[0001] 本申请为国际申请号为PCT/US2014/021638，国际申请日为2014 年3月7日，发明名称为“加工生物质材料”的PCT申请于2015 年8月27日进入中国国家阶段后申请号为201480011018.X的中国国家阶段专利申请的分案申请。

[0002] 相关申请的交叉引用

[0003] 本申请要求以下临时申请的优先权：2013年3月8日提交的 USSN 61/774,684；2013年3月8日提交的USSN 61/774,773；2013 年3月8日提交的USSN 61/774,731；2013年3月8日提交的USSN 61/774,735；2013年3月8日提交的USSN 61/774,740；2013年3月 8日提交的USSN 61/774,744；2013年3月8日提交的USSN 61/774,746；2013年3月8日提交的USSN 
61/774,750；2013年3月 8日提交的USSN 61/774,752；2013年3月8日提交的USSN 61/774,
754；2013年3月8日提交的USSN 61/774,775；2013年3月 8日提交的USSN 61/774,780；2013年3月8日提交的USSN 61/774,761；2013年3月8日提交的USSN 61/774,723；以及2013年 3月15日提交的USSN 61/793,336。这些临时申请各自的全部公开内容以引用的方式并入本文。

[0004] 发明背景

[0005] 现今可利用许多潜在的木质纤维素原料，包括例如农业残渣、木质生物质、城市废物、油籽/油饼以及海草。目前，这些材料经常未得到充分使用，被用作例如动物饲料、生物堆肥材料、在热电联产设施中燃烧抑或甚至被填埋。

[0006] 木质纤维素生物质包括嵌入半纤维素基质中由木质素围绕着的结晶纤维素原纤维。这样产生了密实基质，所述密实基质难以由酶以及其它化学、生物化学和/或生物方法接近。纤维素生物质材料(例如，已除去木质素的生物质材料)更易于由酶和其它转化方法接近，但是即便如此，天然产生的纤维素材料当与水解酶接触时通常具有低产率 (相对于理论产率)。木质纤维素生物质甚至更难以受酶攻击。此外，每种类型的木质纤维素生物质具有其自身特定的纤维素、半纤维素和木质素组成。

[0007] 概述

[0008] 本发明涉及用于从糖化生物质材料产生产物并且纯化产物的方法和加工设备。一般来说，所述方法包括例如用电子束处理具有不顺应性的生物质，并且然后将不顺应性降低的材料生物化学地和/或化学地加工成糖的混合物，例如，木糖和葡萄糖和/或其它产物，如醇类例如乙醇或丁醇、糖醇例如木糖醇、D-乳酸、L-乳酸、琥珀酸或丙酮酸。所述方法包括改质或改进工艺物流，例如，通过使用模拟移动床色谱法系统(SMB)(例如，模拟移动床色谱法、改进的模拟移动床色谱法、顺序式模拟移动床色谱法和/或相关系统)将糖或其它产物与糖化和/或发酵生物质分离，所述模拟移动床色谱法系统利用含有树脂的若干个柱(例如,串联)，所述柱能够使各种组分例如糖与其它组分分离。在使工艺物流(例如糖溶液)经受模拟移动床系统之前，还可对生物质液体进行处理以除去经常在原料材料的加工期间产生的其它不想要的组分(例如，杂质)和颜色(例如，有色杂质、有色体)。

[0009] 一方面，本发明涉及改质工艺蒸汽的方法，所述方法包括利用模拟移动床色谱法系统(例如，模拟移动床色谱法、改进的模拟移动床色谱法、顺序式模拟移动床色谱法和/或相关系统)从生物质液体中除去不需要的组分。例如，不需要的组分可包括来自由以下组成的组的组分：有色体、可溶性木质素片段、离子化合物和这些的混合物。任选地，糖化生物质液体可源自不顺应性降低的木质纤维素或纤维素材料，如其中通过用电离辐射(例如，呈加速电子的形式)照射处理材料来降低不顺应性。任选地，已利用一种或多种酶和/或一种或多种酸(例如，硫酸)将生物质糖化。生物质液体包括，例如来自糖化生物质的糖溶液和发酵糖溶液，例如，发酵以消耗一种或多种可获得的糖。

[0010] 在一些实现方式中，糖化生物质液体包括生物质(例如，纤维素和/或木质纤维素)所包含的一种或多种糖和/或单糖，如选自由以下组成的组的单糖：葡萄糖、木糖、阿拉伯糖以及这些的混合物。任选地，所述一种或多种单糖以约50g/L与约500g/L之间，如约100g/L至约400g/L之间、约150g/L至约350g/L或约175g/L至约275g/L 的总浓度存在。此外，本发明可包括多种方法，其中生物质液体以第一浓度进入模拟移动床色谱法系统(例如，模拟移动床色谱法、改进的模拟移动床色谱法、顺序式模拟移动床色谱法和/或相关系统)并且以第二浓度离开模拟移动床色谱法(例如，其中除去不需要的组分)，所述第二浓度是所述进入浓度的约0.1至约0.90倍(例如，如约0.25 至约0.8、约0.3至约0.7或约0.40至约0.65倍)。换言之，至少一种组分以它进入SMB系统的浓度的0.1至约0.9倍的浓度离开SMB系统，例如，如果液体中的至少一种组分的初始浓度是100g/mL，则最终浓度可介于约10与90g/L之间。

[0011] 在一些实施方式中，糖化生物质液体包括少于约1％的悬浮固体，如少于约0.75％、少于约0.5％、少于约0.4％、少于约0.3％、少于约 0.25％、少于约0.20％、少于约
0.15％、少于约0.10％、少于约0.05％、少于约0.025％或甚至少于约0.010％。此外或独立地，任何悬浮固体可具有约0.05微米与约50微米之间，如约0.1微米与约25微米之间、约0.2微米与约10微米、约0.22微米与约5微米或约0.25微米与约 1微米之间范围内的粒度。

[0012] 在另一种实施方式中，在利用模拟移动床色谱法(例如，模拟移动床色谱法、改进的模拟移动床色谱法、顺序式模拟移动床色谱法和 /或相关系统)以除去不需要的组分之前，糖化生物质液体可通过选自由以下组成的组的纯化方法进行处理：色谱法、过滤、离心、沉淀、蒸馏、络合、去电离以及这些方法的组合。

[0013] 在一些实施方式中，糖化生物质液体包括一种或多种糖和一种或多种发酵产物，如醇，例如乙醇。任选地，所述一种或多种糖包括木糖并且所述一种或多种发酵产物包括乙醇。任选地，所述一种或多种发酵产物通过蒸馏来分离。

[0014] 在一些实现方式中，所述方法还包括在利用模拟移动床色谱法系统(例如，模拟移动床色谱法、改进的模拟移动床色谱法、顺序式模拟移动床色谱法和/或相关系统)之前用脱色剂使糖化生物质液体脱色。例如，脱色剂可选自由以下组成的组：粉末状碳、颗粒状碳、挤压碳、骨炭碳、珠活性碳、苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、磁性树脂、脱色粘土、膨润土、硅镁土、蒙脱石、纤维棒石(hormite)以及这些的组合。任选地，在脱色之后，如通过铂-钴方法所测量，溶液可具有小于约100，如小于约50、小于约40、小于约30、小于约20、小于约 10、小于约5并且甚至小于约1的颜色。

[0015] 在其它实施方式中，模拟移动床色谱法(例如，模拟移动床色谱法、改进的模拟移动床色谱法、顺序式模拟移动床色谱法和/或相关系统)系统允许使糖化生物质液体与填充在一个或多个柱中的一种或多种树脂相接触，以便除去不需要的组分。例如，树脂可包括聚苯乙烯树脂。或者或另外地，所述一种或多种树脂还可包括选自由以下组成的组的侧阳离子：Al3+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Li+、Na+、K+、Rb+以及这些的组合。任选地，所述一种或多种树脂包括选自由以下组成的组的侧链官能团：磺酸酯基、磺酸基、酯基以及这些的组合。任选地，所述一种或多种树脂是交联树脂，如通过一种或多种二乙烯基化合物，如二乙烯基苯交联。任选地，所述一种或多种树脂可以是大致上球形形状的，并且所述树脂可具有介于约100微米至约500微米之间，如约150微米至约400微米之间、约200微米至约350微米之间的粒度。任选地，所述一种或多种树脂可具有介于约1g/cc至约1.75g/cc，如约1.1g/cc至约1.4g/cc或约1.2g/cc与约1.35g/cc之间的密度。所述一种或多种树脂可具有大于约1.0meq/mL，如大于约1.1、大于约 1.2、大于约1.3、大于约1.4、大于约1.6、大于约1.75、大于约2或甚至大于约
2.3的离子交换容量。

[0016] 对源自生物质的糖溶液进行纯化提供可在例如食品、医药或化学工业中利用的更有价值的产品。例如，不含不需要的组分的糖可用作用于人和动物消耗的食物来源。所述糖还可用作技术上重要的发酵的碳水化合物来源。或者，可将这些糖转化成其它产物，例如，多元醇和糠醛，如2013年3月7日提交的USSN 13/934,704中所描述，所述专利的全部公开内容以引用的方式并入本文。

[0017] 本发明的实施方式可任选地包括以下总结的特征中的一个或多个。在一些实施方式中，可以任何次序应用或使用所选择的特征，而在其它实施方式中应用或使用特定选择的顺序。可依任何顺序并且甚至连续地应用或使用个别特征不止一次。此外，所应用或使用的特征的整个顺序或顺序的一部分可以任何次序一次性地、重复地或连续地加以应用或使用。在一些任选的实施方式中，如由本领域的技术人员所确定，可用不同的或在适用情况下相同的、设定的或变化的定量或定性参数来应用或使用所述特征。例如，如由本领域技术人员所确定，在适用情况下可改变或设定特征参数，如尺寸、个别尺寸(例如，长度、宽度、高度)、位置、程度(例如，到何种程度，如不顺应性程度)、持续时间、使用频率、密度、浓度、强度以及速度。

[0018] 特征例如包括：改质工艺物流的方法；利用模拟移动床色谱法系统从糖化生物质液体中除去不需要的组分；糖化生物质液体是源自已进行糖化的不顺应性降低的纤维素或木质纤维素材料；纤维素或木质纤维素材料已通过用电离辐射处理降低了其不顺应性；纤维素或木质纤维素材料已通过用加速电子处理降低了其不顺应性；纤维素或木质纤维素材料已利用一种或多种酶进行糖化；纤维素或木质纤维素材料已利用一种或多种酸进行糖化；纤维素或木质纤维素材料已利用硫酸进行糖化；糖化生物质液体中的不需要的组分包括有色体；糖化生物质液体中的不需要的组分包括可溶性木质素片段；糖化生物质液体中的不需要的组分包括离子化合物；糖化生物质液体包括一种或多种单糖；糖化生物质液体包括葡萄糖；糖化生物质液体包括木糖；糖化生物质液体包括阿拉伯糖；糖化生物质液体包括以约50g/L与约500g/L 之间的总浓度存在的一种或多种单糖；糖化生物质液体包括以约100 g/L至约400g/L之间的总浓度存在的一种或多种单糖；糖化生物质液体包括以约150g/L至约350g/L之间的总浓度存在的一种或多种单糖；糖化生物质液体以第一浓度进入模拟移动床色谱法系统并且所述液体以第二浓度离开模拟移动床色谱法系统，所述第二浓度是所述第一浓度的约0.1至约0.90倍；糖化生物质液体包括少于约1％悬浮固体；糖化生物质液体包括少于约0.1％悬浮固体；糖化生物质液体包括具有约0.05微米与约50微米之间范围内的粒度的悬浮固体；在利用模拟移动床色谱法系统以除去不需要的组分之前，通过包括色谱法的方法对糖化生物质液体进行改质；在利用模拟移动床色谱法系统以除去不需要的组分之前，通过包括过滤的方法对糖化生物质液体进行改质；通过包括离心的方法对糖化生物质液体进行改质；通过包括沉淀的方法对糖化生物质液体进行改质；通过包括蒸馏的方法对糖化生物质液体进行改质；通过包括过滤的方法对糖化生物质液体进行改质；通过包括络合的方法对糖化生物质液体进行改质；通过包括去电离的方法对糖化生物质液体进行改质；糖化生物质液体包括一种或多种糖以及一种或多种发酵产物；糖化生物质液体包括一种或多种糖以及为发酵产物的一种或多种醇；糖化生物质液体包括一种或多种糖以及为发酵产物的乙醇；糖化生物质液体，其包括木糖和一种或多种发酵产物；糖化生物质液体，其包括木糖和一种或多种发酵产物；糖化生物质液体，其包括一种或多种糖和一种或多种发酵产物，并且通过蒸馏来分离所述发酵产物；用脱色剂使糖化生物质液体脱色；利用粉末状碳使糖化生物质液体脱色；利用颗粒状碳使糖化生物质液体脱色；利用挤压碳使糖化生物质液体脱色；利用骨炭碳使糖化生物质液体脱色；利用珠活性碳使糖化生物质液体脱色；利用苯乙烯树脂使糖化生物质液体脱色；利用丙烯酸树脂使糖化生物质液体脱色；利用磁性树脂使糖化生物质液体脱色；利用脱色粘土使糖化生物质液体脱色；利用膨润土使糖化生物质液体脱色；利用硅镁土使糖化生物质液体脱色；利用蒙脱石使糖化生物质液体脱色；利用纤维棒石使糖化生物质液体脱色；利用脱色剂使糖化生物质液体脱色以使得如通过铂- 钴方法所测量，溶液的颜色是小于约100；使糖化生物质液体与填充在一个或多个柱中的一种或多种树脂相接触以便除去不需要的组分；使糖化生物质液体与填充在一个或多个柱中的一种或多种聚苯乙烯树脂相接触以便除去不需要的组分；使糖化生物质液体与具有侧Al3+离子的一种或多种树脂相接触，所述树脂填充在一个或多个柱中，以便除去不需要的组分；使糖化生物质液体与具有侧Mg2+离子的一种或多种树脂相接触，所述树脂填充在一个或多个柱中，以便除去不需要的组分；使糖化生物质液体与具有侧Ca2+离子的一种或多种树脂相接触，所述树脂填充在一个或多个柱中，以便除去不需要的组分；使糖化生物质液体与具有侧Sr2+离子的一种或多种树脂相接触，所述树脂填充在一个或多个柱中，以便除去不需要的组分；使糖化生物质液体与具有侧Li1+离子的一种或多种树脂相接触，所述树脂填充在一个或多个柱中，以便除去不需要的组分；使糖化生物质液体与具有侧 Na1+离子的一种或多种树脂相接触，所述树脂填充在一个或多个柱中，以便除去不需要的组分；使糖化生物质液体与具有侧K1+离子的一种或多种树脂相接触，所述树脂填充在一个或多个柱中，以便除去不需要的组分；使糖化生物质液体与具有侧Rb1+离子的一种或多种树脂相接触，所述树脂填充在一个或多个柱中，以便除去不需要的组分；使糖化生物质液体与具有侧链磺酸酯基的一种或多种树脂相接触，所述树脂填充在一个或多个柱中，以便除去不需要的组分；使糖化生物质液体与具有侧链磺酸基的一种或多种树脂相接触，所述树脂填充在一个或多个柱中，以便除去不需要的组分；使糖化生物质液体与具有侧链酯基的一种或多种树脂相接触，所述树脂填充在一个或多个柱中，以便除去不需要的组分；使糖化生物质液体与填充在一个或多个柱中的一种或多种交联树脂相接触以便除去不需要的组分；使糖化生物质液体与大致上球形形状并且具有约100微米与约500微米之间粒度的一种或多种树脂相接触，所述树脂填充在一个或多个柱中，以便除去不需要的组分；使糖化生物质液体与具有约1g/cc至约1.75g/cc 之间密度的一种或多种树脂相接触，所述树脂填充在一个或多个柱中，以便除去不需要的组分；使糖化生物质液体与具有大于约1 meq/mL离子交换容量的一种或多种树脂相接触，所述树脂填充在一个或多个柱中，以便除去不需要的组分。

[0019] 根据以下详细说明、并且根据权利要求书，本发明的其它特征和优点将是清楚的。

[0020] 附图描述

[0021] 图1是示例性模拟移动床系统(SMB)的图解概览。

[0022] 图2是示出用于纯化糖化材料的工艺的流程图。

[0023] 图3是示出用于纯化发酵溶液的工艺的流程图。

[0024] 详述

[0025] 使用本文所述的方法和系统，可将例如可来源于生物质(例如，植物生物质、动物生物质、纸和城市废物生物质)并且通常可容易获得但难以加工的纤维素和/或木质纤维素原料材料转化成含有糖如木糖和葡萄糖的溶液，所述溶液可任选地进一步加工成其它有用产物 (例如，醇类如乙醇和丁醇)。包括用于通过使用模拟移动床色谱法 (SMB)(例如，模拟移动床色谱法、改进的模拟移动床色谱法、顺序式模拟移动床色谱法和/或相关系统)从所需糖溶液中除去杂质或不需要的组分的方法和系统。例如，使用串联色谱柱的系统。

[0026] 本文描述用于制造糖溶液和源自其的产物的方法。这些方法可包括例如任选地机械处理纤维素和/或木质纤维素原料。在此处理之前和/或之后，可用另一种处理(例如照射、蒸汽爆炸、热解、超声处理和/或氧化)来处理原料以降低或进一步降低其不顺应性。此外或可替代地，可用化学溶液如酸(H2SO4,HCL,H3PO4)、碱(KOH)、氧化剂以及这些的组合处理生物质。化学溶液处理和物理处理可以是按任何次序和任选地重复应用的个别处理的组合。

[0027] 可通过添加一种或多种酶和/或一种或多种酸，例如硫酸(例如，1 wt.％-10wt.％、1wt.％-5wt.％或更高，例如，10wt.％-20wt.％，或在一些实施方案中少于
10wt.％)糖化处理的(例如，照射的)生物质原料来产生富含糖的溶液。几种其它产物可源自糖溶液，例如，通过发酵成醇如乙醇或通过还原成糖醇如木糖醇、山梨糖醇等。发酵的产物可包括糖溶液(例如，第二糖溶液、发酵溶液)，包括任何未发酵的糖。在一些实施方案中，将糖化材料发酵并且然后发酵产物(例如，醇、酸)可通过蒸馏(例如，真空蒸馏)纯化或其它手段(例如，在树脂上萃取)，从而产生塔底馏分，所述塔底馏分包括富含至少一种未发酵的糖的溶液。例如，可用将葡萄糖选择性地发酵成乙醇的生物体处理糖化材料并且乙醇可蒸馏出，从而产生含有至少约400g/L的木糖(例如至少约10、50、75、100、125、150、175、200、
250、325或375g/L) 和1％-80％之间的溶解固体(例如1％-10％、10％-20％、20％-30％、 
30％-40％、40％-50％、50％-60％、60％-70％、70％-80％、5％-25％、 25％-50％、50％-
75％的溶解固体)的塔底馏分。

[0028] 糖化并且任选地进一步加工(例如，发酵和/或蒸馏)纤维素或木质纤维素材料可产生溶液，所述溶液包括一种或多种单糖，例如葡萄糖、木糖和阿拉伯糖。糖化和/或发酵纤维素或木质纤维素生物质液体中的这些单糖的总浓度可在约50g/L与500g/L之间(例如，约100与 400g/L之间、约150与350g/L之间、约175与275g/L之间)。这些浓度范围可以是所述溶液的浓缩或稀释的浓度和/或这些溶液可在本文所述的任何加工之前、期间或之后(例如，在用SMB加工之前、期间或之后)进一步浓缩或稀释。例如，所述溶液可被稀释为原始体积的约0.10-50倍之间(例如，稀释约0.1-20倍之间、约0.1-10倍之间、约0.10-8倍之间、约
0.25-8倍之间、约0.3-7倍之间、约0.4-6.5倍之间、约0.10-5倍之间、约0.15-3倍之间、约
0.1-2.5倍之间、约0.10-1 倍之间)，例如，如果原始体积是100L并且溶液被稀释0.4倍，则最终溶液将是140L。所述溶液可被浓缩(例如，原始体积可被减少)为原始体积的约0.1-0.9倍之间(例如，约0.1与0.75之间、约0.1与0.5 之间、约0.1与0.25之间)，例如，如果原始体积是100L并且它被浓缩0.4倍，则最终体积将是60L。

