以機械增強來提高纖維素生物質的微生物轉化的方法
【專利摘要】公開了一種用于基本上無預處理而將生物質轉化的系統和方法。微生物系統與使用機械破碎的結合可以有助于實現高轉化率而無需額外的成本且沒有通常與預處理過程相關的不想要的副產物。
【專利說明】以機械増強來提高纖維素生物質的微生物轉化的方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年6月14日提交的美國專利申請61/835,447的優先權，據此將其全部內容通過引用的方式并入本申請。
技術領域
[0003]本公開涉及將生物質轉化為生物燃料或其它有用產物。更具體地，本公開涉及利用微生物和機械力提高生物質轉化。
【背景技術】
[0004]生物質是一種可用于產生燃料、化學品、纖維和能量的相對便宜、可再生并且豐富的材料。然而，缺乏能夠以低成本將生物質有效地轉化為成分片段或活性中間體的技術至少部分阻礙了植物生物質的大規模利用。例如，大部分植物生物質對通過纖維素酶的消化耐藥。
[0005]生物質的預處理可以使生物質更適合酶消化。預處理可以去除阻礙進入纖維素酶的生物質成分，如木質素和/或半纖維素。預處理還可以引起生物質中的結構性變化(如粒度、孔隙率、表面積)。已經開發了多種生物質預處理技術。這些開發的示例包括使用稀酸或堿、蒸汽爆炸、自動水解、控制pH、AFEX和氨水預處理。
[0006]基于從利用木質原料和真菌纖維素酶的研究中獲取的結果，普遍認為所有生物質都需要纖維素生物質的預處理。根據這一認識，在生物處理之前有必要采用高溫和/或化學品進行預處理以在隨后的酶解中實現經濟上可行的產率。
[0007]然而，預處理增加了成本且可能影響在隨后的發酵期間的性能。用于預處理的資本和運營成本巨大，且預處理通過負面影響下游加工操作的性能進一步增加了加工成本。特別是，所有已知的預處理產生抑制水解和發酵的化合物或需要回收化學試劑(例如氨或離子液體)，或者既產生抑制水解和發酵的化合物又需要回收化學試劑(例如氨或離子液體)。
【發明內容】
[0008]目前公開的手段通過提供一種用于有效轉化生物質的系統和方法推進了技術。在一個實施方式中，通過采用纖維素分解菌聯合轉化過程中對木質纖維素粒子進行機械破碎，以很少預處理或無預處理即可以實現纖維素原料的高溶解率。
[0009]纖維素生物燃料領域已經基于所有生物質都需要預處理這一認識運行。本文公開的是可以排除該預處理步驟。為了本公開的目的，術語“預處理”指的是使生物質與除水以外的任何化學品接觸的過程。為了本公開的目的，術語“預處理”不包含高壓滅菌。
[0010]本文公開了一種用于將生物質轉化為乙醇或其它所需的產物的系統。在一個實施方式中，所公開的系統可以含有包括木質纖維素粒子的生物質、用于保持生物質的反應器、能夠將生物質發酵成所需的產物的微生物，和用于機械地破碎木質纖維素粒子的裝置。一方面，生物質沒有經過預處理。另一方面，沒有用任何化學品對生物質進行預處理。在另一方面，在處理前已將生物質僅與水接觸。另一方面，在將生物質裝進反應器之前，已對生物質進行高壓滅菌。另一方面，反應器為密閉反應器。
[0011]還公開了一種用于將生物質轉化為乙醇或其它所需的產物的方法。在一個實施方式中，該方法包含(a)將生物質和微生物加入反應器，其中微生物能夠使生物質溶解并使溶解產物發酵。一方面，生物質含有木質纖維素粒子。在另一個實施方式中，該方法包含(b)機械地破碎生物質的木質纖維素粒子和(C)用微生物使生物質發酵以產生所需的發酵產物，如乙醇等。一方面，同時實施步驟(b)和(C)。另一方面，連續地或間歇地(例如，5分鐘一次)實施步驟(b)。
