加工生物量的制作方法
【專利說明】加工生物量
[0001]本申請是申請日為2010年5月18日、申請?zhí)枮?01080027349. 4、發(fā)明名稱為"加 工生物量"的發(fā)明專利申請的分案申請。
[000引相關(guān)申請
[0003]本申請要求于2009年4月4日提交的美國序列號(hào)12/417, 840,于2009年5月20 日提交的美國臨時(shí)申請序列號(hào)61/180, 032,和于2009年10月16日提交的美國臨時(shí)申請序 列號(hào)61/252, 293的優(yōu)先權(quán)。運(yùn)些臨時(shí)申請各自的完全公開內(nèi)容通過引用在此合并入本文。
[0004] 背景
[0005] 纖維素和木質(zhì)纖維素材料在許多應(yīng)用中大量產(chǎn)生、加工并使用。通常此類材料使 用一次，并隨后作為廢物拋棄，或僅視為廢物材料，例如污水、甘薦渣、銀屑和賴桿。
[0006] 多種纖維素和木質(zhì)纖維素材料、其用途和應(yīng)用已在美國專利號(hào)7, 307, 108、 7,074,918、6,448,307、6,258,876、6,207,729、5,973,035 和 5,952,105 中；W及在 多種專利申請中描述，包括于2006年3月23日提交的"FIBROUSMATERIALSAND COMPOS口ES,叩CT/US2006/010648,和"FIBROUSMATERIALSANDCOMPOS口ES"，美國專利申 請公開號(hào) 2007/0045456。
[0007] 概述
[0008]在某些情況下，在加工過程例如發(fā)酵中生物量的存在促進(jìn)低分子量糖轉(zhuǎn)變成中間 產(chǎn)物或產(chǎn)物。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)在具有低分子量糖、介質(zhì)例如溶劑或溶劑系統(tǒng)和微生物的混 合物中包括生物量可W改善通過糖例如醇例如乙醇或下醇轉(zhuǎn)變獲得的中間產(chǎn)物或產(chǎn)物得 率和生產(chǎn)率。包括生物量還可W預(yù)防例如通過發(fā)酵的不完全、遲緩或"粘滯"產(chǎn)物轉(zhuǎn)變。
[0009] 生物量自身可能不轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物（例如醇），或可W連同低分子量糖一起部分或完 全轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物。
[0010] 在其中生物量部分轉(zhuǎn)變的情況下，相對于起始生物量的表面積和多孔性，生物量 的表面積和多孔性增加，運(yùn)可W有利地增加低分子量糖至產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變速率。
[0011] 在某些情況下，生物量可W是已經(jīng)糖化的纖維素或木質(zhì)纖維素材料的殘留部分， 例如在纖維素已轉(zhuǎn)變成糖后留下的木質(zhì)素和/或其他材料。
[0012] 在一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于運(yùn)樣的方法，其包括使用固定化在生物量材料例 如官能化的生物量纖維上的微生物和/或酶，將碳水化合物例如低分子量糖轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物。 "固定化"意指微生物和/或酶通過共價(jià)、氨、離子或等價(jià)連接和/或通過機(jī)械相互作用，例 如在微生物和生物量材料例如纖維的孔之間，直接或間接（例如通過化學(xué)接頭）與纖維連 接。連接可W例如通過電極化生物量材料來產(chǎn)生。相互作用可W是永久、半永久或短暫的。 機(jī)械相互作用可W包括與生物量材料的孔或其他位點(diǎn)嵌套或粘住的微生物或酶。
