[发明专利]使用来自木质纤维材料的生化转化方法的固体残留物生产酶混合物的方法

说明书

本发明涉及使用来自木质纤维材料的生化转化方法的固体残留物生产酶混合物的方法。本发明涉及使用纤维素水解微生物在浸没培养中生产酶混合物的方法，包括两个阶段：阶段a），使所述微生物在存在至少一种碳生长底物的情况下在封闭反应器中生长的阶段，所述碳生长底物在所述培养阶段中的浓度在10‑90 g/L之间；阶段b），酶混合物的生产阶段，其中供入至少一种碳诱导底物，所述碳诱导底物是来自经过预处理步骤的木质纤维材料的酶促水解的至少一种固体残留物，所述碳生长底物在所述生产阶段中的浓度在150‑400 g/L之间。

本申请是申请日为2012年11月27日的中国专利申请201280062033.8“使用来自木质纤维材料的生化转化方法的固体残留物生产酶混合物的方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及纤维素酶和半纤维素酶的生产，特别是在从纤维素或木质纤维材料生产乙醇的情况下。

背景技术

1970年代以来，在将组成的多糖水解为可发酵的糖之后，将木质纤维材料转化为乙醇成为了许多研究的焦点。可研究的实例为来自National Renewable EnergyLaboratory (Process Design and Economics for Biochemical Conversion ofLignocellulosic Biomass to Ethanol, Humbird等人，NREL/TP-5100-57764，2011年5月)的参考工作。

木质纤维材料是纤维素材料，即包含按重量计大于90％的纤维素，和/或木质纤维材料，即由纤维素、半纤维素组成，其是主要由戊糖和己糖和木质素组成的多糖，所述木质素是具有复合结构和高分子量的大分子，由通过醚键连接的芳香醇组成。

木头，麦秆和玉米芯是最广泛使用的木质纤维材料，但是也可使用其它来源，专用森林培养物(cultures forestières dédiées)，产醇的糖和谷物植物的残留物，造纸工业的产物和残留物，以及纤维素和木质素材料的转化产物。它们主要由大约35％-50%的纤维素，20％-30%的半纤维素和15％-25％的木质素组成。

将木质纤维材料转化为乙醇的方法包括：物理-化学预处理步骤，接下来是酶促或化学水解步骤，释放出来的糖的乙醇发酵步骤，所述乙醇发酵和酶促水解可以同时进行，以及回收乙醇的步骤。

经过预处理的材料使用酸途径进行水解，或者使用酶促途径借助于纤维素酶和/或半纤维素酶进行水解。

借助于强酸，特别是硫酸进行的酸途径是有效的，但需要大量的化学产品（酸，然后是用于中和的碱）。酶促水解没有受到这些劣势的困扰：其也在温和的条件下进行并且是有效的。相比之下，酶的价格仍然很高，占木质纤维材料转化为乙醇的成本的30％-50%。由于这个原因，为了减少这项成本进行了许多研究：最初是通过筛选高产菌株并通过改进所述酶的生产方法以优化酶的生产，然后是通过优化预处理阶段或通过改进那些酶的比活性以降低水解中的酶量。

然而，酶量的减少可能导致大部分的纤维素没有转化，包括从酶促水解步骤和/或发酵步骤得到的大量固体残留物的生产。当酶促水解在干物质含量高的情况下进行时，观察到同样的效果；由重量百分比表示的样品的干物质含量是在105℃干燥24小时后获得的样品质量与样品的初始质量的比例。该固体残留物接下来必须重新处理，常规地通过燃烧以产生蒸汽和电，或通过甲烷化以生产沼气。

在过去十年期间，主要研究集中在理解纤维素酶的作用机制和酶的表达，以通过使用分子生物学工具修饰菌株，分泌出最适合水解木质纤维底物的酶混合物。

所述酶混合物是纤维素酶和/或半纤维素酶的混合物。所述酶混合物的酶包括三种主要类型的活性：内切葡聚糖酶，外切葡聚糖酶和纤维二糖酶，纤维二糖酶也被称为β-葡萄糖苷酶。