用于制造糖浆和木质素部分的木质纤维素生物质的液体/液体分离.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104245946 A (43)申请公布日 2014.12.24 C N 1 0 4 2 4 5 9 4 6 A (21)申请号 201380021010.7 (22)申请日 2013.04.10 61/638,544 2012.04.26 US PCT/US2012/056593 2012.09.21 US C12P 7/14(2006.01) C12P 19/00(2006.01) C08B 37/14(2006.01) (71)申请人阿彻丹尼尔斯米德兰德公司 地址美国伊利诺斯州 (72)发明人 TP宾德 (74)专利代理机构北京安信方达知识产权代理 有限公司 1。

2、1262 代理人牟静芳 高瑜 (54) 发明名称 用于制造糖浆和木质素部分的木质纤维素生 物质的液体/液体分离 (57) 摘要 本发明描述了一种用于由木质纤维素生物质 和由其获得的发酵产物制造富含C5和C6糖的糖 浆的方法。木质纤维素生物质用乙酸处理并且用 C 1 -C 2 酸可混溶的有机溶剂(例如乙酸乙酯)对它 进行洗涤。与一种富含纤维素纸浆的部分分离地 获得一种富含可溶半纤维素和木质素的部分，并 且将木质素从该可溶半纤维素部分移除。该富含 可溶半纤维素和木质素的部分经历液体/液体分 离，以获得富含C5糖和C6糖的水相并且降低乙酸 含量。该糖浆适用于发酵。该方法还制造有机不 溶性木质素、有机。

3、可溶性木质素以及乙酸盐的部 分。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.10.21 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2013/035879 2013.04.10 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/162881 EN 2013.10.31 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书31页 附图10页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书31页 附图10页 (10)申请公布号 CN 104245946 A CN 104245946 A 1/2页 2 1.一种加工木质纤维素生物质的方法，包括：。

4、 a.使一种木质纤维素生物质与一个第一量的乙酸接触； b.将该经过接触的木质纤维生物质加热到一个温度并且持续一段时间，该温度和该时 间足够水解释放半纤维素和木质素的一个第一部分，形成一种水解产物液体和一种酰化的 木质纤维素饼； c.将该酰化的木质纤维素饼与该第一水解产物液体分离； d.使该酰化的木质纤维素饼与一个第二量的该乙酸接触以将半纤维素和木质素从该 酰化的木质纤维素饼洗涤，并且将一个酸洗涤液体与该经过酸洗涤的酰化的木质纤维素饼 分离； e.使该经过酸洗涤的酰化的木质纤维素饼与一个第一量的一种C 1 -C 2 酸可混溶的有 机溶剂接触以从该经过酸洗涤的酰化的木质纤维素饼洗涤该乙酸、半纤维素。

5、以及木质素， 并且回收与该经过溶剂洗涤的酰化的木质纤维素饼分开的该C 1 -C 2 酸可混溶的溶剂洗涤液 体； f.将该溶剂洗涤液体与该水解产物和该酸洗涤液体中的至少一者合并，形成一种酸性 有机溶剂萃取物； g.使该酸性有机溶剂萃取物缩合以形成一种富含半纤维素和木质素的浓缩的半纤维 素和木质素水相；以及， h.向该浓缩的半纤维素和木质素水相中添加一个第二量的该C 1 -C 2 酸可混溶的有机溶 剂，足够引起相分隔成一个包含一个富含C5和C6糖和有机不溶性木质素的经过洗涤的重 水相的第一相和一个包含一个有机上清液相的第二相，该有机上清液相包含有机可溶性木 质素、乙酸盐、C 1 -C 2 酸可混溶。

6、的溶剂以及乙酸。 2.如权利要求1所述的方法，进一步包括 a.使该经过洗涤的重水相与一个足以引起沉淀的量的水接触； b.在一个温度下加热该与水接触的经洗涤的重水相并且持续一段时间，足够引起凝 结，形成凝结的有机不溶性木质素和一种富含C5和C6糖的富含半纤维素/糖的部分；并 且， c.回收与该富含半纤维素/糖的部分分开的该有机不溶性木质素。 3.如权利要求2所述的方法，进一步包括 a.使该富含半纤维素/糖的部分与至少一种酸接触以形成一种酸化的富含半纤维素/ 糖的部分；并且， b.使该酸化的富含半纤维素/糖的部分与一个量的一种C 1 -C 2 酸可混溶的有机溶剂接 触，足够从该C5和C6糖糖浆萃取。

7、乙酸并且引起相分隔成一个第三相，该第三相包含一种富 含C5和C6糖的耗乏乙酸的C5和C6糖浆并且乙酸含量降低，和一个第四有机相，该第四有 机相包含与该第三相相比C5和C6糖含量降低的回收的乙酸。 4.如权利要求1所述的方法，进一步包括 a.使该第二相经历蒸发以回收该C 1 -C 2 酸可混溶的有机溶剂和与富含有机可溶性木质 素的一种水性上清液糖浆分开的乙酸。 5.如权利要求4所述的方法，进一步包括使该水性上清液糖浆与足够的水接触，以引 起相分离和获得一个第五相，该第五相包含一种富含乙酸盐并且有机可溶性木质素含量降 权 利 要 求 书CN 104245946 A 2/2页 3 低的水相，和一个第。

