CN103201395B - 糖混合物及其生产和使用方法 - Google Patents

糖混合物及其生产和使用方法 Download PDF

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Abstract

一种糖混合物，包含：单糖；与总糖的比例≥0.06的寡糖；与总糖的比例≥0.05的二糖；与总糖的比例≥0.05的戊糖；至少一种α键合的二葡萄糖；和至少一种β键合的二葡萄糖。还公开了制备和/或使用此类混合物的方法。

Description

糖混合物及其生产和使用方法
相关申请
根据35U.S.C.§119(e)和§363的规定，本申请要求以下申请的权益：
AharonEYAL在2010年6月26日提交的US61/358,894，名称为“FermentationFeedstockPrecursorandMethodsfortheProductionThereof”；和
RobertJANSEN等在2011年5月30日提交的US61/491,243，名称为“LigninCompositions，SystemsandMethodsforProcessingLigninand/orHCl”；和
AharonEYAL等在2011年6月23日提交的US61/500,169，名称为“SugarMixturesandMethodsforProductionandUsethereof”；
根据35U.S.C.§119(a)和/或§365(b)的规定，本申请要求以下申请的优先权：
AharonEYAL在2010年7月8日提交的在先以色列申请IL206896，名称为“FermentationFeedstockPrecursorandMethodsfortheProductionThereof”；和
AharonEYAL等在2010年7月29日提交的在先以色列申请IL207313，名称为“MethodsfortheProductionofaFermentationFeedstock”；和
AharonEYAL等在2011年2月6日提交的在先PCT申请IL2011/000130，名称为“MethodsfortheSeparationofHClfromaCarbohydrateandCompositionsProducedthereby”，它对应于在2011年2月1日提交的IL210998。
这些优先权文件各自通过引用完全并入。
本申请也涉及以下共同未决的申请，它们各自通过引用完全并入本文：
AharonEYAL在2011年4月7日提交的US61/473,134，名称为“LignocelluloseConversionProcessesandProducts”；和
AharonEYAL在2011年5月7日提交的US61/483,663，名称为“LignocelluloseConversionProcessesandProducts”
RobertJANSEN等在2011年5月9日提交的US61/483,777，名称为“HydrolysisSystemsandMethods”；和
RobertJANSEN等在2011年5月18日提交的US61/487,319，名称为“HydrolysisSystemsandMethods”；和
AharonEYAL在2011年2月6日提交的在先以色列申请IL211093，名称为“AMethodforProcessingaLignocellulosicMaterialandfortheProductionofaCarbohydrateComposition”。
技术领域
本发明涉及糖及其生产和使用。
背景技术
碳水化合物转化工业规模巨大并且快速增长。目前，每年发酵大约1亿吨碳水化合物，主要用于提供燃料级的乙醇。预计这一数目在接下来的十年内将增至三倍。
每年还发酵数百万吨碳水化合物来提供食品和饲料产品，例如柠檬酸和赖氨酸。用来生产其它产品例如用于聚合物工业的单体(例如用于生产聚交酯的乳酸)的发酵也是巨大且不断增长的。
发酵培养基通常除了碳水化合物和/或另一种碳源以外还包含其它营养物和因子，例如氮源、矿物质、维生素和生长因子。在一些情况下，发酵培养基包含充分确定的化学品。在其它情况下，并入各种制品(例如酵母提取物或胰蛋白胨培养液)但并未完全了解制品中各组分的作用。这些制品中的一些来自天然来源，例如提取物。这些制品中的一些具有相对较高的成本。
随着分子生物学技术的出现，出现了基于遗传修饰的微生物的新一代工业发酵，其也称作转化。在一些情况下，这些微生物依赖于诱导型启动子来诱导特定基因。一些诱导型启动子响应于特定的糖。
虽然先前已描述了通过多糖的酶催化和/或酸催化水解以及木质纤维素材料的热解将木质纤维素材料转化为碳水化合物，但是提出的技术的工业规模应用仍存在尚待克服的技术问题。半纤维素的水解相对容易，但纤维素(通常超过总多糖的50％)的水解由于其部分晶体结构而较为困难。
本申请涉及根据Hoy内聚力参数δ-P和/或δ-H定义的多种溶剂。作为综述：
δ-P是Hoy内聚力参数的极性相关组分，而δ-H是Hoy内聚力参数的氢键结合相关组分。
如上面提及的内聚力参数，或溶解度参数，被Hildebrand定义为内聚能密度的平方根：
δ = ΔE vap V
其中ΔEvap和V分别是蒸发的能量或热量和液体的摩尔体积。Hansen将原始的Hildebrand参数扩展为三维内聚力参数。根据这一概念，总溶解度参数δ分成与特定分子间相互作用有关的三个不同的组分或部分溶解度参数：
δ2＝δd 2+δp 2+δh 2
其中δ-D、δ-P和δ-H分别是分散度、极性和氢键结合组分。Hoy提出了估算总和部分溶解度参数的系统。这些参数使用的单位是MPa1/2。该参数及其组分的详细解释可在“CRCHandbookofSolubilityParametersandOtherCohesionParameters”，第二版，122-138页找到。该书和其它参考文献提供了许多化合物的参数的表格。另外，提供了计算这些参数的方法。
发明内容
本发明的一些实施方式的一个方面涉及异质糖混合物。本说明书和所附的权利要求书中使用的术语“糖”是指在25摄氏度在水中可溶的单糖和寡糖(二糖或更高级的糖)。在整个本申请中，术语二糖是指糖二聚体，而“高级寡糖”或“高级糖”是指包含三个或更多个糖单元的寡聚体。根据本发明的多种示例性实施方式，二聚体可以是同型二聚体和/或异型二聚体。备选地或此外，高级寡糖可包括相同和/或不同的糖单元。
在本发明的许多示例性实施方式中，糖混合物来自木质纤维素或“木质”底物的酸水解。在本发明的一些示例性实施方式中，酸水解用HCl进行，任选地浓度为37％W/WHCl/[HCl+水]，任选地在相同基础上39％、41％、43％或甚至45％的HCl。在本发明的一些示例性实施方式中，水解在低于50摄氏度、任选地低于40度、任选地低于30度、任选地在25度或更低的温度下进行。在本发明的一些示例性实施方式中，水解的至少一部分在20度或更低、任选地15度或更低进行。
根据本发明的多种示例性实施方式，糖混合物作为糖浆和/或液体提供，任选地包含来自水解的残留酸。这样的糖浆/液体中的总糖浓度可以是15、20、25、30、35、40、45或50％重量比，或者介于中间的或更高的百分比。任选地，混合物作为干晶体提供。
在本发明的一些示例性实施方式中，混合物中寡糖与总糖的百分比大于4％、任选地6％、任选地8％、任选地10％、任选地15％，或者介于中间的或更大的百分比。
在本发明的一些示例性实施方式中，混合物中二糖与总糖的百分比大于3％、任选地5％、任选地7％、任选地10％，或者介于中间的或更大的百分比。
“二糖”表示通过α键或通过β键连接的或者通过分子上的不同羟基键合的两个糖，及其组合。
