Sistema de procesos integrado para la producción de lípidos y reducción a pulpa.

Un proceso integrado que comprende:

- un primer proceso, que es un proceso de producción de aceite unicelular,

y un segundo proceso, que es un proceso de la industria de la pulpa y/o del papel,

en el que la materia orgánica del proceso de la industria de la pulpa y/o del papel se introduce en el proceso de producción de aceite unicelular, y en el que, en el proceso de producción de aceite unicelular, se usa un microorganismo capaz de producir lípidos y enzimas cuando se cultiva en un medio que comprende materia orgánica del proceso de la industria de la pulpa y/o del papel,

- la producción de lípidos y enzimas por dichos microorganismos en el proceso de producción de aceite unicelular;

- la separación del sobrenadante y de las células de microorganismos del cultivo de microorganismos;

- la recuperación de lípidos de las células de microorganismos, y

la recuperación del sobrenadante o de una fracción enriquecida en proteínas del sobrenadante que comprende enzimas catalíticamente activas o una dilución del sobrenadante que comprende enzimas catalíticamente activas del proceso de producción de aceite unicelular y la introducción de uno o de todos ellos en el proceso de la industria de la pulpa y/o del papel.

Sistema de procesos integrado para la producción de lípidos y reducción a pulpa La presente invención se refiere a un sistema de procesos integrado, en el que uno de los procesos es un proceso de la industria de la pulpa o del papel y el otro proceso es un proceso de producción de aceite unicelular (proceso de producción de lípidos microbianos) . La invención se refiere también a un proceso de producción de lípidos a partir de residuos industriales de pulpa y/o papel en el sistema integrado y al uso de los lípidos.

Antecedentes La hemicelulosa representa una fracción relativamente alta en los materiales de madera, siendo normalmente del 20 al 40 % en peso del material de madera en función de la especie maderera. En los procesos de reducción química a pulpa, tales como los procesos de reducción a pulpa Kraft y pulpa disolvente, la madera se deslignifica. Además de la lignina, en el proceso de reducción química a pulpa, se separa la hemicelulosa en gran medida de la celulosa, y el producto de pulpa final solo contiene cantidades bajas o nulas de hemicelulosa dependiendo del proceso. Por lo tanto, aproximadamente la mitad de la madera se disuelve en los procesos químicos de reducción a pulpa. En los procesos de reducción a pulpa, tales como la reducción a pulpa Kraft o pulpa al sulfito (pulpa disolvente) , la fracción de hemicelulosa que se separa de la pulpa principalmente se somete a combustión y no se valoriza.

En el proceso principal de reducción a pulpa, la reducción a pulpa Kraft (reducción a pulpa al sulfato y cocción) , la lignina de la madera y, en parte, la hemicelulosa se disuelven en condiciones severas en un digestor (cocción) . Los productos de degradación de la hemicelulosa en el licor resultante (licor negro) son bastante complejos, y su separación y purificación del licor son difíciles, siendo poco idóneos para los procesos microbianos. Por esa razón, el licor negro se quema en la caldera de recuperación para producir electricidad y energía térmica. Sin embargo, la hemicelulosa tiene un valor calórico significativamente más bajo que la lignina, y la combustión de las hemicelulosas disueltas no constituye un uso económico óptimo de este recurso. Por lo tanto, preferentemente, se debería extraer la hemicelulosa, antes de la cocción, para generar productos de mayor valor. Una opción para valorizar la hemicelulosa es convertirla en productos químicos y/o biocombustibles (por ejemplo, etanol, butanol) mediante procesos microbiológicos. Sin embargo, esta extracción previa de la hemicelulosa antes de la reducción a pulpa no debería reducir el rendimiento ni la calidad de la pulpa.

La pulpa disolvente (también denominada celulosa disolvente) es una pulpa de madera blanqueada que tiene un alto contenido de celulosa (> 90 %) . La pulpa disolvente es una pulpa de calidad química usada como materia prima para una amplia variedad de derivados de celulosa, por ejemplo, rayón (textiles) , celofán, acetato de celulosa y metilcelulosa. La pulpa disolvente se fabrica mediante el proceso al sulfito o el proceso Kraft con una etapa de extracción de las hemicelulosas previa al proceso de reducción a pulpa. La hemicelulosa es un subproducto que se está desperdiciando en gran medida en las fábricas de hoy en día, pues se suele quemar en las calderas, perdiéndose la mayor parte de la energía en forma de calor residual.

Se pueden aplicar varios métodos diferentes de extracción previa de la hemicelulosa antes de la reducción a pulpa Kraft, tales como la extracción en agua caliente a presión (tratamiento hidrotérmico) y diversos métodos organosolv usando alcoholes (por ejemplo etanol, metanol) y/o ácidos orgánicos (por ejemplo, ácido acético, ácido fórmico, ácido málico, ácido láctico o ácido peracético) posiblemente complementados con un catalizador ácido tal como SO2. Los métodos pueden facilitar principalmente la eliminación de la hemicelulosa o tanto de la lignina como de la hemicelulosa de la fracción de pulpa. En la mayoría de estos métodos de extracción previa, la hemicelulosa se obtiene, al menos parcialmente, en forma oligomérica. Los oligómeros necesitan ser hidrolizados en monómeros antes de poder ser convertidos en los productos finales por microorganismos. La conversión de los oligómeros de azúcar de la hemicelulosa en monómeros de azúcar puede ser realizada por enzimas específicas tales como xilanasas, arabinasas, galactosidasas y/o mananasas, dependiendo del tipo de hemicelulosa (dependiendo de la especie maderera) . Dichas enzimas son producidas por ciertos microorganismos, normalmente, por hongos o bacterias.

En la técnica anterior, se ha sugerido un concepto de biorrefinería que incluye la extracción previa de la hemicelulosa antes del proceso de reducción a pulpa y la utilización de la fracción de hemicelulosa en la producción de etanol o productos químicos. En Huang et al. (2008) , se presenta una revisión de los métodos de extracción previa de la hemicelulosa, y en Marinova et al. (2009) , una visión general de la biorrefinería de la pulpa Kraft que incluye la extracción previa de la hemicelulosa. La publicación de patente US20090165968 describe un método para extraer previamente la hemicelulosa antes del proceso de reducción a pulpa Kraft, lo que aumenta la susceptibilidad de la hemicelulosa a las fermentaciones biológicas para la obtención de etanol y productos químicos. En Mendes et al. (2010) , se describe la producción de etanol a partir de la hemicelulosa previamente extraída de un proceso de reducción a pulpa Kraft de eucalipto.

Aunque en la técnica anterior se han descrito varios métodos mediante los cuales se puede extraer material de madera y, en particular, hemicelulosa para los procesos de la industria de la pulpa, todavía existe la necesidad de nuevos procesos que faciliten el fraccionamiento y la posterior valorización del material de madera, en particular, de

la hemicelulosa, para los procesos de la industria de la pulpa.

La degradación y la utilización del material lignocelulósico también son importantes en otros campos de la industria además de en los procesos de la industria de la pulpa. Los aceites unicelulares se han usado tradicionalmente como productos especiales, por ejemplo, en alimentos sanos. También se ha descrito un tipo similar de proceso de producción para la generación de lípidos destinados a la producción de biodiesel. Sin embargo, dado que el producto es una sustancia química básica de bajo coste, los costes del proceso no deberían estar en el nivel de los costes de proceso de los productos especiales. Además, la producción de lípidos por parte de los microorganismos heterótrofos normalmente es muy baja, inferior al 20 % por ciento en peso del azúcar suministrado, y en el mejor de los casos, se puede transformar del 22 al 24 % de los azúcares disponibles en aceite. Por estas razones, para la producción de aceite, es necesaria la utilización de materias primas de bajo coste, tales como materia prima lignocelulósica.

