ES2918252T3 - Proceso de múltiples etapas para el aislamiento de componentes de Miscanthus - Google Patents

Proceso de múltiples etapas para el aislamiento de componentes de Miscanthus Download PDF

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Abstract

La invención se relaciona con un proceso para el aislamiento de componentes del material vegetal de Miscanthus. El proceso comprende tres extracciones posteriores. La primera extracción produce un extracto que comprende uno o más compuestos seleccionados del grupo de antioxidantes, polifenoles, proteínas, esteroles, ácidos, alcoholes, cetonas, aldehídos y compuestos aromáticos. Posteriormente, el material vegetal está sujeto a dos extracciones con un hidróxido de metal (por ejemplo, NaOH), el primero realizado a un pH más bajo que el segundo. Estos pasos producen una fracción de azúcar y una fracción de iignina, respectivamente. Finalmente, del residuo después de la tercera extracción, la celulosa está aislada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Proceso de múltiples etapas para el aislamiento de componentes de Miscanthus
La invención se refiere a un proceso para el aislamiento de componentes de material vegetal de Miscanthus y a los productos que se pueden obtener mediante tal proceso.
Impulsado por la creciente preocupación por el medio ambiente y la creciente demanda de productos naturales para sostener y mejorar la vida humana, existe un interés creciente por cultivar cultivos agrícolas específicos y desarrollar procesos eficientes en donde estos cultivos se fraccionen en una pluralidad de componentes útiles, no solo productos básicos tales como celulosa, lignina, almidón y azúcares, pero también componentes más valiosos que están presentes en cantidades menores, tales como antioxidantes, proteínas, esteroles, ácidos grasos, alcoholes grasos, compuestos aromáticos y otros compuestos naturales.
Al elegir un cultivo apropiado y encontrar un método eficiente para procesarlo, se puede satisfacer la necesidad de una variedad de productos útiles de manera que tenga un menor impacto en el medio ambiente, que genere menos desechos (agrícolas), y en donde haya menos competencia con el cultivo de alimentos en la tierra agrícola disponible.
Ahora se ha encontrado que con un procesamiento particular de un cultivo particular, se puede obtener una pluralidad de productos útiles de manera eficiente.
En consecuencia, la presente invención se refiere a un proceso para el aislamiento de componentes a partir de material vegetal de Miscanthus, el proceso comprende
- proporcionar material vegetal de Miscanthus; luego
- someter el material vegetal a una extracción con un primer solvente de extracción para producir un primer residuo y un primer extracto, en donde
• el primer solvente de extracción es una mezcla que comprende etanol y agua en una relación en peso en el intervalo de 35:65 a 99,0:1,0;
• el primer extracto comprende uno o más compuestos seleccionados del grupo de antioxidantes, polifenoles, proteínas, esteroles, ácidos, alcoholes, cetonas, aldehídos y compuestos aromáticos; luego
- someter el primer residuo a una extracción con un segundo solvente de extracción para producir un segundo residuo y un segundo extracto, en donde
• el segundo solvente de extracción comprende una solución acuosa de uno o más hidróxidos metálicos seleccionados del grupo de LiOH, NaOH y KOH, en donde la concentración total del uno o más hidróxidos metálicos está en el intervalo de 0,15-1,50 M; y
• el segundo extracto comprende una pluralidad de azúcares; luego
- someter el segundo residuo a una extracción con un tercer solvente de extracción para producir un tercer residuo y un tercer extracto, en donde
• el tercer solvente de extracción comprende una solución acuosa de uno o más hidróxidos metálicos seleccionados del grupo de LiOH, NaOH y KOH, en donde la concentración total del uno o más hidróxidos metálicos es de al menos 2,5 M;
• el tercer extracto comprende lignina; y
• el tercer residuo comprende celulosa.
La Figura 1 muestra una representación esquemática del proceso (1) de la invención.
La Figura 2 muestra una modalidad específica del proceso (1) de la invención.
El género Miscanthus es un cultivo no alimentario conocido por su excelente productividad, rápido crecimiento, y alta resistencia a las enfermedades. Por su naturaleza perenne y alta productividad, las especies de Miscanthus son fuentes de biomasa muy atractivas para la generación de energía. Sin embargo, otros componentes que ocurren naturalmente en Miscanthus han permanecido subexpuestos. Sorprendentemente, ahora se ha encontrado que una variedad de productos valiosos se puede obtener fácil y eficientemente a partir de Miscanthus mediante una serie de extracciones selectivas posteriores.
En principio, puede usarse cualquier especie de Miscanthus, por ejemplo, una especie seleccionada del grupo de Miscanthus changii, Miscanthus depauperatus, Miscanthus ecklonii, Miscanthus floridulus, Miscanthus fuscus, Miscanthus giganteus, Miscanthus junceus, Miscanthus nepalensis, Miscanthus nudipes, Miscanthus oligostachyus, Miscanthus sacchariflorus, Miscanthus sinensis, Miscanthus tinctorius y Miscanthus violaceus. Preferentemente se usa Miscanthus giganteus, que es un híbrido estéril de Miscanthus sinensis y Miscanthus sacchariflorus.
La extracción con un primer solvente de extracción tiene el propósito de aislar uno o más compuestos particulares (extractos) del material vegetal. El extracto obtenido de esta extracción se denomina primer extracto. En caso de que se realice una pluralidad de extracciones con el primer solvente de extracción (extracción por lotes), el primer extracto consta de los extractos combinados de la pluralidad de extracciones.
La extracción con un primer solvente de extracción está dirigida en particular al aislamiento de un intervalo de compuestos que se encuentran en bajas concentraciones en Miscanthus, típicamente compuestos que están presentes en una concentración de menos de 1 g por kilogramo de material seco de Miscanthus. La fracción total (materia seca) obtenida luego de la extracción con el primer solvente de extracción puede corresponder a una cantidad de 1-25 g por kilogramo de material seco de Miscanthus. Normalmente, sin embargo, corresponde a una cantidad de 5-15 g por kilogramo de material seco de Miscanthus.
La extracción con un primer solvente de extracción puede realizarse directamente sobre el material vegetal cosechado, pero también puede estar precedida, por ejemplo, por una etapa de lavado y/o una etapa de picado o triturado.
El material vegetal cosechado puede comprender la suciedad que suele estar presente en un campo agrícola, tal como arena, tierra, material orgánico que no pertenece al cultivo cosechado, microorganismos (tales como levaduras y bacterias), fertilizante o estiércol. Tales contaminaciones pueden interferir con el proceso y eventualmente terminar en uno de los componentes aislados. Por lo tanto, el material vegetal en un proceso de la invención normalmente se limpia antes de que se use en el proceso. Esto puede realizarse al lavarlo con agua, por ejemplo, al usar un rociador de agua a alta velocidad. El proceso exacto de limpieza depende de la naturaleza y el grado de contaminación.
