用于从生物质生产脂质的工艺的制作方法
【专利说明】用于从生物质生产脂质的工艺
[0001] 本发明涉及一种用于从包含至少一种多糖的生物质生产脂质的工艺。
[0002] 更具体地，本发明涉及一种用于从包含至少一种多糖的生物质生产脂质的工艺， 其包括使所述包含至少一种多糖的生物质经历水解，获得包含第一固相和第一水相的混合 物，在第一发酵装置中制备包含至少一种产油微生物的接种物，获得第一发酵肉汤，把所述 第一水相和所述第一发酵肉汤供入至第二发酵装置，获得第二发酵肉汤，使所述第二发酵 肉汤经历分离，获得第二水相和包含脂质的产油细胞生物质的水性悬浮液，使所述第二水 相经历反渗透，获得渗透物和渗余物，把所述渗余物供入至所述第一发酵装置或供入至所 述第二发酵装置。
[0003] 如此获得的脂质可以有利地用于可以被原样或在与其他的汽车燃料的混合物中 使用的生物柴油或绿色柴油的生产中。
[0004] 通常，生物质是具有有机的、植物或动物基质的任何物质，其可以意图用于能量目 的，例如，作为用于生物燃料的生产的原材料，或其的组分可以被加入燃料中。生物质可以 因此形成可再生能源，作为对通常地在燃料的生产中使用的化石来源的传统的原材料的替 代。为了该目的，木质纤维素生物质是特别地有用的。
[0005] 从生物质特别是从木质纤维素生物质生产糖是本领域中已知的。
[0006] 木质纤维素生物质是包含三种主要的组分的复杂的结构：纤维素、半纤维素和木 质素。它们的相对的量根据所使用的木质纤维素生物质的类型变化。在植物的情况下，例 如，所述量根据物种并且根据植物的年龄变化。
[0007] 纤维素是木质纤维素生物质的最大的成分并且通常以相对于木质纤维素生物质 的总重量的范围从30%以重量计至60%以重量计的量存在。纤维素由通过β-1，4葡萄糖 苷键键合于彼此的葡萄糖分子（从约500至10, 000个单元）组成。在链之间建立氢键导 致结晶区域的形成，这向植物纤维给予抵抗性和弹性。在自然中，其仅可以以其的纯的状态 在一年生植物例如棉花和亚麻中找到，而在木本植物中其始终伴随有半纤维素和木质素。
[0008] 半纤维素通常以相对于木质纤维素生物质的总重量的范围从10%以重量计至 40%以重量计的量存在，作为混合聚合物出现，是相对地短的（从10至200个分子）和支链 的，包括具有六个碳原子的糖（葡萄糖、甘露糖、半乳糖）和此外具有五个碳原子的糖（木 糖、阿拉伯糖）二者。植物纤维的某些重要的性质是由于半纤维素的存在，半纤维素的主要 的性质是有利于所述植物纤维的吸涨，当水存在时，导致它们的溶胀。半纤维素还具有粘合 性的性质并且因此趋于硬化或产生角质的一致性，结果是所述植物纤维成为刚性的并且被 更缓慢地吸涨。
[0009] 木质素通常以相对于木质纤维素生物质的总重量的范围从10%以重量计至30% 以重量计的量存在。其的主要的功能在于使各种植物纤维与彼此结合和胶接，给予植物致 密性和抵抗性，并且还提供抵抗昆虫、病原体因素、病变和紫外光的保护。其主要地被用作 燃料，但是目前也在工业中广泛地用作分散剂、硬化剂、乳化剂，用于层压塑料、纸板箱和橡 胶最终产品。其可以也被化学地处理以生产香草醛、丁香醛、对羟基苯甲醛类型的芳香化合 物，其可以被在药物化学中或在化妆品和食品工业中使用。
[0010] 为了优化木质纤维素生物质向用于能量用途的产物的转化，使所述木质纤维素生 物质经历初步处理以分离木质素并且以使纤维素和半纤维素水解为单糖例如葡萄糖和木 糖是已知的。所述糖可以因此在用于醇的和/或脂质的生产的微生物存在下的发酵过程中 用作碳源。
