用于生物质液化的组合物和方法技术

本公开涉及用于生物质预处理以例如形成适合于下游加工(例如糖化、发酵等)的生物质浆料的方法和组合物。本发明专利技术的方法在工业操作中提供了几个优点，例如更好的热交换，降低的电力和水用量，以及由于对清洁反应容器的要求降低而造成的连续进行反应的能力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 1.优先权 本申请要求2011年12月2日提交的临时申请号61/566, 275在35U. S. C. § 119(e) 下的优先权，所述临时申请的内容以其全文通过参考并入本文。 2.
技术介绍
纤维素是由0 (1 - 4)糖苷键相连的葡萄糖的无支链聚合物。纤维素链可以通过 氢键彼此相互作用，以形成具有高机械强度和化学稳定性的结晶固体。在生物体、例如在乙 醇生产中使用的发酵微生物能够利用纤维素作为代谢燃料之前，将纤维素链解聚成葡萄糖 和短的寡糖。纤维素酶催化纤维素水解（0-1，4-D-葡聚糖连键的水解）成产物例如葡萄 糖、纤维二糖和其他纤维寡糖。 在木质纤维生物质中，结晶纤维素原纤维被包埋在不太有序的半纤维素基质中， 后者继而以复杂的木质素结构为基质。天然存在的生物质难以被纤维素酶完全水解：用纤 维素酶处理天然存在的纤维素材料一般导致低于理论预测结果的20%的纤维素水解产率。 因此，在尝试对生物质中的纤维素和半纤维素进行酶水解之前，通常进行生物质的"预处 理"。预处理是指将木质纤维生物质从其本源形式转变成更适合于纤维素水解的形式的过 程。与未处理的生物质相比，预处理过的生物质的特征在于可以被纤维素酶接近的表面积 (孔隙度）增加、木质素的增溶或再分布。然而，预处理过的生物质在并入液体相中用于糖 化时，表现出高粘度。粘稠的浆料难以操作，限制反应中生物质的浓度，并降低糖化酶的效 率。Geddes 等，2010, Bioresource Technology 101 (23) : 9128-9136,在实验室规模和最高 60°C的温度下将磷酸处理过的甘蔗渣的10%浆料用纤维素酶处理2或6小时以降低浆料粘 度，但是在70°C或80°C下没有实现浆料粘度的降低。因此，在本领域中，对于降低生物质浆 料的粘度以提高它们的操作容易性，能够使用更高的反应浓度，并且在适合于工业过程的 条件下提高糖化效率的液化过程，存在着需求。 3?专利技术概述 本公开涉及生物质的预处理，以使其更适合于例如在糖化或发酵过程中的下游加 工。在本专利技术的方法和组合物中，将生物质形成为浆料并用一种或多种酶例如纤维素醚处 理，以使其更适合于在下游反应中的操作，这一过程在本文中被称为"液化"。不受理论限 制，本专利技术人相信，本文公开的液化方法即使在纤维素的酶促糖化极低的条件下也降低生 物质浆料的粘度和/或产生纤维素纤维的去起球（depill)效果。液化方法，尤其是在应用 于已蒸汽爆破过的生物质时，产生适合于下游过程的生物质，在所述下游过程中生物质被 水解成糖单体，所述糖单体进而可以被转化成其他分子，包括燃料分子例如乙醇。 被称为"糖化"的生物质水解成可发酵的糖的过程，当生物质固体的百分率增加到 超过10% (重量百分率）时，效率降低。这种降低据认为是由生物质的性质例如这种浆料 的高粘度造成的，所述高粘度阻止有效的混合并导致酶向底物的扩散较慢。当在糖化之前 按照本文中公开的方法用水解性蛋白处理浆料时，浆料的液化允许它更容易地从一个反应 容器转移（例如泵送）到另一个反应容器，并使其在糖化过程中更容易水解成糖单体。生物 质液化还能使浆料的泵送和加工具有明显更高的一致性。有利的是，液化可以在相对高的 温度（超过60°C，优选为62°C或更高）下进行，这将糖化度降至最低并将反应器中微生物 的生长降至最低，进而在工业过程中防止能够与发酵微生物竞争的微生物到达发酵罐。此 夕卜，液化的生物质允许在糖化期间更好地控制温度，这是由于它不太可能堵塞热交换器，并 且由于热交换器和蒸馏塔板的堵塞减少而允许反应容器连续运行，并同时减少清洁需求。 液化的生物质的提高的可混合性和流动性也有助于改进温度控制，并且还改进pH控制以 及传质和酶速率。此外，使用液化的生物质在浆料形成和糖化两种水平上，并且也在下游处 理例如离心或发酵产品期间减少了对用水量的需求，所述糖化可以在与不存在液化的情况 下所容许的相比高得多的固体含量下进行。