用于從生物質(zhì)生產(chǎn)脂質(zhì)的工藝的制作方法
【專利說明】用于從生物質(zhì)生產(chǎn)脂質(zhì)的工藝
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于從包含至少一種多糖的生物質(zhì)生產(chǎn)脂質(zhì)的工藝。
[0002] 更具體地，本發(fā)明涉及一種用于從包含至少一種多糖的生物質(zhì)生產(chǎn)脂質(zhì)的工藝， 其包括使所述包含至少一種多糖的生物質(zhì)經(jīng)歷水解，獲得包含第一固相和第一水相的混合 物，在第一發(fā)酵裝置中制備包含至少一種產(chǎn)油微生物的接種物，獲得第一發(fā)酵肉湯，把所述 第一水相和所述第一發(fā)酵肉湯供入至第二發(fā)酵裝置，獲得第二發(fā)酵肉湯，使所述第二發(fā)酵 肉湯經(jīng)歷分離，獲得第二水相和包含脂質(zhì)的產(chǎn)油細胞生物質(zhì)的水性懸浮液，使所述第二水 相經(jīng)歷反滲透，獲得滲透物和滲余物，把所述滲余物供入至所述第一發(fā)酵裝置或供入至所 述第二發(fā)酵裝置。
[0003] 如此獲得的脂質(zhì)可以有利地用于可以被原樣或在與其他的汽車燃料的混合物中 使用的生物柴油或綠色柴油的生產(chǎn)中。
[0004] 通常，生物質(zhì)是具有有機的、植物或動物基質(zhì)的任何物質(zhì)，其可以意圖用于能量目 的，例如，作為用于生物燃料的生產(chǎn)的原材料，或其的組分可以被加入燃料中。生物質(zhì)可以 因此形成可再生能源，作為對通常地在燃料的生產(chǎn)中使用的化石來源的傳統(tǒng)的原材料的替 代。為了該目的，木質(zhì)纖維素生物質(zhì)是特別地有用的。
[0005] 從生物質(zhì)特別是從木質(zhì)纖維素生物質(zhì)生產(chǎn)糖是本領(lǐng)域中已知的。
[0006] 木質(zhì)纖維素生物質(zhì)是包含三種主要的組分的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)：纖維素、半纖維素和木 質(zhì)素。它們的相對的量根據(jù)所使用的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的類型變化。在植物的情況下，例 如，所述量根據(jù)物種并且根據(jù)植物的年齡變化。
[0007] 纖維素是木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的最大的成分并且通常以相對于木質(zhì)纖維素生物質(zhì) 的總重量的范圍從30%以重量計至60%以重量計的量存在。纖維素由通過β-1，4葡萄糖 苷鍵鍵合于彼此的葡萄糖分子（從約500至10, 000個單元）組成。在鏈之間建立氫鍵導 致結(jié)晶區(qū)域的形成，這向植物纖維給予抵抗性和彈性。在自然中，其僅可以以其的純的狀態(tài) 在一年生植物例如棉花和亞麻中找到，而在木本植物中其始終伴隨有半纖維素和木質(zhì)素。
[0008] 半纖維素通常以相對于木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的總重量的范圍從10%以重量計至 40%以重量計的量存在，作為混合聚合物出現(xiàn)，是相對地短的（從10至200個分子）和支鏈 的，包括具有六個碳原子的糖（葡萄糖、甘露糖、半乳糖）和此外具有五個碳原子的糖（木 糖、阿拉伯糖）二者。植物纖維的某些重要的性質(zhì)是由于半纖維素的存在，半纖維素的主要 的性質(zhì)是有利于所述植物纖維的吸漲，當水存在時，導致它們的溶脹。半纖維素還具有粘合 性的性質(zhì)并且因此趨于硬化或產(chǎn)生角質(zhì)的一致性，結(jié)果是所述植物纖維成為剛性的并且被 更緩慢地吸漲。
[0009] 木質(zhì)素通常以相對于木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的總重量的范圍從10%以重量計至30% 以重量計的量存在。其的主要的功能在于使各種植物纖維與彼此結(jié)合和膠接，給予植物致 密性和抵抗性，并且還提供抵抗昆蟲、病原體因素、病變和紫外光的保護。其主要地被用作 燃料，但是目前也在工業(yè)中廣泛地用作分散劑、硬化劑、乳化劑，用于層壓塑料、紙板箱和橡 膠最終產(chǎn)品。其可以也被化學地處理以生產(chǎn)香草醛、丁香醛、對羥基苯甲醛類型的芳香化合 物，其可以被在藥物化學中或在化妝品和食品工業(yè)中使用。
