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用于自含木素纤维素材料产生发酵产物的方法技术

技术编号:16342244 阅读:130 留言:0更新日期:2017-10-03 20:57
本发明专利技术涉及用于自含木素纤维素材料产生水解产物的方法,其包括用低温预处理、水解和发酵,其中水解是通过使所述含木素纤维素材料与包含至少10%木聚糖酶酶蛋白w/w%的酶组合物接触进行的。

Process for producing fermentation products from lignocellulosic materials

The invention relates to a method for producing hydrolysis products from lignocellulose containing materials, including low temperature pretreatment, hydrolysis and fermentation, which is through the hydrolysis of lignocellulose containing material and contact enzyme composition comprising at least 10% xylanase w/w% protein.

【技术实现步骤摘要】
用于自含木素纤维素材料产生发酵产物的方法本申请是基于申请日为2010年12月21日,优先权日为2009年12月21日,申请号为201080058461.4,专利技术名称为“用于自含木素纤维素材料产生发酵产物的方法”的专利申请的分案申请。
公开了用于自含木素纤维素材料产生发酵产物的方法,并且更具体而言,通过两阶段预处理来增强含木素纤维素材料的酶促水解的方法。对于序列表的提及本申请含有计算机可读形式的序列表。所述计算机可读形式通过提述引入本文。
技术介绍
含木素纤维素材料或生物质可以用于产生可发酵糖,其继而可以用于产生发酵产物例如可再生燃料和化学品。含木素纤维素材料是包裹在木质素和半纤维素鞘中的纤维素纤维的复杂结构。自含木素纤维素材料产生发酵产物包括预处理、水解和发酵含木素纤维素材料。木素纤维素的结构不是酶促水解能够直接接近的。因此,对木素纤维素进行预处理,以便破裂木质素密封且破坏纤维素的晶状结构。这可能引起半纤维素级分的增溶和糖化。随后可以将纤维素级分酶促水解,例如通过纤维素分解酶,所述纤维素分解酶将碳水化合物聚合物降解成可发酵糖。这些可发酵糖随后通过发酵生物转化成所需发酵产物,所述产物可以任选地例如通过蒸馏进行回收。自含木素纤维素材料产生发酵产物目前是非常昂贵的。因此,需要提供用于自含木素纤维素材料产生发酵产物的进一步的工艺。专利技术概述本专利技术涉及用于自含木素纤维素材料产生水解产物的方法,其包括在相对低的温度预处理含木素纤维素材料,随后用包含高比例木聚糖酶的酶组合物水解。相应地,在一个方面,本专利技术涉及用于产生木素纤维素材料的水解产物的工艺,其包括(a)对所述木素纤维素材料实施在165℃–175℃之间的温度的预处理,(b)对经预处理的木素纤维素材料实施水解酶的作用以产生水解产物,其中所述水解酶包含纤维素分解酶(cellulyticenzyme)和木聚糖酶,所述木聚糖酶以总量水解酶蛋白的至少10%的量存在。本专利技术的一个优点包括含木素纤维素材料的可消化性得到显著改善,因此降低用于自含木素纤维素材料产生发酵产物的成本。附图简述图1显示使用表2中所示的水解酶的12种不同组合物在2个不同温度预处理的玉米秸秆的水解结果。专利技术详述含木素纤维素材料“木素纤维素”或“含木素纤维素材料”意指主要由纤维素、半纤维素和木质素组成的材料。此类材料通常称为“生物质”。生物质是包裹在木质素和半纤维素鞘中的纤维素纤维的复杂结构。生物质的结构使得它对于酶促水解并不易感。为了增强酶促水解,生物质必须进行预处理,以便破裂木质素密封,且溶解半纤维素,且破坏纤维素的晶状结构。纤维素随后可以进行酶促水解,例如通过纤维素分解酶处理,以将碳水化合物聚合物转化成可发酵糖,其可以发酵成所需发酵产物,例如乙醇。半纤维素分解酶处理也可以用于水解预处理的生物质中的任何剩余的半纤维素。生物质可以是含有木素纤维素的任何材料。在一个优选实施方案中,生物质含有至少约30重量%、优选至少约50重量%、更优选至少约70重量%、甚至更优选至少约90重量%木素纤维素。生物质一般例如在植物的茎、叶、皮、壳(hull,husk)和穗轴或树的叶、枝和木材中发现。生物质包括但不限于草本材料、农业残余物、林业残余物、市政固体废物、废纸以及浆和造纸厂残余物。应当理解生物质可以是在混合基质中含有木质素、纤维素和半纤维素的植物细胞壁材料的形式。生物质可以进一步含有组成成分,例如蛋白质性材料、淀粉、和糖例如可发酵糖或不可发酵糖、或它们的混合物。合适生物质的其他例子包括玉米纤维、稻草、松材、木屑(woodchip)、甘蔗渣、纸和浆加工废物、玉米秸秆、玉米穗轴、硬木材例如白杨木(poplar)和桦木(birch)、软木材、谷类稻草(cerealstraw)例如麦秸、稻草(ricestraw)、柳枝稷、芒属(Miscanthus)、稻壳、市政固体废物(MSW)、工业有机废物、办公室用纸、或它们的混合物。在一个优选实施方案中,生物质选自玉米秸秆、玉米穗轴、玉米纤维、柳枝稷、麦秸、稻草(ricestraw)和甘蔗渣及其组合。预处理根据本专利技术,生物质在水解前进行化学、机械、生物学或其任何组合的预处理。此外,化学、机械或生物学处理可以与水解同时进行,例如与一种或多种纤维素分解酶的添加或其他酶活性同时,以释放例如可发酵糖例如葡萄糖或麦芽糖。预处理的目的是分离或释放纤维素、半纤维素和木质素,并且因此改善水解和/或发酵的速率或效率。生物质可以在预处理过程中以约10-80之间的干固体重量%、优选约20-70之间的干固体重量%、尤其是约30-60之间的干固体重量%例如在约干固体50重量%左右的量存在。根据本专利技术,预处理在相对低的温度进行,优选在165℃-175℃之间,特别是从165℃、166℃、167℃、168℃、169℃、170℃、171℃、172℃、173℃或174℃一直到166℃、167℃、168℃、169℃、170℃、171℃、172℃、173℃、174℃或175℃。在其中温度通常是约180°的常规生物质预处理过程中,出现半纤维素组分的广泛降解。从含木素纤维素材料中释放的木聚糖降解为木糖,并且木糖可以进一步降解为化合物,其可以是酶促水解和/或发酵的抑制剂。木糖的降解产物包括但不限于糠醛、羟甲基糠醛(HMF)、甲醛、甲酸、乙醛、巴豆醛、乳酸、二羟基丙酮、甘油醛、丙酮醛、丙酮醇和羟乙醛。不受任何具体理论束缚,认为在用本专利技术相对低的温度的预处理下,含木素纤维素材料的结构被打开,但木聚糖仅部分降解。因为较少的木聚糖被降解,所以抑制剂较少程度地产生,并且可以省略洗涤步骤。化学预处理术语“化学预处理”指促进纤维素、半纤维素或木质素的分离或释放的任何化学预处理。合适的化学预处理方法的例子包括用例如稀酸、石灰、有机溶剂、二氧化硫或二氧化碳处理。进一步地,湿氧化和pH控制的水热解也是考虑的化学预处理。在一个优选实施方案中,化学预处理是酸处理,更优选地连续稀酸和/或弱酸处理,例如用硫酸或另一种有机酸和/或无机酸处理,所述酸例如乙酸、柠檬酸、酒石酸、琥珀酸、氯化氢或其混合物。还可以使用其他酸。弱酸处理意指处理pH处于约pH1-5的范围中,优选约pH1-3。在一个优选实施方案中,预处理是用0.1-2.5重量%酸、优选0.5-2.0重量%酸、优选0.8-1.5重量%酸的酸预处理。用于第二次预处理的酸可以是盐酸、磷酸、硫酸、亚硫酸、碳酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、酒石酸、葡糖醛酸、半乳糖醛酸、琥珀酸和/或其混合物;尤其是硫酸。酸可以与生物质和混合物接触范围为数分钟到数秒的时期。在本专利技术的一个优选实施方案中,预处理进行1分钟-60分钟的时期。根据本专利技术还考虑了其他化学预处理技术。还已显示当木素纤维素结构被破坏时,酶促水解可以得到极大增强。臭氧、有机溶剂(organosolv)(使用在含水醇中的(Al)2SO4、FeCl3、路易斯酸)、甘油、二噁烷、苯酚或乙二醇属于已知的破坏纤维素结构且促进水解的溶剂(Mosier等人,2005,BioresourceTechnology96:673-686)。合适预处理方法的其他例子由下述描述:Schell等人,2003,Appl.BiochemandBiotechn.第105-108卷,第69-85本文档来自技高网...
用于自含木素纤维素材料产生发酵产物的方法

