[发明专利]产生发酵产物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及水解含木素纤维素材料的方法和从含木素纤维素材料产生发酵产物的方法。

背景技术

含木素纤维素材料原料可水解为葡萄糖和其它糖。所述糖可用于产生发酵产物(如乙醇)以用作燃料。从木素纤维素产生发酵产物在本领域是已知的，并一般包括对所述材料进行预处理、水解和发酵。

木素纤维素的结构对酶法水解而言不是直接可及的。因此，预处理木素纤维素以打破木质素的密封并破坏纤维素的晶体结构。这可导致半纤维素级分的溶解(solubilization)和糖化。然后纤维素级分可用酶水解，例如通过纤维素分解酶，其将糖聚合物降解为可发酵的糖类。然后这些可发酵的糖通过发酵生物转化为期望的发酵产物，所述产物可任选地例如通过蒸馏来回收。

从含木素纤维素材料产生发酵产物目前非常昂贵。因此，存在对于提供从含木素纤维素材料产生发酵产物的其它方法的需要。

发明内容

本发明涉及用酶预处理并水解含木素纤维素材料的方法和从含木素纤维素材料产生发酵产物的方法。

在第一个方面本发明涉及产生包含葡萄糖的水解物的方法，所述方法包括：a)产生包含含纤维素材料和水的浆料，b)在7-10的pH，对所述含木素纤维素材料进行蛋白酶、果胶酸裂合酶(pectate lyase)、阿魏酸酯酶和甘露聚糖酶中一种、几种或所有酶活性的作用，以松动细胞壁结构并释放纤维素纤维，c)任选地，分离纤维素纤维；d)在7-10的pH，对所述纤维素纤维进行碱性内切葡聚糖酶组合物的作用，e)将pH调整至4-7，并将所述纤维素纤维与包含纤维素分解活性的组合物接触以获得包含葡萄糖的水解物。

在一个实施方案中，可对包含葡萄糖的水解物用发酵生物进行发酵以产生发酵产物，可任选地将其回收。

附图简述

图1显示酶法溶胀(enzymatic swelling)对纤维素到葡萄糖％转化率的作用。

图2显示从生物质通过本发明的碱性方法产生乙醇的主要步骤。

图3显示从生物质通过本发明的碱性提取方法和微酸性水解方法产生乙醇的主要步骤。

发明详述

在第一个方面，本发明涉及水解含木素纤维素材料的方法。

本发明人发现，对含木素纤维素材料在7-10的pH施以选自蛋白酶和多种细胞壁降解酶，即半纤维素酶的酶活性，以及在7-10的pH施以碱性内切葡聚糖酶的作用，可使得含木素纤维素材料中的纤维素对于糖化施加的纤维素分解酶活性而言为更可及的。此外，产生的水解物具有低的酶和/或酵母抑制剂的含量。

含木素纤维素材料

术语“含木素纤维素材料”意指主要由纤维素、半纤维素和木质素组成的材料。含木素纤维素材料经常称作“生物质”。木质生物质为约45-50％纤维素，20-25％半纤维素和20-25％木质素。草本材料具有较低的纤维素，较低的木质素和较高的半纤维素含量。

纤维素是链状β1-＞4键合的葡萄糖聚合物。其为所有高等植物细胞壁的主要组分。在自然界，纤维素以晶体和无定形态存在。β1-＞4键的热力学稳定性以及纤维素形成内部氢键的能力使其具有高结构强度。纤维素通过糖苷键的水解剪切降解为葡萄糖。

半纤维素是用于指在木本和草本植物物种中发现与纤维素和木质素相关的广泛种类的杂多糖的术语。其糖组成随植物物种而变动，但在被子植物中，主要的半纤维素糖是木糖。类似于纤维素，木糖具有β1-＞4键合的聚合物骨架。在裸子植物中，主要的组分糖是甘露糖。阿拉伯糖作为侧链见于一些半纤维素。

木质素是苯基丙烷聚合物。与纤维素和半纤维素不同，木质素不能通过水解而解聚。木质素中主要键的剪切需要氧化。

含木素纤维素材料可为任何含有木素纤维素的材料。在一个优选实施方案中，所述含木素纤维素材料含有至少30wt.％，优选至少50wt.％，更优选至少70wt.％，甚至更优选至少90wt.％木素纤维素。可理解的是含木素纤维素材料也可包含其它组成部分，如蛋白质材料(proteinacecous material)、淀粉材料(starchy material)、糖类，如可发酵糖和/或不可发酵糖。