经与催化剂接触W产生包含糖的固液混合物、但尚未 将该混合物分离成液体流和固体流的生物质），或者可W是产生固体的原始生物质的一部 分。可在间歇、半间歇或连续工艺中使固体和关联酶（associatedenzymes)与额外的生物 质接触。在一些实施方式中，额外的生物质进一步包含能够将生物质组分水解成糖的催化 剂。在一些实施方式中，在高剪切揽拌条件下（例如，在高剪切反应器中）使固体与额外的 生物质接触。
[0072] 在连续工艺的实施方式中，在高剪切揽拌设备中将固体添加到新的或新鲜的生物 质，并在适于产生糖的条件下对新的生物质和固体进行解育。为了测定生物质的葡聚糖向 葡萄糖的转化量，测量向高剪切磨碎设备中添加生物质的速率，并确定产生葡萄糖的平均 净速率（averagenetrate)。因此，在连续工艺的一些实施方式中，葡聚糖向葡萄糖的转化 是稳态水平或速率。在一个实施方式中，通过计算单位时间内产生的葡萄糖的量与进料到 连续工艺的生物质中的葡聚糖的葡萄糖当量的百分比，来确定葡聚糖的转化速率。
[0073] 在一些实施方式中，从混合物中分离出的液体流中的糖和/或在固体解育步骤中 产生的额外的糖被加工成乙醇、生物燃料、生化制品或其它化学产品。
[0074] 在一些实施方式中，相较于未在高剪切揽拌条件下用催化剂处理的生物质，从混 合物中分离出的液体流包含增加量的化合物，例如但不限于慷醒、低聚糖和短链酪类。运些 化合物可为乙醇工厂提供额外的收益来源。因此，在一些实施方式中，相较于从未在高剪切 揽拌条件下用催化剂处理的生物质混合物中分离出的液体流，本发明的从混合物中分离出 的液体流包含的化合物多至少5%、10%、15%、20%或更多。
[0075] 在一些实施方式中，将水解的固体组分分离成包含额外的糖的第二液体流和第二 固体流。在一些实施方式中，相较于未在高剪切揽拌条件下用催化剂处理的生物质，本发明 的第二液体流包含降低浓度的污染物。所述污染物可W包含糖化抑制剂和/或发酵抑制 剂。因此，在一些实施方式中，相较于从水解的固体组分中分离出的液体流（其中，从未在 高剪切揽拌条件下用催化剂处理的水解混合物中分离出该固体），本发明的第二液体流包 含的污染物的浓度低至少5 %、10 %、15 %、20 %或更低。 W76] 预处理
[0077] 在本文所述的水解步骤之前，可W对生物质进行预处理W使木质纤维素和纤维素 更易于水解。预处理包括利用物理、化学或生物手段或者上述手段的任意组合对生物质进 行处理，从而使生物质更易于水解，例如，通过本文所述的糖化酶或催化剂来进行。化学预 处理的实例在本领域是已知的，并包括酸预处理和碱预处理。
[0078] 物理预处理的一个实例包括升高的溫度和升高的压力。因而，在一些实施方式中， 预处理包括使生物质经历升高的溫度和升高的压力，W使木质纤维素和纤维素易于发生酶 水解。在一些实施方式中，溫度和压力提高的量W及维持的时间足W使纤维素易于水解。在 一些实施方式中，预处理条件可W包括在约150°C~约210°C范围内的溫度。预处理溫度可 W基于预处理步骤的持续时间而变化。例如，对于约60分钟的预处理持续时间，溫度为约 160°C;对于30分钟的持续时间，溫度为约170°C;对于5分钟的持续时间，溫度为约210°C。
[0079] 预处理条件也可W包括提高的压力。例如，在一些实施方式中，压力可W为至少IOOpsi或更高，例如IlOpsi、120psi、130psi、140psi、ISOpsi、200psi、265psi或更高。在一 些实施方式中，在封闭系统中对生物质进行预处理，并且溫度提高的量足W提供所需的压 力。在一个实施方式中，在封闭系统中提高溫度，直到压力提高到约125psi、约145psi或约 265psi。本领域技术人员将理解的是，将压力提高到所需水平所需的溫度提高将取决于各 种因素，例如封闭系统的尺寸和饱和蒸汽的平衡。在一些实施方式中，预处理包括使木质纤 维素和纤维素更易于水解的本领域已知的任意其它方法，例如，酸处理、碱处理和蒸汽处理 或它们的组合。