[0029] 在糖化和任选的其它加工(例如，发酵和/或蒸馏)之后，糖溶液可包括以以下浓度存在的非糖悬浮或溶解固体：达约50wt.％，例如约 1wt.％与50wt.％、约2wt.％与40wt.％之间、约3wt.％与25wt.％之间、约5wt.％与25wt.％之间、约40wt.％与50wt.％之间、约30wt.％与40wt.％之间、约10wt.％与20wt.％之间、约1wt.％与5wt.％之间、约10wt.％与
40wt.％之间、少于约50wt.％、少于约40wt.％、少于约30wt.％、少于约20wt.％、少于约
10wt.％、少于约5wt.％、少于约1wt.％、少于约0.5wt.％、少于约0.01wt.％。这些溶液可具有较高浊度，例如被测量为至少约5比浊法浊度单位(NTU)(例如，至少约10NTU、至少约
50NTU、至少约100NTU、至少约200NTU、至少约300NTU、至少约400NTU并且甚至大于约
500NTU)。经常希望除去未溶解的固体和一些溶解的固体。未溶解的固体(例如，残渣)可通过过滤(例如，旋转真空转鼓式过滤)和离心(例如，连续离心) 除去。一些未溶解的杂质可通过用溶剂如甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、乙醚和四氢呋喃处理溶液来沉淀出，并且然后可通过过滤或离心除去沉淀物。此外，糖溶液可具有例如，达约10wt.％的酶(例如，达约9 wt.％、达约8wt.％、达约5wt.％、达约2wt.％、达约1wt.％、约 0.1wt.％与5wt.％之间、约
1wt.％与5wt.％之间、约2wt.％与5 wt.％之间、约0.1wt.％与1wt.％之间、约0.01wt.％与
1wt.％之间、约0.001wt.％与0.1wt.％之间)。酶(例如，酶的部分、蛋白质)可通过变性(例如，添加酸、碱，通过加热和/或添加溶剂)来沉淀。用二氧化碳和氢氧化钙处理(例如，过度施用石灰)还可有效于沉淀不想要的化合物如木质素源性的产物/杂质以及酶和蛋白质。

[0030] 优选地，待通过SMB加工的溶液具有少于约1％悬浮固体(例如，少于约0.75％、少于约0.5％、少于约0.4％、少于约0.3％、少于约0.2％、少于约0.15％、少于约0.1％、少于约0.05％、少于约0.025％或甚至少于约0.010％、约0.01％-0.1％之间、约0.01％与0.75％之间、约0.01％与0.5％之间、约0.01％与0.25％之间、约0.01％与0.05％之间)。悬浮固体(例如，粒子和聚集体)的粒度和形态还可广泛变化。例如，平均粒度(例如，通过光散射测定)可在约0.05-50微米(例如，约0.1-25微米、0.2-10微米、0.22-5微米、0.25-1微米)之间。在除去固体之后，溶液可具有小于约50NTU(例如，小于约10NTU、小于约5NTU) 的浊度。

[0031] 除了构成不想要的组分，从本文所述的生物质加工(例如，糖化、发酵和/或蒸馏)产生的一些有机和无机源性组分可包括可赋予最终产品不合需要的着色的有色体。有机杂质的分子量和官能团可极大变化，例如包括羧酸酯基、酯基、酮基、不饱和脂族基、酚基、酰胺基、胺基、羟基和/或芳香族基(例如芳香族生色团)。有色杂质可包括木质素和木质素源性产物，例如多酚、苯酚、苯酚衍生物、芳香族化合物、可溶性木质素片段和不溶性木质素片段。其它有色杂质源自生物质的多糖部分。一些颜色还可与有色无机材料(例如，铁)相关。在制糖工业中，所出现的颜色已被分类成至少四组：焦糖、类黑素(melanoids)、美拉德反应产物和酚类产品。通常有色杂质的量非常低，例如，少于产品的10wt％(例如，小于约
5wt.％、少于约1wt.％、少于约0.1wt.％、少于0.01wt.％)。溶液可直接用于本文所述的SMB系统中或溶液可在用于所述SMB系统之前部分或完全脱色。例如，有色杂质可被过滤出溶液、破坏(例如，通过化学分解)和/或沉淀出溶液。可使用的一些可能的除色剂是粉末状碳、颗粒状碳、挤压碳、骨炭碳或珠活性碳或炭黑；苯乙烯树脂(例如，DOWEXTMSD-2)、丙烯酸或磁性树脂和脱色粘土如膨润土、硅镁土、蒙脱石、纤维棒石以及这些的组合。离子可通常在除去有机杂质之后除去。离子化合物可以被除去例如通过使用离子交换树脂和/或电渗析法来除去。在用这些除色剂并且任选地或可替代地利用SMB处理溶液之后，所述溶液的颜色是如通过铂- 钴方法(ASTM测试方法D1209)所测量小于约200(例如小于100、小于50、小于约
40、小于约30、小于约20、小于约10、小于约5、并且甚至小于约1)。SMB与上述方法组合或替代上述方法也可特别有效地用于从糖溶液中除去有机来源的有色体。

[0032] SMB是基于液体流(流动相)反向移动至恒定固体流(固定相)的色谱技术，如图所示1。反向流动增强分离潜力，并且因此使得方法更有效。它还允许分离供料材料的连续流，相较于传统分批色谱法这改进设备的通量。提供恒定固体流在生产工艺中是不实际的。因此，作为替代，将固体填充至高压柱中。如图1中所描绘，这些柱按顺序布置，例如，由四个区段组成的环形成，其中每个区段具有一个或多个柱。两个入口物流(供料和洗脱液)和两个出口物流(萃取液和萃余液) 以交替顺序引导至柱环和自柱环引导。因为所述柱不容易移动，所述入口和出口位置在液体流动方向上以规则时间间隔切换，从而模拟柱的反向移动。区段II和III中的流动速率是重要的，因为分离在此处发生。区段I和IV处理产物的“清洗”。
离开区段IV的流动相被直接再循环至区段I。通过使具有高流动速率的保留化合物解除吸附来在那里再生固体，因此完成柱可被“移动”至区段IV。

[0033] 固定相设置在(例如，填充在)单独柱中，如图1中的柱1至8所表示。所述柱串联连接并且固定相包括能够使糖溶液与杂质分离的树脂。通常以珠粒形式利用交联(例如，与二乙烯基苯交联)的强酸性阳离子交换树脂(SAC树脂)。这些树脂含有磺酸官能团，其中质子已完全或部分与阳离子交换，以使得所述树脂包括侧阳离子。一些阳离子包括，例如，Li+、Na+、K+、Cs+、Rb+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Al3+或这些的组合。所述树脂可具有大于约1.0meq/mL(例如，大于约1.1 meq/mL、大于约1.2meq/mL、大于约1.3meq/mL、大于约1.4meq/mL、大于约1.6meq/mL、大于约1.74meq/mL、大于约2meq/mL或甚至大于约2.3meq/mL)的离子交换容量。
所述珠粒可以是凝胶，例如具有由树脂限定的窄通道和孔隙中的氢键合和游离水。水含量可以是约20％与80％之间(例如，约30％与70％之间、约40％与70％之间、约 30％与60％之间、约40％与60％之间、约57％与67％之间、约35％与45％之间、约43％与50％之间、约57％与67％之间、约32％与42％、约58％与68％之间、约52％与58％之间、约46％与52％之间、约
37％与43％之间、约53％与59％之间、约45％与52％之间、约45％与55％之间、约43％与
50％之间)。糖可进入窄通道和孔隙(例如，溶解或扩散至这些孔和通道中的水中)和能够结合(例如，对于配体来说，连接) 阳离子。结合的程度可取决于糖的结构。例如，葡萄糖和木糖通常比果糖更强地结合钙并且因此葡萄糖和木糖更强地被钙交换SAC树脂保留。较大分子，如低聚物和聚合物(例如，先前所讨论的一些杂质以及二糖、三糖、寡糖、多糖)通常被排除在树脂珠粒的较小孔隙和通道之外，并且因此更快地洗脱穿过固相。

[0034] 一些树脂及其用途描述于附录中，所述附录的全部公开内容以引用的方式并入本TM TM文。例如，可在本文所述的设备、系统和方法中利用的树脂包括DIAION SK1B、DIAION SK1B SK104、DIAIONTM SK1B SK110、DIAIONTMSK1B SK112、DIAIONTMSK1B PK208、 DIAIONTMSK1B PK212、DIAIONTMSK1B PK216、DIAIONTMSK 1B PK220、DIAIONTMSK1B PK228、DIAIONTMSK1B UBK530、 DIAIONTMSK1B UBK550、DIAIONTMSK1B UBK535、DIAIONTM  SK1B UBK535、DIAIONTMSK1B UBK555、DIAIONTMSK1B WK 10、DIAIONTMSK1B WK11、DIAIONTMSK1B WT100、DIAION TMSK1B WK40、DOWEX 88、DOWEX 22、DOWEXMONOSPHE RETM88、DOWEXMONOSPHERETM77、DOWEXMONOSPHERETM 88以及DOWEX OPTIPORE SD-2。

[0035] 珠粒可在尺寸上变化。通常较小珠粒可提供糖与彼此以及与较大分子的更好分离，但这种分离是以较大压降为代价。因此，取决于所需的特定糖溶液和分离，可用/制备的珠粒的仔细选择是必要的。例如，珠粒通常可以是球形形状的，其中树脂具有介于约100微米至约 500微米之间，如约150微米至约400微米之间、约200微米至约350 微米之间的平均直径粒度。较窄珠粒尺寸分布也可以是需要的，例如，其中珠粒尺寸具有大约平均粒度的约+100和-100微米的直径(例如， +/-50微米、+/-40微米、+/-40微米、+/-30微米、+/-20微米、+/-15 微米、+/-10微米)。珠粒的密度可以是例如约1g/cc至约1.75g/cc 之间(例如，约1.1-1.4g/cc之间、约1.2-1.35g/cc之间)。

[0036] SAC树脂能够以广泛pH范围(例如，至少约2与10之间)利用。 SAC树脂还是热稳定的并且可利用至少至约140℃(例如，达约 130℃、达约120℃)。

[0037] 糖化和/或发酵原料(例如其可包括木糖、葡萄糖、阿拉伯糖、甘油、乳糖、木糖醇、溶解固体和醇如乙醇、丁醇)和洗脱液(例如，流动相如水、乙腈、乙醚、己烷、丙酮、甲醇和四氢呋喃)被供应至系统，如由图1中的“FEED”和“ELUENT”箭头所指示。存在两个输出物流：萃取液，其包含更多保留的一种或多种组分；和萃余液，其包含更少保留的一种或多种组分。分离由于供料混合物组分与与柱材料的不同相互作用而发生。与柱材料更强相互作用的组分被柱材料保留更多(例如，具有更长保留时间)并且被更早浓缩在柱中，以使得它们可被携带至萃取液中，而较弱相互作用的组分移动至萃余液中。柱之间的阀(图中未示出)在预定时间间隔(切换时间)系统地切换打开或关闭以在分离区之间引入入口物流(供料和洗脱液)并且抽出出口物流(萃取液和萃余液)。对阀切换定时以便模拟固定相的反向移动。通过调整物流流动速率、切换时间、温度和洗脱液组成，建立循环，其中连续加入供料和洗脱液并且连续回收高度纯化的产物。物流在循环的每一步向前切换一个柱，定时以收集纯萃取液和萃余液。

[0038] 由SMB产生的固定相和流动相的反向流能够实现固定相和流动相的非常有效的利用。在单个柱系统中，在任何一次分离实际上在柱的较小部分中发生，其中柱的剩余部分不进行除占据溶剂和扩展谱带之外的功能。在SMB的情况下，使用一系列较小柱来代替一个较大柱。SMB提供实质上“无限”的柱床长度，而无与获得、操作和维持较大单个柱相关的成本。

[0039] 在一些实施方案中，SMB可从糖化和发酵生物质的塔底馏分提供主要由稀释在洗脱液中的木糖组成的萃取液(例如至少70％、至少 75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或甚至大致上100％纯的)。萃余液或废物流可包含大约所有(例如至少95％、至少96％、至少97％、至少 98％、至少99％或甚至大致上100％)不需要的产物(例如，杂质)，例如杂质可包括也用洗脱液稀释的芳香族生色团。SMB方法可通过改变柱条件来操作/修改以给出约7.5、5、4.5、4、3.5、3、2.5、2、1.5、 1.3、
1.2或甚至1.1的产物流/供料物流比和约7.5、5、4.5、4、3.5、 3、2.5、2、1.5、1.3、1.2或甚至
1.1的初始废物流/供料比。

[0040] 如先前所讨论，除糖和产物如醇之外，通过方法如糖化和发酵源自生物质的溶液可包括固体，如各种悬浮或溶解的化合物和/或材料 (例如，固体)。例如，溶液可包括酶(例如，酶的部分、活性酶、变性酶)、氨基酸、营养素、活细胞、死细胞、细胞碎片(例如，溶解细胞、酵母提取物)、酸、碱、盐(例如，卤化物、硫酸盐和磷酸盐、碱(alkai)、碱土、过渡金属盐)、部分水解产物(例如，纤维素和半纤维素片段)、木质素、木质素残余物、无机固体(例如，含硅材料、粘土、炭黑、金属)、糖化和/或发酵生物质的残留物以及其组合。在一些情况下，酶可以作用状态存在并且例如，通过添加酸、碱、加热和/或添加变性剂或蛋白酶来变性。使酶变性可有助于其除去，例如，通过本文所述的方法。用于糖化生物质的一些纤维素分解酶在酸性区例如约pH 2 与6之间(例如，约3与6之间、约4与6之间、约4与5之间)中作用最佳。待纯化(例如，通过SMB)的溶液可在无需pH调节的情况下使用或任选地pH可在糖化之后向上或向下调节。在一些实施方案中，用于SMB系统中的溶液因此可具有选自广泛范围的pH值。任选地，这些杂志可在使生物质溶液经受SMB之前除去或减少。具体地说，可能有益地是除去可涂覆、栓塞、填充或以另外的方式阻碍柱的功能的杂质(例如，聚合物、蛋白质、沉淀物)。例如，糖溶液可在经受SMB 方法之前经历纯化方法，如转鼓式过滤、过滤、过度施用石灰和或脱色。

[0041] 参考图2描述本发明的另一个实施方案。用于制造糖溶液和源自其的产物的方法包括，例如，任选地机械处理纤维素和/或木质纤维素原料。在此处理之前和/或之后，可用另一种处理物理(例如，照射、超声处理、氧化、蒸汽爆炸和/或热解)来处理原料以降低或进一步降低其不顺应性212。通过例如添加一种或多种酶、酸和加热(例如，以任何次序和/或组合)糖化214不顺应性降低的原料来形成糖溶液。来自步骤214的糖溶液然后可使用分离方法如SMB 216进行加工以产生萃余液物流226和萃取液物流224。SMB是产生包括木糖和葡萄糖的萃取溶液的优选方法。萃余液包括有色体和离子。在一些实施方案中，可例如在SMB之前使用另外步骤如离子除去步骤(例如，使用离子交换柱)。

[0042] 在另一个实施方案中，可随后利用SMB，如由图3所描绘。已描述了步骤212和214。糖化材料可被发酵312，例如使用选择性地发酵一种糖的生物体，例如葡萄糖发酵生物体。
在葡萄糖发酵步骤中，发酵的产物是包括发酵产物木糖、离子和有色体的溶液。发酵溶液然后可用第一分离方法例如第一SMB步骤316进行加工。第一SMB 加工产生萃取液324物流，例如含有木糖的溶液。第一SMB加工步骤还产生萃余液326物流，例如，含有发酵产物离子和有色体的溶液。萃余液物流326可使用第二分离方法330，例如第二SMB步骤进行加工。第二SMB步骤可产生萃取液332，例如含有发酵产物的溶液和萃余液324。在一些实施方案中，可例如在SMB之前使用另外步骤如离子除去步骤(例如，使用离子交换柱)。在一些实施方案中，发酵产物可以是醇(例如，乙醇、丁醇)或酸(例如，丁酸、L-乳酸、D- 乳酸)。

[0043] 用于处理原料的系统

[0044] 纯化系统、方法和设备(例如，模拟移动床色谱法)可应用于已经如以上所述和还如本文任何地方所述进行加工的材料。

[0045] 例如，用于将原料转化成糖和其它产物的方法可包括例如任选地以物理方式预处理所述原料，例如，以便在此处理之前和/或之后减小其尺寸，任选地处理所述原料以降低其不顺应性(例如，通过照射)，以及糖化所述原料以形成糖溶液(例如，如先前所描述并且在此重复和扩展)。糖化可通过将原料的分散体在液体介质(例如水)中与酶混合来进行，如将在下文中详细地讨论。在糖化期间或之后，混合物(例如，如果糖化将是部分地或完全地在过程中进行)或溶液可例如通过管道、有轨车、卡车或驳船运输至制造厂。在工厂，可对溶液进行生物加工(例如发酵)以产生所需产物或中间体，然后可例如，通过蒸馏和模拟移动床色谱法对所述产物或中间体进行进一步加工。个别的加工步骤、所使用的材料以及可形成的产物和中间体的实例将在下文详细地加以描述。因此，除了这些方法之外，可应用纯化系统、方法和设备(例如，模拟移动床色谱法)，例如，作为另外的加工步骤。

[0046] 辐射处理

[0047] 原料可用辐射进行处理来改变其结构以降低其不顺应性。所述处理可例如减小原料的平均分子量、改变原料的晶体结构和/或增加原料的表面积和/或孔隙率。辐射可以是通过例如电子束、离子束、100 nm至28nm紫外(UV)光、γ或X射线辐射来进行。辐射处理和用于处理的系统在美国专利8,142,620和美国专利申请序列号12/417,731 中进行讨论，所述文献的全部公开内容以引用的方式并入本文。

[0048] 如通过辐射能量所测定，各种形式的辐射通过特定的相互作用使生物质电离。重带电粒子主要通过库仑散射使物质电离；此外，这些相互作用产生可进一步使物质电离的高能电子。α粒子等同于是氦原子核，并且是由各种放射性核的α衰变产生，所述放射性核诸如铋、钋、砹、氡、钫、镭、一些锕系元素(如锕、钍、铀、镎、锔、锎、镅和钚)的同位素。电子通过库仑散射和由电子速度变化产生的轫致辐射相互作用。

[0049] 当使用粒子时，它们可以是中性(不带电)、带正电或带负电的。当带电时，带电粒子可以带有单个正电荷或负电荷，或多个电荷，例如一个、两个、三个或甚至四个或更多电荷。在希望断链以改变含有碳水化合物的材料的分子结构的情况下，可能希望是带正电的粒子，部分是由于其酸性性质。当使用粒子时，所述粒子可以具有静止电子的质量，或更大，例如静止电子质量的500、1000、1500或2000或更多倍。例如，所述粒子可具有约1原子单位至约150原子单位的质量，例如约1原子单位至约50原子单位，或约1至约25，例如1、2、 3、4、5、10、12或15原子单位。

[0050] γ辐射具有进入样品的各种材料中的显著穿透深度的优点。

[0051] 在用电磁辐射进行照射的实施方案中，电磁辐射可具有例如每个光子大于102eV，例如大于103、104、105、106或甚至大于107eV的能量(以电子伏特计)。在一些实施方案中，电磁辐射具有每个光子介于104与107之间，例如介于105与106eV之间的能量。电磁辐射可以具有例如大于1016Hz、大于1017Hz、1018、1019、1020或甚至大于 1021Hz的频率。在一些实施方案中，电磁辐射具有介于1018与1022Hz 之间、例如介于1019至1021Hz之间的频率。

[0052] 电子轰击可使用电子束装置来进行，所述装置具有小于10MeV，例如，小于7MeV、小于5MeV或小于2MeV，例如，约0.5至1.5 MeV、约0.8至1.8MeV，或约0.7至1MeV的标称能量。在一些实施方式中，标称能量是约500至800keV。

[0053] 电子束可具有相对较高的总波束功率(所有加速头的组合波束功率，或如果使用多个加速器，则为所有加速器和所有头的组合波束功率)，例如至少25kW，例如至少30、40、50、60、65、70、80、100、 125或150kW。在一些情况下，功率甚至高达500kW、750kW或甚至
1000kW或更高。在一些情况下，电子束具有1200kW或更高的波束功率，例如1400、1600、1800或甚至3000kW。