8、六相，该第六相包含一种富含有机可溶性木质素的相。 6.如权利要求4或权利要求5所述的方法，其中该缩合是通过蒸发该乙酸和该C1-C2 酸可混溶的有机溶剂来进行的。 7.如权利要求6所述的方法，其中通过蒸馏来分离和回收该乙酸和该C1-C2酸可混溶 的有机物。 8.如权利要求1或权利要求2所述的方法，进一步包括使一个富含C5和C6糖的相与 一种微生物接触以产生一种所希望的发酵产物。 9.如权利要求1到8中任一项所述的方法，其中该C1-C2酸可混溶的有机溶剂不是一 种卤化有机溶剂。 10.一种组合物，包括通过如权利要求2所述的方法获得的一种有机不溶性木质素。 11.如权利要求10所述的包括有机不溶性木。

9、质素的组合物，其中该C 1 -C 2 酸可混溶的 有机溶剂是乙酸乙酯。 12.一种通过如权利要求2或权利要求11所述的方法获得的组合物，其中该有机不溶 性木质素包括来源于软木，如针叶树、云杉、雪松、松树以及红木的木质素；来源于硬木，如 枫树、白杨、橡树、桉树以及椴木的木质素；来源于茎秆，如秸秆、玉米、芥花、燕麦、稻谷、高 粱、小麦、大豆、大麦、斯佩耳特小麦(spelt)以及棉花的木质素；来源于禾本植物，如竹子、 芒草、甘蔗、柳枝稷、草芦、大米草的木质素，以及其中任一种的组合。 13.一种组合物，包括通过如权利要求5所述的方法获得的一种有机可溶性木质素。 14.一种通过如权利要求5或权利要求13。

10、所述的方法获得的组合物，其中该有机不溶 性木质素包括来源于软木，如针叶树、云杉、雪松、松树以及红木的木质素；来源于硬木，如 枫树、白杨、橡树、桉树以及椴木的木质素；来源于茎秆，如秸秆、玉米、芥花、燕麦、稻谷、高 粱、小麦、大豆、大麦、斯佩耳特小麦以及棉花的木质素；来源于禾本植物，如竹子、芒草、甘 蔗、柳枝稷、草芦、大米草的木质素，以及其中任一种的组合。 15.如权利要求1到9中任一项所述的方法，其中该木质纤维素生物质具有不超过 40wt/wt的水含量。 16.如权利要求1到9中任一项所述的方法，其中该木质纤维素生物质具有不超过 20wt/wt的水含量。 17.如权利要求1到9中任一项所述的方法。

11、，其中该木质纤维素生物质具有不超过 10wt/wt的水含量。 18.一种包括从纤维素生物质获得的乙酸盐的组合物，其中这些乙酸盐适用于肥料。 权 利 要 求 书CN 104245946 A 1/31页 4 用于制造糖浆和木质素部分的木质纤维素生物质的液体 / 液体分离 相关申请的交叉引用 0001 本申请要求现在待决的2012年9月21日提交的专利合作条约申请号PCT/ US12/56593的优先权，该申请要求2012年4月26日提交的名称为C1-C2有机酸处理 木质纤维素生物质以制造酰化纤维素纸浆、半纤维素、木质素以及糖和糖的发酵(C1-C2 Organic Acid Treatment of。

12、 Lignocellulosic Biomass to Produce Acylated Cellulose Pulp,Hemicellulose,Lignin and Sugars and Fermentation of the Sugars)的临时申 请61/638,544的权利。以上标识的专利申请的全部内容通过引用结合在此以便提供披露 的连续性。 联邦赞助研究声明 0002 本发明在政府支持下根据能源部授权号：DE-EE0002870进行。联邦政府拥有本发 明的某些权利。 背景技术 0003 纤维素和半纤维素向单体糖的水解是将如以下各项的木质纤维素原料商业转化 成单体糖的一种关键前提：玉。

13、米秆、玉米纤维皮、大豆皮、麦秸、甘蔗渣、甜糖用甜菜废粕以 及来源于由多年生禾草(如柳枝稷或芒)、软和/或硬木组成的能源作物的其他植物生物质 形式、以及纸浆和废纸残余物。 0004 许多纤维素水解集中于制造适用于纸浆与造纸工业应用的纸浆流而非回收可发 酵的C5和C6糖。乙酸制浆方法(Acetosolv process)使用浓乙酸和氢氯酸进行制浆，使 木质素和半纤维素在温和条件下水解降解。在乙酸制浆方法中，通过在含有超过50乙酸 的水混合物中，在设定的时间和温度下蒸煮来脱除生物质(如原木)的木质素。在蒸煮之 后，从溶解的固体分离残余纸浆并且用乙酸/水进一步洗涤纸浆，并且接着最终用水洗涤， 最终产生。

