加工生物质的制作方法

加工生物质的制作方法
【专利摘要】将生物质(如，植物生物质、动物生物质和城市废物生物质)进行加工以生产有用的中间体和产品，诸如能量、燃料、食品或材料。例如，描述了可使用原料材料(诸如纤维素材料和/或木质纤维素材料)如通过连续、半连续或非连续的方式酶促糖化来生产中间体或产品的系统。
【专利说明】加工生物质
[00(川相关申请
[0002] 本申请要求2012年7月2日提交的美国临时申请序No. 61/667, 156的优先权，其 全部公开内容在此W引用的方式并入本文。
[0003] 发明背景
[0004]纤维素材料和木质纤维素材料在许多应用中大量地生产、加工和使用。所述材料 往往使用一次，然后就作为废物丢弃，或简单视为废弃材料，如污物、甘藏渣、银屑W及枯 杆。
[0005] 概述
[0006] 本发明涉及含有碳水化合物的材料（如，生物质材料或生物质来源的材料）、加工 此类材料的方法W及由此类加工产生的中间体和产品，诸如燃料和/或其它产品。总体上， 生物质包括纤维素、半纤维素W及木质素连同少量蛋白质、可提取物和矿物质。包含在纤维 素和半纤维素级分中的复杂碳水化合物可通过糖化，如使用纤维素分解酶、酸（诸如弱无 机酸或稀无机酸）或酸处理接着纤维素分解酶来加工成糖，并且糖然后可用作最终产品或 中间体，或通过另外的生物加工或化学方法（如，发酵或氨化）转化成各种产品，诸如醇、糖 醇、有机酸W及姪。所产生的产品往往取决于所利用的微生物或化学物质W及加工发生的 条件。
[0007] 总体上，本发明涉及增强如用于W连续、半连续或非连续的方式糖化生物质（如， 纤维素原料或木质纤维素原料）的生物质材料的糖化的方法和系统。如可通过增加总糖产 率来增强糖化。不受任何具体理论束缚，认为本文公开的方法通过更具成本效益并且具有 较小的工艺可变性（如，在工艺过程中具有较小的粘度可变性、温度可变性和/或抑可变 性）了糖化效率同时为灵活的并且允许高通量。
[000引总体上，在许多方面，本文描述的发明允许更高的糖产率。例如，在一些情况中，可 去除生物质材料中的基本上所有的可用糖。在其它情况下，可从生物质去除大于70%、大 于75%、大于80%、大于85%、大于90%、大于95%或甚至大于99%的可用糖。在其它的 情况下，可去除生物质材料中的约60 %至99 %或约65 %至95 %或约68 %至90 %的糖。
[0009] 例如，一方面，本发明特征在于加工生物质材料的方法，所述方法包括糖化经过糖 化的材料。在糖化之前经过糖化的材料可通过本文描述的任何方法来处理，例如用电子束 福射处理。
[0010] 另一方面，本发明特征在于用于使固体糖化的生物质从液体介质中分离和糖化固 体经糖化的生物质的方法。经糖化的生物质可通过糖化（如，用酶、酸或该些的组合）生物 质来产生。任选地，在糖化过程中可利用一个或多个喷射混合器。液体介质可包括酶、糖、 矿物质、盐、酸、碱和息浮的固体（诸如来源于生物质的细小微粒材料）W及气体。生物质 被液体介质润湿，例如生物质可息浮于液体介质和/或从液体介质沉降。液体可为水性液 体。
[0011] 在一些实施中，生物质通过包括照射、声处理、氧化、热解、蒸汽爆炸W及该些的组 合的方法来处理。可进行照射W提供约l(Mrad至20(Mrad(例如，约ICMrad至lOCMrad、 约5化ad至5(Mrad)的总剂量，并且可使用多于一个具有例如在照射之间冷却的电子束装 置来进行。
[0012] 在一些实施中，固体糖化的生物质和液体介质通过选自W下的分离器来分离；离 也机、过滤装置、沉降罐、多孔材料、网状物、滤网、振动筛、多孔板或圆筒、筛分装置W及该 些的任何顺序的组合，并且任选地在分离过程中利用多于一次。
[0013] 在一些实施中，从固体生物质中糖化基本上所有的可用糖。或任选地，从固体生物 质中糖化至少70 %或95 %的可用糖或糖。例如，糖可包括葡萄糖和木糖。
[0014] 在一些实施中，所述方法用于从包括纤维素或木质纤维素生物质的生物质中生产 产品（如，糖或糖衍生物）。例如，生物质可包括纸、纸制品、纸废物、木材、碎料板、银屑、农 业废物、污物、青胆饲料、草、稻草、麦杆、稻壳、甘藏渣、棉花、黄麻、大麻、亚麻、竹子、剑麻、 蕉麻、稻草、玉米芯、玉米枯、首宿、干草、挪子毛、海草、藻类W及该些的混合物。
[0015] 另一方面，本发明方法可包括；在液体中糖化固体生物质；使固体糖化的生物质 从液体中分离；使液体从分离的糖化生物质中去除W及将液体和糖化剂添加至分离的糖化 生物质（如，W便糖化分离的糖化生物质）。任选地，所述方法包括使固体的糖化重复H次 或更多次。在糖化过程中，可使用混合器诸如一个或多个喷射混合器来混合生物质材料和 液体。任选地，可通过允许固体沉降，例如通过关闭混合和等待材料沉降来实现分离，然后 可倾析液体和/或使液体从固体中去除（如，通过从罐/容器的顶部粟出液体）。任选地和 /或另外地，可通过另一种方法例如连续离也机来分离固体。当使用连续离也机时，罐中的 混合可在材料送至连续离也机时继续进行，因为材料不需要在容器/罐中沉降。
[0016] 另一方面，本发明特征在于加工纤维素材料的方法，所述方法包括在第一糖化罐 和第二糖化罐中糖化生物质材料。在一些情况下，第一糖化罐与第二糖化罐流体连通。第 二糖化罐的内容物具有比第一糖化罐的内容物高的糖浓度，例如第一糖化罐中的糖浓度可 为小于约Ig/L(如，小于5g/L、小于约lOg/L、小于约50g/L、小于约lOOg/L、小于约200g/L、 小于约300g/L、小于约500g/L)并且第二糖化罐中的糖浓度可为至少Ig/L(如，至少5g/L、 至少lOg/L、至少50g/L、至少lOOg/L、至少200g/L、至少300g/L、至少500g/L)。任选地，第 一糖化罐与第二糖化罐处于连续流体连通。可在糖化过程中将酶（诸如将生物质消化成糖 的酶）添加至第一糖化罐，并且可在糖化过程中将生物质添加至第二罐。
[0017] 在本发明的另一个方面中，可通过第一糖化罐与第二糖化罐之间的流体流动路径 来提供两个罐之间的流体连通。可沿着流体流动路径放置第一分离器并且在第一分离器上 收集碳水化合物水平低于原料生物质材料的用过的生物质如用于能量生产，同时剩下的第 一上清液糖溶液流过分离器进入第二罐。可沿着流体流动路径放置第二分离器并且在第二 上清液糖溶液穿过第二分离器之后将其收集，并且将由第二分离器滤掉的生物质添加至第 一糖化罐。分离器可为网状物、筛网、振动筛、滤网、离也机、过滤器、沉降罐或其组合。
[0018] 任选地，第一糖化罐和第二糖化罐中的温度为大于约45C(如，大于约55°C、45°C 至 65°C、5(TC至 60°C)。
[0019] 生物质可包括纤维素材料或木质纤维素材料，例如纸、纸制品、纸废物、木材、碎料 板、银屑、农业废物、污物、青胆饲料、草、稻草、麦杆、稻壳、甘藏渣、棉花、黄麻、大麻、亚麻、 竹子、剑麻、蕉麻、稻草、玉米芯、玉米枯、首宿、干草、挪子毛、海草、藻类或其混合物。
[0020] 在本方法的一些实施中，例如通过粉碎（如，切割、研磨、湿磨、冷冻研磨、键磨、挤 压、碼磨、剪切W及刹碎）来机械处理生物质材料。机械处理可减小原料的堆密度和/或增 大原料的表面积。在一些实施方案中，在机械处理之后材料的堆密度为小于0. 75g/cm3(小 于0. 70g/cm3、小于0. 65g/cm3、小于 0. 60g/cm3、小于 0. 55g/cm3、小于 0. 50g/cm3、小于0. 45g/ cm3、小于 0. 40g/cm3、小于 0. 45g/cm3、小于 0. 40g/cm3、小于 0. 35g/cm3、小于 0. 30g/cm3、小于 0. 25g/cm3、小于 0. 20g/cm3、小于 0. 15g/cm3、小于 0.lOg/cm3、小于 0. 05g/cm3)。使用ASTM D1895B来确定堆密度。
[0021] 还可通过福射、声处理、热解、氧化、蒸汽爆炸W及该些的任何顺序的组合来处理 包含纤维素材料或木质纤维素材料的生物质。该些处理方法可相对于天然材料的抗降解屏 障而减小材料的抗降解屏障，使得生物质更容易进行随后的糖化。福射处理可通过一个或 多个电子束。照射的总剂量可在约IOMrad至200Mrad。处理可包括本文公开的、单独或W 任何需要的组合应用并且应用一次或多次的任何一种或多种处理。
[0022] 通过所公开的方法的糖化生产的糖可包括葡萄糖、木糖、果糖、阿拉伯糖、甘露糖 W及二糖、H糖和多糖。例如可使用生物、酶和/或催化剂将糖转化为产品。
[0023] 在一个实施中，所述方法包括通过将酶和液体（诸如水）添加至第一糖化罐并且 将生物质材料添加至第二糖化罐来加工纤维素材料或木质纤维素材料。第一糖化罐与第二 糖化罐流体连通，第二糖化罐的内容物具有比第一糖化罐的内容物高的糖浓度。
[0024]在又一个方面，本发明为使用含有第一糖化材料的第一糖化罐和含有第二糖化材 料的第二糖化罐来糖化生物质的系统。第一和第二糖化材料流体连通。第一糖化生物质具 有比第二糖化材料低的糖浓度。任选地，流体连通为连续的。系统还可包括沿着流体流动 路径放置于第一与第二糖化罐之间的第一分离器，此流体流动路径提供了第一罐与第二罐 之间的流体连通。系统还可包括沿着流体流动路径放置于第一与第二糖化罐之间的第二分 离器。分离器可为网状物、筛网、振动筛、滤网、离也机、过滤器或沉降罐中的任何一种或多 种。
[00巧]用于糖化生物质的系统可包括第一和第二糖化罐。第一流体流动路径提供从第一 罐至第二罐的第一流体连通。第一分离器置于第一流体流动路径中用于使加工的生物质从 第一罐与第二罐之间的流体连通中去除。第二流体流动路径提供从第二罐至第一罐的第二 流体连通。第二分离器置于第二流体流动路径中用于使糖化的上清液从第一罐与第二罐之 间的流体连通中去除。所述系统包括被配置W与第二分离器去除糖化的上清液大约相同的 速率将液体原料添加至第一罐的第一递送装置。所述系统还包括被配置W与第二分离器去 除加工的生物质大约相同的速率将生物质原料添加至第二罐的第二递送装置。任选地，第 一流体流动路径和第二流体流动路径在第一糖化罐与第二糖化罐之间提供恒定流量的流 体。
[0026] 其它特征和优点将由W下详述和权利要求书而显而易见。
[0027] 附图描述
[0028] 图1为示出纤维素酶促水解成葡萄糖的图解。
[0029] 图2为示出纤维素酶对纤维素和纤维素衍生物的作用的图解。
[0030] 图3为示出含有纤维素材料或木质纤维素材料的生物质转化成一种或多种产品 的流程图。
[0031] 图4为示出用于使用两个罐和两个分离器来糖化生物质的方法的图解。
[0032] 图5为示出用于使用四个或更多个罐和分离器来糖化生物质的方法的图解。
[0033] 图6示出使用两个罐和两个分离器的本发明的具体实施方案。图6A为袋滤室的 放大的切口视图。图6B示出具有两个筛网的振动筛的放大的局部切口视图。图6C示出具 有一个筛网的振动筛的放大的切口视图。
[0034] 图7为示出用于W非连续方式糖化生物质的方法的流程图。
[00巧]图8为示出用于非连续糖化生物质的方法的流程图。
[0036] 图9为示出用于非连续糖化生物质的另一种方法的流程图。
[0037] 详述
[0038] 使用本文描述的方法，可加工生物质（如，植物生物质、动物生物质、纸W及城市 废物生物质）从而W高产率生产糖和其它有用的中间体和产品，诸如有机酸、有机酸的盐、 酸酢、有机酸的醋W及燃料（如用于内燃机的燃料或用于燃料电池的原料）。本文描述了包 括连续、半连续或分批加工生物质（例如使用一个或多个罐和分离器来连续或非连续糖化 纤维素材料或木质纤维素材料）的系统和方法。
