生物質(zhì)糖化生物工藝中的聚合物制造技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)描述了用于提高來(lái)自生物質(zhì)(如木質(zhì)纖維素生物質(zhì))的糖的產(chǎn)率的方法和系統(tǒng)。在糖化反應(yīng)中使非離子有機(jī)聚合物與生物質(zhì)接觸，并使用過(guò)濾器將水解混合物分離成透過(guò)物和保留物，其中，非離子有機(jī)聚合物存在于保留物中。將含有聚合物的保留物再循環(huán)至水解混合物中，這使用較少的糖化酶提高了糖的產(chǎn)率。因此，本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)方法通過(guò)減少將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成糖所需的酶的量而實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)的成本節(jié)省。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求于2013年7月24日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.61/857,889的優(yōu)先權(quán)，以引用的方式將其整體并入本文。
技術(shù)介紹
可以從纖維素生物質(zhì)生產(chǎn)諸如乙醇等的生物燃料。雖然目前纖維素乙醇生產(chǎn)是可能的，將纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成生物燃料的更高效率將使得纖維素生物燃料的生產(chǎn)更加經(jīng)濟(jì)可行。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本公開(kāi)提供了用于處理生物質(zhì)以生產(chǎn)有用產(chǎn)物(諸如碳水化合物和可發(fā)酵糖)的方法和系統(tǒng)，所述生物質(zhì)包括木質(zhì)纖維素生物質(zhì)和/或含有淀粉的生物質(zhì)。使用可以回收和再循環(huán)的非離子有機(jī)聚合物對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行處理以提高由生物質(zhì)而來(lái)的糖的產(chǎn)率，同時(shí)降低所需糖化酶的量。因此，在一個(gè)方面，本公開(kāi)提供了用于從生物質(zhì)生成糖的方法，該方法包括：(a)提供混合物，所述混合物包含所述生物質(zhì)、尺寸足以被過(guò)濾器捕獲的非離子有機(jī)聚合物、以及將所述生物質(zhì)的組分水解成糖的一種或多種酶；(b)在使得所述一種或多種酶將所述生物質(zhì)的組分水解成糖的條件下對(duì)所述混合物進(jìn)行孵育，從而產(chǎn)生固體和液體的混合物，所述液體包含所述聚合物和糖；(c)將所述混合物分離成包含所述聚合物和糖的液體流以及包含固體的固體流；(d)使用所述過(guò)濾器將所述液體流分離成包含糖的透過(guò)物(permeate)和包含所述聚合物的保留物(retentate)；以及(e)使所述保留物的至少一部分返回至所述混合物或含有生物質(zhì)的新混合物，從而生成糖并重新利用所述聚合物。在一些實(shí)施方式中，所述聚合物具有式(I)：其中，R1是H或C1-6烷基，并且n是大于1的整數(shù)。在一些實(shí)施方式中，所述聚合物具有式(II)：其中，R2是羥基、烷氧基、取代或未取代的羧酸酯基(carboxylate)、或取代或未取代的雜環(huán)基，并且n是大于1的整數(shù)。在一些實(shí)施方式中，烷氧基是C1-12烷氧基(例如甲氧基)。在一些實(shí)施方式中，取代或未取代的羧酸酯基是C1-6羧酸酯基(例如-OC(O)CH3)。在一些實(shí)施方式中，取代或未取代的雜環(huán)基是吡咯烷酮。所述混合物可以包含兩種以上不同的非離子有機(jī)聚合物。在一些實(shí)施方式中，兩種以上不同的非離子有機(jī)聚合物包含式(I)的聚合物和式(II)的聚合物，其中，R1是H或C1-6烷基，并且n是大于1的整數(shù)；以及R2是羥基、烷氧基、取代或未取代的羧酸酯基、或取代或未取代的雜環(huán)基，并且n是大于1的整數(shù)。在一些實(shí)施方式中，所述方法進(jìn)一步包括使所述固體流的至少一部分返回至所述混合物，其中，所述固體流包含所述一種或多種酶的至少一部分。在一些實(shí)施方式中，所述混合物中的所述聚合物的濃度以所述生物質(zhì)中的固體重量計(jì)為約0.1％至約10.0％。所述生物質(zhì)可以是經(jīng)過(guò)預(yù)處理以使生物質(zhì)更易被水解酶作用的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)加入到水解混合物中時(shí)，所述生物質(zhì)包含至少約10w/w％的固體。可以使用機(jī)械設(shè)備、過(guò)濾器、膜、或切向流過(guò)濾設(shè)備將水解混合物分離成液體流和固體流。在一些實(shí)施方式中，機(jī)械設(shè)備是離心機(jī)、壓力機(jī)(press)或篩網(wǎng)(screen)?？