Proceso para la fermentación de material vegetal en un producto de fermentación en un medio de fermentación usandoun organismo de fermentación bacteriano,

de levadura o filamentoso fúngico, en el que una o más enzimas pirofosfatasasson añadidas al medio de fermentación, o expresadas a niveles aumentados por el organismo de fermentación y en el quedurante la fermentación hay presente o se añade un ión metálico.

Procesos de producción de productos de fermentación.

Campo técnico

La presente invención se refiere a procesos de fermentación de material vegetal en productos de fermentación deseados. La invención se refiere también a procesos de producción de un producto de fermentación de material de planeta usando uno o más organismos de fermentación.

Estado de la técnica

Un gran número de productos comerciales que son difíciles de producir sintéticamente son producidos actualmente por organismos de fermentación. Tales productos incluyendo alcoholes (p. ej., etanol, metanol, butanol, 1.3-propanediol) ; ácidos orgánicos (p. ej., ácido cítrico, ácido acético, ácido itacónico, ácido láctico, ácido glucónico, gluconato, ácido láctico, ácido succínico, ácido 2.5-diketo-D-glucónico) ; cetonas (p. ej., acetona) : aminoácidos (p. ej., ácido glutámico) ; gases (p. ej., H2 y CO2) , y compuestos más complejos, incluyendo, por ejemplo, antibióticos (p. ej., penicilina y tetraciclina) ; enzimas; vitaminas (p. ej., riboflavina, B12, beta-caroteno) : y hormonas. La fermentación también se usa comúnmente en el alcohol consumible (p. ej., cerveza y vino) , lácteos (p. ej., en la producción de yogur y queso) , cuero, e industrias del tabaco.

Se conocen en la técnica un gran número de procesos de producción de productos de fermentación, tal como etanol, por fermentación de azúcares proporcionada por degradación de material con contenido de almidón y/o material con contenido de lignocelulosa.

No obstante, la producción de productos de fermentación, tal como etanol, a partir de tales materiales vegetales sigue siendo demasiado costoso. Por lo tanto, hay una necesidad de proporcionar procesos que puedan aumentar el rendimiento del producto de fermentación y así reducir los costes de producción.

Resumen de la invención [0005] La presente invención se refiere a procesos de fermentación de material derivado de plantas en un producto de fermentación. La invención también proporciona procesos de producción de productos de fermentación a partir de material derivado de plantas usando un organismo de fermentación.

Según a la invención, el material de partida (es decir, el sustrato para el organismo de fermentación en cuestión) puede ser cualquier material vegetal o material derivado de plantas. El material puede ser tratado o no tratado. El material de partida puede ser material con contenido de almidón. El material de almidón puede ser material con contenido de lignocelulosa.

En el primer aspecto la invención se refiere a procesos de fermentación de material vegetal en un medio de fermentación en un producto de fermentación tal y como se define en la reivindicación 1. Según la invención el nivel de concentración/dosis de pirofosfatasa (s) es (son) aumentado en comparación con cuando no se añade pirofosfatasa antes y/o durante la fermentación.

En el segundo aspecto la invención se refiere a procesos de producción de un producto de fermentación a partir de material con contenido de almidón comprendiendo los pasos de:

1. i) licuefacción de material con contenido de almidón;

2. ii) sacarificación del material licuado; y

3. iii) fermentación con uno o más organismos de fermentación conforme al proceso de fermentación de la invención .

En el tercer aspecto la invención se refiere a procesos de producción de un producto de fermentación a partir de material con contenido de almidón, comprendiendo los pasos de:

(a) sacarificación de material con contenido de almidón a una temperatura por debajo de la temperatura de gelatinización inicial de dicho material con contenido de almidón: y

(b) fermentación usando un organismo de fermentación; donde la fermentación se realiza conforme a un proceso de fermentación de la invención.

En el cuarto aspecto la invención se refiere a procesos de producción de un producto de fermentación de material con contendido de lignocelulosa, comprendiendo los pasos de:

(a) pretratamiento del material con contenido de lignocelulosa;

(b) hidrolizado del material;

(c) fermentado usando un organismo de fermentación conforme a un proceso de fermentación de la invención.

Breve descripción de las figuras

Figura 1a. Efecto de la pirofosfatasa en glucosa residual después de 48 horas de fermentación de hidrolizados PCS. Figura 1b. Efecto de la pirofosfatasa en xilosa residual después de 48 horas de fermentación de hidrolizados PCS. Figura 2. Efecto de la pirofosfatasa en la producción de etanol después de 48 horas de fermentación de hidrolizados PCS. Figura 3. Efecto de la pirofosfatasa de levadura de panadería, con o sin magnesio o ión de metal de manganeso en el rendimiento de etanol en un proceso SSF. Figura 4. Efecto de la pirofosfatasa de Bacillus, con o sin magnesio o ión de metal de manganeso en el rendimiento de etanol en un proceso SSF. Figura 5. Efecto de la pirofosfatasa E. coli en el rendimiento de etanol en un proceso SSF. Figura 6. Efecto de la pirofosfatasa de tabaco en el rendimiento de etanol en un proceso SSF.

Descripción detallada de la invención [0012] La presente invención se refiere a procesos de fermentación de material vegetal en un producto de fermentación deseado. La invención proporciona además procesos para producir productos de fermentación deseados a partir de material vegetal usando un organismo de fermentación.

La levadura (Saccharomyces cerevisiae) experimenta inhibición de crecimiento celular, pérdida de viabilidad celular, pérdida de absorción de nutrientes, flujos de protones disminuidos a través de la membrana citoplásmica, y rendimiento de fermentación perjudicado cuando la concentración de etanol aumenta durante la fermentación de etanol. El etanol se acumula primero en el entorno intracelular y es liberado más tarde en el medio de fermentación. Como resultado, la concentración de etanol experimentada por las enzimas citosólicas puede ser superior que la concentración en el medio de fermentación y por lo tanto potencialmente estresante para las células de levadura. Estudios previos han mostrado que la pirofosfatasa de citosol es inhibida por etanol durante la fermentación de la levadura, lo que en consecuencia impacta en el crecimiento de la levadura y su maquinaria metabólica (Lopes, D. H. J. "Urea increases tolerance of yeast inorganic pyrophosphatase activity to ethanol: The other side of urea interaction with proteins" (2001) Arch. Biochem. Biophys. (394) 61-66: Peres-Castineira, J. R, "Functional complementation of yeast cytosolic pyrophosphatase by bacterial and plant. H+translocating pyrophosphatases (2002) PNAS (99) 15914-15919) .

Los inventores han descubierto que niveles aumentados de pirofosfatasa, en comparación con cuando no se añade pirofosfatasa al medio de fermentación, da como resultado un rendimiento de fermentación aumentado y un rendimiento de fermentación posteriormente aumentado.

Se cree que niveles aumentados de pirofosfatasa en el medio de fermentación mantienen la viabilidad de la levadura; dan sustento a la funcionalidad metabólica; y dan como resultado menos estrés inflingido por el etanol. Otros factores, incluyendo pérdida de absorción de nutrientes reducida también pueden ser logrados.

Consecuentemente, en el primer aspecto, la invención se refiere a procesos de fermentación de material de planeta en un medio de fermentación en un producto de fermentación tal y como se define en la reivindicación 1. La enzima (s) de pirofosfatasa puede ser adicionada/introducida antes y/o durante la fermentación y/o puede ser producida in situ por, por ejemplo, sobreexpresión por los organismos de fermentación, preferiblemente levadura. La pirofosfatasa también puede ser introducida en el medio de fermentación en forma de material vegetal transgénico o pirofosfatasa de expresión.

Medio de fermentación [0017] La frase "medios de fermentación" o "medio de fermentación" se refiere al entorno en el que se realiza la fermentación y comprende el sustrato de fermentación, que es la fuente de carbohidrato que es metabolizada por el organismo (s) de fermentación, y puede incluir el organismo (s) de fermentación.

El medio de fermentación puede comprender nutrientes y estimulador (es) de crecimiento para el organismo (s) de fermentación. Los nutrientes y estimuladores de crecimiento se usan mucho en la técnica de fermentación... [Seguir leyendo]

1. Proceso para la fermentación de material vegetal en un producto de fermentación en un medio de fermentación usando un organismo de fermentación bacteriano, de levadura o filamentoso fúngico, en el que una o más enzimas pirofosfatasas son añadidas al medio de fermentación, o expresadas a niveles aumentados por el organismo de fermentación y en el que durante la fermentación hay presente o se añade un ión metálico.

2. Proceso según la reivindicación 1, en el que el ión metálico se selecciona del grupo consistente en Mg2+, Mn2+, y Zn2+, o una combinación de dos o más de los mismos.

3. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que durante la fermentación hay presente una enzima generadora de fuente de carbohidrato.

4. Proceso según la reivindicación 3, en el que la enzima generadora de fuente de carbohidrato se selecciona del grupo consistente en glucoamilasa, beta-amilasa, amilasa maltogénica, pululanasa, alfa-glucosidasa, o una mezcla de dos o más de las mismas.

5. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que una alfa-amilasa fúngica ácida está presente durante la fermentación.

6. Proceso para la producción de un producto de fermentación a partir de material con contenido en almidón, comprendiendo los pasos de:

i) licuar el material con contenido de almidón; ii) sacarificar el material licuado; iii) fermentar con uno o más organismos de fermentación;

en el que la fermentación se lleva a cabo como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1-5.

7. Proceso según la reivindicación 6, comprendiendo además, antes del paso i) , los pasos de:

x) reducir el tamaño de partícula del material con contenido de almidón por molturación; y y) formar un lodo comprendiendo el material con contenido de almidón y agua.

8. Proceso para la producción de un producto a partir de fermentación de material con contenido de almidón, comprendiendo los pasos de:

(a) sacarificar el material con contenido de almidón a una temperatura por debajo de la temperatura de gelatinización inicial de dicho material con contenido de almidón,

(b) fermentar utilizando un organismo de fermentación,

en el que la fermentación se lleva a cabo como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1-5.

9. Proceso según cualquiera de reivindicaciones 6-8, en el que el material con contenido de almidón se selecciona del grupo consistente en maíz, mandioca, trigo, cebada, centeno, sorgo, y patatas, o cualquier combinación de los mismos.

10. Proceso para la producción de un producto de fermentación a partir de material con contenido de lignocelulosa, comprendiendo los pasos de:

(a) pretratamiento del material con contenido de lignocelulosa;

(b) hidrolizado del material;

(c) fermentación con un organismo de fermentación;

en el que la fermentación se lleva acabo como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1-5.

11. Proceso según la reivindicación 10, en el que el material con contenido de lignocelulosa se origina a partir de materiales seleccionados del grupo consistente en tallos de maíz, mazorcas de maíz, fibra de maíz, madera dura, madera de coníferas, paja de cereal, paja de trigo, césped, cáscaras de arroz, Miscanthus, desperdicios sólidos urbanos, residuos orgánicos industriales, bagazo, y papel de oficina, o mezclas de los mismos.

12. Proceso según la reivindicación 11, en el que el organismo de fermentación es un organismo de fermentación C6 o C5.

13. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en el que el organismo de fermentación es una levadura.

14. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en el que el producto de fermentación es etanol.

15. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-14, en el que el producto de fermentación es recuperado después de la fermentación por destilación.