專利名稱：利用改進(jìn)的酶再循環(huán)由木質(zhì)纖維素生物質(zhì)生產(chǎn)甜汁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及被稱作“第二代”生物燃料的生物燃料的生產(chǎn)。其涉及一種甜汁的生 產(chǎn)方法，其中木質(zhì)纖維素基質(zhì)的酶促水解構(gòu)成相關(guān)酶的使用和再循環(huán)的改進(jìn)。因此，該得到 的甜汁被輸送到醇發(fā)酵階段，然后輸送到蒸餾階段，以生產(chǎn)來自生物質(zhì)的醇。
背景技術(shù)：
木質(zhì)纖維素生物質(zhì)資源是一種相當(dāng)可觀的可再生能量源，并且其由農(nóng)業(yè)和林木殘 留物或由木質(zhì)轉(zhuǎn)化副產(chǎn)物以及專用作物(木質(zhì)的或草本的植物)得到。木質(zhì)纖維素材料由 交聯(lián)為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)的三種主要成分構(gòu)成。這些成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素。它們各自 的比例根據(jù)生物質(zhì)的確切來源而變化。由纖維素得到可發(fā)酵糖的常用工藝為酶促水解。將纖維素降解為葡萄糖要求三種 酶的協(xié)同作用，纖維素酶根據(jù)其活性分為-內(nèi)切葡聚糖酶，在纖維素的非結(jié)晶帶的水平上隨機(jī)切割纖維素，-外切葡聚糖酶(或當(dāng)它們生產(chǎn)纖維二糖時(shí)為纖維二糖水解酶)，逐步對(duì)纖維素鏈 的游離端起作用，釋放葡萄糖或纖維二糖，- β -葡萄糖苷酶(或纖維二糖酶)，將可溶的纖維糊精和纖維二糖水解為葡萄糖?，F(xiàn)在，限制該方法的工業(yè)發(fā)展的主要障礙之一在于生產(chǎn)纖維素酶伴隨的高成本。 為了提高商業(yè)的酶混合物的活性，有文獻(xiàn)描述用葡萄糖苷酶補(bǔ)充纖維素酶，以此消除 公知的纖維二糖對(duì)內(nèi)切_和外切葡聚糖酶的活性的抑制效果。為了減少所使用的酶的量，已經(jīng)提出各種方法以再循環(huán)這些酶。在該酶促水解工 序結(jié)束時(shí)，該酶在水解產(chǎn)物中部分地是游離形式，部分地結(jié)合至固體殘留物。在本申請(qǐng)人提交的專利FR-B-2，608，625中，提供一種在于回收大部分酶的方法 游離的酶通過吸附在待轉(zhuǎn)化的新的基質(zhì)上而被回收，而結(jié)合的酶通過使固體殘留物與新的 基質(zhì)重新接觸而得到重新使用。在用葡萄糖苷酶補(bǔ)充纖維素酶以提高酶混合物的活性 的情況中，但是該方法具有以下不足在再循環(huán)后，伴隨纖維二糖的累積，發(fā)現(xiàn)顯著的活性 損失(Ramos et al，Applied Biochemistry and Biotechnology，1994，45 (6)，193-207)。 事實(shí)上，該方法不能有效地再循環(huán)游離的β -葡萄糖苷酶，該酶對(duì)木質(zhì)纖維素基質(zhì)具有非 常弱的親和力。Woodward et al.描述了一種用承載的β _葡萄糖苷酶補(bǔ)充商業(yè)的纖維素酶的方 法("Use of Immobilized β -Glucosidase in the Hydrolysis ofCellulose，，，1993,ACS symposium series，533，240-250)，其在纖維素向葡萄糖的轉(zhuǎn)化中，重新使用數(shù)次β -葡萄 糖苷酶而無任何活性損失或明顯的降低。葡萄糖苷酶的固定化使得它們的穩(wěn)定性顯 著提高Aguadoet al. (Biotechnology and Applied Biochemistry, 1995,17 (1), 49-55) 表明，將繩狀青霉菌(Penicillium fimiculosum) β -葡萄糖苷酶固定于尼龍粉末可以得 到在50°C下1500分鐘的穩(wěn)定的活性，而游離狀態(tài)的相同的酶從40°C開始失活。黑曲霉 (Aspergillus niger) β -葡萄糖苷酶在游離狀態(tài)的穩(wěn)定的上限是45°C，而在Eupergit C上固定化形式中，它們的活性保持穩(wěn)定的上限是65°C (Tu et al,2006, Biotechnology Letters, 28 (3)，151-156)。