[0012]在另一個實施方式中，所公開的方法可以包含(a)將生物質和微生物加入反應器，(b)用微生物使生物質發酵以產生第一發酵產物，(C)機械地破碎步驟(b)的第一發酵產物，和(d)使步驟(C)的機械地破碎的產物發酵，其中重復步驟(b)至(d)N次，N為等于或大于I的整數。一方面，N在從I至10的范圍內。
[0013]在另一個實施方式中，對經過發酵的固體的研磨可以在約8%、10%、12%或15%(重量/重量)的固體上進行。
[0014]在另一個實施方式中，以間歇性機械破碎孵育5天后溶解了生物質中超過50%、60%、65%、70%、75% 或 80% 的糖。
[0015]在另一個實施方式中，可以采用一種或多種微生物且微生物能夠使生物質發酵成所需的產物。在另一個實施方式中，微生物能夠使生物質溶解并使溶解產物發酵。如本文所公開的微生物系統可以包含純培養或共同培養的微生物，如熱纖梭菌、ClostridiumclarafIavum、CaIdiceIlusiruptor besci1、Thermoanaerobacterium saccharolyticum、Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum或其組合。以舉例的方式，可以用于微生物系統的菌株包含但不限于熱纖梭菌DSM1313、熱纖梭菌ATCC 27405、Clostridiumclaraflavum 42A、Clostridium claraflavum DSM19732等。
[0016]在另一個實施方式中，纖維素材料的微生物發酵和機械攪拌可以在發酵期間同時發生。在另一個實施方式中，纖維素材料的微生物發酵和機械攪拌可以在發酵期間相繼發生。
[0017]在另一個實施方式中，系統還可以包含驅動裝置，用于將在反應器中形成的壓力用于驅動用于機械破碎的裝置。該壓力可以來自反應器中通過發酵產生的氣體，或其可以來自在發酵罐(或反應器)的底部形成的靜壓。比如，可以含有通過發酵有機體產生的C02，其可以導致壓力的短暫增加。該增加的壓力可以用作動力推動纖維素漿液通過孔口(諸如在串聯連續配置中從一個反應器到另一個反應器)，或者可選地可以用于增加發酵系統(或其部分)的壓力。
[0018]通過多種不同的方式可以實現木質纖維素粒子的機械破碎。以舉例的方式，通過使用密度大于反應器(發酵罐)中水的密度的固體粒子(諸如金屬球)可以實現破碎。另一方面，通過以激烈混合、穿過孔口或噴嘴或二者的方式受到剪切力(sheer)而可以實現破碎。另一方面，通過壓力循環可以實現破碎，其由于過飽和的C02可能會導致在纖維素粒子內形成氣泡。另一方面，通過使木質纖維素粒子通過發酵罐外的研磨機(例如盤磨機)并在機械加工后將它們回收至發酵罐可以實現破碎。另一個方面，用于機械破碎的裝置和驅動裝置可以包含具有密集珠子的噴嘴或水力旋流器。
[0019]另一方面，用于機械破碎的裝置可以包含球磨機、盤磨機或者既包含球磨機又包含盤磨機。一方面，可以使用具有統一直徑的金屬或玻璃球。另一方面，可以一起使用具有不同直徑的金屬球以增強破碎。以舉例的方式，可以使用具有從2mm至50mm、從5mm至30mm、或從8mm至20mm范圍內的不同直徑的金屬球。
【附圖說明】
[0020]圖1為顯示組合的機械和生物化學處理方法的不同路線的流程圖。
[0021]圖2示出了兩條路線A和B各自分別在第I輪和第2輪之后的葡聚糖溶解結果。圖2中還示出了累積的葡聚糖溶解。
[0022]圖3示出了通過以真菌纖維素酶水解為特征的SSF和通過采用多種微生物系統的微生物轉化，葡聚糖和木聚糖在柳枝稷中的溶解。
