中性pH糖化和发酵制造技术

技术编号:8629180 阅读:187 留言:0更新日期:2013-04-26 16:11
本发明专利技术的实施例涉及通过糖化和/或发酵从淀粉底物生产下游产品如可发酵糖和终产品的过程。糖化由葡糖淀粉酶在5.0-8.0范围内的pH下有效催化。在pH6.0或6.0以上,葡糖淀粉酶相对于其最大活性具有至少50%活性。糖化和发酵可作为同时糖化发酵(SSF)过程进行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
能够在5. 0-8. 0范围内的pH下有效水解淀粉底物的葡糖淀粉酶可用于同时糖化发酵(SSF)以生产终产品。
技术介绍
工业发酵主要利用糖作为原料来生产多种蛋白质、酶、醇和其他化工终产品。通常,葡萄糖是淀粉加工的产品,淀粉加工在常规上是催化淀粉降解的、涉及液化和糖化的两步酶促过程。在液化过程中,不溶性颗粒淀粉在水中调成浆液,经加热糊化,并被热稳定性a -淀粉酶水解。在糖化过程中,液化中产生的可溶性糊精进一步被葡糖淀粉酶水解,产生含有95%以上的葡萄糖的高葡萄糖糖浆。葡糖淀粉酶属外切作用糖酶,能够水解淀粉(例如直链淀粉和支链淀粉)的直链和支链糖苷键。在商业上,葡糖淀粉酶通常在酸性PH范围(小于5.0的pH)内使用,以从经酶液化的淀粉底物产生可发酵糖。可发酵糖,例如低分子量糖如葡萄糖,然后可通过其他酶(例如葡萄糖异构酶)转化为果糖;可进行结晶;或者可用于发酵以生产各种各样的终产品(例如醇、谷氨酸一钠、琥珀酸、维生素、氨基酸、1,3-丙二醇和乳酸)。一种将(I)糖化和(2)发酵组合在一起的系统被称为同时糖化发酵(SSF)。SSF取代经典的双步骤发酵,即首先生产可发酵糖,然后进行生产终产品的发酵过程。在SSF中,可将接种物随同淀粉水解酶一起加入,以并行地糖化淀粉底物和将糖化产物(即可发酵糖)转化为期望的终产品。接种物通常是能够产生终产品的微生物。SSF的好处包括但不限于以下I)通过提供连续的葡萄糖进料促进持续的微生物生长;2)通过降低渗透胁迫改善碳转化效率;3)通过容纳更高的干物质提升发酵能力;以及4)由于逆反应产物和非可发酵糖的生成减少而提升终产品产量和有利于下游加工。在小反应器体积中存在高浓度底物的情况中,SSF尤其有前景。参见例如John等人,《生物技术进展》(Biotechnol. Adv.),第27卷,第145-152页,2009年。仍需要通过选择对糖化和发酵都最适合的条件例如温度、pH、酶等来优化SSF。例如,在使用谷物作为原料生产燃料醇的过程中,酵母发酵的PH与糖化的葡糖淀粉酶活性匹配。尤其对于最适在PH6.0以上进行的发酵而言,这个需要是明显的。大多数商业糖化酶类例如黑曲霉(Aspergillus niger)葡糖淀粉酶(AnGA)仅在4. 2-5. 5的pH范围内表现出显著的糖化酶活性。葡糖淀粉酶在6. O以上的发酵pH下表现出显著降低的活性。当发酵和糖化的最适条件不一致时,采用了额外的步骤如预处理或预糖化来产生发酵原料。例如,如在WO 2003/066816中公开,使浆液在65°C下经历巴氏灭菌14小时,然后在34°C下进行SSF以生产1,3_丙二醇。类似地,可使产乳酸微生物在酸性pH下经历四十至五十次系列转移,然后应用于SSF以生产乳酸。参见WO 2003/095659。
技术实现思路
