通过木质纤维素原材料的纤维素和半纤维素的顺序酶水解来生产特别是乙醇的方法技术

本发明专利技术提出用于生产乙醇的方法，其包括以下步骤：预处理木质纤维素植物原材料，其包括以下步骤：使木质纤维素植物原材料解构，然后分离一方面能够然后被水解(和发酵用于生产乙醇)的纤维素(C6)和另一个方面能够然后被水解的半纤维素和木质素，其特征在于水解纤维素和水解半纤维素然后根据以下步骤以顺序方式进行：‑i)通过至少一种酶开始酶水解纤维素达第一时间以获得中间水解产物；‑ii)将半纤维素加入所述中间水解产物；‑iii)继续酶水解混合物直到在酶水解的总时间结束时获得最终水解产物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及用于生产特别是乙醇的方法，所述方法预处理木质纤维素植物原材料(MPVL)以便分离纤维素、半纤维素和木质素，和包括酶水解C5多糖(戊糖)和C6多糖(己糖)。一般地，各种生物质源的组合物在解剖体和结构方面表现出很大的异质性，但是它们还表现出一定程度的不变性，也就是存在三种主要的大分子化合物，纤维素、半纤维素和木质素。纤维素是线型葡萄糖聚合物，和因此是发酵性糖的潜在来源；半纤维素是杂聚物，其最具代表的单体是包含五个碳原子的C5糖(木糖，阿拉伯糖)和易被多种微生物代谢；而木质素是复杂的三维杂聚物，其天然降解是长且复杂的过程，且至今被认为希望从中通过水解得到任何工业生产过程是不现实的。木质纤维素的特异性要求，特别是出于例如由上述发酵性糖生产乙醇的目的，进行预处理以解决使纤维素可接近旨在特别是溶解半纤维素和木质素的酶试剂的问题。本申请人CIMV是专门从事处理和开发木质纤维素植物原材料的公司。就此而言，本申请人已提交且是涉及用于通过在甲酸/乙酸介质中分馏木质纤维素植物材料生产纸浆、木质素、糖和乙酸的方法(WO-A1-00/68494)的各种专利申请和专利的所有人。本申请人还是涉及用于预处理木质纤维素植物材料以生产生物乙醇的方法(WO-A2-2010/006840)的专利申请和/或专利的所有人。这样的预处理过程特别地可使得在经济工业条件下由木质纤维素植物原材料(MPVL)首先获得表现出用于其随后酶水解的最佳条件的基本上由脱纤维的纤维素构成的基质，和由源自半纤维素的甘蔗糖蜜构成的第二基质，其水解产物不含糠醛。因此，本申请人已经提出用于由木质纤维素植物原材料生产生物乙醇的方法，其包括预处理MPVL、酶水解经预处理的材料和酒精发酵由水解步骤所得的产物的连续步骤。本申请人特别提出用于由木质纤维素植物原材料生产生物乙醇的方法，其包括以下的连续步骤：-a)预处理木质纤维素植物原材料以便分离包含在该木质纤维素植物原材料中的纤维素、半纤维素和木质素，所述预处理包括以下的连续步骤：·(i)通过在包含甲酸、乙酸和水的混合物的存在下将木质纤维素植物原材料置于在95℃和110℃之间的反应温度下而使木质纤维素植物原材料解构；·(ii)然后，在大气压力下和在任何水解然后发酵作用之前分离：*一方面，基本由所述纤维素(C6糖)组成的固体相，其能够然后被水解和发酵用于生产乙醇；*和另一个方面，特别是在含水溶液中包含甲酸、乙酸、木质素和半纤维素(C5糖)的液体相；-b)酶水解所述固体相；-c)酒精发酵由所述水解步骤所得的产物，其能够被发酵用于生产乙醇。该方法特别详细地描述于文献EP-2235254(WO-A1-2009/0927498)中。该方法提出完全不同于现有技术的方法，其通过在酸/水介质中溶剂分解来分离三种生物聚合物，这可在纤维素和半纤维素的水解然后发酵的任何作用之前，分离具有高附加值的线型、非重组、低分子量的木质素。