[0054] 此较高总波束功率通常通过利用多个加速头来实现。例如，电子束装置可包括两个、四个或更多个加速头。使用多个，其每个具有相对较低的波束功率，能防止材料的过度温度上升，从而防止材料燃烧，并且还增加材料层厚度中的剂量的均匀性。

[0055] 通常优选的是生物质材料床具有相对均匀的厚度。在一些实施方案中，所述厚度小于约1英寸(例如，小于约0.75英寸、小于约0.5 英寸、小于约0.25英寸、小于约0.1英寸、约0.1与1英寸之间、约 0.2与0.3英寸之间)。

[0056] 希望尽快地处理材料。一般来说，优选的是以大于约0.25Mrad/ 秒，例如，大于约0.5、0.75、1、1.5、2、5、7、10、12、15或甚至大于约20Mrad/秒，例如，约0.25至2Mrad/秒的剂量速率来进行处理。较高剂量速率允许靶(例如所需)剂量的较高通量。较高剂量速率一般需要较高线路速度，以避免材料的热分解。在一种实施方式中，对于约20mm的样品厚度(例如，具有0.5g/cm3的堆积密度的粉碎的玉米穗轴材料)，将加速器设定为3MeV、50mA射束电流并且线速度是24英尺/分钟。

[0057] 在一些实施方案中，进行电子轰击直到材料接受至少0.1Mrad、 0.25Mrad、1Mrad、5Mrad，例如至少10、20、30或至少40Mrad 的总剂量。在一些实施方案中，进行处理直到材料接受约10Mrad至约50Mrad，例如约20Mrad至约40Mrad，或约25Mrad至约30Mrad 的剂量。在一些实施方式中，优选25至35Mrad的总剂量，其理想地(例如)以5Mrad/次分几次施加，其中每次施加持续约一秒。可在辐射之前、期间、之后和之间使用冷却方法、系统和设备，例如利用冷却螺旋输送机和/或冷却振动式输送机。

[0058] 使用如以上所讨论的多个头，可以分多次，例如由几秒钟的冷却间隔开的10至20Mrad/次(例如12至18Mrad/次)下的两次，或7至 12Mrad/次(例如5至20Mrad/次、10至
40Mrad/次、9至11Mrad/ 次)的三次处理材料。如本文所讨论，用若干相对较低的剂量而不是一个高剂量处理材料倾向于防止材料过热并且还增加贯穿材料厚度的剂量均匀性。在一些实施方式中，在每次期间或之后将材料搅拌或以其它方式混合，并且然后平滑成均匀层，然后再次进行下一次，以进一步增强处理均匀性。

[0059] 在一些实施方案中，电子被加速到例如大于75％光速的速度，例如大于85％、90％、95％或99％光速的速度。

[0060] 在一些实施方案中，本文所述的任何加工发生在获得时就保持干燥或者已例如使用加热和/或减压进行干燥的木质纤维素材料上。例如，在一些实施方案中，在25℃和50％相对湿度下测量得知，纤维素和/或木质纤维素材料具有小于约25wt.％保留水(例如，小于约20 wt.％、小于约15wt.％、小于约14wt.％、小于约13wt.％、小于约12 wt.％、小于约10wt.％、小于约9wt.％、小于约8wt.％、小于约7wt.％、小于约6wt.％、小于约5wt.％、小于约4wt.％、小于约3wt.％、小于约2wt.％、小于约1wt.％或小于约0.5wt.％。

[0061] 在一些实施方案中，可使用两种或更多种电离源，如两种或更多种电子源。例如，可以任何次序用电子束接着用γ辐射和具有约100 nm至约280nm波长的UV光处理样品。在一些实施方案中，用三种电离辐射源处理样品，如电子束、γ辐射和高能UV光。生物质被输送穿过处理区，在处理区其可用电子来轰击。

[0062] 可能有利的是重复处理以更充分地降低生物质不顺应性和/或进一步改变生物质。具体地说，取决于材料的不顺应性，工艺参数可在第一(例如，第二、第三、第四或更多)次之后加以调整。在一些实施方案中，可使用包括循环系统的输送机，其中生物质被多次输送穿过以上所述的各种过程。在一些其它实施方案中，使用多个处理装置(例如，电子束发生器)处理生物质多次(例如，2、3、4或更多次)。在其它实施方案中，单个电子束发生器可为多个射束(例如，2、3、4或更多个射束)的来源，其可用于处理生物质。

[0063] 改变含碳水化合物的生物质的分子/超分子结构和/或降低含碳水化合物的生物质的不顺应性的效力取决于所使用的电子能和所施加的剂量，而暴露时间取决于功率和剂量。在一些实施方案中，调整剂量速率和总剂量以便不会破坏(例如烧焦或燃烧)生物质材料。例如，碳水化合物不应在加工中损坏，以使得它们可从生物质完整地例如作为单糖释放。

[0064] 在一些实施方案中，进行处理(用任何电子源或源的组合)直到材料接受至少约0.05Mrad，例如，至少约0.1、0.25、0.5、0.75、1.0、 2.5、5.0、7.5、10.0、15、20、25、30、40、
50、60、70、80、90、 100、125、150、175或200Mrad的剂量为止。在一些实施方案中，进行处理直到材料接受0.1-100Mrad、1-200、5-200、10-200、5-150,、 50-150Mrad,、5-100、5-50、5-
40、10-50、10-75、15-50、20-35Mrad 之间的剂量为止。

[0065] 在一些实施方案中，使用相对较低的辐射剂量例如以增加纤维素或木质纤维素材料的分子量(用本文所述的任何辐射源或源的组合)。例如，至少约0.05Mrad，例如至少约0.1Mrad或至少约0.25、0.5、 0.75、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0或至少约5.0Mrad的剂量。在一些实施方案中，进行照射直到材料接受0.1Mrad与2.0Mrad之间，例如0.5Mrad与
4.0Mrad之间或1.0Mrad与3.0Mrad之间的剂量。

[0066] 还可希望同时或依序地从多个方向照射，以便实现所需程度的辐射穿透至材料中。例如，取决于材料如木材的密度和水分含量和所使用的辐射源的类型(例如，γ或电子束)，进入材料中的最大辐射穿透可以是仅约0.75英寸。在这类情况下，较厚部分(达1.5英寸)可通过首先从一侧照射材料并且然后使材料翻转且从另一侧照射来进行照射。从多个方向照射可特别适用于电子束辐射，电子束比γ辐射照射更快，但通常不能实现同样大的穿透深度。

[0067] 辐射不透材料

[0068] 本发明可包括在使用辐射不透材料构造的拱顶和/或储槽中加工材料。在一些实施方式中，选择辐射不透材料以便能够防护部件免受具有高能量的X射线(短波长)的影响，所述X射线会穿透许多材料。设计辐射屏蔽外壳的一个重要因素是所用材料的衰减长度，衰减长度将决定特定材料、材料的共混物或层化结构的所需厚度。衰减长度是辐射被减小至入射辐射的大约1/e(e＝欧拉数)倍时的穿透距离。虽然几乎所有的材料在足够厚的情况下都是辐射不透的，但含有高组成百分比(例如，密度)的具有高Z值(原子序数)的元素的材料具有较短的辐射衰减长度，并且因此如果使用这类材料，则可提供更薄、更轻的屏蔽。用于辐射屏蔽中的高Z值材料的实例是钽和铅。辐射屏蔽中的另一个重要参数是平分距离，平分距离是将使γ射线强度降低50％的特定材料的厚度。作为具有0.1MeV能量的X射线辐射的实例，平分厚度对于混凝土是约15.1mm并且对于铅是约2.7mm，而在1MeV 的X射线能量的情况下，平分厚度对于混凝土是约44.45mm并且对于铅是约7.9mm。辐射不透材料可以是厚的或薄的材料，只要其能够减小穿过至另一侧的辐射即可。因此，如果希望特定外壳具有较小壁厚，例如，对于轻质来说或由于尺寸限制，所选择的材料应具有足够的Z值和/或衰减长度，以使得其平分长度小于或等于所需的外壳壁厚。

[0069] 在一些情况下，辐射不透材料可以是层化材料，例如具有较高Z 值材料的层，以提供良好屏蔽，和较低Z值材料的层，以提供其它特性(例如，结构完整性、耐冲击性等)。在一些情况下，层化材料可以是“分级Z”层压件，例如包括其中各个层提供从高-Z连续地至较低-Z 元素的梯度的层压件。如本文先前所描述，在一些情况下，辐射不透材料可以是连锁块，例如，铅和/或混凝土块可由NELCO Worldwide (Burlington,MA)供给，并且可利用可重构的拱顶。

[0070] 辐射不透材料可使穿过由所述材料形成的结构(例如，墙壁、门、天花板、外壳、一系列这些或这些的组合)的辐射与入射辐射相比减少至少约10％(例如，至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％、至少约80％、至少约90％、至少约95％、至少约96％、至少约97％、至少约98％、至少约99％、至少约99.9％、至少约99.99％、至少约99.999％)。因此，由辐射不透材料制成的外壳可使设备/系统/部件的暴露减少相同量。辐射不透材料可包括不锈钢、具有高于25的Z值的金属(例如，铅、铁)、混凝土、泥土、砂及其组合。辐射不透材料可包括在入射辐射的方向上至少约1mm(例如，5mm、10mm、
5cm、10cm、100cm、1m以及甚至至少约10m)的屏障。

[0071] 辐射源

[0072] 辐射类型决定着所使用的辐射源以及辐射装置和相关设备的种类。本文所述的例如用于用辐射处理材料的方法、系统和设备可利用如本文中所述的源以及任何其它有用的源。

[0073] γ射线源包括放射性核，如钴、钙、锝、铬、镓、铟、碘、铁、氪、钐、硒、钠、铊以及氙的同位素。

[0074] X射线源包括电子束与金属靶(如钨或钼或合金)的碰撞或紧凑光源，如由Lyncean商业化生产的那些。

[0075] α粒子等同于是氦原子核，并且是由各种放射性核的α衰变产生，所述放射性核诸如铋、钋、砹、氡、钫、镭、一些锕系元素(如锕、钍、铀、镎、锔、锎、镅和钚)的同位素。

[0076] 紫外辐射源包括氘灯或镉灯。

[0077] 红外辐射源包括蓝宝石、锌或硒化物窗口陶瓷灯。

[0078] 微波源包括速调管、Slevin型RF源或使用氢气、氧气或氮气的原子束源。

[0079] 用于加速粒子的加速器可以是静电DC、电动DC、RF线性波、磁感应线性波或连续波。例如，回旋型加速器可从IBA,Belgium获得，如RHODOTRONTM系统，而DC型加速器可从RDI(现在是IB A Industrial)获得，如 离子和离子加速器讨论于以下文献中：Introductory Nuclear Physics,Kenneth S.Krane,John Wiley&Sons,Inc.(1988),Krsto Prelec,FIZIKA B 6(1997)4,17 7-206；Chu,William T.,“Overview of Light-Ion Beam Therapy”,C olumbus-Ohio,ICRU-IAEA会议,2006年3月18-20日；Iwata,Y.等，“Alternating-Phase-Focused IH-DTL for Heavy-Ion Medical Accelera tors”,Proceedings of EPAC 2006,Edinburgh,Scotland；以及Leitner, C.M.等，“Status of the Superconducting ECR Ion Source Venus”,P roceedings of EPAC 2000,Vienna,Austria。

[0080] 电子可由经历β衰变的放射性核产生，如碘、铯、锝和铱的同位素。或者，电子枪可通过热离子发射而用作电子源并且通过加速电势进行加速。电子枪产生电子，通过大的电势(例如，大于约50万、大于约100万、大于约200万、大于约500万、大于约600万、大于约 700万、大于约800万、大于约900万或甚至大于1000万伏特)使所述电子加速，并且然后在x-y平面上对其进行磁力扫描，其中最初使电子沿加速器管向下在z方向上加速并通过箔窗口提取。在照射输送穿过扫描射束的材料例如生物质时，扫描电子束适用于增加照射表面。扫描电子束也使热载荷均匀分布于窗口上并且帮助减少由于电子束的局部加热所致的箔窗口破裂。窗户箔破裂由于随后的必要修复和重新启动电子枪而造成显著停机时间。

[0081] 各种其它照射装置可在本文所公开的方法中使用，包括场电离源、静电离子分离器、场电离发生器、热离子发射源、微波放电离子源、再循环或静电加速器、动态线性加速器、范德格拉夫加速器和折叠式串列加速器。这类装置公开于例如Medoff的美国专利号 7,931,784中，其全部公开内容以引用的方式并入本文。

[0082] 电子束可用作辐射源。电子束具有高剂量速率(例如1、5或甚至 10Mrad/秒)、高通量、较小的容量和较小的密封设备的优点。电子束还可具有高电效率(例如，80％)，从而允许相对于其它辐射方法的较低能量使用，这可转化为与所使用的较少量的能量相对应的较低操作成本和较低温室气体排放。电子束可例如由静电发生器、级联发生器、互感发生器、具有扫描系统的低能量加速器、具有线性阴极的低能量加速器、线性加速器和脉冲加速器来产生。

[0083] 电子还可(例如)通过断链机制更有效地引起含碳水化合物的材料的分子结构的改变。此外，具有0.5-10MeV能量的电子可穿透低密度材料，如本文所述的生物质材料，例如，具有小于0.5g/cm3堆积密度和0.3-10cm深度的材料。作为电离辐射源的电子可适用于例如相对薄的材料堆、层或床，例如，小于约0.5英寸，例如，小于约 0.4英寸、0.3英寸、0.25英寸或小于约0.1英寸。在一些实施方案中，电子束的各个电子的能量是约0.3MeV至约2.0MeV(兆电子伏特)，例如约0.5MeV至约1.5MeV，或约0.7MeV至约1.25MeV。照射材料的方法讨论于2011年10月18日提交的美国专利申请公布 2012/0100577A1中，所述专利申请的整个公开内容以引用的方式并入本文。

[0084] 电子束照射装置可商业上获得或制造获得。例如，元件或部件如感应器、电容器、壳体、电源、电缆、电线、电压控制系统、电流控制元件、绝缘材料、微控制器和冷却设备可购买并且安装到装置中。任选地，可改变和/或适配商业装置。例如，装置和部件可购自本文所述的任何商业来源，包括Ion Beam Applications(Louvain-la-Neuve, 比利时)、Wasik Associates Inc.(Dracut,MA)、NHV Corporation(日本)、Titan Corporation(San Diego,CA)、Vivirad High Voltage Corp(Billerica, MA)和/或Budker Laboratories(俄国)。典型的电子能量可以是0.5 MeV、1MeV、2MeV、4.5MeV、7.5MeV或10MeV。典型的电子束照射装置功率可以是1kW、5kW、10kW、20kW、50kW、60kW、 70kW、80kW、90kW、100kW、125kW、150kW、175kW、200kW、 250kW、300kW、350kW、400kW、450kW、500kW、600kW、 700kW、800kW、900kW或甚至1000kW。可使用的加速器包括 NHV照射器中等能量系列EPS-500(例如500kV加速器电压和65、 100或150mA射束电流)、EPS-800(例如800kV加速器电压和65或 100mA射束电流)或EPS-1000(例如1000kV加速器电压和65或100 mA射束电流)。此外，可使用来自NHV的高能量系列的加速器，如 EPS-1500(例如，1500kV加速器电压和65mA射束电流)、EPS-2000 (例如，
2000kV加速器电压和50mA射束电流)、EPS-3000(例如， 3000kV加速器电压和50mA射束电流)以及EPS-5000(例如，5000 和30mA射束电流)。

[0085] 考虑电子束照射装置功率规格的权衡因素包括操作成本、投资成本、折旧和装置占地面积。考虑电子束照射的暴露剂量水平的权衡因素是能量成本和环境、安全和健康(ESH)相关方面。通常，发生器容纳于例如铅或混凝土的拱顶中，特别是对于从在所述过程中产生的X 射线来产生。考虑电子能量的权衡因素包括能量成本。

[0086] 电子束照射装置可产生固定射束或扫描射束。具有大的扫描扫掠长度和高扫描速度的扫描射束可能是有利的，因为这将有效地代替大的、固定的射束宽度。此外，可获得0.5m、1m、2m或更大的可用扫掠宽度。由于较大扫描宽度和局部加热和窗口故障可能性减少，扫描射束在本文描述的大多数实施方案中是优选的。

[0087] 电子枪–窗口

[0088] 用于电子加速器的提取系统可包括两个窗口箔。两箔窗口提取系统中的冷却气体可以是吹扫气体或混合物(例如，空气)或纯气体。在一个实施方案中，气体是惰性气体，如氮气、氩气、氦气和或二氧化碳。优选使用气体而不是流体，因其使电子束的能量损失最小化。还可使用纯气体的混合物，在撞击窗口之前在管线中或在窗口之间的空间中预混合抑或混合。可例如通过使用热交换系统(例如，冷冻器)和 /或通过使用来自冷凝气体(例如，液氮、液氦)的汽化对冷却气体进行冷却。窗口箔描述于2013年10月10日提交的PCT/US2013/64332 中，其全部公开内容以引用的方式并入本文。

[0089] 辐射处理过程中的加热和通量

[0090] 当来自电子束的电子与物质在非弹性碰撞中相互作用时，在生物质中可发生几种过程。例如，材料的电离，材料中聚合物的断链，材料中的聚合物的交联，材料的氧化，X射线的产生(“轫致辐射”)和分子的振动激发(例如声子产生)。不受特定机制束缚，不顺应性降低可能是由于这些非弹性碰撞作用中的几种，例如电离、聚合物的断链、氧化和声子产生所致。这些作用中的一些(例如，尤其是X射线产生) 使屏蔽和工程屏障成为必需，例如，在混凝土(或其它辐射不透材料) 拱顶中封闭照射过程。另一种照射作用，即振动激发，等效于加热样品。通过照射来加热样品可有助于降低不顺应性，但过度加热可能会破坏材料，如将在下文解释。

[0091] 来自吸附电离辐射的绝热温升(ΔT)由以下等式给出：ΔT＝D/Cp：其中D是平均剂量(以kGy计)，Cp是热容(以J/g℃计)，并且ΔT是温度变化(以℃计)。典型的干燥生物质材料将具有接近2的热容。取决于水的量，湿生物质将具有更高的热容，因为水的热容非常高(4.19 J/g℃)。金属具有低得多的热容，例如304不锈钢具有0.5J/g℃的热容。针对不同辐射剂量，生物质和不锈钢中由于即时辐射吸附所致的温度变化在以下示出。在较高温度下，生物质将分解，从而导致与估算的温度变化的极限偏差。

[0092] 针对生物质和不锈钢计算的温度增加。

[0093]剂量(Mrad) 估算的生物质ΔT(℃) 钢ΔT(℃)
10 50 200
50 250(分解) 1000
100 500(分解) 2000
150 750(分解) 3000
200 1000(分解) 4000

[0094] 高温会破坏和/或改变生物质中的生物聚合物，以使得所述聚合物(例如纤维素)不适合于进一步加工。经受高温的生物质可能变成黑的、粘的并且释放指示分解的气味。这种粘性甚至可能使材料难以输送。所述气味可能是难闻的并且是一个安全问题。事实上，已发现将生物质保持在约200℃以下在本文所述的方法中是有益的(例如约190℃以下、约180℃以下、约170℃以下、约160℃以下、约150℃以下、约140℃以下、约130℃以下、约120℃以下、约110℃以下、约60℃与180℃之间、约60℃与160℃之间、约60℃与150℃之间、约60℃与140℃之间、约60℃与130℃之间、约60℃与120℃之间、约80℃与180℃之间、约100℃与180℃之间、约120℃与180℃之间、约140℃与180℃之间、约160℃与180℃之间、约100℃与140℃之间、约80℃与120℃之间)。

[0095] 已发现，高于约10Mrad的照射对于本文描述的方法来说是所希望的(例如降低不顺应性)。高通量也是所希望的，以使得照射不会成为加工生物质中的瓶颈。处理受剂量速率方程控制：M＝FP/D时间，其中M是所照射材料的质量(kg)，F是所吸附的功率分数(无单位)，P 是所发射功率(kW＝以MeV计的电压x以mA计的电流)，时间是处理时间(秒)，并且D是所吸附剂量(kGy)。在其中吸附的功率分数为固定的、所发射的功率是恒定的并且需要设定的剂量的示例性方法中，通量(例如，M，所加工的生物质)可通过增加照射时间来增加。然而，增加照射时间而不使材料冷却可能过度地加热材料，如通过以上所示的计算所例证。由于生物质具有低热导率(小于约0.1 Wm-1K-1)，所以散热很慢，不像例如金属(大于约10Wm-1 -1
K )，金属可快速地消散能量，只要存在散热器来转移能量即可。

