由木质纤维素生物质生产乙醇和溶剂的方法，其中再循环获自戊糖发酵的乙醇汁液的制作方法
【专利摘要】本发明描述了一种由纤维素或木质纤维素生物质来生产醇和/或溶剂的方法，其包括至少以下步骤：a)热化学预处理纤维素或木质纤维素基材的步骤；b)任选地，清洗预处理的基材和调节pH的步骤；c)酶水解该预处理的基材的步骤；d)将获自步骤(c)的水解产物中所含的己糖通过己糖发酵微生物来乙醇发酵成乙醇和获得来自己糖的乙醇汁液的步骤；e)提取步骤；和f)将获自前述步骤之一的流中的至少一种中所含的戊糖用戊糖-发酵微生物来乙醇发酵和获得来自戊糖的乙醇汁液的步骤；其中所述来自戊糖的乙醇汁液中的至少一部分被再循环到酶水解和/或乙醇发酵步骤中的至少一个的上游。
【专利说明】由木质纤维素生物质生产乙醇和溶剂的方法，其中再循环获自戊糖发酵的乙醇汁液
发明领域
[0001]本发明涉及由木质纤维素生物质来生产醇和/或溶剂的所谓的“第二代”方法。更具体地，涉及生产乙醇和/或溶剂的方法。
现有技术
[0002]木质纤维素生物质代表了地球上最丰富的可再生来源之一。所考虑的基材是高度可变的，因为它们涉及到木质基材(阔叶的和针叶的)、农业副产物(稻草)二者或来自于工业产生的木质纤维素废物的那些(农业食品或造纸工业)。
[0003]木质纤维素生物质包含三种主要的聚合物:纤维素(35%_50%)、半纤维素(20%-30%)(其是基本由戊糖和己糖组成的多糖)和木质素(15%-25%)(其是具有复杂结构和高分子量的聚合物，包含经由醚键连接的芳醇)。
[0004]那些不同的分子决定着植物壁的固有性能，并被组织成复杂的网络。
[0005]纤维素和可能的半纤维素是酶水解的目标物，但是它们不能直接为酶所用。为此原因，这样的基材必须在酶水解步骤之前经历预处理。该预处理目的是改变木质纤维素材料的物理和理化性能，着眼于改进木质素和半纤维素基质中所携带的纤维素的可利用性。
[0006]存在着许多用于进行这样的预处理的技术:酸消化、碱消化、蒸汽爆破、有机溶剂工艺等。预处理的效率是通过预处理结束时材料的平衡(可溶单体或低聚物或不溶性聚合物形式的糖的回收产率)以及通过纤维素和半纤维素残留物的水解容易性二者来表征的。
[0007]由木质纤维素生物质生产醇和`/或溶剂的方法(称作“第二代方法”)包括至少以下步骤:
?基材预处理；
?预处理的基材的酶水解；
籲所获得的水解产物的发酵；和
?发酵后获得的醇和/或溶剂的分离/净化。
[0008]这类生产醇和/或溶剂的方法的经济有效性很难实现，即使对于能支配大量可用资源的经营者来说也是如此。许多位置对于整体成本具有大的影响，包括植物材料资源和提取(通常通过蒸馏来进行)的能量。这类方法的优化必需包括优化所有糖的提质，特别是通过最合适的微生物的水解获得的戊糖。
[0009]野生类型的产醇的酵母如酿酒酵母以用于将己糖转化成乙醇的最有效的微生物为人所知。己糖转化成乙醇的产率通常是0.46-0.48重量，但是戊糖转化成乙醇仅仅是
0.35-0.40。这种类型的野生型酵母不能无基因修饰地转化戊糖。使用基因修饰的微生物使得设备的管理和方法的管理复杂化。因此，修饰的酵母将总是主要使用己糖，并且它们仅仅在有限量的葡萄糖(其必须持续供给到微生物)存在下才可以使用那些戊糖。已知的是戊糖的消耗率远低于己糖(Olsson and Hahn-Hagerdah1,1996 ;Hahn_Hjigerdal 等人,2007)。
