[发明专利]用于由木素纤维素生物质的第二代乙醇生产的改进方法

说明书

本发明涉及通过改进的同步糖化共发酵(SSCF)来由木素纤维素生物质生产乙醇的方法。在本发明中，在不同温度和持续时间下，酶促水解在主要的C5糖发酵和低的酶促水解之后，并且在主要的C6糖的发酵之前。这使由经酸预处理的生物质得到的乙醇产率增加，并且使酶剂量和过程时间减少。

技术领域

本发明涉及用于由木素纤维素生物质生产乙醇的方法。

背景技术

同步糖化发酵/共发酵(Simultaneous Saccharification fermentation/co-fermentation，SSF/SSCF)去除了对酶促水解的糖抑制，因此使水解糖产率增加并且使污染风减少。此外，SSF/SSCF减少了总反应时间和反应器体积(Kristensen等，2009)。SSF/SSCF牺牲了酶促水解和发酵两者的最佳条件。通常，作为更好的酶促水解和发酵的折衷，使SSF体系中的酶促水解和发酵温度保持在37℃至42℃(Dien等，2003b)。此外，SSF/SSCF引入了酶促水解的新抑制剂(乙醇)。但与纤维二糖或葡萄糖相比，乙醇的抑制效果低得多(Taherzadeh&Karimi，2007)。

与SSF/SSCF相比，分开的水解和发酵/共发酵(Separate Hydrolysis andfermentation/co-fermentation，SHF/SHCF)的主要优点是酶促水解和发酵可以在它们自己的最佳条件下进行(Taherzadeh和Karimi，2007)。然而，在水解期间酶容易受到其终产物(糖)的抑制，特别是在高固体负载量的酶促水解期间(Kristensen等，2009；Philippidis&Smith，1995)，这导致水解缓慢并且导致增加的水解时间和高的酶负载量以实现高的糖转化率。该方法的另一个问题是由于反应时间长且糖浓度高，酶促水解期间的污染风险高(Taherzadeh&Karimi，2007)。酶促水解是SHF的限制步骤，其决定了总乙醇产率(Lau&Dale，2009)。

US 20060014260公开了用于将纤维素生物转化为乙醇的同步糖化发酵(SSF)方法。其公开了反应混合物包含含有纤维素底物、酶和发酵剂的浆料。在约30℃至48℃的温度和约4.0至6.0的pH下对反应混合物进行处理，同时搅拌约30分钟至数小时或数天的时间。

US 20100268000 A1公开了通过使包含己糖和戊糖的糖的木素纤维素生物质发酵来生产一种或更多种发酵终产物的方法。此外，其公开了使用酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)以及选自脂肪酸、表面活性剂、螯合剂、维生素、矿物、pH调节剂、酵母提取物和盐如铵盐和镁盐的发酵孵育基补充剂。

发明内容

在本发明的改进SSCF方法中，在不同温度和持续时间下，酶促水解在主要的C5糖发酵和低的酶促水解之后，并且在主要的C6糖的发酵之前。这使得在组合的水解和发酵的时间短的情况下乙醇滴度更高。本发明优于常规SSCF，原因是：经预处理的生物质中的初始游离糖和寡糖被用于发酵，这降低了酶的反馈抑制；以及对水解和发酵使用最佳温度，这导致以低剂量的酶在短时间间隔下更高的乙醇产率。

在常规发酵实践中，葡萄糖浓度总是高于木糖浓度。因此在这种情况下，酵母主要优选葡萄糖发酵，这最终使木糖发酵效率降低并且使木糖发酵时间延长。

在本研究中，游离木糖和其他寡糖被用于发酵的初始阶段，这最终减少了酶的反馈抑制。因此，酶浓度降低至常规实践的一半，并且还使发酵时间与分开的水解和发酵(SHF)以及常规SSCF相比分别缩短至三分之一和减少30小时。这使得该方法更适用于商业实践。

因此，本发明提供了用于由木素纤维素生物质生产乙醇的方法，其包括：

(i)将包含C5糖和C6糖的经预处理的木素纤维素生物质的浆料添加至发酵罐体系中；