[發(fā)明專利]在木質(zhì)纖維素原料漿中引入纖維素酶的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280012930.8
• 申請(qǐng)日: 2012-03-14
• 公開（公告）號(hào): CN103476939A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彼得·J·E·哈利克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 艾歐基能源公司
• 主分類號(hào): C12P19/14
• 分類號(hào): C12P19/14;C12P19/02;D21C1/00;C12P7/10;C13K1/02
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;彭鯤鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的過程，用于將木質(zhì)纖維素原料轉(zhuǎn)化為葡萄糖。特別地，本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的過程，用于將纖維素酶法水解為葡萄糖。

背景技術(shù)

近幾年來，已在燃料和化學(xué)品生產(chǎn)上投入大量關(guān)注和努力，纖維原料，比如農(nóng)業(yè)廢棄物和林業(yè)廢棄物，因其成本低和易于得到，主要用于生產(chǎn)乙醇。這些農(nóng)林業(yè)廢棄物通常被焚燒或填埋。因此，使用這些纖維原料生產(chǎn)乙醇提供了另一種極具吸引力的廢物利用方式。

將纖維原料轉(zhuǎn)化為乙醇或氣體發(fā)酵產(chǎn)品的第一步化學(xué)處理步驟通常涉及到原料準(zhǔn)備。預(yù)處理的目的是增加纖維素的表面積，同時(shí)限制纖維素轉(zhuǎn)化為葡萄糖。可以使用酸蝕預(yù)處理法在以下條件下實(shí)現(xiàn)原料的預(yù)處理：水解原料中的半纖維素成份，然后使用纖維素酶對(duì)殘留在預(yù)處理纖維素原料中的纖維素進(jìn)行酶法水解。酸蝕預(yù)處理通常水解原料中的半纖維素成份，以產(chǎn)生木糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖和阿拉伯糖，并且該過程被認(rèn)為能夠提高纖維素到纖維素酶的可達(dá)性。

在一種酸蝕預(yù)處理法中，蒸汽產(chǎn)生的壓力迅速降低并伴隨暴發(fā)性減壓，這就是眾所周知的蒸汽爆發(fā)。Foody（美國專利號(hào)4,461,648）描述了用于蒸汽爆發(fā)預(yù)處理的設(shè)備和條件。在蒸汽爆發(fā)中加入硫酸，使其pH值為0.4到2，產(chǎn)生均勻的預(yù)處理材料，其纖維素水解時(shí)所需纖維素酶少于其他預(yù)處理方法。

在文獻(xiàn)中描述的其他預(yù)處理方法包括堿法預(yù)處理和機(jī)械預(yù)處理。堿法預(yù)處理方法的例子包括氨纖維膨脹法（AFEX）和稀釋氨水預(yù)處理法。根據(jù)AFEX方法，纖維素類生物質(zhì)與通常濃縮存放在高壓容器中的氨或氫氧化銨接觸。稀釋氨水預(yù)處理法比AFEX使用更多的氨或氫氧化銨稀釋溶劑。

機(jī)械預(yù)處理法的例子包括在美國專利2001/0012583和美國專利號(hào)為5,498,766的專利中公開并在以下討論的例子。根據(jù)這些方法，原料漿被填入一高剪切裝置中，該裝置包括多個(gè)同心環(huán)，這些環(huán)安裝在一腔室內(nèi)的一轉(zhuǎn)子上。漿料進(jìn)入該裝置中心并通過這些環(huán)上的齒間的空隙被逼出。當(dāng)漿料通過環(huán)間的空隙和齒時(shí)，引起劇烈剪切并使原料空化。正如此處的說明，該操作增加了基質(zhì)的表面積并波壞其纖維結(jié)構(gòu)。

利用纖維素酶將纖維素水解為含有酶混合物的葡萄糖，酶混合物包括纖維二糖水解酶（CBH）、內(nèi)切葡聚糖酶（EG）和β-葡萄糖苷酶。CBH和EG酶可催化纖維素的水解（[β]-1,4-D-葡聚糖鍵的）。CBH、CBHI和CBHII酶作用在纖維素的微纖絲內(nèi)的葡萄糖聚合物的末端并釋放纖維二糖，而EG酶作用于纖維素的隨機(jī)位置。纖維素酶一起將纖維素水解為纖維二糖，纖維二糖轉(zhuǎn)而在β-葡萄糖苷酶（β-G）作用下水解為葡萄糖。酶法水解通常是在一個(gè)或多個(gè)pH值、溫度和混合條件受控的稀釋混合間歇式反應(yīng)器中進(jìn)行。

通常在酵母菌菌株的作用下從葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生乙醇。通過蒸餾回收乙醇并且乙醇可進(jìn)一步通過分子篩濃縮。

在引入的原料或經(jīng)預(yù)處理的原料中加水形成漿料，以便運(yùn)輸和處理該纖維素原料。該漿料由纖維素原料或經(jīng)預(yù)處理的原料片或水中的顆粒組成。在現(xiàn)有技術(shù)下，許多將木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化以生產(chǎn)可發(fā)酵糖的過程中，其固體含量以未溶解固體為度量單位（本文簡稱為“UDS”），值為5至12wt%。這種漿料通常被稱為“中等濃度漿料”。該含水漿料的濃度以未溶解固體濃度（UDS）表達(dá)，可由這些示例中描述的UDS過程決定。

但為了使木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)換過程更加經(jīng)濟(jì),最好使該漿料的未溶解固體含量更高。處理固體含量高的漿料在各處理階段有很多優(yōu)勢(shì)。例如，在化學(xué)預(yù)處理時(shí)，引入含水量低的漿料被加熱所需蒸汽和化學(xué)制品較少。在酶法水解過程中，固體含量高可提高該過程的體積效率。此外，當(dāng)固體含量高時(shí)，水解產(chǎn)物將含有高濃度的可發(fā)酵糖，可提高生產(chǎn)率。

此外，減少漿料中水的體積可減少所需設(shè)備尺寸，轉(zhuǎn)而降低資金成本。使用固體濃度高的漿料的進(jìn)一步優(yōu)勢(shì)在于可以顯著降低工廠所需的水量供給。用水量顯著增加該過程的花費(fèi)，特別是在氣候干旱的地區(qū)。降低該過程所需用水量是使該過程經(jīng)濟(jì)上可行的主要步驟。