梢允挂后w流通過(guò)過(guò)濾器以將液體流分離成包含糖(例如葡萄糖和木糖)的透過(guò)物和包含聚合物的保留物。在一些實(shí)施方式中，過(guò)濾器包括膜或切向流過(guò)濾設(shè)備。在一些實(shí)施方式中，在預(yù)處理步驟中用聚合物對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行處理。在一些實(shí)施方式中，在糖化步驟中用聚合物對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行處理。當(dāng)與未在預(yù)處理步驟或糖化步驟中使用聚合物對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行處理的方法相比時(shí)，本專(zhuān)利技術(shù)這方面的方法提高了葡萄糖和/或木糖的產(chǎn)率。可以將本專(zhuān)利技術(shù)方法生產(chǎn)的糖加工成乙醇、生物燃料、生化制品或其它化學(xué)產(chǎn)品。在一些實(shí)施方式中，所述一種或多種酶包括纖維素酶、半纖維素酶、β-葡萄糖苷酶和/或木聚糖酶。在另一個(gè)方面，本專(zhuān)利技術(shù)提供了用于從生物質(zhì)生成糖的方法，該方法包括：在使得一種或多種酶將所述生物質(zhì)的組分水解成糖的條件下，使所述生物質(zhì)與尺寸足以被過(guò)濾器捕獲的非離子有機(jī)聚合物以及所述一種或多種酶接觸，從而產(chǎn)生固體和液體的混合物，所述液體包含所述聚合物和糖。在一些實(shí)施方式中，所述聚合物具有式(I)：其中，R1是H或C1-6烷基，并且n是大于1的整數(shù)。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述聚合物具有式(II)：其中，R2是羥基、烷氧基、取代或未取代的羧酸酯基、或取代或未取代的雜環(huán)基，并且n是大于1的整數(shù)。在一些實(shí)施方式中，烷氧基是C1-12烷氧基(例如甲氧基)。在一些實(shí)施方式中，取代或未取代的羧酸酯基是C1-6羧酸酯基(例如-OC(O)CH3)。在一些實(shí)施方式中，取代或未取代的雜環(huán)基是吡咯烷酮。在一些實(shí)施方式中，n大于25。在一些實(shí)施方式中，n在25和250,000之間。在一些實(shí)施方式中，式(I)的聚合物具有約1,000至約10,000,000的平均分子量或粘均分子量(Mv)。在上述方面和實(shí)施方式中，當(dāng)與不存在本文所述的聚合物的情況下的糖化相比時(shí)，糖化酶活性的溫度和pH范圍擴(kuò)大。例如，在高于酶活性的最佳溫度的溫度下，酶活性可提高。因此，在一些實(shí)施方式中，在高于55℃的溫度下，與不存在式(I)的聚合物的情況下的酶活性相比，酶活性提高。在一些實(shí)施方式中，在6.0的pH下，與不存在式(I)的聚合物的情況下的酶活性相比，酶活性提高。定義除非另有定義，本文所使用的所有技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同的含義。盡管基本上與本文所述的方法和材料類(lèi)似的任何方法和材料都可以用于本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)踐或測(cè)試中，但是僅對(duì)示例性方法和材料進(jìn)行了描述。為了本專(zhuān)利技術(shù)的目的，下面對(duì)以下術(shù)語(yǔ)進(jìn)行定義。除非上下文清楚地另外指明，術(shù)語(yǔ)“一種/一個(gè)”和“該/所述”包括復(fù)數(shù)所指物。當(dāng)修飾任何量時(shí)，術(shù)語(yǔ)“約”指的是本領(lǐng)域技術(shù)人員(即在乙醇生產(chǎn)設(shè)施或測(cè)試實(shí)驗(yàn)室中)通常遇到的該量的變化。例如，術(shù)語(yǔ)“約”指的是對(duì)于給定的分析技術(shù)，在測(cè)量中遇到的在批次或樣本內(nèi)部以及在批次或樣本之間的正常變化。因此，術(shù)語(yǔ)“約”可以包括測(cè)量值的1-10％的變化，例如5％或10％的變化。本文公開(kāi)的量包括所述量的等同量，包括由術(shù)語(yǔ)“約”修飾或未修飾的量。術(shù)語(yǔ)“催化劑”指的是提高化學(xué)反應(yīng)(如纖維素水解)的速率、或允許反應(yīng)在較低溫度下以基本相同的速率進(jìn)行的化合物或物質(zhì)。該術(shù)語(yǔ)包括將木質(zhì)纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成多糖、低聚糖和/或簡(jiǎn)單的可發(fā)酵糖的水解和糖化酶。該術(shù)語(yǔ)還包括由基因工程化植物或轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)的糖化酶，例如，如Rabb等人在美國(guó)專(zhuān)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于從生物質(zhì)生成糖的方法，該方法包括：(a)提供混合物，所述混合物包含：所述生物質(zhì)；尺寸足以被過(guò)濾器捕獲的非離子有機(jī)聚合物；以及將所述生物質(zhì)的組分水解成糖的一種或多種酶；(b)在使得所述一種或多種酶將所述生物質(zhì)的組分水解成糖的條件下對(duì)所述混合物進(jìn)行孵育，從而產(chǎn)生固體和液體的混合物，所述液體包含所述聚合物和糖；(c)將所述混合物分離成包含所述聚合物和糖的液體流以及包含固體的固體流；(d)使用所述過(guò)濾器將所述液體流分離成包含糖的透過(guò)物和包含所述聚合物的保留物；以及(e)使所述保留物的至少一部分返回至所述混合物或含有生物質(zhì)的新混合物，從而生成糖并重新利用所述聚合物。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】2013.07.24 US 61/857,8891.一種用于從生物質(zhì)生成糖的方法，該方法包括：
