專利名稱：生產(chǎn)脂質(zhì)的方法
生產(chǎn)脂質(zhì)的方法本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分(preamble)從有機(jī)原料生產(chǎn)脂質(zhì)或脂質(zhì) 混合物的方法。本發(fā)明同樣涉及通過所述方法所生產(chǎn)的脂質(zhì)或脂質(zhì)混合物用作根據(jù)權(quán)利要 求17的生物燃料以及根據(jù)權(quán)利要求18的生物燃料的用途。本發(fā)明同樣涉及根據(jù)權(quán)利要求 19凈化城市下水道的方法。
背景技術(shù)：
公知的是，從化石原料制造的交通燃料的用途是非常大規(guī)模的，并且消耗正在持 續(xù)增長。因此，關(guān)于化石能源資源的充足、環(huán)境效應(yīng)和可持續(xù)發(fā)展方面已經(jīng)相當(dāng)正當(dāng)?shù)赜楷F(xiàn) 為重要的全球挑戰(zhàn)。在該參考系中，交通燃料的可再生替代原料已經(jīng)涌現(xiàn)為漸增興趣的目 標(biāo)。朝向基于可再生自然資源的燃料生產(chǎn)的一個步驟是嘗試，至少部分地，用有機(jī)材 料代替化石原料。即使采用這種方法，我們?nèi)匀豢梢韵胂蠓浅ｋy以解決的問題。與化石原料 目前的消耗成比例，所要求的有機(jī)原料的量是非常大的，即使只有一部分化石原料被代替。 在幾種連接中，已經(jīng)觀察到有機(jī)自然資源的單向的和大規(guī)模的消耗或者用于該目的的栽培 面積的再生可能導(dǎo)致自然生物多樣性的后果以及糧食初級生產(chǎn)量平衡的后果，這些將是難 以解決的。有機(jī)材料以能量有效的方式轉(zhuǎn)化成可用于生產(chǎn)交通燃料的形式同樣提出了技術(shù) 挑戰(zhàn)。對交通燃料而言，特別有利的原料來源將是有機(jī)脂肪，特別是作為其能含量的三 ?；视拖喈?dāng)大地更高于相應(yīng)的例如碳水化合物或醇類的三?；视?。此外，它是已知最 好的，并且它可經(jīng)由相當(dāng)有效的化學(xué)方法被轉(zhuǎn)化為交通燃料的組分，諸如柴油、生化柴油或 可再生柴油。然而，天然脂肪原料儲量的缺乏提出了限制因素?；谀壳暗闹举Y源，不多 于邊際工業(yè)產(chǎn)量的生物燃料是可行的，至多。因此，增加脂肪儲量要求油脂植物栽培相當(dāng)可 觀的增加。油脂植物栽培的生產(chǎn)量扇區(qū)的這種大的變化，反過來，對全球市場糧食經(jīng)濟(jì)的平 衡具有強(qiáng)烈的影響。這種需要，仍然處在推測水平，已經(jīng)將自身顯現(xiàn)為糧食和飼料原料價格 的大量上升。天然可再生的有機(jī)物質(zhì)的總量是相當(dāng)大的；以碳量計算，相當(dāng)大地更大于作為交 通燃料的化石碳的每年用量。然而，這些可再生物質(zhì)的較大部分，大約60%，是由化合物組 成的，還含有大量的氧，因此它們的燃燒值是相當(dāng)?shù)偷?。在先前已知的技術(shù)基礎(chǔ)上，已知在理論上已經(jīng)可以利用相對低能含量的碳水化 合物轉(zhuǎn)變成含有更多可還原烴鏈的更高能量化合物，特別是作為已知的化學(xué)應(yīng)用，諸如氣 化技術(shù)(gasification technique)，一種能量極端密集的方法(R. Agrawal, N.R.Singh， F. H.Ribeiro 禾口 W. N. Delgass2007. “Sustainahle fuel for the transportation sector”，PNAS 104 :4828_4833，和WO 2006/117317)，其中進(jìn)料和輸出之間的總效率依然 是低的。相應(yīng)的基礎(chǔ)問題同樣是與依照已知技術(shù)的生物技術(shù)方法相關(guān)的，利用這些生物技 術(shù)方法將包含于碳水化合物中的己糖轉(zhuǎn)化成更高能量的化合物。這的實例是醇類的生產(chǎn)， 特別是乙醇，這在其他說明書US2002/0185447、US 5637502和WO 03/038067中進(jìn)行了描述。專利說明書US 2004/0231661也描述了通過水和酸提取并通過水解來處理含木 質(zhì)纖維素的材料，以便形成可被用于乙醇制備的木糖和葡萄糖。專利說明書US 5，221，357 描述了通過酸水解來處理含半纖維素和纖維素的材料，以及機(jī)械地并通過酸水解來處理固 相以生產(chǎn)可被用于乙醇制備的單糖，諸如戊糖和己糖。專利說明書US 4，752，579描述了通 過酸和/或堿以及酶水解來處理谷物種子的外殼以分離單糖。一些說明書描述了通過微生物發(fā)酵從不同有機(jī)材料進(jìn)行的脂質(zhì)生產(chǎn)。專利說明 書US 4，368，056建議在丁醇發(fā)酵中使用碳水化合物，它在工業(yè)廢棄物中以低的含量存 在；并建議在生化柴油的生產(chǎn)中使用微生物甘油酯，它是在發(fā)酵中生成的。出版物Dai等 人(Dai, C. Tao, J. , Xie, F. , Dai, Y.禾口 Zhao, Μ. Biodiesel generation from oleagenous yeast Rhodotorula glutinis with xylose assimiating capacity. Afr. J. Biotechnol. Vol 6(18), pp. 2130-2134,19 September 2007)描述了存在于植物材料的稻草諸如玉米 莖、樹葉和稻谷中的碳水化合物的提取，通過磨碎和酸處理，并利用從所述處理獲得的濾 液和洗滌水作為通過紅酵母屬酵母生產(chǎn)脂質(zhì)的原料。從微生物獲得的脂質(zhì)被用于生化 柴油的生產(chǎn)。Angerbauer 等人(Angerbauser, C. , Sierbenhofer, M. Mittelbach, M.禾口 Guebtz,G. M. Conversion of sludge into lipids by Lipomyces starkeyi for biodiesel production. Bioresource Technology 99 (2008) 3051-3056)，反過來,描述了通過堿和酸 對廢水淤泥進(jìn)行處理，以及它在通過油脂酵母屬酵母進(jìn)行的脂質(zhì)生產(chǎn)中用作生化柴油的原 料。上述方法所遇到的問題包括這樣的事實，即可被微生物利用的糖的產(chǎn)率依然是低 的，或者對大規(guī)模生產(chǎn)的需要而言具有較小重要性的方法適用于使用生物材料作為源材 料。明顯的是，生物燃料制造的定量目標(biāo)集不能通過在此所描述的方法和所用的源材料來 達(dá)到。因此，仍然非常需要新的技術(shù)方案，特別是這樣的技術(shù)方案，即可用于較之前更廣 泛地將地球的可再生有機(jī)碳水化合物儲量轉(zhuǎn)化成具有更高能含量的化合物的方案，不論它 的化學(xué)的或結(jié)構(gòu)的組合物。它對解決如何可將存在于各種有機(jī)材料中的碳水化合物有效地 轉(zhuǎn)化成具有更高能量的化合物(諸如脂肪)而言將是特別重要的，它將更加能適應(yīng)于交通 燃料用途或適應(yīng)于該用途的原料。發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供針對如何將有機(jī)生物材料轉(zhuǎn)化為具有更高能量化合物的問 題的新方案。具體而言，本發(fā)明的目的是提供針對如何將從有機(jī)生物材料可獲得的碳水化合物 組分轉(zhuǎn)化為適用于生產(chǎn)生化柴油的脂質(zhì)的問題的方案。更準(zhǔn)確而言，根據(jù)本發(fā)明的方法其特征在于，在權(quán)利要求1的特征部分陳述了什 么。反過來，根據(jù)本發(fā)明的用途其特征在于，在權(quán)利要求17中陳述了什么，以及權(quán)利 要求18中所陳述的生物燃料。根據(jù)本發(fā)明的凈化城市下水道的方法其特征在于，權(quán)利要求19中所陳述的。本發(fā)明是基于這樣的觀察的，即當(dāng)以不同的方法處理生物物質(zhì)以便回收纖維素和半纖維素級分時，纖維素和半纖維素級分被更進(jìn)一步地降解，則微生物種群在所述級分中 更快地出現(xiàn)。令人驚訝地，發(fā)現(xiàn)在上述碳水化合物級分中，含ATP檸檬酸裂解酶的微生物也 在生長(EC 2. 3. 3.8，以前EC 4. 1. 3. 8)，借此微生物將脂質(zhì)，特別是三?；视停占诩?xì) 胞中?；谶@些觀察，本發(fā)明開發(fā)了處理生物材料以便其中所含的纖維素和半纖維素與其 余生物材料分開，然后被水解以便水解產(chǎn)物適合于收集脂質(zhì)的微生物生長，并適合于脂質(zhì) 的生產(chǎn)，以及適合利用如此形成的脂質(zhì)作為制造生化柴油的原料。根據(jù)本發(fā)明的說明書，可從源于多種來源的有機(jī)原料生產(chǎn)適合被合成脂質(zhì)的微生 物利用的碳水化合物，和/或可從通過微生物生產(chǎn)的脂質(zhì)來生產(chǎn)碳水化合物級分。根據(jù)本 發(fā)明，特別地，可從含半纖維素、纖維素、淀粉或非淀粉多糖的生物材料來生產(chǎn)所述碳水化 合物。適合被微生物利用的碳水化合物特別是單糖和寡糖，這包括己糖和戊糖兩類。所述 碳水化合物也可以聚合的形式，如果已經(jīng)選擇了生產(chǎn)脂質(zhì)的微生物以便它能夠利用碳水化 合物聚合物。木材，以其多種形式，包括目前可被回收的最大儲量的可再生生物物質(zhì)。木材的用 途，特別是它的機(jī)械的或熱機(jī)械的處理或來自木材的機(jī)械物質(zhì)的制造或生產(chǎn)，是大規(guī)模的， 并且作為一種方法，生產(chǎn)許多含碳水化合物的較小流。對木材精制工業(yè)的這些切邊而言，已 經(jīng)發(fā)現(xiàn)了非常小的經(jīng)濟(jì)附加值；并且在許多情況中，它們招致花費，因為必須消除由它們造 成的環(huán)境荷載。作為技術(shù)挑戰(zhàn)，像這些的側(cè)流是特別有問題的。所述側(cè)流在體積上是大的， 但它們的碳水化合物含量通常是低的。作為稀的基于水的碳水化合物溶液，它們不太適用 于旨在通過化學(xué)方式利用溶液中的碳水化合物的工藝中。相應(yīng)地，本發(fā)明的目的也是提供針對如何利用含生物材料的大規(guī)模工業(yè)側(cè)流的問 題的方案，它目前要求昂貴的凈化操作或依然不能被目前的方法完全利用，但它仍然具有 作為能量來源的可能性。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，將有機(jī)源材料進(jìn)行處理，所述有機(jī)源材料含有纖維素、半 纖維素、淀粉、所有的這些，其一些混合物或其降解產(chǎn)物，或備選地，淀粉或非淀粉碳水化合 物原樣或連接于纖維素或半纖維素材料。可將所述源材料進(jìn)行機(jī)械地、熱機(jī)械地、物理地、 化學(xué)地、生物學(xué)地預(yù)處理，或通過這些處理的組合進(jìn)行預(yù)處理，或者它可能適合原樣使用。 當(dāng)含有聚合形式的碳水化合物時，優(yōu)選采用水或酸或堿或其組合對其進(jìn)行處理。在根據(jù)本 說明書的這些預(yù)處理之后，將混合物分成濾液和固體物質(zhì)，即沉淀(

