增强的可溶性c5糖产率的制作方法
【专利摘要】本发明披露了用于增加从木质纤维素生物质产生的可溶性C5糖的水平的多种方法，这些方法包括酸化分级的木质纤维素生物质以防止包括C5低聚糖和木糖以及阿拉伯糖单体在内的可溶性C5糖再缩合成不溶性的、较高分子量的C5低聚糖。
【专利说明】增强的可溶性C5糖产率
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2011年5月4日提交的美国申请号61/482，437的权益，将其完整披露内容通过引用结合。
【技术领域】
[0002]本发明总体上涉及从木质纤维素生物质增加可发酵C5糖产率的方法。更具体地，它涉及使用使单体形成最大化并且使降解产物的形成最小化的步骤，从木质纤维素生物质增加可发酵C5糖产率的方法。
【背景技术】
[0003]存在使木质纤维素生物质转化成可发酵C5糖的方法。这些方法中的几种首先产生C5糖的低聚物，所述的低聚物随后经水解以形成C5糖单体的可发酵流。现有方法中存在问题尤其包括可溶性的、较高分子量的低聚物再缩合复原成不溶性低聚物。为对付这个问题，可以进行驱动生物质水解成单体的方法。然而，这些更严格的条件经常导致降解产物，如抑制发酵的酸。另外，也存在分离难题。因此，开发避免这种折衷、以使单体形成最大化并且使降解产物的形成最小化的方法将是有益的。本发明的方法和组合物针对这些目的，以及其他重要目的。
发明概述
[0004]在一个实施例中，本发明针对增加从木质纤维素生物质产生的可溶性C5糖的水平的多种方法，这些方法包括:
提供一种分级的木质纤维素生物质，该生物质包含:
一种固态级分，该固态级分包含:
任选地，不溶性C5低聚糖；
纤维素；和 木质素；以及
处于第一温度和第一压力下的一种第一液态级分，该第一液态级分包含:
选自下组的可溶性C5糖，该组由以下各项组成:c5低聚糖、木糖、阿拉伯糖、来苏糖、核糖、及其混合物；
其中所述可溶性C5糖以第一水平存在；
酸化所述分级的木质纤维素生物质以形成在第二水平并在第二温度下包含所述可溶性C5糖的第二液态级分；
其中所述第二水平高于所述第一水平；
任选地，将所述固态级分与所述第二液态级分分离；并且
任选地，水解所述第二液态级分以形成选自下组的C5糖，该组由以下各项组成:具有更少单体单元的C5低聚糖、C5单糖、及其混合物。
[0005] 在另一个实施例中，本发明针对增加从木质纤维素生物质产生的可溶性C5糖的水平的多种方法，这些方法包括:
提供一种分级的木质纤维素生物质，该生物质包含:
一种固态级分，该固态级分包含:
任选地，不溶性C5低聚糖；
纤维素；和 木质素；以及
处于第一温度和第一压力下的一种第一液态级分，该第一液态级分包含:
选自下组的可溶性C5糖，该组由以下各项组成:c5低聚糖、木糖、阿拉伯糖、来苏糖、核糖、及其混合物；
其中所述可溶性C5糖以第一水平存在；
任选地，在第二压力下将所述固态级分与所述第一液态级分分离；
其中所述第一压力和所述第二压力是基本上相同的；
使所述第一液态级分与固态酸催化剂接触以形成在第二水平并在第二温度下包含所述可溶性C5糖的第二液态级分；
其中所述第二水平大于所述第一水平；
任选地，水解所述第二液态级分以形成选自下组的C5糖，该组由以下各项组成:具有更少单体单元的C5低聚糖、C5单糖、及其混合物。
[0006]在另外的其他实施例中，本发明针对增加从木质纤维素生物质产生的发酵性产物或催化性产物的水平的多种方法，这些方法包括:
提供一种分级的木质纤维素生物质，该生物质包含:
一种固态级分，该固态级分包含:
任选地，不溶性C5低聚糖；
纤维素；和 木质素；以及
处于第一温度和第一压力下的一种第一液态级分，该第一液态级分包含:
选自下组的可溶性C5糖，该组由以下各项组成:c5低聚糖、木糖、阿拉伯糖、来苏糖、核糖、及其混合物；
其中所述可溶性C5糖以第一水平存在；
酸化所述分级的木质纤维素生物质以形成在第二水平并在第二温度下包含所述可溶性C5糖的第二液态级分；
其中所述第二水平大于所述第一水平；
任选地，将所述固态级分与所述第二液态级分分离；
水解所述第二液态级分以形成具有更少单体单元的C5低聚糖、c5单糖及、其混合物；并且发酵、催化、或发酵并催化所述C5糖以形成所述发酵性产物、所述催化性产物、或其组合。