[0010]将戊糖提质成乙醇总是整个方法的一个大问题。虽然某些野生类型的酵母能够将这样的戊糖转化成乙醇，但是它们必须在微好氧条件下培养，以产生令人满意的性能。此外，介质优选基本由戊糖构成，因为对于提质己糖来说，那些酵母的性能远劣于酿酒酵母(Olsson and Hahn-Hagerdahl,Enzymes Microb。Techno 第 18 卷，1996 ;Hahn-Hagerdal 等人，Appl.Microbiol.Biotech 74,937-953, 2007)。
[0011]当使用基因修饰的酵母(其能够，在消耗了葡萄糖后或伴随着它的消耗，适当地使用木糖)时，其它方案是可以预想的。但是，这样的酵母类型通常需要有限的和受控的葡萄糖注射，来确保木糖消耗，这明显使得该方法的控制复杂化。此外，这样的基因修饰的有机体必须在严格的受限条件下培养，这与在非常大的乡村设施中的大规模生产不是很相容。
[0012]另外，通过蒸馏所进行的醇的提取是一种非常耗能的活动。可以看到为了改进乙醇生产的经济平衡，应当降低必须加热的水的体积，特别是依靠再循环或合并浓缩了溶剂的不同流。
[0013]本发明描述了一种生产醇和/或溶剂的方法，其中将主要由戊糖自己产生的乙醇汁液的一部分再循环到用于将己糖转化成乙醇的管线，以降低提取的整体成本。
【发明内容】
[0014]本发明涉及一种被称作第二代方法的生产醇和/或溶剂的方法，其中木质纤维素或纤维素生物质在在酶水解和乙醇发酵然后转化成乙醇之前，经历预处理。预处理的植物材料的糖类聚合物被通过纤维素酶水解。该用于乙醇发酵的产醇的微生物主要使用己糖，优选葡萄糖和甘露糖。将所述汁液的醇，分离或没有分离悬浮材料(SM)，通过蒸馏来提取。釜熘物主要包含未被使用的戊糖。将这些戊糖发酵成来自戊糖的乙醇汁液和将至少一部分由此获得的这种汁液再循环到酶水解上游。该酶水解和乙醇发酵因此在一部分所述乙醇汁液存在下分别或同时进行，在运行条件下该混合物不干涉所述酶和微生物的性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是根据第一实施方案的由木质纤维素基材来生产醇和/或溶剂的方法的图示，其包含再循环来自戊糖的乙醇汁液的步骤。
[0016]图2是根据第二实施方案的由木质纤维素基材来生产醇和/或溶剂的方法的图示，其包含再循环来自戊糖的乙醇汁液的步骤。
【具体实施方式】
[0017]本发明描述一种由纤维素或木质纤维素生物质来生产醇和/或溶剂的方法，其包括至少以下步骤:
a)热化学预处理纤维素或木质纤维素基材的步骤； b)清洗预处理的基材和调节pH的任选步骤；
c)使用分解纤维素的和/或分解半纤维素的酶来酶水解该预处理的基材，产生水解产物和水不溶性残留物的步骤，其中所述预处理的基材任选地是清洗过的；
d)将获自步骤(C)的水解产物中所含的己糖通过产醇的微生物来乙醇发酵成乙醇和获得来自己糖的乙醇汁液的步骤；e)提取步骤，该步骤包括:
el)分离和净化获自步骤d)的乙醇和/或溶剂；和 e2)分离含有该不溶性残留物的固体饼和获得釜熘物；
f)将获自前述步骤之一的流中的至少一种中所含的戊糖用戊糖-发酵微生物来乙醇发酵和获得来自戊糖的乙醇汁液的步骤；
其中在步骤f)中所获得的该来自戊糖的乙醇汁液中的至少一部分被再循环到该酶水解c)步骤和/或乙醇发酵d)步骤中的至少一个的上游。
[0018]在本发明的上下文中，术语“戊糖”表示含有5个碳原子的糖的可溶性的单体和低聚物，并且术语“己糖”表示含有6个碳原子的糖的可溶性的单体和低聚物。
[0019]缩写DM表示介质中存在的干物质(固体和可溶物)，缩写SM表示介质中存在的悬浮的材料(固体)。
[0020]术语“来自己糖的乙醇汁液”表示获自通过己糖-发酵微生物进行的发酵的汁液。
