TW201040279A

TW201040279A - Improved biomass pretreatment process

Info

Publication number: TW201040279A
Application number: TW099109296A
Authority: TW
Inventors: Mirko Garbero; Piero Ottonello; Comettini Marco Cotti; Simone Ferrero; Paolo Torre; Francesco Cherchi; Andrea Bonanni
Original assignee: Chemtex Italia S R L
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2010-11-16
Also published as: AU2010231587A1; BRPI1007595A8; CN102388144A; KR20120007021A; WO2010113129A3; PT2414531T; US20160115320A1; RU2551320C2; US20120104313A1; PE20120928A1; ECSP11011416A; TN2011000481A1; SI2414531T1; MX2011010189A; CN102388144B; HRP20210923T8; ES2873928T3; HUE054710T2; PL2414531T3; RU2011143865A

Description

201040279 六、發明說明：【發明所靥之技術領域】發明領域 (無）【先前技術】發明背景於生物質領域中，將木質纖維素生物質變換成乙醇乃 0 常見實務。若生物質爲含多醣之生物質且屬木質纖維素，常使用預處理來確保木質纖維素內容物之結構更加爲酵素所可接近，同時有害的抑制性副產物諸如，乙酸、糠醛及羥甲基糠醛之濃度通常爲高而造成進一步加工處理上的問題。就一般而言，處理愈苛刻，則材料之纖維素內容物更加爲可接近。蒸汽爆裂之苛刻度於參考文獻中稱作爲Ro，且爲時間與溫度之函數，表示爲 O R〇 = t.e[(T- 1 0 0 )/ 1 4.7 5 ] 溫度T係以攝氏度數表示，而時間t係以常用單位表示。該公式也表示爲Log(Ro)，亦即

