Detoxificación de materiales que contienen lignocelulosa pretratados.
Proceso para producir un producto de fermentación de material que contiene lignocelulosa,
que incluye las etapas de:
(i) pretratamiento de material que contiene lignocelulosa;
(ii) detoxificación que comprende el sometimiento del material que contiene lignocelulosa pretratado a una o más enzimas de oxidación de compuestos fenólicos y/o una o más enzimas que muestran actividad de peroxidasa;
(iii) hidrolización; y
(iv) fermentación usando un organismo fermentador, donde la detoxificación se realiza simultáneamente con hidrólisis
o fermentación.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2008/060766.
Solicitante: NOVOZYMES NORTH AMERICA, INC..
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 77 PERRY CHAPEL CHURCH ROAD FRANKLINTON, NORTH CAROLINA 27 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: LIU, JIYIN, JIN,QIMING, CASSLAND,BJORN LENNART PIERRE ALEXANDER, HIGGINS,DONALD L.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- C12P7/10 QUIMICA; METALURGIA. › C12 BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE; MICROBIOLOGIA; ENZIMOLOGIA; TECNICAS DE MUTACION O DE GENETICA. › C12P PROCESOS DE FERMENTACION O PROCESOS QUE UTILIZAN ENZIMAS PARA LA SINTESIS DE UN COMPUESTO QUIMICO DADO O DE UNA COMPOSICION DADA, O PARA LA SEPARACION DE ISOMEROS OPTICOS A PARTIR DE UNA MEZCLA RACEMICA. › C12P 7/00 Preparación de compuestos orgánicos que contienen oxígeno. › de un sustrato constituido por materias celulósicas.
PDF original: ES-2390630_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Detoxificación de materiales que contienen lignocelulosa pretratados
Campo técnico
La invención se refiere a procesos de producción de un producto de fermentación de material que contiene lignocelulosa usando un organismo de fermentación que incluye un proceso de detoxificación.
Antecedentes de la invención
Debido a las limitadas reservas de combustibles fósiles y a la preocupación por la emisión de gases invernadero ha habido una creciente focalización en el uso de fuentes de energía renovable. La producción de productos de fermentación de material que contiene lignocelulosa es conocida en la técnica y de forma convencional incluye pretratamiento, hidrólisis, y fermentación del material que contiene lignocelulosa. El pretratamiento produce la liberación de, por ejemplo, fenoles y furanos, del material que contiene lignocelulosa que puede irreversiblemente enlazar enzimas añadidas durante la hidrólisis y la fermentación. Estos compuestos pueden también ser tóxicos para el metabolismo fermentador del organismo e inhibir el rendimiento del organismo fermentador.
La detoxificación por extracción de vapor ha sido sugerida pero es voluminosa y es una fase adicional costosa del proceso. También se ha sugerido lavar el material que contiene lignocelulosa pretratado antes de la hidrólisis. Esto requiere cantidades enormes de agua, que se tiene que eliminar nuevamente, y es por lo tanto también costoso.
Jönsson et al., Appl Microbiol Biotechnol (1998) 49: 691-697 trata la detoxificación de hidrolizados de madera con lacasa y peroxidasa del hongo de pudrición blanca Trametes versicolor.
En consecuencia, hay una necesidad para suministrar procesos para detoxificar material que contiene lignocelulosa pretratado adecuado para procesos de producción del producto de fermentación.
Resumen de la invención
La invención se refiere a procesos de producción de un producto de fermentación de material que contiene lignocelulosa usando un organismo fermentador que incluye un proceso de detoxificación
La invención se refiere a procesos para producir un producto de fermentación de material que contiene lignocelulosa que incluye las etapas de:
(i) pretratamiento del material que contiene lignocelulosa;
(ii) detoxificación conforme al proceso de fermentación de la invención;
(iii) hidrolización; y
(iv) fermentación usando un organismo fermentador, donde la detoxificación se realiza simultáneamente con hidrólisis o fermentación.
