BR112013024898B1

BR112013024898B1 - métodos para produzir um líquido de açúcar e método para produzir um produto químico

Info

Publication number: BR112013024898B1
Application number: BR112013024898A
Authority: BR
Inventors: Minamino Atsushi; Kurihara Hiroyuki; Yamada Katsushige
Original assignee: Toray Industries
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2019-10-22
Also published as: AU2012233630A1; WO2012133477A1; JPWO2012133477A1; EP2692872A1; MY162893A; CA2831542C; CA2831542A1; CN103459615A; RU2013148000A; US20140017729A1; EP2692872B1; US8986459B2; RU2583689C2; CN103459615B; EP2692872A4; AU2012233630B2; KR20140033026A; JP5246380B2; BR112013024898A2

Abstract

método para produzir um açúcar líquido e um produto químico trata-se de produzir um açúcar líquido que contém poucos inibidores de fermentação. a presente invenção é um método para concentrar uma solução de açúcar derivada de celulose aquosa com uma membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose inversa, em que um açúcar líquido é produzido adicionando-se um polímero aniônico para remover inibidores de fermentação no lado permeado da membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose inversa.

Description

“MÉTODO PARA PRODUZIR UM LÍQUIDO DE AÇÚCAR E MÉTODO PARA PRODUZIR UM PRODUTO QUÍMICO”

Campo Da Técnica [001] A presente invenção refere-se a um método para produzir um líquido de açúcar a partir de uma biomassa que contém celulose.

Antecedentes da Técnica [002] O processo de produção de fermentação de produtos químicos com o uso de açúcares como matérias em bruto tem sido usado para produzir vários materiais industriais. Atualmente, como os açúcares a serem usados como matérias-primas de fermentação, aqueles derivados de materiais alimentícios como cana-de-açúcar, amido e beterraba sacarina são industrialmente usados. Entretanto, em vista do fato de que a elevação nos preços de materiais alimentícios é esperada devido ao futuro aumento na população mundial, ou em uma visão ética do fato de que açúcares como materiais industriais podem competir com açúcares para alimento, um processo para produzir eficazmente um líquido de açúcar a partir de uma fonte de não alimento renovável, isto é, biomassa que contém celulose, ou um processo para o uso de um líquido de açúcar obtido como uma matériaprima de fermentação para converter eficazmente a mesma em um material industrial, precisa ser realizado no futuro.

[003] Assim como a técnica anterior para obter açúcar a partir de biomassa, métodos em que ácido sulfúrico concentrado é usado para hidrolisar celulose e hemicelulose contida na biomassa em monossacarídeos representados por glicose e xilose (Documentos de Patente 1 e 2), e métodos em que o pré-tratamento é realizado para aprimorar a reatividade de biomassa, seguido por hidrólise da biomassa por reação enzimática (Documentos de Patente 3 e 4) são geralmente conhecidos.

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2/69 [004] Entretanto, na hidrólise de uma biomassa que contém celulose, a decomposição dos componentes de celulose e hemicelulose e similares continua enquanto a reação de decomposição de açúcares produzidos, como glicose e xilose, continua a produzir subprodutos como compostos de furano, incluindo furfural e hidróximetilfurfural, e ácidos orgânicos incluindo ácido fórmico e ácido acético, o que é problemático. Esses compostos têm ações inibitórias durante a etapa de fermentação com o uso de um micro-organismo e causam inibição da proliferação do micro-organismo, levando a um rendimento menor do produto de fermentação. Portanto, esses compostos são denominados inibidores de fermentação e tem sido seriamente problemático quando um líquido de açúcar de biomassa que contém celulose foi usado como uma matéria-prima de fermentação.

[005] Como um método para remover tais inibidores de fermentação durante o processo de produção de líquido de açúcar, um método denominado calagem excessiva foi divulgado (Documento de Não Patente 1). Nesse método, durante uma etapa de neutralizar uma celulose tratada com ácido ou líquido sacarificado por adição de cal, a mistura é mantida por certo período com aquecimento a cerca de 60 °C para remover inibidores de fermentação como furfural e HMF juntamente com o componente de gesso. Entretanto, a calagem excessiva tem apenas um pequeno efeito de remover ácidos orgânicos como ácido fórmico, ácido acético e ácido levulínico, o que é problemático.

