1.本发明涉及一种从植物材料中分级分离纤维素、半纤维素和木质素的方法，从而提供具有改进性质的纤维素、半纤维素和木质素产品以应用于生物制品。更具体地，本发明提供了一种由谷草生产改进的纤维素浆粕的方法，所述纤维素浆粕由期望长度的纤维素纤维、例如长度加权平均纤维长度lc(l)》0.6mm的纤维素纤维组成，及其在包含纤维素浆粕的产品、例如在性质改善的包装材料中的用途。


背景技术：

2.在过去十年间，利用植物材料获得生物制品已获得日益增加的研究和商业兴趣。许多方法和产品已建议利用植物生物质作为有前途的替代品来取代例如石化来源用于燃料和其它化学产品。
3.木质纤维素植物生物质包含地球上最丰富的用于生产生物制品的可用原材料。它由纤维素、半纤维素和木质素以及少量的蛋白质、果胶、蜡和各种无机化合物构成。
4.纤维素是一种化学式为(c6h
10
o5)n的有机化合物，一种由数百到成千上万个β(1
→
4)连接的d-葡萄糖单元的线性链组成的多糖。纤维素是植物的初生细胞壁的重要结构组分，并且是地球上最丰富的有机聚合物。纤维素是一种直链聚合物；该分子采用延伸且相当硬性的棒状构象，辅以所述葡萄糖残基的赤道状构象。一条链的葡萄糖上的多个羟基与同一条链或相邻链上的氧原子形成氢键，将链并排牢固地结合在一起并形成具有高拉伸强度的微纤丝，微纤丝自身排列成纤维。这赋予细胞壁拉伸强度，其中纤维素微纤丝和纤维网织成多糖基质，经常进一步嵌入木质纤维素植物茎内的木质素中。这样的纤维素纤维对用于各种生物制品、例如纸浆和造纸工业特别有意义，然而，植物来源的纤维素通常与半纤维素、木质素、果胶和其它物质混合存在。
5.半纤维素是几种杂聚物例如木聚糖、葡糖醛酸木聚糖、阿拉伯木聚糖、葡甘露聚糖和木葡聚糖中的任何一种，与纤维素一起存在于几乎所有植物细胞壁中。半纤维素通常(但不唯独)具有随机的、无定形结构，强度很小，并且可以被稀酸或稀碱以及为数众多的半纤维素酶促水解。半纤维素多糖含有许多不同的糖单体。例如，半纤维素中的糖单体可以包括木糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖、鼠李糖和阿拉伯糖。半纤维素含有大部分d-戊糖，偶尔也含有少量的l-糖。在大多数情况下，木糖是存在量最大的糖单体，然而在有些植物材料中甘露糖可能是最丰富的糖。在半纤维素中不仅可以发现常规糖，还可以存在它们的酸化形式，例如葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸。半纤维素是可以通过化学降解或酶促降解获得的不同糖单体的重要来源。
6.木质素是一种交联的消旋大分子；它在性质上是相对疏水的和芳族的。自然界中的聚合程度难以测量，因为它在提取期间会碎裂，并且分子由各种类型的子结构组成，这些子结构看似以随意的方式重复。有三种不同程度甲氧基化的单木质醇单体：对香豆醇、松柏醇和芥子醇。木质素填充细胞壁中、尤其是脉管和支撑组织中纤维素、半纤维素和果胶组分之间的空间。它经常与半纤维素共价连接并因此交联不同的植物多糖，赋予细胞壁机械强
度，进而赋予整个植物机械强度。木质素的成分用于不同的工艺，包括石油添加剂、农业化学品、水泥添加剂、水处理、胶水和粘合剂，作为苯酚的部分替代品，以及用于纺织品的染料。
7.木质纤维素生物质可以原样使用，例如在制浆工业中。然而，木质纤维素生物质的不同组分可用于不同目的，例如用于不同的生物制品。障碍在于如何从复合的木质纤维素基质中“解锁”单一组分。木质纤维素已经进化到抵抗降解并赋予植物细胞壁水解稳定性和结构坚固性。这种坚固性是由碳水化合物聚合物纤维素和半纤维素与木质素之间通过酯键和醚键交联引起的。
8.木质素-碳水化合物超分子结构中的物理和化学屏障使大多数植物细胞壁组分几乎完全不可用于直接转化为商业产品。因此，成功的转化策略必须导致这种结构的破坏并导致木质纤维素组分的部分或全部分离，增加纤维素、半纤维素和木质素的可及性。它还应尽量减少副产物的形成。所应用的每种技术都有其自身的特性，通常用于获取和纯化特定来源的碳水化合物和木质素。
9.不同的预处理方法包括酸性条件(例如水解半纤维素的硫酸)、碱性条件(例如去除木质素的氢氧化钙/钠/钾或氨)、有机溶剂过程(例如提取木质素的有机溶剂)、氧化脱木质化(例如产生降解木质素的羟基自由基的过氧化氢，或攻击木质素的芳环结构的臭氧，或湿式氧化，其中氧在升高的温度和压力下与水结合溶解半纤维素并降解木质素)、生物方法(例如各种木质纤维素分解微生物，尤其是丝状真菌，其分泌酶来氧化和/或水解降解各种生物质组分)、微波辐射(例如微波引起生物质的局部加热，导致木质纤维素体系结构的破坏)等。
10.植物叶和茎表面涂有一层蜡质材料，它具有多种功能。更具体地说，初生气生植物表面被角质层覆盖，作为对必要的大气渗透屏障。它是主要由亲脂性化合物即角质素和角质层内蜡(intracuticular wax)与沉积在表面上的角质层表蜡(epicuticular wax)构成的异质层。植物蜡的组成不仅在植物物种之间不同，而且在单个物种内直到角质层下的水平的位置之间也不同。蜡包含线性的非常长链(vlc)的化合物，包括不同比率的酸、伯醇和仲醇、酯、醛、烷烃和酮。此外，许多物种的蜡中存在环状化合物，例如五环三萜类化合物。
11.外蜡层(角质层表蜡)在许多情况下可以从表面机械剥离；而后续的释放和提取可以释放额外的角质层内蜡。这样的提取传统上是使用有机溶剂如氯仿、苯和己烷，随后溶剂蒸发和纯化；最近，已经公开了使用超临界co2的提取工艺。此外，已经公开了通过水热氧化和湿氧化预处理进行除蜡。已经公开了通过不同的预处理方法进行除蜡，但这样做的全部潜力尚未被探索。
12.最近，本发明人公开了一种从植物细粒例如谷物秸秆细粒中分离蜡的方法(wo2015/185685a1)，包括第一干式机械处理步骤以将富含蜡的级分与低蜡的富含纤维的级分分离；以及第二步对富含蜡的级分进行酶促处理以促进去除存在于蜡细粒上的残余非蜡植物材料，例如蛋白质材料，以纯化蜡。纯化的植物蜡是一种很好的产品，可用作石化工业制备的蜡的替代品，用于例如美容行业。据推测，“废物”富含纤维的级分可以用作可燃材料的来源(改进燃烧过程，且污染少，焦油少)，用作家畜褥草(吸收性能优异)，或转化为生物燃料和/或类似的下游产品。
13.常规制浆涉及对纤维素生物质进行非常苛刻的处理以去除半纤维素和木质
素——如us2012/0107887中所述，其中在高温下(100-230℃)通过强碱处理从木质纤维素生物质制备纤维素浆粕流。还建议对浆粕进行洗涤和浓缩，并对洗涤的浆粕流进行氧脱木质化和机械精炼。最终的浆粕随后使用纤维素酶促水解以产生可发酵糖用于以后的酒精发酵。在本发明的实施例2中，使用小麦秸秆作为生物质(样品11和12)重复了us2012/0107887的制浆方法。由此显然可见，与本发明相比，这样的传统制浆工艺得不到长纤维。
14.wo2018/086672a1公开了另一种通过处理木质纤维素材料的温和方法(与例如制浆的标准“亚硫酸盐法”或“硫酸盐法”相比)制备富含纤维的纤维素级分的方法。wo2018/086672a1中报告了，通过使用lauritzen和wettre自动纤维分析仪进行分析确定，平均纤维长度约0.85mm。然而，它没有指定使用了哪个平均纤维长度值：lc(n)、lc(l)或lc(w)。纤维长度可报告为lc(n)、lc(l)或lc(w)，如carvalho等人所定义[1997，tappi journal 80(2):137-142]，其中lc(n)＝数值平均长度，lc(l)＝长度加权平均长度，和lc(w)＝重量加权平均长度。standard lauritzen和wettre自动纤维分析仪提供所有三个值。在本发明的实施例2中，重复了wo2018/086672a1的方法(样品8)，相应的lc(n)、lc(l)和lc(w)值见表1。由此显然看出，wo2018/086672a1中报告的平均纤维长度值为lc(w)值。


技术实现要素：

[0015]
关于对植物材料的所有组分的多种建议用途，本发明承认需要一种方法，通过该方法可以释放、分离和纯化木质纤维素的所有主要组分；优选不以破坏另一种组分为代价来获取一种组分的方法，因为这是以前应用的许多苛刻的预处理方法的缺点。本发明提供了非破坏性的益处，因此促进了额外纯化半纤维素、木质素、甚至蜡以供其它用途的选择权。
[0016]
本方法通过提供一种方法，该方法从蜡、半纤维素和木质素中分离纤维素，并以温和的方式松解纤维素纤维束(去原纤化(defibrillated))，使得可以控制纤维素级分中纤维素纤维的长度，以便优选获得长纤维素纤维，从而提供了对现有技术的改进。该方法促进了受控生产具有改进的纤维长度、即期望长度的纤维的纤维素纤维产品。控制纤维长度的能力对于不同的下游应用至关重要；例如，如本发明的数据所证明的，纤维长度与例如耐折度相关。本发明由此提供了用于生产纤维素纤维产品的传统制浆方法的替代方案。本发明的纤维素纤维产品可用于模塑浆粕材料如包装材料，其中控制纤维长度的能力允许纤维的最佳利用。如本发明所表明的，较长的纤维优选用于可弯曲的包装材料，例如一体制成的带盖蛋盒，因为纤维板的耐折度随着纤维长度的增加而改善。
[0017]
本发明涉及一种从植物材料中获取、分离和离析纤维素、半纤维素和木质素的方法，产生改进的纤维素、半纤维素和木质素产品用于下游加工。
[0018]
更具体地，本方法提供了一种生产平均纤维长度lc(l)》0.6mm的纤维素纤维的方法。
[0019]
在一个方面，本发明涉及一种从谷物秸秆中离析和制备期望长度lc(l)的纤维素纤维的方法，所述方法包括以下步骤：
[0020]
(i)提供在水性悬浮液中的脱蜡秸秆材料，
[0021]
(ii)将步骤(i)中的溶液调节ph至碱性条件并提高其温度以溶解水相中的半纤维素和木质素组分，
