纤维生物质的并行糖化和发酵制造技术

本发明专利技术涉及并行糖化和发酵从木质纤维素提取的纤维素固体部分的方法。纤维素部分的粘度通过与液体碳水化合物流混合降低。适宜的液体碳水化合物流是事先在木质纤维素原料的加工过程中从固体部分分离的脱木质素的液体部分。可选地，通过与包括一种或多种单糖的液体碳水化合物流混合降低固体部分的粘度。粘度降低的纤维素固体部分接着与发酵的微生物接种体以及纤维素生物质降解酶组合物混杂。混杂的混合物保持在高温的加压的反应容器中，使得能够同时将纤维素固体酶促水解为单糖和将单糖发酵产生乙醇发酵液。将乙醇发酵液蒸馏回收燃料级乙醇和釜馏液，釜馏液可以被进一步加工。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及将纤维生物质分级为组成部分的系统和方法。更具体地说，本专利技术涉及在一个容器中从木质纤维素材料同时产生和发酵碳水化合物
技术介绍
植物产生的天然的纤维生物质通常含有各种己糖碳水化合物，如葡萄糖、半乳糖 和甘露糖，它们容易被产乙醇酵母发酵为乙醇。葡萄糖是纤维素的唯一部分，但也是半纤维 素，特别是在软木中半纤维素的重要组分。半乳糖和甘露糖是存在于半纤维素中的其它的 主要己糖碳水化合物。当用于乙醇工业生产的酵母和包括葡萄糖、半乳糖和甘露糖的原料 一起存在时，它们首先发酵葡萄糖，并且当基质中的它们被消耗后，酵母细胞接着适应摄取 和发酵甘露糖，当甘露糖耗竭后，酵母细胞将又适于代谢半乳糖，半乳糖是来源于半纤维素 的三种主要碳水化合物中最难发酵的。这种类型的适应代谢行为被称为二阶段生长或代谢 (对于两种碳水化合物)和三阶段生长或代谢(对于三种碳水化合物)。在碳水化合物利用 的各阶段之间，通常会有几个小时的时间不发生代谢，在此期间在酵母的细胞膜中诱导所 需要的转运蛋白。这种诱导现象通常显著地延长完全消耗来自半纤维素的可发酵碳水化合 物的混合物的时间。在设计为用于从木质纤维素材料如被子植物纤维、裸子植物纤维和大 田作物纤维产生的混合的己糖碳水化合物原料流中生产乙醇的工业工艺中，在二阶段生长 和三阶段生长代谢过程中由酶调节引起的发酵延迟显著增加了与这些工艺有关的资金和 运转费用。因此，通常利用菌株筛选策略，基于在实验室规模系统中菌株将液体己糖流转化 为乙醇或其它代谢产物的效率，来鉴定和筛选有望适于工业发酵工艺的酵母菌株。将液体 己糖流发酵为乙醇的适宜示例性酵母菌株包括连续代谢葡萄糖_甘露糖_半乳糖的酿酒酵 母Tl和连续代谢半乳糖_葡萄糖_甘露糖的酿酒酵母Y-1528 (Keating等人，2004， J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 31:235-244)。 工业规模加工纤维性木质纤维素材料的初始阶段一般包括物理化学破裂纤维，然 后使用溶剂、稀释的酸或碱化学提取破裂的材料。溶剂提取过程通常实现木质素从纤维 的低聚糖和多糖部分中的分离，导致木质素和至少一些单糖、低聚糖和多糖释放进入到提 取溶剂中。回收溶剂后，废提取水溶液接着可以用作原料流产生乙醇。然而，提取废液通 常也含有大量的木质纤维素衍生的有机化合物，如酮类、醛类、羧酸类和其它的显著损害 或抑制微生物发酵代谢过程的此类化合物。这样的抑制剂的例子有糠醛、5-羟基甲基糠 醛、乙酸等。因此，鉴定商业上使用的发酵微生物的选择标准也包括评价它们在长时间暴 露于抑制剂的过程中的耐受性和代谢性能。Keating等人，2006， Biotechnol. Bioeng. 93 : 1196-1206已经表明，尽管当包含在液体己糖流的选择的抑制剂水平升高时，酿酒酵母菌株 Tl和Y-1528的发酵速率下降，但实验室规模间歇发酵的总乙醇产量不受影响。
技术实现思路
本专利技术的示例性实施方案包括设计成用于同时并存的下游糖化和发酵在上游提取纤维性木质纤维素原料过程中释放的结构组分的工业过程、系统和方法。适于本文提供、 描述和期望的本专利技术的工业规模并行的糖化和发酵过程、系统和方法的示例性纤维性木质 纤维素结构组分，包括纤维素、半纤维素、多糖和低聚糖。 根据本专利技术的一个示例性实施方案，提供了用于同时并存的糖化和发酵有机溶剂 提取纤维性木质纤维素原料过程中释放的结构组分的工艺。