另一方面，在這樣的溫度下，該纖維素酶幾乎不表現(xiàn)出穩(wěn)定性并 且它們快速地失活，這影響水解效率。再循環(huán)承載的β-葡萄糖苷酶要求將它們由包含固體殘留物的反應(yīng)混合物中抽 提，當(dāng)纖維素酶和β-葡萄糖苷酶在相同反應(yīng)器中使用時(shí)其難以進(jìn)行。另一方面，在木質(zhì)素上非生產(chǎn)性的吸附葡萄糖苷酶是限制酶促水解的公知的 原因。一種公知的用于限制該吸附的方法在于添加表面活性劑和/或蛋白質(zhì)例如牛血清白 蛋白(BSA) (Yang et al.，2006，Biotechnology and Bioengineering，94 (4)，611-617)。通過實(shí)施本發(fā)明的甜汁生產(chǎn)方法可以改善這些主要限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方法在于通過在反應(yīng)器中用承載的葡萄糖苷酶進(jìn)行纖維素酶的補(bǔ) 充經(jīng)由木質(zhì)纖維素基質(zhì)的酶促水解來生產(chǎn)甜汁，所述反應(yīng)器獨(dú)立于木質(zhì)纖維素酶促水解反 應(yīng)器，在反應(yīng)器(1)的出口得到的水解產(chǎn)物Hl被輸送到分離裝置，以在輸送到反應(yīng)器(2) 之前抽提纖維素酶。本發(fā)明還公開一種設(shè)備，在其中進(jìn)行該酶促水解。


圖1是對(duì)應(yīng)于木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化階段的本發(fā)明的方法的流程圖。圖2是對(duì)應(yīng)于連續(xù)的甜汁生產(chǎn)階段的本發(fā)明的方法的流程圖。圖3對(duì)應(yīng)于以分批模式實(shí)施本發(fā)明的甜汁生產(chǎn)方法的流程圖，圖3Α對(duì)應(yīng)于排空兩 個(gè)反應(yīng)器的階段，圖3Β是填充反應(yīng)器的階段。圖4是對(duì)應(yīng)于完全排空木質(zhì)纖維素酶促水解反應(yīng)器的階段的本發(fā)明的方法的流 程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及一種由木質(zhì)纖維素基質(zhì)通過酶促水解生產(chǎn)甜汁的方法，其中纖維素酶 的補(bǔ)充是在反應(yīng)器(2)中用承載的葡萄糖苷酶進(jìn)行的，所述反應(yīng)器(2)獨(dú)立于木質(zhì)纖 維素酶促水解反應(yīng)器(1)，其中預(yù)先進(jìn)行了預(yù)處理的所述基質(zhì)與纖維素酶溶液接觸，在反應(yīng) 器(1)的出口得到的水解產(chǎn)物Hl輸送到獨(dú)立的裝置，以使在輸送到反應(yīng)器(2)之前抽提纖 維素酶，所述方法包括木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化階段、甜汁生產(chǎn)階段和完全排空反應(yīng)器的階段。本發(fā)明的方法顯著地通過使由反應(yīng)介質(zhì)中抽提葡萄糖苷酶變得容易來提高 酶的再循環(huán)。本發(fā)明的方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，能夠分離兩個(gè)反應(yīng)器的操作條件(溫度和可能 地PH值)，并由此能夠在葡萄糖苷酶特有的第二反應(yīng)器中優(yōu)化操作條件。該纖維素酶 在反應(yīng)器(1)的出口處被抽提，而且它們不被輸送到第二反應(yīng)器。而且，在本發(fā)明的方法中，該承載的葡萄糖苷酶不與木質(zhì)素接觸，所述木質(zhì)素 保留在專用于木質(zhì)纖維素酶促水解的反應(yīng)器中。本發(fā)明的方法允許由木質(zhì)纖維素基質(zhì)生產(chǎn)富含葡萄糖的甜汁。
所使用的基質(zhì)選自麥稈、木材、森林作物、生產(chǎn)醇的作物、糖類作物和谷類作物殘 留物、造紙工業(yè)殘留物、纖維素和木質(zhì)纖維素材料轉(zhuǎn)化產(chǎn)品。在本發(fā)明的方法中，在反應(yīng)器(1)的出口處得到的水解產(chǎn)物(Hl)被輸送到超濾膜 (7)，以抽提該纖維素酶。本發(fā)明的甜汁生產(chǎn)方法包括木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化階段、甜汁生產(chǎn)階段和完全排空反應(yīng) 器的階段。為實(shí)施本發(fā)明的方法，使預(yù)先預(yù)處理的木質(zhì)纖維素基質(zhì)(S)在反應(yīng)器(1)中在稀 釋、溫度和PH條件有利于木質(zhì)纖維素的酶促水解的條件下與纖維素酶溶液(E)接觸。預(yù)處 理根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù)進(jìn)行，以提高基質(zhì)對(duì)酶促水解的敏感性。當(dāng)基質(zhì)開始液化(圖1)時(shí)，木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化階段產(chǎn)生水解產(chǎn)物，該水解產(chǎn)物被連 續(xù)的由反應(yīng)器(1)抽提入過濾介質(zhì)(3)和分離設(shè)備(7)，由此在反應(yīng)混合物中存在的固體部 分(酶促水解固體殘留物)和纖維素酶保留在反應(yīng)器(1)中。在通過過濾介質(zhì)(3)和分離 設(shè)備(7)后，包含不可發(fā)酵的可溶性葡萄糖低聚物的水解產(chǎn)物(Hl)被注入反應(yīng)器(2)，在其 中在溫度條件有利于可溶性葡萄糖低聚物(纖維二糖、纖維三糖...)水解為葡萄糖的條件 下，它與承載的葡萄糖苷酶接觸。以在反應(yīng)器(2)的出口處得到的水解產(chǎn)物中殘留的 可溶性低聚物比例非常低(優(yōu)選為低于lg/Ι)的方式，調(diào)節(jié)甜汁(Hl)在反應(yīng)器(2)中的保 留時(shí)間。反應(yīng)器(1)的溫度優(yōu)選為40°C 55°C的范圍，反應(yīng)器(2)的溫度為40°C 70°C。反應(yīng)器⑴和反應(yīng)器(2)的溫度和/或pH操作條件可以不同或相同。反應(yīng)器(1)和反應(yīng)器(2)的操作條件優(yōu)選是不同的。更優(yōu)選的是，反應(yīng)器(1)的 溫度為45°C 55°C的范圍，并且反應(yīng)器(2)的溫度為60°C 70°C的范圍。分離裝置(7)優(yōu)選為超濾膜。在該膜的出口處，不含纖維素酶的滲透液被輸送到 反應(yīng)器(2)，而截留物與離開反應(yīng)器(2)的流(H2)混合。該實(shí)施方式明顯允許例如在比通 常用于纖維素酶高的溫度下操作反應(yīng)器(2)。缺乏可溶性低聚物(H2)的水解產(chǎn)物以在反應(yīng)混合物中存在的承載的β-葡萄糖 苷酶保留在反應(yīng)器(2)中的方式被連續(xù)地由反應(yīng)器(2)抽提入過濾介質(zhì)(4)根據(jù)用于固 定化該承載的酶而選擇的載體粒徑選擇過濾介質(zhì)(4)。在轉(zhuǎn)化階段，流(Η2)的主要部分，優(yōu)選流(Η2)的全部被重新注入反應(yīng)器(1)。當(dāng)認(rèn)為充分轉(zhuǎn)化時(shí)，S卩，當(dāng)進(jìn)行測(cè)定表明在水解產(chǎn)物(Η2)中達(dá)到期望的糖濃度 時(shí)，開始圖2和3所示的甜汁生產(chǎn)階段。甜汁生產(chǎn)階段能夠根據(jù)兩種模式進(jìn)行連續(xù)模式或分批模式。根據(jù)第一實(shí)施方式，該生產(chǎn)階段以連續(xù)模式進(jìn)行。來自反應(yīng)器(2)的水解產(chǎn)物流 (Η2)被分成至少兩股流(H2a)和(H2b)。流(H2a)被連續(xù)地投入接觸器(5)。該水解產(chǎn)物(H2a)在設(shè)備(5)中與新的木質(zhì) 纖維素基質(zhì)(S)接觸，以使在水解產(chǎn)物(H2a)中存在的纖維素酶吸附在新的基質(zhì)上。缺乏可溶性低聚物的流(H2b)被重新注入反應(yīng)器(1)，由此可以提高反應(yīng)器中的 混合條件并且可以通過誘導(dǎo)的稀釋效應(yīng)提高纖維素酶的活性，事實(shí)上可溶性低聚物已知為 纖維素酶活性抑制產(chǎn)物。由接觸器(5)的纖維素酶浸漬的新的基質(zhì)(SE)在被輸送到反應(yīng)器⑴之前與水解產(chǎn)物(H3)分離。