Un proceso que comprende la sacarificación de un almidón granular con:

a) una glucoamilasa,

b) una alfa-amilasa bacteriana que comprende un módulo de unión de carbohidratos (CBM), y

c) una alfa-amilasa fúngica que comprende un CBM,

para producir un hidrolizado de almidón

Procesos para la producción de un hidrolizado de almidón.

Campo de la invención

La presente invención relata un proceso mejorado para la producción de un hidrolizado del almidón, p. ej. para el uso en un proceso de fermentación.

Antecedentes de la invención

La presente invención relata procesos para la producción de un producto de fermentación a partir de almidón granular.

Los granos, cereales o tubérculos de plantas contienen almidón. El almidón está en forma de gránulos microscópicos insolubles en agua a temperatura ambiente. Cuando una mezcla acuosa de almidón se calienta, los gránulos se hinchan y eventualmente estallan, dispersando las moléculas de almidón dentro de la solución. Durante este proceso de gelatinización, se da un aumento espectacular de viscosidad. Debido a que el nivel de sólidos en un proceso típico industrial es aproximadamente el 30-40%, el almidón se tiene que diluir o "licuar" para que se pueda manipular. Esta reducción de viscosidad generalmente se logra por degradación enzimática en un proceso denominado licuefacción. Durante la licuefacción, el almidón de cadena larga se degrada en ramas menores y cadenas lineales de unidades de glucosa (dextrinas) por una alfa-amilasa.

Un proceso convencional de licuefacción enzimática se puede llevar a cabo como un proceso de mezcla caliente de tres fases. La mezcla se calienta hasta entre 80-85ºC y se añade alfa-amilasa termoestable para iniciar la licuefacción. La mezcla se cocina entonces a chorro de vapor a una temperatura de entre 105-125ºC para completar la gelatinización de la mezcla, enfriada a 60-95ºC y, generalmente, se añade alfa-amilasa adicional para finalizar la hidrólisis. El proceso de licuefacción se lleva a cabo generalmente a pH entre 5 y 6.

Durante la sacarificación, las dextrinas de la licuefacción se hidrolizan aún más para producir azúcares de molécula baja DP_1-3, que se pueden metabolizar por un organismo fermentador, tal como levadura. La hidrólisis se lleva a cabo típicamente utilizando glucoamilasa, alternativamente o además de glucoamilasas, se pueden utilizar alfa-glucosidasas y/o alfa-amilasas ácidas. Una fase completa de sacarificación dura típicamente hasta 72 horas, no obstante, es común hacer solamente una presacarificacíón de, p. ej., 40-90 minutos a una temperatura superior a 50ºC, seguida de una sacarificación completa durante la fermentación en un proceso conocido como sacarificación y fermentación simultánea (SFS).

La fermentación se lleva a cabo utilizando un organismo fermentador, tal como levadura, que se añade a la masa. Después se recupera el producto de fermentación. Para el etanol, p. ej. el etanol combustible, potable o industrial, la fermentación se lleva a cabo, típicamente durante 35-60 horas a una temperatura típicamente de alrededor de 32ºC. Cuando el producto de la fermentación es cerveza, la fermentación se lleva a cabo, típicamente durante un periodo de hasta 8 días a una temperatura típicamente de alrededor de 14ºC.

Tras la fermentación, la masa se puede utilizar, p. ej., como una cerveza, o destilada para recuperar etanol. El etanol se puede utilizar como, p. ej., etanol combustible, etanol potable, y/o etanol industrial.

Parecerá por la discusión anterior que la hidrólisis de almidón en un proceso convencional es de un consumo energético muy elevado debido a los diferentes requisitos de temperatura durante las diferentes fases. Varias solicitudes de patente abordan la cuestión proporcionando procesos para la conversión de almidón granular en etanol sin la fase de gelatinización de tan elevado consumo energético.

Las patentes estadounidenses nº. 4.316.956 y WO 2004/113551 proporcionan procesos de fermentación para la conversión de almidón granular a etanol.

Las solicitudes WO 2005/003311 y PCT/US05/46725 proporcionan alfa-amilasas fúngicas útiles para la conversión de almidón granular en azúcares fermentables, p. ej. para la producción de etanol.

La solicitud PCT/DK2005/000819 proporciona alfa-amilasas bacterianas útiles para la conversión de almidón granular en azúcares fermentables, p. ej., para la producción de etanol.

El objetivo de la presente invención es proporcionar procesos mejorados para la conversión de materiales que contienen almidón blanqueado, tal como el almidón granular.

Resumen de la invención

La presente divulgación proporciona procesos para producir un hidrolizado de almidón a partir de material que contiene almidón sin la gelatinización de dicho material que contiene almidón. El hidrolizado de almidón se puede utilizar, p. ej. como un edulcorante o en la producción de un producto de fermentación, tal como el etanol. Sorprendentemente los inventores han descubierto que al combinar la acción de una alfa-amilasa bacteriana que comprende un módulo de unión de carbohidratos y la acción de una alfa-amilasa fúngica que comprende un módulo de unión de carbohidratos se consigue un aumento en el rendimiento en comparación con el uso de una cantidad aumentada de una alfa-amilasa bacteriana que comprende un módulo de unión de carbohidratos o de una cantidad aumentada de una alfa-amilasa fúngica que comprende un módulo de unión de carbohidratos.

Por lo tanto en un primer aspecto, la invención proporciona un proceso que comprende la sacarificación de un almidón granular con: a) una glucoamilasa, b) una alfa-amilasa bacteriana que comprende un módulo de unión de carbohidratos (CBM), y, c) una alfa-amilasa fúngica que comprende un CBM, para producir un hidrolizado de almidón.