[0096] 电子枪–射束阻挡件

[0097] 在一些实施方案中，系统和方法包括射束阻挡件(例如，光闸)。例如，可使用射束阻挡件快速停止或减少材料的照射而不用关掉电子束装置。或者，可在打开电子束时使用射束阻挡件，例如射束阻挡件可阻挡电子束直到实现所需水平的射束电流。射束阻挡件可置于主要箔窗口与次要箔窗口之间。例如，可安装射束阻挡件以使得其是可移动的，即，以使得其可移入和移出射束路径。甚至可使用射束的部分覆盖件，例如以控制照射的剂量。射束阻挡件可安装到地板上、安装到生物质的输送机上、安装到墙壁上、安装到辐射装置(例如，在扫描盒(scan horn)处)上或者安装到任何结构支撑件上。优选地，相对于扫描盒固定射束阻挡件，以使得可通过射束阻挡件有效地控制射束。射束阻挡件可合并铰链、轨道、轮子、狭槽或允许其以移入和移出射束的方式操作的其它装置。射束阻挡件可由任何材料制成，所述材料将阻挡至少5％的电子，例如至少10％、20％、30％、40％、50％、60％、 70％、至少80％、85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、 97％、98％、99％或甚至约100％的电子。

[0098] 射束阻挡件可由金属制成，所述金属包括但不限于不锈钢、铅、铁、钼、银、金、钛、铝、锡、或这些的合金，或用所述金属制成的层压件(层化材料)(例如，金属涂覆的陶瓷、金属涂覆的聚合物、金属涂覆的复合物、多层金属材料)。

[0099] 可例如用冷却流体(如水溶液或气体)冷却射束阻挡件。射束阻挡件可以是部分或完全中空的，例如具有空腔。射束阻挡件的内部空间可用于冷却流体和气体。射束阻挡件可具有任何形状，包括扁平、弯曲、圆形、椭圆形、正方形、矩形、斜面以及楔形形状。

[0100] 射束阻挡件可具有穿孔，以便允许一些电子通过，从而控制(例如，降低)窗口的全部面积上或窗口的特定区域中的辐射水平。射束阻挡件可以是例如由纤维或线缆形成的网。可一起或独立使用多个射束阻挡件来控制照射。射束阻挡件可例如通过无线电信号远程控制或者硬接线至发动机以将射束移入或移出位置。

[0101] 射束收集器

[0102] 本文所公开的实施方案在利用辐射处理时还可包括射束收集器。射束收集器的目的是安全吸收带电粒子束。如同射束阻挡件，射束收集器可用于阻挡带电粒子束。然而，射束收集器比射束阻挡件稳健得多，并且旨在阻挡电子束的全功率持续一段延长的时间。它们通常用于在加速器正打开时阻挡射束。

[0103] 射束收集器还被设计成能适应由这类射束产生的热量，并且通常由以下材料如铜、铝、碳、铍、钨或汞制成。射束收集器可例如使用可与射束收集器热接触的冷却流体来进行冷却。

[0104] 生物质材料

[0105] 木质纤维素材料包括但不限于木材、刨花板、林业废弃物(例如，锯屑、白杨木、木屑)、草(例如，柳枝稷、芒草、绳草、草芦)、谷物残渣(例如，稻壳、燕麦壳、小麦壳、大麦壳)、农业废弃物(例如，青贮饲料、菜籽秆、小麦秆、大麦秆、燕麦秆、稻草、黄麻、大麻、亚麻、竹子、剑麻、蕉麻、玉米穗轴、玉米秸秆、大豆秸秆、玉米纤维、苜蓿、干草、椰子毛)、糖加工残渣(例如，甘蔗渣、甜菜浆、龙舌兰渣)、海藻、海草、粪肥、污水，以及任何这些的混合物。

[0106] 在一些情况下，木质纤维素材料包括玉米穗轴。研磨或锤磨的玉米穗轴可以相对均匀厚度的层散步以用于照射，并且在照射之后易于分散于介质中以进行进一步加工。为了促进收获和收集，在一些情况下使用整个玉米植株，包括玉米秸秆、玉米粒，并且在一些情况下甚至包括植株的根系。

[0107] 有利地，在玉米穗轴或含有大量玉米穗轴的纤维素或木质纤维素材料的发酵期间不需要另外营养物(除了氮源，例如，尿素或氨以外)。

[0108] 玉米穗轴在粉碎之前和之后也更易于输送和分散，并且与如干草和草的其它纤维素或木质纤维素材料相比，具有较小的在空气中形成爆炸混合物的倾向。

[0109] 纤维素材料包括例如纸、纸制品、废纸、纸浆、着色纸、装料纸、涂覆纸、填充纸、杂志、印刷品(例如，书、目录、手册、标签、日历、贺卡、宣传册、内容说明书、新闻用纸)、打印纸、涂塑纸(polycoated paper)、卡片坯料、卡纸板、纸板、具有高α-纤维素含量的材料如棉花，以及任何这些材料的混合物。例如，纸制品如美国申请号 13/396,365(2012年2月14日提交的Medoff等的“Magazine Feedstocks”)中所描述，所述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。

[0110] 纤维素材料还可包括已部分或完全脱木素的木质纤维素材料。

[0111] 在一些实例中，可使用其它生物质材料，例如淀粉质材料。淀粉质材料包括淀粉本身，例如玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉或大米淀粉、淀粉衍生物或包括淀粉的材料，如可食用的食品产品或作物。例如，淀粉质材料可以是秘鲁胡萝卜、荞麦、香蕉、大麦、木薯、葛藤、圆齿酢酱草、西米、高粱、普通家用马铃薯、甜薯、芋头、山药或一种或多种豆类，如蚕豆、扁豆或豌豆。任何两种或更多种淀粉质材料的共混物也是淀粉材料。还可使用淀粉、纤维素和或木质纤维素材料的混合物。例如，生物质可以是整个植株、植株的一部分或植株的不同部分，例如，小麦植株、棉花植株、玉米植株、水稻植株或树。可通过本文所述的任何方法处理淀粉质材料。

[0112] 可用作原料的微生物材料包括但不限于含有或能够提供碳水化合物(例如，纤维素)源的任何天然存在或遗传修饰的微生物或生物体，例如原生生物，例如动物原生生物(例如，原生动物，如鞭毛虫、变形虫、纤毛虫和孢子虫)和植物原生生物(例如，海藻，如囊泡虫(alveolate)、绿蜘藻(chlorarachniophytes)、隐藻(cryptomonad)、裸藻 (euglenid)、灰藻(glaucophyte)、定鞭藻(haptophyte)、红藻、原生藻菌 (stramenopiles)以及绿色植界(viridaeplantae))。其它实例包括海草、浮游生物(例如，大型浮游生物、中型浮游生物、小型浮游生物、微型浮游生物、超微型浮游生物以及超微微型浮游生物)、浮游植物、细菌(例如，革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌以及极端微生物)、酵母和/或这些的混合物。在一些情况下，微生物生物质可从天然来源获得，例如海洋、湖泊、水体例如咸水或淡水，或在陆地上。或者或此外，微生物生物质可从培养系统获得，例如大规模干燥和湿润培养和发酵系统。

[0113] 在其它实施方案中，生物质材料，如纤维素、淀粉质和木质纤维素原料材料，可从已相对于野生型品种修饰的转基因微生物和植物获得。这类修饰可以是例如通过选择和育种的迭代步骤来获得植物中的所需性状。此外，植物可已经相对于野生型品种将遗传物质移除、修饰、沉默和/或添加。例如，遗传修饰的植物可通过重组DNA方法来产生，其中遗传修饰包括引入或修饰来自亲本品种的特定基因；或者例如通过使用转基因育种来产生，其中将一个或多个特定基因从不同物种的植物和/或细菌中引入到植物中。产生遗传变异的另一种方式是通过突变育种，其中新的等位基因从内源性基因人工产生。人工基因可通过多种方式来产生，包括用例如化学诱变剂(例如，使用烷化剂、环氧化物、生物碱、过氧化物、甲醛)、照射(例如，X射线、γ射线、中子、β粒子、α粒子、质子、氘核、UV辐射)和温度冲击或其它外部应力以及随后的选择技术来处理植株或种子。提供修饰的基因的其它方法是通过易错PCR和DNA改组，随后将所需的修饰的 DNA插入到所需植株或种子中。在种子或植株中引入所需遗传变异的方法包括例如使用细菌载体、基因枪、磷酸钙沉淀、电穿孔、基因剪接、基因沉默、脂质转染、显微注射以及病毒载体。另外遗传修饰的材料已描述于2012年2月14日提交的美国申请序列号13/396,369 中，所述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。可使用本文所述的任何生物质材料的混合物来实践本文所述的任何方法。

[0114] 生物质材料制备–机械处理

[0115] 生物质可呈干燥形式，例如具有小于约35％的水分含量(例如，小于约20％、小于约15％、小于约10％、小于约5％、小于约4％、小于约3％、小于约2％或甚至小于约1％)。生物质还可在湿润状态下例如作为湿固体、具有至少约10wt％的固体(例如，至少约20wt.％、至少约30wt.％、至少约40wt.％、至少约50wt.％、至少约60wt.％、至少约70wt.％)的浆液或悬浮液传送。

[0116] 本文公开的方法可利用低堆积密度材料，例如已物理预处理成具有小于约0.75g/cm3，例如，小于约0.7、0.65、0.60、0.50、0.35、0.25、 0.20、0.15、0.10、0.05或更小，例如，3
小于约0.025g/cm的堆积密度的纤维素或木质纤维素原料。使用ASTM D1895B确定堆积密度。简单地说，所述方法包括用样品填充具有已知体积的量筒并且获得样品重量。堆积密度通过用样品重量(克)除以已知的量筒体积(立方厘米) 来计算。如果需要，可例如通过Medoff的美国专利号7,971,809中所述的方法对低堆积密度材料进行致密化，所述专利的全部公开内容特此以引用的方式并入。

[0117] 在一些情况下，预处理加工包括筛选生物质材料。可通过具有所需开口尺寸的网或多孔板进行筛选，所述开口尺寸例如小于约6.35 mm(1/4英寸，0.25英寸)(例如，小于约3.18mm(1/8英寸，0.125英寸)、小于约1.59mm(1/16英寸，0.0625英寸)、小于约0.79mm(1/32 英寸，0.03125英寸)、例如小于约0.51mm(1/50英寸，0.02000英寸)、小于约0.40mm(1/64英寸，0.015625英寸)、小于约0.23mm(0.009 英寸)、小于约0.20mm(1/128英寸，0.0078125英寸)、小于约0.18mm (0.007英寸)、小于约0.13mm(0.005英寸)，或甚至小于约0.10mm (1/
256英寸，0.00390625英寸))。在一种配置中，所需生物质通过穿孔或筛网掉落，并且因此不照射大于穿孔或筛网的生物质。这些较大材料可例如通过粉碎来重新加工，或其可简单地从加工中去除。在另一种配置中，照射大于穿孔的材料并且通过筛选方法来去除较小材料或将其再循环。在此类配置中，输送机本身(例如输送机的一部分)可为有穿孔的或用网制成。例如，在一个具体实施方案中，生物质材料可以是湿的并且穿孔或网允许在照射之前将水从生物质中排出。

[0118] 材料的筛选还可通过手动方法，例如通过去除不想要的材料的操作员或机械体(例如，配备有颜色、反射率或其它传感器的机器人)进行。筛选还可通过磁筛选进行，其中将磁铁安置在输送的材料附近并且通过磁力去除磁性材料。

[0119] 任选的预处理加工可包括加热材料。例如，输送材料或其它材料的输送机的一部分可穿过加热区。加热区可例如通过IR辐射、微波、燃烧(例如，气体、煤、油、生物质)、电阻性加热和/或感线圈来产生。可从至少一个侧面或多于一个侧面施加热量，热量可以是连续的或周期性的，并且可仅用于部分材料或者用于所有材料。例如，可通过使用加热套来加热输送槽的一部分。加热可例如出于使材料干燥目的。在干燥材料的情况下，在加热或不加热的情况下，这还可通过在正在输送生物质时，气体(例如，空气、氧气、氮气、He、CO2、氩气)在生物质上和/或穿过所述生物质的移动来促进。

[0120] 任选地，预处理加工可包括使材料冷却。冷却材料描述于Medoff 的美国专利号7,900,857中，所述专利的公开内容以引用的方式并入本文。例如，可通过将冷却流体，例如水(例如，与甘油一起)或氮(例如，液氮)供应至输送槽的底部来进行冷却。或者，可将冷却气体，例如冷冻氮气吹送到生物质材料上或输送系统下。

[0121] 另一种任选的预处理加工方法可包括将材料添加至生物质或其它原料。另外的材料可例如通过在输送生物质时将材料喷淋、喷洒和或倾倒至生物质来添加。可添加的材料包括例如金属、陶瓷和/或离子，如美国专利申请公布2010/0105119 A1(2009年10月26日提交) 和美国专利申请公布2010/0159569 A1(2009年12月16日提交)中所描述，所述专利申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。可添加的任选材料包括酸和碱。可添加的其它材料是氧化剂(例如，过氧化物、氯酸盐)、聚合物、可聚合单体(例如，含有不饱和键)、水、催化剂、酶和/或生物体。可例如以纯的形式、作为在溶剂(例如，水或有机溶剂)中的溶液和/或作为溶液来添加材料。在一些情况下，溶剂是挥发性的并且可例如通过加热和/或吹送如先前所述的气体使其蒸发。添加的材料可在生物质上形成均匀涂层或者为不同组分(例如，生物质和另外的材料)的均匀混合物。添加的材料可通过增加照射效率、衰减照射或改变照射效果(例如，从电子束至X射线或加热)来调节随后的照射步骤。所述方法可不影响照射，但是可适用于进一步的下游加工。添加的材料可例如通过降低灰尘水平来有助于输送材料。

[0122] 生物质可通过皮带输送机、气动输送机、螺旋输送机、料斗、管、手动或者通过这些的组合传送至输送机(例如，用于本文所述的拱顶中的振动式输送机)。可通过任何这些方法将生物质例如掉落、倾倒和/或放置到输送机上。在一些实施方案中，使用封闭的材料分配系统将材料传送至输送机以帮助维持低氧气氛和/或控制粉尘和细粉。漂浮的或空气悬浮的生物质细粉和粉尘是不希望的，因为这些可形成爆炸隐患或损害电子枪的窗口箔(如果所述装置用于处理材料)。

[0123] 可将材料平整以形成如下均匀厚度：约0.0312与5英寸之间(例如，约0.0625与2.000英寸之间、约0.125与1英寸之间、约0.125 与0.5英寸之间、约0.3与0.9英寸之间、约
0.2与0.5英寸之间、约 0.25与1.0英寸之间、约0.25与0.5英寸之间、0.100+/-0.025英寸、 
0.150+/-0.025英寸、0.200+/-0.025英寸、0.250+/-0.025英寸、0.300+/ -0.025英寸、
0.350+/-0.025英寸、0.400+/-0.025英寸、0.450+/-0.025 英寸、0.500+/-0.025英寸、
0.550+/-0.025英寸、0.600+/-0.025英寸、 0.700+/-0.025英寸、0.750+/-0.025英寸、
0.800+/-0.025英寸、0.850+/ -0.025英寸、0.900+/-0.025英寸、0.900+/-0.025英寸。

[0124] 一般来说，优选尽可能快地将材料输送穿过电子束以使通量最大化。例如，可以至少1英尺/分钟，例如至少2英尺/分钟、至少3英尺/分钟、至少4英尺/分钟、至少5英尺/分钟、至少10英尺/分钟、至少15英尺/分钟、20、25、30、35、40、45、50英尺/分钟的速率输送材料。输送速率与射束电流相关，例如对于1/4英寸厚的生物质和 100mA，输送机可以约20英尺/分钟移动以提供有用的照射剂量，在 50mA下，输送机可以约10英尺/分钟移动以提供大约相同的照射剂量。

[0125] 在已输送生物质材料穿过辐射区之后，可进行任选的后处理加工。任选的后处理加工可以是例如相对于预照射加工所描述的方法。例如，生物质可筛选、加热、冷却和/或与添加剂组合。对于后照射独特的是可发生自由基的淬灭，例如通过添加流体或气体(例如，氧气、一氧化二氮、氨和/或液体)、使用压力、加热和/或添加自由基清除剂进行自由基的淬灭。例如，可将生物质输送出封闭的输送机并将其暴露于气体(例如，氧气)，其在所述气体中淬灭，从而形成羧基化基团。在一个实施方案中，生物质在照射期间暴露于反应性气体或流体。已照射的生物质的淬灭在Medoff的美国专利号8,083,906中描述，所述专利的全部公开内容以引用的方式并入本文。

[0126] 如果需要，则可使用除照射之外的一种或多种机械处理以进一步减小含碳水化合物材料的不顺应性。可在照射之前、期间和或之后应用这些方法。

[0127] 在一些情况下，机械处理可包括如通过粉碎(例如切割、研磨、剪切、磨粉或斩切)来初始制备所接收的原料，例如材料的尺寸缩减。例如，在一些情况下，通过剪切或切剁来制备疏松原料(例如，再生纸、淀粉质材料或柳枝稷)。机械处理可减小含碳水化合物材料的堆积密度、增加含碳水化合物材料的表面积和/或降低含碳水化合物材料的一个或多个尺寸。

[0128] 或者或此外，可用另一种处理来处理原料材料，例如化学处理，如用酸(HCl、H2SO4、H3PO4)、碱(例如KOH和NaOH)、化学氧化剂 (例如，过氧化物、氯酸盐和/或臭氧)，照射、蒸汽爆炸、热解、超声处理、氧化、化学处理。所述处理可按任何次序和任何顺序和组合。例如，原料材料可首先通过一种或多种处理方法，例如化学处理(包括酸水解和与酸水解(例如利用HCl、H2SO4、H3PO4)组合)、辐射、超声处理、氧化、热解或蒸汽爆炸进行物理处理，并且然后进行机械处理。这个顺序可以是有利的，因为通过一种或多种其它处理(例如照射或热解)进行处理的材料倾向于更易碎，并且因此可更易于通过机械处理进一步改变材料的结构。作为另一个实例，可如本文所述使用输送机将原料材料输送通过电离辐射并且然后进行机械处理。化学处理可去除一些或所有木质素(例如化学制浆)并且可使材料部分或完全水解。所述方法还可用于预先水解的材料。所述方法还可用于未预先水解的材料。所述方法可用于水解材料和未水解材料的混合物，例如具有约50％或更多的未水解材料、具有约60％或更多的未水解材料、具有约70％或更多的未水解材料、具有约80％或更多的未水解材料或甚至具有90％或更多的未水解材料。

[0129] 除了尺寸缩减(可在加工期间初期和/或后期进行)之外，机械处理还可有利地“打开”、“压紧”、破坏或破碎含碳水化合物材料，从而使材料的纤维素在物理处理期间更易于断链和/或晶体结构破裂。

[0130] 机械处理含碳水化合物材料的方法包括例如碾磨或研磨。可使用例如锤磨机、球磨机、胶体磨、圆锥或锥形磨、盘磨机、轮碾机、威利磨(Wiley mill)、谷物碾磨机或其它磨进行碾磨。可使用例如切割/ 冲击型研磨机进行研磨。一些示例性研磨机包括石料研磨机、销棒研磨机、咖啡研磨机以及磨盘式研磨机。研磨或碾磨可例如通过使销棒或其它元件往复移动来提供，在销棒碾磨机中就是这样。其它机械处理方法包括机械撕破或撕裂、对纤维施加压力的其它方法以及空气摩擦碾磨。合适的机械处理进一步包括继续进行由先前加工步骤引发的材料内部结构破裂的任何其它技术。

[0131] 机械供料制备系统可被配置成产生具有特定特征(例如像特定最大尺寸、特定长宽比或特定表面积比)的流。物理制备可提高反应速率、改进材料在输送机上的移动、改进材料的照射分布、改进材料的辐射均匀度、或减少打开材料并使其对于方法和/或试剂(如溶液中的试剂)更易接近所需要的加工时间。

