[发明专利]由木质纤维素生物质生产乙醇和溶剂的方法，其中再循环获自戊糖发酵的乙醇汁液

说明书

发明领域

本发明涉及由木质纤维素生物质来生产醇和/或溶剂的所谓的“第二代”方法。更具体地，涉及生产乙醇和/或溶剂的方法。

现有技术

木质纤维素生物质代表了地球上最丰富的可再生来源之一。所考虑的基材是高度可变的，因为它们涉及到木质基材(阔叶的和针叶的)、农业副产物(稻草)二者或来自于工业产生的木质纤维素废物的那些(农业食品或造纸工业)。

木质纤维素生物质包含三种主要的聚合物：纤维素(35%-50%)、半纤维素(20%-30%)(其是基本由戊糖和己糖组成的多糖)和木质素(15%-25%)(其是具有复杂结构和高分子量的聚合物，包含经由醚键连接的芳醇)。

那些不同的分子决定着植物壁的固有性能，并被组织成复杂的网络。

纤维素和可能的半纤维素是酶水解的目标物，但是它们不能直接为酶所用。为此原因，这样的基材必须在酶水解步骤之前经历预处理。该预处理目的是改变木质纤维素材料的物理和理化性能，着眼于改进木质素和半纤维素基质中所携带的纤维素的可利用性。

存在着许多用于进行这样的预处理的技术：酸消化、碱消化、蒸汽爆破、有机溶剂工艺等。预处理的效率是通过预处理结束时材料的平衡(可溶单体或低聚物或不溶性聚合物形式的糖的回收产率)以及通过纤维素和半纤维素残留物的水解容易性二者来表征的。

由木质纤维素生物质生产醇和/或溶剂的方法(称作“第二代方法”)包括至少以下步骤：

●基材预处理；

●预处理的基材的酶水解；

●所获得的水解产物的发酵；和

●发酵后获得的醇和/或溶剂的分离/净化。

这类生产醇和/或溶剂的方法的经济有效性很难实现，即使对于能支配大量可用资源的经营者来说也是如此。许多位置对于整体成本具有大的影响，包括植物材料资源和提取(通常通过蒸馏来进行)的能量。这类方法的优化必需包括优化所有糖的提质，特别是通过最合适的微生物的水解获得的戊糖。

野生类型的产醇的酵母如酿酒酵母以用于将己糖转化成乙醇的最有效的微生物为人所知。己糖转化成乙醇的产率通常是0.46-0.48重量，但是戊糖转化成乙醇仅仅是0.35-0.40。这种类型的野生型酵母不能无基因修饰地转化戊糖。使用基因修饰的微生物使得设备的管理和方法的管理复杂化。因此，修饰的酵母将总是主要使用己糖，并且它们仅仅在有限量的葡萄糖(其必须持续供给到微生物)存在下才可以使用那些戊糖。已知的是戊糖的消耗率远低于己糖(Olsson  and Hahn-Hagerdahl，1996；Hahn-H?gerdal等人，2007)。

将戊糖提质成乙醇总是整个方法的一个大问题。虽然某些野生类型的酵母能够将这样的戊糖转化成乙醇，但是它们必须在微好氧条件下培养，以产生令人满意的性能。此外，介质优选基本由戊糖构成，因为对于提质己糖来说，那些酵母的性能远劣于酿酒酵母(Olsson and Hahn-Hagerdahl，Enzymes Microb。Techno第18卷，1996；Hahn-H?gerdal等人，Appl.Microbiol.Biotech 74，937-953，2007)。

当使用基因修饰的酵母(其能够，在消耗了葡萄糖后或伴随着它的消耗，适当地使用木糖)时，其它方案是可以预想的。但是，这样的酵母类型通常需要有限的和受控的葡萄糖注射，来确保木糖消耗，这明显使得该方法的控制复杂化。此外，这样的基因修饰的有机体必须在严格的受限条件下培养，这与在非常大的乡村设施中的大规模生产不是很相容。

另外，通过蒸馏所进行的醇的提取是一种非常耗能的活动。可以看到为了改进乙醇生产的经济平衡，应当降低必须加热的水的体积，特别是依靠再循环或合并浓缩了溶剂的不同流。

本发明描述了一种生产醇和/或溶剂的方法，其中将主要由戊糖自己产生的乙醇汁液的一部分再循环到用于将己糖转化成乙醇的管线，以降低提取的整体成本。

发明内容

本发明涉及一种被称作第二代方法的生产醇和/或溶剂的方法，其中木质纤维素或纤维素生物质在在酶水解和乙醇发酵然后转化成乙醇之前，经历预处理。预处理的植物材料的糖类聚合物被通过纤维素酶水解。该用于乙醇发酵的产醇的微生物主要使用己糖，优选葡萄糖和甘露糖。将所述汁液的醇，分离或没有分离悬浮材料(SM)，通过蒸馏来提取。釜熘物主要包含未被使用的戊糖。将这些戊糖发酵成来自戊糖的乙醇汁液和将至少一部分由此获得的这种汁液再循环到酶水解上游。该酶水解和乙醇发酵因此在一部分所述乙醇汁液存在下分别或同时进行，在运行条件下该混合物不干涉所述酶和微生物的性能。