[0080] 在一些实施方式中，预处理步骤不导致产生相当大量的糖。例如，在一些实施方式 中，一般来说，预处理致使产生按重量计低于约10%、5%、1 %、0. 1 %、0.Ol%或0.OOl%的 葡萄糖；按重量计低于约10%、5%、1%、0. 1%、0.01%或0.001%的木糖；和/或按重量计 低于约10%、5%、1%、0. 1%、0. 01%或0. 001%的糖。在一些实施方式中，进入预处理阶段 的工艺流中的糖的量与离开预处理阶段的工艺流中的糖的量基本相同。例如，在一些实施 方式中，进入预处理阶段的工艺流中的糖的量和离开预处理阶段的糖的量之间的差异按重 量计低于约 1〇%、5%、1%、0. 1%、0. 01%或 0. 001%。
[0081] 在一些实施方式中，预处理可W进一步包括对生物质进行物理混合和/或磨碎W减小生物质颗粒的粒径。生物燃料（例如，乙醇）或可发酵糖的产率可W通过使用具 有较小粒径的生物质颗粒来提高。例如，适用于生物质的物理预处理的设备包括键磨 机、剪切磨机、气蚀磨机或胶体磨机或任意其它类型或构造的高剪切磨机。因而，在一些 实施方式中，预处理步骤包括利用胶体磨机对生物质进行物理处理。示例性胶体磨机是 Cellunator?巧deniq，Visalia,CA)。在一些实施方式中，对生物质进行物理预处理，W产 生具有低于约1600ym的相对均一的粒径的颗粒。例如，至少约50%、60%、70%、80%、 85%、90%或95%的预处理的生物质颗粒可W具有约100ym~约800ym的粒径。在一些实 施方式中，至少约50 %、60 %、70 %、80 %、85 %、90 %或95 %的预处理的生物质颗粒具有约 100ym~约500ym的粒径。在一些实施方式中，使用胶体磨机对生物质进行物理预处理，W产生具有相对均一的粒径的颗粒。如美国专利申请公开No. 2010/0055741 (Galvez等） 中所描述的（W引用的方式将其整体并入本文），使用胶体磨机来产生具有相对均一的粒 径（例如，约10ym~约800ym)的生物质颗粒可W提高糖的产率。
[0082]胶体磨机具有各种尺寸和各种结构材料。本领域技术人员将能够针对各种生物质 来优化尺寸和冶金材料（metallurgy)。例如，两台IKA的MK2000/50型号可在双相不诱钢 中用于50MMGPY(百万加仑每年）玉米发酵工艺，而一台IKA的MK2000/50型号（由304个 不诱钢部件组成）完全可W满足30MMGPY甘薦纤维素工艺的需要。在各种情况下，为各种 原料物质输入和各种流量条件优化间隙尺寸（gapsize)。
[0083] 胶体磨机可用来对生物质（如玉米生物质）进行预处理。在一些实施方式中，与 单独使用键磨机进行预处理相比，用胶体磨机进行预处理可提高乙醇生产的产率。胶体磨 机可被改装，例如在目前的玉米乙醇生产工厂中通过将胶体磨机内嵌（in-line)插在混合 罐和液化罐之间。胶体磨机还可用于设计和建设新的生物燃料生产工厂。
[0084] 通过使用间隙旋转控制器（gaprotationalcontrols)，可使用胶体磨机来选 择所形成的粒径分布。与备选的预处理技术（如用键磨机粉碎）相反，使用胶体磨机可 从大得多的生物质材料得到相对精细的粒径分布。胶体磨机上合适的间隙尺寸可产生高 度均一的生物质悬浮液，与仅使用粉碎设备相比，其中的生物质的最大粒径被大大减小且 明显更均一。用在玉米乙醇工厂中的胶体磨机的间隙尺寸范围可为0. 104mm-0. 728mm， 如 0. 104mm-〇. 520mm，如 0. 208mm-〇. 520mm，从而所得到的粒径范围为 10ym-800ym。例 如，在一些实施方式中，0.lmm-0. 15mm的间隙设置用于玉米賴杆或其它纤维素类生物质， 而0.2mm-0. 3mm的间隙设置用于谷物（包括但不限于玉米粒）。在其它实施方式中，例 如义用甘薦渣的实施方式中，间隙设置的范围可W为1.lmm-2. 2mm，如1.Imm-I. 9mm，如 1. 9mm。与键磨机相比，胶体磨机可用于生产具有高表面积的相对精细的均一粒径， 使得有更高百分比的淀粉、纤维素和糖可被利用进行酶转化，从而使产率得到提高。
[00化]通常，如前所讨论的，生物质越细，得到的就每吨生物质的生物燃料加仑数而言的 产率也就越高。然而，整个工艺中的关键主导因素是移除生物燃料后残留固体的回收。如 上所解释的，运个因素使得用于玉米乙醇的最佳生物质尺寸为100-500ym。对于使用稻草、 甘薦、能源甘薦（energycane)和其它材料（如本文所述的材料）的纤维素类工艺（其中 可安装最新的过滤装置），生物质尺寸可为50-350ym，通常为75-150ym。
