KR20180012254A - 셀룰로스 바이오매스의 처리를 위한 방법 및 조성물 및 이에 의해 생성된 생성물 - Google Patents

셀룰로스 바이오매스의 처리를 위한 방법 및 조성물 및 이에 의해 생성된 생성물 Download PDF

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데니스 디'아고스티노
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코멧 바이오리파이닝 인코포레이티드
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Abstract

셀룰로스 공급원료의 활성화를 위한 2-단계 방법을 기재한다. 상기 공급원료를 190 ℃ 초과 온도에서의 제1 고온 활성화 단계 및 알칼리 조건하에 보다 낮은 온도에서의 제2 활성화 단계로 처리한다. 또한 하나 이상의 셀룰라제 효소, 계면활성제 및 폴리아스파트산을 사용하는 활성화된 셀룰로스의 효소적 가수분해를 위한 방법 및 조성물을 기재한다. 상기 방법의 생성물을 또한 기재한다.

Description

셀룰로스 바이오매스의 처리를 위한 방법 및 조성물 및 이에 의해 생성된 생성물
선행 출원의 상호 참조
본 출원은 2015년 4월 10일자로 출원된 미국 출원 번호 제 62/145,785 호, 및 2015년 10월 26일자로 출원된 미국 출원 번호 제 62/246,271 호에 대한 파리 조약하의 우선권을 주장하며, 이들 출원의 전체 내용은 본 명세서에 참고로 인용된다.
발명의 분야
본 출원은 셀룰로스 당(cellulosic sugar)을 생성시키기 위한 셀룰로스 바이오매스의 처리 방법에 관한 것이다. 하나의 태양에서, 글루코스를 생성시키기 위한 셀룰로스 공급원료(feedstock)의 활성화 및/또는 효소적 가수분해 방법을 제공한다. 활성화된 셀룰로스 공급원료 및 상기 활성화된 셀룰로스 공급원료의 효소적 가수분해로부터 생성된 생성물을 또한 제공한다.
셀룰로스 바이오매스로부터 글루코스와 같은 당을 생성시키는 것은 상당히 많은 연구개발의 초점이었다. 그러나, 다수 공정의 고비용 및 낮은 전환률은 셀룰로스 당 기술의 광범위한 채택을 제한하였다.
셀룰로스 바이오매스를 당으로 전환시키는 다수의 상이한 방법들이 당해 분야에 공지되어 있다. 이들 방법은 일반적으로, 셀룰로스 바이오매스를 물리적으로 및/또는 화학적으로 변경시켜 셀룰로스 바이오매스 중에 함유된 중합체성 당의 구조를 개방시키는 전처리 단계, 및 상기 중합체성 당을 단량체성 당으로 분해하는 효소적 또는 화학적 가수분해 단계를 포함한다.
셀룰로스를 기준으로 높은 수율의 글루코스(>90%)가 보고되었지만, 상기 수율은 통상적으로 낮은 농도, 전형적으로 2 내지 5%의 글루코스에서 성취된다. 고수율이고 고농도인 글루코스를 생성시키는 방법은, 글루코스의 존재가 전형적으로는 높은 효소 부하(loading)에서조차 셀룰라제 효소의 활성을 감소시키기 때문에 성취하기가 어렵다. 셀룰라제 효소 활성은 시간이 지남에 따라 감소하여, 수율을 유지하기 위해서는 효소적 가수분해 반응에 새로운 효소의 첨가를 필요로 한다. 그러나, 셀룰라제 효소의 고비용은 금지나 다름없게 될 수 있다. 셀룰라제 효소는 또한 난분해성(recalcitrant) 셀룰로스 및/또는 리그닌과 결합할 수 있으며 셀룰로스의 글루코스로의 추가적인 가수분해에 이용할 수 없게 될 수 있다. 이러한 비-생산적인 결합은 또한, 효소 사용을 감소시키고 작동 비용을 낮추는데 바람직한 효소의 재생을 방해한다.
다양한 상이한 공정들이 상기 셀룰로스 공급원료의 전처리를 위해 개발되었으며 다양한 효소적 가수분해 공정들이 상기 처리된 셀룰로스 공급원료의 당으로의 전환을 위해 개발되었다. 예를 들어 파레크(Parekh)(PCT 공보 제 WO2014/026154 호)는 주로 산성 조건하에서의 리그노셀룰로스 바이오매스에 대한 2-단계 전-처리 공정을 기재한다. 스키피노 등(Schiffino et al.)(미국 공보 제 2011/0250645 호)은 알칼리 처리된 바이오매스로부터 단량체성 당의 방출을 개선시키기 위한 방법을 기재한다. 리우 등(Liu et al.)(미국 공보 제 2011/0300586 호)은 셀룰로스의 결정도를 감소시키고 헤미셀룰로스-셀룰로스 복합체를 분해시킬 목적의, 리그노셀룰로스 바이오매스에 대한 2-단계 전처리 공정을 기재한다. 실시태양들은 저 강도 증기 처리 또는 자가가수분해에 이은 희산 또는 온수에 의한 가수분해를 포함한다.
본 요약은 독자에게 하기의 보다 상세한 기재를 소개하고자 하며, 임의의 특허청구된 발명 또는 아직 특허청구되지 않은 발명을 제한하거나 한정하고자 하는 것은 아니다. 하나 이상의 발명은 청구범위 및 도면을 포함하여 본 서류의 임의의 부분에 개시된 요소 또는 공정 단계들의 임의의 조합 또는 하위 조합에 속할 수 있다.
하나의 광범위한 태양에 따라, 셀룰로스 공급원료 중의 셀룰로스의 화학적 및/또는 효소적 반응성을 증가시키기 위해 상기 공급원료를 활성화시키는 방법을 제공한다. 이어서 활성화된 셀룰로스를, 예를 들어 상기 활성화된 셀룰로스에 효소적 가수분해를 가함으로써 셀룰로스 당으로 전환시킬 수 있다.
상기 태양에 따라, 상기 셀룰로스 공급원료에 제1 고온 활성화 단계를 가한 다음 알칼리 조건하에서 보다 낮은 온도에서 제2 활성화 단계를 가할 수 있다. 상기 실시태양에 따라, 상기 방법은 상기 공급원료에 제1 활성화 단계를 가함을 포함할 수 있으며, 상기 단계에서 상기 공급원료를 190 ℃ 초과의 온도 및 200 psig 초과의 압력에서 처리하여 셀룰로스 II 및 불용성 고체를 포함하는 제1 활성화된 셀룰로스 스트림을 생성시킨다. 상기 불용성 고체는 리그닌과 같은, 셀룰로스 이외의 공급원료의 성분을 포함할 수 있다. 후속으로, 상기 제1 활성화된 셀룰로스 스트림에 제2 활성화 단계를 가할 수 있으며, 상기 단계에서 상기 제1 활성화된 셀룰로스 스트림을 상기 제1 활성화 단계보다 낮은 온도에서 알칼리로 처리하여 셀룰로스 IV를 포함하는 제2 활성화된 셀룰로스 스트림을 생성시킨다. 바람직하게, 상기 제1 활성화 단계를 물의 존재하에서 수행한다.
이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 상기 제1 활성화 단계는 상기 셀룰로스 공급원료 중의 셀룰로스의 결정성 상태를 변경시켜, 상기 셀룰로스 공급원료 중의 셀룰로스 II의 양에 비해 더 높은 비율의 셀룰로스 II를 갖는 제1 활성화된 셀룰로스 스트림을 생성시키는 것으로 여겨진다. 상기 제2 활성화 단계는 상기 제 1 활성화된 셀룰로스 스트림 중의 셀룰로스의 결정성 상태를 추가로 변경시켜, 상기 제1 활성화된 셀룰로스 스트림 중의 셀룰로스 IV의 양에 비해 더 높은 비율의 셀룰로스 IV를 갖는 제2 활성화된 셀룰로스 스트림을 생성시키는 것으로 여겨진다. 하나의 실시태양에서, 본 명세서에 기재된 상기 2-단계 활성화 방법은 셀룰로스 II, 수화된 셀룰로스 II 및 알칼리-셀룰로스 IV의 혼합물을 생성시킨다. 임의로, 상기 셀룰로스 물질을, 용해성 비-셀룰로스 성분을 제거하기 위해서 하나 또는 각각의 활성화 단계 후에 처리할 수 있다, 예를 들어 세척 및/또는 여과할 수 있다.
본 명세서에 기재된 셀룰로스의 활성화 방법은 또한 글루칸 수준의 증가 및/또는 상기 셀룰로스 공급원료 중의 비-셀룰로스 성분, 예를 들어 리그닌 수준의 감소를 생성시키는 것으로 판정되었다. 예를 들어, 하나의 실시태양에서 본 명세서에 기재된 방법은 적어도 60%, 적어도 70%, 또는 적어도 75%의 글루칸을 갖는 활성화된 셀룰로스를 생성시킨다. 하나의 실시태양에서, 본 명세서에 기재된 방법은 25% 미만, 20% 미만, 또는 15% 미만의 리그닌을 갖는 활성화된 셀룰로스를 생성시킨다.
또 다른 광범위한 태양에 따라, 효소적 가수분해 동안 효소를 안정화시키고, 효소 활성을 유지시키고, 및/또는 효소 재생 스트림을 수득하기 위한 방법 및 조성물을 제공한다.
또 다른 광범위한 태양에 따라, 셀룰로스의 효소적 가수분해에 사용하기에 적합한 효소적 가수분해 혼합물을 제공한다. 바람직한 실시태양에서, 상기 효소적 가수분해 혼합물을 본 명세서에 기재된 방법에 따라 생성된 활성화된 셀룰로스와 접촉시킨다.
이들 태양에 따라, 셀룰로스의 효소적 가수분해를 위해 계면활성제 및/또는 분산제와 함께 하나 이상의 셀룰라제 효소를 제공한다. 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 상기 셀룰라제 효소는, 상기 효소를 안정화시킬 수 있고, 효소 활성의 유지를 도울 수 있으며, 효소 분해를 방지할 수 있고, 및/또는 효소적 가수분해에 이은 상기 효소의 회수를 촉진할 수 있는 계면활성제 및/또는 분산제와 복합체를 형성하는 것으로 여겨진다. 또한, 올리고펩티드와 같은 분산제의 존재는 리그닌 및/또는 다른 비-셀룰로스 성분과의 상호작용에 의해 셀룰라제 효소의 비-생산적인 결합의 방지를 돕는 것으로 여겨진다. 바람직한 실시태양에서, 상기 계면활성제는 비-이온성 계면활성제, 예를 들어 폴리솔베이트 계면활성제이다. 또 다른 바람직한 실시태양에서, 상기 계면활성제는 트윈(TweenTM), 알콕실화된 글리세라이드 및 노닐 페놀과 같은 계면활성제들의 블렌드이다. 하나의 실시태양에서, 상기 분산제는 비-효소 올리고펩티드, 임의로 폴리아미노산, 임의로 500 내지 10,000, 1000 내지 5000 또는 3500 내지 4500의 분자량을 갖는 폴리아미노산이다. 바람직한 실시태양에서, 상기 폴리아미노산은 폴리아스파트산이다.
본 명세서에 기재된 방법 및 조성물은 상기 실시태양들 중 일부로부터 획득될 수 있는, 셀룰로스의 활성화 및/또는 셀룰로스 당의 생성에 관한 다수의 이점을 제공한다. 예를 들어, 일부 실시태양에서, 본 명세서에 기재된 방법 및 조성물의 사용은 약 12% 초과의 글루코스, 약 14% 초과의 글루코스, 약 16% 초과의 글루코스 또는 약 18% 초과의 글루코스를 갖는 글루코스-풍부 당 스트림을 생성시킬 수 있다. 더욱이, 상기 또는 다른 실시태양에서, 본 명세서에 기재된 방법 및 조성물은 고수율의 단량체성 당을 생성시킬 수 있다. 예를 들어, 일부 실시태양에서, 본 명세서에 기재된 방법 및 조성물은 이론적인 글루코스 수율의 약 70% 초과, 약 80% 초과, 약 85% 초과, 약 90% 초과 또는 약 95% 초과인 글루코스 수율을 생성시킬 수 있다. 효소적 가수분해 반응에서 상기 이론적인 글루코스 수율은 효소적 가수분해가 가해진 활성화된 셀룰로스 물질의 글루칸 함량을 기준으로 측정될 수 있다. 일부 바람직한 실시태양에서, 본 명세서에 기재된 방법 및 조성물은 고수율이고 고농도인 글루코스를 갖는 글루코스 풍부 당 스트림을 생성시킬 수 있다. 예를 들어 하나의 실시태양에서 상기 글루코스-풍부 당 스트림은 약 12% 초과의 글루코스 및 70% 초과, 또는 14% 초과의 글루코스 수율 및 80% 초과, 또는 16% 초과의 글루코스 수율 및 90% 초과의 수율을 갖는다.
