阳173]实施例8
[0174] 运个实施例证明了在少于18小时内有80%的葡聚糖转化。验证了增加的葡聚糖 转化与降低的粒径的直接关联。
[01巧]在此实验中，在糖化3小时后进行化S，并每隔S小时进行粒径分布分析，直到18 小时。 阳176] 如图17所示，该工艺在糖化时间为15小时时给出了〉80%的C6转化。18小时则 给出了〉90%的C6转化。图18示出了糖化材料灯=3至T= 24)和未糖化材料灯=0) 的粒径分布。观察到粒径和葡聚糖转化之间的线性负相关性：由较小的粒径观察到最高的 转化。在T= 24小时糖化时，粒径从T=O时的初始30-800ym降至I. 8-40ym的范围。 阳177] 实施例9
[0178] 运个实施例对用于从生物质生产糖的系统进行了阐释，其中，使用螺旋钻，在适于 将生物质水解成糖的条件下使酶与生物质接触。使用振动筛和切向流过滤系统（TF巧将酶 再循环。
[0179] 在本实施例中，使用位于螺旋钻底部的筛将螺旋钻液相与螺旋钻固相分离开。使 用振动筛将此螺旋钻液相进一步分离，W产生第一液相和第一固相。将第一液相储存在适 于生产糖的条件下。在第二步骤中，使用TFF膜将第一液相分离成包含糖和一些溶解固体 的第二液相或渗出液W及包含酶、糖和任何残留颗粒固体的第二固相或保留物。然后，通过 使用逆流洗涂将保留物与各螺旋钻中的螺旋钻固体再合并。本实施例中使用的生物质是甘 薦渣，并且系统连续运行超过10天。 阳180]图19中绘出了用于从生物质生产糖的系统的整体示意图。在179°C将甘薦渣生物 质预处理40分钟。将甘薦渣浆料（12%固体）转移到5个螺旋钻中的第一个，即混合螺旋 钻。没有液体再循环发生到该螺旋钻中。W相对于甘薦渣中的葡聚糖而言酶为20wt%的剂 量，将AccelleraseI'Ho饭添加至混合螺旋钻中的甘薦渣。另外，W相对于溶液中的固体质 量而言聚乙二醇（PEG)质量为2%的剂量，将PEG添加至混合螺旋钻中的生物质。螺旋钻是 隔热的，螺旋钻内部溫度保持在50°C。使用螺旋输送机将固相移动通过混合螺旋钻，并将其 累送到下一个螺旋钻，即4个糖化螺旋钻中的第一个（见图19)。在糖化螺旋钻中，使用位 于或靠近螺旋钻起点但在入口之后的网筛将螺旋钻液相与螺旋钻固体分离开。使用螺旋输 送机将螺旋钻固相移动通过各糖化螺旋钻，并将其累送到下一个螺旋钻。 阳181] 将离开第四糖化螺旋钻末端的固体在添加来自混合螺旋钻的材料的部位处再循 环回第一糖化螺旋钻的起始部。为了有助于从糖化螺旋钻去除螺旋钻液体，运些螺旋钻W从起始部到末端具有3°倾斜的方式操作。在通过螺旋钻筛后，使液体流过具有25Jim或 43ym筛的振动筛（Sweco，Florence，KY)。将没有通过筛的固体再循环回到螺旋钻系统中。 随后将液体送到TFF系统，该系统由包含ISOkDa聚酸讽（PE巧膜的9.Sm2模块（SmartFlow Technologies,Apex,NC)构成。将来自TFF的保留物周期性地再循环回糖化螺旋钻，而将 包含额外的糖的渗出液从系统移除。
[0182] 在连续螺旋钻糖化工艺中的关键点处测定内切葡聚糖酶巧ndo)、外切纤维素酶 (Exo)和0-葡糖巧酶度G)的活性W证实酶的再循环。分别使用azo-CM-纤维素测定内 切葡聚糖酶的活性、使用对-硝基苯基-P-D-化喃乳糖巧测定外切葡聚糖酶的活性、使用 对-硝基苯基-P-D-化喃葡萄糖巧测定0-葡糖巧酶度G)的活性。首先使用分散剂将吸 附到生物质固体上的酶解吸，并将所得溶液渗滤（diafiltered)。按原样将液体样品渗滤。 分别基于运两部分的体积计算两部分的总纤维素酶活性。 阳183] 样品点包括酶添加点（图19中的点1)、固体和液体进料至Sweco振动筛（图19 中的点2)W及切向流过滤器灯F巧系统产生浓缩物和渗出液（图19中的点3和点4)。将 活性测定与再循环材料的体积结合，W计算各种上述活性的总再循环活性。然后将分析标 准化至初始酶浓度W确定经由筛再循环流或TFF再循环流返回到螺旋钻系统的各酶的比 例。
