生物质水解工艺制造技术

本发明专利技术涉及包含纤维素水解酶的分次剂量的生物质工艺。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及工艺，所述工艺包含在含木素纤维素材料的水解中使用纤维素水解酶的分次投入(split dosing)。专利技术背景由于化石燃料的有限储备和关于温室气体排放的担心，存在关于使用可再生能源，例如发酵产物，例如生物乙醇的越来越多的关注。来自生物质即含木素纤维素材料的乙醇生产是本领域已知的，并且可以包括含木素纤维素材料的预处理、酶促水解和发酵成乙醇。在水解中使用的酶的成本已视为此类工艺的收益性的限制。因此，需要提供改善的并且更有效的工艺用于将含木素纤维素材料酶促水解成适合于发酵的底物。本申请的专利技术人目前已令人惊讶地发现通过将纤维素水解酶分成至少2个剂量 并且在不同阶段加入所述剂量，可以显著改善高干固体生物质浆料的水解。专利技术概述本专利技术涉及这样的工艺，其包括酶促水解高干固体浓度的含木素纤维素材料，和任选地将水解产物发酵成发酵产物，优选乙醇，其中纤维素水解酶在该工艺中的两个或更多个阶段加入。相应地，在第一个方面，本专利技术涉及用于自含木素纤维素材料产生水解产物的工艺，其包括如下步骤，(a)预处理含木素纤维素材料；(b)形成包含水、预处理的含木素纤维素材料和纤维素水解酶的浆料，(C)且温育所述浆料，(d)加入更多水解酶，和(e)温育所述浆料，以产生水解产物，其中所述浆料具有至少25%的干固体浓度。专利技术详述含木素纤维素材料术语“含木素纤维素材料”在本文中用于指主要由纤维素、半纤维素和木质素组成的材料。含木素纤维素材料通常称为“生物质”。木素纤维素的结构不是酶促水解能够直接接近的。因此，木素纤维素必须在压力、湿度和温度的适当条件下例如通过酸水解进行预处理，以便破裂木质素密封且破坏纤维素的晶状结构。这引起半纤维素级分的增溶和糖化。纤维素级分随后可以水解，例如通过纤维素酶酶促水解，以将碳水化合物聚合物转化成单糖和寡糖，其可以发酵成所需发酵产物，例如乙醇。任选地,将发酵产物回收,例如通过蒸馏进行回收。任何含木素纤维素材料都根据本专利技术加以考虑。含木素纤维素材料可以是含有木素纤维素的任何材料。在一个优选实施方案中，含木素纤维素材料含有至少30重量％、优选至少50重量％、更优选至少70重量％、甚至更优选至少90重量％木素纤维素。应当理解含木素纤维素材料还可以包含其他组成成分，例如纤维素材料，包括纤维素和半纤维素，并且还可以包含其他组成成分，例如蛋白质性质材料、淀粉、糖例如可发酵糖和/或不可发酵糖。含木素纤维素材料一般例如在植物的茎、叶、皮、壳(hull，husk)和穗轴或树的叶、枝和木材中发现。含木素纤维素材料可以是但不限于草本材料、农业残余物、林业残余物、市政固体废物、废纸以及浆和造纸厂残余物。在本文中应当理解含木素纤维素材料可以是在混合基质中含有木质素、纤维素和半纤维素的植物细胞壁材料的形式。含木素纤维素材料可以包含玉米秸杆，硬木材例如白杨木(poplar)和桦木(birch),软木材例如松材,柳枝稷(switch grass),谷类稻草(cereal straw)和/或壳(husk)例如来自稻、小麦、大麦、黑麦等的稻草，市政固体废物(MSW)，工业有机废物，办公室用纸，木屑(wood chip)，甘蔗渣，纸或浆加工废物或其混合物。在一个优选实施方案中，含木素纤维素材料是玉米稻杆。在另一个优选方面，含木素纤维素材料是玉米纤维。预处理含木素纤维素材料可以以任何合适方式进行预处理。预处理可以在水解和/或发酵前进行。预处理的目的是分离和/或释放纤维素、半纤维素和/或木质素，并且这种方式改善了水解速率。预处理方法例如湿氧化和碱预处理靶向木质素，而稀酸和自水解靶向半 纤维素。蒸汽爆炸是靶向纤维素的预处理的例子。根据本专利技术，预处理步骤(a)可以是使用本领域众所周知的技术的常规预处理步骤。在一个优选实施方案中，预处理在含水浆料中进行。含木素纤维素材料可以在预处理过程中以10-80重量％之间、优选20-70重量％之间、尤其是30-60重量％之间例如约50重量％的量存在。预处理在水解和/或发酵之前进行。术语“化学处理”指促进纤维素、半纤维素和/或木质素的分离和/或释放的任何化学预处理。