Un proceso para producir hidrolizados de alto contenido de azúcar a partir de biomasa que comprende:

a) proporcionar una parte de los componentes de la reacción en un reactor de agitación vertical que tiene un mecanismo de reducción de partículas, dichos componentes de la reacción comprenden:

i) una parte de una papilla de biomasa pretratada; y

ii) una parte de un primer consorcio de enzimas de sacarificación que comprende al menos una enzima capaz de hidrolizar celulosa;

b) hacer reaccionar dicha papilla y enzimas en condiciones adecuadas;

c) aplicar el mecanismo de la reducción del tamaño de partícula en donde dicho mecanismo se selecciona del grupo que consiste en mezclar, moler, cizallar, partir, dispersar y dispersar por cizalladura;

d) añadir una porción adicional de la biomasa pretratada que produce una papilla de biomasa más alta en sólidos;

e) opcionalmente añadir una porción adicional de un consorcio de enzimas de sacarificación;

f) hacer reaccionar dicha papilla de biomasa más alta en sólidos en condiciones adecuadas; y

g) opcionalmente repetir uno o más pasos (c), (d), (e), y (f) una o más veces,

en donde se produce un hidrolizado que contiene azúcar, en donde la resistencia a la tracción de la papilla se mantiene a menos de 30 Pa y en donde el peso seco de biomasa en todas las porciones de biomasa pretratadas combinadas es mayor del 30% del peso del producto hidrolizado final.

Proceso de sacarificación de biomasa concentrada

Campo de la invención

Se proporcionan procesos de sacarificación de biomasa pretratada para obtener altas concentraciones de azúcares fermentables. Específicamente, se desarrolló un proceso que utiliza un enfoque de alimentación por lotes con reducción de tamaño de partícula para proporcionar una reacción de sacarificación enzimática de alto contenido de peso seco de biomasa, lo que produce un hidrolizado de concentración alta de azúcares, utilizando un sistema de reactor de bajo costo.

Antecedentes de la invención

Materias primas lignocelulósicas y celulósicas y desechos, tales como residuos agrícolas, maderas, residuos forestales, lodos procedentes de la fabricación de papel y residuos sólidos municipales e industriales, proporcionan una materia prima renovable potencialmente grande para la producción de valiosos productos como combustibles y otros productos químicos. Materias primas celulósicas y lignocelulósicas y desechos, compuestos de polímeros de carbohidratos que comprenden celulosa, hemicelulosa, glucanos y lignina generalmente son tratados con una variedad de medios químicos, mecánicos y enzimáticos para liberar principalmente azúcares hexosa y pentosa, que luego pueden ser fermentados para lograr productos útiles.

Los métodos de pretratamiento se utilizan para hacer los polímeros de hidratos de carbono de materiales lignocelulósicos y celulósicos más fácilmente manejable para las enzimas de sacarificación. La mezcla de pretratamiento, a continuación, se hidroliza más en presencia de un consorcio de enzimas de sacarificación para liberar monosacáridos y oligosacáridos en un hidrolizado. Las enzimas de sacarificación utilizadas para producir azúcares fermentables de la biomasa pretratada suelen incluir una o más glicosidasas, tal como glicosidasas hidrolizadoras de celulosa, glicosidasas hidrolizadoras de hemicelulosa y glicosidasas hidrolizadoras de almidón, así como peptidasas, lipasas, Iigninasas y/o esterasa de feruloilo. Las enzimas de sacarificación y los métodos para el tratamiento de la biomasa están revisados en Lynd, L. R, et al. (Microbiol. Mol. Biol. Rev. (2002) 66:506-577) .

El documento de patente de los Estados Unidos US5498766 revela un método de tratamiento para la biomasa lignocelulósica fibrosa para hacer la biomasa más susceptible a la hidrólisis. En una realización, el proceso comprende los siguientes pasos: a) proporcionar una biomasa lignocelulósica fibrosa molida; b) mezclar dicha biomasa molida con agua para producir una papilla; c) someter dicha papilla a fuerzas de cizalladura alta mediante la inyección de dicha papilla a través de la corriente en un flujo turbulento de Couette creado con un dispositivo de rotor-estator de alta frecuencia en condiciones de microcavitación de la papilla para destrozar la estructura fibrosa de la biomasa en la papilla creando una papilla cizallada, dicho dispositivo comprende una cámara que contiene un estator fijo equipado con una herramienta de boquilla con anillos concéntricos con perforaciones de taladro que encajan con anillos coaxiales dentados opuestos acoplados a un rotor que está acoplado a un eje giratorio (reivindicación 1) ; d) mezclar la papilla de cizalladura del paso (c) con una celulasa para formar una mezcla; e) someter dicha mezcla a dichas fuerzas de cizalladura altas creadas por dicho dispositivo para formar una mezcla cizallada; f) separar dicha mezcla cizallada del paso (e) para producir un filtrado y un retenido; g) agregar el retenido a una recién formada papilla cizallada del paso (c) y formar una mezcla; y h) simultáneamente agregar una enzima a dicha mezcla y someter dicha mezcla a dichas fuerzas de cizalladura altas creadas por dicho dispositivo. En un ejemplo una papilla de aproximadamente 14% de sólidos es tratada de esta manera.

El documento de patente internacional WO2006/056838 revela un proceso de licuefacción y sacarificación de biomasas que contienen polisacáridos con un contenido de materia seca por encima del 20%, caracterizado por someter dicha biomasa a: a) hidrólisis enzimática y b) mezcla por tipo de mezclado basado en la gravedad que proporciona el tratamiento mecánico y/o la degradación de la biomasa. En un ejemplo, llevado a cabo utilizando un mezclador rotatorio de cemento, una papilla con contenido de materia seca final del 30% se sacarifica e hidroliza, por lo cual se obtiene una solución que contiene 70 g/l de glucosa y 30 g/l de xilosa.

A fin de que el producto de sacarificación, el hidrolizado de biomasa, pueda usarse en la producción de la fermentación posterior en una manera económica, debería contener una alta concentración de azúcares. Una concentración de azúcar que sea superior al 14% en el hidrolizado utilizado para la fermentación a etanol, para producir etanol a un nivel económicamente viable es lo deseado. Para la mayoría de los tipos de biomasa lignocelulósica esto corresponde al uso de un contenido de materia seca de biomasa por encima del 20% en un proceso de sacarificación. La sacarificación de biomasa con rendimiento alto de azúcar a esta concentración tan alta de biomasa en un sistema reactor económicamente posible ha sido hasta ahora difícil de lograr.

Por lo tanto, sigue existiendo una necesidad de un proceso económico de sacarificación de biomasa que pueda llevarse a cabo utilizando un alto peso seco de biomasa de modo que los rendimientos sean altos y el hidrolizado resultante contenga una alta concentración de azúcares fermentables. Para lograr dichas economías y resultados, el proceso debe proporcionar suficiente control de temperatura y pH. Los solicitantes han sido capaces de desarrollar ese proceso mediante la manipulación de la biomasa en formas que sustentan la mezcla profunda en un sistema de reactor de bajo costo tradicional de tanque agitado.

Compendio de la invención La invención presente proporciona un proceso de sacarificación de biomasa pretratada en una biomasa de peso seco alto para producir azúcares fermentables. El proceso de la invención utiliza un sistema de reactor de alimentación por lotes que incluye varios pasos de reducción de tamaño y mezclado para mantener la mezcla completa en un tanque vertical, agitado. En una realización de la invención el proceso comprende:

a) proporcionar una parte de los componentes de la reacción en un tanque agitado vertical que tiene un mecanismo de reducción de partículas, dichos componentes de la reacción comprenden i) una parte de una papilla de biomasa pretratada; y ii) una parte de un primer consorcio de enzimas de sacarificación que comprende al menos una enzima capaz de hidrolizar celulosa;

b) hacer reaccionar dicha papilla y enzimas en condiciones adecuadas;

c) aplicar el mecanismo de reducción del tamaño de partícula en donde dicho mecanismo se selecciona del grupo que consiste en mezclar, moler, cizallar, partir, dispersar y dispersar por cizalla;

d) añadir una porción adicional de la biomasa pretratada que produce una papilla de biomasa más alta en solidos;

e) opcionalmente añadir una porción adicional de un consorcio de enzimas de sacarificación;

f) hacer reaccionar dicha papilla de biomasa más alta en sólidos en condiciones adecuadas; y g) opcionalmente repetir uno o más pasos (c) , (d) , (e) , y (f) una o más veces, de modo que se produzca un hidrolizado que contiene azúcar en donde la fluencia de la papilla se mantiene a menos de 30 Pa y en donde el peso seco de biomasa en todas las porciones de biomasa pretratada combinadas es mayor del 30% del peso del producto hidrolizado final.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 muestra un gráfico de los límites de estancamiento de la biomasa de mazorca de maíz en un sacarificador.

