CN107428626A - 用于园林应用的木质纤维素生物质工艺的副产物 - Google Patents

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CN107428626A CN201680014967.2A CN201680014967A CN107428626A CN 107428626 A CN107428626 A CN 107428626A CN 201680014967 A CN201680014967 A CN 201680014967A CN 107428626 A CN107428626 A CN 107428626A
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Abstract

描述了涉及来自木质纤维素生物质发酵的副产物的方法和组合物。出于不同目的如支持植物生长、杂草控制、侵蚀控制、粉尘控制和水力播种，全釜馏物可以单独地或与附加材料一起应用于园林。全釜馏物可以在不加工的情况下使用，或其可以被预处理或浓缩。

Description

用于园林应用的木质纤维素生物质工艺的副产物
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年3月12日提交的美国临时专利申请号62/132,080的优先权权益，该临时专利申请通过引用以其全文结合。
技术领域
本披露涉及将来自木质纤维素生物质发酵的副产物应用于园林的领域。为木质纤维素生物质发酵工艺的副产物的全釜馏物(whole stillage)在园林应用中提供益处。
背景技术
园林行业一直在寻找新产品以加强植物生长、控制杂草并且防止土壤侵蚀。因此，各种类型的材料已经被引入该市场以解决这些问题。
近年来，对在各种最终用途中应用来自可再生资源的材料、并且减少可能对环境有害的化学品和材料的生产和应用存在显著需求。
木质纤维素生物精炼厂不仅生产乙醇，还生产大量来自乙醇的蒸馏的木质纤维素副产物。此类木质纤维素副产物可以在若干种最终用途中诸如在园林行业中得到应用，具有大大减少的环境足迹。
发明内容
在一个方面，本披露涉及一种用于园林应用的组合物，该组合物包含木质纤维素全釜馏物和至少一种添加剂，其中该全釜馏物是木质纤维素生物质发酵工艺的副产物。
在另一方面，本披露涉及一种用于处理园林的方法，该方法包括：
a)提供木质纤维素全釜馏物；并且
b)将该木质纤维素全釜馏物施用于该园林；
其中该全釜馏物是木质纤维素生物质发酵工艺的副产物，并且其中产生经处理的园林。
具体实施方式
在此描述了与来自木质纤维素生物质发酵的至少一种副产物用于各种园林应用相关的组合物和方法。出于不同目的，全釜馏物可以单独地或与附加材料一起应用于园林。在木质纤维素生物质水解产物发酵(例如使用产生乙醇的生物催化剂)之后，将发酵液体培养基分离成富含醇的蒸气流和含有溶质和固体的水流(被称为全釜馏物)。
定义
以下定义和缩写用于解释权利要求书和说明书。
如在此所用，术语“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(has)”、“具有(having)”、“含有(contain)”或“含有(containing)”或其任何其他变型均旨在涵盖非排他性的包含。例如，包含一系列元素的组合物、混合物、工艺、方法、制品、或设备不必仅限于那些元素，而是可以包括未明确列出的或此类组合物、混合物、工艺、方法、制品或设备所固有的其他元素。此外，除非有相反的明确说明，否则“或”是指包含性的“或”，而不是指排他性的“或”。例如，条件A或B由下列任一项满足：A是真(或存在)和B是假(或不存在)，A是假(或不存在)和B是真(或存在)，和A和B二者都是真(或存在)。
在本披露的元素或组分前的不定冠词“一个/一种(a/an)”关于该元素或组分的例子(即，出现)的数目旨在是非限制性的。因此，“一个/一种”应理解为包括一个/一种或至少一个/一种，并且元素或组分的单数词语形式还包括复数，除非该数值明显意指单数。
如在此所用，修饰所使用的本披露的成分或反应物的量的术语“约”是指例如通过以下方式可能发生的以数字表示的数量上的变化：在真实世界中用于制作浓缩物或使用溶液的典型测量和液体处理程序；这些程序中的非故意的错误；制作组合物或进行这些方法所使用的成分的制造、来源或纯度的差别等。术语“约”还包括由于产生自特定起始混合物的组合物的不同平衡条件而不同的量。无论是否由术语“约”修饰，权利要求包括这些量的等同量。在一个实施例中，术语“约”是指在报告的数值的10％以内，优选在报告的数值的5％以内。
术语“可发酵糖”是指在发酵工艺中可被微生物用作碳源的低聚糖和单糖。
术语“木质纤维素”是指包含木质素和纤维素二者的组合物。木质纤维素材料还可以包含半纤维素。
术语“纤维素”是指包含纤维素和附加组分(包括半纤维素)的组合物。
术语“糖化”是指从多糖生产可发酵糖。
术语“经预处理的生物质”是指在糖化之前已经经受预处理的生物质。预处理可以采取物理、热或化学手段及其组合的形式。