[0007]在另外的其他实施例中，本发明针对由本发明的方法产生的产物。
[0008]在另外的其他实施例中，本发明针对多种组合物，这些组合物包含:
能够加以膜分离、优选地具有约2个单体单元至约15个单体单元的可溶性C5低聚糖；和
水；其中所述组合物具有约1.5至约6.0的pH ;并且 其中所述可溶性C5低聚糖具有约2个单体单元至约15个单体单元。
附图简述
[0009]将附图纳入以提供对本发明的进一步的理解并且将附图并入本说明书中并构成其部分，这些【专利附图】
【附图说明】本发明的实施例并且与说明书一起发挥解释本发明原理的作用。在这些附图中:[0010]图1是显示本发明一个实施例的、从第一液态级分中分离固态级分后酸化步骤的示意图。
[0011]图2是显示本发明一个实施例的、使用固态酸催化剂的酸化步骤的示意图。
[0012]图3是显示本发明一个实施例的、使用固定酶的酸化步骤的示意图。
[0013]图4是显示本发明一个实施例的、从第一级分中分离固态级分之前酸化步骤的示意图。
发明详述
[0014]如上文及本披露中自始至终使用的，除非另外说明，否则以下术语应当理解成具有以下意思。
[0015]除非上下文清楚地指明，否则如在此使用的，单数形式“a (—个)”、“an (—种)”和“the (这种)”包括复数称谓。
[0016]尽管本发明能够以多种形式体现，但是下文对几个实施例进行描述，同时理解应将本披露视为本发明的示例并且不意在将本发明限于所示的具体实施例。仅出于方便提供标题并且这些标题不得以任何方式解释为限制本发明。任何标题下所示的实施例可以与任何其他标题下所示的实施例组合。
[0017]除非另外明确地指出，在本申请中所示的各种定量值中使用的数值称作近似值，如同所述范围内的最小值和最大值均前缀有词汇“约”。以这种方式，来自所述值的轻微变型可以用来实现与所述值基本上相同的结果。另外，范围的披露意图作为包括所述最小值和最大值之间每个值的连续范围以及可以由这类值形成的任何范围。在此还披露了可以通过将所述数值除以任何其他所述数值而形成的任何和全部比率(和任何这类比率的范围)。因而，所述技术人员将理解许多这类比率、范围和比率范围可以毫无疑义地源自本文中提供的数值并且在全部情况下，这类比率、范围和比率范围代表本发明的多种实施例。
[0018]超临界流体是在其临界温度以上的温度下并处于其临界压力以上压力下的流体。超临界流体在其“临界点”(液相和蒸气相(气)相可以彼此平衡存在的最高温度和压力点)或以上存在。在临界压力和临界温度以上，液相和气相之间的区别消失。超临界流体大致拥有气体的渗透特性，同时具有液体的溶剂特性。因此，超临界流体提取具有高渗透能力和良好溶剂化的益处。
[0019]报道的临界温度和临界压力包括:对于纯水，约374.2摄氏度的临界温度和约221巴的临界压力；对于二氧化碳，约31摄氏度的临界温度和约72.9个大气压(约1072psig)的临界压力。近临界水具有在约300摄氏度或以上以及低于水临界温度(374.2°C)的温度，和高到足以确保全部流体处于液相的压力。亚临界水具有小于约300摄氏度的温度和高到足以确保全部流体处于液相的压力。亚临界水温度可以是大于约250摄氏度和小于约300摄氏度，并且在许多情况下，亚临界水具有在约250摄氏度和约280摄氏度之间的温度。术语“加压热水”在本文中可互换地用于水，所述水处于或高于其临界状态，或本文定义为近临界或亚临界，或约50摄氏度以上但是小于亚临界的任何其他温度以及使得水处于液态的压力下。
[0020]如在此使用的，处于“超临界”的流体(例如超临界水，超临界CO2等)表示如果以纯粹形式在给定的温度和压力条件集合下存在将是超临界的流体。例如，“超临界水”表示以至少约374.2摄氏度的温度和至少约221巴压力存在的水，无论水是否为纯水或作为混合物(例如水和乙醇、水和CO2等)存在。因此，例如，“亚临界水和超临界二氧化碳的混合物”表示处于二氧化碳临界点以上但水临界点以下的温度和压力的水和二氧化碳的混合物，无论超临界相是否含有水并且无论水相是否含有任何二氧化碳。例如，亚临界水和超临界CO2的混合物可以具有约250摄氏度至约280摄氏度的温度和至少约225巴的压力。
