用于改善發(fā)酵工藝的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】在此公開用于提高一種木質纖維素水解產(chǎn)物的發(fā)酵效率的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括用于從液體成分中除去顆粒物尺寸超過25-100微米的物質的過濾器，和至少一個用于從液體成分中除去酸類的納米過濾器。該系統(tǒng)采用了一種設備來調整經(jīng)過納米過濾器過濾的液體成分的pH值，用氫氧化鈣組合物將其調整到pH值約5.5-6.0。所述氫氧化鈣組合物單獨包括氫氧化鈣或包括氫氧化鈣和氫氧化銨和/或氫氧化鉀。含有木質纖維素材料的生物質包括玉米穗軸、玉米植株外皮、玉米植株葉子和玉米植株莖稈中的至少一種。
【專利說明】用于改善發(fā)酵工藝的系統(tǒng)和方法
[0001]交叉引用
本申請要求2011年I月21日遞交的題為“SYSTEMS AND METHODS FOR IMPROVINGFERMENTATION”的美國臨時申請?zhí)?1/435，149的優(yōu)先權，該申請的公開以引用的方式并入本文。
【技術領域】
[0002]本申請所公開的方面涉及使用納米過濾和一種氫氧化鈣組合物來提高木質纖維素水解產(chǎn)物的發(fā)酵效率的系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0003]稀酸處理作為木質纖維素工藝中的一項預備步驟，是將相當一部分的結構多糖水解為單糖和更易消化的多糖鏈的有效途徑。在此過程中，原料被研磨到適合的細度，并經(jīng)過一道酸和高溫的預處理程序。該預處理程序令原料分解成為漿料。為了將含有戊糖的漿料成分與含有己糖的成分充分分離，需再經(jīng)過一道將含有高濃度戊糖的漿料液體成分和含有高濃度己糖的漿料固體成分分離的工序。在漿料分離程序之后，戊糖酒精可能含有干擾發(fā)酵的雜質或抑制劑。許多資料記載，酸水解過程釋放及形成了種類繁多的化合物，其中很多對發(fā)酵微生物有毒（即發(fā)酵抑制劑）(Klinke et al. , 2004; Musatto and Roberto, 2004;Palmqvist and Hahn-Hagerdal, 2000)。已知的發(fā)酵抑制劑包括呋喃衍生物、糠醒和5_輕基-甲基糠醛（HMF);脂肪酸，例如乙酸、甲酸和乙酰丙酸；以及木質素分解產(chǎn)生的酚類化合物。
[0004]人們設計了各種策略，以求中和稀酸處理或水解中產(chǎn)生的化合物的毒性，以有利于發(fā)酵的進行。已有研究發(fā)現(xiàn)，一些去毒方法，例如木炭或氫氧化鈣(又稱超施石灰)，會造成糖類損失，對已經(jīng)受限于糖類含量的整個工藝造成消極影響。有一種生物學方法包括接種漆酶(木質素降解酶)，其成本可能和用纖維素酶消化多糖的全過程相當（甚至更貴)。相似地，還有資料表明，用極高濃度的酵母菌接種來進行水解產(chǎn)物發(fā)酵也是一種處理抑制劑的有效方法（Chung and Lee, 1984)，需要接種大量的酵母菌，是因為發(fā)酵過程中的高細胞死亡率。另一種緩解方法包括一種離子交換工藝。雖然離子交換對去除戊糖酒精中的抑制性化合物來說可能有效，將其用于緩解抑制劑相對昂貴。還有一種緩解技術包括納米過濾。有資料表明，納米過濾可從戊糖酒精中去除乙酸，但對去除其他抑制劑效用甚微。提高去除抑制劑的效率以提高發(fā)酵產(chǎn)出的需求長期存在。
[0005]目前還沒有納米過濾和添加氫氧化鈣的組合使用，因為眾所周知，氫氧化鈣會污染濾膜，還會令蒸發(fā)設備和蒸餾設備起水垢。一種結合各種抑制劑去除技術的系統(tǒng)可能會性價比較高地降低戊糖酒精中的抑制劑水平。抑制劑越少，酒精發(fā)酵效率就越高。

【發(fā)明內容】

[0006]在此公開的各方面涉及提高一種水解產(chǎn)物的發(fā)酵焦慮的系統(tǒng)和方法。一種系統(tǒng)，包括處理從生物質中分離出的液體成分并產(chǎn)出經(jīng)處理后的液體成分，所述經(jīng)處理后的液體成分含有可發(fā)酵成為發(fā)酵產(chǎn)物的糖類。所述生物質包括木質纖維素材料，所述木質纖維素材料含有玉米穗軸、玉米植株外皮、玉米植株葉子和玉米植株莖桿中的至少一種。
[0007]該系統(tǒng)包括用于從液體成分中除去顆粒物尺寸超過0. 1-20微米的雜質的過濾器。在一些實施例中，所述過濾器的孔徑為0. 1-20微米。
[0008]該系統(tǒng)還包括至少一個用于從經(jīng)過濾后的液體成分中去除酸類并濃縮木糖的納米過濾器。在一些實施例中，至少一個納米過濾器包括第一納米過濾階段和第二納米過濾階段。所述第二納米過濾階段可以含有能允許水分子和酸離子作為滲透物通過并將糖分子作為滲余物截留的膜。所述第二納米過濾階段還可以用于滲濾。滲濾可包括按0:1到I. 3:1的比例向所述液體成分中加水。所述第一納米過濾階段的滲透通量是I. 5-35 L/m2 /h。
[0009]該系統(tǒng)還包括用于調整經(jīng)納米過濾后后的液體成分的pH值的設備。在一些實施例中，該設備用氫氧化鈣將所述經(jīng)納米過濾后的液體成分的PH調整至5. 5-6. O。在其他一些實施例中，該設備用氫氧化銨和氫氧化鉀中的至少一種與氫氧化鈣所組成的組合物將所述經(jīng)納米過濾后的液體成分的pH調整至5. 5-6. O。在一些實施例中，該設備先用氫氧化鈣將所述經(jīng)納米過濾后的液體成分的pH調整至4. 0，再用氫氧化銨和氫氧化鉀中的至少一種將所述經(jīng)納米過濾后的液體成分的PH調整至5. 5-6. O。
[0010]本申請的另一方面涉及一種對從生物質中分離出的液體成分進行處理，并產(chǎn)出經(jīng)處理后的液體成分的方法，所述經(jīng)處理后的液體成分中含有可供發(fā)酵成為發(fā)酵產(chǎn)物的糖類。該方法包括從所述液體成分中去除顆粒物尺寸大于25微米的雜質。該方法還包括從所述液體成分中去除酸類并濃縮木糖，并用氫氧化鈣將所述液體成分的PH調整至5. 5-6. O。
[0011]所述生物質可包含木質纖維素材料。所述木質纖維素材料可包含玉米穗軸、玉米植株外皮、玉米植株葉子和玉米植株莖桿中的至少一種。
