BR102013019252A2

BR102013019252A2 - inert support production process from lignocellulosic material, immobilization of microorganisms on said support in a packaged bed bioreactor and their uses

Info

Publication number: BR102013019252A2
Application number: BR102013019252A
Authority: BR
Inventors: Jaciane Lutz Lenczak; José Geraldo Da Cruz Pradella; Robert Ruller; Sarita Cândida Rabelo
Original assignee: Cnpem Ct Nac De Pesquisa Em En E Materiais
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2015-11-10

Abstract

processo de produção de suporte inerte a partir de material lignocelulósico, imobilização de microorganismos em dito suporte em um biorreator de leito empacotado e seus usos. a presente invenção refere-se a um suporte inerte, bem como seu processo de preparação e processo para imobilização de microrganismos no referido suporte inerte, úteis na produção de biocombustiveis líquidos e destoxificação de hidrolisados hemicelulósicos da cana de açúcar. mais especificamente, o referido suporte inerte é obtido a partir um material lignocelulósico, advindo de resíduos agrícolasprocess of producing inert support from lignocellulosic material, immobilization of microorganisms on said support in a packed bed bioreactor and their uses. The present invention relates to an inert support as well as its preparation process and process for immobilizing microorganisms on said inert support useful in the production of liquid biofuels and detoxification of sugarcane hemicellulosic hydrolysates. more specifically, said inert support is obtained from a lignocellulosic material from agricultural waste.

Description

“PROCESSO DE PRODUÇÃO DE SUPORTE INERTE A“SUPPORT PRODUCTION PROCESS

PARTIR DE MATERIAL LIGNOCELULÓSICO, IMOBILIZAÇÃO DEFROM LIGNOCELLULOSTIC MATERIAL, IMMOBILIZATION OF

MICROORGANISMOS EM DITO SUPORTE EM UM BIORREATOR DE LEITO EMPACOTADO E SEUS USOS” CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um suporte inerte, bem como seu processo de preparação e processo para imobilização de microrganismos no referido suporte inerte, úteis na produção de biocombustíveis líquidos e destoxificação de hidrolisados hemicelulósicos da cana de açúcar.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an inert support as well as its preparation process and process for immobilizing microorganisms on said inert support useful in the production of biofuels. liquids and detoxification of sugarcane hemicellulosic hydrolysates.

Mais especificamente, o referido suporte inerte é obtido a partir um material lignocelulósico, advindo de resíduos agrícolas.More specifically, said inert support is obtained from a lignocellulosic material from agricultural waste.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

