[发明专利]生物质材料的加工

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61/579,550和61/579,562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

本发明涉及适用于加工生物质材料的酶的制备。例如，本发明涉及产生纤维素酶或其它酶类型。

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，包括例如农业废弃物、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

本文提供了通过使用诱导物诱导微生物产生一种或多种酶的方法。

一方面，提供一种方法，所述方法包括将已处理来减小其不顺应性的纤维素或木质纤维素生物质与微生物组合，以通过将微生物-生物质组合维持在允许所述微生物产生一种或多种酶的条件下来诱导所述微生物产生所述一种或多种酶。在一些实施方式中，随后使用所述一种或多种酶糖化纤维素或木质纤维素生物质。

本文还提供一种用于诱导微生物产生酶的方法，其中所述方法包括：提供第一纤维素或木质纤维素生物质；用处理方法处理所述第一生物质以减小其不顺应性，从而产生第一处理的生物质；提供微生物；提供液体介质；将所述第一处理的生物质、所述微生物以及所述液体介质组合，从而产生微生物-生物质组合；以及将所述微生物-生物质组合维持在允许所述微生物产生酶的条件下，从而产生诱导物-酶组合；从而诱导所述微生物产生所述酶。

本文还提供一种组合物，所述组合物包括液体介质、经过处理来减小其不顺应性的纤维素或木质纤维素生物质、微生物以及由所述微生物制备的一种或多种酶。

在本文所提供的任何方法或组合物中，用于减小一种或多种生物质材料的不顺应性的处理可为以下各项中的任一项：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。优选地，所述处理方法为用电子轰击。

所述方法和组合物还可包括机械处理所述第一或第二纤维素或木质纤维素生物质以减小其堆积密度和/或增大其表面积。所述一种或多种生物质材料可在与所述微生物和所述液体介质组合之前进行粉碎。粉碎可为干磨或湿磨。生物质材料可具有约30μm至1400μm的粒度。

在本文所述的任何方法和组合物中，任何纤维素或木质纤维素生物质可为：纸、纸制品、废纸、纸浆、有色纸、装料纸、涂布纸、填充纸、杂志、印刷品、打印纸、多涂层纸、卡片胚料、卡纸板、纸板、棉花、木材、刨花板、林业废弃物、锯末、杨木、木屑、草、柳枝稷、芒草、绳草、草芦、谷物残渣、稻壳、燕麦壳、小麦壳、大麦壳、农业废弃物、青贮饲料、油菜秸、小麦秸、大麦秸、燕麦秸、稻秸、黄麻、大麻、亚麻、竹子、剑麻、蕉麻、玉米穗轴、玉米秸秆、大豆秸秆、玉米纤维、苜蓿、干草、椰子毛、糖加工残渣、甘蔗渣、甜菜浆、龙舌兰渣、海藻、海草、粪肥、污物、下水、农业或工业废弃物、秘鲁胡萝卜、荞麦、香蕉、大麦、木薯、葛藤、圆齿酢酱草(oca)、西米、高粱、马铃薯、甘薯、芋头、山药、豆类、蚕豆、扁豆、碗豆，或任何这些的混合物。可选地，纤维素或木质纤维素生物质可包括在原有纤维素或木质纤维素生物质通过微生物的酶先前转化为产物之后剩余的材料。