RS60562B1 - Postupak za hidrolizu lignoceluloznog materijala u kome se hidrolizat koristi za proizvodnju mikrobijalne hidrolaze - Google Patents

Postupak za hidrolizu lignoceluloznog materijala u kome se hidrolizat koristi za proizvodnju mikrobijalne hidrolaze

Info

Publication number
RS60562B1
RS60562B1 RS20200885A RSP20200885A RS60562B1 RS 60562 B1 RS60562 B1 RS 60562B1 RS 20200885 A RS20200885 A RS 20200885A RS P20200885 A RSP20200885 A RS P20200885A RS 60562 B1 RS60562 B1 RS 60562B1
Authority
RS
Serbia
Prior art keywords
hydrolyzate
hydrolysis
microorganism
inhibitory
enzyme
Prior art date
Application number
RS20200885A
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Zavrel
Danielle Dennewald
Joerg Bartuch
Henning Marckmann
Original Assignee
Clariant Int Ltd
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Clariant Int Ltd filed Critical Clariant Int Ltd
Publication of RS60562B1 publication Critical patent/RS60562B1/sr

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14—Hydrolases (3)
    • C12N9/24—Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14—Hydrolases (3)
    • C12N9/24—Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2)
    • C12N9/2402—Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2) hydrolysing O- and S- glycosyl compounds (3.2.1)
    • C12N9/2405—Glucanases
    • C12N9/2434—Glucanases acting on beta-1,4-glucosidic bonds
    • C12N9/2437—Cellulases (3.2.1.4; 3.2.1.74; 3.2.1.91; 3.2.1.150)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14—Hydrolases (3)
    • C12N9/24—Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2)
    • C12N9/2402—Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2) hydrolysing O- and S- glycosyl compounds (3.2.1)
    • C12N9/2405—Glucanases
    • C12N9/2434—Glucanases acting on beta-1,4-glucosidic bonds
    • C12N9/2445—Beta-glucosidase (3.2.1.21)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/04—Alpha- or beta- amino acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P17/00—Preparation of heterocyclic carbon compounds with only O, N, S, Se or Te as ring hetero atoms
    • C12P17/10—Nitrogen as only ring hetero atom
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/02—Monosaccharides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/14—Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of a carbohydrase (EC 3.2.x), e.g. by alpha-amylase, e.g. by cellulase, hemicellulase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/26—Preparation of nitrogen-containing carbohydrates
    • C12P19/28—N-glycosides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P5/00—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • C12P5/02—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
    • C12P5/023—Methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Y—ENZYMES
    • C12Y302/00—Hydrolases acting on glycosyl compounds, i.e. glycosylases (3.2)
    • C12Y302/01—Glycosidases, i.e. enzymes hydrolysing O- and S-glycosyl compounds (3.2.1)
    • C12Y302/01004—Cellulase (3.2.1.4), i.e. endo-1,4-beta-glucanase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Y—ENZYMES
    • C12Y302/00—Hydrolases acting on glycosyl compounds, i.e. glycosylases (3.2)
    • C12Y302/01—Glycosidases, i.e. enzymes hydrolysing O- and S-glycosyl compounds (3.2.1)
    • C12Y302/01021—Beta-glucosidase (3.2.1.21)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P2201/00—Pretreatment of cellulosic or lignocellulosic material for subsequent enzymatic treatment or hydrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)

Description

Opis
[0001] Predmetni pronalazak je usmeren na postupak za autonomnu hidrolizu lignoceluloznog materijala. U dodatnom aspektu, predmetni pronalazak je usmeren na proizvodnju organskog proizvoda.
[0002] Zbog ograničenih resursa mineralnog ulja i zahteva za smanjenjem emisija CO2hemijska industrija teži održivijim proizvodnim putevima za proizvodnju hemikalija za široku upotrebu, kao što su tečna goriva i osnovne hemikalije. Deo te strategije se fokusira na konverziji lignocelulozne biomase u raznovrsne hemikalije ili goriva kao što je etanol. Lignocelulozna biomasa sadrži celulozu (∼ 25-40 % tež./tež. s.m.), hemicelulozu (∼ 15-25 % tež./tež. s.m.) i lignin (∼ 15-30% tež./tež. s.m.) kao glavne komponente i manje količine drugih ugljenih hidrata, voskova, proteina i neorganskih jedinjenja. Među oblicima biljne biomase, lignocelulozna biomasa izvedena iz svih tokova šumskog i poljoprivrednog otpada, kao što su ostaci od drveta i slame žitarica posebno je pogodna za pretvaranje u hemikalije za široku upotrebu i goriva zbog svoje raspoloživosti, niske cene i ekološki prihvatljive proizvodnje. Uz to, analize životnog ciklusa proizvodnih postupaka koji koriste lignocelulozne sirovine pokazuju smanjenje emisije gasova sa efektom staklene bašte u poređenju sa postupcima zasnovanim na drugim sirovinama.
[0003] Opisane su različite opcije postupka koje opisuju konverziju lignocelulozne biomase u etanol i druge osnovne hemikalije (Pejo et al., 2008). Da bi se ovi postupci realizovali u industrijskim razmerama posebno je poželjno da se prenese maksimalna količina energije, ugljenika i masenog sadržaja sadržanog u obnovljivim sirovinama na krajnji proizvod. Trenutno nijedan od opisanih postupaka konverzije nije to realizovao u punoj meri.
[0004] Ilustrativne pojedinačne operacije za biotehnološku konverziju lignoceluloznog materijala (npr. slame) u proizvode sa dodatom vrednošću (npr. etanol) su: mehaničko usitnjavanje i/ili fizičko-hemijsku prethodnu obradu, enzimska hidroliza, fermentacija i izdvajanje proizvoda. Da bi se osigurala maksimalna efikasnost postupka, maksimalna količina polisaharida neizostavno se prevodi u solubilne šećere tokom pojedinačne operacije enzimske hidrolize.
[0005] Kad je u pitanju industrijska proizvodnja celuloznog etanola, glavna prepreka je i dalje izdatak za efikasnu enzimsku hidrolizu prethodno obrađene lignoceluloze pri visokim koncentracijama čvrste materije.
[0006] Tako je hidroliza celulozne frakcije identifikovana kao jedna od glavnih prepreka u konverziji lignoceluloze u etanol. Trenutno, cena i učinak enzima, neophodni za efikasnu hidrolizu biomase, predstavljaju glavno usko grlo.
[0007] Dekompozicija prethodno obrađene suspenzije biomase u monomerne šećere sa sposobnošću fermentacije može da se postigne hidrolizom koja se katalizuje ili kiselinom ili enzimima. Enzimska hidroliza je selektivnija i manje energetski zahtevna od uporedivih hemijskih (kao što su one koje se zasnivaju na upotrebi kiseline) metodologija, čime je obezbeđena povoljnija ekonomika postupka i potencijalno viši prinos etanola tokom fermentacije.
[0008] Pogodni enzimski sistemi koji prevode polimerne šećere kao što su celuloza i hemiceluloza u monomere heksoze (tj. glukoze) i pentoze (tj. ksiloze) uobičajeno sadrže celulaznu, hemicelulaznu i beta-glukozidaznu aktivnost. Enzimski sistemi koji sadrže celulaznu i beta-glukozidaznu aktivnost često se proizvode u potopljenim tečnim kulturama gljiva, npr. Trichoderma sp. i/ili Aspergillus sp.. Zaostala biomasa gljiva obično se odvaja od fermentacionog bujona i odbacuje. Fermentacioni bujon se zatim koncentruje, stabilizuje i formuliše, da bi se dobijeni enzimski proizvod transportovao.
[0009] Prema publikaciji autora Kristensen et al. (2009) enzimska hidroliza biomase često se sprovodi pri nižem sadržaju čvrste supstance od 10 - 20 % tež./tež.. Sadržaj čvrste supstance 15% tež./tež. često dovodi do značajnih gubitaka u prinosu monomernih šećera. Do ovog efekta dolazi usled problema u vezi sa homogenim mešanjem suspenzija sa visokim sadržajem čvrste supstance što dovodi do nejednake distribucije enzima. Osim toga, akumulacija finalnih proizvoda kao što su celobioza i glukoza, koji se oslobađaju tokom enzimske hidrolize, mogu da dovedu do inherentne inhibicije celulazne i beta-glukozidazne aktivnosti (Xiao et al., 2004a).
[0010] Rao et al. (1985) upućuju na upotrebu celovite suspenzije iz fermentacije gljiva u cilju efikasne hidrolize celuloznih supstrata. Međutim, za proizvodnju enzima su korišćeni veštački medijumi koji ne dozvoljavaju podešavanje enzimske proizvodnje hidrolaze u skladu sa specifičnim sirovinama i/ili opcijama prethodne obrade, pa je stoga efikasnost enzimske proizvodnje pretežno niska. U publikaciji "Iogen’s process for producing ethanol from cellulosic biomass", Tolan (Clean Techn Environ Policy 3 (2002) 339-345) opisuje upotrebu sirove supe dobijene iz hidrolize, kao medijuma za proizvodnju enzima u cilju uštede na troškovima postupka. Još jedan nedostatak postupaka koje su prikazali Rao et al. i Tolan, predstavlja ograničenje na sekretorne enzimske aktivnosti, zbog toga što se ništa ne preduzima kako bi se olakšalo oslobađanje nesekretornih enzima ili enzima vezanih za površinu ćelija.
[0011] Autori Ju, L.-K. & Afolabi, O.A. ("Wastepaper Hydrolysate as Soluble Inducing Substrate for Cellulase Production in Continuous Culture of Trichoderma reesei", BIOTECHNOLOGY PROGRESS 15 (1999) 91-97) prikazuju postupak za autonomnu enzimsku hidrolizu materijala koji sadrži lignocelulozu, a koji sadrži korake:
(a) podvrgavanja materijala koji sadrži lignocelulozu prethodnoj obradi u uređaju za prethodnu obradu;
(b) dovođenja u kontakt prethodno obrađenog materijala koji sadrži lignocelulozu iz koraka a) sa najmanje jednom hidrolazom, u sudu za hidrolizu, kako bi se obrazovao hidrolizat;
(c) odvajanja hidrolizata i naknadne podele hidrolizata u dva dela (i) i (ii), pri čemu se deo (i) usmerava ka sudu za gajenje;
(d) fermentacije dela (i) hidrolizata sa najmanje jednom gljivom koja može da proizvede najmanje jedan enzim koji pripada klasi hidrolaza;
i
(e) preusmeravanja fermentisanog hidrolizata iz koraka d) u sud za hidrolizu iz koraka b), pri čemu se hidrolizat obrađuje tako da se ukloni najmanje jedna supstanca inhibitorna za najmanje jedan enzim i/ili najmanje jedan mikroorganizam i/ili gljivu.
[0012] Prethodno pomenute konvencionalne tehnike za degradaciju biomase ili su neefikasne ili zavise od cenovno i vremenski zahtevnog dodavanja komercijalnih, posebno proizvedenih enzima koji su pogodni za degradaciju specifične biomase.
[0013] Dalje, upotreba sirove kaše ili bujona takođe ne prevazilazi ove nedostatke, jer vodi ne samo do željenog obezbeđivanja potrebnih šećera za fermentaciju pomoću gljiva, već neminovno u postupak fermentacije uvodi i razne vrste nepoželjnih inhibitornih i/ili toksičnih supstanci. Tako se prednost upotrebe jeftinog medijuma za fermentaciju poništava ozbiljnim nedostatkom efikasnosti kad je u pitanju proizvodnja enzima.
[0014] U okviru publikacije EP 2471 940 opisan je efikasan postupak hidrolize lignoceluloze, sa integrisanom proizvodnjom enzima. U ovom postupku, medijum za fermentaciju enzima se sastoji od velikih količina suspendovanih čvrstih supstanci. Kako bi se ekonomičnost dodatno poboljšala, cilj pronalaska je da se razvije postupak za hidrolizu lignoceluloze i enzimske fermentacije sa maksimalno smanjenom količinom suspendovanih čvrstih supstanci i inhibitora, pri čemu se količina solubilnih ugljenih hidrata dalje povećava.
[0015] Dakle, cilj predmetnog pronalaska je da se obezbedi poboljšan, veoma efikasan postupak za degradaciju biomase kao što je lignocelulozna biomasa.
[0016] Pronalazači predmetnog pronalaska sada su iznenađujuće utvrdili da ovaj cilj predmetnog pronalaska može da se postigne putem postupka autonomne enzimske hidrolize materijala koji sadrži lignocelulozu, a koji sadrži korake
(a) podvrgavanja materijala koji sadrži lignocelulozu prethodnoj obradi u uređaju za prethodnu obradu;
(b) dovođenja u kontakt prethodno obrađenog materijala koji sadrži lignocelulozu iz koraka a) sa najmanje jednim enzimom koji pripada klasi hidrolaza, u sudu za hidrolizu, kako bi se obrazovao hidrolizat;
(c) odvajanja hidrolizata i naknadne podele hidrolizata u dva dela (i) i (ii), pri čemu se deo (i) usmerava ka sudu za gajenje;
(d) fermentacije dela (i) hidrolizata sa najmanje jednim mikroorganizmom i/ili gljivom koji mogu da proizvedu najmanje jedan enzim koji pripada klasi hidrolaza;
i
(e) preusmeravanja fermentisanog hidrolizata iz koraka d) u sud za hidrolizu iz koraka b);
pri čemu se hidrolizat obrađuje tako da se ukloni najmanje jedna supstanca inhibitorna za najmanje jedan enzim i/ili najmanje jedan mikroorganizam i/ili gljivu.
[0017] Postupak za enzimsku hidrolizu materijala koji sadrži lignocelulozu, prema predmetnom pronalasku, naročito je pogodan pošto je autonoman ali i visoko efikasan, pošto će integracija hidrolizata iz sveukupnog postupka u korak proizvodnje enzima (d) omogućiti ekonomičnu proizvodnju i direktnu integraciju na licu mesta, maksimalne količine pogodnih hidrolitičkih enzima, što dovodi do maksimalne količine solubilnih ugljenih hidrata. Dalje, uklanjanje inhibitornih supstanci tokom najmanje jednog stadijuma postupka omogućiće postupak koji ne samo da može da se odvija autonomno, već i kontinuirano sa visokom efikasnošću, pošto proizvodnja hidrolitičkog enzima neće biti usporena ili inhibirana neželjenim supstancama, što vodi do daljih ekonomskih prednosti.
[0018] U okviru ovog pronalaska, izraz "materijal koji sadrži lignocelulozu" treba razumeti tako da sadrži sve vrste materijala poznate stručnjaku u ovoj oblasti koje sadrže lignocelulozu. Termine "materijal koji sadrži lignocelulozu", "biomasa koja sadrži lignocelulozu", "lignocelulozni materijal" i "lignocelulozna biomasa" treba razumeti kao sinonime u okviru ovog pronalaska. Posebno poželjni materijal koji sadrži lignocelulozu u skladu sa ovim pronalaskom uključuje drvo, slamu žitarica i/ili plevu, bagasu (suva vlakna, ostaci pri proizvodnji šećera), ovsenu plevu, prerijsko proso, celulozu, sirovu papirnu pulpu (dobijenu iz proizvodnje pulpe i papira) i njihove smeše. Alternativni izvori ili dodatne komponente mogu da sadrže jednu ili više od sledećih komponenti: prečišćena celuloza, pulpa, mlečna surutka, melasa ili šećeri kao što su glukoza i laktoza. U poželjnom primeru izvođenja materijal koji sadrži lignocelulozu sadrži najmanje 25 tež. %, poželjno najmanje 40 tež. %, poželjnije najmanje 70 tež. %, još poželjnije najmanje 80 tež. % i najpoželjnije najmanje 90 tež. % lignoceluloze. Treba razumeti da materijal koji sadrži lignocelulozu može takođe da sadrži i druga jedinjenja kao što je proteinski materijal, skrob, šećeri, kao što su fermentabilni šećeri i/ili nefermentabilni šećeri.
[0019] U okviru predmetnog pronalaska, izraz "enzimska hidroliza" je potrebno razumeti kao postupak u kome pogodni enzimi prevode polimerne šećere kao što su celuloza i hemiceluloza u monomere heksoze (tj. glukoze) i/ili pentoze (tj. ksiloze).
[0020] U okviru ovog pronalaska termin "prethodna obrada" treba razumeti kao postupak koji vodi ka najmanje delimičnom uklanjanju i odvajanju hemiceluloze od celuloze i remećenja i uklanjanja sloja lignina, kako bi se smanjila kristalnost celuloze i tako povećala dostupna površina celuloze i/ili povećala veličina pora celuloze. Prethodna obrada poželjno mobiliše frakciju pentoze materijala koji sadrži lignocelulozu, dok istovremeno povećava razgradivost čvrstih frakcija koje sadrže celulozu.
[0021] Postupci pogodni za prethodna obrada materijala koji sadrži lignocelulozu u skladu sa korakom (a) ovog pronalaska uključuju bilo koju vrstu mehaničkih, bioloških, hemijskih i/ili fizičkih postupaka prethodna obrada poznatih stručnjaku u ovoj oblasti. U okviru poželjnog primera izvođenja, postupak prethodna obrada je odabran od postupaka mehaničkog usitnjavanja, tretmana kiselinama i/ili alkalijama, vlažne oksidacije, pH-kontrolisane hidrotermolize i/ili parne eksplozije.
[0022] "Parna eksplozija" u skladu sa ovim pronalaskom poželjno sadrži hidrotermički tretman pod pritiskom na temperaturi od 60 do 350 °C, poželjno od 80 do 300 °C, posebno poželjno od 100 do 250 °C i najpoželjnije od 110 do 220 °C materijala koji sadrži lignocelulozu u odsustvu ili prisustvu kiselih (kao što su H2SO4, HCl, H3PO4) ili baznih/alkalnih (tj. NH4OH, NaOH, KOH, kreč) katalizatora, koji se dodaju u koncentracijama od 0,01 do 15% (tež./tež.), poželjno od 0,05 do 12,5% (tež./tež.), poželjnije od 0,1 do 10% (tež./tež.) i najpoželjnije od 0,25 do 7,5%. U poželjnom primeru izvođenja ovog pronalaska pritisak je poželjno odabran od 1 do 100 bara, poželjno od 2 do 50 bara, takođe poželjno od 3 do 25 bara i najpoželjnije od 5 do 15 bara. Vremena reakcije tokom parne eksplozije moraju biti odabrana između 10s i 2h, poželjno od 1 minuta do 1,5 sati, i najpoželjnije od 5 minuta do 1 sata da obezbede efikasnu transformaciju komponenata biomase u pripremi za enzimsku hidrolizu. U okviru posebno poželjnog primera izvođenja prethodna obrada "mehaničkog usitnjavanja" materijala koji sadrži lignocelulozu se izvodi pre ili tokom prethodne obrade eksplozijom pare, pri čemu je mehaničko usitnjavanje odabrano iz grupe koja se sastoji od mehaničke obrade, brušenja, seckanja, sečenja, drobljenja, cepanja, ozračivanja, mlevenja i njihovih kombinacija.
[0023] "Prethodna obrada kiselinom" u skladu sa ovim pronalaskom poželjno predstavlja kontinuirani tretman razblaženom i/ili blagom kiselinom, kao što je, tretman sumpornom kiselinom, ili drugim organskim kiselinama, kao što su sirćetna kiselina, limunska kiselina, vinska kiselina, ćilibarna kiselina, hlorovodonik ili njihove smeše. Druge kiseline se takođe mogu upotrebiti. "Tretman blagom kiselinom" u skladu sa ovim pronalaskom treba razumeti tako da se izvodi na pH od 1 do 5, poželjno pH od 2 do 3 (u odnosu na materijal koji sadrži lignocelulozu). U poželjnom primeru izvođenja kiselina je dodata u koncentracijama od 0,01 do 15 tež. % (tež./tež.), poželjno od 0,05 do 12,5 tež. % (tež./tež.), poželjnije od 0,1 do 10 tež. % (tež./tež.) i najpoželjnije od 0,25 do 7,5 tež. %. Kiselina je poželjno sumporna kiselina. Kiselina može biti u kontaktu sa materijalom koji sadrži lignocelulozu na temperaturi u opsegu od 120 do 280 °C, poželjno od 135 do 225 °C i najpoželjnije od 150 do 200 °C u periodu od 1 do 60 minuta, poželjno 2 do 30 minuta i najpoželjnije od 5 do 15 minuta. Dodavanje jakih kiselina, kao što je sumporna kiselina, može se primeniti u okviru posebno poželjnih primera izvođenja za uklanjanje hemiceluloze.
[0024] "Hemijski prethodna obrada" u skladu sa ovim pronalaskom se takođe odnosi na tretman materijala koji sadrži lignocelulozu sa H2O2, ozonom, Luisovim kiselinama, FeCl3, (Al)2SO4 u vodenim alkoholima, glicerolom, dioksanom, fenolom, etilen glikolom, NaOH, Na2CO3 i/ili amonijakom. Poželjne koncentracije, temperatura i trajanje je odabrano analogno gore navedenim uslovima u vezi sa prethodnom obradom kiselinom.
[0025] "Prethodna obrada vlažnom oksidacijom" u skladu sa ovim pronalaskom uključuje upotrebu oksidacionih agenasa, kao što su oksidacioni agensi na bazi sulfita.
[0026] Termin "mehaničko usitnjavanje" odnosi se na bilo koji mehanički tretman koji pospešuje odvajanje i/ili oslobađanje celuloze, hemiceluloze i/ili lignina iz materijala koji sadrži lignocelulozu. Mehaničko usitnjavanje je poželjno odabrano iz grupe koja se sastoji od mehaničke obrade, brušenja, sečenja, seckanja, drobljenja, cepanja, ozračivanja, mlevenja kao što su suvo mlevenje, vlažno mlevenje i mlevenje vibracionim kugličnim mlinom, i njihovih kombinacija.
[0027] "Biološki prethodna obrada" u skladu sa ovim pronalaskom označava bilo koji biološki prethodna obrada koji pospešuje odvajanje i/ili oslobađanje celuloze, hemiceluloze, i/ili lignina iz materijala koji sadrži lignocelulozu. Tehnike biološke prethodna obrada mogu uključivati primenu mikroorganizama koji solubilizuju lignin kao što su aktinomicete (npr. sojevi Streptomyces), gljive bele truleži.
[0028] Metode prethodne obrade pogodne za postupak ovog pronalaska treba izvoditi u pogodnim uređajima koji su poznati stručnjaku u ovoj oblasti. Uređaj pogodan za izvođenje hemijske prethodne obrade može biti bilo koja vrsta posude, kao što je serijski reaktor. Uređaj pogodan za izvođenje parne eksplozije može biti bilo koja vrsta posude kao što je serijski reaktor ali takođe može biti izvedena u pužnom reaktoru, poželjno kontinuiranom pužnom reaktoru.
[0029] U poželjnom primeru izvođenja sadržaj čvrstih materija prethodno obrađenog materijala koji sadrži lignocelulozu je do 75% (tež./tež.), poželjno od 25 do 65% (tež./tež.) i posebno poželjno od 40 do 55% (tež./tež.).
[0030] U okviru postupka prema predmetnom pronalasku, prethodno obrađeni materijal koji sadrži lignocelulozu se zatim dovodi u kontakt sa najmanje jednim enzimom koji pripada klasi hidrolaza, a koji sadrži jednu ili više aktivnosti izabranih od aktivnosti egzocelulaza i endocelulaza, odnosno, Celobiohidrolaze (CBH) I, II, endoglukanaze (EG) I-IV, betaglukozidaze (BGL), egzohemicelulaza i endohemicelulaza, odnosno, ksilanaze, ksilozidaze, ksilobiaze, arabinaze, arabinofukozidaze, manaze, manozidaze, galaktaze i galaktozidaze, i esteraza, da bi se prethodno obrađeni materijal koji sadrži lignocelulozu razgradio do šećera podložnih fermentaciji, kao što su monomerne heksozni (tj. glukoza) i pentozni ( tj. ksiloza) šećeri. Dovođenje u kontakt može da se izvodi bilo kojim postupkom koji je poznat stručnjacima u oblasti kao pogodan za svrhu pronalaska.
[0031] Hidrolizat obrazovan enzimskom hidrolizom prethodno obrađenog materijala koji sadrži lignocelulozu poželjno ima visok udeo šećera koji može da fermentira, preferencijalno reda veličine od 5 do 20% (tež./zap.). Sadržaj šećera u ovom kontekstu treba shvatiti kao sadržaj svih pentoza i heksoza. U poželjnom primeru izvođenja prema pronalasku hidrolizat ima sadržaj šećera od 8 do 12,5% (tež./zap.). U poželjnijem primeru izvođenja prema pronalasku, hidrolizat takođe sadrži dodatne hranljive sastojke (tj. proteine, soli i više šećera, kao što su oligosaharidi).
[0032] Dovođenje u kontakt prema koraku (b) predmetnog pronalaska se poželjno sprovodi pod uslovima u kojima ukupno doziranje enzima sadrži od 0,05 do 10 % (tež./tež.) sirovina, poželjno od 0,1 do 5 % (tež./tež.) sirovina, dalje poželjno od 0,15 do 4 % (tež./tež.) sirovina i naročito poželjno 0,2 do 3,5% (tež. / tež.) sirovina. Zavisno od režima doziranja i specifičnog sastava aktivnosti primenjenog enzimskog sistema, biomasa se hidrolizuje na 40 do 60 ° C tokom 1 do 7 dana, poželjno na 45 do 55 ° C tokom 18 do 96 sati. Dovođenje u kontakt prema koraku (b) predmetnog pronalaska se poželjno sprovodi pri pH vrednostima u opsegu od 3 do 8, poželjno pri pH vrednostima od 4 do 6, naročito pri pH vrednostima od 4,5 do 5,5. U posebno poželjnom primeru izvođenja ovog pronalaska hidroliza sa fiksnom šaržom ili uz dopunu šarže prethodno obrađene slame žitarica postiže se pri dozama enzima od 0,25-0, 8% (tež./tež.) sirovina sa ili bez dodatnog dodavanja beta-glukozidaze i na temperaturi od 47 do 53 ° C u roku od 72 sata. Iznenađujuće, čak i pri režimima sa niskim dozama enzima, mogu da se dobiju prinosi hidrolize iznad 70% (tež./tež.) u odnosu na ukupne šećere sadržane u ovoj sirovini.
[0033] Kontakt u skladu sa korakom (b) predmetnog pronalaska se sprovodi unutar posude za hidrolizu. Pogodni sudovi su poznati stručnjacima u ovoj oblasti i poželjno se biraju od reaktora za fiksnom šaržom i dopunom šarže.
[0034] U okviru predmetnog pronalaska, treba podrazumevati da izraz "enzimi koji pripadaju klasi hidrolaza" sadrži jednu ili više aktivnosti izabranih od aktivnosti egzocelulaza i endocelulaza (tj.
[0035] Celobiohidrolazu (CBH) I, II, endoglukanazu (EG) I-IV, beta-glukozidazu (BGL)), egzohemicelulaze i endohemicelulaze (tj. ksilanazu, ksilozidazu, ksilobijazu, arabinazu, arabinofukozidazu, manazu, manozidazu, galaktazu i galaktozidazu) i esteraze. U okviru poželjnog primera izvođenja, najmanje jedan enzim koji pripada klasi hidrolaza u skladu sa predmetnim pronalaskom ima jednu ili više aktivnosti odabranih iz grupe koja se sastoji od: celobiohidrolaze tipa I ili tipa II (CBH I ili CBH II), endoglukanaze tipa I, II, III ili IV (EGI, EGII, EGIII, EGIV), beta-glukozidaze (BGL), esteraze, egzohemicelulaze i endohemicelulaze. Još je poželjnije da su egzohemicelulaza i endohemicelulaza poželjno izabrane od ksilanaze, ksilozidaze, ksilobiaze, arabinaze, arabinofukozidaze, manaze, manozidaze, galaktaze i galaktozidaze.
[0036] Prema koraku (c) postupka prema predmetnom pronalasku, hidrolizat se zatim odvaja iz posude za hidrolizu, a zatim deli na dva dela (i) i (ii). Odvajanje se poželjno sprovodi kada se oslobodi najmanje 70% ukupnih šećera prisutnih u originalnoj sirovini, poželjno najmanje 75% i najpoželjnije najmanje 80%. U okviru poželjnog primera izvođenja, odnos dela (i) hidrolizata prema delu (ii) izabran je iz opsega od 0,01 do 1, poželjno od 0,02 do 0,5, takođe poželjno od 0,04 do 0,25 i najpoželjnije 0,05 do 0,1.
[0037] Odvajanje prema koraku (c) postupka prema predmetnom pronalasku može da se sprovede bilo kojim postupkom koji je stručnjaku u oblasti poznat kao pogodan za svrhu pronalaska. U okviru poželjnog primera izvođenja, odvajanje se vrši čvrsto-tečnom separacijom, kao što je filtracija, presovanje, membranska separacija, flotacija, taloženje, dekantovanje i centrifugiranje ili njihove kombinacije. Poželjne su čvrsto-tečne separacije na bazi filtera. Nadalje je naročito poželjno koristiti filter presu. Ostaci nakon filtracije treba da imaju minimalan sadržaj čvrste supstance od 20% (tež./tež.), poželjno 30% (tež./tež.), naročito poželjno 40% (tež./tež.) sadržaja čvrste supstance. Druga metoda odvajanja prema koraku (c) je centrifugiranje, npr. upotrebom dekantera.
[0038] Prema koraku (c) postupka prema predmetnom pronalasku, deo (i) hidrolizata se zatim usmerava u posudu za gajenje. Pogodni sudovi su poznati stručnjaku u oblasti i poželjno se biraju od reaktora sa fiksnom šaržom i dopunom šarže. Posuda za gajenje je poželjno opremljena mešalicom i uređajem za aeraciju. U okviru drugog poželjnog primera izvođenja prema predmetnom pronalasku deo prethodno obrađenog materijala koji sadrži lignocelulozu može da se doda direktno u posudu za gajenje. Poželjne količine dodatog prethodno obrađenog materijala koji sadrži lignocelulozu iznose od 1 do 35 % (tež./tež. u odnosu na ukupnu masu materijala koji se koristi za gajenje), poželjno od 5 do 30 % (tež./tež. u odnosu na ukupnu masu materijala koji se koristi za gajenje) i najpoželjnije od 10 do 20 % (tež./tež. u odnosu na ukupnu masu materijala koji se koristi za gajenje).
[0039] Prema koraku (d) postupka prema predmetnom pronalasku, deo (i) hidrolizata se zatim fermentiše sa najmanje jednim mikroorganizmom koji je sposoban da proizvodi najmanje jedan enzim koji pripada klasi hidrolaza.
[0040] "Najmanje jedan mikroorganizam sposoban za proizvodnju najmanje jednog enzima koji pripada klasi hidrolaza" poželjno je izabran od sledećih vrsta Actinobacter sp., Agrobacterium sp., Bacillus sp., Burkholdria sp., Clostridia sp., Caldicellulosiruptor sp., Cellvibrio sp., Halobacterium sp., Pseudomonas sp., Paenibacillus sp., Ksanthomonas sp. i Thermobifida sp., Pirochoccus sp., Sulphobolus sp., Staphilothermus sp. i Thermococcus sp..
[0041] "Najmanje jedna gljiva koja je sposobna da proizvodi najmanje jedan enzim koji pripada klasi hidrolaze" poželjno je izabrana od sledećih vrsta: Trichoderma sp., Hipocrea sp., Aspergillus sp., Chaetomium sp., Chrisosporium sp., Fusarium sp., Humicola sp., Orpinomices sp., Pencillium sp., Phanerochaete sp., Piromices sp., Talaromices sp., Trametes sp. i Trichoderma sp. ili njihovih holomorfa. Naročito je poželjna gljiva izabrana od Trichoderma sp. i Talaromices sp., pri čemu su moguće kombinacije jedne ili više gljiva, ali takođe i kombinacije jedne ili više gljiva i/ili mikroorganizama.
[0042] U poželjnom primeru izvođenja prema predmetnom pronalasku, proizvodnja enzima ostvaruje se pomoću soja filamentozne gljivice Trichoderma reesei (anamorf: Hipocrea jecornia) koja pokazuje hiperprodukciju celulaze.
[0043] Fermentacija prema koraku (d) postupka prema predmetnom pronalasku izvodi se tokom vremenskog perioda od 1 sata do 14 dana, poželjno od 10 sati do 7 dana, dalje poželjno od 24 sata do 5 dana, poželjno uz stalno mešanje sa dovodom snage od 150 do 1900 V/m<3>i poželjnije od 500 do 1500 V/m<3>i poželjno pri pH vrednosti od 2,5 do 8, poželjno od 3,0 do 7, posebno poželjno od 3,5 do 6,0 i poželjno na temperaturi od 15 do 70°C, poželjno od 20 do 55°C i posebno poželjno od 25 do 35°C, u uslovima u kojima se kontroliše kiseonik. Prosečan nivo rastvorenog kiseonika je poželjno izabran od 0.01 % do 80 %, poželjno od 0.1 % do 50 %, naročito poželjno od 1 % do 30 % i najpoželjnije od 3 % do 15 %. U okviru posebno poželjnog primera izvođenja, nivo rastvorenog kiseonika se kontroliše mešalicom ili protokom komprimovanog vazduha ili unutrašnjim pritiskom reaktora ili kombinacijom dve ili tri ove mere.
[0044] U okviru poželjnog primera izvođenja, koncentracija solubilnih šećera tokom fermentacije prema koraku (d) postupka prema pronalasku je ispod 10% (tež./zap.), dodatno poželjno ispod 8% (tež./zap.) i naročito poželjno ispod 5% (tež./zap.). Deo (i) hidrolizata je
1
poželjno usmeren u posudu za gajenje putem napajanja. "Napajanje" prema predmetnom pronalasku znači naknadno dodavanje dela (i) hidrolizata u posudu za gajenje. "Brzina napajanja" kako se koristi u okviru predmetnog pronalaska je definisana kao zapremina hidrolizata prenesenog u posudu za gajenje, mereno u m<3>/ sat. Stručnjak u oblasti može da odabere brzinu napajanja koja je pogodna za konkretni postupak. Napajanje hidrolizata poželjno se sprovodi konstantnom brzinom napajanja ili promenljivom brzinom napajanja ili njihovom kombinacijom, tokom koraka (d) postupka prema pronalasku. Napajanje hidrolizata poželjno se sprovodi kontinuirano tokom koraka (d) postupka prema pronalasku, ili u vremenskim intervalima. Poželjni intervali su - npr. povezani sa ukupno 100 sati fermentacije - npr. konstantno napajanje tokom 60 sati koje se zaustavlja sve dok ne prođe vreme fermentacije od 100 sati. Drugi mogući primer je da se otpočne sa konstantnim napajanjem tokom 20 sati koje se prekida posle 20 sati i nastavlja se čim se šećer koji fermentiše unutar hidrolizata potpuno fermentiše.
[0045] Posle fermentacije, fermentisani hidrolizat se preusmerava u posudu za hidrolizu u skladu sa korakom (e) postupka prema predmetnom pronalasku. Preusmeravanje u skladu sa korakom (e) postupka prema predmetnom pronalasku može se izvede bilo kojim postupkom koji je stručnjaku u oblasti poznat kao pogodan za pronalazak. Tokom preusmeravanja u skladu sa korakom (e) postupka prema pronalasku, hidrolizat je poželjno fizički, mehanički i/ili hemijski obrađuje. Poželjne metode preusmeravanja uključuju pumpanje ili druge metode transporta suspenzija uz utrošak energije, kao što je „inline“ mešanje sa velikom silom smicanja. U jednom posebno poželjnom primeru izvođenja, preusmeravanje se vrši dodavanjem hidrolizata u posudu za hidrolizu. Obrada hidrolizata pre fermentacije u skladu sa korakom (d) prema predmetnom pronalasku rezultiraće još bržom kinetikom hidrolize i superiornim prinosom monomernog šećera, pošto se enzimi vezani za ćelije lakše oslobađaju iz gljive i/ili mikroorganizma.
[0046] U zavisnosti od primenjenog postupka prethodne obrade, tokom koraka (a) postupka prema predmetnom pronalasku, supstance inhibitorne za najmanje jedan enzim i/ili najmanje jedan mikroorganizam i/ili gljivu proizvode se tokom koraka (a) postupka prema predmetnom pronalasku. Ova jedinjenja jako smanjuju brzinu, kako hidrolize, tako i fermentacije..
[0047] Postupak prema pronalasku u skladu koracima (a) do (e), kao što su prethodno u tekstu definisani, naravno, već zahvaljujući integrisanoj autonomnoj proizvodnji enzima obezbeđuje različite prednosti u pogledu troškova i efikasnosti, međutim, sprovođenje postupka kontinuirano tokom nekoliko dana može da dovede do akumulacije ovih inhibitornih supstanci što će kompenzovati neke od ovih prednosti dovodeći do usporavanja proizvodnje enzima i/ili hidrolize. Da bi garantovali postupak za autonomnu hidrolizu enzima koji je takođe atraktivan za primenu u industrijskim proizvodnim procesima, kao što je naknadna proizvodnja proizvoda fermentacije (npr. bioetanola), pronalazači predmetnog pronalaska su iznenađujuće utvrdili da se ti rizici mogu sprečiti uklanjanjem jedne ili više ovih materija, integrisano u određene faze postupka.
[0048] Ove inhibitorne supstance su proizvodi degradacije lignoceluloze, uključujući proizvode degradacije lignina, proizvode degradacije celuloze i proizvode degradacije hemiceluloze. Proizvodi degradacije lignina mogu biti fenolne prirode. Proizvodi degradacije hemiceluloze uključuju furane iz šećera (kao što su heksoze i/ili pentoze), uključujući ksilozu, manozu, galaktozu, ramnozu i arabinozu. Primeri hemiceluloza uključuju ksilan, galaktoglukomanan, arabinogalaktan, arabinoglukuronoksilan, glukuronoksilan i njihove derivate i kombinacije. Primeri proizvoda degradacije lignoceluloze uključuju 4-OH benzil alkohol, 4-OH benzaldehid, 4-OH benzoevu kiselinu, trimetil benzaldehid, 2-furoinsku kiselinu, kumarinsku kiselinu, ferulinsku kiselinu, fenol, gvajakol, veratrol, pirogalolol, pirogalol monometil etar, vanilil alkohol, vanilin, izovanilin, vanilinsku kiselinu, vanilinsku kiselinu, homovanilinsku kiselinu, veratril alkohol, veratraldehid, veratrinsku kiselinu, 2-O-metil-galnu kiselinu, siringil-alkohol, siringaldehid, siringinsku kiselinu, trimetil-galnu kiselinu, homokatehol, etil vanilin, kreozol, pmetil-anisol, anisaldehid, anisovu kiselinu, furfural, hidroksimetilfurfural, 5-hidroksimetilfurfural, mravlju kiselinu, sirćetnu kiselinu, levulinsku kiselinu, cimetnu kiselinu, koniferil aldehid, izoeugenol, hidrohinon, eugenol ili njihove kombinacije.
[0049] Da bi se garantovao najefikasniji postupak u okviru poželjnog primera izvođenja postupka prema predmetnom pronalasku, najmanje jedna supstanca inhibitorna za najmanje jedan enzim i/ili inhibitorna za najmanje jedan mikroorganizam, koju je potrebno ukloniti, predstavlja supstancu inhibitornu za najmanje jedan enzim koji pripada klasi hidrolaza i/ili inhibitornu za najmanje jedan mikroorganizam i/ili gljivu koji mogu da proizvedu najmanje jedan enzim koji pripada klasi hidrolaza.
[0050] U narednom, posebno poželjnom primeru izvođenja, supstanca je inhibitorna za najmanje jednu gljivu odabranu iz grupe koja se sastoji od Trichoderma sp. i Talaromices sp. kao što je Trichoderma reesei, i/ili inhibitorna za najmanje jedan mikroorganizam odabran iz grupe koja se sastoji od Saccharomices sp., Clostridium sp., Lactobacillus sp. i Pichia sp.
[0051] U okviru poželjnog primera izvođenja postupka prema predmetnom pronalasku ova najmanje jedna supstanca se uklanja iz dela (i) ili dela (i) i iz dela (ii) hidrolizata prema koraku (c).
[0052] U dodatnim poželjnim primerima izvođenja, uklanjanje se sprovodi tako što se u deo (i) ili deo (i) i deo (ii) hidrolizata prema koraku (c), dodaje najmanje jedan adsorbens prethodno obrađenom materijalu koji sadrži lignocelulozu i / ili delu (i) i / ili (ii) hidrolizata u skladu sa korakom (c). Adsorbens je poželjno odabran iz grupe koja se sastoji od aktivnog uglja, silicijum dioksida, silikatnih minerala, zeolita, uglja, gline, jonoizmenjivačkih smola i njihovih smeša, pri čemu su naročito poželjni aktivni ugalj i/ili ugalj.
[0053] Dalje je prikazano da se najmanje jedan adsorbent dodaje prethodno obrađenom materijalu koji sadrži lignocelulozu, tako što se adsorbent doda pre nego što se prethodno obrađeni materijal koji sadrži lignocelulozu prenese u posudu za hidrolizu. Međutim, takođe je prikazano direktno dodavanje adsorbenta u posudu za hidrolizu ili dodavanje adsorbenta neposredno pre odvajanja prema koraku c).
[0054] Uklanjanje najmanje jednog inhibitornog jedinjenja dodavanjem adsorbenta obezbeđuje velike prednosti. S jedne strane, mogućnost filtriranja je značajno poboljšana. Dodatno, u slučaju kada se kao adsorbent koristi aktivni ugalj ili ugalj, zapaljivost filterskog kolača je povećana i nije neophodno da se za sušenje koristi energija ili se koristi samo minimalna količina energije. Sagorevanjem filterskog kolača može dakle da se postigne energetski nezavisan postupak.
[0055] U okviru drugog poželjnog primera izvođenja prema predmetnom pronalasku, uklanjanje najmanje jedne inhibitorne supstance iz dela (i) ili iz dela (i) i/ili dela (ii) hidrolizata, sprovodi se isparavanjem.
[0056] Zbog isparljivog karaktera većine inhibitornih supstanci, isparavanje je još jedna efikasna metoda uklanjanja. "Isparavanje" u skladu sa predmetnim pronalaskom se poželjno izvodi pod sniženim pritiskom, poželjno pod pritiskom ispod atmosferskog pritiska, poželjno ispod apsolutne vrednosti od 750 mbar, poželjnije ispod apsolutne vrednosti od 500 mbar, još poželjnije ispod apsolutne vrednosti od 250 mbar, i najpoželjnije ispod apsolutne vrednosti od 125 mbar. Poželjni rasponi su od 75 do 750 mbar apsolutne vrednosti i od 75 do 250 mbar apsolutne vrednosti. Tokom isparavanja, temperaturu je poželjno održavati ispod 120 °C, poželjnije ispod 100 °C, još poželjnije ispod 90 °C i najpoželjnije ispod 80 °C. Poželjni rasponi su od 45 do 120 °C i od 45 do 100 °C. Trajanje je poželjno odabrano od 0.1 s do 10 h, poželjno od 1 s do l h, poželjnije od 10 s do 30 min, najpoželjnije od 30 s do 10 min. pH vrednost je poželjno održavati ispod pH 6, poželjnije ispod pH 5,5, još poželjnije ispod 5,0 i najpoželjnije ispod 4,8. Poželjni rasponi su od 3,5 do 6 i od 4,0 do 5,0. Poželjni isparivači su cirkulatorni isparivači, isparivači sa tankim filmom, isparivači sa brisanim filmom i isparivači sa padajućim filmom.
[0057] Uklanjanje najmanje jedne inhibitorne supstance isparavanjem obezbeđuje dodatne prednosti jer isparavanje takođe obezbeđuje prednost u vidu sterilizaciji hidrolizata. Na taj način se može sprečiti unakrsna kontaminacija tokom fermentacije. Dodatno, pored većine inhibitornih supstanci, isparavaće i znatna količina vode, što dovodi do koncentrovanog hidrolizata (tj. smanjene zapremine i više koncentracije šećera) što dovodi do daljnjeg smanjenja troškova pošto se kapacitet obrade povećava, a zapremina reaktora maksimalno smanjuje. Isparavanje je u toj
1
meri efikasna metoda uklanjanja, da se suštinske prednosti za postupak prema pronalasku mogu postići primenom ovih metoda samo na deo (i) hidrolizata.
[0058] U okviru drugog poželjnog primera izvođenja takođe je moguće kombinovati nekoliko metoda uklanjanja, pri čemu je naročito poželjno da se kombinuje dodavanje adsorbensa pre prenosa hidrolizata u posudu za hidrolizu sa isparavanjem primenjenim na deo (i) i/ili deo (ii) hidrolizata. U okviru ovog konkretnog primera izvođenja, takođe je poželjno da se adsorbens doda pre odvajanja prema koraku c), posebno poželjno pre hidrolize prema koraku b). Naročito je poželjno da postupak prema pronalasku ne obuhvata uklanjanje ispiranjem prethodno obrađenog materijala i/ili hidrolizata.
[0059] U okviru drugog poželjnog primera izvođenja postupka prema predmetnom pronalasku, u posudu za gajenje se dodaje dodatna količina od 0,01 do 30 % (tež./zap.) Materijala koji sadrži lignocelulozu, poželjno od 0,1 do 25 % (tež./zap.), dodatno poželjno od 0,5 do 22% (tež./zap.) i naročito poželjno od 1 do 20% (tež./zap.). U okviru naročito poželjnog primera izvođenja, materijal koji sadrži lignocelulozu se dobija njegovim odvajanjem iz posude za prethodnu obradu. Dodavanje prethodno obrađenog materijala koji sadrži lignocelulozu dovešće do sporog oslobađanja ugljenika i delovaće kao induktor za ekspresiju celulaze.
[0060] U još jednom aspektu, predmetni pronalazak je dalje usmeren na postupak za proizvodnju organskog jedinjenja iz dela (ii) hidrolizata, kao što je prethodno u tekstu definisano, koji sadrži korak
(f1) dovođenja u kontakt dela (ii) hidrolizata sa najmanje jednim mikroorganizmom i/ili gljivom sposobnom da proizvodi organsko jedinjenje odabrano iz grupe koja se sastoji od organskih kiselina, amino kiselina, kaprolaktama, antibiotika, vitamina, enzima, nukleotida/nukleozida, biogasa, proteina, polisaharida, amino glukana, organskih rastvarača, biogoriva, biosurfaktanata, aminoglukana, derivata šećera i njihovih smeša; ili
(f2) izlaganja dela (ii) hidrolizata hemijskoj konverziji, katalitičkoj konverziji, hromatografskoj separaciji, membranskoj separaciji i/ili procesu kristalizacije.
[0061] Prema postupku za proizvodnju organskog jedinjenja u skladu sa korakom (f1) kako je definisan prethodno u tekstu, temperatura tokom dovođenja u kontakt dela (ii) hidrolizata sa najmanje jednim mikroorganizmom, odabrana je od 10 do 65 °C, poželjno od 15 do 55 °C, naročito poželjno od 20 do 50 °C, najpoželjnije od 25 do 45 °C.
[0062] Naročito je poželjno da najmanje jedan mikroorganizam bude izabran od mezofilnih kvasaca kao što su sve vrste roda Saccaromyces, naročito Saccharomyces bayanus, Saccharomyces boulardii, Saccharomyces bulderi, Saccharomyces cariocanus, Saccharomyces cariocus, Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces chevalieri, Saccharomyces dairenensis, Saccharomyces ellipsoideus, Saccharomyces eubayanus, Saccharomyces exiguus, Saccharomyces florentinus, Saccharomyces kluyveri, Saccharomyces martiniae, Saccharomyces monacensis, Saccharomyces norbensis, Saccharomyces paradoxus, Saccharomyces pastorianus, Saccharomyces spencerorum, Saccharomyces turicensis, Saccharomyces unisporus, Saccharomyces uvarum, Saccharomyces zonatus, kao i Arxula adeninovorans, Ashbya gossypii, Hansenula polymorpha, Debaramyces hansenii, Hortea werneckii, Kluyeveromyces lactis, Schwanniomyces occidentalis, Thrichosporon domesticum, Thrichosporon montevideense, Xanthophyllomyces dendrohous, Yarowia lypolytica, Zygosaccharomyces bailii, Zygosaccharomyces rouxii, Schizosaccharomyces pombe, Pichia stipitis, Pichia segobiensis, Candida shehatae, Candida tropicalis, Candida boidinii, Candida tenuis, Pachysolen tannophilus, Hansenula polymorpha, Candida famata, Candida parapsilosis, Candida rugosa, Candida sonorensis, Candida maltosa, Issatchenkia terricola, Kloeckera apis, Pichia barkeri, Pichia cactophila, Pichia deserticola, Pichia norvegensis, Pichia membranefaciens, Pichia mexicana i Torulaspora delbrueckii i bilo koja njihova kombinacija.
[0063] U alternativnom poželjnom primeru izvođenja postupka za proizvodnju organskog jedinjenja od dela (ii) hidrolizata, najmanje jedan mikroorganizam se bira od termofilnih mikroorganizama koji se poželjno biraju od Candida bovina, Candida picachoensis, Candida emberorum, Candida pintolopesii, Candida thermophila, Kluyveromyces marxianus, Kluyveromyces fragilis, Kazachstania telluris, Issatchenkia orientalis, Lachancea thermotolerans i bilo koje njihove kombinacije. Poželjne termofilne bakterije uključuju Clostridium thermocellum, Clostridium thermohydrosulphuricum, Clostridium thermosaccharolyticum, Thermoanaerobium brockii, Thermobacteroides acetoethylicus, Thermoanaerobacter ethanolicus, Clostridium thermoaceticum, Clostridium thermoautotrophicum, Acetogenium kivui, Desulfotomaculum nigrificans, Desulvovibrio thermophilus, Thermoanaerobacter tengcongensis, Bacillus stearothermophilus, Thermoanaerobacter mathranii i bilo koju njihovu kombinaciju.
[0064] Naročito je poželjna upotreba sledećih mezofilnih kvasaca: Saccharomyces cerevisiae, Pichia stipitis, Pachysolen tannophilu i/ili Candida shehatae.
[0065] U alternativnom primeru izvođenja postupka za proizvodnju organskih jedinjenja od dela (ii) hidrolizata, koristi se najmanje jedna gljiva. Najmanje jedna gljiva bira se od Aspergillus sp., Trichoderma sp., Hypocrea sp., Penicillium sp., Acremonium sp., Rhizopus sp., Talaromyces sp. i bilo koje njihove kombinacije.
1
[0066] U alternativnom primeru izvođenja postupka za proizvodnju organskih jedinjenja od dela (ii) hidrolizata mikroorganizam se bira od bakterijskih vrsta kao što su Clostridium acetobutylicum, Lactobacillus brevis, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus casei, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus lactis, Lactococcus lactis, Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus sp., Zymomonas mobilis, Escherichoia coli i bilo koje njihove kombinacije.
[0067] Dalje, potrebno je podrazumevati da se bilo koja kombinacija prethodno navedenih mikroorganizama i/ili gljiva nalazi u obimu predmetnog pronalaska.
[0068] Fermentacija se poželjno sprovodi u modu fiksne šarže (diskontinuirano), u modu dodavanja šarže ili u kontinuiranom modu. Najpoželjnije, fermentacija se sprovodi u modu fiksne šarže.
[0069] U okviru sledećeg poželjnog primera izvođenja, minerali kao što su bakar, cink, magnezijum, kalcijum, gvožđe i jedinjenja koja sadrže azot kao što su nitrati, amino kiseline, amonijak, dodaju se delu (ii) hidrolizata pre koraka (f1) postupka za proizvodnju organskog jedinjenja.
[0070] Vredna organska jedinjenja koja su rezultat bakterijske fermentacije dela (ii) hidrolizata sadrže, ali nisu ograničena na, organske kiseline (poput sirćetne kiseline, mlečne kiseline, ćilibarne kiseline, itakonske kiseline, fumarne kiseline, propionske kiseline i glukuronske kiseline), amino kiseline (poput glutaminske kiseline, leucina, lizina, treonina, asparaginske kiseline, fenilalanina, cisteina), kaprolaktame (kao što je alfa-amino-kaprolaktam), antibiotike (kao što je bleomicin, virginiamicin, linkomicin, monensin, blasticidin, tetraciklin), vitamine (kao što su vitamin B2, B12 i C), enzime, nukleotide/nukleozide (kao NADH, ATP, cAMP, FAD, koenzim A), biogas, biopolimere (kao što su polihidroksibutirat, poliamidi/fibroini), proteine, polisaharide (kao što su ksantan, dekstran), amino glukane (kao što je hijaluronska kiselina), kao i organske rastvarače i biogoriva (poput acetona, etanola, butanola, propandiola). Vredna organska jedinjenja koja su rezultat fermentacije kvascima dela (ii) hidrolizata, sadrže, ali nisu ograničena na, organske rastvarače (npr. etanol, propanol), nukleotide (npr. RNK), biosurfaktante (npr. soforozne lipide), enzime i biopolimere (npr. spidroine). Vredna organska jedinjenja koja su rezultat fermentacije gljivama dela (ii) hidrolizata sadrže organske kiseline (poput limunske kiseline, fumarne kiseline, itakonske kiseline), antibiotike (kao što su penicilin, cefalosporin), enzime i polisaharide (kao što je hitin).
[0071] U sledećem poželjnom primeru izvođenja ovog postupka organsko jedinjenje je izabrano od alkohola, organskih kiselina, biopolimera, antibiotika, amino kiselina, kaprolaktama, polisaharida, organskih rastvarača, biogoriva, aminoglukana, nukleotida/nukleozida, vitamina, biosurfaktanata, enzima i njihovih smeša.
1
[0072] Prema postupku za proizvodnju organskog jedinjenja prema koraku (f2), izlaganje dela (ii) hidrolizata postupcima hemijske konverzije, katalitičke konverzije, hromatografske separacije, membranske separacije i/ili kristalizacije sprovodi se hromatografskim metodama i/ili koracima filtracije u cilju upotrebe prečišćenih šećera u fermentaciji (npr. polimeri na bazi mlečne kiseline) i/ili hemijskoj konverziji (proizvodnja FDCA).
[0073] U tekstu koji sledi opisani su naročito poželjni primeri izvođenja prema predmetnom pronalasku.
Naročito poželjan primer izvođenja
[0074] Postupak za autonomnu enzimsku hidrolizu materijala koji sadrži lignocelulozu, a koji sadrži korake:
(a) podvrgavanja materijala koji sadrži lignocelulozu prethodnoj obradi u uređaju za prethodnu obradu;
(b) dovođenja u kontakt prethodno obrađenog materijala koji sadrži lignocelulozu iz koraka a) sa najmanje jednim enzimom koji pripada klasi hidrolaza, u sudu za hidrolizu, kako bi se obrazovao hidrolizat;
(c) odvajanja hidrolizata i naknadne podele hidrolizata u dva dela (i) i (ii), pri čemu se deo (i) usmerava ka sudu za gajenje;
(d) fermentacije dela (i) hidrolizata sa najmanje jednim mikroorganizmom i/ili gljivom koja može da proizvede najmanje jedan enzim koji pripada klasi hidrolaza;
i
(e) preusmeravanja fermentisanog hidrolizata iz koraka d) u sud za hidrolizu iz koraka b);
pri čemu se deo (i) ili deo (i) i deo (ii) hidrolizata obrađuju tako da se isparavanjem ukloni najmanje jedna supstanca inhibitorna za najmanje jedan enzim i/ili najmanje jedan mikroorganizam i/ili gljivu.
Naročito poželjan primer izvođenja
[0075] Postupak prema naročito poželjnom primeru izvođenja koji je prethodno pomenut, pri čemu odnos dela (i) hidrolizata prema delu (ii) iznosi od 0.01 do 1, poželjno od 0.02 do 0.5 i najpoželjnije 0.05 do 0.1.
Naročito poželjan primer izvođenja
1
[0076] Postupak prema naročito poželjnom primeru izvođenja koji je prethodno pomenut, pri čemu se u sud za gajenje dodaje dodatna količina u vrednosti od 0.01 do 30 % (tež./vol.) materijala koji sadrži lignocelulozu, poželjno od 0.15 do 25 % (tež./vol.), dodatno poželjno od 0.51 do 22 % (tež./vol.) i naročito poželjno od 15 do 20 % (tež./vol.). U okviru ovog primera izvođenja je najpoželjnije da materijal koji sadrži lignocelulozu bude prethodno obrađeni materijal koji sadrži lignocelulozu, poželjno dobijen iz uređaja za prethodnu obradu.
Naročito poželjan primer izvođenja
[0077] Postupak prema bilo kom od naročito poželjnih primera izvođenja koji su prethodno pomenuti, pri čemu je najmanje jedan mikroorganizam sposoban za proizvodnju najmanje jednog enzima koji pripada klasi hidrolaza i odabran je od egzocelulaza i endocelulaza, betaglukozidaze (BGL)), egzohemicelulaza i endohemicelulaza i esteraza i/ili najmanje jedna gljiva sposobna za proizvodnju najmanje jednog enzima koji pripada klasi hidrolaza, izabrana od vrsta Trichoderma i Talaromyces i njihovih smeša, i najpoželjnije je Trichoderma reesei.
Naročito poželjan primer izvođenja
[0078] Postupak prema bilo kom od naročito poželjnih primera izvođenja koji su prethodno pomenuti, koji dodatno sadrži korak
(f1) dovođenja u kontakt dela (ii) hidrolizata, sa najmanje jednim mikroorganizmom i/ili gljivom sposobnom za proizvodnju organskog jedinjenja odabranog iz grupe koja se sastoji od organskih kiselina, amino kiselina, kaprolaktama, antibiotika, vitamina, enzima, nukleotida/nukleozida, biogasa, proteina, polisaharida, amino glukana, organskih rastvarača, biogoriva, biosurfaktanata, aminoglukana, derivata šećera i njihovih smeša.
Primer i slika
[0079] Ovaj pronalazak je dalje opisan sledećim primerom i slikom. Primer i slika su dati samo u ilustrativne svrhe.
Sl. 1 prikazuje tok postupka za postupak u skladu sa predmetnim pronalaskom.
Isprekidana linija prikazuje opciju u kojoj se deo prethodno obrađenog lignoceluloznog materijala dodaje direktno u sud za gajenje
Sl. 2 prikazuje prinos glukoze, ksiloze i NaDL-laktata, kao i količinu sirćetne kiseline i mravlje kiseline kada se hidrolizat detoksifikuje isparavanjem.
1
Primer 1
[0080] Pšenična slama, uklanjanje inhibitorne supstance dodavanjem uglja i isparavanjem [0081] Fermentacija se sprovodi u sistemu bioreaktora sa tankom koji se meša, sa uređajem za kontrolu temperature, pH vrednosti i rastvorenog kiseonika (= sud za gajenje). Gajenje započinje sa 5 % (tež./tež.) kulture za inokulaciju. Pored toga, medijumi sadrže soli i minerale i koncentrovani hidrolizat kao glavni izvor ugljenika. Fermentacija se sprovodi na pH vrednosti od 5, na 30 °C i pri nivou rastvorenog kiseonika od 25 %. Napajanje dela (i) hidrolizata otpočinje posle 15 sati i kontinuirano se nastavlja tokom sledećih 85 sati. Ukupna zapremina za napajanje iznosi 50 % na bazi ukupne finalne zapremine fermentacije.
[0082] Fermentisani hidrolizat dobijen fermentacijom, pumpom se dodaje u prethodno obrađenu pšeničnu slamu kako bi se ona hidrolizovala.
[0083] Količina prethodno obrađene pšenične slame koja je prisutna u koraku hidrolize odabrana je tako da se 1 m3 fermentisanog hidrolizata dodaje u 2400 kg suve materije prethodno obrađene pšenične slame.
[0084] Hidroliza se izvodi na 50 °C, pH 5, tokom 96 h uz mešanje brzinom od 50 rpm. Posle hidrolize, 1 % (tež./zap.) aktivnog uglja (granulat) dodaje se u sadržaj suda za hidrolizu. Sadržaj se inkubira sa aktivnim ugljem na sobnoj temperaturi uz mešanje pri 250 rpm. Nakon 1 h, izvodi se čvrsto-tečna separacija kako bi se izdvojio detoksifikovani hidrolizat putem njegovog odvajanja od preostalih čvrstih supstanci centrifugiranjem ili filtracijom (veličina pora filtera < 1mm). 15 % detoksifikovanog hidrolizata se zatim izlaže koraku isparavanja kako bi se dodatno uklonili isparljivi inhibitori i zapremina ovog dela hidrolizata smanjila na trećinu početne zapremine. Ovaj dvostruko detoksifikovan i koncentrovan hidrolizat se zatim uvodi u fermentaciju, kao što je prethodno u tekstu opisano. Ostatak od isparavanja hidrolizata (preostali deo) može da se koristi za proizvodnju organskog jedinjenja.
Primer 2
Pšenična slama, uklanjanje inhibitorne supstance trostrukim isparavanjem
[0085] Fermentacija se sprovodi u sistemu bioreaktora sa tankom koji se meša, sa uređajem za kontrolu temperature, pH vrednosti i rastvorenog kiseonika (= sud za gajenje). Gajenje započinje sa 5 % (tež./tež.) kulture za inokulaciju. Pored toga, medijumi sadrže soli i minerale i koncentrovani hidrolizat kao glavni izvor ugljenika. Fermentacija se sprovodi na pH vrednosti od 5, na 30 °C i pri nivou rastvorenog kiseonika od 25 %. Napajanje dela (i) hidrolizata otpočinje
1
posle 15 sati i kontinuirano se nastavlja tokom sledećih 85 sati. Ukupna zapremina za napajanje bila je 45 %, na bazi ukupne finalne zapremine fermentacije.
[0086] Fermentisani hidrolizat dobijen fermentacijom, pumpom se dodaje u prethodno obrađenu pšeničnu slamu kako bi se ona hidrolizovala.
[0087] Količina prethodno obrađene pšenične slame koja je prisutna u koraku hidrolize odabrana je tako da se 1 m3 fermentisanog hidrolizata dodaje u 2400 kg suve materije prethodno obrađene pšenične slame.
[0088] Hidroliza se izvodi na 50 °C, pH 5, tokom 96 h uz mešanje brzinom od 50 rpm. Posle hidrolize, hidrolizat se zatim izlaže koraku isparavanja kako bi se uklonili isparljivi inhibitori i zapremina ovog dela hidrolizata smanjila za faktor 6.4. Ovaj detoksifikovan i koncentrovan hidrolizat se zatim uvodi u fermentaciju, kao što je prethodno u tekstu opisano.
[0089] U cilju isparavanja, pH vrednost je podešena na 4 pomoću sumporne kiseline i zatim je isparavanje sprovedeno na 75°C i 100 mbar. Isparavanje je zaustavljeno kada je dostignuta koncentracija šećera od 500 g/L. Odgovarajući prinosi glukoze, ksiloze i NaDl i količine mravlje i sirćetne kiseline su prikazane u tabeli 1 i na Sl. 2. Ova detoksifikacija je dovela do smanjenja sirćetne kiseline za više od 80% i mravlje kiseline za otprilike 30%. Rezultati su prikazani u tabeli 1 i na slici 2.
Tabela 1: Prinosi glukoze, ksiloze i količine mravlje i sirćetne kiseline nakon isparavanja
2

Claims (12)

Patentni zahtevi
1. Postupak za autonomnu enzimsku hidrolizu materijala koji sadrži lignocelulozu, a koji sadrži korake
(a) podvrgavanja materijala koji sadrži lignocelulozu prethodnoj obradi u uređaju za prethodnu obradu;
(b) dovođenja u kontakt prethodno obrađenog materijala koji sadrži lignocelulozu iz koraka a) sa najmanje jednom hidrolazom koja sadrži jednu ili više aktivnosti izabranih od aktivnosti egzocelulaza i endocelulaza, odnosno, Celobiohidrolaze (CBH) I, II, endoglukanaze (EG) I-IV, beta-glukozidaze (BGL), egzohemicelulaza i endohemicelulaza, odnosno, ksilanaze, ksilozidaze, ksilobiaze, arabinaze, arabinofukozidaze, manaze, manozidaze, galaktaze i galaktozidaze, i esteraza, u sudu za hidrolizu, kako bi se obrazovao hidrolizat;
(c) odvajanja hidrolizata i naknadne podele hidrolizata u dva dela (i) i (ii), pri čemu se deo (i) usmerava ka sudu za gajenje;
(d) fermentacije dela (i) hidrolizata sa najmanje jednim mikroorganizmom i/ili gljivom koji mogu da proizvedu najmanje jedan enzim koji pripada klasi hidrolaza; i
(e) preusmeravanja fermentisanog hidrolizata iz koraka d) u sud za hidrolizu iz koraka b); pri čemu se hidrolizat obrađuje tako da se ukloni najmanje jedna supstanca inhibitorna za najmanje jedan enzim i/ili najmanje jedan mikroorganizam i/ili gljivu.
2. Postupak prema patentnom zahtevu 1, naznačen time što najmanje jedna supstanca inhibitorna za najmanje jedan enzim i/ili inhibitorna za najmanje jedan mikroorganizam, predstavlja supstancu inhibitornu za najmanje jedan enzim koji pripada klasi hidrolaza i/ili inhibitornu za najmanje jedan mikroorganizam i/ili gljivu koji mogu da proizvedu najmanje jedan enzim koji pripada klasi hidrolaza.
3. Postupak prema patentnom zahtevu 1 ili 2, naznačen time što je supstanca inhibitorna za najmanje jednu gljivu i/ili mikroorganizam odabran iz grupe koja se sastoji od vrsta Trichoderma sp. (anamorf: Hypocrea sp.), Saccharomyces sp., Clostridium sp., Lactobacillus sp., Pichia sp. i Talaromyces sp.
4. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 3, naznačen time što je supstanca uklonjena iz prethodno obrađenog materijala koji sadrži lignocelulozu, u skladu sa korakom (a) i/ili iz dela (i) i/ili (ii) hidrolizata prema koraku (c).
5. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 4, naznačen time što je supstanca uklonjena dodavanjem najmanje jednog adsorbenta prethodno obrađenom materijalu koji sadrži lignocelulozu i/ili delu (i) i/ili (ii) hidrolizata u skladu sa korakom (c).
6. Postupak prema patentnom zahtevu 5, naznačen time što je adsorbent odabran iz grupe koja se sastoji od aktivnog uglja, silicijum dioksida, silikatnih minerala, zeolita, uglja, gline, jonoizmenjivačkih smola i njihovih smeša.
7. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 4, naznačen time što je supstanca uklonjena u skladu sa korakom (c) iz dela (i) i/ili dela (ii) hidrolizata isparavanjem.
8. Postupak prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time što se dodatna količina, u vrednosti od 0.1 do 30 % (tež./zap.) materijala koji sadrži lignocelulozu, dodaje u sud za gajenje.
9. Postupak prema patentnom zahtevu 8, naznačen time što se materijal koji sadrži lignocelulozu dobija tako što se odvaja iz suda za prethodnu obradu.
10. Postupak prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time što odnos dela (i) hidrolizata, prema delu (ii) iznosi 0.01 do 1.
11. Postupak prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time što koncentracija solubilnih šećera tokom fermentacije u skladu sa korakom d) iznosi ispod 10 % tež./zap.
12. Postupak za proizvodnju organskog jedinjenja koji sadrži korake kao što su definisani u okviru bilo kojih patentnih zahteva 1 do 11 i dodatno sadrži korak
(f1) dovođenja u kontakt dela (ii) hidrolizata, sa najmanje jednim mikroorganizmom i/ili gljivom sposobnom za proizvodnju organskog jedinjenja odabranog iz grupe koja se sastoji od organskih kiselina, amino kiselina, kaprolaktama, antibiotika, vitamina, enzima, nukleotida/nukleozida, biogasa, proteina, polisaharida, amino glukana, organskih rastvarača, biogoriva, biosurfaktanata, aminoglukana, derivata šećera i njihovih smeša; ili
(f2) izlaganja dela (ii) hidrolizata hemijskoj konverziji, katalitičkoj konverziji, hromatografskoj separaciji, membranskoj separaciji i/ili procesu kristalizacije.
RS20200885A 2014-05-21 2015-05-20 Postupak za hidrolizu lignoceluloznog materijala u kome se hidrolizat koristi za proizvodnju mikrobijalne hidrolaze RS60562B1 (sr)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14001784.9A EP2947152A1 (en) 2014-05-21 2014-05-21 Process for the hydrolysis of lignocellulosic material, wherein the hydrolysate is used for microbial hydrolase production
EP15723515.1A EP3146061B1 (en) 2014-05-21 2015-05-20 Process for the hydrolysis of lignocellulosic material, wherein the hydrolysate is used for microbial hydrolase production
PCT/EP2015/061072 WO2015177189A1 (en) 2014-05-21 2015-05-20 Process for the hydrolysis of lignocellulosic material, wherein the hydrolysate is used for microbial hydrolase production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RS60562B1 true RS60562B1 (sr) 2020-08-31

Family

ID=50774609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RS20200885A RS60562B1 (sr) 2014-05-21 2015-05-20 Postupak za hidrolizu lignoceluloznog materijala u kome se hidrolizat koristi za proizvodnju mikrobijalne hidrolaze

Country Status (18)

Country Link
US (1) US10316341B2 (sr)
EP (2) EP2947152A1 (sr)
CN (1) CN106574275B (sr)
AR (1) AR100549A1 (sr)
AU (1) AU2015261897B2 (sr)
BR (1) BR112016027249B1 (sr)
CA (1) CA2949584C (sr)
DK (1) DK3146061T3 (sr)
EA (1) EA035111B1 (sr)
ES (1) ES2809448T3 (sr)
HR (1) HRP20201239T1 (sr)
HU (1) HUE050263T2 (sr)
MY (1) MY174472A (sr)
PE (1) PE20161478A1 (sr)
PL (1) PL3146061T3 (sr)
RS (1) RS60562B1 (sr)
SI (1) SI3146061T1 (sr)
WO (1) WO2015177189A1 (sr)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106086085A (zh) * 2016-07-05 2016-11-09 张聪聪 利用蔗渣纤维素和甘蔗糖蜜生产乙醇的方法
BR102017023137A2 (pt) * 2016-10-27 2019-02-05 Ptt Global Chemical Public Company Limited processo de pré-tratamento de biomassa lignocelulósica usando solução alcalina e explosão a vapor.
EP3679151A1 (en) 2017-09-05 2020-07-15 POET Research, Inc. Methods and systems for propagation of a microorganism using a pulp mill and/or a paper mill waste by-product, and related methods and systems
FI129229B (en) * 2019-02-07 2021-09-30 Fazer Ab Oy Karl Method for the utilization of biomass
CN120266916B (zh) * 2025-05-06 2026-04-14 武汉新华扬生物股份有限公司 一种含3-羟基丁酸的发酵饲料及其制备方法和应用

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2471940A1 (en) 2010-12-31 2012-07-04 Süd-Chemie AG Efficient lignocellulose hydrolysis with integrated enzyme production
EP2931904A1 (en) * 2012-12-14 2015-10-21 BP Corporation North America Inc. Process for the conversion of cellulosic feedstock materials
US20140356915A1 (en) * 2013-05-28 2014-12-04 Api Intellectual Property Holdings, Llc Integrated biorefineries for production of sugars, fermentation products, and coproducts
WO2014202623A2 (en) * 2013-06-19 2014-12-24 Dsm Ip Assets B.V. Rasamsonia gene and use thereof

Also Published As

Publication number Publication date
CA2949584A1 (en) 2015-11-26
BR112016027249B1 (pt) 2023-04-18
HUE050263T2 (hu) 2020-11-30
EP2947152A1 (en) 2015-11-25
AR100549A1 (es) 2016-10-12
ES2809448T3 (es) 2021-03-04
DK3146061T3 (da) 2020-07-06
SI3146061T1 (sl) 2020-08-31
EP3146061B1 (en) 2020-05-06
US20170081687A1 (en) 2017-03-23
CN106574275B (zh) 2021-12-24
EA035111B1 (ru) 2020-04-28
BR112016027249A2 (sr) 2017-08-15
CA2949584C (en) 2023-07-04
AU2015261897B2 (en) 2018-03-08
EP3146061A1 (en) 2017-03-29
EA201692347A1 (ru) 2017-04-28
BR112016027249A8 (pt) 2022-08-30
HRP20201239T1 (hr) 2020-11-13
MY174472A (en) 2020-04-21
US10316341B2 (en) 2019-06-11
PL3146061T3 (pl) 2020-11-02
PE20161478A1 (es) 2017-01-07
AU2015261897A1 (en) 2016-12-01
WO2015177189A1 (en) 2015-11-26
CN106574275A (zh) 2017-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2944957C (en) Process for enzymatic hydrolysis of lignocellulosic material and fermentation of sugars
CA2942989A1 (en) Process and apparatus for enzymatic hydrolysis of lignocellulosic material and fermentation of sugars
CA2949584C (en) Process for the hydrolysis of lignocellulosic material, wherein the hydrolysate is used for microbial hydrolase production
CA2973302A1 (en) Process for enzymatic hydrolysis of lignocellulosic material and fermentation of sugars
EP3938525A1 (en) Process for producing a fermentation broth
WO2018185071A1 (en) Process for enzymatic hydrolysis of lignocellulosic material and fermentation of sugars
US10876141B2 (en) Process for the hydrolysis of biomass
CA3026325C (en) Seed train for large scale enzyme production
US9988658B2 (en) Process for the hydrolysis of biomass
WO2016169893A1 (en) Whole fermentation broth