JP2017512467A - リグノセルロース系材料の酵素加水分解および糖発酵のための方法および装置 - Google Patents

リグノセルロース系材料の酵素加水分解および糖発酵のための方法および装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、ａ）任意選択的に、リグノセルロース系材料を前処理するステップと；ｂ）任意選択的に、任意選択的に前処理されたリグノセルロース系材料を洗浄するステップと；ｃ）加水分解反応器内で、少なくとも２つのセルラーゼを含んでなる酵素組成物を使用して、任意選択的に洗浄されおよび／または任意選択的に前処理されたリグノセルロース系材料を酵素加水分解するステップと；ｄ）任意選択的に、糖生成物を回収するステップとを含んでなる、リグノセルロース系材料から糖生成物を調製する方法を提供し、酸素含有気体が、酵素加水分解中に加水分解反応器内のリグノセルロース系材料に添加され、リグノセルロース系材料に添加される酸素含有気体の一部は、反応器のヘッドスペースから生じる気体であり、好ましくは酵素加水分解時間の一部の間に、酵素加水分解時間の別の部分と比較して、より少量の酸素がリグノセルロース系材料に添加され、または好ましくは酵素加水分解時間の一部の間に、酸素がリグノセルロース系材料に添加されない。【選択図】なし

Description

発明の詳細な説明
［発明の分野］
本発明は、リグノセルロース系材料の酵素加水分解および糖発酵のための装置および方法に関する。
［発明の背景］
本明細書で原材料とも称される、リグノセルロース系植物材料は、糖類の形態の再生可能なエネルギー源であり、例えば糖類またはバイオエタノールのようなバイオ燃料などの有価製品に変換され得る。この過程において、麦藁、トウモロコシ茎葉、もみ殻などの原材料中に存在する、（リグノまたはヘミ）セルロースは、（ヘミ）セルロース分解酵素によって、還元糖に変換され、これは次に任意選択的に、酵母、細菌、および真菌などの微生物によって、エタノールなどの有価製品に変換される。
（ヘミ）セルロースは結晶性であり、リグニンネットワーク中に封入されているので、還元糖への変換は、一般に緩慢で不完全である。典型的に、未処理原材料の酵素加水分解は、理論量の＜２０％の糖類を生じる。化学的および熱物理的な前処理を適用することで、（ヘミ）セルロースは、（ヘミ）セルロース分解性酵素によってアクセスしやすくなり、したがって変換がより迅速に進行して、収率がより高くなる。
前処理トウモロコシ茎葉に由来するグルコースからの典型的なエタノール収率は、１０００ｋｇの乾燥トウモロコシ茎葉あたり４０ガロンのエタノール（Ｂａｄｇｅｒ，Ｐ，Ｅｔｈａｎｏｌ ｆｒｏｍ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ：ａ ｇｅｎｅｒａｌ ｒｅｖｉｅｗ，Ｔｒｅｎｄｓ ｉｎ ｎｅｗ ｃｒｏｐｓ ａｎｄ ｎｅｗ ｕｓｅｓ，２００２，Ｊ．Ｊａｎｉｃｋ ａｎｄ Ａ．Ｗｈｉｐｋｅｙ（ｅｄｓ．）ＡＳＨＳ Ｐｒｅｓｓ，Ａｌｅｘａｎｄｒｉａ，ＶＡ）、または１ｇの原材料あたり０．３ｇのエタノールである。セルロースを基準にしたエタノールの最大収率は、およそ９０％である。
その大多数はトリコデルマ属（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）、フミコーラ属（Ｈｕｍｉｃｏｌａ）およびアスペルギルス属（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）のような種によって産生されるセルロース分解酵素が、商業的に使用されて、前処理原材料を、不溶性（ヘミ）セルロース、それから生成される還元糖、およびリグニンを含有するマッシュに変換する。ラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）に由来する熱安定性セルロース分解酵素が、リグノセルロース系原材料を分解するために使用されており、これらの酵素は、それらの熱安定性が知られており、国際公開第２００７／０９１２３１号パンフレットを参照されたい。製造されたマッシュは、還元糖が、酵母バイオマス（細胞）、二酸化炭素、およびエタノールに変換される発酵で使用される。このようにして製造されたエタノールは、バイオエタノールと称される。
前処理リグノセルロース系原材料からの一般的な糖類生産である加水分解は、液化、前糖化または糖化とも称されて、４５〜５０℃の高温および非無菌条件下で、６〜１６８時間持続する工程において典型的に実施される（Ｋｕｍａｒ，Ｓ．，Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．３２（２００９）５１７−５２６）。この加水分解中に、存在するセルロースは、部分的に（酵素活性および加水分解条件次第で典型的に３０〜９５％）還元糖に変換される。前処理原材料中に存在する化合物による、および放出糖類による酵素阻害がある場合；そして熱失活を最小化するために、この高温期間はできるだけ短くされる。
加水分解に続く発酵は、同一または異なる容器内で、別個の好ましくは嫌気的処理段階で実施され、その中では、温度が３０〜３３℃（中温性処理）に調節されて、一般に酵母である微生物バイオマスによる増殖およびエタノール生産の便宜を図る。この発酵工程中に、残りの（ヘミ）セルロース系材料が、既存の加水分解ステップからの酵素によって還元糖に変換される一方で、微生物バイオマスおよびエタノールが生成される。ひとたび（ヘミ）セルロース系材料が、発酵性糖類に変換され、全ての発酵性糖類が、エタノール、二酸化炭素、および微生物細胞に変換されると、発酵は完了する。これには、最長６日かかることもある。一般に、加水分解および発酵の総工程所用時間は、最長１３日間かかることもある。
このようにして得られた発酵マッシュは、非発酵性糖類、非加水分解性（ヘミ）セルロース系材料、リグニン、微生物細胞（最も一般的な酵母細胞）、水、エタノール、溶解二酸化炭素からなる。連続的段階において、エタノールは、マッシュから蒸留され、さらに精製される。残りの固体懸濁液は乾燥されて、例えば、燃料、肥料または畜牛飼料として使用される。
国際公開第２０１０／０８０４０７号パンフレットは、嫌気的条件下でセルロース系材料をセルラーゼ組成物で処理することを提案する。反応性酸素種の除去または排除が、セルロース加水分解酵素系の能力を改善することもある。酵素組成物による、例えばリグノセルロースなどのセルロース系材料の加水分解は、例えば分子酸素による、酵素組成物成分の酸化損傷、および／またはセルロース系材料の酸化によって、低下され得る。
国際公開第２００９／０４６５３８号パンフレットは、真空下で実施される材料処理のための酵素加水分解処理を使用して、リグノセルロース系原材料植物材料を処理し、発酵性糖類を放出させ、フルフラールおよび酢酸などの揮発性糖／発酵阻害化合物の量を低下させた、糖分に富むプロセス流を生成する方法を開示する。揮発性阻害化合物が除去される以外に、除去されるその他の化合物および／または分子としては、窒素、酸素、アルゴン、および二酸化炭素が挙げられる。
原材料の各バッチに酵素が添加されて、所定の処理時間中に、前処理リグノセルロース系原材料から放出される、発酵性糖類の収率および速度を最大化する。一般に、エタノール生産の原材料であり投資である酵素生産コストが、全体的な生産コストの主要なコスト要因である（Ｋｕｍａｒ，Ｓ．Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．３２（２００９）５１７−５２６）。これまで、その使用が、より低い酵素要求、より迅速な変換速度および／またはより高い変換収率を目指し、ひいては全体的なより低いバイオエタノール産生コストを目指す、より広いおよび／またはより高い（特異的）加水分解活性がある、単一または複数微生物源からの酵素製品を適用することで、酵素使用コストの低下が達成されてきた（国際公開第２００８／００８７９３号パンフレット）。これらの酵素製品の研究と開発には、大規模な投資が必要である。酵素製品が、複数微生物源からの酵素から構成される場合、それぞれの単一酵素化合物の生産のために大規模な資本投資が必要である。
したがって加水分解および発酵が関与する、上記工程を改善することが望ましい。
［発明の概要］
したがって本発明の目的は、加水分解ステップが改善された条件で実施される、装置および方法を提供することである。本発明の別の目的は、処理時間短縮を有する加水分解を伴う、装置および方法を提供することである。本発明のさらなる目的は、酵素用量が低下されてもよく、同時に、有用な加水分解産物の生成量が同一レベルに保たれ、または増大することすらある、装置および方法を提供することである。別の目的は、加水分解の処理条件が最適化される、加水分解を伴う装置および方法を提供することである。本発明のなおもさらなる目的は、同一酵素用量を使用して、有用な加水分解産物の生成量が増大される、加水分解を伴う装置および方法を提供することである。これらの目的の１つまたは複数が、本発明によって達成される。
本発明は、
ａ）任意選択的に、リグノセルロース系材料を前処理するステップと；
ｂ）任意選択的に、任意選択的に前処理されたリグノセルロース系材料を洗浄するステップと；
ｃ）加水分解反応器内で、少なくとも２つのセルラーゼを含んでなる酵素組成物を使用して、任意選択的に洗浄されおよび／または任意選択的に前処理されたリグノセルロース系材料を酵素加水分解するステップと；
ｄ）任意選択的に、糖生成物を回収するステップと
を含んでなる、リグノセルロース系材料から糖生成物を調製する方法を提供し、
酸素含有気体が、酵素加水分解中に加水分解反応器内のリグノセルロース系材料に添加され、リグノセルロース系材料に添加される酸素含有気体の一部は、反応器のヘッドスペース起源の気体である。好ましくは、酵素加水分解時間の一部の間に、酵素加水分解時間の別の部分と比較して、より少量の酸素がリグノセルロース系材料に添加され、または好ましくは酵素加水分解時間の一部の間に、酸素がリグノセルロース系材料に添加されない。
さらに本発明は、
ａ）任意選択的に、リグノセルロース系材料を前処理するステップと；
ｂ）任意選択的に、任意選択的に前処理されたリグノセルロース系材料を洗浄するステップと；
ｃ）加水分解反応器内で、少なくとも２つのセルラーゼを含んでなる酵素組成物を使用して、任意選択的に洗浄されおよび／または任意選択的に前処理されたリグノセルロース系材料を酵素加水分解するステップと；
ｄ）加水分解されたリグノセルロース系材料を発酵させて、発酵産物を生産するステップと；
ｅ）任意選択的に、発酵産物を回収するステップと
を含んでなる、リグノセルロース系材料から発酵産物を調製する方法を提供し、酸素含有気体が、酵素加水分解中に加水分解反応器内のリグノセルロース系材料に添加され、リグノセルロース系材料に添加される酸素含有気体の一部は、反応器のヘッドスペース起源の気体である。好ましくは、酵素加水分解時間の一部の間に、酵素加水分解時間の別の部分と比較して、より少量の酸素がリグノセルロース系材料に添加され、または好ましくは酵素加水分解時間の一部の間に、酸素がリグノセルロース系材料に添加されない。
本発明のさらなる態様に従って、本発明の酵素加水分解法に適する装置が提供される。本発明による装置は、
ａ）反応器内に気体を導入するための気体導入手段、好ましくはガススパージャを含んでなる、少なくとも１ｍ３の反応器または反応容器；
ｂ）任意選択的に、反応器内容物を撹拌するための撹拌手段；
ｃ）気体を反応器内に導入するためのガスポンプ；
ｄ）反応器のヘッドスペースから気体を再循環させるための再循環パイプ；
ｅ）反応器から気体を除去するための排気口；
ｆ）新鮮な気体を反応器内に導入するための気体注入口；
ｇ）再循環気体と新鮮気体の比率を制御するための手段、好ましくはバルブ
を含んでなる。
一般に、この装置は、加水分解ステップにおいて、好ましくは１０重量％以上、好ましくは１４重量％以上、なおもより好ましくは１４〜３３重量％の乾物含量を有する、バイオマスの酵素加水分解などの液体反応混合物に、空気などの気体を導入するのに非常に適する。
本発明の好ましい実施形態によると、より少量のまたは好ましくは皆無の酸素が添加される時間の部分は、総酵素加水分解時間の１０〜８０％、好ましくは２０〜８０％、より好ましくは３０〜８０％、最も好ましくは４０〜８０％である。
本発明の別の好ましい実施形態によると、より多量の酸素が添加される時間の部分は、総酵素加水分解時間の２〜８０％、好ましくは４〜６０％、より好ましくは８〜５０％、最も好ましくは１０〜５０％である。より好ましくは、より多くの酸素が添加される時間の部分は、
ａ）前記酸素が前記酵素加水分解時間の後半に添加される場合に、１２〜５０％、好ましくは２０〜４０％であり；
ｂ）前記酸素が前記酵素加水分解時間の前半に添加される場合に、総酵素加水分解時間の２〜３０％、好ましくは４〜２５％、より好ましくは５〜２０％であり、または
ｃ）ａおよびｂの組み合わせである。
有利なことに、酸素が添加される時間の部分における加水分解の液相中の酸素濃度は、より少量のまたは皆無の酸素が添加される時間の部分における液相中の酸素濃度の少なくとも２倍、好ましくは少なくとも４倍、より好ましくは少なくとも１０倍である。
一実施形態では、総酵素加水分解時間中の加水分解液相中の酸素濃度は低い。
本発明のさらなる好ましい実施形態によると、酸素が添加される時間の部分では、液相中の酸素濃度は、リグノセルロース系材料が酵素加水分解中に存在する場合、少なくとも０．００１ｍｏｌ／ｍ３、好ましくは少なくとも０．００２ｍｏｌ／ｍ３、最も好ましくは少なくとも０．００３ｍｏｌ／ｍ３であり、なおもより好ましくは０．０１ｍｏｌ／ｍ３を超えて、例えば０．０２ｍｏｌ／ｍ３または０．０３ｍｏｌ／ｍ３を超える。１ｍ３未満の反応器内では、緩慢な撹拌によって、０．０１ｍｏｌ／ｍ３または０．０２ｍｏｌ／ｍ３未満のＤＯ値が得られる。このような規模における激しい混合または撹拌は、ヘッドスペースの気相の一部を反応液体に導入する。例えば混合または撹拌が、酸素を液体中に引き込む渦流浴を作ることもある。一般に、（激しい）混合または撹拌と組み合わされた、（例えば空気の形態の）酸素によるヘッドスペースの洗浄は、最大で１００リットルから１ｍ３の規模の反応器で、加水分解反応器内のセルロース系材料に、十分な酸素を導入する。例えば１００ｍ３などの５０ｍ３以上の反応器内のより大きな規模では、激しい撹拌のために非常に多くのエネルギーが必要であり、これは経済的観点から、商業的に稼働する工程には適用されない。一般に大型反応器内では、空気または酸素導入なしの撹拌または混合が、０．０１ｍｏｌ／ｍ３未満のＤＯ値をもたらす。
本発明のなおも別の好ましい実施形態では、酸素の添加（酸素が添加される時間の部分）における、液相中の酸素濃度は、リグノセルロース系材料が酵素加水分解中に存在する場合に、好ましくは加水分解反応条件下における酸素飽和濃度の最大８０％であり、より好ましくは最大０．１２ｍｏｌ／ｍ３、さらにより好適には最大０．０９ｍｏｌ／ｍ３、なおもより好ましくは最大０．０６ｍｏｌ／ｍ３、なおもさらにより好適には最大０．０４５ｍｏｌ／ｍ３、最も好ましくは最大０．０３ｍｏｌ／ｍ３である。一実施形態では、酸素消費が酸素移動速度よりも高いために、酸素濃度は０ｍｏｌ／ｍ３である。温度および圧力は、ＤＯに影響を与える。上述の好ましい例示的なｍｏｌ／ｍ３値は、標準大気圧および約６２℃の温度に関する。熟練した当業者は、本教示に基づいて、好ましいＤＯ値を理解するであろう。
本発明のさらに好ましい実施形態に従って、酸素は、リグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり、２０〜５０００ｍｍｏｌ分子酸素に相当する量で消費される。好ましくは、酸素は、リグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり２２〜４５００ｍｍｏｌの分子酸素、リグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり２４〜４０００ｍｍｏｌの分子酸素、リグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり２６〜３５００ｍｍｏｌの分子酸素、リグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり２８〜３０００ｍｍｏｌの分子酸素に相当する量で消費される。酸素は、前処理後に、およびリグノセルロース系材料の酵素加水分解前および／または最中に、好ましくはリグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり少なくとも３０ｍｍｏｌの分子酸素に相当する量、より好ましくはリグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり少なくとも４０ｍｍｏｌの分子酸素に相当する量、最も好ましくはリグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり少なくとも５０ｍｍｏｌの分子酸素に相当する量で添加される。システムに添加される全ての酸素は液体に移動し、加水分解のために使用される。この量は、システムに取り込まれる空気の量を測定し、制御することによって制御できる。
本発明の別の好ましい実施形態によると、酵素加水分解のための反応器は、１ｍ３以上の容量を有する。好ましくは、反応器は、少なくとも１ｍ３、少なくとも２ｍ３、少なくとも３ｍ３、少なくとも４ｍ３、少なくとも５ｍ３、少なくとも６ｍ３、少なくとも７ｍ３、少なくとも８ｍ３、少なくとも９ｍ３、少なくとも１０ｍ３、少なくとも１５ｍ３、少なくとも２０ｍ３、少なくとも２５ｍ３、少なくとも３０ｍ３、少なくとも３５ｍ３、少なくとも４０ｍ３、少なくとも４５ｍ３、少なくとも５０ｍ３、少なくとも６０ｍ３、少なくとも７０ｍ３、少なくとも７５ｍ３、少なくとも８０ｍ３、少なくとも９０ｍ３、少なくとも１００ｍ３、少なくとも２００ｍ３、少なくとも３００ｍ３、少なくとも４００ｍ３、少なくとも５００ｍ３、少なくとも６００ｍ３、少なくとも７００ｍ３、少なくとも８００ｍ３、少なくとも９００ｍ３、少なくとも１０００ｍ３、少なくとも１５００ｍ３、少なくとも２０００ｍ３、少なくとも２５００ｍ３の容量を有する。一般に反応器は、３０００ｍ３または５０００ｍ３よりも小型である。いくつかの反応器が使用されてもよい。本発明の方法で使用される反応器は、同一容量を有してもよいが、異なる容量もまた有してもよい。本方法の酵素加水分解時間は、好ましくは５〜１５０時間である。
本発明のさらなる好ましい態様によると、酵素組成物は、好ましくはラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）の微生物である真菌に由来し、または酵素組成物は、好ましくはラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）酵素である真菌酵素を含んでなる。本発明のなおもさらに好ましい態様によると，ステップｃ）の加水分解における乾物含量は、１０重量％以上、好ましくは１４重量％以上、さらにより好適には１４〜３３重量％である。酵素加水分解は、好ましくはバッチ、流加および／または連続培養反応器内で行われる。好ましくは、本方法で導入される酸素は、空気などの酸素含有気体である。酵素加水分解時間の一部において、リグノセルロース系材料により少ない酸素が添加されまたはその中に存在するとは、酸素が添加される酵素加水分解時間の別の部分において添加されまたは存在するよりも、少なくとも５０％より少ない、好ましくは少なくとも７０％より少ない、最も好ましくは少なくとも９０％より少ない酸素（ｍｏｌ酸素／ｍ３で表される）が、例えば泡の形態で導入されまたは存在することを意味する。
好ましい実施形態では、酸素は、（気）泡形態で添加される。
驚くことに、本発明によれば、酸素を添加することで、最適温度条件、工程所用時間短縮、酵素用量低下、酵素再使用、より高い収率、およびその他の工程最適化をはじめとする、多数の工程上の利点を獲得でき、コストの低下がもたらされる。
一実施形態では、使用される安定酵素組成物は、活性を３０時間以上保つ。さらなる実施形態によると、加水分解は、好ましくは４０℃以上の温度、より好ましくは５０℃以上の温度、または最も好ましくは５５℃以上の温度で実施される。本発明の方法を下でより詳細に例証する。
ＴＥＣ−２１０混合物によって放出されるグルコース（ｇ／ｌ）総量に対する、加水分解前に１０％ａＣＳ原材料を通して散布される窒素または空気の効果である。 実施例２で生成するグルコース、１＝実験１：曝気なし、２＝実験２：継続的曝気、３＝実験３：７２時間に開始して終了するまでの曝気。 酵素加水分解中に生成するグルコースに対する曝気時間の効果、−＝曝気なし、●●●＝加水分解０から１００時間目までの曝気、−−−＝加水分解０から７時間目までの曝気、および− − −＝加水分解７２から１００時間目までの曝気。 酵素加水分解中に生成するグルコースに対する曝気時間の効果、実験１（■＝加水分解時間０〜１００時間の曝気）および２（□＝加水分解時間７２〜１００時間の曝気）。 酵素加水分解中に生成するグルコースに対する曝気時間の効果、−■−加水分解０から１００時間目までの曝気、および−□−加水分解７２から１００時間目までの曝気。 本発明の装置の実施形態の概略設計である。
［発明の詳細な説明］
本明細書および添付の特許請求の範囲全体を通じて「含んでなる（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」と言う語、および「含んでなる（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含んでなる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、および「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」などのバリエーションは、包括的に解釈される。すなわち、これらの語は、文脈が許せば、特に列挙されないその他の構成要素または整数の可能な包含を伝えることが意図される。冠詞「ａ」および「ａｎ」は、冠詞の１つまたは２つ以上（すなわち１つまたは少なくとも１つ）の文法的目的に言及するために、本明細書で使用される。一例として、「要素（ａｎ ｅｌｅｍｅｎｔ）」は、１つの要素または２つ以上の要素を意味してもよい。
本発明の文脈で「改善した」、「増大した」、「低下した」は、追加の酸素が添加されないこと以外は同一である、状況、工程または工程条件と比較して、本発明が利点を示すことを示唆するために使用される。本発明の文脈で、「同一条件下で評価される」または「同一条件下で分析される」などは、本発明の方法と、酸素添加なしの（または酸素添加がより少ない）同一方法とが、（酸素添加以外は）同一条件下で実施されること、そして酸素添加なしの（または酸素添加がより少ない）方法と比較される場合は、本方法の結果が、好ましくは同一アッセイおよび／または手順を使用して、より好ましくは同一または並行実験内で、同一条件を使用して評価されることを意味する。加水分解条件は、このような条件の一例である。
先行技術では、酵素加水分解中に嫌気的（国際公開第２０１０／０８０４０７号パンフレット）または真空（国際公開第２００９／０４６５３８号パンフレット）条件を使用することで、セルロース分解性材料の加水分解が改善することが示唆される。どちらの文献の方法でも、酸素レベルは低下された。本発明の加水分解は、酸素が添加されない方法と比較して、加水分解に続いて発酵中でより大量の（還元）糖産物および／または所望の発酵産物を与える、改善された反応生成物における結果を示すことが驚くことに分かった。一般に、５〜１５ｗ／ｗ％への、または最大で２５ｗ／ｗ％にさえ至る、グルコース変換の増大が観察される。
酸素は、いくつかの方法で添加し得る。例えば酸素は、酸素気体、酸素富化空気などの酸素富化気体または空気（酸素含有気体の例）として添加し得る。酸素は、連続的にまたは不連続的に添加され得る。酸素「が添加される」とは、加水分解反応器内で、（リグノセルロース系材料を含んでなる）液相に酸素が添加されることを意味し、酸素が（緩慢な撹拌を併用して、または撹拌なしで）反応器の液相上のヘッドスペース内に存在して、酸素が、ヘッドスペースから液相に拡散しなくてはならないことは意味しない。したがって酸素は、好ましくは泡として、最も好ましくは小泡として添加される。一実施形態では気泡は、少なくとも０．５ｍｍ、少なくとも１ｍｍ、少なくとも１．５ｍｍ、少なくとも２ｍｍ、少なくとも２．５ｍｍ、少なくとも３ｍｍ、少なくとも３．５ｍｍ、少なくとも４ｍｍ、少なくとも４．５ｍｍ、少なくとも５ｍｍの直径を有する。一実施形態では、気泡は、０．５ｍｍ〜５００ｍｍ、好ましくは０．５〜４００ｍｍ、０．５〜３００ｍｍ、０．５〜２００ｍｍ、０．５〜１００ｍｍの直径を有する。
酵素が、酸素の存在または添加によって損傷を受けることもある状況では、より穏やかな酸素供給を使用してもよい。その場合、改善されたグルコース生成と酵素性能との間に均衡を見出し得る。セルロース分解性材料への酸素の添加は、酵素加水分解中に実施し得る。酸素が気体形態で添加される状況では、例えば液体加水分解反応器のセルロース分解性材料内容物中に吹き込むことで、酸素含有気体を導入し得る。発明の別の実施形態では、加水分解反応器に入る液体セルロース分解性材料ストリームに、酸素含有気体が導入される。本発明のなおも別の実施形態では、酸素含有気体は、加水分解反応器に入るセルロース分解性材料と一緒に、または反応器の外部ループを通過する液体反応器内容物の一部と一緒に、導入される。ほとんどの場合、加水分解反応器内に入る前の酸素の添加では十分でなく、酸素添加は、加水分解中にもまた実施してもよい。本発明の別の実施形態では、反応器上部（ヘッドスペース）に存在する気相が、酸素含有気体で、継続的にまたは断続的に新しく補給される。後者の状況では、液体反応器内容物に気泡としておよび／または拡散によって酸素を入れるために、好ましくは反応器内の過剰圧力と組み合わせて、（激しい）混合または撹拌が必要とされる。一般に、（激しい）混合または撹拌と組み合わされた、空気によるヘッドスペースの洗浄は、最大で１００リットルから１ｍ３の規模の反応器で、加水分解反応器内のセルロース系材料に、十分な酸素を導入する。例えば１００ｍ３などの５０ｍ３以上の反応器内のより大きな規模では、激しい撹拌のために非常に多くのエネルギーが必要であり、これは経済的観点から、商業的に稼働する工程には適用されない。