[0023]圖4示出了相比于從以對木材或草添加真菌纖維素酶為特征的SSF獲取的低得多的轉化，通過細菌/微生物轉化獲取的并通過對草的機械力提高的高轉化。
[0024]圖5示出了對用不同微生物處理5天后柳枝稷的溶解進行比較的結果。
[0025]圖6示出了圖5中所描述的溶解和轉化實驗的各種產物。
[0026]圖7示出了采用真菌纖維素酶和酵母，通過熱纖梭菌(C.thermocellum)和通過SSF，經過高壓滅菌但沒有經過預處理的六月中旬收獲的柳枝稷和白楊的對比的葡聚糖溶解結果。
[0027 ]圖8示出了減少的固體負載量對溶解的影響。
[0028]圖9示出了對于經過洗滌、經過高壓滅菌但沒有經過預處理的原料來說，收獲日期、選擇的催化劑和粒度對葡聚糖溶解的影響。
[0029]圖10示出了通過熱纖梭菌酶或真菌纖維素酶的不同裝載量，在血清瓶中5天后，經過高壓滅菌但沒有經過預處理的六月中旬收獲的柳枝稷的對比的葡聚糖溶解。
[0030]圖11為顯示對于多種底物和轉化系統的葡聚糖和木聚糖的溶解圖。
[0031]圖12示出了對于多種底物和轉化系統的預測的和實際的溶解。
[0032]圖13示出了球磨對經過高壓滅菌但沒有經過預處理的十月收獲的柳枝稷的連續發酵的影響。
【具體實施方式】
[0033]在纖維素生物燃料領域內通常認為，纖維素生物質向乙醇的有效轉化需要預處理。預處理增加了成本且可能影響在隨后的發酵期間的性能。用于預處理的資本和運營成本巨大，且預處理通過負面影響下游加工操作的性能進一步增加了加工成本。特別是，所有已知的預處理產生抑制水解和發酵的化合物或需要回收化學試劑(例如氨或離子液體)，或者既產生抑制水解和發酵的化合物又需要回收化學試劑(例如氨或離子液體)。
[0034]除成本效益外，加工未經預處理的生物質還可以促進回收副產品如飼料蛋白和高分子量木質素，并可使生物質加工基本上不那么危險。如果可以以高產率和合理高的比率加工纖維素生物質而無需預處理，這很可能是使加工更便宜、更簡單并且更可靠的革命性的進步。這樣的進步有明確的潛力取代其他技術方法且具有巨大的競爭優勢。
[0035]以很少或無預處理的生物質轉化的潛在的缺點可以包含，例如，原料特性對加工可能性的影響的不確定性，溶解不如在高濃度下同樣有效的可能性，以及不能將嗜熱微生物設計為實現高乙醇產量和滴度的可能性。本文公開了通過在轉化過程中采用纖維素分解菌聯合木質纖維素粒子的機械破碎，以很少或無預處理可以實現纖維素原料的高溶解率。
[0036]還沒有顯示將微生物纖維素利用與木質纖維素粒子的機械破碎進行組合用于由纖維素生物質生產燃料或化學品。已經示出了轉化過程中的物理破碎，參見諸如Ryu和Lee，B1technol B1eng.1983,25(1):53-65;Jones和Lee,B1technol B1eng.1988,31(1):35-40;Tjerneld等人,B1separat1n.1990,1(3-4): 255-63。然而，這些研究全部采用無細胞酶水解，而不是如本文所公開的微生物系統。本公開示出了與機械力聯合的微生物轉化相對于無細胞酶轉化的優點。
[0037]另一方面，所有先前的研究采用了磨損反應器。在酶法水解的研究中已經觀察到磨損反應器存在一定局限性。這些局限性包含，以舉例的方式，在高固體時降低的有效性、加速的酶失活等。由于兩種系統中所涉及的不同的機制，因此磨損反應器中與無細胞酶水解相關的這些局限性在微生物系統中可能不太重要。
[0038]另一方面，相比于轉化之前進行研磨，組合的微生物轉化和機械破碎可能既更便宜又更有效，因為(a)相比于轉化前粒度減小，在轉化過程中的粒子的軟化預計會使它們更容易破碎，以及(b)在反應過程中生成新的表面。