[0039] 为了将原料转化成可易于加工的形式，通过糖化剂（如，酶或酸）将原料中含有葡 聚糖或木聚糖的纤维素水解成低分子量碳水化合物（诸如糖）该个过程称为糖化。然后低 分子量碳水化合物可用于例如现有制造工厂诸如单细胞蛋白质工厂、酶制造工厂或燃料工 厂（如己醇制造设施）中。
[0040] 分解生物质（诸如生物质的纤维素和/或木质素部分）的酶和破坏生物质的生物 含有或制造各种纤维素分解酶（纤维素酶）、木质素酶或破坏各种小分子的生物质的代谢 物。该些酶可为协同作用来降解生物质的晶体纤维素或木质素部分的酶的复合物。纤维素 分解酶的实例包括：内切葡聚糖酶、纤维二糖水解酶和纤维二糖酶（目-葡萄糖巧酶）。参 考图1，在糖化过程中，通过内切葡聚糖酶在随机位置初步水解纤维素底物从而产生低聚中 间体。然后该些中间体为外切葡聚糖酶诸如纤维二糖水解酶的底物W从纤维素聚合物的末 端产生纤维二糖。纤维二糖为水溶性1,4-连接的葡萄糖二聚体。最后，纤维二糖酶裂解纤 维二糖W得到葡萄糖。
[0041] 现在参考图2,纤维素巧0)的水解为多步过程，所述过程包括经由内切葡聚糖酶 巧G)和外切葡聚糖酶/纤维二糖水解酶（CHB)(步骤A) (120)的协同作用在固-液界面处 的初步分解。此初步降解伴随有进一步的液相降解，所述液相降是通过由（步骤B)中的 目-葡糖巧酶（目G，110)催化裂解的溶解性中间产品诸如寡糖和纤维二糖巧0)的水解进行 的。如在（步骤D)中所表明，纤维二糖直接抑制CBH和EG(120)。葡萄糖（100)直接抑制 目G(110)(步骤C)、CBH和EG(120)(步骤巧。本文描述的方法可消除或减少此抑制，进而 提供高得多的糖产率。与本文描述的方法结合或组合，如于2012年12月20日用英文书写 和提交的PCT/US12/71093和PCT/US12/71097中所述，使原料与添加剂例如葡萄糖异构酶 接触也可减少或消除此抑制（步骤C和步骤巧，所述专利的整个公开内容W引用的方式并 入本文。
[0042] 可例如参考图3将已通过本文描述的方法糖化的生物质制造成各种产品，所述图 3示出用于制造醇的方法。所述方法可例如包括任选地机械处理原料（步骤210);在此处 理之前和/或之后，任选地用另一种物理处理（例如，照射）来处理原料W进一步减小其抗 降解屏障（步骤212) ;W及使用本文描述的方法糖化原料W形成糖溶液（步骤214)。任选 地，所述方法还可包括如通过管道、有轨车、卡车或驳船来将溶液（或原料、酶和水，如果糖 化在途中进行）运输至制造工厂（步骤216)。在一些情况下，进一步生物加工（如，发酵） 糖化的原料W生产目标产品（步骤218)和副产品（211)。在一些实施中，所得产品可如通 过蒸觸进一步加工（步骤220)。如果需要，可在所述过程的各个阶段测量木质素含量（步 骤222)和基于此测量设定或调节工艺参数（步骤224)的步骤，如2010年2月11日提交 的美国专利No. 8, 415, 122中所述，所述专利的整个公开内容W引用的方式并入本文。
[0043]参考图4,示出用于糖化原料生物质材料（如，纤维素材料或木质纤维素材料）的 方法。第一糖化罐（410)和第二糖化罐（420)通过第一分离器（430)和第二分离器（440) 处于流体连通。可将生物质原料（450)添加至第二罐（420)并且可将酶原料（460)添加 至第一罐（410)。使第一罐（410)的内容物流过第一分离器（430)。第一分离器将糖化混 合物分成流入第二罐（420)中的液体流和可收集用于进一步加工的固体流（470)(如固体 产品、用过的生物质或加工的生物质）。使第二罐（420)的内容物流过第二分离器（440)。 第二分离器将来自第二罐（420)的糖化材料分成流入第一罐（410)中的固体流；和液体流 (480)(如，液体产品、糖化的糖溶液、糖溶液、糖化的上清液）。第一罐（410)中糖化材料中 的糖浓度小于第二罐（420)中糖化材料中的糖浓度。用过的生物质中的可提取糖的量小于 生物质原料中的可提取糖的量。可提取糖为可呈结合、嵌埋（trapped)和/或不溶解形式 的糖。例如，在生物质中呈碳水化合物（如，单糖、二糖、H糖和/或多糖）形式吸附至表面 和/或嵌埋在生物质中。
[0044]可将来自第一分离器的所有液体或仅一部分液体送至第二糖化罐。可将来自第 一分离器的所有固体或仅一部分固体分成固体产品，例如可将一部分固体送回到第一糖化 罐。在一些情况下，送回到第一糖化罐的部分具有比送去作为固体产品的部分大的平均粒 度。可将来自第二分离器的所有固体或仅一部分固体送至第二糖化罐。在一些情况下，送 回到第二糖化罐的部分具有比送至第一糖化罐的部分大的平均粒度。可将来自第二分离器 的所有液体或仅一部分液体收集作为液体产品。
[0045] 如通过图4进一步示出，每个罐均与两个分离器流体连通。在其它任选配置中，每 个罐均可与H个或更多个分离器（如至少四个、至少五个、至少六个）流体连通，具有向内 或向外的流体流动。
[0046]第二罐中的生物质通常在添加至第二罐之前和/或之后与液体（如，水）合并。 例如，生物质可为基本上干燥的生物质（如，含有小于25重量％水、小于10重量％水或小 于5重量％水），所述生物质使用输送机（如，皮带或振动）、挤出机、鼓风机、料斗和/或手 动添加至罐。在其中生物质在添加至第二罐之前合并水或已经含有水的选项中，生物质可 使用例如与粟组合的管或使用重力、液体螺杆挤出机或任何其它有用手段送至第二罐。如 需要可从水源将额外的水添加至第二罐或第一罐，所述水源诸如连接至管并且通过例如粟 或重力在远程或手动控制的阀口控制下馈送至第一罐、第二罐或任何其它与罐流体连通的 仪器。通常添加固体生物质W使在罐中具有至少5重量％生物质（如，至少10重量％、至 少20重量％、至少30重量％、至少40重量％、至少50重量％、至少60重量％、至少70重 量％ )。
[0047]将例如呈液体形式（如，溶解和/或息浮在水溶液中）的酶原料（如，纤维素 酶）添加至第一罐。可添加酶W在第一罐中提供例如至少Img酶/g原料的浓度（如， 至少5mg/g、至少lOmg/g、至少20mg/g)。酶原料自身可呈浓缩形式，例如至少lOmg/ 血（如，至少20mg/ml、至少40mg/mL、至少60mg/mL、至少80mg/L)。第一罐和第二罐 中的酶活性在约 0. 1ymol/min/mg至 10ymol/min/mg(如，约 0. 1-1ymol/min/mg、 0. 1-0. 8ymol/min/mg、0. 1-0. 6ymol/min/mg、0. 1-0. 4ymol/min/mg、0. 2-10ymol/min/ mg、0. 2-1ymol/min/mg、0. 2-0. 8ymol/min/mg、0. 2-0. 6ymol/min/mg、0. 4-1ymol/min/ mg、0. 4-1ymol/min/mg、0. 6-10ymol/min/mg、1-10ymol/min/mg)，使用FP测定（滤纸 测 定,Ghose,IUPAC,MeasurementofCellulaseActivities,T.K.Ghose；Pure&Appl. 化em.，第59卷，第2期，第257页，1987)。使用CB测定（纤维二糖酶活性），第一罐和 第二罐中的酶活性可在约 0. 1Umol/min/mg至 40ymol/min/mg(如 0. 1-20ymol/min/ mg、0.1-10ymol/min/mg、0.1-5ymol/min/mg、1-40ymol/min/mg、1-20ymol/min/mg、 1-10ymol/min/mg、1-8ymol/min/mg、1-6ymol/min/mg、2-40ymol/min/mg、2-20ymol/ min/mg、2-10ymol/min/mg、2-8ymol/min/mg、2-6ymol/min/mg、6-20ymol/min/mg)。
[004引可在工艺中的任何点添加添加剂，例如可添加酸、碱和缓冲液来控制抑。可添加表 面活性剂来修饰各个罐和仪器中的组合物的粘度、混合和流动性质。表面活性剂的实例包 括非离子型表面活性剂（诸如Tweoi?20或Tween? 80聚己二醇表面活性剂）、离子型 表面活性剂或两性表面活性剂。其它适合的表面活性剂包括辛基酷己氧基化物，诸如可从Dow化emical商购获得的TRITON?X系列非离子型表面活性剂。还可添加表面活性剂来 保持糖在溶液中特别是在高浓度溶液中产生。任选地，抗微生物添加剂如广谱抗生素处于 低浓度，如SOppm至15化pm。其它适合的抗生素包括两性霉素B、氨予西林、氯霉素、环丙沙 星、庆大霉素、潮霉素B、卡那霉素、新霉素、青霉素、嘿岭霉素、链霉素。抗生素将在糖化或运 输和胆藏过程中抑制微生物的生长，并且可W适当的浓度（如，15ppm至lOOOppm，如25ppm 至50化pm或50ppm至15化pm)使用。另外，可添加化学灭菌剂来控制工艺过程中的微生物 生长，可通过鼓泡穿过液体溶液或覆盖糖化罐来添加气体诸如空气、氮气、氮气、二氧化碳、 一氧化氮、氯气、氧气、莫氧，并且可添加葡萄糖异构酶来减少纤维素酶的抑制。任选地，pH 维持在抑2至抑8 (如，pH3至抑6、抑3. 5至抑4. 5)。
[0049] 在本文描述的任何工艺中的生物质的糖化过程中的温度可例如在约3(TC至 9(TC。在一些实施方案中，温度优选地在约4(TC至约6(TC(如，约45C至约55C)。在一 些实施方案中，工艺过程中的糖化生物质的温度在约4(TCW上（如，约45CW上、约5(TC W上、约55°CW上、约6(TCW上、约65°CW上）。在一些实施方案中，温度优选地在约5(TC 至约9(TC(如，约6(TC至约8(TC、约65°C至约75°C)。可取决于例如所利用的酶种类来选 择温度。较高的温度可有利于减小来自外来生物的污染危险并且还可提供一些加工优点 (如，粘度更低、反应物和产品的可能浓度更高W及反应速率更高）。使用较高温度的缺点 可包括加热的成本和糖化剂（如，酶）的不稳定性。
[0050] 糖化生物质的温度和抑可在仪器的不同部分中（例如罐中或分离器中）相同或 不同。
[0051] 在一些实施方案中，W每天约1罐体积至约20罐体积（如，每天约2罐至约16罐、 每天约4罐至约12罐）的速率生产液体产品。罐体积是指存在于工艺过程中所使用的所 有罐中的液体总量。
[0052] 可W连续的方式操作工艺，其中大约恒定流量的材料从第一罐穿过第一分离器到 达第二罐、穿过第二分离器到达第一罐，并且大约恒定添加酶原料和生物质原料。因此，当W连续方式使用时，罐中的液体-生物质浆料的体积保持大约恒定。在一个实施方案中，维 持W上讨论的材料的流量W便从生物质中提取至少50%的可用糖（如至少40重量％、至 少50重量％、至少60重量％、至少70重量％、至少80重量％或甚至至少90重量％ )。任 选地，维持如上所述的流量W便产生具有至少5重量％糖（如，至少10重量％、至少20重 量％、至少30重量％、至少40重量％、至少50重量％ )的液体产品。在一些实施方案中， 维持材料的流量W生产固体产品，其中高达50%的可提取糖（如碳水化合物）已从生物质 中去除（高达60重量％、高达70重量％、高达80重量％、高达90重量％或甚至高达100 重量％)。可W至少部分非连续的方式（如，半连续或甚至W分批模式）操作工艺。例如， 可在糖化工艺过程中的任何时间点和视需要多次地将第一罐（410)部分地或完全地排空 至第一分离器（430)W例如优化加工。
[0053] 在非连续操作的一个实例中，当完成糖化（或至少20%完成、至少40%完成、至少 60%完成、至少80%完成）时，第一罐（410)的至少10体积％，如至少20体积％、至少30 体积％、至少40体积％、至少50体积％、至少60体积％、至少70体积％、至少80体积％或 至少90体积％的内容物送至第一分离器（430)。在某点下认为糖化完成，其中再糖化8小 时或更久将不会产生多于10%的更多的糖。例如，如果第一罐中的糖化产生10重量％糖 (约lOOg/L)，则认为若再糖化8小时或更久（如，使用相同、等效或类似的条件）将不会产 生多于1重量％ (lOg/L)更多的糖糖化就已完成。一旦如上所述的一些糖化材料被馈送至 第一分离器（430)，那么可将来自第二分离器（440)的固体、酶原料（460)和液体（如水） 添加至第一罐（410)W提供大约等于、小于或大于第一罐（410)中的原始体积的体积，例如 高达罐的150体积％、高达120体积％、高达100体积％或至少90体积％、至少80体积％、 至少70体积％、至少60体积％、至少50体积％、至少40体积％、至少30体积％、至少20 体积％或至少10体积％。可将来自第二分离器（440)的所有或仅一部分固体馈送至第一 罐（420)，例如至少90体积％、至少80体积％、至少70体积％、至少60体积％、至少50体 积％、至少40体积％、至少30体积％、至少20体积％或至少10体积％。
[0054] 作为非连续操作的另一个实例，第二罐（420)可被部分地或完全地排空W在糖化 工艺过程中的任何时间点和视需要多次地给第二分离器（440)进料。例如，当完成糖化 (或至少20%完成、至少40%完成、至少60%完成、至少80%完成）时，第二罐的至少10体 积％，如至少20体积％、至少30体积％、至少40体积％、至少50体积％、至少60体积％、至 少70体积％、至少80体积％或至少90体积％的内容物可被送至第二分离器（440)。一旦 如上所述的一些糖化材料被馈送至第二分离器（440)，那么可将来自第一分离器（430)的 液体、生物质（450)和另外的液体（如，水）添加至第二罐（420)W提供大约等于、小于或 大于罐中的原始体积的体积，例如高达罐的150体积％、高达120体积％、高达100体积％ 或至少90体积％、至少80体积％、至少70体积％、至少60体积％、至少50体积％、至少40 体积％、至少30体积％、至少20体积％或至少10体积％。可将来自第一分离器（430)的 所有或仅一部分液体馈送至第二罐（420)，例如至少90重量％，如至少80重量％、至少70 重量％、至少60重量％、至少50重量％、至少40重量％、至少30重量％、至少20重量％或 至少10重量％。
[00巧]用于本文描述的方法和系统的分离器可为用于提供来自糖化罐的至少两股流体 的任何有用分离器。例如，分离器可为离也机、过滤装置（如，重力、真空、压滤器、过滤袋、 多孔容器）和沉降罐中的任何一种或多种。另外，例如，分离器可包括多孔材料、网状物、 滤网、振动筛、多孔板或圆筒、滤网、筛分装置，并且可具有1/2英寸至1/256英寸的平均开 口尺寸（如约1/4英寸至1/64英寸、小于约0. 79mm(l/32英寸，0. 03125英寸），如小于约 0. 40mm(l/64 英寸，0. 015625 英寸）、小于约 0. 20mm(l/128 英寸，0. 0078125 英寸））或者甚 至小于约0.l〇mm(l/256英寸，0. 00390625英寸）。可使用W上列出的分离器的任何组合。 在一些实施方案中，分离器为具有一个或多个筛网的振动筛。分离器产生一个或多个固体 流，其具有比给分离器进料的罐中的材料的固体浓度高的固体浓度；和一个或多个液体流， 其具有比给分离器进料的罐中的材料中的固体浓度低的固体浓度。例如，固体流将为至少 10重量％的固体，如至少20重量％、至少30重量％、至少40重量％、至少50重量％、至少 60重量％、至少70重量％、至少80重量％、至少90重量％或至少95重量％。例如，液体 流将为1重量％或更少的固体，如5重量％或更少、10重量％或更少、20重量％或更少、30 重量％或更少、40重量％或更少、70重量％或更少、80重量％或更少、90重量％或更少或者 95重量％或更少。
[0056] 所使用的罐可呈任何有用配置和尺寸。例如，罐通常将大于I(K)L(如，400L、 40, 00化或500, 00化）。可通过例如温度控制夹套和/或在罐和管道上绝热来控制工艺温 度。
[0057] 通常优选的是，如如于2011年5月18日提交的美国序列No. 12/782,694、于2011 年11月10日提交的美国序列No. 13/293, 985和于2011年11月10日提交的美国序列 No. 13/293, 977所述使用喷射混合来混合罐内容物；所述专利的全部公开内容W引用的方 式并入本文。例如，在一些实施中，使用了一个喷射混合器。在其它实施中，将两个或更多 个喷射混合器放置于容器中，其中一个或多个被配置W向上喷射流体（"上粟"）并且一个 或多个被配置W向下喷射流体（"下粟"）。在一些情况下，向上粟送的混合器将与向下粟 送的混合器相邻放置W增强由混合器产生的瑞流。如果需要，可在加工过程中将一个或多 个混合器在向上流动与向下流动之间切换。在开始将原料分散在液体介质中的过程中，将 所有或大多数混合物切换至向上粟送模式可为有利的，特别是原料倾倒或吹到液体表面上 (因为向上粟送在表面产生明显的瑞流）时。
[0058] 可将固体原料（410)置于一个或多个多孔容器中，如由网状物或其它多孔材料 制成的袋或其它结构。例如，可将生物质原料置于如于2012年12月20日提交的PCT/ US12/71092中所述的载体中，所述专利的整个公开内容W引用的方式并入本文。任选地，含 有生物质的容器可从第一糖化罐（420)移开，然后达到第二糖化罐（410)并且最后去除W 在加工过程中提供容器中的用过的材料。在此情况下，容器为分离器。
[0059] 液体产品（480)和固体产品（470)可进一步加工W例如制得中间体和产品，如下 所讨论。
[0060] 在一些实施方案中，可使用H个或更多个罐。例如，图6示出其中利用了使用四 个或更多个糖化罐或分离器糖化生物质（如，纤维素材料或木质纤维素材料）的方法的实 施方案。所述罐和分离器的功能与先前描述的相同。因此，第一糖化罐巧10)、第二糖化罐 巧20)、第H糖化罐巧30)和任选更多糖化罐（如，高达N个罐巧40)，其中N至少可为4)通 过第一分离器巧50)、第二分离器巧60)、第H分离器巧70)和任选地更多个分离器（如，高 达N个分离器巧80)，其中N可为至少4)流体连通。可将生物质原料（580)添加至第N个 罐巧40)并且可将酶原料（590)添加至第一罐巧10)。第N个分离器的输出物提供了液体 产品（592)并且第一分离器巧50)的输出物提供了固体产品巧94)。使用H个或更多个糖 化罐可就通量、糖化效率、仪器成本和方法稳定性方面提供超越两罐系统的额外优点。
[0061] 图6示出利用两个糖化罐和两个分离器的本发明的具体实施方案。第一罐化10) 和第二罐化12)装配有两个混合电动机化14)，所述混合电动机可W可拆卸地附接至混合 器（如喷射混合器）、叶轮和推进器，通过轴提供从电动机至混合头（未示出）的机械连通。 罐还具有经由流动流体诸如水用于温度控制的半管式夹套化16)。W由箭头F示出的方向， 通过空气使用鼓风机将生物质穿过袋滤室化18)输送至第一罐。如在袋滤室的放大视图 (图6A)中所描绘，袋滤室具有用于生物质和空气的入口化15)和用于空气和一些生物质细 粉的出口化17)。生物质通过将袋滤室连接至罐端口开口的管进入第一罐化10)。由第二罐 (612)W恒定速率通过第一振动筛化20)供应液体，同时液体-生物质浆料W相当的速率通 过连接至第一罐侧面上的管化22)的开口去除。用于去除浆料的开口可位于罐壁上的不同 位置处并且其位置可帮助控制过程，因为较大、糖化较少的生物质倾向于下沉更低进入罐， 而糖化较多的较小颗粒倾向于上升并且更均匀地分散于罐中。用于去除浆料的管可甚至延 伸到罐中（例如从顶部），W使得用于去除浆料的开口可在罐中的任何位置处（如，竖直和 水平放置的）。使用粟化24)将浆料从第一罐中抽出并且W由箭头G示出的方向送至第二 振动筛化26)。第二振动筛将来自生物质-液体浆料的固体送至W箭头H的方向引导固体 至第二罐的管中，同时液体产品W箭头I的方向穿过第二振动筛并且收集或直接送去用于 进一步加工。通过附接至罐顶部的开口的两个管将酶和水添加至第二罐，分别W箭头J和 K的方向流动。W与流体（酶/水）添加相当的速率从第二罐化12)中去除液体-浆料生 物质。通过连接至位于第二罐化12)侧面上的管的开口去除液体-浆料生物质。此开口可 位于罐侧面上的任何地方并且可经由例如先前针对第一罐化10)所述的管延伸到罐中。使 用粟化28)通过连接至管（632)的开口将浆料从第二罐中抽出并且W由箭头L指示的方向 流动输送至第一振动筛化20)。第一振动筛产生W由箭头M、N和0示出的方向流动的H个 输出流。W由箭头M指示的方向流动的第一流为具有大粒度的第一固体，所述第一固体被 送回到第二罐用于进一步糖化。W由箭头N指示的方向流动的第二流为具有较小粒度的第 二固体，所述第一固体被收集和/或用于能量生产（如热电联产）。W由箭头0指示的方向 流动的第H流为送至第一罐化10)的液体流。使用柔性管道化30)进行第一振动筛和第二 振动筛的连接，因为在操作过程中筛需要振荡。用于振动筛的支撑结构（未示出）也为柔 性的。现在讨论筛网的操作。
[0062] 图6B示出第一振动筛化20)的切口。生物质-液体浆料化50)W由箭头L指示 的方向流动并且通过放置于筛顶部的入端口进入筛。来自浆料的大颗粒不能穿过第一筛 网（652)并且移动至筛侧面上的出端口化54)，然后此流（由箭头M示出的流动方向）被 馈送回到第二罐化12)中。来自浆料的较小颗粒穿过第一筛网（652)但不能穿过第二筛网 化56)，所述第二筛网具有比第一筛网小的筛孔尺寸。因此，较小颗粒化58)移动至筛侧面 上的出端口并且作为固体产品从系统中去除，W由箭头N示出的方向流动。最小颗粒化59) 和大多数流体穿过第二筛网化56)并且被馈送至第一罐，W箭头0的方向流动。如在图6C 中所描绘，第二振动筛化30)仅具有一个筛网并且将W箭头G的方向流动的输入浆料化40) 分成W箭头H的方向流动的液体产品化42)和W箭头I的方向流动的固体流化44)。
[0063] 糖化过程可部分地或完全地在制造工厂中进行，和/或可部分地或完全地在运输 途中如有轨车、油罐卡车中或在超级油轮或船舱中进行。
[0064] 图7为示出本发明的另一个实施方案的流程图。实施方案为用于W非连续方式糖 化生物质的方法。将第一生物质和第一酶溶液合并在罐中并且发生第一糖化。在糖化发生 了需要的程度之后，如用如本文所讨论的那些分离器来分离生物质（生物质2)和酶W及糖 (酶和糖1)。然后可将酶和糖溶液1加工成产品（如糖）并且然后任选地其它产品（如 醇）。酶和糖溶液1还可与更多生物质（如，生物质3)和所糖化的生物质（糖化3)组合， 任选地其中添加更新鲜的酶。生物质2可与新鲜的酶溶液（酶溶液2)组合并且可使第二 糖化（糖化2)发生。在糖化2允许进行至希望的程度之后，可从酶和糖（酶和糖溶液2) 中分离生物质（生物质4)。然后可将酶和糖溶液2加工成产品。
[0065] 图8示出用于非连续糖化生物质的本发明的实施方案。在起始步骤巧10)中，将生 物质和糖化剂（如，任何组合和/或添加顺序的纤维素分解酶和/或酸）合并在罐中。在 第二步巧20)中，将生物质在罐中糖化（或任选地转移至另一个罐）。在糖化罐中，可加热 混合物（如，通过使用加热夹套注入半管式夹套）并且混合。例如，可使用如先前所述的一 个或多个喷射混合器来完成混合。糖化可持续一段时间（如，至少1小时、至少4小时、至 少8小时、至少1天、至少2天、约8小时至约48小时、约8小时至24小之间）。所述糖化 可糖化生物质中至少约40 %至约100 %的可用糖（如，约50 %至约95 %、约50 %至约90 %、 约50%至约85%、约50%至约80% )。在随后步骤巧30)中，可停止糖化。例如，可通过中 止混合和/或加热来停止糖化。任选地，在停止糖化之前可将混合物转移至另一个罐。任 选地，可停止和重新开始糖化若干次。在停止糖化之后，分离固体和液体巧40)。例如，固体 可允许沉降例如，通过重力）并且从固体倾析出液体例如，含有糖、酶、盐、息浮微粒诸如细 粉W及溶解性化合物）。固体可具有一些尚未糖化的可用糖（如，呈纤维素材料、木质纤维 素材料、半纤维素材料的形式）。例如，固体可具有约60%至约0 %的糖（如，约40%至约 1 %、约20%至约1 %、约20%至约5%、约10%至约5% )。在步骤巧50)中，糖化的固体可 与糖化剂（如，与初始使用的试剂不同的糖化的新鲜糖化剂、与第一糖化中使用的种类相 同的糖化剂和/或再循环的糖化剂）合并。然后糖化的固体可例如通过如先前所述的混合 和/或加热来糖化（路径A)。此第二糖化可从糖化的固体中糖化约100%的可用糖（如， 至少50%、至少60%、至少70%、至少80%、至少90%、约80%至100% )。任选地，固体可 从第二糖化中沉降并且糖化第H次、第四次或更多次。例如，直到基本上所有的可用糖被糖 化（如，约90%至约100%的可用糖）。
[006引图9示出用于非连续糖化生物质的另一个实施方案。步骤巧10)和巧20)可类似 于针对图8所述的步骤巧10)和巧20)。然后可在步骤巧40)中将糖化的生物质可送至分 离器。例如，可使用本文描述的任何分离器（W任何组合顺序）。分离的一个优选方法为使 用至少一个连续离也机。然后可将固体糖化第二次，例如通过将糖化的固体与糖化剂步骤 (950)组合和糖化混合物，路径B;例如类似于如针对图8中的步骤巧50)和途径A所述。
[0067] 物巧化巧原料
[0068] 物巧制各
[0069] 在一些情况下，方法可包括物理制备，如诸如通过切割、碼磨、剪切、磨碎或刹碎来 减小材料的尺寸。例如，材料可使用本文描述的一种或多种方法诸如福射、声处理、氧化、热 解或蒸汽爆炸首先预处理或加工，然后减小尺寸或进一步减小尺寸。在其它情况下，首先处 理然后减小尺寸可为有利的。筛网和/或磁铁可用来将过大或非目标物体诸如例如岩石或 铁钉从进料流中去除。在一些情况下，预加工并非必要，例如当生物质的初始抗降解屏障低 时，并且湿磨足够有效地减小抗降解屏障，例如W制备用于进一步加工如糖化的材料。
[0070] 进料制备系统可被配置成产生具有特定特征（诸如例如特定最大尺寸、特定长宽 比或特定表面积比）的流体。物理制备可增加反应速率或减少通过打开材料并且使它们 更易受加工和/或试剂（如溶液中的试剂）所需要的加工时间。可控制例如，增加）原料 的堆密度。在一些情况下，可需要如通过使材料致密化（如，致密化可使将其运输到另一个 位置更容易并且成本更低）然后使材料恢复到较低堆密度状态来制备低堆密度材料。可使 材料致密化，例如从小于0. 2g/cc至大于0. 9g/cc(如，小于0. 3g/cc至大于0. 5g/cc、小于 0. 3g/cc至大于 0. 9g/cc、小于 0. 5g/cc至大于 0. 9g/cc、小于 0. 3g/cc至大于 0. 8g/cc、小 于0. 2g/cc至大于0. 5g/cc)。例如，材料可通过公开于U.S. 7, 932, 065和WO2008/073186 中的方法和仪器来致密化，所述专利的整个公开内容W引用的方式并入本文。可通过本文 描述的任何方法加工致密化的材料，或通过本文描述的任何方法加工的任何材料可随后致 密化。
[0071] 尺寸减小
[0072] 在一些实施方案中，待加工的材料呈纤维素材料的形式，所述纤维素材料包括通 过剪切纤维来源提供的纤维。例如，可用旋转刀切割机进行剪切。
[0073] 例如，可如在旋转刀切割机中剪切如具有抗降解屏障的或其抗降解屏障水平已减 小的纤维来源，W提供第一纤维素材料。第一纤维素材料穿过如平均开口尺寸为1. 59mm或 更小（1/16英寸，0.0625英寸）的第一筛网，提供第二纤维素材料。如果需要，可在剪切之 前如用切碎机切割纤维来源。例如，当使用纸作为纤维来源时，可首先使用切碎机，如反相 旋转螺杆切碎机（诸如由Munson扣tica，N.Y.)制造的那些）将纸切割成如1/4英寸至1/2 英寸宽的条。作为切碎的替代，可通过使用间刀式切纸机切将纸割至所目标尺寸来减小纸 的尺寸。例如，间刀式切纸机可用来将纸切割成如10英寸宽X12英寸长的片。
[0074] 在一些实施方案中，纤维来源的剪切和使所得到的第一纤维素材料穿过第一筛网 为同时进行的。也可在分批型过程中进行剪切和穿过。
[0075] 例如，旋转刀切割机可用来同时剪切纤维来源和筛选第一纤维素材料。旋转刀切 割机包括可装载有通过切碎纤维来源制备的切碎的纤维来源的料斗。
[0076] 在一些实施方式中，在糖化和/或发酵之前物理处理原料。物理处理方法可包括 一种或多种本文描述的那些方法的任何一种，诸如机械处理、化学处理、照射、声处理、氧 化、热解或蒸汽爆炸。处理方法可W两种、H种、四种或甚至所有该些技术组合使用（W任 何顺序）。当使用多于一种处理方法时，可同时或在不同时间点应用方法。改变生物质原料 的分子结构的其它方法也可单独使用或与本文所公开的方法组合使用。
[0077] 化械化巧
[0078] 在一些情况下，方法可包括机械处理生物质原料。机械处理包括例如切割、研磨、 挤压、碼磨、剪切W及刹碎。研磨可包括例如球磨、键磨、转子/定子干磨或湿磨、冷冻研磨、 刀片研磨、刀磨、盘磨、親磨或其它类型的研磨。其它机械处理包括如石头碼磨、压碎、机械 撕破或撕裂、销棒碼磨或空气摩擦碼磨。
[0079] 机械处理可有利于"打开"、"施加应力"、破碎和打碎纤维素材料或木质纤维素材 料，使材料的纤维素更易受断链和/或结晶度减小。当照射时，打开的材料也会更易受氧 化。
[0080] 在一些情况下，机械处理可包括诸如通过切割、碼磨、剪切、磨粉或刹碎来初始制 备所接收的原料，如材料的尺寸减小。例如，在一些情况下，通过剪切或切碎来制备疏松原 料（如，再循环的纸、淀粉材料或柳枝稷）。
[0081] 或者或另外，原料材料可首先通过一种或多种其它物理处理方法（如化学处理、 福射、声处理、氧化、热解或蒸汽爆炸）进行物理处理，然后进行机械处理。此顺序可为有利 的，因为通过一种或多种其它处理（如照射或热解）处理的材料倾向于更脆，并且因此可更 容易通过机械处理进一步改变材料的分子结构。
[0082] 在一些实施方案中，原料材料呈纤维素材料的形式并且机械处理包括剪切W暴露 纤维素材料的纤维。可例如使用旋转刀切割机进行剪切。机械处理原料的其它方法包括例 如研磨或碼磨。可使用例如键磨机、球磨机、胶体磨、圆锥或锥形磨、盘磨机、轮碼机、威利磨 (Wileymill)或谷物碼磨机进行研磨。可使用例如石头碼磨机、销棒碼磨机、咖啡碼磨机或 磨盘式碼磨机进行碼磨。碼磨可例如通过往复式销棒或其它元件来提供，如同在销棒碼磨 机中那样。其它机械处理方法包括机械撕破或撕裂、对材料施加压力的其它方法W及空气 摩擦碼磨。适合的机械处理进一步包括改变原料分子结构的任何其它技术。
[0083] 如果需要，机械处理的材料可穿过如平均开口尺寸为1. 59mm或更小（1/16英寸， 0.0625英寸）的筛网。在一些实施方案中，剪切或其它机械处理W及筛分同时进行。例如， 旋转刀切割机可用来同时剪切和筛分原料。原料在固定刀片与旋转刀片之间剪切W提供穿 过筛网的剪切材料，并且捕获在胆藏斗中。
[0084] 纤维素材料或木质纤维素材料可在呈干燥状态（例如，在其表面上具有很少或没 有游离的水）、水合状态（例如，具有高达10重量％的吸收的水）或呈湿润状态（例如，具 有约10重量％与约75重量％之间的水）的情况下被机械处理。纤维来源可甚至被机械处 理同时部分地或完全地浸没在液体（诸如水、己醇或异丙醇）下。
[0085] 纤维纤维素材料或木质纤维素材料还可在气体（诸如除了空气之外的气体流或 气氛）如氧气或氮气或蒸汽下机械处理。
[0086] 如果需要，木质素可从包括木质素的任何纤维素材料中去除。同样，为了帮助分解 包括纤维素的材料，可在机械处理或用热、化学品（如，无机酸、碱或强氧化剂诸如次氯酸 轴）和/或酶照射之前或期间处理材料。例如，可在酸存在下进行碼磨。
[0087] 机械处理系统可被配置成产生具有特定形态特征（诸如，例如表面积、孔隙率、堆 密度W及在纤维原料的情况下纤维特征诸如长宽比）的流体。
[008引在一些实施方案中，机械处理的材料的邸T表面积为大于0.ImVg,如大于0.25m2/g、大于 0. 5m2/g、大于 1. 0m2/g、大于 1. 5m2/g、大于 1. 75m2/g、大于 5. 0m2/g、大于 10m2/g、大于 25mVg、大于 35m2/g、大于 50m2/g、大于 60mVg、大于 75m2/g、大于l00m2/g、大于 150m2/g、大 于200mVg或甚至大于250mVg。
[0089]机械处理的材料的孔隙率可为如大于20%、大于25%、大于35%、大于50%、大 于60%、大于70%，大于80%、大于85%、大于90%、大于92%、大于94%、大于95%、大于 97. 5%、大于99%或甚至大于99. 5%。
[0090] 在一些实施方案中，在机械处理之后材料的堆密度为小于0. 25g/cm3,如0. 20g/ cm3、0. 15g/cm3、0. 10g/cm3、0. 05g/cm3 或更小，如 0. 025g/cm3。使用ASTMD1895B确定堆密 度。简而言之，所述方法涉及用样品测量已知体积的量筒和获得样品的重量。堆密度通过 用样品重量（克）除W量筒的已知体积（立方厘米）来计算。
[0091] 如果原料为纤维素材料，纤维素材料机械处理的材料的的纤维可具有相对大的平 均长度直径比（例如，大于20比1)，即使它们已被剪切不止一次。另外，本文描述的纤维素 材料的纤维可具有相对窄的长度和/或长度直径比分布。
[0092] 如本文所使用，平均纤维宽度（如，直径）为通过随机选择大约5,000根纤维光 学测定的那些。平均纤维长度为校正的长度加权长度。BET(布鲁诺尔炬runauer)，埃梅 特（Emmett)和特勒尔（Teller))表面积为多点表面积，并且孔隙率为通过压隶法测定的那 些。
[0093] 如果第二原料为纤维素材料14,则机械处理的材料的纤维的平均长度直径比可为 如大于8/1，如大于10/1、大于15/1、大于20/1、大于25/1或大于50/1。机械处理的材料 14的平均纤维长度可为如约0. 5mm至2. 5mm，如约0. 75mm至1.Omm,并且第二纤维素材料 14的平均宽度（如，直径）可为如约Sym至50ym之间，如约IOym至30ym之间。