本発明に従って、加水分解ステップの一部において酸素が添加されてもよい。例えば、酵素に酸化損傷が発生する場合は、加水分解の一部のみにおいて酸素の添加が実施されてもよい。加水分解反応器内容物中に、または加水分解ステップで形成される糖生成物または加水分解物中に存在する酸素が、引き続く発酵ステップに影響しまたはそれを妨害するかもしれない場合は、加水分解バイオマスが発酵反応器に入る前に、（大部分の）酸素が消費されるように、加水分解の最後の部分を除いて酸素添加が実施されてもよい。有利には、加水分解ステップの最後の部分で、好ましくは（気）泡形態の酸素が添加される。
本発明者らは、（酵素的）加水分解（ステップ）の第１の部分において、非晶質多糖類がグルコースなどの糖類に加水分解され、加水分解ステップの第２の部分において、残りの結晶性多糖類が糖類に変換されるという仮説を提起する。非晶質多糖類は、例えばエンドグルカナーゼによってオリゴ糖に変換され、その後オリゴ糖は、セロビオヒドロラーゼおよびβ−グルコシダーゼ（ＢＧ）によって、糖類に変換され得る。本仮説によると、非晶質多糖類が、多糖類または多糖類複合体の外側に位置するのに対し、結晶性多糖類は、リグノセルロース系材料中に存在する多糖類または多糖類複合体の比較的より内側に位置する。したがって結晶性多糖類の変換は、非晶質ポリペプチドの大部分が加水分解された場合でさえも、継続してよい。特に酸素の添加は、結晶性多糖類の加水分解において、例えば多糖類のオリゴ糖への分解において有益である。この仮説によると、酸素添加は、特に加水分解ステップの第２の部分において有用である。一般に、その中に比較的より大量の結晶性多糖類が存在するリグノセルロース系材料の加水分解と比較して、リグノセルロース系材料中に比較的少量の結晶性多糖類がある場合は、より短い酸素添加時間（またはより短い加水分解の第２の部分）を要する。本発明者らはまた、酸素の添加が、結晶性多糖類の加水分解に有益であることも提案する。したがって酸素の添加は、特に結晶性多糖類が酵素によって攻撃される段階で、非常に有用である。この段階の外では、酸素を添加しないことがより効率的かもしれない。したがって加水分解の第２の部分または後半で、酸素供給を開始してもよい。結晶性多糖類の大部分が分解される加水分解終了時には、酸素添加は好ましくは停止される。第２の部分の最後の部分または加水分解の後半には、多糖類の大部分がオリゴ糖に変換され、それはより小型の糖類へのさらなる分解中にはもはや酸素を必要としない。そのため好ましくは、空気混入期間中の酸素添加と比較して、加水分解処理の終わりには、より少量の酸素がリグノセルロース系材料に添加され、またはより好ましくは加水分解処理の終わりには、酸素はリグノセルロース系材料に添加されない。この仮説は、単に、本発明者らによって気付かれた、可能な説明として提示され、本発明はこの理論の正確さによって否定されることも、また肯定されることもない。
結晶性グルカン構造は、溶菌性多糖モノオキシゲナーゼ（ＬＰＭＯ）によって開裂され得る。ＬＰＭＯは下でさらに詳述される（それらはまたＰＭＯとも称される）。この種の酵素は、グリコシド結合の酸化によって構造を開裂させ、オリゴ糖のグルコースへのさらなる加水分解のために、その他のセルロース分解酵素がそれにアクセスできるようにする。
ほとんどの既知のＬＰＭＯは、アルドン酸、すなわち切断部位末端糖のＣ１位で酸化された生成物を形成する。この酸化グルコース単位は、加水分解中にグルコン酸として放出される。さらに、切断部位の非還元グルコース単位のＣ４およびＣ６の酸化が報告されている。例えば、Ｔ．Ｉｓａｋｓｅｎ ｅｔ．ａｌ．（前出上記参照）は、水溶液中でＣ４ジェミナルジオールと平衡状態にあるケト糖をＣ４位にもたらす、Ｃ４位の非還元末端部分の酸化を報告した。本発明者らは、例えばグルコン酸のような加水分解酸化生成物が、リグノセルロース加水分解中に適用されたＬＰＭＯの能力尺度であることを提起する。
驚くことに、本発明者らは、前処理後、そしてリグノセルロース系材料への酵素加水分解の前および／または最中に、リグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり２０〜５０００ｍｍｏｌ分子酸素に相当する量、好ましくはリグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり少なくとも３０ｍｍｏｌ分子酸素に相当する量、より好ましくはリグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり少なくとも４０ｍｍｏｌ分子酸素に相当する量、最も好ましくはリグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり少なくとも５０ｍｍｏｌ分子酸素に相当する量の酸素消費によって、最適リグノセルロース加水分解（７０％を超えるグルカン変換）が得られ得ることを見出した。本発明のさらに好ましい実施形態に従って、酸素は、リグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり、２０〜５０００ｍｍｏｌ分子酸素に相当する量で消費される。好ましくは、酸素は、リグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり２２〜４５００ｍｍｏｌの分子酸素、リグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり２４〜４０００ｍｍｏｌの分子酸素、リグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり２６〜３５００ｍｍｏｌの分子酸素、リグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり２８〜３０００ｍｍｏｌの分子酸素に相当する量で消費される。酸素は、前処理後に、およびリグノセルロース系材料の酵素加水分解前および／または最中に、好ましくはリグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり少なくとも３０ｍｍｏｌの分子酸素に相当する量、より好ましくはリグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり少なくとも４０ｍｍｏｌの分子酸素に相当する量、最も好ましくはリグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり少なくとも５０ｍｍｏｌの分子酸素に相当する量で添加される。システムに添加される全ての酸素は液体に移動し、加水分解のために使用される。この量は、システムに取り込まれる空気の量を測定し、制御することによって制御できる。
この量は、システムに取り込まれる空気の量を測定し、制御することによって制御できる。
リグノセルロース系材料のＬＰＭＯによる酸化は酸化多糖類をもたらし、それは加水分解中に、特にグルコース、およびグルコン酸またはジオールなどの酸化グルコース単位に加水分解される。一般に、１分子酸素（Ｏ２）は、１モルの酸化生成物を与える。最適リグノセルロース加水分解は、（結晶性）セルロースおよびセロオリゴ糖が至適に加水分解された場合にのみ、得られることが明らかである。ＬＰＭＯの作用によるこの最適加水分解は、グルコン酸のような加水分解された酸化生成物形成をもたらすであろう。酸化の不在は、効率に劣る（結晶性）グルカンの加水分解を意味する。しかし、過剰なレベルの酸化は、グルコン酸のような生成物をより高レベルでもたらし、グルコースを消費して、したがって（出発）グルカンからのグルコース収率が低下するであろう。
本発明者らは、加水分解処理開始時の酵素加水分解処理における曝気が、加水分解中のグルコース生成増大をもたらすことに気付いた。
図３に、曝気の効果が示される。空気非混入加水分解（「空気非混入」曲線として示される）と比較して、加水分解処理開始時の曝気（「０から７時間目までの曝気」曲線として示される）は、グルコース生成の即時増大をもたらし、例えば２４時間の加水分解後には既に、（曝気を除いて）同一条件下における、曝気なしの６０時間加水分解のグルコース生成に相当するグルコース生成が見られるであろう。空気非混入加水分解と比較して、加水分解処理の最後の部分における曝気（「７２から１００時間目の曝気」曲線として示される）は、曝気後にグルコース生成の即時増大をもたらし、例えば加水分解処理における曝気開始後２４時間後（７２時間め）には既に、（曝気を除いて）同一条件下における曝気なしのグルコース生成と比較して、３０％のグルコース生成増大が見られるであろう。本発明者らは、加水分解処理の開始時ならびに最後の部分の曝気（曝気の間欠期には曝気しない）を使用することで、グルコース生成が増大するかもしれないと考え、これはグルコース生成の増大をもたらして、それは２つの別々の増大の１つを上回る。本説明は、当業者が本発明の加水分解処理のための適切な条件を選択するように、指導し指示するために提示される。
本発明の有益な効果を示すために、酵素加水分解処理における部分的曝気のいくつかの例が、実施例で示される。この有益な効果は、数種の基質または原材料で見られ、したがってあらゆる種類の基質または原材料の加水分解に存在すると考えられる。
本発明の有益な効果を示すために、酵素加水分解処理のための酵素組成物のいくつかの例が、実施例で示される。この有益な効果はいくつかの酵素組成物で見られ、したがってあらゆる種類の加水分解酵素組成物に存在すると考えられる。
本発明の好ましい実施形態によると、より少量のまたは好ましくは皆無の酸素が添加される時間の部分は、総酵素加水分解時間の１０〜８０％、好ましくは２０〜８０％、より好ましくは３０〜８０％、最も好ましくは４０〜８０％である。本発明のさらなる好ましい実施形態によると、より多量の酸素が添加される時間の部分は、総酵素加水分解時間の２〜８０％、好ましくは４〜６０％、より好ましくは８〜５０％、最も好ましくは１０〜５０％である。概して、酸素が添加される時間の部分における液相中の酸素濃度は、より少量のまたは皆無の酸素が添加される時間の部分における液相中の酸素濃度の少なくとも２倍、好ましくは少なくとも４倍、より好ましくは少なくとも１０倍である。
本発明のさらなる好ましい実施形態では、（曝気または酸素の添加によって）酸素が液相に添加される時間の部分では、液相中の酸素濃度（ＤＯ）は、リグノセルロース系材料が酵素加水分解中に存在する場合、少なくとも０．００１ｍｏｌ／ｍ３、好ましくは少なくとも０．００２ｍｏｌ／ｍ３、より好ましくは少なくとも０．００３ｍｏｌ／ｍ３であり、なおもより好ましくは０．０１ｍｏｌ／ｍ３を超えて、例えば０．０２ｍｏｌ／ｍ３または０．０３ｍｏｌ／ｍ３を超える。１ｍ３未満の反応器内では、緩慢な撹拌によって、０．０１ｍｏｌ／ｍ３または０．０２ｍｏｌ／ｍ３未満のＤＯ値が得られる。このような規模における激しい混合または撹拌は、ヘッドスペースの気相の一部を反応液体に導入する。例えば混合または撹拌が、酸素を液体中に引き込む渦流浴を作ることもある。一般に、（激しい）混合または撹拌と組み合わされた、空気によるヘッドスペースの洗浄は、最大で１００リットルから１ｍ３の規模の反応器で、加水分解反応器内のセルロース系材料に、十分な酸素を導入する。例えば１００ｍ３などの５０ｍ３以上の反応器内のより大きな規模では、激しい撹拌のために非常に多くのエネルギーが必要であり、これは経済的観点から、商業的に稼働する工程には適用されない。一般に大型反応器内では、空気または酸素導入なしの撹拌または混合が、０．０１ｍｏｌ／ｍ３未満のＤＯ値をもたらす。
本発明のなおも別の好ましい実施形態では、液相中の酸素発生または生成中の酸素濃度（曝気または酸素添加）は、液相リグノセルロース系材料が酵素加水分解中に存在する場合の酸素濃度は、酸素が添加される時間の部分において、好ましくは加水分解反応条件下における酸素飽和濃度の最大８０％、より好ましくは最大０．１２ｍｏｌ／ｍ３、さらにより好適には最大０．０９ｍｏｌ／ｍ３、なおもより好ましくは最大０．０６ｍｏｌ／ｍ３、なおもさらにより好適には最大０．０４５ｍｏｌ／ｍ３、最も好ましくは最大０．０３ｍｏｌ／ｍ３である。一実施形態では、酸素消費が酸素移動速度よりも高いために、酸素濃度は０ｍｏｌ／ｍ３である。温度および圧力は、ＤＯに影響を与える。上述の好ましい例示的なｍｏｌ／ｍ３値は、標準大気圧および約６２℃の温度に関する。熟練した当業者は、本教示に基づいて、好ましいＤＯ値を理解するであろう。
本発明のさらなる好ましい実施形態では、液相中の酸素濃度は、リグノセルロース系材料が酵素加水分解中に存在する場合、より少量のまたは皆無の酸素が添加される時間の部分において、０．０２ｍｏｌ／ｍ３未満、好ましくは０．０１ｍｏｌ／ｍ３未満、より好ましくは０．００５ｍｏｌ／ｍ３未満、および最も好ましくは０．００１ｍｏｌ／ｍ３未満である。
本発明による空気またはその他の酸素含有気体の形態での酸素添加はまた、少なくとも部分的に、加水分解反応器内容物を撹拌または混合するのにも使用してもよい。本発明の方法は、特にパイロットプラントおよび工業規模における利点を与える。好ましくは加水分解反応器は、１ｍ３以上であり、好ましくは１０ｍ３を超え、最も好ましくは５０ｍ３以上の容量を有する。一般に加水分解反応器は、３０００ｍ３または５０００ｍ３より小型である。本発明者らは、特に大規模では、加水分解にとって利用できる酸素が不十分であり、それは例えばセルロース分解性バイオマス中などの反応器内の酸素移動の限界に起因するかもしれないという理論を提起する。実験室規模の実験では、この酸素不足の果たす役割は、あまり重要でないかもしれない。反応器体積に対する表面積（または反応器内容物の酸素接触面積）の比率は、大規模実験よりも小規模実験で有利である。さらに小規模実験における混合は、大規模よりも比較的容易である。これらの小規模実験中にはまた、加水分解反応器のヘッドスペースからの酸素輸送も、大規模実験状況と比較してより迅速である。この理論は、単に、本発明者らによって気付かれた、可能な説明として提示され、本発明はこの理論の正確さによって否定されることも、また肯定されることもない。本発明のさらなる実施形態によると、酸素の添加を使用して、加水分解処理を少なくとも部分的に制御してもよい。
本発明のさらなる態様に従って、本発明の酵素加水分解に適する装置が提供される。本発明による装置は、
ａ）反応器内に気体を導入するための気体導入手段、好ましくはガススパージャを含んでなる、少なくとも１ｍ３の反応器または反応容器；
ｂ）任意選択的に、反応器内容物を撹拌するための撹拌手段；
ｃ）気体を反応器内に導入するためのガスポンプ；
ｄ）反応器のヘッドスペースから気体を再循環させるための再循環パイプ；
ｅ）反応器から気体を除去するための排気口；
ｆ）新鮮な気体を反応器内に導入するための気体注入口；
ｇ）再循環気体と新鮮気体の比率を制御するための手段、好ましくはバルブ
を含んでなる。
図６では、本発明の装置の一実施形態が、概略的に示される。
好ましくは、本発明の方法は、本発明の装置内で実施される。有利なことに検討中の装置内で本発明の方法が実施される時間の少なくとも一部、そして反応器に導入される気体は、酸素含有気体である。気体注入口に導入される気体は、好ましくは酸素含有気体である、より好ましくは空気である。本発明の方法では、酸素が消費され、再循環気体は、反応器内に導入される気体よりも少量の酸素を含有するであろう。好ましくはバルブである手段によって、再循環気体と新鮮気体間の比率を調節するために、酵素加水分解反応のために正確に必要な所望量で、酸素が反応器内に導入され得る。反応器内に導入される気体中の酸素レベルは、ヘッドスペース内の酸素レベルと気体注入口内の酸素レベルの間で調節され得る。気体注入口によっていかなる気体も導入されない場合は、再循環する気体のみが、反応器内に導入されるであろう。酵素加水分解中の酸素消費は、後者の場合では，最終的に酸素が完全に存在しなくなるまでに、装置内に存在する酸素含有量の低下をもたらすであろう。
気体注入口を通じて新鮮に導入される気体と比較して、気体がほとんど再循環されない場合は、装置内に存在する気体の酸素レベルは、新鮮に導入される気体の酸素レベルに近くなるであろう。新鮮に導入される気体が空気である場合は、反応器内の酸素レベルは、新鮮に導入され空気および再循環する気体間の適切な比率を選択することで、有利なことに調節され得る。
選択された値への酸素レベルの維持は、気体注入口を通じて、反応器内で加水分解中に消費される酸素の量と、同一量の新鮮酸素を導入することで得られ得る。
ガススパージャは、反応器内への気体の導入を可能にする。ガスポンプは、スパージャを通じた反応器内への気体導入に必要な圧力を提供する。圧力を選択することで、スパージャを通じて導入される気体の量が調節され得る。気体は、反応器内への酸素導入のために、ならびに反応器内の反応器内容物の混合のために使用され得る。ガススパージャは、例えば、反応器内容物への気体導入のためのノズルまたはオリフィスを有してもよい。一般に、スパージャ中の孔の直径は、少なくとも０．５ｍｍ、少なくとも１ｍｍ、少なくとも１．５ｍｍ、少なくとも２ｍｍ、少なくとも２．５ｍｍ、少なくとも３ｍｍ、少なくとも３．５ｍｍ、少なくとも４ｍｍ、少なくとも４．５ｍｍ、少なくとも５ｍｍであろう。一実施形態では、スパージャ中の孔の直径は、０．５ｍｍ〜５００ｍｍ、好ましくは０．５〜４００ｍｍ、０．５〜３００ｍｍ、０．５〜２００ｍｍ、０．５〜１００ｍｍである。
任意選択的に、撹拌機もまた反応器内容物の混合のために使用され得る。反応器内で撹拌機が使用される場合、例えば、アンカー型、行商型、プロペラ型などの当該技術分野で公知の全ての撹拌機が使用され得る。撹拌機が使用される場合、さらに別の撹拌機も使用され得る。各インペラは、例えば、２、３、４枚以上のブレードを有してもよく、撹拌機のインペラのブレードは、撹拌機軸に対して、垂直および勾配している、垂直ブレードまたは勾配ブレードであってもよい。
任意選択的に、（循環）液体ストリームを使用して、液体中への酸素含有気体導入のための冒険管が駆動され得る。この循環液体流系は、液体反応器内容物、すなわち加水分解物またはリグノセルロース系材料（の一部）を循環させるであろう。
一般に、リグノセルロース系材料の加水分解のために使用されるセルラーゼ組成物は、ＧＨ６１をはじめとするいくつかのセルラーゼを含んでなるであろう。ＧＨ６１は、結晶性セルロースをセルロースポリマーに加水分解する能力があり、それはその他のセルラーゼによってグルコースにさらに加水分解され得る。酸素は、ＧＨ６１によって触媒される加水分解反応のために必要であり、その結果、加水分解セルロースポリマーの還元末端上のグルコース単位が、グルコン酸残基に酸化される。このグルコン酸残基は、加水分解が進行すると放出される。限定的ＧＨ６１活性が、結晶性セルロースの部分的加水分解のみをもたらしてもよい一で、他方では過剰な加水分解が、高いグルコン酸濃度とセルロース系原材料からのグルコース遊離低下をもたらすであろうことは明白であろう。そのため、有利なことに、ＧＨ６１の作用が最適結果のために調節される。加水分解中に酸素を供給する一方法は、空気などの酸素含有気体の形態の酸素を添加することである。本発明に従って酸素が添加されて存在し、したがって加水分解中の酸素レベルは、本明細書に記載される装置によって、正確に調節される。
本発明に従って、加水分解物に供給される酸素量の調節は、最も重要である。さらに、セルラーゼに対する酸素効果に起因する酵素活性の損失を制限するために、加水分解反応器内のリグノセルロース系材料（加水分解物）中の局所的な高濃度酸素を回避しなくてはならない。これは、反応器内で液体が適切に混合され、酸素が投入されて、所望の酸素濃度に調節されるのを確実にすることで実施される。容器上部（反応器のヘッドスペース）から、気体を最下部のスパージャなどの気体導入系に循環させることで、開始時にヘッドスペース内に存在する全ての酸素が、非常に迅速に消費される。この消費は特に、検討中のリグニンの酸化と、ＧＨ６１作用のために起こる。酸素が消費された時点で、加水分解物上部の気体は、主に窒素と二酸化炭素を含有する。枯渇した気体（もはやわずかまたは皆無の酸素しか含有しない）の再循環は、底部の大半を「カバーする」、小孔を含有して小型気泡を提供する、スパージャなどの気体導入装置を通じて気体が再循環される状況で、反応器内に十分な混合を提供し得る。「カバーする」、は、小型気泡が生じて、底部内容物の限定的部分だけでなく、底部の反応器内容物の大部分、または一部の上に存在することを意味する。孔のサイズは、好ましくは直径１ｃｍ未満である。
例えば、空気の形態で小量の酸素が、再利用または再循環ストリームに提供されれば、再循環気流中の酸素濃度は低いであろう。再循環システム中に提供される酸素は、気体再循環システムに直接導入され得て、または再循環気体から加水分解物に別に添加され得る。このようにして、反応器内の溶存酸素濃度、および反応器内の液体への酸素流動は、非常に精密な低レベルで調節され得て、所望の濃度に容易に調節され得る。本発明は、酵素活性の損失を回避または限定し、同時に加水分解物への酸素供給を可能にする方法および装置を提供する。
本発明の方法は、有利には熱安定性酵素の使用と組み合わせて適用される。
「熱安定性」酵素とは、酵素が、例えば７５℃以上などの７０℃以上、例えば８５℃以上などの８０℃以上などの、６０℃以上の最適温度を有することを意味する。これらは、例えば好熱性微生物から単離されてもよく、または当業者によってデザインされて人工的に合成されてもよい。一実施形態では、ポリヌクレオチドは好熱性または耐熱性糸状菌から単離または入手されもよく、または非好熱性または非耐熱性真菌であるが、熱安定性であると分かったものから単離されてもよい。
「好熱性真菌」とは、５０℃以上の温度で成長する真菌を意味する。「耐熱性」真菌とは、４５℃以上、最高５０℃近くの温度で成長する真菌を意味する。
好熱性真菌株の例は、ラサムソニア・エメルソニイ（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）（以前にタラロミセス・エメルソニイ（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ ｅｍｅｒｓｏｎｉ）として知られており；タラロミセス・エメルソニイ（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）、ペニシリウム・ゲオスミチア・エメルソニイ（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｇｅｏｓｍｉｔｈｉａ ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）およびラサムソニア・エメルソニイ（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）は、本明細書で同義的に使用される）である。
適切な好熱性または耐熱性真菌細胞は、フミコーラ属（Ｈｕｍｉｃｏｌａ）、リゾムコール属（Ｒｈｉｚｏｍｕｃｏｒ）、ミセリオフトラ属（Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｈｏｒａ）、ラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）、タラロミセス属（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ）、サーモミセス属（Ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ）、サーモアスクス属（Ｔｈｅｒｍｏａｓｃｕｓ）またはチエラビア属（Ｔｈｉｅｌａｖｉａ）細胞、好ましくはラサムソニア・エメルソニイ（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）細胞であってもよい。好ましい好熱性または耐熱性真菌は、フミコーラ・グリセア変種サーモイディア（Ｈｕｍｉｃｏｌａ ｇｒｉｓｅａ ｖａｒ．ｔｈｅｒｍｏｉｄｅａ）、フミコーラ・ラヌギノサ（Ｈｕｍｉｃｏｌａ ｌａｎｕｇｉｎｏｓａ）、ミセリオフトラ・サーモフィラ（Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｈｏｒａ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌａ）、パプラスポラ・サーモフィラ（Ｐａｐｕｌａｓｐｏｒａ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉａ）、ラサムソニア・ビソクラマイドイデス（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ ｂｙｓｓｏｃｈｌａｍｙｄｏｉｄｅｓ）、ラサムソニア・エメルソニイ（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）、ラサムソニア・アルギラセア（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ ａｒｇｉｌｌａｃｅａ）、ラサムソニア・エブルネアン（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ ｅｂｕｒｎｅａｎ）、ラサムソニア・ブレビスチピタタ（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ ｂｒｅｖｉｓｔｉｐｉｔａｔａ）、ラサムソニア・シリンドロスポラ（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ ｃｙｌｉｎｄｒｏｓｐｏｒａ）、リゾムコール・プシルス（Ｒｈｉｚｏｍｕｃｏｒｐｕｓｉｌｌｕｓ）、リゾムコール・ミーヘイ（Ｒｈｉｚｏｍｕｃｏｒｍｉｅｈｅｉ）、タラロミセス・バシリスポルス（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ ｂａｃｉｌｌｉｓｐｏｒｕｓ）、タラロミセス・レイセッタヌス（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ ｌｅｙｃｅｔｔａｎｕｓ）、タラロミセス・サーモフィルス（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）、サーモミセス・ラヌギノスス（Ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ ｌｅｎｕｇｉｎｏｓｕｓ）、サーモアスクス・クルスタセウス（Ｔｈｅｒｍｏａｓｃｕｓ ｃｒｕｓｔａｃｅｕｓ）、サーモアスクス・サーモフィルス（Ｔｈｅｒｍｏａｓｃｕｓ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）サーモアスクス・アウランチアクス（Ｔｈｅｒｍｏａｓｃｕｓ ａｕｒａｎｔｉａｃｕｓ）、およびチエラビア・テルレストリス（Ｔｈｉｅｌａｖｉａ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉｓ）である。