[0013]某些實(shí)現(xiàn)包括一個(gè)或多個(gè)下述特征。
[0014]轉(zhuǎn)變可W包括允許微生物將至少部分低分子量糖轉(zhuǎn)換為醇例如乙醇或下醇，或轉(zhuǎn) 變成控或氨。轉(zhuǎn)變可W包括發(fā)酵。微生物可W包括酵母例如釀酒酵母（S.cerevisiae)和/ 或樹干畢赤酵母化stipitis)，或細(xì)菌例如運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌狂ymomonasmobilis)。該方 法可W進(jìn)一步包括例如用電離福射例如使用粒子束照射生物量纖維。生物量纖維可W具有 大于0. 25mVg的邸Τ表面積和/或大于70%的多孔性。生物量纖維可w衍生自運(yùn)樣的生 物量材料，其具有內(nèi)部纖維并且已剪切至其內(nèi)部纖維基本上暴露的程度。
[0015]在另一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于包括具有極性官能團(tuán)的生物量材料、具有互補(bǔ) 吸引性官能團(tuán)的微生物和液體介質(zhì)的混合物。
[0016] 在一個(gè)進(jìn)一步的方面，本發(fā)明的特征在于包括具有官能團(tuán)的生物量纖維、和具有 互補(bǔ)吸引性官能團(tuán)的微生物的組合物，所述微生物固定化在生物量纖維上。
[0017] 本發(fā)明的特征還在于運(yùn)樣的方法，其包括使具有生物量、微生物和溶劑或溶劑系 統(tǒng)（例如水或水和有機(jī)溶劑的混合物）的混合物中的低分子量糖或包括低分子量糖的材料 轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。溶劑或溶劑系統(tǒng)的例子包括水、己燒、十六燒、甘油、氯仿、甲苯、乙酸乙醋、石 油酸、液化石油氣（LPG)、離子液體及其混合物。溶劑或溶劑系統(tǒng)可單相或2個(gè)或更多 個(gè)相的形式。生物量可W例如W纖維形式。
[0018] 在某些情況下，在產(chǎn)物的生產(chǎn)過程中具有生物量材料（例如，通過本文描述的任 何方法處理或未經(jīng)處理的）的存在可W增強(qiáng)產(chǎn)物的生產(chǎn)率。不希望受任何具體理論束縛， 認(rèn)為通過增加溶質(zhì)的有效濃度且提供反應(yīng)可W在其上發(fā)生的基質(zhì)，具有固體存在例如高表 面積和/或高多孔性固體可W增加反應(yīng)速率。
[0019] 在某些實(shí)施方案中，已照射、氧化、化學(xué)處理、機(jī)械處理、超聲處理、蒸汽爆炸和/ 或熱解的生物量材料可W加入低分子量糖發(fā)酵加工過程中，例如W增強(qiáng)發(fā)酵速率和輸出。
[0020] 例如，經(jīng)照射或未經(jīng)照射的纖維素材料，例如紙纖維，可W加入發(fā)酵加工過程中， 例如在玉米-乙醇發(fā)酵或甘薦提取物發(fā)酵加工過程中，W使生產(chǎn)率增加至少10、15、20、30、 40、50、75、100%或更多，例如至少150%或甚至高達(dá)1000%。轉(zhuǎn)變例如發(fā)酵可^顯示出如 本文實(shí)施例中限定的至少140%，在某些情況下至少170%的性能百分比。
[0021] 生物量材料可W具有高表面積、高多孔性和/或低堆密度。在某些實(shí)施方案中，生 物量W約0. 5重量％ -約50重量％存在于混合物中，例如約1重量％ -約25重量％，或約 2重量％ -約12. 5重量％。在其他實(shí)施方案中，生物量W大于約0. 5重量％的量存在，例如 大于約1、2、3、4、5、6、7、8、9、或甚至大于約10重量％。
[0022] 因?yàn)樯锪坎牧掀渥陨碓谵D(zhuǎn)變加工過程期間不消耗，所W生物量材料可W在多次 分批加工過程中再使用，或可W連續(xù)使用用于生產(chǎn)相對大體積的產(chǎn)物。