术语“木质纤维素生物质”是指任何木质纤维素材料，并且包括包含纤维素、半纤维素、木质素、淀粉、低聚糖和/或单糖的材料。生物质还可以包含附加组分，例如蛋白质和/或脂质。生物质可源自单一来源，或者生物质可包含源自多于一种来源的混合物；例如，生物质可以包含玉米棒和玉米秸秆的混合物，或者草和叶的混合物。木质纤维素生物质包括但不限于生物能源作物、农业残余物、城市固体废物、工业固体废物、来自纸张生产的淤渣、庭院废物、木材和林业废物。生物质的实例包括但不限于玉米棒、作物残余物如玉米壳、玉米秸秆、草(包括芒草)、小麦秸秆、大麦秸秆、干草、稻草、柳枝稷、废纸、甘蔗渣、高粱材料、大豆植物材料、从谷物的研磨或在生产过程中使用谷物得到的组分(如DDGS：干酒糟及可溶物)、乔木、树枝、根、叶、木片、锯屑、灌木和灌丛、蔬菜、水果、花、棕榈空果串(empty palmfruit bunch)和能源甘蔗。
术语“能源甘蔗”是指培育用于在能源生产中使用的甘蔗。其因为比糖更高百分比的纤维而被选择。术语“木质纤维素生物质水解产物”是指由木质纤维素生物质的糖化产生的产物。生物质也可以在糖化之前进行预处理或预加工。
术语“木质纤维素生物质水解产物发酵液体培养基”是含有产物的液体培养基，该产物产生自在包含木质纤维素生物质水解产物的培养基中的生物催化剂生长和生产。该液体培养基包括木质纤维素生物质水解产物的没有被生物催化剂消耗的组分，以及生物催化剂本身和由该生物催化剂制成的产品。
术语“浆液”是指不溶材料和液体的混合物。浆液还可含有高水平的溶解的固体。浆液的实例包括糖化液体培养基、发酵液体培养基和釜馏物。
术语“木质纤维素滤饼”或“滤饼”是指产生自将全釜馏物分离成固体(滤饼)和液体(稀釜馏物)馏分的高木质素含量的固体。
如在此所用的术语“木质纤维素糖浆”或“糖浆”是指通过蒸发进一步加工的全釜馏物的液体馏分。当从该液体馏分中除去水时，产生高固体糖浆。
如在此所用的术语“土壤替代物”是指可以代替常用的各种土壤使用以便为植物结构提供支持并在所希望条件下为其生长提供所需的营养物的任何材料。
术语“目标产物”是指在发酵工艺中由微生物生产宿主细胞产生的任何产物。目标产物可为宿主细胞中遗传工程化的酶途径的结果或可由内源性途径产生。典型的目标产物包括但不限于酸、醇、烷烃、烯烃、芳族化合物、醛、酮、生物聚合物、蛋白质、肽、氨基酸、维生素、抗生素和药物。
术语“发酵”广义地是指使用生物催化剂来生产目标产物。典型地，生物催化剂在发酵液体培养基中利用该液体培养基中的碳源生长，并且通过其代谢产生目标产物。
“固体”是指可溶性固体和不溶性固体。来自木质纤维素发酵工艺的固体含有来自用于制作水解产物培养基的木质纤维素生物质的残余物。
“挥发物”在此是指在其中引入热量的工艺中将大部分汽化的组分。在此通过确定从在严格受控的条件下加热至950℃所产生的重量损失来测量挥发物含量(如在ASTM D-3175中)。典型的挥发物包括但不限于氢气、氧气、氮气、乙酸和一些碳和硫。
“固定碳”在此是指通过将水分百分比、灰分百分比、和挥发物百分比相加，并且然后从100中减去该百分比得到的计算百分比。
“灰分”是根据ASTM D-3174在受控条件下燃烧后剩余的残余物的重量。
如在此提及的“糖”是指单糖和可溶性低聚糖的总和。
如在此所定义，“大量营养物”是能够向植物输送营养的任何含氮(N)、磷(P)或钾(K)的物质。如在此所定义，“微量营养物”是对于植物生长来说以少量需要的物质，如硼(B)、钙(Ca)、氯(Cl)、锰(Mn)、铁(Fe)、锌(Zn)、铜(Cu)、钼(Mo)和硒(Se)。以下，术语“营养物”用于大量和微量营养物二者。
如在此所定义，“植物”或“植物材料”旨在是指植物的任何部分(例如，根、叶子、芽)以及种子、乔木、灌木、花和草。
如在此所定义，“植物改良剂材料(plant amendment material)”是指可用作组合物中的改良剂的源自植物的材料。植物改良剂材料的实例包括秸秆，和由植物制造的材料如植物纤维、纸板、报纸、纸张、废纸、树皮、切碎的木材、木浆、切碎的植物、纤维素，农业废弃物(玉米秸秆、甘蔗渣等)或能源植物作物(柳枝稷、芒草、芦竹、***)以及根，叶子，乔木，灌木，花，草，及其混合物。如在此所定义，术语“土壤改良材料(soil amending material)”是指沙、蛭石、矿物粘土、泥炭苔、石膏、珍珠岩、石灰岩、植物纤维、或其混合物
如在此所定义，术语“植物生长”是指包括以下项中的至少一项的植物生物质的任何增加：种子发芽、在现有茎上长叶、增加茎的高度、增加茎的宽度、增加根群、开花和产果实/种子。
如在此所定义，术语“增粘剂”是指用于园林产品的粘合剂添加剂，其一经干燥或一旦分布到园林后有助于将产品保持在一起。增粘剂可以是基于植物的产品，或聚合物乳液共混物。增粘剂的实例包括但不限于瓜耳胶、车前子、淀粉、丙烯酸类共聚物、丙烯酸类聚合物、甲基丙烯酸酯的液体聚合物、丙烯酸酯的液体聚合物、丙烯酸钠的共聚物、丙烯酰胺的共聚物、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺的共聚物、和水胶体聚合物。增粘剂可以单独使用或与其他增粘剂或其他材料组合使用。