好熱性真菌は特定の分類学上の目に限定されず、真菌生命樹の至る所に存在する。例は、ケカビ目（Ｍｕｃｏｒａｌｅｓ）のリゾムコール属（Ｒｈｉｚｏｍｕｃｏｒ）；フンタマカビ目（Ｓｏｒｄａｒｉａｌｅｓ）のミセリオフトラ属（Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｈｏｒａ）；およびユーロチウム目（Ｅｕｒｏｔｉａｌｅｓ）のタラロミセス属（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ）、サーモミセス属（Ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ）、およびサーモアスクス属（Ｔｈｅｒｍｏａｓｃｕｓ）である（Ｍｏｕｃｈａｃｃａ １９９７）。タラロミセス属（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ）種の大多数は中温細菌であるが、例外はエマーソニー節（Ｅｍｅｒｓｏｒｉｉ）およびサーモフィラ節（Ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌａ）内の種である。エマーソニー節（Ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）は、タラロミセス・エメルソニイ（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）、タラロミセス・ビソクラミドイデス（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ ｂｙｓｓｏｃｈｌａｍｙｄｏｉｄｅｓ）、タラロミセス・バシリスポルス（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ ｂａｃｉｌｌｉｓｐｏｒｕｓ）、およびタラロミセス・レイセッタヌス（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ ｌｅｙｃｅｔｔａｎｕｓ）を含み、それらは全て４０℃で良好に増殖する。タラロミセス・バシリスポルス（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ ｂａｃｉｌｌｉｓｐｏｒｕｓ）は耐熱性であり、Ｔ．レイセッタヌス（Ｔ．ｌｅｙｃｅｔｔａｎｕｓ）は耐熱性から好熱性であり、Ｔ．エメルソニイ（Ｔ．ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）およびＴ．ビソクラマイドイデス（Ｔ．ｂｙｓｓｏｃｈｌａｍｙｄｏｉｄｅｓ）は真性好熱性である（Ｓｔｏｌｋ ａｎｄ Ｓａｍｓｏｎ １９７２）。タラロミセス属（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ）のサーモフィラ節（Ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌａ）の唯一の構成員であるＴ．サーモフィルス（Ｔ．ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）は、５０℃で迅速に成長する（Ｅｖａｎｓ ａｎｄ Ｓｔｏｌｋ １９７１；Ｅｖａｎｓ １９７１；Ｓｔｏｌｋ ａｎｄ Ｓａｍｓｏｎ １９７２）。これらの好熱性タラロミセス属（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ）種の現行の分類は、主に、それらの４０℃以上における増殖能力、子嚢胞子の色、子嚢果被覆の構造、および特定型の無性世代の形成などの表現型および生理学的特徴に基づく。Ｓｔｏｌｋ ａｎｄ Ｓａｍｓｏｎ（１９７２）は、エマーソニー節（Ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）の構成員が、ペシロミセス属（Ｐａｅｃｉｌｏｍｙｃｅｓ）（Ｔ．ビソクラマイドイデス（Ｔ．ｂｙｓｓｏｃｈｌａｍｙｄｏｉｄｅｓ）およびＴ．レイセッタヌス（Ｔ．ｌｅｙｃｅｔｔａｎｕｓ））またはペニシリウム・シリンドロスポラム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｃｙｌｉｎｄｒｏｓｐｏｒｕｍ）系のどちらかの無性世代（Ｔ．エメルソニイ（Ｔ．ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）およびＴ．バシリスポルス（Ｔ．ｂａｃｉｌｌｉｓｐｏｒｕｓ））を有すると記述した。後に、Ｐｉｔｔ（１９７９）は、ペニシリウム属（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ）およびペシロミセス属（Ｐａｅｃｉｌｏｍｙｃｅｓ）の特徴である頸部（首）上でなく、末端孔からの分生子形成などの様々な特徴に基づいて、ペニシリウム・シリンドロスポラム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｃｙｌｉｎｄｒｏｓｐｏｒｕｍ）系に属する種をゲオスミチア属（Ｇｅｏｓｍｉｔｈｉａ）に移した。ゲオスミチア属（Ｇｅｏｓｍｉｔｈｉａ）内では、Ｇ．アルギラセア（Ｇ．ａｒｇｉｌｌａｃｅａ）のみが耐熱性であり、Ｓｔｏｌｋ ｅｔ ａｌ．（１９６９）およびＥｖａｎｓ（１９７１）は、サーモミセス属（Ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ）エマーソニー節（Ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）の構成員との関連性を提案した。タラロミセス属（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ）内の好熱性（ｔｈｅｍｏｐｈｉｌｉｃ）タラロミセス属（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ）種と、トリココマ科（Ｔｒｉｃｈｏｃｏｍａｃｅａｅ）の系統学的関係は不明である。Ｊ．Ｈｏｕｂｒａｋｅｎ，Ａｎｔｏｎｉｅ ｖａｎ Ｌｅｅｕｗｅｎｈｏｅｋ ２０１２ Ｆｅｂ；１０１（２）：４０３−２１を参照されたい。
ラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）は、耐熱性および好熱性タラロミセス属（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ）およびゲオスミチア属（Ｇｅｏｓｍｉｔｈｉａ）種を含んでなる新しい属である（Ｊ．Ｈｏｕｂｒａｋｅｎ ｅｔ ａｌ前出）。表現型、生理学的、および分子データに基づいて、Ｈｏｕｂｒａｋｅｎ ｅｔ ａｌは、Ｔ．エメルソニイ（Ｔ．ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）、Ｔ．ビソクラマイドイデス（Ｔ．ｂｙｓｓｏｃｈｌａｍｙｄｏｉｄｅｓ）、Ｔ．エブルネウス（Ｔ．ｅｂｕｒｎｅｕｓ）、Ｇ．アルギラセア（Ｇ．ａｒｇｉｌｌａｃｅａ）およびＧ．シリンドロスポラ（Ｇ．ｃｙｌｉｎｄｒｏｓｐｏｒａ）種のラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）新属タラロミセス・エメルソニイ（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）への移行を提案し、ペニシリウム・ゲオスミチア・エメルソニイ（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｇｅｏｓｍｉｔｈｉａ ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）およびラサムソニア・エメルソニイ（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）は、本明細書で同義的に使用される。
好ましい好熱性真菌は、ラサムソニア・ビソクラマイドイデス（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ ｂｙｓｓｏｃｈｌａｍｙｄｏｉｄｅｓ）、ラサムソニア・エメルソニイ（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）、サーモミセス・ラヌギノスス（Ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ ｌｅｎｕｇｉｎｏｓｕｓ）、タラロミセス・サーモフィルス（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）、サーモアスクス・クルスタセウス（Ｔｈｅｒｍｏａｓｃｕｓ ｃｒｕｓｔａｃｅｕｓ）、サーモアスクス・サーモフィルス（Ｔｈｅｒｍｏａｓｃｕｓ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）、およびサーモアスクス・アウランチアクス（Ｔｈｅｒｍｏａｓｃｕｓ ａｕｒａｎｔｉａｃｕｓ）である。
「糸状菌」は、亜門真正菌類（Ｅｕｍｙｃｏｔａ）および卵菌門（Ｏｏｍｙｃｏｔａ）の全ての糸状体を含む（Ｈａｗｋｓｗｏｒｔｈ ｅｔ ａｌ．，Ｉｎ，Ａｉｎｓｗｏｒｔｈ ａｎｄ Ｂｉｓｂｙ’ｓ Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ ｏｆ Ｔｈｅ Ｆｕｎｇｉ，８ｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ，１９９５，ＣＡＢ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，ＵＫによって定義される通り）。糸状菌は、キチン、セルロース、グルカン、キトサン、マンナン、およびその他の複合多糖から構成される、菌糸体壁によって特徴付けられる。栄養成長は菌糸伸長により、炭素異化作用は偏性好気性である。糸状菌株としては、アクレモニウム属（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ）、アガリクス属（Ａｇａｒｉｃｕｓ）、アスペルギルス属（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）、アウレオバシジウム属（Ａｕｒｅｏｂａｓｉｄｉｕｍ）、白彊蚕病菌属（Ｂｅａｕｖａｒｉａ）、セファロスポリウム属（Ｃｅｐｈａｌｏｓｐｏｒｉｕｍ）、セリポリオプシス属（Ｃｅｒｉｐｏｒｉｏｐｓｉｓ）、ケトミウム属（Ｃｈａｅｔｏｍｉｕｍ）、ペシロミセス属（Ｐａｅｃｉｌｏｍｙｃｅｓ）、クリソスポリウム属（Ｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ）、麦角菌属（Ｃｌａｖｉｃｅｐｓ）、コクリオボルス属（Ｃｏｃｈｉｏｂｏｌｕｓ）、コプリナス属（Ｃｏｐｒｉｎｕｓ）、クリプトコッカス属（Ｃｒｙｐｔｏｃｏｃｃｕｓ）、シアツス属（Ｃｙａｔｈｕｓ）、エメリセラ属（Ｅｍｅｒｉｃｅｌｌａ）、エンドチア属（Ｅｎｄｏｔｈｉａ）、エンドチア属（Ｅｎｄｏｔｈｉａ）、ケカビ属（Ｍｕｃｏｒ）、フィロバシジウム属（Ｆｉｌｉｂａｓｉｄｉｕｍ）、フザリウム属（Ｆｕｓａｒｉｕｍ）、ゲオスミチア属（Ｇｅｏｓｍｉｔｈｉａ）、Ｇｉｌｏｃｌａｄｉｕｍ、フミコラ属（Ｈｕｍｉｃｏｌａ）、マグナポルテ属（Ｍａｇｎａｐｏｒｔｈｅ）、ケカビ属（Ｍｕｃｏｒ）、ミセリオフトラ属（Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｈｏｒａ）、ミロセシウム属（Ｍｙｒｏｔｈｅｃｉｕｍ）、ネオカリマスティクス属（Ｎｅｏｃａｌｌｉｍａｓｔｉｘ）、ニューロスポラ属（Ｎｅｕｒｏｓｐｏｒａ）、ペシロミセス属（Ｐａｅｃｉｌｏｍｙｃｅｓ）、ペニシリウム属（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ）、ピロミセス属（Ｐｉｒｏｍｙｃｅｓ）、ファネロカエテ属（Ｐａｎｅｒｏｃｈａｅｔｅ）、ヒラタケ属（Ｐｌｅｕｒｏｔｕｓ）、ポドスポラ属（Ｐｏｄｏｓｐｏｒａ）、ピリクラリア属（Ｐｙｒｉｃｕｌａｒｉａ）、ラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）、リゾムコール属（Ｒｈｉｚｏｍｕｃｏｒ）、クモノスカビ属（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ）、シタリジウム属（Ｓｃｙｌａｔｉｄｉｕｍ）、スエヒロタケ属（Ｓｃｈｉｚｏｐｈｙｌｌｕｍ）、スタゴノスポラ属（Ｓｔａｇｏｎｏｓｐｏｒａ）、タラロミセス属（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ）、サーモアスクス属（Ｔｈｅｒｍｏａｓｃｕｓ）、サーモミセス属（Ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ）、チエラビア属（Ｔｈｉｅｌａｖｉａ）、トリポクラジウム属（Ｔｏｌｙｐｏｃｌａｄｉｕｍ）の株が挙げられるが、これに限定されるものではない。
糸状菌のいくつかの株は、米国微生物系統保存機関（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｔｙｐｅ Ｃｕｌｔｕｒｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ；ＡＴＣＣ）、ドイツ微生物細胞培養コレクション（Ｄｅｕｔｓｃｈｅ Ｓａｍｍｌｕｎｇ ｖｏｎ Ｍｉｋｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｅｎ ｕｎｄ Ｚｅｌｌｋｕｌｔｕｒｅｎ ＧｍｂＨ；ＤＳＭ）、オランダ微生物株保存センター（Ｃｅｎｔｒａａｌｂｕｒｅａｕ Ｖｏｏｒ Ｓｃｈｉｍｍｅｌｃｕｌｔｕｒｅｓ；ＣＢＳ）、およびＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｐａｔｅｎｔ Ｃｕｌｔｕｒｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ、Ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｒｅｇｉｏｎａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ（ＮＲＲＬ）などのいくつかの菌株保存機関で、一般人が容易に利用できる。このような株の例としては、アスペルギルス・ニガー（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）ＣＢＳ５１３．８８、アスペルギルス・オリゼ（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｏｒｙｚａｅ）ＡＴＣＣ２０４２３、ＩＦＯ４１７７、ＡＴＣＣ１０１１、ＡＴＣＣ９５７６、ＡＴＣＣ１４４８８−１４４９１、ＡＴＣＣ１１６０１、ＡＴＣＣ１２８９２、Ｐ．クリソゲヌム（Ｐ．ｃｈｒｙｓｏｇｅｎｕｍ）ＣＢＳ４５５．９５、ペニシリウム・シトリナム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｃｉｔｒｉｎｕｍ）ＡＴＣＣ３８０６５、ペニシリウム・クリソゲナム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｃｈｒｙｓｏｇｅｎｕｍ）Ｐ２、タラロミセス・エメルソニイ（Ｔａｌａｒｏｍｙｃｅｓ ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）ＣＢＳ３９３．６４、アクレモニウム・クリソゲヌム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｃｈｒｙｓｏｇｅｎｕｍ）ＡＴＣＣ３６２２５またはＡＴＣＣ４８２７２、トリコデルマ・リーゼイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉ）ＡＴＣＣ２６９２１またはＡＴＣＣ５６７６５またはＡＴＣＣ２６９２１、ショウユコウジカビ（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｓｏｊａｅ）ＡＴＣＣ１１９０６、クリソスポリウム・ラクノウエンス（Ｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ ｌｕｃｋｎｏｗｅｎｓｅ）Ｃ１、Ｇａｒｇ２７Ｋ、ＶＫＭＦ−３５００−Ｄ、ＡＴＣＣ４４００６およびその誘導体が挙げられる。
適切な微生物中における、酵素（例えば少なくとも２、３または４種の異なるセルラーゼ）の発現および生成の利点は、本発明の方法で使用し得る、高い酵素組成物収率であってもよい。
本発明によれば、酸素を添加することで、最適温度条件、工程所用時間短縮、酵素用量低下、酵素再使用、およびその他の工程最適化をはじめとする、多数の工程上の利点を獲得でき、コストの低下がもたらされる。有利なことに本発明は、加水分解ステップが改善された条件下で実施される方法を提供する。本発明は、工程所用時間が短縮された加水分解を伴う方法もまた提供する。さらに本発明は、有用な加水分解産物の生成量を同一レベルに維持しながら、酵素用量を低下してもよい方法を提供する。本発明の別の利点は、加水分解を伴う本方法が、最適化された工程条件をもたらしてもよいことである。本発明のさらなる利点は、加水分解を伴う工程の有用な加水分解生成物の生成量が、同一酵素用量を使用して増大されることである。
［安定酵素組成物］
本明細書の安定酵素組成物は、酵素組成物が、加水分解反応時間３０時間後に、好ましくはその初期活性の少なくとも１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％８５％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％または１００％の活性を加水分解反応時間の３０時間後に保つことを意味する。好ましくは、酵素組成物は、加水分解反応時間の４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、５００時間後に、活性を保つ。
一実施形態では、本発明の方法で使用される酵素組成物は真菌に由来し、または本発明の方法で使用される酵素組成物は真菌酵素を含んでなる。一実施形態では、酵素組成物は糸状菌に由来し、または酵素組成物は糸状菌酵素を含んでなる。本発明の方法は、有利にはラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）の微生物に由来する酵素組成物、またはラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）酵素を含んでなる酵素組成物との組み合わせで適用される。
酵素組成物は、例えばラサムソニア・エメルソニイ（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）またはアスペルギルス・ニガー（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）などの適切な微生物による適切な基質の発酵によって調製されてもよく、その中では酵素組成物が微生物によって産生される。微生物を改変して、改良し、またはセルラーゼ組成物を生成してもよい。例えば微生物は、古典的株改良手順または組換えＤＮＡ技術によって、変異させてもよい。したがって本明細書で言及される微生物をそのまま使用して、セルラーゼ組成物を生成し得て、または改変して生成量を増大させ、または微生物によって元来生成されない酵素である異種セルラーゼをはじめとする改変セルラーゼ組成物を生成してもよい。好ましくは真菌、より好ましくは糸状菌を使用して、セルラーゼ組成物が生成される。有利には、好熱性または耐熱性微生物が使用される。任意選択的に、酵素組成物の生成中に、酵素組成物中で酵素発現を誘導する基質が使用される。
酵素組成物を使用して、多糖類を含んでなるリグノセルロースから糖類を放出させる。主な多糖類は、セルロース（グルカン）、ヘミセルロース（キシラン、ヘテロキシラン、およびキシログルカン）である。さらに例えば木材由来原材料中では、いくらかのヘミセルロースが、グルコマンナンとして存在してもよい。例えば、グルコース、セロビオース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、フルクトース、マンノース、ラムノース、リボース、ガラクツロン酸、グルクロン酸（ｇｌｕｃｏｒｏｎｉｃ ａｃｉｄ）、およびその他のヘキソースおよびペントースなどの、単量体および多量体の双方をはじめとする可溶性糖類への、これらの多糖類の酵素加水分解は、協力して作用する異なる酵素の作用下で起こる。糖生成物とは、原材料またはリグノセルロース系材料の酵素加水分解産物を意味する。糖生成物は、単量体および多量体の双方をはじめとする可溶性糖類を含んでなり、好ましくはグルコースを含んでなる。糖類のその他の例は、セロビオース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、フルクトース、マンノース、ラムノース、リボース、ガラクツロン酸、グルクロン酸（ｇｌｕｃｏｒｏｎｉｃ ａｃｉｄ）、およびその他のヘキソースおよびペントースである。糖生成物は、そのまま使用してもよく、または例えば精製するなど、さらに処理してもよい。
さらに、ペクチン、そしてアラビナンなどのその他のペクチン質が、典型的に非木本組織からの細胞壁の乾燥質量のかなりの割合を構成してもよい（乾燥質量の約４分の１から半分がペクチンであってもよい）。
セルロースは、β−１，４結合によって連結するグルコース残基から構成される直鎖多糖類である。セルロース繊維の直線的性質、ならびに（αと比較した）β結合グルコースの化学量は、デンプンの高度に分岐したＯ結合型構造よりも、鎖間水素結合をより起こしやすい構造を生じる。したがってセルロースポリマーは概して溶解度がより低く、デンプンに見られる繊維よりも、さらに密接に結合した繊維を形成する。
本発明で使用される安定酵素組成物中に含まれてもよい酵素を、ここでより詳細に説明する：
ＧＨ６１、エンドグルカナーゼ（ＥＧ）、およびエキソセロビオヒドロラーゼ（ＣＢＨ）などの溶菌性多糖モノオキシゲナーゼは、不溶性セルロースのセロオリゴ糖（セロビオースを主生成物とする）などの生成物への加水分解を触媒する一方で、β−グルコシダーゼ（ＢＧ）は主にセロビオースおよびセロトリオースであるオリゴ糖をグルコースに変換する。
ヘミセルロースは複合型ポリマーであり、その組成は、生物毎におよび組織型毎に幅広く変動することが多い。一般に、ヘミセルロースの主成分は、五炭糖であるβ１，４結合キシロースである。しかしこのキシロースは、キシロースの０−３および／または０−２原子で分岐することが多く、アラビノース、ガラクトース、マンノース、グルクロン酸、ガラクツロン酸への結合によって、または酢酸へのエステル化（およびフェルラ酸へのアラビノースのエステル化）によって置換され得る。ヘミセルロースはまた、β結合六炭糖（既述のβ−（１，３）（１，４）グルカンおよびヘテログルカンなど）の総称であるグルカンも含有し、それに加えてグルコマンナン（グルコースおよびマンノースの双方が、β−結合により互いに結合して直鎖主鎖中に存在する）も含有し得る。
キシラナーゼは、例えばα−Ｌ−アラビノフラノシダーゼ、フェルロイルおよびアセチルキシランエステラーゼ、グルクロニダーゼ、およびβ−キシロシダーゼなどのその他の付属酵素と共に、ヘミセルロースの加水分解を触媒する。
ペクチン質としては、ペクチン、アラビナン、ガラクタン、およびアラビノガラクタンが挙げられる。ペクチンは、植物細胞壁中の最も複雑な多糖である。これらは、Ｌ−ラムノース中にある程度散在する、（１，４）結合Ｄ−ガラクツロン酸単位のコア鎖の周囲に構成される。あらゆる１個の細胞内に、この説明に適合するいくつかの構造単位があり、単一ペクチン分子内では、異なる構造単位のコア鎖が互いに連続していると、一般に考えられている。
主要な構造単位のタイプは、次のようである：カルボキシル基上のメタノール、およびＯ−２およびＯ−３上の酢酸エステルで置換されてもよい、ガラクツロナン（ホモガラクツロナン）；その中でガラクツロン酸単位が、（１，４）結合ガラクタンおよび（１，５）結合アラビナン側鎖を保有するラムノース単位と交互する、ラムノガラクツロナンＩ（ＲＧＩ）；ラムノースに直接付着し、またはガラクタン鎖を通じて間接的に付着してもよい、アラビナン側鎖；ガラクツロン酸のＯ−３上に単一キシロシル単位がある、キシロガラクツロナン（ＲＧＩと密接に結び付いている）；および例えばアピオースなどの珍しい糖を含有する、特に複雑な微量単位である、ラムノガラクツロナンＩＩ（ＲＧＩＩ）。ＲＧＩＩ単位は、適切なイオン条件下でホウ酸とのエステルを可逆的に生成し得る、２つのアピオシル残基を含有してもよい。
