用于管理酵母以促进乙醇生产的系统技术方案

本申请公开了用于管理产乙醇物质以供生物精炼厂使用的系统和方法。用于繁殖产乙醇物质以用于从生物质生产发酵产物的方法包括以下步骤：提供用于繁殖产乙醇物质的培养基；向所述培养基供应产乙醇物质的第一细胞群；向所述培养基供应木糖作为所述产乙醇物质的碳源；以及，保持所述包含所述产乙醇物质第一细胞群的培养基的pH在约5.0至6.0之间且温度在约26至约37摄氏度之间，以使得所述产乙醇物质第一细胞群繁殖为产乙醇物质的第二细胞群。所述产乙醇物质第二细胞群大于所述产乙醇物质第一细胞群。用于繁殖产乙醇物质以用于从生物质生产发酵产物的系统包括：第一阶段，包括用于保持包含所述产乙醇物质的培养基的第一容器；第二阶段，包括用于保持由所述第一阶段提供的培养基的第二容器；供给所述培养基作为产乙醇物质在所述第一阶段中的碳源的木糖源；和供给所述培养基作为产乙醇物质在所述第二阶段中的碳源的木糖源。当提供给所述第一阶段时，所述产乙醇物质具有第一细胞群；当从所述第一阶段提供给所述第二阶段时，所述产乙醇物质具有第二细胞群；且当从所述第二阶段提供时，所述产乙醇物质具有第三细胞群。所述第二细胞群比所述第一细胞群大至少200倍。所述第三细胞群比所述第二细胞群大至少20倍。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2009年3月3日提交的标题为“PropagationofPentoseMetabolizingYeastCells”且系列号为61/157,151的美国临时申请的优先权，并将其以引用方式并入本申请。本申请涉及以下申请，并将其以引用方式并入本申请：(a)2010年3月3日提交的标题为“SystemforPre-TreatmentofBiomaesfortheProductionofEthanol”且申请号为(Atty.DocketNo(代理人案号).P1841250.1)的美国申请；和(b)2010年3月3日提交的标题为“SystemforFermentationofBioraassfortheProductionofEthanol”且申请号为(Atty.DocketNo(代理人案号).P1841280.1)的美国申请。
本申请涉及用于生产纤维素乙醇和回收其他生物产品的系统。本申请还涉及用于管理酵母以促进乙醇生产的系统。本申请进一步涉及用于繁殖产乙醇物质以用于从生物质生产发酵产物的方法。
技术介绍
乙醇可以生产自谷物类原料(如玉米，高粱/蜀黍，大麦，小麦，大豆等)、糖类(例如从甘蔗，甜菜等)以及生物质(例如木质纤维素原料，如柳枝稷、玉米穗轴和秸秆，木材或其他植物材料)。生物质包括可以适用于直接用作燃料/能量源或用作在生物精炼厂(例如乙醇工厂)加工生产成其他生物制品(例如，生物燃料，如纤维素乙醇)的植物物质。生物质可以包括，例如，收获玉米籽粒期间或之后得到的玉米穗轴和秸秆(例如，茎，叶)，来自玉米籽粒、柳枝稷，农场或农业残余物、木屑或其它木材废料纤维及其他植物物质(种植用于加工成生物制品或用于其它目的)的纤维。为进行使用或处理，从田地收获并收集生物质，并运送到使用或处理的地点。在从玉米生产乙醇的常规乙醇工厂中，乙醇是从淀粉准备的。对玉米籽粒进行清洁并研磨，以准备用于处理的含淀粉材料，(也可对玉米籽粒进行分馏，以使含淀粉材料(如胚乳)与其它物质(如纤维和胚芽)分离)。用水对含淀粉材料进行浆化并液化，以促进淀粉转化成糖(如葡萄糖)的糖化反应和产乙醇物质(ethanologen，如酵母)将糖转化为乙醇的发酵反应。发酵反应的产物(即发酵产物)是啤酒，其包括含乙醇和水及水溶性成分的液体组分，以及含未发酵微粒物质(及其他物质)的固体组分。将发酵产物送到蒸馏系统。在蒸馏系统中，所述发酵产物进行蒸馏并脱水成乙醇。将残余物(例如，全酒糟)包括水、水溶性成分、油和未发酵固体(即基本除去所有乙醇后的啤酒固体组分，其可干燥成干酒糟(DDQ)并作为动物饲料产品销售)。还可以从酒糟中回收其他共同产物，例如糖浆(和糖浆中所含的油)。通过蒸馏从发酵产物中除去的水可在工厂中进行处理以再次使用，在用于从生物质生产乙醇的生物精炼厂中，乙醇是从木质纤维素材料生产的。木质纤维素生物质通常包括纤维素、半纤维素和木质素。纤维素(一种葡聚糖)是包含直链相连的己糖(C6)糖单体(如葡萄糖)的多糖。半纤维素是支链多糖，其可包括若干不同的戊糖(C5)糖单体(如木糖和阿拉伯糖)和少量的己糖(C6)糖单体支链。准备生物质，从而令所述木质纤维素材料中的糖类(如来自半纤维素的葡萄糖和来自纤维素的木糖)成为可用状态，可发酵为发酵产物，并可以从中回收乙醇。发酵后的发酵产物被送到蒸馏系统，在此通过蒸馏和脱水回收乙醇。在生物质加工为乙醇的过程中，还可以对作为副产物或共同产物的其他生物产品进行回收，例如木质素和有机酸。要决定如何更有效地准备和处理生物质以用于乙醇生产，取决于生物质的来源、类型或生物质的组成。不同类型或不同来源的生物质可能具有不同的性质和组成(例如纤维素，半纤维素，木质素和其它成分的相对量)。例如，木屑的组成将不同于玉米穗轴或柳枝稷的组成。提供用于生产纤维素乙醇的系统是有利的，同样有利的是提供一种用于管理酵母以促进乙醇生产的系统。进一步地，提供一种能够提供一个或多个促进从生物质生产纤维素乙醇的效率和产量提高的特征的系统，也是有利的。
技术实现思路
