[發明專利]用擔子菌菌絲體和酵母細胞對經預處理的含木素纖維素材料酶水解的改進

無效

• 申請號: 200980138468.4
• 申請日: 2009-09-30
• 公開（公告）號: CN102171354A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 李鑫;陳曄
• 申請（專利權）人: 諾維信北美公司
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P19/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 封新琴

技術領域

公開了用于從含木素纖維素材料產生發酵產物的方法，更具體而言，公開了通過用擔子菌菌絲體和/或酵母細胞處理含木素纖維素材料來增加從該材料產生發酵產物的效率的方法。

背景技術

含木素纖維素材料，或稱生物質，可用于產生可發酵的糖類，其可接著用于產生發酵產物如可再生的(renewable)燃料和化學品。含木素纖維素材料具有纖維素纖維包埋于木質素和半纖維素鞘中的復雜結構。從含木素纖維素材料產生發酵產物包括預處理、水解并發酵所述含木素纖維素材料。

將含木素纖維素材料轉化為可再生的燃料和化學品常常涉及對生物質的物理、生物、化學和/或酶(使用酶)處理。具體而言，酶將纖維素水解為D-葡萄糖，其為簡單的可發酵的糖。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率，因為認為木質素和木質素衍生物抑制酶對纖維素的水解。上述抑制可至少以兩種方式進行：木質素或木質素衍生物優先結合所述酶，從而阻止該酶與纖維素結合或水解纖維素，和/或木質素或木質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。結果，當加工含木質素的生物質時，能用來降解纖維素的酶可能較少，因為木質素及其衍生物可清除所述酶或減少其活性。即使對于能用來降解纖維素的酶，可用的酶也可能無法與纖維素接觸，因為木質素可覆蓋纖維素。因此，降低了消化纖維素的工藝的有效性。此外，酶代價不菲。因此，當降解纖維素所需的酶量較高時，加工成本高昂，在經濟上不可取。

獲得令人滿意的糖產率所需的酶量的減少可對工藝經濟有顯著的影響。因此，改進酶使用效率是生物轉化工藝中的主要需求。認為數種因素影響纖維素的酶水解。這些因素包括木質素含量、半纖維素含量、乙酰基含量、纖維素的表面積和纖維素結晶性。通常應理解的是，存在于復雜底物中的木質素對酶水解具有不利作用。

尚難確定木質素和木質素衍生物在限制水解中的準確作用。然而，已知去除木質素及其衍生物的作用增加纖維素的水解并增加可發酵的糖的產率。該作用可能打開了更多纖維素表面積以供酶攻擊，且可能減少非特異性吸附于木素纖維素底物上的酶量。或者，可使用化合物去除木質素及其衍生物的作用從而使得纖維素更易受酶降解。

發明內容

公開了在經處理的擔子菌菌絲體和/或酵母細胞存在下通過預處理和/或水解含木素纖維素材料來從該材料產生發酵產物的方法。

還公開了用于從含木素纖維素材料產生發酵產物的方法，包括預處理所述含木素纖維素材料；將經處理的擔子菌菌絲體和/或酵母細胞引入經預處理的含木素纖維素材料；將所述經預處理的含木素纖維素材料暴露于有效量的水解酶；和用發酵生物發酵以產生發酵產物。在一個方面，所述經處理的擔子菌菌絲體和/或酵母細胞可在將所述含木素纖維素材料暴露于有效量的水解酶之前引入該含木素纖維素材料。經處理的酵母細胞可以以約8％w/w酵母細胞/含木素纖維素材料的量引入經預處理的含木素纖維素材料。

附圖簡述

圖1.經處理的酵母細胞對PCS酶水解的作用。

具體實施方式

公開了改進的并更有效的通過使用經處理的擔子菌菌絲體和/或酵母細胞酶水解含木質素的生物質的方法。

木質素是可通過松柏醇和/或芥子醇的脫氫聚合衍生的酚聚合物，并見于多種植物的細胞壁中。如本文中使用的術語“木質素”指木質素聚合物的完整結構以及由木質素結構破壞得到的所述完整聚合物的任何衍生片段或化合物，包括可溶性木質素衍生物、縮合(condensed)木質素和不可溶性沉淀木質素。認為木質素和/或木質素衍生物與經處理的擔子菌菌絲體和/或酵母細胞以多種方式相互作用。例如，例如，不可溶性沉淀木質素和縮合木質素可具有從水溶液吸附經處理的擔子菌菌絲體和酵母細胞的能力，而與之相對，可溶性木質素衍生物可由經處理的擔子菌菌絲體和酵母細胞吸附。

如本文中使用的術語“生物質漿料”指發生酶水解的水性生物質材料。生物質漿料通過將生物質例如玉米秸稈、甘蔗渣等與水、緩沖液和其他預處理材料混合產生。在水解之前可預處理生物質。

如本文中使用的術語“木質素阻斷(lignin?blocking)”意指在將生物質轉化為發酵產物的工藝中減少或消除木質素的有害作用。此外，如本文中使用的術語“有效的木質素阻斷量”意指任何可用于促進木質素阻斷的量。