“碳源”指的是包括至少一個碳原子并且可以被生物體比如產(chǎn)乙醇菌利用以生長和/或再生，從而增加產(chǎn)乙醇菌的細胞團的一種或多種化合物。典型的碳源包括，但不限于:單糖，比如，葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖、木糖，等等；二糖，比如，乳糖、麥芽糖、蔗糖、纖維二糖，等等；低聚糖；多糖，比如，纖維素、半纖維素、淀粉、木聚糖，等等；僅包括一個碳原子的單碳底物，比如，甲醇；和多元醇，比如甘油。
[0025]在優(yōu)選實施例中，該碳源至少包括木糖。在一些實施例中，該碳源基本上可以包括全部木糖，幾乎沒有葡萄糖。用于本發(fā)明的木糖可以從許多不同來源獲得。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的繁殖產(chǎn)乙醇菌的方法中所用的至少部分木糖包括從處理原料(比如，將由產(chǎn)乙醇菌發(fā)酵以制造乙醇的木質纖維素原料)獲得的木糖溶液。以產(chǎn)生木糖溶液的方式處理木質纖維素原料是眾所周知的并且公布于，例如，申請日為2010年3月3日的美國系列號12/717，002，專利號為5，424，417的美國專利(Torget等人)，專利號為6，022，419的美國專利(Torget等人)，所述文獻的全部內容通過引用結合在本文中用于所有目的。
[0026]結合圖2描述處理木質纖維素原料以提供根據(jù)本發(fā)明的繁殖生物體所用的木糖。圖2展示了生物精煉廠的流程圖，該生物精煉廠包括與基于玉米的乙醇生產(chǎn)設備(該基于玉米的乙醇生產(chǎn)設備由包含在玉米粒中的淀粉生產(chǎn)乙醇)在同一位置的木質纖維素乙醇生產(chǎn)設備(該木質纖維素乙醇生產(chǎn)設備由預處理木質纖維素材料獲得的糖生產(chǎn)乙醇)。使兩個乙醇生產(chǎn)設備在同一位置可以共享某些工廠系統(tǒng)，例如，用于脫水、儲存、乙醇的變性和運輸?shù)南到y(tǒng)，能量/燃料-能量生成系統(tǒng)、工廠管理和控制系統(tǒng)，及其它系統(tǒng)。玉米纖維(玉米粒的成分，當在基于玉米的乙醇生產(chǎn)設備中通過研磨(例如，通過分餾法)制備玉米粒時可以獲得該玉米纖維)可以供應至木質纖維素乙醇生產(chǎn)設備作為原料。燃料或能源，比如，來自該木質纖維素乙醇生產(chǎn)設備的甲烷或木質素可以用于向在同一位置的兩個設備或任何一個設備供電。根據(jù)其它可替換的實施例，生物精煉廠(例如，木質纖維素乙醇生產(chǎn)設備)可以與其它類型的工廠和設備，例如，發(fā)電廠、廢物處理設備、木材廠、處理農(nóng)產(chǎn)品的造紙廠或設備在同一位置。
[0027]如圖2所示，在系統(tǒng)265中對木質纖維素260進行預處理，從而產(chǎn)生木糖溶液270，木糖溶液270可以用于根據(jù)本發(fā)明的繁殖系統(tǒng)115中。
[0028]典型的原料260包括所有類型的生物質，比如，來自一種或多種谷物和/或一種或多種木質纖維素底物的纖維材料，比如硬木材、草、軟木材、廢紙和紙漿、城市廢物、農(nóng)業(yè)廢物如稻草、玉米芯、玉米桿，及其混合物。木質纖維素原料是眾所周知的并且包括纖維素、半纖維素和木質素。在優(yōu)選的實施例中，用于生產(chǎn)木糖的原料包括來自玉米植物的植物材料。比如，玉米芯、玉米皮、葉和莖。例如，按重量計算，該植物材料包括高達100%芯；高達100%皮/葉；約50%芯和約50%皮/葉；約30%芯和約50%皮/葉，以及約20%莖，；以及來自玉米植物的芯、皮/葉和莖的其它任何組合。典型地，玉米莖包括莖的上半部或四分之三部分。根據(jù)可替換的實施例，木質纖維素植物材料可以包括來自玉米粒的纖維(例如，與其它植物材料的一些組合)。在典型的實施例中，(來自玉米植物的)生物質的木質纖維素植物材料包括(按重量計算)約30%至55%的纖維素、約20%至50%的半纖維素，和約10%至25%的木質素。在一些實施例中，該生物質的木質纖維素植物材料(來自玉米植物的芯、皮/葉和莖部分)包括(按重量計算)約35%至45%的纖維素、約24%至42%的半纖維素，和約12%至20%的木質素。
[0029]預處理系統(tǒng)265可以包括一個或多個用于制備和對原料260進行預處理的子系統(tǒng)。制備生物質的子系統(tǒng)可以包括用于接收/卸載生物質、清潔(例如去除雜質)、碾磨(例如研磨、還原或致密化)、運輸并轉移至工廠進行加工的裝置。根據(jù)典型的實施例，玉米芯和桿形式的生物質可以遞送至生物精煉廠并貯藏(例如，以成捆、成堆或成箱等形式)，并進行管理以在設備中使用。根據(jù)其它典型的實施例，生物精煉廠的制備子系統(tǒng)可以被配置成制備各種類型的生物質(例如，植物材料)，以在工廠中處理和加工成乙醇和其他副產(chǎn)物。根據(jù)優(yōu)選實施例，在制備子系統(tǒng)(未示出)制備并凈化包括來自玉米植物的植物材料的生物質。
[0030]制備后，可以根據(jù)眾所周知的技術對生物質進行預處理以產(chǎn)生C5和/或C6糖。例如，生物質可以與水混合成漿料以促進該生物質(例如，通過水解)分解成C5和/或C6糖。在一些實施例中，預處理系統(tǒng)265可以包括將酸加入制備好的生物質中，從而促進該生物質分解，以分離成液體成分(C5流，可回收供發(fā)酵的C5糖)和固體成分(C6流，可得到供發(fā)酵C6糖)。
[0031]根據(jù)優(yōu)選實施例，可以在確定的操作條件下(S卩，酸濃度、pH、溫度、時間、壓力、固體負載、流速、加工用水或蒸汽的供應等)將酸施加于反應容器中的生物質中，并且可以在反應容器中攪拌/混合該生物質，以促進生物質的分解。根據(jù)典型實施例，可以將酸(比如，硫酸、鹽酸、硝酸等等，或酸的制劑/混合物)施加至該生物質。根據(jù)特別優(yōu)選的實施例，將硫酸施加至預處理的生物質中。
[0032]在典型實施例中，液體成分(C5流)包括水、可以用于發(fā)酵成乙醇和/或產(chǎn)乙醇菌的繁殖的已溶解的糖(比如，木糖、阿拉伯糖和葡萄糖)、酸和其它從半纖維素中回收的可溶成分。根據(jù)典型實施例，該液體成分可以包括大約5%至大約7%固體成分(S卩，懸浮/殘留固體，比如部分水解的半纖維素、纖維素和木質素)。根據(jù)特別優(yōu)選的實施例，該液體成分會包括至少2%至4%木糖(按重量計算)。根據(jù)其它實施例，該液體成分包括不少于1%至大約2%的木糖(按重量計算)。在一些實施例中，生物質的預處理會產(chǎn)生液體成分和固體成分，該液體成分包括(按重量計算)不少于1.0%的木糖，該固體成分包括不少于40%的纖維素(從該纖維素可以獲得葡萄糖)。
[0033]系統(tǒng)265中產(chǎn)生的至少部分木糖可以通過流270轉移至繁殖系統(tǒng)115，并且用作繁殖生物體的在此所述的碳源。如圖2所示，在系統(tǒng)275中可選地處理來自預處理系統(tǒng)265的木糖流270，從而，例如，移除和/或回收副產(chǎn)物，比如，固體、有機酸、糠醛、和/或類似物。
