本发明专利技术涉及发酵纤维素水解液来生成乙醇的方法。本发明专利技术揭示一种用于制备乙醇的方法，它包括下列步骤：提供纤维素水解液，它含有可发酵糖与至少一种选自于由下列所构成的群组中的发酵抑制物：醋酸、羟甲糠醛、糠醛以及酚类化合物；添加含氨的水性溶液至该纤维素水解液中，以形成具有pH值落在5.5至7.0内的混合液；以及将木糖‑利用的酿酒酵母菌添加至该混合液中，并容许该酿酒酵母菌来发酵该混合液，而使得乙醇被生成。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术有关于一种用于制备乙醇的方法，它包括下列步骤：提供纤维素水解液(cellulosic hydrolysate)，它含有可发酵糖(fermentable sugars)与至少一种选自于由下列所构成的群组中的发酵抑制物(fermentation inhibitor)：醋酸、羟甲糠醛(hydroxymethyl furfural)、糠醛(furfural)以及酚类化合物(phenolic compounds)；添加含氨的水性溶液(aqueous solution comprising ammonia)至该纤维素水解液中，以形成具有pH值落在5.5至7.0内的混合液；以及将木糖-利用的酿酒酵母菌(xylose-utilizing Saccharomyces cerevisiae)添加至该混合液中，并容许该酿酒酵母菌来发酵该混合液，而使得乙醇被生成。
技术介绍
木质纤维素生物质(lignocellulosic biomass)是一种经由工业与农林业运作而被大量地生产的可再生能量资源(renewable energy resources)。利用化学方法或生物学方法来将木质纤维素生物质转换成生物质能[也就是说纤维素乙醇(cellulosic ethanol)]已被广泛地研究与探讨。相较于化学方法，生物学方法因为对于生态环境较为有利并且能源需求较低而特别受到重视。由于木质纤维素具有特殊的结晶结构(crystalline structure)，它主要含有纤维素(cellulose)、半纤维素(hemicellulose)以及木质素(lignin)，因此在生成纤维素乙醇的过程中必须经过下面2个步骤：(1)将木质纤维素经过适当的前处理(pretreatment)与水解处理(hydrolysis process)而使得纤维素与半纤维素释出六碳糖(主要为葡萄糖)与五碳糖(主要为木糖)；以及(2)将所得到的六碳糖与五碳糖进行微生物发酵(microbial fermentation)以产生乙醇。在利用木质纤维素生物质来生成乙醇的过程中会得到纤维素水解液，该纤维素水解液除 了含有六碳糖与五碳糖等外，还具有部分因上述前处理造成五碳糖或六碳糖以及木质素降解而释放出的发酵抑制物[例如醋酸、糠醛、羟甲糠醛(HMF)以及酚类化合物等]。酿酒酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)具有将纤维素水解液中的六碳糖(例如葡萄糖)转化为乙醇的代谢能力，因而已被广泛地利用于工业发酵产业上。但是，酿酒酵母菌无法有效利用该纤维素水解液中所存在的大量五碳糖(例如木糖、阿拉伯糖等)。因此，近年来有许多研究是通过遗传代谢工程(genetic metabolic engineering)的方式来改善上述问题的。例如，将木糖-发酵细菌(xylose-fermentation bacteria)中与木糖代谢路径有关联的基因导入至酿酒酵母菌中，由此所得到的木糖-发酵酿酒酵母菌(xylose-fermenting Saccharomyces cerevisiae)可以有效地共发酵五碳糖与六碳糖，进而增加乙醇的产量(B.等人(2007),Appl.Microbiol.Biotechnol.,74:937-953)。此外，于TW I450963(对应于US 20140087438A1和CN 103695329A)当中，申请人也揭示一种具有木糖还原酶基因(xylose reductase gene)、木糖醇脱氢酶基因(xylitol dehydrogenase gene)与木酮糖激酶基因(xylulokinase gene)的酿酒酵母菌，它以寄存编号DSM 25508被寄存于德国微生物菌种保藏中心(Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen,DSMZ)，并且以寄存编号BCRC 920077被寄存于新竹食品工业发展研究所的生物资源保存及研究中心(FIRDI的BCRC)。这件前案专利的全部公开内容在此并入本申请以作为参考。虽然已有文献揭示通过对酿酒酵母菌进行基因修饰来提高乙醇的产量，但是纤维素水解液中所含有的发酵抑制物会抑制酿酒酵母菌的生长与发酵，而使得五碳糖与六碳糖的利用率降低，进而影响乙醇的产量。为了降低发酵抑制物所造成的不利影响，已有研究利用菌种的驯化 (acclimation)或基因改造(genetic modification)的方式来提高酿酒酵母菌对于这些发酵抑制物的耐受性，借此提升乙醇的产量。