[0022]
(iii)将在步骤(ii)中获得的材料分离成固体纤维素纤维级分和包含半纤维素和木质素组分的液体级分，
[0023]
(iv)将步骤(iii)中获得的所述纤维素纤维级分悬浮于水性液体中，调节温度至65-95℃和ph至9-11.5，添加漂白剂，使所述纤维素纤维级分保持悬浮60-180分钟(t1)，
[0024]
(v)对步骤(iv)中获得的漂白的材料进行湿式机械处理，
[0025]
(vi)通过将步骤(v)中获得的材料分离成漂白的精炼固体纤维素纤维级分和水性漂白液级分，获得纤维素纤维产物，和
[0026]
(vii)任选在水性液体中洗涤所述漂白的精炼纤维素纤维级分，
[0027]
其中所述纤维素纤维的长度加权平均纤维长度lc(l)》0.6mm，并且其中所述脱蜡的秸秆材料是通过对所述谷物秸秆进行包括干式机械处理和酶促处理的预处理而获得的。
[0028]
所述方法还可以在步骤(v)之后、步骤(vi)之前包括附加步骤(v’)，其中所述附加步骤(v’)包括：’[0029]
(v’)在不进行湿式机械处理下，在温度65-95℃和ph 9-11.5下继续漂白20-90分钟(t3)。
[0030]
在另一个方面，本发明涉及可通过上述方法获得的纤维素浆粕产物，其中所述纤维素浆粕产物中的纤维素纤维的长度加权平均纤维长度lc(l)》0.6mm，例如》0.65或》0.7mm。本发明进一步涉及包含本发明的纤维素纤维的产品，其中所述纤维素纤维占产品中纤维素纤维总量的至少25％，例如至少35或45％。
[0031]
在又一个方面，本发明涉及本发明的纤维素纤维在制备用于例如建筑或包装材料的固体产品中的用途，其中所述产品中的所述纤维素纤维占产品中纤维素总量的至少25％，例如至少35或45％。
附图说明
[0032]
图1示出了本发明的不同工艺步骤。
[0033]
图2示出了应用于实施例2中样品4a的工艺步骤。
具体实施方式
[0034]
定义
[0035]“植物/木质纤维素材料”或“植物/木质纤维素生物质”是指来自许多物种的广泛多样类别的植物部分，优选非木本的生物质。它包括草、灯心草、葫芦、茎、根、种子/壳、叶等。植物材料的一个重要结构组分是纤维素，它几乎总是与半纤维素和木质素混合存在。术语“植物”、“生物质”和“木质纤维素材料”可互换使用。
[0036]“纤维素”是指由β-d-葡萄糖单元构成的多糖。d-葡萄糖(c6h
12
o6)是一种在碳-1上含有五个羟基官能团和一个醛基团的糖类。纤维素是一种直链聚合物；羟基(-oh)基团与相邻链上的原子形成氢键而使它们连接，形成微纤丝。纤维素表现出兼有结晶区和非晶区。纤维素的许多性质取决于它的聚合度，即构成一个聚合物分子的葡萄糖单元的数量。
[0037]“半纤维素”是指一种经常分支类型的多糖，由包括木糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖、鼠李糖和阿拉伯糖在内的几种糖衍生而来。在本发明中，半纤维素的定义还指通过水解半纤维素得到半纤维素衍生产物，例如低聚糖和糖单体。
[0038]“木质素”是一种包含各种苯基丙烷单元的复杂交联的消旋聚合物。它本质上是相对疏水的和芳族的。有三种不同程度甲氧基化的单木质醇单体：对香豆醇、松柏醇和芥子醇。这些木质醇分别以苯丙素类化合物(phenylpropanoids)对羟基苯基(h)、愈创木基(g)和丁香基(s)的形式并入木质素中。在本发明中，木质素的定义还指木质素衍生产物。
[0039]“蜡”或“蜡质组分”是指植物材料中所有的各种形式的蜡，包括植物表面的蜡(角质层表蜡)以及植物内部的蜡(角质层内蜡)。蜡包含线性的很长链(vlc)化合物，包括比率变化的脂肪酸、伯醇和仲醇、酯、醛、游离脂肪酸、烷烃和酮。此外，许多物种的蜡中存在环状化合物，例如五环三萜类化合物、烷基间苯二酚、甾醇、和甾醇酯。构成植物细胞壁的脂质在本上下文中不被认为是“蜡”。
[0040]“脱蜡的木质纤维素材料”是指以从植物材料中去除蜡的方式经过处理的植物材料，例如全部植物蜡中的大于50、55、60、65、70、75、80、85、90％甚或大于95％已被去除，其中蜡含量通过本技术中提供的方法(部分ii)确定。
[0041]“干式机械处理”涉及一种从干燥的涂蜡植物材料中分离蜡的方法，包括在干式过程中通过使用适于使植物材料的至少外表面变形的装置对植物材料进行机械加工的步骤，例如通过切割、切碎和/或压碎，使得蜡涂层破裂并从剩余的、部分脱蜡的植物材料中释放。
[0042]“蛋白酶”(ec 3.4)是通过使连接氨基酸残基的肽键分裂而将长蛋白质链消化成较短片段的任何酶。
[0043]“果胶酶”(ec 3.2)是直接参与分解果胶的任何酶。
[0044]“半纤维素酶”属于羧基酯水解酶(ec 3.1.1)类并且包括直接参与分解半纤维素的任何酶。阿魏酸酯酶(ec 3.1.1.73)是“半纤维素酶”的一个例子。
[0045]“木质素酶”是任何参与木质素分解的酶，也称为木质素降解酶，例如过氧化物酶和漆酶。
[0046]“湿式机械处理”在本上下文中是在漂白液中对经湿处理的秸秆进行机械处理以从构成秸秆主要部分的纤维束中分离纤维。该处理应导致单根纤维分离，而不破坏或断裂单根纤维。它可以使用精炼机进行，例如标准纸制浆工业已知的精炼机，包括例如锥形精炼机和盘式精炼机，在环境压力或大气压力下运行：所谓的“常压精炼”。包含漂白剂的纤维素悬浮液的湿式机械处理涉及使纤维束部分或完全去原纤化的方法。或者，湿式机械处理可以通过湿磨进行以剪切或压碎悬浮在液体(浆液)中的固体，例如使用例如有齿胶体磨机。
[0047]“去原纤化的纤维素纤维束”是指纤维素纤维束部分或全部分离成单根纤维素纤维。
[0048]“碱性条件”(或“碱性ph”)是指ph高于7，通过对本领域技术人员来说很平常的技术来测量。
[0049]“漂白剂”是指具有氧化其它物质(致使它们失去电子)的能力的物质。常见的氧化剂是氧、过氧化氢和卤素。
[0050]“纤维长度”可报告为lc(n)、lc(l)或lc(w)，如carvalho等人所定义[1997，tappi journal 80(2):137-142]，其中lc(n)＝数值平均长度，lc(l)＝长度加权平均长度，和lc(w)＝重量加权平均长度。
[0051]
i.制备期望长度的纤维素纤维的方法
[0052]
图1提供了本发明的说明性示例，概括了为达到期望产物的不同工艺步骤。所有的
工艺步骤都可以如图所示进行，有些步骤可以省略，有些步骤可以组合，并且可以添加额外的步骤。在以下各节中给出了详细说明。
[0053]
在一个方面，本发明涉及一种从去除角质层蜡后的植物材料中获取、分离和离析纤维素、半纤维素和木质素产物以供工业使用的方法，产生具有期望性质的改进产物用于进一步的下游加工。在一个优选的实施方式中，本发明通过提供一种从谷物秸秆中离析和制备期望长度的纤维素纤维的方法，提供了一种植物基纤维素制浆的替代方式，包括以下步骤：
[0054]
(i)提供在水性悬浮液中的脱蜡秸秆材料，
[0055]
(ii)将步骤(i)中的溶液调节ph至碱性条件并提高其温度以溶解水相中的半纤维素和木质素组分，
[0056]
(iii)将在步骤(ii)中获得的材料分离成固体纤维素纤维级分和包含半纤维素和木质素组分的液体级分，
[0057]
(iv)将步骤(iii)中获得的所述纤维素纤维级分悬浮于水性液体中，调节温度至65-95℃和ph至9-11.5，添加漂白剂，使所述纤维素纤维级分保持悬浮60-180分钟(t1)，
[0058]
(v)对步骤(iv)中获得的漂白的材料进行湿式机械处理，
[0059]
(vi)通过将步骤(v)中获得的材料分离成漂白的精炼固体纤维素纤维级分和水性漂白液级分，获得纤维素纤维产物，和
[0060]
(vii)任选在水性液体中洗涤所述漂白的精炼纤维素纤维级分，
[0061]
其中所述纤维素纤维的纤维长度lc(l)》0.6mm，并且
[0062]
其中所述脱蜡的秸秆材料是通过对所述谷物秸秆进行包括干式机械处理和酶促处理的预处理而获得的。
[0063]
根据本发明方法的步骤(i)，脱蜡的谷物秸秆材料在水性悬浮液中提供。在一个优选的实施方式中，本发明的脱蜡谷物秸秆材料来源于谷物的秸秆、谷壳或麸皮，所述谷物选自由小麦、黑麦、大麦、燕麦、高粱、水稻、黑小麦等及其组合组成的组。
[0064]
在另一个实施方式中，本发明的方法可应用于源自木质纤维素生物质的脱蜡木质纤维素材料，所述木质纤维素生物质优选非木本的生物质例如一年生植物，例如草、甘蔗、棕榈叶、甘蔗渣、高能草或其它植物。意外地发现，在进行处理以获得纤维素纤维之前去除角质层蜡是本发明中获得长纤维的关键。
[0065]
在一个实施方式中，脱蜡的材料已经以去除大于50％的蜡的方式进行处理，例如以去除覆盖植物材料表面的全部植物蜡中的大于55、60、65、70、75、80、85、90％甚或大于95％的方式进行处理。
[0066]
脱蜡的生物质材料可以通过本领域任何已知的方法获得，例如通过从表面机械剥离蜡；有机溶剂提取例如使用氯仿、苯和己烷；以及使用超临界co2；甚或通过水热氧化和湿式氧化预处理，来预处理木质纤维素生物质。
[0067]
根据所应用的预处理方法，所生成的脱蜡材料可以是不同的形式，例如由于先前的处理而产生的颗粒甚或部分或完全悬浮。
[0068]
在一个优选的实施方式中，脱蜡的谷物秸秆材料是将秸秆进行包括干式机械处理和酶促处理的预处理而得到的。
[0069]
在本发明的一个实施方式中，干式机械预处理包括切割、切碎和/或压碎，例如选
自由撕碎、锤磨、盘磨、碾磨及其组合组成的组的机械处理。wo2015/185688公开了植物材料的干式机械预处理的例子。
[0070]