[0012]在其中一些方面，用孔徑為0. 1-20微米的過濾器去除雜質。在一些方面，所述去除包含具有第一納米過濾階段和第二納米階段的至少一個納米過濾器。
[0013]在其中一些方面，所述第一納米過濾階段的滲透通量是I. 5-35 L/m2 /h。在一個方面，所述第二納米過濾階段可以含有能允許水分子和酸離子作為滲透物通過并將糖分子作為滲余物截留的膜。在此方面更進一步，所述液體成分包含所述滲余物。在一些方面，所述第二納米過濾階段可以用于滲濾。在此方面更進一步，所述滲濾可包括按0:1到1.3:1的比例向所述液體成分中加水。
[0014]在一些方面，調整所述液體成分的pH值包括用氫氧化鈣將pH調整至5. 5-6. O。在一些實施例中，調整所述液體成分的pH值包括用氫氧化銨和氫氧化鉀中的至少一種與氫氧化鈣所組成的組合物將所述經(jīng)納米過濾后的液體成分的PH調整至5. 5-6. O。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面將通過示例，結合附圖，描述若干實施例，以更清楚地闡明所公開的方面。
[0016]圖IA是一些實施例中，含有乙醇生產(chǎn)設備的生物提煉廠的透視圖。
[0017]圖IB是一些實施例中，含有 乙醇生產(chǎn)設備的生物提煉廠的透視圖。
[0018]圖2是一些實施例中，送達生物提煉廠的生物質的準備系統(tǒng)。
[0019]圖3A和3B是一些實施例中，纖維素乙醇生產(chǎn)設備的可選實施方式的示意圖。[0020]圖4A是ー些實施例中，預處理工藝的エ藝流程圖。
[0021]圖4B是ー些實施例中，預處理工藝的原理透視圖。
[0022]圖5A是ー些實施例中，抑制劑緩解系統(tǒng)的第一示意圖。
[0023]圖5A是ー些實施例中，抑制劑緩解系統(tǒng)的第二示意圖。
[0024]圖6是ー些實施例中，抑制劑緩解系統(tǒng)的邏輯單元圖。
[0025]圖7是ー些實施例中，抑制劑緩解系統(tǒng)的エ藝流程圖。
[0026]圖8A至8C提供一些實施例中，納米過濾的操作條件。
[0027]圖9A是ー些實施例中，一項實驗過程的流程示意圖。
[0028]圖9B是濃縮和滲濾的原理圖。
[0029]圖10至圖17是ー個示范實施例中，液流處理的結果圖。
[0030]圖18是ー些實施例中，不同木糖起始濃度和pH調整值的樣本的こ醇產(chǎn)出量隨發(fā)酵時間變化的示例圖。
[0031]圖19是ー些實施例中，不同木糖起始濃度和pH調整值的樣本的木糖剰余濃度隨發(fā)酵時間變化的示例圖。
[0032]圖20是ー些實施例 中，用石灰或氫氧化鉀調整過pH的樣本的こ醇產(chǎn)量濃度隨發(fā)酵時間變化的示意圖。
[0033]圖21是ー些實施例中，用石灰或氫氧化鉀調整過pH的樣本的木糖剩余濃度隨發(fā)酵時間變化的示意圖。
[0034]圖22是ー些實施例中，用石灰或氫氧化銨調整過pH的樣本的こ醇產(chǎn)量濃度隨發(fā)酵時間變化的示意圖。
[0035]圖23是ー些實施例中，用石灰或石灰與氫氧化銨的組合物調整過pH的樣本的こ醇產(chǎn)量濃度隨發(fā)酵時間變化的示意圖。
[0036]圖24是ー些實施例中，用石灰或石灰與氫氧化銨的組合物調整過pH的樣本的木糖剩余濃度隨發(fā)酵時間變化的示意圖。
[0037]表1A和IB列出了示范實施例和典型實施例中，含有源自玉米植株的木質纖維素植物材料的生物質的組成成分。
[0038]表2A和2B列出了示范實施例和典型實施例中，經(jīng)預處理的生物質的液體成分的組成成分。
[0039]表3A和3B列出了示范實施例和典型實施例中經(jīng)預處理的生物質的固體成分的組成成分。
[0040]表4A是ー個示范實施例中的實驗設計。
[0041]表4B是ー個示范實施例中的樣本構成。
[0042]表5A是ー個示范實施例中的實驗設計。
[0043]表5B是一個不范實施例中的樣本構成。
【具體實施方式】
[0044]下面將結合附圖中所示的若干相關實施例，詳細說明本發(fā)明的各種方面。下文中列出許多具體細節(jié)，g在為ー個或多個方面的實施例提供全面理解。但是，對本領域相關人員而言，這些實施例顯然還可以在缺少其中ー些或全部具體細節(jié)的情況下實施。在其他一些實施例中，眾所周知的工藝步驟和/或結構都未加詳細說明，旨在避免給本發(fā)明的各方面增添不必要的理解困難。
[0045]本發(fā)明的各方面涉及一種利用納米過濾及石灰(氫氧化鈣）添加的組合手段，緩解木質纖維素水解產(chǎn)物的液體部分中的發(fā)酵抑制劑，以改良發(fā)酵的系統(tǒng)和方法。在一些方面，提供了木質纖維素水解產(chǎn)物帶來的抑制劑的減少。還有許多方面，提供了減少糠醛等發(fā)酵抑制劑方面的改進。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法提供了一種改良發(fā)酵的有效方法。
[0046]如圖IA所示為一個示例生物提煉廠100，配有乙醇生產(chǎn)設備，定制為以生物質為原料生產(chǎn)乙醇。該實施例的生物提煉廠100包含一個區(qū)域，用于生物質的送達及乙醇投放生產(chǎn)設備前的制備。該纖維素乙醇生產(chǎn)設備包括制備設備102、預處理設備104和處理設備106，該設備106可將生物質處理為適合投放發(fā)酵系統(tǒng)進行發(fā)酵并產(chǎn)出發(fā)酵產(chǎn)物的處理后生物質。該纖維素乙醇生產(chǎn)設備包括蒸餾系統(tǒng)108，該系統(tǒng)可對發(fā)酵產(chǎn)物進行蒸餾并脫水生成乙醇。如圖IA所示還有廢物處理系統(tǒng)110，包含厭氧消化池和發(fā)生器)。在其他可選實施方式中，該廢物處理系統(tǒng)可以包含其他用于處理、加工和回收纖維素乙醇生產(chǎn)工藝中的物質成分的設備，例如固體/廢棄燃料鍋爐、厭氧消化池、有氧消化池或其他生化或化學反應器。