诸如灰腐质霉(Humicola grisea)葡糖淀粉酶(HgGA)、里氏木霉(Trichodermareesei)葡糖淀粉酶(TrGA)和米根霉/得氏根霉(Rhizopus oryzae/niveus.)葡糖淀粉酶(RhGA)的葡糖淀粉酶(GA)表现出与其他已知的葡糖淀粉酶不同的pH谱(pH profile),所述已知的葡糖淀粉酶例如来自黑曲霉(Aspergillus niger)的葡糖淀粉酶(AnGA)和来自埃默森篮状菌(Talaromyces emersonii)的葡糖淀粉酶(TeGA)。在6. 0或6. 0以上的pH下,HgGA和TrGA均相对于分别在pH4. 25或pH3. 75下的最大活性保持至少50%的活性。HgGA和TrGA均能够在5. 0-8. 0范围内的pH下有效糖化淀粉底物。这个性质使得HgGA和TrGA能够用于同时糖化发酵(SSF)以从淀粉底物生产终产品。本专利技术设想的实施方案提供了在pH5. 0-8. 0下处理淀粉产生可发酵糖的方法。可发酵糖是通过在这样的葡糖淀粉酶的存在下糖化淀粉底物产生的,该葡糖淀粉酶在PH6. 0或6. 0以上相对于其最大活性具有至少50%活性。糖化可在6. 0-7. 5或者任选地7. 0-7. 5范围内的pH下进行。糖化是在约300C至约600C或者任选地约30°C至约40°C范围内的温度下进行。在一个方面,淀粉底物来自玉米、小麦、黑麦、大麦、高粱、木薯(cassava)、木薯(capioca)、马铃薯以及它们的任何组合。在另一个方面,淀粉底物是颗粒淀粉或液化淀粉。在又一个方面,淀粉底物为约15% -50%、约15% -30%或约15% -25%干物质(DS)。在一个实施方 案中,该方法还包括在与进行糖化相同的pH下将可发酵糖发酵成终产品。终产品可选自甲醇、乙醇、丁醇、谷氨酸一钠、琥珀酸、1,3_丙二醇、维生素、氨基酸和乳酸。任选地,终产品为乙醇、1,3_丙二醇或琥珀酸。在另一个实施方案中,糖化和发酵作为同时糖化发酵(SSF)过程来进行,该过程通常在pH6. 5-7. 5下进行。在一个方面,葡糖淀粉酶选自包含SEQ ID NO :3的灰腐质霉(Humicola grisea)葡糖淀粉酶(HgGA)、包含SEQ ID NO :6的里氏木霉(Trichoderma reesei)葡糖淀粉酶(TrGA)、包含SEQ ID NO : 9的根霉(Rhizopus p.)葡糖淀粉酶(RhGA)以及它们的变体。变体与亲本葡糖淀粉酶具有至少99%序列同一性。任选地,变体与亲本葡糖淀粉酶相比具有一个氨基酸修饰。在另一个方面,HgGA为SEQ ID NO :3,且任选地从里氏木霉(Trichodermareesei)宿主细胞产生。在又一个方面,TrGA为SEQ ID No :6。在又另一个方面,RhGA为SEQ ID NO:9。在一个实施方案中,葡糖淀粉酶以约0.1至约2. O、约0.2至约1.0或者0.5至1. OGAU/克干物质淀粉的范围加入。在另一个实施方案中,糖化还包括加入a-淀粉酶。a-淀粉酶为来自芽孢杆菌属(Bacillus)的物种,或为其变体。a-淀粉酶为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) a -淀粉酶(AmyE)、解淀粉芽抱杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)Ct-淀粉酶、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis) a -淀粉酶、脂肪嗜热芽孢杆菌(Bacillus stearothermophi lus) a-淀粉酶或其变体。在另一个实施方案中,本专利技术提供加工淀粉的方法,所述方法包括在葡糖淀粉酶和至少一种其他酶存在下在pH5. 0-8. 0下将淀粉底物糖化为可发酵糖,其中所述葡糖淀粉酶在pH6. 0或6. 