Log (Ro) = Ln(t) + [(T- 1 00)/1 4.75]。一般認爲高R〇値係與高含量非期望的副產物有關，其抑制生物質之水解及發酵，諸如糠醛。 NREL 第 TP-42 1 -4978 號報告，1 992 年 11 月，McMillan J.D.，「用於預處理木質纖維素生物質之方法：綜論」甚 201040279 至於其結論中斷言「基於蒸汽爆裂之方法…終究不具吸引力，原因在於分解產物的形成減低了產量」，且力勸硏究替代之道，諸如基於氨纖維爆裂及超臨界流體之處理。因此仍然需要有具有高R〇之苛刻處理，其同時產生含低糠醛之產物。【發明內容】發明槪要本說明書中揭示一種用以改善生物質之預處理之方〇法，其包括下列步驟：於loo °C至210 °c，較佳爲140 °c至 2 1 0°C之溫度範圍，將生物質原料浸泡於氣態水或液態水歷經1分鐘至2 4小時，較佳1分鐘至1 6小時，更佳1分鐘至2.5 小時’及最佳1分鐘至2小時來形成含有乾含量及第一液體之已浸泡的生物質：自該已浸泡的生物質中分離至少部分第一液體來形成第一液體流及第一固體流，其中該第—固體流包含該已浸泡的生物質；蒸汽爆裂該第一固體流來形成包含固體及第二液體之一經蒸汽爆裂流；自該蒸汽爆裂 ^ 流中選擇性地分離至少若干第二液體來形成第二液體流及第二固體流。也揭示該方法可包含將該第一液體流之液體中之至少部分組合該第二固體流之額外步驟。也揭示第三選擇性步驟，其中於將該經蒸汽爆裂流導入該分離步驟前，該經蒸汽爆裂流係以至少第三液體洗滌來形成第三液體流。揭示額外純化步驟’其中於組合該第一液體流與該第二固體流之前，該第一液體流係經純化來形成第—已純化 201040279 之液體流。揭示一額外步驟，其中該第二液體流係經純化來形成第二已純化之液體流，及然後該第二已純化之液體流係與該第二固體流組合。進一步揭示純化該第三液體流及然後將其與第二固體流組合。揭示壓榨作爲自該已浸泡的生物質中分離液體之方法。 Ο 揭示閃蒸作爲純化該第一液體流之步驟。進一步揭示進行此項閃蒸而未於閃蒸前將第一液體流之壓力減低至大氣壓。進一步揭示於自該已浸泡的生物質中分離第一液體結束時’係於該第一液體流之壓力進行閃蒸。揭示液體流中之任一者及全部組合進行或分開進行蒸汽汽提。也揭示使用得自蒸氣爆裂步驟及/或浸泡步驟之蒸汽。也揭示使用活性炭純化液體流中之任一者。也揭示於〇至少部分第二固體流已經水解後，可組合各液流。本說明書中也揭示得自該方法之新穎組成物，包含固體、液體、以該組成物之液體及固體中之***聚糖及木聚糖及***糖及木糖之單體、二聚體、寡聚體及聚合物含量爲基準之定量C5’s、以組成物之液體及固體中之葡聚糖含量爲基準（其包括葡聚糖之單體、二聚體、寡聚體及聚合物）之定量C6’s、及糠醛，其中該C5’s含量對該C6’s含量之比爲小於0.50，而糠醛（經常性存在於該組成物）對C5，s 201040279 及C6’s添加總量之比爲〇至0.0140，也表示爲大於〇至小於 0.0140; 0至0.0100，也表示爲大於〇至小於o.oioo ; 〇至 0.0060，也表示爲大於〇至小於0.0060; 0至0.0040，也表示爲大於〇至小於0.0040 ; 0至0.0030，也表示爲大於〇至小於 0.003 0; 0至0.0020，也表示爲大於0至小於0.0020 ; 0至 0.0010，也表示爲大於0至小於0.0010;或〇至0.0009，也表示爲大於〇至小於0.0009。進一步揭示€5’5量對€6’3量之比係小於〇 . 4 4 » Ο 揭示另一種新穎生物質組成物，包含固體、液體、以該組成物之液體及固體中之***聚糖及木聚糖及*** 糖及木糖之單體、二聚體、寡聚體及聚合物含量爲基準之定量C5’s、以組成物之液體及固體中之葡聚糖含量爲基準 (其包括葡聚糖之單體、二聚體、寡聚體及聚合物）之定量 C6’s、及糠醛，其中該C5’s含量對該C6’s含量之比爲小於 0.50，而糠醛含量對C5’s及C6’s添加總量之比爲0至0.09，也表示爲大於〇至小於0.09 ; 0至0.0060，也表示爲大於0至 ^ 小於0.0060; 0; 0至0.0050，也表示爲大於0至小於0.0050 ; 0至0.0040，0至0.0030，也表示爲大於0至小於0.0030;及0 至0.0016，也表示爲大於0至小於0.0016等範圍中之任一者。進一步揭示該等新穎組成物中之任一者之總重計，固體含量係於3 %至8 5 % ; 3 %至6 5 % ; 3 %至2 0 % ; 1 1 %至9 9 % ; 1 4 % 至 9 9 % ; 1 6 % 至 9 9 % ; 1 9 % 至 9 9 % ; 2 1 % 至 9 9 % ; 2 4 % 至 99% ； 2 6%至 9 9 % ; 2 9 %至 99% ; 3 1 %至 9 9% ; 3 6%至 99% ;及 4 1 % 至 9 9 %。 201040279 【實施方式】較佳實施例之詳細說明於本上下文之全部情況下，「流」一詞係用來表示其也包含材料。例如，第二液體流包含第二液體，第二已純化之液體流包含第二已純化之液體。組合流表示各流中之材料經混合。本方法係作用於原料流中之原料上。原料流係包含具有乾含量及水之生物質。通常該水並非自由態水，反而係〇吸收入生物質本身內部的水。此種生物質常係根據其乾含量（非水）表示。20%乾含量生物質係對應於具有8〇%水及 20%非水或稱作固型物含量的生物質。生物質及水一詞爲該生物質之乾含量加所吸收的又及自由態水及可能已經添加之水。舉例言之，對100千克具有20%乾含量之生物質而言，生物質加水之含量爲100千克。對100千克具有20%乾含量之生物質加10千克水而言，生物質加水之含量爲110 千克。〇一 w 相信所述方法可利用生物質與水之原料流，此處該乾物質含量對原料流之水較佳爲20-80%，或21-80 %，較佳 25 -70% ’ 或 26-70%，更佳 25-60%，或 26-60%，又更佳 2 5 _ 5 0 ’ 或 2 6 - 5 0 %，或 2 5 - 4 0 %，或 2 6 % 至 4 0 %，及最佳 2 5 - 3 5 %，或 2 6 - 3 5 %，或 2 6 - 3 4 %，或 3 1 % 至 4 9 %。處理後’以組成物之總重爲基準，固體含量可於3 %至 8 5 %、3 °/。至 8 5 %、3 % 至 6 5 %、3 % 至 2 0 %、1 1 % 至 9 9 % : 1 4 % 至 9 9 % ; 1 6 % 至 9 9 % ; 1 9 % 至 9 9 % ; 2 1 % 至 9 9 % ; 2 4 % 至 9 9 % ; 201040279 2 6 % 至 9 9 % ; 2 9 % 至 9 9 % ; 3 1 % 至 9 9 % ; 3 6 % 至 9 9 % ;及 4 1 % 至 99 %之範圍中之任一者。如此另外可以最小乾含量表示’亦即以乾含量相對於原料流中之水的重量百分比表示。如此係相當於至少20重量百分比乾含量’較佳至少25重量百分比乾含量’更佳至少30重量百分比乾含量，及最佳至少40重量百分比乾含量。此含量之上限係以100%界定，但實際上’若此等含量係以範圍表示，則8 0重量百分比爲其上限。 Ο 因此，適合本發明之範圍爲具有大於3 %、1 5 %、20%、 2 1 %、2 5 %、2 6 %、3 0 %、3 1 %、3 5 %、3 6 %、4 0 %、5 0 %、6 0 %、及8 0%之乾含量，而對各上限具有100%或90%之下限。生物質之纖維及粒徑分布可能涉及〇毫米至150毫米，較佳5毫米至125毫米，更佳10毫米至100毫米，又更佳15 毫米至30毫米至90毫米或20毫米至80毫米，及最佳26毫米至70毫米之範圍。纖維及粒徑之較佳分布係定義爲至少20 %(w/w)生物質 Θ 係於該較佳間隔以內。植物生物質爲較佳原料。除了澱粉外，植物生物質中的三種主要成分爲纖維素、半纖維素及木質素，常係以俗名木質纖維素稱之。作爲俗名的含多醣之生物質包括澱粉生物質及木質纖維素生物質二者。因此，某些原料類別可爲植物生物質、含多醣之生物質、及木質纖維素生物質。典型木質纖維素生物質將含有纖維素，而該含量係占該乾生物質重量之至少5%重量比，占該乾生物質重量之至少 201040279 10 %至2〇 %重量比。木質-纖維素生物質也可含有澱粉含量較佳係低於50%重量比，以低於45%、35%及15%重量比爲更佳。若該生物質爲含多醣之生物質，且爲木質纖維素，常使用預處理來確保木質纖維素內容物的結構爲酵素所更能接近’及同時，有害抑制性副產物諸如，乙酸、糠醛及羥甲基糠醛之濃度維持實質上爲低。根據本發明之含多醣之木質纖維素生物質包括任一種〇含聚合醣類的材料，例如呈澱粉形式及精製澱粉、纖維素及半纖維素。根據本發明之用於水解及預處理之纖維素生物質及多醣木質-纖維素生物質相關類別可包括衍生自草類及更特別農作物之生物質’諸如：澱粉例如，含澱粉之穀粒及精製澱粉；玉米稈、蔗渣、禾稈例如得自稻米、小麥、黑麥、燕麥、大麥、油菜、高粱；針葉木例如歐洲赤松（Pinus sylvestris)'放射狀松（Pinus radiate);闊葉木例如柳種屬 ^ (SallxsPP.)、桉種屬（Eucalyptus spp·);塊莖例如甜菜、馬鈴薯；穀類植物得自例如稻米、小麥、黑麥、燕麥、大麥、油菜、高粱及玉米；廢水、得自沼氣加工的纖維部分、堆肥、得自油棕加工之殘質、城市固體垃圾等有類似的乾物質內容物者。木質-纖維素生物質原料較佳係得自通稱作草類的科別。適當名稱爲開花植物之百合綱（Li丨i〇psida)(單子葉植物 )中稱作爲禾本科（PoaCeae或Gramineae)的科別。此科植物 -10- 201040279 通稱爲草類，或爲了與其它類禾木植物區別，通稱爲真草類。也包括竹子。草類共有約600屬及約9,000至10, 〇〇〇種或以上（基尤（Kew)世界草種索引）。禾本科包括全球生長的主食穀物及穀類作物、草坪草及牧草、及竹。禾本科通常具有稱作爲莖稈的中空莖，其中於稱作莖節的間隔被堵塞（實心），葉子係自沿莖桿之該等點長出。草葉通常爲輪生葉、雙列葉（於一個平面）或罕見爲螺旋葉，及平行脈。各片葉子可區分爲環抱莖一段距〇離的一下葉鞘，及具有緣（通常爲全緣）的一葉片。多種草類之葉片係以二氧化矽植物矽體硬化，其有助於免於被放牧動物所吃草。於某些草類（諸如菖蒲），如此造成葉片邊緣刃夠銳利而可切割人類皮膚。稱作爲葉舌的膜狀附屬物或髮狀邊緣係位在葉鞘與葉門的接合部，防止水或昆蟲入侵葉鞘。草的葉片長在葉片基部而非自細長的莖梢長出。此種低生長點係涉及回應於放牧動物，允許草類規則地被吃草 Ο 或割草而對植株不會造成嚴重損傷。禾本科的花之排列特徵爲小穗花序，各個小穗花序有一朵或多朵小花（小穗花序又再分成圓錐花序或穗狀花序）。小穗花序包含於基部的兩個（或偶爾更少個）苞片，稱作爲穎片，接著爲一朵或多朵小花。一朵小花包含由稱作爲外稃（外部者）及內稃（內部者）的兩個苞片所圍繞的花。花通常爲雌雄同體（玉蜀黍爲例外，雌雄異花同株），及授粉幾乎總是藉風媒授粉。花被減少成二鱗片，稱作肉質鱗片， • 11 - 201040279 其脹縮而展開外稃及內稃；通常係解譯爲經修改之萼片。此種複雜結構可見於左側影像，繪出小麥（TritiCum Aestivum)穗狀花序。禾本科之果實爲穎果，其中種皮係融合至果皮，因而無法分離（如同玉米穗軸）。草類存在有三大類生長習慣；紮束型（也稱作簇生型）、匍匐莖型及地下莖型。草類的成功部分係仰賴其形態及生長程序，而部分係〇仰賴其生理多樣性。大部分草類劃分成兩組生理群：使用 C3及C4光合成徑路用於碳固定。C4草類具有光合成徑路鏈接至特化的克蘭茲（Kranz)葉解剖，該葉解剖特別適合熱帶氣候及二氧化碳含量低的大氣。 C3草類稱作爲「涼季節草類」，而C4植物稱作爲「溫熱季節草類」。草類可爲一年生或多年生。一年生涼季節草類之實例爲小麥、黑麥、一年生藍草（一年生草甸草、早熟禾及燕麥）。多年生涼季節草類之實例爲果園草（雞腳〇茅、鴨茅）、牛毛草（羊茅種屬（Festuca spp.))、肯塔基藍草及多年生黑麥草（Loliumperenne)。一年生溫熱季節草類之實例有玉蜀黍、蘇丹草及珍珠粟。多年生溫熱季節草類之實例有大須芒草、玫瑰草、百慕達草及軟枝草。草科之一種分類法有十二個亞科：1) anomochlooideae，闊葉草的一個小世系，包括兩屬 (Anomochloa、Streptochaeta); 2) Pharoideae，一小世系草，包括三屬，包括Pharus及囊粹竹屬（Leptaspis); -12- 201040279 3)Puelioideae，一小世系包括非洲屬Puelia ; 4)禾亞科 (Pooideae)，包括小麥、大麥、燕麥、白露草（Bronnus)及蘆葦草（拂子茅屬（Calamagrostis)) ; 5)竹亞科 (Bambusoideae)，包括竹子；6)稻亞科（Ehrhartoideae)，包括稻及野稻；7)蘆竹亞科（Arundinoideae)，包括蘆竹及蘆章；8)蜜糖草亞科（Centothecoideae)，11屬的小亞科，偶爾含括於黍亞科（Panicoideae) ; 9)虎尾草亞科 (Chloridoideae)，包括竹箭草（Eragrostis，約有 350種，包〇括teff)、鼠尾粟（鼠尾粟屬（Sporobolus，約有160種）、龍爪稷（Eleusine coracana(L.) Gaertn.)，及亂子草（亂子草屬 (Muhlenbergia)，約 175種）：10)黍亞科（Panicoideae)，包括稗子、玉蜀黍、高粱 '甘蔗、大部分粟、尼奧米（fonio) 及須芒草；ll)Micrairoideae; 12)Danthoniodieae，包括蒲葦；P〇a是南北兩半球各個溫帶區天生的一屬約500種草類。生長獲得其可食用的種子之農業草類稱作爲穀類。三種常見穀類爲稻米、小麥及玉蜀黍（玉米）。全部作物中有 Ο 70%屬於草類。甘蔗爲主要製糖來源。草類可用於建築。竹子製成的魔架可忍受可能折斷鋼製鷹架的颱風風力。大型竹子及蘆竹（Arundo donax)具有粗壯的莖稈，可以類似木材之方式使用；及草類根可穩定草皮房子的草皮。蘆竹用來製造木管樂器用的簧片，及竹子用於多項實務。因此較佳木質纖維素生物質係選自於由草類所組成之組群。換言之，較佳木質纖維素生物質係選自於由屬於禾 -13- 201040279 本科植物所組成之組群。若含多醣之生物質爲木質纖維素，則該材料於預處理前可切成多塊，此處20% (w/w)生物質較佳係於26毫米至70 毫米之範圍。經預處理的材料較佳於進入該處理程序前具有高於20%之乾物質含量。除了自該生物質釋放碳水化合物外，該預處理程序滅菌及部分溶解該生物質，及同時自該木質部分洗掉氯化鉀。生物質將含有某些化合物，其可水解成爲可得自該生 Q 物質之水解的水溶性類別。舉例言之，纖維素可水解成爲葡萄糖、纖維二糖、及高分子葡萄糖聚合物，且包括二聚物及寡聚體。纖維素係藉分解碳水化合物作用之纖維素酶水解成葡萄糖。普遍瞭解纖維素分解系統將纖維素酶劃分成三類：外-1，4-β-0-葡聚糖酶或纖維二糖水解酶（CBH)(EC ' 3.2.1.91)，其係自纖維素鏈末端裂解纖維二糖單元；內 -1，4-卩-〇-葡聚糖酶0〇)斤〇3.2.1.4)，其隨機水解纖維素鏈中的內部P-l，4-葡萄糖苷鍵：1，4-P-D-葡萄糖苷酶（EC 〇 3.2.1.21)，其水解纖維二糖成爲葡萄糖，及也自纖維寡醣裂解葡萄糖單元。因此，若生物質含有纖維素，則葡萄糖爲得自生物質水解的水溶性已水解類別。經由類似分析，半纖維素之水解產物爲得自生物質水解的水溶性類別，當然假設生物質含有半纖維素。半纖維素包括木聚糖、葡萄醛糖木聚糖、***糖木聚糖、葡萄糖甘露聚糖、及木糖葡聚糖。半纖維素中之不同的糖係藉半纖維素酶釋放。由於半纖維素之異質本質，半纖維素分 -14- 201040279 解系統係比纖維素分解系統更複雜。該等系統可能涉及內 -1，4-P-D-木聚糖酶（EC 3.2.1.8)，其水解木聚糖鏈內部的鍵結；l，4-p-D-木糖苷酶（EC3.2.1.37)，其係由非還原端攻擊木糖寡醣而釋放木糖；內甘露聚糖酶（EC 3.2.1.78)，其裂解內部鍵結；Μ-β-D-甘露糖苷酶（EC 3.2.1.25)，其將甘露糖寡醣裂解成甘露糖。側基係藉多種酶移除，諸如α-D-半乳糖苷酶（EC 3.2.1. 22)、α-L-*** 糖呋喃糖苷酶（EC 3.2.1.55)、a-D-葡萄醛糖苷酶（EC Q 3.2.1.139)、桂皮醯酯酶（EC3.1.1.-)、乙醯木聚糖酯酶 (EC3.1.1.6)及阿魏醯酯酶（EC3.1.1.73)。參考第1圖，該方法中之第一步驟爲生物質原料流1浸泡於物質諸如，呈氣態形式之水、蒸汽、或液態形式之水或液體與蒸汽之組合物（標示爲流2)來製造產物3。產物3爲含有第一液體之已浸泡的生物質，而第一液體通常爲水呈其液態或氣態或某種混合物形式。此項浸泡可藉將物質暴露於水之多項技術中之任一者〇進行，水可爲蒸汽或液體或蒸汽與液體的組合，或更常見爲暴露於高溫高壓水。溫度係於下列範圍中之任一者： 1 4 5 °C 至 1 6 5 °C 、1 2 0 °C 至 2 1 0 °C、1 4 0 °C 至 2 1 0 °C、1 5 0 °C 至 200°C、155°C至185°C、160°C至180°C。雖然時間可以冗長諸如，長達但少於2 4小時，或少於1 6小時，或少於1 2小時，或少於9小時，或少於6小時；暴露時間較佳爲相當短，自1 分鐘至6小時，自1分鐘至4小時，自1分鐘至3小時，自1分鐘至2.5小時，更佳自5分鐘至1.5小時，自5分鐘至1小時， -15- 201040279 自15分鐘至1小時。若使用蒸汽，則較佳爲飽和，但可爲過熱。浸泡步驟可爲批次式或連續式，伴隨有或未有攪拌。另一個實施例係顯示於第9圖，於高溫浸泡前，有低溫浸泡。低溫浸泡步驟之溫度係於25°C至90°C之範圍。雖然時間可以冗長諸如，長達但少於2 4小時，或少於1 6小時，或少於1 2小時，或少於9小時，或少於6小時；暴露時間較佳爲相當短，自1 分鐘至6小時，自1分鐘至4小時，自1分鐘至3小時，自〇鐘至2.5小時，更佳自5分鐘至1·5小時，自5分鐘至1小時，自15分鐘至1小時》此低溫浸泡步驟顯示於第9圖，31爲生物質原料，32 爲水或液體，33爲已經低溫浸泡的生物質，34爲液體，且可爲已經自該低溫浸泡的生物質分離的第四液體流，而1 爲於低溫浸泡後之生物質原料》任一個浸泡步驟也可包括添加其它化合物例如，硫酸、氨來達成後來於該處理程序中之較佳效能。〇然後，包含第一液體之產物3送至分離步驟，此處第一液體係與已浸泡之生物質分離。液體無法完全分離，因此分離至少部分液體’且較佳於經濟時框內分離儘可能大量液體。來自此分離步驟之液體稱作爲包含第一液體之第一液體流’於第1圖中標示爲5。第一液體將爲用於浸泡之液體’通常爲水及原料之可溶性類別。如表1至表1 6所示，此等水溶性類別爲葡聚糖、木聚糖、半乳聚糖、***聚糖、葡寡聚糖、木寡聚糖、半乳寡聚糖、及***寡聚糖。標 -16- 201040279 示爲4之固體生物質，稱作爲第一固體流，原因在於其含有大半（即使並非全部）的固體。液體之分離再度可藉已知技術進行，可能部分技術尙未發明。較佳設備爲壓機，原因在於壓機將於高壓下產生有用的液體，容後詳述。然後第一固體流4經蒸汽爆裂而形成已蒸汽爆裂流6。蒸汽爆裂爲生物質領域中之眾所周知的技術，今日已經可利用的及未來的任一種系統相信皆適合用於此一步驟。蒸 0 汽爆裂之苛刻度於參考文獻中已知爲R〇，且爲時間及溫度之函數，表示爲 R〇=tet(T- 1 0 0 )/ 1 4.7 5 ] 溫度T係以攝氏度數表示及時間t係以常用單位表示。該公式也表示爲Log(Ro)，亦即 Log(Ro) = Ln(t) + [(T- 1 00)/ 1 4.7 5 ]。如下操作條件揭示，本方法將產生高R〇下的固體組成物，其新穎之處在於其糠醛含量低。如資料顯示，糠醛並〇非生物質中天然出現的化合物。糠醛係於生物質暴露於高溫時製造。