[0184] 此分析计算了来自于振动筛和来自于TFF渗出液的在更高浓度固体流中再循环 的酶的活性（表2)。送至振动筛的进料包含I. 20X的总内切葡聚糖酶活性、0.60X的总 外切葡聚糖酶活性和0.84X的总BG活性。由于在螺旋钻糖化工艺中的条件下组成酶的活 性随时间的损失不同，使得到达振动筛的残留活性在不同酶活性之间差异很大。由于内切 葡聚糖酶的活性降低最小并因此在螺旋钻糖化中测定的相对残留活性最高，它还具有对于 振动筛的相对最高进料。事实上，进料至振动筛的内切葡聚糖酶比进料至系统中的总内切 葡聚糖酶更高，明确表明在采样之前的运行过程中，内切葡聚糖酶高程度地再循环。 阳185] 振动筛从溶解固体中分离出大固体（约大于50ym)。如上文所述技术所测量的， 固体部分每克材料具有的酶活性相较于液体部分高约8-12倍。振动筛非常有效地收集固 体和酶并将它们再循环回糖化系统。在所有=种酶的情况下，约70%的进料至振动筛中的 酶被再循环回糖化系统。
[0186]在振动筛之后，利用TFF对通过50ym网孔的包含溶解固体和不溶解颗粒的材料 进行加工。在TFF中，当糖通过膜时，酶和葡聚糖被浓缩。使来自TFF的浓缩物再循环回糖 化系统。此再循环流包含0.16X的总内切葡聚糖酶活性、0.08X的总外切葡聚糖酶活性 和0. 08X的总BG活性。因为在行进至TFF系统之前，振动筛已经移除了约2/3的酶活性 单位，由TFF系统再循环的酶活性单位的总量比从振动筛再循环的要低得多。此外，运行结 束时，浓缩罐中残留了酶活性。因此，在连续运行中，此活性还将被再循环回糖化系统中。 阳187]表2-使用连续螺旋钻工艺的甘薦渣糖化过程中存在于不同工艺流中的相对酶活 性。
[0189]应当理解的是，本文所述的实施例和实施方式仅用于说明目的，并且，基于它们进 行的各种修改或改变将是本领域技术人员所能够预见的、并将包含在本申请的精神和范畴 W及所附权利要求书的范围内。出于所有目的，将本文所引用的所有公开出版物、专利和专 利申请的全部内容W引用的方式并入本文。
【主权项】
1. 一种用于从生物质生产糖的方法，所述方法包含： (a) 在高剪切搅拌条件下使所述生物质与催化剂接触，以将所述生物质的组分水解成 糖，从而产生包含糖的固液混合物； (b) 将所述混合物分离成包含糖的液体流和包含固体的固体流； (c) 在适于将所述固体的组分水解成糖的条件下孵育所述固体流，从而生产额外的糖。2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述生物质包含葡聚糖，且所述生物质中至少80% 的葡聚糖在约6小时至约24小时内被水解成葡萄糖。3. 如权利要求1所述的方法，其中，所述生物质为木质纤维素生物质。4. 如权利要求1所述的方法，其中，在接触步骤之前，所述生物质包含至少约10w/w% 的固体。5. 如权利要求1所述的方法，其中，所述生物质为预处理的生物质。6. 如权利要求1所述的方法，其中，所述催化剂包括酶和/或非酶催化剂。7. 如权利要求1所述的方法，其中，步骤（a)中的条件产生如下生物质粒径：其中，至 少约80%的颗粒具有约2微米至约200微米的粒径。8. 如权利要求1所述的方法，其中，使用机械设备、过滤器、膜或切向流过滤设备将所 述混合物分离。9. 如权利要求8所述的方法，其中，所述机械设备为离心机、压力机或筛。10. 如权利要求1所述的方法，其中，在接触步骤约2小时至约4小时后进行分离步骤。11. 如权利要求1所述的方法，其中，在接触步骤约4小时至约6小时后进行分离步骤。12. 如权利要求2所述的方法，其中，当约30%至约60%的葡聚糖被转化时，进行分离 步骤。13. 如权利要求1所述的方法，其中，孵育步骤进行约8小时至约20小时。14. 如权利要求2所述的方法，其中，相较于不含分离步骤的方法的葡聚糖转化量，该 方法的葡聚糖转化量至少提高10%。15. 如权利要求1所述的方法，该方法进一步包含在间歇、半间歇或连续工艺中使来自 步骤（c)的所述固体与额外的生物质接触。16. 如权利要求15所述的方法，其中，所述额外的生物质包含催化剂。17. 如权利要求1所述的方法，其中，在高剪切搅拌条件下进行孵育步骤。18. 如权利要求1所述的方法，其中，将来自步骤（b)的所述液体流的糖和/或来自步 骤（c)的所述额外的糖加工成乙醇、生物燃料、生化制品或其它化学产品。19. 如权利要求1所述的方法，其中，相较于未在步骤（a)的条件下进行处理的生物质， 来自步骤（c)的水解组分包含降低浓度的污染物。20. 如权利要求1所述的方法，其中，在施用高剪切之后，使所述生物质与适于将所述 生物质的组分水解成糖的催化剂接触。21. 