本专利技术涉及用于繁殖产乙醇物质以用于从生物质生产发酵产物的方法。该方法包括以下步骤：提供用于繁殖产乙醇物质的培养基；向所述培养基供应产乙醇物质的第一细胞群；向所述培养基供应木糖作为产乙醇物质的碳源；和保持所述包含所述产乙醇物质第一细胞群的培养基的pH在约5.0至6.0之间且温度在约26至约37摄氏度之间，以使得所述产乙醇物质第一细胞群繁殖为产乙醇物质的第二细胞群。所述产乙醇物质第二细胞群大于所述产乙醇物质第一细胞群。本专利技术还涉及用于繁殖产乙醇物质以用于从生物质生产发酵产物的方法。该方法包括以下步骤：提供用于产乙醇物质繁殖的培养基；向所述培养基供应产乙醇物质第一细胞群；向所述培养基提供添加剂；向所述培养基提供取自所述生物质的成分，作为所述产乙醇物质的碳源；和保持所述包含所述产乙醇物质第一细胞群的培养基的pH在约5.0至6.0之间且温度在约26至约37摄氏度之间，以使得所述产乙醇物质第一细胞群繁殖为所述产乙醇物质的第二细胞群。所述产乙醇物质第二细胞群大于所述产乙醇物质第一细胞群。所述生物质包括纤维素材料。所述纤维素材料包括玉米穗轴、玉米植物皮、玉米植物叶和玉米植物杆中的至少一种。所述成分获取自所述纤维素材料；所述成分包括戊糖。所述戊糖包括用于所述产乙醇物质的碳源。所述产乙醇物质包括能够将戊糖发酵为乙醇的酵母细胞。本专利技术进一步涉及用于繁殖产乙醇物质以用于在发酵系统中从生物质生产发酵产物的系统。该系统包括：第一阶段，包括用于保持包含所述产乙醇物质的培养基的第一容器；第二阶段，包括用于保持由所述第一阶段提供的培养基的第二容器；供给所述培养基作为产乙醇物质在所述第一阶段中的碳源的木糖源；和供给所述培养基作为产乙醇物质在所述第二阶段中的碳源的木糖源。当提供给所述第一阶段时，所述产乙醇物质具有第一细胞群；当从所述第一阶段提供给所述第二阶段时，所述产乙醇物质具有第二细胞群；且当从所述第二阶段提供时，所述产乙醇物质具有第三细胞群。保持所述第一容器中的所述培养基的pH在约5.0至6.0之间且温度在约26至约37摄氏度之间，以使得所述产乙醇物质能够繁殖为所述第二细胞群；保持所述第二容器中的所述培养基的pH在约5.0至6.0之间且温度在约26至约37摄氏度之间，以使得所述产乙醇物质能够繁殖为所述第三细胞群。所述第二细胞群比所述第一细胞群大至少200倍。所述第三细胞群比所述第二细胞群大至少20倍。附图说明图1A是包本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于繁殖产乙醇物质的方法，所述产乙醇物质用于从生物质生产发酵产物，所述方法包括以下步骤：提供用于繁殖产乙醇物质的培养基；向所述培养基供应产乙醇物质的第一细胞群；向所述培养基供应木糖作为碳源，以供所述产乙醇物质的细胞群生长；保持包含所述产乙醇物质的第一细胞群的培养基的pH在约5.0至6.0之间且温度在约26至约37摄氏度之间，以使得所述产乙醇物质第一细胞群繁殖为产乙醇物质的第二细胞群；且其中所述产乙醇物质第二细胞群大于所述产乙醇物质第一细胞群。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于繁殖产乙醇物质的方法，所述产乙醇物质用于从生物质生产发酵产物，所述方
法包括以下步骤：
提供用于繁殖产乙醇物质的培养基；
向所述培养基供应产乙醇物质的第一细胞群；
向所述培养基供应木糖作为碳源，以供所述产乙醇物质的细胞群生长；
保持包含所述产乙醇物质的第一细胞群的培养基的pH在约5.0至6.0之间且温度在约
26至约37摄氏度之间，以使得所述产乙醇物质第一细胞群繁殖为产乙醇物质的第二细胞
群；
且其中所述产乙醇物质第二细胞群大于所述产乙醇物质第一细胞群。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，木糖是向所述培养基提供的唯一碳源。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保持所述培养基的步骤在有氧条件下
进行。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述保持所述培养基的步骤在厌氧条件下
进行。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物质包括木质纤维素材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述木质纤维素材料包括玉米穗轴、玉米
植物皮、玉米植物叶和玉米植物杆中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，向所述培养基供应的所述木糖获取自所述
木质纤维素材料。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产乙醇物质包括能够将戊糖发酵为乙
醇的酵母细胞。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产乙醇物质包括能够将木糖发酵为乙
醇的酵母细胞。
10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述产乙醇物质源自酿酒酵母。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用木糖作为供所述产乙醇物质第二细
胞群生长的碳源。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产乙醇物质第二细胞群包括能够提
供给发酵系统以用于戊糖发酵的所述产乙醇物质的接种体。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括向所述培养基提供添加剂的