Log((Ro)較佳係於 2.8 至 5.3、3至 5.3、3至 5.0 及 3至 4.3 之範圍。經蒸汽爆裂流可至少選擇性地以水洗滌，也可使用其它添加物。相信未來可使用任一種液體，故水並非絕對必需。目前以水爲較佳液體，若使用水，則視爲第三液體。來自選擇性洗滌的液體放流水爲第三液體流8。雖然顯示於 -17- 201040279 伴隨於本說明書附圖，但此洗滌步驟並非視爲必需而係選擇性》包含該已洗滌之已爆裂生物質之已洗滌之已蒸汽爆裂流標示爲7。已洗滌之已爆裂流然後經加工去除至少部分於該已洗滌之已爆裂材料中之液體。此分離步驟亦爲選擇性。至少部分移除一詞係提醒雖然期望移除儘可能大量液體（壓榨）’但不可能百分之百移除。總而言之，百分之百移除水爲非所需，原因在於需要水用於隨後之水解反應。〇此步驟之較佳處理再度爲壓榨，但其它已知技術及尙未發明之技術相信也適合。自此項處理分離之固體係於第二固體流10。標示流9爲第二液體流。第7圖之實施例顯示不含選擇性洗滌及自已經蒸汽爆裂材料分離液體之程序。然後’第一液體流之液體組合第二固體流之固體而形成流2 0。注意此項處理之產物極爲專一性，原因在於達成下列〇改良中之一者或多者： A) 帶有生物質中多種材料之抑制劑及對次一步驟 (例如催化水解、發酵、終產物分離）爲非期望產物之濃度係遠低於其它方法； B) 全面性半纖維素溶解產量係高於其它方法； C) 生物質去結構化相較於其它方法改良。本方法之新颖組成物係以其C5’s、C6，s及糖醒含量爲基礎加以特徵化。爲了避免稀釋效應，C5, S/C 6,8及糠醛對 -18- 201040279 C5’s加C6’s之表示法，糠醛之存在量係足夠特徵化新穎組成物。組成物中之總C5’s爲組成物中之***聚糖與木聚糖之和，其包括於組成物之液體及固體中之***糖及木糖之單體、二聚體、寡聚體及聚合物。組成物中之總06、爲葡聚糖含量，其包括液體及固體中之單體、二聚體、寡聚體及聚合物。如參考文獻中已知，典型經蒸汽爆裂生物質將具有糠〇醛對[C5’s加C6’s]之比X10000爲至少50,而C5’s對C6’s之比係大於0.55。如表13及表14之實驗流顯示，此處所述方法可製造具有糠醛含量大於零（經常性存在）的已經蒸汽爆裂產物，但具有糠醛對[C5’s加C6’s]之比xlOOOO爲小於60。因此預期可獲得具有C5’s對C6’s之比係於0.45至0.54之範圍，及糠醛對[C5’s加C6’s]之比xlOOOO爲〇至60’或更佳0 至50，或更佳0至30之組成物。也須注意於表13及表14中，產物之C5含量低，也減低糠醛含量。〇如由表13及表14可知，此等得自蒸汽爆裂之組成物可特徵化爲經常性含有糠醛，且具有C5’s對C6’s之比係小於〇_45，及糠醛對[C5’s加C6’s]之比xlOOOO爲小於40，或更佳 C5’s對C6，s之比係小於0.45 ’及糠醛對[C5’s加C6’s]之比 xlOOOO爲小於15，或更佳C5’s對C6’s之比係小於0.45，及糠醛對[C5’s加C6，s]之比xlOOOO爲小於1〇;或更佳C5’s對C6’s 之比係小於0.40，及糠醛對[C5’s加C6’s]之比xlOOOO爲小於 4 0，或水更佳C 5 ’ s對C 6，s之比係小於〇 . 4 〇，及糠醛對[C 5 ’ s -19- 201040279 加C 6 ’ s ]之比x 1 0 0 0 0爲小於9，C 5 ’ s對C 6 ’ s之比係小於0.3 5，及糠醛對[C5’s加C6’s]之比xlOOOO爲小於10，或甚至更佳 C5’s對C6’s之比係小於0.30，及糠醛對[C5’s加C6’s]之比 xlOOOO爲小於7。也如表13及表14所示，液體流之組成亦屬獨特，且可描述爲經常性含有糠醛，且具有C5’s對C6’s之比係大於 4.0，及糠醛對[C5’s加C6’s]之比xlOOOO爲小於80，或更佳 €5、對〇6’3之比係大於4.0，及糠醛對[〇5’3加〇6、]之比 Ο X1 0000爲小於60，或甚至更佳C5’s對C6’s之比係大於4.0 , 及糠醛對[C5’s加C6’s]之比xlOOOO爲小於30 ;或C5’s對C6，s 之比係大於3.0，及糠醛對[C5’s加C6’s]之比xlOOOO爲小於 160之更寬廣的範圍。也預期涵蓋經常性含有糠醛，且具有C5’s對C6，s之比係大於1.0，及糠醛對[C5’s加C6’s]之比xlOOOO爲小於800，或更佳C5’s對C6’s之比係大於1.0，及糠醛對[C5’s加C6，s] 之比xlOOOO爲小於700，或甚至更佳C5’s對C6’s之比係大於 ^ 1.0，及糠醛對[C5’S加C6’s]之比X10000爲小於400 ;或C5，s 對C6’s之比係大於1.0，及糠醛對[C5’s加C6’s]之比xl00〇〇爲小於3 00之較窄的寬廣範圍之液體流組成物。該方法之進一步進展，第2圖係純化第一液體流來移除又更大量抑制劑諸如，乙酸、甲酸、乙醯丙酸、糠酸、 5-HMF、酚系化合物及更一般性，任何於先前步騾可能形成的非期望產物。若干此等化合物係藉閃蒸移除，閃蒸爲較佳方法，俾便探勘於壓榨後流之溫度及壓力。 -20- 201040279 例如，第一液體流（溫度：185°C，飽和液相）使用習知條件閃蒸至大氣壓。對1〇〇克接受閃蒸之進料流含有〇」克糠醛’ 2克乙酸，〇」克甲酸及82克水，去除0.045克糠醛， 0.024克乙酸，〇.〇6克甲酸及14.7克水。如此表示45 %糠醛， 12%乙酸，6%甲酸及17%水被去除而無任何額外操作成本，且糖類並無任何損耗。閃蒸步驟之另一項優點爲於已純化之液體流1 1中之糖類被濃縮。〇於閃蒸程序中，分離中來自於壓榨的壓力較佳係保留至材料送至閃蒸槽及揮發物被去除爲止。第一液體流之純化再度可藉任何其它已知技術（例如蒸汽汽提）等若干尙未發明之技術進行。此第一已純化之材料係出現於第一已純化之材料流11，及然後組合第二固體流10。又更進一步精製係說明於第3圖，該步驟係將選擇性的洗滌流出流亦即第三液體流8純化成第二已純化之液體流 12’及然後組合第二固體流1〇。由於揮發物之本質，使用〇習知方法或非習知方法蒸汽汽提相信爲較佳辦法，甚至可利用任何其它方法或已知技術及尙未發明之方法及技術。基於其組成’若屬可能，來自於蒸汽爆裂之蒸汽較佳係用來進行蒸汽汽提。同理參考第3圖，可純化第二液體流9來形成於第二已純化液體流13中之第二已純化液體且與第二固體流1〇中之材料組合。再度’由於已知屬性，相信蒸汽汽提爲較佳解決之道。 -21- 201040279 由於蒸汽提爲常見，相信該方法之較佳實施例係於同一個單元蒸汽汽提第二液體流及第三液體流。也相信通常於閃蒸後蒸汽汽提用於第一已純化之液體流爲較佳。因此另一個實施例爲第4圖’此處液體流係於同一個單元純化，較佳蒸汽汽提至產物已純化流14，其然後組合第二固體流 10 〇若屬可能’基於其組成’來自於蒸汽爆裂之蒸汽可用於進行任何蒸汽汽提。〇例如於第2圖表示之方法中，其中純化步驟包含第一液體流5之大氣壓閃蒸步驟及隨後所得液體之蒸汽汽提步驟，利用藉蒸汽爆裂所產生的全部蒸汽進行，結果導致去除第一液體流5所含的30%水，80%乙酸，85%糠醛及65%甲酸。依據生物質之原料及類別而定，若需進一步純化，則已純化流14可使用第5圖之另一方法純化，諸如活性木炭 (activated charcoal)、活性碳（activated carbon)、分子篩或 Ο 膜來製造流15。由於預期已純化流有大的水含量，故相信期望濃縮水解反應物及去除水，因此相信濃縮步驟有助於第6圖之較佳實施例。水濃縮步驟可爲已知技術諸如沸騰、結晶等中之任一者。於濃縮步驟期間，揮發性抑制劑略爲去除。於濃縮步驟後，流16組合流1〇之材料。如下資料顯示，本方法之多個步驟已經增高水解反應效率。討論 -22- 201040279 經由比較工作例5-6與對照例1、2、3及4所呈現結果可見預處理之優點。預處理中自木聚糖部分產生之抑制劑數量考慮係低於連續蒸汽爆裂法所產生之抑制劑數量。使用蘆竹，只有1.3 %存在於原料中之木聚糖被預處理分解成抑制劑化合物（實例5)，而於蒸汽爆裂法中， 19.3%(實例1)及63·8%(實例2)分解成抑制劑化合物。使用蘆竹對葡聚糖的分解也觀察得類似表現。使用預〇處理只有0.1 %存在於原料之葡聚糖被分解成抑制劑化合物 (實例5)，而於蒸汽爆裂法中1.9%(實例1)及4.5%(實例2)被分解成抑制劑化合物。使用高粱，只有0.97%存在於原料中之木聚糖被預處理分解成抑制劑化合物（實例6)，而於蒸汽爆裂法中， 61·7%(實例3)及94.9%(實例4)分解成抑制劑化合物。使用蘆竹對葡聚糖的分解也觀察得類似表現。使用預處理只有0.1 %存在於原料之葡聚糖被分解成抑制劑化合物〇 (實例6)，而於蒸汽爆裂法中，8.0%(實例3)及9.5%(實例4) 被分解成抑制劑化合物。可發酵糖溶解之總產率（已溶解之木聚糖及葡聚糖之和）爲預處理之另一項優點。以可發酵糖表示之總產率（已溶解之木聚糖及葡聚糖之和）使用高粱於使用預處理之酶催化水解後獲得 9 1 ·2%(實例5)，其係顯著高於使用傳統蒸汽爆裂所得數値 (實例1爲6 5 · 9 %，及實例2爲6 9 _ 0 %)。 -23- 201040279 •^司·#酵糖表示之總產率（已溶解之木聚糖及葡聚糖之和）使用蘆竹於使用預處理之酶催化水解後獲得 9 1.3 %(實例6) ’其係顯著高於使用傳統蒸汽爆裂所得數値 (實例3爲56.0% ’及實例4爲5〇 6%)。實驗摘要 Μ #及：高粱接受不同預處理程序。傳統連續蒸汽爆裂 &係與包含浸泡程序及隨後之蒸汽爆裂程序之預處理作比較。處理中’自浸泡程序產生之液體部分循環爲獨特流。於浸 '泡程序中，半纖維素分量之主要部分出現溶解。由於操作條件較溫和，本方法產生低抑制劑數量。然後已浸泡之材料送至壓榨程序來去除液體分量（約 6 2%) ° 然後固體分量接受蒸汽爆裂處理，其中發生所得半纖維素之溶解及纖維素分量之結構分解。於浸泡程序所產生之液體分量送至精製程序，及然後回收利用至經蒸汽爆裂之材料。比較傳統蒸汽爆裂預處理，該預處理導致離開預處理之流中較少抑制劑，結果可發酵糖之損失較低，及增高經預處理材料之酶催化利用性。得自傳統蒸汽爆裂及預處理之經預處理材料接受酶催化水解來評估酶催化利用性。該方法之總產率之計算係始於進入預處理程序之原料 -24- 201040279 組成，考慮該程序之材料平衡及對葡聚糖及木聚糖之酶催化水解產率。實例1 蘆竹具有下列組成：37.5 %葡聚糖類，19.3%木聚糖類， 5.8%乙醯基類，22.6%克雷森（Klason)木質素，6.3%灰分， 8.5 %萃取物。蘆竹於200 °C接受連續蒸汽爆裂（史迪太克（Stake Tech) 反應器）6分鐘。本預處理結果導致70.6 %木聚糖及8.6 %葡聚 Q 糖的溶解。19.3%木聚糖分解成抑制劑化合物（糠醛及其它分解產物），及1.9 %葡聚糖分解成抑制劑化合物（HMF及甲酸）。其組成可摘要成溶劑、可溶性固體、不溶性固體之定量經預處理材料添加至實驗室發酵器。溶劑（水、緩衝液、抗菌液）及催化劑溶液添加至此材料來達成7.5%總固體含· 量。催化劑溶液經計算對經預處理之蘆竹具有60 FPU/克葡聚糖類及109 FXU/克木聚糖活性。〇進入酶催化水解之流組成顯示於表1。 -25- 201040279 表ι·進入酶催化水解之流組成進入酶催化水解之流(克）蘆竹總量 1000.0 水 925.0 總固體 75.0 不溶性固體 55.2 葡聚糖 25.7 木聚糖 4.2 乙醯基 3.0 木質素 18.9 灰分 3.3 萃取物 0.0 可溶性固體 19.8 萃取物 6.43 葡聚糖 0.26 木聚糖 0.75 乙醯基 2.96 乙酸 2.17 5-HMF 0.11 糠醛 0.22 甲酸 0.00 葡寡糖作為葡聚糖 1.65 木寡糖作為木聚糖 6.74 於酶催化水解後，該程序之液體及固體分量經分析來定量葡聚糖及木聚糖溶解產率。於酶催化水解程序中，葡聚糖溶解產率爲71 %，而木聚糖溶解產率爲84 %。該程序之通用產率之計算係始於進入預處理程序之原 -26- 201040279 料組成，考慮程序之材料平衡及葡聚糖及木聚糖之酶催化水解產率。對葡聚糖計算得69.3 %程序溶解產率，對木聚糖計算得 59.3%程序溶解產率。65.9%之通用溶解產率係指於本方法計算得存在於原料中之葡聚糖及木聚糖之和。蘆竹通用產率示於表2。表2.葡聚糖及木聚糖之酶催化水解及製程產率蘆竹蒸汽爆裂(200°C，6分鐘）酶催化水解產率葡聚糖類(°/〇) 71 酶催化水解產率木聚糖類(％) 84 葡聚糖製程產率(％) 69.3 木聚糖製程產率(％) 59.3 FPU/克織維素 60 FPU/克木聚糖無 220 實例2 Ο 蘆竹具有下列組成：37.5%葡聚糖類，19.3%木聚糖類， 5.8%乙醯基類，22.6%克雷森木質素，6.3%灰分，8.5%萃取物。蘆竹於215 °C接受連續蒸汽爆裂（史迪太克反應器）6分鐘。本預處理結果導致90.8 %木聚糖及7.1°/。葡聚糖的溶解。 63.8%木聚糖分解成抑制劑化合物（糠醛及其它分解產物），及4.5%葡聚糖分解成抑制劑化合物（11^1?及甲酸）。其組成可摘要成溶劑、可溶性固體、不溶性固體之定 •27- 201040279 量經預處理材料添加至實驗室發酵器。溶劑（水、緩衝液、抗菌液）及催化劑溶液添加至此材料來達成7.5 %總固體含量。催化劑溶液經計算對經預處理之蘆竹具有6〇 FPU /克葡聚糖類及248 FXU/克木聚糖活性。進入酶催化水解之流組成顯示於表3。表3.進入酶催化水解之流組成進入酶催化水一 —-- 蘆竹^------ 總量 1000.0 — 水 925.0 ~- 總固體 75.0' .__ 不溶性固體 53.0 ~~ 葡聚糖 ~— 木聚糖 1.3 -- 乙醯基 1.8 ._ 木質素 20.2 --- 灰分 3.6 - _ 萃取物〇.〇 ~~~~~ 可溶性固體 22.0 ~~~ 一萃取物 6.4 -- 葡聚糖 0.3 '~~~~~~- 木聚糖 0.8 -- 乙醢基 1.6 乙酸 3.6 ---- 5-HMF 0.0 〜糠醛 0.3 — 甲酸 0.1 —--- __ 葡募糖作為葡聚糖 0.5 ~~~~~— __ 木寡糖作為木聚糖 3.6 ~'〜 -28- 201040279 於酶催化水解後，該程序之液體及固體分量經分析來定量葡聚糖及木聚糖溶解產率。於酶催化水解程序中，葡聚糖溶解產率爲82%，而木聚糖溶解產率爲99%。該程序之通用產率之計算係始於進入預處理程序之原料組成，考慮程序之材料平衡及葡聚糖及木聚糖之酶催化水解產率。對葡聚糖計算得87.8%程序溶解產率，對木聚糖計算得 3 5%程序溶解產率。69.0%之通用溶解產率係指於本方法計〇算得存在於原料中之葡聚糖及木聚糖之和。蘆竹通用產率示於表4。表4·葡聚糖及木聚糖之酶催化水解及製程產率蘆竹蒸汽爆裂(215°C，6分鐘）酶催化水解產率葡聚糖類(％) 92 酶催化水解產率木聚糖類(％) 99 葡聚糖製程產率(％) 87.8 木聚糖製程產率(％) 35.0 FPU/克纖维佘 60 FPU/克木聚耱類 220 實例3 纖維高粱具有下列組成：35.8 %葡聚糖類，20.0 %木聚糖類，5.61%乙醯基類’ 17.3%克雷森木質素，6.4%灰分， 1 4.8 %萃取物》短切高粱於2〇〇°C接受連續蒸汽爆裂（史迪太克反應 -29- 201040279 器）6分鐘。本預處理結果導致86.6%木聚糖及25.5%葡聚糖的溶解。61·7%木聚糖分解成抑制劑化合物（糠醛及其它分解產物）’及8.0%葡聚糖分解成抑制劑化合物（Hmf及甲酸）。其組成可摘要成溶劑、可溶性固體、不溶性固體之定量經預處理材料添加至實驗室發酵器。溶劑（水、緩衝液、抗菌液）及催化劑溶液添加至此材料來達成7.5 %總固體含量。催化劑溶液經計算對經預處理之高梁具有6〇 FPU/克葡聚糖類及220 FXU/克木聚糖。〇進入酶催化水解之流組成顯示於表5。