[0039]術語“生物質”指的是來源于活的生物體或由活的生物體產生的非化石可再生材料。在其最廣泛的術語中，生物質可以包含動物生物質、植物生物質和人類糞便以及再生材料等。動物生物質的示例可以包含動物副產品和動物糞便等。在本公開的一個實施方案中，生物質是指植物生物質，其包含在可持續的基礎上可用的任何植物衍生的物質(木質或非木質的)。植物生物質可以包含但不限于農作物廢棄物和殘渣，如玉米秸桿、麥桿、稻桿、甘蔗渣等，飼料作物，如柳枝稷、苜蓿、冬黑麥等。植物生物質還可以包含但不限于木本能源作物、木材廢物和殘渣，如樹、軟木森林疏伐、樹皮廢物、鋸肩、紙和紙漿工業殘渣或廢物流、木質纖維等。在城市地區，植物生物質可以包含庭院廢物，如剪草、樹葉、剪樹、灌木等，蔬菜加工廢棄物以及回收的紙板和紙制品。
[0040]在一個實施方式中，草生物質可用于本公開。在另一個實施方式中，利用現有的設備和技術可將冬季覆蓋作物如冬黑麥用作生物能源原料。冬季覆蓋作物與土地或稅收糧食作物很少有且可論證地沒有競爭，且他們還積極地影響土壤和水的質量以及農業收入，并提供重要的副產品機會。一項最近的研究估計，美國在用于種植玉米和大豆的土地上每年可以生產2億干噸冬黑麥，其具有等于目前美國和巴西的產業相結合的液體燃料生產潛力。
[0041]通過采用本文公開的系統和方法，也可以將其它纖維素原料加工成生物燃料而無需預處理。微生物的示例可以包含但不限于熱纖梭菌工.0]^作€31￥11111、(:上680；[；[或作為發酵體系的的C.thermocellum/Thermoanaerobacterium saccharolyticum共培養。可以米用用于機械增強的各種策略以進一步提高轉化。這些策略可以包含，以舉例的方式，原位球磨，通過噴嘴或高剪切管線式攪拌機，以及涉利用在發酵過程中形成的壓力作為動力的多個配置。同時使用微生物纖維素發酵和機械裝置可以證實是一種用于提高生物質轉化的節約成本的并且有效的方式。
[0042]對于本領域技術人員來說明顯的是，在不偏離本文所公開的實施方式的范圍的情況下，可以對本文所描述的系統和方法進行修改且可以使用適當的等同進行替換。通過參照下面的實施例會更清楚地理解現在已經詳細描述的某些實施方式，其僅用于說明的目的而并不旨在限制本發明。
[0043]實施例
[0044]實施例1機械破碎有助于更高的溶解率
[0045]圖1為顯示組合的機械和生物化學處理方法的不同路線的流程圖。路線A中，生物質在發酵之前進行球磨。路線B中，生物質在兩輪發酵之間進行球磨。
[0046]圖2示出了兩條路線A和B各自分別在第I輪和第2輪之后的葡聚糖溶解結果。圖2中還示出了累積的葡聚糖溶解。介質I和2中的球的直徑為8mm、I Imm和20mm。介質3中的球的直徑為11mm。
[0047 ]實施例2對SSF和多種微生物的溶解結果進行比較
[0048]進行實驗以比較SSF和多種微生物的溶解結果。圖3示出了通過以真菌纖維素酶水解為特征的同步糖化發酵(SSF)和通過采用多種微生物系統的微生物轉化，葡聚糖和木聚糖在柳枝稷中的溶解。5天后SSF達到13%的纖維素溶解，而測試的大多數微生物系統的溶解超過60%的溶解。
[0049]圖4強調了酶和微生物轉化在未經處理的木質對草木質纖維素上的差異。真菌纖維素酶在未經處理的木材和草之間的性能相似(10%對11%)，對草的未經處理的草的微生物轉化比對木材的未經處理的草的微生物轉化高4倍以上(65%對14%)。通過引入機械破碎/增強的裝置，轉化進一步增加至78%。標記為“經過洗滌”的結果是針對去除了可溶性葡聚糖的柳枝稷實施的(60C洗滌過夜)。對于未經洗滌的柳枝稷，以機械增強的細菌進行的葡聚糖溶解為88% (圖4)。