[0021]术语“来自戊糖的乙醇汁液”表示获自通过戊糖-发酵微生物进行的发酵的汁液。
[0022]依靠本发明的方法，可以显著改进提取步骤的能量平衡。实际上，将分别获自己糖和戊糖发酵的乙醇汁液合并，由此只需单个提取步骤。节约率是大约5%-50%。
[0023]有利地，该提取步骤是在具有更高的醇含量的汁液上进行的，己糖转化是在含有获自戊糖发酵的乙醇的介质中运行的。
[0024]本发明的方法优选在步骤d)和f)中使用不同的微生物，第一种适于己糖发酵，其它的仅能够发酵戊糖，优选 在没有葡萄糖的连续和限制性供给的情况下。
[0025]本发明的方法所用的纤维素或木质纤维素基材选自各种生物质，但是更具体地选自针叶树种(软木，如云杉或松树)或阔叶树种(硬木，如桉树)或选自农业木质纤维素废物(麦杆、稻杆等)或选自专门的种植物(culture)(芒草,柳枝稷)。
[0026]在该热化学预处理之前，该生物质可以经历机械处理，例如一种研磨。
[0027]术语“热化学预处理”被理解为表示本领域技术人员已知的使用化学试剂(其可以是碱性的或酸性的)和/或加热该生物质的任何预处理。
[0028]在步骤a)中进行的预处理可以使用本领域技术人员已知的许多配置来进行(Hendriks 和 Zeeman, Bioresource Technology, 100(2009) 10-18 ；0gier 等人，Oil & GasScience and Technology,第54卷(1999)第67-94页)。可以提及的有在苛性钠存在下通过消化进行的碱预处理、通过氨纤维爆破进行的预处理(AFEX)或使用氨进行的带有再循环的渗滤预处理(称作ARP(氨再循环渗滤))。还可以提及酸消化或在酸性条件下的蒸汽爆破。
[0029]优选步骤a)的预处理是酸消化或在酸性条件下的蒸汽爆破。
[0030]预处理的作用是通过破坏木质纤维素基质的结构来使纤维素变得酶可利用。取决于所进行的预处理，木质素或半纤维素优先被攻击，或者二者同时被攻击。
[0031]可以进行用于调节pH或用于液化的另外的步骤，以有利于实施和所述方法的效力和特别是酶水解和乙醇发酵步骤的进展。
[0032]纤维素向乙醇的转化至少包括将纤维素酶水解成葡萄糖的步骤和将葡萄糖发酵成乙醇的步骤，这两个步骤可以分别或同时进行。当两个步骤同时操作时，该方法称作“SSF方法”。[0033]该水解步骤过程中所用的分解纤维素的和/或分解半纤维素的酶是通过属于木霉属、曲霉属、青霉属或裂褶菌属的微生物或属于梭菌属的厌氧菌产生的。
[0034]该水解优选在4-5.5的pH和40 V -60 V的温度进行。
[0035]步骤d)所进行的乙醇发酵是使用酵母或其它产醇的微生物来进行的。
[0036]用于己糖的乙醇发酵的步骤过程中所用的产醇的微生物优选选自酵母和细菌，可能是基因修饰的。
[0037]当该产醇的微生物是酵母时，酿酒酵母是性能最好的。还可以选择酵母如粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)或葡萄汁酵母(Saccharomyces uvarum)或糖化酵母(diastaticus)。更嗜热的酵母，如脆壁克鲁维酵母(Kluyveromyces fragilis)(现在经常称作K.marxianus),也是令人感兴趣的,特别是当同时进行酶水解和乙醇发酵时(SSF方法)更是如此。
[0038]也可以使用基因修饰的有机体，例如酿酒酵母类型的酵母，如TMB 3400 (Ohgren等人，J.0f Biotechl26,488-498, 2006)。该酵母可以用于当葡萄糖处于限定浓度时,在己糖的乙醇发酵步骤过程中将一部分戊糖发酵成乙醇。