例如，在Carlos Martín等人(2007),Biosource Technology,98:1767-1773中，Carlos Martín等人将基因重组的木糖-利用的酿酒酵母菌培养于添加有甘蔗渣水解液(sugarcane bagasse hydrolysates)的培养基中，并将含有各种抑制物[包括酚类化合物、糠醛以及脂族酸(aliphatic acid)]的甘蔗渣水解液，以持续进料的方式添加至该培养基中以提高抑制物的浓度，借此让该木糖-利用的酿酒酵母菌可以进行适应(adaptation)。所得到的经适应的菌株可以较快的速率来转化糠醛与HMF，并且相较未经适应的原始菌株具有较高的乙醇产量。在Petersson A.等人(2006),Yeast,23:455-464中，Petersson A.等人通过转基因的方式让酿酒酵母菌可以大量表达负责还原HMF的NADPH-依赖的乙醇脱氢酶(NADPH-dependant alcohol dehydrogenase)ADH6基因，所得到的过度表达ADH6基因的酵母菌菌株经由实验证实，在糠醛存在下可以有效地利用人工培养基中所含有的葡萄糖，并且具有较高的HMF转换率(conversion rate)[也就是说可将更多的HMF还原成5-羟甲糠醇(5-hydroxymethylfurfuryl alcohol)]，这表示该过度表达ADH6的菌株对于HMF更具耐受性。另外，在Gorsich SW等人(2006),Appl Microbiol Biotechnol.,71:339-349中，Gorsich SW等人发现过度表达ZWF-1的酿酒酵母菌菌株在添加有毒性浓度的糠醛的人工葡萄糖培养基中可以生长，这表示该会过度表达ZWF-1的菌株对于糠醛具有耐受性并且能更有效地将木质纤维素转化为乙醇。虽然上述涉及基因工程的研究已可提高酿酒酵母菌对于发酵抑制物的适应性，但是转基因的稳定性须长期追踪与确认，若要将其大规模地应用于发酵工业上来达致大量发酵产乙醇的目的，仍有其限制并且存在有高风险。为此，即有人提出在无须使用经特殊转基因的菌株的情况下，通过去毒处理(detoxification)来移除纤维素水解液中的发酵抑制物，以降低发酵抑制物 的不利影响。常见的去毒处理包括：(1)物理去毒处理(physical detoxification)，诸如蒸发(evaporation)以及膜介导的去毒处理(membrane mediated detoxification)；(2)化学去毒(chemical detoxification)，诸如中和(neutrali本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于制备乙醇的方法，其特征在于，所述方法包含下列步骤：提供一个纤维素水解液，它含有一种可发酵糖与至少一种选自于由下列所构成的群组中的发酵抑制物：醋酸、羟甲基糠醛、糠醛以及酚类化合物；添加一个含氨的水性溶液至所述纤维素水解液中，以形成一个具有pH值落在5.5至7.0内的混合液；以及将一种木糖‑利用的酿酒酵母菌添加至所述混合液中，并容许所述酿酒酵母菌来发酵所述混合液，而使得乙醇被生成。
【技术特征摘要】
2015.02.04 TW 1041037471.一种用于制备乙醇的方法，其特征在于，所述方法包含下列步骤：提供一个纤维素水解液，它含有一种可发酵糖与至少一种选自于由下列所构成的群组中的发酵抑制物：醋酸、羟甲基糠醛、糠醛以及酚类化合物；添加一个含氨的水性溶液至所述纤维素水解液中，以形成一个具有pH值落在5.5至7.0内的混合液；以及将一种木糖-利用的酿酒酵母菌添加至所述混合液中，并容许所述酿酒酵母菌来发酵所述混合液，而使得乙醇被生成。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在发酵所述混合液的过程中，通过添加所述含氨的水性溶液而使得所述混合液的pH值被维持落在5.5至7.0的范围内。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合液具有pH值落在5.5至6.5的范围内。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合液具有pH值落在5.8至6.2的范围内。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氨的水性溶液选自于下列所构成的群组：氢氧化铵水溶液、硫酸铵水溶液、氯化铵水...
【专利技术属性】
技术研发人员：庄育泉，
申请(专利权)人：远东新世纪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71
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