Procedimiento para producir líquido que contiene azúcar.

Procedimiento para producir un líquido que contiene azúcar utilizando una biomasa que contiene celulosa como materia prima, comprendiendo dicho procedimiento:

(1) una etapa de hidrolización de una biomasa que contiene celulosa para producir una solución acuosa de azúcar;

(2) una etapa de paso de la solución acuosa de azúcar obtenida en dicha etapa (1) a través de una membrana de microfiltración y/o membrana de ultrafiltración para eliminar partículas finas y componentes macromoleculares; y

(3) una etapa de filtración de la solución acuosa de azúcar obtenida en dicha etapa (2) a través de una membrana de nanofiltración para recoger un líquido que contiene azúcar purificado desde el lado de alimentación, mientras se eliminan sustancias que inhiben la fermentación que comprenden uno o más compuestos fenólicos desde el lado del permeado;

en el que dichos compuestos fenólicos son vanilina, acetovanilina o ácido siríngico.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2009/070512.

Solicitante: TORAY INDUSTRIES, INC..

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 1-1, NIHONBASHI-MUROMACHI 2-CHOME CHUO-KU, TOKYO 103-8666 JAPON.

Inventor/es: YAMADA, KATSUSHIGE, MINEGISHI,SHIN-ICHI, SAWAI,HIDEKI, HANAKAWA,MASAYUKI, KURIHARA,HIROYUKI, MINAMINO,ATSUSHI, ITO,MASATERU.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE;... > MICROORGANISMOS O ENZIMAS; COMPOSICIONES QUE LOS... > C12N15/00 (Técnicas de mutación o de ingeniería genética; ADN o ARN relacionado con la ingeniería genética, vectores, p. ej. plásmidos, o su aislamiento, su preparación o su purificación; Utilización de huéspedes para ello (mutantes o microorganismos modificados por ingeniería genética C12N 1/00, C12N 5/00, C12N 7/00; nuevas plantas en sí A01H; reproducción de plantas por técnicas de cultivo de tejidos A01H 4/00; nuevas razas animales en sí A01K 67/00; utilización de preparaciones medicinales que contienen material genético que es introducido en células del cuerpo humano para tratar enfermedades genéticas, terapia génica A61K 48/00; péptidos en general C07K))
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE;... > MICROORGANISMOS O ENZIMAS; COMPOSICIONES QUE LOS... > Microorganismos, p.ej. protozoos; Composiciones que... > C12N1/21 (modificados por la introducción de material genético extraño)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE;... > PROCESOS DE FERMENTACION O PROCESOS QUE UTILIZAN... > Preparación de compuestos que contienen radicales... > C12P19/14 (preparados por acción de una carbohidrasa, p. ej. por acción de la alfa-amilasa)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > INDUSTRIA DEL AZUCAR > SACARIDOS, EXCEPTO LA SACAROSA, OBTENIDOS DE FUENTES... > C13K13/00 (Azúcares no previstos en otro lugar en la presente clase)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE;... > PROCESOS DE FERMENTACION O PROCESOS QUE UTILIZAN... > C12P13/00 (Preparación de compuestos orgánicos que contienen nitrógeno)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > INDUSTRIA DEL AZUCAR > SACARIDOS, EXCEPTO LA SACAROSA, OBTENIDOS DE FUENTES... > Glucosa (separación a partir de azúcar invertido... > C13K1/02 (obtenidos por sacarificación de materiales celulósicos (fabricación de piensos A23K 1/12))
  • C12S3/04
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda... > Membranas semipermeables destinadas a los procedimientos... > B01D71/08 (Polisacáridos)

PDF original: ES-2531298_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento para producir líquido que contiene azúcar

SECTOR TÉCNICO

La presente invención se refiere a un procedimiento para producir un líquido que contiene azúcar a partir de una biomasa que contiene celulosa.

ANTECEDENTES TÉCNICOS

El proceso de producción por fermentación de productos químicos utilizando azúcares como materias primas ha sido utilizado para producir diversos materiales industriales. Actualmente, como azúcares a utilizar como materias primas para fermentación, se utilizan a nivel industrial derivados de materiales alimentarios tales como caña de azúcar, almidón y remolacha azucarera. Sin embargo, teniendo en cuenta el hecho de que se espera un aumento de los precios de los materiales alimentarios debido al futuro incremento de la población mundial, o desde un punto de vista ético del hecho de que los azúcares como materiales industriales pueden competir con azúcares para alimento, es necesario conseguir en el futuro un proceso para producir de manera eficiente un líquido que contiene azúcar a partir de un recurso no alimentario renovable, es decir, biomasa que contiene celulosa, o un proceso para convertir de manera eficiente un líquido que contiene azúcar obtenido como materia prima para fermentación en un material industrial.

Los ejemplos de procedimientos dados a conocer para producir un líquido que contiene azúcar a partir de una biomasa que contiene celulosa incluyen procedimientos para producir líquidos que contienen azúcar utilizando ácido sulfúrico, tales como procedimientos para producir líquidos que contienen azúcar por hidrólisis ácida de celulosa y hemicelulosa utilizando ácido sulfúrico concentrado (documentos de patente 1 y 2) y un procedimiento en el que una biomasa que contiene celulosa se somete a tratamiento de hidrólisis utilizando ácido sulfúrico diluido y a continuación es tratada enzimáticamente con celulasa y similares para producir un líquido que contiene azúcar (documento no de patente 1) .

Además, los ejemplos de procedimientos dados a conocer en los que no se utilizan ácidos incluyen un procedimiento en el que una biomasa que contiene celulosa se hidroliza utilizando agua subcrítica a aproximadamente de 250 a 500º C para producir un líq uido que contiene azúcar (documento de patente 3) , un procedimiento en el que una biomasa que contiene celulosa se somete a tratamiento con agua subcrítica y a continuación se trata enzimáticamente para producir un líquido que contiene azúcar (documento de patente 4) , y un procedimiento en el que una biomasa que contiene celulosa se somete a tratamiento de hidrólisis con agua caliente presurizada a 240º C -280º C y a continuación se tra ta enzimáticamente para producir un líquido que contiene azúcar (documento de patente 5) .

Sin embargo, durante la hidrólisis de una biomasa que contiene celulosa, al mismo tiempo con descomposición del componente de celulosa o hemicelulosa o similar, tiene lugar la reacción de descomposición de los azúcares producidos tales como glucosa y xilosa, y se producen subproductos tales como compuestos de furano que incluyen furfural e hidroximetilfurfural; y ácidos orgánicos que incluyen ácido fórmico, ácido acético y ácido levulínico, que han sido problemáticos. Además, dado que una biomasa que contiene celulosa contiene componentes de lignina, que son polímeros aromáticos, los componentes de lignina se descomponen durante la etapa de tratamiento con ácido produciendo compuestos aromáticos de bajo peso molecular, tales como fenoles como subproductos, al mismo tiempo. Estos compuestos tienen acciones inhibidoras durante la etapa de fermentación utilizando un microorganismo y causan la inhibición del crecimiento del microorganismo, lo que conduce a disminución del rendimiento del producto de fermentación. Por lo tanto, estos compuestos se denominan sustancias que inhiben la fermentación y han sido gravemente problemáticas cuando se utilizó un líquido que contiene azúcar de biomasa que contiene celulosa como materia prima de fermentación.

Los ejemplos del procedimiento, que se ha dado a conocer, para eliminar dichas sustancias que inhiben la fermentación durante el proceso de producción de líquido que contiene azúcar incluyen el procedimiento llamado “overliming” (sobreencalado) (documento no de patente 2) . En este procedimiento, durante una etapa de neutralización de una celulosa tratada con ácido o líquido sacarificado mediante adición de cal, el líquido se mantiene mientras es calentado a aproximadamente 60º C durante cierto periodo, para eliminar sustancias que inhiben la fermentación tales como furfural y HMF junto con el componente de yeso. Sin embargo, el “overliming” solamente tiene un efecto pequeño de eliminar ácidos orgánicos tales como ácido fórmico, ácido acético y ácido levulínico, lo que ha sido problemático.

Además, se ha dado a conocer otro procedimiento para eliminar sustancias que inhiben la fermentación, un procedimiento en el que vapor de agua es soplado al interior de un líquido que contiene azúcar preparado a partir de una biomasa que contiene celulosa para eliminar sustancias que inhiben la fermentación por evaporación (documento de patente 6) . Sin embargo, dado que dicho procedimiento por eliminación evaporativa depende de los puntos de ebullición de las sustancias que inhiben la fermentación, las eficiencias de eliminación de sustancias que

inhiben la fermentación tales como ácidos orgánicos que tienen bajos puntos de ebullición son especialmente bajas, de modo que se requiere una gran cantidad de energía para obtener suficiente eficiencia de eliminación, lo que ha sido problemático.

También se conoce un procedimiento en el que sustancias que inhiben la fermentación se eliminan por intercambio iónico (documento de patente 7) , pero esto ha sido problemático teniendo en cuenta el coste. Además, se conoce un procedimiento en el que se lleva a cabo eliminación adsortiva utilizando un carburo a base de madera, es decir, carbón activado o similar, pero los compuestos a eliminar están limitados a compuestos hidrófobos, lo que ha sido problemático (documento de patente 8) .

