Proceso para fermentar azúcares que contienen sacáridos oligómeros.

Un proceso para fermentar un sustrato de fermentación en presencia de un microorganismo,

que comprende

(A) formar un caldo de fermentación de partida que contiene un producto de hidrólisis de almidón que contiene 80-98% en peso (basado en carbohidratos) de glucosa y 1-20% en peso (basado en carbohidratos) de oligómeros de glucosa que no son fermentables por el microorganismo, en donde el caldo de fermentación de partida contiene al menos 30 g/l de glucosa;

(B) fermentar el caldo de fermentación de partida en presencia del microorganismo bajo unas condiciones suficientes para que fermente la glucosa y se reduzca la concentración de glucosa en el caldo de fermentación a menos de 30 g/l;

(C) añadir luego al caldo de fermentación una cantidad eficaz de al menos una enzima que despolimerice al menos un oligómero de glucosa en el caldo de fermentación para formar glucosa;

(D) y someter luego el caldo de fermentación a unas condiciones suficientes para, simultáneamente, despolimerizar los oligómeros de glucosa y fermentar la glucosa para formar el producto de fermentación deseado.

Proceso para fermentar azúcares que contienen sacáridos oligómeros Esta invención se refiere a un proceso para fermentar monosacáridos que contienen cantidades de materiales de polisacárido.

Se utilizan comercialmente procesos de fermentación a gran escala para producir moléculas orgánicas tales como etanol, ácido cítrico y ácido láctico. En estos procesos se proporciona un carbohidrato a un microorganismo que es capaz de metabolizarlo hasta el producto de fermentación deseado. El carbohidrato y el microorganismo se seleccionan conjuntamente con el fin de que el microorganismo sea capaz de digerir eficazmente el carbohidrato para formar con buen rendimiento el producto que se desea. En estos procesos cada vez es más común el utilizar microorganismos genéticamente modificados, con objeto de optimizar los rendimientos y las variables del proceso o permitir que se metabolicen carbohidratos particulares.

El almidón es una fuente de carbohidratos muy asequible y barata. Es asequible de una gran diversidad de fuentes vegetales tales como el maíz, el trigo, el arroz, la cebada y similares. Muchos microorganismos no son capaces de metabolizar directamente el almidón o, en otro caso, lo metabolizan lenta e ineficazmente. En consecuencia, es común tratar el almidón antes de alimentarlo al proceso de fermentación, con objeto de que se descomponga en monosacáridos que el microorganismo pueda fermentar fácilmente.

Normalmente, el almidón es hidrolizado para formar una mezcla que contiene principalmente glucosa (es decir, dextrosa) . Sin embargo, la hidrólisis completa hasta glucosa añade un coste significativo, por lo que la mayoría de los productos de glucosa comercialmente asequibles tienden a contener una pequeña cantidad de fructosa y diversos polisacáridos oligómeros. Desafortunadamente, muchos microorganismos tampoco pueden metabolizar los oligómeros y, por lo tanto, se desperdician estos valores de carbohidrato. Además, la presencia de estos oligómeros complica la recuperación del producto de fermentación deseado del medio de fermentación.

Se conocen los llamados procesos de sacarificación y fermentación simultáneas (SSF; del inglés, simultaneous saccharification and fermentation) , en los que se alimenta almidón no hidrolizado a un proceso de fermentación junto 25 con enzimas que catalizan la descomposición del almidón hasta monosacáridos. Los monosacáridos se producen y fermentan simultáneamente hasta el producto deseado. Los procesos SSF adolecen de varias desventajas. Típicamente, el almidón que se alimenta a los procesos SSF no es estéril. Lo mismo ocurre con las enzimas. Por lo tanto, se debe llevar a cabo una esterilización en el recipiente de fermentación. Esto tiende a ser ineficaz y consumir mucha energía. Además, conforme se produce glucosa, ésta tiende a desactivar las enzimas y a lentificar las velocidades de producción globales.

En consecuencia, sería deseable un proceso mejorado mediante el cual se pudieran fermentar eficazmente materias primas de monosacárido que contienen cantidades de azúcares oligómeros.

La invención se refiere a un proceso para fermentar un sustrato de fermentación en presencia de un microorganismo, que comprende (A) formar un caldo de fermentación de partida que contiene un producto de hidrólisis de almidón que contiene 80-98% en peso (basado en carbohidratos) de glucosa y 1-20% en peso (basado en carbohidratos) de oligómeros de glucosa que no son fermentables por el microorganismo, en donde el caldo de fermentación de partida contiene al menos 30 g/l de glucosa;

(B) fermentar el caldo de fermentación de partida en presencia del microorganismo bajo unas condiciones suficientes para que fermente la glucosa y se reduzca la concentración de glucosa en el caldo de fermentación a menos de 30 g/l;

(C) añadir luego al caldo de fermentación una cantidad eficaz de al menos una enzima que despolimerice al menos un oligómero de glucosa en el caldo de fermentación para formar glucosa;

(D) y someter luego el caldo de fermentación a unas condiciones suficientes para, simultáneamente,

despolimerizar los oligómeros de glucosa y fermentar la glucosa para formar el producto de fermentación deseado.

Se ha hallado sorprendentemente que se puede producir la despolimerización enzimática de sacáridos oligómeros a buenas velocidades en presencia de concentraciones significativas de monosacáridos. Esto permite la fermentación y la despolimerización simultáneas de oligómeros sin una inactivación significativa de las enzimas ni una nueva 50 formación de oligómeros 1â6. Este proceso proporciona un método de fermentación eficaz en el que se pueden emplear materias primas de carbohidrato relativamente baratas y con el que se obtiene el producto de fermentación deseado con altísimos rendimientos a velocidades comercialmente razonables.

El "oligómero de glucosa no fermentable por el microorganismo" es un oligómero de glucosa en que dos o más unidades de glucosa están unidas entre sí a través de enlaces éter. El oligómero de glucosa es "no fermentable", lo que significa que no puede ser fermentado por el microorganismo hasta el producto de fermentación deseado o que, en otro caso, la velocidad de su fermentación no es superior a aproximadamente el 5% de la velocidad a la cual el microorganismo fermenta la glucosa bajo las condiciones utilizadas en el proceso. El grado de polimerización es preferiblemente de aproximadamente 2 a aproximadamente 10, especialmente de aproximadamente 2 a aproximadamente 5, lo más preferiblemente de aproximadamente 2 a aproximadamente 3. En el caso de oligómeros, son adecuados aquellos que tienen enlaces éter 1â4º1â6, aunque se prefieren aquellos que tienen enlaces éter 1â 4. Son oligómeros no fermentables especialmente preferidos los de glucosa, maltosa, maltotriosa e isomaltotriosa (que tienen todos enlaces éter 1â4) , isomaltosa (que tienen un enlace 1â6) , y panosa (que tienen enlaces tanto 1â4 como 1â6) .

Los productos de hidrólisis del almidón comercialmente asequibles contienen aproximadamente 80-98% en peso (basado en carbohidratos) , especialmente alrededor de 90-96% en peso, de glucosa y aproximadamente 1-20% (basado en carbohidratos) , especialmente alrededor de 1-9%, de oligómeros de glucosa que tienden a ser no fermentables. Estos productos de hidrólisis también pueden contener pequeñas cantidades (hasta aproximadamente 2% en peso, basado en carbohidratos) de fructosa y otros carbohidratos. Dichos productos de hidrólisis del almidón son un sustrato de fermentación particularmente preferido para uso en esta invención.

En esta invención se producen una fermentación y una despolimerización enzimática de oligómeros simultáneas. En el proceso se añaden enzimas activas a un caldo de fermentación que contiene hasta aproximadamente 30 g/l de glucosa. Unas mayores concentraciones de glucosa tienden a reducir la eficacia de la reacción de despolimerización enzimática y, por lo tanto, son indeseables. Además, algunas de las enzimas catalizarán la formación de 16 oligómeros de polisacárido en presencia de altas concentraciones de glucosa. La concentración de glucosa es preferiblemente hasta aproximadamente 26 y más preferiblemente hasta aproximadamente 20 g/l.

El caldo contiene hasta aproximadamente 10 g/l de los oligómeros de glucosa no fermentables, preferiblemente de aproximadamente 1 a aproximadamente 8 g/l y más preferiblemente alrededor de 3-6 g/l. El caldo de fermentación es luego sometido a unas condiciones bajo las cuales fermenta la glucosa al mismo tiempo que se despolimeriza al menos uno de los oligómeros de glucosa no fermentables. También fermenta la glucosa que se produce en la reacción de despolimerización. La despolimerización enzimática y la fermentación simultáneas proporcionan excelentes rendimientos y buenas velocidades de fermentación.

Normalmente es más económico comenzar una fermentación con una concentración mucho mayor de glucosa. Por lo tanto, una realización preferida de la invención es un proceso en que se fermenta un caldo de fermentación de partida que contiene más de 30 g/l (preferiblemente al menos 40 g/l, más preferiblemente al menos 50 g/l, especialmente al menos 55 g/l) de glucosa hasta que la concentración de glucosa se reduce a menos de 30 g/l, preferiblemente a menos de 26 g/l y más preferiblemente a menos de 5 g/l) . Luego se añade (n) la (s) enzima (s) y se llevan a cabo la fermentación y la fermentación de oligómeros simultáneas. Esta realización de la invención permite sacar provecho de la mejor economía que acarrea el uso de mayores concentraciones de partida de los materiales de partida.

En este proceso se puede emplear cualquier... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para fermentar un sustrato de fermentación en presencia de un microorganismo, que comprende (A) formar un caldo de fermentación de partida que contiene un producto de hidrólisis de almidón que contien.

8. 98% en peso (basado en carbohidratos) de glucosa y 1-20% en peso (basado en carbohidratos) de oligómeros de glucosa que no son fermentables por el microorganismo, en donde el caldo de fermentación de partida contiene al menos 30 g/l de glucosa;

(B) fermentar el caldo de fermentación de partida en presencia del microorganismo bajo unas condiciones suficientes para que fermente la glucosa y se reduzca la concentración de glucosa en el caldo de fermentación a menos de 30 g/l;

(C) añadir luego al caldo de fermentación una cantidad eficaz de al menos una enzima que despolimerice al menos un oligómero de glucosa en el caldo de fermentación para formar glucosa;

(D) y someter luego el caldo de fermentación a unas condiciones suficientes para, simultáneamente, despolimerizar los oligómeros de glucosa y fermentar la glucosa para formar el producto de fermentación deseado.