因此，本专利技术的方法允许使用更小的反应器，这 提供了建设成本的节约。另外，本公开的方法引起快速液化。反应时间的减少转变成运行 成本的降低。本公开的液化方法还产生更高的产率和更高的发酵产物浓度。 因此，本公开总的来说提供了用于生物质浆料的加工/预处理生物质/液化生物 质/制备生物质以用于下游加工的方法。在某些情况下，所述方法包括将所述生物质浆料 (或生物质固体和水性相，例如水和/或半纤维素水解物，其是用于制造生物质浆料的组 分）与一种或多种水解性蛋白进行温育，其中： (a)所述水解性蛋白，（i)其特征在于纤维素酶活性为浆料中每克固体干重的 10CTU至500CTU纤维素酶（例如浆料中每克固体干重的10CTU、20CTU、40CTU、60CTU、 80CTU、100CTU、125CTU、150CTU、175CTU、200CTU、250CTU、300CTU、400CTU 或 500CTU 纤维素 酶，或以上述任两个值为边界的任何范围，例如10至200CTU、20至400CTU、40至250CTU 等），和/或（ii)其单独或在酶/混合酶掺混物中使用，其剂量范围为浆料中每克固体干 重的5 y g至20mg蛋白（例如衆料中每克固体干重的5 y g、10 y g、20 y g、50 y g、100 y g、 250 y g、500 y g、lmg、2mg、5mg、10mg、20mg、30mg或40mg蛋白，或以上述任两种实施方式为 边界的任何剂量范围，例如10 y g至250 y g、20 y g至500 y g、50 y g至250 y g、10 y g至 100 y g 或 20 y g 至 250 y g、100 y g 至 10mg、250 y g 至 20mg 等）； (b)反应进行至少0. 25分钟并且任选地最长48小时的时间段（例如0. 25、0. 5、 1、2、5、10、15、20、25、26、27、28、29或30分钟或0.5、0.75、1、1.5、2、2.5、3、4、5、6、12、24、36 或48小时的时间段，或上述任两个值之间的时间段范围，例如5分钟至1. 5小时、10分钟至 1小时、15分钟至2小时、2分钟至0. 75小时、10分钟至0. 75小时等）； (c)反应在3至6之间的pH下进行（例如3、3.5、4、4.5、5、5.5或6的pH，或上述 任两个值之间的pH范围，例如4-5. 5或5-6等）； (d)当使用酶例如可以抵抗较高温度（例如约40°C、45°C、50°C、55°C、60°C、62°C、 65。〇、701：、721：、751：、801：、901：、1001：、1101：或1201：的温度）的？￥1?01^5￡(￥6代11111111) 时，反应在约40°C至约80°C、50°C至约80°C、约40°C至约100°C或甚至更高的温度（例如 高达约90°0、1001：、1101：或120°〇下进行，或者在上述任两个值之间的温度范围，例如 约 55°C至 75°C、60°C至 80°C、65°C至 75°C、60°C至 70°C、60°C至 75°C、65°C至 80°C、70°C至 90°C、50°C至 100°C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产生物质浆料的方法，所述方法包括将已经历过蒸汽爆破的生物质与水性液体在一种或多种水解性蛋白存在下，在下列条件下进行混合：(a)不利于所述一种或多种水解性蛋白的酶促糖化；和/或(b)引起低于40％、低于30％、低于20％或低于10％的葡聚糖(例如葡萄糖和/或纤维二糖)被所述一种或多种水解性蛋白糖化；和/或(c)在2、5、10、15或20分钟的时间段内，与在不存在所述水解性蛋白的情况下混合生物质和水性液体相比，混合所述生物质与所述水性液体所需的电力少至少10％、至少20％、至少30％或至少40％；和/或(d)与在不存在所述水解性蛋白的情况下混合浆料相比，允许混合含有多出至少10％、至少20％、至少30％或至少40％的生物质固体的浆料而不增加电力用量，由此产生生物质浆料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·B·格瑞特，贾斯汀·T·斯蒂格，威廉·M·拉弗蒂，阿恩·I·索尔巴克，萨拉·理查森·汉森，约翰·普兰德，
申请(专利权)人：BP北美公司，
类型：发明
国别省市：美国;US