[0021]如在此使用的，“连续的”表示一种过程，所述过程就其持续期而言是不间断的或相对于该过程的持续期而言仅短暂中断、停留或中止。当生物质在不中断或在实质上不中断的情况下送入设备时，生物质的处理是“连续的”，或所述生物质的加工不以分批过程进行。
[0022]如在此使用的，“停留”表示物料的给定部分或团块位于反应区或反应釜内部的时间长度。如在此使用的，包括实例和数据，“停留时间”在环境条件下报道并且不必然是逝去的实际时间。
[0023]如在此使用的，“木质纤维素生物质或其组分部份”指来自各种来源的、含有纤维素、半纤维素、和木质素的植物生物质，包括而不限于(I)农业残余物(包括玉米秸杆和甘蔗渣)，(2)专用能源作物，(3)木质残余物(包括锯木厂和造纸厂抛弃物)，和(4)城市废物，和它们的组成部分，包括而不限于木质纤维素生物质本身、木质素、C6糖(包括纤维素、纤维二糖、C6低聚糖、C6单糖、和C 5糖(包括半纤维素、C5低聚糖、和C5单糖)。
[0024]在一个实施例中，本发明针对增加从木质纤维素生物质产生的可溶性C5糖的水平的多种方法，这些方法包括:
提供一种分级的木质纤维素生物质，该生物质包含:
一种固态级分，该固态级分包含:
任选地，不溶性C5低聚糖；
纤维素；和 木质素；以及
处于第一温度和第一压力下的一种第一液态级分，该第一液态级分包含:
选自下组的可溶性C5糖，该组由以下各项组成:c5低聚糖、木糖、阿拉伯糖、来苏糖、核糖、及其混合物；
其中所述可溶性C5糖以第一水平存在；
酸化所述分级的木质纤维素生物质以形成在第二水平并在第二温度下包含所述可溶性C5糖的第二液态级分；
其中所述第二水平大于所述第一水平；
任选地，将所述固态级分与所述第二液态级分分离；并且
任选地，水解所述第二液态级分以形成选自下组的C5糖，该组由以下各项组成:具有更少单体单元的C5低聚糖、木糖、阿拉伯糖、来苏糖、核糖、及其混合物。图1中示意性地显示该方法。
[0025]在另一个实施例中，本发明针对增加从木质纤维素生物质产生的可溶性C5糖的水平的多种方法，这些方法包括:
提供一种分级的木质纤维素生物质，该生物质包含:
一种固态级分，该固态级分包含:
任选地，不溶性C5低聚糖；
纤维素；和 木质素；以及
处于第一温度和第一压力下的一种第一液态级分，该第一液态级分包含:
选自下组的可溶性C5糖，该组由以下各项组成:c5低聚糖、木糖、阿拉伯糖、来苏糖、核糖、及其混合物；
其中所述可溶性C5糖以第一水平存在；
任选地，在第二压力下将所述固态级分与所述第一液态级分分离；
其中所述第一压力和所述第二压力是基本上相同的；
使所述第一液态级分与固态酸催化剂接触以形成在第二水平并在第二温度下包含所述可溶性C5糖的第二液态级分(酸化步骤)；` 其中所述第二水平大于所述第一水平；并且
任选地，水解所述第二液态级分以形成选自下组的C5糖，该组由以下各项组成:具有更少单体单元的C5低聚糖、木糖、阿拉伯糖、来苏糖、核糖、及其混合物。图1中示意性地显示该方法。
[0026]在另外的其他实施例中，本发明针对增加从木质纤维素生物质产生的发酵性产物或催化性产物的水平的多种方法，这些方法包括:
提供一种分级的木质纤维素生物质，该生物质包含:
一种固态级分，该固态级分包含:
任选地，不溶性C5低聚糖；
纤维素；和 木质素；以及
处于第一温度和第一压力下的一种第一液态级分，该第一液态级分包含:
选自下组的可溶性C5糖，该组由以下各项组成:c5低聚糖、木糖、阿拉伯糖、来苏糖、核糖、及其混合物；
其中所述可溶性C5糖以第一水平存在；
酸化所述分级的木质纤维素生物质以形成在第二水平并在第二温度下包含所述可溶性C5糖的第二液态级分；
其中所述第二水平大于所述第一水平；
任选地，将所述固态级分与所述第二液态级分分离；
水解所述第二液态级分以形成选自下组的C5糖，该组由以下各项组成:具有更少单体单元的C5低聚糖、木糖、阿拉伯糖、来苏糖、核糖、及其混合物；并且
发酵、催化、或发酵并催化所述C5糖以形成所述发酵性产物、所述催化性产物、或其组
