[發明專利]用纖維素酶和葡糖淀粉酶提高發酵制備乙醇的產率

無效

• 申請號: 201280020637.6
• 申請日: 2012-04-27
• 公開（公告）號: CN103492579A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 李勉;C·米奇森
• 申請（專利權）人: 丹尼斯科美國公司
• 主分類號: C12P7/06
• 分類號: C12P7/06;C12P19/14
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 柴云峰;黃革生

優先權

本專利申請要求提交于2011年4月29日的美國臨時申請No.61/481,094的優先權，其全文以引用方式并入本文。

技術領域

本專利涉及淀粉和/或生物質的發酵，具體地講，涉及利用此類發酵提高產率例如乙醇產率的方法。具體地講，本專利涉及用葡糖淀粉酶和纖維素酶的組合糖化和/或發酵淀粉和/或生物質來發酵（包括同步糖化發酵(SSF)工藝）生產乙醇的組合物和方法。

背景技術

通過淀粉和/或生物質的工業發酵來生產可用產品（例如乙醇）仍然是受到廣泛關注的領域。乙醇的許多用途包括食品和飲料以及工業化學品、燃料添加劑或液體添加劑的應用。當前經濟、社會、政治、環境、能源和地質問題使燃料乙醇尤為受到關注。作為潛在的燃料源并因為其來源于可再生資源，乙醇可幫助降低對化石燃料源的依賴，減少不良排放，提高汽油發動機的性能，以及減小大氣中二氧化碳的積聚。

雖然已經關注利用主要為纖維質原料的糖化和發酵來獲得乙醇，但大多數乙醇由淀粉質原料的發酵制備而來。用含淀粉的原料制備乙醇的典型方法包括兩個連續的酶催化步驟，這些步驟導致在發酵前從淀粉釋中放出葡萄糖。第一個步驟是液化經過α-淀粉酶催化的淀粉。α-淀粉酶(EC3.2.1.1)是隨機裂解內部α-1,4-D-糖苷鍵的內切水解酶。它們能夠將淀粉漿料降解成短麥芽糖糊精。由于α-淀粉酶降解淀粉，混合物的粘度降低。因為液化通常在高溫下進行，所以優選使用熱穩定性的α-淀粉酶，如來自芽孢桿菌屬物種(Bacillus?sp.)的α-淀粉酶。近年來，已經開發出許多新的α-淀粉酶來提高液化并提供許多引人關注的、新型和可用的酶學性質。

酶液化可為多步驟方法。例如，添加酶之后，加熱漿料至約60至95℃之間的溫度，通常為約78至88℃之間的溫度。隨后，該漿料被加熱（例如噴射蒸煮或以其它方式）至通常約95至125℃之間的溫度，然后冷卻至約60至95℃。添加更多的酶，并以所需溫度（通常約60至95℃）另外保持該糊狀物約0.5至4小時。在一些情況下，已知纖維素酶被添加至液化槽來幫助降低糊狀物的粘度。用于該目的的商業纖維素酶產品的例子包括由丹尼斯克公司杰能科分公司(Danisco’s?Genencor?Division)）生產的多種OPTIMASH^TM，例如OPTIMASH^TMBG、OPTIMASH^TMTBG、OPTIMASH^TMVR和OPTIMASH^TMXL。

盡管在此類液化過程中粘度下降，并且長淀粉分子裂解成短麥芽糖糊精，但這些麥芽糖糊精無法容易地通過酵母發酵來形成醇。因此，可能需要第二酶催化步驟糖化進一步分解麥芽糖糊精。通常使用葡糖淀粉酶和/或麥芽糖α-淀粉酶來催化液化后形成的麥芽糖糊精的非還原性末端的水解，以釋放葡萄糖、麥芽糖和異麥芽糖。還可用分支酶例如支鏈淀粉酶來幫助糖化。糖化通常在高溫的酸性條件下進行，例如。約60℃、pH4.3。

雖然基本的酶淀粉液化方法得到很好的建立，但進一步提高商業淀粉加工是有用的。具體地講，在碾磨原料（例如谷物，如玉米）以及淀粉的凝膠化和液化后剩余有纖維素材料。這種纖維素材料可捕獲或結合一些淀粉，從而降低了理論和實際產率。液化期間可使用纖維素酶來降低漿料的粘度。參見例如等人的Process?Biochemistry,Vol.42,pp.834-839,2007（《過程生物化學》，第42卷，第834-839頁，2007年）。SSF過程中還可將纖維素酶用于預處理的木質纖維素材料，例如針葉木漿和甘蔗渣。參見例如等人的Process?Biochemistry,Vol.44,pp.1323-1329,2009（《過程生物化學》，第44卷，第1323-1329頁，2009年）；和daSilva等人的Bioresource?Technology,Vol.101,pp.7402-7409,2010（《生物資源技術》，第101卷，第7402-7409頁，2010年）。能夠提高發酵產物例如乙醇的產率的方法代表本領域的一次進步，因為僅根據在美國每年生產的120億加侖乙醇來考慮而言，即使很小的可再生產率的提高（如果在不投入額外能源的條件下可以達到）也是有價值的。

發明內容