生物气体生产中的植酸酶的制作方法

生物气体生产中的植酸酶的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种从有机材料生产生物气体的方法，其包括：用包含植酸酶、优选植酸酶和纤维素酶和/或半纤维素酶的酶组合物来处理所述有机材料，以及使经过酶处理的所述有机材料消化以形成生物气体，本发明还涉及包含植酸酶的酶组合物用于增加在适合将有机材料转化为生物气体的方法中存在的微生物对蛋白和多糖的消化性的用途；包含植酸酶的酶组合物用于增加矿物质在适合将有机材料转化为生物气体的方法中的可用性的用途；和包含植酸酶的酶组合物用于减少在适合将有机材料转化为生物气体的方法中在构件诸如(金属)表面上和管线和泵中的盐沉淀的用途。向生物气体方法中加入植酸酶有利地导致生物气体产量增加、生物气体生产方法更稳固和批次之间的差异减小，且允许使用有机材料的混合物。
【专利说明】生物气体生产中的植酸酶

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种生产生物气体（biogas)的方法。

【背景技术】
[0002] 通过厌氧消化有机材料生产生物气体是一种快速增长的可再生能源的来源。此方 法复杂；几种生物技术方法的共同作用确定其稳定性和效率以及所生产生物气体的产率。 仍在实验室和试验工厂中积极研究一种最佳的方法设计。如草、粪肥（manure)或污泥的底 物因其高产率潜能而可用作生物气体生产的原料。
[0003] 植酸（或植酸类）是来自植物来源的原材料中丰富存在的化合物。其主要发现于 种子中，作为发芽植物的磷来源。另一功能与分子结合矿物质的能力相关：在植物种子中最 常见的形式是植酸钙镁（Phytin)，它是植酸的Ca, Mg盐。因此，植酸钙镁分子也充当这些矿 物质的来源。为此目的，植物表达植酸酶，以分解植酸分子且由此释放磷和矿物质。许多微 生物也表达植酸酶，以得益于在其生长环境中遇到的植酸。
[0004] 植酸的分子特性对于加工来自植物来源的原材料可造成问题。由于存在6个磷 酸基，植酸分子携带净负电荷，即使在其中许多生物化合物带正电荷的酸性pH值下也是如 此。这导致植酸与原材料内的许多组分（诸如蛋白和金属离子）缔合。但植酸也可与中性 化合物（诸如淀粉）缔合，例如在连接分子（linker molecule)参与时。


【发明内容】

[0005] 本发明提供了通过加入植酸酶来改进有机材料到生物气体的转化。本发明还提供 了具有较低量植酸的来自生物气体的残余材料。本发明还提供了一种对微量元素加入有较 低需求的生物气体方法，得以加入较少的微量元素来获得最佳条件。此外，本发明提供一种 包含植酸酶和其他酶的酶组合物，所述其他酶例如用于生物气体方法中的诸如蛋白酶、月旨 肪酶、纤维素酶、半纤维素酶和/或果胶酶。酶组合物优选地包含植酸酶和纤维素酶。生物 气体方法可作为单阶段方法来进行，但也可作为多阶段方法来进行。在多阶段方法的情形 下，优选地在最适合酶作用的条件下应用植酸酶。
[0006] 发明详沭
[0007] -方面，本发明提供了一种由有机材料生产生物气体的方法，其包括：
[0008] -用包含植酸酶的酶组合物处理所述有机材料；和
[0009] -消化经过酶处理的有机材料以形成生物气体。
[0010] 在本发明的文本中，几个术语由见于Wikipedia(httD://en. wikipedia. org/)中 的语句来解释。
[0011] 生物气体是指由生物可降解材料的厌氧消化或发酵所产生的气体产物。生物气体 主要包含甲烷和二氧化碳且可具有小量硫化氢、水分和硅氧烷。在特殊情形下，氢或高级醇 是目标广物。
