[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: 202011434491.2
• 申請日: 2015-04-29
• 公開（公告）號: CN112553266A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 伯圖斯·諾丹姆;露易絲·伊麗莎白·貝福斯;魯迪·法蘭克斯·瑪麗亞·喬瑟夫·帕爾頓;邁克爾·彼得勒斯·喬瑟夫·貝克浩特
• 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: C12P19/02
• 分類號: C12P19/02;C12P19/14;C12P7/10;C12P7/16;C12P7/56
• 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: 張兵兵

本發明涉及酶促水解木質纖維素材料和發酵糖的方法。本發明涉及用于從木質纖維素材料制備發酵產物的方法，所述方法包括以下步驟：a)任選地，預處理所述木質纖維素材料，b)任選地，清洗所述任選地預處理的木質纖維素材料，c)使用包含至少兩種纖維素酶的酶組合物酶促水解所述任選地經清洗的和/或任選地經預處理的木質纖維素材料，并且其中所述酶組合物至少包含LPMO，以及任選地純化所述經水解的木質纖維素材料，d)發酵所述經水解的木質纖維素材料以產生發酵產物，以及e)任選地，回收發酵產物，其中通過在所述預處理之后且在所述酶促水解之前和/或期間向所述木質纖維素材料中添加適合量的氧。

本申請是2015年4月29日提交的申請號為201580023287.2、題為“酶促水解木質纖維素材料和發酵糖的方法”的中國專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及用于木質纖維素材料的酶促水解和糖的發酵的方法。

背景技術

在本文中也被稱之為原料的木質纖維素植物材料為可再生能源，其為可被轉化為有價值的產物如糖或生物燃料例如生物乙醇的糖的形式。在該過程中，存在于原料中的(木質或半)纖維素如麥稈、玉米秸稈、稻殼等通過(半)纖維素分解酶被轉化成還原性糖，其隨后可通過微生物如酵母、細菌和真菌被任選地轉化成有價值的產物，如乙醇。

由于(半)纖維素為結晶的且被截留在木質素網狀物中，因此至還原性糖的轉化通常是慢且不完全的。通常情況下，未處理原料的酶促水解產生20％的理論量的糖。通過應用化學和熱物理預處理，(半)纖維素對于(半)纖維素分解酶更可及，且因此轉化更快且產量更高。

來自從預處理的玉米秸稈得到的葡萄糖的通常的乙醇產量為每1000kg的干玉米秸稈40加侖的乙醇(Badger,P,Ethanol from cellulose:a general review,Trends innew crops and new uses,2002,J.Janick和A.Whipkey(編)ASHS Press,Alexandria,VA)或每g原料0.3g乙醇。纖維素基的乙醇的最大產量大約為90％。

纖維素分解酶-它們中的大多數是由物種如Trichoderma、Humicola和Aspergillus產生的-被商用于將預處理的原料轉化成含有不可溶的(半)纖維素、由其制成的還原性糖和木質素的糊狀物。從Rasamsonia得到的熱穩定性纖維素分解酶已被用于降解木質纖維素原料且已知這些酶具有熱穩定性，見WO 2007/091231。所產生的糊狀物用于發酵中，在發酵期間，還原性糖被轉化成酵母生物質(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進行的糖的一般生產，也被稱之為液化、預糖化或糖化的水解，通常發生在45至50℃的升高溫度和非無菌條件下持續6至168小時(Kumar,S.Chem.Eng.Technol.32(2009)517-526)的過程中。在該水解期間，所存在的纖維素被部分(通常為30至95％，這可取決于酶的活性和水解條件)轉化成還原性糖。在酶被存在于預處理的原料中的化合物和釋放的糖抑制以及在使熱滅活盡可能少的情況下，盡可能地減少該升高溫度的時間段。

在水解之后的發酵在相同或不同的容器中發生在單獨的優選為厭氧的方法步驟中，其中溫度被調整至30至33℃(中溫方法(mesophilic process))以適應通過微生物生物質通常為酵母進行的生長和乙醇生產。在該發酵方法中，剩余的(半)纖維素材料通過已從水解步驟存在的酶被轉化成還原性糖，且同時產生微生物生物質和乙醇。一旦(半)纖維素材料被轉化成可發酵糖且所有可發酵糖被轉化成乙醇、二氧化碳和微生物細胞，則發酵完成。這可進行長達6天。在一般情況下，水解和發酵的總處理時間可長達13天。

如此獲得的經發酵糊狀物由不可發酵的糖、不可水解的(半)纖維素材料、木質素、微生物細胞(最常見為酵母細胞)、水、乙醇、溶解的二氧化碳組成。在后續的步驟中，將乙醇從糊狀物蒸餾出來并進一步地純化。干燥剩余的固體懸浮液并將其用作例如，燃燒燃料、肥料或牛飼料。