G -30- 201040279

表5.進入酶催化水解之流組成進入酶催化水解之流(克） 1¾粱總量 1000.0 水 925.0 總固體 75.0 不溶性固體 42 葡聚糖 20.0 木聚糖 2.0 乙醯基 0.5 木質素 17.1 灰分 2.4 萃取物 0.0 可溶性固體 33.0 萃取物 11.1 葡聚糖 0.1 木聚糖 0.5 乙醯基 0.2 乙酸 1.8 5-HMF 0.1 糠醛 0.2 曱酸 0.6 葡寡糖作為葡聚糖 4.6 木寡糖作為木聚糖 3.2 -31- 201040279 於酶催化水解後，該程序之液體及固體分量經分析來定量葡聚糖及木聚糖溶解產率。於酶催化水解程序中，葡聚糖溶解產率爲77%，而木聚糖溶解產率爲85%。該程序之通用產率之計算係始於進入預處理程序之原料組成（表1)，考慮程序之材料平衡及葡聚糖及木聚糖之酶催化水解產率。對葡聚糖計算得70.8%程序溶解產率，對木聚糖計算得 32.1 %程序溶解產率。56.0%之通用溶解產率係指於本方法〇計算得存在於原料中之葡聚糖及木聚糖之和。高粱通用產率示於表6。表6·葡聚糖及木聚糖之酶催化水解及製程產率高粱蒸汽爆裂(200°C，6分鐘）酶催化水解產率葡聚糖類(％) 77 酶催化水解產率木聚糖類(％) 85 葡聚糖製程產率(％) 70.8 木聚糖製程產率(％) 32.1 FPU/克織維素 60 FPU/克木聚糠類 220 實例4 纖維高粱具有下列組成：35.8%葡聚糖類，20.0%木聚糖類’ 5.61 %乙醯基類，17.3 %克雷森木質素，6.4 %灰分， 1 4.8 %萃取物。短切高粱於2〇7°C接受連續蒸汽爆裂（史迪太克反應器）6分鐘。本預處理結果導致94.9 %木聚糖及23.4 %葡聚糖 -32- 201040279 的溶解。86.3 %木聚糖分解成抑制劑化合物（糠醛及其它分解產物）’及9.5 %葡聚糖分解成抑制劑化合物（hmf及甲酸）。其組成可摘要成溶劑、可溶性固體、不溶性固體之定量經預處理材料添加至實驗室發酵器。溶劑（水、緩衝液、抗菌液）及催化劑溶液添加至此材料來達成7.5 %總固體含量。催化劑溶液經計算對經預處理之高粱具有60 FPU/克葡聚糖類及248 FXU/克木聚糖。進入酶催化水解之流組成顯示於表7。〇

表7.進入酶催化水解之流組成進入酶催化水解之流(克）尚粱 — 總量 1000.0 水 925.0 總固體 75.0 不溶性固體 42 __ 葡聚糖 26.1 木聚糖 1.3 乙醯基 1.8 木質素 20.2 灰分 3.6 __ 萃取物 0.0 可溶性固體 33.0 萃取物 6.4 葡聚糖 0.3 木聚糖 0.8 乙酿基 1.6 __ 乙酸 3.6 5-HMF 0.0 糠醛 0.3 __ 甲酸 0.1 葡寡糖作為葡聚糖 0.5 木养·糖作為木聚糖 3.6 -33- 201040279 於酶催化水解後，該程序之液體及固體分量經分析來定量葡聚糖及木聚糖溶解產率。於酶催化水解程序中，葡聚糖溶解產率爲79%，而木聚糖溶解產率爲99%。該程序之通用產率之計算係始於進入預處理程序之原料組成，考慮程序之材料平衡及葡聚糖及木聚糖之酶催化水解產率。對葡聚糖計算得71.5 %程序溶解產率，對木聚糖計算得 13.4 %程序溶解產率。50.60%之通用溶解產率係指於本方法〇計算得存在於原料中之葡聚糖及木聚糖之和。高粱通用產率示於表8。表8.葡聚糖及木聚糖之酶催化水解及製程產率_ _«_ ' _蒸汽爆裂(207°C，6分鐘） • 酶催化水解產率葡聚糖類(％) 79 酶催化水解產率木聚糖類(％) 99 葡聚糖製程產率(％) 71.5 木聚糖製程產率(％) 13.4 〇 FPU/克纖维* 60 FPU/克木聚糖期 248 實例5 蘆竹具有下列組成：3 7.5 %葡聚糖類，1 9 · 3 %木聚糖類， 5.8%乙醯基類，22.6%克雷森木質素，6.3%灰分，8.5%萃取物。蘆竹接受於160°C之批次式浸泡程序1〇〇分鐘，其中出現原料之第一次溶解。於本處理程序分別產生固相及液 -34- 201040279 相。固相接受於20(TC 8分鐘的批次式蒸汽爆裂預處理。然後於浸泡處理所產生之液相循環至經蒸汽爆裂之材料。此預處理導致81. 2 %木聚糖及3.7%葡聚糖之溶解。1.3% 木聚糖分解成抑制劑化合物（糠醛及其它分解產物），及 0.1 %葡聚糖分解成抑制劑化合物（HMF及甲酸）。其組成可摘要成溶劑、可溶性固體、不溶性固體之定量經預處理材料添加至實驗室發酵器。溶劑（水、緩衝液、抗菌液）及催化劑溶液添加至此材料來達成7.5 °/。總固體含〇量。催化劑溶液經計算對經預處理之蘆竹具有3 4 FPU/克葡聚糖類及68 FXU/克木聚糖活性。進入酶催化水解之流組成顯示於表9。〇 -35- 201040279 表9.進入酶催化水解之流組成進入酶催化水解之流(克）蘆竹總量 1000.0 水 925.0 總固體 75.0 不溶性固體 42.7 葡聚糖 26.7 木聚糖 2.5 半乳聚糖 0.4 ***聚糖 0.2 乙醯基 0.8 木質素 10.8 灰分 1.2 萃取物 0.0 可溶性固體 32.3 葡聚糖 0.1 木聚糖 1.2 半乳聚糖 0.1 ***聚糖 0.3 乙酸 1.0 HMF 0.0 糠醛 0.1 葡寡糖作為葡聚糖 0.9 木寡糖作為木聚糖 9.4 半乳寡糖作為半乳聚糖 0.1 ***寡糖作為***聚糖 0.3 乙醯基 1.2 萃取物 6.4 -36- 201040279 該程序之通用產率之計算係始於進入預處理程序之原料組成（表1)，考慮程序之材料平衡及葡聚糖及木聚糖之酶催化水解產率。對葡聚糖計算得87.4%程序溶解產率，對木聚糖計算得 97.5%程序溶解產率。91.2%之通用溶解產率係指於本方法計算得存在於原料中之葡聚糖及木聚糖之和。蘆竹通用產率示於表10。表10.葡聚糖及木聚糖之酶催化水解及製程產率蘆竹浸泡(160°C，100分鐘)+蒸汽爆裂 (2⑻°C，8分鐘）酶催化水解產率葡聚糖類(％) 87.6 酶催化水解產率木聚糖類(％) 98.8 葡聚糖製程產率(％) 87.4 木聚糖製程產率(％) 97.5 KPIJ/t織濉素 34 FPU/克木聚糖類 68 〇實例6 纖維高粱具有下列組成：35.8%葡聚糖類，20.0%木聚糖類，5.61%乙醯基類，17.3%克雷森木質素，6.4%灰分， 1 4.8 %萃取物。纖維高粱接受於180 °C之批次式浸泡程序25分鐘，其中出現原料之第一次溶解。於本處理程序分別產生固相及液相。固相接受於200 °C 8分鐘的批次式蒸汽爆裂預處理。然· 後於浸泡處理所產生之液相循環至經蒸汽爆裂之材料。 -37- 201040279 此預處理導致63.6 %木聚糖及6.3 %葡聚糖之溶解。 0.97%木聚糖分解成抑制劑化合物（糠醛及其它分解產物），及〇 . 1 %葡聚糖分解成抑制劑化合物（Η M F及甲酸）。其組成可摘要成溶劑、可溶性固體、不溶性固體之定量經預處理材料添加至實驗室發酵器。溶劑（水、緩衝液、抗菌液）及催化劑溶液添加至此材料來達成7 · 5 %總固體含量。催化劑溶液經計算對經預處理之高粱具有34 FPU/克葡聚糖頻及59 FXU/克木聚糖活性。〇進入酶催化水解之流組成顯示於表1 1。

-38- 201040279 表11.進入酶催化水解之流組成進入酶催化水解之流(克）高粱總量 1000.0 水 925.0 總固體 75.0 不溶性固體 42.4 葡聚糖 25.0 木聚糖 5.9 半乳聚糖 0.0 ***聚糖 0.4 乙醯基 1.1 木質素 8.9 灰分 1.1 萃取物 0.0 可溶性固體 32.6 葡聚糖 0.1 木聚糖 0.3 半乳聚糖 0.0 ***聚糖 0.4 乙酸 0.9 HMF 0,0 糠醛 0.1 葡募糖作為葡聚糖 1.3 木寡糖作為木聚糖 7.1 半乳寡糖作為半乳聚糖 0.3 ***寡糖作為***聚糖 0.5 乙醯基 0.8 萃取物 11.1 -39- 201040279 該程序之通用產率之計算係始於進入預處理程序之原料組成（表1)，考慮程序之材料平衡及葡聚糖及木聚糖之酶催化水解產率。對葡聚糖計算得87.8 %程序溶解產率，對木聚糖計算得 97.8 %程序溶解產率。91. 3 %之通用溶解產率係指於本方法計算得存在於原料中之葡聚糖及木聚糖之和。高粱通用產率示於表12。表12.葡聚糖及木聚糖之酶催化水解及製程產率高粱浸泡(180°C，25分鐘)+蒸汽爆裂(200°C，8分鐘）酶催化水解產率葡聚糖類(％) 87.9 酶催化水解產率木聚糖類(％) 98.9 葡聚糖製程產率(％) 87.8 木聚糖製程產率(％) 97.8 FPU/克纖維素 34 FPU/克木聚糖類 59 Ο 表13及表14顯示使用本說明書之設備於各表所述條件下當進料通過如第1圖所述之處理程序之各個階段時進料之流分析。 -40- 201040279

表13高粱對照織1 繼2 言圾3 雜4 試驗5 材料高粱南粱高粱高粱南梁南粱浸泡(第1圖之4) 時間(分鐘） - 60 100 15 25 25 溫度(。〇 - 160 160 180 180 180 Log(R〇) - 3.545 3.767 3.532 3.753 3.753 C5 (% wt/wt乾物質基準） 20.0% 20.2% 17.4% 17.6% 17.5% 18.3% C6(%wt/wt乾物質基準） 35.2% 44.9% 52.0% 43.3% 50.6% 47.5% 糠搭(％ wt/wt乾物質基準）0.000% 0.007% 0.005% 0.033% 0.058% 0.021% C5/C6 比 0.570 0.450 0.335 0.407 0.346 0.385 糠搭/(C5+C6) * 104 0.000 1.092 0.698 5.401 8.487 3.190 蒸汽爆裂（第1圖之6) 時間(分鐘） 8 12 8 8 8 溫度(。〇 200 200 200 200 200 L〇g(R〇) 3.847 4.024 3.847 3.847 3.847 C5(% wt/wt乾物質基準） 19.9% 16.7% 17.4% 17.2% 18.3% C6(% wt/wt乾物質基準） 44.8% 52.0% 43.3% 50.6% 47.5% 糠酸(％ wt/wt乾物質基準) 0.087% 0.060% 0.086% 0.047% 0.256% C5/C6 比 0.444 0.321 0.402 0.340 0.386 祕/(C5+C6) ”04 13.466 8.741 14.119 6.990 38.852 液體流（第1圖之5) C5(%wl/wt乾物質基準） 18.0% 24.1% 26.6% 23.2% 20.7% C6(%wt/wt|t物質基準） 4.95% 3.56% 6.97% 4.22% 5.72% 糠酿(％ wt/wt乾物質基準) 0.069% 0.435% 0.326% 0.365% 0.378% C5/C6 比 3.638 6.749 3.852 5.501 3.623 祕/(C5+C6) * 104 30.091 157.376 97.113 132.866 142.787

通用程序(第1圖之20) C5(°/〇 wt/wt乾物質基準） 19.5% 19.4 19.5% 19.4% 19.3% C5(% wt/wt乾物質基準） 35.2% 35.2% 35.2% 35.2% 35.1% 糠經(％ wt/wt乾物質基準） 0.083% 0.190% 0.140% 0.153% 0.292% C5/C6 比 0.553 0.552 0.554 0.552 0.548 糠路/(C5+C6) ”04 15.164 34.860 25.584 28.035 53.632 -41 - 201040279 表14蘆竹 Ο 〇對照材料蘆竹蘆竹蘆竹蘆竹蘆竹蘆竹浸泡(第1圖之4) 時間(分鐘） - 100 100 60 25 15 溫度ΓΟ 160 160 160 180 180 Log(R0) - 3.767 3.767 3.545 3.753 3.532 C5 (%wt/wt乾物質基準）19.3% 18.4% 18.4% 19.0% 15.5% 16.1% C6 (%wt/wt乾物質基準）37_0〇/〇 47.3% 47.3% 45.0% 51.7% 49.3% 糠酸乾物質基準）0·000% 0.015% 0.015% 0.005% 0.015% 0.014% C5/C6 比 0.521 0.390 0.390 0.421 0.300 0.326 糠路/(C5+C6) * 104 0.000 2.324 2.324 0.807 2.221 2.140 蒸汽爆裂（第1圖之6) 時間(分鐘） 8 12 8 8 8 溫度fc) 200 200 200 200 200 Log(R0) 3.847 4.024 3.847 3.847 3.847 C5 物質基準) 18.0% 17.9% 18.8% 15.4% 15.9% C6 (%wt/wt乾物質基準) 47.2% 47.2% 45.0% 51.7% 49.3% 糠藤(％ \\1/\^物質基準） 0.182% 0.173% 0.056% 0.045% 0.027% C5/C6 比 0.380 0.379 0.417 0.298 0.323 糠勝(C5+C6) ”04 27.980 26.625 8.855 6.751 4.145 液體流（第1圖之5) C5 (%wt/wt乾物質基準) 20.5% 20.5% 18.9% 26.4% 26.7% C6 (%wt/wt^質基準) 2.43% 2.43% 3.95% 3.23% 4.91% 糠酸(％ wt/wt乾物質基準) 0.120% 0.120% 0.067% 0.174% 0.248% C5/C6 比 8.441 8.441 4.773 8.177 5.426 糠 ^/(C5+C6) * 104 52.203 52.203 29.411 58.721 78.382 通用程序(第1圖之20) C5 (% wt/wt乾物質基準） 18.5% 18.5% 18.8% 18.7% 18.9% C6(%wt/wt乾物質基準） 37.0% 37.0% 37.0% 36.9% 36.9% 糠酿(％ wt/wt乾物質基準) 0.168% 0.161% 0.059% 0.084% 0.089% C5/C6 比 0.502 0.501 0.508 0.507 0.513 糠酸/(C5+C6) * 104 30.276 29.051 10.496 15.162 15.853 以下二系列實驗 15及16分別係對小麥稈及蘆竹之式處理進行。有些組成不含糠醛，相信係由於蒸汽過成蒸汽爆裂後糠醛維持於蒸氣流中所致〇 -42 201040279 表15A-小麥桿

對照織1 繼2 言圾3 言圾4 猶5 材料小麥桿小麥稈小麥桿小麥稈小麥稈小麥稈浸泡溫度(°c) - 155 165 165 165 165 時間(分鐘） - 97 67 67 67 67 L〇g(R0) - 3.61 3.74 3.74 3.74 3.74 蒸汽爆裂溫度(。〇 - 195 195 200 205 195 時間(分鐘）两 4 4 4 4 4 Log(R〇) - 3.40 3.40 3.55 3.69 3.40 C5 (% wt/wt乾物質 21.6% 11.2% 10.0% 8.6% 6.9% 9.1% 準） C6 (% wt/wt乾物質 34.9% 45.3% 44.2% 49.2% 48.9% 44.9% 基準）糠盤(％ wt/wt乾物 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 質基準） C5/C6 比 0.62 0.25 0.23 0.18 0.14 0.20 糠搭/(C5+C6) * 104 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 液體流 C5 (% wt/wt乾物質 - 32.9% 39.6% 39.6% 39.6% 21.5% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 11.6% 14.9% 14.9% 14.9% 14.8% 基準）糠越·(％ wt/wt乾物 0.90% 0.83% 0.83% 0.83% 2.95% 質基準） C5/C6 比 2.85 2.66 2.66 2.66 1.45 «/(C5+C6) ”04 - 202.42 151.76 151.76 151.76 810.50 通用程序 C5 (% wt/wt乾物質 21.6% 14.70% 14.0% 13.0% 11.7% 10.2% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 34.9% 39.8% 40.3% 44.4% 43.9% 42.3% 基準）糠醒(％ wt/wt乾物 0.00% 0.15% 0.11% 0.12% 0.12% 0.25% 質基準） C5/C6 比 0.62 0.37 0.35 0.29 0.27 0.24 糠搭/(C5+C6) * 104 0.00 27.07 20.49 20.18 21.70 48.02 -43- 201040279

