[发明专利]处理生物质的酶及方法

说明书

相关申请

本申请要求于2005年11月2日提交的、名称为“处理生物质的酶及方法”的美国非临时申请号11/266,063的益处，其全文引入本文作为参考。

政府权利

依照美国能源部(Department of Energy)与巴特尔能源联合有限责任公司(Battelle Energy Alliance，LLC)间的合同号DE-AC07-05ID14517，美国政府对以下发明享有某些权利。

技术领域

本发明涉及处理生物质的酶及方法，且更具体地涉及一种水溶性的、且还在至少约80℃的温度下以及低于约2的pH下显示最佳酶活性的酶。

发明背景

人们久已知晓的是，在生物精炼安排(biorefinery arrangements)中利用木质素纤维素残余物的纤维素和半纤维素中所含的糖类来生产燃料和增值的化学药品是令人满意的。木质素纤维素残余物包括比如玉米秸秆这样的材料，其由主要含有纤维素、半纤维素和木质素的异质三维基质组成。人们早就知道，由于木质素纤维素的异质性质，纤维素和半纤维素并不能直接接近比如纤维素酶这样的相对较大的分子。

迄今为止，已经开发了酸预处理法来水解和除去半纤维素，并由此提高基质中的纤维素对由纤维素酶发起的纤维素分解攻击的易感性。尽管该方法已经在一定程度上取得成功，但长久以来人们就知道由于所需的高温和压力，这些酸预处理方法需要高资金和运作成本，并且依赖于该方法所提供的预处理严重程度，这些预处理方法还产生显著量的毒性分解产物。伴随该相同方法的另一缺陷是，这些相同的热分解产物代表着本能够在随后的发酵中被利用的潜在糖类的损失。

因此，本申请的主题是，一种处理生物质的方法，以及一种酶，当其与一种预处理方法共同利用时，它可降低酸预处理的严重程度，并降低能源和资金成本，以允许提高半纤维素来源的糖类的产量，以及将毒性副产物的形成降到最低。

发明概述

本发明的第一方面涉及分离自嗜极端微生物的酶，其在大于约80℃的温度以及低于约2的pH下表现最佳酶活性。

本发明的另一方面涉及源自酸热脂环酸杆菌(Alicyclobacillusacidocaldarius)ATCC 27009的半纤维素酶。

本发明另一方面涉及用于多糖水解的酶。

本发明还有另一方面涉及可用于同时糖化和发酵过程以将生物质糖类转化为终产物的酶。

本发明又一另一方面涉及处理生物质的方法，其包括提供具有生物质糖类的生物质源、用源自酸热脂环酸杆菌ATCC 27009的水溶性半纤维素酶预处理生物质以产生终产物的步骤。

本发明另一方面涉及制备半纤维素酶的方法，其包括以下步骤：提供酸热脂环酸杆菌ATCC 27009源；在带有上清液的微生物营养培养基中培养酸热脂环酸杆菌ATCC 27009；从营养培养基上清液分离酸热脂环酸杆菌细胞；以及从营养培养基上清液回收和纯化源自酸热脂环酸杆菌ATCC 27009的半纤维素酶。

此外，本发明的另一方面还涉及水解多糖的方法，其包括提供源自微生物的水溶性半纤维素酶以及在低于约2的pH下用该水溶性半纤维素酶进行多糖的水解的步骤。

本发明的这些和其它方面将在下文中得到更为详细的描述。

附图简述

以下参考下列附图描述本发明的优选实施方案。

图1是温度对如本发明所提供的纤维素酶活性的作用的图示说明。

图2是在pH 4.0下温度对如本发明所提供的纤维素酶活性的作用的图示说明。

图3是在60℃的温度下pH对本发明的纤维素酶活性的作用的图示说明。

图4是在60℃的温度下pH对本发明的木聚糖酶活性的作用的图示说明。

优选实施方案详述

如下文所述，本发明涉及分离自嗜极端微生物的酶，其在大于约80℃的温度以及小于约2的最佳pH下表现最佳酶活性。在本发明中，该酶是源自酸热脂环酸杆菌的半纤维素酶和/或木聚糖酶，且其中该生物进一步被鉴定为ATCC 27009。该酶，如下文中所讨论的，似乎在约为1的pH下表现酶活性。而且，该相同的酶具有至少约120kDa的分子量。在本发明中，如所公开的，该酶可用于同时糖化和发酵过程和/或顺序水解和发酵过程以将生物质糖类转化为终产物。此外，如本文所述的该酶可用于生物质浆的预处理以降解存在于生物质浆中的水溶性或水不溶性寡聚体和/或多糖以产生终产物。