从糖类制备HMF和HMF衍生物同时回收适合于直接发酵为乙醇的未反应糖类的方法.pdf

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1、10申请公布号CN104053649A43申请公布日20140917CN104053649A21申请号201280066380822申请日2012112861/584,90020120110USC07D307/48200601C12P7/06200601C12P7/5620060171申请人阿彻丹尼尔斯米德兰德公司地址美国伊利诺斯州72发明人亚历山德拉桑伯恩TP宾德埃普丽尔霍法特74专利代理机构北京安信方达知识产权代理有限公司11262代理人高瑜郑霞54发明名称从糖类制备HMF和HMF衍生物同时回收适合于直接发酵为乙醇的未反应糖类的方法57摘要羟甲基糠醛是从一种水性己糖糖溶液、特别地一种高果糖。

2、玉米糖浆产品制成的。通过将该糖溶液快速加热至所涉及的高温并且将所得到的产物混合物快速冷却，获得了一个至HMF的有限单程转化率；相应地，然而，形成的HMF在酸性、高温条件中的总暴露也是有限的，使得减少副产物。简化了这些产物的分离和回收，并且在该残余糖类产物中的已知抑制通过发酵来生产乙醇的HMF和其他己糖脱水产物的水平被减少，至由此该残余糖类产物适合于直接被发酵为乙醇或用于其他用途的程度。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014070886PCT国际申请的申请数据PCT/US2012/0667082012112887PCT国际申请的公布数据WO2013/106136EN2013071。

3、851INTCL权利要求书2页说明书18页附图8页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书18页附图8页10申请公布号CN104053649ACN104053649A1/2页21一种用于从水性溶液制备羟甲基糠醛的方法，该水性溶液包括一种或多种己糖，该方法包括使该水性己糖溶液经受酸催化脱水以产生一种产品混合物，该产物混合物包括羟甲基糠醛和残余未转化糖类，然后将该产物混合物分离成一个羟甲基糠醛产物和一个残余糖类产物，该残余糖类产物充分脱除了乙醇发酵抑制剂而适合直接用作生产乙醇的发酵过程的一种原料。2一种如权利要求1所述的方法，进一步包括直接在乙醇发酵中、在生产赖氨酸的发。

4、酵中、在生产乳酸的发酵中、或作为制备糖醇的方法中的一种原料使用残余糖类产物。3一种如权利要求1所述的方法，进一步包括将该残余糖类产物的至少一部分再循环以制备另外的羟甲基糠醛。4一种如权利要求1所述的方法，其中，该水性己糖溶液包括葡萄糖和果糖两者。5一种如权利要求4所述的方法，其中，该葡萄糖和果糖以与在一种HFCS42玉米糖浆产品中、或一种HFCS55玉米糖浆产品中、或一种HFCS90玉米糖浆产品中相同的比例存在于该水性己糖溶液中。6一种如权利要求1所述的方法，其中，将该水性己糖溶液添加到一个反应器中，该反应器包含一种酸催化剂并且已经被实质上预加热至进行该酸催化脱水步骤的温度。7一种如权利要求6。

5、所述的方法，其中，该反应温度是从175至205。8一种如权利要求1所述的方法，其中，将加压蒸汽注入一个反应器中，该反应器包括该水性己糖溶液并且直接加热该水性己糖溶液至从175至205的温度。9一种如权利要求68中任一项所述的方法，其中，将该产物混合物在不大于5分钟内快速冷却至50以及更低。10一种如权利要求68中任一项所述的方法，其中，将该水性己糖溶液在小于15分钟内从环境温度加热至该反应温度。11一种如权利要求1所述的方法，其中，该脱水产生一种产物混合物，该产物混合物具有从10至55摩尔产率的羟甲基糠醛、从30至80摩尔产率的残余糖类和不大于10摩尔产率的其他产物。12一种如权利要求11所述。

6、的方法，其中，该产物混合物包含从20至55摩尔产率的羟甲基糠醛、从40至70摩尔产率的残余糖类、以及不大于5摩尔产率的其他产物。13一种如权利要求1所述的方法，其中，该产物混合物包含从40至55摩尔产率的羟甲基糠醛、从25至40摩尔产率的残余糖类、以及不大于5摩尔产率的其他产物。14一种如权利要求1所述的方法，其中，将该产物混合物进行分离包括用乙酸乙酯进行一次或多次萃取以去除羟甲基糠醛和来自该产物混合物的其他脱水产物。15一种如权利要求1所述的方法，其中，该产物混合物中的羟甲基糠醛、残余糖类和乙酰丙酸的摩尔产率百分比的总和超过70。16一种如权利要求1所述的方法，其中，该产物混合物中的羟甲基糠。