【技术保护点】
一种用于产生木素纤维素材料的水解产物的工艺,其包括a)对所述木素纤维素材料实施在165℃–175℃之间,例如约170℃的温度的预处理,和b)对所述经预处理的木素纤维素材料实施水解酶的作用以产生水解产物,其中所述水解酶包含纤维素分解酶和木聚糖酶,并且其中所述木聚糖酶以总量水解酶蛋白的至少10%的量存在。

【技术特征摘要】
2009.12.21 CN PCT/CN2009/0757751.一种用于产生木素纤维素材料的水解产物的工艺,其包括a)对所述木素纤维素材料实施在165℃–175℃之间,例如约170℃的温度的预处理,和b)对所述经预处理的木素纤维素材料实施水解酶的作用以产生水解产物,其中所述水解酶包含纤维素分解酶和木聚糖酶,并且其中所述木聚糖酶以总量水解酶蛋白的至少10%的量存在。2.根据权利要求1的工艺,其中所述水解酶包含衍生自里氏木霉的纤维素酶系统。3.根据前述权利要求中任一项的工艺,其中所述木聚糖酶是GH10木聚糖酶,优选具有显示为SEQIDNO:1的序列或与显示为SEQIDNO:1的序列具有至少50%、至少60%、至少70%、至少80%或至少90%同一性的序列。4.根据前述权利要求中任一项的工艺,其中所述木聚糖酶以水解酶蛋白总量的至少10%、至少11%、至少12%、至少13%、至少14%、至少15%、至少20%或甚至至少25%的量存在。5.根据前述权利要求中任一项的工艺,其中所述水解酶以水解酶蛋白总量的至少5%、至少10%、至少15%、至少20%或甚至至少25%的量包含家族61糖苷水解酶。6.根据前述权利要求中任一项的工艺,其中所述水解酶以水解酶蛋白总量的...

【专利技术属性】
技术研发人员:任海彧李冬敏王云方传记黄鸿志
申请(专利权)人:诺维信公司中粮集团有限公司中国石油化工股份有限公司
类型:发明
国别省市:丹麦,DK

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