[發(fā)明專(zhuān)利]用農(nóng)業(yè)殘余物預(yù)處理含木素纖維素材料的酶水解的改進(jìn)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980138371.3
• 申請(qǐng)日: 2009-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102171352A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李鑫;陳曄
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 諾維信北美公司
• 主分類(lèi)號(hào): C12P7/10
• 分類(lèi)號(hào): C12P7/10;C12P19/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 封新琴;史悅

技術(shù)領(lǐng)域

公開(kāi)了用于從含木素纖維素材料產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物的方法，更具體而言，公開(kāi)了通過(guò)用農(nóng)業(yè)殘余物處理含木素纖維素材料來(lái)增加從該材料產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物的效率的方法。

背景技術(shù)

含木素纖維素材料，即生物質(zhì)，可用于產(chǎn)生可發(fā)酵的糖類(lèi)，其又可用于產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物如再生的(renewable)燃料和化學(xué)物。含木素纖維素材料具有纖維素纖維包裹于木質(zhì)素和半纖維素鞘中的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。從含木素纖維素材料產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物包括預(yù)處理、水解并發(fā)酵所述含木素纖維素材料。

將含木素纖維素材料轉(zhuǎn)化為可再生的燃料和化學(xué)物常常涉及對(duì)生物質(zhì)的物理、生物、化學(xué)和/或(使用酶)酶處理。具體而言，酶將纖維素水解為D-葡萄糖，其為簡(jiǎn)單的可發(fā)酵的糖。在含木素纖維素材料中，需要高劑量的酶以降解纖維素以獲得高產(chǎn)量，因?yàn)檎J(rèn)為木質(zhì)素和木質(zhì)素衍生物抑制酶對(duì)纖維素的水解。上述抑制可至少以兩種方式進(jìn)行：木質(zhì)素或木質(zhì)素衍生物優(yōu)選結(jié)合所述酶，從而阻止該酶與纖維素結(jié)合或水解纖維素，和/或木質(zhì)素或木質(zhì)素衍生物覆蓋纖維素的一部分，從而減少酶與纖維素的接近。結(jié)果，當(dāng)加工含木質(zhì)素的生物質(zhì)時(shí)，能用來(lái)降解纖維素的酶可能較少，因?yàn)槟举|(zhì)素及其衍生物可清除所述酶或阻斷其活性。即使對(duì)于可用于降解纖維素的酶，可用的酶也可能無(wú)法與纖維素接觸，因?yàn)槟举|(zhì)素可覆蓋纖維素。因此，降低了消化纖維素的工藝的有效性。此外，酶的成本高。因此，當(dāng)降解纖維素所需的酶量高時(shí)，加工成本高昂，在經(jīng)濟(jì)上不可取。

獲得令人滿意的糖產(chǎn)量所需的酶量的減少可對(duì)工藝經(jīng)濟(jì)有顯著的影響。因此，提高酶使用效率是生物轉(zhuǎn)化工藝中的主要需求。認(rèn)為數(shù)種因素影響纖維素的酶水解。這些因素包括木質(zhì)素含量、半纖維素含量、乙酰基含量、纖維素的表面積和纖維素結(jié)晶性。通常應(yīng)理解的是，存在于復(fù)雜底物中的木質(zhì)素對(duì)酶水解具有負(fù)面作用。

尚難確定木質(zhì)素和木質(zhì)素衍生物在限制水解中的準(zhǔn)確作用。然而，已知去除木質(zhì)素及其衍生物的作用增加纖維素的水解并增加可發(fā)酵的糖的產(chǎn)量。該作用可打開(kāi)更多纖維素表面積以供酶攻擊，且可減少非特異性吸附于木素纖維素底物上的酶量。因此，需要去除木質(zhì)素及其衍生物的作用從而使得纖維素更易受酶降解的化合物。

發(fā)明內(nèi)容

公開(kāi)了在農(nóng)業(yè)殘余物存在下通過(guò)預(yù)處理和/或水解含木素纖維素材料從該材料產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物的方法。優(yōu)選的農(nóng)業(yè)殘余物是玉米髓(corn?pith)和/或玉米穗軸(corn?cob)。

還公開(kāi)了用于從含木素纖維素材料產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物的方法，包括預(yù)處理所述含木素纖維素材料；將農(nóng)業(yè)殘余物引入經(jīng)預(yù)處理的含木素纖維素材料；將所述經(jīng)預(yù)處理的含木素纖維素材料暴露于一種或多種水解酶；和用發(fā)酵微生物發(fā)酵以產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物。在一個(gè)方面，所述農(nóng)業(yè)殘余物可在將所述含木素纖維素材料暴露于一種或多種水解酶之前引入該含木素纖維素材料。所述農(nóng)業(yè)殘余物可以以約15％w/w農(nóng)業(yè)殘余物/干的含木素纖維素材料的量引入所述含木素纖維素材料。

附圖簡(jiǎn)述

圖1.玉米髓和玉米穗軸對(duì)未洗滌的PCS的葡萄糖產(chǎn)量的作用。

圖2.玉米髓和玉米穗軸對(duì)未洗滌的PCS的轉(zhuǎn)化率的作用。

發(fā)明詳述

公開(kāi)了改進(jìn)的并更有效的通過(guò)使用農(nóng)業(yè)殘余物酶水解含木質(zhì)素的生物質(zhì)的方法。農(nóng)業(yè)殘余物可包括玉米穗軸、玉米髓、甘蔗渣、花生殼等。優(yōu)選的農(nóng)業(yè)殘余物是玉米髓和/或玉米穗軸。

木質(zhì)素是可通過(guò)松柏醇和/或芥子醇的脫氫聚合獲得的酚聚合物，并見(jiàn)于多種植物的細(xì)胞壁中。如本文中使用的術(shù)語(yǔ)“木質(zhì)素”指木質(zhì)素聚合物的完整結(jié)構(gòu)以及由木質(zhì)素結(jié)構(gòu)破壞得到的所述完整聚合物的任何衍生片段或化合物，包括可溶性木質(zhì)素衍生物、縮合的(condensed)木質(zhì)素和不可溶性沉淀的木質(zhì)素。認(rèn)為木質(zhì)素衍生物與玉米髓和/或玉米穗軸以多種方式相互作用。例如，玉米髓和/或玉米穗軸可吸附可溶性木質(zhì)素衍生物。

如本文中使用的術(shù)語(yǔ)“生物質(zhì)漿料”指經(jīng)歷酶水解的水性生物質(zhì)材料。生物質(zhì)漿料通過(guò)將生物質(zhì)例如玉米秸稈、甘蔗渣等與水、緩沖液和其它預(yù)處理材料混合產(chǎn)生。在水解之前可預(yù)處理生物質(zhì)漿料。

如本文中使用的術(shù)語(yǔ)“木質(zhì)素阻斷(lignin?blocking)”意指減少或消除木質(zhì)素對(duì)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為發(fā)酵產(chǎn)物的工藝的有害作用。此外，如本文中使用的術(shù)語(yǔ)“有效的木質(zhì)素阻斷量”抑制任何可用于促進(jìn)木質(zhì)素阻斷的量。