[发明专利]从生物质一步法生产糠醛

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年8月14日提交的U.S.临时申请序列号62/037,200的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。

发明领域

本文公开和教导的发明总体上涉及用于处理生物质的方法，且更具体涉及处理用于生产糠醛和类似有机中间体的生物质原料。

发明背景

相关技术的描述

由于在植物的细胞壁中存在糖，木素纤维素生物质被视作燃料和化学品的丰富的可再生来源。地球表面超过50％的有机碳包含在植物中。木素纤维素生物质由半纤维素、纤维素和较少部分的木质素和蛋白质组成。纤维素是主要由缩合聚合的葡萄糖组成的聚合物，而半纤维素是戊糖(主要是木糖)的前体。如果能从细胞壁和包含这些糖的聚合物中释放这些糖，这些糖可以很容易地被转化为燃料和有价值的组分。但是，植物细胞壁已经对产生组分糖的微生物、机械或化学分解进化出相当强的抗性。已经使用过克服这种抗性的许多方法，并且将所述聚合物分解成糖、糖化具有很长的历史。常用的方法示意性概括在图1中。

回溯到19世纪早期，最初的方法涉及使用浓的无机酸例如盐酸、硝酸或硫酸进行完全的化学水解。已近进行了对这些方法的许多改进，从生物质原料获得更高的糖收率。这些较高的酸浓度方法提供了较高的糖收率，但是由于经济和环境原因，酸必须被回收。实施这种形式糖化的主要障碍在于酸回收相关的挑战[M.Galbe and G.Zacchi,Appl.Microbiol.Biotechnol.Vol.59,pp.618-628(2002)]。在U.S.专利No.5820687中描述了近期的工作，其中使用离子树脂分离来分离硫酸和糖或通过胺萃取方法分离盐酸和糖并随后热再生酸。但是，这两种方法在实施中都是繁琐的且昂贵的。

也已经努力尝试使用稀酸方法进行化学糖化，且一种这样的实例是Scholler-Tornesch方法。但是，使用稀酸要求较高的温度，并且由于单糖的热降解、这通常导致所期望糖的低收率。过去已经尝试了许多这种类型的方法且都不能满足经济要求。参见Lim Koon Ong,Conversion of lignocellulosic biomass to fuel ethanol--A brief review,The Planter,Vol.80,No.941,2004年8月和Cell Wall Saccharification,Ralf Moller,Outputs from the EPOBIO project,2006；CPL Press出版,Tall Gables,The Sydings,Speen,Newbury,Berks RG14 1RZ,UK。

酶学纤维素的糖化保持了在较温和条件下得到较大糖收率的期望，因此被许多人认为是更有经济吸引力的。原料生物质对酶水解的抗性需要进行预处理以提高纤维素对水解酶的敏感性。已经开发了许多预处理方法(例如，Mosier等[Bioresource Technology,Vol.96,pp.673-686(2005)]描述的)来改变生物质的结构和化学组成，以提高酶转化。这样的方法包括如描述在U.S.专利No.4461648中的用稀酸蒸汽爆炸进行处理,描述在WO 2007/009463A2中的不用添加化学试剂的水热预处理、描述在Holtzapple,M.T.等[Applied Biochemistry and Biotechnology,28/29,pp.59-74]中的氨水冷冻爆炸法，以及描述在U.S.专利No.4409032中的有机溶剂萃取法。虽然存在这些方法，但这些预处理被认为是生物质向燃料转化中最昂贵的方法[Ind.Eng.Chem.Res.,Vol.48(8),3713-3729,(2009)]。