Detoxificación y reciclaje de soluciones de lavado utilizadas en el pretratamiento de materiales con contenido de lignocelulosa.

Proceso para convertir un material que contiene lignocelulosa en un hidrolizado que comprende mono- yoligosacáridos,

el método incluye las etapas de;

a) someter un material que contiene lignocelulosa a un pretratamiento,

b) lavar el material pretratado que contiene lignocelulosa en una solución de lavado,

c) separar la solución de lavado utilizada para obtener un material pretratado y lavado que contiene lignocelulosa,

d) someter el material pretratado y lavado que contiene lignocelulosa a una hidrólisis enzimática dando comoresultado al menos una hidrólisis parcial de la celulosa y/o hemicelulosa para obtener un hidrolizado que comprendemono- y/o oligosacáridos,

y repetir continuamente los pasos (a) a (d), donde la solución de lavado utilizada del paso (b) se trata para eliminarun inhibidor enzimático y/o un inhibidor de un organismo fermentador antes de ser reciclada para el paso (b).

Detoxificación y reciclaje de soluciones de lavado utilizadas en el pretratamiento de materiales con contenido de lignocelulosa

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a procesos que comprenden la detoxificación y el reciclaje de soluciones de lavado utilizadas en el pretratamiento de materiales con contenido de lignocelulosa. La invención se refiere también a procesos de producción de un producto de fermentación de materiales con contenido de lignocelulosa, utilizando un organismo fermentador, incluyendo un proceso de detoxificación en la invención.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Debido a las limitadas reservas de combustibles de fósiles y a los problemas sobre la emisión de gases con efecto invernadero, existe una atención creciente hacia el uso de fuentes de energía renovable. La producción de productos de fermentación de materiales con contenido de lignocelulosa se conoce en la técnica y de forma convencional incluye el pretratamiento, la hidrólisis, y la fermentación del material que contiene lignocelulosa. El pretratamiento conlleva la liberación de productos de degradación del material con contenido de lignocelulosa que se pueden enlazar irreversiblemente e inhibir las enzimas adicionadas durante la hidrólisis y la fermentación. Estos compuestos también pueden ser tóxicos para el metabolismo del organismo fermentador e inhibir el rendimiento del mismo.

El documento US2002/195213 describe un proceso para producir xilooligosacáridos a partir de una pulpa de lignocelulosa, en el que la pulpa se trata enzimáticamente, seguido de un proceso de filtración para separar la fracción líquida. Posteriormente, el líquido se separa a través de una membrana para recopilar en mayor concentración la fracción no empapada con el complejo xilooligosacarido-lignina. El documento WO2004/041995 divulga un método para el pretratamiento y el procesamiento de biomasa. Se incluye también un paso de lavado. El documento WO2004/081185 divulga un método para aumentar la actividad enzimática de las enzimas de degradación de lignocelulosa por pretratamiento químico en condiciones suaves. Se describe también un paso de lavado convencional. El documento WO2002/14598 se refiere a la producción de celulosa a partir de biomasa de lignocelulosa, donde la biomasa es posteriormente lavada y los residuos sólidos son eliminados de las aguas de lavado.

Se ha sugerido la detoxificación por extracción de vapor, pero supone un paso adicional que resulta pesado y costoso en el proceso. También se ha sugerido lavar el material pretratado que contiene lignocelulosa antes de la hidrólisis. No obstante, los inhibidores presentan frecuentemente baja solubilidad y el reciclaje de las aguas de lavado sólo es posible en muy baja medida debido a la acumulación de los inhibidores. Por lo tanto, el lavado requiere cantidades enormes de agua.

Consecuentemente, existe una necesidad de suministrar procesos para la detoxificación de los materiales pretratados que contienen lignocelulosa con el objetivo de obtener sustratos adecuados para la hidrólisis y la fermentación.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a procesos de detoxificación de materiales pretratados que contienen lignocelulosa mediante el lavado, la regeneración y el reciclaje de la solución de lavado utilizada. La solución de lavado utilizada se regenera por eliminación de un inhibidor enzimático y/o un inhibidor de un organismo fermentador. La invención también se refiere a procesos de producción de un hidrolizado y un producto de fermentación del material con contenido de lignocelulosa incluyendo un proceso de detoxificación en la invención.

En un primer aspecto, la invención se refiere a un proceso para producir un material pretratado y lavado que contiene lignocelulosa, comprendiendo el procedimiento las etapas de: a) someter un material con contenido de lignocelulosa a un pretratamiento, b) lavar el material pretratado que contiene lignocelulosa con una solución de lavado, c) separar la solución de lavado utilizada para obtener un material pretratado y lavado que contiene lignocelulosa, repitiendo continuamente los pasos de (a) a (c) , donde la solución de lavado utilizada en el paso (b) se trata para eliminar inhibidores enzimáticos y/o inhibidores del organismo fermentador antes de ser reciclada para el paso (b) .

En un segundo aspecto, la invención se refiere a un proceso para conversión de un material con contenido de lignocelulosa en un hidrolizado que comprende mono- y oligosacáridos, comprendiendo el procedimiento las etapas de: a) someter un material con contenido de lignocelulosa a un pretratamiento, b) lavar el material pretratado que contiene lignocelulosa con una solución de lavado, c) separar la solución de lavado utilizada, para obtener un material pretratado y lavado que contiene lignocelulosa, d) someter el material pretratado y lavado que contiene lignocelulosa a un tratamiento, dando como resultado, al menos, la hidrólisis parcial de la celulosa y la hemicelulosa para obtener un hidrolizado que comprende azúcares fermentables, repitiendo continuamente los pasos de (a) a (d) , donde la solución de lavado utilizada en el paso (b) se trata para eliminar inhibidores enzimáticos y/o inhibidores del organismo fermentador antes de ser reciclada para el paso (b) .

En un tercer aspecto, la invención se refiere a un proceso para la conversión de un material con contenido de lignocelulosa en un producto de fermentación, comprendiendo el procedimiento las etapas de: a) someter un material con contenido de lignocelulosa a un pretratamiento, b) lavar el material pretratado que contiene lignocelulosa con una solución de lavado, c) separar la solución de lavado utilizada, para obtener un material pretratado y lavado que contiene lignocelulosa, d) someter el material pretratado y lavado que contiene lignocelulosa a un tratamiento, dando como resultado, al menos, la hidrólisis parcial de la celulosa y la hemicelulosa para obtener un hidrolizado que comprende azúcares fermentables, e) poner en contacto el hidrolizado del paso (d) con un organismo fermentador para producir un producto de fermentación, donde la solución de lavado utilizada en el paso (b) se trata para eliminar inhibidores enzimáticos y/o inhibidores del organismo fermentador antes de ser reciclada para el paso (b) .

Las ventajas de los procesos incluyen la posibilidad de concentrar en la solución de lavado los azúcares solubles (p. ej. xilosa, oligosacáridos) producidos en el pretratamiento; aumento de la eficiencia de la hidrólisis; aumento del crecimiento de levadura y/o mejora de la fermentación de los hidrolizados; reducción de la fase de latencia en la fermentación; y reducción significativa del consumo de la solución de lavado.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

En la realización del primer aspecto, la invención se refiere a un proceso para producir un material pretratado y lavado que contiene lignocelulosa, comprendiendo el procedimiento las etapas de: a) someter un material con contenido de lignocelulosa a un pretratamiento, b) lavar el material pretratado que contiene lignocelulosa con una solución de lavado, c) separar la solución de lavado utilizada, para obtener un material pretratado y lavado que contiene lignocelulosa, repitiendo los pasos (a) a (c) , donde la solución de lavado utilizada en el paso (b) se trata para eliminar inhibidores enzimáticos y/o inhibidores del organismo fermentador antes de ser reciclada para el paso (b) .

En la realización del segundo aspecto, la invención se refiere a un proceso para la conversión de un material con contenido de lignocelulosa en un hidrolizado que comprende mono- y oligosacáridos, comprendiendo el procedimiento las etapas de: a) someter un material con contenido de lignocelulosa a un pretratamiento, b) lavar el material pretratado que contiene lignocelulosa con una solución de lavado, c) separar la solución de lavado utilizada, para obtener un material pretratado y lavado que contiene lignocelulosa, d) someter el material pretratado y lavado que contiene lignocelulosa a un tratamiento, dando como resultado, al menos, la hidrólisis parcial de la celulosa y la hemicelulosa para obtener un hidrolizado que comprende azúcares fermentables, repitiendo los pasos (a) a (d) , donde la solución de lavado utilizada en el paso (b) se trata para eliminar inhibidores enzimáticos y/o inhibidores del organismo fermentador antes de ser reciclada para el paso (b) .

Material con contenido de lignocelulosa [0013] El término "materiales con contenido de lignocelulosa" aquí se refiere a un material compuesto principalmente por celulosa, hemicelulosa, y lignina. Los materiales con lignocelulosa se denominan frecuentemente... [Seguir leyendo]

1. Proceso para convertir un material que contiene lignocelulosa en un hidrolizado que comprende mono-y oligosacáridos, el método incluye las etapas de;

a) someter un material que contiene lignocelulosa a un pretratamiento, b) lavar el material pretratado que contiene lignocelulosa en una solución de lavado, c) separar la solución de lavado utilizada para obtener un material pretratado y lavado que contiene lignocelulosa, d) someter el material pretratado y lavado que contiene lignocelulosa a una hidrólisis enzimática dando como resultado al menos una hidrólisis parcial de la celulosa y/o hemicelulosa para obtener un hidrolizado que comprende mono- y/o oligosacáridos, y repetir continuamente los pasos (a) a (d) , donde la solución de lavado utilizada del paso (b) se trata para eliminar un inhibidor enzimático y/o un inhibidor de un organismo fermentador antes de ser reciclada para el paso (b) .

2. Proceso según la reivindicación 1, donde el material que contiene lignocelulosa se origina de materiales seleccionados del grupo que comprende: forraje de maíz, fibra de maíz, madera dura, tal como álamo y abedul, madera blanda, paja de cereal, tal como, paja de trigo, Panicum Virgatum, cáscara del arroz, residuos sólidos urbanos, residuos orgánicos industriales, papel de oficina, o mezclas de los mismos.

3. Proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, donde el material que contiene lignocelulosa es pretratado químicamente y/o mecánicamente en la fase (a) .

4. Proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el material que contiene lignocelulosa es pretratado químicamente en la fase (a) usando ácido.

5. Proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el material que contiene lignocelulosa es pretratado mecánicamente en la fase (a) a una alta temperatura y/o una alta presión.

6. Proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde el material que contiene lignocelulosa es pretratado en la fase (a) mediante explosión de vapor, explosión de vapor de ácido diluido y/o oxidación en húmedo.

7. Proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde la solución de lavado del paso (b) comprende agua, disolvente orgánico o una mezcla de agua y un disolvente orgánico.

8. Proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde la solución de lavado acuosa utilizada del paso (b) es tratada por contacto de ésta con una columna de resina antes de ser reciclada al paso (b) .

9. Proceso de las reivindicaciones 1 a 8, donde la resina comprende -NH2 como grupo funcional.

10. Proceso de las reivindicaciones 1 a 9, donde los inhibidores de enzimas y/o inhibidores del organismo fermentador son terpenos, aldehído, aromáticos polihidroxi, alcohol 4-hidroxibencílico, 4-hidroxibenzaldehído, ácido 4hidroxibenzoico, trimetil benzaldehído, ácido 2-furoico, ácido cumárico, ácido ferúlico, fenol, guayacol, veratrol, pirogalolol, pirogalol mono éter metílico, vanillil alcohol, vainillina, isovainillina, ácido vanílico, ácido isovanílico, 4-hidroxi3-metoxifenilacetato, veratril alcohol, veratraldehído, ácido verátrico, ácido 2-O-metil gálico, siringil alcohol, siringaldehído, ácido siríngico, ácido trimetil gálico, homocatecol, vanillina etílica, creosol, 4-metilanisol, anisaldehído, ácido anísico, o combinaciones de los mismos.

11. Proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde la hidrólisis, y/o la fermentación se lleva a cabo usando una o más hidrolasas seleccionadas del grupo que consiste en celulasa, hemicelulasa, amilasa, proteasa, esterasa; tales como endoglucanasa, beta-glucosidasa, celobiohidrolasa, celobiasa, xilanasa, alfa-amilasa, alfa-glucosidasa, glucoamilasa, proteasas y lipasas, o una mezcla de los mismos.

12. Proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 donde la hidrólisis se realiza a una temperatura entre 25 °C y 70 °C, preferiblemente entre 40 °C y 60 °C, especialmente alrededor de 50 °C.

13. Proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, donde la hidrólisis se lleva a cabo a un pH en el rango de 3-8, preferiblemente un pH 4-6, especialmente alrededor de pH 5.

14. Proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 que comprende, además, la puesta en contacto del hidrolizado del paso (d) con un organismo fermentador para producir un producto de fermentación.

15. Proceso según la reivindicación 14, donde la fermentación se lleva a cabo entre 25 °C y 40 °C, preferiblemente alrededor de 30 a alrededor de 38 °C, especialmente alrededor de 32 °C.

16. Proceso de cualquiera de las reivindicaciones 14 o 15, que comprende, además, un paso que comprende la recuperación del producto de fermentación, por ejemplo por destilación.

17. Proceso de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, donde el pH durante la fermentación se encuentra en el rango de 3-7, preferiblemente pH 4-6, especialmente entre pH 4 y 5.

18. Proceso de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17, donde el organismo fermentador en el paso e) es una levadura.

19. Proceso de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, donde el producto de fermentación es un alcohol,

preferiblemente etanol. 10

20. Proceso de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 19, donde el pH durante la fermentación se encuentra en el rango de 3-7, preferiblemente pH 4-6, especialmente entre pH 4 y 5.