[发明专利]制造优化的液化木质纤维素底物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及由木质纤维素生物质制造液化木质纤维素底物的方法。所述液化木质纤维素底物可随即用于各种后继步骤如用于制造醇类的发酵步骤，或用于制造化学用中间体。

背景技术

开发升级木质纤维素生物质的经济可行的方法目前是“热门话题”。化石资源的日益匮乏和与食品供应竞争致使人们探索新的途径生产生物燃料和化学中间体。

自1970年代起，在将成分多糖水解为糖之后转化木质纤维素生物质成为许多研究的主题。

木质纤维素生物质可以表征为由三种主要聚合物构成的复杂结构——纤维素、半纤维素和木质素，其比例随木质纤维素生物质的种类而改变。典型但非限制性的组成如下：纤维素的量为35重量%至50重量%，半纤维素（其是基本上由戊糖和己糖构成的多糖）的量为20重量%至30重量%，木质素的量为15重量%至25重量%。生物质的降解证实是困难的，因为植物壁（纤维素和半纤维素）的多糖与木质素密切相关，这赋予该壁刚性。

在这三种聚合物中，纤维素是糖的主要来源，因为其由葡萄糖构成；后者易于升级。

传统上，通过生物化学途径升级生物质的方法包括多个步骤。第一步骤是收集木质纤维素生物质并将其转移到生物质转化中心。第二步骤是生物质的预处理或预水解，这使得该纤维素能够与酶接触，并由此能够制造预处理过的木质纤维素底物。第三步骤，酶法水解，指的是，由于使用由微生物所产生并被称为酶鸡尾酒的纤维素的与半纤维素的酶溶液，纤维素转化为葡萄糖。随后可以在发酵的第四步骤过程中，通常通过该酿酒酵母（saccharomyces cerevisiae）将该葡萄糖升级为例如乙醇，或通过使用酵母丙酮丁醇梭菌（clostridium acetobutylcum）的发酵升级为丙酮、丁醇、乙醇（ABE）混合物。第五步骤，蒸馏，指的是可以浓缩获得的分子。

在预处理步骤结束时获得的所述预处理过的木质纤维素底物是基本上由纤维素和固体木质素组成的固体残余物。

在本文剩余部分通篇中，预处理过的木质纤维素底物的浓度表示为干物质的重量百分比。以重量百分比表示的干物质含量是在105℃下干燥24小时后获得的样品的质量对样品初始质量的比。

在酶法水解步骤中，所述预处理过的木质纤维素底物必须与含有纤维素的和半纤维素的酶的液体溶液混合。目的是获得高浓度的糖，因此该酶法水解步骤必须在高浓度的预处理过的木质纤维素底物（即高干物质含量）下进行。与所述含有纤维素的和半纤维素的酶的液体溶液的紧密混合由此证明是困难的。

因此，该酶法水解步骤可以采用通过添加水以均化反应介质而稀释的预处理过的木质纤维素底物来进行。用水稀释所述木质纤维素底物的缺点在于也稀释了在酶法水解步骤结束时获得的糖和糖的低聚物。为了克服该稀释问题并能够具有有利和可行的糖浓度，可以设想特定的实施方法：以下文中定义的“分批加料”模式进料所述木质纤维素底物，指的是可以制备充分稀释以便能引发该酶法水解反应并提供良好混合的反应器启动液体。随着反应的进行，混合物变得越来越偏向液体，有可能加入新鲜的底物以提高其浓度。通过以这种方式运行，有可能获得高的底物浓度，其有利地为干物质重量的20重量%至30重量%。

用高干物质含量开始水解带来混合和均化问题。反应介质非常糊态（pateux）和粘稠，这需要比水解结束时（反应混合物已经变得更偏向液体时）所需复杂得多的特定搅拌。为此，似乎适当的是将该水解分为两个步骤：

·液化，对应于水解的开始，在此期间，反应介质是粘性的，并需要复杂的搅拌系统和高搅拌能力。相反，停留时间很短，这意味着提供此类搅拌的体积有限；

·下一步骤在其中水解以传统方式持续的情况下对应于糖化，或在其中引入酵母以发酵糖类并同时进行水解的情况下对应于SSF（同时糖化和发酵）。该步骤需要较为简单的搅拌、较少的能量，但是需要较长的停留时间，由此需要大的体积。

发明内容

申请人的研究更特别集中于液化步骤以监控其进展和优化其控制。

因此，本发明提出监控反应介质的流变学特性的测量以优化该液化，同时调节木质纤维素底物的加入、酶或稀释。

本发明的方法的一个目的由此是提供一种通过酶促反应以获得液化木质纤维素底物的方法，所述液化木质纤维素底物具有与其向位于下游的步骤的转移并与其在下一反应中的搅拌相容的流变性质。