酶促水解木质纤维素材料和发酵糖的方法技术

本发明专利技术涉及由木质纤维素材料制备糖产物和/或发酵产物的方法，所述方法包括以下步骤：‑向包含含有至少两种纤维素酶的酶组合物的第一容器中补料分批加入木质纤维素材料；‑使用所述酶组合物酶促水解所述第一容器中的木质纤维素材料以液化所述木质纤维素材料；‑向第二容器中加入液化的木质纤维素材料；‑使用包含至少两种纤维素酶的酶组合物酶促水解所述第二容器中液化的木质纤维素材料以获得糖产物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】酶促水解木质纤维素材料和发酵糖的方法专利
本专利技术涉及酶促水解木质纤维素材料和发酵糖的方法。专利技术背景木质纤维素材料主要由纤维素、半纤维素和木质素构成，并且为产生化石燃料的替代能源提供了有吸引力的平台。该材料可大量获得，并可被转化为有价值的产品，例如糖或生物燃料，诸如生物乙醇。从木质纤维素材料生产发酵产物是本领域已知的，其通常包括预处理、水解、发酵和任选的回收发酵产物的步骤。在水解(其可包括液化、预糖化和/或糖化步骤)期间，木质纤维素材料中存在的纤维素通过纤维素分解酶被部分(通常30-95％，依赖于酶活性和水解条件)转化为还原糖。水解通常在45-50℃的升高的温度和非无菌条件下在持续6-168小时的过程中进行(参见Kumar，S.，Chem.Eng.Technol.32(2009)，517-526)。通常，然后通过微生物(例如，酵母)将糖转化为有价值的发酵产物(例如，乙醇)。发酵在同一容器或不同容器中在单独的(优选厌氧的)方法步骤中进行。将发酵期间的温度调节至30-33℃以适应微生物(通常为酵母)的生长和乙醇生产。在该发酵过程期间，通过自水解步骤已存在的酶，剩余的纤维素材料被转化为还原糖，同时产生微生物生物质和乙醇。一旦纤维素材料被转化为可发酵糖并且所有可发酵糖被转化为乙醇、二氧化碳和微生物生物质，发酵完成。这可耗费长达6天。水解和发酵的总过程时间通常可达到13天。通常，酶生产成本是来自木质纤维素材料的发酵产物的总生产过程中的主要成本因素(参见Kumar，S.，Chem.Eng.Technol.32(2009)，517-526)。迄今为止，通过应用来自单一微生物来源或来自多种微生物来源(参见WO2008/008793)的具有更宽和/或更高(比)水解活性的酶产物来实现酶生产成本的降低。这导致更低的酶需求、更快的转化速率和/或更高的转化产率，和因此更低的总生产成本。除了优化酶之外，优化工艺设计也是降低发酵产物生产总成本的重要手段。出于经济原因，因此期望包括新颖、创新的工艺配置，所述工艺配置旨在降低涉及木质纤维素材料的水解和发酵的方法中的总生产成本。专利技术概述本专利技术的一个目标是提供经改进的由木质纤维素材料制备糖产物和/或发酵产物的方法。另一目标是提供涉及水解的方法，其中水解的工艺条件被优化。优化存在于任何以下特征中。本专利技术中进行的水解过程包括至少两个步骤：进料步骤和糖化步骤。所述步骤可以在不同的容器中进行。进料步骤开始于将木质纤维素材料加入其中存在酶组合物的容器中。因此，水解过程中使用的酶在进料步骤开始时便存在。在进料步骤期间，木质纤维素材料通过酶被液化，并且释放糖。向容器中添加木质纤维素材料的速率由容器中存在的材料的粘度决定。因此，可以控制容器中材料的粘度。优选地，在进料步骤期间，保持容器中的木质纤维素材料为液体，因此其易于混溶(miscible)。这降低了能量成本，降低了混合强度，并因此导致总体上更有效的生产方法。此外，该水解过程具有以下优点：可以在进行进料步骤和/或糖化步骤的容器中在线(online)调节pH，并且不需要在将木质纤维素材料添加到容器中之前调节其pH。与进料步骤期间容器中存在的材料的粘度相比，糖化步骤期间的木质纤维素材料的粘度基本不变。在进料步骤和/或糖化步骤期间，可以将氧供应到容器，例如到容器的顶部空间(headspace)。通过添加氧可获得许多工艺优势，包括最佳温度条件、减少的处理时间、减少的酶剂量、酶的重复使用、更高的产率以及其它过程优化，从而导致成本降低。由于可以控制木质纤维素材料的添加速率，所以木质纤维素材料的供应可以与每种类型木质纤维素材料的氧需求相平衡。此外，通过允许木质纤维素材料通过容器的富氧顶部空间，可以将氧直接供应到木质纤维素材料。因此，可不需要借助于例如气泡或通过剧烈搅拌的额外通气。这避免了起泡并且减少了搅拌和/或产生穿过容器中的材料的气流所需的能量消耗。此外，通过在进料步骤和糖化步骤期间使用不同的酶，可以进一步优化水解过程。例如，在进料步骤期间可以使用包含至少两种纤维素酶(例如内切葡聚糖酶和/或溶解性多糖单加氧酶)的酶组合物，而在糖化期间可以使用包含至少两种纤维素酶(例如纤维二糖水解酶和β-葡糖苷酶)的酶组合物。在进料步骤期间，热容易转移到容器中存在的材料中，这是因为低粘度允许均匀混合并因此平均分配热和温度。这使得可以优化和最小化用于加热的功率输入，并避免可使酶活性失活的局部温度升高。由于进料步骤和糖化步骤期间受控的低粘度水平，可以控制溶解氧水平而无需广泛搅拌或混合。这使得可以优化和最小化供氧的功率输入，并避免可导致酶活性局部变化的溶解氧浓度的局部差异。由于对溶解氧的控制，可以限制由氧化引起的酶失活。通过使用本专利技术的方法，可获得许多工艺优势，包括最佳温度条件、减少的处理时间、减少的酶剂量、酶的重复使用以及其它过程优化，从而导致成本降低。