口 O[0027]该酸化步骤可以按许多方式实现，包括添加含水酸(如图1和图4中示意性显示)、与原位形成酸的气体化合物接触，和/或与固态酸催化剂接触(如图2中示意性显示)。酸的添加水解了可溶性的、较高分子量的C5低聚糖和/或不溶性C5低聚糖以形成可溶性较高、分子量较低的C5低聚糖，从而可溶性C5糖的第二水平大于可溶性C5糖的第一水平。酸的添加使得可溶性的、较高分子量的C5低聚糖的MW分布移向较低的平均分子量，从而第二液态级分中的可溶性C5糖具有比第一液态级分中的可溶性C5糖的平均分子量低的平均分子量。例如，第一液态级分中的C5低聚糖具有约2个单体单元至约25个单体单元；并且第二液态级分中的C5低聚糖具有约2个单体单元至约15个单体单元。
[0028]在某些实施例中，酸化步骤包括向分级的木质纤维素生物质(如图4中示意性显示)或向第一液态级分(如图1中示意性显示)添加至少一种含水酸，该含水酸选自下组，该组由以下各项组成:有机酸、无机酸、及其混合物。适合的无机酸包括但不限于:硫酸、磺酸、磷酸、膦酸、硝酸、亚硝酸、氢氯酸、氢氟酸、氢溴酸、氢碘酸。适合的有机酸包括但不限于:脂族羧酸(如乙酸和甲酸)、芳族羧酸(如苯甲酸和水杨酸)、二羧酸(如草酸、酞酸、癸二酸和己二酸)、脂族脂肪酸(如油酸、棕榈酸和硬脂酸)、芳族脂肪酸(如苯基硬脂酸)和氨基酸。在某些实施例中，酸优选地是硫酸、氢氯酸、磷酸、硝酸、或其组合。硫酸是特别优选的。在某些实施例中，基于向其中添加酸的级分(或者分级的木质纤维素生物质或者第一液态级分)的总重量，酸以约0.05重量％、至约2.0重量％的水平存在。在某些其他实施例中，酸的量可以按从约0.07%至约2%、约0.1%至约1.5%、约0.1%至约1%、约0.1%至约0.5%、约
0.1% 至约 0.4%、约 0.1% 至约 0.3%、约 0.1% 至约 0.2%、约 0.5% 至约 2%、约 0.5% 至约 1.5%、约0.5%至约1%、小于约2%、小于约1.5%、小于约1%、小于约0.5%、小于约0.4%、小于约0.3%、小于约0.2%或小于约0.1%的量存在。
[0029]在某些其他实施例中，酸化步骤包括使所述分级的木质纤维素生物质与原位形成酸的气体化合物接触。原位形成酸的气体化合物包括但不限于so2、co2、no2、hx (其中X是Cl、Br、F、或I)、或其组合。在某些实施例中，基于液态级分的重量，酸以约0.05重量％至约
2.0重量％的水平存在。在某些其他实施例中，酸的量可以按从约0.07%至约2%、约0.1%至约 1.5%、约 0.1% 至约 1%、约 0.1% 至约 0.5%、约 0.1% 至约 0.4%、约 0.1% 至约 0.3%、约 0.1%至约0.2%、约0.5%至约2%、约0.5%至约1.5%、约0.5%至约1%、小于约2%、小于约1.5%、小于约1%、小于约0.5%、小于约0.4%、小于约0.3%、小于约0.2%或小于约0.1%的量存在。
[0030]在另外的其他实施例中，酸化步骤包括使所述分级的木质纤维素生物质与固态酸催化剂接触(如图2中示意性显示)。适合的固态酸催化剂包括但不限于:沸石、阴离子交换树脂、及其组合。
[0031]本发明的方法优选地连续进行，不过它们可以作为分批或半分批过程进行。
[0032]本发明的方法可以在任何适合的反应器中实施，所述反应器包括但不限于管状反应器、蒸煮器(立式、卧式、或倾斜式)等。适合的蒸煮器包括在US-B-8, 057，639中描述的蒸煮器系统，该系统包括蒸煮器和蒸气爆炸单元，将其完整披露内容通过引用结合。
[0033]在某些实施例中，通过使所述木质纤维素生物质与包含加压热水和任选地二氧化碳的第一反应流体接触，形成所述分级的木质纤维素生物质；
其中当所述木质纤维素生物质包括软木时，所述第一反应流体进一步包含酸(或者无机酸或者有机酸);其中在足以维持所述第一反应流体处于液体形式的压力下，所述第一反应流体处在至少100摄氏度的温度处。
当木质纤维素生物质包含硬木或组分而非软木时，该方法优选地在不添加酸(或者无机酸或者有机酸)或原位形成酸(而非从二氧化碳形成的碳酸)的情况下实施。适合的无机酸包括但不限于:硫酸、磺酸、磷酸、膦酸、硝酸、亚硝酸、氢氯酸、氢氟酸、氢溴酸、氢碘酸。适合的有机酸包括但不限于脂族羧酸(如乙酸和甲酸)、芳族羧酸(如苯甲酸和水杨酸)、二羧酸(如草酸、酞酸、癸二酸、和己二酸)、脂族脂肪酸(如油酸、棕榈酸、和硬脂酸)、芳族脂肪酸(如苯基硬脂酸)和氨基酸。在优选的实施例中，分级步骤在不大于约240摄氏度的温度下实施以防止加工设备的木质素结垢。在其他优选实施例中，分级步骤在无任选的二氧化碳的情况下实施。