本発明の方法で使用される組成物は、好ましくは少なくとも２種の活性を含んでなるが、典型的に組成物は、例えば、３、４、５、６、７、８、９種以上などの２種を超える活性を含んでなる。典型的に、本発明の組成物は、少なくとも２種の異なるセルラーゼ、または１種のセルラーゼと、少なくとも１種のヘミセルラーゼとを含んでなってもよい。本発明の組成物は、セルラーゼを含んでなってもよいが、キシラナーゼは含まない。さらに本発明の組成物は、補助酵素活性、すなわち直接または間接的のどちらかの追加的活性を含んでなり、リグノセルロース分解をもたらしてもよい。このような補助活性の例が、本明細書で言及される。
したがって本発明で使用するための組成物は、ＧＨ６１、エンドグルカナーゼ活性および／またはセロビオヒドロラーゼ活性および／またはβ−グルコシダーゼ活性を含んでなってもよい。本発明で使用するための組成物は、これらのクラスの１つまたは複数中の、２種以上の酵素活性を含んでなってもよい。例えば、本発明で使用するための組成物は、例えば、エンド１，３（１，４）−βグルカナーゼ活性と、エンドβ−１，４グルカナーゼ活性との２種のエンドグルカナーゼ活性を含んでなってもよい。このような組成物はまた、１種または複数種のキシラナーゼ活性を含んでなってもよい。このような組成物は、補助酵素活性を含んでなってもよい。
本発明で使用される組成物は、ラサムソニア・エメルソニイ（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）などのラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）などの糸状菌などの真菌から誘導されてもよい。一実施形態では、（リグノセルロース分解性）酵素活性のコアセットは、ラサムソニア・エメルソニイ（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）に由来してもよい。ラサムソニア・エメルソニイ（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）は、リグノセルロース系材料の加水分解について本明細書で実証されるように、非常に効果的な活性セットを提供し得る。必要ならば、活性セットは、その他の起源からの追加的な酵素活性で補足され得る。このような追加的な活性は、古典的起源に由来してもよく、および／または遺伝子改変生物によって生成されてもよい。
本発明で使用するための組成物の活性は、熱安定性であってもよい。本明細書において、これは活性が、例えば約７５℃以上などの約７０℃以上、例えば８５℃以上などの約８０℃以上などの、約６０℃以上の最適温度を有することを意味する。本発明で使用するための組成物の活性は、典型的に同一最適温度を有しないが、好ましくはそれでもなお熱安定性である。
さらに本発明で使用するための組成物の酵素活性は、低ｐＨで機能できてもよい。本発明の目的では、低ｐＨは、約５．５以下、約５以下、約４．９以下、約４．８以下、約４．７以下、約４．６以下、約４．５以下、約４．４以下、約４．３以下、約４．２以下、約４．１以下、約４．０以下、約３．９以下、または約３．８以下、約３．７以下、約３．６以下、または約３．５以下のｐＨを指す。
本発明で使用するための組成物の活性は、上記の最適温度とｐＨ価のいずれかの組み合わせによって定義されてもよい。
本発明の方法で使用される組成物は、ラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）に由来する活性に加えて、セルラーゼ（例えばラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）以外の起源に由来するもの）、および／またはヘミセルラーゼ（例えばラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）以外の起源に由来するもの）、および／またはペクチナーゼを含んでなってもよい。
本発明で使用するための酵素組成物は、ラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）以外の起源からのセルラーゼおよび／またはヘミセルラーゼおよび／またはペクチナーゼを含んでなってもよい。
例えば、本発明で使用するための組成物は、国際公開第０２／０９５０１４号パンフレットで開示されるものなどのアスペルギルス・オリゼ（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｏｒｙｚａｅ）、または国際公開第２００８／０５７６３７号パンフレットで開示されるβ−グルコシダーゼ活性を有する融合タンパク質、または国際公開第２００５／０４７４９９号パンフレットで配列番号２としてまたは国際公開第２０１４／１３０８１２号パンフレットで配列番号５として開示されるものなどのアスペルギルス・フミガーツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｆｕｍｉｇａｔｕｓ）、または国際公開第２０１２／０４４９１５号パンフレットで開示されるものなど、Ｆ１００Ｄ、Ｓ２８３Ｇ、Ｎ４５６Ｅ、Ｆ５１２Ｙ（国際公開第２０１４／１３０８１２号パンフレットの配列番号５を使用した番号付与）に置換があるものなどのアスペルギルス・フミガーツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｆｕｍｉｇａｔｕｓ）β−グルコシダーゼ変異体、またはアスペルギルス・アクレアツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ａｃｕｌｅａｔｕｓ）、アスペルギルス・ニガー（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）またはアスペルギルス・カワチ（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｋａｗａｃｈｉ）などのアスペルギルス属（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）に由来するβ−グルコシダーゼ（ＢＧ）を含んでなってもよい。別の実施形態では、β−グルコシダーゼは、国際公開第２００７／０１９４４２号パンフレットで配列番号２として開示されるペニシリウム・ブラシリアヌム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｂｒａｓｉｌｉａｎｕｍ）などのペニシリウム属（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ）に由来し、または米国特許第６，０２２，７２５号明細書、米国特許第６，９８２，１５９号明細書、米国特許第７，０４５，３３２号明細書、米国特許第７，００５，２８９号明細書、米国特許第２００６／０２５８５５４号明細書、米国特許第２００４／０１０２６１９号明細書に記載されるものなどのなどのトリコデルマ属（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）に由来する。一実施形態では、細菌β−グルコシダーゼでさえもが使用され得る。別の実施形態では、β−グルコシダーゼは、チエラビア・テルレストリス（Ｔｈｉｅｌａｖｉａ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉｓ）（国際公開第２０１１／０３５０２９号パンフレット）またはトリコファエア・サカタ（Ｔｒｉｃｈｏｐｈａｅａ ｓａｃｃａｔａ）（国際公開第２００７／０１９４４２号パンフレット）に由来する。
例えば、本発明で使用するための組成物は、トリコデルマ・リーゼイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉ）などのトリコデルマ属（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）に由来する；フミコラ・インソレンス（Ｈｕｍｉｃｏｌａ ｉｎｓｏｌｅｎｓ）株などのフミコラ属（Ｈｕｍｉｃｏｌａ）に由来する；アスペルギルス・アクレアツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ａｃｕｌｅａｔｕｓ）またはアスペルギルス・カワチ（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｋａｗａｃｈｉｉ）などのアスペルギルス属（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）に由来する；エルウィニア・カロトボーラ（Ｅｒｗｉｎｉａ ｃａｒｏｔｏｖａｒａ）などのエルウィニア属（Ｅｒｗｉｎｉａ）に由来する；フザリウム・オキシスポラム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ）などのフザリウム属（Ｆｕｓａｒｉｕｍ）に由来する；チエラビア・テルレストリス（Ｔｈｉｅｌａｖｉａ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉｓ）などのチエラビア属（Ｔｈｉｅｌａｖｉａ）に由来する；フミコラ・グリセア変種サーモイディア（Ｈｕｍｉｃｏｌａ ｇｒｉｓｅａ ｖａｒ．ｔｈｅｒｍｏｉｄｅａ）またはフミコラ・インソレンス（Ｈｕｍｉｃｏｌａ ｉｎｓｏｌｅｎｓ）などのフミコラ属（Ｈｕｍｉｃｏｌａ）に由来する；メラノカルプス・アルボミセス（Ｍｅｌａｎｏｃａｒｐｕｓ ａｌｂｏｍｙｃｅｓ）などのメラノカルプス（Ｍｅｌａｎｏｃａｒｐｕｓ）に由来する；ニューロスポラ・クラッサ（Ｎｅｕｒｏｓｐｏｒａ ｃｒａｓｓａ）などのニューロスポラ属（Ｎｅｕｒｏｓｐｏｒａ）に由来する；ミセリオフトラ・サーモフィラ（Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｈｏｒａ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌａ）などのミセリオフトラ属（Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｈｏｒａ）に由来する；クラドリヌム・フォエクンディスシマム（Ｃｌａｄｏｒｒｈｉｎｕｍ ｆｏｅｃｕｎｄｉｓｓｉｍｕｍ）などのクラドリヌム（Ｃｌａｄｏｒｒｈｉｎｕｍ）に由来するおよび／またはクリソスポリウム・ラクノウエンス（Ｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ ｌｕｃｋｎｏｗｅｎｓｅ）株などのクリソスポリウム属（Ｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ）に由来するエンドグルカナーゼ（ＥＧ）を含んでなってもよい。一実施形態では、アシドサーマス・セルロリチカス（Ａｃｉｄｏｔｈｅｒｍｕｓ ｃｅｌｌｕｌｏｌｙｔｉｃｕｓ）エンドグルカナーゼ（国際公開第９１／０５０３９号パンフレット；国際公開第９３／１５１８６号パンフレット；米国特許第５，２７５，９４４号明細書；国際公開第９６／０２５５１号パンフレット；米国特許第５，５３６，６５５号明細書、国際公開第００／７００３１号パンフレット、国際公開第０５／０９３０５０号パンフレットを参照されたい）；サーモビフィダ・フスカ（Ｔｈｅｒｍｏｂｉｆｉｄａ ｆｕｓｃａ）エンドグルカナーゼＩＩＩ（国際公開第０５／０９３０５０号パンフレットを参照されたい）；およびサーモビフィダ・フスカ（Ｔｈｅｒｍｏｂｉｆｉｄａ ｆｕｓｃａ）エンドグルカナーゼＶ（国際公開第０５／０９３０５０号パンフレットを参照されたい）をはじめとするが、これに限定されるものではない、細菌エンドグルカナーゼでさえも使用され得る。
例えば、本発明で使用するための組成物は、国際公開第２０１１／０５７１４０号パンフレットの配列番号６、または国際公開第２０１４／１３０８１２号パンフレットの配列番号６で開示されるＣｅｌ７Ａ ＣＢＨ Ｉなどのアスペルギルス・フミガーツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｆｕｍｉｇａｔｕｓ）などのアスペルギルス属（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）、またはトリコデルマ・リーゼイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉ）などのトリコデルマ属（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）に由来するセロビオヒドロラーゼＩを含んでなってもよい。
例えば、本発明で使用するための組成物は、国際公開第２０１４／１３０８１２号パンフレットの配列番号７中のものなどのアスペルギルス・フミガーツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｆｕｍｉｇａｔｕｓ）などのアスペルギルス属（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）に由来する、またはトリコデルマ・リーゼイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉ）などのトリコデルマ属（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）に由来する、またはチエラビア・テルレストリス（Ｔｈｉｅｌａｖｉａ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉｓ）などのチエラビア属（Ｔｈｉｅｌａｖｉａ）に由来する、チエラビア・テルレストリス（Ｔｈｉｅｌａｖｉａ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉｓ）に由来するセロビオヒドロラーゼＩＩ ＣＥＬ６ＡなどのセロビオヒドロラーゼＩＩを含んでなってもよい。
例えば、本発明で使用するための組成物は、国際公開第２００５／０７４６５６号パンフレットに配列番号２として記載されるもの、および国際公開第２０１４／１３０８１２号パンフレットおよび国際公開第２０１０／０６５８３０号パンフレットに配列番号１として記載されるものなどのサーモアスクス・アウランチアカス（Ｔｈｅｒｍｏａｓｃｕｓ ａｕｒａｎｔｉａｃｕｓ）などのサーモアスクス属（Ｔｈｅｒｍｏａｓｃｕｓ）に由来する；または国際公開第２００５／０７４６４７号パンフレットに配列番号８として記載されるもの、または国際公開第２０１４／１３０８１２号パンフレットおよび国際公開第２００８／１４８１３１号パンフレットおよび国際公開第２０１１／０３５０２７号パンフレットに配列番号４として記載されるものなどのチエラビア・テルレストリス（Ｔｈｉｅｌａｖｉａ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉｓ）などのチエラビア属（Ｔｈｉｅｌａｖｉａ）に由来する；または国際公開第２０１０／１３８７５４号パンフレットに配列番号２として記載されるもの、または国際公開第２０１４／１３０８１２号パンフレットに配列番号３として記載されるものなどのアスペルギルス・フミガーツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｆｕｍｉｇａｔｕｓ）などのアスペルギルス属（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）に由来する；または国際公開第２０１１／０４１３９７号パンフレットに配列番号２として開示されるもの、または国際公開第２０１４／１３０８１２号パンフレットの配列番号２として開示されるもなどのペニシリウム・エメルソニイ属（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）などのペニシリウム属（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ）に由来する、ＧＨ６１ポリペプチド（溶菌性多糖モノオキシゲナーゼ）を含んでなってもよい。その他の適切なＧＨ６１ポリペプチドとしては、トリコデルマ・リーゼイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉ）（国際公開第２００７／０８９２９０号パンフレットを参照されたい）、ミセリオフトラ・サーモフィラ（Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｈｏｒａ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌａ）（国際公開第２００９／０８５９３５号パンフレット、国際公開第２００９／０８５８５９号パンフレット、国際公開第２００９／０８５８６４号パンフレット、国際公開第２００９／０８５８６８号パンフレットを参照されたい）、ペニシリウム・ピノフィルム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍｐｉｎｏｐｈｉｌｕｍ）（国際公開第２０１１／００５８６７号パンフレットを参照されたい）、サーモアスクス属（Ｔｈｅｒｍｏａｓｃｕｓ）種（国際公開第２０１１／０３９３１９号パンフレットを参照されたい）、およびサーモアスクス・クルスタセウス（Ｔｈｅｒｍｏａｓｃｕｓ ｃｒｕｓｔａｃｅｏｕｓ）（国際公開第２０１１／０４１５０４号パンフレット）を参照されたいが挙げられるが、これに限定されるものではない。一態様では、ＧＨ６１ポリペプチドは、国際公開第２００８／１５１０４３号パンフレットに従って、例えば、硫酸マンガンなどの可溶性活性化二価の金属カチオンの存在下で使用される。一態様では、ＧＨ６１ポリペプチドは、ジオキシ化合物、二環式化合物、複素環式化合物、窒素を含有化合物、キノン化合物、イオウ含有化合物、または前処理トウモロコシ茎葉などの前処理セルロース系材料から得られるリカーの存在下で使用される。
本発明で使用するための組成物で使用されてもよいその他のセルロース分解酵素は、数例を挙げれば、国際公開第９８／１３４６５号パンフレット、国際公開第９８／０１５６１９号パンフレット、国際公開第９８／０１５６３３号パンフレット、国際公開第９９／０６５７４号パンフレット、国際公開第９９／１０４８１号パンフレット、国際公開第９９／０２５８４７号パンフレット、国際公開第９９／０３１２５５号パンフレット、国際公開第２００２／１０１０７８号パンフレット、国際公開第２００３／０２７３０６号パンフレット、国際公開第２００３／０５２０５４号パンフレット、国際公開第２００３／０５２０５５号パンフレット、国際公開第２００３／０５２０５６号パンフレット、国際公開第２００３／０５２０５７号パンフレット、国際公開第２００３／０５２１１８号パンフレット、国際公開第２００４／０１６７６０号パンフレット、国際公開第２００４／０４３９８０号パンフレット、国際公開第２００４／０４８５９２号パンフレット、国際公開第２００５／００１０６５号パンフレット、国際公開第２００５／０２８６３６号パンフレット、国際公開第２００５／０９３０５０号パンフレット、国際公開第２００５／０９３０７３号パンフレット、国際公開第２００６／０７４００５号パンフレット、国際公開第２００６／１１７４３２号パンフレット、国際公開第２００７／０７１８１８号パンフレット、国際公開第２００７／０７１８２０号パンフレット、国際公開第２００８／００８０７０号パンフレット、国際公開第２００８／００８７９３号パンフレット、米国特許第５，４５７，０４６号明細書、米国特許第５，６４８，２６３号明細書、および米国特許第５，６８６，５９３号明細書に記載される。
さらに、本発明で有用なキシラナーゼの例としては、アスペルギルス・アクレアツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ａｃｕｌｅａｔｕｓ）（国際公開第９４／２１７８５号パンフレットを参照されたい）、アスペルギルス・フミガーツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｆｕｍｉｇａｔｕｓ）（国際公開第２００６／０７８２５６号パンフレットを参照されたい）、ペニシリウム・ピノフィルム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍｐｉｎｏｐｈｉｌｕｍ）（国際公開第２０１１／０４１４０５号パンフレットを参照されたい）、ペニシリウム属（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ）種（国際公開第２０１０／１２６７７２号パンフレットを参照されたい）、チエラビア・テルレストリス（Ｔｈｉｅｌａｖｉａ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉｓ）ＮＲＲＬ ８１２６（国際公開第２００９／０７９２１０号パンフレットを参照されたい）、およびトリコファエア・サカタ（Ｔｒｉｃｈｏｐｈａｅａ ｓａｃｃａｔａ）ＧＨ１０（国際公開第２０１１／０５７０８３号パンフレットを参照されたい）に由来するキシラナーゼが挙げられるが、これに限定されるものではない。本発明の統合過程で有用なβ−キシロシダーゼの例としては、ニューロスポラ・クラッサ（Ｎｅｕｒｏｓｐｏｒａ ｃｒａｓｓａ）およびトリコデルマ・リーゼイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉ）に由来するβ−キシロシダーゼが挙げられるが、これに限定されるものではない。本発明で有用なアセチルキシランエステラーゼの例としては、アスペルギルス・アクレアツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ａｃｕｌｅａｔｕｓ）（国際公開第２０１０／１０８９１８号パンフレットを参照されたい）、ケトミウム・グロボスム（Ｃｈａｅｔｏｍｉｕｍ ｇｌｏｂｏｓｕｍ）、ケトミウム・グラシル（Ｃｈａｅｔｏｍｉｕｍ ｇｒａｃｉｌｅ）、フミコラ・インソレンス（Ｈｕｍｉｃｏｌａ ｉｎｓｏｌｅｎｓ）ＤＳＭ１８００（国際公開第２００９／０７３７０９号パンフレットを参照されたい）、ヒポクレア・ジェコリナ（Ｈｙｐｏｃｒｅａｊｅｃｏｒｉｎａ）（国際公開第２００５／００１０３６号パンフレットを参照されたい）、ミセリオフトラ・サーモフィラ（Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｅｒａ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌａ）（国際公開第２０１０／０１４８８０号パンフレットを参照されたい）、ニューロスポラ・クラッサ（Ｎｅｕｒｏｓｐｏｒａ ｃｒａｓｓａ）、ファエオスファエリア・ノドルム（Ｐｈａｅｏｓｐｈａｅｒｉａ ｎｏｄｏｒｕｍ）、およびチエラビア・テルレストリス（Ｔｈｉｅｌａｖｉａ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉｓ）ＮＲＲＬ ８１２６（国際公開第２００９／０４２８４６号パンフレットを参照されたい）に由来するアセチルキシランエステラーゼが挙げられるが、これに限定されるものではない。本発明で有用なフェルロイルエステラーゼ（フェルラ酸エステラーゼ）の例としては、フミコラ・インソレンス（Ｈｕｍｉｃｏｌａ ｉｎｓｏｌｅｎｓ）ＤＳＭ １８００ （国際公開第２００９／０７６１２２号パンフレットを参照されたい）、ネオサルトリア・フィスケリ（Ｎｅｏｓａｒｔｏｒｙａ ｆｉｓｃｈｅｒｉ）、ニューロスポラ・クラッサ（Ｎｅｕｒｏｓｐｏｒａ ｃｒａｓｓａ）、ペニシリウム・アウランチオグリセウム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ａｕｒａｎｔｉｏｇｒｉｓｅｕｍ）（を参照されたい国際公開第号パンフレット２００９／１２７７２９）、およびチエラビア・テルレストリス（Ｔｈｉｅｌａｖｉａ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉｓ）（国際公開第２０１０／０５３８３８号パンフレットおよび国際公開第２０１０／０６５４４８号パンフレットを参照されたい）からのフェルロイルエステラーゼが挙げられるが、これに限定されるものではない。本発明で有用なアラビノフラノシダーゼの例としては、アスペルギルス・ニガー（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）、フミコラ・インソレンス（Ｈｕｍｉｃｏｌａ ｉｎｓｏｌｅｎｓ）ＤＳＭ １８００（国際公開第２００６／１１４０９４号パンフレットおよび国際公開第２００９／０７３３８３号パンフレットを参照されたい）およびトンビマイタケ（Ｍ．ｇｉｇａｎｔｅｕｓ）（国際公開第２００６／１１４０９４号パンフレットを参照されたい）に由来するアラビノフラノシダーゼが挙げられるが、これに限定されるものではない。本発明で有用なα−グルクロニダーゼの例としては、アスペルギルス・クラバタス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｃｌａｖａｔｕｓ）、アスペルギルス・フミガーツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｆｕｍｉｇａｔｕｓ）、アスペルギルス・ニガー（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）、アスペルギルス・テレウス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｔｅｒｒｅｕｓ）、フミコラ・インソレンス（Ｈｕｍｉｃｏｌａ ｉｎｓｏｌｅｎｓ）（国際公開第２０１０／０１４７０６号パンフレットを参照されたい）、ペニシリウム・アウランチオグリセウム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ａｕｒａｎｔｉｏｇｒｉｓｅｕｍ）（国際公開第２００９／０６８５６５号パンフレットを参照されたい）およびトリコデルマ・リーゼイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉ）に由来するα−グルクロニダーゼが挙げられるが、これに限定されるものではない。