如在此所定义，术语“园林”包括地面区域的可见特征，包括地形的物理要素如山脉、丘陵、水体(如河流、湖泊、池塘和海)以及地面覆被的活体要素(包括原生植被)。广阔范围的园林包括但不限于：极地地区的冰冷园林、山地园林、广阔的干旱沙漠园林、岛屿和海岸园林、茂密森林和树林园林(包括过去的北方森林和热带雨林)、以及温带和热带地区的农业园林。园林可进一步包括毗邻建筑物、道路和铁路轨道的地面，装饰性花园地面和农田，以及植物容器内部或外部的土壤覆盖。
适合于在本披露中应用的木质纤维素全釜馏物(在下文中“全釜馏物”)作为来自使用木质纤维素生物质作为可发酵糖的来源的工艺的副产物生产，这些可发酵糖用作生物催化剂的碳源。生物催化剂在发酵工艺中使用糖来生产目标产物。
木质纤维素生物质的发酵
为了从木质纤维素生物质生产可发酵糖，处理该生物质以从该生物质的多糖中释放糖如葡萄糖、木糖和***糖。木质纤维素生物质可以通过本领域技术人员已知的任何方法进行处理以在水解产物中产生可发酵糖。典型地，使用物理、热和/或化学处理对生物质进行预处理，并进行酶促地糖化。热化学预处理方法包括蒸汽喷发或使生物质溶胀以释放糖的方法(参见例如WO2010113129；WO2010113130)。也可以使用化学糖化。诸如这些的物理处理可以在进一步化学处理之前用于粒度减小。化学处理包括碱处理如用强碱(氨或NaOH)或酸处理(US8545633；WO2012103220)。在一个实施例中，用氨处理生物质(US7932063；US 7781191；US 7998713；US7915017)。这些处理从生物质中释放聚合糖。在一个实施例中，预处理是低氨预处理，其中使生物质与包含氨的水溶液接触以形成生物质-氨水混合物，其中氨浓度足以保持该生物质-氨水混合物的碱性pH，但相对于生物质的干重量小于约12重量百分比，并且其中生物质的干重量相对于该生物质-氨水混合物的重量为至少约15重量百分比的固体，如美国专利号7,932,063(将其通过引用结合在此)中所披露的。
将聚合糖转化为单体糖的糖化可以是通过酶处理或化学处理。使经预处理的生物质在合适的条件下与糖化酶聚生体接触以产生可发酵糖。在糖化之前，可以使经预处理的生物质达到所希望的水分含量并被处理以改变pH、组成或温度，使得糖化酶聚生体的酶将是活性的。pH可以通过加入呈固体或液体形式的酸来改变。可替代地，可以利用可从发酵回收的二氧化碳(CO2)来降低pH。例如，CO2可以从发酵罐收集并进料到闪蒸罐中的预处理产物顶部空间中，或者如果存在适当的液体则鼓泡通过经预处理的生物质，同时监测pH，直至达到所希望的pH。使温度达到与糖化酶活性相容的温度，如下所指出。典型地合适的条件可以包括从约40℃至约50℃的温度和在从约4.8至约5.8之间的pH。
纤维素生物质或木质纤维素生物质的酶糖化典型地利用酶组合物或共混物来分解纤维素和/或半纤维素并产生含糖(例如像，葡萄糖、木糖和***糖)的水解产物。糖化酶在Lynd，L.R.等人(Microbiol.Mol.Biol.Rev.[微生物学与分子生物学综述]，66：506-577，2002)中综述。使用至少一种酶，并且典型地使用包括一种或多种糖苷酶的糖化酶共混物。糖苷酶水解二糖、低聚糖和多糖的醚键并在通用组“水解酶”(EC 3.)的酶分类EC3.2.1.x(Enzyme Nomenclature[酶命名法]1992，学术出版社，圣地亚哥，加利福尼亚州，具有增刊1(1993)、增刊2(1994)、增刊3(1995)、增刊4(1997)和增刊5[分别在Eur.J.Biochem.[欧洲生物化学杂志]，223：1-5，1994；欧洲生物化学杂志，232：1-6，1995；欧洲生物化学杂志，237：1-5，1996；欧洲生物化学杂志，250：1-6，1997；以及欧洲生物化学杂志，264：610-650 1999中])中找到。在糖化中有用的糖苷酶可以通过它们水解的生物质组分进行分类。在糖化中有用的糖苷酶可以包括纤维素水解糖苷酶(例如，纤维素酶、内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、纤维二糖水解酶，β-葡糖苷酶)、半纤维素水解糖苷酶(例如，木聚糖酶，内切木聚糖酶、外切木聚糖酶、β-木糖苷酶、***糖-木聚糖酶、甘露聚糖酶、半乳糖酶、果胶酶、葡糖醛酸酶)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-葡萄糖苷酶、异淀粉酶)。此外，可能有用的是将其他活性物添加到糖化酶聚生体如肽酶(EC3.4.xy)、脂肪酶(EC 3.1.1.x和3.1.4.x)，木质素酶(EC 1.11.1.x)或阿魏酸酯酶(EC3.1.1.73)以促进从生物质的其他组分释放多糖。本领域中已知的是，产生多糖水解酶的微生物经常表现出活性，如降解纤维素的能力，该活性由具有不同底物特异性的若干种酶或一组酶催化。因此，来自微生物的“纤维素酶”可以包含一组酶，其中一种或多种或全部可以有助于纤维素降解活性。商业或非商业的酶制剂，例如纤维素酶，可以包含许多酶，这取决于获得该酶所使用的纯化方案。对于糖化有用的许多糖基水解酶及其组合物披露在WO2011/038019或WO 2012/125937(将其通过引用结合在此)中。用于糖化的附加酶包括例如水解在两种或更多种碳水化合物之间或在碳水化合物与非碳水化合物部分之间的糖苷键的糖基水解酶。
