[发明专利]用于获得糖衍生物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于从含半纤维素的材料获得糖衍生物的方法。

背景技术

近年来，已重新考虑可再生原材料。尝试由化石原材料转向可再生原材料作为能源和化学产品的来源。可再生原材料(“nachwachsender Rohstoff”–在下面被缩写为“Nawaro”)包括植物或动物起源的不被用作食品或饲料的农业和森林原材料。它可以材料方式利用，而且还可以能量方式利用。Nawaro具有许多优点，例如保护仅以有限程度提供的化石原材料、足够的可用性以及针对农业中的生产过剩开辟新市场。

木质纤维素作为Nawaro的重要性正在增加(Kamm和Kamm 2004,Appl Microbiol Biotechnol.64(2):137-45)。它由3个不同的化学主要部分组成：纤维素，一种由葡萄糖单元构成的C6聚合物；由不同的C5糖(例如，木糖)组成的半纤维素；和作为酚聚合物的木质素。一种利用木质纤维素的可能性是气化，使得获得所谓的合成气平台。原材料在氧气供应受限的情况下被燃烧以产生富含CO₂、CO、H₂、CH₄和N₂的合成气体以及焦油(Bridgwater,2003)。合成气体然后可进而被用于例如通过费-托合成(Fischer-Tropsch synthesis)来产生燃料和化学品(Tijmensen等，2002)。第二种可能性是所谓的糖平台。其中，木质纤维素首先被分解成3种主要的组分，那些组分然后被进一步转化成产品。木糖可被转化成例如木糖醇或者糠醛。葡萄糖可用于发酵或被转化成羟甲基糠醛(HMF)。木质素常常被用于产生能量或仅仅被燃烧(Saake和Lehnen,2007，乌尔曼的工业化学百科全书(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry).Wiley-VCH Verlag GmbH&Co)。

在木质纤维素内，所述糖以部分结晶的纤维素和包围所述纤维素的无定形半纤维素的形式提供于紧密交联的聚合结构中。在细胞壁合成的过程中，空腔被木质素填满，由此形成极紧密的复合物。所述结构的紧密性使例如纤维素酶或半纤维素酶的酶不可能到达，由于它们相对高的分子量，因此它们不能进入孔中(Himmel等，2007,Science.315(5813):804-7)。因此，有必要在酶促处理前进行增加木质纤维素的孔隙度的化学步骤。该步骤被称为“预处理”(消化)。在消化中，聚合木质纤维素基质被破坏，由此暴露了纤维素纤维，使得它们变得对于酶可及。消化是被描述为生物精炼中最昂贵的步骤之一的关键步骤(Mosier等，2005,Bioresour Technol.96(6):673-86)。另一方面，它还对例如水解、发酵、下游过程的后续步骤以及还有源于所述过程的废物具有非常大的影响(Alvira等，Bioresour Technol.101(13):4851-61)。

已确定的消化方法的目的主要是液化半纤维素(例如，蒸汽爆破-、稀酸-预处理)或通过液化木质素(例如，石灰-、氨-预处理)实现孔隙度的增加。那些方法表现出一个严重缺点：它们是高耗能的，或者它们主要在略低于200℃的温度下进行。或者它们要求昂贵地回收消化化学品。预处理的类型可在后续生物催化过程期间对酶活性和产率具有强烈的影响。在高反应温度下，常常出现毒性分解产物(例如，糠醛)，这在直接相关的乙醇发酵的情况下可抑制酵母菌(Chandra等，2007,Adv Biochem Eng Biotechnol.108:67-93；Mansfield等，1999,Biotechnol Prog.15(5):804-816)。