[0050]如圖3和4中所示，當相比于采用真菌纖維素酶或無細胞纖維素酶的常規系統(圖3)時，微生物纖維素轉化在未經處理的或經過最低限度預處理的底物上顯示出優異的水解性能(圖3)。結合了轉化過程中機械破碎的微生物轉化比沒有機械力(或破碎)的微生物轉化更有效。如圖4所示，在沒有機械破碎的情況下微生物轉化可以達到約65%或更大的轉化率。當采用機械破碎時，可以達到更高程度的溶解。
[0051]雖然未經預處理的柳枝稷的溶解率通常需要增加超過5倍以達到有吸引力的經濟通常所需要的高程度的溶解，微生物纖維素系統中僅30%左右的增加可以是足夠高的性價比。因此，盡管微生物轉化可能需要相對較小強度的機械破碎，未經預處理的底物的轉化可能需要采用真菌纖維素酶的強烈(或劇烈)得多的破碎。
[0052]實施例3對多種微生物的溶解結果進行比較
[0053]對采用多種原料(柳枝稷和白楊)和轉化系統(具有真菌纖維素酶的熱纖梭菌與SSF，C.bescii，C.clariflavum，C.cellulolyticum，混合富集)的溶解結果進行了檢測和比較。使用若干對在六月中旬收獲的經過高壓滅菌而沒有經過預處理的洗滌的柳枝稷的溶解進行檢測。圖5顯示了將用不同微生物處理5天后的柳枝稷的溶解進行比較的比較結果。在血清瓶中5天后這些測試的參數為:5g/L的葡聚糖、13g/L的固體、<4mm的粒度、2 %的接種體。在60C時聚生體在來自馬糞堆肥的微晶纖維素上得到增強。結果表示為三個獨立試驗的平均值土標準差，每個獨立試驗進行三次。如圖5所示，熱纖梭菌和聚生體均顯示約65%的溶解，而測試的其它微生物顯示出較低的溶解百分數。
[0054]圖6示出了圖5中的實驗的溶解產物。通過多種微生物(2%的接種體)在5天后的經過洗滌的綠色柳枝稷(4mm粒度)的發酵和水解產物。聚生體在來自馬糞堆肥的微晶纖維素上得到增強。結果表示為平均值(n = 3)。如圖6所示，對于所有的培養和對照，乙酸以最高的濃度存在。對于除聚生體之外的所有培養(沒有PH對照)，可溶性糖以顯著的水平的存在。
[0055]實施例4對采用不同的微生物和SSF的不同的生物質的溶解結果進行比較
[0056]對經過高壓滅菌而沒有經過預處理的在六月中旬收獲的柳枝稷和白楊通過不同的微生物或纖維素酶的葡聚糖溶解進行檢測。采用真菌纖維素酶和酵母的熱纖梭菌和SSF的結果示于圖7中。在血清瓶中孵育5天進行該測試。真菌纖維素酶裝載量為每克固體4.5毫克Ctec2和每克固體0.5毫克Htec2。未接種的柳枝稷(5g/L的葡聚糖，13g/L的固體，<4mm的粒度)和白楊(5g/L的葡聚糖，Ilg/L的固體，<0.5mm的粒度)的溶解少于10%。結果表示為三個獨立試驗的平均值±標準差，每個獨立試驗進行三次。如圖7所示，在少量酶裝載下，熱纖梭菌轉化超出SSF約2倍，且對于兩種系統，六月中旬的柳枝稷比木材具有高得多的活性。
[0057]實施例5固體裝載量對溶解的影響
[0058]研究了減少的固體裝載量對溶解的影響。5天后對來自經過洗滌的六月中旬收獲的具有13g/L或2.5g/L的初始固體濃度的柳枝稷的葡聚糖溶解進行比較。真菌纖維素酶裝載量為每克固體4.5毫克Ctec2和每克固體0.5毫克Htec2。結果表示為三個獨立試驗的平均值土標準差，每個獨立試驗進行三次。
[0059]如圖8所示，對于C.bescii，而非對于熱纖梭菌和SSF，初始固體裝載量對葡聚糖溶解具有顯著影響。
[0060]實施例6生物質收獲日期和粒度對溶解的影響