[0094] 在一些实施方案中，如果原料为纤维素材料，机械处理的材料的纤维长度的标准 偏差可小于机械处理的材料的平均纤维长度的60%，如小于平均长度的50%、小于平均长 度的40%、小于平均长度的25%、小于平均长度的10%、小于平均长度的5%或甚至小于平 均长度的1%。
[0095] 还可如2011年11月10日提交的美国申请序列No. 13/293, 977中所述使用湿磨 生物质原料，所述专利的整个公开内容W引用的方式并入本文。例如，可在本文描述的糖化 工艺之前使用使用了转子/定子的湿磨。或者，可在糖化工艺过程中完成湿磨。还可使用 包括本文描述的喷射研磨、湿磨和用于糖化的工艺的系统和方法。
[0096] 溶解、减小杭陈解屏瞳或巧能化的化巧
[0097] 可处理已经或尚未物理制备的材料W用于本文描述的任何生产方法中。W下描述 的一种或多种生产方法可包括于W上讨论的抗降解屏障减小操作单元中。或者或另外，可 包括用于减小抗降解屏障的其它方法。
[0098] 通过抗降解屏障减小操作单元所利用的处理方法可包括照射、声处理、氧化、热解 或蒸汽爆炸中的一种或多种。处理方法可与两种、H种、四种或甚至所有该些技术组合使用 (W任何顺序）。
[0099] 結射化巧
[0100] 一种或多种福射加工顺序可用来加工来自原料的材料，并且提供各种各样不同来 源W从原料中提取有用物质，并且为进一步加工步骤和/或顺序提供用作输入物的部分降 解的结构改性的材料。照射可例如减小原料的分子量和/或结晶度。福射还可对材料或生 物加工所述材料所需要的任何介质灭菌。
[0101] 在一些实施方案中，使用在从其原子轨道释放电子的材料中胆藏的能量照射材 料。福射可由W下提供；（1)重带电粒子，诸如a粒子或质子，（2)例如在目衰变或电子束 加速器中产生的电子或（3)电磁福射，例如Y射线、X射线或紫外线。在一种方法中，可使 用由放射性物质产生的福射来照射原料。在一些实施方案中，可利用（I)至（3)的任何顺 序或同时的任何组合。在另一种方法中，可使用电磁福射（如，使用电子束发射器产生）来 照射原料。所施加的剂量取决于所目标效应和具体原料。
[0102] 在一些情况中，当需要断链和/或需要聚合物链功能化时，可利用比电子重的粒 子，诸如质子、氮核、氮离子、娃离子、氛离子、碳离子、磯离子、氧离子或氮离子。当需要开环 断链时，可利用带正电粒子的路易斯酸（Lewisacid)性质W增强开环断链。例如，当需要 最大氧化时，可利用氧离子，并且当需要最大硝化时，可利用氮离子。重粒子和带正电荷粒 子的使用描述于U.S. 7, 931，784中，所述专利的整个公开内容W引用的方式并入本文。
[010引在一种方法中，如通过用电离福射（如，呈Y福射、X射线福射、IOOnm至280nm紫 外扣V)光、电子束或其它带电粒子的形式）处理来照射作为或包括具有第一数均分子量 (Mwi)的纤维素的第一材料，W提供包括具有比第一数均分子量低的第二数均分子量（Mw2) 的纤维素的第二材料。第二材料（或第一和第二材料）可与微生物组合（具有或不具有酶 处理），所述微生物可利用第二材料和/或第一材料或者其构成糖或木质素来生产中间体 或产品，诸如本文描述的那些。
[0104] 因为第二材料包括相对于第一材料具有减小的分子量和在一些情况下W及减小 的结晶度的纤维素，，所W第二材料通常更可分散、可溶胀和/或可溶于如含有微生物和/ 或酶的溶液中。该些性质使第二材料相对于第一材料更容易加工和更易受化学、酶和/或 生物侵蚀，该可极大地改进目标产品（如，己醇）的生产速率和/或生产水平。福射还可使 材料或生物加工所述材料所需要的任何介质灭菌。
[0105] 在一些实施方案中，第二材料可具有高于第一材料的氧化水平（〇1)的氧化水平 (〇2)。材料的较高氧化水平可有助于其分散性、溶胀性和/或溶解性，进一步增强材料对化 学、酶或生物侵蚀的敏感度。在一些实施方案中，为了增加第二材料相对于第一材料的氧化 水平，在氧化环境下如在空气或氧气的覆盖下进行照射，产生比第一材料更氧化的第二材 料。例如，第二材料可具有更多轻基、酵基、丽基、醋基或駿酸基，所述基团可增加第二材料 的亲水性。 。…引由离結射
[0107] 如通过福射能量所测定，各个形式的福射经由具体相互作用使含碳材料电离。重 带电粒子主要经由库仑散射（Coulombscattering)使物质电离；此外，该些相互作用产生 可进一步使物质电离的高能电子。a粒子与氮原子核相同，并且通过各种放射性核的a衰 变产生，诸如饿、钟、殺、氨、妨、错的同位素，若干涧系元素（诸如涧、社、铺、锋、铜、铜、铜和 坏）。
[0108] 当利用粒子时，它们可为中性（不带电）、带正电或带负电。当带电时，带电 粒子可带有单个正电荷或负电荷或多个电荷，如一个、两个、H个或甚至四个或更多个 电荷。在需要断链的情况下，可能需要带正电的粒子，部分是由于其酸性性质。当利用 粒子时，粒子可具有静止电子的质量或更大，如静止电子质量的500、1000、1500、2000、 10,000或甚至！00,000倍。例如，粒子的质量可为约1个原子单位至约150个原子 单位，如约1个原子单位至约50个原子单位或约1个至约25个，如1、2、3、4、5、10、 12或15amu。用来加速粒子的加速器可为静电DC、电动DC、RF线性、磁感应线性或连 续波。例如，回旋型加速器可从IBA,Be1gium获得，诸如民hodotron⑥系统，而DC型加 速器可从畑I(现在为IBAIn化Strial)获得，诸如Dynami杜on⑧。离子和离子加速 器讨论于IntroductoryNuclearPhysics,KennethS.Krane,JohnWiley&Sons,Inc. (1988)、KrstoPrelec,FIZIKAB6(1997)4, 177-206、Chu,WilliamT.，"Overview ofLight-IonBeamTherapy"Columbus-Ohio,ICRU-IAEAMeeting, 18-20March 2006、Iwata,Y.等，"Alternating-曲aseH^cused1护0化for胎avy-IonMedical Accelerators"ProceedingsofEPAC2006,Edinburgh,ScotlandandLeaner、 C.M.等，"StatusoftheSuperconductingECRIonSourceVenus'，Proceedingsof EPAC2000,Vienna,Austria中。
[0109] 在一些实施方案中，使用电子束作为福射源。电子束具有高剂量速率（如每砂 謹rad、5化ad或甚至I(Mrad)、高通量、更小的容量和更不密封设备的优点。电子还可在引 起断链方面更有效。另外，能量为4-lOMeV的电子可具有5mm至30mm或更大（诸如40mm) 的穿透深度。在一些情况下，使用多电子束装置（如，多头，常常称为"角"）来将多剂量的电 子束福射递送至材料。此高总波束功率通常通过利用多个加速头来实现。例如，电子束装置 可包括两个、四个或更多个加速头。作为一个实例，电子束装置可包括四个加速头，每个加 速头具有300kW的波束功率，总波束功率为1200kW。使用多头（每个头具有相对低的波束功 率）防止材料中的温度过度上升，因此防止材料燃烧并且还增加了穿过材料层厚度的剂量 的均匀性。使用多头的照射公开于2011年10月18日提交的美国申请序列No. 13/276, 192 中，所述专利的完整公开内容W引用的方式并入本文。
[0110] 电子束可如通过静电发生器、联级发生器、互感发生器、具有扫描系统的低能量加 速器、具有线性阴极的低能量加速器、线性加速器和脉冲加速器来产生。作为电离福射源 的电子可如用于相对稀疏的材料堆，如小于0. 5英寸的材料堆，如小于0. 4英寸、0. 3英寸、 0. 2英寸或小于0. 1英寸。在一些实施方案中，电子束的每个电子的能量为约0. 3MeV至约 2.OMeV(百万电子伏特），如约0. 5MeV至约1. 5MeV、或约0. 7MeV至约1. 25MeV。
[0111] 电子束照射装置可从IonBeamApplications(Xouvain-la-Neuve,Belgium)或 TitanCo巧oration(SanDiego,CA)商购获得。典型的电子能量可为lMeV、2MeV、4.5MeV、 7. 5MeV或lOMeV。典型的电子束福射装置功率可为lkW、5kW、10kW、20kW、50kW、100kW、250kW 或500kW。原料的解聚水平取决于所使用的电子能量和所施加的剂量，而暴露时间取决于功 率和剂量。典型的剂量可取值为化67、51^67、101^67、201^67、501^67、1001^67或2001^67。在一 些实施方案中，可使用 0. 25-lOMeV之间（如，0. 5-0. 8MeV、0. 5-5MeV、0. 8-4MeV、0. 8-3MeV、 0. 8-2MeV或 0. 8-1. 5MeV)的能量。 。…]由磁結射
[0113] 在其中用电磁福射进行照射的实施方案中，电磁福射可具有如大于l〇2eV，如大于 103eV、104eV、105eV、106eV或甚至大于107eV的能量/光子（W电子伏特计）。在一些实施 方案中，电磁福射具有104eV至l〇7eV，如l〇5eV至l〇6eV的能量/光子。电磁福射的频率可 为如大于1〇1巧2、大于1〇17化、1〇1巧2、1〇1 9化、102°化或甚至大于1021化。在一些实施方案中， 电磁福射的频率在1〇1 8化与1〇22化之间，如1〇19化至1021化。
[0114] 剂量
[0115] 在一些实施方案中，进行照射（用任何福射源或来源的组合）直到所述材料接 收至少 0. 25Mrad，如至少 1. 0Mrad、2. 5Mrad、5.OMracUS.OMracUIOMracU15Mrad、20Mrad、 25Mrad、30Mrad、35Mrad、40Mrad、50Mrad或甚至至少IOOMrad的剂量。在一些实施方案中， 进行照射直到材料接收1. (Mrad至6. OMrad,如1. SMrad至4. 0Mrad、2Mrad至10Mrad、5Mrad 至20Mrad、IOMrad至30Mrad、IOMrad至40Mrad或20Mrad至SOMrad的剂量。
[0116] 在一些实施方案中，W5. 0千拉德/小时至1500. 0千拉德/小时，如10. 0千拉德 /小时至750. 0千拉德/小时或50. 0千拉德/小时至350. 0千拉德/小时的剂量速率进行 福射。
[0117] 在一些实施方案中，使用两种或更多种福射源，诸如两种或更多种电离福射。例 女口，可W任何顺序用电子束处理样品接着用Y福射和具有约IOOnm至约280nm波长的UV 光处理样品。在一些实施方案中，用H种电离福射源处理样品，诸如电子束、Y福射和高能 UV光。 阳m] 声化巧、热解巧氧化
[0119] 除了福射处理之外，可用声处理、热解和氧化中的任何一种或多种处理原料。该些 处理方法描述于2009年4月23日提交的美国专利No. 7, 932, 065中，所述专利的整个公开 内容W引用的方式并入本文。 阳120] 溶解、减小杭陈解屏瞳或巧能化的巧它方法