[0047]如圖IB中所示，在一個示范實施例中，生物提煉廠112可以含有共置的纖維素乙醇生產(chǎn)設備114 (用于從玉米植株的木質纖維素材料和成分制造乙醇)和基于玉米的乙醇生產(chǎn)設備116 (用以從玉米粒的胚乳部分所含淀粉制造乙醇)。如圖IB所示，兩套乙醇生產(chǎn)設備共置后，可以共用某些工廠系統(tǒng)，例如，用于乙醇的脫水、儲放、變性和運輸?shù)南到y(tǒng)，能量或者燃料到能量的發(fā)生系統(tǒng)，工廠管理和控制系統(tǒng)，以及其他系統(tǒng)。在玉米粒投放基于玉米的乙醇生產(chǎn)設備進行研磨之前的制備工藝(例如，分餾）中，可獲得玉米纖維(玉米粒成分的一種)，用于纖維素乙醇生產(chǎn)設備的原料供應。從纖維素乙醇生產(chǎn)設備獲得的燃料或能源，例如甲烷或木質素，可以用來向兩臺共置設備或其中之一供能。在其他可選的實施方式中，生物提煉廠(例如，纖維素乙醇生產(chǎn)設備）可以與其他類型的工廠和設施共置，例如發(fā)電廠、廢物處理設施、伐木場、造紙 廠或農(nóng)產(chǎn)品加工廠。
[0048]如圖2所示為用于對送抵生物提煉廠的生物質進行制備的系統(tǒng)200。該生物質制備系統(tǒng)可以包括用于接收/卸載生物質的設備、清洗設備(例如，去除雜質)、研磨設備(例如磨粉、壓縮或稠化）和送入工廠加工的輸送設備。在一個示范實施例中，玉米穗軸及秣草形式的生物質可以送至生物提煉廠并儲放202 (例如，成捆、成堆或成箱儲放，等等）和管理，以供設備使用。在一個示范實施例中，該生物質可以含有至少約20%至30%的玉米穗軸(按重量)，另有玉米秸桿和其他材料。在其他示范實施例中，生物提煉廠的制備系統(tǒng)204可以用于多種類型的生物質(例如，植物材料）的制備，經(jīng)過制備的生物質在工廠中處理加工成乙醇和其他生物產(chǎn)品。
[0049]如圖3A和3B所示為纖維素乙醇生產(chǎn)設備的可選實施方式300a和300b的原理示意圖。在一些實施例中，包括玉米植株植物材料在內的生物質在制備系統(tǒng)中得到制備和清洗。制備完成后，該生物質與水混合成為漿料，并在預處理系統(tǒng)302中進行預處理。在預處理系統(tǒng)302中，生物質被分解(例如，通過水解)，以便于分離304為液體成分(例如，含有C5糖類的液流，俗稱戊糖酒精）和固體成分(例如，含有可用于制造C6糖類的纖維素的液流)。含有C5糖類的液體成分（C5液流或戊糖酒精）可以在戊糖清洗處理系統(tǒng)306中進行處理。下文中還將會針對戊糖清洗處理系統(tǒng)和方法進行進一步的詳細解說。同樣地，含有C6糖類的經(jīng)過預處理的固體成分，也可以在固體成分處理系統(tǒng)中通過酶促水解308產(chǎn)生糖類。在一個實施例中，可以進行水解(例如酶促水解）來獲得纖維素中的C6糖類；也可以通過處理來去除C6液流中的木質素和其他不可發(fā)酵成分(或者去除例如殘留酸液或可能對效率發(fā)酵有抑制作用的酸類)。
[0050]在圖3A所示的實施例中，處理后的戊糖酒精可以隨后在戊糖發(fā)酵系統(tǒng)310中進行發(fā)酵，且其發(fā)酵產(chǎn)物可以投放戊糖蒸餾系統(tǒng)314進行乙醇回收。相似地，不含有大量C6糖類的處理后固體成分，可以投放至己糖蒸餾系統(tǒng)316進行乙醇回收。
[0051]在圖3B所示的替代實施例中，所得的處理后的戊糖酒精和處理后的固體成分可以在處理后混合(例如，成為漿料）并在發(fā)酵系統(tǒng)318中共同發(fā)酵。發(fā)酵系統(tǒng)318中得到的發(fā)酵產(chǎn)物可投放于共蒸餾系統(tǒng)320中進行乙醇回收。在任一實施例中，都可以在發(fā)酵系統(tǒng)中采用適合的發(fā)酵生物(產(chǎn)乙醇菌ethanologen)。在某些方面中，產(chǎn)乙醇菌ethanologen的選用可以基于多種考慮，例如漿料中的主要糖類類型。以C5液流和C6液流為原料生產(chǎn)的乙醇，其脫水和/或改性可以分開進行，也可以共同進行。
[0052]C5和/或C6液流的處理工藝中，可以對各成分進行加工以回收副產(chǎn)物，例如有機酸和木質素。對C5液流和C6液流兩者或其中之一中的生物質進行處理加工并生產(chǎn)乙醇的過程(或蒸餾過程）中所移除的成分，可以進行處理或加工，成為生物產(chǎn)品或燃料(例如，可用于固體燃料鍋爐的木質素，或由諸如厭氧消化池中的酸類和木質素等殘留物/移除物處理得到的甲烷)，或經(jīng)回收加以利用及再利用。
[0053]在一個實施例中，該生物質包括來自玉米植株的植物材料，例如玉米穗軸、玉米植株外皮、玉米葉子和玉米秸桿(例如，玉米秸桿上端至少一半或四分之三的部分)。在一些方面，該植物材料的組成成分(例如，纖維素、半纖維素和木質素）約如表1A和IB中所示(例如，至少經(jīng)過生物質的首次制備，包括去除所有雜質)。在一個實施例中，該植物材料包括玉米的穗軸、外殼/葉子和稻桿。例如，該植物材料可以含有(按重量）來自玉米植株100%的穗軸，或100%的外殼/葉子，或約 50%穗軸和約50%外殼/葉子，或約30%穗軸、50%外殼/葉子和20%稻桿,或多種其他穗軸、外殼/葉子和稻桿組合方式中的任一種。如表1A所不。在另一個替代實施例中，該木質纖維素植物材料可以含有來自玉米粒的纖維(例如，連同其他植物材料)。表1B提供了含有玉米植株木質纖維素材料的生物質的多種典型組成成分范圍。在示范實施例中，該(來自玉米植株的)生物質中的木質纖維素植物材料可能包含(按重量)約30%至55%纖維素、約20%至50%半纖維素和約10%至25%木質素。在又一個示范實施例中，該生物質中的木質纖維素植物材料(例如，玉米植株的穗軸、外殼/葉子和秸桿部分）可能包含（按重量）約35%至45%纖維素、約24%至42%半纖維素和約12%至20%木質素。在一個特殊的實施例中，該生物質的預處理可能產(chǎn)生一種含有(按重量)不低于I. 0%木糖的液體成分和含有(按重量）不低于45%纖維素(可用于產(chǎn)生葡萄糖）的固體成分。
[0054]圖4A和圖4B所示為一個示范實施例中，用于木質纖維素生物材料的制備、預處理和分離的設備400、450。如圖所示，生物質在研磨機402 (例如，研磨機或其他適宜設備或磨粉機）進行制備。對制備好的生物質進行預處理，即按照預設濃度(或pH)和其他操作條件，向反應爸404 (或成套反應爸454)投放制備好的生物質和酸/水。經(jīng)過預處理的生物質可以用分離器406進行分離。如圖4B所示，經(jīng)過預處理的生物質可以用離心機456進行分離為液體成分（C5液流，主要含有液體，也有些許固體)和固體成分（C6液流，含有液體和固體，例如木質素和纖維素，可以對其進行進一步處理生成葡萄糖)。