谷物秸秆材料可被切成适合在合适的磨机中进行后续处理以使该植物材料变形的长度。初次切碎可导致长度在5和20cm之间、5和15cm之间或5和10cm之间的切割。研磨进一步将植物材料绞碎成长度小于5cm、小于3cm，小于2cm、或小于1cm的碎片。该过程可以根据机械处理的植物材料的下游用途进行优化以调节尺寸。
[0071]
干式机械预处理可用于使植物材料的外表面变形，从而使蜡涂层破裂并释放，获得部分脱蜡的植物材料。
[0072]
在一个实施方式中，在酶促预处理之前，将从干式机械预处理获得的材料根据尺寸分级。在一个优选的实施方式中，将干式机械预处理的材料进行筛分处理，以获得两个级分，第一级分通过筛孔，第二级分被筛孔截留。在本发明的一个实施方式中，筛子的网孔尺寸在0.1-5mm范围内，例如在0.15-2mm范围内，例如在0.2-0.5mm范围内。在一个优选的实施方式中，网孔尺寸为0.3mm。筛分处理可包括一个或多个具有相同或不同网孔尺寸的筛子。可以进行筛分处理以将部分脱蜡的植物材料(被筛子保留的第二级分)与富含破裂和释放的蜡的级分(通过筛子的第一级分)分离。优选地，通过筛分去除木质纤维素生物质中总蜡的至少65％，例如至少75％，例如至少80％。
[0073]
在一个替代实施方式中，可以省略分级并因此直接对干式机械预处理的材料应用酶促预处理。
[0074]
在本发明的一个实施方式中，酶促预处理是使用选自蛋白酶、果胶酶、半纤维素酶和木质素酶的清单中的一种或多种酶进行水解。
[0075]
在一个优选的实施方式中，将干式机械预处理的材料与一种或多种蛋白酶和/或果胶酶一起悬浮在水性液体中，并调节温度和ph以优化所添加的酶的活性。
[0076]
在本发明的一个进一步的实施方式中，酶促预处理包括：
[0077]
(a)使用选自蛋白酶、果胶酶、半纤维素酶和木质素酶的清单中的两种或更多种不同的酶对木质纤维素生物质进行酶促处理，以从半纤维素、木质素和蜡中释出纤维素；
[0078]
(b)在水性悬浮液中除去释出的蜡以提供脱蜡的固体木质纤维素材料。
[0079]
在本发明的另一个实施方式中，在酶处理之后，可以将蜡与半纤维素和木质素一起去除。
[0080]
在本发明的另一个实施方式中，酶促预处理包括：
[0081]
(a)在水性悬浮液中用蛋白酶和/或果胶酶对干式机械处理的木质纤维素生物质进行第一酶促处理以释出蜡；
[0082]
(b)除去释出的蜡；以及
[0083]
(c)在水性悬浮液中使用选自蛋白酶、果胶酶、半纤维素酶和木质素酶的清单中的一种或多种酶，对除去蜡后的木质纤维素生物质进行第二酶促处理，以从半纤维素和木质素中释出纤维素，从而提供脱蜡的木质纤维素材料。
[0084]
蛋白酶通过使连接氨基酸残基的肽键分裂而将长蛋白质链消化成较短的片段。在一个实施方式中，酶促预处理中应用的蛋白酶可以从将末端氨基酸从蛋白质链上脱离的蛋白酶之中选择(外肽酶，例如氨基肽酶、羧基肽酶a)。在另一个实施方式中，蛋白酶可以在攻击蛋白质内部肽键的果胶酶之中选择(内肽酶，例如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、胃蛋白酶、木
瓜蛋白酶、弹性蛋白酶)；或选自由丝氨酸蛋白酶、苏氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶、谷氨酸蛋白酶和金属蛋白酶组成的组。在又一个实施方式中，蛋白酶可以选自可商购的蛋白酶，例如选自由(一种来自地衣芽孢杆菌(bacillus licheniformis)的蛋白酶)、(一种来自解淀粉芽孢杆菌(bacillus amyloliquefaciens)的蛋白酶，二者都可得自丹麦novozymes)和(一种来自菠萝(ananas comosus)的蛋白酶，可从英国biocatalysts获得)组成的组。在又一个实施方式中，两种或多种蛋白酶或商业蛋白酶产品的组合可用于降解植物蛋白。
[0085]
果胶酶参与分解果胶，果胶是一种在植物细胞壁中发现的多糖，其中例如经常嵌入纤维素原纤维。在一个实施方式中，酶促预处理中应用的果胶酶可选自由下列组成的组：(i)水解果胶中果胶酸主链的果胶水解酶(内聚半乳糖醛酸酶，ec 3.2.1.15；外聚半乳糖醛酸酶，ec 3.2.1.67)，(ii)通过消除反应降解果胶酸的果胶裂解酶(内聚半乳糖醛酸酶裂解酶，ec 4.2.2.2；外聚半乳糖醛酸酶裂解酶，ec 4.2.2.9；内聚甲基-d-半乳糖苷醛酸裂解酶，ec 4.2.2.10)，和(iii)裂解甲酯键的果胶酯酶(果胶甲酯酶，ec 3.1.1.11)。果胶酶广泛可商购的，大多数是结合了所有三种提到的酶类型的掺合物。在另一个实施方式中，果胶酶选自由(来自黑曲霉(aspergillus niger)的果胶酶混合物，可得自丹麦novozymes)和pectinase 947(可得自英国biocatalysts的果胶酶混合物；pektozyme，dupont供应的一系列果胶活性酶掺合物)组成的组。在又一个实施方式中，两种或多种果胶酶或商业果胶酶产品的组合可用于降解植物果胶。
[0086]
两种或更多种蛋白酶和/或果胶酶和/或商业蛋白酶产品和/或商业果胶酶产品的组合可应用于降解植物蛋白和/或果胶。
[0087]
在一个实施方式中，可以添加所述一种或多种酶以获得在0.01-2％w/w范围内的酶浓度，例如0.03-1.8％w/w范围内，例如0.05-1.6％w/w范围内，例如0.07-1.4％w/w范围内，例如0.09-1.2％w/w范围内。然而，酶浓度取决于酶活性，可优选酶浓度为1-2％w/w。
[0088]
在本发明的一个实施方式中，可优选酶活性在1000-12000u/g范围内，例如2000-10000u/g范围内，例如3000-9000u/g范围内，例如4000-8000u/g范围内，例如5000-7000u/g范围内。
[0089]
为了尽可能多地从酶处理中获益，应根据所使用的酶优化酶活性条件，例如温度、ph、盐浓度等。可能需要向浆液/混合物添加酸或碱以达到最佳ph条件。
[0090]
选择酶处理期间的最佳温度以适合所使用的酶。如果使用热稳定酶，温度可以是25、30、35、40、45、50℃甚或更高。在一个实施方式中，将步骤(d)中混合物的温度调节在30-70℃范围内，例如35-65℃范围内，例如40-60℃范围内，例如45-55℃范围内，优选在45-65℃范围内，最优选在50-60℃范围内，以优化用于进行细胞壁组分靶向水解的酶的活性。
[0091]
在一个进一步的实施方式中，酶处理期间保持的ph在3.5-7.0范围内，例如4.0-7.0范围内，例如4.0-6.0范围内，优选在4.5-5.5范围内，以优化用于进行细胞壁组分靶向水解的酶的活性。ph可通过添加至少一种酸和/或缓冲液来调节，所述酸和/或缓冲剂选自由磷酸、盐酸、硫酸、磷酸盐缓冲液、乙酸盐缓冲液及其组合组成的组。在一个优选的实施方式中，酸是磷酸。
[0092]
为了获得生物质组分对酶的最佳暴露，优选应用搅拌并且可选自由搅拌和/或压
缩空气或气体鼓泡搅拌和/或容器振荡组成的组。可适用的搅拌器可选自由锚式搅拌器、叶片式搅拌器、k型搅拌器、桨式搅拌器或其任何组合组成的组。
[0093]
在一个进一步的实施方式中，谷物秸秆的预处理还包括在酶促处理期间的湿式机械处理。湿式机械处理可以与酶处理或随后的机械处理同时进行。优选有限的湿式机械处理，例如在酶处理期间的一个选择的、优化的、间歇的时间段。在本发明的一个实施方式中，湿式机械处理选自由在环境压力下运行(所谓的常压精炼)的锥形精炼机、盘式精炼机及其组合组成的组；或湿磨，例如有齿胶体磨机。这样的湿式精炼或研磨可根据需要重复多次：1、2、3或4次重复正常将足够了。替代地，或附加地，可以应用非常强力的搅拌。
[0094]
在一个优选的实施方式中，预处理中在搅拌下的水解和湿式机械处理进行0.5-5.0小时，例如0.5-4.0小时范围内，例如0.5-3.0小时范围内，例如1.0-2.5小时范围内，例如1.0-2.0小时范围内，例如优选在1.0-1.5小时的范围内，优选1.5小时。
[0095]
一旦认为酶促处理足够，就可以去除蜡，回收脱蜡的固体木质纤维素材料。可以通过升高混合物的温度以熔化和液化释出的蜡来回收脱蜡的木质纤维素材料，使得脱蜡的木质纤维素材料可以与包含熔化的蜡的液体部分分离。取决于蜡的组成和温度，蜡可以完全或部分液化。当升高温度以熔化释出的蜡时，希望最低达到酶失活的温度。
[0096]
在一个实施方式中，将干式机械和酶促预处理的材料的温度增至65-95℃，例如70-90℃范围内，例如75-85℃范围内，例如80-85℃范围内，优选达到80℃，以熔化和液化释出的蜡。在一个实施方式中，温度增至高于70℃，优选高于80、90或95℃。
[0097]
在一个实施方式中，蜡的去除和脱蜡材料的回收通过选自由倾析、离心和过滤组成的组中的方法进行。原则上，可以应用可用于从主体水性悬浮液中去除不溶性纤维级分的任何已知方法。优选地，通过任何形式的筛分/过滤进行分离，根据需要使用任何分子大小。在过滤方面，这样的过滤可选自小网孔过滤器、加压过滤器、带式过滤器、压滤机及其组合。
[0098]
可以将脱蜡的材料造粒或以其它方式处理以促进材料容易处理。或者，作为先前处理、例如上述处理的结果，它可以部分或完全悬浮在水性液体中。
[0099]
在一个优选的实施方式中，脱蜡的谷物秸秆材料是通过使用如上所述的机械和酶促处理的组合来提取或分离蜡的方法获得的。wo 2015/185685中描述了一种类似的植物材料脱蜡方法。然而，在wo 2015/185685中，仅通过酶促处理从植物细粒(机械处理后富集蜡含量且纤维含量低的级分)中释放蜡；而在本发明的优选实施方式中，是对机械处理后纤维含量高的植物级分进行脱蜡，或在不对机械处理的植物材料进行任何分离的情况下，对全部植物材料进行脱蜡。
[0100]
