[发明专利]利用亚临界水从烟草生物质中水解碳水化合物的绿色工艺

说明书

从一烟草生物质中回收糖和尼古丁的工艺包括将烟草植物的生物质和亚临界水供给到一反应器（20）中，在150‑350°C温度之间利用亚临界水水解烟草植物的生物质以及从反应器中回收第一液体产品以及第一固体产品，其特征在于所述液体产品中包含水溶性糖类和尼古丁。

技术领域

本文的实施例通常涉及亚临界水水解的方法来增强烟草品种以用于生物乙醇，生物基产品中的糖和油以及液体燃料的经济生产。

背景技术

谷物生产乙醇的工艺是一项成熟的技术以及水解淀粉所需的酶（a-淀粉酶和糖化酶）在市场上是可得到的。当使用木质纤维原料（柳枝，松木）时，乙醇的生产变得非常困难，糖是锁在一个非常复杂的结构中，因此需要昂贵的酶来解锁糖。在研究群体中，这被称为“顽固”，于是限制了目前酿酒商在从可用的纤维素原料能量含量中只有40%的转换率到乙醇。如果单糖容易得到，相比之下，发酵工艺中单糖中可转换约90%的能量到乙醇。

发明内容

大部分技术的一些障碍在于从木质纤维素生物质到生物乙醇的大规模商业化，需要在以下几个领域的重要技术突破：

原料开发：当前的原料费用假设为70-80$/公吨。然而，成本很可能受地域影响。重要的是要精确估算原料成本，这可能会限制工厂位置在某些特定的区域。

木质素利用：木质素是一种复杂的芳香族聚合物和在处理木质纤维素材料得到生物乙醇时提供了相当大的挑战。用于工艺用热和能量制造的木质素的燃烧过程是在整个转换工艺中降低热力效率（约35%）的主要原因之一，木质素（生物产品）的更好或高的利用值可提高整个工艺的效率。

酶的成本：发酵5和6碳糖的廉价酶的开发首先必需要降低木质纤维素原料生产乙醇的成本。根据最近的一项研究，如果在生物质的糖可以在最大理论产量转换，由玉米秸秆转化制成的酶到乙醇的成本是0.68美元/gal，如果基于糖化和发酵产量则是1.47美元/gal。

考虑到上述挑战，本文公开了一种利用烟草作为生物燃料的生物质平台的工艺。公开了新型原料的选择性结合水性绿色工艺技术以从自然生长或转基因烟草和烟秆中生产可发酵糖和烟草油。所推荐的系统性方法可解决原料开发，木质素利用率，以及酶成本的挑战。

在这里的实施例披露了使用一种独特的环保型亚临界水水解工艺并利用天然或新型增强烟草植物品种来生产可发酵糖以及油/脂肪的方法。烟草是有针对性的生物质平台，因为它是一种行之有效的非食品工业作物，在美国和其他120多个国家有悠久的400年的种植传统。因为农民们通常对没有农业市场历史的农作物的生产产生警惕，这是很关键的。烟草也有一个基因修饰的已被大家接受的历史，每公顷可以产生非常高的生物质。

本文提供了从烟草生物质中回收糖的工艺。一种工艺包括将一烟草原料和低温亚临界水送至反应器中；利用低温亚临界水水解烟草原料；从反应器中回收第一液体产品以及第一固体产品；利用高温亚临界水再循环第一固体产品到反应器；利用高温亚临界水进一步水解固体产品；以及从反应器中回收第二液体产品和第二固体态产品，其特征在于所述第一液体产品和第二液体产品包含糖。

从烟草生物质中回收糖和尼古丁的方法，包括将烟草植物的生物质和亚临界水供给到一反应器中，在150-350°C之间利用亚临界水水解烟草植物的生物质以及从反应器中回收第一液体产品以及第一固体产品，其特征在于所述液体产品中包含水溶性糖类和尼古丁。

附图说明

参照下面的详细描述和附图，本发明的各种特点、优点和其他用途，将变得更加明显：

图1示意出了一个有代表性的烟草茎中存在的碳水化合物组成的图；

图2示意出了由离子色谱分析（戴安ICS-5000模型）的一个典型的烟草生物质的酸水解样品中糖的比例分布（结构糖）的图表；

图3为本发明公开的一种用于烟草生物质的亚临界水水解工艺的示意图；