[0132] 可控制(例如，增加)原料的堆积密度。在一些情况下，可能希望例如通过使材料致密化(例如，致密化可使将其运输到另一个地点更容易并且成本更低)，并且随后使材料恢复到较低堆积密度状态(例如，在运输之后)来制备低堆积密度材料。可使材料致密化，例如从小于约0.2g/cc至大于约0.9g/cc(例如，小于约0.3g/cc至大于约0.5 g/cc、小于约0.3g/cc至大于约0.9g/cc、小于约0.5g/cc至大于约0.9 g/cc、小于约0.3g/cc至大于约0.8g/cc、小于约0.2g/cc至大于约0.5 g/cc)。例如，可通过在Medoff的美国专利号7,932,065和国际公布号 WO 2008/073186(2007年10月26日提交，以英语公布并且指定美国) 中公开的方法和设备来使材料致密化，所述专利的全部公开内容以引用的方式并入本文。可通过本文所述的任何方法来加工致密化的材料，或由本文所述的任何方法加工的任何材料可随后致密化。

[0133] 在一些实施方案中，待加工的材料呈纤维材料形式，其包括通过剪切纤维源来提供的纤维。例如，可用旋转刀切割机来进行剪切。

[0134] 例如，可例如在旋转刀切割机中剪切例如具有不顺应性的或不顺应性水平已减小的纤维源，以提供第一纤维材料。使第一纤维材料通过例如具有1.59mm或更小(1/16英寸，0.0625英寸)的平均开孔尺寸的第一筛网，以提供第二纤维材料。如果需要，可在剪切之前例如用切碎机切割纤维源。例如，当使用纸作为纤维源时，可首先使用切碎机，例如反相旋转螺旋切碎机(如由Munson(Utica,N.Y.)制造的那些) 将纸切割成例如1/4-英寸至1/2-英寸宽的条。作为切碎的替代方案，可通过使用闸刀式切割机切割至所需尺寸来减小纸的尺寸。例如，闸刀式切割机可用于将纸切割成例如10英寸宽×12英寸长的片。

[0135] 在一些实施方案中，剪切纤维源和使所得第一纤维材料通过第一筛网是同时进行的。还可以在分批型过程中进行剪切和通过。

[0136] 例如，旋转刀切割机可用于同时剪切纤维源和筛选第一纤维材料。旋转刀切割机包括料斗，所述料斗可装载有通过切碎纤维源制备的切碎的纤维源。

[0137] 在一些实施方式中，在糖化和/或发酵之前对原料进行物理处理。物理处理方法可包括一种或多种本文所述的任何那些方法，如机械处理、化学处理、照射、超声处理、氧化、热解或蒸汽爆炸。处理方法可以两种、三种、四种或甚至所有这些技术的组合使用(以任意顺序)。当使用多于一种处理方法时，所述方法可同时或不同时应用。改变生物质原料的分子结构的其它方法也可单独使用或与本文所公开的方法组合使用。

[0138] 可使用的机械处理以及机械处理的含碳水化合物材料的特征在 2011年10月18日提交的美国专利申请公布2012/0100577A1中进一步详细描述，所述专利申请公布的全部公开内容特此以引用的方式并入本文。

[0139] 超声处理、热解、氧化、蒸汽爆炸

[0140] 如果需要，代替照射或除照射之外，可使用一种或多种超声处理、热解、氧化或蒸汽爆炸方法，以减小或进一步减小含碳水化合物材料的不顺应性。例如，可在照射之前、期间和或之后应用这些方法。这些方法在Medoff的美国专利号7,932,065中详细描述，所述专利的全部公开内容以引用的方式并入本文。

[0141] 中间体和产物

[0142] 使用本文所述的方法，可将生物质材料转化成一种或多种产物，如能量、燃料、食品以及材料。例如，中间体和产物如有机酸、有机酸的盐、酸酐、有机酸的酯以及燃料，例如用于内燃机的燃料或用于燃料电池的原料。本文描述了可使用纤维素和/或木质纤维素材料作为原料的系统和方法，所述纤维素和/或木质纤维素材料容易获得但可能常常难以加工，例如城市废物流和废纸流，如包括报纸、牛皮纸 (Kraft)、瓦楞纸或这些的混合物的流。

[0143] 产物的具体实例包括但不限于氢、糖(例如，葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖、果糖、二糖、寡糖以及多糖)、醇(例如，一元醇或二元醇，如乙醇、正丙醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇或正丁醇)、水合醇或含水醇(例如，含有大于10％、20％、30％或甚至大于 40％的水)、生物柴油、有机酸、烃(例如，甲烷、乙烷、丙烷、异丁烯、戊烷、正己烷、生物柴油、生物汽油以及其混合物)、副产物(例如，蛋白质，如纤维素分解蛋白质(酶)或单细胞蛋白质)，以及呈任何组合或相对浓度，并且任选地与任何添加剂(例如，燃料添加剂)组合的任何这些产物的混合物。其它实例包括羧酸、羧酸的盐、羧酸与羧酸的盐的混合物以及羧酸的酯(例如，甲基、乙基和正丙基酯)、酮(例如，丙酮)、醛(例如，乙醛)、α和β不饱和酸(例如，丙烯酸)以及烯烃(例如，乙烯)。其它醇和醇衍生物包括丙醇、丙二醇、1,4-丁二醇、 1,3-丙二醇、糖醇(例如，赤藓醇、乙二醇、甘油、山梨醇、苏糖醇阿糖醇、核糖醇、甘露醇、半乳糖醇、岩藻糖醇、艾杜醇、异麦芽酮糖醇、麦芽糖醇、乳糖醇、木糖醇以及其它多元醇)以及任何这些醇的甲基或乙基酯。其它产物包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、D-乳酸、 L-乳酸、丙酮酸、聚乳酸、柠檬酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、琥珀酸、戊酸、己酸、3-羟基丙酸、棕榈酸、硬脂酸、草酸、丙二酸、戊二酸、油酸、亚油酸、乙醇酸、γ-羟基丁酸以及其混合物、任何这些酸的盐、任何酸及其相应盐的混合物。

[0144] 以上产物与彼此和/或以上产物与其它产物(所述其它产物可通过本文所述的方法或以其它方式制备)的任何组合可包装在一起并且作为产品来出售。产物可组合，例如，混合、共混或共同溶解，或可简单地包装在一起或一起出售。

[0145] 本文所述的任何产物或产物的组合可在出售产物之前，例如，纯化或分离之后或甚至在包装之后进行消毒或灭菌，以中和可存在于产物中的一种或多种可能不希望的污染物。可用例如小于约20Mrad，例如约0.1至15Mrad、约0.5至7Mrad或约1至3Mrad剂量的电子轰击进行所述消毒。

[0146] 本文所述的方法可产生适用于产生在工厂的其它部分使用(热电联产)或在公开市场上出售的蒸汽和电力的各种副产物流。例如，由燃烧副产物流产生的蒸汽可用于蒸馏过程。作为另一个实例，由燃烧副产物流产生的电力可用于为在预处理中使用的电子束发生器提供动力。

[0147] 用于产生蒸汽和电力的副产物来源于整个过程的众多来源。例如，废水的厌氧消化可产生甲烷含量高的沼气和少量废弃生物质(污泥)。作为另一个实例，可使用糖化后和/或蒸馏后固体(例如，从预处理和初级过程剩余的未转化的木质素、纤维素和半纤维素)，例如作为燃料燃烧。

[0148] 包括食品和药物产品的其它中间体和产物描述于2010年5月20 日公布的Medoff的美国专利申请公布2010/0124583A1中，所述专利申请公布的全部公开内容特此以引用的方式并入。

[0149] 木质素源性产物

[0150] 来自通过所描述的方法进行的木质纤维素加工的废生物质(例如，废木质纤维素材料)预期具有较高的木质素含量，并且除了适用于通过在热电厂中燃烧来产生能量之外还可具有作为其它有价值的产物的用途。例如，木质素可以捕获形式用作塑料，或它可以合成方式升级成其它塑料。在一些实例中，它还可转化成木质素磺酸盐，木质素磺酸盐可用作粘合剂、分散剂、乳化剂或螯合剂。

[0151] 当用作粘合剂时，木质素或木质素磺酸盐可例如用于煤块中，用于陶瓷中，用于粘合炭黑、用于粘合肥料和除草剂，用作粉尘抑制剂，用于制备胶合板和刨花板，用于粘合动物饲料，用作玻璃纤维的粘合剂，用作油毡贴的粘合剂和用作土壤稳定剂。

[0152] 当用作分散剂时，木质素或木质素磺酸盐可用于例如混凝土混合物、粘土和陶瓷、染料和颜料、皮革鞣制和石膏板中。

[0153] 当用作乳化剂时，木质素或木质素磺酸盐可用于例如沥青、颜料和染料、农药以及蜡乳液中。

[0154] 作为螯合剂，木质素或木质素磺酸盐可用于例如微量营养素系统、洗涤剂和水处理系统中，例如用于锅炉和冷却系统。

[0155] 对于能量产生，木质素通常具有比全纤维素(纤维素和半纤维素) 更高的能量含量，因为它含有比全纤维素更多的碳。例如，相较于全纤维素的7,000与8,000BTU/磅，干燥木质素可具有介于约11,000与 12,500BTU/磅之间的能量含量。如此，木质素可被致密化并且转化成压块和球团以用于燃烧。例如，木质素可通过本文所述的任何方法转化成球团。对于较慢燃烧的球团或压块，可使木质素进行交联，如施加约0.5Mrad与5Mrad之间的辐射剂量。交联可得到较慢燃烧的形状因子。可在不存在空气的情况下通过热解，例如在400℃与950℃之间将形状因子如球团或压块转化成“合成煤”或活性炭。在热解之前，可能希望使木质素交联以维持结构完整性。

[0156] 糖化

[0157] 为了将原料转化成可被容易加工的形式，可通过糖化剂(例如酶或酸)将原料中的含有葡聚糖或木聚糖的纤维素水解成低分子量碳水化合物如糖，所过过程被称为糖化。然后，低分子量碳水化合物可用于例如现有制造厂中，如单细胞蛋白质厂、酶制造厂或燃料厂，例如，乙醇制造设施。

[0158] 原料可使用酶，例如通过在溶剂例如水溶液中将材料与酶组合来进行水解。

[0159] 或者，可通过生物体供应酶，所述生物体分解生物质(如生物质的纤维素和/或木质素部分)，含有或制造各种纤维分解酶(纤维素酶)、木质素酶或各种小分子生物质降解代谢物。这些酶可以是协同作用降解生物质的结晶纤维素或木质素部分的酶复合物。纤维素分解酶的实例包括：内切葡聚糖酶、纤维二糖水解酶和纤维二糖酶(β-葡萄糖苷酶)。

[0160] 在糖化期间，纤维素底物可通过内切葡聚糖酶在随机位置初步水解，从而产生低聚中间体。这些中间体随后被作为外切葡聚糖酶如纤维二糖水解酶的底物，以从纤维素聚合物的末端产生纤维二糖。纤维二糖是水溶性的1,4-连接的葡萄糖二聚体。最后，纤维二糖酶裂解纤维二糖以得到葡萄糖。此过程的效率(例如，水解时间和/或水解完全性)取决于纤维素材料的不顺应性。

[0161] 因此，所处理的生物质材料通常可通过将材料与纤维素酶在流体介质(例如水溶液)中组合来进行糖化。在一些情况下，在糖化之前，将材料在热水中煮沸、浸泡或蒸煮，如2012年4月26日公布的Medoff 和Masterman的美国专利申请公布2012/0100577 A1中所描述，所述专利申请公布的全部内容并入本文。

[0162] 糖化过程可在制造厂中的储罐(例如，具有至少4000、40,000L 或500,000L体积的储罐)中部分或完全地进行，和/或可在转运中，例如，在轨道车、油罐卡车中或在超级油轮或船舱中部分或完全地进行。完全糖化所需要的时间将取决于工艺条件和所使用的含碳水化合物材料和酶。如果糖化是在受控的条件下在制造厂中进行，则纤维素可在约12-96小时内大致上完全转化成糖，例如葡萄糖。如果糖化是在转运中部分或完全地进行，则糖化可能花费较长时间。

[0163] 通常优选在糖化期间例如使用喷射混合对储罐内容物进行混合，如在2010年5月18日提交的国际申请号PCT/US2010/035331中所描述，所述申请以英语公布为WO 2010/
135380并且指定美国，所述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。

[0164] 表面活性剂的添加可提高糖化速率。表面活性剂的实例包括非离子型表面活性剂(如 20或 80聚乙二醇表面活性剂)、离子型表面活性剂或两性表面活性剂。

[0165] 通常优选由糖化得到的糖溶液的浓度相对较高，例如，大于40 重量％，或大于50重量％、60重量％、70重量％、80重量％、90重量％或甚至大于95重量％。可例如通过蒸发去除水以增加糖溶液的浓度。这减小了待装运的体积并且还抑制了溶液中的微生物生长。

[0166] 或者，可使用较低浓度的糖溶液，在这种情况下，可能希望以低浓度(例如，50至150ppm)添加抗微生物添加剂，例如广谱抗生素。其它适合的抗生素包括两性霉素B、氨苄青霉素、氯霉素、环丙沙星、庆大霉素、潮霉素B、卡那霉素、新霉素、青霉素、嘌呤霉素、链霉素。
抗生素将在运输和储存期间抑制微生物的生长，并且可以适当的浓度(例如，按重量计在15与1000ppm之间，例如，在25与500ppm 之间，或在50与150ppm之间)使用。如果希望，则即使糖浓度相对较高也可包括抗生素。或者，可使用具有抗微生物防腐特性的其它添加剂。优选地，抗微生物添加剂是食品级的。

[0167] 可通过限制与酶一起添加到含碳水化合物材料中的水量来获得相对较高浓度的溶液。可例如通过控制糖化发生到何种程度来控制浓度。例如，可通过向溶液中添加更多含碳水化合物材料来增加浓度。为了保持正在溶液中产生的糖，可添加表面活性剂，例如，上文所论述的那些表面活性剂中一种。还可通过增加溶液的温度来增加溶解度。例如，可将溶液维持在40℃-50℃、60℃-80℃或甚至更高的温度下。

[0168] 糖化剂

[0169] 合适的纤维素分解酶包括来自以下属中的种的纤维素酶：芽孢杆菌属、鬼伞属、毁丝霉属、头孢霉属、柱顶孢霉属、青霉属、曲霉属、假单孢菌属、腐质霉属、镰刀菌属、梭孢壳属、枝顶孢属、金孢子菌属以及木霉属；特别是由选自以下种的菌株产生的那些纤维素酶：曲霉属(参见，例如，欧洲公布号0 458 162)、特异腐质霉(Humicola i nsolens)(被重新分类为嗜热柱顶孢霉(Scytalidium thermophilum)，参见例如美国专利号4,435,307)、灰盖鬼伞(Coprinus cinereus)、尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)、嗜热毁丝霉
(Myceliophthora thermophil a)、大型亚灰树花菌(Meripilus giganteus)、太瑞斯梭孢壳霉(Thielavi aterrestris)、枝顶孢属菌种(Acremonium sp.)(包括但不限于桃色枝顶孢(A.persicinum)、A.acremonium、A.brachypenium、A.dichromos porum、A.obclavatum、A.pinkertoniae、粉灰枝顶孢(A.roseogriseu m)、A.incoloratum以及棕色枝顶孢(A.furatum))。优选菌株包括特异腐质霉DSM 1800、尖孢镰刀菌DSM 2672、嗜热毁丝霉CBS 
117.6 5、头孢霉属RYM-202、枝顶孢属CBS 478.94、枝顶孢属CBS 265. 95、桃色枝顶孢CBS 
169.65、Acremonium acremonium AHU 9519、头孢霉属CBS 535.71、Acremonium brachypenium CBS 866.73、Acr emonium dichromosporum CBS 683.73、Acremonium obclavatum CB S 311.74、Acremonium pinkertoniae CBS 157.70、粉灰枝顶孢CBS1 
34.56、Acremonium incoloratum CBS 146.62，以及棕色枝顶孢CBS 299.70H。纤维素分解酶还可以从金孢子菌属(Chrysosporium)，优选C hrysosporium lucknowense的菌株获得。
可使用的另外菌株包括但不限于，木霉属(特别是绿色木霉(T.viride)、里氏木霉(T.reesei)以及康宁木霉(T.koningii))、嗜碱性芽孢杆菌(alkalophilic Bacillus)(参见，例如美国专利号3,844,890和欧洲公布号0 458 162)以及链霉菌属(参见，例如欧洲公布号0 458 162)。

[0170] 除了酶之外或与酶组合，酸、碱和其它化学品(例如氧化剂)可用于糖化木质纤维素和纤维素材料。这些可以任何组合或顺序使用(例如，在添加酶之前、之后和/或期间)。例如，可使用强无机酸(例如，HCl、H2SO4、H3PO4)和强碱(例如，NaOH、KOH)。

[0171] 糖

[0172] 在本文所述的方法中，例如在糖化之后，可对糖(例如，葡萄糖和木糖)进行分离。例如，可通过沉淀法、结晶法、色谱法(例如，如本文所述的模拟的移动床色谱法、高压色谱法)、离心法、萃取法、本领域已知的任何其它分离方法以及其组合来对糖进行分离。

[0173] 氢化和其它化学转化

[0174] 本文所述的方法可包括氢化。例如，葡萄糖和木糖可分别氢化成山梨糖醇和木糖醇。可通过在高压(例如，10至12000psi)下与H2组合使用催化剂(例如，Pt/γ-Al2O3、Ru/C、雷尼镍或本领域已知的其它催化剂)来实现氢化。可使用来自本文所述方法的产物的其它类型的化学转化，例如有机糖衍生的产物(例如，糠醛和糠醛衍生的产物)的产生。糖衍生的产物的化学转化描述于2013年7月3日提交的USSN 13/934,704中，其全部公开内容以引用的方式并入本文。

[0175] 发酵

[0176] 酵母和发酵单胞菌属(Zymomonas)细菌，例如，可用于将一种或多种糖发酵或转化成一种或多种醇。其它微生物在下文进行讨论。发酵的最佳pH是约pH 4至7。例如，酵母的最佳pH是约pH 4至5，而发酵单胞菌的最佳pH是约pH 5至6。典型的发酵时间是约24至 168小时(例如，24至96小时)，其中温度在20℃至40℃(例如，26℃至40℃)范围内，然而嗜热微生物偏好较高的温度。

[0177] 在一些实施方案中，例如，当使用厌氧生物体时，至少一部分发酵是在不存在氧的情况下，例如，在惰性气体如N2、Ar、He、CO2或其混合物的覆盖层下进行。另外，混合物可具有在部分或全部发酵期间流经储罐的惰性气体的恒定吹扫。在一些情况下，可通过发酵期间的二氧化碳产生来实现或维持厌氧条件而不需要额外的惰性气体。

[0178] 在一些实施方案中，可在低分子量糖完全转化成产物(例如，乙醇)之前中断全部或部分发酵过程。中间体发酵产物包括高浓度的糖和碳水化合物。糖和碳水化合物可经由本领域已知的任何手段进行分离。这些中间体发酵产物可用于制备用于人或动物消耗的食品。另外或可替代地，可在不锈钢实验室磨机中将中间体发酵产物研磨成细小粒子尺寸以产生面粉状物质。可在发酵期间使用射流混合，并且在一些情况下在同一储罐中进行糖化和发酵。

[0179] 可在糖化和/或发酵期间添加微生物的营养物，例如，在2011年 7月15日提交的美国专利申请公布2012/0052536中所述的基于食品的营养物包，所述专利申请公布的完整公开内容以引用的方式并入本文

[0180] “发酵”包括在2013年6月27日公布的申请号 PCT/US2012/71093、2012年6月27日公布的申请号PCT/ US2012/71907和2012年6月27日公布的申请号PCT/US2012/71083 中所公开的方法和产物，所述申请的内容均以引用的方式整体并入本文。

[0181] 可利用移动发酵罐，如在国际申请号PCT/US2007/074028(其在 2007年7月20日提交，以英语公布为WO2008/011598并且指定美国) 中所描述，并且具有美国颁布的专利号8,318,453，所述申请的内容以引用的方式整体并入本文。类似地，糖化设备可以是可移动的。
此外，糖化和/或发酵可以在转运期间部分或完全地进行。