[0011] 国际专利申请WO 2009/108773,例如，描述了用于预处理木质纤维素生物质的方 法，其包括：在第一加压反应器中预处理木质纤维素生物质，其中木质纤维素生物质经历水 解；把木质纤维素生物质从所述第一加压反应器排放并且把其送至具有被连接于所述第一 加压反应器的排放出口的第一加压耦合器的加压密封装置；通过向其中注射蒸汽保持所述 第一加压反应器中的蒸汽相，其中被注射的蒸汽向木质纤维素生物质提供热能；洗涤在所 述第一加压反应器的或所述加压密封装置的下游的区中的木质纤维素生物质；把包含从木 质纤维素生物质萃取的被溶解的半纤维素的液体从所述第一加压反应器或从所述加压密 封装置排放；把木质纤维素生物质从所述加压密封装置经过第二加压耦合器排放入第二加 压反应器中，其中木质纤维素生物质被保持在相对于所述第一加压反应器的压力更高的压 力；通过向所述第二加压反应器中注射蒸汽或水蒸气在所述第二加压反应器中使用蒸汽或 水蒸气灌输木质纤维素生物质的细胞；快速地释放被施加于被水灌输的木质纤维素生物质 的压力从而导致在木质纤维素生物质的细胞中的蒸汽的膨胀（蒸汽爆破）以及纯化木质纤 维素生物质。所述方法允许获得糖，其可以被用于醇（例如乙醇）的生产。
[0012] 国际专利申请WO 2012/042544描述了生物质组合物，包含固体、液体，基于阿拉 伯聚糖和木聚糖的量的某个量的cj|，和组合物的液体中和固体中含有的阿拉伯糖和木糖 的单体、二聚体、低聚物和聚合物，基于葡聚糖的量的某个量的C 6糖，其包括组合物的液体 中和固体中含有的葡聚糖的单体、二聚体、低聚物和聚合物，和糠醛，其中组合物还以持续 24小时其具有对水解酶的至少30 %的可及性为特征。所述组合物借助于蒸汽爆破被获得。 在酶促水解之后获得的糖可以被用于乙醇的生产。
[0013] 国际专利申请WO 2009/063138描述了从包括选自包括纤维素、半纤维素、淀粉、 这些的全部或其的混合物的组的多糖或来源于它们的降解的产品或不含有淀粉的多糖 (无淀粉多糖）的有机材料生产脂质或脂质的混合物的方法，其特征在于其包括：(a)使用 选自包括（i)水、（ii)酸和（iii)碱的组的物质处理有机材料，以及然后分离所获得的沉淀 物和滤液，以及使从所述处理获得的沉淀物原样或在水、酸或碱的存在下经历机械的或热 机的造粒，以及分离所获得的沉淀物和滤液，以及，可选择地，使沉淀物再次地，一次或更多 次，经历在条目（i)、（ii)或（iii)下指示的处理和/或经历造粒，以及（b)把能够生产脂 质的微生物置于与如此获得的滤液或与所获得的各种滤液或与沉淀物或与它们的组合中 的任何接触，以及，任选地，与培养基中的有机材料接触，由此微生物的细胞开始生产脂质， 以及（c)回收脂质。使用所述过程获得的脂质可以在生物燃料的生产中使用。
[0014] 国际专利申请WO 2010/149859描述了用于脂肪的生产的方法，其特征在于方法 包括以下的步骤：从来自微生物油（"单细胞油"）的生产工艺获得的微生物细胞团（"单细 胞团"）的脂肪的回收之前或之后或在脂肪的回收期间，把液相或残留的细胞团或其的混合 物或通过分离获得的其的级分置于在培养基中与能够生产脂肪的微生物接触，以及允许该 微生物生产脂肪，和/或把从微生物油（单细胞油）的生产工艺获得的微生物悬浮液（"单 细胞悬浮液"）或细胞团，或从所述工艺获得的液相，或以其他方式获得的微生物的细胞的 悬浮液，以所述其他方式获得的细胞团或液相，或其的混合物，或如此获得的级分，置于在 培养基中与能够生产脂肪的微生物接触，以及允许该微生物生产脂肪，以及回收所生产的 脂肪或把微生物的团发送至微生物油（"单细胞油"）的生产过程。使用所述过程获得的脂 肪可以在生物燃料的生产中使用。
