[發明專利]酶促水解木質纖維素材料和發酵糖的方法

在審

• 申請號: 201380058360.0
• 申請日: 2013-11-07
• 公開（公告）號: CN104769117A
• 公開（公告）日: 2015-07-08
• 發明（設計）人: 邁克爾·彼得勒斯·喬瑟夫·貝克浩特;愛達·海賽尼;伯圖斯·諾丹姆
• 申請（專利權）人: 帝斯曼知識產權資產管理有限公司
• 主分類號: C12P1/00
• 分類號: C12P1/00;C12P19/14
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 肖善強

發明領域

本發明涉及酶促水解木質纖維素材料和發酵糖的方法。

發明背景

木質纖維素植物材料在本文中也稱為原料(feedstock)，其是糖形式的可再生能源，其可被轉化為有價值的產物，例如糖或生物燃料，例如生物乙醇。該過程期間，通過(半)纖維素分解酶，原料(例如麥秸、玉米稈、稻殼等)中存在的(木質或半)纖維素被轉化為還原糖，接著任選地通過微生物(比如酵母、細菌和真菌)，所述還原糖被轉化為有價值的產物例如乙醇。

鑒于(半)纖維素是結晶的并包埋在木質素網中，向還原糖的轉化通常是慢的且不完全的。典型地，酶促水解未處理原料產生少于理論量的20％的糖。通過應用化學和熱物理預處理，(半)纖維素對(半)纖維素分解酶而言更可及，因而轉化更快且產率更高。

來自源于預處理的玉米稈的葡萄糖的典型乙醇產率是40加侖乙醇/1000kg干玉米稈(Badger,P,Ethanol?from?cellulose:a?general?review,Trends?in?new?crops?and?new?uses,2002,J.Janick和A.Whipkey(編)ASHS?Press,Alexandria,VA)或0.3g乙醇/g原料。基于纖維素的乙醇的最大產率是約90％。

纖維素分解酶(它們中的大多由下述物種產生：比如Trichoderma、Humicola和Aspergillus)在商業上被用來將預處理的原料轉化為含有不可溶的(半)纖維素、其制得的還原糖以及木質素的糊狀物(mash)。來源于Rasamsonia的熱穩定纖維素分解酶已被用于降解木質纖維素原料，這些酶因為它們的熱穩定性而眾所周知，參見WO2007091231。產生的糊狀物被用在發酵中，發酵期間還原糖被轉化為酵母生物質(細胞)、二氧化碳和乙醇。以這種方式產生的乙醇被稱為生物乙醇。

從預處理的木質纖維素原料生產糖的一般生產中，水解(還被稱為液化、預糖化或糖化)典型地在45-50℃的升高的溫度和非滅菌條件下的持續6-168小時的方法中進行(Kumar,S.,Chem.Eng.Technol.32(2009)517-526)。在該水解期間，存在的纖維素被部分(典型地30-95％，可取決于酶活性和水解條件)轉化為還原糖。在酶被預處理原料中存在的化合物和被釋放的糖抑制的情況下，以及為了使熱失活最小化，該升高的溫度的時間盡可能地降到最短。

水解后的發酵在相同或不同容器中在單獨的優選厭氧的方法步驟中發生，其中溫度被調至30-33℃(嗜溫方法)以適應生長和通過微生物生物質(通常為酵母)生產乙醇。在該發酵方法期間，通過來自水解步驟的仍存在的酶，剩余的(半)纖維素材料被轉化為還原糖，同時產生微生物生物質和乙醇。一旦(半)纖維素材料被轉化為可發酵糖并且所有可發酵糖被轉化為乙醇、二氧化碳和微生物細胞，發酵完成。這可耗費長達6天。水解和發酵的總過程時間通?？蛇_到13天。

這樣獲得的發酵糊狀物由非可發酵糖、非可水解(半)纖維素材料、木質素、微生物細胞(大多通常為酵母細胞)、水、乙醇、溶解的二氧化碳組成。在連續步驟中，從糊狀物中蒸餾并進一步純化乙醇。剩余的固體懸浮物被干燥并被用作例如燃燒燃料、肥料和牛飼料。

WO2010080407建議：在厭氧條件下用纖維素酶組合物處理纖維素材料。除去或排除活性氧物質可改善纖維素水解酶體系的性能。酶組合物對纖維素材料(例如，木質纖維素)的水解可被酶組合物組分的氧化損傷和/或纖維素材料的氧化(例如，通過分子氧)降低。

WO2009046538公開了處理木質纖維素原料植物材料以釋放可發酵糖的方法，其中在真空下使用酶促水解方法處理材料，并產生包含降低量的揮發性糖/發酵抑制化合物例如糠醛和乙酸的富糖處理流。除了除去揮發性抑制化合物之外，還除去的其它化合物和/或分子包括氮、氧、氬和二氧化碳。