14、纸浆、不含硫的木质素以及富含糖和寡糖的部分，但混杂有有机酸。 0005 然而，木质纤维素生物质向单体糖的转化给这些单体糖尤其作为用于通过使这些 糖发酵来制造如乙醇的产物的原料的经济用途造成许多技术挑战。那些挑战的解决方案呈 现于现在待决的2012年4月26日提交的名称为C1-C2有机酸处理木质纤维素生物质以 制造酰化纤维素纸浆、半纤维素、木质素以及糖和糖的发酵的美国临时申请61/638,544和 2012年9月21日提交的专利合作条约申请号PCT/US12/56593中。本披露是针对该披露 的方法和组合物的改良。该披露的方法是使用过量的溶剂进行，该过量的溶剂添加到浓缩 的半纤维素和木质素水相中。

15、以使半纤维素和木质素沉淀，接着过滤以回收半纤维素/木质 素。这在此被称为过滤法。 0006 因此在本领域中仍然需要开发用于回收和纯化可发酵的C5和C6糖而无毒性副产 物以及回收木质素部分，同时降低所使用的水和溶剂的量的整合式和更加有成本效益的方 法。 本发明的发明内容 说 明 书CN 104245946 A 2/31页 5 0007 在此所述的方法和由此制造的物质克服了许多前述技术挑战。这些方法包括在初 始回合的水解中使用温和乙酸结合适合的C 1 -C 2 酸可混溶的有机溶剂，以将酸可溶半纤维 素和木质素与纤维素纸浆分离。使用乙酸引起半纤维素和纤维素酯化，这通过在用纤维素 分解和半纤维素分解酶。

16、的适当混合物使这些部分进一步水解之前或结合该进一步水解进 行酶促和/或化学去酯化来克服。优选实施例中包括酯酶。在该酶促水解中使用非离子清 洁剂实质上增加了催化转化成适合的富集C5和C6的糖浆的速率。此外，在分阶段发酵过 程中使用其以在发酵液中达到大于8乙醇产生。所得结果因为与公开的论文相反而出人 意料，纤维素水解成葡萄糖可以在不显著抑制纤维素酶活性的情况下进行，并且乙醇浓度 超过5并未对所测试的共混物中的酶活性不利。这表明新的商业混合共混物几乎没有反 馈抑制并且蛋白质的沉淀并不显著。以上内容可以基于新的商业共混物中的酶活性和共混 产物中可能更大的纯度的更加平衡，由此减少与其他非必需蛋白质的共同。

17、沉淀来解释。 0008 另一个方面包括用于纯化衍生自酸可溶半纤维素的糖的高效液体/液体分离方 法，该酸可溶半纤维素衍生自木质纤维素生物质。液体/液体分离方法使得能够分离富含 C5和C6糖以及有机不溶性木质素的水相与富含有机可溶性木质素和乙酸盐的有机上清液 相。通过水诱导的凝结、加热以及过滤从水相回收有机不溶性木质素和富含C5和C6糖的 糖浆。富含C5和C6糖的糖浆的酸化允许通过将溶剂施加到富含C5和C6糖的糖浆中来进 行进一步液体/液体分离步骤。在这一方法中，从富含C5和C6糖的糖浆移除乙酸以产生 耗乏乙酸的富含C5和C6糖的C5+C6糖和回收的酸的溶液。在一个替代实施例中，在水诱 导的凝结和。

18、加热之后，有机不溶性木质素与一个第二量的水接触并且过滤以产生有机不溶 性木质素。在另外的实施例中，富含有机可溶性木质素和乙酸盐的有机上清液相经历蒸发 以回收C 1 -C 2 酸可混溶的有机溶剂并且乙酸与富含有机可溶性木质素和乙酸盐的水性上清 液糖浆分离。可以浓缩C 1 -C 2 酸可混溶的有机溶剂和乙酸以回收溶剂和酸。在另外的实施 例中，水性上清液糖浆的液体/液体分离是通过使其与足够的水接触以引起相分离来进行 的，产生富含乙酸盐的水相和富含有机可溶性木质素的相。在又另一个实施例中，富含C5 和C6糖的一个或多个过程流体可以与微生物接触以产生发酵产物。在一个替代实施例中， C 1 -C 2 酸可。

19、混溶的有机溶剂不是卤化溶剂。在又另一个实施例中，呈现通过在此呈现的方法 获得的有机不溶性木质素。在另一个实施例中，呈现通过在此呈现的方法获得的有机可溶 性木质素。在所选择的实施例中，有机不溶性木质素或有机可溶性木质素包含来源于软木 (如针叶树、云杉、雪松、松树以及红木)的木质素；来源于硬木(如枫树、白杨、橡树、桉树 以及椴木)的木质素；来源于茎秆(如秸秆、玉米、芥花、燕麦、稻谷、高粱、小麦、大豆、大麦、 斯佩耳特小麦(spelt)以及棉花)的木质素；来源于禾本植物(如竹子、芒草、甘蔗、柳枝 稷、草芦、大米草)的木质素，以及其中任一种的组合。在其他实施例中，木质纤维素生物质 的水含量不超过40w。