有利地，本专利技术提供了这样的方法，其中在改进的条件下进行水解步骤。本专利技术还提供了涉及处理时间减少的水解的方法。本专利技术还提供了简单且稳健的方法。专利技术详述贯穿本说明书和所附权利要求书，词语“包括”和“包含”及其变型均被解释为包括性的。即，在上下文允许的情况下，这些词语旨在传达可包括未具体指出的其他要素或整体。在本文中不使用数量词修饰时指代一个/种或多于一个/种的(即，一个/种或至少一个/种的)对象。举例来说，“要素”可表示一个/种要素或多于一个/种的要素。本专利技术涉及由木质纤维素材料制备糖产物的方法，所述方法包括以下步骤：(a)任选地，预处理所述木质纤维素材料；(b)任选地，清洗任选预处理的木质纤维素材料；(c)将任选清洗和/或任选预处理的木质纤维素材料补料分批加入第一容器中，所述第一容器包含含有至少两种纤维素酶的酶组合物；(d)使用含有至少两种纤维素酶的酶组合物酶促水解第一容器中任选清洗和/或任选预处理的木质纤维素材料以液化所述木质纤维素材料；(e)将液化的木质纤维素材料加入第二容器中；(f)使用包含至少两种纤维素酶的酶组合物酶促水解第二容器中液化的木质纤维素材料以获得糖产物；和(g)任选地，回收所述糖产物。本专利技术还包括其中步骤(e)为任选的方法，即由木质纤维素材料制备糖产物的方法，所述方法包括以下步骤：(a)任选地，预处理木质纤维素材料；(b)任选地，清洗任选预处理的木质纤维素材料；(c)将任选清洗和/或任选预处理的木质纤维素材料补料分批加入第一容器中，所述第一容器包含含有至少两种纤维素酶的酶组合物；(d)使用含有至少两种纤维素酶的酶组合物酶促水解第一容器中任选清洗和/或任选预处理的木质纤维素材料以液化所述木质纤维素材料；(e)任选地，将液化的木质纤维素材料加入第二容器中；(f)使用包含至少两种纤维素酶的酶组合物酶促水解第一和/或第二容器中液化的木质纤维素材料以获得糖产物；和(g)任选地，回收所述糖产物。本专利技术还涉及由木质纤维素材料制备发酵产物的方法，所述方法包括以下步骤：(a)任选地，预处理木质纤维素材料；(b)任选地，清洗任选预处理的木质纤维素材料；(c)将任选清洗和/或任选预处理的木质纤维素材料补料分批加入第一容器中，所述第一容器包含含有至少两种纤维素酶的酶组合物；(d)使用含有至少两种纤维素酶的酶组合物酶促水解第一容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由木质纤维素材料制备糖产物的方法，所述方法包括以下步骤：a)任选地，预处理所述木质纤维素材料；b)任选地，清洗任选预处理的木质纤维素材料；c)将任选清洗和/或任选预处理的木质纤维素材料补料分批加入第一容器中，所述第一容器包含含有至少两种纤维素酶的酶组合物；d)使用所述含有至少两种纤维素酶的酶组合物酶促水解所述第一容器中任选清洗和/或任选预处理的木质纤维素材料以液化所述木质纤维素材料；e)将液化的木质纤维素材料加入第二容器中；f)使用包含至少两种纤维素酶的酶组合物酶促水解所述第二容器中液化的木质纤维素材料以获得糖产物；和g)任选地，回收所述糖产物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.21 EP 14189619.1;2015.06.15 EP 15172060.41.一种由木质纤维素材料制备糖产物的方法，所述方法包括以下步骤：a)任选地，预处理所述木质纤维素材料；b)任选地，清洗任选预处理的木质纤维素材料；c)将任选清洗和/或任选预处理的木质纤维素材料补料分批加入第一容器中，所述第一容器包含含有至少两种纤维素酶的酶组合物；d)使用所述含有至少两种纤维素酶的酶组合物酶促水解所述第一容器中任选清洗和/或任选预处理的木质纤维素材料以液化所述木质纤维素材料；e)将液化的木质纤维素材料加入第二容器中；f)使用包含至少两种纤维素酶的酶组合物酶促水解所述第二容器中液化的木质纤维素材料以获得糖产物；和g)任选地，回收所述糖产物。2.一种由木质纤维素材料制备发酵产物的方法，所述方法包括以下步骤：a)任选地，预处理所述木质纤维素材料；b)任选地，清洗任选预处理的木质纤维素材料；c)将任选清洗和/或任选预处理的木质纤维素材料补料分批加入第一容器中，所述第一容器包含含有至少两种纤维素酶的酶组合物；d)使用所述含有至少两种纤维素酶的酶组合物酶促水解所述第一容器中任选清洗和/或任选预处理的木质纤维素材料以液化所述木质纤维素材料；e)将液化的木质纤维素材料加入第二容器中；f)使用包含至少两种纤维素酶的酶组合物酶促水解所述第二容器中液化的木质纤维素材料以获得水解的木质纤维素材料；g)任选地，回收所述水解的木质纤维素材料；h)发酵所述水解的木质纤维素材料以产生发酵产物；和i)任选地，回收所述发酵产物。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤(d)和/或步骤(f)期间加入额外的酶。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰尼斯·彼得吕斯·斯米特斯，伊丽莎白·玛丽亚·吉尔维尔德，
申请(专利权)人：帝斯曼知识产权资产管理有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL