改良的酶促水解方法技术

在一实施方式中本发明专利技术通常涉及产生发酵用葡萄糖的方法。方法包括：首先在足够产生包含适合于酶促水解的纤维素的组合混合物的条件下用酸和热处理生物质。接下来，将至少部分步骤（a）的纤维素在足够形成包含葡萄糖的组合物的条件下酶学地水解。然后发酵葡萄糖。有利地，1个或更多反应条件更有效，因为它们如下选择：首先测量所述生物质的初始水解速度，然后基于所述初始水解速度选择1个或更多适当的反应条件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用根据美国专利实践，将美国临时申请No. 61/259,520的内容通过引用整体并入本文，至无不一致的程度。
本专利技术涉及改良的评定酶促水解中的生物质值的方法。本专利技术也涉及，其包括使用初始水解速度来选择或调整一个或更多酶促反应条件。
技术介绍
纤维素向葡萄糖的酶促水解在最近10年获得了增加的兴趣，及对经济上可持续的生物燃料的增长的需求指向对减少它们产生中的成本的紧急需求由许多植物制造的。纤维素，多糖，是地球上最丰富的有机化合物之一，由此代表生物燃料工业的潜在金矿。但是， 当前纤维素的酶促降解面对主要问题，防止其广泛被利用而产生经济上竞争性的生物燃料。纤维素经几种酶的协同作用水解成葡萄糖。内切葡聚糖酶(E.C. 3. 2. 1.4)在纤维素链之内的随机位置断裂纤维素链，然而外切葡聚糖酶(即纤维二糖水解酶，E.C. 3. 2. I. 91)特别以持续方式从链端切割下纤维二糖。纤维二糖随后通过β -葡萄糖苷酶(E. C. 3. 2. I. 21)转变为葡萄糖。通过内切葡聚糖酶提供纤维二糖水解酶作用的更多链端的事实容易明白外-内协同作用。不溶性，固体纤维素的水解是异源反应，其不可被仅仅基于Michaelis-Menten动力学的动力学模型描述。纤维素酶吸附到纤维素上的初始期(相比水解快)之后，酶切割下纤维二糖和沿着相同的链运动，水解糖苷键，直到发生终结切割的事件。随着反应进行到转变的中间程度，速度减小显著，而纤维素水解的最后部分需要无度量的总体总反应时间。底物-相关的和酶-相关的几种因素，已被推荐负责此速度减缓，但至今不清楚什么因素在限制反应。速度减缓中常常暗示的底物特征包括表面积，空隙度，聚合程度，结晶度和总体组合物(复合底物诸如木质纤维素对比纯纤维素)。对于酶-相关的特征，灭活，抑制，干扰，阻塞及不完全持续合成能力常常被研究为减缓的成因。最有争议的理论之一关乎酶促水解期间结晶度的影响和结晶度的程度的变化。接受的是，初始纤维素的结晶度的程度作为水解反应中的控速因子起到主要作用。完全无定形样品相比部分晶体纤维素水解快得多，其导致目前广泛的推定，部分晶体纤维素样品中的无定形结构域首先水解，将晶体部分留到在末了水解，由此导致增加的结晶度指数及解释在更高程度的转变，速度的显著下降。但是，此现象的研究通过分析方法(X-射线衍射对比固体状态13C-NMR),使用的底物性质(复合木质纤维素对比纯纤维素)和水解性酶的来源(通常自瑞氏木霉(Trichodermareesei)和其他真菌株)而不同。几篇综述陈述，仍难以总结结晶度是酶促水解速度的关键决定子。见，例如，(I) Lynd. L. R. ; Weimer, P. J. ; van Zyl, W. H. ;Pretorius, I. S. , Microbialcellulose utilization:Fundamentals and biotechnology.Microbiology andMolecular Biology Reviews 2002, 66, (3), 506-+; (2) Zhang, Y. H. P. ; Lynd, L. R. , Towardan aggregated understanding of enzymatic hydrolysis of cellulose:Noncomplexedcellulase systems. Biotechnology and Bioengineering 2004，88，(7)，797-824;and(3)Mansfield, S. D. ;Mooney, C;Saddler, J. N. , Substrate and enzyme characteristics thatlimit cellulose hydrolysis. Biotechnology Progress 1999,15，(5)，804-816。通常，在这些研究中采用具有不同程度的结晶度的不同类型的纤维素(诸如棉花，棉绒，微晶纤维素，过滤纸，或细菌纤维素)。它们的纤维素酶-催化的降解给出与纤维素样品的初始结晶度指数直接相关的水解速度。为了正确地关联结晶度指数与水解速度，根本的重要性是研究具有相同的基本组成和原产地的样品。更重要地，纯纤维素对于复合物底物更优，因为，木质素或半纤维素的存在可干扰纤维素酶作用及减少可接近性(由此水解速度)。与水解速度相关的另一重要标准涉及纤维素酶向纤维素的吸附容量。水解速度已显示与吸附的酶量成比例。此外，吸附的内切葡聚糖酶量发现与晶体纤维素的水解能力严格相关。此外，纤维素的结晶度的程度影响在给定蛋白装载的吸附，及最大吸附常数已显示随低结晶度指数大大增强。相同的工作总结，在具有低程度的结晶度的纤维素的情况(尽管 高吸附常数)中，有效结合是水解速度的限制参数。无定形纤维素是对于研究纤维素酶活性而言赋利的修饰。用85%磷酸处理之后获得的，以此方式获得的纤维素，PASC (磷酸膨胀的纤维素)，来自样品的完全溶解，而处理显示对纤维素样品的还原端浓度(即其聚合程度)无影响。仅跨窄范围的酸浓度或主要以低浓度研究了各种磷酸浓度的效应。最近，Zhang等人显示，用来产生膨胀的纤维素的磷酸浓度通过控制纤维素增溶状态决定酶促水解速度(Biomacromolecules 2006, 7，(2),644 648)。因此，仍有需求测定例如，微晶纤维素和其他生物质材料的酶促水解中速度限制的主要原因，且尤其，例如，结晶度和吸附对于纤维素对酶促降解的感受性的作用。可将13C-NMR固体-状态光谱学和X-射线晶体学应用于研究在通过自瑞氏木霉(Trichodermareesei，最通常研究的纤维素酶-产生生物)的纤维素酶的不同程度的转变的纯纤维素(微晶纤维素)的结晶度。可用精确地校准的浓度的磷酸溶液产生具有控制的程度的结晶度的纤维素(微晶纤维素)。可采用这些自相同的来源的纤维素样品来研究及阐明结晶度程度，吸附和酶促水解速度之间的关系。专利技术概述大体上，本专利技术在一实施方式中涉及评定酶促水解中的生物质值的方法，其包括首先测量生物质的初始水解速度，然后将测量的初始水解速度与标准纤维材料的已建立的结晶度指数关联，以反映指示总体酶促水解感受性的结晶度。在另一实施方式中本专利技术通常涉及产生发酵用葡萄糖的方法。该方法包括(a)在足够产生包含适合于酶促水解的纤维素的组合混合物的条件下用酸和热处理生物质；(b)在足够形成包含葡萄糖的组合物的条件下酶学地水解至少部分步骤(a)的纤维素；以及( c )通过，例如，将葡萄糖用于耗氧或厌氧发酵过程来发酵葡萄糖。一般而言，步骤(a), (b)或(c)的I个或更多反应条件如下选择首先测量所述生物质的初始水解速度，然后基于所述初始水解速度选择I个或更多适当的反应条件。在再一实施方式中，本专利技术涉及使用初始水解速度来改善酶促水解效率的方法。该方法包括(a)测量待经历水解的生物质的初始水解速度及将测量的初始水解速度与标准纤维材料的已建立的结晶度指数关联，以反映指示总体酶促水解感受性的结晶度；(b)选择水解酶及测定用所述生物质产生纤维素糖需要的所述酶的量；(c)测定以所述需要的量的所述酶的总体水解速度；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】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·班萨尔，M·霍尔，J·H·李，A·S·博马留斯，M·J·里尔夫，R·W·史密斯，
申请(专利权)人：佐治亚技术研究公司，德士古发展公司，
类型：
国别省市：