表15B-小麥桿言娜試齡雜10 試驗11 材料小麥稈小麥桿小麥桿小麥样小麥稈小麥稃浸泡溫度(。〇 165 165 165 165 165 165 時間(分鐘） 67 67 51 51 51 37 Log(R0) 3.74 3.74 3.62 3.62 3.62 3.48 蒸汽爆裂溫度(。〇 200 205 195 200 205 195 時間(分鐘） 4 4 4 4 4 4 Log(R〇) 3.55 3.69 3.40 3.55 3.69 3.40 C5 (% wt/wt乾物質 5.8% 4.9% 8.5% 6.0% 4.7% 14.5% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 44.1% 44.9% 44.9% 43.9% 40.9% 49.6% 基準）糠盤(％ wt/wt乾物 0.05% 0.06% 0.04% 0.06% 0.06% 0.00% 質基準） C5/C6 比 0.13 0.11 0.19 0.14 0.12 0.29 糠路/(C5+C6) * 104 10.88 12.10 7.98 11.58 13.62 0.00

液體流 C5 (% wt/wt乾物質基準） 21.5% 21.5% 19.7% 19.7% 19.7% 26.6% C6 (% wt/wt乾物質基準） 14.8% 14.8% 14.4% 14.4% 14.4% 14.7% 糠酿(％ wt/wt乾物質基準） 2.95% 2.95% 2.32% 2.32% 2.32% 2.95% C5/C6 比 1.45 1.45 1.37 1.37 1.37 1.81 糠醒/(C5+C6) * 104 810.50 810.50 681.43 681.43 681.43 713.38 通用程序 C5 (% wt/wt乾物質基準） 7.2% 6.4% 9.5% 7.2% 6.1% 15.2% C6 (% wt/wt乾物質基準） 41.6% 42.4% 42.1% 41.2% 38.5% 47.6% 糠搭(％ wt/wt乾物質基準） 0.30% 0.31% 0.25% 0.26% 0.27% 0.17% C5/C6 比 0.17 0.15 0.23 0.18 0.16 0.32 糠搭/(C5+C6) * 104 61.89 63.08 48.54 54.54 60.22 27.69 -44- 201040279

表15C-小麥稃言娜2 微13 言娜4 試驗15 雜16 雜17 材料小麥稃小麥样小麥稈小麥桿小麥样小麥桿浸泡溫度(。〇 165 165 165 165 165 170 時間(分鐘） 37 37 27 27 27 37 L〇g(R0) 3.48 3.48 3.35 3.35 3.35 3.63 蒸汽爆裂溫度(。C) 200 205 195 200 205 195 時間(分鐘） 4 4 4 4 4 4 L〇g(R0) 3.55 3.69 3.40 3.55 3.69 3.40 C5 (% wt/wt乾物質 7.6% 4.9% 14.0% 8.0% 5.7% 8.2% 基準） C6 (% wl/wt乾物質 50.6% 47.9% 49.9% 49.8% 48.2% 53.5% 基準）糠路(％ wt/wt乾物 0.02% 0.03% 0.00% 0.00% 0.03% 0.00% 質基準） C5/C6 比 0.15 0.10 0.28 0.16 0.12 0.15 糠酿/(C5+C6) * 104 3.96 4.85 0.00 0.00 5.71 0.00 液體流 C5 (% 物質 26.6% 26.6% 29.8% 29.8% 29.8% 27.3% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 14.7% 14.7% 16.4% 16.4% 16.4% 13.5% 基準）糠酸(％ wt/wt乾物 2.95% 2.95% 1.99% 1.99% 1.99% 1.70% 質基準） C5/C6 比 1.81 1.81 1.81 1.81 1.81 2.03 糠搭/(C5+C6) * 104 713.38 713.38 430.07 430.07 430.07 417.42 通用程序 C5 (% wt/wt乾物質 8.7% 6.2% 15.1% 9.5% 7.5% 9.9% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 48.5% 46.0% 47.6% 47.4% 45.8% 49.9% 基準）糠酸(% wt/wt乾物 0.20% 0.20% 0.14% 0.14% 0.18% 0.15% 質基準） C5/C6 比 0.18 0.13 0.32 0.20 0.16 0.20 糠 ^/(C5+C6) * 104 34.20 37.95 21.90 25.26 33.63 25.38 -45- 201040279

表15D-小麥稈織18 雜19 離20 織21 織22 繼23 材料小麥稈小麥样小麥桿小麥桿小麥桿小麥桿浸泡溫度(。C) 170 170 155 155 155 155 時間(分鐘） 37 37 72 72 72 72 L〇g(R0) 3.63 3.63 3.48 3.48 3.48 3.48 蒸汽爆裂溫度fc) 200 205 195 200 195 195 時間(分鐘） 4 4 4 4 4 4 Log(R〇) 3.55 3.69 3.40 3.55 3.40 3.40 C5 (% wt/wt乾物質 5.6% 4.9% 14.3% 10.4% 18.7% 17.0% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 48.8% 48.8% 49.4% 46.7% 43.6% 44.7% 基準）糠盤·(％ wt/wt乾物 0.02% 0.02% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 質基準） C5/C6 比 0.12 0.10 0.29 0.22 0.43 0.38 糠越/(C5+C6) * 104 4.46 4.39 0.00 0.00 0.00 0.00 液體流 C5 (% wl/wt乾物質 27.3% 27.3% 22.7% 22.7% 29.3% 31.7% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 13.5% 13.5% 12.3% 12.3% 14.3% 14.3% 基準）糠路(％ wt/wt乾物 1.70% 1.70% 2.01% 2.01% 1.61% 1.96% 質基準） C5/C6 比 2.03 2.03 1.85 1.85 2.05 2.22 糠路/(C5+C6) * 104 417.42 417.42 574.97 574.97 369.56 427.34 通用程序 C5 (% wt/喊物質 7.6% 6.9% 15.2% 11.7% 19.3% 18.6% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 45.7% 45.7% 45.4% 43.1% 41.9% 41.4% 基準）糠搭(％ wt/wt乾物 0.17% 0.17% 0.21% 0.21% 0.10% 0.21% 質基準） C5/C6 比 0.17 0.15 0.33 0.27 0.46 0.45 糠搭/(C5+C6) ”04 32.67 32.95 35.37 39.14 15.65 35.64 -46- 201040279

表15E-小麥桿織24 雜25 雜26 材料小麥桿小麥样小麥桿浸泡溫度(°C) 155 155 155 時間(分鐘） 132 132 132 L〇g(R〇) 3.74 3.74 3.74 蒸汽爆裂溫度(。〇 190 195 200 時間(分鐘） 4 4 4 Log_ 3.25 3.40 3.55 C5 (%wt/wt乾物質基準） 14.0% 11.2% 10.8% C6(%wt/wt乾物質基準） 45.7% 45.6% 45.8% 糠臨(％ wt/wt乾物質基準） 0.00% 0.00% 0.00% C5/C6 比 0.31 0.25 0.24 糠搭/(C5+C6) ”04 0.00 0.00 0.00 液體流 C5 (0/〇wt/wt乾物質基準） 27.8% 27.8% 27.8% C6(%wt/wt乾物質基準） 12.4% 12.4% 12.4% 糠链(％ wt/wt乾物質基準） 2.62% 2.62% 2.62% C5/C6 比 2.24 2.24 2.24 糠經/(C5+C6) * 104 651.91 651.91 651.91 通用程序 C5 (0/〇wl/wt乾物質基準） 15.6% 13.1% 12.7% C6(%wt/wt乾物質基準） 42.0% 41.9% 42.1% 糠酸(％ wt/wt乾物質基準） 0.30% 0.30% 0.30% C5/C6 比 0.37 0.31 0.30 糠路/(C5+C6) ”04 51.30 53.70 53.88 -47- 201040279 表16A-蘆竹〇〇對照材料蘆竹產竹董竹蘆竹逢竹邃竹浸泡 _ 溫度(。〇 - 52 127 127 127 52 時間(分鐘） - 165 155 155 155 175 L〇g(R0) - 3.630 3.723 3.723 3.723 3.924 蒸汽爆裂溫度(°C) - 6 6 4 6 6 時間(分鐘） 195 200 195 195 195 Log(R0) - 3.575 3.723 3.399 3.575 3.575 C5 (% wl/wt乾物質 20.0% 12.1% 10.4% 11.0% 14.0% 6.8% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 33.7% 42.5% 49.0% 53.5% 45.8% 51.6% 基準）糠路(％ wt/wt乾物 0.0% 0.0% 0.1% 0.0% 0.0% 0.0% 質基準） C5/C6 比 0.521 0.28 0.21 0.20 0.31 0.13 糠膨(C5+C6) * 104 0.000 0.00 14.66 3.51 7.08 3.51 液體流 C5 (% wt/wt乾物質 - 20.9% 32.2% 29.1% 22.9% 25.7% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 - 12.13% 18.66% 16.46% 20.60% 11.10% 基準）糠醛(％ wl/wt乾物 - 0.953% 1.589% 1.706% 0.737% 2.915% 質基準） C5/C6 比 - 1.720 1.724 1.769 1.113 2.314 糠嘴C5+C6) * 104 - 288.973 312.769 374.226 169.278 792.653 通用程序 C5 (% wl/wt乾物質 13.2% 14.6% 15.6% 16.2% 11.8% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 38.5% 43.2% 44.0% 39.6% 40.8% 基準）糠搭(％ wt/wt乾物 - 0.126% 0.375% 0.455% 0.213% 0.793% 質基準） C5/C6 比 0.344 0.338 0.355 0.409 0.290 糠勝(C54C6) * 104 - 24.337 64.984 76.369 38.271 150.873 -48- 201040279

表16B-蘆竹 ^6 微7 言柳織10 織11 材料董竹蘆竹蘆竹蘆竹蘆竹蘆竹浸泡溫度ΓΟ 52 52 52 52 52 52 時間(分鐘） 175 175 175 175 175 175 L〇g(R0) 3.924 3.924 3.924 3.924 3.924 3.924 蒸汽爆裂溫度(°C) 2 2 6 2 2 6 時間(分鐘） 195 210 195 195 205 205 L〇g(R0) 3.098 3.540 3.575 3.098 3.393 3.870 C5 (% wt/wt乾物質 6.8% 4.3% 5.0% 6.0% 5.0% 4.4% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 52.6% 47.8% 47.5% 48.8% 47.5% 50.2% 基準）糠酸·(％ wt/wt乾物 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 質基準） C5/C6 比 0.13 0.09 0.10 0.12 0.10 0.09 糠路/(C5+C6) * 104 3.60 3.82 5.08 3.26 5.08 4.34 液體流 C5 (0/〇 wt/wt乾物質 25.7% 25.7% 24.0% 24.0% 24.0% 24.0% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 11.10% 11.10% 13.08% 13.08% 13.08% 13.08% 基準）糠搭(％ wt/wt乾物質基準） 2.915% 2.915% 2.328% 2.328% 2.328% 2.328% C5/C6 比 2.314 2.314 1.835 1.835 1.835 1.835 糠盤/(C5"K：6) * 104 792.653 792.653 627.740 627.740 627.740 627.740 通用程序 C5 (% wt/wt乾物質 11.7% 10.8% 10.6% 11.3% 10.6% 10.5% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 41.9% 36.7% 37.4% 38.3% 37.4% 38.6% 基準）糠搭(％ wt/wt乾物質基準） 0.768% 0.894% 0.703% 0.696% 0.703% 0.744% C5/C6 比 0.280 0.294 0.283 0.295 0.283 0.272 糠酸/(C5+C6) ”04 143.325 188.168 146.649 140.422 146.649 151.571 -49- 201040279