20、t/wt、不超过20wt/wt或不超过10wt/wt。在又另一个实施例 中，适用于肥料的乙酸盐是从纤维素生物质获得的。 附图说明 0009 图1是生物炼制的总体实施例的图解，该生物炼制用于加工木质纤维素生物质以 形成纤维素纸浆、半纤维素部分以及木质素部分，并且随后通过发酵形成C5和C6糖以用于 制造乙醇或其他产物。 说 明 书CN 104245946 A 3/31页 6 0010 图2示出了将乙酸和C 1 -C 2 酸可混溶的有机溶剂结合用于由木质纤维素生物质制 备纤维素纸浆、半纤维素部分以及木质素部分的方法的实施例。 0011 图3是FTIR光谱图并且示出了玉米秆纤维素纸浆(上部迹线)和用氢。

21、氧化铵处 理的玉米秆纸浆(下部迹线)的差异。 0012 图4是FTIR光谱图，证实在用氢氧化铵处理的玉米秆纸浆中不存在酯化乙酸。 0013 图5是展示通过纤维素酶处理从去乙酰化玉米秆释放的葡萄糖的量的图式。 0014 图6是这样一种图式：展示在添加表面活性剂的情况下，在20固体纤维素纸浆 218下水解的酶的酵母菌株424a的摇瓶发酵烧瓶的结果。 0015 图7是示出了用于从木质纤维素生物质制造乙醇的两阶段半同时水解和发酵方 法的一种优化方法的图解。 0016 图8是这样一种图式：示出了在实验室摇瓶中一式两份进行的在通过酵母菌株 424a的示例性第一阶段发酵期间制造乙醇和同时使用C5糖木糖的时程。

22、。EFT经过的发 酵时间(小时)。 0017 图9是通过液体/液体分离来加工木质纤维素生物质的生物炼制的整体实施例的 图解，该生物炼制实质上降低溶剂体积并且防止乳液形成，以通过发酵形成有机可溶性木 质素部分、有机不溶性木质素部分以及C5和C6糖以用于制造乙醇或其他产物。 发明详细说明 0018 “木质纤维素生物质”意指一种植物物质，其中大部分碳水化合物呈与淀粉和糖不 同的纤维素和半纤维素形式。为了使本发明最大程度地可工作，木质纤维素生物质应该具 有少于40的一个水分含量，并且在典型实施例中，水分含量应该是少于30、优选少于 20并且最优选少于10。还优选的是使用具有相对低蛋白质含量的生物质，因。

23、为更高量 的蛋白质干扰加工步骤并且污染最终回收的半纤维素和木质素部分。蛋白质含量应低于生 物质的10wt/wt。在大部分实施例中优选低于5。适合的实例包括木材、禾本植物、谷 类的茎秆(如小麦(秸秆)、玉米(秆)、大麦、粟以及稻谷)、以及来自收获双子叶作物的残 余植物废料(包括豆类和谷物的一些皮)。具有过多蛋白质的不适合的木质纤维素生物质 包括(例如)玉米皮(也称为来自湿磨玉米加工操作的“玉米纤维”流)。 0019 乙酸可以包括至多30水。尽管在本披露中乙酸作为优选酸使用，但甲酸将也是 适合的。 0020 “C 1 -C 2 酸可混溶的有机溶剂”是与乙酸可混溶并且能够由含有半纤维素和木质素 的乙。

24、酸溶液形成半纤维素和木质素的沉淀物的非酸性有机溶剂，其条件仅是该C 1 -C 2 酸可 混溶的有机溶剂不是卤化溶剂。所使用的有机溶剂具有以下特征：糖在溶剂中的可溶性必 须较低，并且至少木质素的子部分必须在溶剂中部分可溶。这些溶剂略微具有极性。优选 的是水在有机溶剂中的可溶性应较低。此外，溶剂的极性不应过低使得无法从水有效萃取 乙酸。适合的实例包括低分子量醇、酮以及酯，如C 1 -C 4 醇、丙酮、乙酸乙酯、乙酸甲酯以及甲 基乙基酮，以及四氢呋喃。 0021 “酰化”和“酰化的”意指在多糖的糖或糖残基与有机酸之间形成酯键。 0022 “液体/液体萃取”和“液体/液体分离”意指基于化合物在两种不同。

25、的不可混溶 的液体中的相对可溶性来分离这些化合物的方法。 0023 “分隔”意指化合物或化合物混合物在存在两种不可混溶的相的情况下的状态。化 说 明 书CN 104245946 A 4/31页 7 合物或化合物的混合物在这种情况下称为分隔成既定相：当与两种不可混溶的相接触时， 一个相中的化合物或化合物混合物的浓度大于另一个相中的化合物或化合物混合物的浓 度。 0024 本披露对专利合作条约申请号PCT/US12/56593中描述的过滤方法的一项改良是 增加可以进行的木质纤维素生物质的水解程度。由于使用使半纤维素和木质素两者沉淀的 溶剂，同时从半纤维素萃取夹带的水，在过滤方法中，木质纤维素生物质。

