[发明专利]从发酵微生物中提高有机物产生的方法和组合物

说明书

I.相关申请的交叉参考

该申请要求在2007年10月12日提交的美国临时申请号60/979,720的权益，特此以其整体引入作为参考。

II.介绍

A.发明领域

本发明涉及使用糖化和发酵方法和组合物从发酵微生物中产生有机物。

B.发明背景

由于不可再生能源方法的限制，复合多糖如纤维素作为可再生能源的潜力是巨大的。纤维素可转化成糖，如葡萄糖，并被许多微生物，包括细菌、酵母和其它真菌用作能源用于工业目的。纤维素材料作为可再生碳源被利用依赖于经济可行性方法的发展，所述方法用于将纤维素水解成糖，并将这些糖转化成可用燃料，如乙醇。

纤维素可通过称作纤维素酶的酶降解成产物，如葡萄糖、纤维二糖和其它纤维寡糖。纤维素酶协同作用将纤维素水解成葡萄糖。外切纤维二糖水解酶(CBH)如CBHI和CBHII通常作用于纤维素末端产生纤维二糖，而内切葡聚糖酶(EG)在纤维素随机位置上起作用。这些酶一起将纤维素水解成较小的纤维寡糖，如纤维二糖。纤维二糖通过β葡糖苷酶水解成葡萄糖。尽管许多微生物能够降解纤维素，但仅少数这些微生物产生大量能够完全水解微晶纤维素的酶。至今，这些菌株也不能将所得产物有效地转化成工业规模有机物，如乙醇。通常使用多种发酵微生物如市售酵母菌株进行所述第二步来产生乙醇。

虽然在生态学角度上期望开发可再生有机物如纤维素乙醇，但该多级过程也仍然不能在经济上与不可再生碳源如油和天然气竞争。因此，仍然强烈需要开发从发酵微生物产生有机物，如从原材料产生乙醇的更有效系统。因而期望提高纤维素材料的酶促水解(糖化)和发酵的效率和经济性。

II.发明概述

本发明涉及使用同步糖化和发酵产生有机物的方法和组合物。本发明的一个方面提供通过同步糖化和发酵产生有机物，其包括：在缺少补充氮源的情况下组合纤维素底物、全发酵液和发酵微生物，并在有助于纤维素水解成葡萄糖和/或木糖并有助于葡萄糖和/或木糖转化成有机物的条件下孵育所述纤维素底物、全发酵液和发酵微生物。本发明的一个方面提供通过同步糖化和发酵产生乙醇的方法，其包括：在缺少补充氮源的情况下组合纤维素底物，全发酵液，并在有助于纤维素水解成葡萄糖并有助于葡萄糖转化成乙醇的条件下孵育所述纤维素底物、全发酵液和产乙醇微生物(ethanologenic microorganism)。

本发明也涉及用于从发酵微生物产生有机物的反应组合物，其包含纤维素底物、全发酵液和发酵微生物的混合物，其中所述反应组合物基本无补充氮源。本发明的另一方面提供用于产生乙醇的反应组合物，其包含纤维素底物、全发酵液和产乙醇微生物的混合物，其中所述反应组合物基本无补充氮源。

III.附图简述

技术人员将理解附图仅为说明性目的，并不旨在以任何方式限制本发明的范围。

图1显示了酸预处理的甘蔗渣在缺少补充营养的情况下同步糖化和发酵所得的乙醇(ETOH)浓度(g/L)。

图2显示了必须向澄清的发酵液补充额外的营养，以达到与酸预处理的甘蔗渣用全发酵液同步糖化和发酵得到的乙醇浓度相当的乙醇浓度。

图3提供了在有补充营养和无补充营养的情况下用全发酵液同步糖化和发酵的比较。

图4提供了酸预处理的甘蔗渣使用全发酵液和补充有β-葡糖苷酶的澄清发酵液糖化的比较，所述β-葡糖苷酶以有相同量的纤维素水解活力的量补充。

IV.发明详述

应理解上述一般性描述和以下详细描述仅为示例性和说明性的，并不限制此处所述的组合物和方法。除非此处另有说明，此处所用的所有技术和科学术语具有与本发明隶属领域一名普通技术人员通常理解的含义相同的含义。在该申请中，单数的使用包括复数，除非另有明确说明。“或者”的使用表示“和/或”，除非另有说明。同样，术语“包含”、“包括”、“含有”和“含”不旨在限制。此处所涉及的所有专利和出版物，包括这些专利和出版物中公开的所有氨基酸和核苷酸序列明确地引入作为参考。此处提供的标题不是本发明多个方面或实施方案的限制，其可通过参考说明书整体而得到。因此，此处术语通过参考说明书整体而得到更详细定义。

本发明涉及使用同步糖化和发酵产生有机物的方法和组合物。

本发明也涉及通过同步糖化和发酵产生有机物的方法，其包括：(a)在缺少补充氮源的情况下组合纤维素底物、全发酵液和发酵微生物；和(b)在有助于纤维素水解成葡萄糖和/或木糖并有有助于葡萄糖和/或木糖转化成有机物的情况下孵育所述纤维素底物、全发酵液和发酵微生物。