[发明专利]由木质纤维素材料生产水溶性糖的预处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过使用甲酸和过甲酸处理由木质纤维素材料生产水解性纤维素的预处理方法，并且进而涉及由如此获得的纤维素制造糖。过酸处理将得到适于水解的纤维素，之后通过酶促水解或其他方法即可由其制造如葡萄糖等糖。由此获得的糖产品适于制造生物乙醇和其他工业化学品。根据本发明的水解性纤维素不仅适于进一步加工成糖，还适于进一步加工成其他产品，例如加工成各种纤维素衍生物。

背景技术

公报US 2010/0240112A1(Juha Anttila等)公开了使用有机酸(甲酸和/或乙酸)对含有木质纤维素的生物质的处理，该处理给出了具有改善的水解性的碳水化合物级分，之后该碳水化合物级分进行酶促水解以产生如葡萄糖等糖。所述酸处理通常在60℃～220℃，优选100℃～180℃，例如130℃～170℃的温度进行。该方法可以在酸法蒸煮之后另外包含一个进一步处理步骤，其中反应混合物在例如100℃～180℃的温度加热(保持时间例如为10分钟～24小时)。

公报US 2010/0285553A1(Michel Delmas,Compagnie Industrielle de la Matiere Vegetale CIMV)公开了一种通过在95℃～110℃的温度使用甲酸蒸煮来预处理木质纤维素植物原料的方法。由此获得可被水解和发酵以产生生物乙醇的一种或多种产物。

然而，观察到根据现有技术仅使用甲酸或者甲酸和乙酸的混合物不能对浆提供足够良好的水解性。

使用过乙酸作为在对生物质(甘蔗渣)进行酶促水解之前的预处理方法公开于以下出版物中：Zhao等的Effect of several factors on peracetic acid pretreatment of sugarcane bagasse for enzymatic hydrolysis,Journal of Chemical Technology and Biotechnology，82(2007)1115-1121。该出版物中陈述了过乙酸处理可以通过除去半纤维素和木质素而有效地改善甘蔗渣的酶促水解性。

然而，已知的过酸法中所使用的过乙酸和过氧化氢的剂量和用量很高，导致很高的过酸/过氧化氢成本。

残余的木质素对于通过蒸汽爆破预处理过的软木纤维素的水解性的影响也在以下出版物中得到了研究：Pan,X.等的Strategies to Enhance the Enzymatic Hydrolysis of Pretreated Softwood with High Residual Lignin Content,Applied Biochemistry and Biotechnology 121-124(2005),1069-1079。其注意到残余的木质素通过以下两种不同的机理影响纤维素的酶促水解：通过形成针对“纤维素酶攻击”的物理屏障，或者通过结合纤维素酶由此妨碍其活性。

现有技术中尚未公开或暗示使用过甲酸来改善纤维素的水解性。过甲酸的使用仅在制造化学浆中是已知的。

WO公报97/26403(Esa Rousu Consulting Oy)描述了一种制造纤维素的方法，所述纤维素意在用于通过两步甲酸蒸煮由非木材料来造纸(或纤维胶)，其中第二步使用过氧化氢作为添加剂。第一步在超过100℃的温度，优选在105℃～125℃的温度进行，第二步在70℃～90℃的温度进行。

WO公报98/20198(Chempolis Oy)描述了一种制造化学浆的方法，所述化学浆意在用于通过使用过甲酸洗涤浆由一步甲酸蒸煮来造纸。过甲酸通过向甲酸添加过氧化氢或臭氧而原地制造或者在即将使用之前制造。以纤维素原料计，待添加的过氧化氢的量为0.01%～1.5%。过甲酸洗涤在浆的稠度为10%～50%，优选20%～35%时进行。甲酸蒸煮在超过85℃的温度，最优选在110℃～125℃的温度进行。过甲酸处理在50℃～90℃的温度，优选在60℃～80℃的温度进行。将过甲酸处理的持续时间描述为在典型的洗涤步骤中浆的滞留时间。根据实施例1，过甲酸处理的持续时间为7分钟。

US专利6866749B2(Michel Delmas,Compagnie Industrielle de la Matiere Vegetale)描述了过乙酸和过甲酸的混合物在漂白化学纸浆的应用。

发明内容