[006] Além disso, como outro método para remover inibidores de fermentação, um método em que vapor d’água é ventilado para um líquido de açúcar preparado a partir de uma biomassa que contém celulose para remover inibidores de fermentação por evaporação tem sido divulgado (Documento de Patente 5). Entretanto, como tal método por remoção evaporativa é dependente dos pontos de ebulição dos inibidores de fermentação, em que as eficácias de remoção para inibidores de fermentação como ácidos orgânicos que têm altos

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3/69 pontos de ebulição são especialmente baixas, de modo que uma grande quantidade de energia é exigida para alcançar eficácias de remoção suficientes, o que é problemático.

[007] Há também um método em que inibidores de fermentação são removidos por troca de íons (Documento de Patente 6), mas isso é problemático em vista do custo. Além disso, há um método em que a remoção adsorvente é realizado com o uso de um carboneto com base em madeira, isto é, carbono ativo ou similares, mas as partes a serem removidas são limitadas a compostos hidrofóbicos, o que é problemático (Documento de Patente 7).

[008] Além disso, há um método no qual inibidores de fermentação são removidos com uma membrana (Documento de Patente 8), mas a quantidade de inibidores de fermentação que pode ser removida no lado de permeado é limitado, o que é problemático.

Documentos Da Técnica Anterior [009] [Documentos de Patente]

Documento de Patente 1: Pedido de Patente PCT Traduzido do Japonês Aberto à Inspeção Pública N° 11-506934

Documento de Patente 2: JP 2005-229821 A

Documento de Patente 3: JP 2001-95597 A

Documento de Patente 4: JP 3041380 B

Documento de Patente 5: JP 2004-187650 A

Documento de Patente 6: Pedido de Patente PCT Traduzido do Japonês Aberto à Inspeção Pública N° 2001-511418

Documento de Patente 7: JP 2005-270056 A

Documento de Patente 8: WO 2010/067785 [010] [Documento de Não Patente]

Documento de Não Patente 1: M Alfred et al. “Effect of pH, time and

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4/69 temperatura of overliming on detoxification of dilute-acid hydrolyzates for fermentation by Saccaromyces Cerevisiae” Process Biochemistry, 38, 515 a 512 (2002)

Descrição Resumida da Invenção

Problemas A Serem Solucionados Pela Invenção [011] Assim, a presente invenção fornece métodos para solucionar os problemas mencionados acima, isto é, um método em que inibidores de fermentação produzidos no processo de produção de açúcar a partir de uma biomassa que contém celulose são removidos na etapa de produzir um líquido de açúcar, e um método para produzir um líquido de açúcar purificado que contém apenas uma pequena massa de inibidores de fermentação.

Meios Para Solucionar Os Problemas [012] Como resultado de intenso estudo dos problemas acima, os presentes inventores constataram que, no processo de produção de um líquido de açúcar a partir de uma biomassa que contém celulose, um efeito maior de remoção de inibidores de fermentação a partir do líquido de açúcar pode ser obtido pela operação de adicionar um polímero aniônico a uma solução aquosa de açúcares derivados da biomassa que contém celulose (doravante no presente documento referidos como solução de açúcar aquosa derivada de celulose) seguidos por passar a solução de açúcar aquosa resultante através de uma membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa para remover inibidores de fermentação do líquido de açúcar a ser usado como uma matériaprima de fermentação, em comparação à operação de remover inibidores de fermentação do líquido de açúcar a ser usado como uma matéria-prima de fermentação apenas ao passara solução de açúcaraquosa derivada de celulose através de uma membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa. Isto é, a presente invenção tem as seguintes constituições.

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5/69 [013] Um método para produzir um líquido de açúcar, sendo que o método compreende concentrar uma solução de açúcar aquosa derivada de celulose com uma membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa, em que a concentração é realizada após adicionar um polímero aniônico solúvel em água à solução de açúcar aquosa derivada de celulose, para remover inibidor(es) de fermentação para o lado de permeado da membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa.

[014] Um método para produzir um produto químico, cujo método compreende cultura de fermentação de um micro-organismo que tem uma capacidade de produzir um produto químico com o uso de, como uma matéria-prima de fermentação, um líquido de açúcar obtido pelo método de produção descrito acima.