[0039]当该产醇的微生物是细菌时，运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)是优选的，因为它具有有效的同化路径。
[0040]己糖的乙醇发酵优选在30°C -40°C的温度和3-6.5的pH进行。
[0041 ] 酵母，优选酿酒酵母，是最优选使用的微生物。它们是最有效的、安全的，并且不必消毒来进行所述方法和管理其设备。
[0042]酵母属酵母能够仅发酵己糖(基本上是葡萄糖和甘露糖)。这些酵母以优化的方式将己糖提质成乙醇，并且可以用于达到0.46(w/w)-0.48(w/w)程度的转化产率，其接近于0.51(w/w)的最大理论产率。只有戊糖和少数微量的碳质源没有为这些酵母所用。
[0043]当己糖的酶水解和乙醇发酵是在单个且相同的操作(SSF)中进行时，该操作优选在30°C -45°C的温度和4-6的pH进行。
[0044]在步骤el)过程中，将步骤d)中所产生的或在再循环来自戊糖的乙醇汁液之后在步骤d)中所存在的醇和/或溶剂净化和分离。然后使用本领域技术人员已知的任何方法，特别是蒸馏来分离它们。
[0045]在步骤e2)过程中，将含有不溶性残留物的固体饼从含有未被产醇的微生物发酵的糖的釜熘物中分离。该釜熘物因此包含未发酵的戊糖。
[0046]步骤e2)可以在步骤c)和/或d)的下游进行，并且可以任选地结合有清洗所述饼。清洗可以用于提高获自水解(步骤c)的糖、在步骤d)过程中所产生的或由于所述再循环而存在的醇和/或溶剂和/或另外，没有在步骤d)过程中被微生物发酵的糖的回收率。
[0047]在通过微生物(其更特定地发酵戊糖)对戊糖进行乙醇发酵的步骤f)过程中，釜熘物中所含的糖，特别是未发酵的戊糖，也被转化成来自戊糖的乙醇汁液。
[0048]用于戊糖发酵的微生物可以是细菌、酵母或真菌。
[0049]可以提及的细菌包括“野生类型的”细菌，其属于杆菌属、拟杆菌属、高温厌氧杆菌属(Thermoanaerobacter)或梭菌属,和重组细菌,其中最令人感兴趣的是大肠埃希氏菌、产酸克雷伯菌(Klebsiella oxytoca)和运动发酵单胞菌(Zymomonasmobilis)。
[0050]可以使用野生类型的细菌，如树干毕赤酵母(Pichia stipites)、休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)和嗜鞋管囊酵母(Pachysolen tannophilus),其被鉴别为最有效的。在文献中提及的其它野生类型酵母的例子有高里假丝酵母(Candida guilliermondii)或热带假丝酵母。
[0051]可以选择重组酵母,特别是酿酒酵母,例如Olsson and Hahn-Hagerdahl, 1996或Hahn-Hagerdahl 等人 2007 所述那些。
[0052]基因修饰的有机体例如酿酒酵母类型的酵母，如TMB3400 (Ohgren等人，2006)也可以用于将戊糖转化成乙醇，前提是它们被供以受限条件下的葡萄糖以允许同化戊糖。
[0053]真菌也能够产生乙醇，包括许多镰刀菌，但是它们全部都具有较差的性能。
[0054]优选使用选自毕赤酵母属或假丝酵母属的酵母。这些微生物比酿酒酵母类型的酵母更难以培育，因为它们需要氧来产生可接受的性能(“微需氧”条件，Fromanger等人，J.1nd.Microbiol.Biotechnol, 37,437-445, 2010)Hahn-ffiigerdal 等人，2007)。还已知的是这些戍糖发酵酵母对抑制改变性能的化合物敏感(Girio等人，Biores Technol, 101,4775-4800,2010)。