[0023] 某些實(shí)現(xiàn)包括下述特征中的一種或多種。
[0024] 該方法可W包括在混合前例如用電離福射例如W至少5化ad的總用量照射纖維 生物量。照射可W使用粒子束執(zhí)行。照射可W在選擇為減少生物量的分子量的條件下進(jìn)行。 照射可W使用福射的多重應(yīng)用來執(zhí)行。電離福射可W包括電子束福射。例如，福射可 約l(Mrad-約15(Mrad的總劑量，例如W約0. 5-約l(Mrad/天、或謹(jǐn)rad/s-約l(Mrad/s的劑量率應(yīng)用。在某些實(shí)施方案中，照射包括應(yīng)用2種或更多種福射源，例如丫射線和電 子束。
[00巧]在某些實(shí)施方案中，在生物量原料暴露于空氣、氮、氧、氮或氣時(shí)，對生物量原料執(zhí) 行照射。在某些實(shí)施方案中，預(yù)處理可W包括用蒸汽爆炸預(yù)處理生物量原料。
[0026] 在某些實(shí)施方案中，該方法包括機(jī)械處理生物量，例如通過剪切、石研磨、機(jī)械撕 開或撕裂、針研磨、濕或干磨、空氣娠磨、切割、擠壓、壓縮或運(yùn)些加工過程中的任何的組合， 減少生物量的單個(gè)小片的一個(gè)或多個(gè)維度。在某些情況下，在機(jī)械處理后，生物量包括具 有大于5/1的平均長度直徑比的纖維。在某些實(shí)施方案中，所制備的生物量可W具有大于 0. 25mVg的BET表面積。機(jī)械處理的生物量可W具有小于約0. 5g/cm3例如小于0. 35g/cm3 的堆密度。
[0027] 在本文公開的方法的任何中，福射可W從在地下室（vault)中的裝置應(yīng)用。
[0028]除非另有定義，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員通常理解相同的含義。盡管下文描述了合適方法和材料，但與本文描述那些相似或 等價(jià)的方法與材料可W用于本發(fā)明的實(shí)踐或測試。本文提及的所有出版物、專利申請、專利 和其他參考文獻(xiàn)通過引用整體合并。在沖突的情況下，W本說明書包括定義為準(zhǔn)。此外，材 料、方法和實(shí)施例僅是舉例說明性的，并且不預(yù)期是限制性的。
[0029] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)由于下述詳述和權(quán)利要求將是顯而易見的。
[0030] 附圖描述
[0031] 圖1是舉例說明生物量的處理和經(jīng)處理的生物量在發(fā)酵加工過程中的用途的方 框圖。
[0032]圖2是與微生物相互作用的官能化的生物量的圖示。
[0033] 圖3是在旋轉(zhuǎn)切割機(jī)上剪切的牛皮紙板紙的紅外光譜。
[0034] 圖4是在用lOCMrad的丫福射照射后圖3的牛皮紙的紅外光譜。
[0035] 圖 5A-5I是實(shí)施例 13 中的樣品P132、P132-10、P132-100、P-le、P-5e、P-lOe、 P-30e、P-70e和P-lOOe的iH-NMR光譜。圖5J是來自圖5A-5I在~16ppm下的可交換光子 的比較。圖5K是樣品P-lOOe的"C-NMR。圖化-5M是具有10秒延遲時(shí)間的樣品P-lOOe 的"C-NMR。圖5N是在樣品P-lOOe的10%wt. /wt.濃度下的iH-NMR。
[0036] 圖6是實(shí)施例18中最高的4個(gè)生產(chǎn)者的葡萄糖濃度。
[0037] 圖7A-C是實(shí)施例20中，關(guān)于運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌的細(xì)胞濃度（圖7A);關(guān)于運(yùn)動(dòng)發(fā) 酵單胞菌的乙醇濃度（圖7B);和關(guān)于運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌的生長％和乙醇生產(chǎn)（圖7C)。