[0015] 美国专利申请US 2008/0102176描述了用于萃取植物脂肪的方法，包括：粉碎含 有纤维素的原材料以获得具有的直径的颗粒；把颗粒浸入在以等于1% -2%的浓 度的硫酸中以酸化所述颗粒以增加纤维素的水解并且以调节PH至4. 5±0. 5的值；除去被 硫酸酸化的颗粒并且依次地把纤维素酶和产油酵母加入至被酸化的颗粒并且使它们经历 在25°C -30°C的温度并且在85% -90%的湿度的持续8-9日的发酵；把脂肪族烃作为溶剂 加入至发酵产物以萃取脂肪，获得萃取混合物；除去保留在萃取混合物中的被酸化的颗粒 并且通过蒸馏从溶剂分离脂肪，获得粗制油。纤维素酶优选地是绿色木霉（Trichoderma viride)并且产油酵母是黏红酵母（Rhodotorula glutinis)。所获得的脂肪可以在醋化之 后被转化为生物柴油。
[0016] Dai等人在以下文章中描述了从产油酵母生产生物柴油："Biodiesel generation from oleaginous yeast Rhodotorula glutinis with xylose assimilating capacity''， 在"African Journal of Biotechnology"(2007)，卷 6 (18)，页 2130-2134 中发表。在所述 文章中，木质纤维素生物质被研磨并且在硫酸的存在下经历酸水解。如此获得的糖被用作 发酵过程中的碳源，在之前选择的黏红酵母的菌株的存在下，能够也使用戊糖特别是木糖， 为了获得后续地通过索氏萃取被萃取并且经历酯交换以获得生物柴油的油的目的。
[0017] 以本申请人的名义的国际专利申请WO 2010/046051描述了一种用于从包含至少 一种多糖的生物质生产脂质的工艺，包括：
[0018] -在具有从(：7至C 2(|个碳原子、优选地从C 9至C 15个碳原子的至少一种有机酸的水 溶液的存在下，在范围从80°C至160°C、优选地范围从100°C至150°C的温度，使所述生物质 经历酸水解，获得包含第一固相和第一水相的第一混合物；
[0019] -使所述第一混合物经历酶促水解，获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种产油酵母的存在下经历发酵，获得包含脂质的产油 细胞生物质。
[0021] 如此获得的脂质可以有利地用于可以原样或在与其他的汽车燃料的混合物中使 用的生物柴油或绿色柴油的生产中。
[0022] 以本申请人的名义的国际专利申请WO 2012/052368描述了一种用于从包含至少 一种多糖的生物质生产脂质的工艺，包括：
[0023] -使所述包含至少一种多糖的生物质经历酸水解，获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种产油酵母的存在下供入至发酵装置，获得包含第一 产油细胞生物质的第一发酵肉汤；
[0025] -使所述第一固相经历酸水解或酶促水解，获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发酵肉汤的存在下供入至所述发酵装置，获得包含 含有脂质的第二产油细胞生物质的第二发酵肉汤；
[0027] -使所述第二发酵肉汤的至少一部分经历微滤，获得渗余物和渗透物；
[0028] -把所述渗余物供入至所述发酵装置。
[0029] 如此获得的脂质可以有利地用于可以原样或在与其他的汽车燃料的混合物中使 用的生物柴油或绿色柴油的生产中。
[0030] 然而，上文描述的工艺可以具有各种缺点。
[0031] 水相，例如，在发酵的结束时保留（即耗尽的发酵水），其仍然含有某个量的糖和 某个量的其他的有机物质诸如例如，乙酸、甘油和其他的小的代谢物，和无机物质诸如例 如，磷酸盐、