一方面，本發(fā)明專利技術(shù)涉及通過(guò)微生物例如植物發(fā)酵梭狀芽胞桿菌同時(shí)水解和發(fā)酵而從生物質(zhì)制備有用的發(fā)酵終產(chǎn)物。本發(fā)明專利技術(shù)還涉及發(fā)展有效預(yù)處理和高轉(zhuǎn)化效率(產(chǎn)率)轉(zhuǎn)化木質(zhì)纖維素生物質(zhì)為終產(chǎn)物的方法。另一方面，本文公開了通過(guò)用微生物例如植物發(fā)酵梭狀芽胞桿菌發(fā)酵己糖(C6)和戊糖(C5)而產(chǎn)生發(fā)酵終產(chǎn)物的方法。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2009年4月20日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序號(hào)61/171，077 ;2009年4月22日提交的61/171，831 ;和2009年6月29日提交的61/221，519的優(yōu)先權(quán)，其在此通過(guò)引用整體并入。
技術(shù)介紹
本專利技術(shù)涉及通過(guò)同時(shí)水解和發(fā)酵糖和寡聚物從生物質(zhì)制備有用的發(fā)酵終產(chǎn)物。本專利技術(shù)還涉及發(fā)展用于有效預(yù)處理和以高轉(zhuǎn)化效率(產(chǎn)率)轉(zhuǎn)化木質(zhì)纖維素生物質(zhì)成終產(chǎn)物的方法。 各種形式的生物質(zhì)由于其大量可用性和低成本而具有作為乙醇制備的可再生原料的潛力。然而，依然存在對(duì)利用可用于產(chǎn)生發(fā)酵終產(chǎn)物例如乙醇和其他化合物或生物燃料的原料的低成本的強(qiáng)大方法的未滿足的需求。生物質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)生生物燃料例如醇(例如甲醇、乙醇、丁醇或丙醇)可以提供對(duì)世界能源問(wèn)題的急需解決方案。木質(zhì)纖維素生物質(zhì)具有纖維素和半纖維素兩種主要組分。這些組分的水解產(chǎn)生己糖(C6)和戊糖(C5)。生物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率高度依賴于可被用于生物質(zhì)到燃料轉(zhuǎn)化過(guò)程的生物體利用的碳水化合物范圍。具體說(shuō)，不能利用己糖(例如纖維素二糖、葡萄糖)和戊糖(例如阿拉伯糖、木糖)二者來(lái)轉(zhuǎn)化成乙醇可能極大限制可從給定量生物質(zhì)產(chǎn)生的生物燃料或其他化學(xué)品的總量。因此，為了獲得木質(zhì)纖維素生物質(zhì)到乙醇的高轉(zhuǎn)化效率(產(chǎn)率)，重要的是能夠成功將己糖和戊糖二者發(fā)酵成乙醇。然而，戊糖(木糖和阿拉伯糖)的發(fā)酵依然是從生物質(zhì)制備乙醇的技術(shù)瓶頸。該限制可以導(dǎo)致低效率、發(fā)酵反應(yīng)中低最大可實(shí)現(xiàn)的生物燃料滴度和低生物燃料制備率的乙醇制備。而且，生物質(zhì)中碳水化合物含量的大部分可能通過(guò)預(yù)處理過(guò)程中戊糖的溶解而損失。一般而言，較低的產(chǎn)率和低生產(chǎn)率導(dǎo)致較高的生產(chǎn)成本，這可以轉(zhuǎn)化為不可能被微生物的其他特征所抵消的競(jìng)爭(zhēng)缺點(diǎn)。專利技術(shù)概述一方面，本專利技術(shù)提供了通過(guò)用第一微生物發(fā)酵包含己糖和戊糖的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)來(lái)制備一種或多種發(fā)酵終產(chǎn)物的方法，其中所述第一微生物同時(shí)水解和發(fā)酵所述木質(zhì)纖維素生物質(zhì)以產(chǎn)生發(fā)酵終產(chǎn)物。在一個(gè)實(shí)施方案中，發(fā)酵終產(chǎn)物的至少一種是乙醇，并且其中乙醇以至少約45g/L的滴度被制備。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述第一微生物是梭狀芽胞桿菌屬菌株。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述梭狀芽胞桿菌屬菌株是植物發(fā)酵梭狀芽胞桿菌(Clostridium phytofermentans)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法還包括使用第二微生物發(fā)酵己糖和戊糖。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述第二微生物是釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、熱梭狀芽胞桿菌(C. thermocellum)、丙麗丁醇梭狀芽胞桿菌(C. acetobutylicum)、曬纖維梭狀芽胞桿菌(C. cellovorans)或運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌(Zymomonas mobilis)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述己糖包括選自由纖維素、半纖維素、淀粉、甘露聚糖、果糖、葡萄糖、半乳糖、鼠李糖和甘露糖組成的組的碳水化合物。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述戊糖包括選自由木聚糖、半纖維素、木糖和阿拉伯糖組成的組的碳水化合物。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述植物發(fā)酵梭狀芽胞桿菌是非重組或重組微生物。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述植物發(fā)酵梭狀芽胞桿菌包括一種或多種異源多核苷酸。在另一個(gè)實(shí)施方案中，在所述第一微生物生長(zhǎng)過(guò)程中向培養(yǎng)基添加一種或多種包括己糖或戊糖的培養(yǎng)基補(bǔ)充物。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述己糖或戊糖相對(duì)于被所述第一微生物轉(zhuǎn)化為其他化合物的糖量來(lái)添加。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法還包括預(yù)處理所述生物質(zhì)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述預(yù)處理包括蒸汽爆發(fā)或熱水浸提、暴露于酸或堿條件。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法包括添加發(fā)酵培養(yǎng)基補(bǔ)充物，其中所述發(fā)酵培養(yǎng)基補(bǔ)充物是脂肪酸、表面活性劑、螯合劑、微生物、礦物質(zhì)、PH調(diào)節(jié)劑、酵母提取物和鹽。