[0061]經過洗滌、高壓滅菌而沒有經過預處理的原料的葡聚糖溶解作為收獲柳枝稷的收獲日期、生物催化劑的選擇和粒度的函數進行了研究。在該研究中使用了在血清瓶孵育了 5天的熱纖梭菌(實心方塊)或真菌纖維素酶和酵母(空心菱形)。真菌纖維素酶裝載量為每克固體4.5毫克CTec2以及每克固體0.5毫克HTec2。未接種的年輕的柳枝稷(5g/L的葡聚糖，13g/L的固體)、衰老的柳枝稷(5g/L的葡聚糖，12g/L的固體)和白楊(5g/L的葡聚糖，llg/L的固體)的溶解少于10%。結果表示為三個獨立試驗的平均值±標準差，每個獨立試驗進行三次。
[0062]如圖9所示，粒度沒有對草、白楊SSF顯示出顯著影響。然而，粒度似乎在白楊上對熱纖梭菌具有一些顯著影響。
[0063]對于熱纖梭菌和SSF，衰老的柳枝稷的溶解約為六月中旬收獲的柳枝稷的溶解的一半，表明收獲日期也對溶解具有顯著影響。在本文中再次，在所有的粒度和在兩個時期，熱纖梭菌對柳枝稷的有效性約為SSF的2倍。
[0064]實施例7酶裝載量和酶來源對溶解的影響
[0065]在血清瓶中5天后，通過不同裝載量的熱纖梭菌酶或真菌纖維素酶，將來自經過高壓滅菌而沒有經過預處理的在六月中旬收獲的柳枝稷的葡聚糖溶解進行比較。5g/L的葡聚糖，13g/L的固體，4mm的粒度。
[0066]通過親和純化(〇)或通過對無細胞液體培養基進行濃縮及透析(.)對熱纖梭菌酶進行純化。在37°C在酵母的存在下(X)或不存在酵母的情況下(□)，在較低底物濃度(△，2.5g/L的固體)，或增加的水解溫度(O，50C)下對真菌纖維素酶進行孵育。結果表示為平均值土標準差(對于真菌纖維素酶n = 3，對于親和純化的纖維素酶n = 2，對于透析濃縮的液體培養基n = l)。
[0067]如圖10所示，存在或不存在酵母、更高的酶裝載量、更高的孵育溫度或更少的原料裝載量均沒有顯著提高5天的SSF溶解。在所有的裝載量情況下，熱纖梭菌素酶遠比真菌纖維素酶更有效。
[0068]實施例8針對多種底物和轉化系統的葡聚糖和木聚糖的溶解
[0069]針對多種底物通過轉化系統的葡聚糖和木聚糖的溶解進行檢測。圖11示出了多種底物和轉化系統的葡聚糖和木聚糖的溶解。
[0070]圖12示出了針對多種底物和轉化系統的預測的和實際的溶解。從3種底物和6種轉化系統中獲得的數據證實了惰性非碳水化合物假說，同時拒絕了 “洋蔥剝離”假說，這表明非碳水化合物被溶解至到與碳水化合物相同的程度。
[0071]實施例9球磨對連續發酵的影響
[0072]研究了球磨對經過高壓滅菌但沒有經過預處理的十月收獲的柳枝稷的連續發酵的影響。術語“之前”指的是在第一次接種前進行研磨，以及術語“之后”指的是在第一次接種和第二次接種之間進行研磨。
[0073]如圖13所示，在熱纖梭菌的情況下，在第一次發酵之后但在第二次發酵之前進行的5分鐘研磨導致剩余的碳水化合物在第二次發酵階段期間的溶解增加。更具體地，通過第一次發酵和第二次發酵之間的研磨，超過50%的在第一次發酵之后剩余的碳水化合物溶解。相比于沒有進行研磨的對照，在第一次發酵之前進行同樣的研磨沒有效果。因此，當交替進行物理和生物攻擊(共處理)時遠比連續進行物理和生物攻擊(預處理)更有效。
[0074]通過簡單研磨的熱纖梭菌可以實現衰老的經過高壓滅菌但沒有經過預處理的柳枝稷的高度溶解，但是通過同樣研磨處理的SSF最有可能實現不了衰老的經過高壓滅菌但沒有經過預處理的柳枝稷的高度溶解。
[0075]可以在貫穿本申請引用的或以下所列出的所有被引用的參考(包括文獻參考、專利、專利申請和網站)的內容在此為任何目的以引用的方式以其全部內容明確地并入本公開。除非另有聲明，本公開可以采用本領域中公知的微生物學、分子生物學和細胞生物學的常規技術。
