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酶促水解木质纤维素材料和发酵糖的方法。本发明专利技术涉及用于从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，清洗所述任选地预处理的木质纤维素材料，c)使用包含至少两种纤维素酶的酶组合物酶促水解所述任选地经清洗的和/或任选地经预处理的木质纤维素材料，并且其中所述酶组合物至少包含LPMO，以及任选地纯化所述经水解的木质纤维素材料，d)发酵所述经水解的木质纤维素材料以产生发酵产物，以及e)任选地，回收发酵产物，其中通过在所述预处理之后且在所述酶促水解之前和/或期间向所述木质纤维素材料中添加适合量的氧。合量的氧。

【技术实现步骤摘要】
酶促水解木质纤维素材料和发酵糖的方法
[0001]本申请是2015年4月29日提交的申请号为201580023287.2、题为“酶促水解木质纤维素材料和发酵糖的方法”的中国专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及用于木质纤维素材料的酶促水解和糖的发酵的方法。

技术介绍

[0003]在本文中也被称之为原料的木质纤维素植物材料为可再生能源，其为可被转化为有价值的产物如糖或生物燃料例如生物乙醇的糖的形式。在该过程中，存在于原料中的(木质或半)纤维素如麦秆、玉米秸秆、稻壳等通过(半)纤维素分解酶被转化成还原性糖，其随后可通过微生物如酵母、细菌和真菌被任选地转化成有价值的产物，如乙醇。
[0004]由于(半)纤维素为结晶的且被截留在木质素网状物中，因此至还原性糖的转化通常是慢且不完全的。通常情况下，未处理原料的酶促水解产生<20％的理论量的糖。通过应用化学和热物理预处理，(半)纤维素对于(半)纤维素分解酶更可及，且因此转化更快且产量更高。
[0005]来自从预处理的玉米秸秆得到的葡萄糖的通常的乙醇产量为每1000kg的干玉米秸秆40加仑的乙醇(Badger,P,Ethanol from cellulose:a general review,Trends in new crops and new uses,2002,J.Janick和A.Whipkey(编)ASHS Press,Alexandria,VA)或每g原料0.3g乙醇。纤维素基的乙醇的最大产量大约为90％。
[0006]纤维素分解酶
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它们中的大多数是由物种如Trichoderma、Humicola和Aspergillus产生的
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被商用于将预处理的原料转化成含有不可溶的(半)纤维素、由其制成的还原性糖和木质素的糊状物。从Rasamsonia得到的热稳定性纤维素分解酶已被用于降解木质纤维素原料且已知这些酶具有热稳定性，见WO 2007/091231。所产生的糊状物用于发酵中，在发酵期间，还原性糖被转化成酵母生物质(细胞)、二氧化碳和乙醇。以这种方式产生的乙醇被称为生物乙醇。
[0007]从预处理的木质纤维素原料进行的糖的一般生产，也被称之为液化、预糖化或糖化的水解，通常发生在45至50℃的升高温度和非无菌条件下持续6至168小时(Kumar,S.Chem.Eng.Technol.32(2009)517
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526)的过程中。在该水解期间，所存在的纤维素被部分(通常为30至95％，这可取决于酶的活性和水解条件)转化成还原性糖。在酶被存在于预处理的原料中的化合物和释放的糖抑制以及在使热灭活尽可能少的情况下，尽可能地减少该升高温度的时间段。
[0008]在水解之后的发酵在相同或不同的容器中发生在单独的优选为厌氧的方法步骤中，其中温度被调整至30至33℃(中温方法(mesophilic process))以适应通过微生物生物质通常为酵母进行的生长和乙醇生产。在该发酵方法中，剩余的(半)纤维素材料通过已从水解步骤存在的酶被转化成还原性糖，且同时产生微生物生物质和乙醇。一旦(半)纤维素材料被转化成可发酵糖且所有可发酵糖被转化成乙醇、二氧化碳和微生物细胞，则发酵完
成。这可进行长达6天。在一般情况下，水解和发酵的总处理时间可长达13天。
[0009]如此获得的经发酵糊状物由不可发酵的糖、不可水解的(半)纤维素材料、木质素、微生物细胞(最常见为酵母细胞)、水、乙醇、溶解的二氧化碳组成。在后续的步骤中，将乙醇从糊状物蒸馏出来并进一步地纯化。干燥剩余的固体悬浮液并将其用作例如，燃烧燃料、肥料或牛饲料。
[0010]WO2010/080407提出在厌氧条件下用纤维素酶组合物处理纤维素材料。去除或排除反应性氧类可提高纤维素水解酶系统的性能。通过酶组合物进行的纤维素材料例如木质纤维素的水解可通过对酶组合物的成分的氧化损伤和/或通过例如分子氧进行的纤维素材料的氧化而减少。
[0011]WO2009/046538公开了一种用于处理木质纤维素原料植物材料以释放可发酵糖的方法，其使用在真空下处理材料的酶促水解方法并产生富糖处理流，其包含减少的量的挥发性糖/发酵抑制化合物，如糠醛和乙酸。除了去除挥发性的抑制性化合物外，还去除其他化合物和/或分子包括氮、氧、氩和二氧化碳。
[0012]对于每批原料，添加酶以使产量和在给定的处理时间内从预处理的木质纤维素原料释放出可发酵糖的速率最大化。在一般情况下，用于酶生产的成本、原料到乙醇的产率和投资是总生产成本中的主要成本因素(Kumar,S.Chem.Eng.Technol.32(2009)517
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526)。迄今，酶使用成本的减少是通过应用源于单个或多个微生物来源(WO2008/008793)的酶产物而实现的，该微生物来源具有更广泛和/或更高(比)水解活性，其使用的目的是更低的酶需求、更快地转化速率和/或更高的转化产量，从而具有整体更低的生物乙醇生产成本。这需要对这些酶产物的研究和开发进行大量投资。在酶产物是由源于多个微生物来源的酶构成的情况下，需要大量的资本投资以生产各单酶化合物。
[0013]因此期望提高上述涉及水解和发酵的方法。

