解产物的总重量，以重量计小于约5ppm的铝。
[0015]在某些实施例中，这些组合物包含:
至少一种水溶性C5单糖水解产物；以及
基于所述组合物中水溶性C5糖水解产物的总重量，以重量计小于约300ppm的钙。
[0016]在某些实施例中，这些组合物包含:
至少一种水溶性C5单糖水解产物；以及
基于所述组合物中水溶性C5糖水解产物的总重量，以重量计小于约1ppm的铁。[0017]在某些实施例中，这些组合物包含:
至少一种水溶性C5单糖水解产物；以及
基于所述组合物中水溶性C5糖水解产物的总重量，以重量计小于约100ppm的硫。
[0018]在某些实施例中，本发明是针对将具有约2到约15、优选地约2到约10并且更优选地约2到约6的一个平均聚合度的第一水溶性C6糖酶促水解成具有比所述第一水溶性C6糖的所述平均聚合度低的一个平均聚合度的第二水溶性C6糖所需的酶的水平降低的方法，包含:
提供一种水解产物，该水解产物包含所述第一水溶性C6糖和基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计总计小于约5250ppm的元素；
其中所述元素为 Al、As、B、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、L1、Mg、Mn、Mo、Na、N1、P、Pb、S、Sb、Se、S1、Sn、Sr、T1、Tl、V 以及 Zn。
[0019]在某些实施例中，本发明是针对将具有约2到约28、优选地约2到约15、更优选地约2到约13、甚至更优选地约2到约6的一个平均聚合度的第一水溶性C5糖酶促水解成具有比所述第一水溶性C5糖的所述平均聚合度低的一个平均聚合度的第二水溶性C5糖所需的酶的水平降低的方法，包含:
提供一种水解产物，该水解产物包含所述第一水溶性C5糖和基于所述组合物中水溶性C5糖水解产物的总 重量，以重量计总计小于约3700ppm的元素；
其中所述元素为 Al、As、B、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、L1、Mg、Mn、Mo、Na、N1、P、Pb、S、Sb、Se、S1、Sn、Sr、T1、Tl、V 以及 Zn。
发明的详细说明
[0020]除非另外指示，否则应了解如上文和本披露中所采用的以下术语具有以下含义。
[0021]除非上下文另外明确指示，否则如在此所用，单数形式“一个/ 一种(a/an)”和“该”包括复数参考物。
[0022]虽然本发明能够以不同的形式实施，但进行以下若干实施例的说明，以理解，本披露被认为是本发明的一个范例，并且不希望将本发明限制于这些展示的特定实施例。提供标题仅仅是为了方便的目的，而不应被解释为以任何方式限制本发明。在任何标题下说明的实施例可以与在任何其他标题下说明的实施例结合。
[0023]除非另外明确地指示，否则在本申请中指定的不同的数值中的数值的使用作为近似值进行阐述，好像这些阐述的范围内的最小值和最大值前面都有词语“约”。以此方式，可以使用与所述值些许不同的值从而达到与所述值大体上相同的结果。而且，范围的披露意在表示连续范围，该连续范围包括在所列举的最小和最大值之间的每一个值，以及可以由这样的值形成的任何范围。在此还披露了可以由所列举的数字值除以任何其他所列举的数字值而形成的任何和全部的比率(以及任何这样的比率的范围)。因此，本领域技术人员将理解，许多这样的比率、范围以及比率的范围可以明确地从在此呈现的数字值中导出，并且在所有例子中，这样的比率、范围以及比率的范围代表本发明的不同实施例。
[0024]如在此所用，短语“实质上不含”意谓具有以重量计不超过约1%、优选地小于约0.5%、更优选地小于约0.1 %的组分，此是基于含有该组分的任何组合物的总重量。
[0025]一种超临界流体为一种处于超过其临界温度的一个温度下以及处于超过其临界压力的一个压力下的流体。超临界流体存在于该流体的“临界点”或该点之上，临界点为液相和汽(气)相可以与彼此均衡存在的最高温度和压力的点。高于临界压力和临界温度，液相和气相之间的区别就消失。超临界流体大致上在具有气体的渗透性质的同时具有液体的溶剂性质。因此，超临界流体萃取具有高渗透性以及优良的溶剂化的好处。
[0026]所报导的临界温度和临界压力包括:对于纯水，约374.2°C的一个临界温度，和约221巴的一个临界压力；对于二氧化碳，约31°C的一个临界温度和约72.9个大气压(约1072psig)的一个临界压力。近临界水的温度在或超过约300°C并且低于水的临界温度(374.2°C )，并且压力足够高从而确保所有流体处于液相。亚临界水的温度低于约300°C，并且压力足够高从而能确保所有流体处于液相。亚临界水的温度可以超过约250°C并且小于约300°C，并且在许多情况下亚临界水具有在约250°C与约280°C之间的温度。术语“热压缩水”在此与在或超过其临界状态，或在此定义为近临界或亚临界的，或超过约50°C (优选地，至少约100°C )但小于亚临界的任何其他温度，并且在使得水处于液态的压力下的水可互换地使用。