圖1)，回收濾液或兩種 級分。優(yōu)選將采用水或酸或堿或它們的組合進(jìn)行的源材料的處理再生，并將分離沉淀之后 的濾液相互合并。優(yōu)選將在含堿處理中獲得的濾液，原樣或上述重復(fù)利用之后，運送至混合 物，在其中進(jìn)行源材料的酸處理以增加可溶單糖的量。將在這些處理中產(chǎn)生的濾液或沉淀 中的任何一種或者源材料原樣，或者源材料和濾液或沉淀或多種濾液或多種沉淀的組合， 在可能的預(yù)處理諸如中和、脫色和過濾之后，用于生產(chǎn)單細(xì)胞脂質(zhì)。也可將這些濾液合并、 稀釋或濃縮以達(dá)到適宜的單糖含量和組合物用于生產(chǎn)單細(xì)胞脂質(zhì)的微生物。從源材料的每一種備選處理，產(chǎn)生了不同組合物的沉淀，取決于處理是否是采用 水或者在酸或堿的存在下進(jìn)行的。為了增加糖產(chǎn)率，優(yōu)選將沉淀運送至機(jī)械磨碎，原樣或者 在水、酸或堿的存在下，從這種處理中再次獲得了濾液和沉淀。將濾液或沉淀或其一些組合 物用于生產(chǎn)單細(xì)胞脂質(zhì)，或需要時優(yōu)選將沉淀用強(qiáng)酸處理。作為酸處理的結(jié)果，再次產(chǎn)生了 濾液和沉淀，從中可將濾液或沉淀或這些的組合運送至單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)。通過將磨碎與處理結(jié)合，可將沉淀在甚至更高的酸濃度中處理?？蓪⒆鳛檫@種處理的結(jié)果而產(chǎn)生的濾液 或沉淀或其組合物用于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)。也可將沉淀除去并燃燒或用于生物燃料的生產(chǎn) 或其經(jīng)由其他方法的前體。可將每一種濾液級分或沉淀或源材料原樣或作為多種組合物使 用用于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)。可將從上述工藝步驟中獲得的沉淀通過本說明書中提供的在前 的或在后的工藝步驟進(jìn)行再次處理。為了增加糖產(chǎn)率，因此優(yōu)選采用較之前的處理更強(qiáng)的 酸或堿來處理沉淀。此外，在不同的工藝步驟之間可進(jìn)行酶處理或微生物發(fā)酵。本發(fā)明同樣涉及一種方法，其中所用的堿和酸在工藝中被再次循環(huán)。本發(fā)明同樣涉及一種方法，其中用于本方法的單細(xì)胞生物質(zhì)被作為本發(fā)明所預(yù)期 的生物材料而再循環(huán)，當(dāng)已經(jīng)回收了所生產(chǎn)的脂質(zhì)時。可從根據(jù)本方法進(jìn)行的處理所獲得的沉淀中回收經(jīng)濟(jì)上可開發(fā)的組分。反過來， 也可將濾液用于其它除脂質(zhì)生產(chǎn)外的微生物工藝。根據(jù)本說明書的方法提供了針對問題的方案，所述問題為如何將包含于生物質(zhì)碳 水化合物中的己糖和戊糖單糖逐漸地分成含較大量單體糖單元的較小級分，合成脂質(zhì)的微 生物可更有效地利用這些級分以生產(chǎn)脂質(zhì)。在與任何工藝步驟結(jié)合時，從中將不溶性物質(zhì) 即沉淀與可溶性物質(zhì)分離，從中因此產(chǎn)生了濾液，可將包含于濾液中的己糖和戊糖原樣或 在必要的預(yù)處理之后作為用于單細(xì)胞脂質(zhì)生產(chǎn)的濾液混合物而用于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)。除 濾液外，也可將沉淀或濾液與沉淀的組合物用于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)。本發(fā)明的綜合優(yōu)點是，它可被用于應(yīng)用簡單的工藝和單元操作，這些已經(jīng)在工業(yè) 中使用了，以能量有效的和環(huán)境的方式用于生產(chǎn)富含能量的化學(xué)化合物，脂質(zhì)，從含較少能 量的生物來源的化合物，諸如己糖和戊糖單糖或由這些形成的低聚物，以及這些的混合物。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，特別優(yōu)選的是，通過機(jī)械的或熱機(jī)械的磨碎，新的表面通 常暴露于有機(jī)材料中，這可再次采用水、或者不同強(qiáng)度的酸或堿進(jìn)行處理，并因此可提供溶 液和沉淀分布，從中，特別是采用溶液，可獲得更多可用于微生物脂質(zhì)生產(chǎn)的糖。當(dāng)合并溶液和沉淀的復(fù)數(shù)種離析物時，與單相水解法相比，對機(jī)械的或熱機(jī)械的 磨碎而言，獲得了相當(dāng)大提高了的己糖和戊糖的產(chǎn)率。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，通過合并從酸和堿處理中獲得的濾液，或通過合并濾液 和沉淀，從多種處理中獲得的流相互中和。因此，濾液或沉淀或其組合物是原樣可用的，在 不調(diào)節(jié)酸度的情況下，或至少調(diào)節(jié)酸度的需求較小。將復(fù)數(shù)種不同的生物質(zhì)和來自不同來 源的生物質(zhì)相互合并的可能性也是有利的。本方法的可開發(fā)性變得特別著重，以便其中所形成的可用于脂質(zhì)生產(chǎn)的糖可自然 地用于微生物學(xué)，原樣或部分地，以便還產(chǎn)生其他化合物，諸如醇類。本發(fā)明的特殊優(yōu)點是，除了中和木材的機(jī)械和熱機(jī)械處理的側(cè)流或主流外，它同 樣適用于中和釋放用于生產(chǎn)脂質(zhì)的碳水化合物的其他生物材料。本發(fā)明進(jìn)一步涉及根據(jù)本方法從通過纖維的再次循環(huán)利用產(chǎn)生的混合物形成脂 質(zhì)或脂質(zhì)混合物的方法，所述纖維是在熱機(jī)械處理、在采用堿或酸的處理中產(chǎn)生的。難以大規(guī)模中和的其他有機(jī)原料，根據(jù)本說明書，可被處理成為己糖和戊糖或成 為由這些形成的低聚物，并通過微生物從這些形成脂質(zhì)，這些有機(jī)原料是例如從報紙、從甜 菜獲得的甜菜漿以及谷物諸如燕麥的殼和稻草的循環(huán)利用獲得的再循環(huán)纖維；以及田野栽培植物、鋸屑、精制的磨木漿、稻草和泥炭(特別是輕微分解的泥炭)的其他相似的貶值部 分。到目前為止幾乎不被利用的其他有機(jī)材料是沼澤的或水下的(submerged)生物質(zhì)，來 自纖維素工廠的集水區(qū)域的生物質(zhì)，以及成為來自城市下水道的活性污泥植物的生物質(zhì)， 或成為傾卸區(qū)域或焚化的其他有機(jī)城市廢物。也可通過交替使用本方法的多種實施方式處 理這些有機(jī)材料，以便使得包含于這些材料中的碳水化合物可用于微生物以生產(chǎn)單細(xì)胞生 物質(zhì)和脂質(zhì)。例如，可通過目前的方法處理城市廢物水，借此，在其他優(yōu)點之中將存在這樣 的優(yōu)點，即有害微生物在處理中死去。本發(fā)明的基本點是，將含碳水化合物的生物材料，不管它來源于什么有機(jī)材料，進(jìn) 行處理以便從碳水化合物中獲得適合于單細(xì)胞脂質(zhì)生產(chǎn)的單體己糖和/或戊糖或它們的 低聚物。優(yōu)選通過兩種或更多處理的組合進(jìn)行處理。使用根據(jù)本發(fā)明的方法，適合于生物燃料的大規(guī)模生產(chǎn)需要的尺度，可從復(fù)數(shù)種 不同的生物質(zhì)同時生產(chǎn)源材料，這些源材料可用于生產(chǎn)脂質(zhì)的微生物的細(xì)胞群的生產(chǎn)以及 脂質(zhì)的生產(chǎn)。可生產(chǎn)適合于微生物脂質(zhì)生產(chǎn)的組分，而不論生物質(zhì)的組成、可用性和結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的重要優(yōu)點也是，通過根據(jù)本發(fā)明的方法，可高產(chǎn)率地生產(chǎn)可用的糖類，并且可降低 調(diào)節(jié)酸度所需要的化學(xué)品消耗。與現(xiàn)有技術(shù)的存在狀態(tài)相比，在此描述的發(fā)明提供突破技術(shù)，它結(jié)合了含有纖維 素和半纖維素二者的生物材料成為己糖和戊糖的轉(zhuǎn)化。通過相同的實施方式，本發(fā)明也使 得可以利用包含于這些生物材料的淀粉和非淀粉多糖的單糖單元成為單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn) 可用的糖類。