[0034]在这些方法的某些实施例中，第一温度和第二温度是基本上相同的。优选地，第一温度和所述第二温度两者均不大于约240摄氏度。更优选地，第一温度和所述第二温度是约220摄氏度至约240摄氏度。
[0035]在这些方法的某些实施例中，第二温度小于第一温度。优选地，第一温度和所述第二温度两者均不大于约240摄氏度。更优选地，第一温度和所述第二温度两者均不大于约180摄氏度。
[0036]在某些实施例中，这些方法进一步包括以下步骤:将固态级分与所述第二液态级分分离之前，降低第一液态级分的第一压力。
[0037]在某些实施例中，第二液态级分经酶促地(采用固定酶时如图3中示意性显示)或化学地水解以形成C5糖(低聚糖和单糖)。在某些实施例中，使用例如添加酸(或者无机酸或者有机酸)或原位形成的酸(而非从二氧化碳形成的碳酸)，将第二液态级分水解以形成C5糖。适合的无机酸包括但不限于:硫酸、磺酸、磷酸、膦酸、硝酸、亚硝酸、氢氯酸、氢氟酸、氢溴酸、氢碘酸。适合的有机酸包括但不限于:脂族羧酸(如乙酸和甲酸)、芳族羧酸(如苯甲酸和水杨酸)、二羧酸(如草酸、酞酸、癸二酸、和己二酸)、脂族脂肪酸(如油酸、棕榈酸、和硬脂酸)、芳族脂肪酸(如苯基硬脂酸)、和氨基酸，例如使用稀酸。在优选的实施例中，C5低聚糖与稀硫酸(基于第二液态级分的总重量，约0.05重量％至约2重量％的水平)接触足以将所述C5低聚糖水解成C5单糖(木糖、阿拉伯糖、来苏糖、核糖、或其混合物)的时间。
[0038]在某些实施例中，可以使用本领域技术人员已知的技术，将C5低聚糖和单糖(木糖、阿拉伯糖、来苏糖、核糖或其混合物)发酵成乙醇、丁醇等及其混合物，所述技术包括但不限于使用酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)和梭菌属(Clostridium sp.)的酵母发酵。在某些优选的实施例中，低聚物发酵罐能够直接摄取低聚物(对于热纤梭菌(Clostridium thermocellum),通常高达最大尺寸,例如,6个单体单元)。因此,通过转移分布至具有更少单体单元的低聚物，增强在较低温度的溶解度，因而防止沉淀，但是更多低聚物是通过能够摄取低聚物的生物(如热纤梭菌)发酵可用的。
[0039]优选地，木糖的产率是至少68%、更优选地至少70%的理论产率。优选地，可溶性C5糖的产率是至少68%、更优选地至少70%的理论产率。
[0040]在某些实施例中，这些方法进一步包括产生乙酸和糠醛中的至少一种的步骤:通过本领域技术人员熟知的常规方法从所述可溶C5糖产生乙酸和糠醛中的至少一种。例如，糠醛可以例如，通过随无机酸(如pHl-2的硫酸)一起在升高的温度(例如，大于约240摄氏度至约300摄氏度)下脱水约10秒来产生。乙酸可以从木质纤维素生物质中的半纤维素释放。
[0041]在某些实施例中，本发明针对由本发明的方法产生的产物。具体而言，产物是具有可溶性C5糖的组合物，所述可溶性C5糖具有比常规方法低的平均分子量。本发明的方法导致可溶性低聚物，所述可溶性低聚物不太可能再缩合复原成不溶性、较高分子量的低聚物，因而使单体形成最大化并使降解产物的形成最小化。在某些实施例中，C5糖优选地维持为可溶性的、较低分子量的低聚物而非维持为单糖，以允许方便分离。糠醛和甲酸是脱水途径中的主要降解产物。乙醇醛，甘油醛、二羟基丙酮、和丙酮醛，作为经逆醇醛途径产生的产物，也是其他可能的降解产物。
[0042]在某些实施例中，这些组合物包含水和能够进行膜分离的可溶性C5低聚糖。在某些实施例中，可溶性C5低聚糖具有约2个单体单元至约15个单体单元。在某些优选的实施例中，这些组合物具有约1.5至约6.0、优选地约2.0至约2.5的pH。
[0043]在某些实施例中，所述C5低聚糖的分布移动，从而分布中的最大低聚物在较低温度对于后加工和分离仍是可溶的。例如，就分离目的而言，优选具有可溶性C5低聚糖而非单糖，因为可以使用膜分离、纳米过滤、和其他大小排阻技术分离可溶性C5低聚糖。