在本发明的一个优选实施方式中，为获得脱蜡的秸秆材料对谷物秸秆的预处理包括以下步骤：
[0101]
(a)提供谷物秸秆，
[0102]
(b)对谷物秸秆进行干式机械处理，
[0103]
(c)将步骤(b)中获得的材料进行筛分处理并获得至少两个级分，第一级分通过筛孔，第二级分被筛孔截留，
[0104]
(d)将步骤(c)中获得的第二级分与一种或多种蛋白酶和/或果胶酶一起悬浮在水性液体中，
[0105]
(e)将步骤(d)中获得的混合物进行湿式机械处理，
[0106]
(f)从所述溶液中去除蜡，
[0107]
(g)使用一种或多种半纤维素酶对步骤(f)中获得的剩余脱蜡材料进行酶促处理。
[0108]
在一个进一步的实施方式中，使用一种或多种适合降解半纤维素组分的半纤维素酶对生物质进行酶促预处理。半纤维素的侧链在复杂的木质纤维素植物生物质结构中与木质素相互连接。因此，破坏半纤维素是分离不同木质纤维素组分中的必要步骤。半纤维素酶可以(i)与上述蛋白酶和/或果胶酶处理组合应用，(ii)用作蛋白酶和/或果胶酶处理之前或之后的单独处理，(iii)甚或用作除蜡后脱蜡木质纤维素的单独处理。
[0109]
在一个实施方式中，半纤维素酶是木聚糖酶(ec 3.2.1.8)，它随机打断线性多糖β-1,4-木聚糖(大多数半纤维素的主链)的内部连键，产生不同长度的木寡糖，或者如果反应进行到完成，则产生木糖单体。然而，半纤维素不仅仅是β-1,4-木聚糖的线性多糖；它还包含众多侧链，需要另外的酶作用才能降解它们。故此，半纤维素聚合物中的高取代度需要各种辅助酶的作用，因此在另一个实施方式中，半纤维素酶包括不同的糖苷水解酶和碳水化合物酯酶，以完全降解半纤维素取代基。在一个优选的实施方式中，阿魏酸酯酶是本发明的这类辅助酶，它水解阿魏酰多糖，通过作用于羧酸酯键释放阿魏酸。可添加阿魏酸酯酶来帮助释放与半纤维素结合的木质素部分。
[0110]
在一个实施方式中，用于降解半纤维素的酶(半纤维素酶)可选自由糖苷水解酶和/或碳水化合物酯酶组成的组，例如选自内切木聚糖酶、β-木糖苷酶、α-l-阿拉伯呋喃糖苷酶、α-葡糖醛酸酶、α-半乳糖苷酶、乙酰木聚糖酯酶、阿魏酸酯酶等的清单。还任选利用β-葡聚糖酶，其可作用于植物细胞壁的非结晶纤维素中的键。
[0111]
半纤维素制剂是广泛可商购的。在一个实施方式中，半纤维素酶可选自depol 333p(富含木聚糖酶的酶制剂，英国biocatalysts ltd)和depol 740l(富含阿魏酸酯酶的酶制剂，英国biocatalysts ltd)。在一个优选的实施方式中，两种或多种半纤维素酶或商业半纤维素酶产品的组合可用于降解植物半纤维素。
[0112]
在一个实施方式中，可以添加所述一种或多种半纤维素酶以获得在0.01-2％w/w范围内的酶浓度，例如0.03-1.8％w/w范围内，例如0.05-1.6％w/w范围内，例如0.07-1.4％w/w范围内，例如0.09-1.2％w/w范围内。然而，酶浓度取决于酶活性，可优选酶浓度为1-2％w/w。
[0113]
在本发明的一个实施方式中，可优选半纤维素酶活性在1000-12000u/g范围内，例如2000-10000u/g范围内，例如3000-9000u/g范围内，例如4000-8000u/g范围内，例如5000-7000u/g范围内。
[0114]
为了尽可能多地从酶处理中获益，应根据所使用的酶优化酶活性条件，例如温度、ph、盐浓度等。可能需要向浆液/混合物添加酸或碱以达到最佳ph条件。
[0115]
选择半纤维素酶处理期间的最佳温度以适合所使用的酶。如果使用热稳定酶，温度可以是25、30、35、40、45、50℃甚或更高。在一个实施方式中，将温度调节在30-70℃范围内，例如35-65℃范围内，例如40-60℃范围内，例如45-55℃范围内，优选在45-65℃范围内，最优选在50-60℃范围内，以优化用于进行细胞壁组分靶向水解的酶的活性。
[0116]
在一个进一步的实施方式中，将半纤维素酶处理期间的ph调节在3.5-7.0范围内，例如4.0-7.0范围内，例如4.0-6.0范围内，优选在4.5-5.5范围内，以优化用于进行细胞壁
组分靶向水解的酶的活性。ph可通过添加至少一种酸和/或缓冲液来调节，所述酸和/或缓冲剂选自由磷酸、盐酸、硫酸、磷酸盐缓冲液、乙酸盐缓冲液及其组合组成的组。在一个优选的实施方式中，酸是磷酸。
[0117]
在一个优选的实施方式中，半纤维素酶处理期间的温度和ph在45-65℃和ph 4.5-6.0范围内。
[0118]
为了获得生物质组分对酶的最佳暴露，优选应用搅拌并且可选自由搅拌和/或压缩空气或气体鼓泡搅拌和/或容器振荡组成的组。可适用的搅拌器可选自由锚式搅拌器、叶片式搅拌器、k型搅拌器、桨式搅拌器或其任何组合组成的组。
[0119]
在一个进一步的实施方式中，半纤维素酶处理可包括在酶促处理期间的湿式机械处理。湿式机械处理可以与半纤维素酶处理或随后的机械处理同时进行。优选有限的湿式机械处理，例如在半纤维素处理期间的一个选择的、优化的、间歇的时间段。在本发明的一个实施方式中，湿式机械处理选自由在环境压力下运行的(所谓的常压精炼)锥形精炼机、盘式精炼机及其组合组成的组；或湿磨，例如有齿胶体磨机。这样的湿式精炼或研磨可根据需要重复多次：1、2、3或4次重复正常将足够了。替代地，或附加地，可以应用非常强力的搅拌。
[0120]
例如，水解0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5或5.0小时后、甚或在水解6、8或12小时后获得期望的水解度，就认为半纤维素酶处理是足够的。在一个优选的实施方式中，水解进行0.5-5.0小时，例如0.5-4.0小时范围内，例如1.0-3.5小时范围内，例如1.5-3.0小时范围内，例如优选1.5-2.5小时范围内，优选2小时。
[0121]
在另一个实施方式中，也可以使用一种或多种适合于降解木质素组分的酶对生物质进行酶促预处理。木质素酶可以与上述任何其它酶处理组合应用或作为单独的步骤应用。在一个实施方式中，木质素酶选自由过氧化物酶和漆酶组成的组。
[0122]
根据本发明的步骤(ii)，将步骤(i)中提供的包含脱蜡谷物秸秆的溶液的温度增加并将ph调节至碱性条件以溶解溶液中的半纤维素和木质素组分。
[0123]
在一个实施方式中，将步骤(i)中提供的包含脱蜡谷物秸秆材料的溶液的温度增至65-120℃，例如65-95℃的范围，例如75-85℃的范围，例如80-85℃的范围并优选80℃。在一个实施方式中，将步骤(i)中提供的包含脱蜡谷物秸秆材料的溶液的温度增至高于65℃，优选高于70、80、90或95℃。
[0124]
在一个实施方式中，步骤(ii)中的碱性ph条件是指ph范围7.0-12.0，例如8.0-12.0范围，例如9.0-11.5范围，例如9.5-11.0范围，例如10.0-10.5范围并优选10.0-11.0范围。对步骤(i)中提供的溶液进行ph调节以获得碱性条件可通过添加选自由氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化铵、碳酸钠及其组合组成的组中的碱来进行。
[0125]
可优选将步骤(ii)中的溶液搅拌5-60分钟，优选10-45分钟，最优选10-20分钟。
[0126]
在一个优选的实施方式中，温度增至65-95℃和ph至9-11.5以确保半纤维素和木质素溶解，同时纤维素保持不溶。
[0127]
根据本发明的步骤(iii)，将步骤(ii)中获得的材料分离为固体纤维素纤维级分和包含半纤维素和木质素组分的液体级分。纤维素纤维产物可通过从主体水性悬浮液中分离不溶性级分的任何已知方法从溶液中分离。
[0128]
在一个实施方式中，步骤(iii)中的分离选自由倾析、离心和过滤组成的组。分离
可以通过任何形式的筛分/过滤进行，根据需要使用任何分子大小。在过滤方面，这样的过滤可选自小网孔过滤器、加压过滤器、带式过滤器、压滤机、滤带及其组合。优选地，分离通过倾析器离心进行。
[0129]
步骤(iii)中获得的纤维素纤维级分的干物质含量可小于45％，优选小于40、35、30、25、20、15、或甚至小于10％。步骤(iii)中获得的纤维素纤维级分的干物质含量优选在15-35％范围内，例如20-30％，如25％。
[0130]
步骤(iii)中获得的纤维素纤维级分可任选被洗涤以促进进一步去除半纤维素和木质素组分。
[0131]
根据本发明的步骤(iv)，将步骤(iii)中获得的纤维素纤维级分悬浮在水性液体中，并调节温度和ph至65-95℃和ph 9-11.5，添加漂白剂，并将纤维素纤维级分保持悬浮达时间t1。
[0132]
为了在纤维素纤维级分的处理期间允许混合物的自由搅拌，可优选将步骤(iii)中获得的纤维素纤维级分在步骤(iv)中以10:1、例如30:1、优选20:1的比率(水比纤维素纤维材料)悬浮在水性液体中。
[0133]
在一个实施方式中，步骤(iv)中添加的漂白剂选自由过氧化氢、氯气、次氯酸盐、二氧化氯、过碳酸钠、活性氧、臭氧或其它漂白剂、或其混合物组成的组。在一个优选的实施方式中，漂白剂是过氧化氢，ph为10.0-11.0，温度60-100℃。
[0134]
在一个实施方式中，漂白剂通过向纤维素纤维级分分配规定量的30％w/v过氧化氢溶液来添加；优选每100kg纤维级分添加15-30kg过氧化氢溶液，例如25kg/100kg纤维级分。
[0135]
在一个进一步的实施方式中，在步骤(iv)中ph调节在7-12范围内，例如8-12，例如9-11.5，或例如10-11，优选ph 10.5；同时温度高于50℃，优选高于60、65、70、75、80、85、90℃或甚至更高。在一个进一步的实施方式中，将步骤(iv)的温度调节在60-110℃范围内，例如60-100℃范围内，例如70-90℃范围内，例如75-85℃范围内，优选80℃。在一个优选的实施方式中，将温度和ph调节到65-95℃和ph 9-11.5。