[0027]如在此所用，“超临界”的流体(例如超临界水、超临界CO2等)指示如果在给定的一组温度和压力条件下以纯形式存在，那么将是超临界的一种流体。举例来说，“超临界水”指示在至少约374.2°C的一个温度和至少约221巴的一个压力下存在的水，无论水为纯水，还是呈一种混合物(例如水与乙醇、水与CO2等)存在。因此，举例来说，“亚临界水与超临界二氧化碳的一种混合物”是指高于二氧化碳的临界点但低于水的临界点的温度和压力下的水和二氧化碳的混合物，不论该超临界相是否包含水并且不论水相是否包含任何二氧化碳。举例来说，亚临界水与超临界CO2的一种混合物可以具有约250°C到约280°C的一个温度和至少约225巴的一个压力。
[0028]如在此所用，“木质纤维素生物质或其组成部分”是指来自多种来源的含有纤维素、半纤维素以及木质素的植物生物质，这些来源包括但不限于(I)农业残渣(包括玉米秸和甘蔗渣)、(2)专用能源作物、(3)木材残渣(包括硬木、软木、锯木机和造纸厂抛弃物)以及(4)城市废物，以及其构成部分，包括但不限于木质纤维素生物质自身、木质素、(:6糖(包括纤维素、纤维二糖、C6寡糖、C6单糖)、C5糖(包括半纤维素、C5寡糖以及C5单糖)以及其混合物。
[0029]如在此所用，“灰分”是指在一种样品燃烧后剩余的非水性残余物，并且大部分由金属氧化物组成。灰分含量可以按照ASTM标准方法号E1755-01 “用于测定生物质中灰分的标准方法”测量。此测试方法覆盖灰分的测定，它表示为在550到600°C下干氧化后剩余的残余物百分比。所有的结果都相对于105°C烘干的样品重量报导。也参见:http://WWW.nrel.gov/b1mass/pdfs/42622.pdf 和 http://www.astm.0rg/Standards/E1755.htm,它们都通过引用以其全文结合于此。
[0030] 如在此所用，“聚合度”是指大分子或聚合物或寡聚物分子中单体单元的数目，包括不一致的那些单体单元(例如在具有不同的单体残基的一种寡聚物中)。在本发明的组合物中不同的糖的聚合度(DP)可以使用凝胶渗透色谱(GPC)、例如具有一个电化学检测器的戴安高压液相色谱(HPLC)、基质辅助激光解吸/电离飞行时间(MALD1-T0F)质谱分析或其他常规的分子量测定方法测量。
C6单糖
[0031]因此，在一个实施例中，本发明是针对组合物，包含C6单糖。在具体实施例中，这些组合物包含:
至少一种水溶性C6单糖水解产物；以及
基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计总计小于约6750ppm的元
素；
其中所述元素为 Al、As、B、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、L1、Mg、Mn、Mo、Na、N1、P、Pb、S、Sb、Se、S1、Sn、Sr、T1、Tl、V 以及 Zn。
在某些优选实施例中，所述元素以基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计总计小于约6600ppm的一个水平存在。
[0032]在某些实施例中，这些组合物包含:
至少一种水溶性C6单糖水解产物；
基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约1ppm的铝；
基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约350ppm的钙； 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约425mg的铁；以及 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约4500ppm的硫。
[0033]在某些实施例中，这些组合物包含: 至少一种水溶性C6单糖水解产物；以及
基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约1ppm的铝。
[0034]在某些实施例中，这些组合物包含:
至少一种水溶性C6单糖水解产物；以及
基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约350ppm的钙。
[0035]在某些实施例中，这些组合物包含:
至少一种水溶性C6单糖水解产物；以及
基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，小于约425mg的铁。
[0036]在某些实施例中，这些组合物包含:
至少一种水溶性C6单糖水解产物；以及
基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约4500ppm的硫。
[0037]在包含水溶性C6单糖水解产物的这些组合物的某些优选实施例中，这些组合物包含:
基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计总计小于约6750ppm的元
素；
其中所述元素为 Al、As、B、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、L1、Mg、Mn、Mo、Na、N1、P、Pb、S、Sb、Se、S1、Sn、Sr、T1、Tl、V 以及 Zn。
在某些优选实施例中，所述元素以基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计总计小于约6600ppm的一个水平存在。