[0012] 有机材料的有机物质含量是指有机材料的干物质含量减去灰分。一般使用 COD (化学需氧量，Chemical Oxygen Demand)试验来间接测量有机材料的有机物质含量的 量，例如参见ISO 6060(1989)。
[0013] 酶促方法或孵育是指利用诸如半纤维素酶和果胶酶、优选半纤维素酶、纤维素酶 和果胶酶，或果胶酶的酶来生产有用产物的方法。在本发明上下文中，"用包含植酸酶的酶 组合物处理有机材料"也称为"酶处理"。
[0014] 生物气体方法或生物气体生产方法是指诸如生物质、粪肥、绿色废料、植物材料和 农作物的生物可降解材料的厌氧消化或发酵。生物气体主要包含甲烷（CH4)和二氧化碳 (CO2)且可具有小量硫化氢（H 2S)、水分和硅氧烷。生物气体方法、更具体地使经过酶处理的 有机材料经过酶消化以形成生物气体在生物气体反应器或生物气体生成反应器中进行。因 此，在本发明上下文中，"消化经过酶处理的有机材料以形成生物气体"也称为"生物气体反 应器"或"生物气体反应"。生物气体反应器的pH -般是3与8之间的pH，优选是6与8之 间的pH。一般不需要采取措施来控制pH，因为系统本身能维持此pH。假如生物气体反应器 的底物在此pH范围以外，例如在5或更低的pH时或在9和更高的pH时，则优选将此底物 的pH中和至例如6与8之间。
[0015] 消化步骤可以是任何类型的消化器，可以例如是单阶段或双阶段消化器。
[0016] 有机材料是指直接或间接来自植物材料或来自动物材料的材料。有机材料通常是 源自植物的聚合物。然而，粪肥也含有来自动物来源的有机材料。合适的有机材料例如是 底物或原料，如能源作物，诸如杨，玉米，草（例如柳枝稷），农场废弃物如粪肥或农业废弃 物。本发明的方法中也可以使用几种有机材料的混合物。
[0017] 发明人已注意到生物气体生产中与有机材料的选择相关的几个问题。富含植酸的 有机材料，诸如谷类、豆类、橄榄、水果、坚果及其废物流，倾向于结合基本矿物质，导致这些 矿物质的可用性（有效浓度）降低和所述微生物的生长或可持续性降低。这进而又可导致 例如生物气体的产量降低、有机材料的转化降低、生物气体方法过早"停止"、形成不需要的 副产物等。加入植酸酶可解决这些问题，尤其当使用富含植酸的有机材料时。
[0018] 发明人还发现，上文提到的问题不仅取决于有机材料的类型，而且批次间也可有 所差异，尤其批次间的植酸含量的差异。相信这至少部分是由于诸如产乙酸菌或产甲烷菌 的微生物将有机材料转化为生物气体所需要的矿物质的可用性的差异。为了克服这种批次 间的差异，通常例如以矿物质混合物（mineral cocktail)的形式向发酵中加入矿物质；这 也称为微量元素。
[0019] 加入植酸酶可减少这种依赖于各批次的差异且可有利地得到更稳固（robust)的 生物气体方法。
[0020] 本领域中，为了克服矿物质的可用性降低，生物气体生产者几乎总是向方法中加 入矿物质。这是昂贵的并且矿物质（常为毒性）可最终留在生物气体反应器或环境中。加 入植酸酶可释放与植酸结合的矿物质，且可有利地避免向生物气体方法中加入矿物质。
[0021] 使用植酸含量低和/或富含矿物质的有机材料进行生物气体生产可无需加入所 述微量元素。然而，因为生物气体方法极其耗时（实验室试验也如此），在实际情况中生物 气体生产者并不倾向于冒任何风险。他们倾向的是不管是否有必要始终都加入矿物质，而 不是针对任何给定的有机材料测试对加入矿物质的需求来确定将要加入的矿物质的量。这 具有成本效率低下的不足一微量元素在良好生物气体生产不需要的情形下加入。其次， 加入微量元素意味着生物气体工厂富集了潜在有毒的矿物质。第三，向本身已含有足量矿 物质的有机材料中加入矿物质可导致对（厌氧）微生物有毒的矿物质浓度。
[0022] 在使用植酸水平未知的有机材料时，加入植酸酶也是有利的，所述植酸水平未知 的有机材料诸如粪肥（来自奶牛、猪、鸡、马或其它农场动物）、青贮饲料（silage)(如来 自玉米和/或草）、一般而言源自草和其它植物的原材料，诸如啤酒糟（brewer' s spent grain)、麦酒糟（distiller，s spent grain)、干酒糟（distiller，s dried grain)、甜菜 渣、玉米浆（固体）。所述有机材料尤其来自谷物来源的有机材料可不仅富含植酸，而且矿 物质通常不足。
[0023] 加入植酸酶可有利地避免在（实验室试验）生物气体方法中预测试有机材料的需 要。
[0024] 加入植酸酶可产生持续良好的有机材料转化，而不管有机材料是否富含植酸或植 酸含量低或是否富含矿物质或矿物质含量低。
[0025] 因此，在使用富含植酸和/或矿物质含量低的有机材料时，加入植酸酶对生物气 体方法（例如，对生物气体生产）的作用最大。在使用植酸含量低和/或富含矿物质的有 机材料时，加入植酸酶的作用可较不明显。在加入矿物质时，加入植酸酶的作用可能尤其难 以证实，尤其在有机材料本身的植酸含量低和/或富含矿物质时。
[0026] 然而，即使加入植酸酶对生物气体方法的作用对于一批/ 一种类型的有机材料而 言比对于另一批/另一类型的更大，加入植酸酶的总体（平均）作用仍是有益的。
[0027] 在一个实施方式中，所述方法包括，在酶处理之前：
[0028] -处理所述有机材料以减少有活力（viable)微生物的数量。
[0029] 如果生物气体方法包括回收步骤，例如自生物气体反应器回收液体，那么在可引 入厌氧微生物的回收流中可存在厌氧微生物，并且其可在适当的生物气体反应之前的阶段 例如酶处理期间生产生物气体。同样，所述生产生物气体的微生物也可存在于有机材料中， 尤其存在于粪肥中。在使用所述有机材料时和/或如果需要回收液体时，可必须采取措施 来防止在第一阶段生产生物气体。
[0030] 有机材料优选在65至120°C下、更优选在65至95°C下进行热处理或巴氏灭菌合 适的时间。巴氏灭菌是一种在湿润环境中将有机材料加热到特定温度持续一定时间长度的 过程。举例来说，在72°C下巴氏灭菌30秒钟是足够。举例来说，对于CFU计数而言在120°C 下1小时与在90°C下4小时产生相同结果。一般而言，高温可导致更多蛋白变性以及出现 毒性化合物。一般而言，如果巴氏灭菌时间越长，那么巴氏灭菌温度可越低。巴氏灭菌时的 水含量应足以确保巴氏灭菌作用。一般而言，水含量将在30与95wt%之间，优选在50与 90wt%之间。此方法使有机材料中的微生物生长减缓。巴氏灭菌或热处理并非旨在杀死有 机材料中的所有微生物。相反，巴氏灭菌或热处理旨在减少有活力微生物的数量以使其在 所述方法的第一阶段（或第一步骤或第一期或酶处理）不太可能大量生产生物气体或如 有机酸和醇的其它发酵产物。一般而言，在第一阶段形成的生物气体是总生物气体的小于 2 %、优选小于1 %。在根据本发明的巴氏灭菌或热处理之后，所存在有机材料中的CFU计数 一般低于1〇6、优选小于1〇 5、甚至更优选小于IO4且最优选小于l〇3CFU/ml。在微生物学中， 集落形成单位（CFU或cfu)是有活力细菌或真菌数的计量。与对所有细胞（死的和活的） 计数的直接显微镜计数不同，CFU用于计量有活力细胞。巴氏灭菌步骤也便于使用直接来 源于所收获的酶生产发酵的酶或酶混合物。
[0031] 另一种表征使有活力微生物数量减少的处理的功效的方式是通过计算起始材料 的CFU数除以处理后材料的CFU数的对数。此方法的优势在于一一由于杀死微生物通常假 定为一级反应--因此处理的对数减少很大程度上与所存在微生物的实际数量无关。可需 要灭菌程序来实现多达log 10的减少（这将杀死多达IO8或更多的微生物），但在本发明 的情形下，这种高功效是不需要的，或甚至是不期望的。本发明的有效处理程序将实现至少 log 1的CFU数量减少，优选为log 2,甚至更优选为log 3。