[0121] 可在无本文描述的任何方法的情况下单独使用本段落的任何方法，或与本文描述 的任何方法组合（W任何顺序）使用本段落的任何方法：蒸汽爆炸、化学处理（如，酸处理 (包括用无机酸（诸如硫酸、盐酸）和有机酸（诸如H氣己酸）的浓缩和稀释酸处理）和/ 或碱处理（如，用石灰或氨氧化轴处理）、UV处理、螺旋挤压处理、溶剂处理（如，用离子液 体处理））W及冷冻研磨。该些方法中的一些例如描述于2010年11月19日提交的美国专 利No. 8,063, 201和2011年5月2日提交的美国申请序列No. 13/099, 151W及2009年7 月14日提交的美国专利No. 7, 900, 857中，所述专利的整个公开内容W引用的方式并入本 文。。 。12引 产品巧糖化后加工
[0123]遮
[0124] 糖化期间或之后的加工可包括通过色谱法（如模拟移动床色谱法）、沉淀、离也、 结晶、溶剂蒸发W及其组合来分离和/或浓缩糖。另外或任选地，加工可包括将糖溶液或息 浮液中的一种或多种糖异构化。
[01巧]一些可能的加工步骤公开于2012年12月20日提交的PCT/US12/71093、PCT/ US12/71083和PCT/US12/71097中，所述专利的整个公开内容W引用的方式并入本文。
[0126] 氧化
[0127] 下游加工可包括氨化。例如，葡萄糖和木糖可分别被氨化为山梨糖醇和木糖醇。 氨化可通过使用催化剂如Pt/y-Al2〇3、Ru/C、雷尼媒（RaneyNickel)与&组合，在高压如 1化si至1200化si下来完成。 阳12引燃料由池
[0129] 在本文描述的方法产生糖溶液或息浮液时，此溶液或息浮液可随后用于燃料电 池。例如，利用源自纤维素材料或木质纤维素材料的糖的燃料电池公开于2012年12月19 日提交的PCT/US12/70624中，所述专利的整个公开内容W引用的方式并入本文。
[0130] 发鹽
[0131] 在下游加工中，可将通过糖化生产的糖发酵W生产其它产品，如醇、糖醇（诸如赤 薛糖醇）、有机酸（如乳酸、谷氨酸或巧樣酸或氨基酸）。
[0132] 例如，可使用酵母菌和发酵单胞菌狂ymomonas)属细菌来发酵。其它微生物讨论 于W下材料部分中。
[0133] 酵母的最佳抑为约抑4至抑5,而发酵单胞菌的最佳抑为约抑5至抑6。典 型的发酵时间为约24小时至96小时，其中温度在26C至4(TC的范围内，然而嗜热微生物 偏好更高的温度。
[0134] 在一些实施方案中，例如当使用厌氧生物（例如梭菌（Clostridia))时，至少一部 分发酵在缺乏氧气的情况下，如在惰性气体（诸如N2、Ar、He、C〇2或其混合物）的覆盖下进 行。另外，混合物可在部分或全部发酵过程中使惰性气体的持续吹扫流过罐。在一些情况 下，可通过发酵过程中的二氧化碳产生来实现或维持厌氧条件而不需要额外的惰性气体。
[0135] 可在发酵过程中使用喷射混合，并且在一些情况下糖化和发酵同时或依次在相同 罐中进行。
[0136] 可在糖化和/或发酵过程中添加营养物，例如描述于2011年7月15日提交的美 国申请序列No. 13/184, 138中的基于食品的营养物包，所述专利的整个公开内容W引用的 方式并入本文。
[0137] 如美国序列No. 12/374, 549和国际申请No.WO2008/011598中所描述的那样，可 利用移动发酵罐。类似地，糖化仪器可为移动的。此外，糖化和/或发酵可在运输过程中部 分或完全地进行。
[013引
[0139] 发酵之后，可使用例如"膠培"蒸觸所得到的流体W使己醇和其它醇从大部分水和 残余固体中分离。流出膠培的蒸气可为如35重量％的己醇并且可被馈送至精觸培。来自精 觸培的接近共沸的巧2. 5% )己醇和水的混合物可使用气相分子筛纯化至纯巧9. 5% )己 醇。可将膠培残渣送至H效蒸发器的第一效。精觸培回流冷凝器可为此第一效提供热量。 第一效之后，可使用离也机分离固体并且在旋转干燥器中干燥。可回收离也机流出液的一 部分（25%)来发酵并且将其余部分送至第二蒸发器效和第H蒸发器效。大多数蒸发器冷 凝物可作为相当干净的冷凝物返回工艺中，其中只分离一小部分至废水处理W防止低沸点 化合物的积累。 阳140] 中间体巧产品
[0141] 可利用本文公开的方法生产的产品的具体实例包括但不限于；氨气、糖（如，葡 萄糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖、果糖、二糖、寡糖W及多糖）、醇（如，一元醇或二元 醇，诸如己醇、正丙醇、异下醇、仲下醇、叔下醇或正下醇）、水合醇或含水醇（如，含有大于 10%、20%、30%或甚至大于40%的水）、木糖醇、生物柴油、有机酸、姪（如，甲焼、己焼、丙 焼、异下帰、戊焼、正己焼、生物柴油、生物汽油W及其混合物）、副产品（如，蛋白质，诸如纤 维素分解蛋白（酶）或单细胞蛋白质）、W及处于任何组合或相对浓度的该些物质的任何 一种的混合物，并且任选地与任何添加剂（如，燃料添加剂）的组合。其它实例包括駿酸、 駿酸的盐、駿酸与駿酸的盐的混合物W及駿酸的醋（如，甲醋、己醋W及正丙醋）、丽（如， 丙丽）、酵（如，己酵）、a、目不饱和酸（诸如丙帰酸）W及帰姪（诸如己帰）。其它醇 和醇衍生物包括丙醇、丙二醇、1，4-下二醇、1，3-丙二醇、糖醇（如，赤薛糖醇、己二醇、甘 油、山梨糖醇、苏糖醇、阿糖醇、核糖醇、甘露醇、半乳糖醇、岩藻糖醇、艾杜醇、异麦芽丽糖醇 (isomalt)、麦芽糖醇、乳糖醇、木糖醇W及其它多元醇）、任何该些醇的甲醋或己醋。其它产 品包括丙帰酸甲醋、甲基丙帰酸甲醋、乳酸、巧樣酸、甲酸、己酸、丙酸、下酸、玻巧酸、戊酸、 己酸、3-轻基丙酸、踪搁酸、硬脂酸、草酸、丙二酸、戊二酸、油酸、亚油酸、己醇酸、Y-轻基 下酸W及其混合物、任何该些酸的盐、任何酸及其对应盐的混合物、任何酸的盐W及任何酸 和对应盐的混合物。
[0142] 包括食品和药品的其它中间体和产品描述于2009年4月3日提交的美国序列 No. 12/417, 900中，所述专利的整体公开内容W引用的方式并入本文。W上产品与彼此的任 何组合和/或W上产品与其它产品（所述其它产品可通过本文描述的方法或W其它方式制 得）的任何组合可包装在一起并且作为产品出售。可将产品组合，如混合、共混或共溶解， 或可简单地包装在一起或一起出售。
[0143] 可在出售产品之前照射本文描述的任何产品或产品的组合，如在纯化或分离或甚 至在包装之后，例如消毒或灭菌产品和/或中和可存在于产品中的一种或多种潜在非目标 污染物。可在例如小于约2(Mrad，女n约0.謹rad至15化ad、约0. 5化ad至7化ad或约謹rad 至3化ad的剂量下进行此类照射。
[0144] 本文描述的方法可产生用于产生用于工厂的其它部分（热电联产）或在公开市场 上出售的蒸汽和电力的各种副产品流。例如，由燃烧副产品流产生的蒸汽可用于蒸觸过程。 作为另一个实例，由燃烧副产品流产生的电力可用来为预处理中使用的电子束发生器提供 动力。
[0145] 用来产生蒸汽和电力的副产品源自整个过程的众多来源。例如，废水的厌氧消化 可产生甲焼含量高的沼气和少量废弃生物质（污泥）。作为另一个实例，可使用糖化后和/ 或蒸觸后固体（如，从预处理和主要过程剩余的未转化的木质素、纤维素和半纤维素），如 作为燃料燃烧。
[0146] 预期来自通过描述的方法木质纤维素加工的用过的生物质具有高木质素含量并 且可为有价值的产品。例如，木质素可用作捕获为塑料，或它可合成升级为其它塑料。在一 些情况下，它可用作能源，如燃烧W提供热量。在一些情况下，它还可转化为木质素賴酸盐， 所述木质素賴酸盐可用作粘合剂、分散剂、乳化剂或作为馨合剂。
[0147] 当用作粘合剂时，木质素或木质素賴酸盐可如用于煤砖、陶瓷中W用于粘合炭黑、 用于粘合化服和除草剂，作为抑尘剂，用于胶合板和碎料板的制造，W用于粘合动物饲料， 作为纤维玻璃粘合剂，作为油租糊的粘合剂W及作为±壤稳定剂。
[0148] 作为分散剂，木质素或木质素賴酸盐可用于如混凝±混合物、粘±和陶瓷、染料和 颜料、稼革W及石膏板中。
[0149] 作为乳化剂，木质素或木质素賴酸盐可用于如渐青、颜料和染料、杀虫剂W及蜡乳 状液。
[0150] 作为馨合剂，木质素或木质素賴酸盐可用于如微营养物系统、清洗化合物W及水 处理系统，如用于锅炉和冷却系统。
[0151] 作为加热源，木质素通常具有比全纤维素（纤维素和半纤维素）高的能量含量，因 为其含有比全纤维素更多的碳。例如，与全纤维素的每磅7,OOOBTU和8,OOOBTU相比，干燥 的木质素的能量含量可为每磅约11，OOOBTU至12, 500BTU。因此，可使木质素致密化并且转 化成用于燃烧的煤砖和小球。例如，木质素可通过本文描述的任何方法转化成小球。针对 较慢燃烧的小球或煤砖，可交联木质素，诸如施加约0. 5化ad至5化ad的福射剂量。交联可 成为较慢燃烧形式因素。形式因素（诸如小球或煤砖）可通过在不存在空气情况下，如在 40(TC与95(TC之间下热解转化为"合成煤"或木炭。在热解之前，可需要交联木质素W维持 结构完整性。
[0152] 原料材料 。巧引牛物质原料
[0154] 原料优选地为木质纤维素材料，虽然本文描述的方法也可使用纤维素材料（如 纸、纸制品、纸浆、棉花W及任何该些的混合物）W及其它类型的生物质。本文描述的方法 特别有用于木质纤维素材料，因为该些方法在减小木质纤维素材料的抗降解屏障并且允许 此类材料W经济上可行的方式加工成产品和中间体方面特别有效。
[0155] 在一些情况下，木质纤维素材料可包括例如木材、草（如柳枝稷）、谷物残渣（如， 稻壳）、甘藏渣、黄麻、大麻、亚麻、竹子、剑麻、蕉麻、稻草、玉米芯、玉米枯、挪子毛、藻类、海 草、麦杆W及任何该些的混合物。
[0156] 在一些情况下，木质纤维素材料包括玉米芯。磨碎或键磨的玉米芯可铺展在相对 均匀厚度的层中用于照射，并且在照射之后易于分散在介质中W用于进一步加工。为了促 进收获和收集，在一些情况下，使用整个玉米植物，包括玉米枯杆、玉米粒，并且在一些情况 下甚至包括植物的根系统。
[0157] 有利地，在玉米芯或含有大量玉米芯的原料的发酵过程中不需要另外的营养物 (除了氮源，如尿素或氨之外）。
[0158] 玉米芯在粉碎之前和之后也更易于输送和分散，并且与诸如干草和草的其它原料 相比，具有较小的在空气中形成爆炸混合物的倾向。
[0159] 纤维素材料或木质纤维素材料的其它来源来自遗传改性的植物，描述于2012年2 月14日提交的美国申请No. 13/396, 369中，所述专利的完整公开内容W引用的方式并入本 文。
[0160] 其它生物质原料包括淀粉材料或糖材料W及微生物材料。
[0161] 淀粉材料或糖材料包括淀粉本身（如玉米淀粉、小麦淀粉、马铃墓淀粉或大米淀 粉）、淀粉衍生物或包含淀粉或糖的材料（诸如可食用的食品或农作物）。例如，淀粉材料 或糖材料可为秘鲁胡萝K养麦、香蕉、大麦、木墓、葛藤、圆齿酢酱草的块茎（oca)、西米、高 梁、普通家常马铃墓、甜墓、芋头、山药、玉米粒或一种或多种豆类，诸如蚕豆、扁豆或魏豆。 任何两种或更多种淀粉材料或糖材料的共混物也为淀粉/糖材料。
[0162] 微生物来源包括但不限于含有或能够提供碳水化合物（如，纤维素）源的任何 天然存在或遗传修饰的微生物或生物，例如原生生物，如动物原生生物（如，原生动物诸 如鞭毛虫、变形虫、纤毛虫和抱子虫）和植物原生生物（如，藻类如甲藻类（alveolate)、 绿蜘藻（chlorarachnio地yte)、隐藻、裸藻、灰藻、定鞭藻化apto地yte)、红藻、原生藻菌 (Stramenopile)和绿色植界（Viridaeplantae))。其它实例包括海草、浮游生物（如，大型 浮游生物、中型浮游生物、小型浮游生物、微型浮游生物、超微型浮游生物W及超微微型浮 游生物（femptoplankton))、浮游植物、细菌（如，革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌W及极 端微生物）、酵母和/或该些的混合物。在一些情况下，微生物生物质可从天然来源获得，女口 海洋、湖泊、水体（如，咸水或淡水）或在陆地上。或者或另外，微生物生物质可从培养系统 获得，如大规模干燥和湿润培养系统。
[0163] 本文描述的任何生物质材料的共混物可用于制备本文描述的任何中间体或产品。 例如，纤维素材料和淀粉材料的共混物可用于制备本文描述的任何产品。 阳164]糖化剂
[0165] 适合的纤维素分解酶包括来自W下的纤维素酶；芽抱杆菌属炬acillus)、假单胞 菌属（Pseudomonas)、腐质酶属（Humicola)、镶刀菌属（F'usarium)、梭抱壳属（Thielavia)、 枝顶抱属（Acremonium)、金抱子菌属（Qiirsosporium)W及木霉属（Trichoderma),并且 包括腐质酶属、鬼伞属（Coprinus)、梭抱壳属、镶刀菌属、毁丝霉属（Myceliophthora)、枝 顶抱属、头抱霉属（Cephalosporium)、柱顶抱属（Scytalidium)、青霉属（Penicillium)或 曲霉属（Aspergillus)的某些种（参见，如EP458162)，尤其是通过选自W下各种的菌株 产生的那些；特异腐质霉（Humicolainsolens)(重新分类为嗜热柱顶抱（Scytalidium thermo地ilum)，参见如美国专利No. 4, 435, 307)、灰盖鬼伞（Coprinuscinereus)、尖抱镶 刀菌（F'usarium(Mysporum)、嗜热毁丝霉（Myceliophthorathermophila)、大型亚灰树花 菌（Meripilusgiganteus)、±生梭抱霉（Thielaviaterrestris)、枝顶抱属一种、桃色 枝顶抱（Acremoniumpersicinum)、枝顶头抱霉（Acremoniumacremonium)、Acremonium brachypenium、Acremoniumdichromosporum、赫红枝顶抱霉（Acremoniumobclavatum)、 Acremoniumpinkertoniae、粉灰顶抱霉(Acremoniumroseogriseum)、Acremonium incoloratumW及分枝枝顶抱（Acremoniumfuratum);优选地来自W下种类：特异腐质 霉DSM1800、尖抱镶刀菌DSM2672、嗜热毁丝霉CBS117. 65、头抱霉属某种RYM-202、枝 顶抱属某种CBS478. 94、枝顶抱属某种CBS265. 95、桃色枝顶抱CBS169. 65、枝顶头抱霉 AHU9519、头抱霉属某种CBS535. 71、AcremoniumbrachypeniumCBS866. 73、Acremonium die虹omosporumCBS683. 73、赫红枝顶抱霉CBS311. 74、AcremoniumpinkertoniaeCBS 157. 70、粉灰顶抱霉CBS134. 56、AcremoniumincoloratumCBS146. 62W及分枝枝顶 抱CBS299. 70H。纤维素分解酶还可从金抱子菌属K虹ysosporium)，优选卢地金抱子菌 属（化rysosporiumIucknowense)的菌株获得。另外，可使用木霉菌（特别是绿色木霉菌 (Trichodermaviride)、里氏木霉菌（Trichodermareesei)和康宁木霉菌（Trichoderma koningii))、嗜碱芽抱杆菌（a化alophilicBacillus)(参见，例如美国专利No. 3, 844, 890 和EP458162)和链霉菌（参见，如EP458162)。 阳16引发酵剂
[0167] 在发酵中使用的微生物可为天然微生物和/或工程化的微生物。例如，微生物可 为细菌（如，纤维素分解细菌）、真菌（如，酵母）、植物或原生生物（如，藻类）、原生动物或 真菌样原生生物（如，黏菌）。当生物相容时，可利用生物的混合物。
[0168]适合的发酵微生物具有将碳水化合物（诸如葡萄糖、果糖、木糖、阿拉伯糖、甘露 糖、半乳糖、寡糖或多糖）转化成发酵产品的能力。发酵微生物包括W下菌株：酵母菌属 各种，如酿酒酵母菌（Sacc虹omycescerevisiae,面包酵母）、糖化酵母（Saccharomyces distati州S)、葡萄汁酵母（Saccharomycesuvarum);克鲁维酵母菌属化Iuyveromyces), 如马克思克鲁维酵母化Iuyveromycesmarxianus)、脆壁克鲁维酵母化1uyveromyces fragilis);假丝酵母属（Candida),如伪热带假丝酵母（Candidapseudotropicalis) W及甘蓝假丝酵母（Candidabrassicae)、树干毕赤酵母巧ichiastipitis)(休哈 塔假丝酵母（Can化dashehatae)的相关物；棍抱酵母属（Clavispora),如葡萄牙棒 抱酵母（ClavisporaIusitaniae)和仙人掌棒抱酵母（Clavisporaopuntiae);管 囊酵母属巧achysolen)，如嗜革柔管囊酵母巧achysolentannophilus);酒香酵母属 (Bretannomyces)，如克劳森酒香酵母化retannomycesclausenii) (J^hilippidis,G. P.，1996,Cellulosebioconversiontechnology，于HandbookonBioethanol:Prod uctionandUtilization,Wyman,C.E.编李茸，Taylor&Francis,Washington,DC, 179-212)。 其它适合的微生物包括例如运动发酵单胞菌（Zymomonasmobilis)、热纤梭菌 (ClostridiumthermocellumHPhilippidis, 1996，同上）、糖了基丙丽梭菌（Clostridium saccharobutylacetonicum)、糖下酸梭菌（Clostridiumsaccharobut^dicum)、紫色 梭菌（ClostridiumPuniceum)、拜氏梭菌（Clostridiumbeijernckii)、丙丽了醇 梭菌（Clostridiumacetobut^dicum)、化梗抱酵母（Moniliellapollinis)、解脂耶 氏酵母灯arrowialipoidica)、短梗霉属某种（Aureobasidiumsp. )、S型抱菌 某种（Trichosporonoidessp.)、变异兰角酵母（Trigonopsisvariabilis)、毛抱 子菌属某种（Trichosporonsp.)、化梗抱酵母属某种（Moniliellaacetoabutans sp.)、变异棱瑚菌（Typhulavariabilis)、木兰假丝酵母（Candidamagnolia)、黑 粉菌纲某种（Ustilaginomycetessp.)、Pseudozymatsukubaensis、接合酵母属 (Zygosaccharomyces)的酵母种、德己利酵母属Oebaryomyces)的酵母种、汉逊酵母属 (Hansenula)的酵母种和毕赤酵母属巧ichia)的酵母种，W及暗化梗抱形属圆酵母属 (Torula)的真菌。
[0169] 可商购获得的酵母包括例如RedStar⑩/LesaffreE化anolRed(从RedStar/ Lesaffre，USA购得）、FALI骇（从Fleischmann，sYeast，化urnsPhilipFoodInc?，USA 的一个分公司）购得）、SU化民STARTM从Alltech(现在是Lalemand)购得）、 GERTSTRAND^ (从GertStrandAB，Sweden购得）和FERMOL? (从DSMSpecialties 购得）。
[0170] 葡葡髓异构離
[0171] 葡萄糖异构酶（又称为木糖异构酶和D-木糖丽醇异构酶）属于醒糖和丽糖相互 转化的异构酶家族。一些实例为异构酶巧C5. 3. 19)、巧C5. 3. 16)和EC5. 3. 1. 5。
[0172] 所使用的葡萄糖异构酶可从许多细菌中分离，所述细菌包括但不限于： Actinomycesolivocinereus、Actinomycesphaeochromogene、密苏里游动方文线 菌（Actinoplanesmissouriensis)、产气杆菌（Aerobacteraerogenes)、阴沟气杆 菌（Aerobactercloacae)、果聚糖气杆菌（AerobacterIevanicum)、节杆菌属某些 种（Arthrobacterspp.)、嗜热脂肪芽抱杆菌化acillusstearothermophilus)、巨型 芽抱杆菌化aciIlusmegabacterium)、凝结芽抱杆菌化aciIluscoagulans)、双歧 杆菌属某些种化ifidobacteriumspp.)、未完短杆菌（BreviLbacteriumince:rtum)、 BreviLbacteriumpentosoaminoacidicum、钦氏菌属某些种（Qiainiaspp.)、棒状杆 菌属某些种（Corynebacteriumspp.)、Co:rtobacteriumhelvolum、弗罗因德埃希氏杆 菌巧scherichiafreundii)、中间型埃希氏杆菌巧scherichiaintermedia)、大肠埃 希氏杆菌巧scherichiacoli)、树状黄杆菌（Jlavobacteriumarborescens)、贪食 黄杆菌（Jlavobacteriumdevorans)、短乳杆菌（XactobacilIusbrevis)、布氏乳杆 菌（Xactobacillusbuchneri)、发酵乳杆菌（XactobaciIlusfermenti)、甘露醇乳杆 菌（Xactobacillusmannitopoeus)、盖氏乳杆菌（Xactobacillusgayonii)、植物乳杆 菌（Xactobacillusplantarum)、蕃茄乳杆菌（XactobacillusIycopersici)、戊糖乳杆 菌（XactobacilluspentOSUS)、肠膜明串珠菌（Xeuconostocmesenteroides)、玫瑰小双 抱菌（Microbisporarosea)、黄色链霉菌（Microellobosporiaflavea)、天蓝色小单抱 菌（Micromonosporacoerula)、分支杆菌属某些种（Mycobacteriumspp.)、星形诺卡氏 菌（Nocardiaasteroids)、珊瑚诺卡氏菌（NocardiaCOrallia)、德松威利氏诺卡氏菌 (Nocardiadassonvillei)、类产气副大肠杆菌巧aracolobacteriumaerogenoide)、假诺 卡氏菌属某些种巧seudonocardiaspp.)、嗜水假单胞菌巧seudomonashydrophila)、八 叠球菌属某些种（Sarcinaspp.)