[0038] 圖8A-C是實(shí)施例20中，關(guān)于樹干畢赤酵母的細(xì)胞濃度（圖8A);關(guān)于樹干畢赤 酵母的乙醇濃度（圖8B);和關(guān)于樹干畢赤酵母的生長％和乙醇生產(chǎn)（圖8C)。
[0039] 圖9A-C是實(shí)施例20中，關(guān)于釀酒酵母的細(xì)胞濃度（圖9A);關(guān)于釀酒酵母的乙 醇濃度（圖9B);和關(guān)于釀酒酵母的生長％和乙醇生產(chǎn)（圖9C)。
[0040] 詳述
[0041] 具有所需功能性類型和量的官能化的生物量材料，例如簇酸基團(tuán)、締醇基團(tuán)、醒 基、酬基、臘基、硝基或亞硝基，可W使用本文描述的方法進(jìn)行制備。此類官能化材料可W例 如在發(fā)酵加工過程期間促進(jìn)低分子量糖轉(zhuǎn)換成產(chǎn)物。
[0042] 牛物量類巧
[0043] 用于在本文描述的加工過程中使用的優(yōu)選生物量材料包含可W用官能團(tuán)進(jìn)行官 能化的纖維，所述官能團(tuán)與在轉(zhuǎn)變糖中使用的試劑例如微生物例如酵母上的官能團(tuán)是互補(bǔ) 的。
[0044] 纖維來源包括纖維素纖維來源，包括紙和紙制品（例如，聚涂層紙和牛皮紙），和 木質(zhì)纖維素纖維來源，包括木材和木材相關(guān)材料，例如創(chuàng)花板。其他合適的纖維來源包括天 然纖維來源，例如草、稻殼、甘薦渣、黃麻、大麻、亞麻、竹、劍麻、馬尼拉麻、稻草、柳枝稷、首 猜、干草、玉米軸、玉米桿、挪子毛；α-纖維素含量很高的纖維來源，例如棉花；和合成纖維 來源，例如拉出的絲（yarn)(取向絲或無取向絲）。天然或合成纖維來源可W得自未用過的 廢棄紡織品材料例如碎布，或它們可W是消費(fèi)后的廢物例如破布。當(dāng)紙制品用作纖維來源 時(shí)，它們可W是未用過的材料，例如廢棄的未用過的材料，或它們可W是消費(fèi)后的廢物。除 未用過的原始材料外，消費(fèi)后、工業(yè)（例如，廢料）和加工廢物（例如，來自紙加工的流出 物）也可W用作纖維來源。此外，纖維來源可W得自或衍生自人（例如，污水）、動(dòng)物或植 物廢物。另外的纖維來源已在美國專利號(hào)6, 448, 307、6, 258, 876、6, 207, 729、5, 973, 035和 5, 952, 105中得到描述。
[0045] 在某些實(shí)施方案中，生物量材料包括運(yùn)樣的碳水化合物，其是或包括具有一個(gè)或 多個(gè)β-1，4-連接且具有約3, 000-50, 000的數(shù)量平均分子量的材料。此類碳水化合物是 或包括纖維素（I)，其通過β(1，4)-糖巧鍵的縮合而衍生自（β-葡萄糖1)。運(yùn)個(gè)連接使 其自身與關(guān)于淀粉和其他碳水化合物中存在的α(1，4)-糖巧鍵的那種形成對比。
[0046]
[0048] 淀粉質(zhì)材料包括淀粉其自身例如玉米淀粉、小麥淀粉、馬鈴馨淀粉或米淀粉，淀粉 衍生物，或包括淀粉的材料例如可食用食物產(chǎn)物或農(nóng)作物。例如，淀粉質(zhì)材料可W是秘魯胡 蘿Κ養(yǎng)麥、香蕉、大麥、木馨、野葛、酢漿草、西米、高梁、常規(guī)普通馬鈴馨、甘馨、芋頭、山藥 或一種或多種豆例如蠶豆、小扁豆或魏豆。任何2種或更多種淀粉質(zhì)材料的滲和物也是淀 粉質(zhì)材料。