[0055]在一個實施例中，可以按照標題為〃SYSTEMFOR PRE- TREATMENT OF BIOMASS FORTHE PRODUCTION OF ETHANOI/的美國專利號12/716，984所述進行生物質預處理，在此通過引用并入本文。
[0056]在一個實施例中，可向預處理系統(tǒng)中的制備好的生物質添加酸，來促進生物質的分解，以便將其分離為液體(戊糖酒精）成分(可從中回收C5可發(fā)酵糖類的C5液流）和固體成分(可從中獲取C6可發(fā)酵糖類的C6液流)。在一些實施例中，可在預定的操作條件(例如，酸濃度、pH、溫度、時間、壓力、固體濃度、流速、處理水或蒸汽供應量，等等）下將該酸添入反應釜中的生物質中，并在反應釜中對該生物質加以攪拌/混合，以促進其分解。在示范實施例中，可向該生物質中添加酸，例如硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸、醋酸等等（或多種酸的組合/混合)。在ー個特殊的實施例中，可將該制備好的生物質以約0. 8%到I. 3%的酸(例如硫酸）對約12%到25%的生物質固體，在約130至180攝氏度下進行約5至12分鐘的預處理。該預處理還可以包括一個蒸汽爆炸步驟，將生物質加熱并在約155至160攝氏度、加壓(例如，100 psi)和I. 4至I. 6的pH值下，維持(例如，維持時間)，然后釋放壓力，以進一歩促進纖維素的分解。預處理完成后，該經(jīng)過預處理的生物質分離為固體成分（C6)和液體戊糖酒精成分（C5)，如圖4A和4B所示。
[0057]該液體戊糖酒精成分（C5液流）含有水、將用于發(fā)酵以生成こ醇的可溶糖類(例如木糖、阿拉伯糖和葡萄糖)、酸和其他從半纖維素中回收的可溶成分。（表2B所示為我們認為具有代表性的含玉米植株木質纖維素材料的生物質料生物質的組成成分的典型范圍和期望范圍。）在一個示范實施例中，該液體成分可以含有約5%至7%固體成分(例如懸浮/殘留固體成分，諸如部分水解的半纖維素、纖維素和木質素)。在ー個特殊的實施例中，該液體成分可以含有至少2%至4%木糖（按重量)。在其他示范實施例中，該液體成分可以含有不少于1%至2%的木糖(按重量)。表2A和2B列出了在具有示范性和代表性的實施例中，（從如表1A和IB所示的預備制備好的生物質料生物質所得的）經(jīng)過預處理的生物質料生物質中的該液體成分的組成成分。
[0058]該固體成分（C6液流）含有水、酸和固體成分，例如可以生成葡萄糖等可發(fā)酵產(chǎn)生こ醇的糖類的纖維素，以及木質素。(表3B所示為具有代表性的含玉米植株木質纖維素材料的生物質料生物質的組成成分典型范圍 。）在一個示范實施例中，該固體成分可以含有約10%至40%固體(按重量）（分離后）。在一個特別優(yōu)選的實施例中，該固體成分可以含有約20%至30%固體(按重量)。在另ー個實施例中，該固體成分中的固體可以包含不少于約30%的纖維素，且該固體成分還可以含有其他可溶性糖類(例如，葡萄糖和木糖)。表3A和3B列出了在示范性和代表性的實施例中，(從如表1A和IB所示的預備制備好的生物質料生物質所得的）經(jīng)過預處理后的生物質料生物質中的該固體成分的組成成分。
[0059]在預處理期間，操作條件的強烈度(例如pH、溫度和時間）可能引起對發(fā)酵有抑制性的成分的形成。例如，在某些條件下，糖類(例如木糖或阿拉伯糖）脫水可能引起糠醛的形成。又例如，半纖維素在預處理中若釋放醋酸纖維，則可能形成こ酸。こ酸濃度可高達4000ppm (0.4% w/v)0こ酸是已知的酵母菌代謝抑制劑。另外，こ酸還能抑制重組酵母菌的木糖吸收和代謝。將こ酸濃度降至約2000ppm或以下有助于提高源自玉米穗軸的戊糖酒精的發(fā)酵性能。硫酸可被加入準備好的生物質以幫助預處理，但若不去除或中和，則也可能抑制發(fā)酵。在一個示范實施例中，通過調節(jié)預處理條件(例如pH、溫度和時間)，可以降低或控制抑制劑的形成；在另一些示范實施例中，還可以對經(jīng)預處理的生物質的組成成分進行進一步的處理，以去除或降低抑制劑(或其他不利物質）濃度。
[0060]對生物質的C5液流(液體成分)可以進行處理，以去除對高效發(fā)酵有抑制作用的成分(例如糠醛、羥甲基糠醛（HMF)、硫酸和乙酸)和C5糖類成分中無法發(fā)酵的殘余木質素(或其他物質)，以便于糖類(例如木糖、阿拉伯糖以及葡萄糖等其他糖類）的發(fā)酵利用。C5液流中的C5糖類也可以經(jīng)過濃縮，以提高發(fā)酵效率(例如，提高用于蒸餾的乙醇的滴度。）
如上文所稱，傳統(tǒng)上可用離子交換樹脂、超施石灰或發(fā)酵步驟中的大劑量酵母菌接種來減少發(fā)酵抑制劑。對木質纖維素生物質的稀酸預處理工序中產(chǎn)生的發(fā)酵抑制劑，已有大量關于通過超施石灰來減輕其影響的研究，研究結論表示：超施石灰的主要缺點在于可發(fā)酵糖類的流失（Pienkos and Zhang, 2009),氫氧化物催化降解反應導致糖類降解(Mohagheghi et al. 2006),以及對后續(xù)蒸懼工序的可能影響。這些后續(xù)影響可能包括鈣鹽沉淀，可能污染蒸餾塔、蒸發(fā)器和熱交換器，還可能導致經(jīng)超施石灰的戊糖酒精中的乳酸細菌污染。由于乳酸鈣對發(fā)酵酵母菌有抑制作用，這種細菌污染可能尤為重要（Pattisonand vonHoly, 2001)。
[0061]在此提供的是利用納米過濾和添加減量氫氧化鈣來緩解抑制劑，提高戊糖酒精的發(fā)酵性能，并避免超施石灰的常見缺點的系統(tǒng)和方法。圖5A展示了一些實施例中，一種抑制劑緩解系統(tǒng)500a的第一原理透視圖。在此示范展示中，戊糖酒精（C5液體成分）被投入一系列過濾器中，合稱為過濾系統(tǒng)。該過濾系統(tǒng)可以采用單級或多級工序來處理液體成分。在一些實施例中，該過濾系統(tǒng)可以包括一個特定過濾器502，用于去除對后續(xù)納米過濾器可能有干擾作用的顆粒物和沉淀物。在一些實施例中，該顆粒物過濾器可以具有O. 1-20微米的孔徑，以去除C5液流中的固體成分。在去除顆粒物后，可將戊糖酒精通過納米過濾器504。戊糖酒精常常含有糠醛、乙酸 和其他后續(xù)發(fā)酵工序的抑制劑。用納米過濾薄膜對戊糖酒精進行處理，降低了乙酸濃度，還可能減少了一些其他的抑制性化合物。一般來說，納米過濾器504具有一層膜，其膜孔徑可允許水分子和酸離子作為滲透物通過，但能將(分子量/體積較大的）糖分子作為滲余物截留。