本發(fā)明是特別可實施的，以便它能應(yīng)用于材料的工業(yè)規(guī)模，所述材料來源于由 工業(yè)或社區(qū)產(chǎn)生的可再生的自然資源或它們的貶值的側(cè)流?？墒褂酶鶕?jù)本發(fā)明的方法以受 控的方式處理含纖維素和半纖維素的材料，以便從中形成單細(xì)胞脂質(zhì)的前體，所述前體可 被安全的微生物在單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)中利用。在下面，通過附圖和詳細(xì)的描述更加嚴(yán)密地描述了本發(fā)明。附圖簡述圖1顯示實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的主要步驟。圖2顯示己糖和戊糖原樣或組合用于細(xì)胞物質(zhì)和脂質(zhì)的生產(chǎn)。圖3顯示培養(yǎng)基中酵母的生長和脂質(zhì)的產(chǎn)生，已經(jīng)向培養(yǎng)基中添加了混合物作為 碳源并用于脂質(zhì)的生產(chǎn)，所述混合物是從谷殼通過堿處理并通過從中獲得的濾液的10%酸 水解產(chǎn)生的。圖4顯示酵母在培養(yǎng)基中的生長，已經(jīng)向培養(yǎng)基中添加了商購的戊糖作為碳源。方法詳述“碳水化合物”是指包括醛、酸或酮基團(tuán)以及，另外，復(fù)數(shù)個羥基的有機(jī)分子。因此， 碳水化合物的范圍包括由術(shù)語單糖、寡糖、多糖、糖類、纖維素、半纖維素、淀粉和非淀粉碳 水化合物所描述的化合物?！袄w維素”是長鏈多糖，其主要結(jié)構(gòu)由通過葡萄糖的β -1-4形成的聚合物組成。“淀粉”是主要由α-1-4和α _1_6葡萄糖單元組成的長鏈多糖?！翱捎玫奶恰痹诖耸侵柑穷?，利用所述糖類微生物能夠繁殖，并且從所述糖類中生 成脂質(zhì)和生成醇類的微生物能夠生成脂質(zhì)或醇類。“半纖維素”是指由復(fù)數(shù)種不同的己糖和戊糖諸如半乳糖、甘露糖、葡萄糖、木糖和阿拉伯糖組成的一組化合物?！皢翁恰笔翘妓衔锏膯误w單元，(C-H2O)n,通常由3-9個碳原子組成，并且在一 個或更多碳原子上具有立體化學(xué)差異。這些包括己糖，諸如葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖， 它們含有6個碳原子，以及戊糖，諸如木糖、核糖和阿拉伯糖，它們含5個碳原子?！肮烟恰笔侵敢呀?jīng)從兩個或更多單糖通過0-糖苷鍵形成的碳水化合物?！拔焯恰笔侵负鍌€碳原子的單糖。“己糖”是指含六個碳原子的單糖。“水解”是指碳-碳、碳-氧、碳-氮或碳_硫鍵在水、酸或堿影響下的斷裂，而不論 水是否參與反應(yīng)。在酶法水解中，相應(yīng)的反應(yīng)是由酶催化的。例如，水解是一種反應(yīng)，其中 單糖和碳水化合物之間的0-糖苷鍵或蛋白質(zhì)的氨基酸之間的肽鍵斷裂?！安捎盟甠酸或堿處理”在該連接中意味著將有機(jī)材料原樣或來源于它的產(chǎn)物進(jìn) 行萃取、機(jī)械地或熱機(jī)械地處理，或這些處理的組合是在水、酸或堿存在下進(jìn)行的。根據(jù) Bransted-L0wry酸堿理論，酸是指能夠提供氫離子(質(zhì)子)的化學(xué)物質(zhì)、分子或離子， 堿是指能夠接受氫離子(質(zhì)子)的物質(zhì)、分子或離子。酸同樣是指能夠接受電子對的所謂 Lewis酸；Lewis堿是指能夠提供堿基對的所謂Lewis堿。根據(jù)這些定義，物質(zhì)作為酸或堿 的活性不局限于水溶液。根據(jù)這些定義，在本說明書中，術(shù)語“酸”和“堿”同樣是指酸和堿 催化劑。在本說明書中，酸同樣是指任何酸相，在其中它能充當(dāng)酸，諸如以氣體、固體或液體 形式；例如，作為水溶液。相應(yīng)地，堿是指任何堿相，在其中它充當(dāng)堿，諸如以氣體、固體或液 體形式；例如，作為水溶液。本說明書中的“有機(jī)源材料”是指由活的生物產(chǎn)生的任何有機(jī)物質(zhì)。本說明書中 的有機(jī)源材料也稱為生物材料。特別是，有機(jī)源材料是指包括多糖的有機(jī)材料?！岸嗵恰笔侵笍膯翁切纬傻奶妓?合物聚合物，它也能含有除單糖外的化合物。多糖是，例如，纖維素、半纖維素和淀粉。多糖 同樣包括，在其他之中，藻酸鹽、葡萄聚糖(glucane)、菊糖和阿拉伯膠。在其他多糖之外，甘 露聚糖(marmane)也應(yīng)被提及。源材料可包括多糖原樣或作為混合物，或者它可包括它們 的降解產(chǎn)物。“非淀粉多糖”是指碳水化合物，它們的分子結(jié)構(gòu)缺乏淀粉典型的α -1-4鍵，或 α-1-4鍵是罕見的。非淀粉多糖是，例如，葡萄聚糖、藻酸鹽、菊糖和阿拉伯膠。非淀粉多糖 也包括半纖維素和纖維素。其他非淀粉多糖是，例如，在藻類中存在的碳水化合物聚合物?！霸耘嘀参铩笔侵钢参铮瑢⑵湓跒槠錅?zhǔn)備的土壤中種植或播種是為了有益的目的。術(shù)語“脂質(zhì)”是指脂肪物質(zhì)，它的分子通常含有，作為一部分，脂肪族烴鏈，它溶解 于有機(jī)溶劑但在水中溶解性差。在本發(fā)明中，在微生物中形成的脂質(zhì)主要是三_、二-或單-乙酰甘油，或留醇酯， 但其他脂質(zhì)，諸如磷脂、游離脂肪酸、留醇、多萜醇、鞘脂(sfingolipids)、糖脂和雙磷脂酰 甘油也可在細(xì)胞中形成。本發(fā)明也可用于生化柴油或可再生柴油的生產(chǎn)。根據(jù)EU指示2003/30/ΕΥ，“生化柴油”是指從植物油或動物油生產(chǎn)的甲基酯，具有 可被用作生物燃料的柴油品質(zhì)。可再生柴油是指動物、植物或微生物來源的氫化處理的脂質(zhì)，借此，微生物脂質(zhì)可來源于細(xì)菌、酵母、霉菌、海藻或另外的微生物。根據(jù)本發(fā)明的方法的源材料可為纖維素、半纖維素和生物質(zhì)，優(yōu)選為木漿，可能含 有粘合劑，它已經(jīng)通過機(jī)械的或熱機(jī)械的方法或其他物理方法，或化學(xué)的、酶的或微生物學(xué) 的方法或者通過這些方法的組合而產(chǎn)生了。在不修改本方法的情況下，含有淀粉的植物材 料，諸如土豆、它的部分、可栽培作物的種子、玉蜀黍和水稻rise，分別地，以及甜菜，此外， 包括含于其中的非淀粉多糖的甜菜漿，同樣可為根據(jù)本發(fā)明的方法的源材料。含有非淀粉 多糖諸如葡聚糖的植物的部分也適宜用作源材料。該方法也適合使用碳水化合物作為 源材料，所述碳水化合物諸如藻酸鹽，它來源于單細(xì)胞生物。上述源材料的組合物也可包括 變化量的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，它們同樣充當(dāng)源材料用于合成脂質(zhì)的微生物的生長并用于脂質(zhì)生 產(chǎn)。根據(jù)本發(fā)明的方法的源材料也可為，例如，從報紙循環(huán)利用獲得的再循環(huán)纖維，甜 菜漿和谷物的殼，諸如燕麥，鋸屑、精制的磨木漿、泥炭和稻草。其他在根據(jù)本發(fā)明的方法中 有用的源材料是，例如，微生物物質(zhì)，諸如單細(xì)胞生物質(zhì)，沼澤的或水下的生物質(zhì)，包括藻類 和微藻類，來自纖維素工廠的集水區(qū)域的生物質(zhì)，以及成為來自城市下水道的活性污泥植 物的生物質(zhì)，或含有生物組分并且目前用于焚化、堆肥或用于一些其他方法的其他城市廢 物，這導(dǎo)致包含于廢物的碳作為二氧化碳而廣泛釋放。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的方法包括至少一個步驟，其中將從根據(jù)本發(fā)明的有 機(jī)材料獲得的濾液或濾液的組合物，沉淀或沉淀的組合物，有機(jī)材料原樣或這些中任何的 組合物，運送至混合物，在其中發(fā)生脂質(zhì)生產(chǎn)?；谠谟糜谖⑸锷L并產(chǎn)生脂質(zhì)的濾液 或濾液的組合物、或沉淀、沉淀的組合物、或者濾液或沉淀的組合物中優(yōu)選的單糖組合物類 型，可選擇該方法的替代實施方式。因此，濾液或沉淀選自通過處理生物材料而產(chǎn)生的群 組，其中所述生物材料優(yōu)選被選自下列的物質(zhì)處理i)水，ii)酸，和iii)堿，并且此后將含纖維的沉淀與不含纖維的濾液分離。任選地，將沉淀再次進(jìn)行(i)、(ii)或(iii)條中任何條的處理一次或更多次，優(yōu) 選將所得沉淀進(jìn)行機(jī)械的或熱機(jī)械的磨碎，并分離沉淀和濾液。取決于使用了什么生物材料以及想得到什么單糖，將生物材料用水、酸或堿處理； 優(yōu)選酸或堿；通常，通過酸或堿的水溶液。需要時，可將處理進(jìn)行幾次?？刹捎脧?fù)數(shù)種不同 的溶液將相同的生物材料進(jìn)行連續(xù)地處理，并且可將增強(qiáng)碳水化合物的分離和水解產(chǎn)物的 化合物加入到水中?？蓪⒃谙旅娴那鍐谓MI中所列的源材料在第一步驟中采用水處理，或如果需要增 強(qiáng)處理結(jié)果時，采用水和酸的混合物處理。組II中的生物材料在第一步驟中優(yōu)選采用酸處理。組III中的生物材料在第一步驟中優(yōu)選采用堿處理。當(dāng)已經(jīng)回收了沉淀和濾液 時，可將濾液采用酸再次處理。組I來源于木材的機(jī)械的、熱機(jī)械的、酶的或微生物學(xué)處理或者來自這些處理組合、或來自栽培植物的生物材料。組II再循環(huán)纖維、甜菜漿、谷殼、稻草、麥麩、谷物顆粒、完整栽培植物、栽培植物、TMP 漿、MDF漿或含淀粉或非淀粉多糖的源材料。組III鋸屑、精制的磨木漿、谷殼、稻草和木本植物部分、TMP漿、MDF漿、甜菜漿、栽培植 物，它們可能含有變化量的淀粉。可通過將例如一種或更多種酶加入到處理溶液中，優(yōu)選加入到使用水制成的處理 溶液中，來增強(qiáng)處理。也可在多種工藝步驟之間加入酶處理或微生物發(fā)酵。在接著的步驟中，使產(chǎn)生脂質(zhì)的微生物與濾液或沉淀或它們的組合物中的任何在 培養(yǎng)基中接觸，使微生物細(xì)胞生產(chǎn)脂質(zhì)并回收脂質(zhì)。也優(yōu)選將從上述生物材料處理步驟中獲得的含纖維的沉淀使用這樣的方法處理， 其中將含纖維的沉淀機(jī)械地磨碎，并分離含纖維的沉淀和不含纖維的濾液。此外，可采用強(qiáng)酸處理從機(jī)械磨碎獲得的含纖維的沉淀，并可分離含纖維的沉淀 和不含纖維的濾液。酸處理后，也可將沉淀再次反向循環(huán)進(jìn)行機(jī)械磨碎，或，如上所述，可將 沉淀用于利用微生物的脂質(zhì)生產(chǎn)中。此外，可將生物材料酸化并機(jī)械地或熱機(jī)械地磨碎，并分離含纖維的沉淀和不含 纖維的濾液。可將從任何上述處理獲得的濾液或沉淀或它們的組合物加入到產(chǎn)生脂質(zhì)的微生 物的培養(yǎng)基中。通常，濾液中糖類的總量為0.5-10%重量。在這些當(dāng)中，可用于生物質(zhì)和脂質(zhì)生產(chǎn) 的糖類通常包括至少0. 5 %重量，優(yōu)選至少3 %重量，更優(yōu)選4-5 %重量。例如，通過將生物 材料磨碎和再提取，可從生物材料中分離出更多的糖類，這樣，可將糖類的量增加至更加有 利的水平。然而，濾液中糖類的量優(yōu)選低于30%重量，更優(yōu)選低于20%重量。能夠產(chǎn)生脂質(zhì)的微生物生長以便它們首先產(chǎn)生生物質(zhì)，然后產(chǎn)生脂質(zhì)，或同時產(chǎn) 生生物質(zhì)和脂質(zhì)二者。取決于生物材料的來源和將其所進(jìn)行的處理方法(采用水、酸或堿處理)，可獲得 己糖單糖、戊糖單糖或以多種比率的二者，如圖2所示。從一些生物材料中，主要可獲得己 糖，然而從其他生物材料中，主要是戊糖。隨著能夠產(chǎn)生脂質(zhì)的微生物的適宜選擇，可將主 要含己糖的濾液或沉淀或它們的組合物用于細(xì)胞物質(zhì)的生產(chǎn)，在此之后，可將主要含戊糖 的濾液或沉淀或它們的組合物用于深入細(xì)胞物質(zhì)之中的脂質(zhì)的生產(chǎn)。備選地，脂質(zhì)可在細(xì) 胞物質(zhì)中從己糖生產(chǎn)。細(xì)胞物質(zhì)和脂質(zhì)可從己糖生產(chǎn)。相應(yīng)地，通過能夠產(chǎn)生脂質(zhì)的微生物 的適宜選擇，可將主要含戊糖的濾液或沉淀或它們的組合物用于細(xì)胞物質(zhì)的生產(chǎn)，在此之 后，可將主要含己糖的濾液或沉淀或它們的組合物用于深入細(xì)胞物質(zhì)之中的脂質(zhì)的生產(chǎn)。 備選地，脂質(zhì)可深入細(xì)胞物質(zhì)之中從戊糖生產(chǎn)，或細(xì)胞物質(zhì)和脂質(zhì)可從戊糖生產(chǎn)。細(xì)胞物質(zhì) 和脂質(zhì)二者也可從戊糖和己糖的混合物生產(chǎn)。生物材料的處理在下面，描述了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的生物材料的處理。通常，處理是以兩 種或更多處理的組合進(jìn)行的。
優(yōu)選將源材料在90-100°C的溫度下提取。酸提取的有利實施方式是使用5-10% 的礦物酸，諸如硫酸，或有機(jī)酸，諸如檸檬酸或醋酸，以及在堿提取中，優(yōu)選0. 5-2. OM的 NaOH0處理時間范圍廣泛；優(yōu)選為1-10小時，通常為2-8小時，最合適地為2_4小時。也可 優(yōu)選將其他處理，諸如采用酶、微生物、氧化或還原化學(xué)品的處理，或這些處理的組合，與水 提取組合。根據(jù)本方法，可優(yōu)選將在提取中產(chǎn)生的沉淀在100-210°C通常為150-200°C的溫 度下進(jìn)行機(jī)械地磨碎，優(yōu)選進(jìn)行2-20分鐘，通常為5-11分鐘。壓力優(yōu)選為6-8bar。將所產(chǎn) 生的物質(zhì)過濾，使用上述方法處理濾液以便其適合于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)?？蓪⒊恋磉\送至 采用強(qiáng)酸的酸處理，優(yōu)選所述處理是采用40-72%硫酸、合適地65-70%硫酸的處理。正常 地，處理時間是2-8小時，優(yōu)選2-4小時。該方法可采用任何酸實現(xiàn)，借此提供質(zhì)子催化的 水解。適宜的酸是，例如，強(qiáng)礦物酸，磷酸、硫酸，或硫、氮、氯、溴和碘的含氧酸?？蓪⑺獾慕Y(jié)果分成濾液和沉淀，將濾液進(jìn)行處理以便適合于單細(xì)胞脂質(zhì)的生 產(chǎn)，可將沉淀運送至稀酸溶液，優(yōu)選5-10 %的硫酸溶液，并且可在170-200°C的溫度和 6-10bar的壓力下進(jìn)行10-20分鐘的磨碎。將混合物分成濾液和沉淀，其中將前者進(jìn)行處理 以便適合于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)，并且可除去沉淀。本方法的上述實施方式以完全利用源材料中存在的碳水化合物用于單細(xì)胞脂質(zhì) 的生產(chǎn)為目標(biāo)。然而，從提取源材料的方式開始，也可只對所選擇的部分實現(xiàn)本方法，例如， 當(dāng)沉淀的纖維材料也將被用于其它目的時。根據(jù)本發(fā)明的方法，其特征在于，優(yōu)選在它們的 整體中包括上述步驟，但自進(jìn)行本方法的部分起不受限制至偏離基本方法的程度，或者以 單元操作順序，并且在單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)中使用通過這些操作產(chǎn)生的單糖級分。根據(jù)本說 明書，也可將工藝步驟加入到本方法中，其中將從源材料獲得的含單糖的級分用于單細(xì)胞 生物質(zhì)或乙醇的生產(chǎn)中，除脂質(zhì)外。在下面的說明書中，描述了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的一些方法?？蓪⑾嗤?方法應(yīng)用于除本說明書中給出的原材料之外的原材料。I.根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，將包括磨碎的木材、TMP漿、鋸屑或磨木漿的木纖維 根據(jù)下列組成步驟進(jìn)行處理A.將IOOg木纖維在1升水中在90_100°C提取2_4小時，優(yōu)選2小時。通過過濾 分離沉淀與溶液，并回收溶液。溶液中碳水化合物產(chǎn)率的范圍為2%至5%，取決于木纖維 的制造方法，對高處理溫度(超過170°C )的TMP纖維而言通常為4-5%。B.為了增加碳水化合物產(chǎn)率，將纖維級分在1升的5-10%酸(優(yōu)選5% )、pH約 1 (例如，礦物酸)中，在90-100°C的溫度下水解2-4小時，優(yōu)選2小時。分離剩余的沉淀與 溶液；回收溶液。C.優(yōu)選從沉淀中傾倒出過量的酸，將沉淀在熱磨機(jī)(例如，翼狀或盤狀精磨機(jī))中 再次磨碎。優(yōu)選通過預(yù)汽蒸一分鐘將沉淀的溫度增加并將濃縮物保持在混合物中。將溫度 升高至150-200°C，優(yōu)選170°C，壓力為6-8bar (翼狀精磨機(jī))。根據(jù)木材，在2至15分鐘的 范圍內(nèi)選擇磨碎時間。通過過濾分離沉淀與溶液，并回收溶液。D.將40-72% (硫酸)的強(qiáng)酸加入到沉淀級分中，使其在室溫吸附2_4小時，優(yōu)選2 小時。傾倒出過量的酸，并將沉淀在精磨機(jī)(例如，翼狀或盤狀精磨機(jī))中再次磨碎。優(yōu)選通過預(yù)汽蒸一分鐘將沉淀的溫度增加，此后不排出濃縮物中的水。將溫度升高至150-200°C， 優(yōu)選170°C，壓力為6-8bar (翼狀精磨機(jī))。根據(jù)木材，在2至15分鐘的范圍內(nèi)選擇磨碎時 間。將混合物過濾，分離沉淀與溶液?；厥杖芤翰⒊恋碛米魅剂?。可將從組成步驟A-D中任何步驟獲得的溶液級分進(jìn)行進(jìn)一步處理，通過脫色方 法、PH調(diào)節(jié)和其他促進(jìn)微生物生長的措施，諸如除去水，并可將如此獲得的溶液用于微生物 的培養(yǎng)基中，可使微生物生產(chǎn)脂質(zhì)。通過將組成步驟A-D進(jìn)行組合，可將40-65%的原始木 纖維材料從用作源材料的纖維轉(zhuǎn)化成可溶性形式。溶解的碳水化合物包括葡萄糖、半乳糖、 甘露糖、木糖和阿拉伯糖單元，它們的共有部分對所用的木材類型而言是典型的。II.根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，使用了 IOOg的木纖維、磨碎的木材、再循環(huán)纖 維、TMP漿、鋸屑或磨木漿，在1升的4-8%堿溶液，優(yōu)選IM的NaOH中，在90-100°C的溫度 下提取2-4小時，優(yōu)選3小時。通過在室溫過濾分離沉淀與溶液，并回收兩種級分。取決于 源材料纖維的處理，溶液中碳水化合物的產(chǎn)率落于5-8%的范圍之內(nèi)。優(yōu)選將該溶液通過下 列組成步驟中的任何步驟進(jìn)行處理A.將浸提液以上述方式再次原樣用于提取下列纖維批次，并回收溶液。B.根據(jù)之前實施方式的步驟B-D中的任何步驟，將浸提液采用酸進(jìn)行水解以處理 已經(jīng)溶解于其中的木質(zhì)素以及寡糖和多糖。C.根據(jù)實施方式I中的步驟B利用根據(jù)步驟A再循環(huán)的浸提液。為了增加單糖產(chǎn)率，優(yōu)選使用下列方法或其組合將在堿處理中回收的沉淀進(jìn)行處 理D.根據(jù)之前的實施方式I的步驟B、C、D或根據(jù)它們的所有步驟，將沉淀進(jìn)行處理。 將混合物過濾，中和溶液，并回收沉淀和溶液二者。E.將從實施方式II的步驟A剩余的沉淀采用堿進(jìn)行再次處理，優(yōu)選在這樣的條 件下，即其中將混合物磨碎2-8分鐘，優(yōu)選6分鐘，在4-lObar的壓力下，優(yōu)選8bar，溫度為 170°C。進(jìn)行過濾，將溶液中和并回收。通過這一額外的磨碎，可將溶解的材料量增加至源 材料中纖維原始量的27%。將在每一個組成步驟A-E中產(chǎn)生的含碳水化合物的溶液(包括葡萄糖、半乳糖、甘 露糖、木糖和阿拉伯糖單元)處理成適合于由微生物進(jìn)行的脂質(zhì)生產(chǎn)的形式，例如，通過脫 色、PH調(diào)節(jié)，或通過從溶液中除去水，并且它被用作微生物的培養(yǎng)基，或用作其部分，并使微 生物生產(chǎn)脂質(zhì)。III.根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實施方式，使用了木纖維、磨碎的木材、TMP漿、鋸屑、磨木 漿、再循環(huán)纖維(或根據(jù)上述步驟B制備的中和了的提取物)，采用5-10% (優(yōu)選5%)強(qiáng) 度的酸進(jìn)行水解，通過向每IOOg待水解材料中加入1升所述酸(例如，礦物酸)，在約為1 的PH下，使用90-100°C的溫度進(jìn)行2-4小時，優(yōu)選2小時。通過過濾分離沉淀與溶液。從 源材料中纖維的量計算，溶液含有4-14%的碳水化合物。可將沉淀用作纖維，或可根據(jù)上 述第一實施方式中的步驟C或D或二者將其進(jìn)一步處理以增加單糖產(chǎn)率。將溶液從沉淀分 離、中和、過濾，并原樣使用或以濃縮的形式用作微生物的培養(yǎng)基或其部分，使微生物生產(chǎn) 脂質(zhì)。
IV.根據(jù)本發(fā)明的第四優(yōu)選實施方式，使用IOOg的木纖維、磨碎的木材、TMP漿、鋸屑、 磨木漿或從實施方式I的步驟A-C或?qū)嵤┓绞絀I的步驟A剩余的沉淀，加入5-10%的酸， PH約為1 (例如，礦物酸)，使其吸附2-4小時，優(yōu)選2小時。傾倒出過量的酸，并將沉淀在精 磨機(jī)(例如，翼狀或盤狀精磨機(jī))中再次磨碎。優(yōu)選通過預(yù)汽蒸一分鐘將沉淀的溫度升高， 并使?jié)饪s物不流出。將溫度升高至150-200°C，優(yōu)選170°C，壓力為6-8bar (翼狀精磨機(jī))。 根據(jù)木材，在2至15分鐘的范圍內(nèi)選擇磨碎時間。通過過濾將沉淀從溶液中除去?？蓪?留的沉淀用作燃料或以上述方式再次磨碎以增加溶液中的單糖產(chǎn)率。將溶液中和、過濾，并 原樣或以濃縮的形式使用，并以實施方式I-III中所述的方式使用。V.根據(jù)本發(fā)明的第五優(yōu)選實施方式，使用IOOg的木纖維、磨碎的纖維、TMP漿、鋸屑、 磨木漿或根據(jù)實施方式I-IV中任何實施方式殘留的沉淀，加入40-72%的強(qiáng)酸(例如，硫 酸)，使其在室溫吸附2-4小時，優(yōu)選2小時。傾倒出過量的酸，并將沉淀在精磨機(jī)(例如， 翼狀或盤狀精磨機(jī))中再次磨碎。優(yōu)選通過預(yù)汽蒸一分鐘將沉淀的溫度增加，并使?jié)饪s物 不流出。將溫度升高至150-200°C，優(yōu)選170°C，壓力為6-8bar (翼狀精磨機(jī))。根據(jù)木材， 在2至15分鐘的范圍內(nèi)選擇磨碎時間。將碳水化合物混合物過濾并分離沉淀與溶液。從 用作源材料的沉淀起，溶解的物質(zhì)部分落于40-65%的范圍內(nèi)。可將殘留的沉淀用作燃料， 或可將其再次磨碎以增加單糖產(chǎn)率。將溶液中和、過濾并根據(jù)實施方式I-IV中任何實施方 式進(jìn)行處理。備選地，使40-72%的強(qiáng)硫酸在室溫吸附到沉淀中1-3小時，優(yōu)選1. 5小時。在此 之后，將酸稀釋至5%，并在常壓和100°C下煮沸4小時。進(jìn)一步的處理如上。利用微生物的脂質(zhì)生產(chǎn)本發(fā)明提供了，經(jīng)由在多個組成步驟中產(chǎn)生的濾液的組合物，包含于源材料中的 碳水化合物以及己糖和戊糖單糖將要廣泛地用于通過微生物工藝的脂質(zhì)和單細(xì)胞生物質(zhì)。 采用預(yù)處理，諸如洗滌、中和、脫色或其他處理后操作，可將每一種回收的濾液原樣或與多 種含水級分組合使用用于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)。因為源材料的處理方式，這是本發(fā)明的一部 分，本發(fā)明也適用于乙醇生產(chǎn)。將濾液，即含水級分，或濾液的任何組合，加入到已經(jīng)接種了或接種了微生物的 微生物培養(yǎng)基中，使微生物生產(chǎn)脂質(zhì)。將脂質(zhì)以微生物物質(zhì)的形式回收，或?qū)⒅|(zhì)與所述 物質(zhì)分離，并回收從中分離出的脂質(zhì)和微生物物質(zhì)二者?？墒褂靡阎姆椒ㄍㄟ^從細(xì)胞 中除去脂質(zhì)或通過碎裂細(xì)胞而回收脂質(zhì)?？墒褂糜袡C(jī)溶劑從碎裂的細(xì)胞中提取脂質(zhì)?？?應(yīng)用于本發(fā)明的脂質(zhì)回收方法，例如，在Z.Jacob的出版物Yeast Lipids Extraction, Quality Analysis, and Acceptability, Critical Reviews in Biotechnology,12(5/6)； 463-491(1992)中進(jìn)行了描述。用于回收脂質(zhì)的優(yōu)選方法是相分離。將在微生物中形成的 脂質(zhì)處理成脂肪酸酯的處理也可在沒有先前的微生物細(xì)胞勻漿化和隨后的脂肪分離的情 況下發(fā)生。本發(fā)明的優(yōu)選實施方式涉及從在有機(jī)源材料的處理中產(chǎn)生的碳水化合物混合物 形成脂質(zhì)或脂質(zhì)混合物的方法，所述碳水化合物混合物包括單體和低聚物形式的己糖和戊 糖，根據(jù)本方法，將含碳水化合物的混合物加入到培養(yǎng)了產(chǎn)生脂質(zhì)的微生物的含水培養(yǎng)基中，所述培養(yǎng)基補(bǔ)充有生長所要求的營養(yǎng)素，采用所述微生物進(jìn)行培養(yǎng)基的接種，培養(yǎng)微生 物并使之生產(chǎn)脂質(zhì)，回收細(xì)胞物質(zhì)，并從細(xì)胞或含脂肪的細(xì)胞中分離脂質(zhì)或脂質(zhì)混合物，或 它們的組分被原樣使用。根據(jù)本發(fā)明的方法提供了針對微生物學(xué)脂質(zhì)生產(chǎn)的特殊彈性。含有己糖和戊糖二 者的級分是用于許多產(chǎn)生脂質(zhì)的微生物的天然碳源。因此，該方法同樣具有允許在寬范圍 內(nèi)選擇微生物的優(yōu)點，例如基于脂質(zhì)生產(chǎn)的能力、生物質(zhì)的產(chǎn)率、培養(yǎng)的類型或培養(yǎng)條件。 可將微生物的其他組分，除脂質(zhì)外，以許多不同的方式能量有效地利用，因此改善根據(jù)本發(fā) 明的工藝的全部經(jīng)濟(jì)性能。利用不含脂質(zhì)的微生物物質(zhì)的優(yōu)選方式是水解并循環(huán)進(jìn)入產(chǎn)生 脂質(zhì)的微生物的培養(yǎng)基或用作飼料或營養(yǎng)物質(zhì)。也可能將多種組分從不含脂質(zhì)的微生物物 質(zhì)中分離出來，所述組分諸如(特別的)糖類、著色劑、β-葡聚糖、留醇、留醇酯或蛋白質(zhì)。微生物是從天然的或遺傳上修飾的積累脂肪的微生物中選擇的，優(yōu)選從酵母、霉 菌、細(xì)菌和藻類中選擇，更優(yōu)選從酵母和霉菌中選擇，最優(yōu)選從酵母中選擇。重要的是，將要 被利用的微生物能夠從己糖或戊糖或從二者產(chǎn)生脂質(zhì)。因此，本發(fā)明包括基于它們含有的 ATP 檸檬酸鹽裂解酶活性(EC 2. 3. 3. 8)的脂質(zhì)積累的所有微生物。適用于本發(fā)明的合成脂質(zhì)的酵母屬包括下列屬念珠菌屬、子囊菌酵母屬、 油脂酵母屬、紅酵母屬和隱球菌屬，它們包括將戊糖木糖合成脂質(zhì)的菌株，諸如彎假絲 酵 母(D) (Evans, C. Τ. and Ratledge,1983. Acomparison of the oleaginous yeast, Candida curvata, grown on different carbon sources in continuous and batch culture, Lipids 18 623—629)、瘦弱紅酵母(Rhodotorula gracilis) (Yoon， S. ， Rhim， J.，Choi，S.，Ryu, D· and Rhee, J. 1982. Effect of Carbon and Nitrogen Sources on Lipid Production of Rhodotorula gracilis，J. Ferment. Technol. 60，243-246)以及 紅冬孢酵母菌(Rhodosporidium toruloides)、膠紅類酵母菌(Rhodotorula glutinis)、 牧草紅酵母菌(Rhodotorula graminis)、斯氏油脂酵母、產(chǎn)油油脂酵母、溶脂念珠菌、隱 球菌屬、白色隱球菌、皮膚毛孢子菌和芽毛孢子菌(Fall，R.，Phelps，P. md Spindler， D. 1984，Bioconversion of Xylan to Triglycerides by Oil-Rich Yeasts. Appl. Environ. Mircobiol. 47，1130-1134)，以及將戊糖阿拉伯糖合成脂質(zhì)的菌株，斯氏油脂酵母 (Naganuma, T. , Uzuka, Y. and Tanaka K. 1985. Physiological Factors Affecting Total Cell Number and Lipid Content of the Yeast, Lipomyces starkeyi, J. Gen. Appl. Microbiol. 31，29-37)。相應(yīng)地，適用于本發(fā)明的積累脂肪的霉菌屬包括，在其他霉菌屬之中-曲霉菌屬-黑毛菌屬-Clodosporidium-小克銀霉屬-裸孢殼屬-鐮刀菌屬-被孢霉菌-毛霉菌屬_青霉屬