糖化酶可以商购获得。此类酶包括例如CP纤维素酶、木聚糖酶、1500、DUET知TrioTM(DupontTM/威明顿，特拉华州)和Novozyme-188(诺维信公司(Novozymes)，2880贝格斯瓦尔德(Bagsvaerd)，丹麦)。此外，糖化酶可以作为细胞提取物或全细胞液体培养基的粗制剂提供。可以使用已经工程化以表达一种或多种糖化酶的重组微生物来产生这些酶。例如，可用于经预处理的木质纤维素生物质的糖化的H3A蛋白质制剂是由里氏木霉(Trichoderma reesei)的遗传工程化的菌株生产的酶的粗制剂，其包括纤维素酶和半纤维素酶的组合并且描述于WO 2011/038019(将其通过引用结合在此)中。
可以使用化学糖化处理，并且其是本领域技术人员已知的，例如用包括HCl和H2SO4的无机酸的处理(US5580389；WO2011002660)。
糖如葡萄糖、木糖和***糖通过木质纤维素生物质的糖化被释放，并且这些单体糖为在发酵工艺中使用的生物催化剂提供碳水化合物来源。这些糖存在于用作发酵培养基的生物质水解产物中。该发酵培养基可以仅由水解产物构成，或者可以包括除了水解产物之外的组分如山梨醇或甘露糖醇，其最终浓度为约5mM，如US 7,629,156(将其通过引用结合在此)中所述。生物质水解产物典型地占发酵培养基的至少约50％。典型地，发酵液体培养基的最终体积的约10％是含有生物催化剂的种子接种物。
包含水解产物的培养基在发酵罐中发酵，该发酵罐是容纳水解产物发酵培养基和至少一种生物催化剂的任何容器，并且具有用于管理发酵工艺的阀门、通风口(vent)和/或端口。自然地或通过遗传工程、使用葡萄糖并且还优选木糖产生目标产物的任何生物催化剂可用于由木质纤维素生物质制成的生物质水解产物中的可发酵糖的发酵。可通过发酵生产的目标产物包括例如酸、醇、烷烃、烯烃、芳族化合物、醛、酮、生物聚合物、蛋白质、肽、氨基酸、维生素、抗生素和药物。醇包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、丙三醇、赤藓糖醇、木糖醇、甘露糖醇和山梨糖醇。酸可以包括乙酸、甲酸、乳酸、丙酸、3-羟基丙酸、丁酸、葡萄糖酸、衣康酸、柠檬酸、琥珀酸、3-羟基丙酸、富马酸、马来酸和乙酰丙酸。氨基酸可以包括谷氨酸、天冬氨酸、蛋氨酸、赖氨酸、甘氨酸、精氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸。附加的目标产物包括甲烷、乙烯、丙酮和工业酶。
将生物质水解产物中的糖发酵成目标产物可以通过一种或多种适当的生物催化剂进行，这些生物催化剂能够在含有生物质水解产物的培养基中在单步或多步发酵中生长。生物催化剂可以是选自细菌、丝状真菌和酵母的微生物。生物催化剂可以是野生型微生物或重组微生物，并且可以包括例如属于埃希氏杆菌属、发酵单胞菌属、酵母属、假丝酵母属、毕赤酵母属、链霉菌属、芽孢杆菌属、乳杆菌属和梭状芽胞杆菌属(Clostridiuma)的有机体。生物催化剂的典型实例包括重组大肠杆菌、运动发酵单胞菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、酿酒酵母、热纤维梭菌(Clostridia thermocellum)、厌氧嗜热杆菌(Thermoanaerobacteriumsacchanolyticum)和树干毕赤酵母。为了在木质纤维素生物质水解产物发酵液体培养基中良好生长并且具有高产品产量，可以选择或工程化生物催化剂以对存在于生物质水解产物中的抑制剂如乙酸盐具有较高的耐受性。例如，生物催化剂可以产生乙醇作为目标产物，例如由运动发酵单胞菌产生乙醇，如US 8,247,208(将其通过引用结合在此)中所述的。
用对于所用的特定生物催化剂合适的条件进行发酵。可对条件诸如pH、温度、氧含量和混合进行调整。酵母和细菌生物催化剂的发酵条件是本领域熟知的。
此外，糖化和发酵可在同一个容器中同时发生，称为同步糖化和发酵(SSF)。此外，部分糖化可能在称为HSF(混合糖化和发酵)的工艺中在并发的糖化和发酵期间之前发生。
对于大规模发酵，典型地首先生长生物催化剂的较小培养物(种子培养物)。将该种子培养物作为接种物典型地以最终体积的从约2％至约20％的范围加入到发酵培养基中。
