木質(zhì)纖維素生物質(zhì)發(fā)酵過程的糖漿粘結(jié)劑和粘合劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了木質(zhì)纖維素糖漿，在木質(zhì)纖維素生物質(zhì)發(fā)酵過程諸如由木質(zhì)纖維素生物質(zhì)制備醇的過程中作為聯(lián)產(chǎn)品產(chǎn)生木質(zhì)纖維素糖漿。所述木質(zhì)纖維素糖漿可用作顆粒物質(zhì)的粘結(jié)劑。此外，所述糖漿可用作粘合劑。
【專利說明】
木質(zhì)纖維素生物質(zhì)發(fā)酵過程的糖漿粘結(jié)劑和粘合劑
[00011 本專利申請(qǐng)要求2013年10月10日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/889061和2014年5月20 日提交的62/000639的權(quán)益，所述臨時(shí)申請(qǐng)全文各自以引用方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及包含粘結(jié)劑或粘合劑的材料的領(lǐng)域。更具體地，糖漿作為木質(zhì)纖維素 生物質(zhì)發(fā)酵過程的聯(lián)產(chǎn)品有效地用作粘結(jié)劑或粘合劑。
【背景技術(shù)】
[0003] 粘結(jié)劑和粘合劑在許多應(yīng)用中特別是在具有期望性能的材料因其顆粒性質(zhì)而難 以處理時(shí)是有用的。用作粘結(jié)劑的物質(zhì)（例如具有細(xì)煤粉的物質(zhì)）包括淀粉和糖蜜(US 5， 009，671)、瀝青粘結(jié)劑材料(US 823，025)、瀝青粘結(jié)劑(US 3，966，427)、或液化生物質(zhì)(US 5,916,826)。另外，將木質(zhì)素磺酸鹽即木材的硫酸鹽制漿工藝的廢液用作各種材料的粘結(jié) 劑和粘合劑。
[0004] 在將木質(zhì)纖維素生物質(zhì)用作用于發(fā)酵的碳源的纖維素乙醇方法中，通常將來自蒸 餾塔(啤酒塔)的全塔餾物分離為固體(濕餅或?yàn)V餅)和液體(稀塔餾物)餾分。使稀塔餾物通 過蒸發(fā)器以產(chǎn)生糖漿。濾餅和糖漿是纖維素乙醇方法的聯(lián)產(chǎn)品。如在共同擁有的 US20120102823中所公開的，可燃燒具有至少約40%固體的糖漿，由此提供能量。也可燃燒 濾餅以提供能量。
[0005] 仍然需要可有效地用作粘結(jié)劑和粘合劑的另外材料，以及使用這些材料的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在一個(gè)方面，提供一種用于粘結(jié)顆粒物質(zhì)的方法，該方法包括：
[0007] a)提供木質(zhì)纖維素糖漿；
[0008] b)提供至少一種顆粒物質(zhì)；
[0009 ] c)使b)的顆粒物質(zhì)與a)的糖楽；接觸；
[0010] 其中所述糖衆(zhòng)粘結(jié)所述顆粒物質(zhì)。
[0011] 在另一方面，提供了一種用于使兩個(gè)表面粘合的方法，該方法包括:將包含木質(zhì)纖 維素糖漿的組合物施用于至少一個(gè)表面，以及使兩個(gè)表面彼此接觸，使得木質(zhì)纖維素糖漿 置于兩個(gè)表面之間。
[0012] 在另一方面，提供了包含木質(zhì)纖維素糖漿和至少一種附加顆粒物質(zhì)的組合物。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 以下定義和縮寫用于權(quán)利要求和說明書的解釋。
[0014] 如本文所用，術(shù)語"包含"、"包括"、"具有"或"含有"，或者其任何其它變型旨在涵 蓋非排它性的包括。例如，包含元素列表的組合物、混合物、工藝、方法、制品或設(shè)備不必僅 限于那些元素，而是可以包括其它未明確列出的元素，或此類組合物、混合物、工藝、方法、 制品或設(shè)備固有的元素。此外，除非明確指明相反，"或"是指包含性的"或"而非排它性的 "或"。例如，條件A或B滿足下列中任一項(xiàng):A為真實(shí)的（或存在的）且B為虛假的（或不存在 的），A為虛假的(或不存在的)且B為真實(shí)的(或存在的），以及A和B均為真實(shí)的(或存在的）。
[0015] 在本發(fā)明的元素或組分前的不定冠詞"一個(gè)"和"一種"旨在為有關(guān)所述元素或組 分的實(shí)例（即出現(xiàn))數(shù)量的非限制性。因此，應(yīng)將"一個(gè)"或"一種"理解為包括一個(gè)或至少一 個(gè)，并且元素或組分的詞語單數(shù)形式也包括復(fù)數(shù)指代，除非有數(shù)字明顯表示單數(shù)。
[0016] 如本文所用，術(shù)語"發(fā)明"或"本發(fā)明"是非限制性術(shù)語，并且不旨在意指本發(fā)明的 任何單獨(dú)實(shí)施方案，而是涵蓋如本說明書和權(quán)利要求所述的所有可能的實(shí)施方案。