本発明で使用するための組成物は、例えば１、２、３、または４種のまたは全種のＧＨ６１、エンドグルカナーゼ（ＥＧ）、１種または２種のエキソセロビオヒドロラーゼ（ＣＢＨ）およびβ−グルコシダーゼ（ＢＧ）などの、１、２、３、４種以上のセルラーゼを含んでなってもよい。本発明で使用するための組成物は、これらのセルラーゼ種のいずれかの２種以上を含んでなってもよい。
本発明の組成物は、本発明の方法で使用される組成物によって提供されるものとは、異なるタイプのセルラーゼ活性および／またはヘミセルラーゼ活性および／またはペクチナーゼ活性を有する活性を含んでなってもよい。例えば本発明の組成物は、本明細書に記載される組成物によって提供される、第１のタイプのセルラーゼおよび／またはヘミセルラーゼ活性および／またはペクチナーゼ活性と、追加的なセルロース／ヘミセルラーゼ／ペクチナーゼによって提供される第２のタイプのセルラーゼおよび／またはヘミセルラーゼ活性および／またはペクチナーゼ活性とを含んでなってもよい。
本明細書において、セルラーゼは、セルロースを分解または改質できる、あらゆるポリペプチドである。セルロースを分解できるポリペプチドは、セルロースを部分的に例えばセロデキストリンに、または完全にグルコースモノマーに、より小型の単位に分解する過程を触媒できるものである。本発明によるセルラーゼは、セルラーゼとの接触時に、セロデキストリンとグルコースモノマーの混合集団を生じてもよい。このような分解は、典型的に加水分解反応の手段によって起きる。
溶菌性多糖モノオキシゲナーゼ（ＬＰＭＯ）は、最近、ＣＡＺｙによってＡＡ９ファミリー（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ａｃｔｉｖｉｔｙ Ｆａｍｉｌｙ ９）またはＡＡ１０ファミリー（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ａｃｔｉｖｉｔｙ Ｆａｍｉｌｙ１０）に分類された。上述したように、溶菌性多糖モノオキシゲナーゼは、結晶性グルカン構造を開放できる。溶菌性多糖モノオキシゲナーゼはまた、セロオリゴ糖に影響を及ぼしてもよい。ＰＭＯおよびＬＰＭＯは、本明細書で同義的に使用される。ＧＨ６１（グリコシドヒドロラーゼファミリー６１または時にＥＧＩＶと称される）タンパク質は、最新の文献に記載される酸素依存性多糖類モノオキシゲナーゼ（ＰＭＯ）である。文献中では、これらのタンパク質が、リグノセルロース基質に対するセルラーゼ作用を増強すると言及されることが多い。ＧＨ６１は、元々は、１つのファミリーメンバーの非常に弱いエンド１，４−β−ｄ−グルカナーゼ活性の測定に基づいて、エンドグルカナーゼ（ｅｎｄｏｇｌｕｃａｎａｓｅ）に分類された。「ＧＨ６１」という用語は、本明細書の用法では、十分に確立されたＣＡＺＹ ＧＨ分類体系（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃａｚｙ．ｏｒｇ／ＧＨ６１．ｈｔｍｌ）のファミリー６１に分類される、共通保存配列部分および折り畳みを共有する酵素ファミリーと理解される。グリコシドヒドロラーゼファミリー６１は、グリコシドヒドロラーゼＥＣ３．２．１ファミリーのメンバーである。ＧＨ６１は、本明細書でセルラーゼの一部として使用される。ＣＢＭ３３（ファミリー３３炭水化物−結合モジュール）は溶菌性多糖モノオキシゲナーゼであり（Ｉｓａｋｓｅｎ ｅｔ ａｌ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｖｏｌ．２８９，ｎｏ．５，ｐｐ．２６３２−２６４２を参照されたい）、ＣＡＺｙは、最近，ＣＢＭ３３をＡＡ１０（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ａｃｔｉｖｉｔｙ Ｆａｍｉｌｙ １０）に再分類している。
本明細書において、ヘミセルラーゼは、ヘミセルロースを分解または改質できる、あらゆるポリペプチドである。すなわちヘミセルラーゼは、１種または複数種のキシラン、グルクロノキシラン、アラビノキシラン、グルコマンナンおよびキシログルカンを分解または改質できてもよい。ヘミセルロースを分解できるポリペプチドは、ヘミセルロースを部分的に例えばオリゴ糖に、または完全に例えばヘキソースまたはペントース糖モノマーなどの糖モノマーに、より小型の多糖類に分解する過程を触媒できるものである。本発明によるヘミセルラーゼは、ヘミセルラーゼとの接触時に、オリゴ糖と糖モノマーの混合集団を生じてもよい。このような分解は、典型的に加水分解反応の手段によって起きる。
本明細書において、ペクチナーゼは、ペクチンを分解または改質できる、あらゆるポリペプチドである。ペクチンを分解できるポリペプチドは、ペクチンを部分的に例えばオリゴ糖に、または完全に糖モノマーに、より小型の単位に分解する過程を触媒できるものである。本発明によるペクチナーゼは、ペクチナーゼとの接触時に、オリゴ糖（ｏｌｉｇｏｓａｃｃｈａｒｄｉｅｓ）と糖モノマーの混合集団を生じてもよい。このような分解は、典型的に加水分解反応の手段によって起きる。
したがって本発明の組成物は、例えば、ＧＨ６１、セロビオヒドロラーゼ、エンドβ−１，４−グルカナーゼ、β−グルコシダーゼまたはβ−（１，３）（１，４）−グルカナーゼなどのあらゆるセルラーゼを含んでなってもよい。
本明細書において、セロビオヒドロラーゼ（ＥＣ３．２．１．９１）は、セルロースまたはセロテトラオース中の１，４−β−Ｄ−グルコシド結合の加水分解を触媒して、鎖末端からセロビオースを放出させることができる、あらゆるポリペプチドである。この酵素はまた、セルラーゼ（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、１，４−β−セロビオシダーゼ、１，４−β−セロビオヒドロラーゼ、１，４−β−Ｄ−グルカンセロビオヒドロラーゼ、アビセラーゼ、エキソ１，４−β−Ｄ−グルカナーゼ、エキソセロビオヒドロラーゼまたはエキソグルカナーゼと称されることもある。
本明細書において、エンドβ−１，４−グルカナーゼ（ＥＣ３．２．１．４）はセルロース、リケニンまたは穀類β−Ｄ−グルカン中の１，４−β−Ｄ−グルコシド結合のエンド加水分解を触媒できる、あらゆるポリペプチドである。このようなポリペプチドはまた、１，３−結合もまた含有するβ−Ｄ−グルカン中の１，４−結合を加水分解できてもよい。この酵素はまた、セルラーゼ、アビセラーゼ、β−１，４−エンドグルカンヒドロラーゼ、β−１，４−グルカナーゼ、カルボキシメチルセルラーゼ、セルデキストリナーゼ、エンド１，４−β−Ｄ−グルカナーゼ、エンド１，４−β−Ｄ−グルカノヒドロラーゼ、エンド１，４−β−グルカナーゼまたはエンドグルカナーゼと称されることもある。
本明細書において、β−グルコシダーゼ（ＥＣ３．２．１．２１）は、β−Ｄ−グルコースを放出させる、末端非還元β−Ｄ−グルコース残基の加水分解を触媒できる、あらゆるポリペプチドである。このようなポリペプチドは、β−Ｄ−グルコシドに対する幅広い特異性を有してもよく、以下の１つまたは複数もまた加水分解してもよい：β−Ｄ−ガラクトシド、α−Ｌ−アラビノシド、β−Ｄ−キシロシドまたはβ−Ｄ−フコシド。この酵素はまた、アミグダラーゼ、β−Ｄ−グルコシドグルコヒドロラーゼ、セロビアーゼまたはゲンチオビアーゼ（ｇｅｎｔｏｂｉａｓｅ）と称されることもある。
本明細書において、β−（１，３）（１，４）−グルカナーゼ（ＥＣ３．２．１．７３）は、１，３−および１，４−結合を含有するβ−Ｄ−グルカン中の１，４−β−Ｄ−グルコシド結合の加水分解を触媒できる、あらゆるポリペプチドである。このようなポリペプチドは、リケニンおよび穀物β−Ｄ−グルカンに作用してもよいが、１，３−結合のみまたは１，４−結合のみを含有するβ−Ｄ−グルカンには作用しない。この酵素はまた、リケニナーゼ、１，３−１，４−β−Ｄ−グルカン４−グルカノヒドロラーゼ、β−グルカナーゼ、エンドβ−１，３−１，４グルカナーゼ、リケナーゼまたは混合結合β−グルカナーゼと称されることもある。この種の酵素の代案は、エンド１，３（４）−β−グルカナーゼとして記載されるＥＣ３．２．１．６である。この種の酵素は、加水分解される結合にその還元基が関与するグルコース残基それ自体が、Ｃ−３で置換される場合に、β−Ｄ−グルカン（ｇｌｕｃａｎｓｅ）中の１，３−または１，４−結合を加水分解する。代案の名称としては、エンド１，３−β−グルカナーゼ、ラミナラナーゼ、１，３−（１，３；１，４）−β−Ｄ−グルカン３（４）グルカノヒドロラーゼが挙げられ；基質としては、ラミナリン、リケニン、および穀物β−Ｄ−グルカンが挙げられる。
本発明の組成物は、例えば、エンドキシラナーゼ、β−キシロシダーゼ、α−Ｌ−アラビノフラノシダーゼ、α−Ｄ−グルクロニダーゼ、アセチルキシランエステラーゼ、フェルロイルエステラーゼ、クマロイルエステラーゼ、α−ガラクトシダーゼ、β−ガラクトシダーゼ、β−マンナナーゼまたはβ−マンノシダーゼなどのあらゆるヘミセルラーゼを含んでなってもよい。
本明細書において、エンドキシラナーゼ（ＥＣ３．２．１．８）は、キシラン中の１，４−β−Ｄ−キシロシド結合のエンド加水分解を触媒できる、あらゆるポリペプチドである。この酵素はまた、エンド１，４−β−キシラナーゼまたは１，４−β−Ｄ−キシランキシラノヒドロラーゼと称されることもある。代案は、グルクロノアラビノキシラン中の１，４キシロシド結合もまた加水分解できる酵素である、ＥＣ３．２．１．１３６のグルクロノアラビノキシランエンドキシラナーゼである。
本明細書において、β−キシロシダーゼ（ＥＣ３．２．１．３７）は、１，４−β−Ｄ−キシランの加水分解を触媒して、非還元末端から連続Ｄ−キシロース残基を除去できる、あらゆるポリペプチドである。このような酵素はまた、キシロビオースを加水分解してもよい。この酵素はまた、キシラン１，４−β−キシロシダーゼ、１，４−β−Ｄ−キシランキシロヒドロラーゼ、エキソ１，４−β−キシロシダーゼまたはキシロビアーゼと称されることもある。
本明細書において、α−Ｌアラビノフラノシダーゼ（ＥＣ３．２．１．５５）は、α−Ｌアラビノフラノシド、（１，２）および／または（１，３）−および／または（１，５）−結合を含有するα−Ｌアラビナン、アラビノキシラン、およびアラビノガラクタンに作用できる任意のポリペプチドである。この酵素はまた、α−Ｎ−アラビノフラノシダーゼ、アラビノフラノシダーゼまたはアラビノシダーゼと称されることもある。
本明細書において、α−Ｄ−グルクロニダーゼ（ＥＣ３．２．１．１３９）は、以下の形式の反応を触媒できる、あらゆるポリペプチドである：α−Ｄ−グルクロノシド＋Ｈ（２）Ｏ＝アルコール＋Ｄ−グルクロン酸。この酵素はまた、α−グルクロニダーゼまたはα−グルコシドウロナーゼと称されることもある。これらの酵素はまた、キシラン中の置換基として存在し得る４−Ｏ−メチル化グルクロン酸（ｇｌｕｃｏｒｏｎｉｃ ａｃｉｄ）を加水分解してもよい。代案は、α−１，２−（４−Ｏ−メチル）グルクロノシル結合の加水分解を触媒するＥＣ３．２．１．１３１：キシランα−１，２−グルクロニダーゼ（ｇｌｕｃｕｒｏｎｏｓｉｄａｓｅ）である。
本明細書において、アセチルキシランエステラーゼ（ＥＣ３．１．１．７２）は、キシランおよびキシロ−オリゴ糖の脱アセチル化を触媒できる、あらゆるポリペプチドである。このようなポリペプチドは、重合キシラン、アセチル化キシロース、アセチル化グルコース、α−ナフチル（ｎａｐｔｈｙｌ）酢酸またはｐ−ニトロフェニル酢酸エステルからのアセチル基の加水分解を触媒してもよいが、典型的にトリアセチルグリセロールからのアセチル基の加水分解は触媒しない。このようなポリペプチドは、典型的に、アセチル化マンナンまたはペクチンには作用しない。
本明細書において、フェルロイルエステラーゼ（ＥＣ３．１．１．７３）は、以下の形式の反応を触媒できる、あらゆるポリペプチドである：フェルロイル−糖類＋Ｈ（２）Ｏ＝フェルラ酸＋糖類。糖類は、例えばオリゴ糖または多糖類であってもよい。これは、典型的に、通常は「天然」基質中のアラビノースである、エステル化糖からの４−ヒドロキシ−３−メトキシシンナモイル（フェルロイル）基の加水分解を触媒してもよく、酢酸ｐ−ニトロフェノールおよびメチルフェルラは、典型的に基質として劣る。この酵素はまた、シンナモイルエステルヒドロラーゼ、フェルラ酸エステラーゼまたはヒドロキシシンナモイルエステラーゼと称されることもある。これはまた、キシラナーゼおよびペクチナーゼが植物細胞壁をヘミセルロースおよびペクチンに分解するのを助けてもよいので、ヘミセルラーゼ付属酵素と称されることもある。
本明細書において、クマロイルエステラーゼ（ＥＣ３．１．１．７３）は、以下の形式の反応を触媒できる、あらゆるポリペプチドである：クマロイル−糖類＋Ｈ（２）Ｏ＝クマル酸＋糖類。糖類は、例えばオリゴ糖または多糖類であってもよい。この酵素はまた、トランス４−クマロイルエステラーゼ、トランスｐ−クマロイルエステラーゼ、ｐ−クマロイルエステラーゼまたはｐ−クマル酸エステラーゼと称されることもある。この酵素は、ＥＣ３．１．１．７３にも含まれるので、フェルロイルエステラーゼと称されることもある。
本明細書において、α−ガラクトシダーゼ（ＥＣ３．２．１．２２）は、ガラクトースオリゴ糖、ガラクトマンナン、ガラクタン、およびアラビノガラクタンをはじめとする、α−Ｄ−ガラクトシド中の末端非還元α−Ｄ−ガラクトース残基の加水分解を触媒できる、あらゆるポリペプチドである。このようなポリペプチドはまた、α−Ｄ−フコシドを加水分解できてもよい。この酵素はまた、メリビアーゼと称されることもある。
本明細書において、β−ガラクトシダーゼ（ＥＣ３．２．１．２３）は、β−Ｄ−ガラクトシド中の末端非還元β−Ｄ−ガラクトース残基の加水分解を触媒できる、あらゆるポリペプチドである。このようなポリペプチドはまた、α−Ｌ−アラビノシドを加水分解できてもよい。この酵素はまた、エキソ（１→４）−β−Ｄ−ガラクタナーゼまたはラクターゼと称されることもある。
本明細書において、β−マンナナーゼ（ＥＣ３．２．１．７８）は、マンナン、ガラクトマンナン、およびグルコマンナン中の１，４−β−Ｄ−マンノシド結合のランダム加水分解を触媒できる、あらゆるポリペプチドである。この酵素はまた、マンナンエンド１，４−β−マンノシダーゼまたはエンド１，４−マンナナーゼと称されることもある。
本明細書において、β−マンノシダーゼ（ＥＣ３．２．１．２５）は、β−Ｄ−ガラクトシド中の末端非還元β−Ｄ−マンノース残基の加水分解を触媒できる、あらゆるポリペプチドである。この酵素はまた、マンナナーゼまたはマンナーゼと称されることもある。
本発明の組成物は、例えば、エンドポリガラクツロナーゼ、ペクチンメチルエステラーゼ、エンドガラクタナーゼ、βガラクトシダーゼ、ペクチンアセチルエステラーゼ、エンドペクチンリアーゼ、ペクチン酸リアーゼ、αラムノシダーゼ、エキソガラクツロナーゼ、エキソポリガラクツロン酸（ｅｘｐｏｌｙｇａｌａｃｔｕｒｏｎａｔｅ）リアーゼ、ラムノガラクツロナンヒドロラーゼ、ラムノガラクツロナンリアーゼ、ラムノガラクツロナンアセチルエステラーゼ、ラムノガラクツロナンガラクツロノヒドロラーゼ、キシロガラクツロナーゼなどのあらゆるペクチナーゼを含んでなってもよい。
本明細書において、エンドポリガラクツロナーゼ（ＥＣ３．２．１．１５）は、ペクチン酸およびその他のガラクツロナン中の１，４−α−Ｄ−ガラクトシドウロン酸結合のランダム加水分解を触媒できる、あらゆるポリペプチドである。この酵素はまた、ポリガラクツロナーゼペクチンデポリメラーゼ、ペクチナーゼ、エンドポリガラクツロナーゼ、ペクトラーゼ、ペクチンヒドロラーゼ、ペクチンポリガラクツロナーゼ、ポリ−α−１，４−ガラクツロニドグリカノヒドロラーゼ、エンドガラクツロナーゼ；エンド−Ｄ−ガラクツロナーゼまたはポリ（１，４−α−Ｄ−ラクツロニド）グリカノヒドロラーゼと称されることもある。
本明細書において、ペクチンメチルエステラーゼ（ＥＣ３．１．１．１１）は、以下の反応を触媒できる、あらゆる酵素である：ペクチン＋ｎＨ２Ｏ＝ｎメタノール＋ペクチン酸。本酵素はまた、ペクチンエステラーゼ、ペクチンデメトキシラーゼ、ペクチンメトキシラーゼ、ペクチンメチルエステラーゼ、ペクターゼ、ペクチノエステラーゼまたはペクチンペクチルヒドロラーゼとしても知られている。
本明細書において、エンドガラクタナーゼ（ＥＣ３．２．１．８９）は、アラビノガラクタン中の１，４−β−Ｄ−ガラクトシド結合のエンド加水分解を触媒できる、あらゆる酵素である。酵素はまた、アラビノガラクタンエンド１，４−β−ガラクトシダーゼ、エンド１，４−β−ガラクタナーゼ、ガラクタナーゼ、アラビノガラクタナーゼまたはアラビノガラクタン４−β−Ｄ−ガラクタノヒドロラーゼとしても知られている。
本明細書において、ペクチンアセチルエステラーゼは、本明細書において、ペクチンのＧａｌＵＡ残基のヒドロキシル基で、アセチル基の脱アセチル化を触媒する、アセチルエステラーゼ活性を有する、あらゆる酵素と規定される。
本明細書において、エンドペクチンリアーゼ（ＥＣ４．２．２．１０）は、（１→４）−α−Ｄ−ガラクツロナンメチルエステルの除去的切断を触媒して、非還元末端に４−デオキシ−６−Ｏ−メチル−α−Ｄ−ガラクト−４−エヌロノシル基があるオリゴ糖を生成できる、あらゆる酵素である。酵素はまた、ペクチンリアーゼ、ペクチントランスエリミナーゼ；エンドペクチンリアーゼ、ポリメチルガラクツロン酸トランスエリミナーゼ、ペクチンメチルトランスエリミナーゼ、ペクトリアーゼ、ＰＬ、ＰＮＬまたはＰＭＧＬまたは（１→４）−６−Ｏ−メチル−α−Ｄ−ガラクツロナンリアーゼとしても知られている。
本明細書において、ペクチン酸リアーゼ（ＥＣ４．２．２．２）は、（１→４）−α−Ｄ−ガラクツロナンの除去的切断を触媒して、非還元末端に４−デオキシ−α−Ｄ−ガラクト−４−エヌロノシル基があるオリゴ糖を生成できる、あらゆる酵素である。酵素はまた、既知のポリガラクツロン酸トランスエリミナーゼ、ペクチン酸トランスエリミナーゼ、ポリガラクツロン酸リアーゼ、エンドペクチンメチルトランスエリミナーゼ、ペクチン酸トランスエリミナーゼ、エンドガラクツロン酸トランスエリミナーゼ、ペクチン酸リアーゼ、ペクチンリアーゼ、α−１，４−Ｄ−エンドポリガラクツロン酸リアーゼ、ＰＧＡリアーゼ、ＰＰａｓｅ−Ｎ、エンド−α−１，４−ポリガラクツロン酸リアーゼ、ポリガラクツロン酸リアーゼ、ペクチントランスエリミナーゼ、ポリガラクツロン酸、およびトランスエリミナーゼまたは（１→４）−α−Ｄ−ガラクツロナンリアーゼであってもよい。
本明細書において、αラムノシダーゼ（ＥＣ３．２．１．４０）は、末端非還元α−Ｌ−ラムノース残基のα−Ｌ−ラムノシドへの、または代案としてはラムノガラクツロナンへの加水分解を触媒できる、あらゆるポリペプチドである。この酵素はまた、α−Ｌ−ラムノシダーゼＴ、α−Ｌ−ラムノシダーゼＮまたはα−Ｌ−ラムノシドラムノヒドロラーゼとしても知られている。
本明細書において、エキソガラクツロナーゼ（ＥＣ３．２．１．８２）は、非還元末端からペクチン酸を加水分解でき、ジガラクツロン酸を放出させる、あらゆるポリペプチドである。酵素はまた、エキソポリ−α−ガラクツロノシダーゼ、エキソポリガラクツロノシダーゼまたはエキソポリガラクツラノシダーゼとしても知られている。
本明細書において、エキソガラクツロナーゼ（ＥＣ３．２．１．６７）は、以下を触媒できる、あらゆるポリペプチドである。（１，４−α−Ｄ−ラクツロニド）ｎ＋Ｈ２Ｏ＝（１，４−α−Ｄ−ラクツロニド）ｎ＋Ｄ−ガラクツロン酸。酵素はまた、ガラクツラン１，４−α−ガラクツロニダーゼ、エキソポリガラクツロナーゼ、ポリ（ガラクツロン酸）ヒドロラーゼ、エキソＤ−ガラクツロナーゼ、エキソＤ−ガラクツロナナーゼ、エキソポリ−Ｄ−ガラクツロナーゼまたはポリ（１，４−α−Ｄ−ラクツロニド）ガラクツロノヒドロラーゼとしても知られている。
本明細書において、エキソポリガラクツロン酸リアーゼ（ＥＣ４．２．２．９）は、ペクチン酸、すなわち脱エステル化ペクチンの還元末端からの４−（４−デオキシ−α−Ｄ−ガラクト−４−エヌロノシル）−Ｄ−ガラクツロン酸の除去的切断を触媒できる、あらゆるポリペプチドである。この酵素は、ペクチン酸二糖類リアーゼ、ペクチン酸エキソリアーゼ、エキソペクチン酸トランスエリミナーゼ、エキソペクチン酸リアーゼ、エキソポリガラクツロン酸−トランスエリミナーゼ、ＰＡＴＥ、エキソＰＡＴＥ、エキソＰＧＬまたは（１→４）−α−Ｄ−ガラクツロナン還元末端二糖類リアーゼとして知られている。
本明細書において、ラムノガラクツロナンヒドロラーゼは、エンド様式で、二糖類［（１，２−α−Ｌ−ラムノイル−（１，４）−α−ガラクトシルウロン酸］からなる、厳密に交互するラムノガラクツロナン構造中のガラクトシルウロン酸とラムノピラノシルの間の結合を加水分解できる、あらゆるポリペプチドである。
本明細書において、ラムノガラクツロナンリアーゼは、β−除去によって、エンド様式で、ラムノガラクツロナン中のα−Ｌ−Ｒｈａｐ−（１→４）−α−Ｄ−ＧａｌｐＡ結合を切断できる、あらゆるポリペプチドである、あらゆるポリペプチドである。
本明細書において、ラムノガラクツロナンアセチルエステラーゼは、ラムノガラクツロナン中で交互するラムノースおよびガラクツロン酸残基骨格の脱アセチル化を触媒する、あらゆるポリペプチドである。
本明細書において、ラムノガラクツロナンガラクツロノヒドロラーゼは、エキソ様式で、厳密に交互するラムノガラクツロナン構造の非還元末端からガラクツロン酸を加水分解できる、あらゆるポリペプチドである。
本明細書において、キシロガラクツロナーゼは、エンド様式で、β−キシロース置換ガラクツロン酸骨格を切断することで、キシロガラクツロナンに作用する、あらゆるポリペプチドである。この酵素はまた、キシロガラクツロナンヒドロラーゼとしても知られている。
本明細書において、α−Ｌ−アラビノフラノシダーゼ（ＥＣ３．２．１．５５）は、α−Ｌ−アラビノフラノシド、（１，２）および／または（１，３）および／または（１，５）結合含有α−Ｌ−アラビナン，アラビノキシラン、およびアラビノガラクタンに作用できる、あらゆるポリペプチドである。この酵素はまた、α−Ｎ−アラビノフラノシダーゼ、アラビノフラノシダーゼまたはアラビノシダーゼと称されることもある。
本明細書において、エンドアラビナナーゼ（ＥＣ３．２．１．９９）は、１，５−アラビナン中の１，５−α−アラビノフラノシド結合のエンド加水分解を触媒できるポリペプチドである。酵素は、エンドアラビナーゼ、アラビナンエンド１，５−α−Ｌ−アラビノシダーゼ、エンド１，５−α−Ｌ−アラビナナーゼ、エンドα−１，５−アラバナーゼ；エンドアラバナーゼまたは１，５−α−Ｌ−アラビナン１，５−α−Ｌ−アラビナノヒドロラーゼとしても知られている。
本発明の組成物は、典型的に少なくとも１種のセルラーゼおよび／または少なくとも１種のヘミセルラーゼおよび／または少なくとも１種のペクチナーゼ（その１つは本発明によるポリペプチドである）を含んでなる。本発明の組成物は、ＧＨ６１、セロビオヒドロラーゼ、エンドグルカナーゼおよび／またはβ−グルコシダーゼを含んでなってもよい。このような組成物はまた、１種または複数種のヘミセルラーゼおよび／または１種または複数種のペクチナーゼを含んでなってもよい。
さらに本発明の組成物中に、１種または複数種の（例えば２、３、４または全種の）アミラーゼ、プロテアーゼ、リパーゼ、リグニナーゼ、ヘキソシルトランスフェラーゼ、グルクロニダーゼまたはエクスパンシンまたはセルロース誘導タンパク質またはセルロース組み込みタンパク質などのタンパク質が存在してもよい（これらは上で助剤活性と称される）。
「プロテアーゼ」としては、ペプチド結合を加水分解する酵素（ペプチダーゼ）、ならびにペプチドと糖などのその他の部分との結合を加水分解する酵素（グリコペプチダーゼ）が挙げられる。多数のプロテアーゼが、ＥＣ３．４の下で特徴付けられ、参照によって本明細書に援用する発明で使用するのに適する。いくつかの特定タイプのプロテアーゼとしては、ペプシンをはじめとするシステインプロテアーゼ、パパイン、およびキモトリプシンをはじめとするセリンプロテアーゼ、カルボキシペプチダーゼ、およびメタロエンドペプチダーゼが挙げられる。
「リパーゼ」としては、ホスホグリセリド（ｐｈｏｓｐｏｇｌｙｃｅｒｉｄｅｓ）、リポタンパク、ジアシルグリセロールなどをはじめとする、脂質、脂肪酸、およびアシルグリセリドを加水分解する酵素が挙げられる。植物中では、脂質は、水損失および病原体感染を制限するための構造的構成要素として使用される。これらの脂質としては、脂肪酸に由来するワックス、ならびにクチンおよびスベリンが挙げられる。
「リグニナーゼ」としては、リグニンポリマーの構造を加水分解または分解し得る酵素が挙げられる。リグニンを分解し得る酵素としては、リグニンペルオキシダーゼ、マンガンペルオキシダーゼ、ラッカーゼ、およびフェルロイルエステラーゼ；そしてリグニンポリマーを脱重合しまたは別の様式で切断することが知られていると当該技術分野で記述される、その他の酵素が挙げられる。ヘミセルロース糖（特にアラビノース）とリグニンの間に形成される結合を加水分解できる酵素もまた、挙げられる。リグニナーゼとしては、以下の酵素群が挙げられるが、これに限定されるものではない：リグニンペルオキシダーゼ（ＥＣ１．１１．１．１４）、マンガンペルオキシダーゼ（ＥＣ１．１１．１．１３）、ラッカーゼ（ＥＣ１．１０．３．２）、およびフェルロイルエステラーゼ（ＥＣ３．１．１．７３）。
「ヘキソシルトランスフェラーゼ」（２．４．１−）としては、トランスフェラーゼ反応を触媒できるが、例えばセルロースおよび／またはセルロース分解産物などの加水分解反応もまた触媒し得る酵素が挙げられる。本発明で使用してもよいヘキソシルトランスフェラーゼの一例は、β−グルカノシルトランスフェラーゼである。このような酵素は、（１，３）（１，４）グルカンおよび／またはセルロースおよび／またはセルロース分解産物の分解を触媒できてもよい。