[0136]
根据本发明的步骤(v)，在时间t1之后，将步骤(iv)中获得的漂白材料通过湿式机械处理来精炼t2的持续时间。t2可作为通过“精炼机”的次数来度量。
[0137]
优选三个漂白阶段：首先，按照步骤(iv)中的说明开始漂白，并将指定的温度和ph维持在选定的时间段t1。其次，在t1之后获得的漂白材料通过湿式机械处理来精炼一段选定的时间t2，t2如步骤(v)中所说明。第三，任选地，可在湿式机械处理之后继续漂白选定的时间段t3。
[0138]
在通过湿式机械处理进行精炼之前让纤维素纤维漂白选定的时间段t1是控制纤维素纤维最终达到的长度的必要参数。不希望受到理论的束缚，在本发明中意外地发现，为了获得长纤维，在纤维束不脆而是柔韧且不含结壳木质素的阶段，即在选定的漂白时间t1后，对纤维束进行精炼(湿式机械处理)是至关重要的。如果t1例如被省略(或太短)，则纤维产物的平均纤维长度将降低。在该选定的时间t1下，在时间t2期间内进行有限的精炼过程，以生成期望长度的成品纤维。
[0139]
在一个优选的实施方式中，漂白在湿式机械处理前进行至少30、35、40、45、50、60分钟的t1，例如在湿式机械处理前的t1在20-240分钟范围内，例如t1在30-180分钟的范围
105-a型中试单转盘常压精炼机在精炼板直径为12英寸的情况下流量为3000-5000升/小时左右，因此1400升单程通过使用12英寸板且板间隙为千分之15英寸(350-400微米)的sprout waldron 105-a型中试单转盘常压精炼机要花约16-28分钟。
[0149]
因此，如果使用sprout waldron精炼机，时间t2可以在0.6-1.2秒/升湿式机械处理中加工的样品的范围内，例如t2在0.7-1.0秒/升范围内，例如t2在0.7-0.85秒/升范围内。
[0150]
在一个优选的实施方式中，为获得长纤维，精炼步骤(t2)应相当于按以上说明单程通过fryma型磨机、有齿胶体磨机、湿磨机，或相当于按以上说明单程通过sprout waldron精炼机。技术人员会知道如何采用其它精炼机或类似机器来获得相同的精炼度。
[0151]
两程或更多程通过精炼机可以连续进行或在程之间具有指定的时间间隔。在这种情况下，t2被定义为总湿式机械处理时间；因此在湿式机械处理包括多于一程通过精炼机的情况下，程之间的时间也包括在时间t2中。
[0152]
在一个进一步的实施方式中，根据本发明的步骤(v')，湿式机械处理后可继续漂白指定的时间t3，例如继续5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60分钟的t3或甚至继续大于一个小时的t3，例如大于1.5、2、2.5或甚至3小时的t3。在一个优选的实施方式中，步骤(v’)中的漂白继续20-120分钟范围内的指定时间段t3，例如t3在20-90分钟范围内，例如t3在20-60分钟范围内，例如t3在40-95分钟范围内，例如优选进行25-60分钟范围内的t3。
[0153]
t1、t2和t3是基于期望的纤维长度与t1、t2和t3之间的相关性来选择的。t1、t2和t3的优选时间可取决于不同的参数，例如用作制备纤维素纤维的起始材料的木质纤维素生物质进料(生物质的类型以及脱蜡程度)，以及所使用的漂白剂和精炼机。如前所述，推测在t1期间，残余的木质素与木质纤维素复合物分离并且纤维素纤维的柔韧性增加；有利于产生较长的纤维。在t2精炼期间，生成期望长度的纤维产物。延长精炼时间t2导致纤维较短，而用较短的精炼时间t2，纤维束可能无法很好地分离成更期望的单根纤维素纤维。在t2期间通过受控的湿机械作用将纤维束打开后，t3提供了另一个任选的漂白期。t3由此促进最终去除残余的木质素和半纤维素(ph为10.5)，并进一步被认为是任选的“整理”阶段，其中不希望受理论束缚，先前成束的纤维进一步展开成单根游离纤维。
[0154]
t1、t2、t3将取决于期望的纤维长度而不同。对于不同的木质纤维素生物质，可以通过实验确定期望的纤维长度的最佳t1、t2和t3。时段t1、t2和t3也可以更复杂的方式计算和推导，例如使用计算程序，例如jmp统计分析软件，sas institute a/s，它可以在没有过度负担下指导本领域技术人员基于少数初始实验结果选择不同的时间t1、t2和t3用于测试；然后基于输出值来鉴定用于获得期望纤维长度的t1、t2和t3优选值。
[0155]
总漂白时间(t1+t2+t3)应不超过220分钟，例如不超过210、200、180或170分钟；最优选不超过160分钟。
[0156]
在一个实施方式中，时间t1、t2和任选的t3期间的漂白在7-12范围内的ph下进行，例如8-12，例如9-11.5，或例如10-11，优选ph 10.5；同时温度高于50℃，优选高于60、65、70、75、80、85、90℃或甚至更高。在另一个实施方式中，在时间t1、t2和任选的t3期间的漂白在60-110℃范围内的温度下进行，例如60-100℃范围内，例如70-90℃范围内，例如75-85℃范围内，优选80℃。在一个优选的实施方式中，使用过氧化氢，在温度65-95℃和ph 9-11.5下，以时间t1、t2和任选的t3期间进行漂白。
[0157]
在t1、t2和/或t3期间可以随时添加额外的漂白剂。
[0158]
在一个优选的实施方式中，为了获得最佳混合，优选在步骤(iv)和(v)中以及在任何继续漂白期间应用搅拌；并且可以选自由搅拌和/或压缩空气或气体鼓泡搅拌和/或容器振荡组成的组。可适用的搅拌器可选自由锚式搅拌器、叶片式搅拌器、k型搅拌器、桨式搅拌器或其任意组合组成的组。
[0159]
根据本发明的步骤(vi)，通过将步骤(v)中获得的材料分离为漂白精炼的纤维素纤维级分和水性漂白液级分而获得纤维素纤维产物。原则上，可以应用可用于从主体水性悬浮液中去除不溶性级分的任何已知方法。
[0160]
在一个实施方式中，步骤(vi)中的分离选自由倾析、离心和过滤组成的组。分离可通过任何形式的筛分/过滤进行，根据需要使用任何分子大小。在过滤方面，这样的过滤可选自小网孔过滤器、加压过滤器、带式过滤器、压滤机、滤带及其组合。优选地，分离通过倾析器离心进行。
[0161]
漂白-精炼的的纤维素纤维产物的干物质含量可小于45％，优选小于40、35、30、25、20、15、或甚至小于10％。
[0162]
根据本发明的步骤(vii)，漂白-精炼的纤维素纤维级分可任选在水中洗涤，例如通过用淡水漂洗或重悬浮在淡水中，随后如上文步骤(vi)所述再次分离。
[0163]
在本发明的另一个方面，如上所述在步骤(ii)中获得的包含半纤维素和木质素的液体级分可基于它们的不同性质进一步处理以分离和纯化半纤维素和木质素。在一个优选的实施方式中，在分离之前降低所述液体的ph以沉淀木质素，例如通过将ph降低至小于ph 7，优选小于ph 6、5、4、3、2或甚至更低。分离可通过任何已知的方法例如离心进行。在本发明的一个优选实施方式中，富含半纤维素的水性级分将通过例如使用截止值为例如1、2、3、4或5kda或甚至更高例如10kda的超滤来进一步分离，将较高分子量的多糖材料与较低分子量的寡糖材料分离。在一个优选的实施方式中，分离的级分可被冷冻干燥以获得更稳定的产物。
[0164]
在本发明的又一个方面，可以进一步处理在如前所述的筛分处理中获得的富含裂化和释放的蜡的级分以纯化蜡，例如通过wo2015/185685a1中描述的方法。
[0165]
要注意的是，与传统的秸秆制浆法，例如在2-4巴的压力和12-14的ph下进行的制浆法相比，所述方法使用最少的能量输入并且对纤维素纤维的破坏程度较小。通过使用例如氢氧化钠的传统制浆方法，可以得到纤维素，但这最常是以破坏半纤维素和木质素为代价，使这些植物组分在商业上无法使用。本发明提供了一种方法，通过该方法可以控制产物中纤维素纤维的长度，同时提供非破坏性的进一步益处，因此促进了额外纯化半纤维素、木质素甚至蜡以供其它用途的选择。
[0166]
ii.分析可通过本发明获得的产物的方法
[0167]
ii.i纤维分析
[0168]
纤维长度是使用称为valmet fs5的valmet纤维图像分析仪测量的，该仪器提供了一套全面的自动纤维测量。纤维长度可以报告为lc(n)、lc(l)或lc(w)，如carvalho等人1997年所定义。lc(n)＝数值平均长度，lc(l)＝长度加权平均长度，和lc(w)＝重量加权平均长度。优选使用lc(l)，因为它与纸张性质更好地相关并且不那么依赖于所分析的材料中的细粒比例。要注意的是，根据carvalho等人1997，如果使用lc(w)，如果该值要可信，则必
须满足不同的假设，例如粗度与纤维长度成正比。纤维长度可按与本发明的示例中所用的不同的方式和由不同的仪器测量。
[0169]
ii.ii耐折度
[0170]
耐折度正常使用schopper型耐折度型试验机，使用从由纤维产物形成的手抄纸上切下的纸条来确定。与本发明相关，测量在试验装置中导致纸条断裂所需的双折次数。例如，耐折度可以如下确定：在手抄纸形成装置中使用60克选定的纤维产物产生标准手抄纸。将从手抄纸上切下的1.5厘米宽的纸条置于0.5公斤的张力下，并使用测试机经指定半径135
″
向右折叠和135
″
向左折叠。导致断裂所需的折叠次数称为“耐折度”。
[0171]
ii.iii iso亮度
[0172]
iso光学亮度通过将纤维产物制成平坦的“手抄纸”(如上所述)并将其放入“亮度和色度计/测试仪”中来测量，亮度和色度计/测试仪是具有光学测量能力的机器。
[0173]
ii.iv生物质组成：分析木质素、纤维素、半纤维素和蜡的含量