7、醛、残余糖类和乙酰丙酸的摩尔产率百分比的总和超过80。17一种如权利要求1所述的方法，其中，该产物混合物中的羟甲基糠醛、残余糖类和乙酰丙酸的摩尔产率百分比的总和超过90。18一种用于从水性溶液制备羟甲基糠醛醚的方法，该水性溶液包括一种或多种己糖，该方法包括使该水性己糖溶液在一种醇的存在下经受酸催化脱水以产生一种产品混合物，权利要求书CN104053649A2/2页3该产物混合物包括羟甲基糠醛醚和残余未转化糖类，然后将该产物混合物分离成一个羟甲基糠醛醚产物和一个残余糖类产物，该残余糖类产物充分脱除了乙醇发酵抑制剂而适合直接用作生产乙醇的发酵过程的一种原料。权利要求书CN104053649A1/1。

8、8页4从糖类制备HMF和HMF衍生物同时回收适合于直接发酵为乙醇的未反应糖类的方法0001本发明涉及用于从糖类，并且特别地但不限于，从己糖碳水化合物如葡萄糖和果糖，制备羟甲基糠醛和其衍生物的方法。0002在果糖的酸催化脱水中的一种主要产物是2羟甲基5糠醛，也被称为羟甲基糠醛HMF。HMF的结构在以下示出0003HMF表示从可再生资源像碳水化合物容易获得的一种关键的中间物质，并且已经提出HMF和HMF的某些衍生物如HMF的酯和醚衍生物作为形成各种呋喃单体的基于生物的原料，这些呋喃单体用于制备非石油衍生的聚合物材料。尽管不受理论约束，但通常相信果糖经由一个非循环途径转化为HMF，尽管也存在经由循环。

9、的呋喃果糖中间途径转化为HMF的证据。不管HMF形成的机理，众所周知在该反应过程中形成的中间物质可能进而经受另外的反应如缩合、再水合、复原和其他重排，导致过多的不想要的副产物。0004以下是果糖转化为HMF的一个建议途径说明书CN104053649A2/18页50005如提及的，HMF和其相关的2,5二取代呋喃类衍生物已被认为对用于来自再生资源的中间化学品领域中具有很大的潜力。更具体地，由于它的不同的功能性，已建议将HMF用于生产宽范围的产品例如聚合物、溶剂、表面活性剂、药物、和植物保护剂，并且已报道HMF具有抗菌和防腐蚀特性。HMF在多种多样的化合物如糠基二醇、二醛、酯、醚、卤化物以及羧酸的。

10、合成中作为一种起始材料或中间物也是一种关键的组分。0006此外，HMF已经被认为作为化石燃料的一种可持续替代物对于发展生物燃料、衍生自生物质的燃料是有用的。另外地，HMF已经被评估为镰状细胞贫血的一种治疗方法。简而言之，HMF是一种重要的化合物，并且一种大规模生产HMF而无显著量的杂质、副产物和剩余起始材料的合成方法已被寻求了将近一个世纪。0007不幸地，尽管长期以来已知HMF可以从容易获得的己糖碳水化合物，例如通过脱水方法来制备，尚未找到一种提供具有良好选择性和高产率的HMF的方法。复杂的情况由说明书CN104053649A3/18页6HMF的再水合引起，这种情况产生副产物，如乙酰丙酸和甲酸。

11、。另一种不想要的副反应包括HMF和/或果糖的聚合，产生作为固体废物的腐黑物聚合物。其他复杂的情况可能作为溶剂选择的结果而产生。水容易处置并溶解果糖，但不幸地，在水性条件下低选择性以及增加的聚合物和腐黑物的形成增加。0008农业原料如淀粉、纤维素、蔗糖或菊糖是用于制造己糖如葡萄糖和果糖的廉价的起始材料。如以上所示出的，这些己糖可以进而被转化为HMF。糖类脱水产生HMF是众所周知的。HMF最初是在1895年由DULL从果糖CHEMZTG,19,216并且由KIERMAYER从蔗糖CHEMZTG,19,1003制成的。然而，这些最初合成不是切实可行的生产HMF的方法，由于起始材料到产物的转化率低。0。

12、009制备HMF的常用催化剂包括便宜的无机酸如H2SO4、H3PO4、和HCL。这些酸催化剂以溶液来使用并且难以再生。为了避免再生和处置问题，已经使用了固体磺酸催化剂。不幸地，固体酸性树脂的有用性是有限的，因为在这些树脂的表面上形成去活化的腐黑物聚合物。0010HMF的纯化也已经被证明是一种麻烦的操作。在长时间暴露于可以将所希望的产物蒸馏的温度时，HMF和与该合成混合物相关的杂质倾向于形成焦油降解产物。因为这种热不稳定性，必须使用降膜真空蒸馏器。即使在此类装置中，树脂固体在加热表面上形成，导致转子停转和频繁的停工时间，这使得该操作无效率。现有工作已经进行了蒸馏并且添加一种非挥发性溶剂像PEG6。