在接觸器(5)的出口處收集的水解產(chǎn)物(H3)對(duì)應(yīng)于通過該方法生產(chǎn)的甜汁流。根據(jù)本發(fā)明的方法的第二實(shí)施方式，生產(chǎn)階段以分批的模式在兩步中進(jìn)行(圖3A 和3B)，第一步在于排空反應(yīng)器，第二步在于重新開始它們。反應(yīng)器首先被排空來自反應(yīng)器(2)的流(H2)被輸送到接觸器(5)，在其中它與 新的木質(zhì)纖維素基質(zhì)(S)接觸，以使在分離裝置(7)的出口處投入水解產(chǎn)物(H2)的纖維素 酶吸附在新的基質(zhì)上。在接觸器的出口處得到的水解產(chǎn)物(H3)對(duì)應(yīng)于通過該方法生產(chǎn)的 甜汁流。在反應(yīng)器排空階段結(jié)束時(shí)，生產(chǎn)階段以分批模式重新開始(圖3B)，通過將纖維素 酶浸漬的新的基質(zhì)投入反應(yīng)器(1)。當(dāng)在反應(yīng)器(1)中累積的固體殘留物的量變的過大時(shí)，該反應(yīng)器被完全排空(圖 4)?；厥盏姆磻?yīng)混合物被輸送到過濾介質(zhì)(6)，以分離對(duì)應(yīng)于酶促水解殘留物的固體部分 (殘留物R)，然后輸送到分離裝置(7)，在其出口處得到液體部分(H4)。該液體部分(H4)為甜汁。為了優(yōu)化葡萄糖的生產(chǎn)，如果該部分(H4)包含殘留的 可溶性低聚物，在抽提它之前可以將其輸送到反應(yīng)器(2)。在排空階段通過該方法生產(chǎn)的流對(duì)應(yīng)的部分(H4)能夠在酶促水解起始階段可能 地被部分地或全部地重新引入反應(yīng)器(1)，通過重新引入新鮮的纖維素酶和新的基質(zhì)，或者 其可以被用于在接觸器(5)中浸漬新的基質(zhì)。本發(fā)明還描述一種設(shè)備，在其中實(shí)施上述的甜汁生產(chǎn)方法。所述設(shè)備用于由木質(zhì)纖維素基質(zhì)通過酶促水解生產(chǎn)甜汁，其包括_至少一個(gè)第 一木質(zhì)纖維素酶促水解反應(yīng)器(1)，所述反應(yīng)器(1)裝備了以下用于引入基質(zhì)和纖維素酶 溶液的至少一條管線，用于排出轉(zhuǎn)化的汁(Hl)并將其輸送到在反應(yīng)器(1)出口配置的至少 一個(gè)過濾介質(zhì)(3)的至少一條管線，和至少一個(gè)分離裝置(7)，其優(yōu)選是用于由水解產(chǎn)物抽 提纖維素酶的超濾膜，-可能地在第一反應(yīng)器出口處的熱交換器(附圖未示出)，_至少一個(gè)第二反應(yīng)器(2)，其包括承載的β-葡萄糖苷酶，通過至少一條管線連 接所述分離裝置(7)，所述反應(yīng)器(2)在其出口處裝備了至少一個(gè)過濾介質(zhì)(4)和用于抽提 流(Η2)的至少一條管線，所述流(Η2)由缺乏可溶性低聚物的水解產(chǎn)物構(gòu)成，-用于將至少部分流(Η2)投入接觸器(5)的至少一條管線，和用于將至少部分流 (Η2)返回到反應(yīng)器(1)的至少一條管線，-至少一個(gè)接觸器(5)，其裝備了以下用于引入新的基質(zhì)的至少一條管線，用于 抽提所生產(chǎn)的甜汁(Η3)的至少一條管線，和用于排出纖維素酶浸漬的新的基質(zhì)并將其投 入反應(yīng)器(1)的至少一條管線。所述設(shè)備包含在完全排空反應(yīng)器(1)的階段使用的至少一個(gè)過濾介質(zhì)(6)，用于 抽提固體殘留物R的至少一條管線，用于抽提所生產(chǎn)的甜汁流(Η4)的至少一條管線，和可 能地用于將流(Η4)投入反應(yīng)器(2)的至少一條管線。反應(yīng)器(1)可以是機(jī)械攪拌罐，也可以不是。攪拌可以全部地或部分地通過在反 應(yīng)器(1)周圍的甜汁循環(huán)回路提供(流H2b或流H2)，其使用高注射速度。允許由反應(yīng)混合物抽提液體部分的過濾介質(zhì)(3)和(6)適合于固體木質(zhì)纖維素基質(zhì)的粒徑?？梢允褂帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何設(shè)備以達(dá)到該分離安裝于反應(yīng)器內(nèi)部或 外部的過濾系統(tǒng)，包含聯(lián)合的逆洗或清潔系統(tǒng)(濾棒、機(jī)械刮擦格柵.· ·)，將固體部分重新 注入反應(yīng)器的外部分離模塊(壓濾機(jī)、離心機(jī)···)。這些設(shè)備的尺寸應(yīng)當(dāng)適合于所處理的 體積。這些過濾介質(zhì)(3)、(6)和分離設(shè)備(7)可以可能地是一個(gè)且是相同的。在反應(yīng)器(2)中固定化的酶的實(shí)施可以在固定床或移動(dòng)床，或在攪動(dòng)漿料型反應(yīng) 器中進(jìn)行。過濾介質(zhì)(4)的目的在于在反應(yīng)器(2)中保持該承載的酶。在固定床的情況中，其是優(yōu)選的實(shí)施方式，該介質(zhì)(4)可以是在反應(yīng)器中配置的 格柵或防護(hù)床。對(duì)于其它實(shí)施方式(移動(dòng)床或攪動(dòng)漿料型反應(yīng)器)，上述用于過濾介質(zhì)(3)的設(shè)備 也可適用于過濾介質(zhì)(4)。為了補(bǔ)償失活承載的β -葡萄糖苷酶，當(dāng)使用移動(dòng)或漿料床時(shí)，可以隨著連續(xù)地 補(bǔ)充新鮮的酶，排出失活的酶。在固定床的情況中，例如在排空反應(yīng)器(1)和(2)的階段， 以分批模式通過新的酶代替失活的酶。在設(shè)備(5)中的纖維素的再循環(huán)可以通過使水解產(chǎn)物(H2a)或(H4)與預(yù)處理的 新鮮的木質(zhì)纖維素基質(zhì)接觸進(jìn)行，所述接觸可以根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何方法，例 如通過滲透或再懸浮和分離進(jìn)行，以通過吸附回收纖維素酶。因此，設(shè)備(5)可以是與用于 構(gòu)成反應(yīng)器(1)和過濾介質(zhì)(3)的部件相似的設(shè)備，其中可以進(jìn)行基質(zhì)再懸浮和過濾。設(shè)備(5)還可以是通過以分批模式或優(yōu)選的是以連續(xù)模式使液體在固體上滲透 來實(shí)現(xiàn)液-固接觸的任何技術(shù)類型。在滲透接觸的情況中，設(shè)備(5)也可以包括壓濾系統(tǒng)， 以減少重新引入反應(yīng)器(1)的甜汁的量。承載的或固定化的葡萄糖苷酶的制備由通過真菌菌株制造的葡萄糖 苷酶進(jìn)行，所述真菌菌株屬于木霉屬(Trichoderma)，曲霉屬(Aspergillus)，青霉屬 (Penicillium)或裂褶菌屬(Schizophyllum)，例如通過黑曲霉(Asperigillus niger)，繩 狀青霉菌(Penicilliumfuniculosum)或雷氏木霉(Trichoderma reesei)。這些菌株可以 是基因修飾的。它們的固定化使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何類型的載體(固體或凝膠) 進(jìn)行(樹脂、EupergitC、活化碳納米管、用聚合物基質(zhì)涂布的氧化鋁、活化的尼龍粉末、藻 酸鈣、殼聚糖...)。以下實(shí)施例說明本發(fā)明，但不限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1 根據(jù)專利FR-B-2，608，625的教導(dǎo)，利用酶再循環(huán)的酶促水解小麥稈 (非承載的葡萄糖苷酶)在硫酸存在下，通過蒸氣噴發(fā)預(yù)處理小麥稈，以促進(jìn)其消化性，即對(duì)酶促水解的反 應(yīng)性。該預(yù)處理并洗滌的樣品組成如下56. 5%纖維素，14. 6%半纖維素，25. 6%木質(zhì)素和 可提取化合物(以％干物質(zhì)表示)。在用Novozyme銷售β -葡萄糖苷酶(參考號(hào)SP-188) 補(bǔ)充的SAF-ISIS銷售的商業(yè)的纖維素酶(參考號(hào)XL-E508)的存在下，進(jìn)行該樣品的酶促 水解。在該試驗(yàn)中的使用的纖維素酶的量用國際濾紙單位(FPU)表示，葡萄糖苷酶的 量用國際單位(IU) (1IU =每分鐘由纖維二糖產(chǎn)生1 μ mol葡萄糖)表示。第一系列試驗(yàn)(Al，Bi，Cl分別對(duì)應(yīng)于在條件1下進(jìn)行的試驗(yàn)A，B，C)在3個(gè)攪拌 反應(yīng)器中進(jìn)行，所述反應(yīng)器終體積為1升，各含有IOOg基質(zhì)(用干物質(zhì)表示)，480FPU (纖維素酶)，1000 υ(β-葡萄糖苷酶)。