[发明专利]从生物质生产糖和醇

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2011年12月22日提交的美国临时申请号61/579,576的权益。以上申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。

发明领域

本发明涉及产物(例如糖醇，例如像赤藓糖醇)的生产。

背景

随着对石油的需求增加，对用于制造生物燃料和生物化学物质的可再生原料的兴趣也在增加。自20世纪70年代以来已对木质纤维素生物质作为用于所述制造方法的原料的用途进行了研究。木质纤维素生物质因其丰富、可再生、在国内生产，并且不与食品工业用途竞争而具有吸引力。

现今可获得许多潜在的木质纤维素原料，包括例如农业残余物、木质生物质、城市废物、油籽/油饼以及海草。目前这些材料用作动物饲料、生物堆肥材料、在联产设施中燃烧抑或被填埋。

木质纤维素生物质由于植物细胞壁具有坚硬并且紧凑的结构而难以降解。所述结构包括嵌入半纤维素基质中由木质素围绕着的晶体纤维素原纤维。这种紧凑基质难以由酶以及其它化学、生物化学和生物方法接近。纤维素生物质材料(例如，已基本上除去所有木质素的生物质材料)可以更易于由酶和其它转化方法接近，但是即便如此，天然存在的纤维素材料当与水解酶接触时通常具有低产率(相对于理论产率)。木质纤维素生物质甚至更难以受酶攻击。此外，每种类型的木质纤维素生物质具有其自身特定的纤维素、半纤维素和木质素组成。

虽然多种方法已试图从木质纤维素生物质中提取结构性碳水化合物，但其不是过于昂贵、生产产率过低、在所得产物中留有不期望的化学物质，就是仅降解糖类。

来自可再生生物质源的糖可以通过代替、补充或取代石油和其它化石原料而成为化学和燃料工业的基础。然而，需要开发将使得可大量并且以可接受的纯度和价格获得这些单糖的技术。

发明概述

提供了一种用于由含有一种或多种糖的纤维素或木质纤维素生物质制备糖醇的方法，所述方法包括将所述纤维素或木质纤维素生物质与能够将所述糖中的至少一种转化为糖醇的微生物组合，以及将微生物-生物质组合维持在使所述微生物能将所述糖中的至少一种转化为所述糖醇的条件下。在一些实施方式中，所述方法包括：提供纤维素或木质纤维素生物质，其中所述纤维素或木质纤维素生物质含有一种或多种糖；提供能够将所述糖中的至少一种转化为糖醇的微生物；将所述纤维素或木质纤维素生物质与所述微生物组合，从而产生微生物-生物质组合；以及将所述微生物-生物质组合维持在使所述微生物能将所述糖中的至少一种转化为糖醇的条件下；从而由纤维素或木质纤维素生物质制备糖醇。可以糖化纤维素或木质纤维素生物质。

本文提供的任何方法可包括在将纤维素或木质纤维素生物质与微生物组合之前减小其不顺应性以进行糖化。可通过选自由以下组成的组的处理方法减小不顺应性：用电子轰击、超声处理、氧化、热解、蒸汽爆炸、化学处理、机械处理以及冷冻研磨。处理方法可为用电子轰击。

本文提供的任何方法还可包括对纤维素或木质纤维素生物质进行机械处理，以减小其堆积密度和/或增大其表面积。例如，可以粉碎纤维素或木质纤维素生物质，例如可对其进行干磨或可对其进行湿磨。

在本文提供的任何方法中，可用一种或多种纤维素酶糖化生物质。所述方法中的任何方法还可包括在将纤维素或木质纤维素生物质与微生物组合之前分离一种或多种糖，或者所述方法可包括在将纤维素或木质纤维素生物质与微生物组合之前浓缩一种或多种糖。所述方法还可包括在将纤维素或木质纤维素生物质与微生物组合之前浓缩并分离一种或多种糖。可调节糖化的生物质以具有至少5wt％的初始葡萄糖浓度。也可例如通过除去金属离子来纯化糖化的生物质。

本文公开的任何方法还可包括在将纤维素或木质纤维素生物质与微生物组合之前，对处于细胞生长阶段的微生物进行培养。

在本文提供的任何方法中，糖醇可为乙二醇、甘油、赤藓糖醇、苏糖醇、阿糖醇、木糖醇、核糖醇、甘露醇、山梨醇、半乳糖醇、艾杜醇、肌醇、庚七醇、异麦芽酮糖醇、麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三糖醇、麦芽四糖醇或聚糖醇。