该方法可获得工业性能水平，而不管所使用的植物的性质，和因此在用于打开新开发的一年生植物的情况下，特别地在谷物秸秆和甘蔗渣或糖高粱渣的情况下是特别有利的，所述开发加入由本申请人在涉及用于通过在甲酸/乙酸介质中分馏木质纤维素植物材料生产纸浆、木质素、糖和乙酸的方法的国际申请WO-A1-00/68494中已经提出的那些。例如，通过CIMV“精炼”方法源自植物材料(例如源自麦秆)的纤维素的量和在酶水解之后存在的聚葡糖的量如下:-CIMV方法的纤维素级分产率：包含88wt％的纤维素的生物质(谷物秸秆情况)的48wt％，即生物质的42wt％(以重量计)；-葡萄糖产率：生物质的44％(重量比)；-纤维素醇产率：生物质的21％(重量比)。通过CIMV精炼方法分离的包含半纤维素的物流表示大约20％的发酵性糖的潜力。这些专利技术(CIMV方法)旨在改进由MPVL生产乙醇，和特别是水解纤维素以产生发酵性糖的工业条件。通常和以已知的方式，由MPVL生产乙醇的方法考虑数个参数。在这些参数中，特别确定木质素可以是酶的抑制剂和需要预处理木质纤维素基体以便使得纤维素和半纤维素水解。由于它们的化学组成，木质素聚合物具有不溶性和高度反应性。因此，木质素的存在加强了纤维素-半纤维素网络，和它们阻碍酶的渗透和作用，要求水的存在。当与化学水解比较时，由于各种原因，特别地因为经济评估的结果有利于酶水解，酶水解纤维素是获得发酵性糖的推荐方法。此外，酶水解产生少量待处理的流出物和没有腐蚀问题。实际的酶水解通过使经预处理的植物原材料与酶溶液简单接触来进行，同时确保悬浮液均匀和维持最佳条件，所述条件例如对于T.reesei纤维素酶为在45℃和50℃之间的温度和约4.8的pH。酶作用时间取决于所用酶的量和取决于酶的特定活性。在酶水解过程中，还原糖基本上以葡萄糖的形式释放。纤维素降解中涉及的酶，通常称为纤维素酶，为各种类型和具有各种来源和它们的特征特别是它们的活性。纤维素酶的成本相对高和构成通常被评为由MPVL生产生物乙醇中最贵的要素。因此，已进行了大量的努力来确定酶水解的机理以改进它，它是可溶性蛋白对不溶性和“耐火”基质的作用的复杂的过程。酶水解过程的效率和盈利性的另一参数为水解时间，它可以相对长，为48-72小时。为了改进酶水解纤维素的效率，本申请人CIMV已在文献WO-A2-2012/049054中提出了用于生产乙醇的方法，其特征在于它包括在酶水解纤维素的步骤之前部分去除木质素的步骤以获得木质素的残余整体水平，其表示为重量百分比(wt％)，它为非零且包括在由分别等于0.30％和4％的下限和上限确定的范围内。该方法的总效率相似或基本上等于由MPVL生产理论最大水平的乙醇，此外，无论整个方法根据该方法首先使用酶水解步骤和然后发酵步骤，还是同时进行水解和发酵(SSF方法)，该效率相同。这样的相同效率是由于根据该方法的酶水解纤维素不能产生发酵抑制剂的事实。此外，显示出该方法的优点(整体木质素水平和特定再酸化条件)未改变，即具有相同性质和具有相同值，无论所用的纤维素酶，和无论是否涉及更低或更高效率的纤维素酶。当通过酶水解将纤维素水解为葡萄糖时，葡萄糖以与例如由淀粉所得的葡萄糖一样的方式进行发酵。使用MPVL作为初始基质所特定的已知问题依然存在，例如可能存在由半纤维素和木质素所得的有毒的化合物和抑制剂，和还可能在单一步骤中进行酶水解和发酵。水解产物中存在的抑制剂源自糖的降解(至糠醛)，所述糖存在于半纤维素和来自木质素。抑制剂的存在取决于MPVL的性质和其预处理的条件。除了由糠醛抑制酶以外，注意到各种抑制剂的组合效果。已提出了根据称为SSF(同时糖化和发酵)的方法在相同反应器中同时实施水解和发酵操作，所述方法的第一优点看上去是显著的，因为它要求单一设备，但是所述方法要求使用酶和酵母在相同物理化学环境中工作。然而，它们的最佳温度相对离得很远(对于酵母30℃和对于纤维素酶50℃)。