[0076]可以對所公開的方法和系統在不脫離其范圍的情況下進行修改。應當指出的是，包含在上述說明中的或在附圖中示出的事項應當被理解為說明性的而不是限制性的意義。
【主權項】
1.一種將生物質轉化為乙醇或其它所需的產物的系統，所述系統包括: a)生物質，所述生物質包括木質纖維素粒子，其中沒有對所述生物質進行預處理， b)反應器，用于保持所述生物質， c)微生物，所述微生物能夠將生物質發酵成所需的產物，和 d)裝置，用于機械地破碎所述木質纖維素粒子。2.根據權利要求1所述的系統，其中用于機械破碎的所述裝置包括球磨機或盤磨機。3.根據權利要求1所述的系統，其中用于機械破碎的所述裝置包括金屬球。4.根據權利要求1所述的系統，進一步包括驅動裝置，用于將在所述反應器中形成的壓力用于驅動用于機械破碎的所述裝置。5.根據權利要求4所述的系統，其中所述壓力選自由在所述反應器中通過發酵產生的氣體所形成的壓力、在反應器底部形成的靜壓及其組合所組成的組。6.根據權利要求1所述的系統，其中所述反應器為密閉反應器。7.根據權利要求4所述的系統，其中沒有用化學品對所述生物質進行預處理。8.根據權利要求4所述的系統，其中在將所述生物質裝進所述反應器之前，對所述生物質進行高壓滅菌處理。9.根據權利要求1所述的系統，其中所述微生物為選自由熱纖梭菌、Clο stridiumclarafIavum、CaIdiceIlusiruptor besci1、Thermoanaerobacterium saccharolyticum、Thermoanaerobacterium thermosaccharoIyticum及其組合所組成的組的至少一名成員。10.根據權利要求1所述的系統，其中所述微生物促進所述生物質的溶解。11.一種用于將生物質轉化為乙醇或其它所需的產物的方法，所述方法包括: a)將所述生物質和微生物加入反應器，所述微生物能夠使所述生物質溶解并使形成的溶解產物發酵，所述生物質包括木質纖維素粒子， b)機械地破碎所述生物質的所述木質纖維素粒子， 和 c)用所述微生物使所述生物質發酵以產生所需的發酵產物。12.根據權利要求11所述的方法，其中同時實施所述步驟(b)和(C)。13.根據權利要求11所述的方法，其中間歇性地實施所述步驟(b)。14.根據權利要求11所述的方法，其中通過用由金屬或玻璃制成的球或珠子機械地破碎所述生物質來實施所述步驟(b)。15.根據權利要求11所述的方法，其中步驟(b)中的所述機械破碎由從所述反應器獲取的能量來驅動。16.根據權利要求11所述的方法，其中所述反應器為密閉反應器。17.根據權利要求16所述的方法，其中將來自所述密閉反應器內部的壓力用于驅動步驟(b)的所述機械破碎。18.根據權利要求11所述的方法，其中以間歇性機械破碎孵育5天后溶解了所述生物質中的超過60%的糖。19.根據權利要求11所述的方法，進一步包括將所述可溶性糖轉化為乙醇或其它所需的產物的步驟。20.—種用于將生物質轉化為乙醇或其它所需的產物的方法，所述方法包括: a)將所述生物質和微生物加入反應器，所述微生物能夠使所述生物質溶解并使形成的溶解產物發酵，所述生物質包括木質纖維素粒子， b)用所述微生物使所述生物質發酵以產生第一發酵產物， c)機械破碎步驟(b)的所述第一發酵產物，和 d)使步驟(c)的所述機械破碎的產物發酵， 其中重復所述步驟(b)至(d)N次，N為等于或大于I的整數。
【文檔編號】C12P7/06GK105849271SQ201480045364
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年6月14日
【發明人】李·R.·林德, 朱雷·M.D.·帕伊
【申請人】達特茅斯學院理事會