糖化和发酵纤维素材料的方法技术

本发明专利技术涉及糖化纤维素材料的方法，这些方法包括在浓度处于大于10％的饱和度的溶解氧的存在下使该纤维素材料经受过氧化氢酶和包括GH61多肽的纤维素分解酶组合物。本发明专利技术还涉及使用包括本发明专利技术的糖化步骤的方法生产所希望的发酵产物如乙醇的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对序列表的引用本申请包含计算机可读形式的序列表，将该序列表通过引用结合在此。背景纤维素材料为产生化石燃料的可替代能源提供了一个有吸引力的平台。将纤维素材料(例如，来自木质纤维素原料)转化成生物燃料具有如下优点，即易于获得大量原料、避免燃烧或填埋材料的合意性以及生物燃料(如乙醇)的清洁性。木材、农业废弃物、草本作物以及城市固体废物已被认为是用于生物燃料生产的原料。一旦将纤维素材料糖化并转化成可发酵的糖(例如，葡萄糖)，那么这些可发酵的糖就可以被酵母发酵成生物燃料(如乙醇)。在过去十年里已经研发了新的且改进的酶和酶组合物并且已经使得预处理的纤维素材料的糖化变得更有效。然而，仍需要改进预处理的纤维素材料的糖化以及用于生产生物燃料的方法。专利技术概述在此描述了将纤维素材料糖化成可发酵的糖的方法。还描述了通过糖化和发酵从纤维素材料(如预处理的纤维素材料)生产发酵产物(如乙醇)的方法。在一个方面中，本专利技术涉及糖化纤维素材料的方法，这些方法包括在浓度处于至少0.5％的饱和度的溶解氧的存在下使该纤维素材料经受过氧化氢酶、纤维素分解酶组合物和GH61多肽。在另一个方面中，本专利技术涉及生产发酵产物的方法，这些方法包括：(a)在浓度处于至少0.5％的饱和度的溶解氧的存在下使纤维素材料经受过氧化氢酶、纤维素分解酶组合物和GH61多肽；(b)用一种或多种发酵微生物发酵该糖化的纤维素材料；并且>(c)任选地从(b)中回收该发酵产物。在一个实施例中，纤维素材料已经例如通过化学和/或物理预处理(如稀酸和/或蒸汽爆炸预处理)而被预处理。在一个实施例中，纤维素材料是未洗涤的，如未洗涤的预处理的玉米秸杆(uwPCS)。使用本专利技术的方法将预处理的纤维素材料糖化/水解成糖。可以将这些糖转化为许多有用的所希望的物质，例如燃料、可饮用乙醇和/或发酵产物(例如，酸、醇、酮、气体等)。糖化的预处理的纤维素材料可以是以下糖，这些糖可以用在用于生产糖浆(例如，高果糖玉米糖浆(HFCS))和/或塑料(例如，聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯)、聚乳酸(例如，用于生产PET)的工艺中。定义α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶：术语“α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶”意指一种α-L-阿拉伯呋喃糖苷阿拉伯呋喃水解酶(EC3.2.1.55)，其催化α-L-阿拉伯糖苷中的末端非还原性α-L-阿拉伯呋喃糖苷残基的水解。该酶对α-L-阿拉伯呋喃糖苷、包含(1,3)-和/或(1,5)-键的α-L-阿拉伯聚糖、阿拉伯糖基木聚糖以及阿拉伯半乳聚糖起作用。α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶还被称为阿拉伯糖苷酶、α-阿拉伯糖苷酶、α-L-阿拉伯糖苷酶、α-阿拉伯呋喃糖苷酶、多糖α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶、α-L-阿拉伯呋喃糖苷水解酶、L-阿拉伯糖苷酶、或α-L-阿拉伯聚糖酶。出于本专利技术的目的，使用每ml的100mM乙酸钠(pH5)中5mg的中等粘度小麦阿拉伯糖基木聚糖(麦格酶国际爱尔兰股份有限公司(MegazymeInternationalIreland,Ltd.)，布瑞公司(Bray,Co.)，威克洛郡，爱尔兰)以总体积200微升在40℃下持续30分钟，随后通过HPX-87H柱色谱(伯乐实验室有限公司(Bio-RadLaboratories,Inc.)，赫拉克勒斯，加利福尼亚州，美国)进行阿拉伯糖分析来确定α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶活性。α-葡糖醛酸糖苷酶：术语“α-葡糖醛酸糖苷酶”意指一种α-D-葡糖苷酸葡糖醛酸水解酶(EC3.2.1.139)，其催化α-D-葡糖苷酸水解成D-葡糖醛酸酯和醇。出于本专利技术的目的，根据德弗里斯(deVries)，1998，细菌学杂志(J.Bacteriol.)180:243-249来确定α-葡糖醛酸糖苷酶活性。一个单位的α-葡糖醛酸糖苷酶等于在pH5、40℃下每分钟能够释放1微摩尔葡糖醛酸或4-O-甲基葡糖醛酸的酶量。β-葡糖苷酶：术语“β-葡糖苷酶”意指一种β-D-葡糖苷葡糖水解酶(E.C.3.2.1.21)，其催化末端非还原性β-D-葡萄糖残基的水解，并释放β-D-葡萄糖。