[0182] 发酵剂

[0183] 在发酵中使用的微生物可以是天然存在的微生物和/或工程化的微生物。例如，微生物可以是细菌(包括但不限于，例如纤维素分解细菌)、真菌(包括但不限于，例如酵母)、植物、原生生物，例如，原生动物或真菌样原生动物(包括但不限于，例如，粘菌)或海藻。当生物体相容时，可使用生物体的混合物。

[0184] 合适的发酵微生物具有将碳水化合物(如葡萄糖、果糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖、寡糖或多糖)转化成发酵产物的能力。发酵微生物包括以下种属的菌株：酵母属菌种(Saccharomyces spp.) (包括但不限于酿酒酵母(S.cerevisiae)(面包酵母)、糖化酵母(S.dist aticus)、葡萄汁酵母(S.uvarum))、克鲁维酵母(Kluyveromyces)属(包括但不限于马克斯克鲁维酵母(K.marxianus)、脆壁克鲁维酵母(K.frag ilis))、假丝酵母(Candida)属(包括但不限于假热带假丝酵母(C.pseud otropicalis)和芸薹假丝酵母(C.brassicae))、树干毕赤酵母(Pichia stip  itis)(休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)的亲缘菌)、棒孢酵母(Clavis  pora)属(包括但不限于葡萄牙棒孢酵母(C.lusitaniae)和仙人掌棒孢酵母(C.opuntiae))、管囊酵母(Pachysolen)属(包括但不限于嗜鞣管囊酵母(P.tannophilus))、酒香酵母(Bretannomyces)属(包括但不限于，例如铁红梅氏酒香酵母(B.clausenii)(Handbook on Bioethanol:Producti  on and Utilization,Wyman,C.E.编，Taylor&Francis,Washington, DC,179-212中的
Philippidis,G.P.,1996,Cellulose bioconversion te chnology))。其它适合的微生物包括例如运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)、梭菌属菌种(Clostridium spp.)(包括但不限于热纤维梭菌(C. thermocellum)(Philippidis,1996,同上)、糖丁基丙酮梭菌(C.sacchar obutylacetonicum)、酪丁酸梭菌(C.tyrobutyricum)、糖丁酸梭菌(C.sa ccharobutylicum)、略紫色梭菌(C.Puniceum)、拜氏梭菌(C.beijerncki i)以及丙酮丁醇梭菌(C.acetobutylicum))、丛梗孢酵母属菌种(Moniliel la spp.)(包括但不限于丛梗孢酵母(M.pollinis)、绒毛丛梗孢酵母(M. tomentosa)、马迪达丛梗孢酵母(M.madida)、黑色丛梗孢酵母(M.ni grescens)、M.oedocephali、M.megachiliensis)、解脂耶氏酵母(Yarro wia lipolytica)、短梗霉属菌种(Aureobasidium  sp.)、三型孢菌属菌种(T 
richosporonoides sp.)、变异三角酵母(Trigonopsis variabilis)、毛孢子菌属菌种(Trichosporon sp.)、丛梗孢酵母属菌种(Moniliellaacetoabuta ns sp.)、变异核瑚菌(Typhula variabilis)、木兰假丝酵母(Candida ma gnoliae)、黑粉菌纲属菌种
(Ustilaginomycetes sp.)、筑波拟酵母(Pseud ozyma tsukubaensis)、接合酵母属(Zygosaccharomyces)的酵母种、德巴利酵母属(Debaryomyces)、汉逊酵母属(Hansenula)和毕赤酵母属(Pi chia)、以及暗丛梗孢形圆酵母属(Torula)的真菌(例如珊瑚藻圆酵母(T. corallina))。

[0185] 另外的微生物包括乳酸菌组。实例包括干酪乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、德氏乳杆菌、植物乳杆菌、棒状乳芽孢杆菌(例如，棒状乳杆菌扭曲亚种)、戊糖乳杆菌、短乳杆菌。其它微生物包括戊糖片球菌 (Pediococus penosaceus)、米根霉(Rhizopus oryzae)。

[0186] 几种生物体如细菌、酵母和真菌可用于将生物质源性产物如糖和醇发酵为例如琥珀酸。例如，生物体可选自：琥珀酸放线杆菌(Actin obacillus succinogenes)、产琥珀酸厌氧螺菌(Anaerobiospirillum succi niciproducens)、曼海姆产琥珀酸菌(Mannheimia succiniciproducens)、黄色瘤胃球菌(Ruminococcus flaverfaciens)、黄色瘤胃球菌(Ruminoco ccus albus)、产琥珀酸丝状杆菌(Fibrobacter succinogenes)、脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)、栖留胃拟杆菌(Bacteroides ruminicola)、嗜淀粉拟杆菌(Bacteroides amylophilus)、产琥珀酸拟杆菌(Bacteriodes suc cinogenes)、曼海姆产琥珀酸菌(Mannheimia succiniciproducens)、谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)、黑曲霉(Aspergillus nig er)、烟曲霉(Aspergillus fumigatus)、雪白丝衣菌(Byssochlamys nivea)、虎皮香菇属(Lentinus degener)、宛氏拟青霉(Paecilomyces varioti)、葡萄酒青霉(Penicillium viniferum)、酿酒酵母、粪肠球菌(Enterococcus faecali)、栖瘤胃普雷沃氏菌(Prevotella  ruminicolas)、汉逊德巴利酵母 (Debaryomyces hansenii)、链状假丝酵母(Candida catenulata)VKM Y-5、膜璞假丝酵母(C.mycoderma)VKM Y-240、褶皱假丝酵母(C. rugosa)VKM Y-67、帕鲁迪格拿假丝酵母(C.paludigena)VKM Y-2 443、产朊假丝酵母(C.utilis)VKM Y-74、产朊假丝酵母766、涎沫假丝酵母(C.zeylanoides)VKM Y-6、涎沫假丝酵母VKM Y-14、涎沫假丝酵母VKM Y-2324、涎沫假丝酵母VKM Y-1543、涎沫假丝酵母VKM Y-2595、粗状假丝酵母(C.valida)VKM Y-934、威客海姆克鲁维酵母菌(Kluyveromyces wickerhamii)VKM Y-589、异常毕赤酵母(Pichia anomala)VKM Y-118、贝氏毕赤酵母(P.besseyi)VKM Y- 2084、媒介毕赤酵母(P.media)VKM Y-1381、季也蒙毕赤酵母(P.g uilliermondii)H-P-4、季也蒙毕赤酵母916、尹氏毕赤酵母(P.inositov ora)VKM Y-2494、酿酒酵母VKM Y-381、念珠球拟酵母(Torulopsi s candida)127、念珠球拟酵母420、解脂耶氏酵母12a、解脂耶氏酵母VKM Y-47、解脂耶氏酵母
69、解脂耶氏酵母VKM Y-57、解脂耶氏酵母212、解脂耶氏酵母374/4、解脂耶氏酵母585、解脂耶氏酵母695、解脂耶氏酵母704以及这些生物体的混合物。

[0187] 许多这样的微生物菌株可公开商购获得抑或通过储藏所获得，所述储藏所如，例如，ATCC(美国典型培养物保藏中心(American Type Culture Collection),Manassas,Virginia,USA)、NRRL(农业研究服务培养物保藏中心(Agricultural Research Service Culture Collection),Peoria, Illinois,USA)或DSMZ(德意志微生物保藏中心(Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH),Braunschweig,德国)。

[0188] 可商购获得的酵母包括，例如，RED /乐斯福乙醇红 (Lesaffre Ethanol Red)(可从Red Star/Lesaffre,USA获得)、 (可从Fleischmann’s Yeast(Burns Philip Food Inc.的部门),USA获得)、 (可从Alltech，现在的Lalemand
获得)、GERT  (可从Gert Strand AB,瑞典获得)以及 (可从 DSM 
Specialties获得)。

[0189] 蒸馏

[0190] 在发酵之后，可使用例如“醪塔”蒸馏所得流体以使乙醇和其它醇与大部分水和残余固体分离。流出醪塔的蒸气可以是例如35重量％乙醇并且可被供应至精馏塔中。可使用气相分子筛将来自精馏塔的接近共沸的(92.5％)乙醇与水的混合物纯化为纯(99.5％)乙醇。可将醪塔底部物传送至三级蒸发器的第一级。精馏塔回流冷凝器可为此第一级提供热量。在第一级之后，可使用离心机分离固体并且在旋转干燥器中干燥。可将离心机流出液的一部分(25％)再循环至发酵，并且将其余部分传送至第二蒸发器级和第三蒸发器级。大部分蒸发器冷凝液可作为相当干净的冷凝液返回所述过程中，其中分离一小部分至废水处理以防止低沸点化合物的堆积。

[0191] 含烃材料

[0192] 在利用本文所述的方法和系统的其它实施方案中，可加工含烃材料，例如与生物质混合的含烃材料。本文所述的任何方法可用于处理本文所述的任何含烃材料。如本文所用的“含烃材料”意指包括油砂、油页岩、沥青砂、煤粉、煤泥、沥青、各种类型的煤以及包含烃组分和固体物质两者的其它天然存在的和合成的材料。固体物质可包括木材、岩石、砂、粘土、石头、泥沙、钻孔泥浆，或其它固体有机和/ 或无机物质。所述术语还可包括废产物，如钻井废弃物和副产物、精炼废弃物和副产物或含有烃组分的其它废产物，如沥青瓦和面层、沥青路面等。

[0193] 输送系统

[0194] 各种输送系统可用于例如如先前所讨论将生物质材料输送至拱顶并且在拱顶中在电子束下输送。示例性输送机是皮带输送机、气动输送机、螺旋输送机、推车、火车、轨道上火车或推车、电梯、前端装载机、反铲挖土机、起重机、各种铲土机和铲车、货车，并且可使用投掷装置。例如，振动式输送机可用于本文所述的各种过程中。振动式输送机描述于2013年10月10日提交的PCT/US2013/64289中，其全部公开内容以引用的方式并入本文。

[0195] 振动式输送机特别适用于在输送机槽表面上散布材料并且产生均匀层。例如，初始原料可形成可为至少四英尺高(例如，至少约3 英尺，至少约2英尺，至少约1英尺，至少约6英寸，至少约5英寸，至少约4英寸，至少约3英寸，至少约2英寸，至少约1英寸，至少约1/2英寸)的材料堆并且跨度小于输送机的宽度(例如，小于约10％、小于约20％、小于约30％、小于约40％、小于约50％、小于约60％、小于约70％、小于约80％、小于约90％、小于约95％、小于约99％)。振动式输送机可散布材料以跨越输送机槽的整个宽度并且具有均匀的厚度，优选地如上所讨论。在一些情况下，另外的散布方法可以是有用的。例如，散布机如播散式散布机、直落式散布机(例如CHRISTY SPREADERTM)或其组合可用于使原料落(例如，放置、倾倒、散落和 /或喷洒)在广泛区域上。任选地，散布机可将生物质以广泛淋洒或帘幕形式传送到振动式输送机上。另外，在第一输送机(例如，第一输送机用于照射原料)上游的第二输送机可使生物质落到第一输送机上，其中第二输送机可具有小于第一输送机的横向于输送方向的宽度。具体地说，当第二输送机是振动式输送机时，原料通过第二和第一输送机的作用而散布。在一些任选的实施方案中，第二输送机以偏斜横切排料结束(例如以4:1的比率斜裁)，以使得材料可以较宽帘幕形式(例如，比第二输送机的宽度更宽)落到第一输送机上。生物质经过散布机(例如，播散式散布机、直落式散布机、输送机或横切振动式输送机)的初始掉落区域可跨越第一振动式输送机的整个宽度，或它可跨越此宽度的部分。一旦落到输送机上，就通过输送机的振动更为均匀地散布材料，以使得优选地输送机的整个宽度被均匀的生物质层覆盖。在一些实施方案中，可使用散布机的组合。散布原料的一些方法描述于2002年7月23日提交且2006年12月26日公布的美国专利号7,153,533中，所述专利的完整公开内容以引用的方式并入本文。

[0196] 一般来说，优选尽可能快地将材料输送穿过电子束以使通量最大化。例如，可以至少1英尺/分钟，例如至少2英尺/分钟、至少3英尺/分钟、至少4英尺/分钟、至少5英尺/分钟、至少10英尺/分钟、至少15英尺/分钟、至少20英尺/分钟、至少25英尺/分钟、至少30 英尺/分钟、至少40英尺/分钟、至少50英尺/分钟、至少60英尺/分钟、至少70英尺/分钟、至少80英尺/分钟、至少90英尺/分钟的速率输送材料。输送速率与射束电流和靶向照射剂量相关，例如对于在5.5英寸宽的输送机上散布的1/4英寸厚的生物质和100mA，输送机可以约20英尺/分钟移动以提供有用的照射剂量(例如对于单次为约10 Mrad)，在50mA下，输送机可以约10英尺/分钟移动以提供近似相同的照射剂量。

[0197] 可输送材料的速率取决于正被输送的材料的形状和质量和所需的处理。流动材料，例如微粒材料，特别适合于用振动式输送机输送。输送速度可例如为至少100磅/小时(例如，至少500磅/小时，至少1000 磅/小时，至少2000磅/小时，至少3000磅/小时，至少4000磅/小时，至少5000磅/小时，至少10,000磅/小时，至少15,000磅/小时或甚至至少25,
000磅/小时)。一些典型的输送速度可以为约1000与10,000 磅/小时之间(例如，约1000磅/小时与8000磅/小时之间、约2000与 7000磅/小时之间、约2000与6000磅/小时之间、约2000与5000磅 /小时之间、约2000与4500磅/小时之间、约1500与5000磅/小时之间、约3000与
7000磅/小时之间、约3000与6000磅/小时之间、约 4000与6000磅/小时之间以及约4000与
5000磅/小时之间)。典型的输送速度取决于材料的密度。例如，对于具有约35磅/英尺3密度的生物质和约5000磅/小时的输送速度，以约143英尺3/小时的速率输送材料，如果材料是
1/4”厚并且是处于5.5英尺宽的槽中，则以约1250 英尺/小时(约21英尺/分钟)的速率输送材料。输送材料的速率因此可极大地变化。优选地，例如1/4”厚的生物质层是以约5与100英尺/分钟之间的速度输送(例如，约5与100英尺/分钟之间、约6与100英尺/分钟之间、约7与
100英尺/分钟之间、约8与100英尺/分钟之间、约9与100英尺/分钟之间、约10与100英尺/分钟之间、约11与100 英尺/分钟之间、约12与100英尺/分钟之间、约13与100英尺/分钟之间、约14与100英尺/分钟之间、约15与100英尺/分钟之间、约 20与100英尺/分钟之间、约30与
100英尺/分钟之间、约40与100 英尺/分钟之间、约2与60英尺/分钟之间、约3与60英尺/分钟之间、约5与60英尺/分钟之间、约6与60英尺/分钟之间、约7与60英尺 /分钟之间、约8与
60英尺/分钟之间、约9与60英尺/分钟之间、约10与60英尺/分钟之间、约15与60英尺/分钟之间、约20与60英尺/分钟之间、约30与60英尺/分钟之间、约40与60英尺/分钟之间、约2与
50英尺/分钟之间、约3与50英尺/分钟之间、约5与50英尺 /分钟之间、约6与50英尺/分钟之间、约7与50英尺/分钟之间、约 8与50英尺/分钟之间、约9与50英尺/分钟之间、约10与50英尺/ 分钟之间、约15与50英尺/分钟之间、约20与50英尺/分钟之间、约30与50英尺/分钟之间、约40与50英尺/分钟之间)。优选的是以恒定速率输送材料，例如，以便在材料于电子束(例如，淋洒器、场) 下通过时帮助维持材料的恒定照射。

[0198] 所描述的振动式输送机可包括用于筛分和分选材料的筛网。在槽的侧面或底部上的开口可用于例如根据尺寸或形状分选、选择或除去特定材料。一些输送机具有平衡力以减小支撑结构上的动力。一些振动式输送机被构造为螺旋升降机，被设计为围绕表面弯曲的和/或被设计为使材料从一个输送机掉落至另一个(例如，呈一个台阶、级联或呈一系列台阶或梯级形式)。连同输送材料，输送机本身或加上其它设备或系统可用于筛选、分离、分选、分类、分布、分级、检查、挑选、金属去除、冷冻、共混、混合、定向、加热、烹煮、干燥、脱水、清洁、洗涤、浸出、淬火、涂覆、除尘和/或供料。所述输送机还可以包括盖(例如，防尘盖)、侧排料口、底排料口、特殊衬里(例如，防粘、不锈钢、橡胶、定制钢和或开槽的)、分槽、淬火池、屏幕、穿孔板、检测器(例如金属检测器)、高温设计、食品级设计、加热器、干燥器和或冷却器。此外，所述槽可具有各种形状，例如，平底、V 形底部、在顶部带凸缘的、弯曲的底部、在任何方向上平坦带脊、管状、半管、有盖的或这些的任何组合。具体地说，输送机可与照射系统和/或设备联用。

[0199] 输送机(例如振动式输送机)可由耐腐蚀材料制成。输送机可使用包括不锈钢(例如，304、316不锈钢、 合金和 合金)的结构材料。例如，来自Hynes(Kokomo,Indiana,USA) 的 耐腐蚀合金，如
合金、 合金、 C-4合金、
合金、 合金、 C-276合金、
合金、 合金、
合金、 N合金以及 合金。

[0200] 振动式输送机可包括不粘释放涂层，例如TUFFLONTM(Dupont, Delaware,USA)。振动式输送机还可包括耐腐蚀涂层。例如，可由 Metal Coatings Corp(Houston,Texas,USA)和其它提供的涂层如氟聚合物、 二硫化钼、环氧酚醛、磷酸亚铁金属涂层、聚氨酯-高光泽环氧面漆、无机锌、聚四氟乙烯、 氟化乙烯丙烯、
以及环氧陶瓷涂层。所述涂层可改进对工艺气体(例如，臭氧)、化学腐
蚀、点状腐蚀、磨损腐蚀以及氧化的抗性。

[0201] 任选地，除本文所述的输送系统之外，可封闭一个或多个其它输送系统。当使用外壳时，还可用惰性气体吹扫封闭的输送机，以便将大气维持在降低的氧水平下。使氧水平保持较低避免了臭氧的形成，在一些情况下臭氧由于其反应性和毒性性质是不希望的。例如，氧可低于约20％(例如，低于约10％、低于约1％、低于约0.1％、低于约 0.01％或甚至低于约0.001％的氧)。可用惰性气体进行吹扫，所述惰性气体包括但不限于氮气、氩气、氦气或二氧化碳。这可由例如液态来源(例如，液氮或液氦)的汽化供应，从空气中就地产生或分离，或由储罐供应。惰性气体可再循环并且可使用催化剂(如铜催化剂床)去除任何残余氧。或者，可进行吹扫、再循环和氧去除的组合以使氧水平保持较低。

[0202] 也可用可与生物质反应的反应性气体吹扫封闭的输送机。这可在照射过程之前、期间或之后进行。反应性气体可以是但不限于：一氧化二氮、氨、氧、臭氧、烃、芳香族化合物、酰胺、过氧化物、叠氮化物、卤化物、卤氧化物、磷化物、膦、胂、硫化物、硫醇、硼烷和/或氢化物。可在外壳中例如通过照射(例如，电子束、UV照射、微波照射、加热、IR辐射)活化反应性气体，以使其与生物质反应。可例如通过照射活化生物质本身。优选地，生物质通过电子束活化，以产生自由基，自由基然后例如通过自由基偶合或淬灭与活化或未活化的反应性气体反应。

[0203] 供应至封闭的输送机的吹扫气体也可冷却到例如约25℃以下、约0℃以下、约-40℃以下、约-80℃以下、约-120℃以下。例如，气体可由压缩气体(如液氮)汽化或者由固态二氧化碳升华而成。作为替代性实例，可通过冷冻器冷却气体，或者可冷却部分或整个输送机。