[0055]在本发明的方法中，这些戊糖发酵酵母有利地在已经被己糖发酵酵母(如酿酒酵母)部分解毒的介质中使用，所述己糖发酵酵母已知能减少特别是主要的醛(Ohgren等人，Applied Biochemistry and Biotechnology,第 121-124 卷，1055-1067 (2005) ;Klinke 等A, Appl Microbiol Biotechnol 66:10-26，2004)例如糠醛和 5-HMF。
[0056]这在以下情况中是特别有利的:获自在酸条件下进行的预处理(如蒸汽爆破(在硫酸或SO2存在下)或用稀酸(硫酸)消化)的木质纤维素水解产物。这些预处理通常导致产生了呋喃的、酚的和有机酸的化合物，它们已知对于微生物是有毒的。
[0057]优选发酵步骤f)中所用的菌`株是树干毕赤酵母(Pichia stipites)或休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)类型的菌株(welding)。
[0058]在一种实施方案中，在步骤f)过程中发酵的戊糖包含在釜熘物中。
[0059]优选该釜熘物(其被送到戊糖的乙醇发酵步骤f))的糖浓度是30_90g/L的糖或可发酵产物。
[0060]如果在某一具体的实施方案中糖或可发酵产物的浓度不足，可以在将所述流送到发酵步骤f)之前在预处理步骤下游转移它。这意味着将不溶性材料带入到悬浮液中，并且导致戊糖和乙醇发酵中不使用的糖的富集。
[0061]在另外一种实施方案中，在步骤f)过程中发酵的戊糖可以在预处理结束时直接获得。
[0062]在这种方法变体中，主要含戊糖的流被在预处理过程中直接提取并送往戊糖的乙醇发酵步骤。当预处理是酸性的并且包含化学水解半纤维素的步骤时，这种变体是适用的。当预处理是在酸条件下进行的蒸汽爆破时，尤其适用。因此可以从预处理步骤出口处获得戊糖汁，其可被转化成溶剂如ABE，或如果它没有被全部送到发酵步骤f)，则可以用于另一种应用。这种可能性可以特别是用于增强预处理的植物材料(其经历己糖的酶水解和乙醇发酵(的干物质含量，或者它甚至可以用于通过随戊糖汁抽出至少一部分抑制剂来对该流进行部分解毒。
[0063]根据又一种实施方案，当预处理步骤是酸性的时，步骤f)中发酵的戊糖来源于釜熘物和在预处理步骤之后直接取出的流二者。[0064]优选在来自戊糖的乙醇发酵步骤f)结束时乙醇的浓度是5_40g/L，优选5_30g/L。
[0065]根据本发明，将至少一部分的该来自戊糖的乙醇汁液再循环到预处理步骤a)的下游。
[0066]已经发酵了戊糖的微生物的失活是通过提高温度或通过改变pH或通过本领域技术人员已知的任何其它技术来进行的。改变PH是优选的，因为在预处理(步骤a)之后，可能必需为酶水解步骤(步骤b)校正pH。
[0067]根据一种实施方案，将离开戊糖乙醇发酵步骤的含有来自戊糖的乙醇汁液的流分成两个流，一个再循环到预处理步骤下游。
[0068]另一个流可被送往水/溶剂分离步骤，然后也被再循环和返回到进行提取步骤e)的反应器。
[0069]根据另外一种实施方案，所述另一个流被用于其它应用而不进行再循环。
[0070]根据另外一种实施方案，含有获自发酵步骤f)的来自戊糖的乙醇汁液的整个流被再循环到预处理步骤下游。在这种情况中，一部分获自步骤e)的釜熘物被提取而不送到发酵步骤f)。该釜熘物中所含的糖可被独立地提质。
