[发明专利]用于浓缩生物质的糖化方法

说明书

政府权利声明

本发明由美国政府支持并受与能源部签署的合同号04-03-CA-70224和DE-FC36-03GO13146的约束。美国政府拥有本发明的必然权利。

发明领域

提供了用于糖化预处理生物质以获取高浓度可发酵糖的方法。具体地讲，开发了一种方法，该方法使用具有粒度减小的分批补料方法以提供高干重生物质含量的酶催化糖化反应，所述反应使用低成本的反应器系统来生产高糖浓度的水解产物。

发明背景

纤维质的和木质纤维质的原料以及垃圾例如农业残余物、木材、林业垃圾、来自造纸业的淤渣、和市政及工业固体垃圾，提供了潜力巨大的可再生原料，用于生产有价值的产品如燃料和其他化学制品。由碳水化合物聚合物(包括纤维素、半纤维素、葡聚糖和木质素)组成的纤维质的和木质纤维质原料以及垃圾一般用多种化学、机械和酶方法进行处理以释放主要的己糖和戊糖，它们然后能进行发酵以产生有用产物。

使用预处理方法以制备纤维质和木质纤维质材料的碳水化合物聚合物，所述聚合物更易于受糖化酶的作用。然后将预处理混合物在存在糖化酶聚生体的条件下进一步水解以在水解产物中释放低聚糖和/或单糖。用于由预处理的生物质来生产可发酵糖的糖化酶通常包括一种或多种糖苷酶，如纤维素水解糖苷酶、半纤维素水解糖苷酶、和淀粉水解糖苷酶，以及肽酶、脂肪酶、木素酶和/或阿魏酸酯酶。用于生物质处理的糖化酶和方法参见Lynd，L.R.等人(Microbiol.Mol.Biol.Rev.(2002)66：506-577)。

为了获取糖化产物，在随后的发酵生产中以经济型方式使用的生物质水解产物应包含高浓度的糖。在用于发酵生成乙醇的水解产物中需要高于14％的糖浓度以在经济上可行的水平来生产乙醇。就多数类型的木质纤维质生物质而言，这相当于在糖化过程中使用的生物质干物质含量高于20％。迄今为止，在经济上可行的反应器系统中以这种高生物质浓度进行的高糖产率的生物质糖化仍然很难完成。

因此，需要一种用于糖化生物质的经济型方法，该方法可使用高干重生物质进行，使得收率提高并且所得水解产物包含高浓度的可发酵糖。为了达到所述经济目的和效果，该方法必须提供充分的温度和pH控制。申请人已经能够通过多种方式在低成本的传统搅拌槽反应器系统中保持完全混合来利用生物质，从而开发出了所述方法。

发明概述

本发明提供用于糖化预处理的高干重生物质以生产可发酵糖的方法。本发明的方法使用分批补料反应器系统，该系统包括多个粒度减小步骤和混合步骤以在竖式搅拌槽中保持完全混合。在本发明的一个实施方案中，所述方法包括：

a)向具有粒度减小机构的竖式搅拌槽反应器中提供一部分反应组分，所述反应组分包括：

i)一部分可混合的预处理生物质浆液；以及

ii)一部分第一糖化酶聚生体，所述酶聚生体包括至少一种能够水解纤维素的酶；

b)在适当条件下使所述浆液和酶发生反应；

c)施加粒度减小机构；

d)加入附加部分的预处理生物质，生产固体含量更高的生物质浆液；

e)任选地加入附加部分的糖化酶聚生体；

f)在适当条件下使所述固体含量更高的生物质浆液发生反应；以及

g)任选地重复一个或多个步骤(c)、(d)、(e)、和(f)一次或多次，

以此生产出高糖含量水解产物并且其中浆液的屈服应力保持在小于30Pa。

本发明的附加方面涉及使用水解产物和靶化学制品，所述水解产物是使用本发明的方法制备的，所述靶化学制品是通过将使用本发明的方法制备的水解产物进行发酵来生产的。

附图简述

图1示出了在糖化器中玉米芯生物质的停滞限。

图2示出了加入不同量的酶对粒度减小的玉米芯生物质停滞的效应。

图3示出了具有％DWB的水解产物的粘度的变化图。

图4示出了糖化反应时间对粘度的效应图。

发明详述

申请人特别将所有引用的参考文献的完整内容引入本公开内容中。此外，当数量、浓度或其他数值或参数以范围、优选范围或优选上限数值和优选下限数值的列表形式给出时，其应理解为具体地公开由任何范围上限或优选数值和任何范围下限或优选数值的任何一对所构成的所有范围，而不管所述范围是否被单独地公开。凡在本文中给出某一数值范围之处，该范围均旨在包含其端点，以及位于该范围内的所有整数和分数，除非另外指明。当定义一个范围时，不旨在将本发明的范围限定于所列举的具体数值。