En una versión preferible el hidrolizado de almidón del primer aspecto se pone más en contacto con un organismo de fermentación para producir un producto de fermentación, preferiblemente etanol. Preferiblemente la sacarificación y la fermentación se llevan a cabo simultáneamente.

En un segundo aspecto, la invención proporciona composiciones de una alfa-amilasa bacteriana que comprende un módulo de unión de carbohidratos y la acción de una alfa-amilasa fúngica que comprende un módulo de unión de carbohidratos.

Descripción detallada de la invención

Antes de la sacarificación se prepara una mezcla de material con contenido de almidón, tal como almidón granular, con un 20-55% en peso de sólidos secos, preferiblemente un 25-40% en peso de sólidos secos, más preferiblemente un 30-35% de sólidos secos de material con contenido de almidón. La mezcla puede incluir agua y/o aguas de proceso, tales como residuos de elaboración (restos), agua de lavado, condensado o destilado del evaporador, agua del extractor lateral de la destilación, u otra agua de proceso de la planta de productos de fermentación. Debido a que el proceso se lleva a cabo por debajo de la temperatura de gelatinización y por tanto no tiene lugar ningún aumento significativo de la viscosidad, se pueden utilizar niveles altos de residuos de elaboración si se desea. La mezcla acuosa puede contener desde aproximadamente un 1% hasta aproximadamente un 70% en volumen de residuos de elaboración, preferiblemente 15-60% en volumen de residuos de elaboración, especialmente desde aproximadamente un 30% a un 50% en volumen de residuos de elaboración.

A fin de exponer más superficie del material con contenido de almidón, se muele. En una versión, el tamaño de la partícula es de entre 0.05-3.0 mm, o al menos un 30% del material molido con contenido de almidón pasa a través de un tamiz con una pantalla de 0.05 a 3.0 mm. Después de someterse a tal proceso al menos un 85%, al menos un 86%, al menos un 87%, al menos un 88%, al menos un 89%, al menos un 90%, al menos un 91%, al menos un 92%, al menos un 93%, al menos un 94%, al menos un 95%, al menos un 96%, al menos un 97%, al menos un 98%, o preferiblemente al menos un 99% de los sólidos secos del material con contenido de almidón o del almidón del material con contenido de almidón se convierte en un hidrolizado del almidón soluble.

El proceso de la presente divulgación se lleva a cabo a una temperatura inferior a la temperatura inicial de la gelatinización. El proceso se puede llevar a cabo como un proceso de sacarificación y fermentación simultáneas. En tal caso el proceso se lleva a cabo normalmente a una temperatura de entre 28ºC y 36ºC, tal como de entre 29ºC y 35ºC, tal como de entre 30ºC y 34ºC, tal como a aproximadamente 32ºC. La temperatura se puede ajustar hacia arriba o hacia abajo durante la fermentación.

La sacarificación...

1. Un proceso que comprende la sacarificación de un almidón granular con:

para producir un hidrolizado de almidón.

2. El proceso de la reivindicación 1, comprendiendo además poner en contacto el hidrolizado de almidón con un organismo de fermentación para producir un producto de fermentación.

3. El proceso de la reivindicación 2, donde la sacarificación y la fermentación se llevan a cabo simultáneamente.

4. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 3, donde el producto de fermentación se recupera después de la fermentación.

5. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 2-4, donde el producto de fermentación es un alcohol, preferiblemente etanol, especialmente etanol combustible, etanol potable y/o etanol industrial.

6. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-5, donde la alfa-amilasa fúngica que comprende un CBM y/o la alfa-amilasa bacteriana que comprende un CBM es una alfa-amilasa fúngica ácida y/o una alfa-amilasa bacteriana ácida.

7. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-6, donde la alfa-amilasa fúngica que comprende un CBM y/o la alfa-amilasa bacteriana que comprende un CBM es una enzima de tipo salvaje o una variante genéticamente modificada de una enzima de tipo salvaje que comprende un CBM.

8. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-7, donde la alfa-amilasa fúngica que comprende un CBM y/o la alfa-amilasa bacteriana que comprende un CBM es una enzima híbrida, preferiblemente una enzima híbrida que comprende un dominio catalítico de alfa-amilasa (CD) y un CBM y opcionalmente un enlazador.

9. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-8, donde el CBM fúngico es una secuencia de aminoácidos que tiene al menos un 70% de homología con los aminoácidos 488 a 595 en la SEC ID Nº:2.

10. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-9, donde la alfa-amilasa fúngica que comprende un CBM es una secuencia de aminoácidos que tiene al menos un 70% de homología con los aminoácidos 13 a 595 en la SEC ID Nº:2.

11. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-10, donde el dominio catalítico de la alfa-amilasa bacteriana es una secuencia de aminoácidos que tiene al menos un 70% de homología con los aminoácidos 32 a 520 en la SEC ID Nº:1.

12. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-11, donde el dominio catalítico de la alfa-amilasa bacteriana y/o el CBM está derivado de Bacillus flavotermus.

13. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-12, donde el CBM bacteriano es una secuencia de aminoácidos que tiene al menos un 70% de homología con los aminoácidos 521 a 619 en la SEC ID Nº:1.

14. Una composición adecuada para la sacarificación de un almidón granular, comprendiendo dicha composición una alfa-amilasa bacteriana que comprende un CBM, y una alfa-amilasa fúngica que comprende un CBM.