[发明专利]处理生物质以获得乙醇的方法

说明书

本申请要求2005年4月12日递交的美国临时申请60/670437号的利益。

政府权利的声明

本发明是由于美国政府扶持而作出的，受能源部门授予的合同号04-03-CA-70224的约束。政府在本发明中享有一定的权利。

发明领域

本发明提供了利用由处理生物质得来的可发酵糖来生产乙醇的方法。特别地，通过在高固体和低氨浓度的条件下预处理生物质，及随后的糖化作用获得糖，该糖被用于发酵，该发酵通过使用产乙醇生物催化剂进行。

发明背景

纤维素和木素纤维素(lignocellulosic)原料及废物，例如农业残留物、木材、森林废物、来自纸制造的淤渣、城市和工业固体废物，为生产化学药品、塑料制品、燃料和饲料提供了潜在的大量的能再生原料。由碳水化合物聚合物组成的纤维素和木素纤维素原料及废物，一般通过许多化学手段、机械手段和酶手段来处理，以释放出主要的己糖和戊糖，它们随后可发酵成有用的产品，其中所述碳水化合物聚合物包含纤维素、半纤维素、葡聚糖和木质素。

使用预处理方法使得糖化作用酶更容易接触纤维素和木素纤维素原料的碳水化合物聚合物。标准的预处理方法先前主要是在高温下使用强酸；但是，由于高能量消耗、高设备花费、高预处理催化剂回收费用和与糖化作用酶的不相容性，正在开发替代的方法，例如酶催化预处理，或在更温和的温度下使用酸或碱，在此温度时，预处理期间生物质碳水化合物聚合物的水解减少，需要改良的酶系统来糖化纤维素和半纤维素。

许多利用碱的预处理方法已被推荐。Gould(Biotech.and Bioengr.(1984)26：46-52)公开了一种利用过氧化氢(H₂O₂)预处理木质纤维素生物质的方法。该处理方法在H₂O₂与底物的重量比至少为0.25时最有效率。

Teixeira，L.，等(Appl.Biochem.and Biotech.(1999)77-79：19-34)公开了一系列的利用化学计算量的氢氧化钠和氢氧化铵，并使用很低的生物质浓度预处理生物质的方法。溶液和生物质的比例为14∶1。

Elshafei，A.等(Bioresource Tech.(1991)35：73-80)研究了使用NaOH预处理玉米秸秆。

Kim，T.和Y.Lee(Bioresource Technology(2005)96：2007-2013)报导了使用大量氨水预处理玉米秸秆。

专利申请WO2004/081185论述了水解木素纤维素的方法，包括在中等温度、压力和pH条件下，将木素纤维素与化学药品接触；所述化学药品可以是碱，例如碳酸钠或氢氧化钾，pH为约9到约14。

美国专利5,916,780和6,090,595号描述了一种预处理方法，其中评价了阿拉伯糖基木聚糖与总的非淀粉()多糖(AX/NSP)的特定比例，并使用该比例来选择原料。

为成为经济上经得起竞争的方法，从可再生资源生物质中生产燃料的商业方法，需要使用少量的化学药品水解木素纤维素生物质中的碳水化合物来提供高浓度、高收率(yields)的糖，以提供低毒性可发酵糖的来源，所述糖通过生产燃料的生物催化剂而被使用。

发明概述

本发明提供利用生物质生产乙醇的方法。本发明的方法包括使用相对于生物质干重较低浓度的氨预处理相对高浓度的生物质。预处理后，所述生物质用糖化作用酶聚生体处理，以产生可发酵糖。随后该糖与可发酵该糖并产生乙醇的生物催化剂接触。在本发明的一个实施方式中，所述方法包括：

a)将生物质与含有氨的水溶液接触，其中氨的存在浓度为至少足够维持所述生物质-氨水混合物的碱性pH的浓度，但其中所述氨的存在量相对生物质干重小于约12％(重量)，且进一步地，其中所述生物质的干重形成相对所述生物质-氨水混合物重量至少约15％(重量)的高固体浓度；

b)将步骤(a)的产物与糖化作用酶聚生体在适当的条件下接触，以生产可发酵糖；和

c)将步骤b)的产物与合适的生物催化剂在合适的发酵条件下接触，以生产乙醇。

附图简述

图1显示了存在或不存在乙酰胺和乙酸时运动发酵单孢菌8b(已在美国专利申请公布2003/0162271A1，实施例IV，VI和XII中描述)的生长。

发明详述