[0071]经历提取(步骤e)的来自己糖的和来自戊糖的乙醇汁液可以包含20_150g/L的乙醇。乙醇的浓度一方面取决于干物质含量、酶水解和发酵步骤，另一方面取决于可能供应的糖的任何补充。可以向所述介质中补充糖、蔗糖、甜菜或含淀粉的植物。
[0072]下面将参考附图来详细描述本发明。
[0073]将基材经由管线I引入到预处理反应器2中。经由管线3引入试剂和用具(utilities)，如进行预处理所必需的蒸汽，和经由管线4取出残留物(冷凝物、黑液、釜熘物水等)。该流的再循环、再使用或处理是每种类型的预处理所固有的，在此不再赘述。
[0074]将预处理的基材经由管线6取出。它优选包含5%(w/v) -60%(w/v)的DM，更优选15% (w/V) -60% (w/v)的 DM、进一步更优选 30% (w/v) -60% (w/v)的 DM。
[0075]由此，在图1所示的实施方案中，经由管线6所取出的预处理的基材包含固体形式(戊聚糖)或可溶形式的大部分戊糖。
[0076]在该方法的一种变体(其中预处理是酸类型的)中，，将主要含有戊糖的流5在预处理过程中直接抽出，并送往反应器14(在其中进行戊糖的乙醇发酵)。
[0077]根据另外一种未示出的变体中，一部分戊糖可以在流5中取出，而一部分戊糖在管线6中移动的预处理的基材中，在戊糖的乙醇发酵之前将这两个流完全或部分混合。
[0078]反应器7是其中进行纤维素向乙醇的转化的反应器。
[0079]选择酶水解条件，主要是待水解的混合物的干物质含量和酶的用量，使得在反应器7中进行步骤c)从而能够以20%-99%的量、更特别是30%-95%的量溶解纤维素。获得设想的DM水平所必需的水是经由管线8加入的。期望的DM水平是5%(w/v) -45%(w/v)，优选8%(w/v) -35 重量 ％。
[0080]该分解纤维素的和/或分解半纤维素的酶是经由管线8a加入的。
[0081]用于己糖的乙醇发酵的微生物是经由管线Sb引入的。
[0082]调节pH或液化所必需的添加剂是经由管线Sc引入的。
[0083]在乙醇发酵步骤中所产生的醇和/或溶剂是在反应器11中提取的。该醇和/或溶剂优选是通过蒸馏，经由管线12提取的。[0084]含有不溶性残留物的饼是经由管线9a和/或9b取出的。
[0085]在反应器Ila中，分离乙醇和/或溶剂，并且经由管线13取出釜熘物。
[0086]更具体地，在反应器Ilb中，分离乙醇和/或溶剂和水来经由管线12取出产物流。
[0087]因此，在反应器7和11中进行的步骤c)_e)的出口，获得了:通过本领域技术人员已知的任何手段取出的产物流12 (醇和/或溶剂)，液体残留物13 (称作釜熘物)，其含有未发酵的糖，特别是戊糖(木糖，树胶醛糖)，或甚至痕量的己糖(例如半乳糖，最难以使用常规酵母进行代谢的己糖)以及低聚物，和含有获自初始基材的固体材料(固体残留物)的固体饼，以及由于固/液分离装置的局限而导致的液体级分。该固体残留物部分地由未水解的纤维素和半纤维素，以及木质素组成。
[0088]在戊糖乙醇发酵步骤中所用的微生物经由管线15a引入反应器14中，以与釜熘物(级分13)混合。正确进行发酵所必需的用具和添加剂是经由管线15b引入的。反应器14可以是可灭菌的反应器。排出发酵气体。该反应器中的PH可以根据需要来控制和调节。
[0089]经由管线16离开反应器14的流对应于来自戊糖的乙醇汁液。分离微生物没有作用。
[0090]进入反应器用于己糖水解和/或发酵的含水流包含5_40g/L的乙醇。