[0017] 如本文所用，用術(shù)語"約"修飾本發(fā)明的成分或反應(yīng)物的量時(shí)是指數(shù)值量的變化， 它們可能發(fā)生在例如，典型的測(cè)量和用于制備濃縮液或?qū)嶋H使用溶液的液體處理程序中； 這些程序中的偶然誤差中；制造、來源、或用于制備組合物或?qū)嵤┓椒ǖ某煞值募兌鹊牟町?中等。術(shù)語"約"還包括由于對(duì)于起因于特定起始混合物的組合物的不同平衡條件而不同的 量。無論是否由術(shù)語"約"來修飾，權(quán)利要求包括量的等同量。在一個(gè)實(shí)施例中，術(shù)語"約"指 在報(bào)告數(shù)值的10%以內(nèi)，優(yōu)選地在報(bào)告數(shù)值的5%以內(nèi)。
[0018] 術(shù)語"可發(fā)酵糖"是指在發(fā)酵過程中能被微生物用作碳源的低聚糖和單糖。
[0019] 術(shù)語"木質(zhì)纖維素"是指包含木質(zhì)素和纖維素的組合物。木質(zhì)纖維素材料也可包含 半纖維素。
[0020]術(shù)語"纖維素"是指包含纖維素和附加組分(包括半纖維素)的組合物。
[0021]術(shù)語"糖化"是指由多糖產(chǎn)生可發(fā)酵糖。
[0022]術(shù)語"預(yù)處理的生物質(zhì)"是指在糖化之前已經(jīng)過預(yù)處理的生物質(zhì)。所述預(yù)處理可為 物理的、熱的或化學(xué)方法的形式以及它們的組合。
[0023] 術(shù)語"顆粒物質(zhì)"或"顆粒物"意指由保持獨(dú)立地分散于氣體或液體中的較小的固 體物質(zhì)的離散顆粒組成的物質(zhì)。本發(fā)明的顆粒物質(zhì)通常由規(guī)則或不規(guī)則形狀的顆粒組成。 雖然也可使用更大的顆粒，但是典型的顆粒具有約1至約10000微米的直徑范圍。
[0024] 術(shù)語"丁醇"是指異丁醇、1-丁醇、2-丁醇、或它們的組合。
[0025] 術(shù)語"木質(zhì)纖維素生物質(zhì)"指任何木質(zhì)纖維素材料，并且包括含有纖維素、半纖維 素、木質(zhì)素、淀粉、寡糖和/或單糖的材料。生物質(zhì)也可包含附加組分諸如蛋白質(zhì)和/或脂質(zhì)。 生物質(zhì)可源自單一來源，或者生物質(zhì)可包括源自多于一種來源的混合物;例如，生物質(zhì)可包 括玉米棒和玉米秸桿的混合物，或草和葉片的混合物。木質(zhì)纖維素生物質(zhì)包括但不限于生 物能源作物、農(nóng)業(yè)殘余物、市政固體垃圾、工業(yè)固體垃圾、來自造紙業(yè)的淤渣、庭院垃圾、木 材和林業(yè)垃圾。生物質(zhì)的示例包括但不限于玉米棒、作物殘余物諸如玉米皮、玉米秸桿、草 (包括細(xì)葉芒）、小麥秸桿、大麥秸桿、干草、稻桿、柳枝稷、廢紙、甘蔗渣、高粱植物材料、大豆 植物材料、從谷物的研磨或從生產(chǎn)過程中使用谷物獲得的組分(諸如DDGS:含可溶物的干酒 糟）、木質(zhì)材料諸如樹、枝、根、木片、鋸末、灌木和灌叢、葉、蔬菜、水果、花、棕櫚空果串和能 源甘蔗。
[0026] 術(shù)語"能源甘蔗"是指培育用于產(chǎn)生能量的甘蔗。其因纖維百分比高于糖而被選 擇。
[0027] 術(shù)語"木質(zhì)纖維素生物質(zhì)水解產(chǎn)物"是指木質(zhì)纖維素生物質(zhì)糖化產(chǎn)生的產(chǎn)物。生物 質(zhì)也可在糖化前進(jìn)行預(yù)處理或預(yù)加工。
[0028] 術(shù)語"木質(zhì)纖維素生物質(zhì)水解產(chǎn)物發(fā)酵液"是指包含產(chǎn)物的發(fā)酵液，所述產(chǎn)物得自 包含木質(zhì)纖維素生物質(zhì)水解產(chǎn)物的介質(zhì)中的生物催化劑生長(zhǎng)和生產(chǎn)。所述發(fā)酵液包含木質(zhì) 纖維素生物質(zhì)水解產(chǎn)物的成分，所述成分為沒有被生物催化劑消耗的，以及生物催化劑本 身和生物催化劑產(chǎn)生的產(chǎn)品。
[0029] 術(shù)語"漿料"指不溶解的材料和液體的混合物。漿料還可包含高水平的溶解固體。 漿料的示例包括糖化發(fā)酵液、發(fā)酵液和塔餾物。
[0030]術(shù)語"全塔餾物"是指蒸餾的塔底物。所述全塔餾物包含高沸騰物和蒸餾進(jìn)料流的 任何固體。全塔餾物是枯竭的發(fā)酵液的類型。
[0031] 術(shù)語"稀塔餾物"是指來自全塔餾物、發(fā)酵液、或產(chǎn)物枯竭的發(fā)酵液的固體/液體分 離的液體餾分。
[0032] 術(shù)語"糖衆(zhòng)"或"木質(zhì)纖維素糖衆(zhòng)"可互換使用并且意指濃縮的產(chǎn)物，其由稀塔餾物 去除水而產(chǎn)生，一般來講為蒸發(fā)。