ρΗ值調(diào)節(jié)為4.8并且溫度調(diào)整為501。在水解72小時(shí) 后，通過離心分離固體殘留物并且在水解產(chǎn)物中形成的糖通過高效液相色譜(HPLC)測(cè)定。 在與第一系列試驗(yàn)相同的條件下進(jìn)行第二系列試驗(yàn)(Α2，Β2, C2)，除了以下方面-試驗(yàn)Β2不添加新鮮酶，但是通過使在試驗(yàn)Bl結(jié)束時(shí)獲得的水解產(chǎn)物與新的基質(zhì) 再接觸來使可溶的酶再循環(huán)，并且在試驗(yàn)Bl結(jié)束時(shí)獲得的固體殘留物的100%被再循環(huán)，-試驗(yàn)C2通過加入1000IU的新鮮β-葡萄糖苷酶與試驗(yàn)Β2同樣地進(jìn)行。在與第二系列試驗(yàn)嚴(yán)格相同的條件下進(jìn)行第三和最后系列試驗(yàn)(A3，Β3, C3)。得到的結(jié)果如表1所示。由在最終水解產(chǎn)物中存在的測(cè)定的糖測(cè)量每個(gè)系列試驗(yàn) 后所生產(chǎn)的糖。對(duì)于系列B和C，通過對(duì)酶促水解開始時(shí)存在的糖計(jì)量來進(jìn)行在第2和第3 系列試驗(yàn)所生產(chǎn)的糖的定量(在固體殘留物中所含的糖)。
權(quán)利要求
一種由木質(zhì)纖維素基質(zhì)通過酶促水解生產(chǎn)甜汁的方法，其中纖維素酶的補(bǔ)充是在反應(yīng)器(2)中用承載的β 葡萄糖苷酶進(jìn)行的，所述反應(yīng)器(2)獨(dú)立于木質(zhì)纖維素酶促水解反應(yīng)器(1)，其中預(yù)先進(jìn)行了預(yù)處理的所述基質(zhì)與纖維素酶溶液接觸，在反應(yīng)器(1)的出口得到的水解產(chǎn)物H1輸送到獨(dú)立的裝置，以在輸送到反應(yīng)器(2)之前抽提纖維素酶，所述方法包括木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化階段、甜汁生產(chǎn)階段和完全排空反應(yīng)器的階段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在反應(yīng)器(1)的出口得到的水解產(chǎn)物輸送到超濾膜 (7)，以抽提纖維素酶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的方法，其中在轉(zhuǎn)化階段來自反應(yīng)器(2)的水解產(chǎn)物流(Η2)的主要部分，優(yōu)選來自反應(yīng)器(2)的水解產(chǎn)物流(Η2)的全部被重新注入反應(yīng)器 ⑴。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任一項(xiàng)所述的方法，其中甜汁生產(chǎn)階段以連續(xù)或分批模式進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的方法，其中甜汁生產(chǎn)階段以連續(xù)模式進(jìn)行，水解 產(chǎn)物(Η2)被分成至少兩股流(H2a)和(H2b)，流(H2a)被連續(xù)地投入接觸器(5)，并且流 (H2b)被重新注入反應(yīng)器(1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中流(H2a)在設(shè)備(5)中與新的木質(zhì)纖維素基質(zhì)接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中來自接觸器(5)的用纖維素酶(SE)浸漬的新的基 質(zhì)在被輸送到反應(yīng)器(1)之前與水解產(chǎn)物(H3)分離。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的方法，其中甜汁生產(chǎn)階段以分批模式進(jìn)行，第一階 段在于排空反應(yīng)器，在此階段來自反應(yīng)器(2)的水解產(chǎn)物流(H2)被輸送 到接觸器(5)，在其 中它與新的木質(zhì)纖維素基質(zhì)接觸，并且第二階段在于通過將用纖維素酶(SE)浸漬的新的 基質(zhì)投入反應(yīng)器(1)重新開始。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8任一項(xiàng)所述的方法，其中在完全排空反應(yīng)器(1)的階段，在反應(yīng) 器(1)中包含的反應(yīng)混合物被輸送到過濾介質(zhì)(6)，在其中固體殘留物(R)被分離，然后輸 送到分離裝置(7)，在其出口由甜汁構(gòu)成的液體部分(H4)被獲得并且可能地被輸送到反應(yīng) 器(2) ο