因此，SSF的发展需要能够在高很多的温度下发酵的酵母菌株的发展。就根据“SSF”(“同时糖化和发酵”)方法(其包括在单一步骤中进行酶水解和乙醇发酵)同时进行发酵和水解而言，它的主要优点在于通过消除预先进行酶水解所需的操作的投资降低，和不存在由葡萄糖的纤维素酶抑制，所述葡萄糖在它出现时本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于由木质纤维素植物原材料(MPVL)生产产物的方法，其包括以下步骤：‑a)预处理木质纤维素植物原材料以便分离包含在该木质纤维素植物原材料中的纤维素(C6)、半纤维素(C5)和木质素，所述预处理包括以下的连续步骤：使木质纤维素植物原材料解构，然后分离一方面能够然后被水解(和发酵用于生产生物乙醇)的纤维素(C6)和另一个方面能够然后被水解的半纤维素(C5低聚糖)；‑b)酶水解纤维素(C6)；‑c)酶水解半纤维素(C5)；其特征在于水解纤维素和水解半纤维素根据包括以下的连续步骤以顺序方式进行：‑i)通过至少一种酶(纤维素酶)开始酶水解纤维素(C6)达第一时间(T1)以获得中间水解产物；‑ii)将半纤维素(C5)加入所述中间水解产物；‑iii)继续酶水解混合物直到在酶水解的总时间(T2)结束时获得最终水解产物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.05 FR 14550951.用于由木质纤维素植物原材料(MPVL)生产产物的方法，其包括以下步骤：-a)预处理木质纤维素植物原材料以便分离包含在该木质纤维素植物原材料中的纤维素(C6)、半纤维素(C5)和木质素，所述预处理包括以下的连续步骤：使木质纤维素植物原材料解构，然后分离一方面能够然后被水解(和发酵用于生产生物乙醇)的纤维素(C6)和另一个方面能够然后被水解的半纤维素(C5低聚糖)；-b)酶水解纤维素(C6)；-c)酶水解半纤维素(C5)；其特征在于水解纤维素和水解半纤维素根据包括以下的连续步骤以顺序方式进行：-i)通过至少一种酶(纤维素酶)开始酶水解纤维素(C6)达第一时间(T1)以获得中间水解产物；-ii)将半纤维素(C5)加入所述中间水解产物；-iii)继续酶水解混合物直到在酶水解的总时间(T2)结束时获得最终水解产物。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于酶水解纤维素的步骤i)包括以下：i1)将所述至少一种第一酶引入反应器；i2)添加所述纤维素的第一部分直到获得固体(MS)含量在10wt％和15wt％之间的混合物；i3)使所述混合物水解在六小时和十五小时之间的时间；i4)在数个步骤中添加所述纤维素的剩余部分以获得在20wt％和25wt％之间的最终固体(MS)含量。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述酶水解纤维素的第一时间(T1)在二十小时和四十小时之间。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述酶水解纤维素的第一步骤i)在45℃和55℃之间的温度下进行。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述纤维素的固体含量在10％和25％之间。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·本杰隆姆拉亚，M·戴尔马，
申请(专利权)人：植物材料工业公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR