用于生物质发酵的组合物和方法技术

一方面，本发明专利技术涉及通过微生物例如植物发酵梭状芽胞杆菌同时水解和发酵而从生物质制备有用的发酵终产物。本发明专利技术还涉及发展有效预处理和高转化效率(产率)转化木质纤维素生物质为终产物的方法。另一方面，本文公开了通过用微生物例如植物发酵梭状芽胞杆菌发酵己糖(C6)和戊糖(C5)而产生发酵终产物的方法。

【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本申请要求2009年4月20日提交的美国临时专利申请序号61/171，077 ;2009年4月22日提交的61/171，831 ;和2009年6月29日提交的61/221，519的优先权，其在此通过引用整体并入。
技术介绍
本专利技术涉及通过同时水解和发酵糖和寡聚物从生物质制备有用的发酵终产物。本专利技术还涉及发展用于有效预处理和以高转化效率(产率)转化木质纤维素生物质成终产物的方法。 各种形式的生物质由于其大量可用性和低成本而具有作为乙醇制备的可再生原料的潜力。然而，依然存在对利用可用于产生发酵终产物例如乙醇和其他化合物或生物燃料的原料的低成本的强大方法的未满足的需求。生物质发酵产生生物燃料例如醇(例如甲醇、乙醇、丁醇或丙醇)可以提供对世界能源问题的急需解决方案。木质纤维素生物质具有纤维素和半纤维素两种主要组分。这些组分的水解产生己糖(C6)和戊糖(C5)。生物质转化效率高度依赖于可被用于生物质到燃料转化过程的生物体利用的碳水化合物范围。具体说，不能利用己糖(例如纤维素二糖、葡萄糖)和戊糖(例如阿拉伯糖、木糖)二者来转化成乙醇可能极大限制可从给定量生物质产生的生物燃料或其他化学品的总量。因此，为了获得木质纤维素生物质到乙醇的高转化效率(产率)，重要的是能够成功将己糖和戊糖二者发酵成乙醇。然而，戊糖(木糖和阿拉伯糖)的发酵依然是从生物质制备乙醇的技术瓶颈。该限制可以导致低效率、发酵反应中低最大可实现的生物燃料滴度和低生物燃料制备率的乙醇制备。而且，生物质中碳水化合物含量的大部分可能通过预处理过程中戊糖的溶解而损失。一般而言，较低的产率和低生产率导致较高的生产成本，这可以转化为不可能被微生物的其他特征所抵消的竞争缺点。专利技术概述一方面，本专利技术提供了通过用第一微生物发酵包含己糖和戊糖的木质纤维素生物质来制备一种或多种发酵终产物的方法，其中所述第一微生物同时水解和发酵所述木质纤维素生物质以产生发酵终产物。在一个实施方案中，发酵终产物的至少一种是乙醇，并且其中乙醇以至少约45g/L的滴度被制备。在另一个实施方案中，所述第一微生物是梭状芽胞杆菌属菌株。在另一个实施方案中，所述梭状芽胞杆菌属菌株是植物发酵梭状芽胞杆菌(Clostridium phytofermentans)。在另一个实施方案中，所述方法还包括使用第二微生物发酵己糖和戊糖。在另一个实施方案中，所述第二微生物是酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、热梭状芽胞杆菌(C. thermocellum)、丙丽丁醇梭状芽胞杆菌(C. acetobutylicum)、曬纤维梭状芽胞杆菌(C. cellovorans)或运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)。在另一个实施方案中，所述己糖包括选自由纤维素、半纤维素、淀粉、甘露聚糖、果糖、葡萄糖、半乳糖、鼠李糖和甘露糖组成的组的碳水化合物。在另一个实施方案中，所述戊糖包括选自由木聚糖、半纤维素、木糖和阿拉伯糖组成的组的碳水化合物。在另一个实施方案中，所述植物发酵梭状芽胞杆菌是非重组或重组微生物。在另一个实施方案中，所述植物发酵梭状芽胞杆菌包括一种或多种异源多核苷酸。在另一个实施方案中，在所述第一微生物生长过程中向培养基添加一种或多种包括己糖或戊糖的培养基补充物。在另一个实施方案中，所述己糖或戊糖相对于被所述第一微生物转化为其他化合物的糖量来添加。在另一个实施方案中，所述方法还包括预处理所述生物质。在另一个实施方案中，所述预处理包括蒸汽爆发或热水浸提、暴露于酸或碱条件。在另一个实施方案中，所述方法包括添加发酵培养基补充物，其中所述发酵培养基补充物是脂肪酸、表面活性剂、螯合剂、微生物、矿物质、PH调节剂、酵母提取物和盐。在另一个实施方案中，所述第一微生物同时发酵所述己糖和戊糖。在另一个实施方案中，所述方法包括添加一种或多种酶，其中所述一种或多种酶不是衍生自第一微生物。在另一个实施方案中，所述一种或多种酶是纤维素酶、半纤维素酶、半乳糖醛酸酶、果胶酸裂合酶、糖酶、木聚糖酶、葡聚糖酶、和内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、葡糖苷酶、淀粉酶、肌醇六磷酸酶或漆酶。在另一个实施方案中，所述己糖和戊糖包括麦芽糖浆、玉米浸溃液体、蒸馏干燥颗粒或玉米浸溃固体。在另一个实施方 案中，所述方法还包括批量添加生物质固体的生物质补料分批发酵。在另一个实施方案中，所述生物质固体使用滤网回收。在另一个实施方案中，所述滤网包括多个直径约150-250微米的孔。另一方面，本专利技术公开了通过在包含木质纤维素生物质的培养基中培养植物发酵梭状芽胞杆菌菌株而制备的生物燃料产物；其中所述植物发酵梭状芽胞杆菌同时水解和发酵所述木质纤维素生物质。另一方面，本专利技术公开了制备乙醇的方法，所述方法包括以下步骤在包含木质纤维素生物质的培养基中培养植物发酵梭状芽胞杆菌菌株；其中所述植物发酵梭状芽胞杆菌同时水解和发酵所述木质纤维素生物质；以大于约45g/L的产率制备乙醇。在一个实施方案中，所述方法还包括在所述植物发酵梭状芽胞杆菌的生长过程中向培养基添加一种或多种培养基补充物，其中所述培养基补充物的一种或多种包含一种或多种己糖和/或戊糖化合物，并且一种或多种糖化合物相对于被所述植物发酵梭状芽胞杆菌转化为其他化合物的糖量来添加。另一方面，本专利技术公开了用于制备发酵终产物的系统，包括发酵容器；木质纤维素生物质；和同时水解和发酵所述木质纤维素生物质的第一微生物；其中所述发酵容器适于提供适合同时水解和发酵所述木质纤维素生物质的条件。在一个实施方案中，还包括包含己糖和戊糖的培养基补充物。在另一个实施方案中，所述第一微生物是梭状芽胞杆菌属菌株。在另一个实施方案中，所述梭状芽胞杆菌属菌株是植物发酵梭状芽胞杆菌。在另一个实施方案中，所述植物发酵梭状芽胞杆菌包括一种或多种异源多核苷酸。在另一个实施方案中，所述生物质在与所述第一微生物接触之前通过蒸汽爆发或热水浸提、暴露于酸或碱条件来预处理。在另一个实施方案中，经预处理的生物质进一步用非衍生自所述第一微生物的一种或多种酶处理。在另一个实施方案中，所述己糖和戊糖包括玉米浸溃固体、玉米浸溃液体、麦芽糖浆、木聚糖、纤维素、半纤维素、果糖、葡萄糖、甘露糖、鼠李糖或木糖的一种或多种。在另一个实施方案中，所述发酵培养基还包括非衍生自所述第一微生物的一种或多种酶。在另一个实施方案中，所述发酵培养基还包括选自由脂肪酸、表面活性剂、螯合齐U、维生素、矿物质、PH调节剂、酵母提取物和盐组成的组的发酵培养基补充物。在另一个实施方案中，所述系统还包括第二微生物。在另一个实施方案中，所述第二微生物是酿酒酵母、热梭状芽胞杆菌、丙酮丁醇梭状芽胞杆菌、噬纤维梭状芽胞杆菌或运动发酵单胞菌。附图简述本专利技术的新特征在所附权利要求书中精确提出。通过参考提出其中利用本专利技术原理的示例性实施方案的下文详述和附图将获得对本专利技术特征和优点的更好理解，附图中图I描绘了在约15天的时段内加入发酵反应的处理的生物质固体的累积总量。图2是描绘通过根据本文描述的尺寸减少和碱处理的玉米秸杆生物质的碳水化合物组成的饼形图。图3A-3B描绘在指示时间点发酵反应的糖和乙醇浓度曲线。图3A描绘了同时发酵纤维素二糖和木糖的糖和乙醇浓度曲线。图3B描绘同时发酵葡萄糖和木糖的糖和乙本文档来自技高网...

【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：S·帕瑞克，W·G·拉图夫，
申请(专利权)人：奎特罗斯公司，
类型：
国别省市：