G 表16C-產竹雜12 鱗13 微14 雜15 試驗16 1^17 材料蘆竹蘆竹蘆竹蘆竹逢竹浸泡 -------- 溫度(C) 127 127 127 97 97 1〇7 時間(分鐘） 155 155 155 165 165 10/ 155 L〇g(R0) 3.723 3.723 3.723 3.901 3.901 蒸汽爆裂 ---- 溫度(C) 6 2 2 6 9 /：時間(分鐘） 195 195 213 195 195 〇 195 Log(R〇) 3.575 3.098 3.628 3.575 3.098 3.575 C5 (% wt/wt乾物質 12.3% 13.2% 10.1% 11.4% 13.6% 14.1% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 42.1% 36.2% 48.2% 45.4% 46.9% 45.2% 基準）糠链(％ wt/wt乾物 0.0% 0.0% 0.1% 0.0% 0.0% 0.0% 質基準） C5/C6 比 0.29 0.37 0.21 0.25 0.29 0.31 糠獻(C54C6) * 104 4.56 2.30 11.54 2.07 1.65 2.10 液體流 . C5 (% wl/wt乾物質 24.0% 24.0% 24.0% 24.8% 24.8% 26.2% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 15.73% 15.73% 15.73% 11.47% 11.47% 14.90% 基準）糠酸(％ wt/wt乾物 1.178% 1.178% 1.178% 1.372% 1.372% 1.501% 質基準） C5/C6 比 1.527 1.527 1.527 2.166 2.166 1.759 糠酸/(C5+C6) ”04 296.352 296.352 296.352 377.872 377.872 365.159 通用程序 C5 (0/〇 wt/wt乾物質 14.9% 15.4% 13.5% 14.1% 15.9% 16.8% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 36.2% 32.2% 40.2% 38.6% 39.7% 38.4% 基準）糠链(％ wt/wt乾物 0.283% 0.244% 0.341% 0.284% 0.287% 0.344% 質基準） C5/C6 比 0.413 0.479 0.336 0.364 0.400 0.438 糠越/(C5+C6) * 104 55.330 51.220 63.585 53.986 51.659 62.326 -50- 201040279

表16D-蘆竹試驗18 織19 織20 言靡1 言圾22 材料蘆竹蘆竹蘆竹蘆竹蘆竹浸泡溫度fc) 187 67 67 65 65 時間(分鐘） 155 165 165 165 165 L〇g(R〇) 蒸汽爆裂 3.891 3.740 3.740 3.727 3.727 溫度(。〇 2 6 2 4 4 時間(分鐘） 195 195 195 195 205 Log(R0) 3.098 3.575 3.098 3.399 3.694 C5 (% wl/wt乾物質 14.8% 11.4% 13.1% 15.91% 10.80% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 43.5% 44.9% 46.5% 44.74% 49.06% 基準）糠路(％ wt/wt乾物 0.0% 0.0% 0.0% 0.04% 0.08% 質基準） C5/C6 比 0.34 0.26 0.28 0.36 0.22 糠瞭(C5+C6) * 104 2.08 4.52 2.21 6.07 12.76 液體流 C5 (% wt/wt乾物質 26.2% 20.3% 20.3% 24.8% 24.8% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 14.90% 10.91% 10.91% 10.64% 10.64% 基準）糠醒(% wt/wt乾物 1.501% 0.958% 0.958% 2.187% 2.187% 質基準） C5/C6 比 1.759 1.862 1.862 2.335 2.335 糠酿/(C5+C6) * 104 365.159 306.865 306.865 616.267 616.267 通用程序 C5 (% wt/wt乾物質 17.3% 13.4% 14.7% 17.9% 14.1% 基準） C6 (% wt/wt乾物質 37.4% 37.1% 38.3% 37.2% 40.0% 基準）糠酸(% wt/wt乾物 0.331% 0.238% 0.232% 0.511% 0.576% 質基準） C5/C6 比 0.462 0.362 0.385 0.480 0.353 糠酿/(C5+C6) * 104 60.614 47.022 43.701 92.755 106.421 -51- 201040279 酶催化水解程序本程序係用於基於最大酶負載而測定一給定預處理之效果。本程序說明得自天然的或經預處理的木質纖維素生物質之纖維素及半纖維素經酶催化醣化成爲葡萄糖及木糖來測定最大可能消化程度（使用市售的或居家製造的纖維素酶製品之飽和程度及長達一週之水解時間）。經預處理之生物質-已經接受硏磨、使用水或蒸汽、強〇或稀酸或鹼化學處理、或其它物理處理或化學處理之生物質，使得該材料之纖維素含量更加可接受酶催化作用。纖維素酶-具有全部三種協同性纖維素分解活性之酶製劑：內-1,4-β-ϋ-葡聚糖酶、外-1，4·β-葡萄糖苷酶、或β-D· 葡萄糖苷酶活性，各活性於不同纖維素酶製劑存在至不同程度。經預處理之材料用於3升發酵器（印弗斯（Inf or s)HT，雷弗斯（Labfors)3)接受酶催化水解（EH)。酶催化水解係於〇 7.5 %固體濃度使用商用酶溶液進行。溫度及pH係維持於 4 5°C和5.0，攪拌器係維持於400 rpm。其組成摘述於溶劑、可溶性固體、不溶性固體之定量經預處理之材料添加至實驗室發酵器。溶劑（水、緩衝液、抗菌液）及催化劑溶液添加至此材料來達到7.5 %總固體含量。計算催化劑溶液具有以FPU/克纖維素表示之活性爲34。催化劑組成顯示於下表： -52- 201040279 表15 酶混合液體積組成密度特定活性名稱 % 克/毫升纖維素錯合物 87.4% 1.08 100FPU/克酶溶液1 木聚糖酶 5.3% 1.2 500 FBG/克酶溶液1 半纖維素酶 6.6% 1.1 470FXU/克酶溶液1 酶錯合物 0.7% 1.2 100FBG/克酶溶液1 總量 100.0% 1.09 藉添加緩衝液或鹼溶液或酸溶液而將PH維持於期望數値。於不同時間取一整份液體分量及分析糖（葡萄糖、木糖及纖纖二糖）含量。反應結束時回收固相。一整份固相於 50 °C 3倍量水中洗三次。洗滌期間去除全部吸附於固體上之可溶性分量。然後經洗滌的固體遵照標準方法（NREL)接受使用72%硫酸之水分及定量酸水解來定量其組成。試劑 7.1試劑疊氮化鈉（20毫克/毫升於蒸餾水）具有已知活性之纖維素酶錯合物，FPU/毫升具有已知活性之木聚糖酶，FXU/毫升分析測定原料遵照標準方法（NREL/TP-5 1 0-426 1 8 、 NREL/TP-5 1 0-426 1 9、NREL/TP-510-42622)接受水分及萃取物測定及使用72%硫酸之定量酸水解。水解後之固體殘質 -53- 201040279 藉過濾回收且考慮爲克雷森木質素。藉HPLC分析水解產物之單醣類（來自於纖維素之葡萄糖；來自於半纖維素之木糖及***糖）及乙酸（來自於乙醯基）。層析術測定係使用戴歐尼斯（Dionex)P680A_LPG裝配有離子交換樹脂拜雷 (Biorad)安尼斯（Aminex) HPX-87A管柱於下列條件下進行：動相，0.05莫耳/升硫酸；流速，0.6毫升/分鐘；及管柱溫度，65°C。試樣之水含量係藉於105 °C烤爐乾燥至恆重測定。〇於預處理後，固體殘質藉過濾回收，以水洗滌，風乾及稱重進行產量測定。得自預處理之固體殘質之整份使用應用於流之經洗滌固體分量之原料分析之相同方法檢定分析其組成。試樣之不溶性固體含量係藉下述標準方法 (NREL/TP-5 1 0-42627)測定。一整份來自於浸泡之液相及伴隨於蒸汽爆裂材料之液相經烤爐乾燥至恆重來測定非揮發性固體含量〇 (NREL/TP-5 1 0-4262 1 )。液體用於單醣類、糠醛、羥甲基糠醛及乙酸之直接 HPLC測定。於 HPLC分析（NREL/TP-5 1 0-42623 )前，一整份液體接受於121 °C歷經60分鐘，使用4% (w/w)硫酸進行定量酸水解。於液體水解（NREL方法）後，藉HPLC分析由葡萄糖、木糖及***糖濃度的增高計算葡寡糖、***寡糖、木寡糖濃度。 -54- 201040279 NREL分析方法生物質中結構性碳水化合物及木質素之測定實驗室分析程序（LAP)頒布日期：4/25/2008 技術報告NREL/TP-510-42618修訂2008年4月生物質中萃取物之測定實驗室分析程序（LAP)頒布日期：7/1 7/2005 技術報告 NREL/TP-510-42619 2008年 1 月用於組成分析之試樣之製備 Q 實驗室分析程序（LAP)頒布日期：9/28/2005 技術報告 NREL/TP-5 1 0-42620 2008年 1 月生物質中總固體及液體處理試樣中總溶解的固體之測定實驗室分析程序（LAP)頒布日期：3/3 1 /2008 技術報告NREL/TP-510-42621修訂2008年3月生物質中灰分之測定實驗室分析程序（LAP)頒布日期：7/ 1 7/2005 技術報告 NREL/TP-5 1 0-42622 2008年 1 月 G 液體分量處理試樣中醣類、副產物、及分解產物之測定實驗室分析程序（LAP)頒布日期：1 2/08/2006 技術報告 NREL/TP-5 1 0-42623 2008年 1 月經預處理之生物質材料中不溶性固體之測定實驗室分析程序（LAP)頒布日期：03/2 1 /2008 NREL/TP-5 1 0-42627 200 8年 3 月【圖式簡單說明】第1圖爲本方法之一實施例之示意圖。 -55- 201040279 第2圖爲本方法之第二實施例之示意圖。第3圖爲本方法之第三實施例之示意圖。第4圖爲本方法之第四實施例之示意圖。第5圖爲本方法之第五實施例之示意圖。第6圖爲本方法之第六實施例之示意圖。第7圖爲本方法之第七實施例之示意圖。第8圖爲本方法之第八實施例之示意圖。第9圖爲本方法之第九實施例之示意圖。〇【主要元件符號說明】 1 生物質原料流之浸泡 2 流 3 產物 4 固體生物質、第一固體流 5 第一液體流 6 經蒸汽爆裂流 7 已洗滌之經蒸汽爆裂流 8 第二液體流 9 流 10 第二固體流 11 第一已純化之材料流 12 第二已純化之液體流 14 已純化流 15,16,20 流 3 1 生物質原料 -56- 201040279 32 水或液體 33 經低溫浸泡的生物質 34 液體

