生物质加工制造技术

使用果糖，例如从纤维素或木质纤维素材料衍生的果糖，例如使所述果糖发酵以产生产物，例如溶剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生物质加工相关申请的交叉引用本申请要求2011年12月22日提交的美国临时申请号61/579，559的权益。以上申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。专利
本专利技术涉及将生物质转化成有用产物的方法。具体地说，本专利技术涉及从糖如果糖产生产物如丁醇。背景随着对石油的需求增加，对用于制造生物燃料和生物化学物质的可再生原料的兴趣也在增加。自20世纪70年代以来已对木质纤维素生物质作为用于所述制造方法的原料的用途进行了研究。木质纤维素生物质因其丰富、可再生、在国内生产，并且不与食品工业用途竞争而具有吸引力。现今可获得许多潜在的木质纤维素原料，包括例如农业残余物、木质生物质、城市废物、油籽/油饼以及海草，仅举几例。目前这些材料用作动物饲料、生物堆肥材料、在联产设施中燃烧抑或被填埋。木质纤维素生物质由于植物细胞壁具有坚硬并且紧凑的结构而难以降解。所述结构包括嵌入半纤维素基质中由木质素围绕着的晶体纤维素原纤维。这种紧凑基质难以由酶以及其它化学、生物化学和生物方法接近。纤维素生物质材料(例如，已基本上除去所有木质素的生物质材料)可以更易于由酶和其它转化方法接近，但是即便如此，天然存在的纤维素材料当与水解酶接触时通常具有低产率(相对于理论产率)。木质纤维素生物质甚至更难以受酶攻击。此外，每种类型的木质纤维素生物质具有其自身特定的纤维素、半纤维素和木质素组成。虽然多种方法已试图从木质纤维素生物质中提取结构性碳水化合物，但其不是过于昂贵、生产产率过低、在所得产物中留有不期望的化学物质，就是仅降解糖类。来自可再生生物质源的单糖可以通过代替、补充或取代石油和其它化石原料而成为化学和燃料工业的基础。然而，需要开发将使得可大量并且以可接受的纯度和价格获得这些单糖的技术。专利技术概述本文提供提高生物质的糖化效率的方法。具体地说，可通过避免酶反应的负反馈抑制来实现效率。在一方面，本专利技术特征在于用于产生产物的方法，所述方法包括:通过使生物质糖化并且使糖化生物质与异构化试剂接触来产生果糖，并且用微生物和/或酶将果糖转化成产物。在一些实施方式中，所述生物质包含纤维素或木质纤维素材料。例如使用选自由以下组成的组的处理方法:用电子轰击、超声处理、氧化、热解、蒸汽爆炸、化学处理、机械处理、冷冻研磨和其组合，处理纤维素或木质纤维素生物质以减少其对于糖化的不顺应性。异构化试剂可为例如异构酶,例如,木糖异构酶。在一些实施方式中，纤维素或木质纤维素生物质选自由以下组成的组:纸、纸制品、废纸、纸衆、有色纸、装料纸、涂布纸、填充纸、杂志、印刷品、打印纸、涂塑纸(POIycoatedpaper)、卡片材料、卡纸板、纸板、棉花、木材、刨花板、林业废弃物、锯末、杨木、木屑、草、柳枝稷、芒草、绳草、草芦、谷物残渣、稻壳、燕麦壳、小麦壳、大麦壳、农业废弃物、青贮饲料、油菜稻、小麦稻、大麦稻、燕麦稻、稻稻、黄麻、大麻、亚麻、竹子、剑麻、蕉麻、玉米穗轴、玉米秸杆、大豆秸杆、玉米纤维、苜蓿、干草、椰子毛、糖加工残渣、甘蔗渣、甜菜浆、龙舌兰渣、海藻、海草、粪肥、污水、秘鲁胡萝卜、荞麦、香蕉、大麦、木薯、葛藤、圆齿酢酱草(oca)、西米、高粱、马铃薯、甘薯、芋头、山药、豆类、蚕豆、扁豆、豌豆、工业废料和任何这些物质的混合物。在一些情况下,微生物包括梭菌属某些种(Clostridium spp.)的菌株。例如,微生物可为糖乙酸多丁醇梭菌(C.saccharoperbutylacetonicum),例如,糖乙酸多丁醇梭菌菌株ATCC27021或糖乙酸多丁醇梭菌菌株ATCC27022。产物可包括溶剂，例如，醇如异丁醇或正丁醇。 在本文描述的一些实施方案中，虽然总体上优选的是产物如丁醇由来自纤维素或木质纤维素材料的糖，如果糖来产生，但是可使用来自其它来源的果糖。应理解，本专利技术不限于此概述中所公开的实施方案，并且其旨在涵盖在如由权利要求书所定义的本专利技术的精神和范围内的修改。附图简述上文将由如附图中所示的本专利技术的以下示例性实施方案的更具体的描述而显而易见，在附图中，相似参考标号指所有不同视图中的相同部分。附图不必按比例绘制，而是将重点放在示出本专利技术的实施方案上。图1是示出纤维素酶促水解成葡萄糖的的图表。