[0034]在許多實施例中，系統(tǒng)265中產(chǎn)生的一些木糖與系統(tǒng)265中產(chǎn)生的至少一部分C6糖一起轉移至發(fā)酵系統(tǒng)125中，并且通過系統(tǒng)115中生產(chǎn)的生物質轉化成乙醇。
[0035]接著，來自發(fā)酵系統(tǒng)125的發(fā)酵產(chǎn)物供應至蒸餾系統(tǒng)280，其中回收乙醇。
[0036]再次參見圖1，可以提供木糖作為一部分(所有的)碳源105，其數(shù)量能夠有助于在所需時間內使所需數(shù)量生物體的再生(繁殖)。所提供的木糖的數(shù)量可以取決于下面的因素:比如，所存在的其它碳源的種類和數(shù)量、所存在的營養(yǎng)源的種類和數(shù)量、pH、溫度、繁殖所需的時間段，等等。在一些實施例中，木糖的數(shù)量范圍占培養(yǎng)基重量的0.1%至10%，優(yōu)選占培養(yǎng)基重量的0.5%至5% (下文將討論培養(yǎng)基)。
[0037]除了碳源之外，還包括營養(yǎng)源，以幫助繁殖生物體，比如產(chǎn)乙醇菌。在此使用的“營養(yǎng)源”指的是可以被生物體，比如產(chǎn)乙醇菌利用以生長和/或再生，從而增加產(chǎn)乙醇菌的細胞團的一種或多種材料。營養(yǎng)源的常規(guī)來源是眾所周知的并且包括，例如，酵母提取物。可以用于繁殖生物體，比如酵母的常規(guī)營養(yǎng)可以通過商業(yè)途徑從Scott Laboratories Ltd,Pickering, ON, Canada 的商品 GO-FERM 獲得。
[0038]根據(jù)本發(fā)明，該營養(yǎng)源包括酒糟成分。酒糟是眾所周知的并且是蒸餾發(fā)酵產(chǎn)物的副產(chǎn)物。例如，制備酒糟的眾所周知的過程是玉米谷物制乙醇過程，結合圖2，進行解釋。如圖2所示，在系統(tǒng)205中制備谷物比如玉米、大麥、小麥，和/或高粱200，從而使其可以在系統(tǒng)205中發(fā)酵成發(fā)酵產(chǎn)物，該發(fā)酵產(chǎn)物包括一種或多種生化物質，比如乙醇。可以使用全谷物或僅使用谷物的一個部分或多個部分。例如，系統(tǒng)205可以研磨用于發(fā)酵的全谷物或在研磨之前將谷物分離成一個或多個分離的部分。還可以從已經(jīng)發(fā)酵且蒸餾的木質纖維素原料獲得酒糟，并且在此被稱為“纖維素的全酒糟”。優(yōu)選至少部分從一種或多種谷物來源，比如，玉米粒，獲得的酒糟。研磨之后，研磨好的谷物可以進一步加工以使多糖和/或低聚糖分解成可以通過，例如，酵母發(fā)酵的一種或多種單糖，比如葡萄糖。將多糖(比如，淀粉)分解成葡萄糖的方法是眾所周知的，并且包括，例如，熱水(比如，包括添加酸如硫酸的熱水)和/或酶預處理。在發(fā)酵210之后，在系統(tǒng)215中蒸餾發(fā)酵產(chǎn)物，在蒸餾塔中將乙醇220從發(fā)酵液中移除。移除乙醇220之后，移除剩下的殘余物作為酒糟殘余物230。酒糟殘余物230被稱為“全酒糟”。全酒糟230可選地由一個或多個系統(tǒng)240進一步加工，從而在被遞送至繁殖系統(tǒng)115之前，提煉該全酒糟。例如，全酒糟230可以進行固體-液體分離處理，從而生產(chǎn)殘余物的固體流(也稱為濕濾餅)和殘余物的液體流(也稱為稀酒糟)。該稀酒糟可