Efeito Da Invenção [015] Através da presente invenção, ácidos orgânicos como ácido acético, ácido fórmico ácido cumárico e ácido ferúlico, que são inibidores de fermentação, podem ser removidos de uma solução de açúcar aquosa derivada de celulose, enquanto açúcares como glicose e xilose podem ser produzidos em alta pureza e alto rendimento. Como resultado, pelo uso do líquido de açúcar purificado obtido pela presente invenção como uma matéria-prima de fermentação, as eficácias de produção de fermentação de vários produtos químicos podem ser aprimoradas.

Breve Descrição Dos Desenhos [016] A Figura 1 é um possível exemplo do método de adição de um polímero aniônico na produção de um líquido de açúcar.

[017] A Figura 2 é um possível exemplo do método de adição de um polímero aniônico na produção de um líquido de açúcar.

Melhor Maneira de Executar a Invenção [018] A presente invenção é descrita abaixo mais especificamente.

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6/69 [019] A solução de açúcar aquosa derivada de celulose da presente invenção significa uma solução aquosa que contém monossacarídeos como glicose e xilose e oligossacarídeos dissolvidos em água, cuja solução é preparada ao pré-aquecer uma biomassa que contém celulose, ou ao desempenhar tratamento enzimático após o pré-tratamento, para hidrolisar o componente de celulose ou hemicelulose na biomassa que contém celulose.

[020] A biomassa que contém celulose da presente invenção significa um recurso que é derivado de um organismo e compreende não menos do que 5% em peso de celulose. Exemplos específicos da biomassa que contém celulose incluem biomassas herbáceas como bagaço, painço amarelo, capim elefante, Erianthus, restolhos de milho, palha de arroz e palha de trigo; e biomassas de madeira como árvores e restos de materiais de construção. Como tais biomassas que contêm celulose contêm lignina como macromoléculas aromáticas em adição à celulose/hemicelulose, as mesmas também são denominadas lignocelulose. Ao hidrolisar celulose e hemicelulose, que são componentes de polissacarídeo, contidas na biomassa que contém celulose, um líquido de açúcar que contém monossacarídeos que podem ser utilizados como uma matéria-prima de fermentação podem ser obtidos.

[021] No pré-tratamento da presente invenção, uma biomassa que contém celulose é submetida a tratamento físico ou químico. Mais exemplos específicos do pré-tratamento incluem, mas não se limitam a, tratamento de ácido, no qual o tratamento é realizado com ácido sulfúrico diluído, um sulfito ou similares em alta temperatura e alta pressão; tratamento alcalino, no qual o tratamento é realizado com uma solução aquosa de um álcali, como hidróxido de cálcio ou hidróxido de sódio; tratamento de amônia, no qual o tratamento é realizado com amônia líquida, gás de amônia ou uma solução de amônia aquosa; tratamento hidrotérmico, no qual o tratamento é realizado com água quente pressurizada; tratamento de pulverização, no qual fibras são mecanicamente

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7/69 cortadas com o uso de uma fresa de corte, fresa trituradora, moedor ou similares; e tratamento de jato de vapor no qual uma biomassa que contém celulose é vaporizada com vapor d’água durante um tempo curto e a pressão é então instantaneamente liberada, para causar pulverização devido à expansão de volume.

[022] Entre os pré-tratamentos, o tratamento de ácido é um método de tratamento em que uma biomassa que contém celulose é processada com uma solução aquosa ácida de ácido sulfúrico, um sulfito ou similares em condições de alta temperatura e alta pressão, para obter um produto pré-tratado. Em geral, no tratamento de ácido, lignina é dissolvida, e o componente de hemicelulose, que tem baixa cristalinidade, é primeiro hidrolisado, seguido por degradação do componente de celulose, que tem alta cristalinidade. Portanto, um líquido que contém maior quantidade de xilose derivado de hemicelulose pode ser obtido. Além disso, ao definir uma pluralidade de etapas, condições de hidrólise adequadas para cada hemicelulose e celulose podem ser definidas, de modo que a eficácia de degradação e o rendimento de açúcar possam ser aumentados.

[023] O ácido a ser usado no tratamento de ácido não é limitado desde que o mesmo cause hidrólise, e, do ponto de vista econômico, ácido sulfúrico é preferencial. A concentração do ácido é de preferência 0,1 a 15% em peso, com mais preferência 0,5 a 5% em peso. A temperatura de reação pode ser definida dentro da faixa de 100 a 300 °C. O tempo de reação pode ser definido dentro da faixa de 1 segundo a 60 minutos. O número de vezes do tratamento não é limitado, e o tratamento pode ser realizado uma ou mais vezes. A degradação com uma enzima sacarificante após o tratamento de ácido pode ser realizada para cada uma da matéria sólida e o componente líquido separado do produto pré-tratado obtido após o tratamento de ácido, ou pode ser realizado diretamente com a mistura da matéria sólida e do componente líquido. Como a

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8/69 matéria sólida e o componente líquido obtidos pelo tratamento de ácido contém o ácido usado, a neutralização é desempenhada antes da reação de hidrólise com uma enzima sacarificante. É também possível usar o componente líquido sozinho obtido após o tratamento de ácido. Mesmo sem a adição de uma enzima sacarificante, o componente líquido contém uma grande quantidade de monossacarídeos e oligossacarídeos do mesmo principalmente composta do componente derivado de hemicelulose obtido pela hidrólise com um ácido. Esse componente líquido pode também ser usado como o líquido a ser aplicado em uma membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa, sem adição de uma enzima sacarificante.

[024] Entre os pré-tratamentos, o tratamento hidrotérmico é um método no qual o tratamento é realizado com água quente pressurizada em uma temperatura de 100 a 400 °C por 1 segundo a 60 minutos. O tratamento é normalmente realizado de modo que a biomassa que contém celulose após o tratamento, que é insolúvel em água em uma temperatura normal de 25 °C, seja contida em uma concentração de 0,1 a 50% em peso em relação ao peso total da biomassa que contém celulose e água. A pressão não é limitada, visto que a mesma depende da temperatura de processamento, e é de preferência 0,01 a 10 MPa.

[025] No tratamento hidrotérmico, que é um dos pré-tratamentos, os componentes eluídos em água quente variam dependendo da temperatura da água quente pressurizada. Em geral, conforme a temperatura da água quente pressurizada aumenta, a eluição de tanino e lignina como o primeiro grupo da biomassa que contém celulose ocorre primeiro, e a eluição de hemicelulose como o segundo grupo então ocorre em uma temperatura de não menos do que 140 a 150 °C, seguido adicionalmente por eluição de celulose como o terceiro grupo em uma temperatura maior do que 230 °C. Além disso, ao mesmo tempo em que a eluição, hidrólise de hemicelulose e celulose possam ocorrer. A

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9/69 diferença nos componentes eluídos, dependendo da temperatura da água quente pressurizada, pode ser utilizada para aumentar a eficácia de reação da enzima sacarificante para celulose e hemicelulose, ao desempenhar um tratamento de múltiplos estágios em diferentes temperaturas. Aqui, entre as frações obtidas pelo tratamento hidrotérmico, a matéria solúvel em água que contém os componentes eluídos na água quente pressurizada é referida como a matéria solúvel em água quente, e os componentes além da matéria solúvel em água quente são referidos como a matéria insolúvel em água quente.

[026] A matéria insolúvel em água quente é uma matéria sólida obtida como resultado de eluição de grandes quantidades de lignina e o componente de hemicelulose, e principalmente contém di- e sacarídeos maiores como o componente de celulose (C6). Em adição à celulose como o componente principal, a matéria insolúvel em água quente pode conter o componente de hemicelulose e o componente de lignina. As razões de teores desses componentes podem variar dependendo da temperatura da água quente pressurizada durante o tratamento hidrotérmico e do tipo da biomassa a ser processada. O teor de água na matéria insolúvel em água quente é 10% a 90%, com mais preferência 20% a 80%.