26、水解中释放的单糖 量必须相对较低。更高程度的水解使溶剂难以使用并且昂贵，因为单糖对水的亲和力远高 于寡糖对水的亲和力。因此，需要过高含量的溶剂、极性更高的溶剂或极高的剪力。 0025 本披露对过滤方法的另一项改良是本披露的方法需要更少溶剂。因此，用更高浓 度的所希望的组分操作过程流。因为本披露使用液体/液体分离代替某些步骤中的过滤， 由此回避过滤方法固有的粘度局限性。过程流的粘度受木质纤维素生物质的初始水解程度 影响。过滤方法的一个技术问题在于通过C 1 -C 2 酸/有机溶剂混合物257的蒸发进行的浓 缩的半纤维素和木质素糖浆268(参见图2)的固体的浓缩受到限制，随着蒸发进行而产生 高粘度。

27、。当使用过滤进行分离时，仅可进行蒸发以在浓缩的半纤维素和木质素糖浆中形成 约40固体的浓度，因为后续过滤步骤由于高粘度而变得不实用。在本披露中，使用液体/ 液体分离使得可进行蒸发直到在浓缩的半纤维素和木质素糖浆268中达到至少52固体 的浓度。固体浓度水准越高，在后续纯化步骤中便可使用越少量的酸和溶剂。 0026 本披露对过滤方法的另一项改良是降低方法中使用的水量。因为过滤方法使用大 量的水用于洗涤和分离，后续的乙酸分离由于众所周知的形成乙酸和水的非共沸混合物而 变困难和昂贵。尽管这些混合物并非真正的共沸物，但从乙酸与水的非共沸混合物回收乙 酸在经济上是不实用的。本披露的方法使用实质上降低的水。

28、量。因此，回收酸和溶剂，尤其 分离水与酸混合物的成本变得不太成负担。 0027 本披露对过滤方法的另一项改良是降低用于接触浓缩的半纤维素和木质素糖浆 268的溶剂体积。当从具有40溶解固体含量的浓缩的半纤维素和木质素糖浆268进行半 纤维素和木质素的沉淀时，向一份浓缩的半纤维素和木质素糖浆268中添加3到4份乙酸 乙酯以萃取水并且产生可过滤的沉淀物。在本披露中，向具有52溶解固体含量的一份浓 缩的半纤维素和木质素糖浆268中仅添加一份乙酸乙酯。后续相分隔引起所希望的半纤维 素和有机不溶性木质素与水性乙酸盐和具有显著更少的乙酸乙酯的有机可溶性木质素的 分离。本披露通过避免用水稀释乙酸以及与从适用。

29、于再循环的浓缩物中的这一物料流回收 乙酸相关的能量和设备的高成本而解决主要成本。此外，当使用过滤方法的水沉淀步骤回 收半纤维素以供用于发酵的水解使用时，所得半纤维素流中的乙酸浓度可使半纤维素由于 乙酸的抑制性浓度而不适用于发酵。这一问题通过本发明的方法得到改善。 0028 本披露对过滤方法的另一项改良是在基于溶剂的从富含半纤维素/糖的部分322 回收乙酸时避免乳液形成。在基于过滤的方法中，如果尝试用溶剂萃取乙酸，那么富含半纤 维素/糖的部分中较大的水含量引起形成难处理的乳液。本披露使用降低的水量，所以不 会发生乳液形成。 0029 本披露对过滤方法的另一项改良是回收木质素有机可溶性木质素和非有。

30、机可溶 性木质素的两个部分。可以预期这些新颖的木质素部分具有不同特性；实际上，可以预期来 自任何木质纤维素生物质的相应木质素部分具有只有源生物质才有的特性。 说 明 书CN 104245946 A 5/31页 8 0030 乙酸水解。图2示出了本发明的一个方面，关于利用乙酸和C 1 -C 2 酸可混溶的有机 溶剂从木质纤维素生物质10分离和回收半纤维素和木质素。该方法使用乙酸作为C 1 -C 2 酸 并且乙酸乙酯作为C 1 -C 2 酸可混溶的有机溶剂作为一种优选方法示出，但是，也可以使用甲 酸或甲酸与乙酸的混合物作为乙酸的替代物并且可以使用其他C 1 -C 2 可混溶的有机溶剂作 为乙酸乙酯。

31、的替代物。 0031 在步骤200将木质纤维素生物质10(由玉米秆举例说明)与乙酸混合。乙酸与木 质纤维素生物质的最终比率以wt:wt计应该优选在3:1到5:1酸:干燥固体范围内，这排 除了乙酸和木质纤维素生物质的水含量。更低和更高的乙酸与干燥固体比率将起作用，但 不经济。待使用的乙酸的浓度取决于木质纤维素生物质10的水分含量是可变的，只要达到 以上提及的乙酸与干燥固体比率即可。在被干燥到约8的水分含量的玉米秆木质纤维素 生物质10的情况下，4.5升70乙酸/千克生物质是充足的。 0032 当使用甲酸时，水含量应该更低以实现木质素的有效溶解。80-90的甲酸浓度 起良好作用，然而更高的含水量并。