「グルクロニダーゼ」としては、例えばβ−グルクロノシなどのグルクロノシドの加水分解を触媒して、アルコールを生じる酵素が挙げられる。例えば、β−グルクロニダーゼ（ＥＣ３．２．１．３１）、ヒアルロノ−グルクロニダーゼ（ＥＣ３．２．１．３６）、グルクロノシル−ジスルホグルコサミングルクロニダーゼ（３．２．１．５６）、グリチルリチン酸β−グルクロニダーゼ（３．２．１．１２８）またはα−Ｄ−グルクロニダーゼ（ＥＣ３．２．１．１３９）などの多数のグルクロニダーゼが特性解析されており、本発明で使用するのに適してもよい。
本発明で使用するための組成物は、スウォレニン（Ｓａｌｈｅｉｍｏ ｅｔ ａｌ．，Ｅｕｒ．Ｊ．Ｂｉｏｈｅｍ．２６９，４２０２−４２１１，２００２を参照されたい）またはスウォレニン様タンパク質などの、エクスパンシンまたはエクスパンシン様タンパク質を含んでなってもよい。
エクスパンシンは、植物細胞増殖中における細胞壁構造の緩みと関係があるとされる。エクスパンシンは、加水分解活性を有することなく、セルロースとその他の細胞壁多糖類の間の水素結合を妨害することが提案されている。このようにして、これらは、セルロース繊維の滑りと細胞壁の拡張を可能にすると考えられる。エクスパンシン様タンパク質であるスウォレニンは、Ｎ末端炭水化物結合モジュールファミリー１ドメイン（ＣＢＤ）と、Ｃ末端エクスパンシン様ドメインとを含有する。本発明の目的では、エクスパンシン様タンパク質またはスウォレニン様タンパク質は、このような領域の片方または双方を含んでなってもよく、および／または任意選択的に検出可能な量の還元糖を生成することなく、（セルロース構造を破壊するなど）細胞壁構造を破壊してもよい。
本発明で使用するための組成物は、例えばｃｉｐ１またはｃｉｐ２遺伝子または類似遺伝子のポリペプチド産物（Ｆｏｒｅｍａｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．２７８（３４），３１９８８−３１９９７，２００３を参照されたい）などのセルロース誘導タンパク質、例えばｃｉｐＡまたはｃｉｐＣ遺伝子のポリペプチド産物などのセルロース／セルロソーム組み込みタンパク質、またはスキャフォルディンまたはスキャフォルディン様タンパク質であってもよい。スキャフォルディンおよびセルロース組み込みタンパク質は、セルロース分解性サブユニットを多酵素複合体に組織化してもよい、多機能組みサブユニットである。これは、２つの相補的ドメインクラス、すなわちスキャフォルディン上の粘着ドメインと、各酵素的単位上のドッケリンドメインとの相互作用によって達成される。スキャフォルディンサブユニットはまた、セルロソームの基質への付着を媒介する、セルロース結合モジュール（ＣＢＭ）も保有する。スキャフォルディンまたはセルロース組み込みタンパク質は、本発明の目的ではこのような領域の片方または双方を含んでなってもよい。
本発明で使用するための組成物は、カタラーゼもまた含んでなってもよい。「カタラーゼ」という用語は、２個の水素過酸化物から酸素と２個の水への変換を触媒する、水素過酸化物：水素過酸化物酸化還元酵素（ＥＣ１．１１．１．６またはＥＣ１．１１．１．２１）を意味する。カタラーゼ活性は、以下の反応に基づく、２４０ｎｍにおける過酸化水素分解のモニタリングによって判定され得る：２Ｈ２Ｏ２→２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２。反応は、１ｍｌあたり１０．３ｍＭの基質（Ｈ２Ｏ２）とおよそ１００単位の酵素と共に、２５℃で５０ｍＭリン酸、ｐＨ７．０中で実施される。吸光度は、１６〜２４秒内に分光光度法でモニターされ、それは０．４５から０．４への吸光度低下に相当すべきである。１個のカタラーゼ活性単位は、ｐＨ７．０および２５℃で、毎分分解される１マイクロモルのＨ２Ｏ２として表され得る。
本発明の方法で使用される組成物は、上述の各酵素クラスの１メンバー、１酵素クラスのいくつかのメンバー、またはこれらの酵素クラスまたはヘルパータンパク質（すなわちそれ自体は酵素活性を有しないがそれでもなおリグノセルロース分解を助ける、本明細書で言及されるタンパク質）の任意の組み合わせから構成されてもよい。
本発明の方法で使用される組成物は、以下からの酵素から構成されてもよい：（１）商業的供給元；（２）酵素を発現するクローン遺伝子；（３）複合ブロス（タンパク質および酵素を培地中に分泌する微生物株の培地中の増殖から得られるものなど；（４）（３）で増殖した株の細胞溶解産物；および／または（５）酵素を発現する植物材料。本発明の組成物中の異なる酵素は、異なる起源から得られてもよい。
酵素は、微生物、酵母、真菌、細菌または植物中で外来性に生成され、次に単離して、例えばリグノセルロース系原材料に添加され得る。代案としては、酵素を生成させるが単離せず、粗製細胞集団発酵ブロス、または植物材料（トウモロコシ茎葉または麦藁など）などを例えば原材料に添加してもよい。代案としては、粗製細胞集団または酵素生産培地または植物材料を処理して（例えば加熱または抗菌剤添加によって）、さらなる微生物成長を妨げ、次に例えば原材料に添加してもよい。これらの粗製酵素混合物は、酵素産生生物を含んでもよい。代案としては、酵素は、（前処理）原材料（トウモロコシ茎葉または麦藁など）を使用して酵素産生生物に栄養を提供する発酵中で、生成されてもよい。この様にして、酵素産生植物それ自身がリグノセルロース原材料の役割を果たしてもよく、リグノセルロース系原材料に添加されてもよい。
本明細書に記載される方法および使用では、上述の組成物の成分は、同時に（すなわち単一組成物として）または別途または順次提供されてもよい。
したがって本発明は、その中で上述の組成物が使用される方法と、工業プロセスにおける組成物の使用とに関する。
一実施形態では、酵素組成物は、下述されるような全発酵ブロスであってもよい。全発酵ブロスは、非組換えおよび／または組換え糸状菌の発酵から調製され得る。一実施形態では、糸状菌は、糸状菌に対して同種または異種であり得る、１つまたは複数の遺伝子を含んでなる組換え糸状菌である。一実施形態では、糸状菌は、糸状菌に対して同種または異種であり得る、１つまたは複数の遺伝子を含んでなる組換え糸状菌であり、その中で１つまたは複数の遺伝子は、セルロース系基質を分解させ得る酵素をコードする。全発酵ブロスは、ポリペプチドまたはそれらの任意の組み合わせのいずれかを含んでなってもよい。
好ましくは、酵素組成物は細胞が死滅化されている全発酵ブロスである。全発酵ブロスは、有機酸（細胞殺処分のために使用される）、死滅化細胞および／または細胞破片、および培養液を含有してもよい。
通常、糸状菌は、セルロース系基質の加水分解能がある酵素の生産に適した、細胞培養液中で培養される。培養は、当該技術分野で公知の手技を使用して、炭素および窒素源および無機塩を含んでなる適切な栄養培地中で行われる。増殖およびセルラーゼおよび／またはヘミセルラーゼおよび／またはペクチナーゼ生産に適する、適切な培養液、温度範囲、およびその他の条件は、当該技術分野で公知である。全発酵ブロスは、糸状菌を定常期まで培養して、１つまたは複数のセルラーゼおよび／またはヘミセルラーゼおよび／またはペクチナーゼを発現するのに十分な時間にわたり、糸状菌を限定的炭素条件下に維持することで調製され得る。ひとたび、セルラーゼおよび／またはヘミセルラーゼおよび／またはペクチナーゼなどの酵素が、糸状菌によって発酵培地中に分泌されたら、全発酵ブロスが使用され得る。本発明の全発酵ブロスは、糸状菌を含んでなってもよい。いくつかの実施形態では、全発酵ブロスは、発酵の終了時に派生した、発酵材料の未分画内容物を含んでなる。典型的に、全発酵ブロスは、タンパク質合成を可能にするために炭素制限条件下で培養された糸状菌が、飽和まで増殖した後に存在する、消耗培養液および細胞破片を含んでなる（特に、セルラーゼおよび／またはヘミセルラーゼおよび／またはペクチナーゼの発現）。いくつかの実施形態では、全発酵ブロスは、消耗細胞培養液、細胞外酵素、および糸状菌を含んでなる。いくつかの実施形態では、全発酵ブロス中に存在する糸状菌は、細胞死滅全発酵ブロスを生成するために、当該技術分野で公知の方法を使用して、溶解、透過処理、または死滅化され得る。一実施形態では、全発酵ブロスは細胞死滅か全発酵ブロスであり、糸状菌細胞を含有する全発酵ブロスは、溶解または死滅化される。いくつかの実施形態では、細胞は、糸状菌を化学および／またはｐＨ処理によって溶解することで死滅化され、糸状菌発酵の細胞死滅化全ブロスが生成する。いくつかの実施形態では、細胞は、糸状菌を化学および／またはｐＨ処理を溶解することによって溶解することで死滅化され、細胞死滅化発酵混合物のｐＨが適切なｐＨに調節される。一実施形態では、全発酵ブロスは、少なくとも１つの１〜５炭素有機酸および／またはその塩を含んでなる第１の有機酸成分と、少なくとも６炭素以上の有機酸および／またはその塩を含んでなる第２の有機酸成分とを含んでなる。一実施形態では、第１の有機酸成分は、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、それらの塩、またはそれらの任意の組み合わせであり、第２の有機酸成分は、安息香酸、シクロヘキサンカルボン酸、４−メチル吉草酸、フェニル酢酸、それらの塩、またはそれらの任意の組み合わせである。
「全発酵ブロス」という用語は、本明細書の用法では、細胞発酵によって生成されて皆無のまたはわずかな回収および／または精製しか受けていない調製品を指す。例えば、全体発酵ブロスは、タンパク質合成（例えば、宿主細胞による酵素発現）および細胞培養液中への分泌を可能にするために炭素制限条件下で培養された微生物培養物が、飽和まで培養されると生成される。典型的に、全発酵ブロスは未分画であり、消耗細胞培養液、細胞外酵素、および微生物、好ましくは生存不能細胞を含んでなる。
必要ならば、全発酵ブロスは分割され得て、分割内容物の１つまたは複数が使用され得る。例えば、死滅化細胞および／または細胞破片が、全発酵ブロスから除去されて、これらの成分を含まない組成物が提供され得る。
全発酵ブロスは、保存料および／または抗菌剤をさらに含んでなってもよい。このような保存料および／または薬剤は、当該技術分野で公知である。
本明細書に記載されるような全発酵ブロスは、典型的に液体であるが、死滅化細胞、細胞破片、培養液成分、および／または不溶性酵素などの不溶性成分を含有してもよい。いくつかの実施形態では、不溶性成分が除去されて、清澄化全発酵ブロスが提供されもよい。
一実施形態では、全発酵ブロスには、糸状菌によって内在性に発現されず、または相対的に低レベルで発現される、１つまたは複数の酵素活性が添加されて、例えば、グルコースまたはキシロースなどの発酵性糖類へのセルロース系基質の分解が改善されてもよい。補足的酵素は、全発酵ブロスへの補足として添加され得て、酵素は分離全発酵ブロスの成分であってもよく、または精製され、または最小限度に回収されおよび／または精製されてもよい。
一実施形態では、全発酵ブロスは、１つまたは複数の酵素を過剰発現してセルロース系基質の分解を改善する、組換え糸状菌の発酵の全発酵ブロスを含んでなる。代案としては、全発酵ブロスは、１つまたは複数の酵素を過剰発現してセルロース系基質の分解を改善し得る、非組換え糸状菌および組換え糸状菌発酵の全発酵ブロスの混合物を含んでなる。一実施形態では、全発酵ブロスは、β−グルコシダーゼを過剰発現する糸状菌の発酵の全発酵ブロスを含んでなる。代案としては、本方法で使用されて全発酵ブロスおよび反応性組成物は、非組換え糸状菌の発酵の全発酵ブロスと、β−グルコシダーゼを過剰発現する組換え糸状菌発酵の全発酵ブロスとの混合物を含んでなり得る。
［リグノセルロース系材料］
本明細書において、リグノセルロース系材料としては、あらゆるリグノセルロースおよび／またはヘミセルロース系材料が挙げられる。本発明で原材料として使用するのに適するリグノセルロース系材料としては、例えば農業バイオマス、商業的有機物、建築および解体廃材、都市固形廃棄物、古紙および庭ごみなどのバージンバイオマスおよび／または非バージンバイオマスなどのバイオマスが挙げられる。バイオマスの一般形態としては、樹木、灌木および牧草、小麦、麦藁、サトウキビ、サトウキビ茎、サトウキビバガス、スイッチグラス、ススキ、エネルギー用サトウキビ、トウモロコシ、トウモロコシ茎葉、トウモロコシ苞葉、トウモロコシ穂軸、キャノーラ茎、大豆茎、サトウモロコシ、穀粒からの繊維を含むトウモロコシ穀粒、「ふすままたは繊維」と称されることが多い、トウモロコシ、小麦、および大麦などの穀物製粉（湿式磨砕および乾式製粉を含む）からの製品および副産物、ならびに都市固形廃棄物、古紙、および庭ごみが挙げられる。バイオマスはまた、草質材料、農業残渣、林業残渣、都市固形廃棄物、古紙、およびパルプおよび製紙工場残渣でもあり得るが、これに限定されるものではない。「農業バイオマス」としては、枝、低木、トウ、トウモロコシおよびトウモロコシ苞葉、エネルギー作物、森林、果実、花卉、穀物、牧草、草本作物、葉、樹皮、針状葉、丸太、根、若木、短期輪作木質作物、灌木、スイッチ草本、樹木、野菜、果、ブドウの木、甜菜パルプ、小麦ミドリング粉（ｍｉｄｌｉｎｇｓ）、オート麦外皮、および硬質および軟質木材（有害物質のある木材は含まない）が挙げられる。さらに、農業バイオマスとしては、特に林業木材廃棄物をはじめとする、農業および林業活動をはじめとする農業プロセスから生じる有機廃棄物材料が挙げられる。農業バイオマスは、前述のいずれか単独、またはそのあらゆる組み合わせまたは混合物であってもよい。
［前処理］
本発明で使用されるリグノセルロース系材料は、洗浄および／または前処理されてもよい。原材料は、酵素加水分解のための基質へのアクセスしやすさを高め、および／またはヘミセルロースを加水分解し、および／またはヘミセルロースおよび／またはセルロースおよび／またはリグニンを可溶化するために、任意選択的に、加熱、機械および／または化学修飾、またはこのような方法の任意の組み合わせによって、当該技術分野で公知のあらゆる方法で前処理してもよい。一実施形態では、前処理は、蒸気爆発、熱水処理または希酸または希釈塩基処理によって、リグノセルロースを処理することで実施される。
一実施形態では、リグノセルロース系材料は、酵素加水分解の前および／または最中に前処理される。前処理方法は当該技術分野で公知であり、加熱、機械的、化学修飾、生物学的変性、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これに限定されるものではない。前処理は、典型的に、酵素加水分解のリグノセルロース系材料のへのアクセスしやすさを促進し、および／またはリグノセルロース系材料中のヘミセルロースを加水分解し、および／またはヘミセルロースおよび／またはセルロースおよび／またはリグニンを可溶化するために実施される。一実施形態では、前処理は、リグノセルロース系材料の蒸気爆発、熱水処理による処理、または希酸または希釈塩基による処理を含んでなる。前処理方法の例としては、蒸気処理（例えば、１００〜２６０℃、圧力７〜４５バール、中性ｐＨで１〜１０分間の処理）、希酸処理（例えば、蒸気存在または不在下における、１２０〜２００℃、圧力２〜１５バール、酸性ｐＨで２〜３０分間の０．１〜５％Ｈ２ＳＯ４および／またはＳＯ２および／またはＨＮＯ３および／またはＨＣｌによる処理）、オルガノソルブ処理（例えば、有機溶剤および蒸気存在下における、１６０〜２００℃、圧力７〜３０バール、酸性ｐＨで３０〜６０分間の１〜１．５％Ｈ２ＳＯ４による処理）、石灰処理（例えば、水／蒸気の存在下における、６０〜１６０℃、圧力１〜１０バール、アルカリ性ｐＨで６０〜４８００分間の０．１〜２％ＮａＯＨ／Ｃａ（ＯＨ）２による処理）、ＡＲＰ処理（例えば、１５０〜１８０℃、圧力９〜１７バール、アルカリ性ｐＨで１０〜９０分間の５〜１５％ＮＨ３による処理）、ＡＦＥＸ処理（例えば、６０〜１４０℃、圧力８〜２０バール、アルカリ性ｐＨで５〜３０分間の＞１５％ＮＨ３による処理）が挙げられるが、これに限定されるものではない。
［洗浄ステップ］
任意選択的に、本発明による方法は、洗浄ステップを含んでなる。任意の洗浄ステップを使用して、発酵ステップの阻害物質として作用することもある水溶性化合物を除去してもよい。洗浄ステップは、既知の様式で実施してもよい。
リグノセルロース系材料は、洗浄されてもよい。一実施形態ではリグノセルロース系材料は、前処理後に洗浄されてもよい。洗浄ステップを使用して、発酵および／または加水分解ステップの阻害物質として作用することもある、水溶性化合物が除去されてもよい。洗浄ステップは、当業者に公知の様式で実施されてもよい。洗浄の次に、その他の解毒方法が存在する。前処理リグノセルロース系材料はまた、固体／液体分離、真空蒸発、抽出、吸着、中和、過剰石灰処理、還元剤の添加、ラッカーゼまたはペルオキシダーゼなどの解毒酵素の添加、加水分解物の解毒能力がある微生物の添加をはじめとするが、これに限定されるものではない、任意の（または任意の組み合わせ）によって解毒されもよい。
［酵素加水分解］
本発明の方法で使用される酵素組成物は、例えばトウモロコシ茎葉、麦藁、サトウキビ茎、および／またはサトウキビバガスなどのリグノセルロース分解性材料を極めて効果的に加水分解し得て、それは次に、エタノール、バイオガス、ブタノール、乳酸、プラスチック、有機酸、溶媒、動物飼料補給剤、薬剤、ビタミン、アミノ酸、酵素または化学原料などの有用な生成物にさらに変換される。さらに例えばバイオガス生産中間体としての乳酸などの加水分解に続く工程からの中間生成物は、その他の材料の基礎的要素として使用し得る。本発明は、エタノール生産によって例示されるが、これは制限でなく例証としてのみ実施され、別の言及される有用な生成物も等しく良好に生成され得る。
本発明による方法は、酵素的加水分解ステップを含んでなる。酵素加水分解としては、原材料を液化する（ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ）ための加水分解、および原材料から糖を放出させるための加水分解、またはその双方が挙げられるが、これに限定されるものではない。このステップでは、任意選択的に前処理されおよび任意選択的に洗浄されたリグノセルロース系材料が、本発明による酵素組成物と接触される。リグノセルロースから糖への所望転化率を得るために、リグノセルロース系材料と前処理に応じて、例えば、温度、酵素用量、加水分解反応時間、および乾物濃度などの異なる反応条件が、当業者によって適応されてもよい。いくつかの指標が、以下に示される。
本発明の一態様では、加水分解は４５℃以上、５０℃以上、５５℃以上、６０℃以上、６５℃以上、または７０℃以上の温度で実施される。加水分解中の高温は、酵素組成物の最適温度での作業、（細菌）汚染リスク低下、粘度低下、より少ない所用冷却水、より高温の冷却水の使用、酵素再使用などをはじめとする、多数の利点を有する。
本発明のさらなる態様では、添加される酵素組成物の量（本明細書において酵素用量または酵素負荷とも称される）は低い。一実施形態では、酵素の量は、６ｍｇタンパク質／ｇ乾物重量以下、５ｍｇタンパク質／ｇ乾物以下、４ｍｇタンパク質／ｇ乾物以下、３ｍｇタンパク質／ｇ乾物以下、２ｍｇタンパク質／ｇ乾物以下、または１ｍｇタンパク質／ｇ乾物以下（ｍｇタンパク質／ｇ乾物中のタンパク質として表される）である。一実施形態では、酵素の量は、０．５ｍｇ酵素／ｇ乾物重量以下、０．４ｍｇ酵素組成物／ｇ乾物重量以下、０．３ｍｇ酵素／ｇ乾物重量以下、０．２５ｍｇ酵素／ｇ乾物重量以下、０．２０ｍｇ酵素／ｇ乾物重量以下、０．１８ｍｇ酵素／ｇ乾物重量以下、０．１５ｍｇ酵素／ｇ乾物重量以下または０．１０ｍｇ酵素／ｇ乾物重量以下（ｍｇ酵素／ｇ乾物中のセルラーゼ酵素合計として表される）である。酵素の活性および安定性のために、加水分解反応時間を増大できるので、低い酵素用量が可能である。
本発明のさらなる態様では、加水分解反応時間は、５時間以上、１０時間以上、２０時間以上、４０時間以上、５０時間以上、６０時間以上、７０時間以上、８０時間以上、９０時間以上、１００時間以上、１２０時間以上、１３０時間以上である。別の態様では、加水分解反応時間は、５〜１５０時間、４０〜１３０時間、５０〜１２０時間、６０〜１２０時間、６０〜１１０時間、６０〜１００時間、７０〜１００時間、７０〜９０時間または７０〜８０時間である。酵素組成物の安定性のために、より長い加水分解反応時間が可能であり、対応するより高い糖収率がもたらされる。
加水分解中のｐＨは、当業者によって選択されてもよい。本発明のさらなる態様では、加水分解中のｐＨは３．０〜６．４であってもよい。本発明の安定酵素は、最大で２ｐＨ単位、最大で３ｐＨ単位、最大で５ｐＨ単位の幅広いｐＨ範囲を有してもよい。最適ｐＨは、ｐＨ２．０〜８．０、３．０〜８．０、３．５〜７．０、３．５〜６．０、３．５〜５．０、３．５〜４．５、４．０〜４．５の範囲内に位置してもよく、あるいは約４．２である。
本発明のさらなる態様では、加水分解ステップは、リグノセルロース系材料中の利用可能糖の７０％以上、８０％以上、８５％以上、９０％以上、９２％以上、９５％以上が放出されるまで実施される。
顕著に、本発明の方法は、加水分解反応中で、高レベルの（リグノセルロース系材料の）乾物を使用して実施されてもよい。したがって本発明は、約５重量％以上、約８重量％以上、約１０重量％以上、約１１重量％以上、約１２重量％以上、約１３重量％以上、約１４重量％以上、約１５重量％以上、約２０重量％以上、約２５重量％以上、約３０重量％以上、約３５重量％以上、または約４０重量％以上の乾物含量で実施してもよい。さらなる実施形態では、加水分解ステップ中の乾物含量は、１４重量％、１５重量％、１６重量％、１７重量％、１８重量％、１９重量％、２０重量％、２１重量％、２２重量％、２３重量％、２４重量％、２５重量％、２６重量％、２７重量％、２８重量％、２９重量％、３０重量％、３１重量％、３２重量％、３３重量％それ以上、または１４〜３３重量％である。別の実施形態では、加水分解終了時の乾物含量は、５重量％以上、６重量％以上、７重量％以上、８重量％以上、９重量％以上、１０重量％以上、１１重量％以上、１２重量％以上、１３重量％以上、１４重量％以上、１５重量％以上、１６重量％以上、１７重量％以上、１８重量％以上、１９重量％以上、２０重量％以上、２１重量％以上、２２重量％以上、２３重量％以上、２４重量％以上、２５重量％以上、２６重量％以上、２７重量％以上、２８重量％以上、２９重量％以上、３０重量％以上、３１重量％以上、３２重量％以上、３３重量％以上、３４重量％以上、３５重量％以上、３６重量％以上、３７重量％以上、３８重量％以上、または３９重量％以上である。別の実施形態では、酵素加水分解の終了時の乾物含量は、５重量％〜４０重量％、６重量％〜４０重量％、７重量％〜４０重量％、８重量％〜４０重量％、９重量％〜４０重量％、１０重量％〜４０重量％、１１重量％〜４０重量％、１２重量％〜４０重量％、１３重量％〜４０重量％、１４重量％〜４０重量％、１５重量％〜４０重量％、１６重量％〜４０重量％、１７重量％〜４０重量％、１８重量％〜４０重量％、１９重量％〜４０重量％、２０重量％〜４０重量％、２１重量％〜４０重量％、２２重量％〜４０重量％、２３重量％〜４０重量％、２４重量％〜４０重量％、２５重量％〜４０重量％、２６重量％〜４０重量％、２７重量％〜４０重量％、２８重量％〜４０重量％、２９重量％〜４０重量％、３０重量％〜４０重量％、３１重量％〜４０重量％、３２重量％〜４０重量％、３３重量％〜４０重量％、３４重量％〜４０重量％、３５重量％〜４０重量％、３６重量％〜４０重量％、３７重量％〜４０重量％、３８重量％〜４０重量％、３９重量％〜４０重量％である。
［発酵］
本発明による方法は、発酵ステップを含んでなる。したがってさらなる態様では、本発明は、ステップ中に、例えばグルコース、Ｌ−アラビノースおよび／またはキシロースなどの糖（類）を含んでなる炭素源の発酵のために微生物が使用される、発酵工程を含む。炭素源としては、例えばリグノセルロース、キシラン、セルロース、デンプン、アラビナンなどの、Ｌ−アラビノース、キシロースまたはグルコース単位を含んでなる、あらゆる炭水化物オリゴマーまたはポリマーなどが挙げられる。このような炭水化物からのキシロースまたはグルコース単位の放出のために、適切なカルボヒドラーゼ（キシラナーゼ、グルカナーゼ、アミラーゼなど）が、発酵培地に添加されてもよく、または改変宿主細胞によって産生されてもよい。後者の場合、変性宿主細胞は遺伝子改変されて、このようなカルボヒドラーゼを産生し排出してもよい。グルコースのオリゴまたはポリマー原料を使用する追加的な利点は、例えばカルボヒドラーゼの律速量を使用して、発酵中に遊離グルコースの（より）低い濃度を維持できることである。これは次に、キシロースなどの非グルコース糖代謝および輸送に必要なシステムの抑制を防止する。好ましい方法では、改質宿主細胞は、Ｌ−アラビノース（任意選択的にキシロース）およびグルコースの双方を発酵し、好ましくは同時に発酵するが、その場合、好ましくは、グルコース抑制に非感受性の改変宿主細胞を使用して、ジオキシックな増殖を防止する。Ｌ−アラビノース供給源、任意選択的に炭素源としてのキシロース（およびグルコース）に加えて、発酵培地は、改質宿主細胞の増殖に必要な適切な成分をさらに含んでなる。酵母または糸状菌などの微生物の増殖のための発酵培地の組成は、当該技術分野で周知である。
発酵時間は、同一条件における従来の発酵よりも短くてもよく、酵素加水分解の一部は、発酵中になおも起きなくてはならない。一実施形態では、発酵時間は、リグノセルロース系原材料からの５０ｇ／ｌグルコースおよび対応するその他の糖の糖組成物（例えば５０ｇ／ｌキシロース、３５ｇ／ｌＬ−アラビノースおよび１０ｇ／ｌガラクトースについて、１００時間以下、９０時間以下、８０時間以下、７０時間以下、または６０時間以下である。より希釈された糖組成物では、発酵時間は対応して短縮されてもよい。