[0062]圖5B展示了一種類似的系統(tǒng)500b，其中在第一納米過濾器504之后還有一種第二納米過濾階段。該第二納米過濾器為滲析過濾器506，用于滲析過濾，通過向液體成分添加額外水分，以幫助(水和酸）流過薄膜(作為滲透物）及幫助經(jīng)過濾和濃縮的C5糖類(作為滲余物）的截留。
[0063]經(jīng)過納米過濾以后，可將經(jīng)處理的戊糖酒精投入pH調整釜508，將酒精的pH調整至約5. 5-6. O。該pH調整有助于發(fā)酵的進行；另外，還可利用氫氧化鈣的抗抑制劑特性進一步清洗戊糖酒精。但是，與用超施石灰去除抑制劑的工序不同，本發(fā)明實施例中的氫氧化鈣用量大幅降低，因此避免了超施石灰方法帶來的種種弊端。
[0064]在一些實施例中，經(jīng)過pH調整后，可將無雜質的戊糖酒精投入蒸發(fā)器中，以令過量液體蒸發(fā)，以提高木糖濃度。此階段為可選階段，因為納米過濾可能已經(jīng)去除了過量水分。所得的濃縮戊糖酒精便可用于發(fā)酵生產(chǎn)酒精了。
[0065]圖6提供了一種工藝流程600的示例，其中酸類由處理系統(tǒng)602的處理并再利用。在一個示范實施例中，通過過濾系統(tǒng)604從液體成分中移除的酸類可被回收并投入預處理系統(tǒng)606進行再利用。如上所述，該預處理系統(tǒng)606可利用酸、物理方法、酶促方法來分解投入的生物質。經(jīng)預處理的生物質可被分離系統(tǒng)608分離為液體和固體成分。液體成分可投入過濾系統(tǒng)604去除酸類。在一個實施例中，在生物質的酸預處理(例如，用稀硫酸）和分離エ序后，所得液體成分在納米過濾系統(tǒng)中進行處理，可去除至少60-80%的こ酸和至少40-50%的硫酸。這些酸可以在處理系統(tǒng)602中經(jīng)進ー步處理，濃縮至所需濃度(例如，2%)。被移除的酸類的濃縮可采用反滲透除水（RO)等方法進行。
[0066]在ー個特定實施例中，過濾系統(tǒng)604可以包含ー個孔徑小于10微米的過濾器。該過濾器可以在約150-600psi的壓カ下操作，以獲得適宜的加料速度。適用的過濾器的例子之一是 Dow Filmtec NF4040,可購自 Dow Chemical Company in Midland, ML。
[0067]經(jīng)過濾的液體成分可隨后投入pH調整系統(tǒng)610，將酒精的pH調整至5. 5-6. O。pH調整エ序可以包括至少若干石灰（Ca (OH) 2)。pH調整后，便獲得了干凈的濃縮戊糖酒精，可用于發(fā)酵制造酒精。
[0068]圖7是ー些實施例中，抑制劑緩解系統(tǒng)的エ藝流程圖。該エ藝流程700始于對戊糖酒精（C5液體成分）進行納米過濾處理（702)。如前所述，納米過濾可以大量移除各種抑制性化合物，包括こ酸等。一些實施例中，戊糖酒精在通過納米過濾前，可以先經(jīng)過顆粒物過濾，以避免薄膜污染。經(jīng)納米過濾器處理的戊糖酒精隨后可以進行PH調整（704)，調整可單用氫氧化鈣(石灰）或采用氫氧化鈣與ー些其他堿劑(例如氫氧化鉀或氫氧化銨）的組合物。該步驟可進ー步減少戊糖酒精中的抑制性化合物。
[0069]可選地，戊糖酒精經(jīng)pH調整后，所得的干凈戊糖酒精可用反滲透或蒸發(fā)器進行濃縮（706)。在一些實施例中，納米過濾可充分濃縮酒精，因此不再需要后續(xù)濃縮。例如，如圖5B過濾系統(tǒng)所示的處理系統(tǒng)，可將液體成分（C5液流）中的糖類濃縮至少I. 5-2. 25倍。。
[0070]經(jīng)濃縮、納米過濾的戊 糖酒精隨后可單獨或與降解后的C6成分合為漿料投入發(fā)酵系統(tǒng)，以生產(chǎn)こ醇或其他副產(chǎn)品。
[0071]可選地，在一些實施例中，戊糖酒精在納米過濾后，可先經(jīng)過濃縮，然后用氫氧化鈣在發(fā)酵容器中進行PH調整。通過將pH調整步驟置于蒸發(fā)步驟之后，將蒸發(fā)器中的鈣累積風險降到最低。
[0072]如圖8A至8C所示為過濾系統(tǒng)相關的示范操作條件。每種條件參數(shù)的操作范圍表示為“嵌套”范圍，包括可接受的操作范圍(所示最外/最寬范圍)、示例操作范圍(所示居中范圍)和具體示例操作范圍（所示最內/最窄范圍，在適用情況下）。如圖8A所示,過濾器操作的典型溫度范圍是20-45攝氏度。在另ー實施例中，該溫度范圍為25-44攝氏度。在ー個特定實施例中，該溫度范圍為40-43攝氏度。
[0073]如圖8B所示，第一納米過濾步驟的典型滲透通量為I. 5-3. 5 L/m2 /h (or LMH)。在另ー個實施例中，該滲透通量為7-20LMH。在ー個特定實施例中，該滲透通量為8-10LMH。如圖8C所示，向用于滲析過濾的液體成分原料加水的典型比例是0-1. 3 ;在另ー個實施例中，所述比例為0. 5-1. I。
[0074]* * *
為確定適用于改良發(fā)酵的木質纖維素水解產(chǎn)物處理工序的設備和操作條件，對本系統(tǒng)的一個示范實施例(如圖5B所示）實施了一系列有限的示例。如下實施例意在清楚說明ー些實施例和操作方式；考慮到這些實施例的有限本質，其不應限制本公開各方面的范圍。
[0075]實施例I
本實施例按照如表4A所示的實驗設計和如圖9A所示的實驗流程進行液體成分的酸類去除實驗。受試的三種不同過濾器為：Dow Filmtec NF_4040、Dow Filmtec NF-270 (兩者均購自 Dow Chemical Company, Midland MI)和Koch SeIRO MPS-34 (購自 Koch MembraneSystems, Inc. , Wilmington, MA)。三種過濾器均采用了直徑4英寸、長度40英寸的螺卷式薄膜。過濾器操作溫度為25攝氏度，Dow Filmtec NF-270的操作溫度為32攝氏度。多級納米過濾系統(tǒng)的模型如圖9A的實驗流程所示，其中過濾器904流出的滲余物902可以循環(huán)回投入存儲/供給槽906并再次過濾，以模擬第二或連貫過濾階段。濃縮和滲濾的原理如圖9B所示。
