[發明專利]酶促水解木質纖維素材料和發酵糖的方法

有效

• 申請號: 201580056822.4
• 申請日: 2015-10-19
• 公開（公告）號: CN107075533B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 約翰尼斯·彼得呂斯·斯米特斯;伊麗莎白·瑪麗亞·吉爾維爾德
• 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: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P19/02;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

本發明涉及由木質纖維素材料制備糖產物和/或發酵產物的方法，所述方法包括以下步驟：?向包含含有至少兩種纖維素酶的酶組合物的第一容器中補料分批加入木質纖維素材料；?使用所述酶組合物酶促水解所述第一容器中的木質纖維素材料以液化所述木質纖維素材料；?向第二容器中加入液化的木質纖維素材料；?使用包含至少兩種纖維素酶的酶組合物酶促水解所述第二容器中液化的木質纖維素材料以獲得糖產物。

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

木質纖維素材料主要由纖維素、半纖維素和木質素構成，并且為產生化石燃料的替代能源提供了有吸引力的平臺。該材料可大量獲得，并可被轉化為有價值的產品，例如糖或生物燃料，諸如生物乙醇。

從木質纖維素材料生產發酵產物是本領域已知的，其通常包括預處理、水解、發酵和任選的回收發酵產物的步驟。

在水解(其可包括液化、預糖化和/或糖化步驟)期間，木質纖維素材料中存在的纖維素通過纖維素分解酶被部分(通常30-95％，依賴于酶活性和水解條件)轉化為還原糖。水解通常在45-50℃的升高的溫度和非無菌條件下在持續6-168小時的過程中進行(參見Kumar，S.，Chem.Eng.Technol.32(2009)，517-526)。

通常，然后通過微生物(例如，酵母)將糖轉化為有價值的發酵產物(例如，乙醇)。發酵在同一容器或不同容器中在單獨的(優選厭氧的)方法步驟中進行。將發酵期間的溫度調節至30-33℃以適應微生物(通常為酵母)的生長和乙醇生產。在該發酵過程期間，通過自水解步驟已存在的酶，剩余的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、二氧化碳和微生物生物質，發酵完成。這可耗費長達6天。水解和發酵的總過程時間通常可達到13天。

通常，酶生產成本是來自木質纖維素材料的發酵產物的總生產過程中的主要成本因素(參見Kumar，S.，Chem.Eng.Technol.32(2009)，517-526)。迄今為止，通過應用來自單一微生物來源或來自多種微生物來源(參見WO 2008/008793)的具有更寬和/或更高(比)水解活性的酶產物來實現酶生產成本的降低。這導致更低的酶需求、更快的轉化速率和/或更高的轉化產率，和因此更低的總生產成本。

除了優化酶之外，優化工藝設計也是降低發酵產物生產總成本的重要手段。

出于經濟原因，因此期望包括新穎、創新的工藝配置，所述工藝配置旨在降低涉及木質纖維素材料的水解和發酵的方法中的總生產成本。

發明概述

本發明的一個目標是提供經改進的由木質纖維素材料制備糖產物和/或發酵產物的方法。另一目標是提供涉及水解的方法，其中水解的工藝條件被優化。優化存在于任何以下特征中。

本發明中進行的水解過程包括至少兩個步驟：進料步驟和糖化步驟。所述步驟可以在不同的容器中進行。進料步驟開始于將木質纖維素材料加入其中存在酶組合物的容器中。因此，水解過程中使用的酶在進料步驟開始時便存在。在進料步驟期間，木質纖維素材料通過酶被液化，并且釋放糖。向容器中添加木質纖維素材料的速率由容器中存在的材料的粘度決定。因此，可以控制容器中材料的粘度。優選地，在進料步驟期間，保持容器中的木質纖維素材料為液體，因此其易于混溶(miscible)。這降低了能量成本，降低了混合強度，并因此導致總體上更有效的生產方法。

此外，該水解過程具有以下優點：可以在進行進料步驟和/或糖化步驟的容器中在線(online)調節pH，并且不需要在將木質纖維素材料添加到容器中之前調節其pH。

與進料步驟期間容器中存在的材料的粘度相比，糖化步驟期間的木質纖維素材料的粘度基本不變。