[0033] 術(shù)語"目標(biāo)產(chǎn)物"是指任何由發(fā)酵中的微生物生產(chǎn)宿主細(xì)胞生成的產(chǎn)物。目標(biāo)產(chǎn)物 可為宿主細(xì)胞中經(jīng)遺傳工程改造的酶途徑的產(chǎn)物或可由內(nèi)源性途徑產(chǎn)生。典型的目標(biāo)產(chǎn)物 包括但不限于:酸、醇、烷烴、稀烴、芳烴、醛、酮、生物聚合物、蛋白質(zhì)、肽、氨基酸、維生素、抗 生素和藥物。
[0034]術(shù)語"發(fā)酵"是指廣義地使用生物催化劑來產(chǎn)生目標(biāo)產(chǎn)物。通常生物催化劑在發(fā)酵 液中利用發(fā)酵液中的碳源生長(zhǎng)，并且通過其代謝產(chǎn)生目標(biāo)產(chǎn)物。
[0035] "固體"是指可溶固體和不可溶固體。來自木質(zhì)纖維素發(fā)酵過程的固體包含用于制 備水解產(chǎn)物培養(yǎng)基的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的殘余物。
[0036] 本文"揮發(fā)物"是指在引入熱的過程中將較大程度氣化的組分。通過確定嚴(yán)格受控 條件下由加熱至950°C所引起的重量損失來測(cè)量本文揮發(fā)物含量(如在ASTM D-3175中）。典 型的揮發(fā)物包括但不限于氫氣、氧氣、氮?dú)?、乙酸以及一些碳和硫?br>[0037] 本文"固定碳"是指通過將水分百分比、灰分百分比、和揮發(fā)物百分比相加，然后用 100減去該百分比得到的計(jì)算百分比。
[0038] "灰分"是根據(jù)ASTM D-3174,在受控條件下燃燒后剩余的殘余物的重量。
[0039] 如木質(zhì)纖維素糖漿組合物中所提及的"糖"意指單糖和可溶性低聚糖的總和。
[0040] 木質(zhì)纖維素糖漿的制備和組合物
[0041] 本發(fā)明的木質(zhì)纖維素糖漿作為來自于使用木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的過程的聯(lián)產(chǎn)品而 產(chǎn)生，所述木質(zhì)纖維素生物質(zhì)作為可用作生物催化劑的碳源的可發(fā)酵糖的來源。生物催化 劑在發(fā)酵過程中利用糖產(chǎn)生目標(biāo)產(chǎn)物。
[0042]為了從木質(zhì)纖維素生物質(zhì)產(chǎn)生可發(fā)酵糖，對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行處理以釋放糖諸如來自于 生物質(zhì)多糖的葡萄糖、木糖和阿拉伯糖。本領(lǐng)域技術(shù)人員可用任何已知的方法處理木質(zhì)纖 維素生物質(zhì)，以在水解產(chǎn)物中產(chǎn)生可發(fā)酵糖。通常，所述生物質(zhì)使用物理的、熱的和/或化學(xué) 的處理進(jìn)行預(yù)處理，并酶解糖化。熱-化學(xué)預(yù)處理方法包括蒸汽噴發(fā)或使生物質(zhì)溶脹以釋放 糖的方法(參見例如W02010113129;W02010113130)。也可以采用化學(xué)糖化。用于預(yù)處理生物 質(zhì)的物理處理包括但不限于磨削、研磨和切割。諸如這些的物理處理可用于在進(jìn)一步化學(xué) 處理前減小粒度?；瘜W(xué)處理包括堿處理諸如用強(qiáng)堿（氨或NaOH)或酸處理（US8545633; W02012103220)。在一個(gè)實(shí)施方案中，用氨處理生物質(zhì)（US 7932063;US 7781191;US 7998713 ;US7915017)。這些處理從生物質(zhì)釋放聚合糖。低氨預(yù)處理是特別有用的，其中生物 質(zhì)與包含氨的水溶液接觸，形成生物質(zhì)-氨水混合物，其中氨的濃度足夠保持生物質(zhì)-氨水 混合物的堿性pH，但相對(duì)于生物質(zhì)的干重小于約12重量％，并且相對(duì)于生物質(zhì)-氨水混合物 的重量，生物質(zhì)的干重為至少約15重量％的固體，如US 7，932,063所公開的，其以引用方式 并入本文。
[0043]將聚合糖轉(zhuǎn)化為單體糖的糖化可以通過酶處理或化學(xué)處理進(jìn)行。在一個(gè)方面，使 經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)與糖化酶聚生體在合適的條件下接觸，以產(chǎn)生可發(fā)酵糖。在糖化之前，可 使經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)達(dá)到期望的水分含量并對(duì)其進(jìn)行處理以改變pH、組合物或溫度使得糖 化酶聚生體中的酶將有活性?？赏ㄟ^添加固體或液體形式的酸改變pH。另選地，可利用可從 發(fā)酵中回收的二氧化碳(C0 2)來降低pH。例如，如果存在足夠的液體，可從發(fā)酵罐中收集C02 并將其進(jìn)料到閃蒸槽中的預(yù)處理產(chǎn)物頂部空間或起泡通過經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)，同時(shí)監(jiān)控 pH，直至達(dá)到所需的pH。可使溫度達(dá)到下文提到的適合糖化酶活性的溫度。通常，合適的條 件可包括在約40 °C至50 °C的溫度以及在約4.8至5.8的pH。
