[发明专利]酶促水解木质纤维素材料和发酵糖的方法

说明书

发明领域

本发明涉及由木质纤维素材料生产醇的整合方法。

发明背景

木质纤维素材料主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其提供了用于产生化石燃料的替代能源和化学源的有吸引力的平台。该材料有大量可供使用，并且可被转化为糖，糖可另外被转化为有价值的发酵产物，例如生物燃料和有机酸。

由木质纤维素材料生产发酵产物是本领域已知的，其通常包括以下步骤：预处理、水解、发酵和任选的回收发酵产物。

水解可包括液化、预糖化和/或糖化的步骤，在水解期间，存在于木质纤维素材料中的纤维素通过纤维素分解酶被部分(通常为30-95％，可取决于酶活性和水解条件)转化为还原糖。通常在45-70℃的升高的温度下和非无菌条件下，在持续6-168小时的过程中进行水解(见Kumar，S.，Chem.Eng.Technol.32(2009)，517-526)。通常，糖然后被微生物(如酵母)转化为有价值的发酵产物，例如乙醇和琥珀酸。

琥珀酸是众所周知的具有高价值的四碳有机酸，因为它可被用作许多重要的工业化学品和消费品的前体。目前，由丁烷通过马来酸酐以石油化学方法生产琥珀酸。然而，最近备受关注的是利用微生物进行琥珀酸的微生物生产作为化学合成的替代。

近年来，主要是由于不确定的燃料供应和努力减少二氧化碳排放，由可再生生物质资源生产乙醇从全球环境的角度来看变得非常重要。生物乙醇被认为是良好的燃料替代物，这是因为源作物可以在全世界的大部分气候中可再生地生长。另外，使用生物乙醇通常是二氧化碳中性的。

近年来，出现了生物炼制(biorefinery)的概念。在生物炼制概念中，整合了用于生产多种产品(包括燃料、电能、化学品和牛饲料)的技术和生物质转化过程。采用这种方式利用了生物质原料的化学和结构组成的天然差异。谨慎管理和利用材料、产物和废物是期望的，使得生物炼制概念成为工业共生的明显实例。通过生产多种产物并整合废物处理，生物炼制可以最大限度地发挥源自生物质原料的价值，并将生物质加工转化为真正的机会。

优化在生物炼制中进行的工艺和生物炼制的整体设计是提高生物炼制的效率和降低其总成本的关键工具。

因此，期望包括旨在最大限度地提高生物炼制的产出并降低其总成本的新颖且创新的概念、设计和方法配置。

发明概述

本发明的一个目标是提供由木质纤维素材料生产醇的改进的整合方法。优化和改进存在于许多特征，包括但不限于侧流的增值(valorisation)、流的分离、某些材料和流的(再)使用、酶促水解和发酵的条件、多种转化过程的整合。优选地，由木质纤维素材料生产醇的整合方法包括以下步骤：

-酶促水解木质纤维素材料以获得酶促水解的木质纤维素材料，

-固/液分离所述酶促水解的木质纤维素材料以获得至少固体级分和至少液体级分，

-通过产醇的微生物发酵所述至少固体级分和/或所述至少液体级分以生产醇，

-通过发酵所述至少液体级分和/或所述至少固体级分使所述产醇的微生物增殖，

-使产酶的微生物的增殖，和

-通过产酶的微生物生产酶。

发明详述

贯穿本说明书和所附权利要求书，词语“包括”和“包含”及其变型均被解释为包括性的。即，在上下文允许的情况下，这些词语旨在传达可包括未具体指出的其他元件或整体。在本文中不使用数量词修饰时指代一个或多于一个的(即，一个或至少一个的)语法对象。举例来说，“元件”可表示一个元件或多于一个的元件。本文所用的术语“微生物”是指一种或多种微生物。除非另有说明，术语“至少固体级分”和“至少液体级分”分别是指在固/液分离酶促水解的木质纤维素材料之后获得的至少固体级分和至少液体级分。如本文所述，在固/液分离之后，获得了至少固体级分和至少液体级分。“至少固体级分”和“至少液体级分”是指分离步骤的结果，也可分别用术语“固体级分”和“液体级分”代替。