発酵工程は、好気的または嫌気的発酵工程であってもよい。嫌気的発酵工程は、本明細書において、酸素不在下で実施され、またはその中で実質的に酸素が消費されず、好ましくは５、２．５または１ｍｍｏｌ／Ｌ／ｈ未満、より好ましくは０ｍｍｏｌ／Ｌ／ｈが消費されて（すなわち酸素消費は検出不能）、有機分子が電子供与体および電子受容体双方の役割を果たす発酵工程と定義される。酸素不在下では、解糖およびバイオマス形成中に生じるＮＡＤＨは、酸化リン酸化によって酸化され得ない。この問題を解決するために、多数の微生物は、電子および水素受容体として、ピルビン酸またはその誘導体の１つを利用し、それによってＮＡＤ＋を再生する。したがって好ましい嫌気的発酵工程では、電子（および水素受容体）としてピルビン酸が使用され、エタノール、乳酸、３−ヒドロキシ−プロピオン酸、アクリル酸、酢酸、コハク酸、クエン酸、リンゴ酸、フマル酸、アミノ酸、１，３−プロパン−ジオール、エチレン、グリセロール、ブタノール、β−ラクタム抗生物質、およびセファロスポリンなどの発酵産物に還元される。好ましい実施形態では、発酵工程は嫌気的である。嫌気的処理は、あまり特殊な装置を必要とせず、好気的工程より安価であり、有利である。さらに嫌気的処理は、好気的処理よりも高い生成物収率を与えることが予測される。通常、バイオマス収率は、好気的条件下では嫌気的条件下よりも高い。結果として、生成物収率は、通常、好気的条件下では嫌気的条件よりも低いことが予測される。
別の実施形態では、発酵工程は酸素制限条件下にある。より好ましくは、発酵工程は好気的で、酸素制限条件下にある。酸素制限発酵工程は、その中で酸素消費量が、気体から液体への酸素移動によって制限される工程である。酸素制限の程度は、入って来るガス流の量と組成、ならびに使用される発酵装置の実際の混合／質量移動特性によって定まる。好ましくは、酸素制限条件下の工程において、酸素消費速度は少なくとも５．５、より好ましくは少なくとも６、なおもより好ましくは少なくとも７ｍｍｏｌ／Ｌ／ｈである。
発酵工程は、好ましくは改変細胞に最適な温度で実施される。したがってほとんどの酵母または真菌細胞では、発酵工程は、４２℃未満、好ましくは３８℃未満の温度で実施される。酵母または糸状菌宿主細胞では、発酵工程は、好ましくは３５、３３、３０または２８℃よりも低い温度、および２０、２２、または２５℃よりも高い温度で実施される。
本発明の一実施形態では、発酵ステップは、少なくとも１種のＣ５糖を発酵できる微生物を用いて実施される。一実施形態では、方法は、エタノールを製造する方法であり、方法は、少なくとも１種のＣ５糖を発酵できる微生物を用いて、糖（類）を含有する培地を発酵させるステップを含んでなるステップを含んでなり、それによって宿主細胞は、グルコース、Ｌ−アラビノースおよびキシロースをエタノールに発酵できる。微生物は、原核または真核生物であってもよい。方法で使用される微生物は、遺伝子操作微生物であってもよい。適切な生物の例は、例えば、例えば、サッカロミセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）、サッカロミセス・パストリアヌス（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｐａｓｔｏｒｉａｎｕｓ）またはサッカロミセス・ウバルム（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｕｖａｒｕｍ）などのサッカロミセス属（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）；ハンゼヌラ属（Ｈａｎｓｅｎｕｌａ）；例えば、イサタケンキア・オリエンタリス（Ｉｓｓａｔｃｈｅｎｋｉａ ｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ）などのイサタケンキア属（Ｉｓｓａｔｃｈｅｎｋｉａ）；例えば、ピキア・スチピチス（Ｐｉｃｈｉａ ｓｔｉｐｉｔｅｓ）またはピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａ ｐａｓｔｏｒｉｓ）などのピキア属（Ｐｉｃｈｉａ）；例えば、クルイベロミセス・フラジリス（Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ ｆａｇｉｌｉｓ）などのクルイベロミセス属（Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ）、例えば、カンジダ・プソイドトロピカリス（Ｃａｎｄｉｄａ ｐｓｅｕｄｏｔｒｏｐｉｃａｌｉｓ）またはカンジダ・アシドサーモフィルム（Ｃａｎｄｉｄａａｃｉｄｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｍ）などのカンジダ属（Ｃａｎｄｉｄａ）；例えば、パキソレン・タンノフィルス（Ｐａｃｈｙｓｏｌｅｎｔａｎｎｏｐｈｉｌｕｓ）などのパキソレン属（Ｐａｃｈｙｓｏｌｅｎ）などの酵母；または例えば、ラクトバチルス・デルブレッキイ・ラクチス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｌａｃｔｉｓ）などのラクトバチルス属（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ）；ゲオバチルス属（Ｇｅｏｂａｃｉｌｌｕｓ）；例えば、ザイモモナス・モビリス（Ｚｙｍｏｍｏｎａｓ ｍｏｂｉｌｉｓ）などのザイモモナス属（Ｚｙｍｏｍｏｎａｓ）；例えば、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｐｈｙｔｏｆｅｒｍｅｎｔａｎｓなどのクロストリジウム属（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）；例えば、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）などのエシェリキア属（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ）；例えば、クレブシエラ・オキシトカ（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ ｏｘｙｔｏｃａ）などのクレブシエラ属（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ）などの細菌である。その一実施形態では、少なくとも１種のＣ５糖を発酵できる微生物は酵母である。一実施形態では、酵母は、遺伝子修飾がなされた、サッカロミセス属（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、好ましくはサッカロミセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）種に属する。このような微生物の一例およびその調製は、国際公開第２００８／０４１８４０号パンフレット、および２０１０年４月２１日に出願された欧州特許出願第ＥＰ１０１６０６２２．６号明細書に、より詳細に記載される。一実施形態では、エタノール生産のため発酵工程は嫌気的である。嫌気的は、本明細書において既に前文中で定義されている。別の好ましい実施形態では、エタノール生産のための発酵工程は好気的である。別の好ましい実施形態では、エタノール生産のための発酵工程は、酸素制限条件下にあり、より好ましくは好気的、および酸素制限条件下にある。酸素制限条件は、本明細書において既に前文中で定義されている。
このような方法では、容量エタノール生産性は、好ましくは少なくとも１時間あたり１リットルあたり０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、５．０または１０．０ｇのエタノールである。方法における、Ｌ−アラビノースおよび任意選択的にキシロースおよび／またはグルコース上のエタノール収率は、好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、６０、７０、８０、９０、９５または９８％である。本明細書において、エタノール収率は、理論的な最大収量の百分率と定義され、グルコースおよびＬ−アラビノースおよび任意選択的にキシロースでは、１ｇのグルコースまたはキシロースあたり、０．５１ｇのエタノールである。
一態様では、エタノール生産をもたらす発酵工程は、既知のエタノール発酵工程と比較していくつかの利点を有する：
−嫌気的処理が可能である；
−酸素制限条件もまた可能である；
−より高いエタノール収率およびエタノール生産速度が得られ得る；
−使用される株はＬ−アラビノースおよび任意選択的にキシロースを利用できてもよい。
上述の発酵工程の代案としては、少なくとも２種の異なる細胞を使用してもよく、これはこの工程が同時発酵工程であることを意味する。上述したような発酵工程の全ての好ましい実施形態はまた、この同時発酵工程の好ましい実施形態でもある：発酵産物のアイデンティティー、Ｌ−アラビノース起源およびキシロース起源のアイデンティティー、発酵条件（好気的または嫌気的条件、酸素制限条件、工程実施温度、エタノール生産性、エタノール収率）。
発酵工程は、ｐＨを工程中に調節するいかなる必要もなしに実施されてもよい。すなわち工程は、いかなる酸または塩基も添加することなく実施される工程であってもよい。しかしこれは、酸が添加されてもよい前処理ステップを除外する。要するに、本発明の組成物は、低ｐＨで作用でき、したがって糖化または加水分解を実施するために、酸前処理原材料の酸ｐＨを調節する必要がない。したがって本発明の方法は、無機化学物質を投入する必要がない、有機製品のみを使用する無廃棄物方法であってもよい。
［総反応時間］
本発明によって、総反応時間（または加水分解ステップおよび発酵ステップを合わせた反応時間）が短縮されてもよい。一実施形態では、総反応時間は、９０％のグルコース収率で、３００時間以下、２００時間以下、１５０時間以下、１４０時間以下、１３０以下、１２０時間以下、１１０時間以下、１００時間以下、９０時間以下、８０時間以下、７５時間以下、または約７２時間である。より低いグルコース収率では、それ相応により短い総時間に達してもよい。
［発酵産物］
本発明によって生産されてもよい発酵産物としては、アミノ酸、ビタミン、医薬品、動物飼料補給剤、特殊化学薬品、化学物質原材料、プラスチック、溶媒、燃料、またはその他の有機ポリマー、乳酸、および、燃料エタノールをはじめとするエタノール（「エタノール」という用語は、エチルアルコールまたはエチルアルコールと水の混合物を含むと理解される）が挙げられる。
本発明の方法によって生成されてもよい特定の付加価値生産物としては、（バイオガス、エタノール、およびブタノールをはじめとする）バイオ燃料；乳酸；３−ヒドロキシ−プロピオン酸；アクリル酸；酢酸；１，３−プロパン−ジオール；エチレン；グリセロール；プラスチック；特殊化学薬品；クエン酸、コハク酸およびマレイン酸をはじめとする有機酸；溶剤；動物飼料補給剤；β−ラクタム抗生物質またはセファロスポリンなどの薬剤；ビタミン；リジン、メチオニン、トリプトファン、スレオニン、およびアスパラギン酸などのアミノ酸；プロテアーゼ、セルラーゼ、アミラーゼ、グルカナーゼ、ラクターゼ、リパーゼ、リアーゼ、酸化還元酵素、トランスフェラーゼまたはキシラナーゼなどの酵素；化学原料；または動物飼料補給剤が挙げられるが、これに限定されるものではない。
本発明の方法によって生産されてもよい発酵産物は、発酵に由来する任意の物質であり得る。それらとしては、アルコール（アラビニトール、ブタノール、エタノール、グリセロール、メタノール、１，３−プロパンジオール、ソルビトール、およびキシリトールなど）；有機酸（酢酸、アセトン酸、アジピン酸、アスコルビン酸、アクリル酸、クエン酸、２，５−ジケト−Ｄ−グルコン酸、ギ酸、フマル酸、グルカル酸、グルコン酸、グルクロン酸、グルタル酸、３−ヒドロキシプロピオン酸、イタコン酸、乳酸、マレイン酸、リンゴ酸、マロン酸、シュウ酸、オキザロ酢酸、プロピオン酸、コハク酸、およびキシロン酸など）；ケトン（アセトンなど）；アミノ酸（アスパラギン酸、グルタミン酸、グリシン、リジン、セリン、トリプトファン、およびスレオニンなど）；アルカン（ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、およびドデカンなど）、シクロアルカン（シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、およびシクロオクタンなど）、アルケン（ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、およびオクテンなど）；および気体（メタン、水素（Ｈ２）、二酸化炭素（ＣＯ２など）、および一酸化炭素（ＣＯ））が挙げられるが、これに限定されるものではない。発酵産物はまた、タンパク質；ビタミン；医薬品；動物飼料補給剤；特殊化学薬品；化学原料；プラスチック；溶剤；エチレン；プロテアーゼ、セルラーゼ、アミラーゼ、グルカナーゼ、ラクターゼ、リパーゼ、リアーゼ、酸化還元酵素、トランスフェラーゼまたはキシラナーゼなどの酵素であり得る。
［発酵産物の分離］
本発明による方法は、任意選択的に発酵産物を回収するステップを含んでなる。発酵産物は、発酵ブロスから、あらゆる既知の様式で分離されてもよい。したがって当業者は、各発酵産物について適切な分離技術を選択できる。例えばエタノールは、例えば従来の方法で、水蒸気蒸留／真空蒸留などの蒸留によって、酵母発酵ブロスから分離されてもよい。
本発明の特定の実施形態は、下でより詳細に記載されるが、本発明の範囲はどのようにも制限されない。
［最適温度条件下における熱安定性酵素の使用］
一実施形態では、本発明は、これに限定されないが、エタノール生産において、前処理リグノセルロース系原材料から還元糖を生産するための、ラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）のセルロース分解酵素などの熱安定性酵素の使用に関する。前処理リグノセルロース系原材料に適用されたラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）のセルロース分解酵素は、５０〜７０℃の範囲の温度で最大の変換を示した。酵素は、このような状況下で、活性の完全な中断なしに、１４日間以上にわたり活性のままである。
最適温度条件を使用することで、最大量の還元糖が、加水分解可能な最短時間内に原料（完全加水分解）から放出され得る。このようにして、グルコースへのセルロースの１００％変換が、５日間未満で達成される。
発酵産物の理論的な最大収率（１グラムのグルコースあたりの生成物ｇ数で示されるＹｐｓ ｍａｘ）は、教科書的生化学から誘導し得る。エタノールでは、酵母中の標準的解糖発酵経路に従って、１モルのグルコース（１８０ｇ）が２モルのエタノール（＝２×４６＝９２ｇのエタノール）をもたらす。したがってグルコース上のエタノールの理論的な最大収率は、９２／１８０＝０．５１１ｇエタノール／ｇグルコースである。
ブタノール（ＭＷ７４ｇ／モル）またはイソブタノールでは、理論的な最大収率は、１モルのグルコースあたり１モルのブタノールである。したがって（イソ）ブタノールのＹｐｓ ｍａｘ＝７４／１８０＝０．４１１ｇ（イソ）ブタノール／ｇグルコースである。
乳酸では、ホモ乳酸発酵の発酵収率は、１モルのグルコースあたり２モルの乳酸（ＭＷ＝９０ｇ／モル）である。この化学量論によると、Ｙｐｓ ｍａｘ＝１ｇ乳酸／ｇグルコースである。
その他の発酵産物でも、同様の計算を行ってもよい。
ラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）セルロース分解酵素の適用によって達成されるコスト削減は、総工程所用時間の短縮の結果である。
［ラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）酵素を使用した長時間加水分解によるより低い酵素用量の補償］
安定性酵素の高い安定性のために、活性は時間内に中断しないが、加水分解過程でより少ない還元糖が放出される。加水分解時間を延長することで、酵素用量を低下させて酵素の使用を延長し、同様のレベルの放出還元糖を得ることが可能である。例えば、０．１７５ｍＬ酵素／ｇ原材料乾物は、７２時間以内に、前処理原材料からの理論的な最大還元糖のおよそ９０％の放出をもたらした。０．０７５ｍＬ酵素／ｇ原材料乾物を使用した場合、１２０時間以内に、理論的な最大量のおよそ９０％の変換が達成される。結果は、酵素活性が安定しているので、加水分解時間を延長することで、酵素用量の低下を補償して、同一量の還元糖を入手し得ることを示す。同じことは、乾物含量が１０％を超える前処理原材料の加水分解にも当てはまり、１５％の乾物原材料での加水分解時間延長の補償効果が示される。
ラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）などの安定したセルロース分解酵素を使用して達成されるコスト削減は、より少ない酵素用量を必要とすることに起因して、同様の加水分解変換収率をもたらす。
［安定性酵素による汚染リスク低下］
リグノセルロース系材料をエタノールに変換する一般的処理では、運用コストを低下させるために、工程段階は、好ましくは腐敗条件下で実施される。したがって汚染と汚染微生物の増殖が存在して、乳酸、ギ酸、および酢酸などの生成、基質に対するエタノール収率損失、毒素生成、および細胞外多糖類などの有害な副作用をもたらし得て、それは生産コストにかなりの影響を及ぼすこともある。高い工程温度および／または短い工程所用時間は、加水分解および発酵中の汚染リスクを制限する。ラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）酵素のような熱安定性酵素は、６０℃を超える温度でリグノセルロース系原材料を加水分解できる。これらの温度では、望まれない副作用を引き起こす汚染微生物のリスクは、ほぼ皆無である。
その中でエタノールが生成される発酵ステップで、温度は典型的に３０〜３７℃であり、好ましくは生産量損失の理由から上昇されない。可能な限り短い発酵工程所用時間を適用することで、汚染および／または汚染菌増殖のリスクおよび影響が、可能な限り低下される。ラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）酵素のような安定酵素は、可能な限り短時間の発酵を適用し得て（上記参照）、したがって汚染および／または汚染物質増殖のリスクが可能な限り低下する。このようにしてラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）熱安定性セルロース分解酵素を適用することで達成されるコスト削減は、汚染に起因する工程不良リスクがより低いことに起因する。
［安定性酵素は、冷却コストを低下させ、エタノール工場の生産性を増大させる］
予備熱処理後の最初のステップは、前処理原材料を酵素活性が最適である温度に冷却することである。大規模では、これは典型的に、（冷却）水を添加することで実施され、これは温度を低下させるのに加えて、乾物含量を低下させる。ラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）の酵素のような熱安定性酵素を使用することで、（ｉ）加水分解中のより高い温度が可能であるため、前処理原材料に必要な冷却がより少なく、（ｉｉ）添加水がより少なく、加水分解および発酵中の乾物含量が増大し、したがってエタノール工場のエタノール生成能力（容量あたり時間単位あたりの生産量）が増大するという事実によって、コスト削減が達成され得る。また、ラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）の酵素のような本発明による熱安定性酵素を使用して、非熱安定性酵素を用いた工程で使用される水よりも温度がより高い冷却水を使用することで、コスト削減を達成してもよい。
［安定性酵素を用いた加水分解後の酵素再利用］
ひとたびほぼ全てのセルロースが変換されると、遊離される還元糖はわずかなので、加水分解終了時に、酵素活性は低いようである。しかし僭越なことに主に基質への酵素吸収のために、存在する酵素活性量の減少はわずかである。加水分解後に、遠心分離、濾過、デカンテーションなどの固液分離を適用することで、溶液中の例えば７０％などの６０％以上の酵素活性を回復させて、次の加水分解において、新たな前処理リグノセルロース原材料を加水分解するために再利用し得る。
さらに固液分離後、酵素作用からの還元糖およびその他の加水分解産物を含有する溶液から、溶液中の酵素を分離し得る。この分離は、最初に任意の種類の担体に酵素を吸着させて、または吸着させないで、（超およびマイクロ）濾過、遠心分離、デカンテーション、沈殿によって実施し得るが、これらに限定されるものではない。
例えば、０．１７５ｍＬ／ｇ原材料乾物の酵素負荷における、２０時間にわたる前処理原材料の加水分解後には、還元糖の理論的最大量の５０％が放出され、７２時間にわたる同一加水分解後には、還元糖の理論的最大量の９０％が放出される。遠心分離および限外濾過によって、残余分中に６０〜７０％の酵素活性が回復される一方で、濾液は８０％を超える放出還元糖を含有する。残余分をそのまま、あるいはさらなる精製および／または濃縮後に、再利用することで、次の加水分解ステップにおける酵素用量を６０〜７０％低下させ得る。このようにしてラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）酵素などの安定セルロース分解酵素の使用によって達成されるコスト削減は、より少ない酵素用量を必要とすることに起因する。
［安定性酵素を用いた酵素生産および酵母細胞再利用と組み合わされた加水分解後の酵素再利用］
上述したような加水分解後の酵素再利用を含む工程は、発酵後のエタノール産生微生物の再利用と、酵素生産発酵における基質としての、および微生物の培地としての（精製および／または濃縮または希釈）還元糖含有濾液の使用と、組み合わせ得る。
［安定性酵素を用いた真空蒸留後の酵素再利用］
ラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）からの酵素などの酵素の熱安定性は、加水分解、発酵、および真空蒸留後における、薄い蒸留廃液中の残留セルロース分解活性を引き起こす。酵素の全活性は、３回の連続工程段階中に低下する。したがって真空蒸留後に得られる薄い蒸留廃液は、前処理麦藁をエタノールに変換する、新たに開始される加水分解−発酵−蒸留工程サイクルのための酵素源として再利用し得る。薄い蒸留廃液は、濃縮または（非）希釈形態および／または精製および追加的な酵素補給あり、またはなしのいずれかで使用し得る。
［熱安定性酵素を用いた真空蒸留後の酵素補給と組み合わされた酵素再利用］
最適工程では、新規工程サイクルにおけるその再利用前に、薄い蒸留廃液に、先の工程サイクルの３回の連続工程段階中に失われた活性に等しい、一定量の酵素が補給される。このようにして過量の酵素が回避され、したがって最も効率的な酵素の使用が得られる。
さらに最初の工程サイクルで高い酵素用量を提供することで、および続く工程サイクルの３回の連続工程段階中に失われた活性に等しい量の酵素を補給することで、各工程サイクルにおいて可能な限り高い加水分解速度が得られ得て、最も効率的な酵素の使用と組み合わせされた、４８時間未満の短い加水分解時間がもたらされる。
［混合システムにおける安定性酵素の使用］
加水分解中に混合することで、酵素はより頻繁に基質に接触するようになり、これはより効率的な触媒活性の使用をもたらす。混合が酵素に対して悪影響を及ぼさない限り、これはより低い酵素使用量をもたらし、したがってコストを低下させる。ラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）からの熱安定性酵素のような安定性酵素は、頑強であり、徹底的なスラリー混合における状況である、（局所的に）高い剪断および温度の状況に抵抗し得る。したがって混合システムにおけるその使用は有益であり、用量低下したがってコスト低下をもたらす。
本発明を以下の実施例によってさらに説明するが、これらは本発明の範囲を制限するものと解釈すべきではない。
［実施例］
［実験情報］
［株］
ラサムソニア・エメルソニイ（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）（サーモミセス・エメルソニイ（Ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ））株は、１９６４年１２月に受入番号ＣＢＳ３９３．６４で、ＣＥＮＴＲＡＡＬ ＢＵＲＥＡＵ ＶＯＯＲ ＳＣＨＩＭＭＥＬＣＵＬＴＵＲＥＳ，Ｕｐｐｓａｌａｌａａｎ ８，Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ ８５１６７，ＮＬ−３５０８ ＡＤ Ｕｔｒｅｃｈｔ，Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓに寄託された。その他の適切な株も本実施例で等しく使用され、本発明の効果および利点を示し得る。例えば、ＴＥＣ−１０１、ＴＥＣ−１４７、ＴＥＣ−１９２、ＴＥＣ−２０１またはＴＥＣ−２１０が、適切なラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）株であり、それらは国際公開第２０１１／０００９４９号パンフレットに記載される。
［酸前処理トウモロコシ茎葉基質の調製］
Ｓｃｈｅｌｌ，Ｄ．Ｊ．，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（２００３），ｖｏｌ．１０５−１０８，ｐｐ ６９−８５に記載されるようにして、希釈酸前処理トウモロコシ茎葉（ａＣＳ）を得た。１９０℃、１分間の滞留時間、および液相中の１．４５％（ｗ／ｗ）の有効Ｈ２ＳＯ４酸濃度の定常状態条件で稼働する、パイロット規模の前処理反応器が使用された。
［タンパク質測定アッセイ］
［１．総タンパク質］
［ＴＣＡビウレット］
本方法は、妨害物質を除去するためのトリクロロ酢酸（ＴＣＡ）を使用したタンパク質沈殿の組み合わせであり、比色分析ビウレット反応によるタンパク質濃度の判定を可能にした。ビウレット反応では、銅（ＩＩ）イオンが銅（Ｉ）に還元され、それはアルカリ溶液中で、ペプチド結合中の窒素および炭素と錯体を形成する。紫色は、タンパク質の存在を示唆する。色の強さ、ひいては５４６ｎｍにおける吸光は、ランベルト・ベールの法則に従って、タンパク質濃度に正比例する。ＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）を使用して標準化を実施し、タンパク質含有量は、ＢＳＡ当量／Ｌとしてｇタンパク質で、またはＢＳＡ当量／ｍｌとしてｍｇタンパク質で表された。既知濃度のサンプル濃度に対してＯＤ５４６をプロットすることで、当該技術分野で公知の標準的計算プロトコルを使用してタンパク質含有量を計算し、検量線から作成された方程式を使用した、未知サンプルの濃度の計算がそれに続いた。