在本发明的一些示例性实施方式中，混合物中戊糖与总糖的百分比大于3％、任选地5％、任选地7％、任选地10％，或者介于中间的或更大的百分比。任选地，至少一部分戊糖作为二糖或更长的寡糖的部分存在。
根据本发明的多种示例性实施方式，混合物包含至少一种α键合的二葡萄糖和/或至少一种β键合的二葡萄糖。任选地，至少一部分二葡萄糖作为高级寡糖的部分存在。
在本发明的一些示例性实施方式中，残留酸(例如HCl)可存在于混合物中。本发明的多种示例性实施方式涉及去除该残留酸的方式。任选地，此类去除有助于用于下游过程(例如发酵)的附加价值。在本发明的一些示例性实施方式中，残留酸的去除涉及用包含醇的萃取剂萃取。任选地进行两次或更多次萃取。在本发明的一些示例性实施方式中，萃取中的至少一次使用两种溶剂类型的混合物。
本发明的一些实施方式的另一个方面涉及在HCl中水解木质纤维素底物，以形成包含至少20％、任选地25％、任选地30％重量比的总糖∶(总糖+水)的水解产物，并在增加糖浓度的同时脱酸水解产物。任选地，糖浓度增加到35、40、45或50％或者更大或介于中间的百分比。在本发明的一些示例性实施方式中，脱酸的水解产物中的二糖是总糖的至少5％、任选地10％、任选地20％、任选地30％，或者介于中间的或更大的百分比。任选地，脱酸的水解产物中的一部分糖可以被酶消化。
本发明的一些实施方式的另一个方面涉及在发酵罐中发酵这样的糖混合物，以生产所需发酵产物或“转化产物”。任选地，发酵产物可包括醇、羧酸、氨基酸、用于生产工业上重要的聚合物的单体和蛋白质中的一种或多种。在本发明的一些示例性实施方式中，生产发酵产物，然后将其转化成单体(例如，将3-羟基-丙酸转化成丙烯酸，然后聚合)。在本发明的其它示例性实施方式中，直接生产单体(例如作为聚交酯的来源的乳酸)。
任选地，蛋白质是由遗传修饰的微生物产生的异源蛋白质。此类异源蛋白质包括但不限于激素、酶(例如纤维素酶)、生长因子、细胞因子和抗体。任选地，抗体是包含非免疫球蛋白域的融合蛋白。
本发明的一些实施方式的一个额外方面涉及混合物中一部分糖的酶水解。对于本说明书和所附的权利要求书，术语“酶”表示单一酶或者包含两种或更多种酶的混合物。任选地，与精确的分子定义相反，酶作为粗制品(例如细胞提取物)提供，其以活性类型和/或水平表征。根据本发明的多种示例性实施方式，使用能够水解α和/或β键的酶。任选地，对所需键类型的特异性可通过选择适当的酶和/或选择合适的反应条件来达到。在本发明的一些示例性实施方式中，通过这一酶处理，混合物中至少10％的二糖转化成单糖。备选地或此外，混合物中至少10％的寡糖经酶水解释放额外的单糖。在本发明的一些示例性实施方式中，酶被固定化。任选地，固定化可以在珠和/或膜上。在本发明的一些示例性实施方式中，固定化有助于增加每单位酶的酶水解产物的产率。
对于本说明书和所附的权利要求书，“S1溶剂”或“S1”是水溶性低于15％的有机溶剂，其特征在于Hoy内聚力参数的极性相关组分(δ-P)在5到10MPa1/2之间和/或Hoy内聚力参数的氢键结合相关组分(δ-H)在5到20MPa1/2之间。在本发明的一些示例性实施方式中，HCl在与其接触时倾向于选择性转移到S1溶剂中。
对于本说明书和所附的权利要求书，“S2溶剂”或“S2”是具有至少30％的水溶性的有机溶剂，其特征在于δ-P大于8MPa1/2和/或δ-H大于12MPa1/2。在本发明的一些示例性实施方式中，HCl在与其接触时倾向于选择性转移到同时包含S1和S2溶剂的萃取剂中。
对于本说明书和所附的权利要求书，“萃取”表示让萃取剂与底物接触，然后分离萃取的底物和萃取物。
根据本发明的多种示例性实施方式，萃取可以对指出的流或部分本身，或者对于改变过的流或部分进行。任选的改变包括但不限于稀释、浓缩、与另一流或部分混合、温度调节和过滤。任选地，在萃取前可以进行两次或更多次改变。
“木质材料”或“木质纤维素材料”是有吸引力且环境友好的糖生产底物，因为它们由可再生资源获得。许多非食品的木质纤维素材料是可溶的碳水化合物的潜在来源。这些木质纤维素材料包括但不限于木材和木材加工的副产品(例如木片、锯屑和刨花)以及来自农产品的残留植物材料和造纸工业副产品(例如包含纤维素的残渣和/或纸浆)。
来自农产品的残留植物材料包括加工副产品和田地残留物。
加工副产品包括但不限于玉米芯、甘蔗渣、甜菜渣、来自棕榈油生产的空果串、秸秆(例如麦秸或稻秸)、大豆壳、来自植物油工业的残留粕(例如大豆、花生、玉米或油菜籽)、麦麸和来自啤酒与葡萄酒工业的发酵残渣。
田地残留物包括但不限于玉米秸秆、收获后的棉花植株、收获后的大豆灌木和收获后的油菜植株。
木质纤维素材料也包括“能源作物”，例如柳枝稷和扫帚草，它们生长快速并生成低成本的生物质，特别是作为碳水化合物的来源。
这些木质纤维素的碳水化合物来源含有纤维素、半纤维素和木质素作为其主要组分，而且还包含矿物盐(灰)和亲脂性有机化合物，例如妥尔油。这些非碳水化合物材料的程度和类型可以在可溶碳水化合物的生产中造成技术问题。
木质纤维素材料通常在干物质基础上包含65-80％的纤维素和半纤维素。纤维素和半纤维素是如果水解可释放适合发酵和/或化学转化为目标产物的碳水化合物的多糖。木质素通常耐受酸水解。
将意识到，上面描述的各个方面涉及技术问题的解决方案，该技术问题与获得二糖和/或更高级寡聚体相对于通过木质纤维素底物的酸水解而生产的总糖的特定比例相关。
备选地或此外，将意识到，上面描述的各个方面涉及技术问题的解决方案，该技术问题与包含特定二糖和/或更高级寡聚体的确定的糖混合物的需求相关。在许多情况下，这一“需求”由具体的下游应用所限定。
在本发明的一些示例性实施方式中，提供了一种糖混合物，其包含：(i)单糖；(ii)寡糖，与总糖的比例≥0.06；(iii)二糖，与总糖的比例≥0.05；(iv)戊糖，与总糖的比例≥0.05；(v)至少一种α键合的二葡萄糖；和(vi)至少一种β键合的二葡萄糖。
任选地，混合物含有与总糖的比例≤0.2的高级寡糖。
任选地，混合物含有的α键合的二葡萄糖和β键合的二葡萄糖中的至少一种相对于总糖的比例≥0.01。
任选地，混合物含有的α键合的二葡萄糖和β键合的二葡萄糖中的至少一种相对于总糖的比例≥0.03。
任选地，α键合的二葡萄糖包括麦芽糖、异麦芽糖和海藻糖中的至少一个成员。
任选地，β键合的二葡萄糖包括选自龙胆二糖、槐糖和纤维二糖的至少一个成员。
在本发明的一些示例性实施方式中，提供了一种方法，其包括(a)在以HCl∶(HCl+水)≥0.37的比例包含HCl的培养基中水解木质纤维素材料，以形成包含的总糖与(总糖+水)的比例≥0.20重量比的水解产物；(b)对该水解产物进行脱酸，以形成脱酸的水解产物，该脱酸的水解产物包含：(i)总糖，与(总糖+水)的比例≥0.35，和；(ii)总二糖，与总糖的比例≥0.05；以及(c)调节脱酸的水解产物的组成，以形成根据权利要求1-6中的任一项的混合物。
在本发明的一些示例性实施方式中，提供了一种方法，其包括
(a)在以HCl∶(HCl+水)≥0.37重量比的比例包含HCl的培养基中水解木质纤维素材料，以形成包含的总糖与(总糖+水)的比例≥0.20重量比的水解产物；(b)对该水解产物脱酸，以形成包含如上所述的混合物的脱酸的水解产物。
任选地，水解以逆流操作模式进行。
任选地，水解在低于25℃的温度下进行。
任选地，木质纤维素材料包括软木，例如松木。
任选地，脱酸包括用包含醇的萃取剂选择性萃取HCl和水。
任选地，脱酸在低于80℃的温度下进行。
在本发明的一些示例性实施方式中，提供了一种方法，其包括：(i)提供包含HCl和根据权利要求1-6中任一项的糖混合物的制品，和(ii)对该制品进行脱酸，以形成脱酸的制品。
任选地，脱酸包括用包含醇的萃取剂选择性萃取HCl。
任选地，脱酸在低于80℃的温度下进行。
在本发明的一些示例性实施方式中，提供了一种方法，其包括：
(a)提供发酵罐；和(b)在发酵罐中发酵包含如上所述的糖混合物的培养基，以生产发酵产物。
在本发明的一些示例性实施方式中，提供了一种方法，其包括：(a)提供发酵罐；和(b)发酵包含如上所述的脱酸的水解产物或如上所述的脱酸的制品的培养基，以生产发酵产物。
任选地，发酵产物包括选自醇、羧酸、氨基酸、用于聚合物工业的单体和蛋白质的至少一个成员。
任选地，该方法包括加工发酵产物，以生产选自洗涤剂、基于聚乙烯的产品、基于聚丙烯的产品、基于聚烯烃的产品、基于聚乳酸(聚交酯)的产品、基于聚羟基链烷酸酯的产品和基于聚丙烯酸的产品的消费产品。
任选地，洗涤剂包括基于糖的表面活性剂、基于脂肪酸的表面活性剂、基于脂肪醇的表面活性剂或源自细胞培养物的酶。
任选地，基于聚丙烯酸的产品选自塑料、地板蜡、地毯、油漆、涂料、粘合剂、分散体、絮凝剂、弹性体、丙烯酸玻璃、吸收制品、失禁垫、卫生棉、女性卫生用品和尿布。
任选地，基于聚烯烃的产品选自牛奶壶、洗涤剂瓶、人造黄油容器、垃圾容器、水管、吸收制品、尿布、无纺布、HDPE玩具和HDPE洗涤剂包装。
任选地，基于聚丙烯的产品选自吸收制品、尿布和无纺布。
任选地，基于聚乳酸的产品选自农产品和乳制品的包装、塑料瓶、生物可降解产品和一次性用品。
任选地，基于聚羟基链烷酸酯的产品选自农产品的包装、塑料瓶、涂料纸、模塑或挤压制品、女性卫生用品、棉塞施用器、吸收制品、一次性无纺布和湿巾、医疗外科服装、粘合剂、弹性计、薄膜、涂料、水性分散剂、纤维、药物和粘合剂的中间体。
任选地，发酵产物包括乙醇、丁醇、异丁醇、脂肪酸、脂肪酸酯、脂肪醇和生物柴油中的至少一个成员。
任选地，该方法包括加工发酵产物，以生产选自异丁烯缩合产物、喷气燃料、汽油、含醇汽油(gasoho1)、柴油燃料、替代型燃料(drop-infuel)、柴油燃料添加剂及其前体的至少一种产品。
任选地，含醇汽油是富含乙醇的汽油或富含丁醇的汽油。
任选地，产品选自柴油燃料、汽油、喷气燃料和替代型燃料。
在本发明的一些示例性实施方式中，提供了由如上所述的发酵产物生产的消费产品、消费产品的前体或消费产品的成分。
在本发明的一些示例性实施方式中，提供了消费产品、消费产品的前体或消费产品的成分，其包含至少一种由如上所述的方法生产的发酵产物，其中该发酵产物选自羧酸和脂肪酸、二羧酸、羟基羧酸、羟基二羧酸、羟基-脂肪酸、丙酮醛、一元醇、二元醇或多元醇、烷烃、烯烃、芳烃、醛、酮、酯、生物聚合物、蛋白质、肽、氨基酸、维生素、抗生素和药物。
任选地，产品是富含乙醇的汽油、喷气燃料或生物柴油。
在本发明的一些示例性实施方式中，提供了如上所述的消费产品、消费产品的前体或消费产品的成分，其中消费产品具有约2.0x10-13或更大的碳-14∶碳-12比例。
任选地，消费产品包含如上所述的成分和由木质纤维素材料以外的原材料生产的额外成分。
任选地，该成分和由木质纤维素材料以外的原材料生产的额外成分基本上具有相同的化学组成。
任选地，可消费的产品以至少100ppb的浓度包含标记分子。
任选地，标记分子选自糠醛、羟基-甲基糠醛、糠醛或羟基-甲基糠醛的缩合产物、源自糖的焦糖化反应的有色化合物、乙酰丙酸、乙酸、甲醇、半乳糖醛酸和甘油。
在本发明的一些示例性实施方式中，提供了一种方法，其包括：
(a)对包含的总糖∶(总糖+水)的比例≥0.20重量比的酸水解产物进行脱酸，以生产总糖与(总糖+水)的比例≥0.35的糖混合物；该混合物包含单糖，该混合物的二糖∶总糖比例≥0.05；和(b)用能够催化混合物中α键的水解的酶对该混合物进行酶水解，使得至少10％的二糖转化成单糖；和(c)使至少一部分糖转化成转化产物。
任选地，糖混合物包含高级寡糖。
任选地，至少10％的高级寡糖得到水解。
任选地，酸水解产物是逆流水解的结果。
任选地，酸水解产物是在低于25℃的温度下进行的水解的结果。
任选地，脱酸包括用包含醇的萃取剂萃取。
任选地，脱酸在低于80℃的温度下进行。
任选地，酶水解包括使用能够催化β键的水解的酶。
任选地，酶包括至少一种选自淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶、转葡糖苷酶、葡糖淀粉酶、α-葡糖苷酶和支链淀粉酶的酶。
任选地，酶水解包括使用固定化的酶。
任选地，至少一部分转化与酶水解同时进行。
任选地，酶水解期间总糖∶(总糖+水)的比例≥0.15。
任选地，酶水解包括混合物和微生物一起孵育。
任选地，转化包括发酵。
任选地，糖混合物包含至少一种戊糖，其与总糖的比例≥0.05。
任选地，脱酸包括用包含S1溶剂的第一萃取剂萃取水解产物，以形成含有HCl的第一萃取物和排除HCl的糖溶液。
任选地，脱酸包括色谱分离已排除HCl的糖溶液，以产生富含单糖的单体部分(cut)以及富含二糖和高级寡糖的酸部分。
任选地，脱酸包括后续用包含S1和第二溶剂(S2)的第二萃取剂萃取已排除HCl的糖溶液。
任选地，萃取和后续萃取的S1各自独立地包括选自具有至少5个碳原子的醇、酮和醛及其组合的至少一个成员。
任选地，第二萃取剂的特征在于以下至少一项：
其δ-P比第一萃取剂的δ-P至少大0.2MPa1/2；和
其δ-H比第一萃取剂的δ-H至少大0.2MPa1/2。
任选地，S2包括选自C1-C4一元醇或多元醇、醛和酮的至少一个成员。
任选地，糖混合物中HCl与总糖的比例≤0.03重量比。
除非另外定义，本文使用的所有技术和科学术语具有的含义与本发明所属领域中的普通技术人员所一般理解的相同。虽然下面描述了合适的方法和材料，但与本文描述的那些类似或等同的方法和材料可用于本发明的实践中。在冲突的情况下，将以包括定义的专利说明书为准。所有的材料、方法和示例都仅是说明性的，而并非意在限制。
本文使用的术语“包含”和“包括”或其语法变形将被认为是指明包括所述的特征、整数、作用、比例或成分，而不排除一个或多个额外的特征、整数、作用、比例、成分或其群组的增加。该术语比由美国专利与商标局的专利审查程序手册所定义的术语“由...组成”和“基本上由...组成”范围更宽而且包括这两个术语。
术语“方法”是指完成指定任务的方式、手段、技术和程序，包括但不限于建筑学和/或计算机科学从业者已知或由已知方式、手段、技术和程序轻易开发的那些方式、手段、技术和程序。
糖(糖类)与总混合物的百分比(％)和/或比例，以及各种糖彼此的比例(例如单糖与二糖)，除非另外指出，是W/W(重量/重量)。除非另外指出，HCl的百分比(％)和/或比例也表示为W/W(重量/重量)。
附图说明
为了理解本发明并了解它在实践中可如何执行，现在参考附图描述实施方式，其仅作为非限制性示例。在附图中，在超过一幅附图中出现的相同及类似的结构、元件或其部分，一般在其出现的附图中用相同或类似的标记来标注。附图中显示的组分和特征的尺寸首先为了方便和展示的清晰度而选择，不一定按特定比例。附图是：
图1是说明本发明的一些示例性实施方式的工业环境的系统的示意概图；
图2a和2b各自是根据本发明的示例性实施方式的方法的简化流程图；
图3是根据本发明的一个示例性实施方式的方法的简化流程图；
图4a和4b各自是根据本发明的示例性实施方式的方法的简化流程图；
图5是根据本发明的一个示例性实施方式的方法的简化流程图；且
图6是根据本发明的一个示例性实施方式详述的，在图5中描述的方法的一部分的简化流程图。
具体实施方式
本发明的实施方式涉及糖混合物、其制备和使用。特别地，本发明的一些实施方式可用作微生物发酵的底物。任选地，选择所使用的特定微生物，以利用混合物中存在的一种或多种糖。备选地或此外，本发明的一些实施方式涉及混合物内一种或多种成分比例的调节，使得混合物对于特定下游应用更有价值。
对于根据本发明的示例性实施方式的方法，参考附图和伴随的描述可更好地理解其原理和操作。
在详细解释本发明的至少一个实施方式之前，应当理解本发明其应用不限于以下描述中阐述的或由实施例例示的细节。本发明能够具有其它实施方式或者以多种方式实践或执行。同样地，应当理解本文使用的措辞和术语是为了描述目的，而不应当视为限制。
示例性系统的概述
图1是用于木质纤维素底物酸水解的系统的简化示意图，该系统整体标示为100。所示的系统100包括适合接收木质纤维素底物输入112的主要水解反应器110。任选地，底物112作为木片提供，虽然任何如背景部分描述的“木质材料”都可用来代替木材。
在反应器110中底物112与浓HCl溶液接触，而且底物中的半纤维素和/或纤维素水解，从而产生可溶性糖和残留木质素的混合物。这些材料分别作为木质素流120和糖混合物130收集，其各自包含大量HCl。
因为酸充当了催化剂，它在该过程中未消耗。另外，为了使其能够使用，产物和联产物(co-product)的残留酸含量应当是低的。应当在使热降解最小化的条件下，从水解产物回收酸。
示例性水解方法和系统的细节在共同未决的美国临时申请61/483,777和61/487,319中详细描述，它们各自通过引用完全并入本文。
本申请主要涉及糖混合物130的加工。加工包括HCl的去除和/或混合物的调节，以达到混合物组分(例如二糖和/或单糖)的一个或多个所需比例。这一加工在一般在此称作200的糖精炼模块中进行。
任选地，从木质素流120中回收额外的糖混合物，如在共同未决的美国临时申请US61/491,243中描述的，其通过引用完全并入本文。在本发明的一些示例性实施方式中，这一额外的糖混合物按路被输送至精炼模块200。根据本发明的多种示例性实施方式，这一额外的糖混合物增加了总糖产率和/或改变了混合物的组成。
如下文将更详细解释的，精炼模块200使用有机溶剂流155(实线箭头)从糖混合物130中萃取HCl140(虚线箭头)。
脱酸的糖230是精炼模块200的主要产物。模块200也生产HCl140与溶剂155相混合的流(为了清晰起见，分别描述为平行的虚线和实线箭头)，其按路线送至溶剂/HCl回收模块150。回收模块150从溶剂155中分离HCl140。在本发明的一些示例性实施方式中，通过蒸馏来分离。将HCl140回收至水解反应器110中，而溶剂155回收至精炼模块200中。
脱酸的糖230可如下文描述地用于多种工业转化过程中。任选地，在如下面描述的那些转化过程之前，对脱酸的糖230进行额外的调节。
示例性糖混合物：
本发明的一些示例性实施方式涉及糖混合物。在本发明的一些示例性实施方式中，该混合物的特征为：包含单糖(例如己糖，例如葡萄糖和/或半乳糖和/或甘露糖)，且寡糖∶总糖比例≥0.06。任选地，混合物包含二糖，且二糖∶总糖比例≥0.05。任选地，混合物包含戊糖(例如木糖和/或阿拉伯糖和/或核糖和/或来苏糖)，且戊糖∶总糖比例≥0.05。在本发明的一些示例性实施方式中，混合物包含至少一种α键合的二葡萄糖(与葡萄糖键合的葡萄糖)和/或至少一种β键合的二葡萄糖。任选地，混合物的特征在于高级寡糖∶总糖的比例≤0.2。
根据本发明的多种示例性实施方式，α键合的二葡萄糖包括麦芽糖、异麦芽糖和海藻糖中的一种或多种，而且β键合的二葡萄糖包括龙胆二糖、槐糖和纤维二糖中的一种或多种。
在本发明的一些示例性实施方式中，所述α键合的二葡萄糖和所述β键合的二葡萄糖中的至少一种相对于总糖含量的比例≥0.01，任选地≥0.03。
在本发明的一些示例性实施方式中，α键合的二葡萄糖包括麦芽糖和/或异麦芽糖和/或海藻糖和/或曲二糖和/或黑曲霉糖。在本发明的一些示例性实施方式中，β键合的二葡萄糖包括龙胆二糖和/或槐糖和/或纤维二糖和/或昆布二糖和/或β-海藻糖。
在本发明的一些示例性实施方式中，α键合的二葡萄糖和/或β键合的二葡萄糖相对于总糖的比例是至少0.01、任选地至少0.02、任选地至少0.03。
根据一些示例性实施方式，混合物包含多种α键合的二葡萄糖，而且这些二葡萄糖的组合与总糖的比例至少为0.03。根据又一个实施方式，混合物包含多种β键合的二葡萄糖，而且这些β键合的二葡萄糖的组合与总糖的比例至少为0.03。
制备此类混合物的示例性方法：
图2a是描述制备如上所述的糖混合物的示例性方法的简化流程图，该方法整体标示为202。根据描述的方法，木质纤维素材料在HCl中水解210。在本发明的一些示例性实施方式中，水解210使用包含的HCl∶(HCl+水)比例≥0.37重量比的培养基。水解210产生包含的总糖∶(总糖+水)≥0.20重量比的水解产物212。描述的方法也包括对水解产物212进行脱酸220，从而形成脱酸的水解产物222，其包含的：(i)总糖∶(总糖+水)比例≥0.35，和；(ii)总二糖∶总糖比例≥0.05。任选地，由脱酸220导致的糖浓度的增加有助于价值的增加。
方法202也包括对脱酸的水解产物222的组成进行调节230，以形成如上所述的糖混合物。根据本发明的多种示例性实施方式，调节230包括但不限于浓缩、稀释、精制、活性炭处理、离子交换色谱法和酶寡聚化(例如形成二聚体)中的一种或多种。任选地，使用糖基转移酶。
图2b是描述制备如上所述的糖混合物的额外示例性方法的简化流程图，该方法整体标示为204。描述的方法204包括水解210以生产如对方法202描述的水解产物212。
但是，在描述的方法204中，对水解产物212进行脱酸225产生脱酸的水解产物，其包含根据如上所述的本发明的一个示例性实施方式的混合物240。
关于方法202和/或204，水解210任选地以逆流操作模式和/或在低于25℃的温度下进行。在本发明的一些示例性实施方式中，水解的木质纤维素材料包括软木，任选地是松木。
根据方法202和/或204的多种示例性实施方式，脱酸220或225包括用醇选择性萃取HCl。在本发明的一些示例性实施方式中，该醇具有低于15％的水溶性，例如具有5到8个碳原子的醇。任选地，一些水用HCl萃取。任选地；脱酸在低于80℃的温度下进行。
示例性脱酸方法
图3是描述对如上所述的糖混合物进行脱酸的示例性方法的简化流程图，该方法整体标示为300。根据描述的方法，提供310包含HCl和如上所述的糖混合物的制品并进行脱酸320。在本发明的一些示例性实施方式中，脱酸320包括用醇选择性萃取HCl。任选地，对于这一萃取，使用己醇或2-乙基-1-己醇。任选地，脱酸320在低于80℃、任选地低于70℃和任选地低于60℃的温度下进行。
本文使用的“选择性萃取”表示萃取物中的HCl/碳水化合物比例大于酸水解产物中的该比例，任选地至少大5倍，任选地至少10倍。
在本发明的一些示例性实施方式中，根据在共同未决的以色列专利申请IL206,152中公开的方法进行脱酸，该申请通过引用完全并入本文。
糖混合物的示例性下游加工
图4a是描述由如上所述的糖混合物生产发酵产物的示例性方法的简化流程图，该方法整体标示为402。根据描述的方法，提供发酵罐410，并且发酵包含如上所述的糖混合物的培养基420，以生产发酵产物430。
图4b是描述由如上所述的糖混合物生产发酵产物的示例性方法的简化流程图，该方法整体标示为404。根据描述的方法，提供发酵罐410，而且发酵包含如上所述的脱酸的水解产物或如上所述的脱酸的制品的培养基422，以生产发酵产物432。
根据本发明的多种示例性实施方式，发酵产物430和/或432包括醇和/或羧酸和/或氨基酸和/或用于聚合物工业的单体和/或蛋白质。
一种常见的发酵产物是乙醇，它可用作例如燃料。例如，乙醇可添加到汽油中以生产“含醇汽油”，例如在美国常见的，或自身用作燃料，如在巴西常见的。
任选地，发酵产物是蛋白质。在本发明的一些示例性实施方式中，该蛋白质是异源蛋白质，而且糖混合物中的二糖触发了包含编码该蛋白质的序列的构建体中可诱导的调节元件。在本发明的一些示例性实施方式中，增加糖混合物中特定二糖的量和/或比例有助于增加420和/或422发酵的培养基中每单位糖混合物的发酵产物430和/或432的产率。
包括酶水解的额外方法
图5是描述用于由如上所述的糖混合物生产转化产物的示例性方法的简化流程图，该方法整体标示为500。根据描述的方法，对包含的总糖∶(总糖+水)≥0.20重量比的酸水解产物(如上所述)进行脱酸510，以生产糖混合物520，该糖混合物520的总糖∶(总糖+水)比例≥0.35，其包含单糖，并且二糖∶总糖比例≥0.05。该混合物是如上所述的示例性糖混合物。
描述的示例性方法500也包括用能够催化混合物中α键的水解酶对糖混合物进行酶水解522，使得至少10％、任选地至少20％、任选地至少30％的二糖转化成单糖。词组“能够催化α键的水解”表示任何对于α键具有至少5％α淀粉酶活性的酶。任选地，至少10％的二糖和高级糖得到水解，从而释放额外的单糖。任选地，高级糖释放额外的二糖。
在本发明的一些示例性实施方式中，进行酶水解522，而无须浓缩稀糖溶液，即在相对较高的糖浓度下进行酶水解。
描述的方法也包括将至少一部分糖转化530成为转化产物540。
根据本发明的多种示例性实施方式，转化包括发酵和/或化学转化。化学转化可以是例如催化转化。
根据本发明的多种示例性实施方式，转化和/或酶水解可各自在多个阶段以各种顺序进行。任选地，一个或多个转化过程在酶水解阶段之间进行。备选地或此外，一个或多个酶水解阶段在转化过程之间进行。
在本发明的一些示例性实施方式中，糖混合物包含具有至少三个糖单元的寡糖。
在本发明的一些示例性实施方式中，初始酸水解产物来自逆流水解。任选地，酸水解在低于25℃的温度下进行。
在本发明的一些示例性实施方式中，脱酸510包括用包含醇的萃取剂萃取。任选地，脱酸510在低于80℃的温度下进行。
在本发明的一些示例性实施方式中，酶水解522包括水解β键。
根据本发明的多种示例性实施方式，酶水解522包括使用根据生物化学和分子生物学国际联盟的命名委员会(NC-IUBMB)的酶命名法推荐，属于EC3.2.1的酶中的至少一种。这一类酶包括但不限于淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶、转葡糖苷酶、葡糖淀粉酶、α-葡糖苷酶和支链淀粉酶。任选地，使用α淀粉酶和/或β淀粉酶和/或1-4α葡糖苷酶。
任选地，这些酶中的一种或多种可作为多酶混合物的一部分和/或包含其它不明确酶的细胞提取物的一部分提供。
在本发明的一些示例性实施方式中，对酶水解522使用固定化的酶。任选地，固定化有助于每个酶分子更大数量的键的水解。
在本发明的一些示例性实施方式中，至少一部分转化操作530与酶水解522同时进行。任选地，这一同步加工阻止了可能不利地影响酶水解动力学的水解产物的逐渐积聚。对于本说明书和所附的权利要求书，术语“同时”以本领域公认的意义使用(即同时糖化和发酵)。
任选地，在酶水解期间，保持总糖∶(总糖+水)的比例≥0.15，任选地≥0.2。
根据一些示例性实施方式，酶水解522包括单一反应，或时间上和/或不同的多个反应，所述多个反应在使用的酶组成和/或温度和/或pH方面不同。
在本发明的一些示例性实施方式中，酶水解522包括用生产所需酶的微生物发酵。
备选地或此外，转化530包括发酵。
任选地，糖混合物520包含至少一种戊糖，且该至少一种戊糖和总糖之间的比例是≥0.05重量比。
示例性脱酸过程
图6是简化流程图，它说明了可实施图5的脱酸操作510的一些示例性方式。
在本发明的描述的示例性实施方式中，脱酸510包括用包含S1溶剂的第一萃取剂对水解产物进行萃取511，以形成含有HCl的第一萃取物612和排除HCl的糖溶液614。任选地，第一萃取剂包含70、80、90、95或基本100％的S1溶剂。但是，HCl可能会以不可接受的水平存在于糖溶液614中。如果情况是那样的话，可以任选地使用一种或多种额外的分离策略。
根据本发明的多种示例性实施方式，已排除HCl的糖溶液614中的残留HCl通过色谱被分离620和/或通过用包含S1和第二溶剂(S2)的第二萃取剂后续萃取630而去除。任选地，第二萃取剂中的总溶剂浓度是50、60、70、80、90、95％或基本为100％或介于中间的百分比。
在本发明的使用色谱分离620的那些示例性实施方式中，糖溶液614被分离成包含HCl的、相对于总糖富含二糖和高级糖的“酸部分”624，和相对于总糖富含单糖的“单体部分”622。在本发明的一些示例性实施方式中，酸部分624进行进一步处理，以分离糖和HCl，和/或以调节单糖与总糖的配比。示例性色谱分离技术在共同未决的申请IL211093中公开，其通过引用完全并入本文。
在本发明的使用后续萃取630的那些示例性实施方式中，存在HCl向第二萃取剂的选择性转移，以形成第二萃取物634和脱酸的水解产物520，后者在此描述为脱酸的糖混合物632。示例性的后续萃取技术在共同未决的PCT申请IL2011/000130中公开，其通过引用完全并入本文。
任选地，在初始萃取511和后续萃取630中使用的S1溶剂包含相同溶剂和/或不同溶剂。在本发明的示例性实施方式中使用的S1溶剂包括但不限于具有至少5个碳原子的醇(例如己醇和2-乙基己醇)、酮和醛及其组合。
在本发明的一些示例性实施方式中，第二萃取剂的特征在于其δ-P比第一萃取剂的δ-P至少大0.2MPa1/2和/或其δ-H比第一萃取剂的δ-H至少大0.2MPa1/2。
根据本发明的多种示例性实施方式，S2包括选自C1-C4一元醇或多元醇、醛和酮的至少一个成员。
在本发明的一些示例性实施方式中，脱酸的水解产物520和/或632中的HCl∶总糖比例≤0.03重量比。
下游加工的示例性工业环境
可溶碳水化合物的潜在下游应用包括但不限于生物燃料(例如乙醇、丁醇或烃)的生产、在食品工业中的应用(例如发酵成柠檬酸或黄原胶，以及木糖转化成木糖醇，以用作人造甜味剂)和工业上有用的单体。
因为为替代燃料例如脂肪酸酯和烃(直接通过发酵形成或通过发酵产物的转化来生产)的生产开发了新工艺，预期对可溶碳水化合物的需求增加。
作为示例，根据本发明的多种示例性实施方式的糖混合物预期在使用诱导型启动子的发酵罐(例如在US7,713,725中描述的)中有用。
备选地或此外，根据本发明的多种示例性实施方式的糖混合物预期在脂肪酸酯组合物的生产(例如，在例如US2010/0071259中描述的)中有用。
备选地或此外，根据本发明的多种示例性实施方式的糖混合物预期在提取物发酵(例如，在例如WO2009/042950中描述的)中有用。
备选地或此外，根据本发明的多种示例性实施方式的糖混合物预期在脂肪酸衍生物的生产(如在例如WO2008/119082中描述的)中有用。
备选地或此外，根据本发明的多种示例性实施方式的糖混合物预期在肽的生产(如在例如US7595173中描述的)中有用。
总的来说，发酵和/或转化产生的、根据本发明的多种示例性实施方式的糖混合物的直接下游产物(例如醇、乳酸、丙烯酸和抗菌肽)预期产生种类广泛的产品，这些产品来自这些转化产物的进一步加工。此类产品包括但不限于汽车燃料(例如用于汽车和/或飞机的)、尿布、塑料消费产品和涂料。
示例性消费产品
本发明的一些示例性实施方式涉及消费产品及其制造或制备。
在本发明的一些示例性实施方式中，根据本发明的一个示例性实施方式的糖混合物转化成根据本发明的一个或多个额外实施方式的发酵产物。任选地，该发酵产物包括选自醇、羧酸、氨基酸、用于聚合物工业的单体和蛋白质的至少一个成员。
在本发明的一些示例性实施方式中，加工发酵产物，以生产消费产品。示例性消费产品包括但不限于洗涤剂、基于聚乙烯的产品、基于聚丙烯的产品、基于聚烯烃的产品、基于聚乳酸(聚交酯)的产品、基于聚羟基链烷酸酯的产品和基于聚丙烯酸的产品。
在本发明的一些示例性实施方式中，洗涤剂包括基于糖的表面活性剂和/或基于脂肪酸的表面活性剂和/或基于脂肪醇的表面活性剂和/或源自细胞培养物的酶。
在本发明的一些示例性实施方式中，基于聚丙烯酸的产品包括塑料和/或地板蜡和/或地毯和/或油漆和/或涂料和/或粘合剂和/或分散体和/或絮凝剂和/或弹性体和/或丙烯酸玻璃和/或吸收制品(例如失禁垫、卫生棉、女性卫生用品和尿布)。
基于聚烯烃的产品可以是例如牛奶壶、洗涤剂瓶、人造黄油容器、垃圾容器、水管、吸收制品、尿布、无纺布(例如预湿润的小毛巾)、HDPE玩具和HDPE洗涤剂包装。
在本发明的一些示例性实施方式中，基于聚丙烯的产品作为吸收制品提供，任选地作为尿布。
在本发明的其它示例性实施方式中，基于聚丙烯的产品作为无纺布物品提供，任选地作为预湿润的小毛巾。
基于聚乳酸的产品可以是例如农产品或乳制品的包装、塑料瓶、生物可降解产品和一次性用品。
基于聚羟基链烷酸酯的产品可以是例如农产品的包装、塑料瓶、涂料纸、模塑或挤压制品、女性卫生用品、棉塞施用器、吸收制品、一次性无纺布和湿巾、医疗外科服装、粘合剂、弹性计、薄膜、涂料、水性分散剂、纤维、药物和粘合剂的中间体。
任选地，发酵产物包括乙醇、丁醇、异丁醇、脂肪酸、脂肪酸酯、脂肪醇和生物柴油中的至少一个成员。在本发明的一些示例性实施方式中，加工发酵产物，以生产异丁烯缩合物产物和/或喷气燃料和/或汽油和/或含醇汽油和/或柴油燃料和/或替代型燃料和/或柴油燃料添加剂和/或其前体。根据本发明的多种示例性实施方式，含醇汽油是富含乙醇的汽油或富含丁醇的汽油。
任选地，产品是柴油燃料。任选地，产品是汽油。任选地，产品是喷气燃料。任选地，产品是替代型燃料。
根据本发明的多种示例性实施方式，由发酵产物生产消费产品、消费产品的前体或消费产品的成分。任选地，消费产品、消费产品的前体或消费产品的成分包含至少一种如上文所述的发酵产物，包括羧酸和脂肪酸、二羧酸、羟基羧酸、羟基二羧酸、羟基-脂肪酸、丙酮醛、一元醇、二元醇或多元醇、烷烃、烯烃、芳烃、醛、酮、酯、生物聚合物、蛋白质、肽、氨基酸、维生素、抗生素和药物中的一种或多种。在本发明的一些示例性实施方式中，产品是富含乙醇的汽油、喷气燃料或生物柴油。
在本发明的一些示例性实施方式中，根据上面描述的消费产品或消费产品的成分具有1.8x10-13、任选地2.0x10-13或更大的碳-14∶碳-12比例。
在本发明的一些示例性实施方式中，消费产品包含由如上所述的成分和由木质纤维素材料以外的原材料生产的额外成分。任选地，该成分和该额外成分基本上具有相同的化学组成。
本发明的一些示例性实施方式涉及以至少100ppb的浓度包含标记分子的如上所述的可消费产品。
标记分子任选地包括糠醛、羟基-甲基糠醛、糠醛或羟基-甲基糠醛的缩合产物、源自糖的焦糖化反应的有色化合物、乙酰丙酸、乙酸、甲醇、半乳糖醛酸和甘油中的一种或多种。
预期在本专利的期限内将会表征许多EC3.2.1酶，而且本发明的范围意欲包含所有这样的新的酶。
虽然本发明已与其具体实施方式一起进行了描述，但是显然许多替代、修改和变化对本领域技术人员将是显而易见的。因此，旨在包括落在所附的权利要求书的精神和广阔范围内的所有这样的替代、修改和变化。
特别地，已使用了多种数字指示。应当理解，这些数字指示甚至可进一步根据多种包含在本发明中的工程原理、材料、预期用途和设计而变化。此外，归因于本发明的示例性实施方式且描述为单一单元的部件和/或动作可分成子单元。相反地，归因于本发明的示例性实施方式且描述为子单元/独立动作的部件和/或动作可组合成具有描述/显示的功能的单一单元/动作。
备选地，或此外，用来描述方法的特征可用来表征设备，而且用来描述设备的特征可用来表征方法。
应当进一步理解，上文描述的独立特征可以按所有可能的组合和亚组合来组合，以产生本发明的额外实施方式。上面给出的示例本质上是示例性的，而不打算限制本发明的范围，本发明的范围仅由下面的权利要求书所限定。特别地，本发明已在乙醇生产环境中进行了描述，但其广泛适用于任何发酵或转化过程。
本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用到本说明书中而全文并入本文，如同明确且分别地表明各个独立的出版物、专利或专利申请通过引用并入本文。另外，本申请中任何参考文献的引用或确认不应解释为承认这样的参考文献可作为本发明的先有技术使用。
本文使用的术语“包括”和“具有”及其同源词意味着“包括但未必限于”。
在参阅以下实施例(其并非意在限制)后，本发明多种实施方式的另外的目标、优点和新特征对本领域普通技术人员来说将变得显而易见。此外，如上文描绘的和在下面的权利要求书部分中要求保护的本发明的多种实施方式和方面中的每一个均在以下实施例中找到了实验支持。
实施例
现在提及以下实施例，它们与上面的描述一起，以非限制性方式说明了本发明。
材料和方法
以下材料和方法用于进行在下文实施例中描述的实验：
酶；一些酶(实施例1-3)来自Novozymes(NovozymesA/S；丹麦)：
SpyrizymeFuelHS：具有o1-4和1-6活性的葡糖淀粉酶；1425AGU/g宣称的活性；浅棕色到深棕色液体。
LiquozymeSCDS：具有1-4活性的α-淀粉酶；240KNU-S/g宣称的活性；琥珀色液体。
制造商的说明是：
SpyrizymeFuelHS：0.025-0.035％(w/w)颗粒“未予改变”
LiquozymeSCDS：未宣布
CellicCTec：1.5％、3.0％和15％w/w(g酶/g纤维素)。
CellicHTech：0.1-0.5％(w/wTS)。
另外的酶从Genencor(Danisco；Genencor，BeloitWI，USA)获得：
Spezymeα：＜1％α-淀粉酶活性13,775(α淀粉酶单位)/g(min.)，热稳定的，深棕色液体，最适pH5.5-6.5。
转葡糖苷酶L-2000：1-5％活性酶，具有α1-4活性，黄棕色液体，最适pH4.5-5.5。
酶(A.Kelley，Genencor)的推荐用法是：
Spezymeα：0.025％
转葡糖苷酶L-2000：0.01％
AcceleraseBG：8％
AcceleraseDUET：8％
水解产物；来自松木的水解产物用作酶分析的底物。调节水解产物，以使之包含所需的％TS(总糖)。所有实验在pH4.0-5.1和从50到85℃的多个温度下进行。酶的负荷剂量也是变化的。
在所有酶水解实验中，时间0(小时)是指空白(不含酶)。
来自松木、甘蔗渣和桉木的水解产物也进行单糖和二糖浓度的详细分析。
反应条件的控制；水解产物用去离子(DI)水和缓冲液稀释到所需的TS％和pH。加入酶溶液，孵育期间让烧瓶在搅拌下保持在选定的温度。依照实验时间表取样，将酶通过加热变性并滤去。
糖分析：
通过HPLC，使用Varian和RezexRSO-寡糖Ag+，10x200mm柱和前置柱，在以下条件下分析样品的糖组成：
柱温：80℃，流动相：水(HPLC级)，流速：0.3mL/min，注射：5-10μL(取决于糖浓度)，检测器：RI，检测器温度：40℃。DP组HPLC结果以面积％给出，图中的x轴代表时间(小时)，而y轴代表面积％。
DP代表聚合度，所以DP1表示所有单糖，DP2是所有二糖，DP3是所有三糖，而DP＞3是指包含超过三个糖单元的寡糖(DP组作为％面积给出)。
实施例1：
使用Spirizyme对具有30％TS的脱酸的水解产物的示例性酶水解
为了研究酶量对总单糖产率的影响，滴定酶量，并测量酶水解的效率。
在第一个系列的酶水解实验中，使用SpyrizymeFuelHS和LiquozymeSCDS。
具有30％TS、pH4.9的松木水解产物用3mg酶溶液/1克100％糖在62℃的温度和搅拌下进行水解(酶为0.3％)。结果在表1中概述。
表1：SpirizymeFuelHS(3mg酶溶液/1克100％糖)
时间(小时) DP1(％面积) DP2(％面积) DP3(％面积) DP＞3(％面积)
0 45.7 31.8 13.7 8.8
2.5 51.2 31.5 12.2 5.0
4.0 51.4 31.5 11.8 5.3
24 56.2 28.2 11.0 4.6
为了评估增加酶量的影响，使用33mg酶溶液/1克100％糖。结果在表2中概述。
表2：SpirizymeFuelHS(33mg酶溶液/1克100％糖)
时间(小时) DP1(％面积) DP2(％面积) DP3(％面积) DP＞3(％面积)
0 45.7 31.8 13.7 8.8
2.5 64.0 26.8 7.0 2.3
4.0 65.1 26.2 6.4 2.3
在表1和2中概述的结果证明了趋向于以DP3和DP＞3糖为代价的DP1和DP2糖比例增加的趋势。这一趋势随时间而增加。
为了更进一步评估增加酶量的影响，使用65.6mg酶溶液/1克100％糖。结果在表3中概述。
表3：SpirizymeFuelHS(65.6mg酶溶液/1克100％糖)
时间(小时) DP1(％面积) DP2(％面积) DP3(％面积 DP＞3(％面积)
0 45.7 31.8 13.7 8.8
2.5 68.2 26.8 7.0 2.3
4.0 68.1 26.2 6.4 2.3
表3中所示的结果表明，更进一步增加单糖的产率是可能的。
为了更进一步评估增加酶量的影响，使用282.6mg酶溶液/1克100％糖。结果在表4中概述。
表4：SpirizymeFuelHS(282.6mg酶溶液/1克100％糖)
时间(小时 DP1(％面积) DP2(％面积) DP3(％面积) DP＞3(％面积)
0 45.7 31.8 13.7 8.8
2.5 70.6 22.4 5.6 1.5
4.0 71.1 21.6 5.5 1.8
在表1至4中概述的结果表明，可以使用能够水解α键的酶来增加纤维素的酸水解产物中的单糖浓度。282.6mg的酶量提供了最高的单糖产率。
但是，其它条件可有助于酶水解结果。示例性的其它条件包括但不限于反应温度、水解产物中的糖在键类型和寡聚体长度分布方面的确切性质。
实施例2：
％TS对使用Spirizyme酶水解脱酸的水解产物的影响
为了研究底物中的％TS对总单糖产率的影响，针对与在实施例1中使用的类似但含有递减量％TS的水解产物，再次滴定酶量，并测量酶水解的效率。
pH5.1的具有15％TS的松木水解产物用72.8mg酶溶液/1克100％糖在60℃的温度和搅拌下水解(酶为制造商推荐的约243倍)。结果在表5中概述。该实验证实了实施例1的表2中显示的结果，并提示更稀的糖溶液更适合酶水解。
表5：SpirizymeFuelHS(72.8mg酶溶液/1克100％糖)
时间(小时) DP1(％面积) DP2(％面积) DP3(％面积) DP＞3(％面积)
0 45.7 31.8 13.7 8.8
2.5 71.3 20.6 6.1 2.1
4.0 71.8 21.0 4.9 2.3
5.8 71.8 20.2 5.7 2.3
24 71.1 24.3 3.4 1.2
50 76.0 17.9 4.7 1.4
pH5.0的具有5％TS的松木水解产物用67mg酶溶液/1克100％糖在62℃的温度和搅拌下水解(酶为制造商推荐的约233倍)。结果在表6中概述。该实验证实了实施例1的表2中显示的结果，并提示更稀的糖溶液更适合酶水解。
表6：SpirizymeFuelHS(67mg酶溶液/1克100％糖)
时间(小时) DP1(％面积) DP2(％面积) DP3(％面积) DP＞3(％面积)
0 49.8 31.3 12.9 6.1
2.5 72.0 20.4 5.4 2.2
24 75.4 17.8 5.0 1.8
50 74.7 19.7 4.3 1.3
72 77.8 16.2 4.8 1.2
96 77.1 15.7 4.9 2.3
表6中显示的结果证实了可以使用能够水解α键的酶来增加纤维素的酸水解产物中的单糖浓度。
表6中显示的结果与表2和表5中显示的结果的对比提示，酶水解之前对糖溶液的稀释有助于增加单糖产率。
再一次地，水解产物中的糖在键类型和寡聚体长度分布方面的确切性质可影响单糖的总产率。
实施例3：
使用LiquozymeSCDS对具有30％TS的脱酸的水解产物的酶水解
为了确定上面呈现的结果是否是酶特异性的，使用Liquozyme对30％TS的水解产物进行了另一个实验。pH6.0的具有30％TS的松木水解产物用282.6mg酶溶液/1gr100％糖在85℃的温度和搅拌下水解(酶为制造商对于Spirizyme推荐的约942倍)。结果在表7中概述。该实验证实了实施例1的表2中显示的结果，并提示更稀的糖溶液更适合酶水解。
表7：LiquozymeSCDS(282.6mg酶溶液/1克100％糖)
时间(小时) DP1(％面积) DP2(％面积) DP3(％面积) DP＞3(％面积)
0 45.7 31.8 13.7 8.8
4.0 59.8 27.1 8.4 4.5
表7中显示的结果表明，能够水解α键的酶增加纤维素的酸水解产物中单糖浓度的能力不是对SpirizymeFuelHS特异性的。
这些结果也提示，在282.6mg酶溶液/1克100％糖下，LiquozymeSCDS提供了比SpirizymeFuelHS更高的单糖产率(参见表4以供比较)。然而，一种酶相比另一种酶的吸引力还可能受到其他因素的影响，包括但不限于可用性、纯度、键特异性和价格。
实施例4：
用多种酶对脱酸的甘蔗渣水解产物的酶水解
为了研究对来自非木材底物的水解产物应用酶水解的可能性，对由甘蔗渣制备的水解产物进行了一系列实验。所用的水解产物含有不同的TS(5％、20％)，实验在pH4.5-5.1和不同温度(50℃和60℃)下进行。酶的负荷剂量也是不同的。
第一个实验使用Spezymeα以34.2mg酶溶液/1克100％糖的浓度在60℃的温度和pH5.1下进行，应用于具有20％TS的甘蔗渣水解产物。结果在表8中概述。
表8：应用于甘蔗渣水解产物TS20％的Spezymeα(34.2mg酶溶液；制造商推荐的约137倍)
时间(小时) DP1(％面积) DP2(％面积) DP3(％面积) DP＞3(％面积)
0 52.0 35.4 10.6 1.9
2.5 52.0 34.9 10.8 2.3
4.0 53.6 34.2 10.1 2.1
24 52.4 35.1 10.3 2.2
50 51.7 35.1 10.9 2.3
另一个实验使用转葡糖苷酶L-2000以14.8mg酶/1克100％糖的浓度在60℃的温度和pH5.0下进行，应用于具有20％TS的甘蔗渣水解产物。结果在表9中概述。
表9：应用于甘蔗渣水解产物TS20％的转葡糖苷酶L-2000(14.8mg酶；制造商推荐的约148倍)
时间(小时) DP1(％面积) DP2(％面积) DP3(％面积) DP＞3(％面积)
0 52.0 35.4 10.6 1.9
2.5 57.9 29.7 10.0 2.4
4.0 62.0 26.8 9.1 2.2
24 62.7 27.0 8.5 1.8
50 62.2 27.1 8.7 2.0
在表8和9中概述的结果表明，转葡糖苷酶L-2000在甘蔗渣水解产物中提供了单糖的增加，而Spezymeα没有提供这样的增加。
来自转葡糖苷酶L-2000的结果(表9)证实了能够水解α键的酶可以用来增加单糖产率。
表8中显示的来自Spezymeα的阴性结果提示，水解产物中可能存在抑制剂。现阶段尚不清楚这些抑制剂是否对进行初始酸水解的底物(例如甘蔗渣相对于松木)是特异性的，或者是否对酶是特异性的。