[0049] 在某些情況下，生物量是微生物材料。微生物來源包括但不限于任何天然存在或 遺傳修飾的微生物或生物體，其包含或能夠提供碳水化合物（例如，纖維素）的來源，例如 原生生物（例如動(dòng)物原生生物（例如原生動(dòng)物，例如鞭毛蟲、變形蟲、纖毛蟲和抱子蟲）和 植物原生生物（例如藻類，例如alveolates、chlorarachnic^^tes、隱藻、裸藻、灰綠藻、定 鞭藻、紅藻、stramenopiles和viridaeplantae))。其他例子包括海藻、浮游生物（例如大 型浮游生物、中型浮游生物、小型浮游生物、微型浮游生物、超微型浮游生物和超微微型浮 游生物）、浮游植物、細(xì)菌（例如革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌和極端微生物）、酵母和/或 運(yùn)些的混合物。在某些情況下，微生物生物量可W得自天然來源，例如海洋、湖泊、水體例如 鹽水或淡水、或在陸地上。備選地或另外地，微生物生物量可W得自培養(yǎng)系統(tǒng)，例如大規(guī)模 干和濕培養(yǎng)系統(tǒng)。
[0050] 本文描述的任何生物量材料的滲和物可W用于制備本文描述的任何中間產(chǎn)物或 產(chǎn)物。例如，纖維素材料和淀粉質(zhì)材料的滲和物可W用于制備本文描述的任何產(chǎn)物。
[00引]用于在發(fā)酵中化理牛物量巧伸用經(jīng)化理的牛物量的系統(tǒng)
[0052] 圖1顯示用于處理生物量特別是纖維生物量，并且隨后使用經(jīng)處理的生物量W增 強(qiáng)發(fā)酵加工過程的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括生物量原料在其中進(jìn)行機(jī)械處理例如暴露原料 的內(nèi)部纖維的模塊102。機(jī)械處理的例子將在下文詳細(xì)描述。系統(tǒng)100還包括經(jīng)機(jī)械處理 的原料在其中例如通過照射進(jìn)行官能化的模塊104。在官能化后，官能化的纖維通過遞送模 塊108遞送至發(fā)酵系統(tǒng)106。
[0053] 官能化的纖維隨后存在于發(fā)酵過程中，并且通過提供基質(zhì)增強(qiáng)發(fā)酵加工過程，所 述基質(zhì)可W與發(fā)酵中使用的微生物例如酵母細(xì)胞相互作用。運(yùn)種相互作用在圖2中示意性 顯示，所述圖2描述了官能化的極性纖維10和具有互補(bǔ)極性官能團(tuán)的酵母細(xì)胞12。由于纖 維和酵母細(xì)胞的極性，細(xì)胞可W變得固定化在一種或多種纖維上。酵母細(xì)胞（或其他微生 物）與纖維的連接可W通過氨鍵合或通過共價(jià)或離子鍵合。在某些情況下，纖維上的官能 團(tuán)可W與微生物上的那些反應(yīng)，形成共價(jià)鍵。起因于機(jī)械處理（例如在模塊102中）的生 物量材料增加的表面積和多孔性提供了用于纖維和微生物的相互作用的更大表面積，并且 從而增強(qiáng)運(yùn)種相互作用。固定化的細(xì)胞更高生產(chǎn)性，增加發(fā)酵加工過程的效率和得率，并且 阻止該過程變得過早"粘滯"。
[0054] 應(yīng)當(dāng)指出如果混合在發(fā)酵過程中執(zhí)行，那么混合是優(yōu)選相對溫和的（低剪切），W 便使微生物和纖維之間的相互作用的破壞降到最低。在某些實(shí)施方案中，使用噴射混合，如 其完整公開內(nèi)容通過引用合并入本文的USSN61/218, 832和USSN61/179,995中描述的。 [00巧]再次參考圖1，發(fā)酵產(chǎn)生粗乙醇混合物，運(yùn)流動(dòng)到容納槽110內(nèi)。水或其他溶劑 和其他非乙醇組分使用反萃取柱112從粗乙醇混合物中剝離，并且乙醇隨后使用蒸饋單元 114例如精饋器進(jìn)行蒸饋。最后，乙醇可W使用分子篩116進(jìn)行干燥，需要時(shí)進(jìn)行變性，并且 輸出至所需運(yùn)送方法。
[0056] 在某些情況下，本文描述的系統(tǒng)或其組分可W是手提式的，從而使得該系統(tǒng)可W 從一個(gè)位置轉(zhuǎn)運(yùn)（例如通過軌道、貨車或海洋船只）到另一個(gè)。本文描述的方法步驟可W 在一個(gè)或多個(gè)位置執(zhí)行，并且在某些情況下，一個(gè)或多個(gè)步驟可W在運(yùn)輸中執(zhí)行。此類移動(dòng) 加工在美國序列號(hào)12/374, 549和國際申請?zhí)朩0 2008/011598中描述，其完整公開內(nèi)容通 過引用合并入本文。