[0086] 在大部分生物燃料工厂中，玉米膠中固体的重量范围为25-35wt% (化）。内嵌置 于混合罐和液化罐间的胶体磨机可接受通常遇见的固体的整个范围，并且，由于实现了粒 径的高度均一和较低的流体粘度，还使得生物质的负载比不使用胶体磨机的类似工艺更高 (如，40wt%范围内）。
[0087] 在某些情况下，可将生物质直接引入胶体磨机中。然而，在其它情况下，在将生物 质引入胶体磨机之前，使其经历一个或多个预处理步骤。例如，可首先用粉碎设备（如键磨 机、切碎机（macerator))对生物质进行预处理，运通常使生物质破碎并导致大且无规则的 粒径分布，随后使用胶体磨机进行更精细的研磨、或使用切碎机后再使用胶体磨机进行更 精细的研磨，由此形成具有期望尺寸的相对均一的颗粒。例如，来自不同材料（例如但不限 于玉米和稻草）的生物质可通过具有固定设置的筛孔尺寸（如#7或#8)的键磨机给料。然 后可将该键磨机连接到胶体磨机，该胶体磨机具有可调节的间隙设置，用于动态调节生物 质的期望粒径。
[0088] 在一些实施方式中，预处理步骤不设及可W将糖降解成发酵抑制剂的酸的使用。
[0089] 在一些实施方式中，将预处理的生物质的抑调节到约3. 0~约6. 5的抑。在一些 实施方式中，在预处理步骤期间或之后将生物质的抑调节到最适合糖化酶活性的范围内， 例如，约4.0~6.0的范围内。在一些实施方式中，使用Mg(OH)2、畑4(姐、畑3或者Mg(OH)2和 畑禪或畑3的组合来调节生物质的抑。
[0090] 在预处理之后，使用本文所述的方法和催化剂将预处理的生物质水解W产生糖。
[0091] 催化剂的实例
[0092] 本文所述的方法使用的催化剂包括糖化酶及它们的各种组合。糖化酶的实例包括 糖巧酶、纤维素酶、半纤维素酶、淀粉水解糖巧酶、木聚糖酶、木质素酶和阿魏酸醋酶W及它 们的组合。糖巧酶将二糖、低聚糖和多糖的酸键水解。术语纤维素酶是将纤维素水解成葡 萄糖、纤维二糖和其它纤维寡糖的糖巧酶族群的通称。纤维素酶可W包括包含外切纤维二 糖水解酶（CBH)、内切葡聚糖酶巧G)和0-葡糖巧酶度G)的混合物。半纤维素酶是将半 纤维素水解成木糖和其它低聚糖的糖巧酶族群的通称。半纤维素酶可包括木聚糖酶、内切 木聚糖酶、外切木聚糖酶、P-木糖巧酶、阿拉伯木聚糖酶、甘露聚糖酶、半乳糖酶、果胶酶和 葡萄糖醒酸酶。糖化酶也包括淀粉水解糖巧酶，例如但不限于淀粉酶、a-淀粉酶、0-淀 粉酶、葡萄糖淀粉酶、a-葡糖巧酶和异淀粉酶。糖化酶的具体实例包括簇甲基纤维素酶、 木聚糖酶、P-葡糖巧酶、P-木糖巧酶和aA-阿拉伯巧喃糖巧酶W及淀粉酶。糖化酶是 市售的，例如，Ce化C⑧CTec2 和HTec2 或CTecIII(Novozymes，Denmark)、Accellerase⑥和 AccelleraseTrio液化uPontIndustrialBiosciences，Rocheste;r，N.Y.)、C〇deXy!ne? 4(Codexis)和Multifec随木聚糖酶值uPontIndustrialBiosciences)。糖化酶也可W 由宿主生物体（包括重组微生物）表达。在某些实施实施方式中，通过基因工程化植物或 转基因植物生产糖化酶，例如，如Rabb等人在美国专利公开2012/0258503中所描述的，W 引用的方式将其整体并入本文。
[0093] 在一些实施方式中，催化剂是包含酸性单体和离子单体的聚合物，其中，各酸性 单体具有至少一种化onsted-Lowry酸，并且各离子单体独立地具有至少一种含氮阳离子 基团或含憐阳离子基团。在一些实施方式中，Bronsted-Lowry酸选自于由横酸、憐酸、乙 酸、间苯二甲酸、棚酸和全氣酸组成的组。美国专利公开2012/0220740、2012/0252957和 2013/0042859描述了合适的聚合物酸催化剂的实例，W引用的方式将它们整体并入本文。 固液分离和酶再循环方法
[0094] 本文所述的方法利用各种类型的分离器和分离方法。分离器分离的固体流将包含 包埋（embedded)有水解酶的部分水解的生物质，所述水解酶在糖化工艺过程中W连续的 方式再循环。使液体流进一步通过膜分离单元，W从包含一部分水解酶的液体中分离小的 固体。在一些实施方式中，分离器是机械设备，包括但不限于离屯、机、沉降式离屯、机、碟片式