Imobilização de células de microrganismos, de plantas, de insetos ou de mamíferos é uma técnica descrita na literatura que visa confinar estas estruturas biológicas em suportes inertes com a finalidade de: a) aumentar a concentração destas estruturas biológicas dentro de um biorreator elevando, assim, sua produtividade (massa de produto * volume de reator '1 * tempo'1); b) evitar o uso de reciclos destas células, minorando o investimento em dispendiosas e complicadas operações de equipamentos de separação sólido-líquido e minimizando o estresse que estas operações podem ocasionar àquelas estruturas biológicas. Ou seja, obter um biocatalizador com atividade e estabilidade que não se alterarão com as flutuações das situações durante o processo (Baumer, et al., 2008). O confinamento em um suporte inerte produz alterações significativas no microambiente onde as células estão imobilizadas (tais como adensamento da população celular, gradientes de concentração de substrato e produtos do metabolismo, mudança no teor de água livre, gradientes de pH, temperatura e de oxigenação) levando estas células a mudanças fisiológicas benéficas aos bioprocessos, como por exemplo, a diminuição da velocidade específica de crescimento celular, aumento de conversão de substratos a produtos de interesse, contudo, podem persistir alguns efeitos deletérios como ao aumento da taxa de mortalidade da população imobilizada. O adensamento da população celular produz também um efeito benéfico que é o rápido consumo de substratos disponíveis no meio reacional, minimizando o efeito das contaminações de microrganismos estranhos aos sistemas. A ampliação da faixa de uso de pH que ocorre nos sistemas imobilizados também permite a operação em regiões desfavoráveis às contaminações.Immobilization of microorganism, plant, insect or mammalian cells is a technique described in the literature that aims to confine these biological structures in inert supports in order to: a) increase the concentration of these biological structures within a bioreactor thus increasing its productivity (product mass * reactor volume '1 * time'1); b) Avoid the use of recycle from these cells, reducing investment in expensive and complicated solid-liquid separation equipment operations and minimizing the stress that these operations may cause to those biological structures. That is, to obtain a biocatalyst with activity and stability that will not change with the fluctuations of situations during the process (Baumer, et al., 2008). Confinement on an inert support produces significant changes in the microenvironment where cells are immobilized (such as cell population densification, substrate concentration gradients and metabolism products, change in free water content, pH, temperature, and oxygenation gradients) leading these cells to physiological changes beneficial to bioprocesses, such as decreasing specific cell growth velocity, increasing substrate conversion to products of interest, however, some deleterious effects may persist such as increased mortality rate of the immobilized population. . The densification of the cell population also produces a beneficial effect which is the rapid consumption of substrates available in the reaction medium, minimizing the effect of contamination of microorganisms foreign to the systems. The increased range of pH use that occurs in immobilized systems also allows operation in regions unfavorable to contamination.

Por outro lado, os microrganismos geneticamente modificados possuem muitas dificuldades operacionais para seu uso em larga escala, sendo a instabilidade genética, falta de robustez e tibiez frente aos contaminantes, naturalmente presentes em operações de biocommodities de larga escala, empecilhos importantes para seu uso comercial.On the other hand, genetically modified microorganisms have many operational difficulties for their large-scale use, being the genetic instability, lack of robustness and shyness of the contaminants, naturally present in large-scale biocommodity operations, important obstacles for their commercial use.

Sabe-se também que a instabilidade genética pode ser minimizada com a diminuição da velocidade de propagação das células geneticamente modificadas, pois, desta forma, os atributos genéticos são mais facilmente transmissíveis para sua progênese. Também, como já afirmado, os microambientes formados pelos sistemas imobilizados acarretam mudanças fisiológicas que podem permitir a operação do sistema em níveis de pH para a minimização das contaminações, aliadas ao adensamento populacional e a consequente diminuição de disponibilidade de nutrientes para os contaminantes, contribuem para aumentar a estabilidade do bioprocesso.It is also known that genetic instability can be minimized by decreasing the propagation speed of genetically modified cells, since genetic attributes are more easily transmitted to their progeny. Also, as already stated, the microenvironments formed by immobilized systems cause physiological changes that may allow the system to operate at pH levels to minimize contamination, coupled with population densification and the consequent decrease in nutrient availability for the contaminants. increase the stability of the bioprocess.

Deve-se enfatizar também que os bioprocessos que contem populações confinadas em suportes inertes podem operar em valores de vazões específicas de alimentação muito superiores à velocidade específica de crescimento celular, dificultando desta maneira, o estabelecimento das populações contaminantes no biorreator e ensejando a seleção da população dos microrganismos de interesse mais aptos a sobreviver no microambiente estabelecido junto aos suportes inertes.It should also be emphasized that bioprocesses containing populations confined to inert supports can operate at specific feed rate values much higher than the specific rate of cell growth, thus making it difficult to establish contaminant populations in the bioreactor and thus allowing population selection. of the microorganisms of interest most likely to survive in the microenvironment established next to inert supports.

Bicombustíveis líquidos, como o etanol, o butanol, e intermediários químicos, como os ácidos succínico, láctico, acético, propiônico, entre outros, podem ser produzidos por fermentação microbiana a partir de matérias-primas renováveis, como a cana-de-açúcar e outros produtos agrícolas (milho, mandioca), resíduos lignocelulósicos agroindustriais (bagaço e palha de cana, sabugo e palha de milho, casca de arroz, resíduos de processamento de madeira e da produção de papel e celulose) e resíduos de lixo doméstico.Liquid biofuels such as ethanol, butanol, and chemical intermediates such as succinic, lactic, acetic, propionic acids, among others, can be produced by microbial fermentation from renewable raw materials such as sugarcane and other agricultural products (maize, cassava), agroindustrial lignocellulosic waste (sugarcane bagasse and straw, corncob and straw, rice husk, wood processing and pulp and paper production waste) and household waste.

Microrganismos geneticamente modificados hiperprodutores destes bioprodutos e bioprocessos estáveis e simplificados e de alta produtividade podem contribuir para o sucesso comercial de operações industriais de longa duração em escala comercial. O método de imobilização destes microrganismos e o biorreator para efetivação da operação, entretanto, devem ser de baixo custo e robusto para suportar operações de longa duração, por exemplo, de pelo menos uma safra de seis a doze meses de duração de operação contínua.Hyperproductive genetically modified micro-organisms of these stable and simplified, high-productivity bioprocesses can contribute to the commercial success of long-term industrial operations on a commercial scale. The method of immobilization of these microorganisms and the bioreactor to perform the operation, however, must be low cost and robust to withstand long-term operations, for example of at least one crop of six to twelve months of continuous operation duration.

Existem, descritos na literatura científica e patentária, uma enorme gama de métodos de imobilização de células microbianas e de outras estruturas biológicas.There are, described in the scientific and patent literature, a huge range of methods of immobilizing microbial cells and other biological structures.

Os métodos mais encontrados são aqueles que utilizam o envolvimento das células em gel hidrofílico de polissacarídeos naturais como agar, alginato, kappa - carragenato e pectina de baixo teor metóxi ou polímeros sintéticos como poliacrilamida. Outros métodos usam adsorção de células em materiais cerâmicos e fibras sintéticas.The most commonly found methods are those that use cell envelopment in hydrophilic gel of natural polysaccharides such as agar, alginate, kappa - carrageenate and low methoxy pectin or synthetic polymers such as polyacrylamide. Other methods use cell adsorption on ceramic materials and synthetic fibers.

Os métodos de envolvimento podem imobilizar com facilidade uma alta quantidade de células. Entretanto sua ampliação de escala é difícil, uma vez que as partículas obtidas são frágeis sob cisalhamento mecânicos ou pressões estáticas podendo sofrer severos efeitos de limitação de transporte de massa de substratos, principalmente oxigênio. Já para os métodos de adsorção em cerâmicas os materiais precisam ter poros grandes (como por exemplo, as sílicas mesoporosas) que são difíceis e caras para serem obtidas em larga escala. Os polímeros sintéticos fibrosos, como por exemplo, as espumas de poliuretana ou de poliéster são de fácil obtenção e podem ser uma opção interessante, mas possuem superfície cujas características físicas e químicas nem sempre são facilmente tratáveis para se obter uma adesão adequada das células que se deseja imobilizar. Ademais os métodos da preparação dos suportes inertes descritos na literatura são de mão de obra intensiva e não são úteis para operação de reatores de grande volume, como é o caso dos utilizados para produção dos produtos objetos desta patente.Involvement methods can easily immobilize a large amount of cells. However, its scale enlargement is difficult, since the particles obtained are fragile under mechanical shear or static pressures and may suffer severe effects of mass transport limitation of substrates, especially oxygen. For ceramic adsorption methods, materials need to have large pores (such as mesoporous silicas) that are difficult and expensive to obtain on a large scale. Fibrous synthetic polymers, such as polyurethane or polyester foams are easily obtainable and may be an interesting option, but they have a surface whose physical and chemical characteristics are not always easily treatable to obtain adequate adhesion of the cells to be treated. want to immobilize. Moreover, the methods of preparing the inert supports described in the literature are labor intensive and are not useful for the operation of large volume reactors, such as those used for the production of the products object of this patent.

