[發(fā)明專利]對用干酒糟預(yù)處理含木素纖維素材料的酶水解的改進

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980138537.1
• 申請日: 2009-09-30
• 公開（公告）號: CN102171350A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李鑫;弗蘭克·D·哈根森
• 申請（專利權(quán)）人: 諾維信北美公司
• 主分類號: C12P7/00
• 分類號: C12P7/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 史悅

技術(shù)領(lǐng)域

公開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，公開了通過用干酒糟(distillers?dried?grains)或具有可溶物的干酒糟處理含木素纖維素材料來增加從該材料產(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，其又可用于產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物如可再生的(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)物常常涉及對生物質(zhì)的物理、生物、化學(xué)和/或(使用酶進行)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(fā)酵的糖。在含木素纖維素材料中，需要高劑量的酶來降解纖維素以獲得高產(chǎn)量，因為認(rèn)為木質(zhì)素和木質(zhì)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(zhì)素或木質(zhì)素衍生物可優(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)素衍生物可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)加工生物質(zhì)時，能用來降解纖維素的酶可能較少，因為木質(zhì)素及其衍生物可清除所述酶或阻斷其活性。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(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，酶成本高。因此，當(dāng)降解纖維素所需的酶量高時，加工成本高昂，在經(jīng)濟上不可取。

獲得令人滿意的糖產(chǎn)量所需的酶量的減少可對工藝經(jīng)濟有顯著的影響。因此，改進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)素對酶活性具有負(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

公開了在干酒糟和/或具有可溶物的干酒糟存在下通過預(yù)處理和/或水解含木素纖維素材料而從該材料產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物的方法。

一個實施方案包含用于從含木素纖維素材料產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物的方法，包括將所述含木素纖維素材料與具有或不具有可溶物的干酒糟(DDG/S)合并；預(yù)處理合并的含木素纖維素材料和DDG/S；將所述經(jīng)預(yù)處理的合并的含木素纖維素材料和DDG/S暴露于有效量的水解酶；和用發(fā)酵微生物發(fā)酵以產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物。涵蓋的是預(yù)處理可包括任何常規(guī)預(yù)處理方法，包括酸性預(yù)處理。其還可包括熱預(yù)處理。

附圖簡述

圖1.DDG對用DDG進行的經(jīng)稀酸預(yù)處理的玉米秸稈酶水解的作用。

圖2.DDG對用DDG進行的經(jīng)稀酸預(yù)處理的玉米秸稈纖維素轉(zhuǎn)化率的作用。

具體實施方式

公開了改進的并更有效的通過使用具有可溶物的干酒糟(DDG/S)酶水解含木質(zhì)素的生物質(zhì)的方法。雖然本文中討論使用DDG/S作為木質(zhì)素阻斷物，涵蓋了任何其它可用于通過減少后續(xù)酶水解和發(fā)酵工藝的成本來增加生物質(zhì)預(yù)處理工藝效率的含有脂肪和蛋白質(zhì)的工業(yè)副產(chǎn)物

木質(zhì)素是可通過松柏醇和/或芥子醇的脫氫聚合獲得的酚聚合物，并見于多種植物的細(xì)胞壁中。如本文中使用的術(shù)語“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)素衍生物和不可溶性沉淀的木質(zhì)素。認(rèn)為木質(zhì)素衍生物與DDG/S以多種方式相互作用。例如，不可溶的木質(zhì)素可直接與DDG/S合并，DDG/S可吸附在預(yù)處理過程中產(chǎn)生的可溶性木質(zhì)素衍生物。

如本文中使用的術(shù)語“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)處理材料混合來產(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“木質(zhì)素阻斷(lignin?blocking)”意指在將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為發(fā)酵產(chǎn)物的工藝中減少或消除木質(zhì)素的有害作用。此外，如本文中使用的術(shù)語“有效的木質(zhì)素阻斷量”抑制任何可用于促進木質(zhì)素阻斷的量。