出于本专利技术的目的，根据文丘里(Venturi)等人，2002，来自嗜热毛壳菌嗜粪变种的胞外β-D-葡糖苷酶：产生、纯化以及一些生物化学特性(Extracellularbeta-D-glucosidasefromChaetomiumthermophilumvar.coprophilum:production,purificationandsomebiochemicalproperties)，基础微生物学杂志(J.BasicMicrobiol.)42:55-66描述的基本程序来确定β-葡糖苷酶活性。一个单位的β-葡糖苷酶定义为在25℃、pH4.8下，在包含0.01％20的50mM柠檬酸钠中从作为底物的1mM对硝基苯基-β-D-吡喃葡萄糖苷每分钟产生1.0微摩尔的对硝基酚根阴离子。β-木糖苷酶：术语“β-木糖苷酶”意指一种β-D-木糖苷木糖水解酶(E.C.3.2.1.37)，其催化短β(1→4)-木寡糖的外水解，以从非还原性末端去除连续的D-木糖残基。可以在包含0.01％20的100mM柠檬酸钠中，在pH5、40℃下，使用1mM对硝基苯基-β-D-木糖苷作为底物确定β-木糖苷酶活性。出于本专利技术的目的，一个单位的β-木糖苷酶定义为在40℃、pH5下，在包含0.01％20的100mM柠檬酸钠中从作为底物的1mM对硝基苯基-β-D-木糖苷每分钟产生1.0微摩尔的对硝基酚根阴离子。生物质材料：术语“生物质材料”是指任何含糖生物质(例如，植物的茎、叶、壳、皮和穗轴或树叶、树枝和树木)及其任何组分(如纤维素、半纤维素或木脂素)。应理解的是，除非另外说明，否则生物质材料包括未处理的、预处理的和水解的或部分水解的形式(例如，生物质降解产物，如寡糖)。过氧化氢酶：术语“过氧化氢酶”意指一种过氧化氢:过氧化氢氧化还原酶(E.C.1.11.1.6或E.C.1.11.1.21)，其催化将两个过氧化氢转化为氧和两个水。可以基于以下反应通过在240nm下监测过氧化氢的降解而确定过氧化氢酶活性：2H2O2→2H2O+O2在25℃下，在具有10.3mM底物(H2O2)和大约100个单位的酶/ml的50mM磷酸盐(pH7)中进行该反应。用分光光度计监测16-24秒内的吸光度，这应该对应于从0.45至0.4的吸光度降低。可以将一个过氧化氢酶活性单位表示为在pH7.0和2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种糖化纤维素材料的方法，该方法包括使该纤维素材料在容器中经受纤维素分解酶组合物、GH61多肽和过氧化氢酶，其中向该容器中添加氧，以将溶解氧浓度维持在至少0.5％的饱和度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.01 US 61/898,707;2014.08.13 CN PCT/CN2014/1.一种糖化纤维素材料的方法，该方法包括使该纤维素材料在容器中
经受纤维素分解酶组合物、GH61多肽和过氧化氢酶，其中向该容器中添加
氧，以将溶解氧浓度维持在至少0.5％的饱和度。
2.一种糖化纤维素材料的方法，该方法包括使该纤维素材料在容器中经
受纤维素分解酶组合物、GH61多肽和过氧化氢酶，其中向该容器中添加氧，
以将溶解氧浓度维持在至少0.5ppm，例如像0.5至5ppm、0.5至4.5ppm、0.5至
4ppm、0.5至3.5ppm、0.5至3ppm、0.5至2.5ppm、或0.5至2ppm。
3.一种糖化纤维素材料的方法，该方法包括使该纤维素材料在容器中
经受纤维素分解酶组合物、GH61多肽和过氧化氢酶，其中向该容器中添加
氧，以将溶解氧浓度维持在0.025ppm至0.55ppm范围内，例如像0.05至
0.165ppm。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中过氧化氢酶的量处于0.5％
至25％，例如，0.5％至20％、0.5％至15％、0.5％至10％、0.5％至7.5％、
0.5％至5％以及0.5％至4％的总蛋白范围内。
5.如权利要求1、3和4中任一项所述的方法，其中糖化过程中的溶解氧
浓度处于0.5％-10％饱和度范围内，例如0.5％-7％、例如0.5％-5％、例如
0.5％-4％、例如0.5％-3％、例如0.5％-2％、例如1％-5％、例如1％-4％、例如
1％-3％、例如1％-2％。
6.如权利要求1、3、4和5中任一项所述的方法，其中在糖化期的至少
25％，例如至少50％、例如至少75％过程中，将溶解氧浓度维持在0.5％-10％
饱和度范围内，例如0.5％-7％、例如0.5％-5％、例如0.5％-4％、例如0.5％-
3％、例如0.5％-2％、例如1％-5％、例如1％-4％、例如1％-3％、例如1％-2％。
7.如权利要求1、2和4中任一项所述的方法，其中糖化过程中的溶解氧
浓度处于大于10％上至90％饱和度范围内，例如大于10％上至80％、大于
10％上至70％、大于10％上至60％、大于10％上至50％、大于10％上至40％、
大于10％上至30％、以及大于10％上至20％。
8.如权利要求1、2、4和7中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·徐，J·弗里克曼，J·刘，K·S·约翰森，H·Z·黄，
申请(专利权)人：诺维信公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK