用以增强对预处理的木质纤维素生物质的酶促水解的新型后处理制造技术

本公开涉及一种用于从预处理的木质纤维素生物质提取糖的方法。这个方法由以下组成：使所述预处理的木质纤维素生物质与低装料量的过氧酸(PA)水溶液接触以产生液体部分(含有少量木质素和半纤维素降解产物)和含有纤维素、半纤维素和木质素的固体部分。可接着使所述固体部分经受用多种细胞壁降解酶进行的酶促水解以产生富含木质素的残余物和可被发酵成多种(生物)化学物质的糖溶液。

A new post treatment for enzymatic hydrolysis of pre treated lignocellulosic biomass

The present disclosure relates to a method for extracting sugar from pre processed lignocellulose biomass. This method consists of the following components: make the peroxy acid pretreatment of lignocellulosic biomass with low filling rate (PA) aqueous solution to produce a liquid contact part (containing a small amount of lignin and hemicellulose degradation products) and contain cellulose, hemicellulose and lignin in the solid part. The solid part can then undergo enzymatic hydrolysis with a variety of cell wall degrading enzymes to produce lignin rich residues and sugar solutions that can be fermented to various (biological) chemicals.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用以增强对预处理的木质纤维素生物质的酶促水解的新型后处理相关申请的交叉引用本申请要求2015年3月4日提交的美国临时申请序列号62/128,216的优先权。优先权申请的内容附此整体并入本文。
本描述涉及一种用以在酶促水解预处理的木质纤维素底物期间增加糖产率的方法。
技术介绍
木质纤维素生物质代表一种可用于产生生物燃料和生物化学物质诸如乙醇、丁醇、乳酸和丁二酸的丰富原料。它由碳水化合物聚合物(纤维素和半纤维素)和芳族聚合物(木质素(lignin))组成。碳水化合物聚合物含有不同糖单体(六碳糖和五碳糖)，并且紧密结合于木质素。木质纤维素生物质是用于产生燃料和化学物质的糖的潜在来源，因为它相对廉价和丰富。然而，从生物质具有成本竞争性地产生糖的一个重大挑战是水解酶和化学物质对它的多糖组分的利用度较低。这个现象称为生物质难分解性，并且主要受植物细胞壁中的木质素的存在性和物理化学性质支配。除物理阻止细胞壁降解酶(纤维素酶和半纤维素酶)利用纤维素和半纤维素之外，木质素也通过与酶的疏水性相互作用来促进生物质难分解性，从而降低它们的有效浓度。因此，需要预处理来降低生物质难分解性。然而，由于主要预处理技术缺乏对木质素的选择性，所以这个类型的分级/细胞壁降解具有挑战性。举例来说，尽管温和预处理条件导致较高碳水化合物回收率，但预处理的生物质保留它的大部分难分解性。在另一方面，更严苛条件通常产生可更加经受酶促糖化的底物。不幸的是，对酶促水解的易感性的这个增加伴随有重度碳水化合物损失和对下游过程具有抑制性的碳水化合物降解产物诸如糠醛和乙酰丙酸的积累。因此，预处理的生物质通常含有保持与碳水化合物相伴的大量残余木质素(Chandra等,2007,AdvBiocehmEngin/Biotechnol,108:67-93)。不幸的是，残余木质素对预处理的木质纤维素生物质的酶促水解具有重大影响。更具体来说，木质素充当限制碳水化合物降解酶到达它们的底物的物理屏障(Mooney等,1998,Biores.Technlo.,64:113-119)，并且通过非生产性结合来充当使纤维素酶和半纤维素酶的有效浓度降低的纤维素酶和半纤维素酶“吸引剂”(Yang和Wyman,2006,Biotech.Bioeng.,94:611-617)。