［２．ＰＡＧＥを使用した個々のタンパク質］
［サンプル前処理ＳＤＳ−ＰＡＧＥ］
サンプルの推定タンパク質濃度に基づいて、以下のサンプル調製を実施した。１０μＬのサンプルに、４０μＬのミリＱ水および５０μＬのＴＣＡ（２０％）を添加して、サンプルを５倍（約１ｍｇ／ｍｌ）に希釈して、タンパク質を沈殿させた。氷上で１時間後に、サンプルを遠心分離した（１０分間、１４０００ｒｐｍ）。ペレットを５００μＬのアセトンで洗浄し、遠心分離（１０分間、１４０００ｒｐｍ）した。ペレットを下述するように処理した。
［ＳＤＳ−ＰＡＧＥ］
ペレットを６５μＬのミリＱ水、２５μＬのＮｕＰＡＧＥ（商標）ＬＤＳサンプル緩衝液（４×）Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ、および１０μＬのＮｕＰＡＧＥ（商標）サンプル還元剤（１０×）Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎに溶解した。変性ステップに先だって、６５：２５：１０の比率のＭｉｌｌｉＱ；ＮｕＰＡＧＥ（商標）ＬＤＳサンプル緩衝液および１０μＬのＮｕＰＡＧＥ（商標）サンプル還元の混合物を使用して、サンプルを５倍に希釈した。混合後、サンプルをサーモミキサー内で１０分間７０℃で培養した。サンプル溶液を４〜１２％のＢｉｓ−トリスゲル（ＮｕＰＡＧＥ（商標）ＢｉｓＴｒｉｓ，Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ）に塗布した。マーカーＭ１２（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ）のサンプル（１０μＬ）もまた、ゲルに塗布した。ＸＣＥＬＬ Ｓｕｒｅｌｏｃｋを使用して、外側緩衝液チャンバー内の６００ｍｌの２０×希釈ＳＤＳ緩衝液、および内側緩衝液チャンバー内の０．５ｍｌの抗酸化剤（ＮｕＰＡＧＥ（商標）Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ）を含有する２００ｍｌの２０×希釈ＳＤＳ緩衝液によって、ゲルを２００Ｖで５０分間電気泳動した。泳動後、脱ミネラル水でゲルを２回水洗して、ゲルを５０％メタノール／７％酢酸溶液で１時間固定し、Ｓｙｐｒｏ Ｒｕｂｙ（ゲルあたり５０ｍｌ）で一晩染色した。ミリＱ水でゲルを洗浄した後、Ｔｙｐｈｏｏｎ ９２００（６１０ ＢＰ ３０、Ｇｒｅｅｎ（５３２ｎｍ）、ＰＭＴ ６００Ｖ、１００ミクロン）を使用して、造影した。
［タンパク質の定量分析］
スキャナを使用して、当該技術分野で公知の標準法を使用して、レーン内のタンパク質バンド間の比率を判定した。サンプルを三重反復試験にかけて、Ｉｍａｇｅ ｑｕａｎｔプログラムを使用して濃淡値を判定した。値は、総タンパク質に対する相対％タンパク質として表され、全てのタンパク質バンドの全濃淡値と比較して、選択されたタンパク質バンドの濃淡値を使用して計算される。
［グルカン変換（％）計算：］
％グルカン変換（％）＝（グルコース（ｇ／ｌ）×１００％）／（グルカン（ＤＭ上の画分）×ｄｍ（ｇ／ｋｇ）×１．１）
式中、
グルコース（ｇ／ｌ）＝加水分解後の上清中のグルコース濃度。
グルカン（ｄｍ上の画分）＝処理前の基質のグルカン含有量。
ｄｍ（ｇ／ｋｇ）＝加水分解の乾物（例えば２０％ｄｍ＝２００ｇ／ｋｇ）。
１．１＝加水分解中の水取り込みに起因する重量増大。
［例証的計算：］
グルコース＝６０ｇ／ｌ
グルカン画分＝０．４０（乾物基準で４０％）
ｄｍ＝２００ｇ／ｋｇ
グルカン変換例＝（６０＊１００）／（０．４×２００ｘ１．１）＝６８％の変換
［実施例１］
［セルラーゼ酵素混合物のセルロース分解活性に対する加水分解中の酸素不在効果の評価］
以下に記載される手順に従って、酵素混合物のセルロース分解活性に対する加水分解中の酸素不在の効果が評価された。酸前処理トウモロコシ茎葉（ａＣＳ）原材料を用いて、１０ｗ／ｗ％ＤＭの最終濃度で加水分解反応を実施した。この原材料溶液は、濃縮原材料溶液を水で希釈して調製した。その後、ｐＨを４ＭのＮａＯＨ溶液でｐＨ４．５に調節した。原材料からの酸素の除去は、二段階で実施した。最初に、超音波処理槽（Ｂｒａｎｓｏｎｉｃ ５５１０Ｅ−ＤＴＨ、設定；脱気）内の真空下超音波処理によって、原材料溶液を１５分間脱気した。第２のステップでは、３時間にわたる１０％ＤＭ原材料の５００ｍｌの溶液を通過する窒素の継続的散布によって、酸素をさらに除去した。窒素流を水蒸気で飽和させて原材料溶液からの水の蒸発を防止するために、窒素流を原材料溶液を通して散布するのに先だって、水を通して散布した。並行して、酸素含有対照サンプルとして、同様の機構で同一プロトコルに従って、５００ｍｌの同一バッチの１０ｗ／ｗ％ＤＭ ａＣＳに空気を散布した。
酸素枯渇（窒素散布）および酸素飽和（空気散布）１０ｗ／ｗ％ａＣＳ原材料溶液の加水分解は、１０ｍｌの全反応容積で気密性の３０ｍｌ遠心分離瓶（Ｎａｌｇｅｎｅ Ｏａｋｒｉｄｇｅ）内で実施した。酸素枯渇実験のために使用した既にセルラーゼ溶液を含有する瓶に、原材料充填の前と最中に、窒素を散布した。各加水分解は、３７５μＬの総容積で添加された７．５ｍｇ／ｇのＤＭセルラーゼ酵素混合物を用いて、二連で実施した。ＴＥＣ−２１０は、国際公開第２０１１／０００９４９号パンフレットに記載される接種および発酵手順に従って発酵させた。
原材料および酵素溶液を含有する遠心分離瓶をオーブンインキュベーター（Ｔｅｃｈｎｅ ＨＢ−１ Ｄハイブリダイゼーションオーブン）に入れて、設定点３で回転させながら（毎分１２ｒｐｍ）、６５℃で７２時間培養した。加水分解に続いて、サンプルを氷上で冷却し、即座に５０μＬの各上清を１４５０μＬのグレードＩの水中で希釈した。希釈上清を引き続いて濾過し（０．４５μｍフィルター、Ｐａｌｌ ＰＮ ４５４）、下述するように糖含有量について濾液を分析した。
希釈サンプルの糖濃度は、１分あたり０．６ｍｌの流速の８５℃の水による溶出によって、Ａｍｉｎｅｘ ＨＰＸ−８７Ｐカラム（Ｂｉｏｒａｄ＃１２５００９８）を装着したＨＰＬＣを使用して測定し、グルコース標準溶液で較正された屈折率検出（Ｒ．Ｉ．）からのグルコースシグナルの組み込みを用いて定量化した。
表１／図１に報告されるデータは、窒素散布原材料からの放出グルコースが、空気散布原材料からの放出グルコースよりも低いことを示す。
これらの結果に基づいて本発明者らは、酸素の存在が、セルラーゼ混合物のセルロース分解性能を改善すると結論づける。
Figure 2017512467
［実施例２］
［リグノセルロース系原材料の加水分解中におけるセルラーゼ酵素混合物のセルロース分解活性に対する酸素の効果］
リグノセルロース系原材料の加水分解中における酵素混合物のセルロース分解活性に対する酸素の効果が、この実施例で示される。酸前処理トウモロコシ茎葉（ａＣＳ）原材料を用いて、２０ｗ／ｗ％ＤＭの最終濃度で加水分解反応を実施する。この原材料溶液は、濃縮原材料溶液を水で希釈して調製する。その後、１０％（ｗ／ｗ）ＮＨ４ＯＨ溶液によって、ｐＨをｐＨ４．５に調節する。
加水分解は、１Ｌの作業容積で、撹拌されｐＨ調節される恒温反応器内で実施される。各加水分解は、２．５ｍｇ／ｇ ＤＭ ＴＥＣ−２１０セルラーゼ酵素混合物を用いて、二連で実施する。ＴＥＣ−２１０は、国際公開第２０１１／０００９４９号パンフレットに記載される接種および発酵手順に従って生成された。
以下の実験が実施される：
１．１Ｌの２０％ａＣＳ、ｐＨ４．５、温度６２℃、撹拌機速度６０ｒｐｍ（これは１ｍ３あたり＜０．００２ｍｏｌ酸素のＤＯレベルに相当する）、２．５ｍｇ／ｇ ｄｍ ＴＥＣ−２１０セルラーゼ混合物、培養時間１２０時間（参考実験）。
２．実験１と同様であるが、加水分解開始時に、溶液に、２０％の溶存酸素レベルへの空気散布を開始する（これはＤＯ（溶存酸素）電極を使用した測定で、１ｍ３あたり０．０３ｍｏｌの酸素に相当する）。この溶存酸素レベルは、残りの加水分解処理全体を通じて維持される。
３．実験１と同様であるが、７２時間目に、溶液に、２０％の溶存酸素レベルへの空気散布を開始する（これはＤＯ（溶存酸素）電極を使用した測定で、１ｍ３あたり０．０３ｍｏｌの酸素に相当する）。この溶存酸素レベルは、残りの加水分解処理全体を通じて維持される。
加水分解後、サンプルを氷上で冷却し、即座に５０μＬの各上清を１４５０μＬのグレードＩの水中で希釈する。希釈上清を引き続いて濾過し（０．４５μｍフィルター、ＰａｌｌＰＮ４５４）、下述するように糖含有量について濾液を分析する。
希釈サンプルの糖濃度は、１分あたり０．６ｍｌの流速の８５℃の水による溶出によって、Ａｍｉｎｅｘ ＨＰＸ−８７Ｐカラム（Ｂｉｏｒａｄ＃１２５００９８）を装着したＨＰＬＣを使用して測定し、グルコース標準溶液で較正された屈折率検出（Ｒ．Ｉ．）からのグルコースシグナルの組み込みを用いて定量化する。
図２に示される結果は、空気が添加された場合のグルコース生成増大を明らかに示す。さらに時間の後半で加水分解反応に添加された空気は、空気添加なし、または加水分解ステップ全体を通した空気添加と比較して、優れたグルコース生成を実証する。
［実施例３］
［パイロット規模におけるリグノセルロース系原材料の酵素加水分解に対する部分的曝気（時間）の効果］
パイロット規模におけるリグノセルロース系原材料加水分解における、酵素混合物または組成物のセルロース分解活性に対する、溶存酸素濃度の効果が、本実施例で示される。酸前処理トウモロコシ茎葉（ａＣＳ）原材料を用いて、１７．１ｗ／ｗ％ＤＭの最終濃度で加水分解反応を実施する。濃縮原材料スラリーを水で希釈して、原材料溶液を調製する。２５％（ｗ／ｗ）ＮＨ４ＯＨ溶液によって、ｐＨをｐＨ４．５に調節する。
酵素加水分解は、１５０リットルの作業容積で、ｐＨおよび温度調節される２７０リットルのパイロット反応器内で実施される。工程中の溶存酸素は、インペラ速度を所定の気流および超過圧力に調節することで、制御される。酵素加水分解は、２．５ｍｇ（ＴＣＡタンパク質）／ｇ ｄｍ ＴＥＣ−２１０セルラーゼ酵素混合物の用量で実施される。ＴＥＣ−２１０は、国際公開第２０１１／０００９４９号パンフレットに記載される接種および発酵手順に従って生成された。
以下の実験が実施される：
実験１
０から１２０時間目の空気混入：１５０Ｌの１７．１％ｐＣＳ、ｐＨ４．５、温度６２℃、１バールの超過圧力、１０ｋｇ／ｈのヘッドスペース内気流、２．５ｍｇのＴＣＡ／ｇ ｄｍ ＴＥＣ−２１０セルラーゼ混合物、２７０リットルパイロット反応器内で１２０時間の培養時間。ＤＯ電極を使用して、反応混合物の溶存酸素濃度（ＤＯ）を絶えず測定した。ＤＯは、インペラ速度を調節することで、０．１５〜０．２２ｍｏｌ／ｍ３のレベルに制御された。
実施例２
７２から１２０時間目の空気混入：１５０Ｌの１７．１％ｐＣＳ、ｐＨ４．５、温度６２℃、２．５ｍｇのＴＣＡ／ｇ ｄｍ ＴＥＣ−２１０セルラーゼ混合物の酵素用量、および２７０リットルパイロット反応器内で１２０時間の総培養時間。ＤＯ電極を使用して、反応混合物の溶存酸素濃度（ＤＯ）を絶えず測定した。工程の最初の７２時間は、以下の設定を適用した：超過圧力なし、ヘッドスペース内の気流なし、ＤＯは、インペラ速度を調節することで［０．０２−０．０５］ｍｏｌ／ｍ３のレベルに制御された。工程の最初の４８時間は、以下の設定を適用した：１バールの超過圧力、ヘッドスペース内の１０ｋｇ／ｈの気流、ＤＯは、インペラ速度を調節することで、０．１５〜０．２２ｍｏｌ／ｍ３のレベルに制御された。
酵素加水分解中、ＮＭＲによる炭水化物分析（グルコース、セロビオース）と、粘度およびｐＨ測定のために、サンプルを毎日採取した。
前処理トウモロコシ茎葉の組成分析は、サンプルの化学加水分解と、ＮＭＲによる単糖類の判定によって実施した。
酵素加水分解中に採取されたサンプルは、フローＮＭＲによって、（オリゴ）糖、有機酸、および阻害物質について分析した。
結果は、図４に提示され、部分的曝気（□＝加水分解時間７２から１２０時間目の曝気）を用いた実験２における酵素加水分解中に、実験１（■＝加水分解時間０から１２０時間目の曝気）の酵素加水分解中よりも、さらに多量のグルコースが生成することを示す。
［実施例４］
［リグノセルロース系原材料の酵素加水分解に対する溶存酸素供給タイミングの効果］
リグノセルロース系原材料酵素加水分解に対する、溶存酸素供給タイミングの効果が、本実施例で示される。酸前処理トウモロコシ茎葉（ａＣＳ）原材料を用いて、２０ｗ／ｗ％ＤＭの最終濃度で加水分解反応を実施する。濃縮原材料スラリーを水で希釈して、原材料溶液を調製する。２５％（ｗ／ｗ）ＮＨ４ＯＨ溶液によって、ｐＨをｐＨ４．５に調節する。
酵素加水分解は、１リットルの作業容積で、ｐＨおよび温度調節される２リットルの反応器内で実施される。工程中の溶存酸素は、インペラ速度調節によって、そして溶存酸素濃度を増大させる場合は、新鮮空気によるヘッドスペースの継続的補給によって制御される。酵素加水分解は、１．５ｍｇ（ＴＣＡタンパク質）／ｇ ｄｍ ＴＥＣ−２１０セルラーゼ酵素混合物の用量で実施される。ＴＥＣ−２１０は、国際公開第２０１１／０００９４９号パンフレットに記載される接種および発酵手順に従って生成された。
以下の実験が実施される：
実験１．
０から７時間目の空気混入：１Ｌの２０％ｐＣＳ、ｐＨ４．５、温度６２℃、１．５ｍｇのＴＣＡ／ｇ ｄｍ ＴＥＣ−２１０セルラーゼ混合物、培養時間１２０時間。ＤＯ電極を使用して、反応混合物の溶存酸素濃度（ＤＯ）を絶えず測定した。ＤＯは、加水分解処理の最初の７時間にわたり＞０．０５ｍｏｌ／ｍ３のレベルに調節された。加水分解時間の７から１２０時間目には、ＤＯは＜０．０２ｍｏｌ／ｍ３のレベルに維持された。
実験２．
７２から１２０時間目の空気混入：１Ｌの２０％ｐＣＳ、ｐＨ４．５、温度６２℃、１．５ｍｇのＴＣＡ／ｇ ｄｍ ＴＥＣ−２１０セルラーゼ混合物、培養時間１２０時間。ＤＯ電極を使用して、反応混合物の溶存酸素濃度（ＤＯ）を絶えず測定した。ＤＯは、加水分解処理の最初の７２時間にわたり＞０．０１ｍｏｌ／ｍ３のレベルに調節された。加水分解時間の７２から１２０時間目には、ＤＯは＜０．０５ｍｏｌ／ｍ３のレベルに維持された。
酵素加水分解中、ＮＭＲによる炭水化物分析（グルコース、セロビオース）と、粘度およびｐＨ測定のために、サンプルを毎日採取した。
前処理トウモロコシ茎葉の組成分析は、サンプルの化学加水分解と、ＮＭＲによる単糖類の判定によって実施した。
結果は図５に提示され、反応混合物に空気混入した場合のグルコース形成速度の増大を明らかに実証する。０から７時間目に空気混入された実験１は、実験２のその工程段階における空気非混入状況と比較して、工程の最初の７時間におけるグルコース形成速度の増大を明らかに示す。さらに実験２は、実験１のその期間における空気非混入状況と比較して、７２から１２０時間目のグルコース形成速度の増大を実証する。
［実施例５］
［リグノセルロース系原材料の酵素加水分解に対する溶存酸素供給タイミングの効果］
２０％乾燥物質の希釈酸前処理トウモロコシ茎葉（ａＣＳ）が、２０ｍ３作業容積および２ｍ３のヘッドスペースの反応器内で加水分解された（反応器直径：２．５ｍおよび反応器高さ：４．５ｍ）。反応器内の混合は、１００ｍ３／ｈのガス流で、ヘッドスペースから反応器底部のスパージャへの気体再循環によって実施される。ガス流は、５０ワット／ｍ３の入力を使用する圧縮機によって実現化される。加水分解は、２．５ｍｇ／ｇのＤＭ ＴＥＣ−２１０セルラーゼ酵素混合物で実施される。反応器内の１２０時間の間に、セルロース加水分解は６２℃で起きて、約１ｇ／ｌのグルコン酸が形成される。本反応器内の１ｇ／ｌのグルコン酸は、１２０時間の処理時間の場合、約２０ｋｇまたは１０２モルまたは毎時０．８５モルのグルコン酸に相当する。この酸素要求は、９０ｌ／ｈの速度の給気によって満たされ得る。
１００ｍ３／ｈの再循環気流は、９０ｌ／ｈの供給される新鮮空気の量よりもはるかにより高いので、新鮮に導入された空気は約１０００倍に希釈される。希釈（新鮮）空気は、加水分解物を通して再循環され、全ての酸素が移動し消費されるようにする。
排気口ガス流は、入口ガス流に一致する（消費酸素を差し引いた）。ガス流中の酸素は、０．０１ｍｏｌ／ｍ３を超えず、それは加水分解物の酸素濃度を低く維持して、同時に正確に所望の空気量が輸送される。このようにして非常に少量の酸素が装置に添加され得て、非常に低い酸素濃度であってさえも、酸素レベルは非常に正確に調節され得る。
［実施例６］
［リグノセルロース（ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｉｓｉｃ）原材料中のグルカンの加水分解に対する空気量の影響］
酵素加水分解は、２０％（ｗ／ｗ）乾物（ＤＭ）濃度の酸前処理トウモロコシ茎葉（ａＣＳ）原材料を使用して実施された。濃縮原材料スラリーを水で希釈して、原材料溶液を調製した。２５％（ｗ／ｗ）ＮＨ４ＯＨ溶液で、ｐＨをｐＨ４．５に調節した。酵素加水分解は、１．５リットル反応器を使用して１ｋｇ規模で実施された。ｐＨは４．５に調節されて、温度は６２℃に調節された。処理中に溶存酸素は、ヘッドスペースガス再利用と追加的な新鮮空気（２０〜２１％酸素を含有する）によって調節された。
酵素添加に先だって、ヘッドスペースガスは、蠕動ポンプおよびスパージャを使用して、３ｌ／時間のガス流で再循環された。原材料が化学反応を通じて酸素を消費するという事実のために、ＤＯレベルは、１時間以内に０％ＤＯのレベルに達して、嫌気的原材料および完全に酸素が消耗したヘッドスペースをもたらした。得られた不活性ヘッドスペースガス（酸素非含有）が、加水分解全体にわたり、導入された新鮮空気のためのキャリアガスとして使用された。
次に、セルラーゼ酵素混合物ＴＥＣ２１０が、３．７５ｍｇ（ＴＣＡタンパク質）／ｇ ｄｍの用量で原材料に添加された。ＴＥＣ−２１０は、国際公開第２０１１／０００９４９号パンフレットに記載される接種および発酵手順に従って生成された。全加水分解時間は、１２０時間であった。
新鮮空気は、全加水分解処理中に、酵素添加直後に開始して、それぞれ、毎時１ｋｇの反応混合物あたり０、３、６、１２、２４または４８ｍｌの新鮮空気流速で、不活性ヘッドスペースガスの再循環ループ内に導入された。ＤＯは、全ての実験で絶えず測定された。ＨＰＬＣによるグルコース分析のために、サンプルが実験開始および終了時に抜取られた。
並行実験が振盪フラスコ内で実施されて、グルカン加水分解の最大レベルが判定された。この最大加水分解は、余剰酸素を含有するヘッドスペース空気中において、同様の条件（ｐＨ、温度、およびｄｍ）で非常に大きい酵素投与量（５０ｍｇ（ＴＣＡタンパク質）／ｇｄｍ）で、原材料を培養することで判定された。各実験のＤＯ測定値は、絶えず０．０％ＤＯを示した。これは、反応器内の酸素含有再循環気体ストリームから液相中に酸素が移動した後の、酸素の直接消費によって説明され得る。
結果は表２に報告されて、グルコース形成の増大と導入される酸素含有新鮮空気の増大との間の相関を明らかに示す。
Figure 2017512467

Claims (15)

  1. ａ）任意選択的に、リグノセルロース系材料を前処理するステップと；
    ｂ）任意選択的に、前記任意選択的に前処理されたリグノセルロース系材料を洗浄するステップと；
    ｃ）加水分解反応器内で、少なくとも２つのセルラーゼを含んでなる酵素組成物を使用して、前記任意選択的に洗浄されおよび／または任意選択的に前処理されたリグノセルロース系材料を酵素加水分解するステップと；
    ｄ）任意選択的に、糖生成物を回収するステップと
    を含んでなり、
    酸素含有気体が、酵素加水分解中に前記加水分解反応器内の前記リグノセルロース系材料に添加され、
    前記リグノセルロース系材料に添加される酸素含有気体の一部が前記反応器のヘッドスペースから生じる気体であり、好ましくは酵素加水分解時間の一部の間に、酵素加水分解時間の別の部分と比較して、より少量の酸素がリグノセルロース系材料に添加され、または好ましくは酵素加水分解時間の一部の間に、酸素がリグノセルロース系材料に添加されないリグノセルロース系材料から糖生成物を調製する方法。
  2. ａ）任意選択的に、前記リグノセルロース系材料を前処理するステップと；
    ｂ）任意選択的に、前記任意選択的に前処理されたリグノセルロース系材料を洗浄するステップと；
    ｃ）加水分解反応器内で、少なくとも２つのセルラーゼを含んでなる酵素組成物を使用して、前記任意選択的に洗浄されおよび／または任意選択的に前処理されたリグノセルロース系材料を酵素加水分解するステップと；
    ｄ）前記加水分解されたリグノセルロース系材料を発酵させて、発酵産物を生産するステップと；
    ｅ）任意選択的に、発酵産物を回収するステップと
    を含んでなり、酸素含有気体が、酵素加水分解中に前記加水分解反応器内の前記リグノセルロース系材料に添加され、
    前記リグノセルロース系材料に添加される前記酸素含有気体の一部が、前記反応器のヘッドスペース起源の気体であり、
    好ましくは、酵素加水分解時間の一部の間に、酵素加水分解時間の別の部分と比較して、より少量の酸素がリグノセルロース系材料に添加され、または好ましくは酵素加水分解時間の一部の間に、酸素がリグノセルロース系材料に添加されない、リグノセルロース系材料から糖生成物を調製する方法。
  3. より少量のまたは好ましくは皆無の酸素が添加される時間の部分が、総酵素加水分解時間の１０〜８０％、好ましくは２０〜８０％、より好ましくは３０〜８０％、最も好ましくは４０〜８０％である、請求項１または２に記載の方法。
  4. より多量の酸素が添加される時間の部分が、総酵素加水分解時間の２〜８０％、好ましくは４〜６０％、より好ましくは８〜５０％、最も好ましくは１０〜５０％である、請求項１または２に記載の方法。
  5. より多量の酸素が添加される時間の部分が、
    ａ）前記酸素が前記酵素加水分解時間の後半に添加される場合に、１２〜５０％、好ましくは２０〜４０％であり、
    ｂ）前記酸素が前記酵素加水分解時間の前半に添加される場合に、総酵素加水分解時間の２〜３０％、好ましくは４〜２５％、より好ましくは５〜２０％であり、または
    ｃ）または（ｏｒ）ａおよびｂの組み合わせ
    である、請求項４に記載の方法。
  6. 酸素が、前記リグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり２０〜５０００ｍｍｏｌ分子酸素に相当する量で消費され、酸素が、前記リグノセルロース系材料の前処理後に、および酵素加水分解前および／または最中に、好ましくは前記リグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり少なくとも３０ｍｍｏｌの分子酸素に相当する量、より好ましくは前記リグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり少なくとも４０ｍｍｏｌの分子酸素に相当する量、最も好ましくは前記リグノセルロース系材料中に存在する１ｋｇのグルカンあたり少なくとも５０ｍｍｏｌの分子酸素に相当する量で添加される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記酸素が、泡の形態で添加される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記酵素加水分解のための前記反応器が、１ｍ３以上の容量を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記加水分解が、４５℃以上の温度、好ましくは５０℃以上の温度、より好ましくは５５℃以上の温度で実施される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記酵素組成物が、好ましくはラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）の微生物である真菌に由来し、または前記酵素組成物が、好ましくはラサムソニア属（Ｒａｓａｍｓｏｎｉａ）酵素である真菌酵素を含んでなる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記ステップｃ）の加水分解における乾物含量が、１０重量％以上、好ましくは１４重量％以上、さらにより好適には１４〜３３重量％である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記酵素加水分解が、バッチ、流加および／または連続培養反応器内で行われる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. 酸素が、空気などの酸素含有気体として導入される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記発酵が、少なくとも１種のＣ５糖を発酵できる微生物を用いて実施される、請求項２〜１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. ａ）反応器内に気体を導入するための気体導入手段、好ましくはガススパージャを含んでなる、少なくとも１ｍ３の反応器または反応容器；
    ｂ）任意選択的に、前記反応器内容物を撹拌するための撹拌手段；
    ｃ）気体を前記反応器内に導入するためのガスポンプ；
    ｄ）前記反応器のヘッドスペースから気体を再循環させるための再循環パイプ；
    ｅ）前記反応器から気体を除去するための排気口；
    ｆ）新鮮な気体を前記反応器内に導入するための気体注入口；
    ｇ）再循環気体と新鮮気体の比率を制御するための手段、好ましくはバルブ
    を含んでなる装置。
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