0以上相对于其最大活性具有至少50%活性,其中所述葡糖淀粉酶选自包含SEQ ID NO 3的灰腐质霉(Humicola grisea)葡糖淀粉酶(HgGA)、包含SEQ ID NO 6的里氏木霉(Trichoderma reesei)葡糖淀粉酶(TrGA)、包含SEQ ID NO :9的根霉属物种(Rhizopus sp.)葡糖淀粉酶(RhGA)以及它们的变体,其中所述变体与亲本葡糖淀粉酶具有至少99%序列同一性,并且其中所述其他酶选自蛋白酶、支链淀粉酶、支链淀粉酶、异淀粉酶、纤维素酶、半纤本文档来自技高网
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.06 US 61/371,6391.一种加工淀粉的方法,所述方法包括在葡糖淀粉酶存在下在PH5. 0-8. 0下将淀粉底物糖化成可发酵糖,其中所述葡糖淀粉酶在PH6. 0或6. 0以上相对于其最大活性具有至少50%活性,其中所述葡糖淀粉酶选自包含SEQ ID NO :3的灰腐质霉(Humicola grisea)葡糖淀粉酶(HgGA)、包含SEQ ID NO :6的里氏木霉(Trichoderma reesei)葡糖淀粉酶(TrGA)、包含SEQ ID NO :9的根霉属物种(Rhizopus sp.)葡糖淀粉酶(RhGA)以及它们的变体,其中所述变体与亲本葡糖淀粉酶具有至少99%序列同一性。2.根据权利要求1所述的方法,其中所述变体与所述亲本葡糖淀粉酶相比具有一个氨基酸修饰。3.根据权利要求1所述的方法,其中所述HgGA为SEQID NO :3。4.根据权利要求3所述的方法,其中所述HgGA从里氏木霉宿主细胞产生。5.根据权利要求1所述的方法,其中所述TrGA为SEQID No :6。6.根据权利要求1所述的方法,其中所述RhGA为SEQID NO :9。7.根据权利要求1所述的方法,其中糖化在6.0-7. 5范围内的pH下进行。8.根据权利要求1所述的方法,其中糖化在7.0-7. 5范围内的pH下进行。9.根据权利要求1所述的方法,其还包括将所述可发酵糖发酵成终产品,且其中糖化和发酵在相同的PH下进行。10.根据权利要求9所述的方法,其中糖化和发酵作为同时糖化发酵(SSF)过程进行。11.根据权利要求10所述的方法,其中所述SSF过程在7.0-7. 5之间的pH下进行。12.根据权利要求1所述的方法,其中糖化在约30°C至约60°C范围内的温度下进行。13.根据权利要求12所述的方法,其中糖化在约40°C至约60°C范围内的温度下进行。14.根据权利要求1所述的方法,其中所述淀粉底物为约15%-50%干物质(DS)。15.根据权利要求1所述的方法,其中所述淀粉底物为约15%-30%干物质(DS)。16.根据权利要求1所述的方法,其中所述淀粉底物为约15%-25%干物质(DS)。17.根据权利要求9所述的方法,其中所述终产品选自甲醇、乙醇、丁醇、谷氨酸一钠、琥珀酸、1,3_丙二醇、维生素、氨基酸和乳酸。18.根据权利要求17所述的方法,其中所述终产品为乙醇。19.根据权利要求17所述的方法,其中所述终产品为1,3_丙二醇。20.根据权利要求17所述的方法,其中所述终产品为琥珀酸。21.根据权利要求1所述的方法,其中所述淀粉底物为颗粒淀粉或液化淀粉。22...

【专利技术属性】
技术研发人员:M·H·贝里斯玛G·K·肖塔尼W·A·奎瓦斯段钢S·H·李钱莹V·夏尔马J·K·谢蒂B·A·斯托姆P·J·M·特伊尼森H·徐
申请(专利权)人:丹尼斯科美国公司
类型:
国别省市:

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1