[0032] -般而言，有益的是所述方法在低或高pH值下进行热处理，例如在pH〈4、更优选 在pH〈3、甚至更优选在pH〈2下进行低pH处理，低pH处理一般而言在ρΗ>-1下进行，或例如 在pH>8、更优选在pH>9、甚至更优选在pH>10下进行高pH处理。在高和低pH值下热处理 的优势在于，例如聚合物（诸如蛋白、碳水化合物诸如淀粉半纤维素酶和脂质）的溶解和部 分水解以及有活力细胞的减少将因极端PH而增强，导致例如对于热处理而言需要较低温 度和/或较少时间。高pH处理的额外优势在于例如改善热和酶处理结束时的固/液分离、 改善蛋白与脂肪的溶解以及具有高氨含量的原料的氨气提。用于调整PH的化学物质可以 是例如用于降低pH的盐酸、磷酸和硫酸或用于增加 pH的氢氧化钾和氢氧化钠。
[0033] 在本发明的方法中，优选在酶处理期间形成极少或不形成生物气体且生物气体生 产在生物气体反应器中进行。对所述有机材料进行处理以减少有活力微生物数量的一个优 势在于所用的酶、尤其是植酸酶几乎没有被所存在的微生物灭活或消耗。所存在的低数量 有活力微生物对加入的酶及其活性几乎不具有任何作用。
[0034] 有机材料优选进行巴氏灭菌或热处理，在更优选65至120°C、更优选在65至95°C 的温度下进行。
[0035] 在酶处理和/或分离步骤期间，可保持厌氧或需氧条件。一般而言，无需采取特别 措施来保持厌氧条件。
[0036] 在另一个实施方式中，所述方法包括，在酶处理之后（且优选在生物气体反应之 前）：
[0037] -使经过酶处理的有机材料经历固-液分离且回收液体部分，由此消化所述液体 部分以形成生物气体。
[0038] 在固-液分尚步骤中，将经过酶处理的有机材料的固体部分与液体部分分尚。在 固-液分离期间优选选择最佳条件，诸如pH、温度、加入絮凝剂或助滤剂等。可使用所有种 类的合适分离技术，诸如倾析、过滤、离心或其组合。在进行分离之前任选地加入絮凝剂或 助滤剂以改善分离。尤其有利的是应用生物可降解的絮凝剂和助滤剂，诸如纤维素。为防 止可溶性的可消化材料损失，可洗涤获得的滤饼或离心浆。将洗液与初始获得的滤液或上 清液合并。在酶孵育温度下进行这些方法步骤将有利于分离过程。来自固/液分离的固体 部分可例如通过焚化（燃烧）、在栽培地域上或森林中堆肥或平铺来进行处理或使用。本发 明的具有温度处理步骤的方法允许在不对固体部分进行进一步热处理的情形下对固体部 分进行堆肥或平铺，在平铺浆（sludge)或其它生物质的情形下通常需要进一步热处理。
[0039] 液体部分可引入生物气体反应器中。上流式厌氧过滤器、UASB、厌氧填充床和EGSB 反应器是工业规模的高速消化器的例子。尤其UASB和EGSB反应器在以高有机负荷率应用 时提供高速消化器的益处。在生物气体反应器中使用液体和溶解底物允许反应器具有极高 负荷。一般而言，可向生物气体反应器中引入2至70kg COD/m3/天，优选至少lOCOD/m3/天 和/或小于50kg COD/m3/天。更优选地向生物气体反应器中引入至少20kg COD/m3/天。 EGSB消化器中的HRT优选在3至100小时之间，更优选在3与75小时之间，甚至更优选在 3与60小时之间且最优选在4与25小时之间。IC反应器中的HRT优选在3至100小时之 间，更优选在10与80小时之间且最优选在15与60小时之间。UASB消化器中的HRT优选 在10至100小时之间，更优选在20与80小时之间且最优选在20与50小时之间。CSTR消 化器中的HRT优选在1至20天之间，更优选在2至15天之间且最优选在2至10天之间。 一般而言，不回收液体至第一阶段（酶处理）。在CSTR系统中，可采取措施来保持反应器中 的生物质。厌氧膜生物反应器中的HRT优选在3至12天之间，更优选在4与10天之间。
[0040] 发明人已注意到有机材料孵育或发酵中的几个问题，诸如此方法中存在的微生物 对蛋白和多糖的低消化性（digestibility)、常由加入额外的矿物质来补偿的矿物质（金 属）的低可用性以及在构件（hardware)诸如（金属）表面上和在管线和泵中的盐沉淀。令 人惊讶的是，本发明提供一种至少解决了部分这些问题的改进方法。
[0041] 因此，本发明具有几种优势，诸如：
[0042] (a)更稳固的生物气体生产方法；
[0043] (b)批次间的差异较小；
[0044] (C)对有机材料的依赖性较小；
[0045] (d)可使用有机材料的混合物；
[0046] (e)由于较少加入或不加入矿物质而具有更佳的经济性；
[0047] (f)生物气体产量增加；
[0048] (g)磷的生物可用性增加；
[0049] (h)有机会从如（经过预处理的）青贮饲料或消化浆的液体生物气体方法部分中 提取磷；
[0050] ⑴诸如Ca、Mg、Fe、Co、Zn等的矿物质的生物可用性增加；
[0051] (j)有机会从如（经过预处理的）青贮饲料或消化浆的液体生物气体方法部分中 提取矿物质；
[0052] (k)对加入微量矿物质的需求降低；
[0053] (1)更好地利用天然可用的微量矿物质用于发酵微生物的活性；
[0054] (m)碳水化合物对于碳水化物酶的可用性增加；
[0055] (η)蛋白酶对于蛋白的可用性增加；
[0056] (〇)(必需）氨基酸的可用性增加；
[0057] (P)发酵微生物的健康状况增强；
[0058] (q)在方法构件中的金属表面上形成较少沉积物或盐沉淀；
[0059] (r)清洁/停工需求较少；
[0060] (s)可通过这些金属表面的最大热转移较长（如在热交换器中）；
[0061] (t)更长时间地利用最大流速工厂效率；和/或
[0062] (U)所需的泵送能量较少。
[0063] 在一个实施方式中，有机材料是包含两种或更多种有机材料的混合物，优选是包 含谷粒（grain)和粪肥（优选是猪粪肥）的混合物，更优选是包含粪肥和啤酒糟的混合物 或包含粪肥和玉米青饲料（优选是全玉米青饲料（whole corn silage))的混合物。
[0064] 在另一个实施方式中，有机材料包含啤酒糟。
[0065] 在又一个实施方式中，有机材料包含玉米青I&饲料，优选是全玉米青C饲料。
[0066] 啤酒糟（也称为麦糟（spent grain)、啤酒柏（brewer's grain)或啤酒糟柏 (brewer's draff))是在啤酒酿造过程中打楽（mashing)后留下的残余谷物。其主要由碳 水化合物和蛋白组成且富含植酸。
[0067] 发明人惊讶地发现，加入植酸酶（优选地是植酸酶和半纤维素酶）极适合用于从 包含两种或更多种有机材料的混合物来生产生物气体。这种生物气体方法可以是稳固的且 对批次间的差异较不敏感，且对两种或更多种有机材料的比率较不敏感。
[0068] 在生物气体方法中所用的多种原材料中可存在植酸。然而，通常并非确切知道存 在多少植酸，因为原材料通常可变且未良好控制，而且因为未知的且可能变化的量的植酸 可能已在之前的加工步骤期间降解：
[0069]-诸如由玉米、黑麦、小麦、大麦、草制得的青贮饲料可只由废弃材料来制备，但其 常常也包括种子。青贮饲料方法可降解一些植酸，但并不完全。
[0070] -粪肥可来自不同来源。对于单胃动物诸如鱼、鸡和猪而言，常向饲料中加入植酸 酶以使得植酸在动物的肠道中分解。然而，此转化并非必然是完全的。相反，诸如奶牛、山 羊、骆驼和绵羊以及马的反刍动物通常得到无植酸酶补充的饲料。瘤胃发酵可降解植酸，但 同样，其发生的程度将是可变的。
[0071] -来自多种来源（植物、食物）的废弃材料可含有植酸。尤其豆类（诸如大豆、豌 豆、黄豆和羽扇豆）和谷类（诸如小麦、玉米、黑麦、大麦和燕麦）在其种子（豆粒、谷粒） 中含有高水平的植酸。而且许多来源于诸如面包制造、啤酒酿造、制酒、制糖的方法的二级 废物流是基于谷物的。熟知的废物流包括啤酒糟、麦酒糟、甜菜渣、玉米浆（固体）。
[0072] -坚果、核仁、果核、橄榄果肉以及来自其加工的废物流。
[0073] 植酸与来源于生物质的原材料中的多种组分缔合的能力表明在除去植酸时可获 得优势。举例来说，释放蛋白为生物气体培养物提供氮和碳。释放淀粉或纤维直接为生物 气体形成提供底物。这也可以使其它酶通过更好地暴露于其底物而更有效地作用。这可以 允许降低方法中纤维降解酶的剂量。释放矿物质（Fe、Zn、Ca、Mg、Co、Cu、Ni、Mn、Mo、V等） 可为生物气体生产群落提供营养物。由于在生物气体发酵期间常给予微量元素而这可能不 再被需要，所以这是特别受关注的。
[0074] 本发明的另一优势在于消化浆（digestate)中的重金属总浓度降低，这将减少其 在处理期间扩散到环境中。释放的磷酸盐也可以用作微生物的营养物，或者可以从液体部 分收回。无论如何，矿物质和磷酸盐的改进使用及其在消化浆中较低的浓度将使消化浆更 易于通过例如作为肥料耕到田地中来被处理。
[0075] 另一些潜在益处与生物气体发酵的液流中，如底物流、发酵流、消化浆和废物流中 的植酸（当其仍存在时）的特性相关。液流中的植酸具有与（金属）表面粘附的倾向。由 于其保留有与废物流中的其它物质结合的能力，因此其充当污垢层形成的引物。这可在泵、 管线、热交换器等中导致多种问题。
[0076] 因此，本发明可通过分解生物气体方法中的植酸来提供一种或更多种上述优势。 本领域技术人员应意识到，在确定植酸水平期间，由于植酸与多种物质结合的能力应考虑 其存在的形式和位置及其在多种化合物存在下的不良溶解性。
[0077] 即使利用可分解植酸的酶，在生物气体方法中这样做也并非不重要。可用的商用 植酸酶具有酸性最佳pH。一方面，其已经被针对其特性被选择，原因在于其旨在应用于动 物的胃中。但另一方面，必须意识到植酸一般在较低PH值下更易于分解，原因在于底物分 子（植酸）在低PH值下，尤其在金属离子存在下的溶解度增加。然而，生物气体反应器中 的pH商于7。
[0078] 因此，在一个实施方式中，在7或更高的pH值下、优选在7. 2或更高的pH值下、更 优选在7. 5或更高的pH值下进行酶处理。
[0079] 在本发明的一个实施方式中，在生物气体反应器中用包含植酸酶的酶组合物处理 有机材料。此程序的主要优势在于其易于整合到现有的生产方法中。令人惊讶的是，植酸 可在略呈碱性（pH>7)的条件下有效分解。
[0080] 在本发明的另一个实施方式中，在小于7的pH值下进行酶处理。pH可小于6. 5、 更优选小于6、甚至更优选小于5. 5。这允许植酸酶的作用被独立于生物气体反应器中的产 甲烷菌培养物的要求而被优化。这还允许植酸酶易于与可对后续反应器中的甲烷形成具有 积极作用的其他酶或处理组合。除使得能够独立优化操作条件的优势之外，还有规模缩放 的可能益处：如果认为较小的反应器（每体积较高质量生产量）有利，就使用这种配置。
[0081] 在另一个实施方式中,仅应用植酸酶,而不加入其它酶。
[0082] 在又一个实施方式中，植酸酶与其它酶制剂一起同时或相继应用，其中植酸酶和 其它酶制剂具有独立或相加作用。
[0083] 在又一个实施方式中，植酸酶与其它酶制剂一起同时或相继应用，其中植酸酶和 其它酶制剂显示协同作用。即植酸酶的存在改善了其它酶的功效，或反之亦然。尤其通过 组合植酸酶和半纤维素酶、甚至更优选在组合植酸酶、半纤维素酶和纤维素酶时可获得协 同作用。
[0084] 植酸酶（肌醇六磷酸磷酸水解酶）是催化植酸（肌醇六磷酸）（它是在谷物和油 籽中发现的不可消化的有机形式的磷）水解且释放可用形式的无机磷的任何磷酸酶类型。
[0085] 在一个实施方式中，酶组合物还包含半纤维素酶和/或半纤维素酶。
[0086] 使半纤维素水解的酶通常称为半纤维素酶。半纤维素是与纤维素一起存在于几乎 所有植物细胞壁中的几种杂聚物（基质多糖）中的任意种，诸如阿拉伯木聚糖。虽然纤维 素是晶体、坚固的且抗水解，但半纤维素却具有强度较小的随机、非晶形结构。其易于被稀 酸水解。然而，尽管存在多种不同的半纤维素酶，但仍难以实现半纤维素的完全酶促降解， 因为聚合物中存在难降解结构。
[0087] 纤维素酶是使纤维素 （β -1，4-葡聚糖或β D-葡糖苷键）水解导致形成葡萄糖、 纤维二糖、纤维寡糖等的酶。
[0088] 纤维素酶传统上被分为以下主要类别：内切葡聚糖酶（"EG"，（E. C. 3. 2. 1. 4)，其 水解葡萄糖单元之间的β -1，4-键）（EC 3. 2. I. 4) ( "EG"）、外切葡聚糖酶或纤维二糖水 解酶（"CBH"，（E. C. 3. 2. 1. 91)，其由纤维素的还原端和非还原端水解纤维二糖、葡萄糖二 糖）和β-葡糖苷酶（[P]-D-葡糖苷葡糖水解酶（"BG"，（E.C.3.2. 1.21)，其水解纤维 二糖的β_1，4糖苷键成葡萄糖）。例如参见Knowles等人，TIBTECH 5,255-261,1987; Shulein, Methods Enzymol.，160, 25，第 234-243 页，1988。内切葡聚糖酶主要作用 于纤维素纤维的非晶形部分，而纤维二糖水解酶也能降解结晶纤维素（Nevalainen和 Penttila, Mycota, 303-319, 1995)。因此，有效溶解结晶纤维素要求纤维素酶体系中存在纤 维二糖水解酶（Suurnakki等人，Cellulose7:189-209, 2000)。β -葡糖苷酶用于从纤维二 糖、纤维寡糖和其它葡糖苷释放D-葡萄糖单元（Freer, J. Biol. Chem.第268卷，第13期， 第 9337 至 9342 页，1993)。
[0089] 糖苷水解酶家族61 (GH61或有时称为EGIV)蛋白是增强纤维素酶对木质纤维素底 物的作用的蛋白。GH61最初基于在一种家族成员中测量的极弱的内切-1，4-β-(1-葡聚糖 酶活性而分类为内切葡聚糖酶。如本文所用的术语"GH61"应理解为在良好确立的CAZY GH 分类系统（http://www. cazy.org/GH61.html)中分类为家族61的共享共同的保守序列部 分和折置的酶家族。
[0090] 本文中，糖苷水解酶家族61使用糖苷水解酶EC3. 2. 1家族的成员，其在本文中用 作纤维素酶的部分。
[0091] 包含半纤维素酶和植酸酶的酶组合物优选包含1:100至100:1的半纤维素酶与植 酸酶的比率（表示为以重量计的半纤维素酶蛋白：植酸酶蛋白），更优选包含1:10至10:1 的半纤维素酶与植酸酶的比率。
[0092] 包含半纤维素酶、纤维素酶和植酸酶的酶组合物优选包含1:100至100:1的半纤 维素酶和纤维素酶与植酸酶的比率（表示为以重量计的半纤维素酶和纤维素酶蛋白：植酸 酶蛋白），更优选包含1:10至10:1的半纤维素酶和纤维素酶与植酸酶的比率。
[0093] 根据另一方面，本发明提供一种包含植酸酶、优选半纤维素酶和/或纤维素酶与 植酸酶的酶组合物的用途，其用于增加在适合将有机材料转化为生物气体的方法中存在的 微生物对蛋白和多糖的消化性、用于增加矿物质（金属）在适合将有机材料转化为生物气 体的方法中的可用性，或用于减少在适合将有机材料转化为生物气体的方法中在构件诸如 (金属）表面上以及管线和泵中的盐沉淀。
[0094] 根据本发明的另一方面，提供用于本发明的方法的酶组合物。
[0095] 方法和材料
[0096] MethaPlus? L 100 (由荷兰DSM公司获得的含有纤维素酶和半纤维素酶的混合 物）。
[0097] 植酸酶5000L(由荷兰DSM公司获得的植酸酶制剂）。
[0098] 实施例1
[0099] 植酸酶、半纤维素酶和纤维素酶用于生物气体生产的实验室试验
[0100] 在具有500ml体积的12个试验瓶中分批进行此试验，在39°C下持续21天。这些 试验都一式三份进行（每组条件下3个瓶）。
[0101] 底物是玉米青贮饲料（总底物混合物的有机干物质的60% )、奶牛粪肥（总底物 混合物的有机干物质的30% )和小麦谷粒（总底物混合物的有机干物质的10% )的混合 物。试验之前，将玉米青贮饲料干燥（60°C )并研磨成< 0. 5mm的粒度。将小麦谷粒研磨成 相同粒度。
[0102] 使用两种酶制剂：MethaPlus L 100和植酸酶5000L。
[0103] 应用以下实验变量（参见表1)
[0104] 表 1
[0105]

【权利要求】
1. 一种从有机材料生产生物气体的方法，其包括： -用包含植酸酶的酶组合物处理所述有机材料；和 -消化经过酶处理的有机材料以形成生物气体。
2. 根据权利要求1所述的方法，其还包括，在酶处理之前： -处理所述有机材料以减少有活力微生物的数量。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其还包括，在酶处理之后： -使经过酶处理的有机材料经历固-液分离并回收液体部分，由此消化所述液体部分 以形成生物气体。
4. 根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其中所述酶组合物还包含半纤维素酶和 /或纤维素酶。
5. 根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其中所述有机材料包含啤酒糟。
6. 根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其中所述有机材料包含全玉米青贮饲料。
7. 根据权利要求1到6中任一项所述的方法，其中所述有机材料是包含两种或更多种 有机材料的混合物。
8. 根据权利要求1到7中任一项所述的方法，其中所述有机材料是包含谷粒和粪肥的 混合物。
9. 根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其中所述有机材料是包含粪肥、优选猪粪 肥和啤酒糟的混合物。
10. 根据权利要求1到9中任一项所述的方法，其中所述有机材料是包含粪肥、优选猪 粪肥和玉米青贮饲料、优选全玉米青贮饲料的混合物。
11. 根据权利要求1到10中任一项所述的方法，其中所述酶处理在7或更高的pH下进 行。
12. 根据权利要求1到11中任一项所述的方法，其中所述酶处理在低于7的pH下进 行。
13. 包含植酸酶的酶组合物的用途，其用于增加在适合将有机材料转化为生物气体的 方法中存在的微生物对蛋白和多糖的消化性。
14. 包含植酸酶的酶组合物的用途，其用于增加矿物质在适合将有机材料转化为生物 气体的方法中的可用性。
15. 包含植酸酶的酶组合物的用途，其用于减少在适合将有机材料转化为生物气体的 方法中在构件例如（金属）表面上以及管线和泵中的盐沉淀。
【文档编号】C12P5/02GK104411829SQ201380033601
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年6月25日 优先权日:2012年6月26日
【发明者】胡戈·斯特里科斯特罗, 西奥多勒斯·马吕斯·韦尔洛因 申请人:帝斯曼知识产权资产管理有限公司