Procedimiento para mejorar el rendimiento de los procedimientos de conversión de celulosa.

Un procedimiento para convertir un material celulósico en glucosa que comprende las etapas de:



combinación de un material celulósico con una celulasa entera de Trichoderma reesei de tal manera que la combinación resultante de material celulósico y celulasa presenta del 1 % al 30 % de celulosa en peso; e

incubación de dicha combinación de material celulósico y celulasa a una temperatura entre 50 °C y 65 °C durante 0,1 horas a 96 horas a un pH de 4 a 9 para provocar una reacción de hidrólisis con el fin de convertir al menos el 20 % de dicho material celulósico en azúcares solubles,

en el que dichos azúcares solubles comprenden glucosa y celobiosa, y la fracción de glucosa es de al menos 0,75 con respecto a dichos azúcares solubles y el rendimiento de glucosa aumenta a temperaturas de incubación superiores a 50 °C en comparación con el rendimiento de glucosa a una temperatura de incubación de 38 °C .

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2007/023732.

Solicitante: DANISCO US INC.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 925 PAGE MILL ROAD PALO ALTO, CA 94304 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: MITCHINSON, COLIN, LARENAS, EDMUND, A., KELEMEN,Bradley.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C12P19/02 QUIMICA; METALURGIA.C12 BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE; MICROBIOLOGIA; ENZIMOLOGIA; TECNICAS DE MUTACION O DE GENETICA.C12P PROCESOS DE FERMENTACION O PROCESOS QUE UTILIZAN ENZIMAS PARA LA SINTESIS DE UN COMPUESTO QUIMICO DADO O DE UNA COMPOSICION DADA, O PARA LA SEPARACION DE ISOMEROS OPTICOS A PARTIR DE UNA MEZCLA RACEMICA.C12P 19/00 Preparación de compuestos que contienen radicales sacárido (ácido cetoaldónico C12P 7/58). › Monosacáridos.
  • C12P19/12 C12P 19/00 […] › Disacáridos.

PDF original: ES-2385064_T3.pdf

 

Procedimiento para mejorar el rendimiento de los procedimientos de conversión de celulosa.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento para mejorar el rendimiento de los procedimientos de conversión de celulosa.

3. CAMPO

La presente invención se refiere a procedimientos para mejorar el rendimiento de azúcares deseables en la conversión enzimática de materiales celulósicos.

4. ANTECEDENTES

La producción de azúcares a partir de materiales celulósicos es conocida desde hace algún tiempo, al igual que la posterior fermentación y destilación de estos azúcares en etanol. Buena parte del desarrollo anterior tuvo lugar hacia la época de la II Guerra Mundial cuando existía una alta demanda de combustibles en algunos países como Alemania, Japón y la Unión Soviética. Estos primeros procedimientos estaban dirigidos principalmente a la hidrólisis ácida pero eran bastante complejos en su ingeniería y su diseño y resultaban muy sensibles a pequeñas variaciones en las variables del procedimiento, como la temperatura, la presión y las concentraciones de ácidos. Se presenta una exposición extensa de estos primeros procedimientos en "Production of Sugars From Wood Using High-pressure Hydrogen Chloride", Biotechnology and Bioengineering, Volumen XXV, en 2757 – 2773 (1983) .

El abundante suministro de petróleo en el periodo comprendido entre la II Guerra Mundial y principios de la década de 1970 ralentizó la investigación en la conversión del etanol. Sin embargo, debido a la crisis del petróleo de 1973, los investigadores incrementaron sus esfuerzos para desarrollar procedimientos de cara a la utilización de madera y subproductos agrícolas para la producción de etanol como una fuente de energía alternativa. Esta investigación fue especialmente importante para el desarrollo del etanol como un aditivo de las gasolinas para reducir la dependencia de los Estados Unidos de la producción de petróleo en el exterior, para aumentar el índice de octano de los combustibles y para reducir los contaminantes de los gases de escape como una medida ambiental.