纤维素底物(A)由内切纤维素酶(i)转化为纤维素(B)，所述纤维素(B)由外切纤维素酶(ii)转化为纤维二糖(C)，所述纤维二糖(C)由纤维二糖酶葡糖苷酶)(iii)转化为葡萄糖(D)。图2是图示生物质原料转化成一种或多种产物的流程图。将原料通过物理方式预处理(例如，减小其尺寸)(200)，任选地处理以减小其不顺应性(210)，糖化以形成糖溶液(220)，将溶液运输(230)至制造厂(例如，通过管道、有轨车)(或如果糖化在途中执行，则运输原料、酶和水)，将糖化原料生物加工以产生所需产物(例如，醇)(240)，并且产物可例如通过蒸馏来进一步加工以产生最终产物(250)。对于不顺应性的处理可通过测量木质素含量(201)并且设置或调整过程参数(205)来修改。使原料糖化(220)可通过将原料与培养基和酶混合(221)来修改。图3是显示葡萄糖和果糖的代谢的制备相的图表。图4是显示果糖代谢期间形成甘油三酯的代谢途径的图表。图5是显示丁醇产生有机体的发酵途径的图表。详述本专利技术涉及加工生物质材料(例如,生物质材料或生物质衍生材料)以获得糖如果糖的方法，然后，所述糖可用于产生产物。例如，糖，例如果糖可发酵以产生溶剂，如醇，例如丁醇，例如，异丁醇或正丁醇。也可产生丁酸。本专利技术人已经发现在一些情况下与葡萄糖溶液相比，果糖溶液可更快速地并且以更好产量来发酵成醇。不受任何特定理论的束缚，据信产物如溶剂(例如，丁醇)对于溶剂产生生物体具有毒性，并且与葡萄糖代谢相比，使用一些糖如果糖的代谢在更大程度上或更快地产生保护性底物(例如，甘油三酯)。溶剂的暗示效应是其与细胞膜相互作用，从而干扰膜流动性。还认为溶剂，如丁醇对于膜具有离液效应。离液试剂干扰由非共价力介导的稳定化分子内相互作用。由于这些效应，溶剂可抑制活性营养物运输、膜结合酶的活性和葡萄糖摄取。溶剂还可部分或完全地消除膜pH梯度、降低细胞内pH和ATP浓度。响应于溶剂增加，细胞可试图调整脂质组成以保持流动性(Christopher A.Tomas, J.Bacteriol.186:2006-2018(2004))。果糖代谢可促进脂质如甘油三酯的增加。不受任何特定理论的束缚，进一步认为糖如果糖对于溶剂产生的益处可与糖酵解的调控相关。调控的目的是控制有机体的生长和健康。据信因为一些糖如果糖并非如葡萄糖那样在世界上天然地丰富，所以抑制其糖酵解的调控机制没有得到很好的开发。这可允许那些糖如果糖通过有机体的更高摄取和代谢。如图1所示，例如，在糖化期间，纤维素底物(A)由内切葡聚糖酶⑴在随机位置初始水解，以产生低聚中间体(例如，纤维素)(B)。这些中间体随后为外切葡聚糖酶(ii)(如纤维二糖水解酶)的底物，以从纤维素聚合物的末端产生纤维二糖。纤维二糖是水溶性的1，4-连接的葡萄糖二聚体。最后纤维二糖酶(iii)裂解纤维二糖(C)以得到葡萄糖(D)。因此，内切葡聚糖酶特别有效于攻击纤维素的晶体部分以及增加外切纤维素酶的效力以产生纤维二糖，这随后需要纤维二糖的特异性来产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生产物的方法，所述方法包括：通过使生物质糖化并且使所述糖化生物质与异构化试剂接触来产生果糖，并且用微生物和/或酶将所述果糖转化成产物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.22 US 61/579,552;2011.12.22 US 61/579,5591.一种用于产生产物的方法，所述方法包括: 通过使生物质糖化并且使所述糖化生物质与异构化试剂接触来产生果糖，并且 用微生物和/或酶将所述果糖转化成产物。2.如权利要求1所述的方法，其中所述生物质包括纤维素或木质纤维素材料。3.如权利要求1所述的方法，其中所述异构化试剂是异构酶。4.如权利要求3所述的方法，其中所述异构酶是木糖异构酶。5.如权利要求2所述的方法，其中所述纤维素或木质纤维素生物质经过处理以减少其对于糖化的不顺应性。6.如权利要求5所述的方法，其中所述处理方法选自由以下组成的组:用电子轰击、超声处理、氧化、热解、蒸汽爆炸、化学处理、机械处理、冷冻研磨及其组合。7.如权利要求6所述的方法，其中所述处理方法是用电子轰击。8.如权利要求2所述的方法，其中所述纤维素或木质纤维素生物质选自由以下组成的组:纸、纸制品、废纸、纸浆、有色纸、装料纸、涂布纸、填充纸、杂志、印刷品、打印纸、...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·梅多夫，T·马斯特曼，M·芬，
申请(专利权)人：希乐克公司，
类型：发明
国别省市：美国;US