[0091]根据图1所示的实施方案，将离开戊糖乙醇发酵步骤的流16分成两个流。流16a被再循环到预处理步骤下游。
[0092]流16b可被送往反应器17中的水/溶剂分离步骤，然后也被经由管线18再循环和返回分离反应器lib。
[0093]根据另外一种实 施方案中，将流16b没有再循环地用于其它应用。
[0094]在图2所示的实施方案中，离开戊糖乙醇发酵反应器的所有流16被再循环到预处理步骤下游。未被送往发酵步骤f)的多余的釜熘物部分是经由管线19取出的。包含在该釜熘物中的糖可以独立地提质。
[0095]因为本发明的方法，在单个提取步骤上的节约是显著的。如以下实施例所示，它可以闻至40%。
实施例
[0096]以下实施例说明了本发明，而绝不限制它的范围。
[0097]实施例1 (非本发明)
考虑一种由C6糖(己糖)和C5糖(戊糖)发酵开始的生产乙醇的方法。
[0098]所用基材是在酸性条件下预处理的稻草。然后中和该预处理的基材和引入到反应器中，用于通过酶水解以及葡萄糖和甘露糖(含有6个碳原子的糖)的发酵转化成乙醇。
[0099]该方法处理了 52吨/小时的糊(基于干物质)。干材料的组成如下:
纤维素(%) 141.7%
木聚糖(%) 2^2%
甘露聚糖(%厂0%
木质素(%) 23.2%
Wt (%) \9.9%
[0100]在预处理过程中，纤维素和半纤维素损失分别是5%和10%的程度。在预处理的出口，干物质含量是35% (w/v)。[0101]用于将C6和C5糖转化成乙醇的方法包含以下步骤:酶水解，C6糖的乙醇发酵，将固体残留物与汁液分离，乙醇蒸馏，釜熘物馏分的乙醇发酵，然后乙醇蒸馏。两个乙醇蒸馏步骤可以合并，这意味着仅仅需要单个乙醇精馏塔。
[0102]酶水解是在pH 5运行的，并且入口流含有11.8%的干物质。在所选择的水解条件下，95%的糖聚合物被溶解成单体。
[0103]该甜汁然后被送往乙醇发酵，在这里90%的糖类葡萄糖和甘露糖被通过酿酒酵母转化成乙醇。
[0104]将汁液送去离心分离，以分离固体相和液体相。
[0105]然后将液体相送去蒸馏。顶部产物主要包含乙醇级分；底部产物包含釜熘物(水、戊糖和仍然存在的固体的混合物)。
[0106]将该釜熘物送往用树干毕赤酵母(Pichia stipites)种的酵母进行的乙醇发酵步骤。戊糖分别被转化成乙醇、副产物和微生物，它们的摩尔量分别是74.4%,24.5%和1.1%。
[0107]在不存在再循环时，将从蒸馏顶部回收的乙醇馏分送往精馏塔，以提供共沸的乙醇-水混合物。
[0108]将获自戊糖乙醇发酵的产物送往蒸馏塔，以分离出水，然后送到精馏塔(其可以与获自己糖发酵的乙醇所用的为同一个)，以产生共沸的乙醇-水混合物。
[0109]对于这种方法布置，乙醇产量是14.6 t/h。
[0110]该方法的整体能耗是34.6MW,其对应于8.55 MJ/kg所产生溶剂的平均消耗。
`[0111]实施例2
实施例2的前提与实施例1相同，除了将来自戊糖的发酵流再循环到所述方法的两个点之外。
[0112]第一再循环，占该流的71%，被送到酶水解的上游；其余的被送到用于分离汁液和乙醇的公共位置。在酶水解阶段，补充水补充量是O。
[0113]将在汁液蒸馏塔顶部回收的乙醇级分送往精馏塔，以分离出水和乙醇(共沸的乙醇-水混合物)。
[0114]对于这种方法布置，乙醇产量是14.46 t/h ο
[0115]该方法的整体能耗是30.3MW,其对应于7.55 MJ/kg所产生溶剂的平均消耗。