因此，需要相对较高酶装载量来在短时间内实现较高碳水化合物转化产率。因此，对降低为在合理时期(≤72小时)内实现较高碳水化合物(≥80％)转化产率所需的酶装载量的需要是需要被解决以改进工艺经济状况的挑战。因此，仍然需要具有一种用于改进木质纤维素生物质向商业适用产品的转化的方法。概述根据本描述，现时提供一种用于提高预处理的生物质的酶促水解效率的方法，其包括以下步骤a)用过氧酸(PA)的水溶液处理所述含木质素生物质，从而增加所述木质素的亲水性；以及b)水解所述含木质素生物质。根据本文所述的方法的一方面，用PA的水溶液处理预处理的生物质产生液体部分和固体部分，所述固体部分含有纤维素和亲水性增加的木质素，并且视预处理过程而定可含有半纤维素。根据本文所述的方法的另一方面，用纤维素酶或其它碳水化合物降解酶水解固体部分产生糖溶液和富含木质素的残余物。根据本文所述的方法的另一方面，其进一步包括从富含木质素的残余物分离糖溶液的步骤。根据本文所述的另一方面，其进一步包括在使预处理的生物质与PA溶液接触之前用溶胀剂处理所述预处理的生物质的第一步。根据本文所述的方法的另一方面，溶胀剂是碳酸钠的水溶液、碳酸钾的水溶液、氢氧化钠的水溶液、氢氧化钾的水溶液或浓磷酸。根据本文所述的方法的另一方面，溶胀剂是极性有机溶剂诸如乙醇、甲醇、丁醇或N,N-二甲基甲酰胺。根据本文所述的方法的另一方面，在40℃至约150℃的温度下用溶胀剂处理预处理的木质纤维素生物质。根据本文所述的方法的另一方面，固体部分含有存在于预处理的木质纤维素生物质中的总木质素的90-95％。根据本文所述的方法的另一方面，PA溶液含有过甲酸、卡罗氏酸(Caro’sacid)(过氧单硫酸)和过乙酸(PAA)中的至少一者。根据本文所述的方法的一个实施方案，水溶液中的PA含量占预处理的生物质的1.5至10重量％。根据本文所述的方法的另一实施方案，水溶液中的PA含量占预处理的生物质的1.5至4.5重量％。根据本文所述的方法的另一实施方案，PA溶液中的PA含量是预处理的生物质的3％至4.5％(w/w)。根据本文所述的方法的另一实施方案，PA溶液进一步包含乙酸、过氧化氢、硫酸和水中的至少一者。根据本文所述的方法的另一实施方案，预处理的生物质与PA溶液的比率是3:7至1:9。根据本文所述的方法的另一实施方案，预处理的生物质与PA溶液的比率是3:7至1:6。根据本文所述的方法的另一实施方案，使预处理的生物质与PA溶液在45-85℃之间的温度下接触。根据本文所述的方法的另一实施方案，使预处理的生物质与PA溶液在55℃至75℃之间的温度下接触。在本文所述的方法的另一方面，使预处理的生物质与PA溶液在55℃至65℃之间的温度下接触。在本文所述的方法的另一方面，使预处理的生物质与PA溶液在1至10atm的压力下接触。在本文所述的方法的另一方面，其进一步包括在水解步骤之前使固体部分与液体部分分离的步骤。在本文所述的方法的另一方面，水相包含甲酸、乙酸、硫酸、木质素源性酚类化合物和半纤维素源性糖中的至少一者。在本文所述的方法的另一方面，其进一步包括从水相中的乙酸产生乙酸钠以及将所述乙酸钠作为用于水解固体部分的缓冲剂再循环的步骤。在本文所述的方法的另一方面，在水解步骤之前在20℃至约90℃的温度下用水进一步洗涤固体部分以移除酚类化合物和半纤维素糖。在本文所述的方法的另一方面，在水解步骤之前将固体部分进一步稀释至10至20％w/w含量。根据本文所述的方法的另一方面，将固体部分的pH调整至适合pH。根据本文所述的方法的另一方面，将固体部分的pH调整至在4.5至5.0之间的pH。根据本文所述的方法的另一方面，用水性缓冲液或用碱性水溶液调整固体部分的pH。根据本文所述的方法的另一方面，水性缓冲液是乙酸钠缓冲液或柠檬酸钠缓冲液。根据本文所述的方法的另一方面，碱性水溶液是碳酸钠溶液、碳酸钾溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氨溶液。根据本文所述的方法的另一方面，通过离心、挤压或过滤来使糖溶液与富含木质素的残余物分离。根据本文所述的方法的另一方面，其进一步包括用适合微生物来使糖溶液发酵的步骤。根据本文所述的方法的另一方面，通过发酵来使糖溶液转化成乙醇、丁醇、乳酸或丁二酸。根据本文所述的方法的一个实施方案，糖溶液包含C5和C6糖。