[发明专利]用于使生物质水解的方法

说明书

本发明涉及一种用于使生物质水解的方法以及通过该方法制备的含糖渗透产物和含蛋白质的产物。在进一方面，本发明涉及一种用于由含糖产物制备有机化合物的方法。在另一方面，本发明涉及含蛋白质的产物用于制备发酵培养基的用途。

技术领域

本发明涉及用于使生物质水解的方法以及由该方法制备的含糖渗透产物和含蛋白质的产物。在进一方面，本发明涉及用于由含糖渗透物来制备有机化合物的方法。在另一方面，本发明涉及含蛋白质的产物用于制备发酵培养基的用途。

背景技术

来自农作物例如甜菜、玉米、稻草(straw)以及其他含糖或含多糖和含蛋白质的材料的生物质不仅对于精制的糖例如单糖或二糖，而且对于其他成分例如氨基酸、蛋白质和矿物质均是有益来源。

在现有技术状态中存在用于从甜菜中水解和分离和精制单一组分例如糖的方法。但是，在这些方法中，在提取和精制单糖和二糖例如蔗糖之后，其他有益成分例如细胞壁化合物和蛋白质被丢弃。在得到认可的方法中，从例如甜菜中通过在连续对流过程中用热水提取切片的甜菜而移除糖。通常，这种方法需要添加另外的试剂，例如CaO，含量相对于每100kg甜菜为约1-3kg。这种方法的产物是称为原汁的糖溶液和所谓的甜菜果肉，后者在果肉干燥器中干燥。将原汁进一步纯化和过滤，随后浓缩以产生浓汁(65-70％的干物质含量)，或者，在结晶后，产生精制糖。在该方法中升高的温度和pH条件导致溶液中包含的关键量的单糖被破坏。而且，由于氮化合物的分解产生了氨。另外，所谓的甜菜果肉仍然不仅包含甜菜的大部分蛋白质，还包含大部分多糖例如纤维素、半纤维素和果胶。根据GermanZuckerverband，在2011/2012年，德国总计制造了4.266.670吨的糖(以“t Weiβzuckerwert”给出)，对应于1.907.302吨的Schnitzel(“残余物”)(以“tTrockenschnitzelwert”表示)。结果是，每吨糖产生了大约0.45吨的残余物作为废料。(http://www.zuckerverbaende.de/zuckermarkt/zahlen-und-fakten/zuckerm arkt-deutschland/ruebenanbau-zuckererzeugung.html)

一种先进的方法在EP 0737753A1中有述，其公开了通过真空浓缩由甜菜原汁制备蔗糖的方法，其通过向一个或多个蒸发器提供原汁，其中在逆流下浓缩且在较低温度下蒸发更加稀释的果汁。即使已经对该基本方法进行了多种改进，但是很明显，主要缺陷例如高能耗和大量未分化的残余物仍成问题。

另一种用于由甜菜果肉和土豆纤维制备发酵糖浆的方法涉及酶例如纤维素酶和果胶酶的使用，其在Beldman等人(Enzyme Microb.Technol.1984,vol.6,November,p.503-507)中有述。但是，发现在该方法过程中部分酶活性丧失。而且，采用8.44％(g/g)的极高的酶与底物的比例，使得该方法不经济。其中没有提及如何可以使所需的酶浓度最小化。而且，需要两个容器，这很昂贵。另一种使用酶用于甜菜果肉水解的方法在EP 2 256 208A1中有述，但是，所得的产物仍然包含甜菜的固体成分并且没有将其他有益成分进一步分离。

使用化学处理用于使单糖和蔗糖从含纤维素、果胶和半纤维素的生物质例如甜菜中释放的其它方法在现有技术中有述。例如，可以使用非选择性方法例如硫酸处理来使甜菜水解；但是这样的处理在低温下效率较低。在较高温下(例如，在200-250℃下的稀酸蒸汽预处理)得到了抑制性成分例如羟甲基糠醛(HMF)或糠醛，这使得随后的发酵过程有问题(Jing等人,2009Appl Biochem Biotechnol.2009；159(3):696–707)。

因此，需要一种用于使生物质水解的改进的方法，其中不仅可以获得大量的单糖和二糖，还能够保留并分离生物质的有益成分以用于特殊目的。而且，需要一种能量高效和经济性的方法。另外，需要一种使得生物质水解能够采用减少量的水解酶的方法。最后，需要一种用于从生物质中获得较高产率的单糖和二糖的方法。