Breve descripción de las figuras
La Figura 1 muestra el efecto del tratamiento de lacasa en la conversión de celulosa.
Descripción detallada de la invención
Material que contiene lignocelulosa
El término "materiales que contienen lignocelulosa" usado aquí se refiere a material que principalmente consiste en celulosa, hemicelulosa, y lignina. Frecuentemente tal material es denominado "biomasa".
La estructura de lignocelulosa no es directamente accesible a la hidrólisis enzimática. Por lo tanto, la lignocelulosa tiene que ser tratada previamente, por ejemplo, por hidrólisis ácida bajo condiciones adecuadas de presión y temperatura, para romper el sello de lignina y romper la estructura cristalina de celulosa. Esto causa la solubilización y la sacarificación de la fracción de hemicelulosa. La fracción de celulosa puede después ser hidrolizada enzimáticamente, por ejemplo, por enzimas de celulasa (o enzimas celulolíticas) , para convertir los polímeros de carbohidrato en azúcares fermentables que se pueden fermentar en un producto de fermentación deseado, tal como etanol. Opcionalmente el producto de fermentación es recuperado después de la fermentación, por ejemplo, por destilación.
Cualquier material que contiene lignocelulosa está contemplado conforme a la presente invención. El material que contiene lignocelulosa puede ser cualquier material que contenga lignocelulosa. En una forma de realización preferida el material que contiene lignocelulosa contiene al menos 30 % en peso, preferiblemente al menos 50 % en peso, más preferiblemente al menos 70 % en peso, incluso más preferiblemente al menos 90 % en peso de lignocelulosa. Debe entenderse que el material que contiene lignocelulosa puede también comprender otros ingredientes tal como material celulósico, incluyendo celulosa y hemicelulosa, y puede también comprender otros ingredientes tal como material proteináceo, almidón, azúcares, tal como azúcares fermentables y/o azúcares no fermentables.
El material que contiene lignocelulosa se encuentra generalmente, por ejemplo, en los tallos, hojas, cascarillas, cáscaras, y mazorcas de plantas u hojas, ramas, y madera de árboles. El material que contiene lignocelulosa puede también ser, pero no está limitado a, material herbáceo, residuos agrícolas, residuos de silvicultura, residuos sólidos municipales, residuos de papel, y residuos de fábrica de papel y pulpa. Se entiende aquí que el material que contiene lignocelulosa puede estar en forma de material de pared celular vegetal que contiene lignina, celulosa, y hemicelulosa en una matriz mezclada.
En una forma de realización preferida el material que contiene lignocelulosa es fibra de maíz, paja de arroz, madera de pino, astillas de madera, álamo, bagazo, residuos del procesamiento del papel y de la pulpa.
Otros ejemplos incluyen forraje de maíz, madera dura, tal como álamo y abedul, madera de coníferas, paja de cereal, tal como paja de trigo, mijo perenne, residuos sólidos municipales (MSW) , residuos orgánicos industriales, papel de oficina,
o mezclas derivadas.
En una forma de realización preferida el material que contiene lignocelulosa es forraje de maíz. En otra forma de realización preferida el material es fibra de maíz.
Proceso de detoxificación de material que contiene lignocelulosa pretratado
Cuando el material que contiene lignocelulosa es pretratado, se producen productos de degradación que pueden inhibir enzimas y/o pueden ser tóxicos para organismos fermentadores. Estos productos de degradación reducen seriamente tanto el índice de hidrólisis como el de fermentación.
Métodos para pretratar material que contiene lignocelulosa son conocidos en la técnica. Ejemplos de métodos contemplados son descritos abajo en la sección "Pretratamiento".