如权利要求1或20所述的方法，其中，所述高剪切搅拌条件包含使用高剪切/磨碎 混合设备对所述生物质进行处理，所述高剪切/磨碎混合设备包含转子和定子，其中，所述 转子和所述定子之间的间隙设置为〇. 1毫米至2. 2毫米。22. 如权利要求1所述的方法，该方法进一步包含： (d) 将在（b)中产生的所述液体流分离成包含糖的第二液体流和包含固体的第二固体 (e)在适于将所述固体的组分水解成糖的条件下孵育所述第二固体流，从而生产额外 的糖。 流；以及23. -种用于从生物质生产糖的方法，所述方法包含： (a) 使用包含转子和定子的高剪切/磨碎混合设备对所述生物质进行预处理，其中，所 述高剪切/磨碎混合设备在所述转子和所述定子之间具有〇. 1毫米至2. 2毫米的间隙设 置，从而减小所述生物质中生物质颗粒的粒径； (b) 使所述生物质与催化剂接触以将所述生物质的组分水解成糖，从而产生包含糖的 固液混合物； (c) 将所述混合物分离成包含糖的液体流和包含固体的固体流； (d) 在适于将所述固体的组分水解成糖的条件下孵育所述固体流，从而生产额外的糖。24. 如权利要求23所述的方法，其中，在预处理步骤（a)之前，将所述生物质与水混合 以提供生物质/水混合物。25. 如权利要求23所述的方法，其中，所述生物质包含葡聚糖，且所述生物质中至少 80%的葡聚糖在约6小时至约24小时内被水解成葡萄糖。26. 如权利要求23所述的方法，其中，所述生物质为木质纤维素生物质。27. 如权利要求23所述的方法，其中，在接触步骤之前，所述生物质包含至少约IOw/ w%的固体。28. 如权利要求23所述的方法，其中，所述生物质为预处理的生物质。29. 如权利要求23所述的方法，其中，所述催化剂包括酶和/或非酶催化剂。30. 如权利要求23所述的方法，其中，步骤（a)中的条件产生如下生物质粒径：其中， 至少约80%的颗粒具有约2微米至约200微米的粒径。31. 如权利要求23所述的方法，其中，使用机械设备、过滤器、膜或切向流过滤设备将 所述混合物分离。32. 如权利要求31所述的方法，其中，所述机械设备为离心机、压力机或筛。33. 如权利要求23所述的方法，其中，在接触步骤约2小时至约4小时后，进行分离步 骤。34. 如权利要求23所述的方法，其中，在接触步骤约4小时至约6小时后，进行分离步 骤。35. 如权利要求25所述的方法，其中，当约30%至约60%的葡聚糖被转化时，进行分离 步骤。36. 如权利要求23所述的方法，其中，孵育步骤进行约8小时至约20小时。37. 如权利要求25所述的方法，其中，相较于不含分离步骤的方法的葡聚糖转化量，该 方法的葡聚糖转化量至少提高10%。38. 如权利要求23所述的方法，该方法进一步包含在间歇、半间歇或连续工艺中使来 自步骤（c)的所述固体与额外的生物质接触。39. 如权利要求38所述的方法，其中，所述额外的生物质包含催化剂。40. 如权利要求23所述的方法，其中，在高剪切搅拌条件下进行孵育步骤。41. 如权利要求23所述的方法，其中，将来自步骤（b)的所述液体流的糖和/或来自步 骤（C)的所述额外的糖加工成乙醇、生物燃料、生化制品或其它化学产品。42.如权利要求23所述的方法，该方法进一步包含： (e) 将在（c)中产生的所述液体流分离成包含糖的第二液体流和包含固体的第二固体 流；以及 (f) 在适于将所述固体的组分水解成糖的条件下孵育所述第二固体流，从而生产额外 的糖。
【专利摘要】本公开提供了用于从纤维素生物质生产糖的方法。该方法联合了使用高剪切磨碎设备对生物质进行的处理以及生物质的糖化以将生物质部分水解。可在高剪切磨碎处理之后或同时对生物质进行糖化。随后将部分水解的生物质分离成具有糖化酶的固体流和具有糖的液体流。在糖化条件下对固体流和关联酶进行进一步孵育，以生产额外的糖；或者，将固体流和关联酶再循环并添加至新鲜生物质，使该新鲜生物质在高剪切磨碎条件下糖化。该方法导致纤维素生物质向葡萄糖的转化提高。
【IPC分类】C07H3/04, C12P19/12
【公开号】CN105229158
【申请号】CN201480026922
【发明人】迪帕克·辛格, 桑德拉·雅各布森, 克里斯·拉莫斯, 普拉昌德·什雷斯塔
【申请人】易登尼有限公司
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2014年3月14日
【公告号】US20160032339, WO2014144565A1