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在酶促水解起始階段通過重新引入新鮮的纖維 素酶和新的基質(zhì)，液體部分(H4)被全部地或部分地重新引入反應(yīng)器(1)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中液體部分(H4)被輸送到接觸器(5)以浸漬新的基質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1 11任一項(xiàng)所述的方法，其中反應(yīng)器(1)和(2)的溫度和/或pH 操作條件是不同的。
13.用于由木質(zhì)纖維素基質(zhì)通過酶促水解生產(chǎn)甜汁的裝置，其包括-至少一個(gè)第一木質(zhì)纖維素酶促水解反應(yīng)器(1)，所述反應(yīng)器(1)裝備了以下用于引 入基質(zhì)和纖維素酶溶液的至少一條管線，用于排出轉(zhuǎn)化的汁(Hl)并將其輸送到在反應(yīng)器 (1)出口配置的至少一個(gè)過濾介質(zhì)(3)的至少一條管線，和至少一個(gè)分離裝置(7)，其優(yōu)選 是用于由水解產(chǎn)物抽提纖維素酶的超濾膜， -可能地在第一反應(yīng)器出口處的熱交換器，-至少一個(gè)第二反應(yīng)器(2)，其包括承載的葡萄糖苷酶，通過至少一條管線連接至少一個(gè)分離裝置(7)，所述反應(yīng)器(2)在其出口處配備了至少一個(gè)過濾介質(zhì)(4)和用于抽提 流(H2)的至少一條管線，所述流(H2)由缺乏可溶性低聚物的水解產(chǎn)物構(gòu)成，-用于將至少部分流(H2)投入接觸器(5)的至少一條管線，和用于將至少部分流(H2) 返回到反應(yīng)器(1)的至少一條管線，-至少一個(gè)接觸器(5)，其裝備了以下用于引入新的基質(zhì)的至少一條管線，用于抽提 所生產(chǎn)的甜汁(H3)的至少一條管線，和用于排出纖維素酶浸漬的新的基質(zhì)并將其投入反 應(yīng)器(1)的至少一條管線。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其特征在于，其包含在完全排空反應(yīng)器(1)的階段使用的 至少一個(gè)過濾介質(zhì)(6)，用于抽提固體殘留物(R)的至少一條管線，用于抽提所生產(chǎn)的甜汁 流(H4)的至少一條管線，和可能地用于將流(H4)投入反應(yīng)器(2)的至少一條管線。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中包含β-葡萄糖苷酶的反應(yīng)器(2) 為移動(dòng)床或攪動(dòng)漿料型反應(yīng)器，或固定床反應(yīng)器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中過濾介質(zhì)(4)是在反應(yīng)器(2)中配置的格柵或 防護(hù)床。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由木質(zhì)纖維素基質(zhì)生產(chǎn)甜汁的方法，其中，酶促水解通過在反應(yīng)器中用承載的β-葡萄糖苷酶補(bǔ)充纖維素酶進(jìn)行，所述反應(yīng)器獨(dú)立于木質(zhì)纖維素酶促水解反應(yīng)器。
文檔編號(hào)C12P7/02GK101998996SQ200880120889
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2008年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者D·卡薩納夫, N·洛佩茲弗雷拉 申請(qǐng)人:Ifp公司