[0044] 纖維素或木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的酶促糖化通常利用酶組合物或共混物來降解纖維 素和/或半纖維素并且產(chǎn)生包含糖(諸如例如葡萄糖、木糖和阿拉伯糖)的水解產(chǎn)物。糖化酶 參見 LyncUL.R.等人（"Microbiol.Mol. Biol .Rev.，66:506-577,2002)。使用至少一種酶，并 且通常使用糖化酶共混物，其包含一種或多種糖苷酶。糖苷酶水解二糖、低聚糖和多糖的醚 鍵，并且存在于廣義"水解酶"（EC 3.)的酶分類EC 3.2.1 .x(Enzyme Nomenclature 1992， Academic Press，San Diego，CA，以及增補(bǔ) 1(1993)、增補(bǔ)2(1994)、增補(bǔ)3(1995)、增補(bǔ)4 (1997)和增補(bǔ)5[分別在Eur·J·Biochem·，223 :l-5，1994;Eur·J·Biochem·，232:l-6，1995 ; Eur .J.Biochem.，237:1-5，1996 ;Eur · J.Biochem.，250:1-6，1997;以及Eur · J.Biochem."， 264:610-6501999中])中?？捎糜谔腔奶擒彰缚赏ㄟ^它們水解的生物質(zhì)組分進(jìn)行分類?？?用于糖化的糖苷酶可包括纖維素水解糖苷酶(例如，纖維素酶、內(nèi)切葡聚糖酶、外切葡聚糖 酶、纖維二糖水解酶、β-葡糖苷酶）、半纖維素水解糖苷酶(例如，木聚糖酶、內(nèi)切木聚糖酶、 外切木聚糖酶、木聚糖苷酶、阿拉伯糖基木聚糖酶、甘露聚糖酶、半乳糖酶、果膠酶、葡糖 苷酸酶)和淀粉水解糖苷酶(例如，淀粉酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡糖淀粉酶、α-葡糖苷酶、 異淀粉酶）。此外，將其它活性物質(zhì)加入糖化酶聚生體(諸如肽酶(EC 3.4.x.y)、脂肪酶(EC 3.1.1.X和3.1.4.X)、木質(zhì)素酶(EC 1.11.1.X)或阿魏酸酯酶(EC3.1.1.73))中以促進(jìn)從生 物質(zhì)的其它組分中釋放多糖可為有用的。本領(lǐng)域熟知生產(chǎn)多糖水解酶的微生物常常表現(xiàn)出 某種活性，諸如降解纖維素的能力，該活性由具有不同底物特異性的若干種酶或一組酶催 化。因此，來自微生物的"纖維素酶"可包括一組酶、可有助于纖維素降解活性的一種或多種 酶或所有酶。取決于獲取酶時(shí)利用的純化方案，商業(yè)或非商業(yè)酶制劑(諸如纖維素酶)可包 括多種酶。對(duì)于糖化有用的許多糖基水解酶和它們的組合物公開于W0 2011/038019中。用 于糖化的另外的酶包括例如糖基水解酶，其水解兩個(gè)或更多個(gè)碳水化合物之間的糖苷鍵， 或碳水化合物與非碳水化合物部分之間的糖苷鍵。
[0045] 糖化酶可商購(gòu)獲得。此類酶包括例如SpeZyme?CP纖維素酶、Multiset?木聚糖酶、 Ac.celerase#i5〇〇、Accelleras.e?DUET、以及 AccelleraseQ!yTri〇?(Dup〇ntTM/G 抓 Wilmington，DE)，以及Novozyme-188(Novozymes，288〇 Bagsvaerd，Denmark)。此外，糖化酶 可以是未經(jīng)純化的并以細(xì)胞提取物或全細(xì)胞制劑的形式提供。可使用已經(jīng)工程化以表達(dá)一 種或多種糖化酶的重組微生物來制備所述酶。例如，可用于使經(jīng)預(yù)處理纖維素類生物質(zhì)糖 化的H3A蛋白質(zhì)制備物是由里氏木霉(Trichoderma reesei)的遺傳工程菌株生產(chǎn)的酶的未 純化的制備物，其包括纖維素酶和半纖維素酶的組合，并且描述于W0 2011/038019中，該文 獻(xiàn)以引用方式并入本文。
[0046]可使用化學(xué)糖化處理并且其對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是已知的，諸如用無機(jī)酸包括 HC1 和 H2SO4 處理（US5580389;TO2011002660)。
[0047] 通過木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的糖化來釋放糖諸如葡萄糖、木糖和阿拉伯糖，并且這些 單體糖提供用于生物催化劑（用于發(fā)酵過程)的碳水化合物源。糖存在于用作發(fā)酵培養(yǎng)基的 生物質(zhì)水解產(chǎn)物中。發(fā)酵培養(yǎng)基可僅由水解產(chǎn)物構(gòu)成，或可包含水解產(chǎn)物之外的組分，諸如 山梨醇或甘露糖醇，最終濃度為約5mM，如US 7,629,156中所述，其以引用方式并入本文。生 物質(zhì)水解產(chǎn)物通常占發(fā)酵培養(yǎng)基的至少約50%。通常發(fā)酵液終體積的約10%是包含生物催 化劑的種菌。