、Staphylococcusbiibila、黄绿色葡萄球菌（Staphylo coccusfIavovire打S)、Staphylococcusechi打atus、不产色链球菌(Streptococcus achromogenes)、日音产色链球菌（Streptococcusphaeochromogenes)、弗氏链球菌 (Streptococcusfracliae)、玫瑰产色链球菌（Streptococcusroseochromogenes)、橄 揽色链球菌（Str邱tococcusolivaceus)、加州链球菌（Str邱tococcuscalifornicos)、 Streptococcusvenuceus、弗吉尼亚链球菌（Streptococcusvirginial)、橄揽产色链霉 菌（Streptomycesolivochromogene)、委内瑞拉链球菌（Streptococcusvenezaelie)、 威德摩尔链球菌（Str邱tococcuswedmorensis)、浅灰链球菌（Str邱tococcusgriseolu S)、Streptococcusglaucescens、比基尼链球菌(Streptococcusbikiniensis)、 赤褐色链球菌(Streptococcusrubi咨inosus)、Streptococcus过chi打过tus、肉本圭地 链球菌（Streptococcuscinnamonensis)、弗氏链球菌(Streptococcusfradiae)、 白色链球菌（Str邱tococcusa化us)、灰色链球菌（Str邱tococCUSgriseus)、 Streptococcushivens、Streptococcusmatensis、鼠灰色链球菌(Streptococcus muri打us)、雪白链球菌(Streptococcus打ive打s)、Streptococcusplate打sis、白色链 抱子囊菌（Streptosporan咨iumalbum)、Streptosporan咨iumoul咨are、热多抱菌属某 些种（Thermopolysporaspp.)、栖热菌属某些种（Thermusspp.)、黄单胞菌属某些种 (Xan化omonasspp.)W及运动发酵单抱菌（Zymononasmobilis)。
[0173] 葡萄糖异构酶可在溶液中游离地使用或固定在载体上。可固定全细胞或不含细胞 的酶。载体结构可为任何不溶性材料。载体结构可为阳离子材料、阴离子材料或中性材料， 例如二乙氨基乙基纤维素、金属氧化物、金属氯化物、金属碳酸盐W及聚苯乙婦。固定可通 过任何适合的手段来实现。例如，固定可通过使载体与全细胞或酶在溶剂（诸如水）中接 触然后去除溶剂来实现。溶剂可通过任何适合的手段（例如过滤或蒸发或喷雾干燥）来去 除。作为另一个实例，喷雾干燥具有载体的全细胞或酶可为有效的。葡萄糖异构酶也可存 在于活细胞中，所述活细胞在工艺过程中产生酶。
[0174] 双軍髓化的连施例
[0175] 进行两个实验，实验A和实验B。每个实验均包括两次糖化，第一糖化和第二糖化 (再糖化来自第一糖化的生物质）。第一糖化的一些关键条件和结果在表1中示出。
[0176]
【权利要求】
1. 一种方法，其包括： 从液体介质中分离固体糖化的生物质，和 糖化所述固体糖化的生物质。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述液体介质包含酶和糖。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其中所述固体糖化的生物质被所述液体介质湿润。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述固体糖化的生物质和液体介质通 过在液体中糖化固体生物质来产生。
5. 如权利要求4所述的方法，其中所述生物质已通过选自照射、声处理、氧化、热解、蒸 汽爆炸以及其组合的方法来处理。
6. 如权利要求4所述的方法，其中所述生物质已通过照射来处理。
7. 如权利要求6所述的方法，其中所述生物质接收约lOMrad与200Mrad之间的总剂 量。
8. 如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述固体糖化的生物质和液体介质通 过选自离心机、过滤装置、沉降罐、多孔材料、网状物、滤网、振动筛、多孔板或圆筒、筛分装 置以及这些的组合的分离器来分离。
9. 如权利要求4至8中任一项所述的方法，其中从所述固体生物质中糖化至少70%的 一种或多种可用糖。
10. 如权利要求4至9中任一项所述的方法，其中从所述固体生物质中糖化至少95% 的一种或多种可用糖。
11. 如权利要求4至10中任一项所述的方法，其中所述生物质为纤维素生物质或木质 纤维素生物质。
12. 如权利要求11所述的方法，其中所述生物质选自纸、纸制品、纸废物、木材、碎料 板、锯屑、农业废物、污物、青贮饲料、草、稻草、麦杆、稻壳、甘蔗渣、棉花、黄麻、大麻、亚麻、 竹子、剑麻、蕉麻、稻草、玉米芯、玉米秸、苜宿、干草、椰子毛、海草、藻类及其混合物。
13. 如权利要求4至12中任一项所述的方法，其中使用至少一种喷射混合器来完成糖 化。
14. 一种方法，其包括： 在液体中糖化固体生物质； 从所述液体中分离固体糖化的生物质； 从所述分离的糖化生物质中去除所述液体，和 将液体和糖化剂添加至分离的糖化生物质。
15. 如权利要求14所述的方法，其中完成糖化所述生物质材料同时使用混合器将所述 固体生物质材料混合在液体中。
16. 如权利要求15所述的方法，其中使用至少一种喷射混合器完成混合。
17. 如权利要求15或16所述的方法，其中在关掉所述混合器之后完成分离。
18. 如权利要求15至17中任一项所述的方法，其中通过使得所述固体糖化的生物质沉 降和从所述固体倾析所述液体来完成分离。
19. 如权利要求14至17中任一项所述的方法，其中通过使用连续离心机来完成分离。
20. -种加工纤维素材料的方法，所述方法包括：在第一糖化罐和第二糖化罐中糖化 生物质材料，所述第一糖化罐与所述第二糖化罐流体连通并且所述第二糖化罐的内容物具 有比所述第一糖化罐的内容物高的糖浓度。
21. 如权利要求20所述的方法，其中所述第一糖化罐与所述第二糖化罐处于连续流体 连通。
22. 如权利要求20或21所述的方法，其进一步包括在糖化过程中将酶诸如将生物质消 化成糖的酶添加至所述第一糖化罐。
23. 如权利要求20至22中任一项所述的方法，其中在糖化过程中将所述生物质添加至 所述第二罐。
24. 如权利要求20至23中任一项所述的方法，其中通过所述第一糖化罐与所述第二糖 化罐之间的流体流动路径来提供所述流体连通。
25. 如权利要求24所述的方法，其中沿着所述流体流动路径放置第一分离器。
26. 如权利要求25所述的方法，其中沿着所述流体流动路径放置第二分离器。
27. 如权利要求25所述的方法，其中在所述第一分离器上收集具有比所述生物质材料 低的碳水化合物水平的用过的生物质如用于能量产生，而剩下的第一上清液糖溶液流过所 述分离器进入所述第二罐中。
28. 如权利要求26所述的方法，其中在第二上清液糖溶液穿过所述第二分离器之后将 其收集，并且将通过所述第二分离器过滤掉的生物质添加至所述第一糖化罐。
29. 如权利要求20至28中任一项所述的方法，其中所述第一糖化罐中的糖浓度小于约 50g/L并且所述第二糖化罐中的糖浓度大于约50g/L。
30. 如权利要求20至29中任一项所述的方法，其中所述第一糖化罐和第二糖化罐中的 温度大于约45°C。
31. 如权利要求20至30中任一项所述的方法，其进一步包括机械处理所述生物质材 料。
32. 如权利要求20至31中任一项所述的方法，其中所述生物质材料包括纤维素材料或 木质纤维素材料。
33. 如权利要求32所述的方法，其中所述材料选自纸、纸制品、纸废物、木材、碎料板、 锯屑、农业废物、污物、青贮饲料、草、稻草、麦杆、稻壳、甘蔗渣、棉花、黄麻、大麻、亚麻、竹 子、剑麻、蕉麻、稻草、玉米芯、玉米秸、苜宿、干草、椰子毛、海草、藻类及其混合物。
34. 如权利要求32所述的方法，其进一步包括通过选自辐射、声处理、热解、氧化、蒸汽 爆炸以及其组合的方法处理所述纤维素材料或木质纤维素材料以相对于所述天然材料的 抗降解屏障减小其抗降解屏障。
35. 如权利要求34所述的方法，其中通过电子束照射来处理所述材料。
36. 如权利要求35所述的方法，其中所述照射的总剂量为约lOMrad至200Mrad。
37. 如权利要求20至36中任一项所述的方法，其中所述第一罐和第二罐含有包括葡萄 糖和木糖的糖。
38. 如权利要求20至36中任一项所述的方法，其中所述第一罐和第二罐含有糖并且还 包括将所述糖转化为产品。
39. 如权利要求38所述的方法，其中转化包括使用生物、酶或催化剂。
40. -种加工纤维素材料的方法，所述方法包括： 将酶和液体添加至第一糖化罐，并且将生物质材料添加至第二糖化罐，其中， 所述第一糖化罐与所述第二糖化罐流体连通，并且 所述第二糖化罐的内容物具有比所述第一糖化罐的内容物高的糖浓度。
41. 一种用于糖化生物质的系统，所述系统包括： 与包含第二糖化的生物质的第二糖化罐流体连通的包含第一糖化的生物质的第一糖 化罐，其中所述第一糖化的生物质具有比所述第二糖化的生物质低的糖浓度。
42. 如权利要求41所述的系统，其中所述第一糖化罐与所述第二糖化罐处于恒定流体 连通。
43. 如权利要求41或42所述的系统，其进一步包括沿着流体流动路径放置于所述第一 糖化罐与第二糖化罐之间的第一分离器，所述流体流动路径提供所述第一罐与第二罐之间 的流体连通；以及沿着所述流体流动路径放置于所述第一糖化罐与第二糖化罐之间的第二 分离器。
44. 如权利要求41至43中任一项所述的系统，其中所述分离器选自网状物、筛网、振动 筛、滤网、离心机、过滤器、沉降罐及其组合。
45. -种用于糖化生物质的系统，所述系统包括： 第一糖化罐和第二糖化罐； 第一流体流动路径，其提供从所述第一罐至所述第二罐的第一流体连通；以及置于所 述第一流体流动路径中的第一分离器，其用于从所述第一罐与第二罐之间的流体连通中去 除加工的生物质， 第二流体流动路径，其提供从所述第二罐至所述第一罐的第二流体连通；以及置于所 述第二流体流动路径中的第二分离器，其用于从所述第一罐与第二罐之间的流体连通中去 除糖化的上清液， 第一递送装置，其被配置成以与所述第二分离器去除糖化的上清液速率大约相同的速 率将液体原料添加至所述第一罐， 第二递送装置，其被配置成以与所述第一分离器去除所述加工的生物质的速率大约相 同的速率将生物质原料添加至所述第二罐。
46. 如权利要求45所述的系统，其中所述第一流体流动路径和第二流体流动路径提供 所述第一糖化罐与第二糖化罐之间的恒定流量流体。
47. 如权利要求45或47所述的系统，其中所述第一分离器和第二分离器独立地选自网 状物、筛网、振动筛、滤网、离心机、过滤器、沉降罐及其组合。
【文档编号】C12P19/14GK104379769SQ201380033443
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年7月1日 优先权日:2012年7月2日
【发明者】M·梅多夫, T·C·马斯特曼, R·拉维妮, J·K·黄, K·克里西 申请人:希乐克公司