[0076]液體成分用孔徑10微米的過濾器進行預過濾。向容器中投入45L經(jīng)預處理的生物質液體成分，加入約 Iml 防沫劑（KF0-119,購自 Kabo Chemicals, Inc. , Cheyenne, WY)以防止泡沫產(chǎn)生。對液體成分進行濃縮，直至約25L滲透物通過薄膜過濾器且約20L滲余物被截留，所得滲余物中有約2. 25倍濃度的糖類。滲濾階段之始，按照實驗設計(表4A)以5L和IOL的增量向滲余物中加水。每次按增量加水，同時收集等量的滲透物，使得滲余物的體積保持恒定。收集滲余物和滲透物液流的樣本加以分析，結果如表4B和圖10至13所示。表4B所示為過濾前后液體成分滲余物中的硫酸、乙酸和木糖濃度。滲濾的起始點(例如，加水)如圖中滲透物體積達到25L處所示。圖10所示為滲余物木糖濃度（1002)與滲透物體積（1004)間的關系圖。據(jù)觀察，滲析過濾開始前，木糖濃度急劇增加，滲析過濾期間，木糖濃度相對恒定。圖11所示為木糖回收率（1102)，表示為占滲余物體積的百分比（1104)。圖12所示為滲余物（1204)中的硫酸回收率（1202)。圖13所示為滲余物（1304)中的乙酸回收率（1302)。
[0077]觀察還發(fā)現(xiàn)，當滲透物體積達到45L (與液體成分樣本初始體積相等）時，大于等于97%的木糖截留在滲余物中，超過41%的硫酸和超過67%的乙酸則被移至滲透物。進一步觀察發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ilmtec NF-270過濾器去除乙酸最為有效，去除了 81. 3%的乙酸和41. 2%的硫酸并截留了 98. 2%的木糖。Koch SelRO過濾器去除硫酸最為有效，去除了 57. 4%的硫酸和67. 8%的乙酸，并截留了 98. 1%的木糖。
[0078]實施例2
本實施例按照如表5A所示的實驗設計和圖9A所示的實驗流程進行液體成分的酸類去除實驗。本實驗米用了 Dow Filmtec NF 過濾器（購自 Dow Chemical Company, MidlandMI)。Dow Filmtec NF過濾器采用了直徑4英寸、長度40英寸的螺卷式薄膜。過濾器的操作溫度為室溫(約22攝氏度)。多級納米過濾系統(tǒng)的模型如圖9A的試驗流程所示，其中過濾器流出的滲透物可循環(huán)再投入存儲/供給槽并再次過濾，以模擬第二或連續(xù)過濾階段。
[0079]液體成分以孔徑I微米的過濾器預過濾。向容器中投入30L經(jīng)預處理的生物質液體成分和加入約 Iml 防沫劑（KF0-119,購自 Kabo Chemicals, Inc. , Cheyenne, WY)以防止泡沫產(chǎn)生。對液體成分進行濃縮，直至約15L滲透物通過薄膜過濾器且約15L滲余物被截留，所得滲余物中有約2倍濃度的糖類。滲濾階段之始，按照實驗設計(表5A)以5L和10L的增量向滲余物中加水。每次按增量加水時，同時收集等量的滲透物，使得滲余物的體積保持恒定。收集滲余物和滲透物液流的樣本加以分析，結果如表5B和圖14至15所示。表4B所示為滲余物中的硫酸、こ酸和木糖濃度（1402)隨滲透物體積（1406)變化的關系圖。圖15所示為木糖回收率、硫酸回收率和こ酸回收率隨滲透體積（1504)的變化關系圖，回收率均表示為占滲透物的百分比（1502)。滲濾的起始點(例如，加水）如圖中滲透物體積達到25L處所示。圖10所示為滲余物木糖濃度（1002)與滲透物體積（1004)間的關系圖。據(jù)觀察，當滲透物體積達到30L (與液體成分樣本的初始體積相等）時，約96%的木糖截留在滲余物中，約53%的硫酸和約77%的こ酸被移至滲透物中。
[0080]實施例3
本實施例收集實施例2滲析過濾的滲余物樣本并將其發(fā)酵，以分析處理工序對發(fā)酵焦慮的影響。所收集的樣本中含有不同濃度的こ酸，并用10 g/L (干重）的轉基因菌株Saccharomyces cerevisiae酵母菌（如 申請人:為Royal Nedalco B. V.公司的美國專利7，622，284所述)加以發(fā)酵。向姆個發(fā)酵器中加入5 mg/L乳糖苷(購自Lallemand EthanolTechnology, Milwaukee, WI)>62. 5 g/L尿素和I g/L的酵母提取物,用KOH將pH調整至
5.5。如圖16所示為發(fā)酵24小時后的結果，即こ醇濃度（1602)與發(fā)酵時間（1604)間的關系圖。類似地，圖17所示為發(fā)酵完成時的こ醇產(chǎn)量（1702)與初始こ酸濃度（1704)間的關系圖。初始こ酸濃度為5510ppm的樣本所需完成時間較長，發(fā)酵48小時所得こ醇濃度為
0.8%，產(chǎn)出率為（理論最高產(chǎn)量的)34%。經(jīng)觀察，こ酸濃度較低的樣本發(fā)酵較好。觀察還發(fā)現(xiàn)，當初始こ酸濃度為5510ppm時，發(fā)酵24小時后只有30%的糖轉化為こ醇，但當初始こ酸濃度在1830-2610ppm之間時,可以達到至少80%的產(chǎn)率。進ー步觀察發(fā)現(xiàn)，當初始こ酸濃度為1260ppm或更低時，至少可以達到85%的產(chǎn)率。
[0081]實施例4
在實施例4中，按照上述過程對戊糖酒精的3個樣本進行納米過濾處理，然后用氫氧化鉀或氫氧化鈣調整PH至約6. O。此實驗采用了 125mL的錐形瓶，瓶中戊糖酒精的最終體積為60mL。在接種酵母菌前，將該酒精的pH調整至6. O。分別以I g/L和0. 06 g/L的濃度向瓶中添加酵母提取液和尿素，作為營養(yǎng)物質。另加入抗菌劑乳糖苷247，其終濃度為5ppm。以0. 5 g/L的濃度向各瓶酒精加入以酵母提取液培養(yǎng)于搖瓶中的酵母菌株RN1016和含葡萄糖（1%)和木糖（2%)的蛋白胨（YP)培養(yǎng)基。將燒瓶置于32° C水浴的搖床（以125rpm搖動)。周期性地抽取樣本用于對糖類、有機酸類和こ醇的高效液相色譜分析（HPLO0如圖18，為各樣本中制得こ醇濃度（1802)與發(fā)酵時間的關系圖。初始木糖濃度為5% w/v (方形)；6% w/v (三角形）和7. 5% w/v (圓圈）。各樣本以氫氧化鉀（空心標記）或氫氧化鈣(實心標記)調整pH值。在發(fā)酵時間為72小時時，以氫氧化鈣調整過的7. 5% w/v木糖酒精1806獲得了最高的こ醇產(chǎn)率，其次是以氫氧化鉀調整過的6% w/v木糖酒精1808，再次是以氫氧化鈣調整過的6% w/v木糖酒精1810，然后是用氫氧化鈣調整過的5% w/v木糖酒精1812，及用氫氧化鉀調整過的5% w/v木糖酒精1814，最后是用氫氧化鉀調整過的7. 5% w/v木糖酒