[0038]在某些实施例中，水溶性C6单糖水解产物是从木质纤维素生物质萃取。在某些实施例中，水溶性C6单糖水解产物是使用超临界、亚临界或近临界流体萃取或其组合从木质纤维素生物质加工而得。
[0039]在某些实施例中，这些组合物进一步包含水。
[0040]在某些实施例中，水溶性C6单糖水解产物以至少约0.5g/L的一种浓度存在。[0041]在某些实施例中，C6单糖为葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖或其混合物。
[0042]在包含水溶性C6单糖水解产物的这些组合物的某些优选实施例中，这些组合物进一步包含基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约1ppm的铝，优选地，基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约7.5ppm的招。
[0043]在包含水溶性C6单糖水解产物的这些组合物的某些优选实施例中，这些组合物进一步包含基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约350ppm的钙，优选地，基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约325ppm的钙。
[0044]在包含水溶性C6单糖水解产物的这些组合物的某些优选实施例中，这些组合物进一步包含基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约425ppm的铁，优选地，基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约420ppm的铁。
[0045]在包含水溶性C6单糖水解产物的这些组合物的某些优选实施例中，这些组合物进一步包含基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约4500ppm的硫,优选地,基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约4425ppm的硫O
[0046]在包含水溶性C6单糖水解产物的这些组合物的某些优选实施例中，所述水溶性C6单糖水解产物对所述元素的重量比大于约25:1，优选地大于约30:1。
[0047]在包含水溶性C6单糖水解产物的这些组合物的某些优选实施例中，这些组合物进一步包含至少一种具有约2到约15、优选地约2到约13、更优选地约2到约10并且甚至更优选地约2到6的一个聚合度的水溶性C6寡糖。
[0048]在包含水溶性C6单糖水解产物的这些组合物的某些优选实施例中，这些组合物进一步包含至少一种具有约I到约28、优选地约I到15、更优选地约I到约10并且甚至更优选地约I到约6的一个聚合度的水溶性C5糖。
[0049]在某些实施例中，水溶性C6单糖水解产物是使用超临界、亚临界或近临界流体萃取或其组合从木质纤维素生物质加工而得。
[0050]在某些实施例中，所述元素的水平通过感应耦合等离子体发射光谱法来测量。
[0051]在其他实施例中，这些组合物包含每千克水溶性C6糖的总重量小于约1500mg氮，优选地每千克水溶性C6糖的总重量小于约1450mg氮。氮可以通过燃烧和还原后热导检测来测量。
[0052]在又其他实施例中，这些组合物进一步包含氢与氮的总质量对碳的重量比小于约0.17。
[0053]在某些其他实施例中，包含C6单糖的组合物进一步包含小于最大值的以下列出的表中这些元素中的任一种,单独地或组合地:
【权利要求】
1.一种组合物，包含: 至少一种C6单糖水解产物；以及 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计总计小于约6750ppm的元素； 其中所述元素为 Al、As、B、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、L1、Mg、Mn、Mo、Na、N1、P、Pb、S、Sb、Se、S1、Sn、Sr、T1、Tl、V 以及 Zn。
2.如权利要求1所述的组合物， 其中所述C6单糖水解产物是从木质纤维素生物质萃取。
3.如权利要求2所述的组合物， 其中所述C6单糖水解产物是使用超临界、亚临界或近临界流体萃取或其组合从木质纤维素生物质加工而得。
4.如权利要求1所述的组合物，进一步包含: 水。
5.如权利要求1所述的组合物， 其中所述C6单糖水解产物以至少约0.5g/L的一种浓度存在。
6.如权利要求1所述的组合物， 其中所述C6单糖为葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖或其混合物。
7.如权利要求1所述的组合物，进一步包含: 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约1ppm的铝。
8.如权利要求1所述的组合物，进一步包含: 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约350ppm的钙。