[0010] 為了優(yōu)化木質(zhì)纖維素生物質(zhì)向用于能量用途的產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化，使所述木質(zhì)纖維素生 物質(zhì)經(jīng)歷初步處理以分離木質(zhì)素并且以使纖維素和半纖維素水解為單糖例如葡萄糖和木 糖是已知的。所述糖可以因此在用于醇的和/或脂質(zhì)的生產(chǎn)的微生物存在下的發(fā)酵過程中 用作碳源。
[0011] 國際專利申請WO 2009/108773,例如，描述了用于預(yù)處理木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的方 法，其包括：在第一加壓反應(yīng)器中預(yù)處理木質(zhì)纖維素生物質(zhì)，其中木質(zhì)纖維素生物質(zhì)經(jīng)歷水 解；把木質(zhì)纖維素生物質(zhì)從所述第一加壓反應(yīng)器排放并且把其送至具有被連接于所述第一 加壓反應(yīng)器的排放出口的第一加壓耦合器的加壓密封裝置；通過向其中注射蒸汽保持所述 第一加壓反應(yīng)器中的蒸汽相，其中被注射的蒸汽向木質(zhì)纖維素生物質(zhì)提供熱能；洗滌在所 述第一加壓反應(yīng)器的或所述加壓密封裝置的下游的區(qū)中的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)；把包含從木 質(zhì)纖維素生物質(zhì)萃取的被溶解的半纖維素的液體從所述第一加壓反應(yīng)器或從所述加壓密 封裝置排放；把木質(zhì)纖維素生物質(zhì)從所述加壓密封裝置經(jīng)過第二加壓耦合器排放入第二加 壓反應(yīng)器中，其中木質(zhì)纖維素生物質(zhì)被保持在相對于所述第一加壓反應(yīng)器的壓力更高的壓 力；通過向所述第二加壓反應(yīng)器中注射蒸汽或水蒸氣在所述第二加壓反應(yīng)器中使用蒸汽或 水蒸氣灌輸木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的細胞；快速地釋放被施加于被水灌輸?shù)哪举|(zhì)纖維素生物質(zhì) 的壓力從而導致在木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的細胞中的蒸汽的膨脹（蒸汽爆破）以及純化木質(zhì)纖 維素生物質(zhì)。所述方法允許獲得糖，其可以被用于醇（例如乙醇）的生產(chǎn)。
[0012] 國際專利申請WO 2012/042544描述了生物質(zhì)組合物，包含固體、液體，基于阿拉 伯聚糖和木聚糖的量的某個量的cj|，和組合物的液體中和固體中含有的阿拉伯糖和木糖 的單體、二聚體、低聚物和聚合物，基于葡聚糖的量的某個量的C 6糖，其包括組合物的液體 中和固體中含有的葡聚糖的單體、二聚體、低聚物和聚合物，和糠醛，其中組合物還以持續(xù) 24小時其具有對水解酶的至少30 %的可及性為特征。所述組合物借助于蒸汽爆破被獲得。 在酶促水解之后獲得的糖可以被用于乙醇的生產(chǎn)。
[0013] 國際專利申請WO 2009/063138描述了從包括選自包括纖維素、半纖維素、淀粉、 這些的全部或其的混合物的組的多糖或來源于它們的降解的產(chǎn)品或不含有淀粉的多糖 (無淀粉多糖）的有機材料生產(chǎn)脂質(zhì)或脂質(zhì)的混合物的方法，其特征在于其包括：(a)使用 選自包括（i)水、（ii)酸和（iii)堿的組的物質(zhì)處理有機材料，以及然后分離所獲得的沉淀 物和濾液，以及使從所述處理獲得的沉淀物原樣或在水、酸或堿的存在下經(jīng)歷機械的或熱 機的造粒，以及分離所獲得的沉淀物和濾液，以及，可選擇地，使沉淀物再次地，一次或更多 次，經(jīng)歷在條目（i)、（ii)或（iii)下指示的處理和/或經(jīng)歷造粒，以及（b)把能夠生產(chǎn)脂 質(zhì)的微生物置于與如此獲得的濾液或與所獲得的各種濾液或與沉淀物或與它們的組合中 的任何接觸，以及，任選地，與培養(yǎng)基中的有機材料接觸，由此微生物的細胞開始生產(chǎn)脂質(zhì)， 以及（c)回收脂質(zhì)。使用所述過程獲得的脂質(zhì)可以在生物燃料的生產(chǎn)中使用。
[0014] 國際專利申請WO 2010/149859描述了用于脂肪的生產(chǎn)的方法，其特征在于方法 包括以下的步驟：從來自微生物油（"單細胞油"）的生產(chǎn)工藝獲得的微生物細胞團（"單細 胞團"）的脂肪的回收之前或之后或在脂肪的回收期間，把液相或殘留的細胞團或其的混合 物或通過分離獲得的其的級分置于在培養(yǎng)基中與能夠生產(chǎn)脂肪的微生物接觸，以及允許該 微生物生產(chǎn)脂肪，和/或把從微生物油（單細胞油）的生產(chǎn)工藝獲得的微生物懸浮液（"單 細胞懸浮液"）或細胞團，或從所述工藝獲得的液相，或以其他方式獲得的微生物的細胞的 懸浮液，以所述其他方式獲得的細胞團或液相，或其的混合物，或如此獲得的級分，置于在 培養(yǎng)基中與能夠生產(chǎn)脂肪的微生物接觸，以及允許該微生物生產(chǎn)脂肪，以及回收所生產(chǎn)的 脂肪或把微生物的團發(fā)送至微生物油（"單細胞油"）的生產(chǎn)過程。使用所述過程獲得的脂 肪可以在生物燃料的生產(chǎn)中使用。
[0015] 美國專利申請US 2008/0102176描述了用于萃取植物脂肪的方法，包括：粉碎含 有纖維素的原材料以獲得具有的直徑的顆粒；把顆粒浸入在以等于1% -2%的濃 度的硫酸中以酸化所述顆粒以增加纖維素的水解并且以調(diào)節(jié)PH至4. 5±0. 5的值；除去被 硫酸酸化的顆粒并且依次地把纖維素酶和產(chǎn)油酵母加入至被酸化的顆粒并且使它們經(jīng)歷 在25°C -30°C的溫度并且在85% -90%的濕度的持續(xù)8-9日的發(fā)酵；把脂肪族烴作為溶劑 加入至發(fā)酵產(chǎn)物以萃取脂肪，獲得萃取混合物；除去保留在萃取混合物中的被酸化的顆粒 并且通過蒸餾從溶劑分離脂肪，獲得粗制油。纖維素酶優(yōu)選地是綠色木霉（Trichoderma viride)并且產(chǎn)油酵母是黏紅酵母（Rhodotorula glutinis)。所獲得的脂肪可以在醋化之 后被轉(zhuǎn)化為生物柴油。
[0016] Dai等人在以下文章中描述了從產(chǎn)油酵母生產(chǎn)生物柴油："Biodiesel generation from oleaginous yeast Rhodotorula glutinis with xylose assimilating capacity''， 在"African Journal of Biotechnology"(2007)，卷 6 (18)，頁 2130-2134 中發(fā)表。在所述 文章中，木質(zhì)纖維素生物質(zhì)被研磨并且在硫酸的存在下經(jīng)歷酸水解。如此獲得的糖被用作 發(fā)酵過程中的碳源，在之前選擇的黏紅酵母的菌株的存在下，能夠也使用戊糖特別是木糖， 為了獲得后續(xù)地通過索氏萃取被萃取并且經(jīng)歷酯交換以獲得生物柴油的油的目的。
[0017] 以本申請人的名義的國際專利申請WO 2010/046051描述了一種用于從包含至少 一種多糖的生物質(zhì)生產(chǎn)脂質(zhì)的工藝，包括：
[0018] -在具有從(：7至C 2(|個碳原子、優(yōu)選地從C 9至C 15個碳原子的至少一種有機酸的水 溶液的存在下，在范圍從80°C至160°C、優(yōu)選地范圍從100°C至150°C的溫度，使所述生物質(zhì) 經(jīng)歷酸水解，獲得包含第一固相和第一水相的第一混合物；
[0019] -使所述第一混合物經(jīng)歷酶促水解，獲得包含第二固相和第二水相的第二混合 物；
[0020] -使所述第二水相在至少一種產(chǎn)油酵母的存在下經(jīng)歷發(fā)酵，獲得包含脂質(zhì)的產(chǎn)油 細胞生物質(zhì)。
[0021] 如此獲得的脂質(zhì)可以有利地用于可以原樣或在與其他的汽車燃料的混合物中使 用的生物柴油或綠色柴油的生產(chǎn)中。
[0022] 以本申請人的名義的國際專利申請WO 2012/052368描述了一種用于從包含至少 一種多糖的生物質(zhì)生產(chǎn)脂質(zhì)的工藝，包括：
[0023] -使所述包含至少一種多糖的生物質(zhì)經(jīng)歷酸水解，獲得包含第一固相和第一水相 的第一混合物；
[0024] -把所述第一水相在至少一種產(chǎn)油酵母的存在下供入至發(fā)酵裝置，獲得包含第一 產(chǎn)油細胞生物質(zhì)的第一發(fā)酵肉湯；
[0025] -使所述第一固相經(jīng)歷酸水解或酶促水解，獲得包含第二固相和第二水相的第二 混合物；
[0026] -把所述第二水相在所述第一發(fā)酵肉湯的存在下供入至所述發(fā)酵裝置，獲得包含 含有脂質(zhì)的第二產(chǎn)油細胞生物質(zhì)的第二發(fā)酵肉湯；
[0027] -使所述第二發(fā)酵肉湯的至少一部分經(jīng)歷微濾，獲得滲余物和滲透物；
[0028] -把所述滲余物供入至所述發(fā)酵裝置。
[0029] 如此獲得的脂質(zhì)可以有利地用于可以原樣或在與其他的汽車燃料的混合物中使 用的生物柴油或綠色柴油的生產(chǎn)中。
[0030] 然而，上文描述的工藝可以具有各種缺點。
[0031] 水相，例如，在發(fā)酵的結(jié)束時保留（即耗盡的發(fā)酵水），其仍然含有某個量的糖和 某個量的其他的有機物質(zhì)諸如例如，乙酸、甘油和其他的小的代謝物，和無機物質(zhì)諸如例 如，磷酸鹽、