[0174]
从秸秆中提取的本发明纤维素纤维产物中残余的木质素含量可如下确定：
[0175]
在600ml烧杯中，在75℃下将纤维(4克，基于干物质)搅拌到400ml水中。水合1小时后，添加12.5ml的10％乙酸，随后添加6.5g的亚氯酸钠(naclo2)，并将该混合物搅拌1小时，温度维持在75℃。然后添加追加部分的10％乙酸(6.5ml)和亚氯酸钠(3g)，将该混合物在75℃下再搅拌1小时。这2小时结束时，在细尼龙布小心过滤出纤维残余物，用200ml水(3x)、200ml乙醇(2x)和最后用二氯甲烷(2x)洗涤，将纤维小心地干燥(60℃烘箱)过夜，然后称重。起始质量和氧化纤维质量之差作为木质素含量，而剩余纤维质量代表“全纤维素”，包括纤维素和任何剩余的半纤维素。
[0176]
从秸秆中提取的本发明纤维素纤维产物中的纤维素和残余的半纤维素含量可如下确定：
[0177]
将来自上述的2.5g(基于干物质)无木质素纤维置于250ml烧杯中，并向其添加100ml的0.05硼酸钠在24％氢氧化钾中的溶液。将该混合物在20℃搅拌2小时，该时间后用细网眼尼龙布回收纤维残余物，用200ml水(3x)、100ml 5％乙酸(1x)、100ml乙醇(2x)和最后用100ml二氯甲烷洗涤。将该残余纤维干燥过夜(60℃烘箱)并称重。残余质量(根据灰分含量调整)被视为纤维素。起始质量和该质量之差被记为“半纤维素含量”。
[0178]
植物材料的总蜡含量可以通过重量分析确定为总可提取的亲脂性化合物。将干燥的植物材料研磨，然后用热/煮沸的氯仿提取。这是通过两种基本方法之一进行，如果植物材料的堆积密度高，则方法2优于方法1。
[0179]
1.将精确称量的一部分研磨过的生物质(烘箱干燥)放入索氏(soxhlet)套筒中，然后在索氏提取系统中使用标准索氏方法进行12小时提取。提取后，将套筒和剩余的固体材料在103℃下干燥，通过与起始材料相比的质量差确定提取的蜡。或者，
[0180]
2.将一部分(准确称量)约30克的干燥、研磨过的秸秆或其它植物材料放入2l圆底烧瓶中，并向其添加1升氯仿。该烧瓶装有回流冷凝器，并将该材料在氯仿中回流最少3小时。该时间后，定量收集剩余的固体，然后干燥(103℃)并称重。蜡含量通过相对于输入材料的质量差来确定。
[0181]
iii.本发明可获得的产物
[0182]
iii.i纤维素产物
[0183]
在本发明的一个方面，提供了一种纤维素浆粕产物，例如具有期望的纤维长度的漂白-精炼的纤维素纤维产物。
[0184]
在本发明的一个实施方式中，在步骤(vii)中得到的纤维素浆粕纤维产物包含去原纤化的纤维束，其长度加权平均纤维长度lc(l)在0.3-2mm范围内，例如在0.4-1.5mm范围内，例如在0.5-1.2mm范围内，例如在1-2mm范围内，优选在0.55-1mm范围内，最优选在0.65-1mm范围内。长度加权平均纤维长度使用如第ii部分中所述的valmet纤维图像分析仪测量。
[0185]
在本发明的一个优选实施方式中，步骤(vii)中得到的纤维素浆粕纤维产物包含去原纤化纤维束，其长度加权平均纤维长度lc(l)大于0.5mm，优选大于0.55、0.60、0.61、0.62、0.63、0.64，或甚至优选大于0.65、0.66、0.67、0.68、0.69或0.7mm，或甚至优选大于0.72、0.74、0.76、0.78或0.8mm。
[0186]
对于用于可弯曲材料，希望产生尽可能长的纤维素纤维；而对于其它目的，其它长度可能是最佳的。
[0187]
在一个优选的实施方式中，步骤(vii)中获得的纤维素浆粕纤维产物包含的纤维素含量大于70％w/w，例如大于75、80或85％w/w，优选甚至纤维素含量大于90、92、94或96％w/w。在本上下文中，纤维素含量是使用第ii部分中描述的方法测量的。
[0188]
本发明的一个重要目的是提供一种纤维素纤维产物，其包含至少80％w/w的纤维素并且平均纤维长度lc(l)大于0.4mm，优选大于0.5、0.6或0.7mm，或甚至优选大于0.8mm。
[0189]
本发明的另一个目的是提供一种纤维素纤维产物，其包含至少85w/w％的纤维素、2-10w/w％的木质素、4-12w/w％的半纤维素并且平均纤维长度lc(l)大于0.65mm。
[0190]
在另一个实施方式中，纤维素纤维产物包含1-15w/w％范围内的木质素，例如1-10w/w％范围内的木质素，例如2-5的范围内、优选2-4w/w％范围内的木质素。
[0191]
在一个进一步的实施方式中，纤维素纤维产物包含1-20、例如1-15w/w％范围内的半纤维素，例如2-10w/w％范围内的半纤维素，例如3-8w/w％范围内半纤维素，优选3-5w/w％范围内的半纤维素。
[0192]
漂白的纤维素纤维产物优选被漂白以获得在80-95范围内的iso亮度。
[0193]
iii.ii半纤维素产物
[0194]
在本发明的第二个方面，提供一种半纤维素产物。这样的半纤维素级分(包括寡糖)可以在木质素沉淀后获得，从而可以从液相中去除。半纤维素级分，基于干物质，包含至少50％、例如至少60％、例如至少70％、例如至少80％、例如至少90％的非纤维素和非淀粉寡糖和多糖。
[0195]
在一个实施方式中，半纤维素产物包含至少50％、例如至少60％、例如至少70％、例如至少80％、例如至少90％的阿拉伯木聚糖。在一个实施方式中，半纤维素产物(包括寡糖)可包含10-90w/w％木糖，例如20-80w/w％木糖，例如30-70w/w％木糖，例如40-60w/w％木糖，例如50-70w/w％木糖，优选35-60w/w％木糖，更优选40-50w/w％木糖。在本上下文中，木糖含量是使用第ii部分中描述的方法测量的。
[0196]
iii.iii木质素产物
[0197]
在本发明的第三个方面，提供一种木质素产物，其包含至少60％、优选在75-99％w/w范围内、最优选在80-95％w/w范围内的木质素。
[0198]
在一个实施方式中，富含木质素的产物包含45-85w/w％的木质素，例如50-80w/
w％的木质素，例如在55-75w/w％范围内、例如在60-70w/w％范围内、优选在55-65w/w％范围内的木质素，更优选60w/w％的木质素。在本上下文中，木质素含量是使用第ii部分中描述的方法测量的。
[0199]
iii.iv蜡产物
[0200]
在本发明的第四个方面，提供一种蜡产物，其包含长链游离脂肪酸、长链脂肪醇、长链脂肪醛、烷烃、β二酮、脂肪酸与醇、甾醇的长链单酯的掺合物。所述蜡产物显示软化(“滴落”)点在50-65℃之间，并且在高于70℃下完全熔化并成液体。
[0201]
iv.通过本发明可获得的产物的潜在用途
[0202]
本发明的产物包括纤维素、半纤维素、木质素和潜在的蜡；它们各自具有许多潜在用途。
[0203]
iv.i纤维素产物的用途
[0204]
在一个方面，本发明提供一种没有或很少污染的高质量纤维素浆粕产物。
[0205]
在一个实施方式中，本发明提供一种用于生产纤维素纤维产物的传统木浆方法的替代方案。本发明的纤维素浆粕纤维产物可用于浆粕模塑材料，例如选自由蛋盒、水果和其它食品的包装、电器“白色家电”的包装组成的组中的包装材料；或用于一次性医疗产品(例如医院使用的呕吐盘和一次性尿瓶)、一次性便盆；或也用于其它需要纤维素纤维的纸类型产品。纤维素纤维产物的纤维长度可决定其最佳用途，例如，较长的纤维优选用于可弯曲的蛋盒，而其它不可弯曲的包装材料则不太关心纤维长度。本发明获得的纤维素纤维产物的纯度对应用于其它产品例如建筑材料、玩具、美容品、营养品等有用。
[0206]
本发明的纤维素浆粕纤维产物可直接使用，例如模制成选定的产品；或者所述纤维素纤维产物可以与其它组分混合。在一个实施方式中，其中纤维素浆粕产物的纤维素纤维的长度加权平均纤维长度lc(l)》0.6mm，例如》0.65、优选》0.7mm，纤维素浆粕纤维产物与传统木浆混合，其中本发明提供的纤维产物占最终混合产物中纤维素总量的至少10、20、25、30或40％，或甚至45％。
[0207]
在一个进一步的实施方式中，纤维素浆粕纤维可以是用于制造新闻纸的传统木浆的有利替代品，因为木材中最初存在的木质素含量造成新闻纸随时间变黄，因此在可以制造高质量漂白纸之前必须从浆粕中去除木质素。
[0208]
iv.ii半纤维素产物的用途
[0209]
在第二个方面，本发明提供了一种半纤维素产物，其包含糖单体以及短的和较长的寡糖，以及甚至可能一些剩余的较大的半纤维素聚合物化合物。在一个实施方式中，源自于半纤维素的单体可以被微生物发酵成燃料或其它感兴趣的产品。一些微生物天然代谢木糖和/或阿拉伯糖，而其它微生物经过基因修饰以利用这样的糖作为底物，将从木糖和/或阿拉伯糖开始的潜在微生物衍生产物添加到该清单上。在一个优选的实施方式中，半纤维素和/或寡糖被视为高价值产物，可用作食品和/或饲料添加剂，例如益生元饲料组分。寡糖可用于调节肠道菌群，影响不同的胃肠道活动和脂质代谢，增强免疫力，和/或降低糖尿病、肥胖和心血管风险。在另一个优选的实施方式中，多糖可用作水胶体增稠剂、粘合剂组分、或者也可类似于寡糖用作食品和/或饲料添加剂。
[0210]
iv.iii木质素产物的用途
[0211]
在第三个方面，本发明提供了一种具有许多潜在用途的木质素产物。在一个优选