[0044]尽管已经披露了本发明的多种优选形式，但对本领域技术人员而言，显而易见可以作出将实现本发明的一些优点而不脱离本发明精神和范围的多种变化和修改。因此，本发明范围仅由所附权利要求书决定。
[0045]当在此使用的范围用于物理特性(如分子量)或化学特性(如化学式)时，意在包括其中具体实施例的范围的全部组合和子组合。
[0046]本文件中引用或描述的每份专利、专利申请和出版物的披露内容通过引用以其整体结合在此。
[0047]本领域技术人员将理解，可以对本发明的优选实施例作出许多变化和修改并且可以作出此类变化和修改而不脱离本发明的精神。因此所附权利要求书意在覆盖落在本发明的真实精神和范围内的全部这类等效变体。
【权利要求】
1.一种增加从木质纤维素生物质产生的可溶性C5糖的水平的方法，该方法包括: 提供一种分级的木质纤维素生物质，该生物质包含: 一种固态级分，该固态级分包含: 任选地，不溶性C5低聚糖； 纤维素；和 木质素；以及 处于第一温度和第一压力下的一种第一液态级分，该第一液态级分包含: 选自下组的可溶性C5糖，该组由以下各项组成:c5低聚糖、木糖、阿拉伯糖、来苏糖、核糖、及其混合物； 其中所述可溶性C5糖以第一水平存在； 酸化所述分级的木质纤维素生物质以形成在第二水平并在第二温度下包含可溶性C5糖的第二液态级分； 其中所述第二水平高于所述第一水平； 任选地，将所述固态级分与所述第二液态级分分离；并且 任选地，水解所述第二液态级分以形成选自下组的C5糖，该组由以下各项组成:具有更少单体单元的C5低聚糖、木糖、阿拉伯糖、来苏糖、核糖、及其混合物。
2.根据权利要求1所述的方法， 其中所述酸化包括向所述分级的木质纤维素生物质中添加至少一种含水酸，该含水酸选自下组，该组由以下各项组成:有机酸、无机酸、及其混合物。
3.根据权利要求2所述的方法， 其中所述无机酸是硫酸、氢氯酸、磷酸、硝酸、或其组合。
4.根据权利要求3所述的方法， 其中基于所述第一液态级分的重量，所述无机酸以约0.05重量％至约2.0重量％的水平存在。
5.根据权利要求1所述的方法， 其中所述酸化包括使所述分级的木质纤维素生物质与原位形成酸的气体化合物接触。
6.根据权利要求5所述的方法， 其中所述气体化合物是S02、CO2, NO2, HX，其中X是Cl、Br、F、或1、或其组合。
7.根据权利要求1所述的方法， 其中所述酸化包括使所述分级的木质纤维素生物质与固态酸催化剂接触。
8.根据权利要求7所述的方法， 其中所述固态酸催化剂是沸石、阴离子交换树脂、或其组合。
9.根据权利要求1所述的方法， 其中所述方法是连续的。
10.根据权利要求1所述的方法， 其中所述可溶性C5糖的所述第二水平大于所述可溶性C5糖的所述第一水平。
11.根据权利要求1所述的方法， 其中第二液态级分中的所述可溶性C5糖具有比所述第一液态级分中的所述可溶性C5糖的平均分子量低的平均分子量。
12.根据权利要求1所述的方法， 其中所述第一液态级分中的所述C5低聚糖具有约2个单体单元至约25个单体单元；并且 其中所述第二液态级分中的所述C5低聚糖具有约2个单体单元至约15个单体单元。
13.根据权利要求1所述的方法， 其中通过使所述木质纤维素生物质与包含加压热水和任选地二氧化碳的第一反应流体接触，形成所述分级的木质纤维素生物质； 其中当所述木质纤维素生物质包括软木时，所述第一反应流体进一步包含酸； 其中在足以维持所述第一反应流体处于液体形式的压力下，所述第一反应流体处在至少100摄氏度的温度处。
14.根据权利要求1所述的方法， 其中所述第一温度和所述第二温度是基本上相同的。
15.根据权利要求14所述的方法， 其中所述第一温度和所述第二温度两者均不大于约240摄氏度。
16.根据权利要求1所述的方法， 其中所述第二温度小于所 述第一温度。
17.根据权利要求16所述的方法， 其中所述第一温度和所述第二温度两者均不大于约240摄氏度。
18.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: 将所述固态级分与所述第二液态级分分离之前，降低所述第一液态级分的所述第一压力。
19.根据权利要求1所述的方法， 其中所述水解所述第二液态级分以形成C5糖包括使所述C5低聚糖与稀酸接触足以将所述C5低聚糖水解成具有更少单体单元的C5低聚糖、C5单糖、及其混合物的时间。