典型地通过生物催化剂的发酵产生含有由该生物催化剂制成的目标产物的发酵液体培养基。例如，在乙醇工艺中，发酵液体培养基可以是含有从约6％至约10％乙醇的啤酒。除目标产物外，发酵液体培养基含有来自水解产物培养基以及来自该水解产物培养基中的糖的生物催化剂代谢的水、溶质和固体。典型地，将目标产物与发酵液体培养基分离，产生贫化液体培养基，其可以称为全釜馏物。例如，当乙醇是产物时，典型地使用醪塔(beercolumn)蒸馏该液体培养基以产生乙醇产物流和全釜馏物。蒸馏可以是使用本领域技术人员已知的任何条件，包括在大气压或减压下。使馏出的乙醇进一步通过精馏塔和分子筛以回收乙醇产物。目标产物可以可替代地在后续步骤中除去，例如在分离发酵液体培养基后从固体或液体馏分中除去。
全釜馏物
如在此使用的全釜馏物是指在木质纤维素生物质水解产物的发酵以及可通过蒸馏从发酵液体培养基中分离的挥发性目标产物如醇例如乙醇的后续蒸馏后剩余的混浊液体。该全釜馏物包括在发酵期间不易溶解的固体、可溶性材料、油状物、有机酸、盐、蛋白质和各种其他组分。全釜馏物可含约5％-12％的悬浮固体(7％-20％总固体)。水和其他挥发性组分可以从全釜馏物中蒸发以浓缩该全釜馏物并产生浓稠全釜馏物(其为浓缩的全釜馏物)。浓稠全釜馏物可以具有约9％-50％的总固体。浓稠全釜馏物从全釜馏物制备以允许调节用于园林应用的最终配制品的粘度。
可以使用压滤机、离心分离或其他固体分离方法将固体从全釜馏物分离。这些固体称为滤饼。可以使剩余的含有溶质的液体馏分(也称为稀釜馏物)通过蒸发系(evaporation train)以产生含有低挥发性溶质的糖浆和含有高挥发性溶质的水蒸气，其可被冷凝并进一步处理以除去污染物，然后再循环。因此，术语“稀釜馏物”是指由全釜馏物、发酵液体培养基或贫产物的发酵液体培养基的固/液分离产生的液体馏分。为了本披露的目的，稀釜馏物可以与滤饼固体组合以重构全釜馏物。糖浆可以与滤饼固体重组以重构浓稠全釜馏物。
全釜馏物的预处理
未处理的全釜馏物或浓稠全釜馏物含有不希望的组分，这些组分可以使用化学和酶处理中的至少一种进行改性或破坏，从而产生经预处理的全釜馏物。在一个实施例中，用化学品和酶中的至少一种处理未处理的釜馏物，以将乙酰胺的量减少到小于初始水平的50％。在不同的实施例中，乙酰胺被降低到小于初始水平的45％、40％、35％、30％、35％、10％、15％、10％、5％或1％。在不同的实施例中，可用于处理全釜馏物或浓稠全釜馏物的化学品可以是化学氧化剂、化学还原剂、化学催化剂、有机化学品、无机化学品、碱、酸及其组合。例如，可以使用臭氧或漂白剂去除臭味，或改性釜馏物中含有的木质素。
可替代地，可以用化学品和酶中的至少一种来处理要与滤饼重新组合以重构全釜馏物或浓稠全釜馏物的稀釜馏物或糖浆，从而产生经预处理的稀釜馏物或经预处理的糖浆。在一个实施例中，用化学品和酶中的至少一种处理未处理的稀釜馏物或糖浆，以将乙酰胺的量减少到小于初始水平的50％。在不同的实施例中，乙酰胺被降低到小于初始水平的45％、40％、35％、30％、35％、10％、15％、10％、5％或1％。在不同的实施例中，可用于处理未处理的稀釜馏物或糖浆的化学品可以是化学氧化剂、化学还原剂、化学催化剂、有机化学品、无机化学品、碱、酸及其混合物。例如，可以使用臭氧或漂白剂去除臭味，或改性未处理的糖浆中含有的木质素。在一个实施例中，用硫酸处理未处理的稀釜馏物或糖浆并加热以降低所得经预处理的糖浆中的乙酰胺的浓度。术语经预处理的全釜馏物包括从经预处理的稀釜馏物或糖浆和滤饼重构的全釜馏物。
全釜馏物或浓稠全釜馏物的酶处理可以通过添加酶来破坏或改性一些其不希望的组分来进行。
在一个实施例中，未处理的全釜馏物、稀釜馏物或糖浆用硫酸处理或用氧化钙或氢氧化钠处理并加热以降低所得经预处理的全釜馏物中的乙酰胺的浓度。在实施例中，将全釜馏物、稀釜馏物或糖浆的pH降低至小于pH 4或小于pH 3或小于pH 2.5。在实施例中，将pH提高至大于pH 10、大于pH 11、或大于pH 11.5。在实施例中，然后将具有改变的pH的全釜馏物、稀釜馏物或糖浆加热到至少约90℃、至少约95℃或至少约100℃的温度持续足以减少乙酰胺的量的时间。
未处理的全釜馏物、稀釜馏物或糖浆的酶处理可以通过将酶添加到未处理的全釜馏物、稀釜馏物或糖浆中来破坏或改性一些其不希望的组分来进行。减少在此提供的组合物中的乙酰胺的量的酶可以称为乙酰胺处理酶。可用于酶处理的酶可以包括来自各种来源的酶，例如来自细菌或真菌微生物的酶。可用于酶处理的酶可以包括来自细菌或真菌微生物(例如假单胞菌属、翘孢霉属、芽孢杆菌属、短杆菌属、曲霉属、酵母属或地杆菌属(Geomicrobium))的酰胺酶。来自假单胞菌属细菌的微生物酰胺酶是在本领域和/或商业上可获得的。实例包括来自绿脓假单胞菌的酰胺酶(西格玛-奥德里奇公司(Sigma-Aldrich)，圣路易斯，密苏里州，#A6691；Andrade等人，2007，JBC，282(27)：19598-19605；Shanker等人，1990，Arch.Microbiol.[微生物学文献集]154：192-198)。来自裸胞壳属的酰胺酶(Mybiosource.com，圣地亚哥，加利福尼亚州，#MBS1150173)也是可商购的。