的实施方式中，它可用于替代柏油中的沥青，沥青传统上以粘性、黑色和高度粘稠的液体或半固体的石油形式得到。这是一个潜在的巨大市场，其中柏油的主要用途(70％)是在道路建设中作为胶或粘合剂与集料颗粒混合以制造柏油混凝土。它的其他主要用途是含沥青的防水产品，包括生产屋面毡和用于密封平屋顶。在另一个实施方式中，高质量的木质素产物存在成为化学工业未来可再生芳烃资源的潜力，例如酚类化合物例如酚醛和酚酸的来源。在又一个实施方式中，所述木质素产物可被视为抗氧化剂或用于生产抗氧化剂化合物的原料。在又一个实施方式中，所述木质素产物可被视为燃烧产品，例如用于大型船舶的海上柴油机。在一个优选的实施方式中，木质素可用作粘合剂。更具体地说，木质素的酚类性质使其易于在pf(苯酚甲醛)树脂中用木质素衍生物代替苯酚，以配制适合于例如胶合板、碎木板和其它类似种类的复合材料的木材复合粘合剂，替代目前基于来自化石燃料的石化、不可再生材料的合成pf树脂。由于木质素的化学结构限制了其反应性，可引入诸如羟甲基化(羟基甲基化)、酚化、去甲基化和还原之类的修饰以获得更好的粘合剂产品。然而，与源自于例如木浆的木质素相比，源自于温和加工(例如本发明的方法)的木质素较少“失活”，从而可能更有用和更具反应性。
[0212]
iv.iv蜡产物的用途
[0213]
在第四个方面，本发明提供了一种高价值的植物蜡产物。在一个实施方式中，所述蜡产物可用作来自石化行业的蜡的天然和“绿色”替代品。在一个进一步优选的实施方式中，所述蜡产物可以在许多用途中取代矿物油基蜡、或其它天然蜡如蜂蜡、巴西棕榈蜡等，所述用途包括美容品、医用添加剂、润滑剂、抛光剂、表面涂料、墨水、油漆、服装等等，甚至用于蜡烛灯。
[0214]
实施例
[0215]
实施例1：提供脱蜡材料
[0216]
小麦秸秆如下进行干式机械处理：首先，将秸秆锤磨并用8mm筛分级。通过筛子的级分然后在灰尘分离器中加工以去除细粒材料(15-20％的秸秆质量作为细粒材料被去除)。去除细粒后产生的较长级分然后通过温和的盘式研磨(盘式磨机中的板间隙为1mm)进一步清除灰尘，并使用0.3mm筛进一步去除大约5％的灰尘级分。较长的级分现在主要是长度为2-3mm的秸秆碎片。
[0217]
将该较长的级分悬浮在带夹套的钢罐中的55℃水中，载荷为85千克碎秸秆(相当于大约75千克秸秆干物质)/1400升水。使用磷酸将所生成的浆液的ph调节至5.3，温度维持在约55℃。使用myers型分散混合器搅拌浆液，以确保良好的分散。添加200ml富含蛋白酶的制剂(promod 24l，biocatalysts ltd，uk)和100ml富含果胶酶的制剂(pectinase 974l，biocatalysts ltd，uk)破坏秸秆角质并帮助释放蜡成分。浆液通过具有宽磨机(》2mm)头间隙的fryma型湿磨机(装有有齿胶体磨头)循环，这意味着磨机充当有效的泵混合器，而不是真正的研磨机，有助于确保酶进入秸秆角质层表面。在酶处理期间进行湿磨和搅拌，同时维持上述ph和温度情况。1小时后，将浆液温度升至80℃，以确保所有蜡质组分均处于熔融状态；并将所述混合物再搅拌10分钟。然后使用geaucd 2015两相倾析器，以每小时1800升浆液的进料速度，以5500rpm的桶速度，通过倾析器离心将不溶性纤维级分与主体加工液体分离。该产物被称为脱蜡材料。
[0218]
实施例2：纤维素纤维的产生
[0219]
本发明的一个目的是控制本发明的纤维素产物的纤维长度。从下面的实施例明显看出，据鉴定，精炼程度显著影响纤维素纤维的长度，该影响不仅是精炼的持续时间，而且是在精炼作为将木质纤维素生物质加工成纤维素纤维产物的多个步骤的一部分进行时。不同的测试条件在下面指定，而不同样品所生成的纤维长度在第2.8部分的表1中报告。
[0220]
2.1在酶促处理和漂白阶段期间的精炼(湿磨机)
[0221]
样品1如以下步骤所述制备：
[0222]
1.如实施例1中所述提供脱蜡秸秆。
[0223]
2.在装有机械搅拌器的带夹套储罐中，将60kg脱蜡秸秆以20:1(水比秸秆)的比率悬浮在水中。使温度达到55℃，并使用磷酸将ph调节至5.3。添加300g富含木聚糖酶的酶制剂(depol 333p，biocatalysts ltd，uk)和100ml富含阿魏酸酯酶的酶制剂(depol 740l，biocatalysts ltd，uk)。酶促水解在机械搅拌下进行2小时，同时维持上述ph和温度情况。秸秆在酶促水解期间通过fryma型磨机、有齿胶体磨机、湿磨机循环进行连续精炼，机头间隙设置为1.5mm。
[0224]
3.通过添加naoh将ph升高至10.5以及将温度升高至80℃来终止水解。继续搅拌另外15分钟。
[0225]
4.使用gea ucd 205两相倾析器，以5500rpm的速度每小时运行1800升浆液，通过倾析器离心将不溶性纤维与水性液相分离。为潜在的下游加工去除水性液相以回收半纤维素和木质素。回收剩余的含纤维固体，干物质含量为23％干物质。
[0226]
5.将含纤维固体重新悬浮在夹套储罐内的水(20:1)中，将ph调节至10.5(使用naoh)并将温度升高至80℃，同时进行机械搅拌。添加过氧化氢(h2o2，在水中30％，vwr，丹麦)开始漂白。
[0227]
6.将纤维材料在搅拌下同时进行漂白和精炼180分钟(t1＝0分钟，t2＝180分钟)，维持温度和ph值，根据需要添加h2o2。最初每40kg纤维质量载荷添加5升30％h2o2。在漂白期间总共添加了10升h2o2。在漂白期间，观察到ph下降，因此通过定期添加naoh(碱)将ph调回10.5。秸秆在漂白期间通过fryma型磨机、有齿胶体磨机、湿磨机循环，通过湿式研磨进行精炼，机头间隙设置为1-1.5mm。
[0228]
7.180分钟后，通过添加正磷酸将漂白的含纤维浆液的ph迅速调低至ph7.5。
[0229]
8.然后通过使用gea ucd 205两相倾析器，以5500rpm的速度每小时运行1800升浆液，进行离心倾析，将漂白的纤维素纤维与主体水性漂白液分离。
[0230]
样品2：脱蜡秸秆按上文对样品1所述的方法进行处理，不同之处在于同时的漂白和精制(步骤6)进行120分钟(t1＝0分钟，t2＝120分钟)。
[0231]
2.2仅在漂白阶段精炼(湿磨)
[0232]
样品3：脱蜡秸秆按上文对样品1所述的方法进行处理，不同之处在于在酶促处理(步骤2)期间不进行湿磨机精炼。在2小时的酶促处理期间，混合物只是搅拌，没有通过湿磨机加工。
[0233]
2.3在漂白阶段期间仅精炼(湿磨机)短“关键”时段
[0234]
样品4a：脱蜡秸秆按上文对样品3所述的方法进行处理，不同之处在于在漂白阶段(步骤6)中的湿磨机精炼并非在整个漂白中一直进行，而是仅在漂白期间进行了短的关键时段。更具体地说，在漂白95分钟(t1＝95分钟)(时间从步骤5中首次添加漂白剂h2o2的时
间起计算)后，通过湿磨机理混合物开始精炼，更具体地说，将纤维浆液通过fryma型磨机、有齿胶体磨机、湿磨机循环开始精炼，机头间隙设置为1-1.5mm。湿磨精炼进行20分钟(t2＝20分钟)，在此时间期间，总储罐容积通过精炼机至少一次。此外，20分钟后，继续再搅拌和漂白45分钟(t3＝45分钟)。然后通过添加正磷酸将漂白的含纤维浆液的ph迅速调低至7.5，然后分离和洗涤纤维(如步骤7及以后所述)。应用于样品4a的工艺步骤如图2所示。
[0235]
样品4b：同样品4a，只是t1＝80分钟。
[0236]
样品4c：同样品4a，只是t1＝70分钟。
[0237]
样品5a：脱蜡秸秆按上文对样品4a所述的方法进行处理，不同之处在于在湿磨机精炼20分钟(t2＝20分钟)后(总漂白时间为115分钟)，立即使用磷酸将浆液的ph降至7.5(t3＝0分钟)，并使用gea ucd 205两相倾析器通过倾析分离纤维。随后对分离纤维的平均纤维长度的监测指示非最佳值。
[0238]
样品5b：将样品5a的纤维在80c下重新悬浮在400升水中，将ph再次升至10.5(使用naoh)，并再向储罐添加2l的h2o2。在这些条件下将混合物另外机械搅拌45分钟(t3＝45分钟)，此时间后使用磷酸将ph降至7.5(总漂白时间为160分钟)，并通过离心倾析再次将纤维与水溶液分离。
[0239]
样品6a和6b：脱蜡秸秆按上文对样品4a所述的方法进行处理，不同之处在于湿磨精炼20分钟(t2＝20分钟)后，将样品分流，样品6a继续漂白45分钟(t3＝45分钟)，而样品6b继续漂白120分钟(t3＝120分钟)。
[0240]
2.4在酶促处理期间精炼(湿磨机)和在漂白阶段期间精炼短的“关键”时段
[0241]
样品7：脱蜡秸秆按上文对样品1所述的方法进行处理，不同之处在于漂白阶段(步骤6)的湿磨机精炼没有在整个漂白期间一直进行，而是如样品4a中所述，仅在漂白期间进行了短的关键时段，而且t1＝115分钟，t2＝20分钟(1程)，t3＝45分钟。
[0242]
2.5酶促处理和漂白阶段期间的精炼(盘式常压精炼机)
[0243]
样品8(方法与wo2018/086672a1相当)的制备类似于样品1，不同之处在于采用中试规模的盘式常压精炼机代替湿磨机精炼。进行了以下步骤：
[0244]
1.如实施例1中所述提供脱蜡秸秆。
[0245]
2.在装有机械搅拌器的120l带夹套储罐中，将4.5kg脱蜡秸秆以20:1(水比秸秆)的比率悬浮在水中。使温度达到55℃，并使用磷酸将ph调节至5.3。富含木聚糖酶的酶制剂(depol 333p，来自biocatalysts ltd，uk)和富含阿魏酸酯酶的酶制剂(depol 740l，来自biocatalysts ltd，uk)以20g/5kg脱蜡秸秆进料的剂量添加。酶促水解在机械搅拌下进行2小时，同时维持上述ph和温度情况。秸秆在酶促水解期间通过sprout waldron 105-a型中试单转盘常压精炼机精炼3次，板间隙设置为千分之15英寸。
[0246]
3.通过添加naoh将ph升高至10.5以及将温度升高至80℃来终止水解。继续搅拌另外10分钟。
[0247]
4.使用gea ucd 205两相倾析器，通过倾析器离心将不溶性纤维与水性液相分离。水性液相在这个特定的试运行中被除去并丢弃。回收剩余的含纤维固体，干物质含量为23％干物质。