En general, los procesos de producción de aceites unicelulares con el uso de microorganismos comprenden el cultivo de microorganismos en biorreactores aireados, permitiendo que las células acumulen lípidos, la cosecha de las células ricas en lípidos y la obtención de aceite de las células.

La utilización de materia prima celulósica para la producción de aceite se ha sugerido en algunas publicaciones recientes de patente. El documento US 2009/0064567 A1 desvela la producción de aceites biológicos por fermentación heterotrófica mediante el cultivo de microorganismos del reino Stramenopile usando materia prima que contiene celulosa como principal fuente de carbono. La celulosa es hidrolizada por enzimas o por otros microorganismos capaces de sacarificar la celulosa. El documento US2009/0011480 A1 desvela la producción de aceites biológicos a partir de material celulósico despolimerizado por microalgas y hongos.

La publicación de patente US2009/217569 desvela la producción de aceite unicelular a partir de diversos hidrolizados lignocelulósicos e hidrolizados de otros materiales, incluyendo la madera y los residuos de la industria de la pulpa y del papel para la fabricación de biocombustibles. El método comprende tratar el material original con agua, ácido o base y poner en contacto el filtrado o el precipitado con microorganismos productores de lípidos. La técnica anterior también describe la producción de lípidos directamente de azúcares poliméricos de lignocelulosa, tal como xilano según Fall et al. (1984) , o celulosa según Hui et al. (2010) por organismos capaces de producir celulasas o hemicelulasas.

Peng Xiao-Wei et al. (2007) desvelan un proceso de producción de aceite microbiano y... [Seguir leyendo]

1. Un proceso integrado que comprende:

- un primer proceso, que es un proceso de producción de aceite unicelular, y un segundo proceso, que es un proceso de la industria de la pulpa y/o del papel, en el que la materia orgánica del proceso de la industria de la pulpa y/o del papel se introduce en el proceso de producción de aceite unicelular, y en el que, en el proceso de producción de aceite unicelular, se usa un microorganismo capaz de producir lípidos y enzimas cuando se cultiva en un medio que comprende materia orgánica del proceso de la industria de la pulpa y/o del papel, -la producción de lípidos y enzimas por dichos microorganismos en el proceso de producción de aceite unicelular; -la separación del sobrenadante y de las células de microorganismos del cultivo de microorganismos; -la recuperación de lípidos de las células de microorganismos, y la recuperación del sobrenadante o de una fracción enriquecida en proteínas del sobrenadante que comprende enzimas catalíticamente activas o una dilución del sobrenadante que comprende enzimas catalíticamente activas del proceso de producción de aceite unicelular y la introducción de uno o de todos ellos en el proceso de la industria de la pulpa y/o del papel.

2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las enzimas y los lípidos son producidos por el mismo microorganismo.

3. El proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el que el microorganismo productor de enzimas y el microorganismo productor de lípidos son diferentes.

4. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que las enzimas comprenden hemicelulasas, xilanasas, mananasas, galatosidasas, peroxidasas, lacasas, pectinasas, celulasas, glucosidasas, arabinasas, lipasas, amilasas, esterasas o proteasas o cualquier mezcla de las mismas.

5. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la materia orgánica suministrada en el proceso de producción de aceite unicelular comprende al menos un 50 % de lignocelulosas o una fracción de lignocelulosa, preferentemente al menos un 10 % de azúcares poliméricos.

6. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la materia orgánica comprende al menos un 20 %, preferentemente al menos un 30 % de hemicelulosas, o una o varias fracciones de hemicelulosa.

7. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que las enzimas comprenden exoenzimas, preferentemente enzimas asociadas con la hidrólisis de la hemicelulosa.

8. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la materia orgánica comprende al menos un 20 % de celulosa, preferentemente al menos un 30 % de celulosa o fracciones de la misma.

9. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que las enzimas comprenden exoenzimas, preferentemente enzimas asociadas con la hidrólisis de la celulosa.

10. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el proceso de la industria de la pulpa y/o del papel está seleccionado del grupo de un proceso de reducción a pulpa disolvente, un proceso de reducción a pulpa Kraft, (pre) blanqueamiento de la pulpa o un proceso de reducción mecánica a pulpa, modificación de la fibra, descortezado, un proceso de reciclaje de la fibra, destintado, modificación de la fibra, fabricación de papel y eliminación del limo y/o de la brea.

11. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el microorganismo es un hongo filamentoso, una levadura o una bacteria, preferentemente un hongo perteneciente a un género seleccionado del grupo de Aspergillus, Humicola, Rhizopus y Trichoderma, o es una levadura perteneciente al género Cr y ptococcus, o es una bacteria perteneciente al género Streptomyces.

12. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que las enzimas producidas en el proceso de producción de aceite unicelular se usan en el proceso de la industria de la pulpa y/o del papel como un preparado enzimático o como una fuente de enzimas.

13. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que las enzimas producidas en el proceso de producción de aceite unicelular se vuelven a usar con fines catalíticos en el proceso de producción de aceite unicelular.

14. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que las hemicelulasas producidas en el proceso de producción de aceite unicelular se usan en el (pre) blanqueamiento de la pulpa, la mejora del proceso de reducción a pulpa disolvente, la mejora del proceso de reducción a pulpa Kraft, el descortezado, el destintado y/o la modificación de la fibra, preferentemente en el (pre) blanqueamiento.

15. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que las celulasas producidas en el proceso de producción de aceite unicelular se usan en el destintado, la modificación de la fibra, la mejora del proceso de reducción a pulpa disolvente, la mejora del proceso de reducción a pulpa Kraft y/o el descortezado, preferentemente en la modificación de la fibra y/o en el destintado.

16. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que los lípidos producidos en el proceso de producción de aceite unicelular se usan como biocombustible o como un componente de biocombustible

o como un material de partida para la producción de biocombustible.

17. El proceso de acuerdo con la reivindicación 16, en el que el biocombustible es biodiesel o diesel renovable, gasolina y/o combustible para aviones.

18. Un sistema de procesos integrado para la producción de lípidos y la industria de la pulpa y/o del papel, que comprende que un proceso de producción de lípidos usa materia orgánica procedente de procesos de la industria de la pulpa y/o del papel como materia prima para la producción de lípidos, y los procesos de la industria de la pulpa y/o del papel usan enzimas procedentes del proceso de producción de lípidos.

19. El sistema de procesos integrado de acuerdo con la reivindicación 18, en el que el proceso de la industria de la pulpa y/o del papel es un proceso de reducción química a pulpa, y en el que el proceso de producción de lípidos usa hemicelulosa, lodo primario y/o fracciones del mismo como materia prima para la producción de lípidos, y el proceso de la industria de la pulpa y/o del papel usa hemicelulasas obtenidas del proceso de producción de lípidos.

20. El sistema de procesos integrado de acuerdo con la reivindicación 18, en el que el proceso de la industria de la pulpa y/o del papel es un proceso de reciclaje de fibra, en el que el proceso de producción de lípidos usa lodo del destintado y/o fracciones del mismo como materia prima para la producción de lípidos, y el proceso de la industria de la pulpa y/o del papel usa enzimas obtenidas del proceso de producción de lípidos.

21. El sistema de procesos integrado de acuerdo con la reivindicación 18, en el que el proceso de la industria de la pulpa y/o del papel es un proceso de reducción mecánica a pulpa, en el que el proceso de producción de lípidos usa residuos procedentes de la reducción mecánica a pulpa, lodo primario y/o fracciones del mismo como materia prima para la producción de lípidos, y el proceso de la industria de la pulpa y/o del papel usa enzimas obtenidas del proceso de producción de lípidos.