[0204] 其它实施方案

[0205] 本文所讨论的任何材料、方法或加工的材料可用于制备产物和/ 或中间体，如复合材料、填充剂、粘合剂、塑料添加剂、吸附剂和控制释放剂。所述方法可包括例如通过施加压力和热量至材料来致密化。例如，复合材料可通过将纤维材料与树脂或聚合物组合来制备。例如，辐射可交联树脂例如热塑性树脂可与纤维材料组合以提供纤维材料/可交联树脂组合。所述材料可例如适用作建筑材料、保护片、容器以及其它结构材料(例如模制和/或挤压制品)。吸附剂可以是例如呈球团、碎片、纤维和/或薄片的形式。吸附剂可例如用作宠物寝具、包装材料或用于污染控制系统中。控制释放基质也可以是呈例如球团、碎片、纤维和或薄片的形式。控制释放基质可例如用于释放药物、杀生物剂、芳香剂。例如，复合材料、吸收剂和控制释放剂以及它们的用途描述于2006年3月23日提交的美国序列号 PCT/US2006/010648和2011年11月22日提交美国专利号8,074,910 中，所述专利的全部公开内容以引用的方式并入本文。

[0206] 在一些实例中，例如利用加速电子以第一水平处理生物质材料以降低不顺应性，以便选择性地释放一种或多种糖(例如，木糖)。生物质然后可被处理至第二水平以释放一种或多种其它糖(例如，葡萄糖)。任选地，可在处理之间干燥生物质。所述处理可包括施加化学和生物化学处理以释放糖。例如，可将生物质材料处理至小于约20 Mrad(例如，小于约15Mrad、小于约10Mrad、小于约5Mrad、小于约2Mrad)的水平，并且然后用含有少于10％的硫酸(例如，少于约 9％、少于约8％、少于约7％、少于约6％、少于约5％、少于约4％、少于约
3％、少于约2％、少于约1％、少于约0.75％、少于约0.50％、少于约0.25％)的硫酸溶液处理以释放木糖。例如，释放到溶液中的木糖可与固体分离，并且任选地用溶剂/溶液(例如用水和/或酸化水) 洗涤所述固体。任选地，可将所述固体例如在空气中和/或真空下任选地用加热(例如，约150℃以下，约120℃以下)干燥至低于约25wt％ (低于约20wt.％、低于约
15wt.％、低于约10wt.％、低于约5wt.％) 的水含量。然后可以小于约30Mrad(例如，小于约
25Mrad、小于约20Mrad、小于约15Mrad、小于约10Mrad、小于约5Mrad、小于约 1Mrad或甚至一点也无)的水平处理所述固体，并且然后用酶(例如纤维素酶)处理以释放葡萄糖。可使葡萄糖(例如，溶液中的葡萄糖)与剩余固体分离。然后可进行进一步加工所述固体，例如用于产生能量或其它产物(例如，木质素源性产物)。

[0207] 调味剂、芳香剂和着色剂

[0208] 本文所述的例如通过本文所述的方法、系统和/或设备产生的任何产物和/或中间体可与调味剂、芳香剂、着色剂和/或这些的混合物组合。例如，糖、有机酸、燃料、多元醇如糖醇、生物质、纤维和复合材料中的任何一种或多种可(任选地与调味剂、芳香剂和/或着色剂一起)组合(例如，配制、混合或反应)或用于制备其它产物。例如，一种或多种所述产物可用于制备肥皂、洗涤剂、糖果、饮品(例如，可乐、葡萄酒、啤酒、烈酒如杜松子酒或伏特加酒、运动饮料、咖啡、茶)、糖浆药物、粘合剂、片材(例如，织物、非织物、滤纸、纸巾) 和/或复合材料(例如，板)。例如，一种或多种所述产物可与草本植物、花、花瓣、香料、维生素、百花香或蜡烛组合。例如，已配制、混合或反应的组合可具有葡萄柚、柑橘、苹果、覆盆子、香蕉、莴苣、芹菜、肉桂、巧克力、香草、胡椒薄荷、薄荷、洋葱、大蒜、胡椒、藏红花、姜、牛奶、葡萄酒、啤酒、茶、瘦牛肉、鱼肉、蛤、橄榄油、椰子脂、猪脂肪、乳脂、牛肉汤、豆荚、马铃薯、马茉兰、火腿、咖啡和干酪的味道/香味。

[0209] 可以任何量添加调味剂、芳香剂和着色剂，所述量如约0.001 wt.％至约30wt.％之间，例如，约0.01wt.％至约20wt.％之间、约0.05 至约10之间或约0.1wt.％至约5wt.％之间。这些可通过任何方式并且以任何次序或顺序(例如，搅拌、混合、乳化、胶凝、浸渍、加热、超声处理和/或悬浮)(例如与本文所述的任何一种或多种产物或中间体一起)配制、混合和/或反应。还可使用填充剂、粘合剂、乳化剂、抗氧化剂，例如蛋白质凝胶、淀粉和二氧化硅。

[0210] 在一个实施方案中，可在照射生物质之后立即将调味剂、芳香剂和着色剂添加至生物质，以使得通过照射形成的反应部位可与所述调味剂、芳香剂和着色剂的反应性相容部位反应。

[0211] 调味剂、芳香剂和着色剂可以是天然的和/或合成的材料。这些材料可以是化合物、这些的组合物或混合物中的一种或多种(例如，几种化合物的配制或天然组合物)。任选地，调味剂、芳香剂、抗氧化剂和着色剂可以是生物学来源的，例如来自发酵过程(例如，如本文所述的糖化材料的发酵)。或者或另外地，这些调味剂、芳香剂和着色剂可收获自完整生物体(例如植物、真菌、动物、细菌或酵母)或生物体的一部分。可通过任何方式收集和或提取生物体以提供颜料、调味剂、芳香剂和/或抗氧化剂，所述方式包括利用本文所述的方法、系统和设备、热水提取、超临界流体萃取、化学萃取(例如，溶剂或反应萃取，包括酸和碱)、机械提取(例如，压制、粉碎、过滤)、利用酶、利用细菌以便分解起始材料，以及这些方法的组合。化合物可通过化学反应获得，例如，糖(例如，如本文所述产生的)与氨基酸的化合反应(美拉德(Maillard)反应)。所述调味剂、芳香剂、抗氧化剂和/ 或着色剂可以是通过本文所述的方法、设备或系统产生的中间体和或产物，例如酯和木质素源性产物。

[0212] 调味剂、芳香剂或着色剂的一些实例是多酚。多酚是负责许多水果、蔬菜、谷物和花的红色、紫色和蓝色着色剂的颜料。多酚也可具有抗氧化剂特性并且常常具有苦味。抗氧化剂特性使这些成为重要的防腐剂。一类多酚是黄酮类，如花色素、二氢黄酮醇、黄烷-3-醇、黄烷酮和二氢黄酮醇。可使用的其它酚类化合物包括酚酸及其酯，如绿原酸和聚合单宁。

[0213] 在着色剂之中，可使用无机化合物、矿物或有机化合物，例如二氧化钛、氧化锌、氧化铝、镉黄(例如，CdS)、镉橙(例如，含一些Se 的CdS)、茜红(例如合成或非合成的茜素玫瑰红)、群青(例如，合成群青、天然群青、合成群青紫)、钴蓝、钴黄、钴绿、铬绿(例如，水合氧化铬(III))、黄铜矿(chalcophylite)、砷钙铜矿、绿砷铜矿(cornubite)、翠绿砷铜矿和水砷铝铜矿。可使用黑色颜料如炭黑和自分散黑。

[0214] 可使用的一些调味剂和芳香剂包括ACALEA TBHQ、ACET C- 6、ALLYL AMYL GLYCOLATE、ALPHA TERPINEOL、AMBRET TOLIDE、AMBRINOL 95、ANDRANE、APHERMATE、APPLELI DE、 BERGAMAL、BETA IONONE EPOXIDE、B ETA NAPHTHYL ISO-BUTYL ETHER、BICYCLONONALACTON E、 CANTHOXAL、
VELVET、 CEDRAFIX、 CEDR  YL  ACETATE、
CELESTOLIDE、CINNAMALVA、CITRAL DIMET HYL ACETATE、CITROLATETM、CITRONELLOL 700、CITRONE LLOL 950、CITRONELLOL COEUR、CITRONELLYL ACETATE、 CITRONELLYL ACETATE PURE、CITRONELLYL FORMATE、CL ARYCET、CLONAL、CONIFERAN、CONIFERAN PURE、CORTE X ALDEHYDE 50％PEOMOSA、CYCLABUTE、 CYCLEMAXTM、
CYCLOHEXYL ETHYL ACETATE、DAMASCOL、DELTA DAMASCONE、DIHYDRO CYCLACET、DI HYDRO MYRCENOL、DIHYDRO TERPINEOL、DIHYDRO TERP INYL ACETATE、DIMETHYL CYCLORMOL、DIMETHYL  OCTA  NOL  PQ、DIMYRCETOL、DIOLA、DIPENTENE、  
RECRYSTALLIZED、ETHYL-3-PHENYL GLYCIDATE、FLEURAM ONE、FLEURANIL、FLORAL SUPER、FLORALOZONE、FLORIF FOL、FRAISTONE、FRUCTONE、 50、
50 BB、 50 IPM、 UNDI LUTED、GALBASCONE、
GERALDEHYDE、GERANIOL 5020、G ERANIOL 600 TYPE、GERANIOL 950、GERANIOL 980(PURE)、GERANIOL CFT COEUR、GERANIOL COEUR、GERANYL ACE TATE COEUR、GERANYL ACETATE、PURE、GERANYL FORMA TE、GRISALVA、GUAIYL ACETATE、HELIONALTM、HERBAC、 HERBALIMETM、HEXADECANOLIDE、HEXALON、HEXENYL S ALICYLATE CIS 3-、HYACINTH BODY、HYACINTH BODY NO. 3、HYDRATROPIC ALDEHYDE.DMA、HYDROXYOL、INDOLAR OME、INTRELEVEN ALDEHYDE、INTRELEVEN ALDEHYDE S PECIAL、IONONE ALPHA、IONONE BETA、ISO CYCLO CITR AL、ISO CYCLO  GERANIOL、ISO  E ISOBUTYL  QUI  NOLINE、JASMAL、
SU P E R 、K HU S I N I L 、
LIFFAROM ETM、LIMOXAL、LINDENOLTM、
TM
LYRAME SUPER、M ANDARIN ALD 10％TRI ETH、CITR、MARITIMA、MCK CHIN ESE、MEIJIFF 、MELAFLEUR、MELOZONE、METHYL ANTHR ANILATE、METHYL IONONE ALPHA EXTRA、METHYL IONO NE GAMMA A、METHYL IONONE GAMMA COEUR、METHYL IONONE GAMMA PURE、METHYL LAVENDER KETONE、 MUGUESIA、MUGUET ALDEHYDE 50、MUSK Z 4、MYRAC ALDEHYDE、
MYRCENYL ACETATE、NECTARATE TM、NEROL 900、NERYL ACETATE、OCIMENE、OCTACETAL、 ORANGE  FLOWER  ETHER、ORIVONE、ORRINIFF 25％、OXAS PIRANE、OZOFLEUR、
PEOMOSA、 PICONIA、PRECYCLEMONE B、PRENYL 
ACETATE、P RISMANTOL、RESEDA BODY、ROSALVA、ROSAMUSK、SANJI NOL、SANTALIFFTM、SYVERTAL、TERPINEOL、TERPINOLENE 20、TERPINOLENE 90 PQ、TERPINOLENE RECT.、TERPINYL ACETATE、TERPINYL ACETATE JAX、TETRAHYDRO、 TETRAHYDRO 
MYRCENOL、TETRAMERAN、TIMBERSIL  KTM、TOBACAROL、 O  TT、
VANORIS、VERDOXTM、VERDOXTMHC、
HC、 COEUR、VERTOLIFF、VERTOLI FF ISO、VIOLIFF、
VIVALDIE、ZENOLIDE、ABS INDIA 75 PCT MIGLYOL、ABS MOROCCO 50 PCT DPG、ABS MOROCCO 
50 PCT TEC、ABSOLUTE FRENCH、ABSOLUTE INDIA、ABSOLU TE MD 50 PCT BB、ABSOLUTE MOROCCO、CONCENTRATE PG、TINCTURE 20 PCT、AMBERGRIS、AMBRETTE ABSOLUT E、AMBRETTE SEED OIL、ARMOISE OIL 70 PCT THUYONE、 BASIL ABSOLUTE GRAND VERT、BASIL GRAND VERT ABS MD、BASIL OIL GRAND VERT、BASIL OIL VERVEINA、BASI L OIL VIETNAM、BAY OIL TERPENELESS、BEESWAX ABS N G、BEESWAX ABSOLUTE、BENZOIN RESINOID SIAM、BENZ OIN RESINOID SIAM 50 PCT DPG、BENZOIN RESINOID SIAM 50 PCT PG、BENZOIN RESINOID SIAM 70.5 PCT TEC、BLACK CURRANT BUD ABS 65 PCT PG、BLACKCURRANT BUD ABS MD 37 PCT TEC、BLACKCURRANT BUD ABS MIGLYOL、BL ACKCURRANT BUD ABSOLUTE BURGUNDY、BOIS DE ROSE OIL、BRAN ABSOLUTE、BRAN RESINOID、BROOM ABSOLUT E ITALY、CARDAMOM GUATEMALA CO2 EXTRACT、CARDA MOM OIL GUATEMALA、CARDAMOM OIL INDIA、CARROT HEART、CASSIE ABSOLUTE EGYPT、CASSIE ABSOLUTE MD 50 PCT IPM、CASTOREUM ABS 90 PCT TEC、CASTOREUM A BS C 50 PCT MIGLYOL、CASTOREUM ABSOLUTE、CASTORE UM RESINOID、CASTOREUM RESINOID 50 PCT DPG、CEDRO L CEDRENE、CEDRUS ATLANTICA OIL REDIST、CHAMOMIL E OIL ROMAN、CHAMOMILE OIL WILD、CHAMOMILE OIL WILD LOW LIMONENE、CINNAMON BARK OIL CEYLAN、CI STE ABSOLUTE、CISTE ABSOLUTE COLORLESS、CITRONELL A OIL ASIA IRON FREE、CIVET ABS 75 PCT PG、CIVET ABS OLUTE、CIVET TINCTURE 10 PCT、CLARY SAGE ABS FREN CH DECOL、CLARY SAGE ABSOLUTE FRENCH、CLARY SAG E C'LESS 50 PCT PG、CLARY SAGE OIL FRENCH、COPAIBA BALSAM、COPAIBA BALSAM OIL、CORIANDER SEED OIL、C YPRESS OIL、CYPRESS OIL ORGANIC、DAVANA OIL、GALBA NOL、GALBANUM ABSOLUTE COLORLESS、GALBANUM OIL、 GALBANUM RESINOID、GALBANUM RESINOID 
50 PCT DPG、 GALBANUM RESINOID HERCOLYN BHT、GALBANUM RESIN OID TEC BHT、GENTIANE ABSOLUTE MD 20 PCT BB、GENT IANE CONCRETE、GERANIUM ABS EGYPT MD、GERANIUM ABSOLUTE EGYPT、GERANIUM OIL CHINA、GERANIUM OIL EGYPT、GINGER OIL 624、GINGER OIL RECTIFIED SOLUBLE、 GUAIACWOOD HEART、HAY ABS MD 50 PCT BB、HAY ABS OLUTE、HAY ABSOLUTE MD 50 PCT TEC、HEALINGWOOD、 HYSSOP OIL ORGANIC、IMMORTELLE ABS YUGO MD 50 PC T TEC、IMMORTELLE ABSOLUTE SPAIN、IMMORTELLE ABS OLUTE YUGO、JASMIN ABS INDIA MD、JASMIN ABSOLUTE EGYPT、JASMIN ABSOLUTE INDIA、ASMIN ABSOLUTE MOR OCCO、JASMIN ABSOLUTE SAMBAC、JONQUILLE ABS MD 2 0 PCT BB、JONQUILLE ABSOLUTE France、JUNIPER BERRY OIL FLG、JUNIPER BERRY OIL RECTIFIED SOLUBLE、LABDA NUM RESINOID 50 PCT TEC、LABDANUM RESINOID BB、LA BDANUM RESINOID MD、LABDANUM RESINOID MD 50 PCT BB、LAVANDIN ABSOLUTE H、LAVANDIN ABSOLUTE MD、L AVANDIN OIL ABRIAL ORGANIC、LAVANDIN OIL GROSSO O RGANIC、LAVANDIN OIL SUPER、LAVENDER ABSOLUTE H、 LAVENDER ABSOLUTE MD、LAVENDER OIL COUMARIN FRE E、LAVENDER OIL COUMARIN FREE ORGANIC、LAVENDER OIL MAILLETTE ORGANIC、LAVENDER OIL MT、MACE ABS OLUTE BB、MAGNOLIA FLOWER OIL LOW METHYL EUGEN OL、MAGNOLIA FLOWER OIL、MAGNOLIA FLOWER OIL MD、 MAGNOLIA LEAF OIL、MANDARIN OIL MD、MANDARIN OI L MD BHT、MATE ABSOLUTE BB、MOSS TREE ABSOLUTE MD TEX IFRA 43、MOSS-OAK ABS MD TEC IFRA 43、MOSS- OAK ABSOLUTE IFRA 43、MOSS-TREE ABSOLUTE MD IPM I FRA 43、MYRRH RESINOID BB、MYRRH RESINOID MD、MY RRH RESINOID TEC、MYRTLE OIL IRON FREE、MYRTLE OI L TUNISIA RECTIFIED、NARCISSE ABS MD 20 PCT BB、NAR CISSE ABSOLUTE FRENCH、NEROLI OIL TUNISIA、NUTMEG OIL TERPENELESS、OEILLET ABSOLUTE、OLIBANUM RESIN OID、OLIBANUM RESINOID BB、OLIBANUM RESINOID DPG、 OLIBANUM RESINOID EXTRA 
50 PCT DPG、OLIBANUM RESI NOID MD、OLIBANUM RESINOID MD 50 PCT DPG、OLIBAN UM RESINOID TEC、OPOPONAX RESINOID TEC、ORANGE BI GARADE OIL MD BHT、ORANGE BIGARADE OIL MD SCFC、 ORANGE FLOWER ABSOLUTE TUNISIA、ORANGE FLOWER WATER ABSOLUTE TUNISIA、ORANGE LEAF ABSOLUTE、OR ANGE LEAF WATER ABSOLUTE TUNISIA、ORRIS ABSOLUTE ITALY、ORRIS CONCRETE 15 PCT IRONE、ORRIS CONCRETE 8 PCT IRONE、ORRIS NATURAL 15 PCT IRONE 4095C、ORRI S NATURAL 8 PCT IRONE 2942C、ORRIS RESINOID、OSMAN THUS ABSOLUTE、OSMANTHUS ABSOLUTE MD 50 PCT BB、 PATCHOULI HEART N°3、PATCHOULI OIL INDONESIA、PATCH OULI OIL INDONESIA IRON FREE、PATCHOULI OIL INDONES IA MD、PATCHOULI OIL REDIST、PENNYROYAL HEART、PEP PERMINT ABSOLUTE MD、PETITGRAIN BIGARADE OIL TUNI SIA、PETITGRAIN CITRONNIER OIL、PETITGRAIN OIL PARA GUAY TERPENELESS、PETITGRAIN OIL TERPENELESS STAB、 PIMENTO BERRY OIL、PIMENTO LEAF OIL、RHODINOL EX GERANIUM CHINA、ROSE ABS BULGARIAN LOW METHYL EUGENOL、ROSE ABS MOROCCO LOW METHYL EUGENOL、 ROSE ABS TURKISH LOW METHYL EUGENOL、ROSE ABSOL UTE、ROSE ABSOLUTE BULGARIAN、ROSE ABSOLUTE DAM ASCENA、ROSE ABSOLUTE MD、ROSE ABSOLUTE MOROCC O、ROSE ABSOLUTE TURKISH、ROSE OIL BULGARIAN、ROS E OIL DAMASCENA LOW METHYL EUGENOL、ROSE OIL TU RKISH、ROSEMARY OIL CAMPHOR ORGANIC、ROSEMARY O IL TUNISIA、SANDALWOOD OIL INDIA、SANDALWOOD OIL INDIA RECTIFIED、SANTALOL、SCHINUS MOLLE OIL、ST JO HN BREAD TINCTURE 10PCT、STYRAX RESINOID、STYRAX RESINOID、TAGETE OIL、TEA TREE HEART、TONKA BEAN ABS 50PCT SOLVENTS、TONKA BEAN ABSOLUTE、TUBERO SE ABSOLUTE INDIA、VETIVER HEART EXTRA、VETIVER OI L HAITI、VETIVER OIL HAITI MD、VETIVER OIL JAVA、VET IVER OIL JAVA MD、VIOLET LEAF ABSOLUTE EGYPT、VIOL ET LEAF ABSOLUTE EGYPT DECOL、VIOLET LEAF ABSOLU TE FRENCH、VIOLET LEAF ABSOLUTE MD 50PCT BB、WO RMWOOD OIL TERPENELESS、YLANG EXTRA OIL、YLANG II I OIL以及这些的组合。