实施例5：
第一种松木的水解产物的糖组成
为了获得糖混合物，将干燥的第一种松木引入到逆流操作的六阶段水解反应器系列中，如在2011年5月9日提交的名称为“Hydrolysissystemsandmethods”的共同未决的美国临时申请61/48377中所描述的。该申请通过引用完全并入本文。
简单地说，在10-15℃的温度下连续引入42％HCl水溶液24小时。收集水解产物，通过萃取去除HCl，浓缩脱酸的水解产物，以得到糖组合物。通过HPLC分析该组合物，样品的总糖是74.3％。单糖和二糖的分析结果分别在表10和11中概述。结果计算为相对于样品的折射总糖(refractivetotalsaccharides)的％(％/RTS)。
表10：第一种松木的水解产物中的单糖
鼠李糖 阿拉伯糖 半乳糖 葡萄糖 木糖 甘露糖 总和
0.1 1.6 2.7 27.7 7.0 7.4 46.5
表11：第一种松木的水解产物中的二糖
海藻糖 异麦芽糖 龙胆二糖 纤维二糖 黑曲霉糖 槐糖 其它DP2 总和
1.4 4.8 1.0 0.7 0.4 0.2 14.5 22.9
在表10中概述的结果表明存在戊糖，例如阿拉伯糖和木糖和鼠李糖(脱氧戊糖)。因为这些戊糖在严苛的酸性条件下易于降解，它们的存在提示水解反应器的逆流设计有助于“戊糖缺乏”效果。
在表11中概述的结果表明存在α键合的二葡萄糖，例如海藻糖和异麦芽糖，以及存在β键合的二葡萄糖，例如龙胆二糖和槐糖。
实施例6：
第二种松木的水解产物的糖组成
类似地，将第二种松木水解、脱酸并浓缩至77％TS。
单糖和二糖的分析结果分别显示于表12和13中。结果计算为相对于样品的折射总糖的％(％/RTS)。
表12：第二种松木的水解产物中的单糖
阿拉伯糖 半乳糖 葡萄糖 木糖 甘露糖 总和
0.3 0.8 36 8 1.0 46
表13：第二种松木的水解产物中的二糖的结果
第二种松木也包含16.7％的高级寡糖。
在表12和13中概述的结果证实了戊糖、α键合的二葡萄糖和β键合的二葡萄糖的存在。两种松木来源的水解产物的糖分布存在差异。
实施例7：
由非松木底物制备的水解产物的糖组成
为了研究在特定的糖的方面，底物组成对水解产物组成的影响，由甘蔗渣和桉木制备的脱酸的水解产物如实施例6所述进行分析。
来自甘蔗渣水解产物的单糖和二糖的分析结果分别显示于表14和15中。结果计算为相对于样品的折射总糖的％(％/RTS)。
表14：甘蔗渣水解产物中的单糖的结果
阿拉伯糖 半乳糖 葡萄糖 木糖 甘露糖 果糖 总和
2.2 7.2 48.7 4.9 4.8 2.4 70.2
表15：甘蔗渣水解产物中的二糖的结果
异麦芽糖 龙胆二糖 麦芽糖 其它DP2 总和
4.5 0.6 2.9 27 35
来自桉木水解产物的单糖和二糖的分析结果分别显示于表16和17中。结果计算为相对于样品的折射总糖的％(％/RTS)。
表16：桉木水解产物中的单糖的结果
表17：桉木的水解产物中的二糖的结果
异麦芽糖 纤维二糖 麦芽糖 其它DP2 总和
7.1 1.85 2.16 11.11 22
显示于表14至17中的结果和显示于表10至13中的结果合起来提示，用于初始酸水解的底物可以影响得到的脱酸的水解产物的糖分布。

Claims (28)

1.一种来源于木质纤维素水解产物的糖混合物，包含：
(i)单糖；
(ii)寡糖，与总糖的比例≥0.06；
(iii)二糖，与总糖的比例≥0.05；
(iv)戊糖，与总糖的比例≥0.05；
(v)至少一种α键合的二葡萄糖和至少一种β键合的二葡萄糖；
其中所述比例是重量比重量的比例。
2.根据权利要求1的混合物，其中所述寡糖包含高级寡糖。
3.根据权利要求1的混合物，含有与总糖的比例≤0.2的高级寡糖。
4.根据权利要求1的混合物，其中所述α键合的二葡萄糖和所述β键合的二葡萄糖中的至少一种相对于总糖的比例>0.01。
5.根据权利要求4的混合物，其中所述α键合的二葡萄糖和所述β键合的二葡萄糖中的至少一种相对于总糖的比例>0.03。
6.根据权利要求1的混合物，其中所述α键合的二葡萄糖包括选自下组的至少一个成员：麦芽糖、异麦芽糖和海藻糖。
7.根据权利要求1的混合物，其中所述β键合的二葡萄糖包括选自下组的至少一个成员：龙胆二糖、槐糖和纤维二糖。
8.一种方法，包括：
(a)提供发酵罐；和
(b)在所述发酵罐中发酵包含根据权利要求1-7中任一项的来源于木质纤维素水解产物的糖混合物的培养基，以生产发酵产物。
9.根据权利要求8的方法，其中所述发酵产物包括选自下组的至少一个成员：醇、羧酸、氨基酸、用于聚合物工业的单体、和蛋白质。
10.根据权利要求8的方法，包括加工所述发酵产物，以生产选自下组的消费产品：洗涤剂、基于聚乙烯的产品、基于聚丙烯的产品、基于聚烯烃的产品、基于聚乳酸的产品、基于聚羟基链烷酸酯的产品和基于聚丙烯酸的产品。
11.根据权利要求10的方法，其中所述洗涤剂包括基于糖的表面活性剂、基于脂肪酸的表面活性剂、基于脂肪醇的表面活性剂或源自细胞培养物的酶。
12.根据权利要求10的方法，其中所述基于聚丙烯酸的产品选自塑料、地板蜡、地毯、油漆、涂料、粘合剂、分散体、絮凝剂、弹性体、丙烯酸玻璃、和吸收制品。
13.根据权利要求10的方法，其中所述基于聚烯烃的产品选自牛奶壶、洗涤剂瓶、人造黄油容器、垃圾容器、水管、吸收制品、无纺布、HDPE玩具和HDPE洗涤剂包装。
14.根据权利要求10的方法，其中所述基于聚丙烯的产品选自吸收制品和无纺布。
15.根据权利要求10的方法，其中所述基于聚乳酸的产品选自农产品和乳制品的包装、塑料瓶、生物可降解产品和一次性用品。
16.根据权利要求10的方法，其中所述基于聚羟基链烷酸酯的产品选自农产品的包装、塑料瓶、涂料纸、模塑制品、挤压制品、棉塞施用器、吸收制品、一次性无纺布和湿巾、医疗外科服装、粘合剂、弹性计、薄膜、涂料、水性分散剂、纤维、药物的中间体。
17.根据权利要求8的方法，其中所述发酵产物包括选自下组的至少一个成员：乙醇、丁醇、异丁醇、脂肪酸、脂肪酸酯、脂肪醇和生物柴油。
18.根据权利要求17的方法，包括加工所述发酵产物，以生产选自下组的至少一种产品：异丁烯缩合产物、喷气燃料、汽油、柴油燃料、替代型燃料、柴油燃料添加剂及其前体。
19.根据权利要求18的方法，其中所述汽油是富含乙醇的汽油或富含丁醇的汽油。
20.根据权利要求18的方法，其中所述产品选自下组：柴油燃料、汽油、喷气燃料和替代型燃料。
21.一种由根据权利要求8的发酵产物生产的消费产品、消费产品的前体或消费产品的成分。
22.一种消费产品、消费产品的前体或消费产品的成分，其包含至少一种通过根据权利要求8的方法生产的发酵产物，其中所述发酵产物选自羧酸、丙酮醛、一元醇、二元醇或多元醇、烷烃、烯烃、芳烃、醛、酮、酯、生物聚合物、蛋白质、肽、氨基酸、维生素、药物。
23.根据权利要求22的消费产品，其中所述消费产品是富含乙醇的汽油、喷气燃料或生物柴油。
24.根据权利要求22的消费产品，其中所述消费产品具有2.0x10-13或更大的碳-14:碳-12比例。
25.一种消费产品，包含根据权利要求21的成分和由木质纤维素材料以外的原材料生产的额外成分。
26.根据权利要求25的消费产品，其中所述成分和所述由木质纤维素材料以外的原材料生产的额外成分具有相同的化学组成。
27.根据权利要求21的消费产品，以至少100ppb的浓度包含标记分子。
28.根据权利要求27的消费产品，其中所述标记分子选自下组：糠醛、羟基-甲基糠醛、糠醛或羟基-甲基糠醛的缩合产物、源自糖的焦糖化反应的有色化合物、乙酰丙酸、乙酸、甲醇、半乳糖醛酸和甘油。
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