酶可以包括本领域已知的一种或多种其他酰胺酶，例如来自以下项的那些：嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillussterothermophilus)BR388(Cheong等人，2000，Enzyme and Microbial Technol.[酶与微生物技术]，26：152-158)、短杆菌属菌株R312(Mayaux等人，1990，J.Bacteriol.[细菌学杂志]第6764-6773页)、芽孢杆菌属BR443(Kim和Oriel，2000，酶与微生物技术第492-501页)、构巢曲霉(US6548285；基因库登录号HM015509.1)、米曲霉(US6548285)、黑曲霉(EP0758020)、酿酒酵母(US6548285)或地杆菌属JCM 19037(基因库登录号GAK00267)。减少在此提供的组合物中的乙酰胺的量的酰胺酶可以称为乙酰胺酶。在实施例中，乙酰胺处理酶可以是脲酶。在一些实施例中，该脲酶不是来自刀豆(Canavlia ensiformis)(洋刀豆(jack bean)；西格玛-奥德里奇公司，#U1500)的脲酶。
因此，与未处理的全釜馏物、稀釜馏物或糖浆中的乙酰胺的量相比，经预处理的全釜馏物、稀釜馏物或糖浆可以包含减少量的乙酰胺，并且因此，所得经预处理的全釜馏物或经预处理的浓稠全釜馏物可能更适合于在本披露中应用。
添加剂
根据本披露，全釜馏物或浓稠全釜馏物，其中任一种是未处理的或预处理的，可单独用作园林应用组合物。该园林应用组合物对园林提供了益处，包括但不限于用于所希望的植物材料的支持和生长、杂草控制、土地侵蚀控制和粉尘控制。另外，全釜馏物或浓稠全釜馏物可以补充有各种类型的增强园林应用组合物特性的添加剂。
在一个实施例中，添加剂是改善植物材料的支持和生长的添加剂。这种类型的添加剂可以包括土壤、一种或多种土壤改良材料(包括土壤调理材料)、施肥材料、植物营养物等。
土壤改良材料是当施用于土壤时，改善土壤的特性使得植物生长和/或产率增加的物质。可以改善的土壤特性包括但不限于pH、排水、提供植物营养物、土壤结构、渗透性、水分入渗、通气、阳离子交换能力和保水性。在本发明中可以使用可混合的任何土壤改良材料。典型地所使用的土壤改良材料是微粒状、以及粉状、多尘或颗粒状的材料。土壤改良材料的一些实例包括但不限于泥炭苔、木屑、草屑、秸秆、堆肥、粪肥、生物固体、植物纤维、锯屑、木灰、蛭石、珍珠岩、石灰(也是石灰岩)、石膏、粘土、粘土矿物、骨粉、轮胎块(tirechunks)、豆粒砾石和沙。这些材料中的任一种可以被加工成可混合形式以包含在本分明的植物生长载体中。土壤改良材料可以单独使用或以各种组合和混合物使用。
可起肥料的作用的附加材料可以添加到全釜馏物中以帮助植物生长。可以在本披露中使用的施肥材料的实例包括但不限于：由天然细菌、真菌和机械手段提供的并且任选地与由各种细菌培养物如固氮菌和根瘤菌以及其组合颗粒化的牛粪、动物皮肤、家禽饲养场粪肥、糖厂的压榨泥渣、养蚕废物、椰子纤维、骨粉和火山岩混合的蔬菜废物和可生物降解废物。此外，作物活性化学品如农药、杀真菌剂、除草剂等可以单独或以任何组合作为添加剂添加到全釜馏物中。
植物改良剂材料可以包括在本发明的园林应用组合物中。源自植物的这些材料是例如秸秆，和由植物制造的材料如植物纤维、纸板、报纸、纸张、废纸、树皮、切碎的木材、木浆、切碎的植物、纤维素，农业废弃物(玉米秆、甘蔗渣等)或能源植物作物(柳枝稷、芒草、芦竹、***)以及根，叶子，乔木，灌木，花，草，及其混合物。可以包括这些材料以改变园林应用组合物的特性，例如以稀释全釜馏物的组分、提供机械支持、增加体积、增加或减小密度、增加容积等。这些材料中的至少一种可以包括在本发明的园林应用组合物中用于杂草控制、土地侵蚀控制和/或粉尘控制。例如，本发明的园林应用组合物可以应用于火灾后烧毁的荒野区域。
植物种子可以包括在用于水力播种应用的本发明的园林应用组合物中。增粘剂可以包括在本发明的园林应用组合物中。这种类型的添加剂提供粘附性并且可用于例如用于水力播种、杂草控制、地面覆盖或侵蚀控制或粉尘控制的园林应用组合物中。
上述材料和任何其他适合于与全釜馏物一起包括以增强园林应用特性的附加化学品或材料被称为一种或多种“添加剂”。
可以基于所希望的园林应用材料的功能来确定有待与全釜馏物一起包括在园林应用材料中的一种或多种添加剂的性质。例如，为了对植物材料的生长提供支持，确定施用于土壤时特定作物或花的需要，并且包括添加剂以满足这些需要。
植物营养物
一种或多种植物营养物可以是包括在本发明的园林应用组合物中的添加剂。植物营养物包含大量和微量营养物。如在此所定义，主要大量营养物是氮(N)、磷(P)和钾(K)。这些大量营养物对于植物生长是重要的并以相当大量以被认为适合于每种单独植物类型的任何组合和比例被植物使用，然而，它们并不总是在天然土壤中充分可获得以支持植物的持续生长。此外，作物的生产将这些至关重要的大量营养物从土壤中除去。关键的大量营养物，如植物生长所必需的氮，将通过作物的生产容易地从土壤中除去。