Najafpour, et. al., 2004, utilizaram de um reator imobilizador de células para fermentar os açúcares com Saccharomyces cerevisiae. A retenção da levedura ocorreu em alginato.Najafpour, et. al., 2004, used a cell immobilizer reactor to ferment sugars with Saccharomyces cerevisiae. Yeast retention occurred in alginate.

Escobar, et. al., 2012, descreve a produção contínua de etanol a partir de leveduras imobilizadas em resíduos lignocelulósicos, inclusive o bagaço, em reatores de leito fixo. O bagaço é previamente lavado com água em ponto de ebulição, ou seja, em aproximadamente 105°C.Escobar, et. al., 2012, describes the continuous production of ethanol from yeasts immobilized on lignocellulosic residues, including bagasse, in fixed bed reactors. The bagasse is previously washed with boiling water, ie at approximately 105 ° C.

Polizei, et. al., 2005, utilizou bagaço de cana tratado com polietileno imina como imobilizador de Candida guilliermondii, com o intuito de produzir xilitol.Polizei, et. al., 2005, used sugarcane bagasse treated with imine polyethylene as a Candida guilliermondii immobilizer in order to produce xylitol.

Bofo, et. al., 2005, imobilizaram Saccharomyces cerevisiae em bagaço tratado com NaOH e polietilamina (PEI). A eficiência da imobilização foi de 31,67% em Saccharomyces cerevisiae CB-IX.Bofo, et. al., 2005, immobilized Saccharomyces cerevisiae in bagasse treated with NaOH and polyethylamine (PEI). Immobilization efficiency was 31.67% in Saccharomyces cerevisiae CB-IX.

Tran, et. al., 2012, modificou a superfície de politetrafluoretileno com implantação iônica por imersão em plasma, para imobilização de Saccharomyces cerevisiae. EP1213347 utiliza de uma extrusora para misturar microrganismo e matriz encapsuladora. No texto, o amido desestruturado é utilizado como imobilizador. Esse tipo de açúcar advém da extrusão do amido o que acarreta em um rearranjo intramolecular, dando origem a um material termoplástico (Pradella, 2006).Tran, et. al., 2012, modified the surface of polytetrafluoroethylene with ion immersion in plasma for immobilization of Saccharomyces cerevisiae. EP1213347 utilizes an extruder to mix microorganism and encapsulating matrix. In the text, unstructured starch is used as an immobilizer. This type of sugar comes from starch extrusion which results in an intramolecular rearrangement, resulting in a thermoplastic material (Pradella, 2006).

Um inconveniente da técnica anterior é a utilização do bagaço como imobilizador sem tratamento prévio adequado.A drawback of the prior art is the use of bagasse as an immobilizer without adequate pretreatment.

Outro inconveniente da técnica anterior é a utilização de tratamentos não tão efetivos na melhora do bagaço como imobilizador.Another drawback of the prior art is the use of treatments not so effective in improving bagasse as immobilizer.

Um outro inconveniente da técnica anterior refere-se a utilização de reatores de leito fixo para produção de etanol a partir de Saccharomyces, mas que não utiliza um imobilizador tratado adequadamente.Another drawback of the prior art concerns the use of fixed bed reactors for producing ethanol from Saccharomyces, but which does not use a properly treated immobilizer.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um suporte inerte obtido a partir de material lignocelulósico e seu processo de produção, úteis na produção de biocombustíveis líquidos e destoxificação de hidrolisado hemicelulosico.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to an inert support obtained from lignocellulosic material and its production process useful in the production of liquid biofuels and detoxification of hemicellulosic hydrolyzate.

Figura ainda como um objetivo da presente invenção prover um suporte inerte, capaz de otimizar a imobilização de micro-organismos, os quais podem se tratar de micro-organismos geneticamente modificados.It is further an object of the present invention to provide an inert support capable of optimizing the immobilization of microorganisms which may be genetically modified microorganisms.

Outro objetivo da presente invenção diz respeito a um processo de imobilização de microrganismos sobre referido suporte inerte e um biorreator de leito empacotado, o qual é constituído por microrganismos imobilizados no referido suporte inerte.Another object of the present invention is a process of immobilizing microorganisms on said inert support and a packaged bed bioreactor which is comprised of microorganisms immobilized on said inert support.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A presente invenção aborda um processo produção do suporte inerte a partir de material lignocelulósico, sendo que referido processo compreende as seguintes etapas: a) Tratamento de material lignocelulósico; b) Extrusão com água quente na proporção de 3 a 6 partes de água para cada parte de material em massa; c) Tratamento do material extrudado; d) Submissão do material extrudado a um tratamento físico, e e) Tratamento com solução de polietileno-imida (PEI) a 1- 5% em peso.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a process for producing the inert support from lignocellulosic material, said process comprising the following steps: a) Treatment of lignocellulosic material; (b) hot water extrusion at a rate of 3 to 6 parts water for each part mass material; c) Treatment of extruded material; (d) subjecting the extruded material to physical treatment; and (e) treatment with 1-5% by weight polyethylene imide (PEI) solution.

Foi verificado que, para que seja possível a boa adesão de microorganismos ao suporte inerte de material lignocelulósico, este deve ser previamente submetido a um processo de pré-tratamento por métodos físicos, químicos, ou ainda a combinação destes.It has been found that, in order to be able to have a good adhesion of microorganisms to the inert support of lignocellulosic material, it must be previously subjected to a pretreatment process by physical or chemical methods, or a combination of these.

Na etapa a), o tratamento de material lignocelulósico refere-se principalmente secagem e moagem ou fragmentação de material lignocelulósico.In step a), the treatment of lignocellulosic material mainly refers to drying and milling or fragmentation of lignocellulosic material.

Também na etapa a), o material lignocelulósico pode ser eleito dentre os que contenham, em sua composição, entre 20-60% de celulose, 20-60% de hemicelulose e 20-60% de lignina.Also in step a), lignocellulosic material can be elected from those containing in its composition between 20-60% cellulose, 20-60% hemicellulose and 20-60% lignin.

Ainda, na etapa a), o material lignocelulósico pode ser eleito dentre resíduos agroindustriais de bagaço e palha de cana-de-açúcar, sabugo e palha de milho, casca de arroz, casca de coco serragem, casca de árvores, não se restringindo a estes.Still, in step a), the lignocellulosic material can be elected from agroindustrial residues of sugarcane bagasse and straw, corn cob and straw, rice husk, sawdust coconut husk, tree bark, not being restricted to these.

Na etapa b), extrusão com água quente refere-se à água na temperatura entre 170-230 °C, preferencialmente 180-190°C. A extrusão deve ocorrer por um tempo entre 10-30 minutos.In step b), extrusion with hot water refers to water at a temperature between 170-230 ° C, preferably 180-190 ° C. Extrusion should occur for a time between 10-30 minutes.

Em seguida, na etapa c), o tratamento do material extrudado refere-se ao resfriamento até temperatura ambiente e à lavagem com água dos sólidos remanescentes com auxílio de um equipamento de separação sólido/líquido, conhecido pela técnica. O resíduo líquido é descartado.Then, in step c), the treatment of the extruded material refers to cooling to room temperature and washing the remaining solids with water with the aid of a solid / liquid separation equipment known in the art. The liquid waste is discarded.

Ainda na etapa c), o resíduo sólido é submetido à secagem de no máximo 50°C sob vácuo de 5-20 mmHg até que sua umidade seja abaixo de 20%, preferencialmente entre 10 a 15%, submetido à moagem e classificado em peneira de tal forma que seu tamanho seja de 0,5-3 mm, preferencialmente de 1-2 mm e armazenado. O material obtido até a etapa c) tem um teor de celulose da ordem de 50-60%, hemicelulose de 5-10% e lignina da ordem de 20-30%, área de superfície específica, medida pelo método do BET (Brunauer, Emmett e Teller, 1938), de 1-10 m2/g SIPT, preferencialmente acima de 2 m2/g de material e capacidade de adsorção de microrganismos no acima de 20 mg/g (em base seca).Also in step c), the solid residue is dried at a maximum of 50 ° C under a vacuum of 5-20 mmHg until its humidity is below 20%, preferably between 10 and 15%, subjected to grinding and sieved. such that its size is 0.5-3 mm, preferably 1-2 mm and stored. The material obtained until step c) has a cellulose content of the order of 50-60%, hemicellulose of 5-10% and lignin of the order of 20-30%, specific surface area measured by the BET method (Brunauer, Emmett and Teller, 1938), 1-10 m 2 / g SIPT, preferably above 2 m 2 / g material and microorganism adsorption capacity above 20 mg / g (on dry basis).

Na etapa d), o tratamento físico pode ser feito por plasma.In step d), the physical treatment can be done by plasma.

Na etapa d), caso o tratamento seja feito por plasma, o material é conduzido a um reator híbrido de plasma em água (Lukas, et al, 2004 e Grymompre, et al., 2004), ou por qualquer reator deste tipo como, por exemplo, os descritos nas patentes BR9707477 e US6,849,306. O material deve permanecer no equipamento por um tempo de 10-120 minutos, preferencialmente entre 30-60 minutos, para que se proceda a parcial remoção da lignina do suporte. O tratamento resulta em uma suspensão do material lignocelulósico em água. A suspensão contida neste reator passa pelas etapas de resfriamento, lavagem, separação, secagem e granulometria conforme condições previamente descritas. O material obtido pelo processo do presente invento, após a submissão à etapa d), deve ter um teor de celulose da ordem de 60-70%, hemicelulose de 5-10% e lignina menor que 20%, preferencialmente abaixo de 10%, área de superfície específica, preferencialmente acima de 2 m2/g de material e capacidade de adsorção de micro-organismos de 50 a 100 mg/g (em base seca).In step d), if the treatment is done by plasma, the material is conducted to a hybrid plasma reactor in water (Lukas, et al, 2004 and Grymompre, et al., 2004), or any such reactor such as for example, those described in BR9707477 and US6,849,306. The material should remain in the equipment for 10-120 minutes, preferably 30-60 minutes, to partially remove the lignin from the holder. The treatment results in a suspension of the lignocellulosic material in water. The suspension contained in this reactor goes through the cooling, washing, separation, drying and particle size steps as previously described. The material obtained by the process of the present invention, upon submission to step d), should have a cellulose content of the order of 60-70%, hemicellulose of 5-10% and lignin less than 20%, preferably below 10%. specific surface area, preferably above 2 m 2 / g material and microorganism adsorption capacity from 50 to 100 mg / g (on dry basis).

Na etapa e), o material obtido é colocado em contato com solução de PEI a 1 a 5% em peso e deixado por cerca de 30 a 120 minutos. Em seguida o material sólido é separado da fase líquida por filtração ou outro método de separação sólido/líquido. O material sólido obtido é o SIPT tratado com PEI. O material obtido após a etapa e) do processo do presente invento possui capacidade de adsorção acima de 50 mg/g SIPT (em base seca), preferencialmente acima de 100 mg/g SIPT (em base seca). O processo de imobilização de microrganismos sobre o suporte inerte obtido no presente invento compreende as seguintes etapas: a) Multiplicação do microrganismo; b) Bombeamento da suspensão do microrganismo para um biorreator de leito empacotado com o material lignocelulósico obtido pelo processo do presente invento (SIPT); c) Interrupção do bombeamento para a adesão dos microrganismos ao suporte, e d) Bombeamento do meio de cultura. A multiplicação do microrganismo, (etapa a) pode ocorrer em um fermentador com meio de cultura e condições adequadas para sua multiplicação conhecido na técnica, como por exemplo, aquele descrito em PI9103116-8.In step e), the obtained material is contacted with 1 to 5 wt% PEI solution and left for about 30 to 120 minutes. Then the solid material is separated from the liquid phase by filtration or another solid / liquid separation method. The solid material obtained is SIPT treated with PEI. The material obtained after step e) of the process of the present invention has adsorption capacity above 50 mg / g SIPT (on dry basis), preferably above 100 mg / g SIPT (on dry basis). The process of immobilizing microorganisms on the inert support obtained in the present invention comprises the following steps: a) Multiplication of the microorganism; b) pumping the suspension of the microorganism into a bed bioreactor packaged with the lignocellulosic material obtained by the process of the present invention (SIPT); c) Interruption of pumping for the adhesion of microorganisms to the support, and d) Pumping of the culture medium. The multiplication of the microorganism (step a) may occur in a fermenter with culture medium and conditions suitable for its multiplication known in the art, such as that described in PI9103116-8.

Na etapa a) de multiplicação, os microrganismos a serem multiplicados podem ser selecionados dentre E. coli, Clostridium, Saccharomyces, Propionibacterium, Cupriavidus, Bacillus, Mannheimia, Anaerobiospirillum.In the multiplication step a), the microorganisms to be multiplied can be selected from E. coli, Clostridium, Saccharomyces, Propionibacterium, Cupriavidus, Bacillus, Mannheimia, Anaerobiospirillum.

Ainda, o microrganismo poderá ser geneticamente modificado ou não, preferencialmente sendo um organismo geneticamente modificado (OGM).Further, the microorganism may or may not be genetically modified, preferably being a genetically modified organism (GMO).

Para a imobilização do microrganismo, o SIPT pode ser preparado em um biorreator de leito empacotado (BLE) e o microrganismo, preferencial mente um OGM, entra em contato com dito suporte por meio de bombeamento.For immobilization of the microorganism, the SIPT may be prepared in a packed bed bioreactor (BLE) and the microorganism, preferably a GMO, contacts said support by pumping.

Na etapa c), de interrupção de bombeamento, após à entrada da suspensão de microrganismos no biorreator, a interrupção de bombeamento deve durar de 1h até 12h, dependendo do micro-organismo a ser imobilizado.In step c), of pumping interruption, after the entry of the microorganism suspension into the bioreactor, the pumping interruption should last from 1h to 12h, depending on the microorganism to be immobilized.

Na etapa d), o meio de cultura deve ser bombeado em vazão de alimentação específica superior à velocidade específica máxima de crescimento do microrganismo selecionado.In step d), the culture medium should be pumped at a specific feed rate greater than the maximum specific growth rate of the selected microorganism.

Ainda, na etapa d), o meio de cultura a ser bombeado pode ser selecionado dentre aqueles destinados a produção de bioetanol ou a qualquer outro intermediário químico. O meio de cultura poderá ser o hidrolisado hemicelulósico obtido por hidrolise ácida de cana de açúcar. O biorreator de leito empacotado constituído por microrganismos imobilizados no suporte de material lignocelulósico inerte produzido pelo processo do presente invento pode ser usado para a destoxificação do hidrolisado hemicelulósico de cana de açúcar, para a produção do polímero PHA a partir do hidrolisado hemicelulósico de cana de açúcar ou para a produção de bioetanol, porém não se restringindo a esses usos.Also, in step d), the culture medium to be pumped can be selected from those intended for bioethanol production or any other chemical intermediate. The culture medium may be the hemicellulosic hydrolyzate obtained by acid hydrolysis of sugarcane. The packaged bed bioreactor comprised of microorganisms immobilized on the inert lignocellulosic material support produced by the process of the present invention can be used for detoxification of the sugarcane hemicellulosic hydrolyzate for the production of the PHA polymer from the sugarcane hemicellulosic hydrolyzate. or for bioethanol production, but not restricted to those uses.

