提供用于改进加工木质纤维素生物质的方法。使热水预处理的木质纤维素生物质在高初始纤维素酶载量(至少15FPU/g DM)下进行分步水解和发酵(SHF)或预水解并进行同步糖化和发酵(SSF)。随后回收纤维素酶，并与较低剂量补充的新鲜的酶一起用于随后的水解循环。水解循环之间损失的酶活性被改进的整个工艺优势抵消。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】提供用于改进加工木质纤维素生物质的方法。使热水预处理的木质纤维素生物质在高初始纤维素酶载量(至少15FPU/g?DM)下进行分步水解和发酵(SHF)或预水解并进行同步糖化和发酵(SSF)。随后回收纤维素酶，并与较低剂量补充的新鲜的酶一起用于随后的水解循环。水解循环之间损失的酶活性被改进的整个工艺优势抵消。【专利说明】木质纤维素生物质的快速且低成本的酶促完全转化
本专利技术大体上涉及加工木质纤维素生物质的方法，其包括预处理生物质的分步水解和发酵(SHF)和同步糖化和发酵(SSF)，特别是，涉及通过在非常高的初始纤维素酶载量下的酶促水解和纤维素酶回收来改进加工效率。
技术介绍
木质纤维素生物质提供有前景的石油替代物，提供可再生且〃碳中和(carbonneutral)"的燃料如生物乙醇和其它传统石油基产品如塑料的来源。木质纤维素生物质可被酶促水解，以提供随后用于各种生物合成工艺的可发酵碳水化合物。由于其复杂的化学结构，通常只有在一些使得纤维素纤维易于被酶催化的预处理后，木质纤维素才能通过目前已知的酶活性来有效地水解。此类预处理工艺通常包括加热至较高温度(100至250°C)。降低成本或以其他方式增加生产规模的商业可行性的生物质预处理和加工方法已引起强烈的兴趣。严重影响木质纤维素生物质加工的总成本的一个因素是纤维素酶的成本。因此，更有效地利用纤维素酶或改进可发酵碳水化合物的总产率的预处理木质纤维素生物质的酶促水解方法是有利的。已受到相当大关注的一类改进是用于回收酶或以其他方式降低酶消耗的策略。之前关于纤维素酶回收的研究表明回收主要取决于两个因素-α)水解程度和(ii)使用的原料的木质素含量。作为一般趋势，据报道，在原料水解更完全的情况下，改进回收中的酶回收。然而，由于原料变得水解更完全，这种改进的纤维素酶回收的倾向被纤维素酶对木质素的非特异性结合增加的相关倾向所抵消。不同回收策略的比较表明，原料的木质素含量是控制纤维素酶回收的唯一最重要的变量。参见参考文献I。已经提出了许多纤维素酶回收策略。在未通过化学处理脱木质素的原料中，现行的方法是在原料水解的中间程度下回收酶。首先从水解反应混合物中过滤或以其他方式回收纤维素残余物，然后与新鲜原料接触，使得以高达50-70%的水平回收纤维素酶活性。参见参考文献2和3。在通过化学处理脱木质素的原料中，以前的研究指出，在“完全”水解后，其中没有纤维素残余物剩下，可获得最大的酶回收。参见参考文献I。然而，最近的研究表明，组合使用脱木质素的底物和表面活性剂时，最佳的纤维素酶回收要求从上清液和纤维素残余物两者中回收，即最佳的回收要求小于"完全"的原料水解程度。参见参考文献4和5。之前开发纤维素酶回收策略的努力集中在降低酶载量。稀释酶体系通常被认为是可取的。在较高的酶载量下，任何给定原料在酶促水解反应中任何给定时间点的水解程度增加了。参见参考文献6。然而，该效果是对数性的，意味着为了获得给定时间点下转化率的较小差异要求大的酶载量差异。因此，为了优化酶促水解时间而不产生过度的酶成本，现有技术之前认为比较稀释的酶浓度是可取的。参见参考文献7。商业规模的生物乙醇生产的技术经济模型之前表明，大约10FPU/g干物质(DM)预处理生物质的纤维素酶载量是理想的，因为这被认为是在合理成本下提供合理水解时间内最高的葡萄糖产量。参见参考文献30之前认为> 10FPU/g DM预处理生物质的纤维素酶载量在商业规模生物乙醇生产中是不可取的。在连续水解回收系统中总成本和葡萄糖产量的一个广泛的比较表明，在使用未脱木质素的原料时，20FPU/g DM的高酶载量相对于更稀释的10FPU/g DM的载量不具有优势。参见参考文献2。我们已经发现，通过使用高的初始酶载量(至少17FPU/g DM)，然后在从之前循环中回收的纤维素酶活性的每个水解循环中补充较低剂量的酶，可进行具有整体优势的依靠SHF或SSF的商业生物乙醇生产中的纤维素酶回收。在这些高纤维素酶水平下,非特异性木质素结合似乎变得饱和。可仅使用低水平的新鲜酶补充，在多个水解循环中保持高酶剂量水平。这些高纤维素酶活性水平大大缩短水解时间，导致资本成本降低和生产规模能力增加。高纤维素酶活性水平还导致更完全的转化％，降低所生产的每升乙醇的生物质成本。使用预处理的未脱木质素的木质纤维素原料获得了有效的结果。在一些情况下，可如此大大改进水解产率和回收纤维素酶活性至如此高程度，以使与在商业酶供应商推荐的低酶水平下所获得的相比，降低每升乙醇最终的酶消耗。专利技术简述提供用于改进生物乙醇生产中木质纤维素生物质加工的方法。使热水预处理的木质纤维素生物质在高初始纤维素酶载量(至少15FPU/g DM)下进行分步水解和发酵(SHF)或预水解并进行同步糖化和发酵(SSF)。随后回收纤维素酶，并与较低剂量补充的新鲜酶一起用于随后的水解循环。水解循环之间的酶活性损失被改进的整个工艺优势抵消。附图简要说明图1显示在72小时SSF工艺体系的实验中乙醇产量作为时间和纤维素酶剂量的函数。图2显示6小时水解后的葡萄糖浓度作为表示为FPU/g DM的纤维素酶剂量的函数。图3显示实施例3中报道的实验方案。图4显示使用经优化用于木质纤维素生物质转化且由N0V0ZYMES?提供的可商购的纤维素酶制剂来实施本专利技术的方法时，每个回收循环后获得的乙醇浓度。图5显示使用经优化用于木质纤维素生物质转化且由GENENC0R?提供的可商购的纤维素酶制剂来实施本专利技术的方法时，表示每个回收循环后的纤维素酶活性回收的6小时预水解后的葡萄糖浓度。一些实施方案的详细说明提供具有改进效率的生物乙醇生产中加工木质纤维素生物质的方法。从2000年以来，最大的商业纤维素酶生产者已经集中研究以在第二代生物乙醇生产中降低生产成本和改进经优化用于转化木质纤维素生物质的纤维素酶混合物的特定活性。特别是N0V0ZYMES?和GENENC0R?在2009-2010年分别以商标CELLIC CTEC2?和ACCELLERASE1500?推出新的商业纤维素酶混合物。 GENENC0R?在2009年推出专门为第二代生物炼制开发的可商购生物质酶的改进变型，并以商标ACCELLERASE1500?销售。已表明其成功地水解包括甘蔗渣、玉米秸杆、小麦秸杆和针叶木浆的一系列预处理原料。ACCELLERASE 1500?的产品信息页指出剂量优化范围是0.1-0.5mL/g纤维素或大约0.05-0.25mL/g DM预处理生物质。N0V0ZYMES?在2010年推出专门为第二代生物炼制开发的可商购生物质酶的改进变型，并以商标CELLIC CTEC2?销售。已表明其成功地水解包括甘蔗渣、玉米秸杆、小麦秸杆和针叶木浆的一系列预处理原料。N0V0ZYMES?分发的产品信息材料，具体地是"FuelEthanol Application〃材料中提供的CELLIC CTEC2?的〃剂量指引〃，指出从低到高的剂量范围，其对应于0.015-0.06g酶/g纤维素或约0.0075-0.03g酶/g DM预处理生物质的范围内的〃商业上可行的纤维素水解的目标〃。〃纤维素酶活性〃是指纤维素中l，4-13_D-糖苷键的酶水解。在从细菌、真菌或其它来源中获得的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种加工木质纤维素生物质的方法，其包括‑提供热水预处理的木质纤维素生物质‑使所述预处理的生物质进行使用至少15FPU/g DM的初始纤维素酶剂量的初始酶促水解，至转化率为95％或更高，然后‑随后的水解循环，其中将从一种水解混合物中回收的纤维素酶活性与1‑6FPU/g DM的新鲜纤维素酶补充剂量一起使用，以水解随后的水解混合物中的其他生物质，其中从pH为7.5至9.5的来自上清液和来自水解残余洗涤物的一种水解混合物中回收纤维素酶活性，并再用于随后的水解混合物，以使回收的纤维素酶活性的平均量为从其中回收活性的水解开始时的存在量的至少约58％，和其中使在随后的水解混合物中的回收酶和补充新鲜的纤维素酶的循环重复三次或更多次。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：简·拉森，马丁·丹·杰普森，
申请(专利权)人：因比肯公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK
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