13、00以防止固体腐黑物聚合物的累积COPE，美国专利号2,917,520。不幸地，使用聚乙二醇导致形成HMFPEG醚。0011这些现有技术方法也未能提供可以经济地进行的一种生产HMF的方法。例如，BESEMER等人，荷兰应用科学研究组织营养食品研究NETHERLANDSORGANAPPLSCIRESNUTRFOODRES，描述了HMF酯类的酶促合成。该方法需要使用昂贵的酶并因此不能提供经济上可行的合成HMF酯类的途径。0012GARBER等人，加拿大专利654240，描述了使用过量的酸酐和吡啶溶剂从HMF合成2,5四氢呋喃二甲醇单酯。使用二乙醚中的雷尼RANEYNI催化剂进行还原反应。然而，该参。

14、考文献未披露从果糖或使用羧酸来合成HMF酯类。此外，去除雷尼NI催化剂是危险的并且处理该催化剂的成本可能造成负担。0013在SANBORN等人的WO2009/076627中，提供从一种碳水化合物源通过使该碳水化合物源与一种固相催化剂接触的一种生产基本上纯的HMF和HMF酯类的方法；“基本上纯的”被定义为指代约70或更大、任选地约80或更大、或约90或更大的HMF纯度。0014一种从一种碳水化合物源和涉及的有机酸生产HMF酯类的方法，在一个实施例中，在一个柱中将一种碳水化合物起始材料与一种溶剂加热，并且连续地使该加热的碳水化合物和溶剂在一种有机酸的存在下流动通过一种固相催化剂以形成一种HMF酯。。

15、将该溶剂通过旋转蒸发去除以提供一种基本上纯的HMF酯。在另一个实施例中，将一种碳水化合物与该有机酸和在溶液中的一种固体催化剂加热以形成一种HMF酯。然后，所得到的HMF酯可以通过过滤、蒸发、萃取和蒸馏或它们的任何组合进行纯化。0015在DIGNAN等人的WO2009/012445中，提出以下方法来制备HMF通过将一种果糖的水性溶液和无机酸催化剂与一种同水不可混溶的有机溶剂进行混合或搅拌以形成一种水相和有机相的乳液，然后在一个流通反应器中在升高的压力下加热该乳液并且允许该说明书CN104053649A4/18页7水相和有机相进行相分离。HMF以约相等的量存在于该水相和有机相中，并且从两者中被去除。

16、，例如从该有机相中通过真空蒸发和真空蒸馏并且通过使该水相通过一种离子交换树脂。残余的果糖与该水相留在一起。对于该初始水相提供了高果糖水平，以便使用关于反应的果糖的量而言相对更小量的溶剂。0016以下呈现了本发明简要概述，以便提供其一些方面的基本理解。这个概述不是本发明的广泛综述并且既不旨在鉴别本发明的关键或决定性的元素也不描绘其范围。这个概述的唯一目的是以一种简化形式呈现本发明的一些概念作为随后将呈现的更详细说明的序言。0017出于这种考虑，本发明在一个方面中涉及一种从水性己糖糖溶液制备HMF的方法，其中使该水性己糖糖溶液经受酸催化脱水以产生一种HMF和未转化糖类的混合物，然后将该HMF和糖类。

17、通过吸附、溶剂萃取或这些的组合进行分离，并且将这些糖类在适合直接供应至生产乙醇的发酵过程“准备好发酵的糖类”的形式和条件下进行回收尽管将理解出于本发明的目的，这些准备好发酵的糖类不需要应用到那种或可能考虑的任何其他具体可替代的用途中，例如，生产赖氨酸或乳酸的发酵中，用于制备乙酰丙酸例如，根据以下引用的一个共同未决、共同转让的美国专利申请，用于制备糖醇类和从其的衍生产品，用于通过再循环至本发明的方法中制备另外的HMF和/或HMF衍生物，等等。0018在另一个方面，HMF醚衍生物如SANBORN的WO2006/063220中总体上描述的可以通过相同的技术并且具有相同的益处，通过包括一种醇与该水性己。

18、糖溶液来制成。0019在根据任一方面的优选实施例中，该水性己糖溶液包括葡萄糖和果糖中的一者或两者更优选包括两者，以与商业高果糖玉米糖浆产品相关的共同比例，并且该酸催化脱水步骤通过以下来进行将该水性己糖溶液从环境温度快速加热至反应温度，以及在将这些准备好发酵的糖类产物与该HMF和/或HMF衍生产物分离之前快速加热该HMF和/或HMF衍生的未转化糖混合物。此外，当该水性己糖溶液已被引入一个反应器中与该HMF和/或HMF醚产物开始被冷却之间的时间是优选有限的。0020通过接受至HMF的有限单程转化率，从任何给定的水性己糖溶液形成的HMF在酸性、高温条件中的总暴露是有限的，并且优选产生很少至没有不想要。

19、的或不能用的要求废物处理的副产物如腐黑物。简化了这些产物的分离和回收，并且在该残余糖类产物中的已知抑制通过发酵来生产乙醇的HMF和其他己糖脱水产物的水平被减少至由此该残余糖类产物可以直接用于乙醇发酵如果希望的话的程度。我们已经进一步发现，如以下更详细描述的所进行的方法的特征可以为非常高的糖可计量性和高转化效率，具有明显的非常低的糖损失。0021图1是在一个优选的实施例中根据本发明的一种方法的示意性图示。0022图2描绘了按照根据本发明的一种方法的一个实例使用一种非官能化树脂用于分离和回收一种残余糖类产物的一个突破BREAKTHROUGH测试的结果。0023图3A和3B分别描绘了一个残余糖类流通。