Claims

1) Process of producing inert support from lignocellulosic material comprising the steps: a) Treatment of lignocellulosic material; (b) hot water extrusion at a rate of 3 to 6 parts water for each part mass material; c) Treatment of extruded material; (d) subjecting the extruded material to physical treatment; and (e) treatment with 1-5% by weight polyethylene imide (PEI) solution.

Production process according to Claim 1, characterized in that the lignocellulosic material has in its composition 20-60% cellulose, 20-60% hemicellulose and 20-60% lignin.

Production process according to Claim 1, characterized in that the lignocellulosic material is preferably sugarcane bagasse and straw, corn cob and straw, rice husk, sawdust coconut husk and tree bark.

Production process according to Claims 1 to 3, characterized in that the step (a) comprises reducing moisture and particle size preferably by drying, milling or fragmenting the lignocellulosic material.

Production process according to Claims 1 to 4, characterized in that step (b) is carried out with water at a temperature of 170-230 ° C, preferably 180-190 ° C, with a time of 10 to 30 minutes.

Production process according to Claims 1 to 5, characterized in that the treatment carried out in step (c) comprises cooling the extruded material to room temperature, washing the remaining solid with water, drying the material, grinding and the particle size classification.

Production process according to Claim 6, characterized in that the material obtained is dried at a maximum temperature of 50 ° C, under a vacuum of 5-20 mmHg, with a moisture reduction below 20 ° C, preferably 10 to 15 ° C. %.

Production process according to Claim 6, characterized in that the size distribution of the material is between 0.5 to 3 mm, preferably 1 to 2 mm, after grading.

Production process according to Claims 1 to 8, characterized in that the material is plasma treated for a time of 10-120 minutes, preferably between 30-60 minutes, in step d).

Production process according to Claim 9, characterized in that the material is subjected to the cooling, washing, drying and grading grading steps after plasma treatment.

Production process according to Claims 1 to 10, characterized in that step e) has a duration of 30-120 minutes, with subsequent separation of the liquid phase.

Inert support according to claims 1 to 10, characterized in that it has microorganism adsorption capacity above 50 mg / g, preferably above 100 mg / g on a dry basis.

Process of immobilizing microorganisms on inert support as obtained in claims 1 to 10, characterized in that it comprises the steps: a) Multiplication of the microorganism; b) pumping the suspension of the microorganism into a bed bioreactor packaged with said inert support (SIPT); c) Interruption of pumping for the adhesion of microorganisms to the support, and d) Pumping of the culture medium.

Process according to Claim 13, characterized in that the microorganism of step a) can be genetically modified.

Process according to Claim 13, characterized in that the microorganism can be selected from E. coli, Clostridium, Saccharomyces, Propionibacterium, Cupríavidus, Bacillus, Mannheimia, Anaerobiospirillum.

Process according to Claim 13, characterized in that the step c) of interrupting the pumping of the microorganism suspension may last from 1h to 12h.

Process according to Claim 13, characterized in that the pumping of the culture medium in step d) has a specific feed rate greater than the maximum growth rate of the microorganism.

Process according to Claim 13, characterized in that the culture medium in step d) may be selected from those intended for the production of bioethanol or any other chemical intermediate.

Process according to Claim 13, characterized in that the culture medium is sugarcane acid hemicellulosic hydrolysates.

Packaged bed bioreactor characterized in that it consists of microorganisms immobilized in that obtained according to claims 1 to 12.

Bioreactor according to claim 20, characterized in that it is for detoxifying the sugarcane hemicellulosic hydrolyzate.

Bioreactor according to Claim 20, characterized in that it is for producing the PHA polymer from the sugarcane hemicellulosic hydrolysates.

Bioreactor according to Claim 20, characterized in that it is for the production of bioethanol or chemical intermediates.