[发明专利]用于木质纤维素类生物质的酶的生产

说明书

技术背景

酶是催化生化反应的蛋白质。酶由几乎所有的活的宿主细胞产生。由真菌类微生物产生的一些酶在木质纤维素原料转化为化学品的过程中是有用的。在这些转化过程中，酶用作复合糖，如纤维素或半纤维素，水解反应转化为低分子量糖类的催化剂。

已知来自木质纤维素原料的纤维素和半纤维素的水解要求均衡的酶的混合物，所述酶的混合物由内切葡聚糖酶、纤维二糖水解酶、β-葡糖苷酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶和作用于木聚糖和甘露聚糖的侧链的各种酶组成。酶的生产是在生物质转化为乙醇过程中的一个重要步骤，因为酶和酶的混合物的生产和应用是目前用于木质纤维素类生物质利用的生物基础的路线中较昂贵的工艺步骤之一。

植物降解真菌里氏木霉的酶系统是最广泛研究的并被认为是最广泛的用于获得商业酶混合物的有机体。里氏木霉产生大量的纤维素和半纤维素降解酶，即使细胞外的β-葡糖苷酶分泌物较低。众所周知，为得到高的纤维素转化，β-葡糖苷酶的活性含量是关键的，里氏木霉酶溶液通常用β-葡糖苷酶增补以得到均衡的酶溶液并进一步推进纤维素的水解。在其它情况下，使用由其它良好的产生β-葡糖苷酶的真菌产生的酶也可得到商业的酶或酶混合物溶液。

通过在含纯纤维素和/或甚至更昂贵的碳源的复合培养基上培养宿主细胞产生用于木质纤维素原料转化过程的酶。

为减少酶产生的最终成本，已进行多种尝试使用比纯纤维素便宜的基质。经预处理的木质纤维素原料已被用于基质。许多研究组曾尝试使用在某些方式中用于生物乙醇生产的相同的原料产生酶或酶混合物以降低最终酶混合物成本。

然而，对于里氏木霉Rut C30或巴西青霉(Penicillium brasilianum)的先前的研究中没有报道用于培养的基质和所产生的酶在特定的基质上的水解性能之间的明确关系。在不同碳源的酶的培养中得到的结果的综述可发现于Juhasz,T.,Szengyel,Z.,Reczey,K.,Siika-Aho,M.,Viikari,L.Characterization of enzyme or enzyme mixtures and hemienzyme or enzyme mixtures produced by Trichoderma reesei on various carbon sources,(Process Biochem,40,3519-3525)和Jorgensen,H.,Olsson,L.,Production of enzyme or enzyme mixtures by Penicillium brasilianum IBT 20888:Effect of substrate on hydrolytic performance(Enzyme Microb Technol,38,381-390).WO 2007005918中描述了一种这样的工艺。该工艺增加了经预处理的木质纤维素基质作为酶生长的诱导物，同时使用恒定添加量的葡萄糖作为有机体生长的养料(feed)的描述。该技术所陈述的目的是用可作为主要碳源或酶生产诱导物的材料代替葡萄糖养料和目前用于在宿主细胞中酶或酶混合物生产的纯纤维素。该技术的优势是由于使用容易得到的并因此比纯的纤维素便宜的诱导物(木质纤维素类生物质)而降低生产成本。作为诱导物，WO 2007005918使用少量的生物质并连续加入葡萄糖以供养所述有机体。

US7,494,792公开了一种用于生产水解纤维素和/或水解半纤维素的酶的工艺，所述工艺使用来自纤维素或木质纤维素类生物质的酶水解产物的乙醇发酵的残留物。所述工艺可集成为从纤维素或木质纤维素类生物质生产乙醇的过程，其中所述残留物用于产生在预处理的基质的酶水解中使用的酶。将由来自水解作用的乙醇生产得到的糖溶液从未水解的基本上由木质素组成的固体部分中分离，并用于乙醇发酵。葡萄糖是在该步骤中提取的主要的糖。在分离所述乙醇后，来自乙醇发酵的残留物用作用于酶产生的诱导碳的源或主要的碳源。

作为一般考虑，有将经预处理的木质纤维素原料的全部或最相关部分转化为有价值的产品的兴趣。使用部分经预处理的木质纤维素原料作为用于酶生产的基质可降低用于将木质纤维素原料转化为有用产品的转化过程的设备的产率。

因此，需要开发更好使用木质纤维素预处理原料的用于生产酶的工艺。

发明内容