Los presentes inventores han descubierto que enzimas de oxidación de compuestos fenólicos pueden utilizarse para detoxificar material que contiene lignocelulosa pretratado. El tiempo de fermentación puede ser reducido como resultado del rendimiento mejorado del organismo fermentador durante la fermentación. En otras palabras, la detoxificación conforme a la invención puede suponer un tiempo de proceso "de producto de material que contiene lignocelulosa para fermentación" más corto. Además, la necesidad de una fase de lavado después del pretratamiento del material que contiene lignocelulosa, para eliminar compuestos tóxicos, y/o adaptación del organismo de fermentación al medio/caldo puede ser eliminado. También, se puede reducir la dosificación del organismo de fermentación.
En una forma de realización preferida el material que contiene lignocelulosa pretratado se puede tratar con celulasa (enzimas celulolíticas) y/o hemicelulasa (enzimas hemicelulolíticas) .
Ejemplos específicos de compuestos de detoxificación se pueden encontrar en la sección "Compuestos detoxificantes" más abajo.
En el material que contiene lignocelulosa pretratado detoxificante puede comprender someter el material que contiene lignocelulosa pretratado a una o más enzimas de oxidación de compuestos fenólicos y/o a una o más enzimas que muestren actividad de peroxidasa.
Los productos de degradación de lignocelulosa pretratados incluyen productos de degradación de lignina, productos de degradación de celulosa y productos de degradación de hemicelulosa. Los productos de degradación de lignina pretratados pueden ser los fenoles en la naturaleza.
Los productos de degradación de hemicelulosa incluyen furanos de azúcares (tales como hexosas y/o pentosas) , incluyendo xilosa, manosa, galactosa, ramnosa, y arabinosa. Ejemplos de hemicelulosas incluyen... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Proceso para producir un producto de fermentación de material que contiene lignocelulosa, que incluye las etapas de:
(i) pretratamiento de material que contiene lignocelulosa;
(ii) detoxificación que comprende el sometimiento del material que contiene lignocelulosa pretratado a una o más enzimas de oxidación de compuestos fenólicos y/o una o más enzimas que muestran actividad de peroxidasa;
(iii) hidrolización; y
(iv) fermentación usando un organismo fermentador, donde la detoxificación se realiza simultáneamente con hidrólisis
o fermentación.
2. Proceso según la reivindicación 1, donde las enzimas de oxidación de compuesto fenólico son seleccionadas del grupo que consiste en una catecol oxidasa (EC 1.10.3.1) , lacasa (EC 1.10.3.2) , O-aminofenol oxidasa (1.10.3.4) ; y monofenolmonoxigenasa (1.14.18.1) .
3. Proceso según la reivindicación 1, donde la enzima que muestra actividad de peroxidasa es seleccionada del grupo que consiste en una peroxidasa (EC 1.11.1.7) , haloperoxidasa (EC1.11.1.8 y EC 1.11.1.10) ; lignina peroxidasa (EC 1.11.1.14) ; manganeso peroxidasa (EC 1.11.1.13) ; y lipoxigenasa (EC.1.13.11.12) .
4. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, donde los sólidos después del pretratamiento del material que contiene lignocelulosa en la fase (i) se eliminan/separan de la solución antes de la detoxificación.
5. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, donde el material que contiene lignocelulosa es químicamente, mecánicamente y/o biológicamente pretratado en la fase (i) .
6. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, donde la hidrólisis y/o la fermentación se realiza usando una o más hidrolasas (clase EC 3 según la nomeclatura enzimática) , preferiblemente una o más carbohidrasas seleccionadas del grupo que consiste en celulasa, hemicelulasa, amilasa, proteasa, esterasa; tal como endoglucanasa, beta-glucosidasa, celobiohidrolasa, xilanasa, alfa-amilasa, alfa-glucosidasa, glucoamilasa, proteasas y lipasas, o una mezcla de las mismas.
7. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, donde el organismo fermentador es levadura, preferiblemente una cepa del género Saccharomyces, especialmente Saccharomyces cerevisiae.
8. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, donde el producto de fermentación es un alcohol, preferiblemente etanol o butanol.
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