Además, se ha dado a conocer un procedimiento que incluye una membrana de nanofiltración (documento no de patente 3) , que tiene un límite de peso molecular de 100 g/ml, que permite pasar solamente a aquellos componentes en el flujo de permeado que tienen un peso molecular por debajo de 100 g/mol.

DOCUMENTOS DE LA TÉCNICA ANTERIOR

Documentos de patente [Documento de patente 1] Solicitud de patente PCT japonesa traducida abierta a inspección pública No. 11-506934 (JP11506934, también publicada como WO9640970)

[Documento de patente 2] JP 2005-229821 A

[Documento de patente 3] JP 2003-212888 A

[Documento de patente 4] JP 2001-95597 A

[Documento de patente 5] JP 3041380 B

[Documento de patente 6] JP 2004-187650 A

[Documento de patente 7] Solicitud de patente PCT japonesa traducida abierta a inspección pública No. 2001-511418 (JP2001511418, también publicada como WO9906133)

[Documento de patente 8] JP 2005-270056 A

Documentos no de patente [Documento no de patente 1] A. Aden y otros, “Lignocellulosic Biomass to Ethanol Process Design and Economics Utilizing Co-Current Dilute Acid Prehydrolysis and Enzymatic Hydrolysis for Corn Stover” NREL Technical Report (2002)

[Documento no de patente 2] M. Alfred y otros, “Effect of pH, time and temperature of overliming on detoxification of dilute-acid hydrolyzates for fermentation by Saccaromyces cerevisiase” Process Biochemistr y , 38, 515-522 (2002)

[Documento no de patente 3] s. Liu y otros, “Membrane... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para producir un líquido que contiene azúcar utilizando una biomasa que contiene celulosa como materia prima, comprendiendo dicho procedimiento: 5 (1) una etapa de hidrolización de una biomasa que contiene celulosa para producir una solución acuosa de azúcar;

(2) una etapa de paso de la solución acuosa de azúcar obtenida en dicha etapa (1) a través de una membrana de microfiltración y/o membrana de ultrafiltración para eliminar partículas finas y componentes macromoleculares; y

(3) una etapa de filtración de la solución acuosa de azúcar obtenida en dicha etapa (2) a través de una membrana de nanofiltración para recoger un líquido que contiene azúcar purificado desde el lado de alimentación, mientras se

eliminan sustancias que inhiben la fermentación que comprenden uno o más compuestos fenólicos desde el lado del permeado; en el que dichos compuestos fenólicos son vanilina, acetovanilina o ácido siríngico 2. Procedimiento para producir un líquido que contiene azúcar, según la reivindicación 1, en el que el pH de dicha 15 solución acuosa de azúcar en dicha etapa (3) se ajusta entre 1 y 5.

3. Procedimiento para producir un líquido que contiene azúcar, según la reivindicación 1 ó 2, en el que dichas sustancias que inhiben la fermentación comprenden una o más sustancias seleccionadas entre el grupo que comprende ácidos orgánicos y compuestos de furano.

4. Procedimiento para producir un líquido que contiene azúcar, según la reivindicación 3, en el que dicho ácido orgánico es ácido fórmico o ácido acético.

5. Procedimiento para producir un líquido que contiene azúcar, según la reivindicación 3, en el que dicho compuesto 25 de furano es hidroximetilfurfural o furfural.

6. Procedimiento para producir un líquido que contiene azúcar, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicho líquido que contiene azúcar purificado en dicha etapa (3) es un líquido que contiene azúcar que contiene un monosacárido como componente principal.

7. Procedimiento para producir un líquido que contiene azúcar, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la temperatura de dicha solución acuosa de azúcar en dicha etapa (3) se ajusta entre 1 y 15º C.

8. Procedimiento para producir un líquido que contiene azúcar, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, 35 en el que la capa o capas funcionales de dicha membrana de nanofiltración en dicha etapa (3) es/son poliamida.

9. Procedimiento para producir un líquido que contiene azúcar, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la capa funcional de dicha membrana de nanofiltración en dicha etapa (3) comprende una poliamida de piperazina reticulada como componente principal y comprende, además, un componente constituyente representado mediante la fórmula química 1: [Fórmula química 1]

(en la que R representa -H o -CH3; y n representa un número entero de 0 a 3) .

10. Procedimiento para producir un líquido que contiene azúcar, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende además la etapa de fermentar el líquido que contiene azúcar obtenido de la etapa (3) para producir un producto químico.

11. Procedimiento para producir un líquido que contiene azúcar, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en 50 el que la membrana de nanofiltración permite la penetración de iones monovalentes pero bloquea los iones divalentes.