[0057] 本文描述的任何或所有方法步驟可W在環(huán)境溫度下執(zhí)行。需要時(shí)，冷卻和/或加 熱可W在某些步驟過程中采用。例如，原料可W在機(jī)械處理過程中冷卻，W增加其脆性。在 某些實(shí)施方案中，冷卻在最初機(jī)械處理和/或后續(xù)機(jī)械處理之前、過程中或之后采用。冷卻 可W如12/502,629中所述執(zhí)行，其完全公開內(nèi)容通過引用合并入本文。此外，可W控制發(fā) 酵系統(tǒng)106中的溫度W增強(qiáng)發(fā)酵。
[0058] 物理化理
[0059] 可W用于改變生物量材料的形態(tài)和/或官能化材料的物理處理過程可W包括本 文描述的那些中的任何一種或多種，例如機(jī)械處理、化學(xué)處理、照射、超聲處理、氧化、熱解 或蒸汽爆炸。處理方法可運(yùn)些技術(shù)中的2、3、4種或甚至所有的組合使用任何次 序）。當(dāng)使用超過一種處理方法時(shí)，方法可W同時(shí)或不同時(shí)應(yīng)用。還可W使用官能化生物量 原料和/或改變其形態(tài)的其他過程，單獨(dú)或與本文公開的過程組合。
[0060] 機(jī)械處理
[0061] 在某些情況下，方法可W包括機(jī)械處理生物量原料。機(jī)械處理包括例如切割、研 磨、壓制、磨碎、剪切和剎碎。研磨可W包括例如球磨、鍵磨、轉(zhuǎn)子/定子干或濕磨、或其他類 型的研磨。其他機(jī)械處理包括例如石研磨、裂化、機(jī)械撕開或撕裂、針研磨或空氣娠磨。
[0062] 機(jī)械處理對于"打開"、"壓緊"、破壞和破碎纖維素或木質(zhì)纖維素材料可W是有利 的，使得材料的纖維素對斷鏈和/或結(jié)晶度減少更敏感。當(dāng)被照射時(shí)，開放材料也可W對氧 化更敏感。
[0063] 在某些情況下，機(jī)械處理可W包括如接受的原料的最初制備，例如材料的粉碎，例 如通過切割、磨碎、剪切、磨粉或剎碎。例如，在某些情況下，松散原料（例如再循環(huán)紙、淀 粉質(zhì)材料或柳枝稷）通過剪切或切碎進(jìn)行制備。
[0064] 可替代地或另外地，原料材料可W通過一種或多種其他物理處理方法首先進(jìn)行物 理處理，所述物理處理方法例如化學(xué)處理、福射、超聲處理、氧化、熱解或蒸汽爆炸，并且隨 后進(jìn)行機(jī)械處理。運(yùn)個(gè)順序可W是有利的，因?yàn)橥ㄟ^一種或多種其他處理例如照射或熱解 處理的材料趨于更易碎，并且因此更易于通過機(jī)械處理進(jìn)一步改變材料的分子結(jié)構(gòu)。
[0065] 在某些實(shí)施方案中，生物量材料是纖維的，并且機(jī)械處理包括剪切W暴露纖維材 料的纖維。剪切可W例如使用旋轉(zhuǎn)切割機(jī)執(zhí)行。機(jī)械處理生物量的其他方法包括例如研磨 或磨碎。研磨可W使用例如下述來執(zhí)行：鍵磨機(jī)、球磨機(jī)、膠體磨、圓錐形或錐形磨、盤磨機(jī)、 娠碎機(jī)、維利磨粉機(jī)（Wileymill)或磨粉機(jī)。磨碎可W使用例如石研磨機(jī)、針研磨機(jī)、咖啡 磨機(jī)或磨盤式磨機(jī)化urrgrinder)執(zhí)行。磨碎可W例如通過往復(fù)式運(yùn)動(dòng)的針或其他元件 來提供，如在針磨機(jī)的情況下。其他機(jī)械處理方法包括機(jī)械撕開或撕裂、對材料施加壓力的 其他方法、和空氣研磨。合適的機(jī)械處理進(jìn)一步包括改變生物量材料的分子結(jié)構(gòu)或形態(tài)的 其他技術(shù)。