32、非如此。因为乙酸是更疏水的，所以它包容更多水以溶解 相同量的木质素。在步骤205，将经过酸化的木质纤维素生物质10加热到一个温度并且持 续一段时间，该温度和时间足够将一个第一部分的半纤维素和木质素由生物质10水解溶 解，形成一个第一水解混合物206。优选地，该加热205在搅拌下或在物理翻滚剂下进行， 以在该加热和水解过程200/205期间向木质纤维素生物质10施加机械力。任选地，在某些 实施例中，该初始水解200/205中所用的乙酸可以补充有不超过0.25到1w/v的无机 酸，如HCl或硫酸。包括少量无机酸引起半纤维素的水解和溶解改良，然而，还导致一些溶 解的C5糖降解并且导致尤其将获得的半纤。

33、维素部分的无机(灰分)含量增加。此外，如果 所希望的是用硫酸补充乙酸，那么另外必需中和该硫酸并且将其以硫酸盐形式回收。如下 文和名称为纤维素分解酶组合物和其用途(Cellulolytic Enzyme Compositions and Uses Thereof)的共同待决的临时申请号61/538,211中所述，残余硫与可以用于化学转化在某 些生物炼制操作中可以是令人希望的糖的某些催化剂不相容，并且还可能会导致形成可能 会干扰使用纤维素分解酶、半纤维素分解酶以及酯酶的后续酶促步骤的硫酸酯。因此，在某 些实施例中，硫酸特定地被排除在酸水解步骤205和215外。 0033 半纤维素和木质素的水解释放。

34、的温度和时间条件是至关重要的。如果温度太低或 时间太短，那么半纤维素和木质素的水解释放将是不充足的。意外的是，发现过度水解对于 可用物质的回收是不利的。如果温度太高或时间太长，那么可能会发生纤维素和半纤维素 向单糖的不希望的水解，并且将形成干扰后续半纤维素和木质素沉淀的其他反应产物，当 反应温度和/或时间过度时，导致形成一种胶质沉淀物。温度应该在120-280范围内， 并且时间应该在5-40分钟范围内。在一个具有70乙酸的实验室实施例中，将温度在10 分钟内升高到165，随后经3分钟快速降低到150的温度，此后经30分钟时间段逐渐冷 却到100。在一个工厂实施例中，使用165的温度持续1-10。

35、分钟的时间段。 0034 第一水解步骤200/205形成含有一种富含半纤维素和木质素的可溶性第一水解 产物207和一种不溶性木质纤维素残余物部分的第一水解混合物206。在步骤210，将这些 物质通过适合技术(如过滤或离心)分离。将固体物质以第一木质纤维素饼208形式回 收，该第一木质纤维素饼至少部分地耗乏半纤维素和木质素并且含有至少部分酰化的纤维 素(例如对于乙酸和甲酸来说，对应地是乙酰基纤维素酯或甲酰基纤维素酯)。在步骤215， 说 明 书CN 104245946 A 6/31页 9 将该第一回收的木质纤维素饼208用乙酸充分洗涤，以进一步释放结合的半纤维素和木质 素。优选的是，将用于该洗涤。

36、的乙酸升温到约40-50的温度。任选地但未必，第一木质 纤维素饼208的酸洗涤可以包括使用与在此前文提及的在步骤200/205的第一回合中所用 相同的酸和热条件的第二回合的热处理。该酸洗涤215是否应该在高温下进行取决于木质 纤维素生物质10中的半纤维素和木质素含量和结构。当木质纤维素生物质10如在木质来 源的情况下具有高木质素或半纤维素含量时，那么第二回合的加热220是优选的。乙酸的 浓度优选地在此洗涤步骤215比在水解步骤200更高，这是由于由水解释放的水和由木质 纤维素饼208用在步骤200所用的乙酸的初始处理释放的水的稀释。在玉米秆作为木质纤 维素生物质10的情况下，在酸洗涤步骤215。

37、中使用90乙酸。该酸洗涤产生一种酸洗涤混 合物209，在步骤225将该酸洗涤混合物通过离心或过滤来回收，得到一种与该经过酸洗涤 的木质纤维素饼214分离开的包含其他半纤维素和木质素的液体酸洗涤部分212，该经过 酸洗涤的木质纤维素饼已经耗乏大部分半纤维素和木质素并且包含进一步酰化的纤维素。 0035 在一种优选方法中，在步骤230，将第一水解产物部分207与酸洗涤部分212混合， 以形成组合的乙酸可溶物溶液219。然后在步骤250优选地将此组合的乙酸可溶物溶液219 蒸发，以达到至少30wt/vol的溶解固体含量，形成一种浓缩的可溶水解产物221。 0036 分开地，在步骤240，将第二木质纤。

38、维素饼214用乙酸乙酯或其他C 1 -C 2 酸可混溶 的有机溶剂洗涤，以将乙酸和剩余半纤维素和木质素从第二木质纤维素饼214移除。用于 洗涤240该第二木质纤维素饼214的C 1 -C 2 可混溶的有机溶剂的总量优选地是约与第二水 解步骤220中所用的C 1 -C 2 酸215的第二量相同的量。该洗涤可以用总体积分批地进行，或 优选地总体积以不连续增量应用以将乙酸的移除最大化并且保留半纤维素和木质素。用于 该洗涤的乙酸可混溶的有机溶剂的量应该足够将该乙酸从乙酰化纤维素纸浆充分洗涤。一 种至少3体积(升)乙酸可混溶的有机溶剂/重量(千克)纸浆的总洗涤是适合的。该总 洗涤优选地在三个或更多个不连。

