[發明專利]使用來自木質纖維素材料的生物化學轉化過程的液體殘余物生產酶混合物的方法

在審

• 申請號: 201380031444.5
• 申請日: 2013-06-10
• 公開（公告）號: CN104428422A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: F.本沙巴納;S.盧雷
• 申請（專利權）人: IFP新能源公司
• 主分類號: C12P21/00
• 分類號: C12P21/00;C12N9/24
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 杜艷玲;梁謀

發明領域

本發明涉及生產纖維素和半纖維素酶，尤其是在從纖維素或木質纖維素材料生產乙醇的背景中。

現有技術

自從20世紀70年代，在水解組分多糖為可發酵糖后將木質纖維素材料轉化為乙醇已經稱為眾多研究的焦點。可以研究的實例為來自國家可再生能源實驗室（National?Renewable?Energy?Laboratory）的參考工作?(Process?Design?and?Economics?for?Biochemical?Conversion?of?Lignocellulosic?Biomass?to?Ethanol,?Humbird等人,?NREL/TP-5100-57764,?May?2011)。

木質纖維素材料是纖維素材料，即由多于90重量％的纖維素和/或木質纖維素構成，即由纖維素、半纖維素構成，其為基本上由戊糖類和己糖類以及木質素構成的多糖，其為具有基于酚類化合物的復雜結構和高分子量的大分子。

木材、秸稈和玉米芯是最廣泛使用的木質纖維素材料，但其他來源，專用的林木栽培物、產乙醇的糖和谷類作物的殘余物、來自造紙工業的產品和殘余物以及木質纖維素材料的轉化產品也可以使用。它們大部分由約35％-50%的纖維素、20%-30%的半纖維素和15%-25%的木質素構成。

生物化學轉化木質纖維素材料為乙醇的方法包括物理化學預處理步驟和隨后使用酶混合物(enzymatic?cocktail)進行酶促水解的步驟，將釋放的糖進行乙醇發酵的步驟（乙醇發酵和酶促水解可能同時進行），和純化乙醇的步驟。

酶混合物是纖維素分解酶（也稱為纖維素酶）和/或半纖維素分解酶的混合物。纖維素分解酶具有三種主要類型的活性：內切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和纖維二糖酶，其后者也稱為β-葡萄糖苷酶。半纖維素分解酶具體具有木聚糖酶活性。

酶促水解是有效的且在溫和條件下進行。相反的是，酶的成本仍較高，占轉化木質纖維素材料為乙醇成本中的20%-50%。為此原因，已進行大量關于降低該成本的研究：首先通過選擇高產微生物和通過改進生產所述酶的方法來優化酶生產，隨后通過優化預處理步驟，通過改進這些酶的比活性，和通過優化酶促水解步驟的實施來降低水解中酶的量。

在過去的幾十年中，大量研究針對于理解酶混合物的作用機制和表達。該目標為通過修飾微生物導致分泌最適合于水解木質纖維素材料的混合物。

最廣泛用于工業生產酶混合物的分解纖維素的微生物是真菌里氏木霉(Trichoderma　reesei)。在誘導物碳質底物例如纖維素，存在的情況下，野生菌株具有分泌被認為是最適合于水解纖維素的酶混合物的能力。具有對于水解木質纖維素材料不可或缺的特性的其他蛋白也由里氏木霉所產生，例如木聚糖酶。誘導物底物的存在對于表達纖維素分解酶和/或半纖維素分解酶是不可或缺的。碳質底物的性質對酶混合物的構成具有相當大的影響。對于木糖的情況正是這樣，當木糖伴隨有碳質誘導物底物諸如纖維素或乳糖時，可以顯著改進稱為木聚糖酶活性的活性。

乳糖保持為酶混合物的生產的工業方法中最合適的底物之一；然而，其成本變化巨大，且占大約酶成本價中的三分之一至三分之二。當乳糖用作碳質底物時，酶混合物生產方法依賴于碳的外部來源。為此原因，使用獲自生物化學轉化木質纖維素材料過程的碳質底物構成了重大進步。

專利申請EP?1?690?944公開了來自于衍生自預處理的木質纖維素材料的以單體形式的半纖維素級分的提取物可用作用于分解纖維素的微生物生長和生產酶的非誘導物碳質底物。在后一種情況下，必須與誘導物碳質底物混合以生產纖維素酶（乳糖或纖維二糖）。

專利申請WO?09?026?716?A1和WO?09?0061486?A1描述了使用含有用于生產纖維素酶的誘導物糖的碳質底物以及碳的主要來源從里氏木霉生產酶混合物。該申請公開了3重量％的誘導物糖足以誘導產生纖維素酶。相比于其中將木糖單獨用于生產溶液中的實例，纖維素酶的生產擴大了多于4倍。所描述的誘導物糖為可能由纖維素水解產生的單糖、二糖和寡糖(C₆糖)。碳的主要來源是獲自半纖維素或獲自合成木糖的包含單糖、二糖和寡糖的總體。