姓
不同o
[0082]相似地，如圖19所示，為各樣本的木糖濃度1902與發(fā)酵時間1904間的關系圖。各樣本中，以氫氧化鈣調整過的7. 5% w/v木糖酒精標記為1906，以氫氧化鉀調整過的6% w/V木糖酒精標記為1908,以氫氧化鈣調整過的6% w/v木糖酒精標記為1910,用氫氧化鈣調整過的5% w/v木糖酒精標記為1912，用氫氧化鉀調整過的5% w/v木糖酒精標記為1912，用氫氧化鉀調整過的7. 5% w/v木糖酒精標記為1916。[0083]該結果表明，用氫氧化鈣替代氫氧化鉀進行pH調整，可令經(jīng)nF (納米過濾）處理的戊糖酒精更易發(fā)酵，尤其是在測試中較高的初始木糖濃度下。用石灰做PH調整也能提高發(fā)酵效率。酒精中的初始木糖濃度為7. 5% w/v時，觀察到的發(fā)酵效率為78%。相較之下，當用氫氧化鉀對初始木糖濃度為7. 5% w/v的酒精進行pH調整時，觀察到的發(fā)酵效率僅約25%。即使在測試中較低的初始木糖濃度下，采用石灰進行pH調整的反應器中觀察到的發(fā)酵速度仍高于用氫氧化鉀進行PH調整的反應器。
[0084]實施例5
在實施例5中，采用了二輪材料（Second Pass Bale Material)在120° C下用1.3%的酸液進行2小時酸浸泡所得的戊糖酒精。該戊糖酒精經(jīng)過納米過濾（nF)，再進一步蒸發(fā)以濃縮木糖后，將此經(jīng)過納米過濾處理并濃縮的酒精投入發(fā)酵器(補料分批操作)。
[0085]澄清酒糟水的添加濃度為lg/L。與用石灰調整pH的實驗相似，本實驗并非在批次發(fā)酵24小時后連續(xù)泵送酒精，而是在3個不同時間點分批加入(投料)酒精。該投放操作令得最終的木糖濃度與連續(xù)投放木糖酒精的發(fā)酵工藝相同。使用了石灰的實驗由于觀察到發(fā)泡和若干固體沉淀，令恒速連續(xù)投放酒精十分困難，因此對實驗做了調整。所有的補料分批操作的發(fā)酵中，都加入了 5ppm的抗菌劑乳糖苷247。尿素添加濃度為O. 24 g/L。酵母菌株RN1016在經(jīng)過成熟的標準化操作方法的有氧繁殖后加入，酵母菌繁殖器的負荷濃度為O. 5g/L。補料分批發(fā)酵的全過程溫度保持在32° C。發(fā)酵的pH未受控制；但是，發(fā)酵初始pH用氫氧化鉀或石灰調整為5. 5或6. O。發(fā)酵24小時后，用各實驗中分別采用的堿劑將pH重新上調至5. 5，但是，在發(fā)酵過程中并未連續(xù)保持pH。在各時間間隔抽取樣本并對糖類、有機酸類和乙醇進行HPLC分析。
[0086]發(fā)酵結果如圖20所示，該圖展示了乙醇濃度（2002)和發(fā)酵時間（2004)間的變化關系。該結果表明，二輪材料酸浸泡所得的戊糖酒精在經(jīng)過納米過濾處理后，使用石灰(氫氧化鈣）進行pH調整可提高酒精的發(fā)酵性能。
[0087]相似地，圖21中為木糖濃度（2102)與發(fā)酵時間（2104)的關系圖。使用石灰對經(jīng)納米過濾后處理的戊糖酒精進行PH調整，令發(fā)酵(糖類至乙醇的轉化)效率從使用氫氧化鉀(KOH)時的約61%提高到了使用石灰（Ca(OH)2)時的84%。對此，最可能的原因是氫氧化鈣與某些抑制劑(木質素降解化合物）的結合。
[0088]實施例6
在實施例6中，由于氫氧化鉀相對昂貴，且氫氧化銨已以pH調整的用途被普遍運用到乙醇生產(chǎn)設施中，我們嘗試研究用氫氧化銨作為調整PH的堿劑的運用。此外，氫氧化銨的使用為發(fā)酵生物提供了氮源，且沒有使用石灰時令蒸餾塔和/或熱交換器中生水垢的問題。
[0089]按照實施例5中的相關描述進行樣本的制備和處理,但是,對其中一個樣本,用氫氧化銨代替氫氧化鉀進行pH調整。
[0090]本實驗的結果總結在圖22中，該圖是乙醇百分比（2202)與發(fā)酵時間（224)的關系圖。在補料分批發(fā)酵中，石灰仍是優(yōu)于氫氧化銨的pH、調整堿劑，尤其是在為獲得更高乙醇滴度而投放糖類濃度較高的時候。但是，氫氧化銨用于酵母菌的有氧繁殖，在17小時后獲得了良好的細胞產(chǎn)率(10 g/L)。
[0091]更進一步，使用氫氧化銨進行pH調整的反應器在120小時后的剩余木糖濃度為4.4% w/v,而用石灰進行pH調整的反應器的木糖剩余濃度僅為O. 35% w/v。這些結果暗示，氫氧化銨對C5酒精中的抑制劑的結合作用不如石灰好。
[0092]實施例7
在實施例7中，由于使用石灰可能帶來后續(xù)問題(例如，蒸餾塔和蒸發(fā)器中的水垢，濾膜污染)，我們試圖降低石灰的總用量。所用方法包括在酵母菌繁殖期間使用氫氧化銨進行PH調整，且使用石灰和氫氧化銨的組合物進行初始pH調整。在本實施例中，使用氫氧化鈣來將經(jīng)過納米過濾處理的戊糖酒精的PH調整至4. 0，再用氫氧化銨將其pH上調至5. 5。我們在補料分批發(fā)酵中將這一方法與僅用石灰（Ca(OH)2)將pH調整至5. 5的操作進行了比較。按照標準步驟，向二輪材料制得的戊糖酒精接種O. 5 g/L酵母進行有氧發(fā)酵，并用氫氧化銨進行PH調整，在17小時達到了 10 g/L。該酵母菌用于接種發(fā)酵。在補料分批發(fā)酵中，尿素的使用劑量在使用石灰進行pH調整時為O. 24 g/L (4 mM),而在使用石灰和氫氧化銨進行pH調整時僅為0.06 g/L (I mM)。
[0093]參照圖23，為乙醇濃度（2302)與發(fā)酵時間（2304)的關系圖。如圖24，為剩余木糖濃度（2402)與發(fā)酵時間（2404)的關系圖。兩種方法分別得到的乙醇滴度沒有顯著不同。兩種發(fā)酵中，都在96-100小時的發(fā)酵時間后獲得了約6. 8% v/v的乙醇，相當于約79%的產(chǎn)量效率。將氫氧化銨與石灰組合使用，有助于減少石灰的用量。另外，發(fā)酵結束時，PH降至約4. 7。使用硫酸將所得啤酒的pH值進一步降至3. 8，可能會減少蒸餾過程中草酸鈣的形成。
[0094]* * *
本發(fā)明公開和描述的實施方式(包括附圖和實施例）意在對本發(fā)明進行例證和解釋?；谠诖斯_的實施例，例如，對所 用的（或將要采用的）設備和工藝，以及組合物和處理工序，可以進行修改和變化；所有此類修改和變化都應理解為包含于在此公開的各方面的范圍之內。