技术实现思路

[0014]因此，本专利技术的一个目的是提供这样的方法，其中水解步骤在改进的条件下进行。本专利技术的另一个目的是提供这样的方法，其涉及处理时间减少的水解。本专利技术的再一目的是提供这样的方法，其中酶剂量可以减少并且同时有用水解产物的输出保持在相同水平或甚至提高。另一个目的是提供涉及水解的方法，其中水解的处理条件被优化。本专利技术的又一个目的是提供涉及水解的方法，其中使用相同的酶剂量使有用水解产物的输出增加。根据本专利技术达到这些目的中的一个或多个。
[0015]本专利技术提供了用于从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：
[0016]a)任选地，预处理所述木质纤维素材料，
[0017]b)任选地，清洗所述任选地预处理的木质纤维素材料，
[0018]c)使用包含至少两种纤维素酶的酶组合物酶促水解所述任选地经清洗的和/或任选地经预处理的木质纤维素材料，其中所述酶组合物至少包含LPMO，以及
[0019]d)任选地，回收含葡萄糖的组合物，
[0020]其中通过在所述预处理之后且在所述酶促水解之前和/或期间向所述木质纤维素材料中添加适合量的氧，将通过LPMO对含有纤维素和/或纤维寡糖的木质纤维素材料的氧
化而形成的葡糖酸在酶促水解结束时的量保持在3至80g/kg存在于木质纤维素材料中的葡聚糖之间。
[0021]此外，本专利技术提供了用于从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：
[0022]a)任选地，预处理所述木质纤维素材料，
[0023]b)任选地，清洗所述任选地预处理的木质纤维素材料，
[0024]c)使用包含至少两种纤维素酶的酶组合物酶促水解所述任选地经清洗的和/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于从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，清洗所述任选地预处理的木质纤维素材料，c)使用包含至少两种纤维素酶的酶组合物酶促水解所述任选地经清洗的和/或任选地经预处理的木质纤维素材料，并且其中所述酶组合物至少包含LPMO，以及d)任选地，回收含葡萄糖的组合物，其中通过在所述预处理之后且在所述酶促水解之前和/或期间向所述木质纤维素材料中添加适合量的氧，将通过LPMO对含有纤维素和/或纤维寡糖的木质纤维素材料的氧化而形成的葡糖酸在酶促水解结束时的量保持在3至80g/kg存在于木质纤维素材料中的葡聚糖之间。2.用于从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，清洗所述任选地预处理的木质纤维素材料，c)使用包含至少两种纤维素酶的酶组合物酶促水解所述任选地经清洗的和/或任选地经预处理的木质纤维素材料，并且其中所述酶组合物至少包含LPMO，以及任选地纯化经水解的木质纤维素材料，d)发酵所述经水解的木质纤维素材料以产生发酵产物，以及e)任选地，回收发酵产物，其中通过在所述预处理之后且在所述酶促水解之前和/或期间向所述木质纤维素材料中添加适合量的氧，将通过LPMO对含有纤维素和/或纤维寡糖的木质纤维素材料的氧化而形成的葡糖酸在酶促水解结束时的量保持在3至80g/kg存在于木质纤维素材料中的葡聚糖之间。3.根据权利要求2所述的方法，其中用能够发酵至少一种C5糖的微生物进行所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯图斯，
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：