-腐霉菌屬-根霉菌屬_木霉屬相應(yīng)地，適用于本發(fā)明的積累脂肪的細(xì)菌屬包括，在其他細(xì)菌屬之中-不動稈菌屬-Actinobacter-魚腥藻屬-節(jié)稈菌屬-芽孢稈菌屬-梭菌屬-Flexibacterium-微球菌屬-分枝稈菌屬-諾卡爾菌屬-念珠藻科_顫藻屬-假單胞菌屬-紅球菌屬-紅微菌屬_紅假單胞菌屬-斯瓦尼菌屬-鏈霉菌屬_弧菌屬相應(yīng)地，適用于本發(fā)明的積累脂肪的微藻屬包括，在其他微藻屬之中-葡萄藻屬-成胞藻屬(Brachiomonas)-衣滴蟲屬-小球藻屬-隱、甲藻屬(Crypthecodinium)-杜氏藻屬(Dunaliella)-眼蟲屬-微球藻屬(Nannochloris)-微藻屬(Nannochloropsis)-舟形藻屬(Navicula)-菱形藻屬(Nitzschia)-裂殖壺菌屬(Schizochytrium)-肋線藻屬(Sceletonema)-柵藻屬-融合微藻屬(Tetraselmis)
-破囊壺菌屬(Thraustochytrium)-吾肯氏壺菌屬(Ulkenia)根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，這樣的微生物被用于脂質(zhì)合成，它們將含脂肪酸的 脂質(zhì)以優(yōu)選為細(xì)胞干重12-65%重量的量合成進(jìn)入它們的細(xì)胞。根據(jù)本發(fā)明的特別優(yōu)選實施方式，將在本發(fā)明中形成的、以適合于微生物的方式 處理的不含脂質(zhì)的生物質(zhì)用作培養(yǎng)基中的營養(yǎng)素。除這些組分外，培養(yǎng)基可補(bǔ)充有所用微 生物優(yōu)選的組分。為了生產(chǎn)脂質(zhì)，微生物通常要求，在其他之中，碳源，在本發(fā)明中它來自 于源材料，氮源，諸如無機(jī)銨鹽(例如，硫酸銨)或有機(jī)氮源(例如，氨基氮、酵母提取物或 水解過的細(xì)胞物質(zhì))，以及微量營養(yǎng)素源，諸如磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、微生物或陽離子源 (例如，Mg、K、Na、Ca、Fe或Cu離子源)，借此，需要時可將這些組分加入到培養(yǎng)基中。應(yīng)用 本發(fā)明的方法時，細(xì)胞的脂質(zhì)濃度優(yōu)選為40 %重量，最優(yōu)選65 %重量。生物燃料的制造可將包含于微生物來源的脂質(zhì)的脂肪酸酯通過任何已知方法進(jìn)行處理以適合用 作生物柴油。一種優(yōu)選的方法是采用短鏈醇進(jìn)行酯交換，優(yōu)選甲醇，以獲得脂肪酸的醇酯。在生化柴油和可再生柴油的制造中，在酯交換時發(fā)生時產(chǎn)生的不純側(cè)流，其側(cè)流 含有醇化合物，諸如甘油或非酯化脂肪酸鹽，并且它難以以能量有效的方式開發(fā)，可將其再 利用用于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)，所述脂質(zhì)是原樣可用的或可再循環(huán)成生物來源的其他含甘油 脂的材料。發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明的優(yōu)點包括這樣的事實，即本方法所需要的設(shè)備是簡單的，并且只要是涉 及制造和操作的相關(guān)技術(shù)均是已知的。根據(jù)本發(fā)明的方法不局限于任何生產(chǎn)規(guī)模，但可被 容易地放大或縮小，根據(jù)碳水化合物的含量和待處理的源材料的量。進(jìn)行該方法以生產(chǎn)脂 質(zhì)不要求耗能的加熱，加壓單元操作或除酸、堿或酶催化劑外的其他化學(xué)催化劑。本方法只 要求使用能夠摻入根據(jù)本發(fā)明的方法的內(nèi)循環(huán)或所述生物材料的處理中的化學(xué)品。本方法 也不要求對可用的糖溶液進(jìn)行增加費用的脫水，因為稀釋的碳水化合物溶液適合于原樣用 于或用作微生物培養(yǎng)基。本方法的全部經(jīng)濟(jì)性能是通過這樣的事實改善的，即在其中產(chǎn)生 的不含脂質(zhì)的生物質(zhì)，除內(nèi)循環(huán)外，具有許多不同的用途，諸如個體有機(jī)組分的生產(chǎn)，作為 飼料或作為飼料的原料，或作為用于微生物生產(chǎn)的補(bǔ)充培養(yǎng)基。本方法同樣適用于單細(xì)胞 生物質(zhì)和乙醇的生產(chǎn)。根據(jù)本發(fā)明的生物質(zhì)分級處理的優(yōu)點是有機(jī)材料更廣泛的水解，因此，與現(xiàn)有技 術(shù)相比，用于單細(xì)胞脂質(zhì)生產(chǎn)的生物材料具有更好的可用性。此外，從酸和堿處理獲得的濾 液或沉淀相互中和并減少了中和所要求的化學(xué)品的使用?，F(xiàn)有技術(shù)的方案描述了含用于乙醇生產(chǎn)的微生物學(xué)步驟的方法，其中含碳水化合 物的材料被用作原料，原樣或轉(zhuǎn)化成單糖。專利申請出版物US 2002/0185447和專利US 5637502也描述了碳水化合物的處理方法，諸如采用酸或堿處理，跟在這些處理之后的是成 醇發(fā)酵(alcoholic fermentation)。關(guān)于微生物學(xué)處理，兩種所述方法均局限于乙醇生產(chǎn)， 其中使用了從多糖形成的己糖。在專利申請出版物US 2003/0096385中，使用微生物生產(chǎn) 了異戊二烯基乙醇(乙醇的櫳牛兒基和法呢基衍生物)。專利申請出版物WO 03/038067描 述了這樣的方法，其中真菌微生物的基因組修飾可得到能夠利用戊糖的生物。該出版物僅僅針對乙醇生產(chǎn)。本發(fā)明提供了針對熱機(jī)械木材加工的更顯著含水側(cè)流開發(fā)的新的可能的方案，特 別是發(fā)生在紙漿和造紙工業(yè)，特別是作為用于交通燃料原料的熱機(jī)械木材加工。本發(fā)明考 慮到在與機(jī)械木漿制造的連接中產(chǎn)生的含碳水化合物側(cè)流的生物學(xué)荷載，因此，廢水處理 的能源費用有待降低。以具體的形式，本發(fā)明是脂質(zhì)生產(chǎn)工藝，它提供了針對產(chǎn)生用于交通 燃料、生化柴油或可再生柴油的原料的環(huán)境友好的方案，例如從在TMP工藝或木材的相應(yīng) 機(jī)械處理中產(chǎn)生的稀的含碳水化合物的含水級分。本方法也提供了針對其他源材料開發(fā)的備選方案。依照本方法，再循環(huán)纖維，諸如 印刷紙、包裝材料和可比較的基于纖維素的材料，可被用作源材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明因此是符合可持續(xù)發(fā)展的原則的，通過增加脂質(zhì)原料的 利用度并降低來自其他來源的有機(jī)脂質(zhì)的總需求。本發(fā)明因此提高了基于可再生自然資源 的生物燃料原料的利用度，并且有助于將它們的生產(chǎn)費用帶至消費者可接受的終端用戶水 平。在考慮到源材料的全面利用的地方，本發(fā)明不僅僅局限于所含的碳水化合物的全 面利用。本方法也包括允許木材物質(zhì)中可提取級分的脂質(zhì)組分被回收的階段。當(dāng)采用水處 理源材料時，濾液將脂質(zhì)組分分開，所述脂質(zhì)組分可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的方法從含 水溶液中回收。作為源材料酸處理的結(jié)果，可提取級分中的脂質(zhì)得到游離脂肪酸，所述游離 脂肪酸以不溶的堿土金屬鹽諸如Ca++鹽形式與濾液分離，在沉淀分離之后，它們被酯交換 成醇酯。相應(yīng)地，源材料的堿提取，從可提取的級分產(chǎn)生脂肪酸鹽，所述鹽是水溶性的，因此 混合于濾液中。在本發(fā)明中，所述鹽被轉(zhuǎn)化成水不溶性鹽諸如Ca++鹽形式，從水相分離沉淀 并用于制造脂肪酸醇酯。下列實施例意圖闡明本發(fā)明，它們不能被理解為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。 本發(fā)明也不以任何方式局限于所用的微生物菌株。本發(fā)明不僅可通過所用的菌株實現(xiàn)，而 且可通過相同種或?qū)俚钠渌?，或其他微生物屬或種的菌株或通過遺傳學(xué)修飾的微生物 菌株實現(xiàn)。產(chǎn)生脂質(zhì)的微生物通常是可用的，它們存在于數(shù)個菌株保藏機(jī)構(gòu)中，例如ATCC、 DSM等等。產(chǎn)生脂質(zhì)的微生物和使用微生物(包括藻類)的脂質(zhì)生產(chǎn)工藝在文獻(xiàn)中進(jìn)行了描 述，例如在著作中Single Cell Oils，eds. Ζ· Cohen 和 C. Ratledge，AOCS Press, 2005 and Microbial Lipids,eds. C. Ratledge and S. G. Wilkinson,vol.1 and 2,Academic Press, 1988。
實施例實施例1將木纖維、磨碎的木材、TMP漿、鋸屑和磨木漿各IOOg保存于1升沸水90-100°C中 2小時。將溶液從纖維材料(下文中稱為沉淀)中過濾出來?；厥粘恋恚⒏鶕?jù)實施例4或 5中給出的備選方式中的一種使用多種備選方式處理沉淀以增加單糖產(chǎn)率。溶液的碳水化 合物產(chǎn)率范圍為2%至6%，取決于源材料，當(dāng)使用在高溫(超過170°C)下磨碎的云杉纖維 作為源材料時，通常為4%。這些溶液中的一些在沒有進(jìn)行蒸發(fā)的情況下被再利用用于提取 下列批次的纖維，這些溶液中的一些被蒸發(fā)濃縮直至達(dá)到約20%重量的干物質(zhì)含量。將濃 縮的濾液回收用于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)。對所提取的樹種而言，溶解的碳水化合物通常分為
18己糖和戊糖。實施例2將木纖維、磨碎的木材、再循環(huán)纖維、TMP漿、鋸屑和磨木漿各自加入到1升5%堿 溶液(NaOH)中，并在90-100°C攪拌3小時。在常溫進(jìn)行過濾，并根據(jù)實施例4將沉淀進(jìn)行 進(jìn)一步處理用于單糖的生產(chǎn)。將提取溶液進(jìn)行處理以便每一種溶液的一部分被再次用于處 理下一批次的纖維，一部分被中和，一部分被根據(jù)實施例4進(jìn)行水解，因為一些木質(zhì)素以及 一些寡糖和多糖已經(jīng)溶解于堿提取溶液中了。通過所述堿處理從不同源材料獲得的溶液保 持源材料重量5%的平均值。將在原始堿處理中獲得的沉淀采用堿進(jìn)行再處理，通過重復(fù)之前的堿處理并在 Sbar的壓力和170°C的溫度下磨碎6分鐘。使用這種進(jìn)一步磨碎，可將溶解于堿溶液中材 料的量增加至源材料原始量27%的平均值。溶液變成黑色，在中和、水解和濃縮之后，將它 們采用活性炭和離子交換劑進(jìn)行處理用于脫色。回收混合物并將其用于生產(chǎn)單細(xì)胞脂質(zhì)。實施例3將木纖維、磨碎的木材、TMP或MDF漿、鋸屑、磨木漿、再循環(huán)纖維和根據(jù)實施例2制 備的中和了的提取物各IOOg在1升5%礦物酸(pH 1)中在90-100°C水解3小時。通過過 濾將沉淀與溶液分離。溶液含有源材料量平均10%的單糖。將每一種溶液進(jìn)行處理以便一 部分被中和、過濾并通過蒸發(fā)濃縮直至達(dá)到約20%重量的單糖量，將濃縮液回收用于單細(xì) 胞脂質(zhì)的生產(chǎn)。將溶液的一部分再次原樣使用用于下列批次源材料的水解，如在該實施例 中所述。根據(jù)下面的實施例5，將沉淀進(jìn)行進(jìn)一步處理以增加單糖產(chǎn)率。實施例4將木纖維、磨碎的木材、TMP漿、MDF漿、鋸屑、磨木漿、稻草、谷皮和根據(jù)實施例1_3 的沉淀各125g加入到濃度為10%的硫酸溶液中，使酸吸附2小時。傾倒出過量的酸，并將 混合物引導(dǎo)至翼狀精磨機(jī)，通過預(yù)汽蒸11分鐘將溫度升高，而不讓濃縮物流出，之后，將溫 度升高至160°C且壓力至8bar，使用翼狀精磨機(jī)進(jìn)行磨碎。11分鐘的混合物磨碎時間是針 對云杉纖維而選擇的。磨碎后，將沉淀與溶液分離。將每一種沉淀進(jìn)行分割以便一部分被 用于焚化，一部分被根據(jù)下面的實施例5再次磨碎以增加單糖產(chǎn)率。相應(yīng)地，將溶液中和、 過濾并通過蒸發(fā)濃縮直至達(dá)到約20%的單糖濃度。將這些溶液回收用于單細(xì)胞脂質(zhì)的生 產(chǎn)。實施例51D.將木纖維、磨碎的木材、TMP漿、鋸屑、磨木漿、稻草和谷物纖維以及根據(jù)實施 例1-4剩余的沉淀各125g加入到40%硫酸溶液中，并使其在室溫吸附2小時。傾倒出過量 的酸，并將沉淀在翼狀熱磨機(jī)中磨碎以便通過預(yù)汽蒸11分鐘將沉淀的溫度升高而不讓濃 縮物流出。然后將溫度升高至170°C且壓力至8bar。對稻草和谷物纖維而言，最適宜的磨 碎時間為11分鐘。將沉淀與溶液分離。溶解了的物質(zhì)的比例平均超過源材料的50%。將 溶液中和、過濾并通過蒸發(fā)濃縮，并回收用于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)。將沉淀即殘留的纖維部分 地進(jìn)行焚化，部分根據(jù)該實施例再次磨碎以增加單糖產(chǎn)率。同樣將濃硫酸(72% )單獨地吸附到上述源材料中，處理時間為2小時，在室溫。 隨后，將酸稀釋至5%并在常壓和10(TC下煮沸4小時。進(jìn)一步處理和所產(chǎn)生級分的用途如 上發(fā)生。
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實施例6可從谷殼、稻草和谷皮生產(chǎn)適合用于生產(chǎn)單細(xì)胞脂質(zhì)的單糖，通過使用5%酸的直 接水解或采用更強(qiáng)的酸浸漬并在5%溶液中水解或首先采用堿處理，并且可將半纖維素和 纖維素如上面的實施例所呈現(xiàn)的單獨地進(jìn)行水解。這些處理可與采用酸或堿的浸漬處理相 結(jié)合，隨后在翼狀或盤狀精磨機(jī)中重復(fù)磨碎以生產(chǎn)熱-磨木漿。然而，在該實施例中，將谷 殼、稻草和谷皮(各125g)在8bar的壓力下進(jìn)行預(yù)汽蒸11分鐘并在翼狀精磨機(jī)中在170°C 的溫度下處理成熱-磨木漿。將所產(chǎn)生的熱-磨木漿在1升體積的5%酸(硫酸)中在 90-100°C和常壓下水解4小時。通過過濾將溶液級分分離并中和。隨后，將溶液濃縮并回 收用于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)。單糖產(chǎn)率平均為源材料的50%。為了增加碳水化合物產(chǎn)率，將 過濾后剩余的沉淀根據(jù)實施例5進(jìn)行熱機(jī)械地再處理，并將一部分進(jìn)行焚化。實施例7將谷殼、稻草和谷皮(各16kg)各自在100升堿溶液(1. 2M NaOH)中在90_100°C 處理4小時?；旌衔锉环指畛沙恋砗腿芤?。平均所飼源材料干物質(zhì)的49-57%終結(jié)于溶液 中。給予5%的堿溶液，至于酸，使用硫酸，并將它們?nèi)鐚嵤├?中所述進(jìn)行水解。主要形成 了木糖和阿拉伯糖的混合物，也含少量葡萄糖和半乳糖。溶液的單糖含量變?yōu)樗曉床牧?的23-33%。在將溶液回收用于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)之前，通過活性炭處理將它們的顏色降 低。將過濾中獲得的沉淀浸漬于5%酸(硫酸)中，并在翼狀精磨機(jī)中在6bar的壓力 和150°C的溫度下磨碎11分鐘。沉淀降解成可溶的碳水化合物，主要是葡萄糖和半乳糖，中 和并過濾之后，將其回收用于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)。將酸水解之后進(jìn)行的過濾后剩余的沉淀 級分仍然再次磨碎，然后根據(jù)實施例4在10%酸中水解。在這些處理之后獲得了溶液，它們 含有總共55-65%的源材料。將溶液回收用于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)。實施例8將蒸汽干燥的甜菜漿倒入桶中，并將足夠的沸水倒入它的上面以便水覆蓋了甜菜 漿。在通過傾析將水與固體分離之前，使溶液冷卻。3. 6mg/ml的干物質(zhì)已經(jīng)溶解于水中。將 含水級分部分用于處理新的批次，部分在濃縮之后回收用于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)。將所獲得 的固體級分，沉淀，含16. 7%的干物質(zhì)，稱量為748g，相當(dāng)于作為干物質(zhì)的125g干甜菜漿， 將其采用0. 4M磷酸(H3PO4, 500ml)在室溫浸漬18小時。傾倒出過量的酸溶液，并在開始熱 機(jī)械磨碎之前預(yù)汽蒸11分鐘。使用翼狀精磨機(jī)將混合物磨碎11分鐘。在磨碎過程中，壓 力為8bar，溫度最初為172°C，當(dāng)磨碎時間過去10分鐘時溫度為162°C。將混合物從精磨機(jī) 中除去并過濾。溶液級分，2. 26升，含有2. 75%的干物質(zhì)。過濾之后，所飼進(jìn)行磨碎的50% 的干物質(zhì)存在于溶液中。溶液主要含有單糖，葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖和木糖。此外，觀察 到了較小量的分子量范圍為500至3000的寡糖和更高分子量的化合物。將溶液級分中和、 濃縮并回收用于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)。將從甜菜漿的上述處理獲得的固體纖維漿，沉淀(125g干物質(zhì))，在室溫浸漬于 15%鹽酸中4小時。傾倒出過量的酸，并將漿在相同條件下再次磨碎。過濾階段之后，觀察 到另外的28%的單糖已經(jīng)進(jìn)入了溶液相。棄去沉淀。實施例9將源材料——云杉纖維進(jìn)行熱機(jī)械地處理，稱量46. 8g (約1升體積)，并將0. 2NNaOH加入到它的上面，向其中進(jìn)一步加入5. 6g的Na2CO3和1.3g的MgSO4 6H20 (500ml)。將 混合物加熱至50°C，在溶液中得到較小量的葡萄糖、木糖、半乳糖、阿拉伯糖、甘露糖和另外 的低聚物。溶液的PH約為11，將其過濾并用水洗滌。將洗滌液和濾液合并，并將溶液蒸發(fā) 至320ml。已溶解的物質(zhì)的量為源材料的4.5% (干物質(zhì))。為了增加單糖的量，向溶液中 加入酸，得到沉淀。將沉淀與溶液分離，將后者回收并用于生產(chǎn)單細(xì)胞脂質(zhì)。如實施例3中 所述，將沉淀在5%酸中水解成單糖。利用水解，從沉淀物質(zhì)中產(chǎn)生了 單糖，這些單糖進(jìn) 入溶液，并在脫色后將其回收用于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)。實施例10將45g批次(約1升)熱機(jī)械處理過的云杉纖維稱重，在其上面加入0. 2N NaOH, 向其中進(jìn)一步加入5. 6g的Na2CO3和1. 3g的MgSO4 6H20(500ml)。將混合物加熱至50°C, 過濾，并用水洗滌沉淀。將洗滌液和濾液合并。為了增加單糖的量，向合并后的濾液中加入 酸，并根據(jù)實施例3進(jìn)行水解。中和后，將所產(chǎn)生的水解產(chǎn)物回收用于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)。 將洗滌后的沉淀壓縮至300ml，并加入1升pH 4. 8的檸檬酸鹽緩沖液，并加入纖維素酶。低 聚物和葡萄糖在混合物中產(chǎn)生。將酶處理過的混合物原樣回收以及作為分離的濾液、溶液 回收，并用于生產(chǎn)單細(xì)胞脂質(zhì)。實施例11提供125g批次的燕麥谷殼，并將其在170°C和Sbar的壓力下熱機(jī)械地磨碎2分 鐘。處理后，通過過濾將沉淀與溶液分離。將溶液回收用于生產(chǎn)單細(xì)胞脂質(zhì)。使用7g批 次的沉淀(纖維)，給予強(qiáng)度為19%的硫酸并回流4小時。分析顯示處理得到以源材料的 56%進(jìn)入溶液的單糖，大部分為木糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖。將溶液回收用于 生產(chǎn)單細(xì)胞脂質(zhì)。實施例12稱量400g的燕麥谷殼，并加入3升水和200g NaOH。將混合物在攪拌下保持在 90-96°C的溫度2小時。將混合物過濾穿過布料，并分離纖維。將濾液級分(50ml)中和，并 采用檸檬酸鹽緩沖液(40ml)將其pH調(diào)節(jié)至4.8，加入multifect木聚糖酶(IOml)，并將混 合物自動調(diào)溫至50°C。糖類被釋放進(jìn)入溶液，其中25. 2%為木糖，11. 8%為阿拉伯糖。在 50小時的反應(yīng)時間之后，溶液中也存在低聚物。將整個混合物回收用于生產(chǎn)單細(xì)胞脂質(zhì)。實施例13采用0. 4M硫酸將125g甜菜漿浸漬，12小時之后傾倒出過量的酸。將漿轉(zhuǎn)移至翼 狀精磨機(jī)，在其中將漿預(yù)汽蒸4分鐘并在150°C和6bar的壓力下磨碎11分鐘。將混合物中 和并加入檸檬酸直至PH跌至4。加入IOml果膠酶4450U,即178mg/ml的蛋白質(zhì)(Sigma)， 并使反應(yīng)在25°C進(jìn)行24小時。反應(yīng)后，將混合物的一部分回收用于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)，并 將一部分過濾。將從過濾獲得的沉淀返回磨碎階段，并將從該處理得到的溶液級分采用2g/ L的活性炭進(jìn)行處理，然后引導(dǎo)至陰離子交換柱。將從柱可獲得的單糖溶液蒸發(fā)至20%濃 度的干物質(zhì)，回收用于單細(xì)胞脂質(zhì)的生產(chǎn)。實施例14根據(jù)實施例7將燕麥谷殼進(jìn)行處理，得到含23. 8g/L葡萄糖、93. 3g/L木糖、37. Ig/ L阿拉伯糖和9. Og/L半乳糖的混合物。將該混合物作為培養(yǎng)基加入用于合成脂質(zhì)的酵母 菌解脂耶氏酵母菌(Yarrowia lipolytica) ATCC 20373和膠紅類酵母菌TKK 3031，原樣，作為1 1稀釋液和作為補(bǔ)充有l(wèi)lg/L葡萄糖的相應(yīng)稀釋液。培養(yǎng)周期為68小時，溫度為 28°C，在250rpm下振搖，培養(yǎng)體積為50ml。如在圖3中所觀察到的，酵母菌能夠生長并在不 要求添加其他營養(yǎng)素的情況下合成脂質(zhì)。實施例15將三種酵母菌膠紅類酵母菌、解脂耶氏酵母菌和馬克思克魯維酵母 (Kluyveromyces marxianus) (Anam. Candida kefyr) ATCC 42265，采用木糖作為碳源進(jìn)行 單獨地培養(yǎng)。培養(yǎng)基含有20g/L木糖、10g/L酵母提取物和20g/L蛋白胨。在200rpm的振 搖下，在50ml的體積和25°C下進(jìn)行培養(yǎng)。圖4顯示所有的三種菌株能夠利用戊糖作為碳源。
權(quán)利要求
一種從包括多糖的有機(jī)源材料生產(chǎn)脂質(zhì)或脂質(zhì)混合物的方法，所述多糖選自包括纖維素、半纖維素、淀粉、所有的這些、其任何混合物或其降解產(chǎn)物或者非淀粉多糖的組，其特征在于包括a)將源材料用選自包括下列的組的物質(zhì)處理i)水，ii)酸，和iii)堿，之后，分離沉淀和濾液，并將獲得的沉淀原樣或在水、酸或堿的存在下進(jìn)行機(jī)械的或熱機(jī)械的磨碎，并分離沉淀和濾液，備選地，將沉淀再次進(jìn)行i)、ii)或iii)任何部分的處理和/或磨碎一次或更多次，以及b)將產(chǎn)生脂質(zhì)的微生物與如此獲得的濾液或與復(fù)數(shù)種所得濾液或與沉淀，或者與從這些所得的任何組合以及，任選地，與源材料，在培養(yǎng)基中接觸，借此微生物開始生產(chǎn)脂質(zhì)，并c)回收脂質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，同樣任選地使用包括一個或更多下列步驟的 方法處理沉淀d)將從a)部分獲得的沉淀用強(qiáng)酸處理并分離沉淀和濾液，或者，備選地，e)將從a)或d)部分獲得的沉淀酸化并將其進(jìn)行機(jī)械地或熱機(jī)械地磨碎，分離沉淀和 濾液，或者，任選地，使用根據(jù)步驟a)、d)或e)中任何步驟的方法以任選的次序?qū)牟襟E a)、d)或e)中任何步驟獲得的沉淀再次處理一次或更多次，f)將產(chǎn)生脂質(zhì)的微生物與從a)、d)或e)部分獲得的濾液或沉淀，或者與從這些獲得 的任何組合以及，任選地，與源材料，在培養(yǎng)基中接觸，借此微生物細(xì)胞開始生產(chǎn)脂質(zhì)，并g)回收脂質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，所述源材料源于木材的機(jī)械的或熱機(jī)械的 處理或者源于栽培植物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項的方法，其特征在于，將所述源材料用水或酸處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，所述源材料源于選自包括再循環(huán)纖維、甜 菜漿、谷殼、稻草、麥麩、谷物顆粒、完整可栽培作物、栽培植物、TMP漿和MDF漿的組的來源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5的方法，其特征在于，將所述源材料用酸處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，所述源材料源于選自包括鋸屑、精制的磨 木漿、谷殼、稻草、TMP漿、MDF漿、甜菜漿和含有非必要量淀粉的栽培植物的組的來源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或7中任一項的方法，其特征在于，將所述源材料用堿處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，所述源材料源于選自包括微生物物質(zhì)、沼 澤的或水下的生物質(zhì)、來自纖維素工廠的集水區(qū)域的生物質(zhì)、來自城市廢物的生物質(zhì)和來 自城市下水道的生物質(zhì)的組的來源。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于，所述濾液含有至少0.5-1%重 量、高達(dá)20-30%重量、優(yōu)選4-5%重量的可用于脂質(zhì)生產(chǎn)的糖類。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，步驟a)、d)或e)中任何步驟的處理進(jìn) 行一次或更多次。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在a)iii)部分中用堿處理源材料時，將所得沉淀用酸再處理，并分離沉淀和濾液。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，用強(qiáng)酸處理含纖維的沉淀時，將所得沉淀 再次機(jī)械地或熱機(jī)械地磨碎。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于，將一種或更多種酶加入到生物材 料處理溶液中。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于，使用使濾液更適于微生物生長的 方法，諸如脫色方法、調(diào)節(jié)PH和/或除去水或加入水，將從任何工藝步驟 獲得的濾液進(jìn)行進(jìn)一步處理。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于，將所述源材料進(jìn)行機(jī)械地、熱機(jī) 械地、物理地、化學(xué)地、生物學(xué)地預(yù)處理，或通過這些處理的組合預(yù)處理。
17.使用根據(jù)權(quán)利要求1-16中任一項的方法所生產(chǎn)的脂質(zhì)或脂質(zhì)混合物用作制造生 物燃料的原料的用途。
18.—種生物燃料，其特征在于，脂質(zhì)用于它的生產(chǎn)，其中所述脂質(zhì)是使用根據(jù)權(quán)利要 求1-16中任一項的方法生產(chǎn)的。
19.一種凈化城市下水道的方法，其特征在于，使用根據(jù)權(quán)利要求1-16中任一項的方 法處理城市下水道。全文摘要
本發(fā)明涉及從有機(jī)源材料形成脂質(zhì)或脂質(zhì)混合物的方法，所述有機(jī)源材料包括纖維素、半纖維素、淀粉、非淀粉多糖、其任何混合物或其降解產(chǎn)物。根據(jù)本方法，將源材料用水、酸或堿的水溶液處理一次或更多次，并分離沉淀和濾液。可將從上述處理中獲得的沉淀進(jìn)行機(jī)械的或熱機(jī)械的磨碎，或者可將沉淀用強(qiáng)酸處理，或者可將沉淀酸化并進(jìn)行機(jī)械地或熱機(jī)械地磨碎。處理后，分離沉淀和濾液。將產(chǎn)生脂質(zhì)的微生物與源材料或所得濾液在培養(yǎng)基中接觸，借此微生物細(xì)胞開始生產(chǎn)脂質(zhì)，并回收脂質(zhì)。
文檔編號C12P19/02GK101910407SQ200880124741
公開日2010年12月8日 申請日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月14日
發(fā)明者M·穆朱南, O·帕斯蒂南, S·拉克索, S·霍卡南 申請人:阿爾托大學(xué)基金會