步骤；其中所述添加剂包括至少一种营养物。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产乙醇物质包括能够将木糖转化为
乙醇的酿酒酵母的菌株。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保持培养基的步骤，包括向所述培养
基施加所述成分，并将所述培养基保持在约30摄氏度下约120小时。
16.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述产乙醇物质包括酵母，且所述产乙醇
物质第二细胞群包括每克糖约0.35至0.55克干酵母。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，使用木糖供所述产乙醇物质的第一细胞
群生长为所述第二细胞群的效率为至少80％。
18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述添加剂包括酵母提取物、尿素、磷酸
二铵、硫酸镁或硫酸锌中的至少一种。
19.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，木糖是作为所述生物质的成分而获得，且
以至少每分钟0.12克木糖的速率向所述培养基供应。
20.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，向所述培养基供应的木糖的浓度为培养
基重量的至少1％。
21.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，向所述培养基供应的木糖的浓度为培养
基重量的至少3％。
22.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，向所述培养基供应的木糖的浓度为培养
基重量的约6％。
23.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保持培养基的步骤，包括向酵母接种
体通气。
24.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步包括向所述培养基供应每分钟每
体积培养基至少1.0体积气流的步骤。
25.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述成分包括约2至5重量％的木糖。
26.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产乙醇物质为生物体。
27.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物质包括半纤维素，且通过发酵木
糖来生产所述发酵产物。
28.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物质包括纤维素，且通过发酵葡萄
糖来生产所述发酵产物。
29.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述成分包括木糖和葡萄糖，且所述产
乙醇物质包括能够将木糖发酵为乙醇及将葡萄糖发酵为乙醇的生物体。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述产乙醇物质包括酿酒酵母。
31.用于繁殖产乙醇物质的方法，所述产乙醇物质用于从生物质生产发酵产物，所述方
法包括以下步骤：
提供用于繁殖产乙醇物质的培养基；
向所述培养基供应产乙醇物质的第一细胞群；
向所述培养基提供添加剂；
向所述培养基提供取自所述生物质的成分，作为所述产乙醇物质的碳源；
保持包含所述产乙醇物质的第一细胞群的培养基的pH在约5.0至6.0之间且温度在约
26至约37摄氏度之间，以使得所述产乙醇物质的第一细胞群繁殖为所述产乙醇物质的第二
细胞群；
其中，所述产乙醇物质的第二细胞群大于所述产乙醇物质的第一细胞群；
其中，所述生物质包括纤维素材料；
其中，所述纤维素材料包括玉米穗轴、玉米植物皮、玉米植物叶和玉米植物杆中的至少
一种；
其中，所述成分获取自所述纤维素材料；
其中，所述成分包括戊糖；
其中，所述戊糖包括用于所述产乙醇物质的碳源；和
其中所述产乙醇物质包括能够将戊糖发酵为乙醇的酵母细胞。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述产乙醇物质的第二细胞群包括能够
提供给发酵系统以用于戊糖发酵的所述产乙醇物质的接种体。
33.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述戊糖包括木糖。
34.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述产乙醇物质包括能够将木糖转化为
乙醇的酿酒酵母的菌株。
35.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述保持培养基的步骤，包括向所述培
养基提供所述成分，并将所述培养基保持在约30摄氏度下约120小时。
36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，所述培养基包括糖，所述产乙醇物质包

【专利技术属性】
技术研发人员：尼拉康塔姆·V·纳雷德拉纳斯，大卫·查尔斯·卡尔森，
申请(专利权)人：波特研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US