[0248]
5.将含纤维固体重新悬浮在夹套罐内的水(20:1/5％稠度)中，将ph调节至10.5(使用naoh)并将温度升高至80℃，同时进行机械搅拌。添加过氧化氢(h2o2)开始漂白。
[0249]
6.6.将纤维材料在搅拌下漂白180分钟(t1＝0分钟，t2＝180分钟)，维持温度和ph值，根据需要添加h2o2。最初每4kg纤维质量载荷添加0.5升的30％h2o2。在漂白期间总共添加1.1升h2o2。在漂白期间，观察到ph下降，因此通过定期添加naoh(碱)将ph调回10.5。在漂白期间通过使用以36分钟间隔4程通过sprout waldron 105-a型中试单转盘常压精炼机，将秸秆精炼4次，所述精炼机使用12英寸板，板间隙设置为千分之15英寸。
[0250]
7.180分钟后，通过添加正磷酸将漂白的含纤维浆液的ph迅速调低至ph7.5(t3＝0分钟)。
[0251]
8.然后通过使用gea ucd 205两相倾析器进行离心倾析，将漂白的纤维素纤维与主体水性漂白液分离。
[0252]
9.漂白的纤维最后用淡水漂洗，然后在100微米网筛上手动“挤干”。
[0253]
2.6在漂白阶段期间精炼(盘式精炼机)仅进行短的“关键”时段
[0254]
样品9的制备类似于样品4a，不同之处在于使用中试规模的盘式常压精炼机代替湿磨机精炼。进行了以下步骤：
[0255]
1.如实施例1中所述提供脱蜡秸秆。
[0256]
2.将脱蜡的秸秆与样品4a一样进行酶促处理(木聚糖酶和阿魏酸酯酶处理，随后通过ph升高终止水解；然后通过倾析器离心将不溶性纤维与液体分离)。
[0257]
3.然后将3.6kg含纤维固体(基于干物质)重新悬浮在配有机械搅拌器的120l带夹套温控储罐中，使其在80℃温度下稠度为约4％，并将ph调至10.5(通过添加naoh)。
[0258]
4.通过添加500ml的30％h2o2开始漂白，材料仅在该储罐中机械搅拌95分钟的时间(t1＝95分钟)，在该t1时段期间再以0.1l的等份添加0.5l 30％h2o2。ph通过定期添加naoh维持在10.5。
[0259]
5.在95分钟时，将该浆液/悬浮液单次(t2＝1程)通过sprout waldron 105-a型中试单转盘常压精炼机，所述精炼机使用12英寸板，板间隙设置为千分之15英寸(约350-400微米)。
[0260]
6.精制的材料然后返回储罐中，在80℃和ph 10.5下再搅拌40分钟(t3＝40分钟)，此时间后将ph迅速降至7.5(使用磷酸)。
[0261]
7.然后通过使用gea ucd 205两相倾析器进行离心倾析，将漂白的不溶性纤维素纤维与主体水性漂白液分离。
[0262]
2.7来自未脱蜡秸秆的纤维素纤维
[0263]
样品10：未脱蜡的秸秆按上文对样品4a的描述进行处理-即将60kg锤磨的秸秆(未事先脱蜡)悬浮在水中，并按照对样品4a的描述进行以下工艺步骤。样品10的最终长度加权平均纤维长度，lc(l)，为0.404mm。
[0264]
2.8来自常规碱性制浆和漂白的纤维素纤维
[0265]
样品11：如下对小麦秸秆(未脱蜡)进行常规制浆和漂白：将秸秆锤磨。将锤磨过的秸秆以4％的稠度(基于干物质)引入水中，向其中添加3m naoh至ph 13(3升总制浆液中120g纤维)。将该浆液在100℃搅拌90分钟。排出多余的液体，留下12％干物质的湿纤维团。然后将纤维团添加到80℃的2升碱性(ph 10.5)水中，并通过添加过氧化氢(35％水溶液)并搅拌90分钟进行漂白，通过逐步定量加入3m naoh溶液维持ph。然后通过实验室湿磨机一次，然后再进一步搅拌漂白45分钟。通过添加磷酸将ph迅速降至7.5。使用valmet纤维分析
仪测量纤维长度。长度加权平均纤维长度lc(l)为0.422mm。
[0266]
样品12：常规制浆和漂白如对样品11所述进行，但在如实施例1所述提供的脱蜡秸秆上进行。所得的长度加权平均纤维长度lc(l)为0.501mm。
[0267]
2.8结果：纤维长度
[0268]
通过使用纤维长度的“lc(l)”和“lc(w)”参数来监测纤维加工，更具体地说，这两个参数分别是浆粕样品内长度加权和重量加权的平均纤维长度(使用标准纤维分析仪仪器valmet，基于图像分析测量和确定，如第ii部分中所述)。不同样品1-10的纤维长度示于表1。
[0269]
表1纤维数据
[0270]
[0271][0272]
*半纤维素酶预处理期间的湿式机械处理
[0273]
本发明的一个目的是提供长纤维，例如优选地至少lc(l)0.65mm的纤维，因为这种长纤维特别适合于制造需要可弯曲(例如打开/关闭标准蛋盒)的蛋托或其它包装材料。
[0274]
湿磨机精炼原本是在脱蜡秸秆的半纤维素酶处理期间以及在整个漂白过程中进行的(样品1和2)。然而，在整个酶促阶段和漂白阶段进行湿磨机精炼的情况下，纤维产物的lc(l)值通常仅为约0.4mm(见表1)。如果将湿磨机精炼仅限于漂白阶段(样品3)，则纤维长度lc(l)增加到大约0.5mm(见表1)。然而，如果湿磨机精炼仅在漂白的关键阶段进行有限的时间(样品4)，则常规达到至少0.6mm、最高0.8mm的lc(l)值(见表1)。
[0275]
精炼前的一个漂白时段(t1)对获得长纤维有益。如果t1小于60分钟(数据未显示)，所生成的纤维(t2＝一程，t3＝95分钟)太粗而无法在自动纤维分析仪中测量。同时，对于t1＝60-95分钟，纤维长度随着t1的增加而增加(样品4a、4b和4c)。
[0276]
进一步证明在有限时间的湿磨机精炼步骤后继续搅拌漂白“成熟时段”(t3)有益于获得长纤维(样品5a和5b)，而过长的持续漂白被发现对于提供长纤维是不利的(样品6a和6b)。进一步表明，如果在半纤维素酶处理期间也进行精炼，则在漂白期间的关键阶段进行精炼可获得的长纤维(样品4a、5b、6a)不会产生(样品7)。
[0277]
证明了为本方法提供脱蜡秸秆的惊人重要性(与使用未脱蜡秸秆相比)。通过本发明的方法步骤处理未脱蜡的秸秆得到仅约0.4mm的lc(l)值(样品10)。
[0278]
还证明了通过中试规模的盘式精炼可以从脱蜡秸秆中产生长纤维。与湿磨机精炼结果类似，表明当使用中试规模的盘式精炼时，在漂白期间仅进行短时间精炼(1程)是至关重要的(样品9)。同时，与在漂白期间仅进行短关键时段的精炼(样品9)相比，在酶促处理和漂白步骤期间进行精炼(样品8)严重降低了lc(l)值。
[0279]
基于这些结果，推测将秸秆纤维“束”精炼为最终的纤维”至关重要的是，在该阶段，纤维束不是脆的，而是柔韧的并且不含结壳木质素，例如在漂白阶段期间的设定时间(t1)之后。在这一点上，在漂白过程中的这个关键点，进行有限的精炼过程(t2)对获得期望的更长的漂白秸秆纤维是有利的，所述有限的精炼过程相当于纤维单次或最多两次通过精炼机盘或湿磨头。
[0280]
2.9结果：纤维素纤维产物的组成
[0281]
如第ii部分所述，分析样品4的组成以确定纤维素、木质素和半纤维素含量。得到以下值，表2：
[0282]
表2.组成分析
[0283][0284]
*其它包括蛋白质、果胶多糖、糖、酚类、亲水性提取物和灰分。
[0285]
实施例3：纤维素纤维手抄纸：耐折度
[0286]
将纤维素纤维产物(实施例2中产生的)制成标准手抄纸：在手抄纸成型机中使用60g选定的测试纸浆生产标准手抄纸。耐折度使用schopper型耐折度型试验机确定：从手抄纸上切下的1.5厘米宽的纸条置于0.5公斤的张力下，并使用该测试机经指定半径135
″
向右折叠和135
″
向左折叠。导致断裂所需的折叠次数在表3中报告，称为“耐折度”。
[0287]
与较短的纤维相比，较长的纤维(lc(l)平均值》0.7mm)清楚地显示出更高的耐折度。这样改善的耐折度在例如可弯曲包装材料、例如一体式制成的带盖蛋盒中是优势。
[0288]
表3.耐折度
[0289]
样品12345b8断裂时的平均折叠次数51521455514
[0290]
本发明的实施方式
[0291]
1.一种从木质纤维素生物质中离析和制备期望长度的纤维素纤维的方法，所述方法包括以下步骤：
[0292]
(i)提供在水性悬浮液中的脱蜡木质纤维素材料，
[0293]
(ii)将步骤(i)中的溶液调节ph至碱性条件并提高其温度以溶解水相中的半纤维素和木质素组分，
[0294]
(iii)将在步骤(ii)中得到的材料分离成固体纤维素纤维级分和包含半纤维素和木质素组分的液体级分，
[0295]
(iv)将步骤(iii)中得到的所述纤维素纤维级分悬浮于水性液体中，调节温度至65-95℃和ph至9-11.5，添加漂白剂，使所述纤维素纤维级分保持悬浮达时间t1，
[0296]
(v)对步骤(iv)中时间t1后得到的漂白的材料进行湿式机械处理达时间t2的持续时间，
[0297]
(vi)通过将步骤(v)中得到的材料分离成漂白的精炼固体纤维素纤维级分和水性漂白液级分，得到纤维素纤维产物，和
[0298]
(vii)任选在水性液体中洗涤所述漂白的精炼纤维素纤维级分，
[0299]
其中所述脱蜡木质纤维素材料是通过对所述木质纤维素生物质进行包括干式机械处理和酶促处理的预处理而获得的，并且
[0300]
其中基于纤维长度与t1和t2之间的相关性，选择t1和t2以获得期望长度的纤维素纤维。
[0301]
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法在步骤(v)之后、步骤(vi)之前包括附加
步骤(v’)，其中所述附加步骤(v’)包括：
[0302]
(v’)在不进行湿式机械处理下，在温度65-95℃和ph 9-11.5下继续漂白时间t3的持续时间，其中t3基于纤维长度与t1、t2和t3之间的相关性进行选择。