20、过溶剂萃取的分离和回收的结果以及使用所讨论的溶剂的在水相和有机相之间的产物分布的明细。0024图4描绘了当在根据本发明的一种方法的一个实例中相同处理时的高果糖玉米糖浆产品HFCS42、HFCS55和HFCS90之间的产物分布差异。0025图5A和5B描绘了从处理具有不同浓度的、并且在两个不同反应时间下的三种说明书CN104053649A5/18页8HFCS90溶液产生的糖可计量性和产物产率。0026图6A和6B描绘了反应温度对分别在9与15的溶解固体之间且在10分钟和7分钟的反应时间下的一种单一HFCS90溶液的产物产率和选择性的影响。0027图7示出了用于以下实例7694的更大规模的反应器设。

21、置。0028根据本发明的一种方法的一个实施例10在图1中示意性示出。总体上，所使用的水性己糖溶液可以包括六碳糖己糖中的一种或多种。在具体实施例中，该水性己糖溶液可以包含更常见的己糖葡萄糖和果糖中的一者或两者并且在某些实施例中将包含葡萄糖和果糖两者。图1中示意性地示出的实施例10是基于一种包括葡萄糖和果糖两者的水性己糖溶液。0029在方法10中，将如可以来源于用酸或酶的淀粉水解或于纤维素材料水解的葡萄糖首先在步骤12中通过使用一种异构酶来酶促转化为一种葡萄糖和果糖的混合物，处于水性己糖糖溶液14的形式。用于从淀粉制备葡萄糖和用于将该葡萄糖的一部分转化为果糖的方法，例如，在制备高果糖玉米糖浆中是众。

22、所周知的。可替代地，当然，衍生自蔗糖或甜菜、而不是衍生自葡萄糖的异构化作用的果糖可以与葡萄糖以所希望的比例进行组合。在再另一个实施例中，可以使用葡萄糖的异构化加上共混入来自其他已知来源的果糖，以便提供葡萄糖和果糖的组合以形成一种水性己糖糖溶液用于另外的处理。方便地，水性己糖糖溶液14可以对应于一种当前的高果糖玉米糖浆产品，例如，HFCS42含有约42的果糖和约53的葡萄糖，HFCS90从HFCS42通过另外的纯化制备的，约90果糖和各自约5的葡萄糖和麦芽糖或HFCS55含有约55的果糖，常规地从共混HFCS42和HFCS90制备的，以便可以利用现有HFCS生产能力来制备HMF和衍生物产品以改进。

23、资产利用和改进资本回报，如HFCS需求和定价以及HMF和HMF衍生物需求和定价将表明的。0030然后，水性己糖糖溶液14经历步骤16中的酸脱水，以便提供一种HMF和未转化的糖类的混合物18。因为果糖比葡萄糖更加容易脱水，混合物18中的葡萄糖比例将高于己糖糖溶液14中的葡萄糖比例。混合物18中HMF和未转化的己糖糖类的相对量、和该未转化的糖类部分中的葡萄糖和果糖的相对量可以取决于其中进行酸脱水步骤16的方式以及取决于水性己糖糖溶液14的成分而变化。总体上，当然，在HMF生产在从这些未转化的、残余的糖类生产乙醇中是有利时，在给定相同酸脱水条件的情况下HFCS90将比HFCS55产生更多的HMF，并。

24、且HFCS55将产生比HFCS42更多由于果糖比葡萄糖更容易脱水为HMF。0031在某些实施例中，如以上所提及的，酸催化脱水步骤16通过以下步骤来进行将水性己糖糖溶液14从环境温度快速加热至所希望的脱水反应温度，并且然后在从将该准备好发酵的残余糖类产物从该HMF产物中分离之前将HMF/未转化的糖混合物18快速冷却。同样地，从引入糖溶液14直到HMF/未转化的糖混合物开始冷却的时间也是有限的。0032通过接受以此方式至HMF的有限单程转化率，形成的HMF在酸性、高温条件中的总暴露相对应地是有限的，使得优选产生很少至没有不想要的或不能用的要求废物处理的副产物如腐黑物。简化了这些产物的分离和回收，并。

25、且在该残余糖类产物中的已知抑制通过发酵来生产乙醇的HMF和其他己糖脱水产物的水平被减少至由此该残余糖类产物可以直接用于乙醇发酵如果希望的话的程度。0033因此，典型地混合物18将包括从10至55摩尔产率的HMF，从30至80摩尔产率的未转化的、残余糖类，和不大于10摩尔产率的其他材料如糠醛、乙酰丙酸、腐黑物说明书CN104053649A6/18页9等等。优选地，混合物18将包括从30至55摩尔产率的HMF，从40至70摩尔产率的未转化的、残余糖类，和不大于5摩尔产率的其他材料如糠醛、乙酰丙酸、腐黑物等等。更优选地，混合物18将包括从45至55摩尔产率的HMF，从25至40摩尔产率的未转化的、残。