[0048] 在發(fā)酵罐中發(fā)酵包含水解產(chǎn)物的培養(yǎng)基，所述發(fā)酵罐為任何容納水解產(chǎn)物發(fā)酵培 養(yǎng)基和至少一種生物催化劑并且具有閥門、通氣孔、和/或用于管理發(fā)酵過程的端口的容 器。
[0049] 天然地或通過基因工程利用葡萄糖且優(yōu)選地還利用木糖生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物的任何生 物催化劑可用于木質(zhì)纖維素生物質(zhì)制成的生物質(zhì)水解產(chǎn)物中可發(fā)酵糖的發(fā)酵?？赏ㄟ^發(fā)酵 生產(chǎn)的目標(biāo)產(chǎn)物包括例如酸、醇、烷烴、稀烴、芳烴、醛、酮、生物聚合物、蛋白質(zhì)、肽、氨基酸、 維生素、抗生素和藥物。醇包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丁 二醇、甘油、赤蘚醇、木糖醇、甘露糖醇和山梨醇。酸可包括乙酸、甲酸、乳酸、丙酸、3-羥基丙 酸、丁酸、葡萄糖酸、衣康酸、檸檬酸、琥珀酸、3-羥基丙酸、富馬酸、馬來酸和乙酰丙酸。氨基 酸可包括谷氨酸、天冬氨酸、甲硫氨酸、賴氨酸、甘氨酸、精氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸和酪氨 酸。附加的目標(biāo)產(chǎn)物包括甲烷、乙烯、丙酮和工業(yè)酶。
[0050] 生物質(zhì)水解產(chǎn)物中的糖轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物的發(fā)酵可通過一種或多種能夠在包含生 物質(zhì)水解產(chǎn)物的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的合適的生物催化劑在一步或多步發(fā)酵過程中進(jìn)行。生物催 化劑可以是選自細(xì)菌、絲狀真菌和酵母的微生物。生物催化劑可為野生型微生物或重組微 生物，并且可包括例如屬于埃希氏菌屬(Escherichia)、發(fā)酵單胞菌屬(Zymomonas)、酵母屬 (Saccharomyces)、假絲酵母屬（Candida)、畢赤酵母屬（Pichia)、鏈霉菌屬 (Streptomyces)、芽胞桿菌屬（Bacillus)、乳酸桿菌屬（Lactobacillus)和梭菌屬 (Clostridiuma)的生物體。通常，生物催化劑的示例包括重組大腸桿菌（Escherichia coli)、運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌（Zymomonas mobilis)、嗜熱脂肪芽胞桿菌（Bacillus stearothermophilus)、釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae)、嗜熱梭菌（Clostridia 1：1161'1]10。61111111)、高溫產(chǎn)氫菌（1'1161'1]10&11&61'0&&(^61'；[111118&(^11&1'0171：；[(311111)、以及樹干畢赤 酵母(Pichia stipitis)。為生長(zhǎng)良好和在木質(zhì)纖維素生物質(zhì)水解產(chǎn)物發(fā)酵液中有高的產(chǎn) 物產(chǎn)量，可選擇或工程化生物催化劑以對(duì)生物質(zhì)水解產(chǎn)物中存在的抑制劑(諸如乙酸鹽)有 更高的耐受性。例如，生物催化劑可產(chǎn)生作為目標(biāo)產(chǎn)物的乙醇，諸如通過運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌產(chǎn) 生乙醇，如在US 8,247,208中所描述，其以引用方式并入本文。
[0051]發(fā)酵在適用于所用特定生物催化劑的條件下進(jìn)行。可對(duì)條件諸如pH、溫度、氧含量 和混合進(jìn)行調(diào)節(jié)。用于酵母和細(xì)菌生物催化劑的發(fā)酵的條件在本領(lǐng)域中是已知的。
[0052] 此外，糖化和發(fā)酵可在同一容器中同時(shí)發(fā)生，這稱為同步糖化和發(fā)酵(SSF)。此外， 在稱為HSF(混合糖化和發(fā)酵)的過程中，在糖化和發(fā)酵并發(fā)的時(shí)間段之前可發(fā)生局部糖化。
[0053] 對(duì)于較大規(guī)模的發(fā)酵，通常較少的生物催化劑培養(yǎng)物首先生長(zhǎng)，其稱為種子培養(yǎng) 物。將種子培養(yǎng)物作為種菌添加至發(fā)酵培養(yǎng)基中，通常在約2%至約20%的終體積的范圍 內(nèi)。
[0054]通常通過生物催化劑發(fā)酵產(chǎn)生包含由生物催化劑制得的目標(biāo)產(chǎn)物的發(fā)酵液。例 如，在乙醇方法中，發(fā)酵液可為包含約6%至約10%的乙醇的發(fā)酵醪。除目標(biāo)產(chǎn)物之外，發(fā)酵 液還包含水、溶質(zhì)和固體，它們得自水解產(chǎn)物培養(yǎng)基以及得自水解產(chǎn)物培養(yǎng)基中糖的生物 催化劑代謝。通常使目標(biāo)產(chǎn)物與發(fā)酵液分離，產(chǎn)生枯竭的發(fā)酵液(可稱為全塔餾物）。例如， 當(dāng)乙醇為產(chǎn)物時(shí)，通常使用啤酒塔蒸餾發(fā)酵液，以產(chǎn)生乙醇產(chǎn)物流和全塔餾物。蒸餾可使用 本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何條件，包括在常壓或減壓下。使餾出的乙醇進(jìn)一步通過精餾塔 和分子篩以回收乙醇產(chǎn)物?？闪磉x地在隨后步驟中去除目標(biāo)產(chǎn)物，諸如在分離發(fā)酵液之后 從固體或液體餾分中去除。
[0055] 木質(zhì)纖維素生物質(zhì)發(fā)酵過程的糖漿聯(lián)產(chǎn)品由發(fā)酵液或枯竭的發(fā)酵液制得。制備糖 漿的示例公開于共同擁有的US20120102823,其以引用方式并入本文。發(fā)酵液或枯竭的發(fā)酵 液，諸如全塔餾物，分離為固體和液體流，其中液體流被稱為稀塔餾物?？墒褂枚喾N過濾設(shè) 備，諸如帶束過濾器、壓帶機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)、轉(zhuǎn)筒過濾器、碟式過濾器、Nutsche過濾器、壓 力過濾機(jī)和離心過濾器。可通過諸如施用真空、壓力或離心力來輔助過濾。為了提高過濾的 效率可使用熱處理，如公開在共同擁有的和共同未決的US20120178976中，其以引用方式并 入本文。
[0056] 在對(duì)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)水解產(chǎn)物發(fā)酵液或枯竭的發(fā)酵液進(jìn)行液體/固體分離后， 固體餾分或?yàn)V餅(也稱為濕餅)可以燃燒為生產(chǎn)過程提供能量。所述濾餅可在燃燒前干燥， 諸如通過空氣干燥，以降低水分。
[0057] 在對(duì)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)水解產(chǎn)物發(fā)酵液進(jìn)行液體/固體分離后，去除產(chǎn)物流。例 如，液體流可萃取或蒸餾以產(chǎn)生產(chǎn)物流，諸如蒸餾產(chǎn)生乙醇產(chǎn)物流和剩余液體。
[0058]液體餾分通過蒸發(fā)而進(jìn)一步純化以產(chǎn)生能回收的水和糖漿。在蒸發(fā)之前，液體餾 分的一部分可回收作為渦流使用，其可添加到過程中需要水的任何一點(diǎn)，諸如在預(yù)處理、糖 化或生物催化劑種子制備中。蒸發(fā)可在任何蒸發(fā)系統(tǒng)中進(jìn)行，諸如降膜、升膜、壓力環(huán)流、板 式或機(jī)械和熱蒸汽再壓縮系統(tǒng)。蒸發(fā)可為連續(xù)的或分批的，并可用多效蒸發(fā)器。蒸發(fā)的水可 再循環(huán)用于木質(zhì)纖維素生物質(zhì)水解產(chǎn)物發(fā)酵總體過程。
[0059] 蒸發(fā)后剩余的物質(zhì)是糖漿，其為本發(fā)明的木質(zhì)纖維素糖漿。木質(zhì)纖維素糖漿組合 物包含約40 %至約70 %的固體或約40 %至約60%的固體(可具有約40 %、45 %、50 %、55 %、 60%、65%或70%的固體）、約1(^/1至3(^/1的乙酰胺、至少約4(^/1的糖、約]^/〇113至約2區(qū)/ cm3的密度和在100°F(38°C)下小于500 SSU的粘度。"SSU"是以秒計(jì)的賽波特通用粘度 (Burger VL.，Encycl · Ind.Chem.Anal · (1966)，第3卷，768-74)?？烧{(diào)制蒸發(fā)程度來實(shí)現(xiàn)期 望的固體含量。當(dāng)用于制備生物質(zhì)（用于糖化)的預(yù)處理過程是采用氨的過程時(shí)，木質(zhì)纖維 素糖漿包含至少約5g/l的氨。
[0060] 作為粘結(jié)劑的木質(zhì)纖維素糖衆(zhòng)
[0061] 在本發(fā)明方法中，本發(fā)明的木質(zhì)纖維素糖漿接觸至少一種顆粒物質(zhì)，其中所述糖 漿粘結(jié)所述顆粒物質(zhì)。所述顆粒物質(zhì)可以是單一物質(zhì)，或者其可包括多種物質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施 方案中，使木質(zhì)纖維素糖漿與顆粒物質(zhì)混合。所述物質(zhì)可包括任何粒狀的物質(zhì)，諸如為粉末 狀、塵狀或顆粒狀。在一個(gè)實(shí)施方案中，顆粒物質(zhì)不是可燃物質(zhì)或土壤調(diào)理劑。
[0062] 使木質(zhì)纖維素糖漿以任意量與顆粒物質(zhì)混合，其中糖漿起到顆粒物質(zhì)的粘結(jié)劑的 作用。在各種實(shí)施方案中，糖漿按糖漿顆粒物質(zhì)的最終組合的重量計(jì)為約0.1%至約20%。 糖漿可為總合并重量的約〇·1%、〇·5%、1%、2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、16%、 18%或20%。在各種實(shí)施方案中，糖漿為糖漿和顆粒物質(zhì)的最終組合物的約0.1 %至20%、 0.5%至20%、0.5%至10%、0.5%至5%、2%至20%、或2%至10%。
[0063] 在各種實(shí)施方案中，顆粒物質(zhì)為炭黑粉末、粉煤灰、或動(dòng)物飼料成分。炭黑為通常 由重質(zhì)石油產(chǎn)品諸如各種類型的焦油的不完全燃燒所產(chǎn)生的粉末形式的碳。其為具有高表 面積與體積比的次晶碳。炭黑被用作輪胎及其它橡膠產(chǎn)品的增強(qiáng)填料和著色劑，以及塑料、 油漆、色淀、墨和皮革的彩色顏料，和電氣設(shè)備的絕緣材料。將炭黑與木質(zhì)纖維素糖漿粘結(jié) 產(chǎn)生更易于處理和運(yùn)輸?shù)慕M合物。該組合物可用于制備輪胎以及用于以上所列的其它應(yīng) 用。
[0064]粉煤灰是發(fā)電廠中燃燒煤粉的聯(lián)產(chǎn)品。其由燃燒期間所熔合的煤中的礦物質(zhì)雜質(zhì) 諸如粘土、長(zhǎng)石、石英和頁巖構(gòu)成。該物質(zhì)存在于廢氣中。其冷卻并硬化，并且通過靜電除塵 器或袋式過濾器收集。粉煤灰具有水泥質(zhì)性質(zhì)并且用作水泥中的添加劑。將粉煤灰與木質(zhì) 纖維素糖漿粘結(jié)產(chǎn)生更易于處理和運(yùn)輸?shù)慕M合物。該組合物可用于制備混凝土用的水泥。
[0065]飼料丸粒是動(dòng)物飼料組分與將組分保持在一起的粘結(jié)劑的組合物。飼料組分可包 括此類成分如谷物、大豆、磨粉聯(lián)產(chǎn)品、添加的維生素、礦物質(zhì)、脂肪/油。谷物及其它組分通 常錘磨為顆粒形式以用于飼料丸粒。將動(dòng)物飼料組分與木質(zhì)纖維素糖漿粘結(jié)產(chǎn)生更易于處 理和運(yùn)輸?shù)慕M合物。
[0066]可對(duì)木質(zhì)纖維素糖漿與顆粒物質(zhì)的混合物進(jìn)行處理以形成便于處理的固體物質(zhì)。 處理可包括諸如加熱、壓縮、擠出、?；?、模塑和/或干燥這些處理。可形成各種形狀諸如壓 塊、丸粒、不規(guī)則形狀等等。例如，可在高溫下使混合物通過擠出機(jī)，然后通過制粒機(jī)后干 燥，以形成硬化的燃料丸粒?？墒褂猛ㄟ^模頭推動(dòng)或抽吸半軟質(zhì)固體的任何類型的如本領(lǐng) 域技術(shù)人員所知的擠出機(jī)。擠出可在高溫和/或高壓下進(jìn)行。制粒機(jī)可用于減小木質(zhì)纖維素 糖漿和顆粒物質(zhì)組合物的體積并增大其密度，其可單獨(dú)使用或與擠出結(jié)合使用，并且從而 使材料成形為丸粒。壓塊可采用螺旋壓機(jī)或其它壓縮設(shè)備形成。在成形后，使組合物干燥， 以形成固體木質(zhì)纖維素糖漿組合物。根據(jù)用于制備本發(fā)明的固體組合物的起始物和方法， 水分可小于約30%、25%、20%、15%、10%或更小。
[0067]在一個(gè)實(shí)施方案中，木質(zhì)纖維素糖漿用于接觸顆粒物質(zhì)。所述物質(zhì)可包括任何粒 狀的物質(zhì)，諸如為粉末狀、塵狀或顆粒狀。在一個(gè)實(shí)施方案中，顆粒物質(zhì)不是可燃物質(zhì)或土 壤調(diào)理劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，將木質(zhì)纖維素糖漿施用于覆蓋表面諸如未鋪設(shè)的道路、土 路、苗圃、果園、飼養(yǎng)場(chǎng)、或施工區(qū)的顆粒物質(zhì)。木質(zhì)纖維素糖漿可施用于任何有灰塵的表 面，使得糖漿用于控制粉塵。用于木質(zhì)纖維素糖漿應(yīng)用的表面可在與糖漿接觸之前首先分 級(jí)并任選地濕潤(rùn)?？稍趹?yīng)用前使糖漿與土壤或其它可鋪展物質(zhì)混合。通常以〇. 3-0.5加侖每 平方碼的速度施用糖漿。糖漿的作用在于使路面顆粒粘結(jié)在一起，并且隨著水蒸發(fā)，粉塵顆 粒仍存在由粉塵化所引起的團(tuán)聚最小化問題。
[0068] 作為粘合劑的木質(zhì)纖維素糖衆(zhòng)