39、续的连续阶段中递送以便递送整个洗涤量。 0037 该洗涤产生一种液体有机溶剂/乙酸洗涤部分216，在步骤245通过过滤将该洗 涤部分与第二木质纤维素饼214分离。在步骤245所用的过滤介质应该具有孔隙，足够大 以允许不溶性半纤维素和木质素与有机洗液通过，又足够小以将更高分子量纤维素纤维的 固体物料保留在经过酸洗涤的饼214中，该经过酸洗涤的饼在过滤之后以经过有机溶剂洗 涤的酰基纤维素纸浆218形式保留。用于此过滤步骤245的适合的过滤介质是具有对应于 60网筛(标称筛直径为250微米)的孔径的过滤介质。 0038 在步骤255，将有机溶剂/乙酸洗涤部分216与浓缩的水解产物221大致等体积地 。

40、组合，形成C 1 -C 2 酸/有机溶剂混合物257，将该混合物搅拌一段充足时间，以将所获得的任 何不溶性半纤维素和木质素溶解于有机溶剂洗液216中。然后在步骤265，将C 1 -C 2 酸/有 机溶剂混合物257蒸发，达到40wt/vol的溶解固体含量，以形成一种浓缩的半纤维素和 木质素水相268。 0039 在用于进一步加工浓缩的半纤维素和木质素水相268的一个第一优选方法中，将 一个第二量的C 1 -C 2 可混溶的有机溶剂以足够使半纤维素和木质素沉淀的量添加到浓缩的 半纤维素和木质素水相268中。在40的溶解固体含量下在乙酸和乙酸乙酯的混合物作为 用于水相268的溶剂系统的情况下，1份。

41、水相268比3到4份乙酸乙酯的比率足以产生一 种可过滤的沉淀物。在步骤275，将此半纤维素和木质素沉淀物277与乙酸乙酯滤过物278 说 明 书CN 104245946 A 7/31页 10 分离。任选地，可以将该半纤维素和木质素沉淀物277用另外量的该C 1 -C 2 酸可混溶的有机 溶剂洗涤，以移除残余的C 1 -C 2 酸。 0040 然后在步骤280，将半纤维素和木质素沉淀物与温水混合以使半纤维素溶解，形成 一种可溶半纤维素水性部分289和一种不溶性木质素部分287，在步骤285通过过滤或离 心将这些部分进行分离。任选地，可以将不溶性木质素部分287用一个第二回合的温水洗 涤，以从沉淀。

42、物萃取更多的半纤维素。出人意料地，据发现，用于使半纤维素溶解和将木质 素从沉淀物分离的水的温度和冷却是至关重要的。用水将半纤维素和木质素沉淀物加热到 95、然后冷却到60使得木质素聚结成显著更易于过滤和洗涤的更大颗粒。相比之下，加 热到120实际上引起木质素形成固体块，该固体块给半纤维素的处理和回收造成问题。 0041 在图2中描绘的总体实施例中，将C 1 -C 2 酸(乙酸)和C 1 -C 2 酸可混溶的有机溶剂 (乙酸乙酯)由该方法回收并且再循环用于持续使用。因此，举例来说，在步骤290，将所回 收的乙酸乙酯滤液278蒸发，以回收乙酸乙酯，留下一种暗色残余物291。在步骤295，将在 步骤。

43、290通过蒸发回收的乙酸乙酯和乙酸与乙酸/乙酸乙酯滤液261和在步骤250由蒸发 该水解产物回收的乙酸合并。然后在步骤298，通过蒸馏将这些合并的物质分离，以从乙酸 乙酯回收乙酸。 0042 图2中描绘的该方法中所用的几乎所有乙酸都以流的形式使用，可以容易通过简 单蒸馏将这些流与C 1 -C 2 酸可混溶的有机溶剂而非水分离。乙酸与乙酸乙酯的组合特别有 效。该方法中所用的C 1 -C 2 酸可混溶的溶剂是针对其使木质素和寡糖两者以及一些单糖从 乙酸沉淀的能力进行选择。它们也易于通过简单蒸馏与乙酸分离。将乙酸或甲酸与水组合 使用以从纤维素纸浆分离半纤维素和木质素的现有技术的方法存在产生水酸共沸物。

44、混合 物的缺点，这些共沸物混合物更难以回收和再循环用于持续使用。本发明的方法主要依赖 于乙酸与可混溶的有机溶剂的组合。 0043 图9示出了本发明的用于进一步加工浓缩的半纤维素和木质素水相268的一个第 二优选方法，关于从木质纤维素生物质分离和回收C5和C6糖、有机可溶性木质素、有机不 溶性木质素以及乙酸盐，特别是当使用乙酸作为C 1 -C 2 酸时。在第二优选方法的一个示例性 实施例中，含有8水分的玉米秆与约70乙酸溶液一起在旋转反应器中在163-171 下水解10分钟。使反应器冷却并且压缩和过滤已经水解的秆以提供第一水解产物207(图 2)和乙酰化木质纤维素饼208。乙酰化木质纤维素饼20。