示例性的工艺一般包括步骤 用有机溶剂加工选择的木质纤维素原料产生混合的固体部分和液体部分，分离固体部分和 液体部分，混合分离的固体部分和选择的液体单糖和/或低聚糖或混合的单糖/低聚糖流 以降低分离的固体部分的粘度，随后将粘度降低的固体部分与有效量的包含用于发酵戊糖 和/己糖碳水化合物的合适微生物培养物的接种物混合，另外，向其中加入有效量的用于 糖化多糖和低聚糖的合适酶，然后提供合适的反应条件糖化固体部分和发酵单糖和/或低 聚糖合适的时间(如果微生物具有发酵低聚糖的能力)。 适宜的固体部分可以从以下示例性的纤维性木质纤维素原料产生被子植物生物 质、裸子植物生物质、大田作物生物质、植物浆和/或果实浆、木材和木材加工碎片和废料、 可回收再用的纸和硬纸板货物等。 用于降低从提取的木质纤维素原料分离的固体部分粘度的适宜液流的示例为从 提取的木质纤维素原料分离的去木质素液体部分。其它适宜的液流示例为包括水、短链醇、 酸、碱等的含碳水化合物的溶液。所述液流还可以添加有一种或多种选择的单糖碳水化合 物，诸如葡萄糖、半乳糖、甘露糖等。 发酵戊糖和/或己糖碳水化合物的适宜微生物接种物包括选自于酵母菌种、真菌 菌种、细菌菌种、原生动物(protozoae)或其它种类的一种或多种适宜菌株。适宜酵母的示 例为酵母属(Saccharomyces spp)和毕赤酵母属(Pichia spp)。适宜的酵母属的示例为酿 酒酵母，诸如菌株Y-1528， Tembec-l等。适宜的真菌菌种的示例为曲霉属和木霉属。适宜 细菌的示例为天然的和遗传改造的大肠杆菌、发酵单胞菌属、梭菌属和棒状杆菌属等。提供 包括以下菌的接种物也在本专利技术的范围内，该接种物包含单个菌株，或可选地，包括来自单 个类型微生物的多个菌株，或者还可选地，包括来自多个菌种和微生物类型的菌株(即，酵 母、真菌和细菌)的混合物。 适宜酶的示例为纤维素酶、半纤维素酶、13 -葡萄糖苷酶、|3 -木糖苷酶、a -淀粉 酶、P-淀粉酶和其它的聚糖酶。 本专利技术的一个方面是回收和循环从提取的纤维性木质纤维素原料的固体部分分 离的液体部分。在木质纤维素原料加工过程中提取进入溶剂的木质素与液体部分分离。脱 毒的或非脱毒的液体部分，或可选地，部分去木质素的液体部分是降低分离的固体部分粘 度的适宜稀释剂。在用于降低固体部分的粘度前用一种或多种单糖碳水化合物调理脱毒的或非脱毒的液体部分是适宜的。适宜的单糖碳水化合物的示例为葡萄糖、甘露糖、半乳糖等。 根据一个方面，所述工艺是间歇工艺。 根据另一个方面，所述工艺是连续工艺。 根据再一个方面，所述工艺是半连续工艺。 根据本专利技术的另一个实施方案，提供了并行糖化和发酵从提取的纤维性木质纤维 素原料分离的固体部分的系统。所述系统一般包括(a)能够分离为固体部分和液体部分6的提取的纤维性木质纤维素原料供应，(b)多个设计为分开接收和加工其中的分离自提取 的木质纤维素原料的固体和液体部分的适宜装置和操作系统，(c)富含选择用于降低固体 部分粘度的可发酵碳水化合物的适宜液流供应，(d)合适的微生物培养物供应，(e)适宜的 选择的酶，和(f)可控地将固体部分、液流、微生物培养物和酶混合成反应混合物的器件、 装置、设备和软件，其中所述反应混合物包括反应产物，例如木质素和乙醇。适宜的液流的 示例为这样的液体部分，其从提取的纤维性木质纤维素原料收集，接着脱毒或不脱毒，然后 在与用于降低其粘度的固体部分混合前完全或部分除去乙醇。从反应混合物分离的乙醇可 以用作燃料或可选地在进一步纯化后用作燃料组分或其它的非燃料相关的应用，如用于制 药、食品和饲料业。 根据一个方面，所述系统可以另外设计为接收和脱毒其中的富含从提取的木质纤 维素纤维性原料分离的可发酵碳水化本文档来自技高网...

【技术保护点】
并行糖化和发酵从木质纤维素原料提取的纤维素固体部分的方法，该方法包括步骤：将提取的木质纤维素原料分离为纤维素固体部分和液体部分；加工所述的液体部分以从中除去提取的木质素，由此产生一种脱毒的或没有脱毒的液体部分；通过将所述的纤维素固体部分与部分所述脱毒的或没脱毒的液体部分混合来降低分离的纤维素固体部分的粘度；混合粘度降低的纤维素固体部分和（ａ）有效量的发酵微生物培养物以及（ｂ）有效量的降解纤维素生物质的酶；混合所述的微生物培养物、所述降解生物质的酶和所述粘度降低的纤维素固体部分，以提供包含乙醇的反应混合物；和从所述反应混合物分离乙醇。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历克斯伯林，爱德华肯德尔派伊，唐纳德奥康纳，
申请(专利权)人：丽格诺新创有限公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]