[0066] 需要時(shí)，經(jīng)機(jī)械處理的材料可W經(jīng)過例如具有1. 59mm或更少（1/16英寸，0. 0625 英寸）的平均開口尺寸的篩子。在某些實(shí)施方案中，同時(shí)執(zhí)行剪切或其他機(jī)械處理和篩選。 例如，旋轉(zhuǎn)切割機(jī)可W用于同時(shí)剪切和篩選生物量材料。生物量在固定葉片和旋轉(zhuǎn)葉片之 間進(jìn)行剪切，W提供經(jīng)過篩子且捕獲在箱中的剪切材料。
[0067]生物量材料可干燥狀態(tài)（例如在其表面上具有很少的游離水或無游離水）、水合狀態(tài)（例如，具有高至10重量％的吸收水）、或濕潤狀態(tài)例如具有約10重量％ -約75 重量％的水進(jìn)行機(jī)械處理。生物量材料甚至可W在部分或全部沒入液體下時(shí)進(jìn)行機(jī)械處 理，所述液體例如水、乙醇、異丙醇。生物量材料還可W在氣體（例如除空氣外的氣體流或 氣氛）例如氧或氮或蒸汽中進(jìn)行機(jī)械處理。
[0068] 機(jī)械處理系統(tǒng)可W經(jīng)配置W產(chǎn)生具有特定形態(tài)特征的流，例如表面積、多孔性、堆 密度，并且在纖維原料的情況下，纖維特征例如長寬比。
[0069] 在某些實(shí)施方案中，經(jīng)機(jī)械處理的材料的邸Τ表面積大于0.Im7g，例如大于 0. 25m2/邑、；^ f 0. 5m2/邑、；^ f 1. 0m2/邑、；^ f 1. 5m2/邑、；^ f 1. 75m2/邑、；^ f 5. 0m2/邑、；^ f 10m2/g、大于 25m2/g、大于 35m2/g、大于 50m2/g、大于 60m2/g、大于 75m2/g、大于 100m2/g、大于 150m2/g、大于 200m2/g、或甚至大于 250m2/g。
[0070] 經(jīng)機(jī)械處理的材料的多孔性可W是例如大于20 %、大于25%、大于35%、大于 50%、大于60%、大于70%、大于80%、大于85%、大于90%、大于92%、大于94%、大于 95%、大于97. 5%、大于99%、或甚至大于99. 5%。
[0071] 在某些實(shí)施方案中，在機(jī)械處理后，材料具有小于0. 25g/cm3的堆密度，例如 0. 20g/cm3、0. 15g/cm3、0. 10g/cm3、0. 05g/cm3或更少，例如 0. 025g/cm3。堆密度使用ASTM D1895B進(jìn)行測定。簡言之，該方法設(shè)及用樣品填充已知體積的量筒，并且獲得樣品的重量。 通過用W克表示的樣品重量除立方公分表示的圓筒的已知體積來計(jì)算堆密度。
[0072] 如果原料是纖維材料，那么經(jīng)機(jī)械處理的材料的纖維可W具有相對大的平均長度 直徑比（例如大于20比1)，即使它們已剪切超過一次。此外，本文描述的纖維材料的纖維 可W具有相對窄的長度和/或長度直徑比分布。
[0073] 如本文使用的，平均纖維寬度（例如直徑）是通過隨機(jī)選擇約5, 000根纖維在光 學(xué)上測定的那些。平均纖維長度是校正長度-加權(quán)長度。邸T度runauer，Emmet和Teller) 表面積是多點(diǎn)表面積，并且多孔性是通過水銀孔率法測定的那些。
[0074] 如果生物量是纖維材料，那么經(jīng)機(jī)械處理的材料的纖維的平均長度直徑比可W例 如大于8/1、例如大于10/1、大于15/1、大于20/1、大于25/1或大于50/1。經(jīng)機(jī)械處理的材 料的平均纖維長度可W是例如約0. 5mm-2. 5mm、例如約0. 75mm-l. 0mm，并且第二種纖維材 料14的平均寬度（例如直徑）可W是例如約5μm-50μm，例如約10μm-30μm。
[00巧]在某些實(shí)施方案中，如果原料是纖維材料，那么經(jīng)機(jī)械處理的材料的纖維長度的 標(biāo)準(zhǔn)差可W小于經(jīng)機(jī)械處理的材料的平均纖維長度的60%，例如小于平均長度的50%、小 于平均長度的40%、小于