9.如权利要求1所述的组合物，进一步包含: 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约425ppm的铁。
10.如权利要求1所述的组合物，进一步包含: 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约4500ppm的硫。
11.如权利要求1所述的组合物， 其中所述C6单糖水解产物对所述元素的重量比大于约25:1。
12.如权利要求1所述的组合物， 其中所述元素的水平通过感应耦合等离子体发射光谱法来测量。
13.如权利要求1所述的组合物，进一步包含: 每千克水溶性C6糖的总重量小于约1500mg氮。
14.如权利要求1所述的组合物，进一步包含: 氢与氮的总质量对碳的重量比小于约0.17。
15.如权利要求1所述的组合物，进一步包含: 至少一种具有约2到约15的一个聚合度的水溶性C6寡糖。
16.一种组合物，包含: 至少一种C6单糖水解产物； 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约1ppm的铝； 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约350ppm的钙；基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约425ppm的铁；以及 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约4500ppm的硫。
17.如权利要求16所述的组合物，进一步包含: 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计总计小于约6750ppm的元素； 其中所述元素为 Al、As、B、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、L1、Mg、Mn、Mo、Na、N1、P、Pb、S、Sb、Se、S1、Sn、Sr、T1、Tl、V 以及 Zn。
18.—种组合物，包含: 至少一种C6单糖水解产物；以及 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约1ppm的铝。
19.如权利要求18所述的组合物，进一步包含: 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计总计小于约6750ppm的元素； 其中所述元素为 Al、As、B、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、L1、Mg、Mn、Mo、Na、N1、P、Pb、S、Sb、Se、S1、Sn、Sr、T1、Tl、V 以及 Zn。
20.一种组合物，包含: 至少一种C6单糖水解产物；以及 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约350ppm的钙。
21.如权利要求20所述的组合物，进一步包含: 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计总计小于约6750ppm的元素； 其中所述元素为 Al、As、B、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、L1、Mg、Mn、Mo、Na、N1、P、Pb、S、Sb、Se、S1、Sn、Sr、T1、Tl、V 以及 Zn。
22.—种组合物，包含: 至少一种C6单糖水解产物；以及 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，小于约425mg的铁。
23.如权利要求22所述的组合物，进一步包含: 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计总计小于约6750ppm的元素； 其中所述元素为 Al、As、B、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、L1、Mg、Mn、Mo、Na、N1、P、Pb、S、Sb、Se、S1、Sn、Sr、T1、Tl、V 以及 Zn。
24.—种组合物，包含: 至少一种C6单糖水解产物；以及 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计小于约4500ppm的硫。
25.如权利要求24所述的组合物，进一步包含: 基于所述组合物中水溶性C6糖水解产物的总重量，以重量计总计小于约6750ppm的元素； 其中所述元素为 Al、As、B、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、L1、Mg、Mn、Mo、Na、N1、P、Pb、S、Sb、Se、S1、Sn、Sr、T1、Tl、V 以及 Zn。
【文档编号】C07H3/02GK104039803SQ201280064644
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年12月3日 优先权日:2011年12月30日
【发明者】D·C·弗洛伊德, K·卡达姆, S·吉拉姆贝 申请人:瑞恩麦特克斯股份有限公司