[0215] 所述着色剂可以是染色与印染工作者协会(Society of Dyers and Colourists)的国际染料索引中列出的那些。着色剂包括染料和颜料，并且包括通常用于着色纺织品、涂料、油墨和喷墨油墨的那些。可使用的一些着色剂包括类胡萝卜素、芳基化物黄、二芳基化物黄、β- 萘酚、萘酚、苯并咪唑酮、双偶氮缩合颜料、吡唑啉酮、镍偶氮黄、酞菁、喹吖啶酮、苝和紫环酮、异吲哚啉酮和异吲哚啉颜料、三芳基阳碳颜料、二酮基吡咯并吡咯颜料、硫靛。类胡萝卜素包括例如α- 胡萝卜素、β-胡萝卜素、γ-胡萝卜素、番茄红素、叶黄素和虾青素胭脂树(Annatto)提取物、脱水甜菜(甜菜粉)、角黄素(Canthaxanthin)、焦糖、β-阿朴-8'-胡萝卜素醛、胭脂虫(Cochineal)提取物、胭脂红、叶绿酸铜钠、烤熟的部分脱脂的蒸煮棉籽粉、葡糖酸亚铁、乳酸亚铁、葡萄颜色提取物、葡萄皮提取物(葡萄花青素)、胡萝卜油、红辣椒、辣椒红油树脂、基于云母的珠光颜料、核黄素、藏红花、二氧化钛、番茄红素提取物；番茄红素浓缩物、姜黄、姜黄油树脂、FD&C蓝1号、 FD&C蓝2号、FD&C绿3号、橙B、橘红2号、FD&C红3号、FD&C 红40号、FD&C黄5号、FD&C黄6号、氧化铝(干燥氢氧化铝)、碳酸钙、叶绿酸铜钠钾(叶绿酸铜复合物)、二羟基丙酮、氯氧化铋、亚铁氰化铁铵、亚铁氰化铁、氢氧化铬绿、氧化铬绿、鸟嘌呤、叶蜡石、滑石、铝粉、青铜粉、铜粉、氧化锌、D&C蓝4号、D&C绿5号、 D&C绿6号、D&C绿8号、D&C橙4号、D&C橙5号、D&C橙 10号、D&C橙11号、FD&C红4号、D&C红6号、D&C红7号、 D&C红17号、D&C红21号、D&C红22号、D&C红27号、D&C 红28号、D&C红30号、D&C红31号、D&C红33号、D&C红34 号、D&C红36号、D&C红39号、D&C紫2号、D&C黄7号、Ext. D&C黄7号、D&C黄8号、D&C黄10号、D&C黄11号、D&C黑 2号、D&C黑3(3)号、D&C褐1号、Ext.D&C、铬-钴-铝氧化物、柠檬酸铁铵、焦棓酚、洋苏木提取物、1,4-双[(2-羟基-乙基)氨基]-9,10- 蒽二酮双(2-丙烯酸)酯共聚物、1,4-双[(2-甲基苯基)氨基]-9,10-蒽二酮、 1,4-双[4-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)苯基氨基]蒽醌共聚物、咔唑紫、叶绿酸铜复合物、铬-钴-铝氧化物、C.I.还原橙1、2-[[2,5-二乙氧基-4-[(4- 甲基苯基)硫醇]苯基]偶氮]-1,3,5-苯三酚、16,23-二氢二萘并 [2,3-a:2',3'-i]萘[2',3':6,7]吲哚并[2,3-c]咔唑-5,10,15,17,22,24-异己酮、 N,N'-(9,10-二氢-9,10-二氧代-1,5-蒽二基)双苯甲酰胺、7,16-二氯-6,15- 二氢-5,9,14,18-二蒽并[1,
2-1',2']吡嗪四酮、16,17-二甲氧基二萘并 (1,2,3-cd:3',2',1'-lm)苝-5,10-二酮、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)-染料共聚物 (3)、活性黑5、活性蓝21、活性橙78、活性黄15、活性蓝19号、活性蓝4号、C.I.活性红11、C.I.活性黄86、C.I.活性蓝163、C.I.活性红180、4-[(2,4-二甲基苯基)偶氮]-2,4-二氢-5-甲基-2-苯基-3H-吡唑 -3-酮(溶剂黄18)、6-乙氧基-2-(6-乙氧基-3-氧代苯并[b]噻吩-2(3H)-亚基)苯并[b]噻吩-3(2H)-酮、酞菁绿、乙烯醇/甲基丙烯酸甲酯-染料反应产物、C.I.活性红180、C.I.活性黑5、C.I.活性橙78、C.I.活性黄15、 C.I.活性蓝21、1-氨基-4-[[4-[(2-溴-1-氧代烯丙基)氨基]-2-磺酸基苯基] 氨基]-9,10-二氢-9,10-二氧杂蒽-2-磺酸二钠(活性蓝69)、D&C蓝9号、 [酞菁(2-)]酮以及这些的混合物。
实施例

[0216] 糖化

[0217] 具有32英寸直径、64英寸高度并配备有ASME碟形封头(顶部和底部)的圆柱形储罐用于糖化中。所述储罐还配备有16”宽的水翼搅拌叶片。通过使热水流动通过围绕所述储罐的半管夹套来提供加热。

[0218] 向所述储罐中装入200kg水、80kg的生物质以及18kg的 DUETTM纤维素酶。生物质是已进行锤磨碾磨并且筛选至40与10目之间尺寸的玉米穗轴。用电子束将生物质照射至35Mrad的总剂量。使用Ca(OH)2将混合物的pH调节并在整个糖化过程中自动维持在4.8 下。
将所述组合加热至53℃，以180rpm(在460V下1.8Amp)搅拌约24小时，在此之后糖化被认为完成。

[0219] 将一部分所述材料筛选通过20目筛网并且将所述溶液在4℃下储存在8加仑酸瓶中。

[0220] 生物质产生的乙醇和木糖物流

[0221] 将约400mL的糖化材料倾析至1L New Brunswick BioFlow 115 生物反应器中。在孕育之前将材料加气并且加热至30℃。在50rpm 下设定搅拌。pH被测量为在5.2下，其对于发酵来说是可接受的，所以不对它进行调节。中断加气并且用5mg的 干酵母(Lallemand,Inc.)孕育生物反应器的内容物。允许发酵进行约24小时。

[0222] 在发酵之后，葡萄糖浓度是低于检测限，乙醇浓度是约25g/L，并且木糖浓度是30g/L。

[0223] 用SMB纯化乙醇和木糖

[0224] 通过使用模拟移动床色谱法(SMB)进行自发酵和澄清以除去微粒的生物质的酶水解获得的木糖物流的纯化。对系统进行优化以传送达100％的木糖回收和供料颜色的20倍减少，同时带来小至1.76倍稀释，其中木糖纯度在94％-97％之间的范围。

[0225] SMB条件的近似是通过进行被称为脉冲测试的单柱实验来完成。用于任何柱尺寸的条件可使用脉冲测试数据和可在Semba Biosciences网站上获得的在线等度SMB参数计算器来估算。

[0226] 模拟移动床色谱法单元：Semba Biosciences SMB单元：模型倍频100色谱法系统，其具有能够流动速率0.0–100ml/分钟的4个倍频 100泵、控制模块、色谱法模块和SembaPro软件应用。

[0227] 色谱柱：八个Kontes牌Chromaflex夹套柱420870系列(2.5cm ID，30cm长度，147ml床体积)用于所述系统中。

[0228] 固定相：Dowex Monosphere 99CA/320；Mitsubishi Diaion UBK535。

[0229] 流动相(解吸剂)：DI水，具有5MΩ·cm或更好的电阻率。

[0230] 发酵来自玉米穗轴(CC)或小麦秆(WS)的糖化生物质，从而产生在蒸馏乙醇之后含有木糖作为主要组分的水解物混合物。将水解物离心并且将pH调节至6–7之间。然后在一些情况下将水解物抛光过滤至小于0.2微米，接着离心，从而产生包含40％至50％溶解固体的溶液。此物流中的木糖浓度可以在160至225g/L的范围内。然后将浓缩的木糖物流引入至SMB系统中作为供料物流。供料物流的典型分析提供在以下表1中。同时引入去离子水作为洗脱液物流。

[0231] 将色谱柱和系统预加热至60℃。将供料材料在环境温度下以恒定流动速率引入至SMB系统。同时将洗脱液在60℃下以恒定流动速率泵送至SMB系统。

[0232] 木糖在萃取液中富集(更多保留在固定相上)并且未知深色副产物富集在萃余液中(更快速地与流动相一起移动)。定期除去萃取液的样品(富含木糖的物流)和萃余液的样品(副产物物流)，以便关于萃取液中的木糖回收和萃余液中的木糖损失跟踪系统的进展。

[0233] 木糖产率可被表示为萃取液物流中的回收％。就通量和供料的稀释对系统效率进行表征。

[0234] 如下计算萃取液中木糖的回收：

[0235] (样品的木糖浓度(g/L)×萃取液的流动速率(mL/分钟))÷((供料的木糖浓度×供料的流动速率(mL/分钟))

[0236] 萃余液的损失被计算为：

[0237] (样品的木糖浓度(g/L)×萃余液的流动速率(mL/分钟))÷((供料的木糖浓度×供料的流动速率(mL/分钟))

[0238] 一旦系统达到稳定状态，就如下计算萃取液中木糖的稀释：

[0239] 萃取液样品的木糖浓度(g/L)÷供料的木糖浓度(g/L)

[0240] 表1供料物流分析

[0241]组分 分析
固体 49.1％
木糖 226.6g/L
纤维素 4.6g/L
乳糖 11.8g/L
阿拉伯糖 8.4g/L
甘油 13.1g/L
木糖醇 3.6g/L
磷 300.6ppm
钠 5381.6ppm
钙 5411.6ppm
硫 555.3ppm
硅 78.1ppm
钾 14391.2ppm
镁 267.0ppm
乙酸 59.3g/L

[0242] 在SMB纯化期间引发的任何稀释引入水，所述水最终将需要从系统中除去。这种额外水将需要通过蒸馏除去，这是非常昂贵和高能量程序。供料的较少稀释因此需要较少下游能量。

[0243] SMB方法通过改变来自初始引发供料物流的相对较高稀释的方法的柱条件来进行操作/修改。产物流/供料物流比已经从7.5降低至 2.3。类似地，废物流的量也从7.2的初始废物流/供料比降低至1.2的改进比。

[0244] 生物质产生的L-乳酸和木糖物流

[0245] 利用如上所述的类似步骤制成的糖化生物质用作糖源以产生L- 乳酸木糖物流。

[0246] 将葡萄糖至L-乳酸发酵生物体鼠李糖乳杆菌NRRL B-445生长在来自250μL冷冻器储备液的25mL的MRS培养基(BD诊断系统编号：288130)中。将培养物在振荡器孵育箱中在37℃和150-200rpm 下孵育过夜。

[0247] 发酵以产生乳酸在生物反应器中进行，所述生物反应器配备有加热套、搅拌叶轮、pH监测探针和温度监测热电偶。

[0248] 用于实验的产生培养基使用11L的糖化生物质、22g的酵母提取物、1.6mL的消泡剂AFE-0010以及6％CaCO3。将培养基加热至 70℃持续1小时，并且然后冷却至37℃。然后用1％(110mL)的鼠李糖乳杆菌孵育培养基。允许发酵在37℃进行，同时在200rpm下搅拌溶液。
葡萄糖在48小时内完全消耗。

[0249] 在发酵之后，将八升未纯化的发酵产物加热至90℃持续30-45 分钟，并且然后冷却至室温。使用浓硫酸将冷却混合物酸化至pH 1.5 与2之间，使用pH纸条指示器来监测pH。将混合物在室温下搅拌2 小时，在此期间形成沉淀物(例如，包括硫酸钙)。

[0250] 将悬浮液在3400rpm下离心25分钟，并且将上清液过滤通过 0.22μm过滤器并且收集5.5L的滤液。收集滤液的样品用于分析。

[0251] 随后将滤液以1床体积/小时(BV/h)的流动速率渗滤穿过含有含 2.7L的强酸性阳离子交换树脂，呈酸形式的Mitsubishi Diaion PK 228。丢弃第一升洗脱液。收集其余的洗脱液。在已经添加滤液之后将两升水添加至柱，并且也收集这些并与洗脱液合并，从而提供6.5L 的合并洗脱液。将合并的洗脱液取样用于分析。

[0252] 随后利用旋转蒸发器浓缩合并的洗脱液，从而提供1.2L的浓缩物。收集样品用于分析。

[0253] 高效液相色谱法(HPLC)用于分析L-乳酸、木糖和乙酸浓度。感应耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)用于分析硫、铁、钠、钙和镁的浓度。分析数据报道在表2中。

[0254] 表2：用于乳酸发酵产物的HPLC和ICP分析制备型SMB

[0255]

[0256]

[0257] 利用SMB纯化L-乳酸和木糖物流

[0258] 从乳酸:木糖混合物分离乳酸和木糖是使用如在此描述的模拟移动床色谱法(SMB)来进行。

[0259] 设备和分析方法

[0260] 模拟移动床色谱法单元：Semba Biosciences SMB单元：模型倍频100色谱法系统，其具有能够流动速率0.0–100ml/分钟的4个倍频 100泵、控制模块、色谱法模块和SembaPro软件应用。

[0261] 色谱柱：八个Kontes牌Chromaflex夹套柱420870系列(2.5cm ID，30cm长度，147ml床体积)用于所述系统中。

[0262] 固定相：Mitsubishi Diaion UBK550。

[0263] 流动相(解吸剂)：用ACS等级硫酸(98％w/w)制备的5mM硫酸和 DI水，具有5MΩ·cm或更好的电阻率。

[0264] 萃取液中的乳酸分离效率可使用高效液相色谱法测定。色谱图峰面积析用于如下计算和表示效率百分比：

[0265] 1–(木糖的色谱图峰面积(吸光度单位)÷(乳酸的色谱图峰面积 (吸光度单位)+乳酸二聚体的色谱图峰面积(吸光度单位)))

[0266] 萃取液中乳酸的浓度使用参照适当外部标准样品的标准分析型高效液相色谱方法来测定并且以g L-1表示。

[0267] 萃余液中的木糖分离效率使用高效液相色谱法来测定。色谱图峰面积析用于如下计算和表示效率百分比：

[0268] 1–((乳酸的色谱图峰面积(吸光度单位)+乳酸二聚体的色谱图峰面积(吸光度单位))÷木糖的色谱图峰面积(吸光度单位))。

[0269] 萃余液中木糖的浓度使用参照适当外部标准样品的标准分析型高效液相色谱方法来测定并且以g L-1表示。

[0270] 萃余液的损失被计算为：

[0271] (样品的乳酸浓度(g L-1)×萃余液的流动速率(mL分钟-1))÷((供料的乳酸浓度×供料流动速率(mL分钟-1))

[0272] 一旦系统达到稳定状态，就如下计算萃取液中乳酸的稀释：

[0273] 萃取液样品的乳酸浓度(g L-1)÷供料的乳酸浓度(g L-1)

[0274] 一旦系统达到稳定状态，就如下计算萃余液中木糖的稀释：

[0275] 萃余液样品的木糖浓度(g L-1)÷供料中的木糖浓度(g L-1)

[0276] 模型化合物研究

[0277] 以代表发酵来源的乳酸和木糖混合物的比例和浓度制备FCC等级乳酸和FCC等级木糖的模型混合物。这些模型混合物被用于使用标准多变量分析来探究设计空间以便确定SMB操作条件。

[0278] 在实验期间将色谱柱维持在环境温度(24℃-28℃)下。将供料材料和解吸剂以恒定流动速率同时引入至系统。

[0279] 乳酸富集(更多保留在固定相上)在萃取液中并且木糖富集在萃余液中(较少保留在固定相上)。定期除去萃取液的样品(富含乳酸的物流)和萃余液(副产物)以便监测性能，例如分离效率。

[0280] 发现操作条件提供木糖或乳酸的任何单独的分离效率(例如，达 100％)，或木糖和乳酸的同时分离效率(达96％)。取决于操作目标，可以1.99倍至233.83倍的任何水平选择乳酸输出的稀释。

[0281] 发酵来源的木糖和乳酸分离

[0282] 使源自产生乳酸和木糖混合物的糖化生物质的发酵的浓缩物经受SMB以用于分离混合物中的木糖和乳酸。

[0283] 多次实验表明，这种混合物中的乳酸浓度范围为约135至300g L-1之间，木糖浓度范围为77至230g L-1并且此混合物中乳酸与木糖的比例范围为1:0.55至1:0.88。

[0284] 将来自浓缩物的乳酸:木糖混合物流引入SMB系统中作为供料物流，同时引入5mM硫酸引入同时作为解吸剂物流。来自实验的结果在表3中列出。

[0285] 表3：萃余液和萃取液结果

[0286]  乳酸浓度 木糖浓度 主要组分的稀释 分离效率
起始材料 134.9g L-1 76.6g L-1 - -
萃取液 68.6g L-1 6.0g L-1 1.97 87.4％
-1 -1
萃余液 0.6g L 12.3g L 6.25 97.0％

[0287] 可浓缩来自萃取液的木糖，例如以提供浓缩物如糖浆或甚至呈干燥形式的木糖。在萃取液物流中获得的乳酸可浓缩并且然后经受第二连续SMB处理以除去稍后运行，例如极性更强的杂质。在此之后，可能需要输出乳酸溶液的另外浓缩。

[0288] 一旦已经完成最终浓缩，正交纯化技术就可以用于分离乳酸与残余硫酸。合适的正交技术的实例包括反应性蒸馏(例如，在甲醇存在下蒸馏以产生更具挥发性的甲酯)、溶剂–溶剂萃取和随后衍生化–分离–水解。

[0289] 除了本文中的实施例以外或除非另外明确规定，否则本说明书的以下部分和所附权利要求书中的如关于材料量、要素含量、反应时间和温度、数量比率和其它项目的所有数值范围、量、值和百分比可理解为前面加上措词“约”，即使术语“约”可能未明确地与值、量或范围一起出现也如此。因此，除非有相反的指示，否则以下说明书和所附权利要求书中所陈述的数值参数均是近似值，所述近似值可取决于本发明要寻求获得的所需特性而变化。在最低限度上并且不试图限制对权利要求书范围的等同原则的应用，每个数值参数均应当至少根据报道的有效数字的数值和通过应用普通四舍五入技术来解读。

[0290] 尽管展示本发明的宽泛范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实施例中所陈述的数值尽可能准确地加以报道。然而，任何数值都固有地含有必然由其根本的各自测试测量中所发现的标准偏差引起的某些误差。此外，当在本文阐述数值范围时，这些范围是将所列范围端点包含在内的(例如，可使用端点)。当本文使用重量百分比时，所报道的数值是相对于总重量而言的。

[0291] 此外，应了解本文叙述的任何数值范围意欲包括纳入其中的所有子范围。例如，“1至10”的范围意在包括在所列的最小值1与所列的最大值10(含1和10)之间的所有子范围，即具有等于或大于1的最小值以及等于或小于10的最大值。本文使用的术语“一个/种(one)”、“一个/种(a)”或“一个/种(an)”意欲包括“至少一个/种”或“一个或多个/ 种”，除非另有指示。

[0292] 据称以引用的方式并入本文的任何专利、公布或其它公开材料的全部或部分仅在以下程度上并入本文：并入的材料不得与本公开内容中阐述的现有定义、陈述或其它公开材料冲突。因此，并且在必要的程度上，如本文所明确阐述的公开内容取代以引用的方式并入本文的任何冲突的材料。据称以引用的方式并入本文、但与本文所阐述的现有定义、陈述或其它公开材料相冲突的任何材料或其部分将仅仅是在不会在所并入的材料与现有公开材料之间产生冲突的程度上并入。

[0293] 虽然已参考优选实施方案对本发明进行了特定显示和描述，但本 领域技术人员应了解，可在不脱离由所附权利要求涵盖的本发明的范 围的情况下在其中在形式和细节方面作出各种改变。