根据本文所述的方法的另一实施方案，其进一步包括与含木质素的后处理的生物质的水解并行用细胞壁降解酶处理所述含木质素的后处理的生物质的步骤。根据本文所述的方法的另一实施方案，细胞壁降解酶是纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶以及其组合中的至少一者。根据本文所述的方法的另一实施方案，半纤维素酶是木聚糖酶、甘露聚糖酶或半乳甘露聚糖酶。根据本文所述的方法的另一实施方案，预处理的生物质源于玉米秸杆、生物能作物、农业废弃物、木片、锯屑、森林废弃物、麦秆、草、污泥、来自造纸的副产物或其任何组合。根据本文所述的方法的另一实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提高预处理的生物质的酶促水解效率的方法，其包括以下步骤：a)用过氧酸(PA)的水溶液处理含有木质素的所述生物质，从而增加所述木质素的亲水性；以及b)使所述含木质素生物质水解。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.04 US 62/128,2161.一种用于提高预处理的生物质的酶促水解效率的方法，其包括以下步骤：a)用过氧酸(PA)的水溶液处理含有木质素的所述生物质，从而增加所述木质素的亲水性；以及b)使所述含木质素生物质水解。2.如权利要求1所述的方法，其中用所述PA水溶液处理所述预处理的生物质产生液体部分和固体部分，所述固体部分含有纤维素和亲水性增加的木质素，并且视预处理过程而定可含有半纤维素。3.如权利要求2所述的方法，其中用纤维素酶或其它碳水化合物降解酶水解所述固体部分产生糖溶液和富含木质素的残余物。4.如权利要求3所述的方法，其进一步包括从所述富含木质素的残余物分离所述糖溶液的步骤。5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其进一步包括在使所述预处理的生物质与所述PA溶液接触之前用溶胀剂处理所述预处理的生物质的第一步。6.如权利要求5所述的方法，其中所述溶胀剂是碳酸钠的水溶液、碳酸钾的水溶液、氢氧化钠的水溶液、氢氧化钾的水溶液或浓磷酸。7.如权利要求5所述的方法，其中所述溶胀剂是极性有机溶剂，诸如乙醇、甲醇、丁醇或N,N-二甲基甲酰胺。8.如权利要求5-7中任一项所述的方法，其中在40℃至约150℃的温度下用所述溶胀剂处理所述预处理的木质纤维素生物质。9.如权利要求3或4所述的方法，其中所述固体部分含有存在于所述预处理的木质纤维素生物质中的总木质素的90-95％。10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述PA溶液含有过甲酸、卡罗氏酸(过氧单硫酸)和过乙酸(PAA)中的至少一者。11.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中所述水溶液中的PA含量占所述预处理的生物质的1.5至10重量％。12.如权利要求11所述的方法，其中所述水溶液中的所述PA含量占所述预处理的生物质的1.5至4.5重量％。13.如权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述PA溶液中的所述PA含量是所述预处理的生物质的3％至4.5％(w/w)。14.如权利要求1-13中任一项所述的方法，其中所述PA溶液进一步包含乙酸、过氧化氢、硫酸和水中的至少一者。15.如权利要求1-14中任一项所述的方法，其中预处理的生物质与PA溶液的比率是3:7至1:9。16.如权利要求1-15中任一项所述的方法，其中预处理的生物质与PA溶液的所述比率是3:7至1:6。17.如权利要求1-16中任一项所述的方法，其中使所述预处理的生物质与所述PA溶液在45-85℃之间的温度下接触。18.如权利要求1-17中任一项所述的方法，其中使所述预处理的生物质与所述PA溶液在55℃至75℃之间的温度下接触。19.如权利要求1-18中任一项所述的方法，其中使所述预处理的生物质与所述PA溶液在55℃至65℃之间的温度下接触。20....

【专利技术属性】
技术研发人员：L·F·德尔瑞澳，W·沃法阿尔达贾尼，毛长斌，袁志润，
申请(专利权)人：FP创新研究中心，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA