Procedimiento de glicosilación y separación de material fibroso vetetal.

Un procedimiento para hidrolizar un material fibroso vegetal para producir y separar un sacárido que incluye glucosa,

que comprende:

un procedimiento de hidrólisis para hidrolizar la celulosa contenida en el material fibroso vegetal y producir glucosa en un disolvente orgánico que es un alcohol que tiene de 6 a 10 átomos de carbono y en el que se disuelve un catalizador de agrupación ácida, y

un procedimiento de separación de sacáridos para separar una mezcla de reacción después del procedimiento de hidrólisis en una fracción líquida, que incluye el catalizador de agrupación ácida y el disolvente orgánico, y una fracción sólida, que incluye el sacárido.

Procedimiento de glicosilación y separación de material fibroso vegetal.

Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención La invención se refiere a un procedimiento de producción de un sacárido que incluye principalmente glucosa, mediante la glicosilación de un material fibroso vegetal y la separación del sacárido obtenido.

2. Descripción de la técnica relacionada Se ha sugerido la producción de un sacárido que incluye principalmente glucosa o xilosa, a partir de un material vegetal, que es una biomasa, tal como celulosa o hemicelulosa, degradando residuos de caña de azúcar exprimida (bagazo) o virutas de madera, y usando, de manera eficaz, el sacárido producido como alimento o combustible, y este procedimiento ha sido puesto en práctica. En particular, ha llamado la atención una tecnología mediante la cual un monosacárido obtenido mediante la degradación de fibras vegetales es fermentado para producir un alcohol, tal como etanol, como combustible. Hasta la fecha, se han sugerido una diversidad de procedimientos para producir un sacárido, tal como glucosa, mediante la degradación de celulosa o hemicelulosa (por ejemplo, la publicación de solicitud de patente Japonesa No. 8-299000 (JP-A-8-299000) , la publicación de solicitud de patente Japonesa No. 2006 -149343 (JP-A-2006-149343) , la publicación de solicitud de patente Japonesa No. 2006-129735 (JP-A-2006-129735) , y la publicación de solicitud de patente Japonesa No. 2002-59118 (JP-A-2002-59118) ) , y un procedimiento típico incluye la hidrolización de celulosa usando ácido sulfúrico, tal como ácido sulfúrico diluido o ácido sulfúrico concentrado o ácido clorhídrico (JP-A-8-299000) . También están disponibles un procedimiento en el que se usa la enzima celulasa (JP-A2006-149343) , un procedimiento en el que se usa un catalizador sólido, tal como carbón activado o zeolita, (JP-A-2006129735) , y un procedimiento en el que se usa agua caliente a presión (JP-A-2002 -9118) .

Sin embargo, un problema asociado con el procedimiento en el que la celulosa es degradada usando un ácido, tal como ácido sulfúrico, es que el ácido que sirve como catalizador y el sacárido producido son difíciles de separar de la mezcla de la reacción de hidrólisis obtenida mediante hidrólisis. Esto es debido a que la glucosa, que es el componente principal del producto de la hidrólisis de celulosa, y el ácido, que sirve como un catalizador de hidrólisis, son ambos solubles en agua. La eliminación del ácido, mediante neutralización o intercambio iónico, de la mezcla de reacción de hidrólisis no sólo es engorrosa y costosa, sino que también es difícil eliminar completamente el ácido y, frecuentemente, el ácido permanece en el proceso de fermentación para etanol. Como resultado, incluso cuando el pH está optimizado desde el punto de vista de la actividad de la levadura en el procedimiento de fermentación para etanol, la concentración de sal aumenta, reduciendo, de esta manera, la actividad de la levadura y reduciendo la eficacia de la fermentación.

En particular, cuando se usa ácido sulfúrico concentrado, el ácido sulfúrico es muy difícil de eliminar hasta un grado en el que la levadura no sea desactivada en el procedimiento de fermentación para etanol y dicha eliminación requiere mucha energía. Por el contrario, cuando se usa ácido sulfúrico diluido, el ácido sulfúrico es relativamente fácil de eliminar. Sin embargo, es necesario degradar la celulosa bajo condiciones de alta temperatura, lo cual consume energía. Además, el ácido, tal como ácido sulfúrico y ácido clorhídrico, es muy difícil de separar, recoger y reutilizar. De esta manera, el uso de estos ácidos como un catalizador para la producción de glucosa es una causa del aumento del costo del bio-etanol.

Con el procedimiento en el que se usa agua caliente a presión, es difícil ajustar las condiciones, y es difícil producir glucosa con un rendimiento estable. Además, en este procedimiento, incluso se degrada la glucosa, reduciendo, de esta manera, el rendimiento de glucosa. Además, la actividad de la levadura es reducida por los componentes degradados y la fermentación puede ser inhibida. Otro problema está asociado con el costo, ya que el reactor (aparato de procesamiento supercrítico) es caro y tiene poca durabilidad.

Resumen de la invención Los presentes inventores han realizado un estudio exhaustivo de la glicosilación de celulosa y han descubierto que una agrupación ácida en un estado pseudo-fundido tiene una actividad catalítica excelente con respecto a la hidrólisis de celulosa y puede ser separado fácilmente del sacárido producido. Las solicitudes de patente que cubren el procedimiento respectivo ya han sido presentadas (solicitud de patente Japonesa 2007-115407 y solicitud de patente Japonesa 2007-230711) . Según el presente procedimiento, en contraste con el procedimiento convencional, que usa ácido sulfúrico concentrado o ácido sulfúrico diluido, el catalizador de hidrólisis puede ser recuperado y reutilizado y puede aumentarse la eficiencia energética del procedimiento que conduce a la recuperación de la solución acuosa de sacárido y a la recuperación de catalizador de hidrólisis de la hidrólisis de celulosa. Los presentes inventores han avanzado adicionalmente en la investigación de la glicosilación de celulosa usando un catalizador de agrupación ácida, han descubierto que la hidrólisis de la celulosa es posible en un disolvente orgánico en el que se disuelve el catalizador grupo ácido, y han reducido exitosamente la cantidad usada de catalizador de agrupación ácida. De esta manera, la invención proporciona un procedimiento de glicosilación y separación de un material fibroso vegetal que hace posible reducir la cantidad de agrupación ácida que se usa como catalizador de hidrólisis de celulosa.

La presente invención se refiere a un procedimiento para hidrolizar el material fibroso vegetal para producir y separar un sacárido que incluye glucosa, que comprende: un procedimiento de hidrólisis para hidrolizar la celulosa contenida en el material fibroso vegetal y producir glucosa en un disolvente orgánico, que es un alcohol que tiene de 6 a 10 átomos de carbono en el que se disuelve un catalizador de agrupación ácida, y un procedimiento de separación de sacárido para separar una mezcla de reacción después de un procedimiento de hidrólisis en una fracción líquida, que incluye el catalizador de agrupación ácida y el disolvente orgánico, y una fracción sólida, que incluye el sacárido. Con el procedimiento, usando un disolvente orgánico que puede disolver un catalizador de agrupación ácida como un disolvente de reacción de hidrólisis de celulosa, es posible reducir la cantidad usada del catalizador de agrupación ácida. Cuando el catalizador de agrupación ácida indicado anteriormente es usado en un estado pseudo-fundido, puede hacerse también que el catalizador de agrupación ácida en el estado pseudo-fundido funcione como un disolvente de reacción. Por lo tanto, la cantidad usada de catalizador de agrupación ácida es alta. Como resultado, el costo de producción del sacárido aumenta a menos que el factor de recuperación de las agrupaciones ácidas se aumente suficientemente. Por el contrario, según la invención, mediante el uso de un disolvente orgánico como un disolvente de reacción, es posible agitar y mezclar suficientemente el material fibroso vegetal y el catalizador de agrupación ácida y asegurar un buen contacto entre ambos incluso con una pequeña cantidad del catalizador de agrupación ácida. Por lo tanto, la cantidad usada del catalizador de agrupación ácida puede ser reducida, mientras se mantiene la reactividad de glicosilación de celulosa.

Usando como primer disolvente orgánico un disolvente orgánico polar de alto punto de ebullición, que tiene un punto de ebullición superior a la temperatura de reacción en el procedimiento de hidrólisis y que apenas disuelve el sacárido, es posible inhibir la evaporación del primer disolvente orgánico en el procedimiento de hidrólisis y separar y recuperar el sacárido y la agrupación ácida producida con una buena eficiencia de la mezcla de reacción de hidrólisis.

Desde el punto de vista de la reactividad de la glicosilación de celulosa en el procedimiento de hidrólisis, es preferente que una solubilidad del catalizador de agrupación ácida en el primer disolvente orgánico sea igual o mayor de 50 g/100 ml. Además, con el fin de inhibir suficientemente la evaporación del primer disolvente orgánico en el procedimiento de hidrólisis, es preferente que el punto de ebullición del primer disolvente orgánico sea igual o mayor de 90ºC. Con el fin de separar y recuperar el sacárido y el catalizador de agrupación... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para hidrolizar un material fibroso vegetal para producir y separar un sacárido que incluye glucosa, que comprende:

un procedimiento de hidrólisis para hidrolizar la celulosa contenida en el material fibroso vegetal y producir glucosa en un disolvente orgánico que es un alcohol que tiene de 6 a 10 átomos de carbono y en el que se disuelve un catalizador de agrupación ácida, y

un procedimiento de separación de sacáridos para separar una mezcla de reacción después del procedimiento de hidrólisis en una fracción líquida, que incluye el catalizador de agrupación ácida y el disolvente orgánico, y una fracción sólida, que incluye el sacárido.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que

el disolvente orgánico es un disolvente orgánico polar, de alto punto de ebullición, que tiene un punto de ebullición superior a la temperatura de reacción en el procedimiento de hidrólisis y apenas disuelve el sacárido.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que una solubilidad del catalizador de agrupación ácida en el disolvente orgánico es igual o superior a 50 g/100 ml.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el punto de ebullición del disolvente orgánico es igual o superior a 90ºC.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que una solubilidad del sacárido en el disolvente orgánico es igual o inferior a 1, 0 g/100 ml.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que una constante dieléctrica específica del disolvente orgánico está comprendida en un intervalo de 8 a 18.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que

el disolvente orgánico es al menos uno de entre 1-hexanol, 1-heptanol, 2-heptanol, 1-octanol, 2-octanol, 1-decanol, y 1-nonanol.

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el procedimiento de hidrólisis se realiza bajo una presión desde la presión normal a 1 MPa, y a una temperatura igual o inferior a 140ºC.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el catalizador de agrupación ácida es un heteropoliácido.

10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que

en el procedimiento de separación de sacáridos, un disolvente orgánico adicional, que es compatible con el disolvente orgánico y tiene una capacidad para disolver el catalizador de agrupación ácida que es mayor que la del disolvente orgánico y un punto de ebullición que es menor que el del disolvente orgánico, se añade a la mezcla de reacción después del procedimiento de hidrólisis, y se realiza una separación sólido-líquido en una fracción líquida, que incluye el catalizador de agrupación ácida, el disolvente orgánico y el disolvente orgánico adicional, y una fracción sólida, que incluye el sacárido.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que

el disolvente orgánico adicional y una solución de disolvente orgánico en la que se disuelve el catalizador de agrupación ácida en el disolvente orgánico son separados mediante destilación de la fracción líquida.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que

el disolvente orgánico adicional incluye al menos uno de entre etanol, metanol, n-propanol, éter dietílico y éter diisopropílico.