Mejora de la hidrólisis enzimática de material que contiene lignocelulosa pretratado con granos secos de destilería.

Método para producir un producto de fermentación de un material que contiene lignocelulosa,

que comprende:

(a) combinar material que contiene lignocelulosa y granos secos de destilería con solubles (DDG/S);

(b) tratar previamente con ácido el material combinado que contiene lignocelulosa y los DDG/S y tratar térmicamente a una temperatura en la gama de 160-220 °C durante un periodo de 1-60 minutos;

(c) exponer el material que contiene lignocelulosa pretratado con ácido y tratado térmicamente y los DDG/S a una o varias enzimas hidrolizantes; y

(d) fermentar con un organismo fermentador para producir un producto de fermentación, donde los DDG/S se introducen al material que contiene lignocelulosa en una cantidad de 4-48 % p/p DDG/S/material que contiene lignocelulosa.

DESCRIPCIÓN

Mejora de la hidrólisis enzimática de material que contiene lignocelulosa pretratado con granos secos de destilería

CAMPO DE LA INVENCIÓN 5

Se divulgan métodos para producir productos de fermentación de material que contiene lignocelulosa, y más particularmente, un método para aumentar la eficiencia de producir productos de fermentación de material que contiene lignocelulosa tratando el material con granos secos de destilería y/o granos secos de destilería con solubles. 10

Los métodos incluyen pretratamiento con ácido y calentamiento a una temperatura en la gama de 160-220º C.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El material que contiene lignocelulosa o biomasa, se puede utilizar para producir azúcares fermentables, que 15 a su vez se pueden utilizar para producir productos de fermentación tales como combustibles renovables y productos químicos.

El material que contiene lignocelulosa es una estructura compleja de fibras celulósicas envuelto en una funda de lignina y hemicelulosa.

La producción de productos de fermentación de material que contiene lignocelulosa incluye tratamiento previo, 20 hidrolización, y fermentación del material que contiene lignocelulosa.

La conversión de material que contiene lignocelulosa en combustibles renovables y productos químicos implica frecuentemente tratamiento físico, biológico, químico y enzimático de la biomasa con enzimas.

En particular, las enzimas hidrolizan celulosa a D-glucosa, que es un simple azúcar fermentable. 25

En el material que contiene lignocelulosa, se necesitan dosis altas de enzima para degradar la celulosa si se quieren obtener rendimientos altos porque se cree que la lignina y los derivados de lignina inhiben la (s) enzima (s) de la hidrolización de la celulosa.

Tal inhibición puede ocurrir al menos de dos maneras: la lignina o los derivados de lignina pueden preferentemente enlazar con la enzima previniendo así que la enzima se una, o la hidrolización de la celulosa, y/o la lignina o los 30 derivados de lignina pueden cubrir partes de la celulosa reduciendo así el acceso de la enzima a la celulosa.

Consecuentemente, cuando se procesa la biomasa, algunas enzimas menores pueden estar disponibles para degradar celulosa debido a que la lignina o sus derivados pueden eliminar la enzima o bloquear su actividad.

Incluso para las enzimas que están disponibles para degradar la celulosa, la enzima disponible puede no ser capaz de contactar con la celulosa porque la lignina puede estar revistiendo la celulosa. 35

Así, la eficacia del proceso para digerir celulosa es reducida.

Además, los costes de las enzimas son altos.

Así, cuando la cantidad de enzimas necesitada para degradar la celulosa es alta, los costes del tratamiento son altos y económicamente irrealizables.

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La reducción en la cantidad de enzima necesitada para obtener un rendimiento satisfactorio de azúcar puede tener un impacto significativo en la economía del proceso.

Por lo tanto, mejorar el uso de la eficiencia de la enzima es una necesidad mayor en el proceso de bioconversión.

Diferentes factores están pensados para influir en la hidrólisis enzimática de la celulosa.

Estos factores incluyen contenido de lignina, contenido de hemicelulosa, contenido de acetilo, superficie de celulosa 45 y cristalinidad de celulosa.

En general se entiende que la lignina presente en sustratos complejos tiene un efecto negativo en la actividad enzimática.

El papel exacto de la lignina y los derivados de lignina en la hidrólisis limitadora ha sido difícil de definir. 50

No obstante, es conocido que la eliminación del efecto de la lignina y sus derivados aumenta la hidrólisis de celulosa y aumenta el rendimiento de azúcar fermentable.

Esta acción puede abrir más superficie de celulosa para el ataque enzimático y puede reducir la cantidad de enzima que no es específicamente adsorbida en el sustrato lignocelulósico.

Así, son deseables los compuestos que eliminan el efecto de lignina y sus derivados haciendo así la celulosa más 55 accesible a la degradación enzimática.

Lau et al. Biotechnology and Bioengineering; Vol. 99, nº 3, 15 de febrero de 2008, págs. 529-539, se refiere a la fermentación etanólica de hidrolizados de rastrojos de maíz tratados de Expansión de Fibra de Amoníaco (AFEX, por sus siglas en inglés) y Grano de Destilería sin detoxificación ni suplementación nutriente externa. 60

Perkins et al (2008) . Bioresource Technology 99, 2008, págs. 5243-5249, revela un proceso de etanol de molienda seca modificado con reciclaje de granos de destilería pretratados y enzimáticamente hidrolizados.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Se describen métodos para producir productos de fermentación de material que contiene lignocelulosa por tratamiento previo y/o hidrolización del material en presencia de granos secos de destilería y/o granos secos de destilería con solubles. 5

En un aspecto la invención se refiere a métodos para producir un producto de fermentación de un material que contiene lignocelulosa, que comprende:

(a) combinar material que contiene lignocelulosa y granos secos de destilería con solubles (DDG/S) ; 10

(b) tratar previamente con ácido el material que contiene lignocelulosa combinado y DDG/S y tratarlo térmicamente a una temperatura en la gama de aproximadamente 160-220º C durante un periodo de 1-60 minutos;

(c) exponer el ácido pretratado y el material tratado térmicamente que contiene lignocelulosa combinado y DDG/S a una o varias enzimas de hidrolización; y (d) fermentar con un organismo fermentador para producir un producto de fermentación, donde los DDG/S se 15 introducen al material que contiene lignocelulosa en una cantidad de 4-48 p/p DDG/S/material que contiene lignocelulosa.

En otro aspecto la invención se refiere a métodos para aumentar la hidrólisis enzimática de un material que contiene lignocelulosa, que comprende: 20

(a) introducir una cantidad de bloqueo de lignina eficaz de DDG/S al material que contiene lignocelulosa antes del pretratamiento con ácido y del tratamiento térmico a una temperatura en la gama de aproximadamente 160-220º C para un periodo de 1-60 minutos, y (b) exponer el material pretratado con ácido y tratado térmicamente que contiene lignocelulosa y DDG/S a una o 25 varias enzimas de hidrolización donde los DDG/S se introducen al material que contiene lignocelulosa en una cantidad de 4-48 % p/p DDG/S/material que contiene lignocelulosa.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

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Figura 1. Efecto de DDGs en la hidrólisis enzimática de rastrojos de maíz pretratados con ácido diluido con DDGs.

Figura 2. Efecto de DDGs en la conversión de celulosa de rastrojos de maíz pretratados con ácido diluido con DDGs.

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DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Se describe un método mejorado y más eficaz para la hidrolización enzimática de biomasa que contiene lignina usando granos secos de destilería con solubles (DDG/S) .

En un aspecto la invención se refiere a métodos para producir un producto de fermentación de un material que 40 contiene lignocelulosa, que comprende:

(a) combinar material que contiene lignocelulosa y granos secos de destilería con solubles (DDG/S) ;

(b) tratar previamente con ácido el material que contiene lignocelulosa combinada y DDG/S y tratar térmicamente a una temperatura en la gama de aproximadamente 160-220º C durante un periodo de 1-60 minutos; 45

(c) exponer el material que contiene lignocelulosa combinado pretratado con ácido y tratado térmicamente y los DDG/S a una o varias enzimas de hidrolización; y (d) fermentar con un organismo fermentador para producir un producto de fermentación, donde los DDG/S se introducen al material que contiene lignocelulosa en una cantidad de 4-48 % p/p DDG/S/material que contiene lignocelulosa. 50

La lignina es un polímero fenólico que puede derivar de la polimerización deshidrogenativa de alcohol coniferílico y/o alcohol sinapílico y se encuentra en las paredes celulares de muchas plantas.

Como se utiliza en este caso, el término "lignina" se refiere a la estructura intacta del polímero de lignina al igual que cualquier fragmento derivado o compuesto del polímero intacto que resulta de la interrupción de la estructura de 55 lignina, incluyendo derivados de lignina soluble, lignina condensada y lignina precipitada insoluble.

Se cree que los derivados de lignina interactúan con los DDG/S en una variedad de maneras.

Por ejemplo, la lignina... [Seguir leyendo]

1. Método para producir un producto de fermentación de un material que contiene lignocelulosa, que comprende:

(a) combinar material que contiene lignocelulosa y granos secos de destilería con solubles (DDG/S) ; 5

(b) tratar previamente con ácido el material combinado que contiene lignocelulosa y los DDG/S y tratar térmicamente a una temperatura en la gama d.

16. 220 º C durante un periodo de 1-60 minutos;

(c) exponer el material que contiene lignocelulosa pretratado con ácido y tratado térmicamente y los DDG/S a una o varias enzimas hidrolizantes; y (d) fermentar con un organismo fermentador para producir un producto de fermentación, donde los DDG/S se 10 introducen al material que contiene lignocelulosa en una cantidad de 4-48 % p/p DDG/S/material que contiene lignocelulosa.

2. Método según la reivindicación 1, donde los DDG/S se introducen al material que contiene lignocelulosa en una cantidad de aproximadamente 16 % p/p DDG/S/material seco que contiene lignocelulosa. 15

3. Método según la reivindicación 1 o 2, donde el material que contiene lignocelulosa es seleccionado de rastrojos de maíz, mazorcas de maíz, fibra de maíz, brote de hierba, paja de trigo, paja de arroz, y bagazo.

4. Método para aumentar la hidrólisis enzimática de un material que contiene lignocelulosa, que comprende: 20

(a) introducir una cantidad de DDG/S de bloqueo de lignina eficaz al material que contiene lignocelulosa antes del pretratamiento con ácido y del tratamiento térmico a una temperatura en la gama d.

16. 220º C durante un periodo de 1-60 minutos, y (b) exponer el material que contiene lignocelulosa pretratado con ácido y tratado térmicamente y los DDG/S a una o 25 varias enzimas de hidrolización donde los DDG/S se introducen al material que contiene lignocelulosa en una cantidad de 4-48 % p/p DDG/S/material que contiene lignocelulosa.

5. Método según la reivindicación 4, donde los DDG/S se introducen al material que contiene lignocelulosa en una cantidad de aproximadamente 16 % p/p DDG/S/material que contiene lignocelulosa. 30

6. Método según la reivindicación 4 o 5, donde el material que contiene lignocelulosa es seleccionado de rastrojos de maíz, mazorcas de maíz, fibra de maíz, brote de hierba, paja de trigo, paja de arroz, y bagazo.