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述第一微生物同時(shí)發(fā)酵所述己糖和戊糖。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法包括添加一種或多種酶，其中所述一種或多種酶不是衍生自第一微生物。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述一種或多種酶是纖維素酶、半纖維素酶、半乳糖醛酸酶、果膠酸裂合酶、糖酶、木聚糖酶、葡聚糖酶、和內(nèi)切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、葡糖苷酶、淀粉酶、肌醇六磷酸酶或漆酶。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述己糖和戊糖包括麥芽糖漿、玉米浸潰液體、蒸餾干燥顆粒或玉米浸潰固體。在另一個(gè)實(shí)施方 案中，所述方法還包括批量添加生物質(zhì)固體的生物質(zhì)補(bǔ)料分批發(fā)酵。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述生物質(zhì)固體使用濾網(wǎng)回收。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述濾網(wǎng)包括多個(gè)直徑約150-250微米的孔。另一方面，本專利技術(shù)公開了通過(guò)在包含木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的培養(yǎng)基中培養(yǎng)植物發(fā)酵梭狀芽胞桿菌菌株而制備的生物燃料產(chǎn)物；其中所述植物發(fā)酵梭狀芽胞桿菌同時(shí)水解和發(fā)酵所述木質(zhì)纖維素生物質(zhì)。另一方面，本專利技術(shù)公開了制備乙醇的方法，所述方法包括以下步驟在包含木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的培養(yǎng)基中培養(yǎng)植物發(fā)酵梭狀芽胞桿菌菌株；其中所述植物發(fā)酵梭狀芽胞桿菌同時(shí)水解和發(fā)酵所述木質(zhì)纖維素生物質(zhì)；以大于約45g/L的產(chǎn)率制備乙醇。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法還包括在所述植物發(fā)酵梭狀芽胞桿菌的生長(zhǎng)過(guò)程中向培養(yǎng)基添加一種或多種培養(yǎng)基補(bǔ)充物，其中所述培養(yǎng)基補(bǔ)充物的一種或多種包含一種或多種己糖和/或戊糖化合物，并且一種或多種糖化合物相對(duì)于被所述植物發(fā)酵梭狀芽胞桿菌轉(zhuǎn)化為其他化合物的糖量來(lái)添加。另一方面，本專利技術(shù)公開了用于制備發(fā)酵終產(chǎn)物的系統(tǒng)，包括發(fā)酵容器；木質(zhì)纖維素生物質(zhì)；和同時(shí)水解和發(fā)酵所述木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的第一微生物；其中所述發(fā)酵容器適于提供適合同時(shí)水解和發(fā)酵所述木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的條件。在一個(gè)實(shí)施方案中，還包括包含己糖和戊糖的培養(yǎng)基補(bǔ)充物。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述第一微生物是梭狀芽胞桿菌屬菌株。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述梭狀芽胞桿菌屬菌株是植物發(fā)酵梭狀芽胞桿菌。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述植物發(fā)酵梭狀芽胞桿菌包括一種或多種異源多核苷酸。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述生物質(zhì)在與所述第一微生物接觸之前通過(guò)蒸汽爆發(fā)或熱水浸提、暴露于酸或堿條件來(lái)預(yù)處理。在另一個(gè)實(shí)施方案中，經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)進(jìn)一步用非衍生自所述第一微生物的一種或多種酶處理。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述己糖和戊糖包括玉米浸潰固體、玉米浸潰液體、麥芽糖漿、木聚糖、纖維素、半纖維素、果糖、葡萄糖、甘露糖、鼠李糖或木糖的一種或多種。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述發(fā)酵培養(yǎng)基還包括非衍生自所述第一微生物的一種或多種酶。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述發(fā)酵培養(yǎng)基還包括選自由脂肪酸、表面活性劑、螯合齊U、維生素、礦物質(zhì)、PH調(diào)節(jié)劑、酵母提取物和鹽組成的組的發(fā)酵培養(yǎng)基補(bǔ)充物。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括第二微生物。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述第二微生物是釀酒酵母、熱梭狀芽胞桿菌、丙酮丁醇梭狀芽胞桿菌、噬纖維梭狀芽胞桿菌或運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌。附圖簡(jiǎn)述本專利技術(shù)的新特征在所附權(quán)利要求書中精確提出。通過(guò)參考提出其中利用本專利技術(shù)原理的示例性實(shí)施方案的下文詳述和附圖將獲得對(duì)本專利技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)的更好理解，附圖中圖I描繪了在約15天的時(shí)段內(nèi)加入發(fā)酵反應(yīng)的處理的生物質(zhì)固體的累積總量。圖2是描繪通過(guò)根據(jù)本文描述的尺寸減少和堿處理的玉米秸桿生物質(zhì)的碳水化合物組成的餅形圖。圖3A-3B描繪在指示時(shí)間點(diǎn)發(fā)酵反應(yīng)的糖和乙醇濃度曲線。圖3A描繪了同時(shí)發(fā)酵纖維素二糖和木糖的糖和乙醇濃度曲線。圖3B描繪同時(shí)發(fā)酵葡萄糖和木糖的糖和乙本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：S·帕瑞克，W·G·拉圖夫，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：奎特羅斯公司，
類型：
國(guó)別省市：
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