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BRPI0605017B1 - processo para a produção de etanol a partir de materiais lignocelulósicos por via enzimática - Google Patents

processo para a produção de etanol a partir de materiais lignocelulósicos por via enzimática Download PDF

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BRPI0605017B1
BRPI0605017B1 BRPI0605017-4A BRPI0605017A BRPI0605017B1 BR PI0605017 B1 BRPI0605017 B1 BR PI0605017B1 BR PI0605017 A BRPI0605017 A BR PI0605017A BR PI0605017 B1 BRPI0605017 B1 BR PI0605017B1
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BR
Brazil
Prior art keywords
ethanol
enzymatic
production
lignocellulosic materials
hydrolysis
Prior art date
Application number
BRPI0605017-4A
Other languages
English (en)
Inventor
Lídia Maria Melo Sant'anna
Nei Pereira Junior
Absai Da Conceição Gomes
Mariana Penuela Vásquez
Original Assignee
Petroleo Brasileiro S.A - Petrobras
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to ARP070103449A priority patent/AR062267A1/es
Priority to CO07123696A priority patent/CO5880297A1/es
Priority to PCT/GB2007/004618 priority patent/WO2008065433A1/en
Priority to GB0901590A priority patent/GB2454119B/en
Priority to JP2009538790A priority patent/JP5325793B2/ja
Priority to CNA200780014315XA priority patent/CN101426922A/zh
Priority to CA2660673A priority patent/CA2660673C/en
Priority to SE0950098A priority patent/SE535902C2/sv
Priority to US12/297,088 priority patent/US8232082B2/en
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Abstract

PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE ETANOL A PARTIR DE MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS POR VIA ENZIMÁTICA. A presente invenção trata de um processo para a obtenção de etanol combustível utilizando resíduos agrícolas e agro-industriais de composição lignocelulósica, em particular, o bagaço de cana-de-açúcar. Estes resíduos possuem expressivo conteúdo em carboidratos, na forma polissacarídica (celulose e hemicelulose), passíveis de processos de hidrólise química e enzimática. A fração hemicelulósica é submetida a uma hidrólise branda com ácido sulfúrico, e o material sólido resultante desta hidrólise, submetido ao processo de sacarificação (hidrólise enzimática) simultânea à fermentação alcoólica rápida, em condições tais que permitam aumentar significativamente a conversão em etanol em tempos muito reduzidos.

Description

Campo da Invenção:
A presente invenção trata de um processo para a obtenção de etanol combustível, utilizando resíduos agrícolas e agro-industriais de composição lignocelulósica, em particular o bagaço de cana-de-açúcar. Estes resíduos possuem expressivo conteúdo em carboidratos, na forma polissacarídica (celulose e hemicelulose), passíveis de processos de hidrólise química e enzimática. A fração hemicelulósica é submetida a uma hidrólise branda com ácido sulfúrico e o material sólido resultante desta hidrólise, submetido ao processo de sacarificação (hidrólise enzimática) simultânea à fermentação alcoólica rápida, em condições tais que permitam aumentar significativamente a conversão em etanol em tempos muito reduzidos.
Fundamentos da Invenção:
Os resíduos de composição lignocelulósica, procedentes das atividades agrícolas e agro-industriais, representam um grande problema ambiental, entretanto os mesmos podem ser valiosas fontes de matérias- primas renováveis de baixo custo para a produção de uma variedade de substâncias químicas e combustíveis, como o etanol.
Para que se possa realizar o aproveitamento das frações polissacarídicas visando à produção de etanol é necessário hidrolisar estas frações eficientemente.
O fracionamento desses polissacarídeos é efetuado através de um pré-tratamento, que consiste de uma reação conhecida como hidrólise ácida que objetiva a hidrólise da fração hemicelulósica. O sólido resultante desta etapa, rico na fração celulósica, ainda precisa ser tratado com o objetivo de remover a lignina solúvel em condições alcalinas para garantir a acessibilidade das enzimas à fibra celulósica.
A conversão de celulose em etanol envolve dois passos I & X,, X fundamentais: hidrólise das longas cadeias das moléculas de celulose em açúcares (hexoses) e fermentação desses açúcares em etanol. Na natureza, esses processos são encetados por fungos e bactérias, que secretam as enzimas capazes de hidrolisar a celulose (chamadas celulases), e principalmente por leveduras, quando se trata da fermentação dos açúcares em álcool. A concepção do presente pedido está consonante com que é realizado na natureza.
Esta estratégia elimina a presença de substâncias tóxicas que seriam geradas pelo processo de hidrólise química da celulose e minimiza a inibição das enzimas do complexo celulásico pelos seus próprios produtos de hidrólise (glicose e celobiose). Esta técnica é denominada como processo SSF, do inglês Simultaneous Saccharification and Fermentation,que envolve a hidrólise enzimática simultânea à fermentação alcoólica.
Técnica relacionada:
É cada dia maior a preocupação com a preservação do meio ambiente. Neste contexto, o aproveitamento de resíduos agrícolas e agro- industriais e a procura de produtos substitutos e/ou alternativos que agridam menos a natureza têm se constituído em tema relevante no cenário mundial. Nesta mesma linha de pensamento, procuram-se fontes alternativas de energia e aproveitamento de resíduos agrícolas e agro- industriais que possam gerar produtos economicamente viáveis e/ou que resultem em produtos menos poluentes. No campo das fontes alternativas de energia, muitas tentativas têm sido realizadas visando à obtenção de combustíveis mais limpos, como por exemplo, o etanol.
No Brasil, com o crescimento da indústria sucroalcooleira, e conseqüentemente, da produção de grandes excedentes de bagaço de cana-de-açúcar, surge um cenário bastante promissor, face à necessidade do aproveitamento racional desse material de composição lignocelulósica. Devido aos interesses ambientais e econômicos, a utilização de etanol como combustível, aditivo da gasolina ou insumo na fabricação de v biodiesel vem aumentando vertiginosamente, destacando o Brasil como um dos maiores produtores do mundo. Desta forma, o Brasil produz enormes quantidades de bagaço e, também, de palha de cana-de-açúcar, ambos representando um grande potencial a ser utilizado para a produção de etanol por via biotecnológica.
A produção de etanol a partir do bagaço de cana, utilizando a via enzimática e fermentativa, permitirá o aproveitamento de um material subutilizado para a geração de um produto de enorme interesse industrial, com ganhos econômicos e ambientais.
A técnica de sacarificação e fermentação simultâneas (processo SSF) voltada para o aproveitamento da fração celulósica está descrita na literatura especializada e vem sendo aplicada com diversas finalidades para a produção de substâncias químicas e combustíveis. Todavia, sua aplicação em escala comercial ainda não foi implantada.
A maior dificuldade que precisa ser superada se refere ao próprio microrganismo, que precisa ser resistente às condições operacionais, principalmente no que tange às concentrações de inibidores gerados no meio reacional, como por exemplo, furfural, hidroxi-metil-furfural, metais pesados, terpenos, taninos, compostos fenólicos, etc., decorrentes do pré- tratamento do material lignocelulósico, que inibem o crescimento da levedura.
Outra dificuldade inerente ao agente biológico reside na limitação da utilização dos glicídios resultantes dos processos hidrolíticos (pentoses e hexoses). Estes dois fatores associados ocasionam processos fermentativos com tempos longos, resultando em baixos valores de produtividade volumétrica, parâmetro de fundamental importância para transposição à escala industrial.
A grande maioria dos relatos mais recentes descreve o uso de microrganismos geneticamente modificados, desenvolvidos para uma aplicação específica, objetivando contornar estes problemas.
A produção de etanol por tecnologia biológica vem sendo estudada há muito, porém, nos últimos anos, sofreu um grande impulso. Como mencionado anteriormente o grande obstáculo a ser superado se refere à produtividade, ou seja, conseguir um processo economicamente viável e com bons rendimentos, utilizando matéria-prima facilmente acessível.
Grohmann e colaboradores (US 5.125.977) descrevem um processo em que a biomassa (resíduos de agricultura, florestas, vegetais, e de processamento de alimentos) é submetida a um pré-tratamento realizado em duas etapas, visando à recuperação de xilose. Na primeira etapa, a carga de hemicelulose contendo, fundamentalmente, xilanas é submetida a uma pré-hidrólise com ácido diluído (ácido sulfúrico 9% v/v), e o resíduo é submetido a uma segunda etapa de hidrólise enzimática, deixando a biomassa reagir por tempo suficiente para que a celulose seja lentamente hidrolisada. O objetivo do processo é recuperar a xilana, de modo que cerca de 90% possam ser hidrolisados, evitando as limitações dos processos convencionais para produção de xilose. O inconveniente do método é que ao se utilizarem condições severas de temperatura (160°C - 220°C) são formadas muitas substâncias inibidoras ao metabolismo da maioria dos microrganismos utilizados em processos fermentativos.
O documento de patente GB 2.253.633, que corresponde ao documento de patente brasileiro PI 9200100 de 15/01/92, descreve um processo para produzir etanol a partir de biomassa em que o substrato inclui um hidrolisado de celulose, hemicelulose e amido, visando produzir açúcares fermentáveis de seis carbonos. Para a fermentação é utilizada uma cepa de levedura geneticamente modificada (Brettanomyces custersii CBS 5512) que produz a enzima β-glucosidade, o que torna esta levedura com habilidade de fermentar tanto glicose quanto celobiose. No entanto, ainda permanece sem solução a fermentação de pentoses.
O documento de patente norte-americano US 5.231.017 descreve um processo para produzir etanol usando como matéria-prima material contendo alto teor de sólidos secos, como sabugo de milho, grãos, cereais e suas misturas. O amido presente nessas matérias-primas é posto em contato com a enzima a-amilase comercial derivada de Bacillus lickenformis(TAKA-THERM II®), para que seja obtido um meio liquefeito fermentável, o qual é sacarificado em presença de glucoamilase comercial derivada de Aspergillus niger (DISTILLASE®) para se obter amido hidrolisado e açúcares, que são fermentados pela levedura Saccharomyces cerevisae, para se obter etanol. Embora utilize a técnica de sacarificação e fermentação simultânea o método não pode ser aplicado a bagaço de cana.
Torget e colaboradores (US 5.705.369) descrevem um processo genérico de pré-hidrolise de materiais lignocelulósicos em que são investigadas diferentes combinações de faixas de temperatura e de tempo de reação, visando obter melhor percentual de separação de hemicelulose e lignina da celulose. Foram testados diferentes temperaturas (na faixa de 120°C - 240°C) e pH (na faixa de 1 - 7), em um sistema no qual o fluido (produtos solúveis resultantes da pré-hidrólise) se move através da fase sólida (sistema “flow-through")e determinadas as quantidades de xilana e lignina que foram extraídas do material. A combinação de condições menos severas permitiu um aumento de 5% na remoção de lignina.
O pedido brasileiro PI 0600409-1 de 08/02/2006 descreve um processo de produção de enzimas celulolíticas e hemicelulolíticas a partir de resíduos (madeiras de espécies folhosas e palhas de cereais). Tais resíduos são utilizados como fonte de carbono, indutora de obtenção de dessas enzimas, com cepas de Trichoderma reesei geneticamente melhoradas e notadamente recombinadas. As cepas selvagens deste microorganismo têm a capacidade de secretar, em presença de um substrato indutor (a celulose, por exemplo), o complexo enzimático considerado o mais adaptado à hidrólise da celulose. Trata-se, portanto, de um processo para produção de enzimas celuloliticas e/ou hemiceluloliticas produzidas pela cepa especializada. A primeira etapa do pré-tratamento da biomassa compreende a explosão ao vapor (150°C - 250°C) em condição ácida durante alguns minutos, visando transformar a hemicelulose em monômeros, sendo a xilose o açúcar prioritário. Os açúcares são extraídos por lavagem em fase aquosa e utilizados como fonte de carbono para a produção de enzimas; o resíduo sólido da extração, contendo celulose e lignina, pode ser hidrolisado pelas enzimas celuloliticas produzidas.
A invenção objeto do presente pedido, a qual será descrita em detalhe mais adiante, visa igualmente o aproveitamento de resíduos lignocelulósicos, particularmente, resíduo sólido do bagaço de cana-de- açúcar, resultante do pré-tratamento por processo de hidrólise ácida de hemicelulose, objeto do pedido de patente brasileiro PI 0505299-8 de 11/11/2005 da mesma aqui depositante.
Sumário da Invenção
A presente invenção se refere a um processo para produção de etanol a partir de materiais lignocelulósicos por via enzimática, utilizando a técnica de sacarificação e fermentação simultânea rápida, em condições específicas para o melhor aproveitamento da fração celulósica e uma eficiente produção de etanol.
Mais especificamente o processo da invenção compreende o tratamento do resíduo sólido resultante da hidrólise ácida de bagaço de cana. Segundo este processo um hidrolisado da fração hemicelulósica do bagaço de cana, rico em xilose, foi obtido por meio da hidrólise branda com ácido sulfúrico diluído, e fermentado utilizando-se uma cepa da levedura Pichia stipitis adequadamente aclimatada ao substrato principal do hidrolisado (xilose). O resíduo sólido resultante da hidrólise ácida (celulignina) foi tratado no próprio reator para remoção de lignina, através de uma série de lavagens alcalinas a fim de deixar as fibras celulósicas aptas a receberem uma carga enzimática comercial adequada. O material parcialmente deslignificado foi submetido à pré-sacarificação seguida de sacarificação e fermentação simultânea rápida, para a obtenção do etanol em presença de uma linhagem de levedura naturalmente ocorrente, da espécie Saccharomyces cerevisiae.
A grande vantagem deste processo está na obtenção de etanol a partir de bagaço de cana de açúcar, segundo o qual altas produtividades volumétricas são alcançadas, variando de 1 a 3 g/L.h, lançando-se mão de todo o potencial metabólico de uma levedura que ocorre naturalmente, sem necessidade de modificação genética.
Breve Descrição das Figuras
A Figura 1 apresenta um fluxograma simplificado das principais etapas do processo da invenção.
A Figura 2 apresenta um gráfico que ilustra os resultados obtidos com o processo da invenção.
Descrição Detalhada da Invenção
A presente invenção tem por objetivo o aproveitamento das frações polissacarídicas, do bagaço de cana, as quais poderão ser utilizadas na obtenção de etanol, tanto como combustível, quanto como aditivo da gasolina ou insumo químico, sem utilização de altas concentrações enzimáticas e operando em curto período de sacarificação e fermentação alcoólica.
Para que a invenção seja melhor compreendida, sua descrição será referida ao fluxograma apresentado na Figura 1, que corresponde à concretização preferida da invenção.
Como mostrado na Figura 1 a biomassa (1) contendo material lignocelulósico é submetida inicialmente a um processo de hidrólise ácida diluída (2), onde se obtém um hidrolisado hemicelulósico (3), rico em pentoses, que sofrerá fermentação (4) para a produção de etanol, o qual posteriormente será destilado (5), e, um resíduo sólido (6), rico em celulose e lignina, a celulignina. Este material residual (6) é submetido a um pré-tratamento de lavagem (7) com solução alcalina, e posteriormente, a um processo de hidrólise enzimática (sacarificação) (8) para liberar a glicose e, simultaneamente, a um processo de fermentação (9) com levedura, para a fermentação de glicose a etanol, o qual será separado do meio fermentado e destilado (5).
O primeiro estágio do processo compreende a hidrólise branda do bagaço de cana com ácido sulfúrico a 1%, visando-se à obtenção preferencial de pentoses, especialmente xilose, principal componente da fração hemicelulósica de bagaço de cana.
Este primeiro estágio encontra-se descrito em detalhe no pedido de patente brasileiro PI 0505299-8 da mesma aqui depositante. O material celulósico é homogeneizado e submetido à hidrólise ácida branda em reator especial tipo prensa, no qual o vaso principal é submetido a uma pressão de 1 atm (correspondente a uma temperatura de 121 °C) durante um tempo determinado em função da relação sólidoJíquido, normalmente na faixa de 30 a 50 minutos. A fase líquida (hidrolisado) é separada do resíduo sólido por prensagem no próprio reator, e submetida a um processo de fermentação em presença da levedura Pichia stipitis já aclimatada e adaptada ao meio fermentative, para a obtenção de etanol.
Contudo, o resíduo sólido contém ainda alto teor de celulose, a qual precisa ser hidrolisada a açúcares que são fermentados por uma linhagem de Saccharomyces cerevisiae para a produção de etanol, sendo este processo objeto da presente invenção, que corresponde ao segundo estágio do processo global, e será descrito a partir deste ponto.
O segundo estágio do processo compreende basicamente o tratamento a que é submetido o resíduo sólido, a saber: a) promover o pré-tratamento da celulignina em meio alcalino, seguido da lavagem com água; b) conduzir o resíduo ao biorreator e promover a pré-hidrólise enzimática (sacarificação) do mesmo, em temperatura moderada, na presença de uma carga enzimática comercial, de modo a obter uma concentração suficiente de açúcares fermentáveis a partir da qual , com a adição de leveduras, inicia-se o processo de produção de etanol (descrito no item c)). O período de pré-hidrólise enzimática (sacarificação) é não superior a 8 horas; c) iniciar a fermentação dos acúcares gerados na pré-hidrólise enzimática (etapa b)), pela adição de uma levedura adequada para a produção do etanol, mantendo-se a carga enzimática adicionada na etapa b). Observar que, como a carga enzimática foi mantida dentro do biorreator, a hidrólise enzimática descrita no item b) continua ocorrendo em paralelo com a reação de fermentação. Daí a denominação de “processo de hidrólise enzimática simultânea à fermentação alcoólica” Os açúcares fermentáveis gerados pela hidrólise enzimática (sacarificação) são consumidos pelas leveduras ao longo do processo de fermentação para produção de etanol. O processo de hidrólise enzimática (sacarificação) e fermentação simultâneas ocorre por um período de, no máximo, 32h, ao final do qual a concentração máxima de etanol é atingida; d) separar e destilar o etanol produzido.
O processo da presente invenção apresenta como principal vantagem o fato de se conseguir em tempo muito reduzido, devido às condições estudadas e otimizadas, a produção do etanol com produtividade volumétrica significativa, trazendo um ganho econômico que viabiliza sua implementação comercial.
Os processos conhecidos da técnica anterior, mesmo utilizando microrganismos modificados geneticamente não atingem conversões a etanol em tempos tão reduzidos, sendo necessários cerca de 3 - 5 dias.
De acordo com o processo da invenção, a partir de apenas 8h de pré- hidrólise enzimática (sacarificação) e mais 32 horas de sacarificação e fermentação simultâneas já se verifica a produção máxima de etanol.
Atribui-se a eficiência do processo ao controle rigoroso das variáveis determinantes envolvidas no mesmo e à determinação de condições operacionais otimizadas.
Para que o processo da invenção possa ser mais bem avaliado, o processo passa a ser descrito de acordo com sua realização preferida, de modo que os exemplos são apresentados a título de ilustração apenas.
Descrição da concretização preferida:
Como citado anteriormente, no primeiro estágio do processo promove-se a hidrólise ácida do material lignocelulósico, visando à obtenção de um hidrolisado hemicelulósico e uma fração de sólidos. A metodologia adotada encontra-se descrita resumidamente no Exemplo 1 a seguir.
Exemplo 1:
A primeira etapa do processo consiste em promover a hidrólise com ácido sulfúrico (1 % v/v) à obtenção de um hidrolisado hemicelulósico e uma fração de sólidos, e promover a hidrólise ácida da fração hemicelulósica, durante cerca de 40 min, utilizando-se uma relação sólido /líquido otimizada. O material sólido é removido por prensagem em reator tipo prensa, especialmente desenvolvido para o processo objeto do PI 0502599-8. O hidrolisado é neutralizado com Ca(OH)2e filtrado, sendo levado o hidrolizado líquido a ser submetido a fermentação das pentoses por meio de biomassa aclimatada , a qual é utilizada na concentração de 10 g/L, em biorreator, durante 20-30h, à temperatura de aproximadamente 30°C. A aclimatação da biomassa foi obtida por meio de propagação celular seqüencial, na qual o conteúdo de hidrolisado foi sendo aumentado gradativamente. Ao final da fermentação se promove a separação e destilação do etanol.
A produtividade volumétrica obtida com o processo foi da ordem de 1,0 g/L.h
Exemplo 2
O sólido separado no reator, conforme descrito no Exemplo anterior, é tratado de acordo com o processo da invenção. O sólido resultante desta etapa, rico na fração celulósica, é submetido a uma série de lavagens alcalinas no próprio reator prensa com o objetivo de remover parcialmente a lignina solúvel, cujos componentes aromáticos são inibitórios ao processo fermentative. Esta etapa é de fundamental importância na medida em que propicia um aumento da acessibilidade das enzimas à fibra celulósica.
O resíduo sólido separado por prensagem no reator é lavado com solução alcalina (NaOH a 4 % p/v ) e em, seguida submetido a lavagens sucessivas com água levemente ácida (HCI) até atingir a faixa de pH 6 - 7, e reconduzido ao biorreator, onde será promovida um pré-tratamento enzimático (pré-hidrólise enzimática). No biorreator é misturado o resíduo sólido com água contendo micro nutrientes numa relação 1 para 10 a 20, mantido a uma temperatura na faixa de 30°C a 50°C, preferencialmente 47°C, tendo-se adicionado a esta mistura, enzimas celulósicas comerciais (GENENCOR® GC220) em concentrações de 20 a 30 FPU/g, deixando-se transcorrer a reação por um período de 8 a 12h. Após este período, adiciona-se o microorganismo adequado à produção de etanol, Saccharomyces cerevisae sem qualquer modificação genética, dando-se início à etapa de sacarificação e fermentação simultâneas A temperatura do reator é mantida na faixa de 30°C a 39°C, preferencialmente nas proximidades de 37°C, mantendo-se a concentração de células da levedura na faixa de 2 a 6 g/L, durante um tempo máximo de 30 a 32 horas.
A conversão de celulose em etanol envolve dois passos fundamentais: a hidrólise das longas cadeias das moléculas de celulose em açúcares (hexoses) e a fermentação desses açúcares em etanol.%, A eliminação de substâncias tóxicas que seriam geradas pelo processo de hidrólise química da celulose minimiza a inibição das enzimas do complexo celulásico pelos seus próprios produtos de hidrólise (glicose e celobiose). O processo da presente invenção também utiliza a técnica da sacarificação e fermentação simultânea, conhecida entre os especialistas como processo (SSF).
Foram obtidas concentrações de etanol entre 50 e 55 g/L, e a produtividade alcançada, na faixa de 1,5 a 2,0 g/L.h.
Os resultados são apresentados no gráfico de concentração versus tempo mostrado na Figura 2.
Com a aplicação de ambos os estágios do processo a conversão em etanol atingiu 182 L/tonelada de bagaço de cana, o que torna o processo como um todo bastante viável economicamente, visto que se consegue reduzir o tempo de conversão no segundo estágio de 4-5 dias para 32 horas.
Deve-se ressaltar, entretanto, que os exemplos aqui apresentados possuem caráter meramente ilustrativo, não sendo, portanto, limitativos à invenção, ficando evidente para os especialistas na matéria que outras cargas enzimáticas, comerciais ou não, e diferentes leveduras poderão ser empregadas, sem fugir ao escopo da invenção.

Claims (9)

1. PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE ETANOL A PARTIR DE MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS POR VIA ENZIMÁTICA, como por exemplo o bagaço de cana, caracterizado porcompreender as etapas de: a) pré-tratamento de um resíduo sólido, denominado de celulignina, contendo celulose e lignina, o qual é submetido a lavagens com soluções alcalinas (NaOH 4% p/v) para se remover parcialmente a lignina do dito resíduo sólido, à temperatura ambiente, seguido de lavagens com água acidificada até atingir o pH 6-7; dito resíduo sólido remanescente, sendo a seguir separado da fase aquosa por meio de filtração em reator especial tipo prensa; b) pré-hidrólise enzimática (sacarificação) do resíduo sólido, no próprio reator, misturando o dito resíduo sólido com uma solução de mícronutrientes numa relação sólido /líquido 1 para 10 a 20 a uma temperatura na faixa de 30°C a 50°C, tendo-se adicionado ao dito resíduo, uma carga de enzimas comerciais para hidrólise de celulose, em concentrações de 20 a 30 FPU/g, deixando-se transcorrer a reação por um período de 8 a 12h; c) hidrólise enzimática (sacarificação) e fermentação simultâneas, adicionando-se um microorganismo com atividade para produção de etanol, com carga de concentração celular na faixa de 2 a 6 g/L ,mantendo-se a carga de enzimas responsáveis pela hidrólise enzimática (sacarificação), sendo a temperatura do biorreator na faixa de 30°C a 39°C, , durante um tempo máximo de 30 a 32 horas; d) separação e destilação do etanol obtido.
2. PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE ETANOL A PARTIR DE MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS POR VIA ENZIMÁTICA de acordo com a reivindicação 1, caracterizado poro microorganismo utilizado na fermentação ser a levedura Saccharomyces cerevisae sem modificação
3. PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE ETANOL A PARTIR DE MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS POR VIA ENZIMÁTICA de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a produtividade do processo estar na faixa de 1,0 a 3,0 g/L.h.
4. PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE ETANOL A PARTIR DE MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS POR VIA ENZIMÁTICA de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a reação de sacarificação e fermentação simultâneas transcorrer no período máximo de 32h.
5. PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE ETANOL A PARTIR DE MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS POR VIA ENZIMÁTICA de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a relação entre as concentrações sólido /liquido ter sido otimizada na faixa de 1 para 10 a 20.
6. PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE ETANOL A PARTIR DE MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS POR VIA ENZIMÁTICA de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a pré-hidrólise enzimática ser conduzida a uma temperatura preferencial de 47°C, por um período de 8 a 12h.
7. PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE ETANOL A PARTIR DE MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS POR VIA ENZIMÁTICA de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a hidrólise enzimática (sacarificação) e fermentação simultâneas serem conduzidas a uma temperatura preferencial de 37°C por um período de, no máximo, 30 a 32h.
8. PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE ETANOL A PARTIR DE MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS POR VIA ENZIMÁTICA de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a concentração de microorganismos adequados à produção de etanol ,durante a sacarificação e fermentação simultâneas, ser mantida na faixa de 2 a 6 g/L.
9. PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE ETANOL A PARTIR DE MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS POR VIA ENZIMÁTICA de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pora carga enzimática compreender enzimas celulósicas comerciais adicionadas em concentrações na faixa de 20 a 30 FPU/g.
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JP2009538790A JP5325793B2 (ja) 2006-11-30 2007-11-30 リグニンを除去するために、アルカリ溶液で固体リグノセルロース材料を処理するステップを含む、固体リグノセルロース材料からのエタノールの発酵生産のための方法
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CNA200780014315XA CN101426922A (zh) 2006-11-30 2007-11-30 包括用碱性溶液处理固体木质纤维素材料以便除去木质素的步骤由固体木质纤维素材料发酵生产乙醇的方法
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SE0950098A SE535902C2 (sv) 2006-11-30 2007-11-30 Förfarande för att enzymatisk framställning av etanol från lignocellulosamaterial
US12/297,088 US8232082B2 (en) 2006-11-30 2007-11-30 Process for the fermentative production of ethanol from solid lignocellulosic material comprising a step of treating a solid lignocellulosic material with alkaline solution in order to remove the lignin
DKPA200900242A DK178525B1 (en) 2006-11-30 2009-02-23 Process for fermentative ethanol production from solid lignocellulosic material

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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9399782B2 (en) 2007-06-27 2016-07-26 Novozymes A/S Methods for producing fermentation products
JP5233452B2 (ja) * 2008-07-08 2013-07-10 王子ホールディングス株式会社 糖化発酵システム
US8524474B2 (en) * 2008-11-20 2013-09-03 E I Du Pont De Nemours And Company Process for producing a concentrated sugar solution by enzymatic saccharification of polysaccharide enriched biomass
WO2010059825A1 (en) * 2008-11-20 2010-05-27 E. I. Du Pont De Nemours And Company Sugar production by decrystallization and hydrolysis of polysaccharide enriched biomass
CA2739704C (en) * 2008-11-20 2015-08-18 E.I. Du Pont De Nemours And Company Process for producing a sugar solution by combined chemical and enzymatic saccharification of polysaccharide enriched biomass
RU2405832C2 (ru) 2008-12-29 2010-12-10 Дэвон Инвестмент Лимитед Способ подготовки древесного сырья для получения сахаров, установка для его осуществления и продукт
BRPI0805560B1 (pt) 2008-12-29 2016-12-06 Petroleo Brasileiro Sa processo de produção de um preparado enzimático para hidrólise de celulose de resíduos lignocelulósicos e sua aplicação na produção de etanol
MY171749A (en) 2009-05-26 2019-10-27 Arvind Mallinath Lali Method for production of fermentable sugars from biomass
WO2011031104A2 (ko) 2009-09-14 2011-03-17 지에스칼텍스 주식회사 바이오 연료물질 및 바이오 화학물질 제조방법
BR112012010808A2 (pt) * 2009-10-08 2015-06-16 Dsm Ip Assets Bv Processo para a hidrólise enzimática de materiais lignocelulósicos e fermentação de açúcares
JP2012044880A (ja) * 2010-07-29 2012-03-08 Sekisui Chem Co Ltd セルロース糖化方法
US8889384B2 (en) 2010-10-07 2014-11-18 Shell Oil Company Process for the production of alcohols from biomass
FR2966154B1 (fr) 2010-10-13 2014-05-16 Cie Ind De La Matiere Vegetale Cimv Procede perfectionne d'hydrolyse enzymatique de la cellulose
CN102051383A (zh) * 2010-11-05 2011-05-11 中国科学院过程工程研究所 汽爆处理木质纤维素原料联产沼气、纤维素和木质素的方法
WO2012088108A1 (en) * 2010-12-20 2012-06-28 Shell Oil Company Process for the production of alcohols from biomass
CN102251010B (zh) * 2011-05-18 2014-12-24 广州优锐生物科技有限公司 一种蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法
WO2013095204A1 (en) * 2011-12-21 2013-06-27 Skandinavisk Kemiinformation Ab Method for preparing fuels from lignocellulosic feedstock
CN117025713B (zh) * 2023-09-21 2024-02-13 北京工商大学 一种复合菌系制备乙醇的方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5628830A (en) 1979-03-23 1997-05-13 The Regents Of The University Of California Enzymatic hydrolysis of biomass material
AU1584201A (en) * 1999-11-02 2001-05-14 Waste Energy Integrated Sytems, Llc Process for the production of organic products from lignocellulose containing biomass sources
US7604967B2 (en) * 2003-03-19 2009-10-20 The Trustees Of Dartmouth College Lignin-blocking treatment of biomass and uses thereof
JP4401735B2 (ja) * 2003-10-15 2010-01-20 月島機械株式会社 エタノールの製造方法
UA88474C2 (ru) * 2004-07-16 2009-10-26 Айоджен Энерджи Корпорейшн Способ получения потока сахарного продукта из целлюлозной биомассы
BRPI0505299B1 (pt) * 2005-11-11 2014-12-16 Petroleo Brasileiro Sa Processo de produção de etanol a partir do hidrolisado da fração hemicelulósica do bagaço de cana-de-açúcar em reator do tipo prensa

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