[发明专利]加工青贮生物质的方法

说明书

本申请是申请日为2009年12月17日、申请号为200980152127.2、发明名称为“加工青贮生物质的方法”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明在广义上涉及用于生产生物乙醇或其他发酵产物的加工青贮生物质的方法，并且具体而言涉及无需昂贵预处理(例如，热或化学预处理)的方法。

背景技术

生物乙醇为化石燃料提供了很有前景的替代物，提供了不会造成温室效应的可再生且“碳中和(carbonneutral)”能源。在生物乙醇前体的其他可能来源中，木质纤维素生物质可被酶法水解而提供可发酵的糖。然而，由于木质纤维素复杂的化学结构，只有在对木质纤维素进行一些使得纤维素纤维易于被酶催化的预处理后才能利用现在已知的酶活性将其有效地水解。这样的预处理过程一般包括将生物质加热至高温(100-250℃)或加入化学物质。由木质纤维素生物质大规模生产生物乙醇或其他发酵产物需要大规模的预处理和加工。因此，在生产规模上降低成本或者提高生物乙醇的商业可行性的生物质加工方法受到越来越多的关注。

对木质纤维素生物乙醇的整体生产成本有重大影响的两个因素是预处理和纤维素酶成本。因此，提供降低能源成本的加工方法和改善纤维素酶效能的水解方法是有利的。

近来有报道称青贮生物质可为生物乙醇生产提供很有前景的原料。青贮主要被用作一种保藏植物材料作为动物饲料的方法。青贮物一般包括完整的采收作物(包含茎、叶和富含淀粉的谷粒)，所述完整的采收作物可被切割、压缩并在无氧条件贮存在例如地窖中。在青贮早期，自然存在的微生物的生长耗尽氧气并将可溶性糖转化为酸，从而降低pH。在大约3-5周后，青贮生物质中的pH和乳酸浓度变得恒定并且所述青贮物可被贮存直至使用。青贮会抑制其他微生物的有害生长，所述其他微生物可分解多糖并且降解综纤维素。

青贮生物质包含淀粉成分和木质纤维素成分，所述淀粉成分可被相对便宜的淀粉酶降解，所述木质纤维素成分只能被纤维素酶降解。

在本文中，发明人出人意料之外地报道，从不经耗能预处理而通过直接酶法处理水解的青贮生物质可获得合理的乙醇产量。可从初始酶法水解和/或SSF中回收所述青贮生物质的未水解组分，并且随后对其进行热预处理。

发明内容

本发明提供了在生物乙醇生产中节能且节约成本的加工青贮生物质方法。将青贮生物质不经预处理而使用淀粉酶，以及任选的淀粉酶和纤维素酶活性的结合物直接酶法水解。可从初始酶法处理中回收所述青贮生物质的未水解组分，并且随后对其进行热预处理。

附图说明

图1显示了对未经热预处理的青贮生物质的酶法处理和SSF中葡聚糖的转化率百分比。显示了用4种不同的酶/酶混合物对未经处理的玉米青贮物的预水解和SSF过程中的转化率百分比，所述四种酶/酶混合物是：3.5g/kg淀粉酶(A)、7FPU/gDM纤维素酶(C)、7FPU/gDM纤维素酶和3.5g/kg淀粉酶(A+C)以及半剂量的淀粉酶和纤维素酶——1.75g/kg淀粉酶和3.5FPU/gDM纤维素酶(1/2A+1/2C)。

图2显示了在对经热预处理的青贮生物质的酶处理和SSF中葡聚糖的转化百分比。显示了用4种不同的酶/酶混合物对经预处理的玉米青贮物的预水解和SSF过程中的转化率百分比，所述四种酶/酶混合物是：3.5g/kg淀粉酶(A)、7FPU/gDM纤维素酶(C)、7FPU/gDM纤维素酶和3.5g/kg淀粉酶(A+C)以及半剂量的淀粉酶和纤维素酶——1.75g/kg淀粉酶和3.5FPU/gDM纤维素酶(1/2A+1/2C)。

图3显示了加工青贮生物质的路线。

具体实施方式

本文使用的下列术语具有以下含义：

(i).青贮木质纤维素生物质

青贮木质纤维素生物质是指完整作物或基本完整的作物，包括茎、秆和/或叶以及富含淀粉的谷粒的任意混合物，其中全部碳水化合物成分包括大量的纤维素和半纤维素组分，并且其中全部木质素含量为5％或更多。通过在无氧条件下贮存至少3周的时间将所述生物质“青贮”。

(ii).酶法水解

酶法水解是指用酶活性以如下方式处理木质纤维素生物质：将纤维素和/或淀粉成分转化为糖。酶法水解可使用淀粉酶、纤维素酶、其他酶或它们的混合物进行。

(iii).预处理。