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Claims

201040279 七、申請專利範圍： 1. 一種用於木質-纖維素生物質之處理之方法’其係包含下列步驟 A) 於l〇〇°C至21〇。(：之溫度範圍’將木質-纖維素生物質原料浸泡於蒸汽水或液態水或其混合物歷經1分鐘至 24小時來形成含有乾含量及第一液體之已浸泡的生物質； B) 自該已浸泡的生物質中分離至少部分第一液體來 Q 形成第一液體流及第一固體流：其中該第一固體流包含該已浸泡的生物質； C) 蒸汽爆裂該第一固體流來形成包含固體及第二液體之經蒸汽爆裂流。 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其中該於蒸汽爆裂流中之第二液體中之至少部分係自該蒸汽爆裂流分離來形成第二液體流。 3 ·如申請專利範圍第1及2項中任一項之方法，其中該浸泡〇步驟A係於140°c至210°c之溫度範圍進行，歷時1分鐘至 1 6小時。 4·如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中該浸泡步驟A之前有一低溫浸泡步驟，其中該木質-纖維素生物質係浸泡於25 °C至100 °C範圍之溫度之含水之液體中歷經1分鐘至2 4小時，及該低溫浸泡步驟之後係接著一分離步驟將該液體之至少一部分自該低溫浸泡中分離。 5·如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中該木質 -58- 201040279 -纖維素生物質係於步驟A浸泡歷經選自於由1分鐘至6 小時、1分鐘至4小時、及1分鐘至3小時所組成之組群中之一範圍以內的時間。 6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中該木質 -纖維素生物質係於步驟A浸泡歷經1分鐘至4小時之範圍以內的時間。 7. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中該木質 -纖維素生物質係於步驟A浸泡歷經1分鐘至3小時之範 0 圍以內的時間。 8. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中該木質 -纖維素生物質係於步驟A浸泡歷經1分鐘至2.5小時之範圍以內的時間。 9. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中該木質 -纖維素生物質係於步驟A浸泡歷經1分鐘至2.0小時之範圍以內的時間。 10.如申請專利範圍第1至9項中任一項之方法，其中該方法〇包含額外步驟，其係組合該第一液體流之液體的至少一部分與該經蒸汽爆裂流之至少一部分。 1 1 ·如申請專利範圍第4至1 〇項中任一項之方法，其中該經蒸汽爆裂流係以至少第三液體洗滌來形成第三液體流。 1 2.如申請專利範圍第1至11項中任一項之方法，其中於組合該第一液體流與該蒸汽爆裂流中之至少一部分前，該第一液體流係經純化來形成第一已純化之液體流。 13.如申請專利範圍第11至12項中任一項之方法，其中該第 -59- 201040279 三液體流係經純化及然後組合該經蒸汽爆裂流中之至少一部分。 14. 如申請專利範圍第1至13項中任—項之方法，其中該液體自該經已浸泡之生物質的分離係藉壓榨該經已浸泡之生物質。 15. 如申請專利範圍第12至14項中任—項之方法，其中該第一液體流之純化係藉閃蒸進行。 16. 如申請專利範圍第15項之方法’其中係於閃蒸前未減低〇該第一液體流之壓力至大氣壓來進行該閃蒸。 17. 如申請專利範圍第15至I6項中任一項之方法，其中係於該第一液體流自該經已浸泡之生物質中分離結束時的該第一液體流之壓力下來進行該閃蒸。 18. 如申請專利範圍第13至17項中任一項之方法，其中該第二液體流係藉蒸汽汽提純化。 19·如申請專利範圍第13至18項中任一項之方法，其中該已純化的第一液體流係於純化該第二液體流之前與該第〇二液體流組合。 20·如申請專利範圍第13至19項中任一項之方法，其中該第 =液體流係藉蒸汽汽提純化。 21·如申請專利範圍第13至20項中任一項之方法，其中該第一液體流、該第二液體流及該第三液體流係一起純化。 22 ·如申請專利範圍第2 1項之方法，其中該純化爲蒸汽汽提。 23·如申請專利範圍第18、20及22項中任一項之方法，其中 -60- 201040279 該蒸汽汽提係接著以活性炭（activated charcoal)處理。 24. 如申請專利範圍第18、20、22及23項中任一項之方法，其中該經已純化流係經濃縮來去除水。 25. 如申請專利範圍第18、20、22、23及24項中任一項之方法，其中該該第一已純化流係於該第二液體流之純化前與該第二液體流組合。 26. 如申請專利範圍第2至24項中任一項之方法，其中與該經蒸汽爆裂流中之至少一部分混合中之任一者係於該 Q 經蒸汽爆裂流中之至少一部分業已水解後進行。 27·—種木質-纖維素生物質之組成物，包含固體、液體、糠醛、以該組成物之液體及固體中之***聚糖及木聚糖及***糖及木糖之單體、二聚體、寡聚體及聚合物 ' 含量爲基準之定量C5’s、以組成物之液體及固體中之葡聚糖含量爲基準（其包括葡聚糖之單體、二聚體、寡聚體及聚合物）之定量C6’s，及其中該C5’s含量對該C6，s含量之比係小於0.50，而糠醛含量對〇5、及C6，s添加總量之 Ο 比係小於0.0 0 6 0。 28.請專利範圍第27項之組成物，其中該糠醛含量對C5，s& C 6 ’ s添加總量之比係小於〇 . 〇〇 5 0。 2 9 .如申請專利範圍第2 7項之組成物，其中該糠酸含量對 C 5 ’ s及C 6 ’ s添加總量之比係小於〇 . 〇〇 4 〇。 30·如申請專利範圍第27項之組成物，其中該糠醒含量對 C 5 ’ s及C 6 ’ s添加總量之比係小於〇 . 〇〇 3 〇。 31.如申請專利範圍第27項之組成物，其中該糠醒含量對 ~ 61 - 201040279 C 5 ’ S及C 6添加總量之比係小於Ο . ο ο 2 0。 32.如申請專利範圍第27項之組成物，其中該糠醛含量對 C 5 ’ s及C 6 ’ s添加總量之比係小於〇 . 〇〇 1 0。 3 3.如申請專利範圍第27項之組成物，其中該糠醛含量對 C 5 ’ s及C 6 ’ s添加總量之比係小於〇 . 〇〇〇 9。 34. 如申請專利範圍第27至33項中任一項之組成物，其中該 C5’s含量對C6’s含量之比係小於0.44。 35. 如申請專利範圍第27至34項中任一項之組成物，其中該〇組成物中之該等固體之含量係占該組成物之1 1%至99% 重量比之範圍。 3 6.如申請專利範圍第27至3 4項中任一項之組成物，其中該組成物中之該等固體之含量係占該組成物之14%至99% 重量比之範圍。 3 7.如申請專利範圍第27至3 4項中任一項之組成物，其中該組成物中之該等固體之含量係占該組成物之16%至99% 重量比之範圍。 Ο 38.如申請專利範圍第27至34項中任一項之組成物，其中該組成物中之該等固體之含量係占該組成物之19%至99% 重量比之範圍。 3 9.如申請專利範圍第27至3 4項中任一項之組成物，其中該組成物中之該等固體之含量係占該組成物之21 %至99% 重量比之範圍。 40.如申請專利範圍第27至3 4項中任一項之組成物，其中該組成物中之該等固體之含量係占該組成物之24%至99% -62- 201040279 重量比之範圍。 4 1 .如申請專利範圍第27至3 4項中任一項之組成物，其中該組成物中之該等固體之含量係占該組成物之2 6%至9 9% 重量比之範圍。 42. 如申請專利範圍第27至34項中任一項之組成物，其中該組成物中之該等固體之含量係占該組成物之29%至99% 重量比之範圍。 43. 如申請專利範圍第27至34項中任一項之組成物，其中該〇組成物中之該等固體之含量係占該組成物之3 1 %至99% 重量比之範圍。 44. 如申請專利範圍第27至34項中任一項之組成物，其中該組成物中之該等固體之含量係占該組成物之3 6%至99% 重量比之範圍。 45. 如申請專利範圍第27至3 4項中任一項之組成物，其中該組成物中之該等固體之含量係占該組成物之4 1 %至9 9 % 重量比之範圍。〇 46.如申請專利範圍第27至34項中任一項之組成物，其中該組成物中之該等固體之含量係占該組成物之3 %至8 5 % 重量比之範圍。 47.—種木質-纖維素生物質之組成物，包含固體、液體、糠醛、以該組成物之液體及固體中之***聚糖及木聚糖及***糖及木糖之單體、二聚體、寡聚體及聚合物含量爲基準之定量C5’s、以組成物之液體及固體中之葡聚糖含量爲基準（其包括葡聚糖之單體、二聚體、寡聚體 -63- 201040279 及聚合物）之定量C6’s，及其中該C5’s含量對該C6’s含量之比係大於0.50，而糠醛含量對C5’s及C6’s添加總量之比係小於〇.〇9。 48.如申請專利範圍第47項之組成物，其中該糠醛含量對 C5’s及C6’s添加總量之比係小於0.08。 49 ·如申請專利範圍第47項之組成物，其中該糠醛含量對 C5’s及C6添加總量之比係小於0.07。 50.如申請專利範圍第47項之組成物，其中該糠醛含量對 Q C5’s及C6’s添加總量之比係小於0.06。 5 1.如申請專利範圍第47項之組成物，其中該糠醛含量對 C5’s及C6’s添加總量之比係小於0.05。 52.如申請專利範圍第47項之組成物，其中該糠醛含量對 C5’s及C6’s添加總量之比係小於0.04。 5 3.如申請專利範圍第47項之組成物，其中該糠醛含量對 C5’s及C6’s添加總量之比係小於0.03。 54.如申請專利範圍第47項之組成物，其中該糠醛含量對〇 C5’s及C6’s添加總量之比係小於0.02。 5 5.如申請專利範圍第47項之組成物，其中該糠醛含量對 C5’s及C6’s添加總量之比係小於0.01。 56.如申請專利範圍第47項之組成物，其中該糠醛含量對 C5’s及C6’s添加總量之比係小於0.006。 5 7 ·如申請專利範圍第4 7項之組成物，其中該糠醛含量對 C 5 ’ s及C 6 ’ s添加總量之比係小於0.0 0 5。 58.如申請專利範圍第47項之組成物，其中該糠醛含量對 -64- 201040279 C5’s及C6’S添加總量之比係小於0.004。 59.如申請專利範圍第47項之組成物，其中該糠醛含量對 C 5 ’ s及C 6 ’ s添加總量之比係小於〇 . 〇〇 3。 6〇.如申請專利範圍第47項之組成物，其中該糠醛含量對 C 5 ’ s及C 6 ’ s添加總量之比係小於〇 . 〇〇 2。 61. 如申請專利範圍第47項之組成物，其中該糠醛含量對 C 5 ’ s及C 6 ’ s添加總量之比係小於〇〇〇 1。 62. 如申請專利範圍第47至61項中任一項之組成物，其中該〇組成物中之該等固體之含量係占該組成物之1 1 %至9 9 % 重量比之範圍。 63·如申請專利範圍第47至61項中任一項之組成物，其中該 - 組成物中之該等固體之含量係占該組成物之1 4 %至9 9 % 重量比之範圍》 64·如申請專利範圍第47至61項中任—項之組成物，其中該組成物中之該等固體之含量係占該組成物之16%至99% 重量比之範圍。〇 65.如申請專利範圍第47至61項中任一項之組成物，其中該組成物中之該等固體之含量係占該組成物之丨9 %至9 9 % 重量比之範圍。 66. 如申請專利範圍第47至61項中任一項之組成物其中該組成物中之該等固體之含量係占該組成物之21 %至99 % 重量比之範圍。 67. 如申請專利範圍第”至^項中任—項之組成物，其中該組成物中之該等固體之含量係占該組成物之24%至99% -65- 201040279 重量比之範圍。 6 8.如申請專利範圍第47至61項中任一項之組成物，其中該組成物中之該等固體之含量係占該組成物之2 6%至99% 重量比之範圍。 6 9.如申請專利範圍第47至61項中任一項之組成物，其中該組成物中之該等固體之含量係占該組成物之2 9 %至9 9 % 重量比之範圍。 70. 如申請專利範圍第47至61項中任一項之組成物，其中該〇組成物中之該等固體之含量係占該組成物之3 1 %至9 9 % 重量比之範圍。 71. 如申請專利範圍第47至61項中任一項之組成物，其中該組成物中之該等固體之含量係占該組成物之3 6%至9 9% 重量比之範圍。 72. 如申請專利範圍第47至61項中任一項之組成物，其中該組成物中之該等固體之含量係占該組成物之4 1 %至99% 重量比之範圍。〇 73.如申請專利範圍第47至72項中任一項之組成物，其中該 C5’s含量對該C6’s含量之比係大於1.〇❶ 74. 如申請專利範圍第47至72項中任一項之組成物，其中該 C5’s含量對該C6’s含量之比係大於2.0。 75. 如申請專利範圍第47至72項中任一項之組成物，其中該 C5’s含量對該C6’s含量之比係大於3.〇 ^ 76. 如申請專利範圍第47至72項中任一項之組成物，其中該 C5’s含量對該C6’s含量之比係大於4.0。 -66- 201040279 77.如申請專利範圍第47至72項中任一項之組成物，其中該組成物中之該等固體之含量係占該組成物之3 %至 8 5 %重量比之範圍。

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