26、余糖类，和不大于5摩尔产率的其他材料如糠醛、乙酰丙酸、腐黑物等等。0034现在回到图1，然后将混合物18中的HMF和未转化的、残余糖类在分离步骤20中通过吸附、溶剂萃取、或这些的组合进行分离，以便产生一个HMF产物流或部分22以及一个准备好发酵的糖类流或部分24，该准备好发酵的糖类流或部分可以任选地被供应至用于生产一种乙醇产物28的一个乙醇发酵步骤26。0035步骤20中的吸附可以借助于优先从混合物18中的残余己糖糖类吸附HMF的任何材料。已经发现在保留HMF和形成的少量乙酰丙酸上非常有效的一种材料是V493大孔苯乙烯二乙烯基苯树脂CAS69011149，陶氏化学公司THEDOWCHEMICA。

27、LCOMPANY，密歇根州密德兰MIDLAND,MI，其已经被其制造商描述为具有2050目的粒径、46埃的平均孔径和116ML/G的孔体积、1100平方米/克的表面面积和680克/升的堆密度。乙醇洗涤对于脱附大多数被吸附的HMF是有效的，并且用丙酮随后洗涤该树脂提供被吸附的HMF的定量回收。一种替代物是AMBERLITETMXADTM4苯乙烯二乙烯基苯聚合物吸附剂树脂CAS37380420，罗门哈斯公司ROHMHAASCOMPANY，宾夕法尼亚州费城PHILADELPHIA，PA，一种非官能化的树脂，具有108G/ML的干密度、725平方米/克的表面面积、50埃的平均孔径、2060的湿筛目尺寸。

28、和098ML/克的孔体积。其他合适的吸附剂可以是活性炭、沸石、氧化铝、黏土、非官能化树脂AF5、S7968、VPOC1064树脂，均来自朗盛集团LANXESSAG、XAD4大网状交联聚苯乙烯二乙烯基苯聚合物树脂CAS37380420，罗门哈斯公司，宾夕法尼亚州费城、以及阳离子交换树脂，参见US7,317,116B2SANBORN和后者US7,897,794GEIER和SOPER。脱附溶剂可以包括极性有机溶剂，例如，醇类如乙醇、戊醇、丁醇和异戊醇，以及乙酸乙酯、甲基四氢呋喃和四氢呋喃。0036用于溶剂萃取的合适溶剂包括甲基乙基酮和特别地乙酸乙酯，由于后者对于HMF和乙酰丙酸的强大亲和力、低沸点7。

29、7和容易与水分离。如在以下实施例中的某些中证实的，来自混合物18的糖类和HMF的几乎完全回收通过一系列的乙酸乙酯萃取来完成。此外，虽然通过其他方式回收的残余糖类仍适合于在随后的乙醇发酵步骤26中被直接处理为乙醇，但观察到在用乙酸乙酯定量萃取之后回收的这些甚至在非最佳条件下是明显较少抑制性的。多种其他溶剂已经被建议或用于与HMF和HMF衍生物合成以及双相体系中的回收相关的文献中，并且这些溶剂可以适合用于本发明的背景下。其他有用的溶剂的实例是丁醇、异戊醇、甲基乙基酮、甲基异丁基甲酮、二乙醚、环戊基二甲醚、甲基四氢呋喃、和甲基丁基醚。0037乙醇发酵步骤26可以包括任何已知方法，由此由准备好发酵的糖。

30、类流或部分24表示的类型的己糖糖类进料可以被转化为包括乙醇在内的一种或多种产物，至少在某一部分上通过发酵方式。因此考虑需氧和厌氧方法两者，使用在需氧和厌氧条件下以及其他适当的条件下具有从准备好发酵的糖类流或部分24生产乙醇能力的任何各种酵母例如，乳酸克鲁维酵母、解脂克鲁维酵母菌、酿酒酵母、葡萄汁酵母、摩纳酵母SMONACENSIS、说明书CN104053649A7/18页10巴斯德酵母、贝酵母、葡萄酒酵母、休哈塔假丝酵母CANDIDASHEHATA、口津假丝酵母、中间假丝酵母或任何各种细菌例如，生孢梭菌、吲哚梭菌CINDOLIS、楔形梭菌CSPHENOIDES、索氏梭菌、BRACARENSIS。

31、假丝酵母CANDIDABRACARENSIS、杜氏假丝酵母、运动发酵单胞菌、POMACEAS发酵单胞菌ZPOMACEAS。所用的这些具体酵母或细菌和使用这些不同酵母或细菌的发酵的其他详情是发酵领域的普通技术人员常规选择的事情，尽管以下实例证明了一种常见厌氧酵母菌株酿酒酵母的功能性。鉴于糖类流或部分24来源于一种用于制备酸脱水产物HMF的方法，已经证明特别用于糖类的一种酵母或细菌衍生自一种木质纤维素生物质通过将该生物质酸水解和/或来自生物质的一个纤维素部分可以是优选的。例如，该需氧细菌谷氨酸棒杆菌R在SAKAI等人的“木质纤维素衍生的抑制剂对于生长阻止的谷氨酸棒杆菌R的生长和通过其的乙醇生产的影。

32、响EFFECTOFLIGNOCELLULOSEDERIVEDINHIBITORSONGROWTHOFANDETHANOLPRODUCTIONBYGROWTHARRESTEDCORYNEBACTERIUMGLUTAMICUMR”，应用与环境生物期刊APPLIEDANDENVIRONMENTALBIOLOGY，第73卷，第7期，第23492353页2007年4月中进行评估，作为针对来自稀酸预处理生物质的有机酸、呋喃和酚类副产物的解毒措施的一种替代，并且发现是有前景的。0038虽然HMF和/或HMF醚类，视情况而定和未转化的、残余糖类的量可能在某种程度上变化，但优选在所有实施例中，实现了高程度的糖可。

33、计量性，其中“糖可计量性”被理解为是指输入至酸脱水步骤16的糖类百分比，其可以是增加混合物18中的可鉴别产物的摩尔产率本质上增加HMF和/或HMF醚类，乙酰丙酸，糠醛和残余的、未转化糖类的摩尔产率导致的。优选地，根据本发明的一种方法的特征在于至少70、更优选至少80和最优选至少90的总糖可计量性。0039准备好发酵的糖类流或部分24可以，整体上或部分地，也用于除了生产乙醇之外的其他目的。例如，可以将流或部分24中的糖类再循环至酸脱水步骤16的开始用于生产另外的HMF或HMF醚类。还可以将流或部分24表示的己糖糖类氢化为糖醇类用于生产其他基于生物的燃料和燃料添加剂不同于或附加于乙醇，参见，例如，。

34、YAO等人的US7,678,950。将流或部分24中的糖类可以根据已知方法发酵以产生赖氨酸或乳酸，或用于制备另一种脱水产物如乙酰丙酸。在给定所描述的方法提供的糖类流或部分24特征的情况下，仍其他用途对于本领域的普通技术人员将是明显的。0040已经提及了HMF产物流或部分22的许多预期用途，但一种重要的所考虑的用途将是在氧化条件下使用一种世纪中期类型的CO/MN/BR氧化催化剂制造2,5呋喃二甲酸FDCA，如SANBORN等人的美国专利申请公开号US2009/1056841中以及于2012年8月28日提交的“用于生产基于生物的琥珀酸和2,5呋喃二甲酸两者的方法PROCESSFORPRODUCIN。

35、GBOTHBIOBASEDSUCCINICACIDAND2,5FURANDICARBOXYLICACID”的共同未决的专利合作条约申请序列号PCT/US12/52641中描述的，两者现在均通过引用结合在此。另一种考虑的用途将是制备更加热稳定的中间体乙酰丙酸，特别根据于2012年1月10日提交的“用于制备乙酰丙酸的方法PROCESSFORMAKINGLEVULINICACID”的共同未决和共同转让的美国专利申请序列号61/584,890，该申请也通过引用结合在此。0041酸脱水步骤16优选按一种限制至HMF的单程转化率和形成的HMF在酸性、高温条件下的暴露的方式来进行。快速加热己糖糖溶液14、以。

36、及快速加热从酸脱水步骤16产生说明书CN104053649A108/18页11的HMF/未转化的糖混合物对于完成对于给定量的己糖糖溶液14的这些目标是所希望的。此外，一旦水性己糖溶液14已经达到所希望的反应温度范围，该水性己糖溶液保持经受酸性、高温条件的程度优选也是有限的。虽然最佳条件将在某种程度上从一个实施例到下一个实施例变化，例如，在如以下清楚地示出的处理HFCS42对比HFCS55对比HFCS90，一般地对于基于糖溶液14中的己糖糖类的质量的约05重量百分比的浓硫酸含量或相当的酸强度，对于其他酸催化剂，从175至205的反应温度、在从10至50的范围内的糖的干固体负载、从10至25的最终。

37、干固体浓度、和从2分钟至10分钟的平均停留或反应时间表现为有利的。如在此使用的“平均停留或反应时间”或类似术语是指从引入糖溶液14到反应器中直到开始冷却混合物18经过的时间。0042作为一个普遍问题，当然，将优选的是处理具有更大的己糖糖类负载而不是更少负载的糖溶液14，尽管就总糖类可计量性而言并且在其他方面观察到一些权衡，并且将需要在确定对于给定原料所观察到的最佳条件中考虑这些。类似地，更温和的反应条件通常提供更少的转化率，但使得实现增加的糖类可计量性。0043对于提供高达20最终干固体浓度的40干固体负载HFCS42进料的具体实例，使用更短的反应时间和朝向更高端的温度似乎是优选的，例如，在2。

38、00下5分钟。对于HFCS90，在给定相同的酸起始浓度的情况下，该反应温度可以在从185至205的范围内，糖溶液14中的己糖糖类的干固体负载可以是从30至50并且提供8至15的最终干固体浓度，并且反应时间可以是从5分钟至10分钟。0044作为处理一种原料对比另一种中涉及的考虑内容的说明，对于HFCS90对比HFCS42，20的最终干固体浓度不能用相同的总糖类可计量性来处理，并且更低的最终干固体浓度被表明是优选的。对于10的最终干固体浓度，观察到185的反应温度和10分钟的反应时间提供有利的结果。应该指出，流或部分24中的回收糖类的有利条件可能不同于对于糖溶液14中新鲜供应的糖类所考虑的那些，其。

39、中再循环被考虑用于制备另外的HMF产物或乙酰丙酸。0045无论如何，加热至所希望的反应温度优选在不大于15分钟内完成，优选在更少的11分钟内完成，更优选在不大于8分钟内并且仍更优选在不大于五分钟内完成。如由下文给出的实例证实的，将一定量的环境己糖糖溶液快速进料到一种热的水性酸基质在两分钟内给出HMF选择性、产率和总糖可计量性中的一项或多项上的一致改进与较不快速的进料相比，甚至给出在当完全引入该量的己糖糖溶液时与当开始冷却时之间的相同经过时间。从该反应温度快速冷却至50及更低是优选在不大于5分钟，特别地3分钟或更少内完成的。0046更具体地，如与将糖溶液14和酸催化剂添加到一个反应器中并且然后一。

40、起逐渐加热至所希望的反应温度的情况相比，在将糖溶液14与已经靠近或在所希望的反应温度下的一个热反应器中的酸催化剂组合的一个间歇反应器如以下实例中清楚示出的中提供改进的结果。0047关于连续法，一种快速加热糖溶液14和该酸催化剂的合适方式将是直接蒸汽注入。一种可商购的、在线直接蒸汽注入装置，来自水热公司HYDROTHERMALCORPORATION，400PILOTCOURT，WAUKESHA，WI的HYDROTHERMALHYDROHEATERTM，将声速蒸汽注入到从一个入口管流动通过一系列间隙的一种液体如糖溶液14的薄层内。将蒸汽流动通过一个变说明书CN104053649A119/18页12。

41、截面喷嘴精确地调整至由此要求出口流体温度在一个大的液体调节比内在05华氏摄氏度内是可控的的程度。紊流混合发生在一个特别设计的混合管中，其中可调节的剪变度响应于通过该系列间隙的蒸汽流动和液体流动或跨过该系列间隙的压降的调整。具有这种一般特征的装置描述于例如US5,622,655、5,842,497、6,082,712、和7,152,851中。0048在使用此类装置的以下报告的实例中，在图7中示出的一个反应系统中，来自HFCS42糖浆的最高HMF产率和糖可计量性包括一个硫酸体系按重量计05的糖类、20的初始干固体浓度和通过借助于一个具有215220PSIG的系统背压、275PSIG的蒸汽压力的HY。

42、DROTHERMALHYDROHEATERTM在A处的直接蒸汽注入来快速加热该反应混合物，在该直接蒸汽注入提供的反应温度下的56分钟的时间，以及在压力释放之前快速冷却该产物混合物。如由反应控制元件C监控的反应控制设定点是200并且在该静止管在D处的末端处实现的最大温度是166。在这些条件下以具有大于90的总糖可计量性的高达20摩尔产率获得HMF。几乎不存在不溶性腐黑物的可见产生。0049对于在相同装置中处理的HFCS90糖浆，该最高HMF产率和糖可计量性包括一个硫酸体系按重量计05的糖类、10的初始干固体浓度和通过具有150PSIG的系统背压、200PSIG的蒸汽压力的直接蒸汽注入来快速加热该。

43、反应混合物，在该直接蒸汽注入提供的反应温度下的11分钟的时间，以及在压力释放之前快速冷却该产物混合物。该反应控制设定点是185并且在该静止管的末端处实现的最大温度是179。在这些条件下以具有大于95的总糖可计量性的高达31摩尔产率从HFCS90获得HMF。再次几乎不存在不溶性腐黑物的可见产生。0050快速冷却混合物18可以通过各种方式来实现。例如，虽然在减压之前一个钎焊的板式热交换器用于至少以下某些实例中，但可以使用其他类型的交换器。其他选择对于本领域中的常规技术人员将是明显的0051将认识到酸催化脱水步骤16可以按一种间歇、半间歇或连续模式进行。之前已经描述了多种酸催化剂用于将含己糖的材料脱。

44、水为HMF，包括均相和非均相两者的、固体酸催化剂。固体酸催化剂将是优选的，考虑到它们更容易被分离并且回收以重新使用，但选择在水的存在下并且在进行脱水步骤16所要求的温度下将维持令人满意的活性和稳定性的一种催化剂可能是有问题的。因此，硫酸已经用于以下实例中，并且在本发明的方法中提供良好的产率和优异的糖可计量性。0052本发明通过以下实例进行说明0053实例1260054对于实例126，在实验室规模下使用一个帕尔多反应器系统PARRINSTRUMENTCOMPANY帕尔仪器公司，莫林市MOLINE，1升进行初始的一系列碳水化合物脱水反应。对于每次操作，将一个75ML的反应室首先装填一种酸性水性溶液。

45、。将该酸性水性溶液经过20分钟至30分钟的一段时间在约850RPM的受控速率下的磁力搅拌下加热至规定温度。一旦达到所希望的温度，在经过约20秒至120秒的一段时间内将一种室温的基于HFCS42的糖溶液通过一个ELDEX高压泵ELDEX实验室公司，加州纳帕NAPA，CA快速引入该酸性水性溶液中。将该反应继续一定时间，然后使该产物流动通过一个由1/8“不锈钢管组成的冷却盘管并且进入一个收集小瓶。通过HPLC分析这些样品。结果在以下表1提供。说明书CN104053649A1210/18页13表1实验条件和产物产率，HFCS42糖浆脱水。说明书CN104053649A1311/18页140055实例2。

46、7320056基于这些实验室规模实例所看到的结果，一系列的连续实验规模操作用相同的HFCS42原料进行。对于这些实例，使具有按该总糖类重量计的05硫酸的一种15干固体通过维持在从185至205范围内的选定温度下的一个加热的不锈钢盘管1/16”管，长度222厘米，在从约27分钟至40分钟范围内的流通时间下。通过使用从UPCHURCHSCIENTIC公司获得的一个背压调节器将该系统的背压维持在4070巴。然后使产物流动通过一个冷却盘管不锈钢，1/16”管，通过HPLC方法进行收集和分析，结果在表2中示出没有观察到该系统的阻塞，表明很少形成不溶性聚合物或腐黑物。表2条件和产物产率，HFCS42糖浆的。

47、连续转化。基于实际的进料速率。选择性脱水产物的摩尔数/反应的糖的摩尔数100。条件15干固体中按WT糖类计的05硫酸0057实例33340058将从实例2732获得的所有产物的一个聚集样品对应于在205下400分钟的平均停留或流通时间用一种吸附树脂进行处理，该吸附树脂为总体树脂的30重量百分比下的DOWEXTMOPTIPORETMV493通用的、高度交联的苯乙烯二乙烯基苯大孔树脂CAS69011149，陶氏化学公司，密歇根州密德兰。将该组合在40下用油浴搅拌2小时，然后真空过滤以分离该树脂和一种浅黄色滤液。将约100克的乙醇加入该湿树脂中，并且将该组合再次在35下使用油浴在经受一个第二真空过滤。

48、以提供该树脂和一种暗红色滤液之前搅拌另外的两个小时。然后将另外的50ML的丙酮加入该湿树脂中，将该组合在室温下搅拌另外的两小时并且然后将该组合第三次真空过滤以提供一种第三滤液样品。0059然后通过高效液相色谱法分析这些对应的滤液，并且发现该第一滤液含有剩余总的未转化糖类的94。约68的HMF被吸附到了该树脂上，经比较，并且这些被吸附的约92被用乙醇冲洗去除到了该第二滤液中。用丙酮随后冲洗该树脂提供了被吸附的剩余HMF的定量回收，在该第三滤液中。0060使一个第二聚集样品经受一个突破测试，该突破测试使用一种不同的、非官能化的树脂，XAD4大网状交联聚苯乙烯二乙烯基苯聚合物树脂CAS3738042。

49、0，说明书CN104053649A1412/18页15罗门哈斯公司，宾夕法尼亚州费城。结果在图2中示出，并且表明在水和丙酮冲洗之后在该吸附的/脱附的产物中的HMF的98的回收率、和在该残余糖类产物中的残余糖类的95的回收率。0061实例35370062将从实例2732获得的所有产物的两个其他聚集样品分离为HMF和残余糖产物，通过用DOWEXTMOPTIPORETMV493通用的、高度交联的苯乙烯二乙烯基苯大孔树脂进行吸附/脱附并且使用乙醇用于该吸附的HMF的脱附对于表3的条目1和2没有丙酮，同时将一个第三聚集样品用乙酸乙酯条目3进行三次溶剂萃取。来自这三个样品的回收的残余糖产物的组分在如下表3中示出表3在HMF分离之后获得的糖类的化学成分。ND未检测到。0063将这三种糖部分转运用于用酿酒酵母的发酵。表3中条目2的乙醇产率是从77至80。对于任一种糖部分没有观察到抑制并且活力保持恒定。0064实例380065将以下表5中来自实例7477的组合产物的一种聚集产物混合物用三部分乙酸乙酯进行溶剂萃取，在每次萃取事件之后分析该水相和有机相。图3A比较了一次萃取和三次萃取的有效性，并且证实。