Al mismo tiempo que la "crisis del petróleo", como pasó a ser conocida, la Environmental Protection Agency de los Estados Unidos promulgó regulaciones que exigían la reducción de aditivos de plomo en un esfuerzo por reducir la contaminación del aire. En tanto que el etanol es prácticamente una alternativa al plomo, algunas refinerías han elegido al etanol como su sustituto, especialmente porque puede ser introducido fácilmente en el funcionamiento de una refinería sin una costosa inversión en bienes de capital.

Además de mejorar los procedimientos de sacarificación de gases a alta presión y alta temperatura desarrollados hace varias décadas, la investigación actual se dirige principalmente a procedimientos de conversión enzimática. Estos procedimientos emplean enzimas procedentes de una diversidad de organismos, como hongos, levaduras y bacterias mesófilos y termófilos, que degradan la celulosa en azúcares fermentables. En torno a estos procedimientos y a la posibilidad de su dimensionamiento a escala de comercialización aún existen ciertas incertidumbres, a lo que se añaden las tasas ineficaces de la producción de etanol.

La celulosa y la hemicelulosa son los materiales vegetales más abundantes producidos por fotosíntesis. Pueden degradarse para su uso como fuente energética por parte de numerosos microorganismos, entre ellos bacterias, levaduras y hongos, que producen enzimas extracelulares capaces de hidrolizar los sustratos poliméricos en azúcares monoméricos (Aro y col., 2001) . A menudo los organismos son restrictivos en lo que respecta a los azúcares que usan, lo cual indica los azúcares que es mejor producir durante la conversión. Conforme se acercan los límites de los recursos no renovables, el potencial de celulosa que se convertirá en un recurso importante de energía renovable es enorme (Krishna y col., 2001) . El uso eficaz de la celulosa a través de procedimientos biológicos es un enfoque que resolverá la escasez de alimentos, piensos y combustibles (Ohmiya y col., 1997) .

Las celulasas son enzimas que hidrolizan la celulosa (uniones beta-1, 4-glucano o beta-D-glucosídicas) con el resultado de la formación de glucosa, celobiosa, celooligosacáridos, y similares. Las celulasas se han dividido tradicionalmente en tres grandes clases: endoglucanasas (EC 3.2.1.4) ("EG") , exoglucanasas o celobiohidrolasas (EC 3.2.1.91) ("CBH") y beta-glucosidasas ([beta]-D-glucósido-glucohidrolasa; EC 3.2.1.21) ("BG") (Knowles y col., 1987 y Shulein, 1988) . Las endoglucanasas actúan principalmente en las partes amorías de la fibra de celulosa, mientras que las celobiohidrolasas son capaces también de degradar la celulosa cristalina.

Se ha demostrado también que las celulasas son útiles en la degradación de biomasa de celulosa a etanol (en la que las celulasas degradan celulosa a glucosa y las levaduras u otros microbios fermentan además la glucosa en etanol) , en el tratamiento de pulpa mecánica (Pere y col., 1996) , para su uso como un aditivo en los piensos (documento WO-91/04.673) y en molienda de grano por vía húmeda. La sacarificación y fermentación separada es un procedimiento según el cual la celulosa presente en la biomasa, por ejemplo, en los residuos de la planta del maíz, se convierte en glucosa y posteriormente cepas de levaduras convierten la glucosa en etanol. La sacarificación y fermentación simultánea es un procedimiento según el cual la celulosa presente en la biomasa, por ejemplo, en residuos de la planta del maíz, se convierte en glucosa y, al mismo tiempo y en el mismo reactor, cepas de levaduras convierten la glucosa en etanol. La producción de etanol a partir de fuentes fácilmente disponibles de celulosa proporciona una fuente de combustible estable y renovable.

Se sabe que las celulasas son producidas por un gran número de bacterias, levaduras y hongos. Determinados hongos producen un sistema de celulasa completo (es decir, una celulasa entera) capaz de degradar formas cristalinas de celulosa. Con el fin de convertir eficazmente celulosa cristalina en glucosa se requiere el sistema de celulasa completo que comprende componentes de cada una de las clasificaciones CBH, EG y BG, con componentes aislados menos eficaces en la hidrólisis de la celulosa cristalina (Filho y col., 1996) . En particular, la combinación de celulasas de tipo EG y celulasas de tipo CBH interacciona para degradar más eficazmente la celulosa que cualquier enzima usada en solitario (Wood, 1985; Baker y col., 1994; y Nieves y col., 1995) .