用于植物的氮主要由尿素提供，并且在较小程度上由硝酸铵组分的铵离子提供。氮对于所有新植物原生质的形成都是至关重要的。叶绿素是氮化合物，并且氮也被植物大量用于形成茎和叶。血液、骨骼或大豆粉或粪肥或堆肥茶的干燥残渣也可用作氮的替代有机来源。其他氮源可以包括羟甲基脲、异丁烯脲或氨。
磷主要由磷酸钙和磷酸二铵提供。植物需要磷用于光合作用、植物内的能量转移以及良好的花和果实生长。粉状骨粉、磷酸盐岩和磷酸也可用作磷源。钾主要由氯化钾提供，并且在小得多的程度上由海藻提供。钾被植物用于糖的制造和移动以及细胞***中。钾对于根系发育是必要的并且帮助植物保留水分。磷的其他可能来源将是木灰、花岗岩粉尘、氯化钾、硝酸钾、硫酸钾和碳酸钾。
在本工艺中适合于植物生长的微量营养物(也称为微量元素)包括但不限于：钙、镁、铁、锰、硫、钼、碘、硅、锌、铜、硼及其组合。这些微量营养物可以与大量营养物一起或者单独添加到全釜馏物中用于支持植物的生长。
以上列出的任何营养物可以在制备植物营养物时单独使用或与其他营养物和/或化学品组合使用。任何给定制剂中的配制品和大量营养物与微量营养物的比率由具体植物要求决定。
园林处理
将如上所述的全釜馏物和至少一种添加剂组合在园林应用组合物中。在一些实施例中，该全釜馏物是浓缩的全釜馏物和经预处理的全釜馏物中的至少一种。如果需要，将添加剂典型地尺寸减小到可混合形式，例如通过剁碎、切碎、研磨等。使用任何混合方法例如通过混合、共混、搅拌、摇动、倾倒、倾卸在一起或使用搅拌器如混合器或桨式混合器，使组合物的组分接触。所得的园林应用组合物典型地是固体在液体中的浆液。在一个实施例中，该全釜馏物和任何包括的添加剂提供该园林应用组合物的最高达60质量％的干固体含量。该组合物的其余部分是含有水溶性组分的水。该全釜馏物可提供约7至60质量％的干固体含量。植物改良材料可提供约0至52质量％的干固体含量。土壤改良材料可提供约0至52质量％的干固体含量。其他添加剂的百分比可以根据添加剂和该园林应用组合物的希望效果而变化。
通过将全釜馏物施用到园林而用该全釜馏物处理该园林，该全釜馏物可以是浓缩的全釜馏物和经预处理的全釜馏物中的至少一种并且可以与至少一种添加剂接触。施用可以通过任何方法，例如通过喷雾、耙、铺展、耕种、滴落等。所得到的经处理的园林具备至少一个益处，其可以包括但不限于对植物生长的支持、杂草控制、侵蚀控制、粉尘控制和水力播种。
实例
在以下实例中进一步定义本发明。应当理解的是，尽管这些实例说明了本发明的优选实施例，但它们仅是通过说明的方式给出的。通过上述论述和这些实施例，本领域的技术人员可确定本发明的必要特征，并且在不脱离本发明的精神和范围内的前提下，可对本发明进行各种变化和修改以使其适应多种用途和条件。
缩写
使用的缩写的含义如下：“s”是秒，“min”是指分钟，“h”或“hr”是指小时，“μL”或“μl”是指微升，“mL”或“ml”是指毫升，“L”或“1”是指升，“m”是指米，“nm”是指纳米，“mm”是指毫米，“cm”是指厘米，“μm”是指微米，“mM”是指毫摩尔，“M”是指摩尔，“mmol”是指毫摩尔，“μmole”是指微摩尔，“g”是指克，“μg”是指微克，“mg”是指毫克，“kg”是千克，“rpm”是指每分钟转数，“C”是摄氏度，“ppm”是指百万分率，“cP”是厘泊，“g/l”是指每升克数，“SSU”是以秒计的赛波特通用粘度(Saybolt Universal Viscosity)，“μE/m2”是每平方米微爱因斯坦(microeinsteins)。
分析方法
在配备有自动进样器和火焰离子化检测器的Agilent Technologies HP 6890气相色谱仪***上通过气相色谱法分析样品中的乙酰胺浓度。所使用的气相色谱柱是Agilent Technologies J&W DB-FFAP(30m×250μm ID×0.25μm标称厚度柱)。环丁砜被用作外部参考。在225℃的注射口温度下，以75.0∶1的分流比和102mL/min的氦气流速注入一微升样品。将含有该柱的烘箱以15℃/min的速率从80℃加热至250℃并且然后在250℃下保持3分钟。将火焰离子化检测器设定在250℃，其中氢气流速为35mL/min并且空气流速为350mL/min。
实例1(预言的)
在盆中植物生长期间使用全釜馏物控制杂草
通过蒸馏水和挥发物将从木质纤维素生物质发酵工艺作为副产物获得的全釜馏物浓缩至约25质量％的干固体。然后将切碎的报纸加入到全釜馏物中，直到达到混合物的所希望的稠度。然后将该混合物加入已在盆栽土中的盆栽的植物中。将杂草植物的种子也加入到该盆栽土中。还用盆栽土、相同的植物种子和添加的杂草植物种子不施用该全釜馏物和切碎的报纸建立了对照实验。包含该全釜馏物和切碎的报纸的盆控制杂草生长并且因此与其中没有施用材料的对照盆相比，含有少得多的杂草。
实例2
糖浆的化学处理(硫酸)