La figura 2 muestra un gráfico del efecto de distintas cantidades de carga de enzimas en la reducción del estancamiento de la biomasa de mazorca de maíz.

La figura 3 muestra un gráfico de la variación de la viscosidad del hidrolizado frente al % de DWB (peso seco de biomasa) .

La figura 4 muestra un gráfico del efecto del tiempo de reacción de la sacarificación frente a la viscosidad Descripción detallada de la invención La invención presente proporciona un proceso para sacarificar una biomasa de alto peso en seco que produce una alta concentración de azúcares fermentables en el hidrolizado resultante. En el presente proceso, la biomasa se introduce en un reactor utilizando un sistema de alimentación por lotes, la biomasa... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para producir hidrolizados de alto contenido de azúcar a partir de biomasa que comprende: a) proporcionar una parte de los componentes de la reacción en un reactor de agitación vertical que tiene un mecanismo de reducción de partículas, dichos componentes de la reacción comprenden:

i) una parte de una papilla de biomasa pretratada; y ii) una parte de un primer consorcio de enzimas de sacarificación que comprende al menos una enzima capaz de hidrolizar celulosa; b) hacer reaccionar dicha papilla y enzimas en condiciones adecuadas; c) aplicar el mecanismo de la reducción del tamaño de partícula en donde dicho mecanismo se selecciona del grupo que consiste en mezclar, moler, cizallar, partir, dispersar y dispersar por cizalladura;

d) añadir una porción adicional de la biomasa pretratada que produce una papilla de biomasa más alta en sólidos;

e) opcionalmente añadir una porción adicional de un consorcio de enzimas de sacarificación;

f) hacer reaccionar dicha papilla de biomasa más alta en sólidos en condiciones adecuadas; y g) opcionalmente repetir uno o más pasos (c) , (d) , (e) , y (f) una o más veces, en donde se produce un hidrolizado que contiene azúcar, en donde la resistencia a la tracción de la papilla se mantiene a menos de 30 Pa y en donde el peso seco de biomasa en todas las porciones de biomasa pretratadas combinadas es mayor del 30% del peso del producto hidrolizado final.

2. El proceso de la reivindicación 1, en donde la parte mezclable de una mezcla de una papilla de biomasa pretratada del paso (a) (i) se proporciona combinando un talón de componente de baja viscosidad y una porción de la biomasa pretratada en el reactor de tanque de agitación vertical y se ajusta la temperatura y el pH antes de la adición de las enzimas.

3. El proceso de la reivindicación 1, en el que las porciones de biomasa se agregan de forma continua.

4. El proceso de la reivindicación 1, en donde la aplicación del mecanismo de reducción de tamaño de partícula se realiza una o más veces antes, durante, o después del paso (b) , o cualquier combinación de las mismas.

5. El proceso de la reivindicación 1, en donde dicho mecanismo de reducción de tamaño de partícula comprende una reducción mecánica.

6. El proceso de la reivindicación 1, en donde el pH y la temperatura se controlan tras la adición de una porción adicional de biomasa pretratada.

7. El proceso de la reivindicación 2 o 6, en donde el pH se ajusta a un valor entre 4 y 10.

8. El proceso de la reivindicación 2 o 6, en donde la temperatura se ajusta a un valor entre 20º C y 80º C.

9. El proceso de la reivindicación 1, en donde una enzima capaz de hidrolizar la celulosa se selecciona del grupo que consiste en celulasas, endoglucanasas, exoglucanasas, celobiohidrolasas, y -glucosidasas.

10. El proceso de la reivindicación 1, en donde el primer consorcio de enzimas de sacarificación de (a) (ii) , el consorcio adicional de enzimas de sacarificación de (e) y consorcios adicionales de enzimas de sacarificación de otras repeticiones opcionales puede estar comprendido por los mismos o diferentes enzimas.

11. El proceso de la reivindicación 10, en donde cada consorcio de enzimas de sacarificación comprende celulasas, hemicelulasas o sus mezclas.

12. El proceso de la reivindicación 1, en donde dicha biomasa se deriva de materias primas múltiples.

13. El proceso de la reivindicación 1, en donde el hidrolizado de contenido alto de azúcar comprende monosacáridos y oligosacáridos

Figura 1

Figura 3

Figura 4