Además, en la técnica se sabe que las celulasas son útiles en el tratamiento de material textil para el fin de mejorar la capacidad de limpieza de composiciones detergentes, para su uso como un agente de suavizado, para mejorar el tacto y la apariencia de los tejidos de algodón, y similares (Kumar y col., 1997) . Se han descrito composiciones detergentes que contienen celulasa con rendimiento de limpieza mejorado (patente de EE.UU. nº 4.435.307; solicitudes británicas nº 2.095.275 y 2.094.826) y para su uso en el tratamiento de telas para mejorar el tacto y la apariencia del material textil (patentes de EE.UU. nº 5.648.263, 5.691.178 y 5.776.757, y solicitud británica nº 1.358.599) .

Por lo tanto, las celulasas producidas en hongos y bacterias han recibido una notable atención. En particular, se ha demostrado que la fermentación de Trichoderma spp. (por ejemplo, Trichoderma longibrachiatum o Trichoderma reesei) produce un sistema de celulasa completo capaz de degradar formas cristalinas de celulosa. Con el paso de los años, la producción de celulasa de Trichoderma ha sido mejorada por mutagénesis clásica, cribado, selección y desarrollo de condiciones de fermentación económicas a gran escala y altamente refinadas. Mientras el sistema de celulasa de múltiples componentes de Trichoderma spp. es capaz de hidrolizar celulosa en glucosa, existen celulasas de otros microorganismos, en particular cepas bacterianas, con diferentes propiedades para una hidrólisis eficaz de celulosa, y sería ventajoso expresar estas proteínas en un hongo filamentoso para producción de celulasa a escala industrial. Sin embargo, los resultados de muchos estudios demuestran que el rendimiento de enzimas bacterianas a partir de hongos filamentosos es bajo (Jeeves y col., 1991) .

Los azúcares solubles, como la glucosa y la celobiosa, tienen multitud de usos en la industria para la producción de productos químicos y biológicos. La optimización de la hidrólisis de celulosa permite el uso de cantidades menores de enzima y una rentabilidad económica mejorada para la producción de azúcares solubles. A pesar del desarrollo... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento para convertir un material celulósico en glucosa que comprende las etapas de:

combinación de un material celulósico con una celulasa entera de Trichoderma reesei de tal manera que la combinación resultante de material celulósico y celulasa presenta del 1 % al 30 % de celulosa en peso; e incubación de dicha combinación de material celulósico y celulasa a una temperatura entre 50 °C y 65 °C durante 0, 1 horas a 96 horas a un pH de 4 a 9 para provocar una reacción de hidrólisis con el fin de convertir al menos el 20 % de dicho material celulósico en azúcares solubles, en el que dichos azúcares solubles comprenden glucosa y celobiosa, y la fracción de glucosa es de al menos 0, 75 con respecto a dichos azúcares solubles y el rendimiento de glucosa aumenta a temperaturas de incubación superiores a 50 °C en comparación con el rendimiento de glucosa a una temperatura de incubación de 38 °C .

2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho Trichoderma reesei expresa una enzima recombinante.

3. El procedimiento según la reivindicación 2, en el que dicha enzima recombinante es una betaglucosidasa.

4. Un procedimiento para convertir un material celulósico en celobiosa que comprende las etapas de:

combinación de un material celulósico con una mezcla de celulasa entera de Trichoderma reesei que comprende una endoglucanasa 1 de tal manera que la combinación resultante de mezcla de material celulósico y celulasa presenta del 1 % al 30 % de celulosa en peso; e incubación de dicha combinación de material celulósico y celulasa a una temperatura entre 50 °C y 65 °C durante 0, 1 horas a 96 horas a un pH de 4 a 9 para provocar una reacción de hidrólisis con el fin de convertir hasta el 50 % de dicho material celulósico en azúcares solubles, en el que dichos azúcares solubles comprenden glucosa y celobiosa y la fracción de glucosa es inferior a 0, 5 con respecto a dichos azúcares solubles y el rendimiento de glucosa aumenta a temperaturas de incubación superiores a 50 °C en comparación con el rendimiento de glucosa a una temperatura de incubación de 38 °C .

5. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material celulósico se selecciona entre el grupo que consiste en cultivos bioenergéticos, residuos agrícolas, residuos sólidos municipales, residuos sólidos industriales, residuos de jardinería, madera, residuos forestales, pasto varilla, residuos de papel, lodos de fabricación de papel, grano de maíz, mazorcas de maíz, hojas de maíz, residuos de la planta del maíz, hierbas, trigo, paja de trigo, heno, paja de arroz, bagazo de caña de azúcar, sorgo, soja, árboles, cebada y paja de cebada.

6. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende además el pretratamiento de dicho material celulósico.

7. El procedimiento según la reivindicación 6, en el que dicho pretratamiento se selecciona a partir de un grupo que consiste en explosión de vapor, reducción a pulpa, molturación, hidrólisis ácida y combinaciones de las mismas.

8. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende además la determinación de la cantidad de glucosa.

9. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende además la determinación de la cantidad de azúcares solubles.

10. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la cantidad de dicha mezcla de celulasa es aproximadamente de 2 mg a 40 mg/g de material celulósico.

11. El procedimiento según la reivindicación 4, en el que dicha mezcla de celulasa comprende además una celobiohidrolasa 1.

12. El procedimiento según la reivindicación 4, en el que dicha mezcla de celulasa comprende además una celobiohidrolasa 2.

13. El procedimiento según la reivindicación 4, en el que dicha mezcla de celulasa comprende además E3 de Thermomonospera fusca.

 

Patentes similares o relacionadas:

Diversificación de los oligosacáridos de la leche humana (HMO) o sus precursores, del 8 de Julio de 2020, de Glycom A/S: Un metodo de preparacion de una mezcla diversificada que comprende dos o mas oligosacaridos de la leche humana (HMO), el metodo comprende las etapas de […]

Procedimiento para la purificación de hidrolizado de biomasa, del 29 de Abril de 2020, de CLARIANT INTERNATIONAL LTD.: Un procedimiento para la purificación de hidrolizado de biomasa que comprende las etapas a) Proporcionar un hidrolizado de biomasa, en el que el hidrolizado […]

Proceso autosuficiente para la producción de un hidrolizado de biomasa con un contenido reducido en sal, del 11 de Septiembre de 2019, de CLARIANT INTERNATIONAL LTD.: Un proceso para la producción de un hidrolizado de biomasa desalado, que comprende las etapas de: a) proporcionar una biomasa; b) realizar un […]

Procedimiento para la preparación enzimática de un producto y de un coproducto glucósido a partir de un educto glucósido, del 19 de Junio de 2019, de Pfeifer & Langen GmbH & Co. KG: Procedimiento enzimático para la preparación de celobiosa y de fructosa a partir de sacarosa, donde el proceso comprende las etapas:**Fórmula** […]

Procedimientos y sistemas para la sacarificación de biomasa, del 11 de Marzo de 2019, de Sweetwater Energy, Inc: Un procedimiento de producción de una composición que comprende sacáridos C5 y C6 a partir de una composición de biomasa que comprende celulosa, hemicelulosa […]

Procedimiento para la producción de azúcares solubles a partir de biomasa, del 22 de Febrero de 2019, de Department of Biotechnology: Procedimiento para la producción de azúcares solubles a partir de biomasa, que comprende: a. preparar una solución de enzima con un pH en el intervalo de 4 […]

Proceso para producir un polvo que contiene dihidrato de alfa,alfa-trehalosa cristalino, del 13 de Junio de 2018, de Hayashibara Co., Ltd: Un proceso para producir una composición en partículas que comprende α,α-trehalosa cristalina con un contenido de α,α-trehalosa del 98,0% en peso o […]

Bacterias gram positivas modificadas y usos de las mismas, del 9 de Mayo de 2018, de Intrexon Actobiotics NV: Una bacteria gram positiva seleccionada de una bacteria de ácido láctico y una Bifidobacteria, en la que dicha bacteria gram positiva carece de […]

Utilizamos cookies para mejorar nuestros servicios y mostrarle publicidad relevante. Si continua navegando, consideramos que acepta su uso. Puede obtener más información aquí. .