[发明专利]粒状淀粉转化成乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及从粒状淀粉生产醇类(如乙醇)的方法，其包括在低 于粒状淀粉胶凝温度的温度下使包含来自植物材料的粒状淀粉的浆液 暴露于α-淀粉酶，接着用发酵微生物进行发酵。

背景技术

由于包括对有限的石油供应持续且增加的依赖性在内的各种原 因，以及乙醇产品是可再生能源这一事实，从农作物中生产作为燃料 来源的乙醇的商业生机已经重新引起世界范围内的兴趣。

醇类发酵生产方法，特别是乙醇生产方法的一般特征在于湿磨或 干磨法。关于这些方法的综述，参考Bothast等，2005，Appl.Microbiol. Biotechnol.67：19-25和THE ALCOHOL TEXTBOOK，第三版(K.A. Jacques等人著)1999Nottingham University Press，UK。

一般而言，湿磨法包括一系列的浸泡(浸渍)步骤以软化谷物， 其中可溶淀粉被去除，接着是回收胚芽、纤维(糠)和麸质(蛋白质)。 通过干燥、化学和/或酶处理，进一步加工剩余的淀粉。然后该淀粉可 用于醇类产品、高果糖玉米浆或商业纯级淀粉。

一般而言，干谷物碾磨法包括许多基本步骤，其包括：碾碎、蒸 煮、液化、糖化、发酵和固液分离，以生产醇类和其它联产品。一般 地，整谷物，例如玉米谷物，被碾磨成细颗粒大小，然后在浆槽内与 液体混合。此浆液在喷射式蒸煮器内与液化酶(例如α-淀粉酶)一起 受到高温处理，以将谷物中的淀粉溶解并水解成糊精。混合物被冷却， 并进一步用糖化酶(例如葡糖淀粉酶)处理以生产可发酵葡萄糖。然 后含有葡萄糖的醪液(mash)在产生乙醇的微生物的存在下发酵大约 24到120小时。将醪液中的固体从液相中分离出来，得到乙醇和有用 的联产品如酒糟。

对上面的发酵方法已经进行了改进，是通过将糖化步骤和发酵步 骤结合在一个工艺中实施的，该工艺被称作同步糖化发酵或同步糖化、 酵母繁殖和发酵。这些改进的发酵方法相对于前面所描述的干磨发酵 或甚至湿磨发酵法具有优势，因为在发酵罐内没有发展出显著的糖浓 度，从而避免了糖对酵母生长的抑制。此外，由于缺乏容易利用的葡 萄糖，细菌的生长得以减少。通过采用同步糖化发酵法，可使乙醇产 量增加。

近来，已经引进这样的发酵方法，其消除了蒸煮步骤，或者其减 少了在高温下处理谷物的需要。这些有时被称为无蒸煮、低温或温煮 的发酵方法包括碾磨谷物和将磨碎的谷物与液体结合形成浆液，其然 后在低于粒状淀粉胶凝温度的温度下与一种或多种粒状淀粉水解酶和 任选的酵母混合，以生产乙醇和其它联产品(USP4,514,496，WO 03/066826；WO 04/081193；WO 04/106533；WO 04/080923和WO 05/069840)。

尽管上面所述的使用磨碎谷物的浆液与粒状淀粉水解酶的组合的 发酵方法提供了优于以前方法的某些改进，但是粒状淀粉转化工业还 需要另外的发酵方法改进，以产生更高的能量效率和高的终产物产量。 本发明的目标是提供将粒状淀粉转化成醇类(如乙醇)和其它终产物 的改进方法。

发明概述

本发明提供从粒状淀粉生产醇(如乙醇)的方法，其通过使粒状 淀粉与α-淀粉酶接触并且提供内源性植物水解酶的合适条件而进行， 所述植物水解酶使溶解的淀粉水解以产生葡萄糖。该葡萄糖然后可被 用作发酵中的原料以生产醇。

一方面，本发明涉及从粒状淀粉底物生产葡萄糖的方法，其包括：

a)在低于粒状淀粉的淀粉胶凝温度的温度下使包含从植物材料中 获得的粒状淀粉的浆液与α-淀粉酶接触以生产寡糖，并且使内 源性植物糖水解酶水解所述寡糖，和

b)产生包含至少10％葡萄糖的醪液。

在该方面的进一步实施方式中，该醪液在10℃与40℃之间的温度 下在发酵微生物和淀粉水解酶的存在下发酵10小时至250小时的一段 时间以生产醇，特别是乙醇。

在另一方面，本发明涉及生产乙醇的方法，其包括：

a)使包含粒状淀粉的浆液与能够溶解粒状淀粉的α-淀粉酶接触， 其中所述接触在3.5至7.0的pH下；在低于所述粒状淀粉的淀 粉胶凝温度的温度下；以及进行5分钟至24小时的一段时间， 并得到含有20％以上葡萄糖的醪液底物，以及