合适的化学预处理的例子包括用例如稀酸、石灰、碱、有机溶剂、氨、二氧化硫、二氧化碳处理。进一步地，湿氧化和pH控制的水热解也是考虑的化学预处理。在一个优选实施方案中，化学预处理是酸处理，更优选地连续稀酸和/或弱酸处理，例如用硫酸或另一种有机酸和/或无机酸处理，所述酸例如乙酸、柠檬酸、酒石酸、琥珀酸、氯化氢或其混合物。还可以使用其他酸。弱酸处理意指处理PH处于1-5的范围中，优选pH 1-3。在一个特定实施方案中，酸浓度是在0. 1-2. 0重量％酸(优选硫酸)的范围中。酸可以与含木素纤维素材料接触，并且混合物可以在160-220°C，例如165-195°C范围的温度保持范围在例如1-60分钟例如2-30分钟或3-12分钟的时期。可以应用强酸例如硫酸的添加以去除半纤维素。这增强了纤维素的可消化性。还考虑了其他技术。纤维素溶剂处理已显示将约90%纤维素转化成葡萄糖。还已显示当木素纤维素结构被破坏时，酶促水解可以得到极大增强。碱H2O2、臭氧、有机溶剂(organosolv)(使用在含水的醇中的(A1)2S04、FeCl3、路易斯酸)、甘油、二卩惡烧、苯酹或乙二醇属于已知的破坏纤维素结构且促进水解的溶剂(Mosier等人BioresourceTechnology 96 (2005)，第 673-686 页)。用碱例如NaOH、Na2CO3和/或氨等的碱性化学预处理也根据本专利技术加以考虑。使用氨的预处理方法在例如 W02006110891、W0200611899、W0200611900、W02006110901 (其在此引入作为参考)中描述。湿氧化技术涉及氧化剂的使用，例如基于亚硫酸盐的氧化剂等。溶剂预处理的例子包括用DMSO (二甲亚砜)等处理。化学预处理一般进行1-60分钟，例如5-30分钟，但取决于待预处理的材料可以进行更短或更长的时期。合适预处理方法的其他例子由下述描述Schell等人(2003)Appl.Biochemand Biotechn.第 105-108 卷，第 69-85 页，Mosier 等人 BioresourceTechnology96 (2005) 673-686, Ahring 等人在 W02006032282 和 W0200160752 中，Foody 等人在W02006034590中，和Ballesteros等人在美国公开号20020164730中，所述参考文献在此全部引入作为参考。术语“机械预处理”指促进自含木素纤维素材料分离和/或释放纤维素、半纤维素和/或木质素的任何机械(或物理)处理。例如，机械预处理包括多个类型的研磨、照射、汽蒸/蒸汽爆炸、湿氧化和其他水热处理。机械预处理包括粉碎(大小的机械减少)。粉碎包括干磨、湿磨和振动球磨。机械预处理可以涉及高压和/或高温(蒸汽爆炸)。在本专利技术的一个实施方案中，高压意指在300-600psi范围中、优选400-500psi例如约450psi的压力。在本专利技术的一个实施方案中，高温意指在约100-300°C范围中、优选约140-235°C的温度。在一个优选实施方案中，机械预处理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.21 CN PCT/CN2009/0757641.一种用于从含木素纤维素材料产生水解产物的工艺，其包括如下步骤， (a)预处理含木素纤维素材料； (b)形成包含水、预处理的含木素纤维素材料和纤维素水解酶的浆料， (C)温育所述浆料， (d)加入更多水解酶，和 (e)温育所述浆料，以产生水解产物， 其中所述浆料具有至少25%的干固体浓度。2.权利要求I的工艺，其中在步骤⑷前，将所述步骤(c)的浆料温育约12-48小时，优选约18-36小时，更优选约20-30小时。3.前述权利要求中任一项的工艺，其中所述步骤(c)+ (e)的持续时间是约72-120小时。4.前述权利要求中任一项的工艺，其中所述纤维素水解酶包含纤维二糖水解酶I、纤维二糖水解酶II和内切葡聚糖酶中的一种或多种。5.前述权利要求中任一项的工艺，其中将所述步骤(e)的水解产物发酵以产生发酵产物。6.前述权利要求中任一项的...

【专利技术属性】
技术研发人员：W韩，李冬敏，M刘，
申请(专利权)人：诺维信公司，中粮集团有限公司，
类型：发明
国别省市：