[发明专利]用纤维素酶和葡糖淀粉酶提高发酵制备乙醇的产率

说明书

优先权

本专利申请要求提交于2011年4月29日的美国临时申请No.61/481,094的优先权，其全文以引用方式并入本文。

技术领域

本专利涉及淀粉和/或生物质的发酵，具体地讲，涉及利用此类发酵提高产率例如乙醇产率的方法。具体地讲，本专利涉及用葡糖淀粉酶和纤维素酶的组合糖化和/或发酵淀粉和/或生物质来发酵（包括同步糖化发酵(SSF)工艺）生产乙醇的组合物和方法。

背景技术

通过淀粉和/或生物质的工业发酵来生产可用产品（例如乙醇）仍然是受到广泛关注的领域。乙醇的许多用途包括食品和饮料以及工业化学品、燃料添加剂或液体添加剂的应用。当前经济、社会、政治、环境、能源和地质问题使燃料乙醇尤为受到关注。作为潜在的燃料源并因为其来源于可再生资源，乙醇可帮助降低对化石燃料源的依赖，减少不良排放，提高汽油发动机的性能，以及减小大气中二氧化碳的积聚。

虽然已经关注利用主要为纤维质原料的糖化和发酵来获得乙醇，但大多数乙醇由淀粉质原料的发酵制备而来。用含淀粉的原料制备乙醇的典型方法包括两个连续的酶催化步骤，这些步骤导致在发酵前从淀粉释中放出葡萄糖。第一个步骤是液化经过α-淀粉酶催化的淀粉。α-淀粉酶(EC3.2.1.1)是随机裂解内部α-1,4-D-糖苷键的内切水解酶。它们能够将淀粉浆料降解成短麦芽糖糊精。由于α-淀粉酶降解淀粉，混合物的粘度降低。因为液化通常在高温下进行，所以优选使用热稳定性的α-淀粉酶，如来自芽孢杆菌属物种(Bacillus sp.)的α-淀粉酶。近年来，已经开发出许多新的α-淀粉酶来提高液化并提供许多引人关注的、新型和可用的酶学性质。

酶液化可为多步骤方法。例如，添加酶之后，加热浆料至约60至95℃之间的温度，通常为约78至88℃之间的温度。随后，该浆料被加热（例如喷射蒸煮或以其它方式）至通常约95至125℃之间的温度，然后冷却至约60至95℃。添加更多的酶，并以所需温度（通常约60至95℃）另外保持该糊状物约0.5至4小时。在一些情况下，已知纤维素酶被添加至液化槽来帮助降低糊状物的粘度。用于该目的的商业纤维素酶产品的例子包括由丹尼斯克公司杰能科分公司(Danisco’s Genencor Division)）生产的多种OPTIMASH^TM，例如OPTIMASH^TMBG、OPTIMASH^TMTBG、OPTIMASH^TMVR和OPTIMASH^TMXL。

尽管在此类液化过程中粘度下降，并且长淀粉分子裂解成短麦芽糖糊精，但这些麦芽糖糊精无法容易地通过酵母发酵来形成醇。因此，可能需要第二酶催化步骤糖化进一步分解麦芽糖糊精。通常使用葡糖淀粉酶和/或麦芽糖α-淀粉酶来催化液化后形成的麦芽糖糊精的非还原性末端的水解，以释放葡萄糖、麦芽糖和异麦芽糖。还可用分支酶例如支链淀粉酶来帮助糖化。糖化通常在高温的酸性条件下进行，例如。约60℃、pH4.3。

虽然基本的酶淀粉液化方法得到很好的建立，但进一步提高商业淀粉加工是有用的。具体地讲，在碾磨原料（例如谷物，如玉米）以及淀粉的凝胶化和液化后剩余有纤维素材料。这种纤维素材料可捕获或结合一些淀粉，从而降低了理论和实际产率。液化期间可使用纤维素酶来降低浆料的粘度。参见例如等人的Process Biochemistry,Vol.42,pp.834-839,2007（《过程生物化学》，第42卷，第834-839页，2007年）。SSF过程中还可将纤维素酶用于预处理的木质纤维素材料，例如针叶木浆和甘蔗渣。参见例如等人的Process Biochemistry,Vol.44,pp.1323-1329,2009（《过程生物化学》，第44卷，第1323-1329页，2009年）；和daSilva等人的Bioresource Technology,Vol.101,pp.7402-7409,2010（《生物资源技术》，第101卷，第7402-7409页，2010年）。能够提高发酵产物例如乙醇的产率的方法代表本领域的一次进步，因为仅根据在美国每年生产的120亿加仑乙醇来考虑而言，即使很小的可再生产率的提高（如果在不投入额外能源的条件下可以达到）也是有价值的。

发明内容