[發明專利]從纖維素生產純葡萄糖的方法

在審

• 申請號: 201680055129.X
• 申請日: 2016-07-22
• 公開（公告）號: CN108026555A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發明（設計）人: A·M·拉里;A·A·奧達尼斯;J·J·維多利亞;V·G·朝得哈里;P·C·瓦德卡;M·L·帕蒂爾;P·S·帕蒂爾;B·R·阿瑟德卡;C·R·馬塔迪;I·普拉卡什;黃曉彥
• 申請（專利權）人: 印度化工學院;可口可樂公司
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14;C12P19/24;A23L29/30;A23L33/125
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

本公開提供使用熱?化學和酶促處理從包含50?95％纖維素的經預處理的纖維素生物質生產純度大于98％的葡萄糖的方法。本公開的方法涉及經預處理的纖維素生物質的溫和的酸和/或堿處理，用于生產包含含有大于98％葡萄糖的多糖的經處理的纖維素生物質殘余物。處理導致高度適用于酶促水解的高純度纖維素，并且產生純度大于98％的葡萄糖。本公開的方法還涉及酶和寡糖的膜分離，用于葡萄糖的回收和分離，從而避免產物反饋抑制。

技術領域

本公開涉及從經預處理的纖維素生物質生產純度大于98％的葡萄糖的方法。此外，本公開涉及得到包含含有大于98％葡萄糖單元的多糖的經處理的纖維素生物質殘余物，其適用于用于生產大于98％葡萄糖純度的酶促處理。

背景技術

世界對能源和食品的增加的需求可通過使用不可食用農產品例如木素纖維素生物質來滿足。例如如從農業農場和工業殘余物獲得的木素纖維素生物質已證明是作為用于糖類生產的原料的潛在的和可持續的資源，所述糖類為用于燃料、化學品、飼料和食品產品例如纖維素乙醇、有機酸如乳酸和琥珀酸、纖維素、和食品添加劑如木糖醇的前體。

可使用的農業殘余物包括稻秸、麥秸、玉米穗軸(corn cob)、玉米秸稈(cornstover)、甘蔗渣、甜葉菊葉(stevia leave)等，而另一方面木素纖維素原料還可源自林產品以及農業產業的副產品。通常稱為木素纖維素生物質、或簡稱為纖維素生物質，該生物質組成纖維素、半纖維素和木質素的復雜復合物。這些底物向糖類和其他產物的轉化涉及三個主要步驟；預處理、水解、然后化學或生物化學轉變。

底物的預處理可設計為將底物生物質分級為木質素和全纖維素(纖維素和半纖維素的混合物)。木質素可用于增值化學品的生產，而得到的全纖維素組分可使用稱為纖維素酶的酶的組合水解，用于釋放糖。這些糖通過化學和生物轉變的一種或多種組合應用于化學品和材料的生產。糖類除了作為燃料、能源和化學品的前體以外，如果分離并純化至需要的水平，還可應用于食品和制藥工業。

預處理的目標是松動纖維素、半纖維素、和木質素之間的化學鍵。酸預處理是最廣泛使用的方法，但缺點在于不環保并且除了得到較低產量的單糖類和形成發酵毒性副產物之外還需要昂貴的結構材料。水熱法或蒸汽爆破(steam explosion)為下一個受歡迎的選擇但是缺點在于可擴展性問題。堿水解是昂貴的，但是產生高質量的纖維素殘余物并且得到較高產量的可發酵糖類。考慮到涉及的成本，如AFEX和溶劑法等其它選擇不太可能得到接受。

方法的選擇是由許多因素決定的，最重要的為生物質的類型。將生物質基于得到酶水解性生物質所需的預處理的苛刻度進行分級。因此，雖然甘蔗渣為‘低苛刻度’生物質，但是木片和棉花或麻風樹屬(jatropha)植物廢料為‘高苛刻度’生物質。大多數農業谷物殘余物將歸類為低至中苛刻度生物質。

大多數預處理技術留下用于水解成糖類的‘去木質化(de-lignified)’和‘軟化’的殘余固體物質。

選擇在于使整個生物質經過接下來的糖化步驟而不分級成分離的組分或者在分級的組分即纖維素、半纖維素和木質素的分離之后使生物質進行糖化。當要將所有組合的糖類即葡萄糖、木糖等等一起轉化為乙醇時，前者方法通常是優選的。然而，由于已知木質素降解的產物例如酚類(phenolics)、乙酸、甲酸等抑制隨后的轉化過程，因此去木質化是重要的步驟。

經過一段時間后，顯而易見的是生物質分離為其構成組分，即纖維素、半纖維素和木質素具有數個優勢。這些優勢包括糖化步驟中較高的糖類產量和較低的酶消耗量，尤其是當目的是制造高純度糖類時。糖化步驟構成水解反應，由此高分子纖維素(polymericcellulose)和半纖維素分解成它們的單體組分。雖然已經嘗試了許多非生物學途徑，但基本上確定的是酶促水解可以在較少形成不期望的副產物的情況下以高的產量最佳地提供糖類。