20.根据权利要求1所述的方法， 其中所述水解所述第二液态级分以形成C5糖包括酶促水解。
21.根据权利要求1所述的方法， 其中所述木糖的产率是至少68%的理论产率。
22.根据权利要求1所述的方法， 其中所述可溶性C5糖的产率是至少68%的理论产率。
23.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: 从所述可溶性C5糖产生所述乙酸和糠醛中的至少一种。
24.一种产物，由根据权利要求1所述的方法产生。
25.一种组合物，包含: 能够进行膜分离的可溶性C5低聚糖；和 水； 其中所述组合物具有约1.5至约6.0的pH ;并且 其中所述可溶性C5低聚糖具有约2个单体单元至约15个单体单元。
26.—种增加从木质纤维素生物质产生的可溶性C5糖的水平的方法，该方法包括:提供一种分级的木质纤维素生物质，该生物质包含: 一种固态级分，该固态级分包含: 任选地，不溶性C5低聚糖； 纤维素；和 木质素；以及 处于第一温度和第一压力下的一种第一液态级分，该第一液态级分包含: 选自下组的可溶性C5糖，该组由以下各项组成:c5低聚糖、木糖、阿拉伯糖、来苏糖、核糖、及其混合物； 其中所述可溶性C5糖以第 一水平存在； 任选地，在第二压力下将所述固态级分与所述第一液态级分分离； 其中所述第一压力和所述第二压力是基本上相同的； 使所述第一液态级分与固态酸催化剂接触以形成在第二水平并在第二温度下包含所述可溶性C5糖的第二液态级分； 其中所述第二水平大于所述第一水平；并且 任选地，水解所述第二液态级分以形成选自下组的C5糖，该组由以下各项组成:具有更少单体单元的C5低聚糖、木糖、阿拉伯糖、来苏糖、核糖、及其混合物。
27.根据权利要求26所述的方法， 其中所述固态酸催化剂是沸石、阴离子交换树脂、或其组合。
28.根据权利要求26所述的方法， 其中所述方法是连续的。
29.根据权利要求26所述的方法， 其中所述可溶性C5糖的所述第二水平大于所述可溶性C5糖的所述第一水平。
30.根据权利要求26所述的方法， 其中第二液态级分中的所述可溶性C5糖具有比所述第一液态级分中的所述可溶性C5糖的平均分子量低的平均分子量。
31.根据权利要求26所述的方法， 其中所述第一液态级分中的所述C5低聚糖具有约2个单体单元至约25个单体单元；并且 其中所述第二液态级分中的所述C5低聚糖具有约2个单体单元至约15个单体单元。
32.根据权利要求26所述的方法， 其中通过使所述木质纤维素生物质与包含加压热水和任选地二氧化碳的第一反应流体接触，形成所述分级的木质纤维素生物质； 其中当所述木质纤维素生物质包括软木时，所述第一反应流体进一步包含酸； 其中在足以维持所述第一反应流体处于液体形式的压力下，所述第一反应流体处在至少100摄氏度的温度处。
33.根据权利要求26所述的方法， 其中所述第一温度和所述第二温度是基本上相同的。
34.根据权利要求33所述的方法， 其中所述第一温度和所述第二温度两者均不大于约240摄氏度。
35.根据权利要求26所述的方法， 其中所述第二温度小于所述第一温度。
36.根据权利要求35所述的方法， 其中所述第一温度和所述第二温度两者均不大于约240摄氏度。
37.根据权利要求26所述的方法，进一步包括: 将所述固态级分与所述第二液态级分分离之前，降低所述第一液态级分的所述第一压力。
38.根据权利要求26所述的方法， 其中所述水解所述第二液态级分以形成C5糖包括使所述C5低聚糖与稀酸接触足以将所述C5低聚糖水解成具有更少单体单元的C5低聚糖、木糖、阿拉伯糖、来苏糖、核糖、及其混合物的时间。
39.根据权利要求26所述的方法， 其中所述水解所述第二液态级分以形成C5糖包括酶促水解。
40.根据权利要求26所述的方法， 其中所述木糖的产率是至少68%的理论产率。
41.根据权利要求26所 述的方法， 其中所述可溶性C5糖的产率是至少68%的理论产率。
42.根据权利要求26所述的方法，进一步包括: 从所述可溶性C5糖产生所述乙酸和糠醛中的至少一种。
43.—种产物，由根据权利要求26所述的方法产生。
