加工生物质制造技术

本文提供增加生物质糖化效率的方法。具体地说，所述方法包括在产生有用的产物期间避免反馈抑制的途径。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】加工生物质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61/579，552和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
本专利技术涉及适用于生物质材料的加工的效率。例如，本专利技术涉及避免酶促反应的负反馈的方法。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了提高生物质的糖化效率的方法。具体地说，可通过避免酶促反应的负反馈抑制来实现效率。本文提供了一种制备产物的方法，其中所述方法包括:使不顺应性减小的木质纤维素生物质糖化，并且向糖化的生物质中添加异构化剂。在一些实施方式中，所述糖化的生物质包含第一种糖和第二种糖，并且所述异构化剂用于将所述第二种糖转化为第三种糖。在一些情况下，所述方法还可包括使所述糖化的生物质与微生物接触以将所述第一种糖和所述第三种糖转化为一种或多种产物。本文还提供了一种使用微生物由第一种糖和第二种糖制备产物的方法，其中所述微生物可使所述第一种糖转化为所述产物，但是不能代谢所述第二种糖，并且其中所述方法包括:提供纤维素或木质纤维素生物质；使所述生物质糖化以制备糖化的生物质，其中所述糖化的生物质包含第一种糖和第二种糖；提供能够将所述第一种糖转化为产物的微生物，但是其中所述微生物不能代谢所述第二种糖；将所述微生物与所述糖化的生物质组合，从而产生微生物-生物质组合；将所述微生物-生物质组合维持在使所述微生物能将所述第一种糖转化为所述产物的条件下，从而产生包含所述产物和所述第二种糖的组合；将所述第二种糖转化为第三种糖，其中所述微生物能够将所述第三种糖转化为所述产物；以及将所述微生物维持在使所述微生物能将所述第三种糖转化为所述产物的条件下；从而使用微生物由所述第一种糖和所述第二种糖制备产物。在另一方面，本专利技术的特征在于一种增加通过微生物由糖化的生物质制备的产物的量的方法，所述方法包括:提供纤维素或木质纤维素生物质；使所述生物质糖化以制备糖化的生物质，其中所述糖化的生物质包含第一种糖和第二种糖；提供能够将所述第一种糖转化为产物的微生物，但是其中所述微生物不能代谢所述第二种糖；将所述微生物与所述糖化的生物质组合，从而产生微生物-生物质组合；将所述微生物-生物质组合维持在使所述微生物能将所述第一种糖转化为所述产物的条件下，从而产生包含所述产物和所述第二种糖的组合；将所述第二种糖转化为第三种糖，其中所述微生物能够将所述第三种糖转化为所述产物；以及将所述微生物维持在使所述微生物能将所述第三种糖转化为所述产物的条件下；从而增加通过所述微生物由所述糖化的生物质制备的所述产物的量。在本文所提供的任何方法中，可对木质纤维素生物质进行处理以减小其对糖化的不顺应性。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、机械处理或冷冻研磨。处理方法可以是用电子轰击。在任何所述方法中，可在将微生物-生物质组合维持在使微生物能将第一种糖转化为产物的条件下之前进行第二种糖到第三种糖的转化。可在生物质的糖化之后立即进行第二种糖到第三种糖的转化，或者可在生物质的糖化期间进行所述转化。 在本文所提供的方法中，木质纤维素生物质可选自由以下组成的组: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、油菜秸、小麦秸、大麦秸、燕麦秸、稻秸、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、下水、农业或工业废弃物、秘鲁胡萝卜、荞麦、香蕉、大麦、木薯、葛藤、圆齿酢酱草、西米、高粱、马铃薯、甘薯、芋头、山药、豆类、蚕豆、扁豆、碗豆、或任何这些物质的混合物。可机械处理木质纤维素生物质以减小其堆积密度和/或增加其表面面积。例如，可以例如通过干磨或通过湿磨来将其粉碎。可用一种或多种纤维素酶使生物质糖化。在本文所提供的方法中，异构化剂可包括酸，例如聚苯乙烯磺酸。在本文所提供的方法中，可将微生物-生物质组合维持在约10至约14的pH下或在约11至约13的pH下。可将其维持在约10°C至约30°C的温度下或在约20°C的温度下。还可将其维持在约60°C至约65°C的温度下。可将其维持在约6.0至约7.5的pH下或在约7的pH下。在所述方法中，第二种糖可为葡萄糖，并且第三种糖可为果糖。异构化剂可包括酶。或者，第二种糖可为木糖，并且第三种糖可为木酮糖。酶可为木糖异构酶。微生物可为酵母。产物可为醇。微生物可为梭菌属某些种(Clostridium spp.)，并且产物可为乙醇、丁醇、丁酸、乙酸或丙酮。微生物可为乳杆菌属某些种(Lactobacillusspp.)，并且产物可为乳酸。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(β-葡糖苷酶)(iii)转化为葡萄糖(D)。图2是示出纤维素酶对纤维素和纤维素衍生物的作用的流程图。纤维素(200)由内切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶/纤维二糖水解酶(205)分解为纤维二糖(210) (A)，所述纤维二糖(210)随后由β-葡糖苷酶(215)分解为葡萄糖(220) (B)。内切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶/纤维二糖水解酶由纤维二糖(210) (D)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备产物的方法，所述方法包括：使不顺应性减小的木质纤维素生物质糖化，以及向所糖化的生物质中添加异构化剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.22 US 61/579,559;2011.12.22 US 61/579,5521.一种制备产物的方法，所述方法包括: 使不顺应性减小的木质纤维素生物质糖化，以及向所糖化的生物质中添加异构化剂。2.如权利要求1所述的方法，其中所述糖化的生物质包含第一种糖和第二种糖，并且所述异构化剂用于将所述第二种糖转化为第三种糖。3.如权利要求2所述的方法，所述方法进一步包括使所述糖化的生物质与微生物接触以将所述第一种糖和所述第三种糖转化为一种或多种产物。4.如权利要求3所述的方法，其中所述不顺应性减小的生物质已用选自由以下组成的组的处理方法进行预处理: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。5.如权利要求4所述的方法，其中所述处理方法为用电子轰击。6.如权利要求2所述的方法，其中在将所述微生物-生物质组合维持在使所述微生物能将所述第一种糖转化为所述产物的条件下之前进行所述第二种糖到所述第三种糖的所述转化。7.如权利要求2所述的方法，其中在所述生物质的糖化之后立即进行所述第二种糖到所述第三种糖的所述转化。8.如权利要求2所述的方法，其中在所述生物质的糖化期间进行所述第二种糖到所述第三种糖的所述转化。9.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中所述木质纤维素生物质选自由以下组成的组: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、谷物残洛、稻壳、燕麦壳、小...

【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