[0116]根据本发明，此使用具有两个乙醇再循环的布置的实施例可以用于获得与实施例1相比12%的能量节约(MJ/kg所产生的溶剂)。
[0117]实施例3
实施例3的前提与实施例1相同，不同在于来自戊糖的发酵流被部分再循环到酶水解上游。该流的未再循环的部分被用于其它应用。
[0118]该再循环，占该流的71%，被送到酶水解的上游。在酶水解阶段，补充水补充量是O0
[0119]将在汁液蒸馏塔顶部回收的乙醇馏分送到精馏塔，以分离出水和乙醇(共沸的乙醇-水混合物)。
[0120]对于这种方法布置，乙醇产量是13.llt/h。
[0121]该方法的整体能耗是27.1丽，其对应于7.46 MJ/kg所产生溶剂的平均消耗。
[0122]在这种构造中，该方法所需的装置量减少了一个蒸馏塔。[0123] 对于此实施例，该具有获自戊糖发酵的乙醇再循环的布置可以用于获得与实施例1相比13%的能量节约(MJ/kg所产生的溶剂)。
【权利要求】
1.一种由纤维素或木质纤维素生物质来生产醇和/或溶剂的方法，其包括至少以下步骤: a)热化学预处理纤维素或木质纤维素基材的步骤； b)清洗预处理的基材和调节pH的任选步骤； c)使用分解纤维素的和/或分解半纤维素的酶来酶水解所述预处理的基材，产生水解产物和水不溶性残留物的步骤，其中所述预处理的基材任选地是清洗过的； d)将获自步骤(C)的水解产物中所含的己糖通过产醇的微生物来乙醇发酵成乙醇和获得来自己糖的乙醇汁液的步骤； e)提取步骤，该步骤包括: el)分离和净化获自步骤d)的乙醇和/或溶剂； e2)分离含有所述不溶性残留物的固体饼和获得釜熘物； f)将获自前述步骤之一的流中的至少一种中所含的戊糖用戊糖-发酵微生物来乙醇发酵和获得来自戊糖的乙醇汁液的步骤； 其中在步骤f)中所获得的所述来自戊糖的乙醇汁液中的至少一部分被再循环到所述酶水解和/或醇发酵步骤中的至少一个的上游。
2.根据权利要求1的方法，在其中在步骤f)过程中发酵的戊糖包含在所述釜熘物中。
3.根据权利要求1的方法，其中所述预处理是酸类型的，且在步骤f)过程中发酵的戊糖来源于在预处理步骤后直接取出的流。
4.根据权利要求1-3的方法，其中当预处理步骤是酸性的时，在步骤f)中发酵的戊糖来源于所述釜熘物和在预处理步骤后直接取出的流二者。
5.根据前述权利要求之一的方法，其中步骤f)所用的菌株是树干毕赤酵母或休哈塔假丝酵母类型的菌株。
6.根据前述权利要求之一的方法，其中所述酶水解步骤和乙醇发酵步骤是在30 0C -45 °C的温度和4-6的pH同时进行的。
7.根据前述权利要求之一的方法，其中饼分离步骤e2)是在步骤c)和/或d)下游进行的，并且任选地结合有清洗所述饼。
8.根据前述权利要求之一的方法，其中送往发酵步骤f)的釜熘物的糖浓度为30-90g/L的糖或可发酵产物。
9.根据权利要求1-7之一的方法，其中在送往戊糖发酵步骤f)之前，将釜熘物送到预处理步骤下游。
10.根据前述权利要求之一的方法，其中将步骤e2)中所获得的全部釜熘物送往戊糖乙醇发酵步骤，并且将没有再循环到预处理步骤下游的那部分含有来自戊糖的乙醇汁液的流送往水/溶剂分离步骤，然后再送往提取步骤e)。
11.根据权利要求1-9之一的方法，其中仅仅一部分釜熘物被送往戊糖乙醇发酵步骤。
【文档编号】C12P7/14GK103492580SQ201280018399
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年3月27日 优先权日:2011年4月14日
【发明者】M.罗帕尔, C.艾马尔, R.达斯蒂隆, S.梅尼 申请人:Ifp 新能源公司