45、8与一个第二量的乙酸在60下 接触并且过滤以产生经过酸洗涤的酰化木质纤维素饼214和酸洗液212。经过酸洗涤的乙 酰基纤维素饼214与乙酸乙酯接触两次并且过滤以产生经过乙酸乙酯洗涤的乙酰基纤维 素纸浆218和乙酸乙酯洗液216。第一酸水解产物与酸洗液组合以形成组合的乙酸可溶物 209。通过蒸发从组合的乙酸可溶物回收乙酸，形成蒸发物(浓缩物)221。将该蒸发物与乙 酸乙酯洗液216组合以形成乙酸乙酯:乙酸50:50混合物257。通过蒸发265回收乙酸乙 酯，形成富含半纤维素和木质素的浓缩的半纤维素和木质素水相268。 0044 在图9中展示的用于通过液体/液体分离实现浓缩的半纤维素和木质素水相2。

46、68 的分离的第二优选实施例300中，浓缩的半纤维素和木质素水相268与第一量的乙酸乙酯 310接触使得5到7.5份体积的乙酸乙酯或其他C 1 -C 2 酸可混溶的有机溶剂添加到5份体 积的浓缩的半纤维素和木质素水相268中以通过液体/液体分离来移除乙酸。意外地，发 现在C 1 -C 2 酸可混溶的有机溶剂与浓缩的半纤维素和木质素水相268的这些比率情况下，发 说 明 书CN 104245946 A 10 8/31页 11 生相分离而未形成沉淀物。此外，发现C 1 -C 2 酸可混溶的有机溶剂的量对于引起相分离和防 止形成沉淀物是至关重要的。对于浓缩的半纤维素和木质素水相268，1到1.5份体。

47、积乙酸 乙酯与1份体积水性浓缩的半纤维素和木质素水相268的比率足以引起相分离而不形成沉 淀物。重要的是，在这些条件下，与图2中所描绘的第一实施例相比使用显著更少的溶剂。 使用更少量的C 1 -C 2 酸可混溶的有机溶剂用于乙酸萃取不仅引起液体/液体分离，由于使用 更小体积的溶剂，它还降低后续溶剂回收的费用。 0045 将混合物快速分成两个相：含有大部分糖和有机不溶性木质素(约一半的木质 素)的胶质重水相；和含有有机可溶性木质素、乙酸盐部分、乙酸乙酯以及乙酸的有机上清 液相。从重水相倾析有机上清液相。重水相(一份)与乙酸乙酯或其他C 1 -C 2 酸可混溶的 有机溶剂(约一份)接触(洗涤)并且。

48、在50下混合。再次分离混合物，在重水相上方形 成一个第二有机上清液；倾析第二上清液。乙酸乙酯(约一份)再次与重水相接触并且在 50下混合。再次分离混合物，形成一个第三有机上清液和包含经过洗涤的重水相312的 一个第一相。倾析第三有机上清液。最终，经过洗涤的重水相312包含大部分C5和C6糖 以及约一半的木质素并且耗乏乙酸。富含溶剂的有机上清液相包含有机可溶性木质素、乙 酸盐、乙酸以及乙酸乙酯。任选地，经过洗涤的重水相312可以用另外量的C 1 -C 2 酸可混溶 的有机溶剂洗涤以移除残余的乙酸。图9中描绘的方法中所用的几乎所有乙酸都以流的形 式使用，可以容易地通过简单蒸馏将这些流与C 1 -C。

49、 2 酸可混溶的有机溶剂而非水分离。乙酸 与乙酸乙酯的组合特别有效。针对诱导相分离的能力选择用于该方法的C 1 -C 2 酸可混溶的 溶剂。可以通过分隔乙酸乙酯和乙酸与富含糖的水相来实现显著经济增益。 0046 仍参看图9，组合并且混合有机上清液以形成有机上清液相(第二相)316；形成少 量焦油状沉淀物，将它分离并且添加到经过洗涤的重水相312中。乙酸与乙酸乙酯一起分 隔到有机上清液中，引起含有糖和木质素的经过洗涤的重水相312(第一相)中的乙酸含量 降低。 0047 木质素的部分分离。相分离成一个第一相(经过洗涤的重水相)和一个第二相 (有机上清液相)引起木质素部分分离成有机可溶性木质素和有机不溶性木质素部分。玉 米秆木质素部分分离成有机可溶性木质素和有机不溶性木质素产生木质素部分，预期这些 木质素部分中的每一种具有基于玉米秆的某些特性。因为木质素是缺乏所定义的主要结构 的异质性聚合物，所以木质素的特征化是基于特性或来源而非结构。本发明的方法不使用 硫酸，因此所产生的木质素部分不含硫。类似的。