44.一种增加从木质纤维素生物质产生的发酵性或催化性产物的水平的方法，该方法包括: 提供一种分级的木质纤维素生物质，该生物质包含: 一种固态级分，该固态级分包含: 任选地，不溶性C5低聚糖； 纤维素；和 木质素；以及 处于第一温度和第一压力下的一种第一液态级分，该第一液态级分包含: 选自下组的可溶性C5糖，该组由以下各项组成:c5低聚糖、木糖、阿拉伯糖、来苏糖、核糖、及其混合物； 其中所述可溶性C5糖以第一水平存在； 酸化所述分级的木质纤维素生物质以形成在第二水平并在第二温度下包含所述可溶性C5糖的第二液态级分； 其中所述第二水平大于所述第一水平； 任选地，将所述固态级分与所述第二液态级分分离； 水解所述第二液态级分以形成选自下组的C5糖，该组由以下各项组成:具有更少单体单元的C5低聚糖、木糖、阿拉伯糖、来苏糖、核糖及其混合物的C5糖；并且 发酵、催化、或发酵并催化所述C5糖以形成所述发酵性产物、所述催化性产物、或其组口 O
45.根据权利要求44所述的方法， 其中所述发酵性产物或所述催化性产物是乙醇、丁醇、或其组合。
46.根据权利要求44所述的方法， 其中所述酸化包括向所述分级的木质纤维素生物质中添加至少一种含水酸，该含水酸选自下组，该组由以下各项组成:有机酸、无机酸、及其混合物。
47.根据权利要求46所述的方法， 其中所述无机酸是硫酸、氢氯酸、磷酸、硝酸、或其组合。
48.根据权利要求46所述的方法， 其中基于该第二液态级分的重量，所述无机酸以约0.05重量％至约2.0重量％的水平存在。
49.根据权利要求44所述的方法， 其中所述酸化包括使所述分级的木质纤维素生物质与原位形成酸的气体化合物接触。
50.根据权利要求49所述的方法， 其中所述气体化合物是S02、CO2, NO2, HX，其中X是Cl、Br、F、或1、或其组合。
51.根据权利要求44所述的方法， 其中所述酸化包括使所述分级的木质纤维素生物质与固态酸催化剂接触。
52.根据权利要求51所述的方法， 其中所述固态酸催化剂是沸石、阴离子交换树脂、或其组合。
53.根据权利要求44所述的方法， 其中所述方法是连续的。
54.根据权利要求44所述的方法， 其中所述可溶性C5糖的所述第二水平大于所述可溶性C5糖的所述第一水平。
55.根据权利要求44所述的方法， 其中第二液态级分中的所述可溶性C5糖具有比所述第一液态级分中的所述可溶性C5糖的平均分子量低的平均分子量。
56.根据权利要求44所述的方法， 其中所述第一液态级分中的所述C5低聚糖具有约2个单体单元至约25个单体单元；并且 其中所述第二液态级分中的所述C5低聚糖具有约2个单体单元至约15个单体单元。
57.根据权利要求44所述的方法， 其中通过使所述木质纤维素生物质与包含加压热水和任选地二氧化碳的第一反应流体接触，形成所述分级的木质纤维素生物质； 其中当所述木质纤维素生物质包括软木时，所述第一反应流体进一步包含酸； 其中在足以维持所述第一反应流体处于液体形式的压力下，所述第一反应流体处在至少100摄氏度的温度处。
58.根据权利要求44所述的方法， 其中所述第一温度和所述第二温度是基本上相同的。
59.根据权利要求58所述的方法， 其中所述第一温度和所述第二温度两者均不大于约240摄氏度。
60.根据权利要求44所述的方法， 其中所述第二温度小于所述第一温度。
61.根据权利要求60所述的方法， 其中所述第一温度和所述第二温度两者均不大于约240摄氏度。
62.根据权利要求44所述的方法，进一步包括: 将所述固态级分与所述第二液态级分分离之前，降低所述第一液态级分的所述第一压力。
63.根据权利要求44所述的方法， 其中所述水解所述第二液态级分以形成C5糖包括使所述C5低聚糖与稀酸接触足以将所述C5低聚糖水解成具有更少单体单元的C5低聚糖、木糖、阿拉伯糖、来苏糖、核糖、及其混合物的时间。
64.根据权利要求44所述的方法， 其中所述水解所述第二液态级分以`形成C5糖包括酶促水解。
【文档编号】B01J3/06GK103502259SQ201280021461
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年5月4日 优先权日:2011年5月4日
【发明者】P·R·吉布斯 申请人:瑞恩麦特克斯股份有限公司