Para facilitar el manejo, el material vegetal normalmente se corta en pedazos, por ejemplo, con una dimensión mayor en el intervalo de 0,5-150 mm. En particular, puede estar en el intervalo de 1,0-100 mm, en el intervalo de 2,0-50 mm, en el intervalo de 3,0-25 mm, en el intervalo de 4,0-10 mm o en el intervalo de 0,50-4,0 mm. Parecía que triturar el material en piezas más pequeñas, por ejemplo, con una dimensión mayor en el intervalo de 0,5-2 mm, no dio como resultado un mayor rendimiento de polifenoles que triturarlo en piezas más grandes, por ejemplo, con una dimensión mayor en el intervalo de 5 mm-10 mm. Además, se ha demostrado que un alto grado de molienda daña las fibras de celulosa, lo que es desfavorable para propósitos particulares, por ejemplo, en la fabricación de papel o para polímeros reforzados con fibra.
El primer extracto comprende uno o más compuestos seleccionados del grupo de antioxidantes (tales como polifenoles), proteínas, esteroles, ácidos (tales como ácidos grasos saturados, ácidos grasos insaturados y alfahidroxiácidos), alcoholes (tales como alcoholes grasos saturados y alcoholes grasos insaturados), cetonas, aldehídos y compuestos aromáticos. Los compuestos en el primer extracto generalmente se caracterizan como compuestos lipofílicos, ya que típicamente se obtienen por extracción con un solvente orgánico, o con una mezcla de agua con un solvente orgánico en donde el agua está presente en menos del 50 % en peso.
Por compuestos aromáticos se entiende compuestos que comprenden en su estructura molecular un grupo funcional o sustituyente derivado de un anillo aromático, normalmente un grupo hidrocarburo aromático, por ejemplo un grupo fenilo sustituido o no sustituido. En particular, un compuesto aromático extraído puede ser un compuesto fenólico, más en particular uno seleccionado del grupo de ácido p-cumárico, ácido vanílico, p-hidroxibenzaldehído y vainillina.
El primer extracto puede comprender en particular uno o más compuestos seleccionados del grupo de ácido hexanoico, ácido heptanoico, ácido octanoico, ácido nonanoico, ácido decanoico, ácido dodecanoico, ácido tridecanoico, ácido tetradecanoico, ácido pentadecanoico, ácido hexadecanoico, ácido heptadecanoico, ácido octadecanoico ácido, ácido nonadecanoico, ácido eicosanoico, ácido heneicosanoico, ácido docosanoico, ácido tricosanoico, ácido tetracosanoico, ácido pentacosanoico, ácido hexacosanoico, ácido heptacosanoico, ácido octacosanoico, ácido nonacosanoico, ácido triacontanoico, ácido hexadecenoico, ácido cis-9-octadecenoico, 2-ácido hidroxieicosanoico, ácido 2-hidroxidocosanoico, ácido 2-hidroxitricosanoico, ácido 2-hidroxitetracosanoico, ácido benzoico, p-hidroxibenzaldehído, resorcinol, vainillina, ácido 4-hidroxibenzoico, siringaldehído, ácido vainílico, 4-hidroxi-3-metoxicinamaldehído, 3-vanillilpropanol, ácido siríngico, 1-guayacil-2-hidroxietanona, ácido p-cumárico, 3,5-dimetoxi-4-hidroxi cinamaldehído, ácido guayacil glioxílico, 2-hidroxi-1-siringileto hanona, ácido ferúlico, vanililetanodiol, campesterol, estigmasterol, jS-sitosterol, estigmasta-3,5-dien-7-ona, estigmasta-4-en-3-ona, estigmasta-6-en-3,5-diol, 7-hidroxi-S-sitosterol, 7-oxo-S-sitosterol, hexacosan-1-ol, heptacosan-1-ol, pentacosan-1,2-diol, octacosan-1-ol, pentadecan-2-ona, heptacosano y octacosanal.
El primer solvente de extracción se elige de manera que sea capaz de extraer uno o más de los extractivos mencionados anteriormente, en particular que sea capaz de extraer compuestos lipófilos.
Preferentemente, el primer solvente de extracción es una mezcla de agua y un alcohol, en donde el alcohol constituye al menos 30 % en peso de la mezcla y se disuelve en el agua. El alcohol es entonces en particular un alcohol de 1, 2 o 3 átomos de carbono (un alcohol C1, C2 o C3), más en particular un alcohol seleccionado del grupo de metanol, etanol, 1-propanol, 2-propanol, etanodiol, 1,2-propanodiol y 1,3-propanodiol. El alcohol que constituye al menos 30 % en peso de la mezcla también puede ser una mezcla de alcoholes, por ejemplo una mezcla de metanol y etanol. En particular, el primer solvente de extracción es un solvente que consiste esencialmente en agua y uno o más alcoholes, en donde el uno o más alcoholes constituyen al menos el 30 % en peso de la mezcla.
Con mayor preferencia, el primer solvente de extracción comprende al menos 30 % en peso de etanol y 70 % en peso o menos de agua. En tal caso, el primer solvente de extracción es preferentemente una mezcla que comprende etanol y agua en una relación en peso en el intervalo de 35:65 a 100:0,0, con mayor preferencia en el intervalo de 60:40 a 99,0:1,0, incluso con mayor preferencia en el intervalo de 65:35 a 85:15. En principio, es posible que tal mezcla comprenda uno o más componentes en cantidades menores, por ejemplo, uno o más de los otros alcoholes mencionados anteriormente.
En particular, el primer solvente de extracción es un solvente que consiste esencialmente en agua y etanol, en donde el etanol constituye al menos 30 % en peso de la mezcla. Preferentemente, el etanol constituye de 45-99 % en peso de tal solución. Con mayor preferencia, constituye de 55-95 % en peso de tal solución e incluso con mayor preferencia constituye de 60-85 % en peso de tal solución.
Debido a que el primer solvente de extracción se separa preferentemente de los extractivos por evaporación, es ventajoso para la eficiencia energética del proceso que el punto de ebullición del primer solvente de extracción sea lo más bajo posible. Este requisito normalmente se cumple mediante el uso de un solvente seleccionado del grupo de alcoholes C1-C3, acetona, cloroformo, diclorometano, acetato de etilo, éter dietílico, dioxano y tetrahidrofurano. Solventes menos adecuados a este respecto son acetonitrilo, dimetilformamida y dimetilsulfóxido, porque estos tienen puntos de ebullición significativamente más altos.
Por otro lado, cuando se desea compatibilidad con el procesamiento de alimentos, se prefiere usar etanol. Los solventes que se evitan preferentemente para este fin son, por ejemplo, cloroformo, diclorometano, acetonitrilo, metanol y etanodiol.
La extracción con el primer solvente de extracción puede realizarse a una temperatura en el intervalo de 0-100 °C. Puede ser 90 °C o menos, 80 °C o menos o 70 °C o menos. En particular, está a una temperatura en el intervalo de 10-60 °C, más en particular a una temperatura en el intervalo de 20-50 °C. Cuando se pretende obtener determinados compuestos que son sensibles a temperaturas más elevadas, entonces la extracción se realiza preferentemente a una temperatura lo más baja posible. Por ejemplo, los polifenoles parecen ser sensibles a la degradación a temperaturas elevadas, por ejemplo, por encima de 35 °C. Una extracción a temperaturas más bajas, por otro lado, parece ser menos efectiva. Como equilibrio, la temperatura está preferentemente en el intervalo de 10­ 40 °C, con mayor preferencia en el intervalo de 15-35 °C o en el intervalo de 20-30 °C. En particular, cuando el primer solvente de extracción es una solución de etanol en agua al 55-95 % en peso, o una solución al 60-85 % en peso, entonces la temperatura también está preferentemente en el intervalo de 10-40 °C, con mayor preferencia en el intervalo de 15-35 °C o en el intervalo de 20-30 °C. En principio, durante una evaporación del primer solvente de extracción, la temperatura del primer extracto (incluidos los extractivos que contiene) también está en el mismo intervalo que durante la extracción misma, por ejemplo, en el intervalo de 10-40 °C, en el intervalo de 15-35 °C, en el intervalo de 20-35 °C o en el intervalo de 20-30 °C.
La extracción con el primer solvente de extracción puede realizarse a presión atmosférica, pero también a una presión superior, por ejemplo a una presión de hasta 10 bar. La presión puede ser de 7 bar o menos, 5,0 bar o menos, 4,0 bar o menos, 3,0 bar o menos, o 2,0 bar o menos. A presiones superiores a 1,0 bar, es posible aplicar temperaturas de extracción que se encuentran por encima del punto de ebullición normal del etanol, por ejemplo, temperaturas en el intervalo de 80-100 °C.
La extracción con el primer solvente de extracción puede realizarse por lotes o de manera continua. En caso de que se realice por lotes, entonces se realiza una pluralidad de extracciones, en donde los extractos resultantes se combinan para formar el primer extracto. Como es de esperar, en cada extracción posterior la cantidad de extractivos suele ser menor que en la extracción anterior. En dependencia del grado de tal descomposición y la energía requerida para la evaporación, el número de extracciones puede estar en el intervalo de 1-10, normalmente está en el intervalo de 2-4.
En el caso de un proceso de extracción continuo, el solvente de extracción se recicla preferentemente por evaporación, como por ejemplo en una extracción soxhlet. La cantidad de solvente de extracción está normalmente en el intervalo de 3-30 mL por gramo de material vegetal, preferentemente en el intervalo de 5-20 mL por gramo de material vegetal. La duración de una extracción dirigida al aislamiento de polifenoles está típicamente en el intervalo de 1,0-3,0 horas. La temperatura aplicada está entonces típicamente en el intervalo de 20-35 °C.
En la extracción con el primer solvente de extracción, la fase sólida (material vegetal sólido) se separa de la fase disuelta (el extracto que comprende los extractivos) para producir un primer residuo y un primer extracto, respectivamente. Esta separación normalmente se realiza mediante métodos conocidos en la técnica. Mientras que a menor escala es posible realizar una filtración sobre un trozo de papel de filtro o un embudo de vidrio sinterizado con una placa de filtro porosa, a mayor escala se prefiere hacer uso de una centrifugación.
La extracción con un segundo solvente de extracción, realizada sobre el primer residuo, tiene como finalidad aislar azúcares del material vegetal de Miscanthus. Para ello, el segundo solvente de extracción es moderadamente alcalino. Comprende una solución acuosa de una o más sales de hidróxido seleccionadas del grupo de LiOH, NaOH y KOH en donde la concentración total de la una o más sales de hidróxido está en el intervalo de 0,15-1,5 M. En particular, la concentración de la una o más sales está en el intervalo de 0,20-1,20 M. Dado que la una o más sales de hidróxido pueden estar presentes como una mezcla de dos o tres sales de hidróxido, se usa el término “concentración total”. La concentración total también puede ser 1,4 M o menos, 1,3 M o menos, 1,2 M o menos, 1,0 M o menos, 0,80 M o menos, 0,60 M o menos, 0,40 M o menos o 0,20 M o menos.
Cuando el material vegetal de Miscanthus del primer residuo se somete a estas condiciones, la hemicelulosa se hidroliza para formar azúcares que se disuelven en el solvente moderadamente alcalino. Al mismo tiempo, estas condiciones no degradan estos azúcares, ni afectan negativamente a la lignina del Miscanthus (por ejemplo, la lignina no se hidroliza y disuelve en el segundo extracto), o al menos estas condiciones no afectan negativamente la lignina en gran medida. Además, la lignina apenas se disuelve en estas condiciones, por lo que los azúcares obtenidos por la extracción con el segundo solvente de extracción solo contienen pequeñas cantidades de lignina. Por el contrario, la lignina se disuelve bien en el tercer solvente de extracción (vide infra), lo que se debe principalmente a su mayor alcalinidad. Por tanto, la diferencia de concentración de hidróxido de ambos solventes de extracción tiene como efecto que se produzca una separación selectiva de la lignina de los azúcares.
El álcali en el segundo solvente de extracción actúa como catalizador de la hidrólisis de la hemicelulosa y no se consume estequiométricamente. Se prefiere que al comienzo de la extracción haya suficiente sal de hidróxido presente para adaptarse a las pequeñas pérdidas debidas a la neutralización o dilución, por ejemplo, por el primer residuo. Por ejemplo, cuando se usa una solución de NaOH 25 mM (aproximadamente 0,1 m% de NaOH), por cada gramo de Miscanthus (contenido de materia seca), la cantidad de esta solución que se usa normalmente es de al menos 10 o al menos 15 mL.
En la extracción con el segundo solvente de extracción, la fase sólida (procedente del material vegetal sólido del primer residuo) se separa de la fase disuelta (el extracto que comprende los azúcares disueltos) para producir un segundo residuo y un segundo extracto, respectivamente. Esto se realiza normalmente mediante métodos conocidos en la técnica. Mientras que a menor escala es posible realizar una filtración sobre un trozo de papel de filtro o un embudo de vidrio sinterizado con una placa de filtro porosa, a mayor escala se prefiere hacer uso de una centrifugación.
El segundo extracto típicamente comprende una pluralidad de azúcares, tales como arabinosa, xilosa, manosa, galactosa, glucosa y ramnosa. El azúcar con presencia más destacada es la xilosa.
En principio, la extracción con el segundo solvente de extracción puede realizarse a cualquier temperatura, siempre que no se produzca una degradación sustancial (o una degradación no deseada) de los productos formados durante la hidrólisis y la extracción (por ejemplo, el segundo extracto; y el lignina y celulosa que quedan en el segundo residuo). Normalmente, sin embargo, la temperatura está en el intervalo de 0-120 °C. También puede estar en el intervalo de 10-110 °C o en el intervalo de 20-100 °C. Preferentemente, la temperatura está en el intervalo de 30-90 °C, con mayor preferencia está en el intervalo de 40-80 °C. Está incluso con mayor preferencia en el intervalo de 50­ 70 °C. A esta temperatura, hay una hidrólisis rápida y efectiva de la hemicelulosa mientras que las reacciones secundarias no deseadas tales como la degradación del producto están ausentes en gran medida. Cuando la temperatura es superior a 80 °C, la concentración total de la una o más sales preferentemente no es superior a 1,3 M, con mayor preferencia no superior a 1,2 M.
La extracción con el segundo solvente de extracción puede realizarse a presión atmosférica, pero también a una presión superior, por ejemplo a una presión de hasta 10 bar. La presión puede ser de 7 bar o menos, 5,0 bar o menos, 4,0 bar o menos, 3,0 bar o menos, o 2,0 bar o menos.
El segundo solvente de extracción puede comprender etanol, por ejemplo, en una cantidad de 10-50 % en peso, o en una cantidad de 20-40 % en peso. Una ventaja de la presencia de etanol en el segundo solvente de extracción es que conduce a una mejor desfibración de la celulosa y que contiene menos lignina residual luego de la extracción con el tercer solvente de extracción (índice kappa más bajo). En caso de que haya etanol presente, la concentración de la una o más sales todavía está relacionada con la cantidad total de agua y etanol presente.
La extracción con el segundo solvente de extracción puede realizarse por lotes o de manera continua. La cantidad de solvente de extracción está normalmente en el intervalo de 3-30 mL por gramo de primer residuo, preferentemente en el intervalo de 5-20 mL por gramo de primer residuo. En caso de que sea un proceso continuo, puede realizarse en contracorriente o concurrente, seguido de una separación sólido-líquido.
El segundo extracto puede sufrir un tratamiento adicional, por ejemplo un tratamiento dirigido al aislamiento de los azúcares y/o al reciclaje del segundo solvente de extracción. Tal tratamiento puede comprender la adición de un ácido al segundo extracto. El aislamiento de azúcares puede realizarse mediante cristalización, filtración por membrana, microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración o métodos cromatográficos preparativos tal como la cromatografía en columna preparativa. La eliminación de trazas de lignina puede realizarse mediante filtración por membrana, se pueden añadir tales trazas en una etapa posterior a la fracción de lignina que se obtiene mediante la extracción posterior con un tercer solvente de extracción.
La extracción con un tercer solvente de extracción, realizada sobre el segundo residuo, tiene como finalidad aislar la lignina del material vegetal de Miscanthus. Para este fin, el segundo solvente de extracción es fuertemente alcalino. Comprende una solución acuosa de una o más sales seleccionadas del grupo de LiOH, NaOH y KOH, en donde la concentración de la una o más sales de hidróxido es de al menos 2,5 M. Cuando el material vegetal de Miscanthus del segundo residuo se somete a estos condiciones, la lignina se disuelve en el solvente fuertemente alcalino y así se libera de la celulosa insoluble.
En la extracción con el tercer solvente de extracción, la fase sólida (procedente del material vegetal sólido del segundo residuo) se separa de la fase disuelta (el extracto que comprende la lignina disuelta) para producir un tercer residuo y un tercer extracto, respectivamente. Esto se realiza normalmente mediante métodos conocidos en la técnica. Mientras que a menor escala es posible realizar una filtración sobre un trozo de papel de filtro o un embudo de vidrio sinterizado con una placa de filtro porosa, a mayor escala se prefiere hacer uso de una centrifugación.
En principio, la tercera extracción puede realizarse a cualquier temperatura, siempre que no se produzca una degradación sustancial (o una degradación no deseada) de los productos formados durante la hidrólisis y la extracción (por ejemplo, el tercer extracto y la celulosa que queda en el tercer residuo). Normalmente, sin embargo, la temperatura está en el intervalo de 0-120 °C. También puede estar en el intervalo de 10-110 °C o en el intervalo de 20-100 °C. Preferentemente, la temperatura está en el intervalo de 30-90 °C, con mayor preferencia está en el intervalo de 40-80 °C. Está incluso con mayor preferencia en el intervalo de 50-70 °C. A esta temperatura, hay una disolución rápida y eficaz de la lignina mientras que las reacciones secundarias no deseadas, tales como la degradación del producto, están ausentes en gran medida.
La extracción con el tercer solvente de extracción puede realizarse a presión atmosférica, pero también a una presión superior, por ejemplo a una presión de hasta 10 bar. La presión puede ser de 7 bar o menos, 5,0 bar o menos, 4,0 bar o menos, 3,0 bar o menos, o 2,0 bar o menos.
Independientemente del segundo solvente de extracción, el tercer solvente de extracción también puede comprender etanol, por ejemplo en una cantidad de 10-50 % en peso, o en una cantidad de 20-40 % en peso. Una ventaja de la presencia de etanol en el tercer solvente de extracción es que conduce a una mejor desfibración de la celulosa y que contiene menos lignina residual luego de la extracción con el tercer solvente (índice kappa más bajo). En caso de que haya etanol presente, la concentración de la una o más sales todavía está relacionada con la cantidad total de agua y etanol presente.
La extracción con el tercer solvente de extracción puede realizarse por lotes o de manera continua. Luego, la cantidad de solvente de extracción suele estar en el intervalo de 3-30 mL por gramo de segundo extracto, preferentemente en el intervalo de 5 a 20 mL por gramo de segundo extracto. En caso de que sea un proceso continuo, puede realizarse en contracorriente o en paralelo, seguido de una separación sólido-líquido.
La extracción con un tercer solvente de extracción se realiza en principio a cualquier concentración de la una o más sales de hidróxido que sea igual o superior a 2,5 M, en particular, está en el intervalo de 4,5-20,0 M. También puede ser 2,7 M o más, 3,0 M o más, 3,5 M o más, 4,0 M o más, 4,5 M o más, 5,0 M o más, 6,0 M o más, 7,0 M o más, 8,0 M o más, 9,0 M o más, 10,0 M o más, 11,0 M o más, 12,0 M o más, 13,0 M o más, 14,0 M o más, 15,0 M o más, 16,0 M o más, 17,0 M o más, 18,0 M o más, 19,0 M o más, o 20,0 M o más. Dado que la una o más sales de hidróxido pueden estar presentes como una mezcla de dos o tres sales de hidróxido, se usa el término “concentración total”.
Durante la extracción con el tercer solvente de extracción, se consume el álcali del tercer solvente de extracción. Esto puede reducir significativamente la concentración de hidróxido disuelto y, por tanto, también puede conducir a un pH reducido. Cuando la caída del pH es demasiado alta (por ejemplo, cerca o por debajo del pH neutro) antes de que finalice la extracción, la capacidad del tercer solvente de extracción para hidrolizar la lignina y desfibrar la celulosa puede disminuir. De cualquier otra manera, un pH reducido no es necesariamente un problema. Incluso puede ser una ventaja, porque cuando se realiza una eventual neutralización del tercer extracto, se requiere menos ácido para alcanzar la caída de pH deseada. Por lo tanto, la cantidad del tercer solvente de extracción se elige preferentemente de manera que al final de la extracción el pH sea todavía alcalino, por ejemplo, superior a 7,0. Preferentemente, el pH está en un valor que no resulta en la precipitación de la lignina. Por ejemplo, también puede ser 7,5 o superior, 8,0 o superior, 8,5 o superior, 9,0 o superior, 9,5 o superior, 10,0 o superior, 10,5 o superior, 11,0 o superior, 11,5 o superior o 12,0 o superior.
Cuando se desea formar un tercer extracto todavía alcalino, se prefiere que al inicio de la extracción la cantidad de sal de hidróxido presente sea de al menos 2,5 mmol por gramo de segundo residuo, en base al contenido de materia seca. Por ejemplo, cuando se usa una solución de NaOH 2,5 M (aprox. 10 m% NaOH), la cantidad de esta solución que se usa es de al menos 9 mL por cada gramo de Miscanthus (contenido de materia seca).
El tercer extracto puede sufrir un tratamiento adicional, por ejemplo un tratamiento dirigido al aislamiento de la lignina. Tal tratamiento puede comprender la adición de un ácido al tercer extracto. De esta manera, el extracto puede neutralizarse.
Cuando se añade ácido al tercer extracto, al menos parte de la lignina precipita. Esto permite separar la lignina del sobrenadante acuoso. Este sobrenadante comprende la sal que se forma durante la adición de ácido. Cualquier sal restante en la lignina se puede eliminar lavando la lignina con un líquido, normalmente agua. La lignina lavada luego se puede secar para producir la lignina en forma de polvo o pasta.
El sobrenadante y las eventuales capas de lavado que se le han añadido forman un concentrado de lignina y sales disueltas, en particular una o más sales seleccionadas del grupo de sales de litio, sales de sodio y sales de potasio. Si se desea, la lignina residual se puede aislar de la solución y la sal o las sales se pueden regenerar.
Como ya se ha dicho, el proceso puede comprender la adición de un ácido al segundo extracto y/o al tercer extracto. De esta forma, el pH del extracto puede reducirse a menos básico, neutro o ácido. El ácido aplicado puede ser, en principio, cualquier ácido adecuado.
Se ha encontrado que la adición de dióxido de carbono (CO2) es particularmente ventajosa, porque parecía posible regenerar el hidróxido metálico (LiOH, NaOH o KOH) así como también el CO2 de una manera simple y eficiente a partir de la solución. Esta regeneración puede realizarse sobre el segundo extracto y/o sobre el tercer extracto de manera similar, como se explica a continuación.
Tras la adición de CO2 al segundo y/o tercer extracto, el CO2 se convierte en una sal de carbonato metálico disuelta. Dependiendo del hidróxido metálico (LiOH, NaOH o KOH) usado en el segundo o tercer solvente de extracción respectivo, la sal de carbonato metálico es Li2CO3, Na2CO3 o K2CO3. Luego de la adición de óxido de calcio (CaO) y/o hidróxido de calcio (Ca(OH)2) a la sal de carbonato metálico disuelto, se produce una reacción de metátesis de sal en donde el carbonato precipita como CaCO3 bajo la formación de un sobrenadante que comprende un metal disuelto hidróxido, en donde el metal corresponde al metal del hidróxido metálico usado inicialmente en el segundo o tercer solvente de extracción - LiOH, NaOH o KOH. De esta forma, se puede regenerar el hidróxido metálico que se ha usado en el segundo y/o tercer extracto. Cuando se lleva a la concentración adecuada en agua, está disponible para su re-uso en el proceso de la invención, en particular en las etapas en donde el primer o el segundo residuo se someten a la extracción.
En otra etapa, el CaCO3 se puede convertir en CO2 por un lado y en CaO y/o Ca(OH)2 por otro lado, por ejemplo al quemar el CaCO3. De esta forma, el CO2 así como también el CaO y/o Ca(OH)2 también se regeneran y así quedan disponibles para su re-uso en el proceso de la invención. A pesar del uso cuantitativo de hidróxido metálico en el proceso de la invención, no hay formación cuantitativa de residuos metálicos, lo que es un inconveniente de muchos procesos convencionales en donde se trata la biomasa para separar y aislar sus componentes como lignina, celulosa y hemicelulosa.
Por tanto, en un proceso de la invención, el proceso puede comprender un tratamiento del segundo extracto en donde el segundo solvente de extracción se regenera a partir del segundo extracto, el tratamiento comprende las etapas de
a) añadir CO2 al segundo extracto para alcanzar un pH en el intervalo de 6-11; luego
b) separar la composición resultante en una primera fracción que contiene azúcares y una segunda fracción que contiene una solución acuosa de carbonato metálico, en donde la solución de carbonato metálico comprende uno o más carbonatos seleccionados del grupo de Li2CO3, Na2CO3 y K2CO3; luego c) añadir CaO y/o Ca(OH)2 a la segunda fracción para generar CaCO3 precipitado y regenerar el segundo solvente de extracción; luego
d) quemar el CaCO3 precipitado para regenerar CO2 y CaO; luego
e) usar el CO2 regenerado en la etapa a) y/o usar el CaO regenerado en la etapa c); y
f) opcionalmente someter la primera fracción a una o más etapas de purificación para aislar uno o más azúcares, en particular xilosa; y
g) opcionalmente someter el primer residuo a una extracción con el segundo solvente de extracción regenerado.
La solución acuosa de carbonato metálico generada en la etapa a) y separada en la etapa b) es una solución de uno o más carbonatos metálicos seleccionados del grupo de Li2(CO3), Na2(CO3) y K2(CO3). El carbonato metálico real (o combinación de los mismos) que está presente depende del hidróxido metálico usado en el segundo solvente de extracción. Por ejemplo, cuando se ha usado NaOH en el segundo solvente de extracción, el carbonato metálico que se forma tras la adición de CO2 es carbonato de sodio. Lógicamente, la abundancia de los contraiones litio, sodio y potasio también se refleja en la composición del segundo solvente de extracción que se regenera en la etapa c).
Preferentemente, cuando se añade ácido durante el aislamiento de la lignina, la adición de ácido no sólo debe dar como resultado la precipitación de la lignina, sino también hacerla ácida para que la lignina se protone. Cuando el ácido que se añade al tercer extracto es CO2, se prefiere añadir una cantidad de un ácido (diluido) más fuerte que el CO2, por ejemplo H2SO4. De esta forma, se puede lograr una protonación suficiente de la lignina.
Un proceso de la invención también puede comprender un tratamiento del tercer extracto en donde el tercer solvente de extracción se regenera a partir del tercer extracto, el tratamiento comprende las etapas de
a) añadir CO2 al tercer extracto para precipitar la lignina y crear un sobrenadante que contiene una solución acuosa de carbonato metálico, en donde la solución de carbonato metálico comprende uno o más carbonatos seleccionados del grupo de Li2CO3, Na2CO3 y K2CO3; luego
b) separar la lignina del sobrenadante; luego
c) añadir CaO y/o Ca(OH)2 al sobrenadante para generar CaCO3 precipitado y regenerar el tercer solvente de extracción; luego
d) quemar el CaCO3 precipitado para generar CO2 y CaO; luego
e) usar el CO2 regenerado en la etapa a) y/o usar el CaO regenerado en la etapa c); y
f) opcionalmente someter la lignina a una o más etapas de purificación.
La solución acuosa de carbonato metálico generada en la etapa a) y separada en la etapa b) es una solución de uno o más carbonatos metálicos seleccionados del grupo de Li2(CO3), Na2(CO3) y K2(CO3). El carbonato metálico real (o combinación de los mismos) que está presente depende del hidróxido metálico usado en el tercer solvente de extracción. Por ejemplo, cuando se ha usado KOH en el tercer solvente de extracción, el carbonato metálico que se forma tras la adición de CO2 es carbonato de potasio. Lógicamente, la abundancia de los contraiones litio, sodio y potasio también se refleja en la composición del tercer solvente de extracción que se regenera en la etapa c).
El tercer residuo comprende la celulosa del material vegetal de Miscanthus (“celulosa en bruto”), junto con algunos otros componentes tales como lignina residual y otros materiales vegetales de Miscanthus que no han sido extraídos por los solventes de extracción primero, segundo y tercero.
Opcionalmente, la celulosa en bruto obtenida mediante el proceso de la invención se puede purificar para producir celulosa. Por tanto, el proceso de la invención puede ir seguido del aislamiento de la celulosa del tercer residuo. La celulosa también se puede aislar como fibras de celulosa.
La lignina residual puede eliminarse, por ejemplo, al procesar el tercer residuo en un digestor horizontal o en una extrusora. El proceso puede comprender la reducción a pulpa del tercer residuo, seguido por el blanqueo del tercer residuo.
Otras impurezas se pueden eliminar mediante uno o más métodos de separación seleccionados del grupo de decantación, centrifugación, filtración, evaporación, y lavado con un fluido.
Por ejemplo, la celulosa en bruto puede lavarse con agua para eliminar los subproductos solubles en agua tales como sales y otros componentes que se originan a partir del material vegetal tratado o que se forman durante las etapas previas del proceso de la invención. Puede hacerse uso, por ejemplo, de filtración y/o sedimentación seguida de decantación.
También se pueden aplicar técnicas de separación sólido-sólido conocidas en la técnica, en particular para eliminar material no celulósico de la celulosa que no se disuelve en fluidos de lavado tal como el agua.
Normalmente, la etapa (opcional) del aislamiento de la celulosa comprende, o va seguida de, la eliminación del agua de manera que se obtiene un producto sustancialmente seco. Esto puede realizarse por centrifugación o por evaporación de agua, en particular por secado a presión reducida (normalmente a una presión inferior a la presión atmosférica). Por ejemplo, el contenido de agua en la celulosa aislada o la sustancia que contiene celulosa es 5 % en peso o menos, 4 % en peso o menos, 3 % en peso o menos, 2 % en peso o menos, 1 % en peso o menos, 0,5% en peso o menos, 0,2% en peso o menos, 0,1% en peso o menos o 0,05% en peso o menos.
La celulosa obtenida se obtiene típicamente como un polvo seco o una sustancia sólida más compacta o rígida. El aspecto de la celulosa suele depender de su pureza. Puede ser una sustancia blanca, blanquecina, amarilla o incluso pardusca. En caso de que se desee una celulosa blanca, la celulosa se puede blanquear, por ejemplo mediante tratamiento con uno o más agentes seleccionados del grupo de H2O2 (etapa P), O2 (etapa O), O3 (etapa P), Cl2 (etapa C), CO2 (etapa D), NaOH (etapa E), NaClO (etapa h ), EDTA o d PtA (agentes quelantes, etapa Q), Na2S2O4 (etapa Y)
El producto de celulosa obtenido también puede modificarse, por ejemplo, para disolver celulosa, éteres de celulosa (tal como hidroxipropilmetilcelulosa), viscosa, microcelulosa, nanocelulosa, celulosa nanocristalina (NCC o CNC), nanofibras de celulosa (CNF), celulosa microfibrilada (MFC), celuloide, celulosa microcristalina o celofán.
Ventajosamente, la resistencia a la tracción, la resistencia al estallido y la resistencia al desgarro de la celulosa obtenida con un método de la invención son superiores a las de la pasta de madera dura convencional. Además, la resistencia a la tracción de la celulosa obtenida con un método de la invención es mayor que la de la pulpa de madera blanda. Por lo tanto, es atractivo el uso de celulosa de Miscanthus para la fabricación de, por ejemplo, papel.
Además, el proceso para preparar papel a partir de celulosa aislada de Miscanthus requiere menos energía y produce menos aguas residuales que los procesos convencionales que se basan en pulpa de madera blanda o dura como fuente de celulosa, lo que se debe en gran parte a la mejor deshidratación en el caso de la celulosa aislada de Miscanthus - en los procesos convencionales se necesita eliminar más agua por evaporación, especialmente de la madera blanda. Por tanto, cuando se usa Miscanthus, se necesita menos madera blanda para alcanzar la resistencia deseada, lo que a su vez conduce a un proceso de deshidratación más eficiente y que consume menos energía. Además, el refinamiento (molienda) de la pulpa de Miscanthus se produce de manera comparable a la de la pulpa de madera dura, por lo que no se requiere energía de molienda adicional cuando se usa Miscanthus.
Las excepcionales propiedades mecánicas de la celulosa obtenida de Miscanthus hacen que esta celulosa sea muy apropiada para su aplicación en materiales compuestos.
Otra ventaja de la celulosa aislada de Miscanthus es que tiene una viscosidad más alta que la pulpa de madera dura, lo que amplía la gama de éteres de celulosa adecuados que se preparan a partir de celulosa, por ejemplo, éteres de celulosa que sirven como reemplazo de borras de algodón.
La lignina producida por el proceso de la invención parece ser de alta calidad, en particular de alta pureza. La lignina está, por ejemplo, sustancialmente libre de azufre o de compuestos que contienen azufre. De muchos tipos de biomasa, la lignina se aísla mediante la aplicación de condiciones duras bajo exposición a Na2S para romper los enlaces que unen la lignina, la hemicelulosa y la celulosa (por ejemplo, el proceso kraft), lo que resulta en una lignina con azufre unido. El proceso de la invención está libre de exposición a tales compuestos de azufre, por lo que no se forma lignina con azufre unido. Esto resulta en un mejor olor de la lignina (mejor que el de la lignina obtenida, por ejemplo, mediante el proceso kraft). Además, esto abre la puerta a otras áreas de aplicación de la lignina, tales como alimentos, productos de cuidado personal, materiales de construcción y prendas de vestir (por ejemplo, tela o cuero).
Los principales monómeros presentes en la lignina obtenida de Miscanthus (en particular de Miscanthus x giganteus) son el alcohol sinapílico, el alcohol coniferílico y el alcohol p-cumarílico. Debido a las condiciones relativamente suaves de un proceso de la invención, el rendimiento de lignina es mayor que el obtenido con procesos convencionales en donde se aplican condiciones más duras.
Con los rendimientos más altos de lignina, también es posible obtener el alcohol sinapílico, el alcohol coniferílico y el alcohol p-cumarílico con rendimientos más altos. Dado que la lignina de Miscanthus (en particular la de Miscanthus x giganteus) es particularmente rica en alcohol sinapílico, el procedimiento de la invención es particularmente adecuado para obtener altas cantidades de alcohol sinapílico de origen biológico así como también lignina con un alto contenido en alcohol sinapílico.
Las etapas de extracción del proceso de la invención son particularmente ventajosas con material vegetal de Miscanthus, y especialmente con el de Miscanthus giganteus. Cuando el método de la invención se lleva a cabo en materia lignocelulósica distinta de Miscanthus (por ejemplo, en otras hierbas tales como bambú, paja de trigo, pasto varilla, junco y paja; o en desechos agrícolas residuales, por ejemplo, como maíz y caña de azúcar), entonces las diferentes fracciones son de menor pureza. Con otras especies de biomasa, el tercer extracto puede contener, por ejemplo, mayores cantidades de azúcares y el tercer residuo puede contener, por ejemplo, un mayor contenido de lignina residual. En otras palabras, los tres solventes de extracción son notablemente selectivos en la separación de cada uno de los cuatro componentes del Miscanthus, a saber. 1) el grupo de los antioxidantes, polifenoles, proteínas, esteroles, ácidos, alcoholes, cetonas, aldehídos y compuestos aromáticos; 2) los azúcares; 3) la lignina; y 4) la celulosa. Esta alta selectividad hacia estos componentes se manifiesta especialmente cuando en el proceso se usa material vegetal de la especie Miscanthus giganteus.
Otra ventaja del proceso de la invención es que la celulosa resultante tiene un mayor grado de polimerización que cuando el Miscanthus se somete a métodos convencionales, que por ejemplo carecen de una etapa de prehidrólisis de la hemicelulosa (la extracción con el segundo solvente de extracción) y/o hacer uso de condiciones más duras como explosión de vapor, pulpa kraft o pulpa al sulfito. Las condiciones relativamente suaves conducen a una menor degradación de las cadenas de polímeros de celulosa, mientras que al mismo tiempo permiten una separación eficaz y selectiva en los diferentes componentes, tales como celulosa, hemicelulosa y lignina.
La Figura 1 es una representación esquemática del proceso (1) de la invención, en donde se identifican las etapas posteriores del proceso. Las líneas continuas representan las etapas que son esenciales para la invención, y las líneas de puntos, etapas de proceso opcionales. Primero, se proporciona el material vegetal de Miscanthus (10), que se somete a una extracción con el primer solvente de extracción para producir el primer extracto (11a) y el primer residuo (11b). Del primer extracto (11a), pueden aislarse componentes específicos o una mezcla de los mismos (11a'), mientras que el primer solvente de extracción puede regenerarse y reusarse para la extracción del material vegetal de Miscanthus (10). Posteriormente, el primer residuo (11b) se somete a una extracción con el segundo solvente de extracción para producir el segundo extracto (12a) y el segundo residuo (12b). A partir del segundo extracto (12a), se pueden aislar azúcares (12a'), mientras que el segundo solvente de extracción se puede regenerar y reusar para la extracción del primer residuo (11b). Posteriormente, el segundo residuo (12b) se somete a una extracción con el tercer solvente de extracción, para producir el tercer extracto (13a) y el tercer residuo (13b). A partir del tercer extracto (13a), se puede aislar la lignina (13a'), mientras que el tercer solvente de extracción se puede regenerar y reusar para la extracción del segundo residuo (12b). Finalmente, la celulosa del tercer residuo (13b) puede aislarse luego de una o más etapas de purificación.
La Figura 2 representa una modalidad del proceso (1) de la invención, en donde se producen las siguientes etapas adicionales del proceso; 1) una etapa inicial en donde la materia prima vegetal de Miscanthus se tritura y se lava con agua; 2) dos etapas en donde los extractos alcalinos del segundo y tercer solvente de extracción se neutralizan con CO2; 3) dos etapas en donde el CO2 aplicado se regenera con la ayuda de CaO/Ca(OH)2 bajo la formación de Ca(CO3)2; y 4) dos etapas en donde el CaO/Ca(OH)2 aplicado se regenera a partir del Ca(CO3)2. Además, el primer solvente de extracción en la Figura 2 es una mezcla que consta de EtOH y agua; y los solventes de extracción tercero y segundo son soluciones acuosas de NaOH.
Ejemplos
1.1 Pretratamiento y extracción con el primer solvente de extracción
El material vegetal del tallo de Miscanthus giganteus (10 g) se cortó en astillas de 1-3 cm mediante el uso de un molino de corte Universal CM 2000. Las astillas se lavaron con agua (en un tamiz) para eliminar la suciedad, en particular arena. Las virutas húmedas se dejaron gotear sobre un tamiz durante unos minutos y luego se pusieron en contacto con 150 mL de una solución de etanol al 70 % en peso en agua a temperatura ambiente en un vaso de precipitados. Luego de agitar durante dos horas a temperatura ambiente (600 rpm, se tuvo cuidado de que no quedara ningún material estacionario en el vaso de precipitados), el extracto se separó de la pulpa lignocelulósica sobre un filtro de papel Whatman 589/1 con un tamaño de poro de 12-25 pm. El residuo se sometió a dos extracciones más con una solución de etanol al 70 % en peso en agua de acuerdo con el mismo procedimiento que el de la primera extracción. Los extractos combinados se evaporaron a sequedad bajo presión reducida (50 mbar) a una temperatura que no superaba los 35 °C (evaporador rotatorio). El rendimiento de los extractos fue de 1,1 % en peso de ácido vanílico, 0,6 % en peso de ácido p-cumárico y 0,5 % en peso de otros fenoles, sobre la base de materia seca (del material vegetal inicial de Miscanthus, ver también la Tabla 1). La fracción sólida del filtro (es decir, el primer residuo) se recogió para la extracción con el segundo solvente de extracción.
1.2 Extracción con el segundo solvente de extracción
El primer extracto se sometió a una solución de NaOH 0,25 M en agua que luego se agitó durante una hora a una temperatura de 60-75 °C a presión atmosférica para hidrolizar la hemicelulosa en azúcares. Posteriormente, el sobrenadante con los azúcares disueltos se separó de los sólidos por filtración sobre un filtro de papel Whatman 589/1 con un tamaño de poro de 12-25 pm. La fracción líquida (es decir, el segundo extracto) se neutralizó mediante la adición de dióxido de carbono. Luego de la evaporación de los volátiles, se encontró que el residuo sólido contenía 20 % en peso de xilosa, 3,0 % en peso de otros azúcares y 2,0 % en peso de lignina, sobre la base de materia seca (del material vegetal inicial de Miscanthus, ver también Tabla 1). Las cantidades menores de lignina en el residuo podrían separarse del residuo y combinarse con la lignina que se obtuvo por extracción con el tercer solvente de extracción (ver 1.3. a continuación). La fracción sólida del filtro (es decir, el segundo residuo) se recogió para la extracción con el tercer solvente de extracción.
1.3 Extracción con el tercer solvente de extracción
El segundo extracto se sometió a una solución de NaOH 2,5 M en agua que luego se agitó durante una hora a una temperatura de 60-75 °C a presión atmosférica para hidrolizar la lignina y desprender la celulosa. Posteriormente, el sobrenadante con la lignina disuelta se separó de los sólidos por filtración sobre un filtro de papel Whatman 589/1 con un tamaño de poro de 12-25 pm. La fracción líquida (es decir, el tercer extracto) se neutralizó mediante la adición de dióxido de carbono para precipitar la lignina. Luego se acidificó ligeramente mediante la adición de H2SO4 diluido, seguido de lavado con agua para eliminar el CaCO3 y otros componentes solubles en agua. Luego de la evaporación de los volátiles, se encontró que el residuo sólido contenía 18 % en peso de lignina, sobre la base de materia seca (del material vegetal inicial de Miscanthus). La fracción sólida en el filtro (es decir, el tercer residuo) se recogió para un tratamiento posterior para producir 50 % en peso de celulosa pura sobre sobre la base de materia seca (del material vegetal inicial de Miscanthus, ver también la Tabla 1).
Tabla 1: Componentes de Miscanthus x giganteus obtenidos con el proceso de la invención.
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Claims (11)

  1. REIVINDICACIONES
    1 Un proceso para el aislamiento de componentes a partir de material vegetal de Miscanthus, el proceso comprende
    - proporcionar material vegetal de Miscanthus; luego
    - someter el material vegetal a una extracción con un primer solvente de extracción para producir un primer residuo y un primer extracto, en donde
    • el primer solvente de extracción es una mezcla que comprende etanol y agua en una relación en peso en el intervalo de 35:65 a 99,0:1,0;
    • el primer extracto comprende uno o más compuestos seleccionados del grupo de antioxidantes, polifenoles, proteínas, esteroles, ácidos, alcoholes, cetonas, aldehídos y compuestos aromáticos; luego
    - someter el primer residuo a una extracción con un segundo solvente de extracción para producir un segundo residuo y un segundo extracto, en donde
    • el segundo solvente de extracción comprende una solución acuosa de uno o más hidróxidos metálicos seleccionados del grupo de LiOH, NaOH y KOH, en donde la concentración total del uno o más hidróxidos metálicos está en el intervalo de 0,15-1,50 M; y
    • el segundo extracto comprende una pluralidad de azúcares; luego
    - someter el segundo residuo a una extracción con un tercer solvente de extracción para producir un tercer residuo y un tercer extracto, en donde
    • el tercer solvente de extracción comprende una solución acuosa de uno o más hidróxidos metálicos seleccionados del grupo de LiOH, NaOH y KOH, en donde la concentración total del uno o más hidróxidos metálicos es de al menos 2,5 M;
    • el tercer extracto comprende lignina; y
    • el tercer residuo comprende celulosa.
  2. 2 Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el material vegetal es material vegetal de Miscanthus x giganteus.
  3. 3 Proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde la extracción con un primer solvente de extracción se realiza a una temperatura en el intervalo de 15-35 °C.
  4. 4 Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el primer solvente de extracción es un solvente que consiste esencialmente en agua y etanol, en donde el etanol constituye el 60-85 % en peso del solvente.
  5. 5 Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde el primer extracto comprende uno o más compuestos seleccionados del grupo de ácido p-cumárico, ácido vanílico, glucósido de ácido vanílico, diglucósido de ácido vanílico, p-hidroxibenzaldehído y vainillina.
  6. 6. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde el segundo solvente de extracción es una solución 0,20-1,2 M de NaOH y/o KOH en agua, y/o en donde el tercer solvente de extracción es una solución 4,5-20 M de NaOH y/o KOH en agua.
  7. 7 Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde la extracción con el segundo y/o el tercer solvente de extracción se realiza a una temperatura en el intervalo de 30-90 °C, en particular a una temperatura en el intervalo de 40-80 °C.
  8. 8 Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, que comprende un tratamiento del segundo extracto y/o del tercer extracto, el tratamiento comprende la adición de un ácido al segundo extracto y/o al tercer extracto.
  9. 9 Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde el proceso comprende un tratamiento del segundo extracto en donde el segundo solvente de extracción se regenera a partir del segundo extracto, el tratamiento comprende las etapas de
    a) añadir CO2 al segundo extracto para alcanzar un pH en el intervalo de 6-11; luego
    b) separar la composición resultante en una primera fracción que contiene azúcares y una segunda fracción que contiene una solución acuosa de carbonato metálico; luego
    c) añadir CaO y/o Ca(OH)2 a la segunda fracción para generar CaCO3 precipitado y regenerar el segundo solvente de extracción; luego
    d) quemar el CaCO3 precipitado para regenerar CO2 y CaO; luego
    e) usar el CO2 regenerado en la etapa a) y/o usar el CaO regenerado en la etapa c); y
    f) opcionalmente someter la primera fracción a una o más etapas de purificación para aislar uno o más azúcares, en particular xilosa; y
    g) opcionalmente someter el primer residuo a una extracción con el segundo solvente de extracción regenerado.
  10. 10. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en donde el proceso comprende un tratamiento del tercer extracto en donde el tercer solvente de extracción se regenera a partir del tercer extracto, el tratamiento comprende las etapas de
    a) añadir CO2 al tercer extracto para precipitar la lignina y crear un sobrenadante que contiene una solución acuosa de carbonato metálico; luego
    b) separar la lignina del sobrenadante; luego
    c) añadir CaO y/o Ca(OH)2 al sobrenadante para generar CaCO3 precipitado y regenerar el tercer solvente de extracción; luego
    d) quemar el CaCO3 precipitado para generar CO2 y CaO; luego
    e) usar el CO2 regenerado en la etapa a) y/o usar el CaO regenerado en la etapa c); y
    f) opcionalmente someter la lignina a una o más etapas de purificación.
  11. 11. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en donde se aísla celulosa del tercer residuo, en particular como fibras de celulosa.
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