[0095]詞語“示范”意在表示示例、舉例或例證。任何實施例或設計被描述為“示范”，并不意味著其相對其他實施例或設計是必然推薦的或優(yōu)選的，也不意味著排除對該領域中的普通技術人員而言等同的示范結構和技術。與之相反，詞語“示范”的使用，意在給概念賦予具體形式，而本發(fā)明的主題內容并非局限于此類例子。
[0096]詞語“或者”意在表達“包括”而非“僅限于”。在此意義上，“包含”、“有”、“含有”及其他在細節(jié)描述或權利要求中所用的類似詞語，為避免歧義，此類詞語都意在表示“包括”，與“包含”相似，作為開放性的轉接詞使用，而非排除任何附加的或其他的元素。
【權利要求】
1.一種系統(tǒng)，用于處理從生物質中分離出的液體成分以產(chǎn)出經(jīng)處理后的液體成分，所述經(jīng)處理后的液體成分含有可發(fā)酵成為發(fā)酵產(chǎn)物的糖類，所述系統(tǒng)包括： 用于從液體成分中除去顆粒物尺寸超過25微米的物質的過濾器； 至少ー個納米過濾器，用于從濾后液體成分中除去酸類并濃縮木糖；以及 用于用氫氧化鈣組合物來調整納米過濾后的液體成分的PH值的設備。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述生物質包括木質纖維素材料，其中所述木質纖維素材料含有玉米穗軸、玉米植株外皮、玉米植株葉子和玉米植株莖桿中的至少ー種。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述過濾器的孔徑為0.1-20微米。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少ー個納米過濾器包括第一納米過濾階段和第二納米過濾階段。
5.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述第二納米過濾階段包括膜，該膜所具有的孔徑能讓水分子和酸離子作為滲透物通過且將糖分子作為滲余物保留，其中所述經(jīng)納米過濾后的液體成分含有所述滲余物。
6.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述第二納米過濾階段用于滲濾，其中所述滲濾包括向所述液體成分加水，所加水與所述液體成分的比例為0:1至I. 3: I。
7.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述第一納米過濾階段的滲透通量為I.5-35 L/m2/h。
8.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述設備用氫氧化鈣將所述經(jīng)納米過濾后的液體成分的PH值調整至約5. 5-6. O。
9.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述設備用氫氧化銨和氫氧化鉀中的至少ー種和氫氧化鈣所組成的組合物將所述經(jīng)納米過濾后的液體成分的pH值調整至約5. 5~6. O0
10.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于所述設備用氫氧化鈣將所述經(jīng)納米過濾后的液體成分調整至約4.0，然后用氫氧化鉀和氫氧化銨中的至少ー種將pH值調整至5. 5~6. O0
11.ー種處理從生物質中分離的液體成分以產(chǎn)出經(jīng)處理后的液體成分的方法，所述經(jīng)處理后的液體成分含有可發(fā)酵生成發(fā)酵產(chǎn)物的糖類，所述方法包括： 從所述液體成分中去除顆粒物尺寸大于約25微米的物質； 從所述液體成分中去除酸類并濃縮木糖；以及 用氫氧化鈣組合物調整所述液體成分的PH值。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于所述生物質包括含有玉米穗軸、玉米植株外皮、玉米植株葉子和玉米植株莖桿中的至少ー種的木質纖維素材料。
13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于所述去除物質的步驟包括利用孔徑為0. 1-20微米的過濾器。
14.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于所述去除包括利用至少ー個包括第一納米過濾階段和第二納米過濾階段的納米過濾器。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于第二納米過濾階段包括膜，該膜所具有的孔徑能讓水分子和酸離子作為滲透物通過且將糖分子作為滲余物保留，其中所述液體成分包括所述滲余物。
16.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于所述第二納米過濾階段用于滲濾，其中所述滲濾包括向所述液體成分中加水，所加水與所述液體成分的比例為0:1或I. 3: I。
17.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于所述第一納米過濾階段的滲透通量為I.5-35 L/m2/h。
18.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于所述調整所述液體成分的pH值包括使用氫氧化鈣將pH值調整至5. 5-6. O。
19.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于所述調整所述液體成分的pH值包括使用氫氧化銨和氫氧化鉀中的至少一種和氫氧化鈣所組成的組合物將PH值調整至5. 5-6. O。
20.根據(jù)權利要求19所述的方法，其特征在于所述調整所述液體成分的pH值包括用氫氧化鈣將所述經(jīng)納米過濾后的液體成分的PH值調整至約4. 0，然后用氫氧化鉀和氫氧化銨中的至少一種將pH值調整至5. 5-6. O。
【文檔編號】C12P7/06GK103502460SQ201280014628
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年1月20日 優(yōu)先權日:2011年1月21日
【發(fā)明者】尼拉康塔姆·V.·納雷德拉納斯, 史蒂文·T.·布萊 申請人:波特研究公司