将具有1.83重量百分比乙酰胺浓度的木质纤维素糖浆(1.0179g)与4.9545g去离子水在配备有涂覆的磁力搅拌棒的20mL小瓶中混合，以产生具有0.339重量百分比乙酰胺浓度的稀释的木质纤维素糖浆。加入浓硫酸(98％，0.0770g)以将溶液的pH降低至2.05。将该小瓶密封并在搅拌下在100℃下加热22h。分析后，确定稀释的木质纤维素糖浆含有0.039重量百分比的乙酰胺。
实例3
在高PH(氧化钙)下的糖浆的处理
将具有1.83重量百分比乙酰胺浓度的木质纤维素糖浆(1.0220g)与4.9527g去离子水在配备有涂覆的磁力搅拌棒的20mL小瓶中混合，以产生具有0.378重量百分比乙酰胺浓度的稀释的木质纤维素糖浆。加入氧化钙(0.1329g)以使溶液的pH升高至11.97。将该小瓶在100℃下加热并搅拌22h。确定稀释的木质纤维素糖浆含有0.121重量百分比的乙酰胺。
实例4
在高PH(氢氧化钠)下的糖浆的处理
将具有1.83重量百分比乙酰胺浓度的木质纤维素糖浆(1.0214g)与4.9497g去离子水在配备有涂覆的磁力搅拌棒的20mL小瓶中混合，以产生具有0.378重量百分比乙酰胺浓度的稀释的木质纤维素糖浆。加入氢氧化钠(0.1094g)以使溶液的pH升高至11.95。将该小瓶在100℃下加热并搅拌22h。确定稀释的木质纤维素糖浆含有0.178重量百分比的乙酰胺。
实例5
用洋刀豆脲酶的糖浆的酶处理
将具有1.83重量百分比乙酰胺浓度的木质纤维素糖浆(2.4026g，2.3895g，2.3513g，2.3175g)加入到四个单独的各自配备有涂覆的磁力搅拌棒的4mL小瓶中。将大约相同量的脲酶(得自西格玛-奥德里奇公司，圣路易斯，密苏里州，目录号U1500，类型III，粉末，15,000-50,000单位/g固体)加入到每个小瓶中(分别为2.4mg，2.6mg，3.0mg)。没有将脲酶加入第四个小瓶(对照)。将这些小瓶在室温下搅拌。在2h、7h和24h后，将每个小瓶从磁力搅拌器中移出并取样。在每个时间段结束时，所有小瓶都具有1.83重量百分比的乙酰胺浓度。

Claims (16)

1.一种用于园林应用的组合物，该组合物包含木质纤维素全釜馏物和至少一种添加剂，其中该全釜馏物是木质纤维素生物质发酵工艺的副产物。
2.如权利要求1所述的组合物，其中该全釜馏物是浓稠全釜馏物。
3.如权利要求1所述的组合物，其中该木质纤维素全釜馏物是经预处理的全釜馏物。
4.如权利要求3所述的组合物，其中该经预处理的全釜馏物已用至少一种化学品或至少一种酶进行处理。
5.如权利要求4所述的组合物，其中该化学品选自下组，该组由以下各项组成：化学氧化剂、化学还原剂、化学催化剂、有机化学品、无机化学品、碱、酸、以及其组合。
6.如权利要求1所述的组合物，其中该添加剂选自下组，该组由以下各项组成：至少一种增粘剂、至少一种植物营养物、至少一种植物改良剂材料、至少一种土壤改良材料、至少一种施肥材料、至少一种作物活性化学品、植物种子、以及其任何组合。
7.如权利要求6所述的组合物，其中该增粘剂是基于植物的产品和聚合物乳液共混物中的至少一种。
8.如权利要求7所述的组合物，其中该增粘剂选自下组，该组由以下各项组成：瓜耳胶、车前子、淀粉、丙烯酸类共聚物、丙烯酸类聚合物、甲基丙烯酸酯的液体聚合物、丙烯酸酯的液体聚合物、丙烯酸钠的共聚物、丙烯酰胺的共聚物、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺的共聚物、和水胶体聚合物。
9.如权利要求6所述的组合物，其中该至少一种植物改良剂材料选自下组，该组由以下各项组成：根，叶子，乔木，灌木，花，草，秸秆，由植物制造的材料如植物纤维、纸板、报纸、纸张、废纸、树皮、切碎的木材、木浆、切碎的植物、纤维素，农业废弃物如玉米秸秆、甘蔗渣，能源植物作物如柳枝稷、芒草、芦竹、***，以及其混合物。
10.如权利要求6所述的组合物，其中该植物种子是草种子。
11.一种用于处理园林的方法，该方法包括：
a)提供木质纤维素全釜馏物；并且
b)将该木质纤维素全釜馏物施用于该园林；
其中该全釜馏物是木质纤维素生物质发酵工艺的副产物，并且其中产生经处理的园林。
12.如权利要求11所述的方法，其中该全釜馏物是浓缩的全釜馏物和经预处理的全釜馏物中的至少一种。
13.如权利要求12所述的方法，其中该经预处理的全釜馏物已用至少一种化学品或至少一种酶进行处理。
14.如权利要求11所述的方法，进一步包括使(a)的全釜馏物与至少一种添加剂接触以产生园林应用组合物。
15.如权利要求14所述的方法，其中该添加剂选自下组，该组由以下各项组成：至少一种增粘剂、至少一种植物营养物、至少一种植物改良剂材料、至少一种土壤改良材料、至少一种施肥材料、至少一种作物活性化学品、植物种子、以及其任何组合。
16.如权利要求11、12、13、14或15所述的方法，其中该经处理的园林具备以下项中的至少一项：
a)支持植物生长；
b)杂草控制；
c)侵蚀控制；
d)粉尘控制；和
e)水力播种。
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