또 다른 광범위한 태양에 따라, 글루코스와 같은 셀룰로스 당을 생성시키기 위한 활성화된 셀룰로스의 효소적 가수분해 방법을 제공한다. 상기 실시태양에 따라, 상기 효소적 가수분해를 배치 공정 또는 연속 공정으로서 수행할 수 있다. 상기 효소적 가수분해를 본 명세서에 개시된 바와 같은 효소적 가수분해 혼합물 및/또는 활성화된 셀룰로스를 사용하여 수행할 수 있다.
또 다른 태양에 따라, 효소적 가수분해에 사용된 효소를 제거하기 위한 글루코스 풍부 당 스트림의 처리 방법을 제공한다. 효소적 가수분해에 사용된 효소의 제거 및/또는 재생은 효소적 가수분해에 필요한 효소의 양 및 따라서 셀룰로스 당 생산과 관련된 비용을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 방법 및 조성물을 사용하여 효소적 가수분해에 따른 효소 재생 스트림 중의 셀룰라제 효소 활성의 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 또는 적어도 85%를 회복시킬 수 있다. 상기 효소 재생 스트림을 재순환시켜 활성화된 셀룰로스 처리를 계속하고/하거나 새로운 활성화된 셀룰로스, 예를 들어 본 명세서에 기재된 바와 같은 제2 활성화된 셀룰로스 스트림을 처리할 수 있다. 일부 실시태양에서, 상기 글루코스 풍부 당 스트림에, 1회 초과하여 반복되는 동일한 효소 제거 처리 또는 상이한 효소 제거 처리의, 수회의 효소 제거 처리를 가한다.
또 다른 태양에 따라, 본 명세서에 기재된 바와 같은 방법에 의해 생성된 글루코스-풍부 당 스트림을 제공한다. 하나의 실시태양에서, 상기 당 스트림은 12% 초과, 14% 초과, 16% 초과 또는 18% 초과의 글루코스를 포함한다. 하나의 실시태양에서, 상기 당 스트림은 폴리아스파트산을 포함한다. 일부 실시태양에서, 상기 폴리아스파트산은 1 ppb 내지 10000 ppm의 농도로 존재한다.
또 다른 태양에 따라, (a) 셀룰로스 II, 수화된 셀룰로스 II 및 알칼리-셀룰로스 IV의 혼합물을 포함하는 활성화된 셀룰로스를 제공하고; 상기 활성화된 셀룰로스에 하나 이상의 셀룰라제 효소, 계면활성제 및 분산제와 함께 효소적 가수분해를 가하여 글루코스-풍부 당 스트림을 생성시킴을 포함하는, 글루코스-풍부 당 스트림의 생성 방법을 제공한다. 임의로, 본 명세서에 기재된 방법을 사용하여 상기 활성화된 셀룰로스를 생성시킨다.
또 다른 태양에 따라, 비-글루코스 당을 추가로 포함하는 글루코스-풍부 당 스트림을 제공하며, 여기에서 상기 비-글루코스 당은 자일로스, 자일로-올리고사카라이드 및 자일란 중 하나 이상이다. 하나의 실시태양에서 상기 비-글루코스 당은 상기 조성물의 건조 물질의 약 3 내지 8%, 약 4 내지 7%, 또는 약 5 내지 6%를 차지한다. 특정한 실시태양에서, 상기 글루코스-풍부 당 스트림은 약 5% 비-글루코스 당을 포함한다.
본 발명의 더욱 추가의 태양에 따라, 본 발명의 글루코스-풍부 당 스트림 중의 글루코스의 프럭토스로의 전환에 의해 제조된 프럭토스-풍부 당 스트림을 제공한다. 상기 프럭토스-풍부 당 스트림은 비-프럭토스 당을 추가로 포함하며, 여기에서 상기 비-프럭토스 당은 자일로스, 자일로-올리고사카라이드 및 자일란 중 하나 이상이다. 하나의 실시태양에서 상기 비-프럭토스 당은 상기 조성물의 건조 물질의 약 1 내지 8%, 약 2 내지 7%, 또는 약 3 내지 6%를 차지한다. 특정한 실시태양에서, 상기 프럭토스-풍부 당 스트림은 약 5% 비-글루코스 당을 포함한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따라, 보다 낮은 혈당지수 글루코스 시럽 또는 보다 낮은 혈당지수 프럭토스 시럽을 제공하며, 여기에서 상기 글루코스 또는 프럭토스 시럽은 약 1 내지 8%, 약 2 내지 7% 또는 약 3 내지 6%의, 자일로스, 자일로-올리고사카라이드 및 자일란 중 하나 이상을 포함하며, 여기에서 상기 혈당지수는 통상적인 방식으로 생성된 통상적인 글루코스 또는 프럭토스 시럽의 혈당지수보다 낮다.
본 명세의 다른 특징 및 이점들은 하기의 상세한 설명으로부터 자명해질 것이다. 그러나, 상기 상세한 설명 및 특정한 이점들은 상기 명세의 실시태양들을 가리키면서 단지 예시로서 제공되며, 따라서 상기 명세의 진의 및 범위내의 다양한 변화 및 변형은 상기 상세한 설명으로부터 당해 분야의 숙련가들에게 자명해질 것임은 물론이다. 특히, 임의의 방법은 본 명세서에 개시된 태양들 모두 또는 상기 태양들의 임의의 특정한 조합 또는 하위-조합을 사용할 수 있음을 알 것이다.
본 명세서에 함께 포함된 도면은 본 명세서의 교시의 방법 및 조성물의 다양한 예를 예시하기 위한 것이며 상기 교시된 것의 범위를 어떠한 식으로도 제한하고자 하는 것은 아니다.
이제 본 명세를 도면과 관련하여 기재할 것이며, 도면에서:
도 1은 효소 재생 스트림 및 글루코스-풍부 및 효소-부족 당 스트림을 수득하기 위한, 셀룰로스 공급원료의 2-단계 활성화, 활성화된 공급원료의 효소적 가수분해 및 효소 제거 처리를 포함하는 바람직한 실시태양에 따른 방법의 도식적 흐름도이다.
각각의 특허청구된 발명의 실시태양의 실시예를 제공하기 위한 다양한 방법 및 조성물을 후속으로 기재할 것이다. 후속으로 기재된 실시태양은 임의의 특허청구된 발명을 제한하지 않으며 임의의 특허청구된 발명은 상기 후속으로 기재된 것과 상이한 방법 및 조성물을 포함할 수 있다. 특허청구된 발명은 후속으로 기재되는 임의의 하나의 방법 및 조성물의 특징을 모두 갖는 방법 및 조성물로 제한되지 않거나 또는 하기에 기재되는 방법 및 조성물 중 다수 또는 전부에 공통인 특징으로 제한되지 않는다. 후속으로 기재되는 방법 또는 조성물은 임의의 특허청구된 발명의 실시태양이 아닐 수 있다. 본 서류에 특허청구되지 않은 후속으로 기재되는 방법 또는 조성물에 개시된 임의의 발명은 또 다른 보호 수단의 발명의 요지일 수 있다, 예를 들어 계속되는 특허출원, 및 출원인, 발명자 또는 소유주는 본 서류에서 그의 명세에 의해 공개된 임의의 상기와 같은 발명을 포기하거나, 기권하거나 헌납하고자 하지 않는다.
본 명세서는 셀룰로스 당을 생성시키기 위한 셀룰로스 바이오매스의 처리에 유용한 다양한 방법 및 조성물을 기재한다. 하나의 실시태양에서, 활성화된 셀룰로스를 생성시키기 위해 셀룰로스 공급원료를 활성화시키는 방법을 제공한다. 셀룰로스 공급원료에 높은 온도 및 압력에서 제1 활성화 단계를 가한 다음 상기 제1 활성화 단계보다 낮은 온도에서 알칼리에 의한 제2 활성화 단계를 가하는 것은, 셀룰로스의 단량체성 당으로의 가수분해에 유리한 화학적 및/또는 물리적 성질을 갖는 활성화된 셀룰로스를 생성시키는 것으로 판정되었다.
본 명세서에 개시된 방법은 셀룰로스 공급원료(10)를 사용한다. 셀룰로스 공급원료(10)는 셀룰로스 당 분야에 공지된 임의의 공급원료일 수 있다. 예를 들어, 상기 셀룰로스 공급원료는 밀짚, 옥수수대, 버개스, 경재, 연재, 에너지작물 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
플랜트에 제공되는 원료 농작물을, 상기 원료 농작물 중에 존재하는 암석, 토양 및 다른 물질을 제거하고 공정에 공급되는 상기 원료 농작물 또는 삼림-기재 물질의 크기를 예를 들어 분쇄, 연마, 밀링에 의해 감소시키기 위해 처리하거나 또는 달리 처리할 수 있다.
도 1에 예시된 바와 같이, 셀룰로스 공급원료(10)를 반응기(14)에 공급할 수 있으며, 상기 반응기에서 셀룰로스 공급원료(10)에 제1 활성화 단계를 가하여 제1 활성화된 셀룰로스 스트림(16)을 생성시킨다. 상기 제1 활성화 단계에서, 셀룰로스 공급원료(10)를 상승된 온도 및 압력에서 처리하여 셀룰로스 II 및 불용성 고체를 포함하는 제1 활성화된 셀룰로스 스트림(16)을 생성시킨다.
반응기(14)는 배치 반응기 또는 연속적인 공정 반응기일 수 있다. 배치 반응기의 경우에, 셀룰로스 공급원료(10)를 반응기(14)에 공급할 수 있으며, 교반식 탱크 반응기일 수도 있는 상기 반응기를 목적하는 시간 동안 작동 조건으로 상승시킬 수 있다. 반응기(14)가 연속적인 유동 반응기인 경우, 상기는 당해 분야에 공지된 바와 같은 증기 노출 반응기일 수 있으며 이를 목적하는 작동 조건에서 유지시킬 수 있다.
상기 제1 활성화 단계를, 상기 공급원료 중의 셀룰로스 II의 양에 비해 상기 제1 활성화된 셀룰로스 스트림 중의 셀룰로스 II의 양을 증가시키는 조건하에서 수행할 수 있다.
상기 온도는 190 ℃ 초과 및 임의로 210 ℃ 초과, 바람직하게는 220 ℃ 초과일 수 있으며, 약 250 ℃ 미만일 수 있다. 상응하게, 상기 공정을 190 ℃ 내지 250 ℃, 210 ℃ 내지 250 ℃, 220 ℃ 내지 240 ℃, 또는 222 ℃ 내지 230 ℃ 범위의 온도에서 수행할 수 있다.
상기 압력은 200 psig 초과 및 임의로 500 psig 미만일 수 있다. 상기 반응기 중의 압력은 최소한 포화된 증기 열역학에 따른 온도에 상응한다. 하나의 실시태양에서, 압력을, 가압된 기체의 첨가에 의해 또는 과열의 첨가에 의해 상기 값 이상으로 증가시킬 수도 있다.
셀룰로스 공급원료(10)에 30분 미만, 20분 미만, 10분 미만 또는 5분 미만 동안 상기 제1 활성화 단계를 수행할 수 있다. 상기 처리 시간의 지속기간은 상기 활성화 단계의 엄격성을 포함한 다수의 인자들, 예를 들어 반응기(14)의 온도 및 압력에 따라 변할 것이다.
상기 처리의 온도, 압력 및 지속기간을 임의의 목적하는 조합으로 조합할 수 있음을 알 것이다. 상응하게, 예를 들어 상기 제1 활성화 단계는 상기 공급원료에 200 내지 5000 psig의 압력 및 200 내지 250 ℃의 온도를 1 내지 30분 동안, 또는 200 내지 500 psig의 압력 및 190 내지 215 ℃의 온도를 4분 미만 동안 가함을 포함할 수 있다.
임의로, 상기 제1 활성화 단계를 물의 존재하에서 수행한다. 물을, 셀룰로스 공급원료(10) 중에 존재하고, 셀룰로스 공급원료가 반응기(14)에 도입되는 경우 반응기(14) 중에 존재하고, 공급 스트림(12)에 의해 도입되는 것 중 하나 이상에 의해 반응기(14)에 도입시킬 수 있다. 상기 반응기내에 도입되는 수분의 총량은 적어도 30%일 수 있으며 90% 정도로 높을 수 있다. 특정한 실시태양에서, 50%의 수분이 반응기내로 진행한다.
반응기(14) 중에 존재하는 물은 증기 또는 액체수의 형태일 수 있으며, 바람직하게는 액체수의 형태이다. 상기 제1 활성화 단계의 온도 및 압력을, 상기 액체수가 상기 반응기(14) 중에 존재하도록 선택할 수도 있음을 알 것이다.
제1 활성화된 셀룰로스 스트림(16)은 약 30 중량% 내지 50 중량% 고체의 고체 함량을 가질 수 있다. 상기 고체는 주로, 후속으로 제2 활성화 단계가 가해질 수도 있는 셀룰로스를 포함할 것이다. 상기 고체는 리그닌, 헤미셀룰로스 및 소량 성분, 예를 들어 회, 단백질, 또는 추출물을 추가로 포함할 수 있다.
임의로, 상기 셀룰로스 물질에 하나 이상의 세척 단계를, 동일한 조건 또는 상이한 조건하에서, 상기 제1 및/또는 제2 활성화 단계 후에 가할 수 있다. 이를 위해서, 제1 활성화된 셀룰로스 스트림(16)에, 용해성 비-셀룰로스 성분, 예를 들어 헤미셀룰로스 및 일부 회, 추출물 및 리그닌을 제거하기 위해 제2 활성화 단계에 앞서 하나 이상의 세척 단계를 가할 수 있다. 상기 제1 세척은 상기 용해성 물질을 제거하며, 상기 용해성 물질은 산성 pH에 있기 때문에, 상기 세척 단계는 상기 제2 알칼리 활성화 단계에서 알칼리 요구를 또한 감소시킨다.
도 1에 예시된 바와 같이, 제1 활성화된 셀룰로스 스트림(16) 및 세척 수(20)를 세척 반응기(18)에 도입시켜 폐수(22) 및 세척된 제1 활성화된 셀룰로스 스트림(24)을 생성시킬 수 있다.
세척수(20)는 온수, 예를 들어 약 40 ℃ 내지 100 ℃ 또는 약 50 ℃ 내지 95 ℃ 온도의 물일 수 있다. 세척수 스트림(22)을 처리하여 상기 공정 또는 다른 곳에 재순환시키거나 또는 버릴 수도 있다.
세척 반응기(18)는 당해 분야에 공지된 임의의 디자인일 수 있다. 임의로, 세척 반응기(18)는 역류로 작동할 수 있으며 역류 벨트 필터일 수 있다. 다른 여과 또는 분리 방법, 예를 들어 필터 프레스, 트윈와이어 프레스, 트윈롤 프레스, 회전 진공 필터 또는 원심분리기를 사용할 수 있다.
도 1에 예시된 바와 같이, 세척된 제1 활성화된 셀룰로스 스트림(24)을 반응기(26)로 공급할 수 있으며, 여기에서 세척된 제1 활성화된 셀룰로스 스트림(24)에 제2 활성화 단계를 가하여 제2 활성화된 셀룰로스 스트림(30)을 생성시킨다. 또 다른 실시태양에서, 제1 활성화된 셀룰로스 스트림의 일부 또는 전부를 반응기(26)에 도입시킬 수도 있다. 하기의 기재는 제1 세척 단계의 사용을 예시하는 도 1을 기본으로 한다. 제2 활성화 단계에서, 세척된 제1 활성화된 셀룰로스 스트림(24)을 상기 제1 활성화 단계보다 낮은 온도에서 알칼리로 처리하여 셀룰로스 IV를 포함하는 제2 활성화된 셀룰로스 스트림을 생성시킬 수 있다.
반응기(26)는 배치 반응기 또는 연속적인 공정 반응기일 수 있다. 배치 반응기의 경우에, 세척된 제1 활성화된 셀룰로스 스트림(24)을 반응기(26)에 공급할 수 있으며, 교반식 탱크 반응기일 수도 있는 상기 반응기를 목적하는 시간 동안 작동 조건으로 상승시킬 수 있다. 반응기(26)이 연속적인 유동 반응기인 경우, 상기는 당해 분야에 공지된 바와 같은 증기 노출 반응기일 수 있으며 이를 목적하는 작동 조건에서 유지시킬 수 있다.
상기 제2 활성화 단계를, 상기 세척된 제1 활성화된 셀룰로스 스트림(24) 중의 셀룰로스 IV의 양에 비해 상기 제2 활성화된 셀룰로스 스트림 중의 셀룰로스 IV의 양을 증가시키는 조건하에서 수행할 수 있다.
상기 온도는 임의로 60 ℃ 초과이며, 약 180 ℃ 미만, 약 160 ℃ 미만, 140℃ 미만, 약 120 ℃ 미만, 약 100 ℃ 미만 또는 약 80 ℃ 미만일 수 있다. 상응하게, 상기 공정을 60 ℃ 내지 180 ℃, 60 ℃ 내지 160 ℃, 60 ℃ 내지 140 ℃, 60 ℃ 내지 120 ℃, 60 ℃ 내지 100 ℃, 또는 60 ℃ 내지 80 ℃ 범위의 온도에서 수행할 수 있다.
임의로, 상기 제2 활성화 단계를 초대기압에서 수행한다. 예를 들어, 상기 초대기압은 약 0.1 내지 400 psig의 압력일 수 있다.
세척된 제1 활성화된 셀룰로스 스트림(24)에 180분 미만, 120분 미만, 90분 미만 또는 60분 미만 및 임의로 15분 초과, 30분 초과, 또는 45분 초과 동안 상기 제2 활성화 단계를 가할 수 있다. 상기 처리 시간의 지속기간은 상기 활성화 단계의 엄격성을 포함한 다수의 인자들, 예를 들어 반응기(26)의 온도 및 압력에 따라 변할 것이다.
상기 처리의 온도, 압력 및 지속기간을 임의의 목적하는 조합으로 조합할 수 있음을 알 것이다. 상응하게, 예를 들어 상기 제2 활성화 단계는 상기 제1 활성화된 셀룰로스 스트림에 0 내지 500 psig의 압력에서 15 내지 120분 동안 60 내지 240 ℃의 온도를, 또는 0 내지 300 psig의 압력에서 적어도 60분 동안 80 내지 150 ℃의 온도를 가함을 포함할 수 있다.
도 1에 예시된 바와 같이, 상기 제2 활성화 단계는 바람직하게는 알칼리의 존재하에서 상기 제1 활성화된 셀룰로스 스트림을 처리함을 포함한다. 상기 알칼리를 임의의 방식으로 반응기(26)에 도입시킬 수 있다. 예를 들어, 예시된 바와 같이, 알칼리 스트림(28)을 반응기(26)에 별도로 도입시킨다. 알칼리 스트림(28)을, 세척된 제1 활성화된 셀룰로스 스트림(24)을 반응기(26)에 도입시키기 전에, 상기 도입과 동시에 또는 상기 도입에 후속으로 도입시킬 수도 있음을 알 것이다. 한편으로 알칼리 스트림(28)을 세척된 제1 활성화된 셀룰로스 스트림(24)에 도입시키고 이어서 합한 스트림을 반응기(26)에 도입시킬 수 있다.
상기 알칼리는 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 마그네슘 및 암모니아 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 상기 알칼리는 수산화 나트륨이다. 하나의 실시태양에서, 상기 알칼리를 제1 활성화된 셀룰로스 스트림(24) 중의 전체 불용성 고체의 약 10% 내지 1%, 약 7% 내지 2% 또는 바람직하게는 6% 미만으로 부하한다. 상기 알칼리는 셀룰로스를 팽창시키며 상기 셀룰로스의 분자간 및 분자내 수소 결합을 추가로 파괴하고, 이에 의해 결정성 구조를 추가로 변형시킨다.
임의로, 상기 제2 활성화 단계를 산화제 및/또는 효소, 예를 들어 락카제 및/또는 리그닌 변형 효소의 존재하에서 수행할 수도 있다.
상기 제2 활성화 단계에 사용하기에 적합한 산화제의 예는 비제한적으로 과산화 수소(H2O2)를 포함한다. 하나의 실시태양에서, 상기 산화제를 상기 제1 활성화된 셀룰로스 스트림(16)/(24) 중의 전체 불용성 고체의 약 2% 미만 및/또는 약 0.0001% 초과로 부하한다. 하나의 실시태양에서, 상기 산화제를 상기 제1 활성화된 셀룰로스 스트림(16)/(24) 중의 전체 불용성 고체의 약 1% 미만, 약 0.1% 미만 또는 약 0.001% 미만, 임의로 약 1% 내지 0.0001%로 부하한다.
상기 제2 활성화 단계에 사용하기에 적합한 효소의 예는 비제한적으로 리그닌 변형 효소, 예를 들어 락카제 산화 효소를 포함한다.
제2 활성화된 셀룰로스 스트림(30)은 약 5 중량% 내지 50 중량%의 고체, 바람직하게는 약 20% 내지 35% 고체의 고체 함량을 가질 수 있다. 상기 고체는 주로, 임의로 회수되고 재순환될 수 있는 셀룰로스를 포함할 것이다. 다른 성분은 헤미셀룰로스 및 리그닌(둘 다 20% 미만)일 것이다.
임의로, 제2 활성화된 셀룰로스 스트림(30)에, 알칼리 및 용해된 리그닌의 제거를 위해 활성화 후에 하나 이상의 세척 단계를 가할 수 있다.
제2 활성화된 셀룰로스 스트림(30) 및 세척수(34)를 세척 반응기(32)에 도입시켜 폐수(36) 및 세척된 제2 활성화된 셀룰로스 스트림(38)을 생성시킬 수 있다. 세척 반응기(32)를 세척 반응기(18)과 유사한 방식으로 또는 상이하게 작동시킬 수 있다.
세척수(34)는 온수, 예를 들어 약 50 ℃ 내지 95 ℃ 또는 약 60 ℃ 내지 95 ℃ 온도의 물일 수 있다. 세척수 스트림(36)을 처리하고 상기 공정 또는 다른 곳에서 재순환시키거나 또는 버릴 수 있다.
세척 반응기(32)는 당해 분야에 공지된 임의의 디자인일 수 있다. 임의로, 세척 반응기(32)는 역류로 작동할 수 있으며 역류 벨트 필터일 수 있다. 다른 여과 또는 분리 방법, 예를 들어 필터 프레스, 트윈와이어 프레스, 트윈롤 프레스, 회전 진공 필터 또는 원심분리기를 사용할 수 있다.
셀룰로스 공급원료에 고온에서 제1 활성화 단계를 가한다음 알칼리 조건하에서 보다 낮은 온도에서 제2 활성화 단계를 가하는 이점은, 단지 제1 고온 활성화 단계만을 가한 공급원료에 비해 제2 활성화된 셀룰로스 스트림(30) 중의 글리칸의 수준을 증가시키고 리그닌의 수준을 감소시키는 것으로 나타났다. 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 본 명세서에 기재된 2-단계 활성화 공정은 효소적 가수분해를 위해 상기 공급원료 중의 셀룰로스의 결정도를 변경시키며 상기 셀룰로스의 물리적 및/또는 화학적 특성을 개선시키는 것으로 여겨진다. 하나의 실시태양에서, 상기 2-단계 활성화 공정은 셀룰로스 II 및 알칼리-셀룰로스 IV를 포함하는 활성화된 셀룰로스를 생성시킨다.
숙련가는 셀룰로스가 스트랜드 사이 및 스트랜드 내 수소 결합의 위치에 상응하는, 다수의 상이한 결정성 구조로 존재함을 알 것이다. 예를 들어, 셀룰로스 바이오매스에서 발견되는 천연 셀룰로스는 셀룰로스 I이며, Iα 및 Iβ 구조를 갖는다. 재생 셀룰로스 섬유 중 셀룰로스는 전형적으로 셀룰로스 II이다. 재생 셀룰로스 섬유는 셀로판 또는 레이온의 비스코스 생산을 위한 비스코스 공정에 의해 생성되는 섬유를 지칭한다. 셀룰로스 I의 셀룰로스 II로의 전환은 비가역적이다. 셀룰로스 III 및 셀룰로스 IV의 구조는 다양한 화학적 처리를 통해 생성될 수 있다. 셀룰로스의 상이한 결정성 형태들을 특징적인 X-선 회절 패턴에 의해 확인할 수 있다. 셀룰로스 및 셀룰로스의 상이한 결정성 구조는 문헌[Perez and Samain, "Structure and Engineering of Cellulose" Advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, Vol. 64, Elsevier (2010)](내용 전체가 본 명세서에 참고로 인용된다)에 추가로 기재된다.
세척된 제2 활성화된 셀룰로스 스트림(38)에 하나 이상의 셀룰라제 효소(42)와 함께 효소적 가수분해 반응기(40)에서 효소적 가수분해를 가하여 글루코스-풍부 당 스트림(44)을 생성시킬 수 있다. 제2 활성화된 셀룰로스 스트림(30) 중 일부 또는 전부에 효소적 가수분해를 가할 수 있으며 상응하게 제2 활성화된 셀룰로스 스트림(30) 중 단지 일부에만 세척을 가하거나 상기 중 어느 것에도 세척을 가하지 않을 수도 있음을 알 것이다. 하기의 기재를, 세척 단계를 가하든지 가하지 않든지 간에 제2 활성화된 셀룰로스 스트림(30)에 적용할 수 있다.
놀랍게도, 본 명세서에 개시된 2 단계 활성화 공정에 의해 생성될 수 있는 셀룰로스 II(셀룰로스 II와 수화된 셀룰로스 II의 조합일 수도 있다) 및 셀룰로스 IV(알칼리-셀룰로스 IV일 수 있다)를 함유하는 활성화된 셀룰로스는 효소적 가수분해에 특히 민감한 것으로 판정되었다. 특히, 상기 활성화된 셀룰로스는 셀룰라제 효소를 흡착하는 놀라운 능력을 나타내었다. 상기 활성화된 셀룰로스를 글루코스 풍부 당 스트림 중의 하나 이상의 셀룰라제 효소와 접촉시키는 것은 초기에 상기 효소가 상기 활성화된 셀룰로스에 흡착되게 할 수 있다. 이어서 상기 셀룰로스를 상기 글루코스-풍부 당 스트림으로부터 제거하고 임의로 효소적 가수분해 반응기(40)에 도입시킬 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 임의의 방법에 의해 생성된 활성화된 셀룰로스에 효소적 가수분해를 가하여 상기 셀룰로스를 글루코스와 같은 셀룰로스 당으로 분해시킬 수 있다. 한편으로, 본 명세서에 개시된 상기 효소적 가수분해 공정을 임의의 통상적인 효소적 가수분해 셀룰로스 공급원료와 함께 사용할 수 있다.
상응하게, 본 명세서에 기재된 바와 같은 활성화된 셀룰로스, 임의로 제2 활성화된 셀룰로스 스트림을 하나 이상의 셀룰라제 효소와 접촉시켜 글루코스-풍부 당 스트림을 생성시킬 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 세척된 제2 활성화된 셀룰로스 스트림(30) 및 효소 스트림(42)을 효소적 가수분해 반응기(40)에 도입시켜 글루코스 풍부 당 스트림(44)을 생성시킨다. 세척된 제2 활성화된 셀룰로스 스트림(30)을, 상기 효소 스트림(42)의 반응기(40)내로의 도입에 앞서, 상기 도입과 동시에 또는 상기 도입에 후속으로 효소적 가수분해 반응기(40)내에 도입시킬 수 있다. 한편으로, 또는 또한, 효소 스트림(42)을 세척된 제2 활성화된 셀룰로스 스트림(30)에 도입시키고 합한 스트림을 효소적 가수분해 반응기(40)내에 도입시킬 수 있다.
효소적 가수분해 반응기(40)는 당해 분야에 공지된 임의의 효소적 가수분해 반응기일 수 있으며 배치 또는 연속적인 원리로 작동될 수 있다. 효소적 가수분해 반응기(40)는 임의의 통상적인 온도 및 압력, 셀룰로스 부하, 효소 부하 등으로 작동할 수 있다. 예를 들어, 효소적 가수분해 반응기(40)는 40 ℃ 내지 55 ℃의 온도 범위에서 작동할 수 있다.
상기 셀룰라제 효소는 셀룰로스를 단량체성 당으로 분해시키도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 셀룰라제 효소는 1,4-베타-D-글리코사이드 결합을 모노사카라이드로 가수분해시키도록 선택될 수 있다. 상기 하나 이상의 셀룰라제 효소는 셀로비오하이드롤라제, 엔도글루카나제 및 베타-글루코시다제 활성 중 적어도 하나를 갖는 효소를 포함할 수 있다. 셀룰라제 효소 제제를 다수의 공급원, 예를 들어 세균, 효모 또는 진균의 천연 배양물로부터 단리할 수 있는 반면, 당해 분야의 숙련가는 재조합 기법을 사용하여 생성된 효소를 사용함을 알 것이다. 본 명세서에 기재된 방법과 함께 사용하기에 적합한 시판되는 효소의 예는 비제한적으로 노보자임스 Ctec2 또는 3, AB 엔자임스 로하멘트를 포함한다.
상기 하나 이상의 셀룰라제 효소를 글루칸의 그램당 0.1 내지 120 ㎎, 0.2 내지 60 ㎎, 또는 1 내지 30 ㎎의 효소 단백질의 부하로 첨가할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 상기 셀룰라제 효소를 상기 활성화된 셀룰로스 중의 글루칸의 그램당 0.1 내지 5 ㎎의 효소 단백질의 부하로 첨가한다. 하나의 실시태양에서, 상기 하나 이상의 셀룰라제 효소를 약 2 내지 약 60 필터 페이퍼 단위(FPU)/g 글루칸의 부하, 또는 임의로 약 2 내지 30 또는 1 내지 15 FPU/g 글루칸의 부하로 상기 활성화된 셀룰로스에 첨가한다. 상기 하나 이상의 셀룰라제 효소를 상기 활성화된 셀룰로스에 별도로 직접 첨가하거나 또는 먼저 계면활성제와 합하고/하거나 후속으로 기재된 바와 같이 분산제와 합할 수 있다.
상기 하나 이상의 셀룰라제 효소를, 효소적 가수분해를 통해 상기 셀룰로스를 단량체성 당으로 전환시키기 위해서 적합한 길이의 시간 동안(예를 들어 24 내지 144시간, 48 내지 144시간, 48 내지 60시간 또는 24 내지 72시간 동안) 상기 활성화된 셀룰로스와 접촉시킬 수 있다.
일부 실시태양에서, 상기 활성화된 셀룰로스의 글리칸 함량을 기준으로 글루코스의 이론적인 수율의 적어도 약 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 또는 95%가 효소적 가수분해 동안 글루코스로 전환되어 글루코스-풍부 당 스트림을 생성시킨다. 일부 실시태양에서, 효소적 가수분해를 소정 길이의 시간 동안 또는 소정 수율의 글루코스가 수득될 때까지 수행한다. 일정량의 시간 후에, 상기 셀룰로스의 효소적 가수분해로부터의 글루코스 생성속도가, 상기 셀룰로스 기질이 고갈되거나 상기 글루코스의 존재가 상기 셀룰라제 효소의 활성을 억제함에 따라 감소될 수 있다.
임의로, 활성화된 셀룰로스를 계면활성제 및/또는 분산제의 존재하에서 하나 이상의 셀룰라제 효소와 접촉시킬 수 있다. 바람직한 실시태양에서, 상기 분산제는 폴리아스파트산이다.
놀랍게도, 활성화된 셀룰로스, 특히 본 명세서에 개시된 활성화된 셀룰로스에 계면활성제 및/또는 분산제, 예를 들어 폴리아스파트산의 존재하에서 효소적 가수분해를 가하는 것은 단량체성 당의 생성에 다수의 이점을 제공하는 것으로 판정되었다. 예를 들어, 상기 계면활성제 및/또는 분산제의 존재는 셀룰라제 효소 안정성을 증가시키고, 상기 셀룰라제 효소를 분해로부터 보호하는 것을 돕고, 비가역적인 결합을 방지하고, 및/또는 셀룰라제 효소 활성을 개선시킬 수 있다. 상기 계면활성제 및/또는 분산제의 존재는 또한 효소적 가수분해에 이은 셀룰라제 효소의 효소 재생 스트림으로의 회수를 개선시키는 것으로 여겨진다. 예를 들어 일부 실시태양에서 셀룰라제 효소를, 활성화된 셀룰로스의 효소적 가수분해에 사용하고, 생성되는 글루코스-풍부 당 스트림으로부터 제거하고 효소적 가수분해 반응기(40)로 재순환시키거나 또는 추가의 효소적 가수분해를 위해 새로운 활성화된 셀룰로스와 접촉시킬 수 있다. 일부 실시태양에서, 셀룰라제 효소를 사용하고 적어도 3 또는 4 라운드의 효소적 가수분해에 재순환시킬 수 있으며, 이때 각각의 주기는 48 내지 72시간 지속된다.
상기 계면활성제는 비-이온성 계면활성제, 임의로 폴리솔베이트 계면활성제, 예를 들어 트윈일 수 있다. 상기 계면활성제는 또한 계면활성제들의 블렌드일 수 있다. 바람직한 실시태양에서 상기 계면활성제는 트윈 80, 알콕실화된 글리세라이드 및 노닐 페놀의 블렌드이다. 하나의 실시태양에서, 상기 계면활성제는 약 2% 미만 및/또는 약 0.01% 초과의 부하로 존재한다. 하나의 실시태양에서, 상기 계면활성제는 상기 활성화된 셀룰로스 중의 셀룰로스 함량의 중량의 1% 내지 0.01%, 0.5% 내지 0.05%, 또는 약 0.1% 내지 0.2% 부하로 존재한다.
상기 분산제는 500 내지 10,000 또는 1000 내지 5000의 분자량을 갖는 올리고펩티드, 임의로 비-효소 폴리펩티드일 수 있다. 상기 올리고펩티드는 폴리아스파트산일 수 있다. 상기 폴리아스파트산은 500 내지 10,000, 1000 내지 5000, 또는 3500 내지 4500의 분자량을 가질 수 있다. 상기 폴리아스파트산은 상기 활성화된 셀룰로스 중의 셀룰로스 함량의 중량의 약 2% 미만 및/또는 약 0.001% 초과의 부하로 존재할 수 있다. 일부 실시태양에서, 상기 폴리아스파트산은 상기 활성화된 셀룰로스 중의 셀룰로스 함량의 중량의 1% 내지 0.001%, 0.25% 내지 0.025%, 또는 약 0.1%의 부하로 존재한다.
임의로, 상기 효소적 가수분해 혼합물 중 계면활성제 대 분산제(예를 들어 폴리아스파트산)의 비는 0.1:1 내지 10:1, 임의로 0.5:1 내지 2:1이다.
임의로, 상기 분산제(예를 들어 폴리아스파트산) 대 상기 하나 이상의 셀룰라제 효소의 몰비는 0.01 내지 10:1이다.
상응하게, 하나 이상의 셀룰라제 효소, 하나 이상의 계면활성제 및 하나 이상의 분산제를 포함하는 효소적 가수분해 혼합물을 임의의 효소적 가수분해 공정에 사용하거나 또는 본 명세서에 개시된 활성화 및 효소적 가수분해 공정 중 임의의 공정과 함께 사용할 수 있다. 상기 효소적 가수분해 혼합물은 본 명세서에 기재된 바와 같은 셀룰로스 II 및 셀룰로스 IV를 포함하는 활성화된 셀룰로스의 효소적 가수분해에 특히 적합하다.
상기 하나 이상의 셀룰라제 효소, 상기 계면활성제 및 상기 분산제를 단독으로 또는 함께 또는 하위-조합으로 효소적 가수분해 반응기(40)에 도입시킬 수 있다. 예를 들어, 이들을 각각, 스트림(38)을 반응기(40)에 도입시키기 전에 활성화된 셀룰로스와 별도로 합할 수 있다(예를 들어, 각각을 스트림(38)에 순차적으로 가하거나 또는 스트림(38)을 3개의 스트림으로 분할하고, 상기 셀룰라제 효소, 상기 계면활성제 및 상기 분산제를 각각 상기 분할된 스트림 중 하나에 가할 수 있다). 한편으로, 상기 하나 이상의 셀룰라제 효소, 상기 계면활성제 및 상기 분산제를, 상기 혼합물을 상기 활성화된 셀룰로스와 합하기 전에 함께 합하여 스트림(42)을 형성시킬 수 있다(예를 들어 스트림(38)을 반응기(40)에 도입시키기 전에 스트림(42)을 반응기(40)에 도입시키거나 또는 스트림(42)을 스트림(38)에 도입시킨다). 상기 활성화된 셀룰로스와 접촉시키기 전에 상기 효소, 계면활성제 및 분산제를 함께 합하는 것은 상기 효소를 안정화시키고 효소 분해를 방지하는 것을 돕는 3원 복합체의 형성을 촉진하는 것으로 여겨진다. 상응하게, 상기 하나 이상의 셀룰라제 효소를, 상기 활성화된 셀룰로스에 효소적 가수분해를 가하기 전에 상기 계면활성제 및 분산제와 합할 수 있다. 예를 들어, 상기 하나 이상의 셀룰라제 효소를 상기 활성화된 셀룰로스(예를 들어 스트림(38))와 접촉시키기 전에 또는 상기 활성화된 셀룰로스에 효소적 가수분해를 가하기 전에 적어도 5초, 적어도 10초, 적어도 30초 또는 적어도 1분 동안 상기 계면활성제 및 분산제와 합할 수 있다.
도 1에 예시된 바와 같이, 글루코스-풍부 당 스트림(44)에 효소 제거 단계를 가하여 글루코스-풍부 및 효소-부족 당 스트림(48) 및 효소 재생 스트림(50)을 수득할 수 있다. 상기 효소 제거 단계는 당해 분야에 공지된 임의의 효소 제거 단계일 수 있으며 당해 분야에 공지된 임의의 장비에서 수행될 수 있다. 임의로, 상기 효소 제거 단계는 글루코스-풍부 당 스트림(44)을, 예를 들어 제한된 시간 동안, 본 명세서에 개시된 임의의 방법에 의해 생성된 활성화된 셀룰로스일 수 있는 셀룰로스와 접촉시킴을 포함한다.
예를 들어, 상기 효소 제거 단계는
(a) 효소를 포함하는 글루코스-풍부 당 스트림을 셀룰로스와 접촉시키고 표면에 효소가 흡착된 셀룰로스를 수득하고;
(b) 상기 글루코스-풍부 당 스트림에 셀룰로스 제거 단계를 가하여 셀룰로스 수준이 감소된 글루코스-풍부(glucose-rich) 및 효소 부족(enzyme-poor) 당 스트림 및 효소 재생 스트림을 수득함
을 포함할 수 있다.
임의로, 단계 (a)는 상기 글루코스-풍부 당 스트림을 본 명세서에 기재된 방법에 따라 생성된 활성화된 셀룰로스, 임의로 제2 활성화된 셀룰로스 스트림과 접촉시킴을 포함한다.
이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 상기 글루코스-풍부 당 스트림 중의 효소는, 상기 글루코스-풍부 당 스트림으로부터 상기 셀룰로스의 제거가 상기 스트림으로부터 효소를 제거하여 글루코스-풍부 및 효소-부족 당 스트림(48) 및 효소 재생 스트림(50)을 생성시키도록 상기 셀룰로스상에 흡착되는 것으로 여겨진다. 특히 바람직한 실시태양에서, 상기 글루코스-풍부 당 스트림 중의 셀룰라제 효소는 계면활성제 및 분산제의 존재하에 있으며 글루코스-풍부 당 스트림(44) 중의 효소는, 글루코스 풍부 당 스트림(44)을 본 명세서에 기재된 방법을 사용하여 생성시킨 활성화된 셀룰로스(16),(24),(30),(38)과 접촉시킴으로써 제거된다.
상응하게 셀룰로스 스트림(52)을 반응기(46)내에 도입시킬 수 있다. 반응기(46)는, 글루코스-풍부 당 스트림(44) 및 셀룰로스가, 용액으로부터 효소를 회수하고 표면상에 효소가 흡착된 셀룰로스를 분리시키기 위해서 서로 접촉되게할 수 있는 임의의 반응기를 포함할 수 있다. 상응하게, 예를 들어 반응기(46)는 상기 글루코스-풍부 당 스트림 및 셀룰로스를 혼합하여 혼합된 스트림(54)을 생성시키기 위한 교반식 탱크 반응기 또는 플러그 유동 반응기를 포함할 수 있다.
상기 글루코스-풍부 당 스트림 및 셀룰로스를 함께 약 2시간 미만, 약 90분 미만 또는 약 60분 미만 동안 접촉시킬 수 있으며 함께 약 10분 내지 60분, 또는 약 30분 내지 90분 동안 접촉시킬 수 있다.
후속으로, 혼합된 스트림(54)에 고체 액체 분리 단계를 가하며 분리기(56)이 존재한다. 분리기(56)는 당해 분야에 공지된 임의의 분리기일 수 있다. 분리기(56)는 당해 분야에 공지된 임의의 분리 기법, 예를 들어 여과, 경사분리, 비중 분리, 원심분리, 또는 프레스의 사용을 사용할 수 있다. 예를 들어, 분리기(56)는 필터, 프레스, 임의로 트윈 스크류 프레스, 트윈 와이어 프레스 또는 트윈 롤 프레스를 포함할 수 있다.
효소 재생 스트림(50)은 고 고체함량 스트림일 수 있다. 예를 들어, 효소 재생 스트림은 약 30% 초과, 약 40% 초과, 또는 약 50% 초과의 셀룰로스 고체를 포함할 수 있다.
효소 재생 스트림(50)을 새로운 활성화된 셀룰로스상에서 효소적 가수분해를 수행하는데 사용할 수 있다. 한편으로, 효소 재생 스트림(50)을 반응기(40)로 재순환시킬 수도 있다. 상응하게, 반응기(40)가 배치식으로 작동하는 경우, 글루코스-풍부 당 스트림의 퍼지 스트림을 회수하고 처리하여 재생 스트림(50)을 수득할 수 있다. 놀랍게도, 상기 공정에 의해 재생된 효소는 일반적으로 1회, 2회, 3회 또는 심지어 4회 재순환 후에도 그의 활성을 유지하는 것으로 판정되었다. 결과적으로, 글루코스-풍부 당 스트림(48)은 약 12% 초과의 글루코스, 약 14% 초과의 글루코스, 약 16% 초과의 글루코스 또는 약 18% 초과의 글루코스를 포함할 수 있다. 더욱이, 이론적인 글루코스 수율의 약 70% 초과, 약 80% 초과, 약 85% 초과, 약 90% 초과, 또는 약 95% 초과인 글루코스의 수율을 획득할 수 있다.
임의로, 글루코스-풍부 당 스트림(48)은 검출 가능한 수준의 폴리아스파트산을 포함할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 상기 당 스트림은 약 1 ppb 내지 10000 ppm의 폴리아스파트산을 포함한다.
놀랍게도, 본 명세서에 개시된 활성화된 셀룰로스의 효소적 가수분해로부터 생성되는 글루코스-풍부 당 스트림은 자일로스, 자일로스의 올리고머(자일로-올리고사카라이드) 및 자일란 중 하나 이상인, 약 5%의 비-글루코스 당을 함유하는 것으로 밝혀졌다. 본 명세서에 기재된 바와 같은 자일로-올리고사카라이드는 약 2 내지 약 10의 중합도(dp)를 갖는 자일로스의 중합체를 지칭한다. 본 명세서에 기재된 바와 같은 자일란은 >10의 중합도(dp)를 갖는 자일로스의 중합체를 지칭한다.
특정한 태양에서 상기 활성화된 셀룰로스의 효소적 가수분해를 본 명세서에 개시된 바와 같은 가수분해 혼합물을 사용하여 수행할 수 있다. 추가의 태양에서 상기 글루코스 풍부 당 스트림을 본 명세서에 기재된 셀룰로스 활성화 방법 및/또는 효소 가수분해 방법을 사용하여 제조한다.
표준 방법을 사용하여 옥수수와 같은 공급원으로부터 수득한 글루코스가 또한 약 5%의 비-글루코스 당을 갖는 것으로 공지되어 있다. 그러나, 옥수수 글루코스 중에서 발견되는 상기 비-글루코스 당은 보다 높은 혈당지수 당, 예를 들어 말토스, 말토트리오스, 덱스트로스의 보다 높은 사카라이드이다.
하나의 실시태양에서 본 명세서에 개시된 글루코스 풍부 당 스트림 중에서 발견되는 비-글루코스 당은 상기 조성물의 건조 물질의 약 1 내지 8%, 약 2 내지 7% 또는 약 3 내지 6%를 차지하며 자일로스, 자일로-올리고사카라이드 및 자일란 중 하나 이상이다. 특정한 실시태양에서, 상기 글루코스-풍부 당 스트림의 건조 물질은 95% 글루코스, 4% 자일로스, 1% 자일로-올리고사카라이드를 포함하는 것으로 밝혀졌다.
본 명세서에 개시된 방법으로부터 수득된 글루코스를 예를 들어 문헌[S.Z. Dziedzic et al., "Handbook of starch hydrolysis products and their derivatives" December 31, 1995, pages 55-58](본 명세서에 참고로 인용된다)에 의해 기재된 바와 같이, 프럭토스로의 글루코스 이성화와 같은 공지된 방법을 사용하여 프럭토스로 전환시킬 수 있다. 본 명세서에 개시된 방법으로부터 수득된 글루코스의 전환으로부터 수득된 프럭토스는 또한 약 3 내지 5%의 비-글루코스 당을 함유하며, 여기에서 상기 비-글루코스 당은 자일로스 및/또는 자일로스의 올리고머인 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 추가의 태양에 따라 본 명세서에 개시된 글루코스-풍부 당 스트림 중의 글루코스의 프럭토스로의 전환에 의해 제조된 프럭토스-풍부 당 스트림을 제공한다. 상기 프럭토스-풍부 당 스트림은 또한 비-프럭토스 당을 포함하며, 여기에서 상기 비-프럭토스 당은 자일로스, 자일로-올리고사카라이드 및 자일란 중 하나 이상이다. 하나의 실시태양에서, 상기 비-프럭토스 당은 상기 조성물의 건조 물질의 약 1 내지 8%, 약 2 내지 7% 또는 약 3 내지 6%를 차지한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따라 보다 낮은 혈당지수 글루코스 생성물 또는 보다 낮은 혈당 지수 프럭토스 생성물을 제공하며, 여기에서 상기 글루코스 생성물 또는 프럭토스 생성물은 약 1 내지 8%, 약 2 내지 7% 또는 약 3 내지 6%, 바람직하게는 5%의 비-글루코스 또는 비-프럭토스 당을 포함하고 상기 비-글루코스 또는 비-프럭토스 당은 자일로스, 자일로-올리고사카라이드 및 자일란 중 하나 이상이다.
추가의 태양에서 상기 글루코스 생성물 또는 프럭토스 생성물의 혈당지수는 통상적인 방식으로 생성되는 통상적인 글루코스 또는 프럭토스의 혈당지수보다 낮다. 상기 혈당지수(GI)를 당해 분야에 공지된 방법을 사용하여, 예를 들어 문헌["In vitro method for predicting glycemic index of foods using simulated digestion and an artificial neural network" R. L. Magaletta et al., Cereal Chemistry vol. 87, no. 4, 2010]에 기재된 바와 같이 측정할 수 있다.
본 명세서에 기재된 방법에 의해 수득된 글루코스 생성물 또는 프럭토스 생성물을 다양한 식품 및 음료의 생산에서 보다 높은 혈당지수 글루코스 또는 프럭토스 대신에 사용하여 보다 낮은 혈당지수 제품을 제공할 수 있다. 보다 낮은 혈당지수 식품 및 음료는 혈당 및 인슐린 수준의 관리에 건강상 장점을 제공할 수 있으며, 이는 차례로 심장병 및/또는 당뇨병의 위험을 줄일 수 있다. 보다 낮은 혈당지수를 갖는 식품은 또한 식욕억제 및 체중 감량에 유용할 수 있다.
셀룰로스 공급원료의 활성화를 위한 본 명세서에 기재된 실시태양들 중 하나 이상을, 셀룰로스 공급원료로부터 셀룰로스 당을 생성시키기 위해서 셀룰로스의 효소적 가수분해에 대해 본 명세서에 기재된 하나 이상의 실시태양과 함께 사용할 수 있음을 알 것이다.
상술한 것은 본 발명을 비제한적으로 예시하고자 하는 것이며 당해 분야의 숙련가들은 첨부된 특허청구범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 범위로부터 이탈됨 없이 다른 변화 및 변형을 수행할 수 있음을 알 것이다. 상기 특허청구범위의 범위를 상기 바람직한 실시태양 및 실시예에 의해 제한해서는 안 되며, 전체로서 상기 기재와 일관되는 가장 광범위한 해석을 제공해야 한다.
상기 명세는 본 출원을 일반적으로 기재하였지만, 하기의 구체적인 실시예를 참조하여 보다 완전한 이해를 획득할 수 있다. 이들 실시예는 오직 예시를 목적으로 기재되며 상기 명세의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 균등물의 형태 변화 및 치환은 상황을 암시하거나 편리하게 만들 수도 있는 것으로서 간주된다. 특정한 용어들을 본 명세서에 사용하였지만, 상기와 같은 용어들은 서술적인 의미를 의도하며 제한을 목적으로 하지 않는다.
하기의 비제한적인 실시예들은 본 명세를 예시한다:
실시예
실시예 1: 셀룰로스를 활성화시키기 위한 사탕수수 버개스의 처리
셀룰로스의 다양한 활성화 방법을 사탕수수 버개스를 사용하여 조사하였다. 사탕수수 버개스에 1차 증기 처리 단계 220 ℃, 5분 체류 시간에 이어서 80 ℃의 물을 사용하는 온수 세척 또는 1차 증기 처리에 이어서 알칼리성 과산화 수소에 의한 처리를 가하였다. 90 ℃, 60분 또는 120분에서의 알칼리 세척, 및 고체상에 1% 퍼옥사이드 부하.
표 1에 나타낸 바와 같이, 증기 처리 단계에 이은 알칼리성 과산화 수소의 2-단계 처리의 사용은 증기 및 온수 세척에 의한 처리에 비해 글루칸의 수준을 현저하게 증가시켰으며 리그닌의 양을 감소시켰다.
증기 전처리되고 온수 세척된 AHP - 60* AHP - 120**
아라비난 BDL**** BDL BDL
갈락탄 BDL BDL BDL
글루칸 48.3 (0.7) 79.3 (1.4) 78.2 (0.7)
자일란 3.6 (0.1) 3.7 (0.1) 3.7 (0.1)
만난 BDL BDL BDL
리그닌 (산 불용성)** 41.6 (1.6) 12.9 (0.3) 12.9 (0.3)
산 용해성 리그닌 0.7 (0.0) 0.6 (0.0) 0.5 (0.0)
회 3.2 (0.4) 1.7 (0.4) 1.9 (0.7)
* 알칼리성 과산화 수소 처리
** 알칼리성 과산화 수소 처리
***리그닌의 소량 분획은 회 성분을 함유할 수 있다
****검출가능한 수준 미만
증기 전처리되고 후속으로 온수 세척된 사탕수수 버개스*(건조 중량%)의 수불용성 성분의 화학적 조성에 대한 알칼리성 퍼옥사이드 처리의 영향. AHP-60 및 AHP-120은 60분 및 120분 처리를 지칭한다.
실시예 2: 활성화된 사탕수수 버개스의 효소적 가수분해
이어서 실시예 1에서 제조된 수불용성 셀룰로스 성분에 72시간 동안 효소적 가수분해를 가하였다. 계면활성제 트윈 80 및 분산제 폴리아스파트산(3500 내지 4500의 MW를 갖는다)의 1:1 비의 혼합물을 포함하는 코메트(Comet) 첨가제 S-001을 또한 상기 알칼리 처리된 사탕수수 버개스에 대한 효소적 가수분해 혼합물에 첨가하였다.
표 2에 나타낸 바와 같이, 코메트 첨가제 S-001의 존재하에서 알칼리 처리된 당 버개스의 효소적 가수분해는 글루칸의 그램당 105.1 그램 글루코스의 글루코스 수율을 생성시켰으며, 이는 글루칸의 그램당 ∼110 그램 글루코스의 이론적인 수율에 접근한다.
기질 글루코스 수율
온수 세척된 사탕수수 버개스 79.1 (2.6)***
알칼리 처리된 사탕수수 버개스 + 코메트 첨가제-S-001 105.1 (1.5)
* 셀룰로스 부하: 글루칸의 g당 31 ㎎ 단백질
**100 g 글루칸은 이론적으로 ~110 g 글루코스를 방출할 것이다.
***괄호안의 값은 3회 중복의 표준 편차를 나타낸다.
증기 전처리되고 후속으로 알칼리성 퍼옥사이드 처리된 사탕수수 버개스의 수불용성 셀룰로스 성분의 72시간 효소적 가수분해 후 단량체성 글루코스 수율(100 g의 글루칸당 g으로서 나타냄**).
더욱 또한, 표 3에 나타낸 바와 같이, 코메트 첨가제 S-001의 존재하에서 효소적 가수분해는 상기 첨가제 없이 효소적 가수분해가 가해진 알칼리 처리된 사탕수수 버개스에 비해 단량체성 자일로사의 수율을 변경시키지 않았다. 상응하게, 상기 첨가제는 상기 수율에 불리한 영향을 미치지 않았다.
기질 자일로스 수율
알칼리 처리된 사탕수수 버개스 2.7 (0.2)***
알칼리 처리된 사탕수수 버개스 + 코메트 첨가제-S-001 2.7 (0.1)
* 효소적 가수분해 조건에 대해서 표 2를 참조하시오
**100 g 기질은 이론적으로 4.1 g 자일로스를 방출할 것이다(자일란 함량에 대해서 표 1을 참조하시오).
***괄호안의 값은 3회 중복의 표준 편차를 나타낸다.
증기 전처리되고 후속으로 알칼리성 퍼옥사이드 처리된 사탕수수 버개스의 수불용성 셀룰로스 성분의 72시간 효소적 가수분해* 후 단량체성 자일로스 수율(100 g의 기질당 g으로서 나타냄**).
72시간의 효소적 가수분해 후 상등액 중에 존재하는 총 단백질 함량의 분획에 대한 분석을 표 4에 나타낸다. 코메트 첨가제 S-001의 사용은 보다 높은 총 단백질 분획을 생성시켰으며, 이는 상기 상등액 내 보다 높은 수준의 효소 및 개선된 효소 안정성을 가리킨다.
액체 중 총 단백질의 분획
온수 세척된 사탕수수 버개스 -
알칼리 처리된 사탕수수 버개스 61.2 (2.2)
알칼리 처리된 사탕수수 버개스 + 코메트 첨가제-S001 77.2 (1.1)**
**괄호안의 값은 3회 중복의 표준 편차를 나타낸다.
72시간 후 상등액 중에 존재하는 총 단백질의 분획(첨가된 100 g의 단백질당 g으로서 나타냄**).
상기 알칼리 처리된 사탕수수 버개스에 코메트 첨가제 S-001의 존재하에서 수회 라운드의 재순환 가수분해를 가하였다. 표 5에 나타낸 바와 같이, 재순환 가수분해는 반복된 라운드의 효소적 가수분해에 걸쳐 효소의 최소의 손실과 함께 높은 수율 및 높은 글루코스 농도를 생성시킬 수 있었다.
가수분해 간격 및 기질 첨가 글루코스 수율 (%) 글루코스 농도 (% wt/vol.) 자일로스 수율*** 용해된 고체(wt/wt) 상등액 중 단백질의 분획*****
48 시간 후** 83.9 (1.4)**** 16.1 (0.3) 1.9 (0.2) 19.1 (0.2) 58.4 (1.3)
다음 48시간 후 83.1 (0.9) 15.9 (0.2) 2.2 (0.0) 18.8 (0.2) 60.1 (2.4)
다음 48시간 후 90.9 (0.3) 18.2 (0.1) 2.5 (0.0) 20.9 (0.1) 64.2 (0.8)
다음 48시간 후 92.3 (2.1) 18.1 (0.4) 2.3 (0.1) 20.7 (0.5) 67.7 (1.5)
*알칼리 처리된 기질의 16% 글루칸 부하(~20% 고체 부하). 상기 반응은 총 20 L 규모로 수행되었다.
**셀룰라제 부하: 상기 가수분해 초기에 첨가된 글루칸의 g당 31 mg 단백질. 상기 반응 혼합물 중 0.2% S-001, 재순환당 6 mg 보충 효소 단백질
***g/100g 기질로서 나타냄. 100 g 기질은 이론적으로 4.1 g 자일로스를 방출할 것이다(자일란 함량에 대해서 표 1을 참조하시오)
****괄호안의 값은 3회 중복의 표준 편차를 나타낸다
*****기질상에 흡착된 효소는 고려하지 않는다
증기 전처리되고 후속으로 알칼리성 퍼옥사이드 처리된 사탕수수 버개스의 수불용성 셀룰로스 성분의 재순환 가수분해(총 16% 글루칸)*의 결과.
실시예 3: 셀룰로스 활성화를 위한 밀짚의 처리
셀룰로스 공급원료의 활성화 방법을 밀짚을 사용하여 조사하였다. 밀짚에 220 ℃에서 1차 증기 처리 단계, 5분 체류 시간에 이어서 80 ℃에서 온수 세척, 이어서 90 ℃에서 60분 동안의 알칼리 세척 및 고체상에 1% 퍼옥사이드 부하를 가하였다.
표 6에 나타낸 바와 같이, 알칼리성 과산화 수소에 의한 2-단계 처리의 사용은 높은 수준의 글루칸(75.1%)을 갖는 수불용성 성분을 생성시켰다.
아라비난 BDL***
갈락탄 BDL
글루칸 75.1 (0.6)
자일란 8.1 (0.1)
만난 BDL
리그닌 (산 불용성)** 13.5 (0.4)
산 용해성 리그닌 0.4 (0.0)
회 1.2 (0.3)
*상기 퍼옥사이드 처리후 고체 수율은 75.7이었다. 알칼리성 퍼옥사이드 처리를 10% 점조도, pH 11.5 및 1% 퍼옥사이드 용액, 80 ℃에서 2시간 동안 수행하였다.
** 상기 리그닌의 소량 분획은 회 성분을 함유할 수 있다.
*** 검출가능한 수준 미만
증기 전처리되고 후속으로 알칼리성 퍼옥사이드 처리된 밀짚의 수불용성 성분의 화학 조성*(건조 중량%).
실시예 4: 활성화된 밀짚의 효소적 가수분해
증기 처리된 밀짚 또는 증기 처리되고 후속으로 알칼리 처리된 밀짚의 수불용성 셀룰로스 성분에 표 7 내지 9에 나타낸 바와 같이 효소적 가수분해를 가하였다. 계면활성제 트윈 80을 또한 표에 나타낸 바와 같이 첨가하였다.
24 시간 72 시간
온수 세척된 밀짚 ----**** 85.0 (2.1)
온수 세척된 밀집 + 트윈 80*** ---- 89.1 (0.5)
퍼옥사이드 처리된 밀짚 83.7 (1.1)***** 97.0 (0.3)
퍼옥사이드 처리된 밀짚 + 트윈 80 90.4 (0.1) 102.3 (2.9)
*10% 글루칸 부하를 획득하기 위해서 퍼옥사이드 처리된 기질에 대한 13.3% 고체 부하 & 증기 전처리된 밀짚에 대한 17.9% 고체 부하. 셀룰라제 부하: 31 mg 단백질(CTec 2)/글루칸의 g
**100 g 글루칸은 이론적으로 ~110 g 글루코스를 방출할 것이다.
***반응 혼합물 중의 0.2% 트윈 80
****전형적인 분석용 샘플을 수득하기에 충분히 액화되지 않았다
*****괄호안의 값은 표준 편차를 나타낸다
증기 전처리되고 후속으로 알칼리성 퍼옥사이드 처리된 밀짚의 수불용성 셀룰로스 성분의 효소적 가수분해(10% 글루칸 부하)* 중 단량체성 글루코스 수율(100 g의 글루칸당 g으로서 나타냄**).
자일로스 수율
온수 처리된 밀짚 6.1 (0.0)
온수 처리된 밀짚 + 트윈 80 6.3 (0.2)
알칼리성 퍼옥사이드 처리된 밀짚 5.8 (0.0)
알칼리성 퍼옥사이드 처리된 밀짚 + 트윈 80 6.0 (0.1)
증기 전처리되고 후속으로 알칼리성 퍼옥사이드 처리된 밀짚의 수불용성 셀룰로스 성분의 72시간 효소적 가수분해***(10% 글루칸 부하)* 후 단량체성 자일로스 수율(100 g의 기질당 g으로서 나타냄**).
용해된 고체
(%w/w)
온수 처리된 밀짚 13.8 (0.1)
온수 처리된 밀짚 + 트윈 80 12.3 (0.0)
알칼리성 퍼옥사이드 처리된 밀짚 14.1 (0.2)
알칼리성 퍼옥사이드 처리된 밀짚 + 트윈 80 13.9 (0.1)
증기 전처리되고 후속으로 알칼리성 퍼옥사이드 처리된 밀짚의 72시간 효소적 가수분해물 중에 존재하는 용해된 고체(% wt/wt)
계면활성제(트윈 80)의 첨가에 의한, 증기 처리되고 후속으로 알칼리성 퍼옥사이드 처리된 밀짚의 효소적 가수분해의 추가적인 조사를 표 10 내지 12에 제시된 바와 같이 수행하였다.
처음 36시간 후 다음 24시간 후 다음 24시간 후
 다음 24시간 후
글루코스 수율** 93.4 (0.5)*** 72.7 (1.3) 61.5 (0.7) 49.7 (2.8)
용해된 고체 12.9 (0.1) 10.0 (0.1) 8.4 (0.0) 6.9 (0.3)
*10% 글루칸 부하를 획득하기 위한 퍼옥사이드 처리된 기질에 대한 13.3% 고체 부하. 오직 초기의 반응 혼합물 중의 0.2% 트윈 80. 셀룰라제 부하: 상기 기질의 모든 새로운 배치 첨가 전 31 mg 단백질 (CTec 2)/글루칸의 g 및 3.1 mg/g 글루칸.
**100 g 글루칸은 이론적으로 ~110 g 글루코스를 방출할 것이다.
****괄호안의 값은 표준 편차를 나타낸다
트윈 80의 첨가와 함께 증기 전처리되고 후속으로 알칼리성 퍼옥사이드 처리된 밀짚의 수불용성 셀루로스 성분의 유가식 효소적 가수분해(10% 글루칸 부하)* 중 단량체성 글루코스 수율(100 g의 총 글루칸당 g으로서 나타냄**).
처음 36시간의 효소적 가수분해 후 5.5 (0.1)
다음 24시간 후 4.3 (0.0)
다음 24시간 후 3.6 (0.1)
다음 24시간 후 2.9 (0.0)
모든 단계에서 가수분해에 사용된 100 g 총 기질당 g으로서 나타낸, 증기 전처리되고 후속으로 알칼리성 퍼옥사이드 처리된 밀짚의 수불용성 셀룰로스 성분의 유가식 효소적 가수분해(10% 글루칸 부하) 중 단량체성 자일로스 수율(10% 글루칸 부하).
유가식 가수분해* 배치 가수분해**
처음 36시간 후 다음 24시간 후 다음 24시간 후 다음 24시간 후 72시간의 끝에서
액체 중 총 단백질의 분획 61.6 (1.1) 63.3 (0.5) 63.1 (1.7) 66.2 (2.4) 72.7 (2.8)
*첫 번째 배치의 가수분해 초기에 31.1 mg 단백질 부하/g 셀룰로스 및 모든 새로운 배치의 기질의 첨가 전 3.1 mg 단백질/g 셀룰로스. 처음 36시간에서 10% 글루칸 점조도에 이어서 모든 후속 24시간에서 10% 글루칸의 첨가. **단백질 부하: 31.1 mg/g 셀룰로스 & 10% 글루칸 점조도
새로운 기질 및 효소의 모든 배치의 첨가에 앞서 상등액 중에 존재하는 총 단백질의 분획(첨가된 총 단백질의 %로서 나타냄**).
실시예 5
본 명세서에 기재된 활성화 및 효소적 전환 방법에 의해 생성된 셀룰로스 글루코스 생성물을 제조하였으며 상기는 하기의 명세서를 갖는 것으로 측정되었다:
화학적 및 물리적 데이터
총 고체 50-70%
수분 30-50%
조성(건조 물질 기준):
글루코스 95%
자일로스 4%
자일로-올리고사카라이드 1%
회 <0.01%
pH: 3-5
전도도: (30% DS) 50 μs/cm
비중: 1.2
외관: 등명한 용액
냄새: 달콤한
무기물 재 함량(PPM)
클로라이드 16
설페이트 <1
칼슘 5
칼륨 <1
마그네슘 <1
나트륨 2
인 2
혈당지수 데이터
상술한 조성을 갖는 셀룰로스 글루코스 생성물은 72의 혈당지수(GI)를 갖는 것으로 밝혀졌다. 비교상 글루코스 단독은 100의 혈당지수를 갖는 것으로 공지되어 있다. 덱스트로스는 또한 100의 혈당지수를 갖는 것으로 공지되어 있는 반면 말토스 및 말토덱스트린은 각각 105 및 110의 혈당지수를 갖는 것으로 공지되어 있다.
본 명세를 현재 실시예인 것으로 간주되는 것을 참조하여 기재하였으며, 상기 명세는 개시된 실시예들로 제한되지 않음은 물론이다. 상반되게, 상기 명세는 첨부된 특허청구범위의 진의 및 범위내에 포함된 다양한 변형 및 등가의 배열을 포함하고자 한다.
모든 공보, 특허 및 특허 출원은, 각각의 개별적인 공보, 특허 또는 특허 출원 전체가 구체적이고 개별적으로 참고로 인용됨을 가리키는 것과 동일한 정도로, 전체가 본 발명에 참고로 인용된다.

Claims (96)

  1. 셀룰로스 공급원료의 활성화를 위한 2-단계 방법으로서,
    (a) 상기 공급원료를 제1 활성화하는 단계로서, 여기에서 상기 공급원료를 190 ℃ 초과의 온도 및 200 psig 초과의 압력에서 처리하여 셀룰로스 II 및 불용성 고체를 포함하는 제1 활성화된 셀룰로스 스트림을 생성시키는 단계;
    (b) 상기 제1 활성화된 셀룰로스 스트림을 제2 활성화하는 단계로서, 여기에서 상기 제1 활성화된 셀룰로스 스트림을 상기 제1 활성화 단계보다 낮은 온도에서 알칼리로 처리하여 셀룰로스 IV를 포함하는 제2 활성화된 셀룰로스 스트림을 생성시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 활성화 단계를 물의 존재하에서 수행하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제1 활성화 단계가, 공급원료를 1 내지 30분 동안 200 내지 500 psig의 압력 및 200 내지 250 ℃의 온도로 처리함을 포함하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제1 활성화 단계가, 공급원료를 4분 미만 동안 200 내지 500 psig의 압력 및 190 내지 215 ℃의 온도로 처리함을 포함하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 활성화된 셀룰로스 스트림을 제2 활성화 단계에 앞서 용해성 비-셀룰로스 성분을 제거하기 위해 세척함을 추가로 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    제1 활성화된 셀룰로스 스트림이 약 50 내지 95 ℃의 물을 사용하고, 임의로 역류 세척을 사용함을 포함하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 활성화된 셀룰로스 스트림이 약 30 내지 50%(wt/wt)의 고체 함량을 갖는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 활성화 단계가, 제1 활성화된 셀룰로스 스트림을 15 내지 120분 동안 60 내지 240 ℃의 온도로 처리함을 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    제2 활성화 단계가, 제1 활성화된 셀룰로스 스트림을 적어도 60분 동안 80 내지 150 ℃의 온도로 처리함을 포함하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 활성화 단계를 초대기압, 임의로 약 0.1 내지 400 psig에서 수행하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 활성화 단계에서 알칼리가 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 마그네슘 및 암모니아 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 활성화 단계에서 알칼리가 수산화 나트륨을 포함하고 상기 수산화 나트륨을 제1 활성화된 셀룰로스 스트림 중의 불용성 고체의 약 10% 내지 1% 또는 바람직하게는 약 6% 미만으로 부하하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 활성화 단계를 산화제 및/또는 효소, 임의로 락카제 또는 리그닌 변형 효소의 존재하에서 수행하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    산화제가 과산화 수소이고, 임의로 제1 활성화된 셀룰로스 스트림 중의 불용성 고체의 1% 미만으로 부하하는 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 활성화된 셀룰로스 스트림이 셀룰로스 II, 수화된 셀룰로스 II 및 알칼리-셀룰로스 IV의 혼합물을 포함하는 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 활성화된 셀룰로스 스트림을 세척하여 용해성 비-셀룰로스 성분을 제거함을 추가로 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    제2 활성화된 셀룰로스 스트림의 세척이, 약 60 내지 95 ℃의 물을 사용하고, 임의로 역류 세척을 사용함을 포함하는 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 방법으로부터 수득된 제2 활성화된 셀룰로스 스트림을 하나 이상의 셀룰라제 효소와 접촉시켜 글루코스-풍부 당 스트림을 생성시킴을 포함하는, 글루코스-풍부 당 스트림의 생성 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    하나 이상의 셀룰라제 효소를, 1,4-베타-D-글리코사이드 결합을 모노사카라이드로 가수분해시키도록 선택하는 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    하나 이상의 셀룰라제 효소가 셀로비오하이드롤라제, 엔도글루카나제 및 베타-글루코시다제 활성 중 적어도 하나를 갖는 효소, 임의로 시판되는 노보자임스(Novozymes) Ctec 2 또는 3, AB 엔자임스 로하멘트(Enzymes Rohament)를 포함하는 방법.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 활성화된 셀룰로스 스트림을 계면활성제 및/또는 분산제와 접촉시킴을 추가로 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    분산제가 올리고펩티드, 임의로 500 내지 10,000 또는 1000 내지 5000의 분자량을 갖는 비-효소 폴리펩티드인 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    폴리펩티드가 폴리아스파트산인 방법.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    폴리펩티드를 제2 활성화된 셀룰로스 스트림에, 상기 제2 활성화된 스트림의 셀룰로스 함량의 중량의 2% 미만, 1% 내지 0.001%, 0.25% 내지 0.025%, 또는 약 0.1%의 부하로 첨가하는 방법.
  25. 제21항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    계면활성제가 비이온성 계면활성제, 임의로 트윈(TweenTM)과 같은 폴리솔베이트 계면활성제인 방법.
  26. 제21항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    계면활성제가 트윈, 알콕실화된 글리세라이드 및 노닐 페놀을 포함하는 계면활성제들의 블렌드인 방법.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서,
    계면활성제를 제2 활성화된 셀룰로스 스트림에, 상기 제2 활성화된 스트림의 셀룰로스 함량의 중량의 2% 미만, 1% 내지 0.01%, 0.5% 내지 0.05%, 또는 약 0.1% 내지 0.2%의 부하로 첨가하는 방법.
  28. 제21항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 셀룰라제 효소, 계면활성제 및 분산제를 제2 활성화된 셀룰로스 스트림에 별도로 첨가하는 방법.
  29. 제21항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 셀룰라제 효소를 제2 활성화된 셀룰로스 스트림과의 접촉에 앞서, 계면활성제 및 분산제와 임의로 적어도 10초 동안 혼합하는 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    하나 이상의 셀룰라제 효소가 계면활성제 및 분산제와 3원 복합체를 형성하는 방법.
  31. 제18항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 셀룰라제 효소를 제2 활성화된 셀룰로스 스트림에, 글루칸 g 당 0.1 내지 120, 임의로 0.1 내지 5 ㎎ 효소 단백질의 부하로 첨가하는 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    하나 이상의 셀룰라제 효소를 제2 활성화된 셀룰로스 스트림에, 약 2 내지 60 FPU/g 글루칸의 부하로 첨가하는 방법.
  33. 제18항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 활성화된 셀룰로스 스트림을 24 내지 144시간, 48 내지 144시간, 48 내지 60시간, 24 내지 96시간, 60시간 미만 또는 48시간 미만 동안 하나 이상의 셀룰라제 효소와 접촉시켜 글루코스-풍부 당 스트림을 생성시키는 방법.
  34. 제18항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    글루코스-풍부 당 스트림을 효소 제거 처리 하고 글루코스-풍부 및 효소 부족 당 스트림 및 효소 재생 스트림을 수득함을 추가로 포함하는 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    효소 제거 처리가
    (a) 효소를 포함하는 글루코스-풍부 당 스트림을 셀룰로스와 접촉시키고 효소가 흡착된 셀룰로스를 수득하며;
    (b) 상기 글루코스-풍부 당 스트림에 셀룰로스 제거 단계를 수행하여 셀룰로스 수준이 감소된 글루코스-풍부 및 효소 부족 당 스트림 및 효소 재생 스트림을 수득함을 포함하는 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    글루코스-풍부 당 스트림을 활성화된 셀룰로스, 임의로 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 방법에 따라 생성된 제2 활성화된 셀룰로스 스트림과, 임의로 약 60분 미만 동안 접촉시키는 방법.
  37. 제35항 또는 제36항에 있어서,
    셀룰로스 제거 단계가 여과를 포함하고, 임의로 효소 재생 스트림이 약 40 중량% 초과의 셀룰로스 고체를 포함하는 방법.
  38. 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    효소 재생 스트림 및 새로운 활성화된 셀룰로스를 배합함을 추가로 포함하는 방법.
  39. 제35항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    제35항의 셀룰로스 제거 단계를 반복함을 추가로 포함하는 방법.
  40. 제18항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    글루코스-풍부 당 스트림이 약 12% 초과의 글루코스, 약 14% 초과의 글루코스, 약 16% 초과의 글루코스 또는 약 18% 초과의 글루코스를 포함하는 방법.
  41. 제18항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    글루코스의 이론적인 수율의 약 70% 초과, 약 80% 초과, 약 85% 초과, 약 90% 초과, 또는 약 95% 초과인 글루코스 수율을 생성시키는 방법.
  42. 활성화된 셀룰로스로부터 글루코스-풍부 당 스트림을 생성시키는 방법으로서, 활성화된 셀룰로스를 하나 이상의 셀룰라제 효소, 계면활성제 및 폴리아스파트산으로 효소적 가수분해하여 상기 글루코스-풍부 당 스트림을 생성시키는 방법.
  43. 제42항에 있어서,
    하나 이상의 셀룰라제 효소를, 1,4-베타-D-글리코사이드 결합을 모노사카라이드로 가수분해시키도록 선택하는 방법.
  44. 제42항 또는 제43항에 있어서,
    하나 이상의 셀룰라제 효소가 셀로비오하이드롤라제, 엔도글루카나제 및 베타-글루코시다제 활성 중 적어도 하나를 갖는 효소를 포함하는 방법.
  45. 제42항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리아스파트산이 500 내지 10,000의 분자량을 갖는 방법.
  46. 제42항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리아스파트산이 1000 내지 5000의 분자량을 갖는 방법.
  47. 제42항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리아스파트산이 3500 내지 4500의 분자량을 갖는 방법.
  48. 제42항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리아스파트산이 제2 활성화된 스트림의 셀룰로스 함량의 중량의 2% 미만, 1% 내지 0.001%, 0.25% 내지 0.025%, 또는 약 0.1%의 부하로 존재하는 방법.
  49. 제44항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서,
    계면활성제가 비이온성 계면활성제, 임의로 트윈과 같은 폴리솔베이트 계면활성제인 방법.
  50. 제44항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서,
    계면활성제가 트윈, 알콕실화된 글리세라이드 및 노닐 페놀을 포함하는 계면활성제들의 블렌드인 방법.
  51. 제49항 또는 제50항에 있어서,
    계면활성제가 제2 활성화된 스트림의 셀룰로스 함량의 중량의 2% 미만, 1% 내지 0.01%, 0.5% 내지 0.05%, 또는 약 0.1% 내지 0.2%의 부하로 존재하는 방법.
  52. 제42항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 셀룰라제 효소, 계면활성제 및 분산제를 활성화된 셀룰로스와 별도로 배합하는 방법.
  53. 제42항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 셀룰라제 효소를, 활성화된 셀룰로스를 효소적 가수분해 하기에 앞서, 계면활성제 및 폴리펩티드와 임의로 적어도 10초 동안 혼합하는 방법.
  54. 제53항에 있어서,
    하나 이상의 셀룰라제 효소가 계면활성제 및 폴리아스파트산과 3원 복합체를 형성하는 방법.
  55. 제42항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 셀룰라제 효소가, 글루칸 g 당 0.1 내지 5 ㎎ 효소 단백질의 부하로 존재하는 방법.
  56. 제55항에 있어서,
    하나 이상의 셀룰라제 효소가 약 2 내지 60 FPU/g 글루칸으로 존재하는 방법.
  57. 제42항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서,
    활성화된 셀룰로스를, 24 내지 144시간, 48 내지 144시간, 48 내지 60시간, 24 내지 96시간, 60시간 미만 또는 48시간 미만 동안 효소적 가수분해함을 추가로 포함하는 방법.
  58. 제41항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서,
    글루코스-풍부 당 스트림을 효소 제거 처리하고 글루코스-풍부 및 효소 부족 당 스트림 및 효소 재생 스트림을 수득하고, 상기 효소 재생 스트림을 효소적 가수분해로 재순환시킴을 추가로 포함하는 방법.
  59. 제58항에 있어서,
    효소 재생 스트림을 효소적 가수분해에 사용하기 위해 도입시킨 후, 이론적 수율의 약 70% 초과, 약 80% 초과, 약 85% 초과, 약 90% 초과 또는 약 95% 초과인 글루코스 수율을 생성시키는 방법.
  60. 제58항 또는 제59항에 있어서,
    (a) 글루코스-풍부 당 스트림을 셀룰로스와 접촉시키고 효소가 흡착된 셀룰로스를 수득하며;
    (b) 상기 글루코스-풍부 당 스트림에 셀룰로스 제거 단계를 수행하여 셀룰로스 수준이 감소된 글루코스-풍부 및 효소 부족 당 스트림 및 효소 재생 스트림을 수득함을 포함하는 방법.
  61. 제60항에 있어서,
    글루코스-풍부 당 스트림을 활성화된 셀룰로스, 임의로 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 방법에 따라 생성된 제2 활성화된 셀룰로스 스트림과 접촉시키는 방법.
  62. 제60항 또는 제61항에 있어서,
    셀룰로스 제거 단계가 여과를 포함하는 방법.
  63. 제58항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서,
    효소 재생 스트림 및 새로운 활성화된 셀룰로스를 배합함을 추가로 포함하는 방법.
  64. 제58항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서,
    제58항의 셀룰로스 제거 단계를 반복함을 추가로 포함하는 방법.
  65. 제42항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서,
    글루코스-풍부 당 스트림이 약 12% 초과의 글루코스, 약 14% 초과의 글루코스, 약 16% 초과의 글루코스 또는 약 18% 초과의 글루코스를 포함하는 방법.
  66. 제42항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서,
    글루코스의 수율이 약 70% 초과, 약 80% 초과, 약 85% 초과, 약 90% 초과, 또는 약 95% 초과인 방법.
  67. 글루코스-풍부 당 스트림의 생성 방법으로서,
    (a) 셀룰로스 II, 수화된 셀룰로스 II 및 알칼리-셀룰로스 IV의 혼합물을 포함하는 활성화된 셀룰로스를 제공하고;
    (b) 상기 활성화된 셀룰로스를, 하나 이상의 셀룰라제 효소, 계면활성제 및 분산제로 효소적 가수분해하여 글루코스-풍부 당 스트림을 생성시킴
    을 포함하는 방법.
  68. 제67항에 있어서,
    활성화된 셀룰로스를 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 방법에 의해 생성시키는 방법.
  69. 제67항 또는 제68항에 있어서,
    분산제가 10,000 미만의 분자량을 갖는 비-효소 폴리펩티드인 방법.
  70. 제67항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서,
    분산제가, 활성화된 셀룰로스의 셀룰로스 함량의 중량의 2% 미만, 1% 내지 0.001%, 0.25% 내지 0.025%, 또는 약 0.1%의 부하로 존재하는 방법.
  71. 제70항에 있어서,
    분산제가 폴리아스파트산인 방법.
  72. 제71항에 있어서,
    폴리아스파트산이 1000 내지 5000, 임의로 3500 내지 4500의 분자량을 갖는 방법.
  73. 제67항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서,
    계면활성제가 활성화된 셀룰로스의 셀룰로스 함량의 중량의 2% 미만, 1% 내지 0.01%, 0.5% 내지 0.05%, 또는 약 0.1% 내지 0.2%의 부하로 존재하는 방법.
  74. 제73항에 있어서,
    계면활성제가 비이온성 계면활성제, 임의로 트윈과 같은 폴리솔베이트 계면활성제인 방법.
  75. 제74항에 있어서,
    계면활성제가 트윈, 알콕실화된 글리세라이드 및 노닐 페놀을 포함하는 계면활성제들의 블렌드인 방법.
  76. 제67항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 셀룰라제 효소, 계면활성제 및 분산제를 활성화된 셀룰로스에 별도로 첨가하는 방법.
  77. 제67항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 셀룰라제 효소를, 활성화된 셀룰로스에 효소적 가수분해를 가하기에 앞서, 계면활성제 및 분산제와 임의로 적어도 10초 동안 배합하는 방법.
  78. 제67항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서,
    글루코스-풍부 당 스트림을 효소 제거 처리하고 글루코스-풍부 및 효소 부족 당 스트림 및 효소 재생 스트림을 수득함을 추가로 포함하는 방법.
  79. 제67항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서,
    글루코스-풍부 당 스트림이 약 12% 초과의 글루코스, 약 14% 초과의 글루코스, 약 16% 초과의 글루코스 또는 약 18% 초과의 글루코스를 포함하는 방법.
  80. 제67항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
    글루코스의 수율이 약 70% 초과, 약 80% 초과, 약 85% 초과, 약 90% 초과 또는 약 95% 초과인 방법.
  81. (a) 하나 이상의 셀룰라제 효소;
    (b) 계면활성제 또는 계면활성제들의 블렌드; 및
    (c) 500 내지 10,000의 분자량을 갖는 폴리아스파트산
    을 포함하는 효소적 가수분해 혼합물.
  82. 제81항에 있어서,
    하나 이상의 셀룰라제 효소가 1,4-베타-D-글리코사이드 결합을 모노사카라이드로 가수분해시키는 효소적 가수분해 혼합물.
  83. 제81항 또는 제82항에 있어서,
    하나 이상의 셀룰라제 효소가 셀로비오하이드롤라제, 엔도글루카나제 및 베타-글루코시다제 활성 중 하나 이상을 갖는 효소를 포함하는 효소적 가수분해 혼합물.
  84. 제81항 내지 제83항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리아스파트산이 500 내지 5000의 분자량을 갖는 효소적 가수분해 혼합물.
  85. 제81항 내지 제84항 중 어느 한 항에 있어서,
    계면활성제가 비이온성 계면활성제, 임의로 트윈과 같은 폴리솔베이트 계면활성제인 방법.
  86. 제81항 내지 제85항 중 어느 한 항에 있어서,
    계면활성제 대 폴리아스파트산의 비가 0.1:1 내지 10:1, 임의로 0.5:1 내지 2:1인 효소적 가수분해 혼합물.
  87. 제18항 내지 제80항 중 어느 한 항의 방법에 의해 생성된 글루코스-풍부 당 스트림.
  88. 제87항에 있어서,
    당 스트림이 12% 초과, 14% 초과, 16% 초과 또는 18% 초과의 글루코스를 포함하는 글루코스-풍부 당 스트림.
  89. 제87항 또는 제88항에 있어서,
    당 스트림이 폴리아스파트산을 포함하는 글루코스-풍부 당 스트림.
  90. 제87항 내지 제89항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리아스파트산이 1 ppb 내지 10000 ppm의 농도로 존재하는 글루코스-풍부 당 스트림.
  91. 제87항 내지 제89항 중 어느 한 항에 있어서,
    비-글루코스 당을 포함하는 글루코스-풍부 당 스트림.
  92. 제91항에 있어서,
    비-글루코스 당이 자일로스, 자일로-올리고사카라이드 또는 자일란 중 하나 이상인 글루코스-풍부 당 스트림.
  93. 제91항 또는 제92항에 있어서,
    건조 물질 조성물이 약 95% 글루코스 및 약 5% 비-글루코스 당을 포함하는 글루코스-풍부 당 스트림.
  94. 약 95% 글루코스 및 약 5% 비-글루코스 당을 포함하는 글루코스 시럽으로서, 상기 비-글루코스 당이 자일로스, 자일로-올리고사카라이드 및 자일란 중 하나 이상인 글루코스 시럽.
  95. 약 95% 프럭토스 및 약 5% 비-프럭토스 당을 포함하는 프럭토스 시럽으로서, 상기 비-프럭토스 당이 자일로스, 자일로-올리고사카라이드 및 자일란 중 하나 이상인 프럭토스 시럽.
  96. 제95항에 있어서,
    제93항의 글루코스-풍부 당 스트림의 글루코스 이성화에 의해 제조된 프럭토스 시럽.

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