(a)提供混合物，所述混合物包含：
所述生物質(zhì)；
尺寸足以被過(guò)濾器捕獲的非離子有機(jī)聚合物；以及
將所述生物質(zhì)的組分水解成糖的一種或多種酶；
(b)在使得所述一種或多種酶將所述生物質(zhì)的組分水解成糖的條件
下對(duì)所述混合物進(jìn)行孵育，從而產(chǎn)生固體和液體的混合物，所述液體包
含所述聚合物和糖；
(c)將所述混合物分離成包含所述聚合物和糖的液體流以及包含固
體的固體流；
(d)使用所述過(guò)濾器將所述液體流分離成包含糖的透過(guò)物和包含所
述聚合物的保留物；以及
(e)使所述保留物的至少一部分返回至所述混合物或含有生物質(zhì)的
新混合物，從而生成糖并重新利用所述聚合物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述聚合物具有式(I)：
其中，R1是H或C1-6烷基，并且n是大于1的整數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述聚合物具有式(II)：
其中，R2是羥基、烷氧基、取代或未取代的羧酸酯基、或取代或未
取代的雜環(huán)基，并且n是大于1的整數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括使所述固體流的
至少一部分返回至所述混合物，其中，所述固體流包含所述一種或多種

\t酶的至少一部分。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述混合物中的所述聚合物的
濃度以所述生物質(zhì)中的固體重量計(jì)為約0.1％至約10.0％。
6.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，n大于25。
7.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，n在25和250,000之間。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述生物質(zhì)是木質(zhì)纖維素生物
質(zhì)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟(a)中，所述生物質(zhì)
包含至少約10w/w％的固體。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述生物質(zhì)是預(yù)處理的生物
質(zhì)。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述混合物的分離(c)包括
使用機(jī)械設(shè)備、過(guò)濾器、膜或切向流過(guò)濾設(shè)備。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述機(jī)械設(shè)備是離心機(jī)、壓
力機(jī)或篩網(wǎng)。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述過(guò)濾器包括膜或切向流
過(guò)濾設(shè)備。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述糖包含葡萄糖和木糖。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，與不包含所述聚合物的混合
物相比，葡萄糖的產(chǎn)率提高。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，與不包含所述聚合物的混合
物相比，木糖的產(chǎn)率提高。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，將來(lái)自步驟(c)中的所述液
體流的糖和/或來(lái)自步驟(d)的所述透過(guò)物加工成乙醇、生物燃料、生
化制品或其它化學(xué)產(chǎn)品。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述一種...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：約翰·張，桑德拉·雅各布森，克里斯托弗·拉莫斯，姆魯戈什·帕特爾，詹姆斯·卡其瑪，丹尼爾·米哈洛普洛斯，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：易登尼有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：美國(guó);US