[發(fā)明專(zhuān)利]產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680008541.2
• 申請(qǐng)日: 2006-03-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101506372A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬茲·P·T·史密斯;吉勒莫·科沃德-凱利;基思·A·麥考爾
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 諾維信北美公司
• 主分類(lèi)號(hào): C12P7/06
• 分類(lèi)號(hào): C12P7/06
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 閔 丹;巫肖南

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及從木素纖維素原料中產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物的酶學(xué)方法。

背景技術(shù)

隨著世界范圍內(nèi)石油、天然氣資源的逐漸衰竭，需要提供替代能源。

如今，通過(guò)發(fā)酵含有淀粉的原料，大量生產(chǎn)燃料乙醇。也有人建議從木素纖維素原料中生產(chǎn)乙醇，因?yàn)榇祟?lèi)原料為廉價(jià)且可再生的碳源。木素纖維素原料(通常稱(chēng)為生物質(zhì)(biomass))是大多數(shù)植物主要的結(jié)構(gòu)組分，包括纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素。

WO?2004/099381涉及以外源木糖異構(gòu)酶基因轉(zhuǎn)化的遺傳修飾酵母，該基因能增強(qiáng)酵母將木糖發(fā)酵為乙醇和其它所需發(fā)酵產(chǎn)物的能力。

Chandrakant等(Appl?Microbiol?Biotechnol(2005)53：301-309)公開(kāi)了啤酒糖酵母(Saccharomyces?cerevisiae)對(duì)葡萄糖與木糖的同時(shí)異構(gòu)化和共發(fā)酵。發(fā)酵葡萄糖的酵母也發(fā)酵木酮糖，此木酮糖是木糖異構(gòu)酶作用于木糖而產(chǎn)生的。

為了經(jīng)濟(jì)地開(kāi)發(fā)木素纖維素原料，必須有效地將木糖轉(zhuǎn)變?yōu)橐掖蓟蚱渌璋l(fā)酵產(chǎn)物。因此，有必要改進(jìn)從木素纖維素原料中產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物的方法。

發(fā)明概述

本發(fā)明提供了從木素纖維素原料中產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物，特別是乙醇的方法。

本發(fā)明第一個(gè)方面涉及從木素纖維素原料中產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物的方法，其中該方法包括以下步驟：

i)對(duì)木素纖維素原料進(jìn)行預(yù)處理，以釋放或分離纖維素、半纖維素和/或木質(zhì)素，

ii)所述預(yù)處理的原料用纖維素酶進(jìn)行處理，

iii)在發(fā)酵有機(jī)體存在時(shí)，進(jìn)行發(fā)酵，

其中在步驟ii)和/或步驟iii)中加入木糖異構(gòu)酶。

本發(fā)明的方法可以用于產(chǎn)生大量的發(fā)酵產(chǎn)物，包括醇(如乙醇、甲醇和丁醇)；有機(jī)酸(如檸檬酸、乙酸、衣康酸、乳酸、葡糖酸)；酮(如丙酮)；氨基酸(如谷氨酸)；糠醛，氣體(如H₂和CO₂)以及更加復(fù)雜的化合物，例如，包括抗生素(如青霉素和四環(huán)素)、酶、維生素(如核黃素、B₁₂，β-胡羅卜素)、激素以及其它難以通過(guò)合成產(chǎn)生的化合物。發(fā)酵產(chǎn)物也可以為飲用酒精(如啤酒和葡萄酒)、乳制品(例如，在酸奶和奶酪的生產(chǎn)中)、皮革以及煙草行業(yè)制品。

附圖說(shuō)明

圖1所示為CO₂的損耗，其與試驗(yàn)中乙醇的產(chǎn)量成正比，該實(shí)驗(yàn)向含有葡萄糖和木糖的預(yù)處理的玉米秸(PCS)中添加或未添加木糖異構(gòu)酶。

發(fā)明詳述

本發(fā)明提供從木素纖維素中產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物的方法。

本發(fā)明的發(fā)酵過(guò)程

總的來(lái)說(shuō)本發(fā)明的方法包含四個(gè)主要的步驟：預(yù)處理、水解預(yù)處理的原料、發(fā)酵以及任選地回收所述的發(fā)酵產(chǎn)物，如乙醇。

本發(fā)明第一個(gè)方面涉及從木素纖維素原料中產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物的方法，其中該方法包括以下步驟：

i)對(duì)木素纖維素原料進(jìn)行預(yù)處理，以釋放或分離纖維素、半纖維素和/或木質(zhì)素，

ii)所述預(yù)處理的原料用纖維素酶進(jìn)行處理，

iii)在發(fā)酵有機(jī)體存在時(shí)，進(jìn)行發(fā)酵，

其中在步驟ii)和/或步驟iii)中加入木糖異構(gòu)酶。

在一實(shí)施例中，步驟ii)中的預(yù)處理通過(guò)組合使用纖維素酶與木糖異構(gòu)酶進(jìn)行。在另一實(shí)施例中，發(fā)酵步驟iii)在發(fā)酵有機(jī)體和木糖異構(gòu)酶存在時(shí)進(jìn)行。

預(yù)處理—步驟i)

依據(jù)本發(fā)明，預(yù)處理木素纖維素原料是為了提高酶的水解速度并進(jìn)一步提高發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量。進(jìn)行步驟i)的預(yù)處理是為了分離和/或釋放纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。木素纖維素原料在預(yù)處理過(guò)程中的含量可以為10-80wt.％，優(yōu)選20-50wt.％。其目的是打破木質(zhì)素密封層(seal)，并破壞木素纖維素原料的晶體結(jié)構(gòu)。在以后的處理步驟中，當(dāng)碳水化合物聚合物(例如纖維素和半纖維素)轉(zhuǎn)變?yōu)榭砂l(fā)酵的己醣和戊糖時(shí)，木素纖維素原料的結(jié)構(gòu)被改變，特別是聚合物的組成更易于被酶水解接近。步驟i)的預(yù)處理可以以任意適宜的方式進(jìn)行，以分離和/或釋放纖維素、半纖維素和/或木質(zhì)素。適宜的預(yù)處理方法例如見(jiàn)Schell等(Appl.Biochem?and?Biotechn.Vol.105-108，p.69-85，2003)以及Mosier等(Bioresource?Technology?96(2005)673-686)，其在此引入作為參考。在優(yōu)選的實(shí)施例中，以化學(xué)和/或機(jī)械的方式處理木素纖維素原料。