[0069] 在各種實(shí)施例中，木質(zhì)纖維素糖漿可用作粘合劑，或粘合劑的組分。糖漿可部分地 替換苯酚-甲醛粘合劑中的苯酚。可以干燥的、潮濕的、或液體形式使用包含木質(zhì)纖維素糖 漿的粘合劑。包含木質(zhì)纖維素糖漿的粘合劑可為增塑劑。木質(zhì)纖維素糖漿粘合劑可用于一 些應(yīng)用，諸如刨花板、膠合板、將托盤化袋點(diǎn)狀膠結(jié)在一起以防止它們?cè)趦?chǔ)存、處理和裝運(yùn) 期間移動(dòng)、油毯水泥（inoleum cements)、可再潤(rùn)濕的膠帶和托盤化容器。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于粘結(jié)顆粒物質(zhì)的方法，所述方法包括： a) 提供木質(zhì)纖維素糖漿； b) 提供至少一種顆粒物質(zhì)，使所述(b)的顆粒物質(zhì)與所述(a)的糖漿接觸； 其中所述糖漿粘結(jié)所述顆粒物質(zhì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述(c)的接觸是使所述(a)的糖漿與所述(b)的顆 粒物質(zhì)混合。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述顆粒物質(zhì)選自動(dòng)物飼料成分、炭黑、和粉煤灰。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述(c)的接觸是將所述(a)的糖漿施用于所述(b) 的顆粒物質(zhì)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述(b)的顆粒物質(zhì)覆蓋道路、公路、苗圃、果園、或 施工區(qū)。6. -種用于使兩個(gè)表面粘合的方法，所述方法包括:a)將包含木質(zhì)纖維素糖漿的組合 物施用于至少一個(gè)表面；以及b)使所述兩個(gè)表面彼此接觸，使得所述木質(zhì)纖維素糖漿置于 所述兩個(gè)表面之間。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述組合物選自水泥和可再潤(rùn)濕的膠帶。8. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其中所述木質(zhì)纖維素糖漿是由木質(zhì)纖維素生物質(zhì)制 備醇的過程的聯(lián)產(chǎn)品。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述木質(zhì)纖維素生物質(zhì)選自玉米棒、玉米秸桿、草、 小麥秸桿、大麥秸桿、干草、稻桿、柳枝稷、廢紙、甘蔗渣、高粱植物材料、大豆植物材料、木本 植物、蔬菜、水果和花。10. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其中所述木質(zhì)纖維素糖漿是采用氨來預(yù)處理木質(zhì) 纖維素生物質(zhì)的過程的聯(lián)產(chǎn)品。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述木質(zhì)纖維素糖漿包含： a) 約40 %至約70 %的固體； b) 約10g/l至約30g/l的乙酰胺;和 c) 至少約40g/l的糖； 其中所述纖維素糖衆(zhòng)具有約lg/cm3至約2g/cm3的密度和在100°F(38°C )下小于500SSU 的粘度。12. -種組合物，所述組合物包含木質(zhì)纖維素糖漿和至少一種附加顆粒物質(zhì)。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的組合物，其中所述木質(zhì)纖維素糖漿是由木質(zhì)纖維素生物質(zhì) 制備醇的過程的聯(lián)廣品。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的組合物，其中所述木質(zhì)纖維素生物質(zhì)選自玉米棒、玉米秸 桿、草、小麥秸桿、大麥秸桿、干草、稻桿、柳枝稷、廢紙、甘蔗渣、高粱植物材料、大豆植物材 料、木本植物、蔬菜、水果、花、棕櫚空果串、和能源甘蔗。15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的組合物，其中所述木質(zhì)纖維素糖漿是采用氨來預(yù)處理木質(zhì) 纖維素生物質(zhì)的過程的聯(lián)產(chǎn)品。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的組合物，其中所述糖漿包含： a) 約40 %至約70 %的固體； b) 約10g/l至約30g/l的乙酰胺;和 C)至少約40g/l的糖； 其中所述纖維素糖衆(zhòng)具有約lg/cm3至約2g/cm3的密度和在100°F(38°C )下小于500SSU 的粘度。
【文檔編號(hào)】C09J197/02GK105980337SQ201480067313
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2014年10月10日
【發(fā)明人】S.W.奧格勒, S.C.維拉卡斯, D.W.伍德
【申請(qǐng)人】納幕爾杜邦公司