[027] A matéria solúvel em água quente é uma matéria solúvel em água no estado líquido ou estado de pasta aquosa que contém hemicelulose, lignina, tanino e uma parte dos componentes de celulose eluídos na água quente pressurizada no estado líquido ou estado de pasta aquosa. A razão de teor de componentes eluídos na matéria solúvel em água quente é normalmente 0,1% em peso a 10% em peso. Aqui, a razão de teor de componentes eluídos na matéria solúvel em água quente pode ser medida com o uso de um medidor de teor de água (por exemplo, medidor de umidade infravermelho FD720, fabricado por Kett Electric Laboratory). Mais especificamente, a razão pode ser um valor calculado ao subtrair o teor de

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10/69 água da matéria solúvel em água quente obtido com o uso de um medidor de teor de água de 100%. Os componentes eluídos incluem não apenas componentes solúveis em água, como monossacarídeos e oligossacarídeos, mas também todos os outros componentes contidos na água, como precipitados produzidos após deixar a matéria solúvel em água quente para repousar, e componentes coloidais dispersos, ao invés de precipitados, na água.

[028] Como a matéria solúvel em água quente contém uma quantidade especialmente grande de inibidores de fermentação, isto é, ácidos orgânicos incluindo ácido fórmico e ácido acético, e compostos de furano/aromáticos incluindo HMF e furfural, normalmente é difícil desempenhar a produção de fermentação de um produto químico diretamente com o uso da solução de açúcar preparado ao processar a matéria solúvel em água quente com uma enzima sacarificante. Além disso, os componentes na matéria solúvel em água quente contêm uma grande quantidade de componentes coloidais e componentes em partículas, e esses podem causar entupimento de membrana durante a filtração com o uso de uma membrana. O componente líquido obtido como a matéria solúvel em água quente contém uma grande quantidade de açúcares produzidos por hidrólise causada pela água quente, na qual não apenas monossacarídeos, mas também oligossacarídeos dos mesmos são contidos em uma grande quantidade. Além disso, a hidrólise pode ser realizada por adição de uma enzima, ou o componente líquido pode ser usado do jeito que é como o líquido a ser aplicado à membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa sem adição de uma enzima.

[029] Entre os pré-tratamentos, o tratamento alcalino é um método de tratamento em que uma biomassa que contém celulose é deixada para reagir em uma solução alcalina aquosa que é normalmente uma solução aquosa de um

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11/69 sal de hidróxido (além de hidróxido de amônio). Pelo tratamento alcalino, lignina, que inibe a reação de celulose/hemicelulose pela enzima sacarificante, pode ser removida. Como o sal de hidróxido, hidróxido de sódio ou hidróxido de cálcio é de preferência usado. A concentração do álcali na solução aquosa é de preferência dentro da faixa de 0,1 a 60% em peso. Essa solução é adicionada à biomassa que contém celulose, e o tratamento é realizado normalmente em uma temperatura dentro da faixa de 100 a 200 °C, de preferência dentro da faixa de 110 a 180 °C. O número de vezes do tratamento não é limitado, e o tratamento pode ser realizado uma ou mais vezes. Em casos em que o tratamento é realizado 2 ou mais vezes, as condições para a pluralidade de vezes de tratamento podem ser diferentes entre si. Como o produto pré-tratado obtido pelo tratamento alcalino contém o álcali, o produto pré-tratado é neutralizado antes da hidrólise com uma enzima sacarificante.

[030] Entre os pré-tratamentos, o tratamento de amônia é um método de tratamento em que uma solução de amônia aquosa ou amônia pura (no estado líquido ou gasoso) é reagida com uma biomassa derivada de celulose. Exemplos do método que pode ser usado incluem os métodos descritos nos documentos JP 2008-161125 A e JP 2008-535664 A. É dito que, no tratamento de amônia, a amônia reage com o componente de celulose para quebrar a cristalinidade de celulose, levando a um aumento notável na eficácia de reação pela enzima sacarificante. Amônia é normalmente adicionada à biomassa que contém celulose de modo que a amônia concentração esteja dentro da faixa de 0,1 a 15% em peso em relação à biomassa que contém celulose, e o tratamento é realizado a 4 °C até 200 °C, de preferência 60 °C até 150 °C. O número de vezes do tratamento não é limitado, e o tratamento pode ser realizado uma ou mais vezes. O produto pré-tratado obtido pelo tratamento de amônia é submetido à neutralização de amônia ou remoção de amônia antes de realizara reação de hidrólise com uma enzima sacarificante. O reagente ácido

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12/69 a ser usado para a neutralização não é limitado. Exemplos do reagente que podem ser usados para a neutralização incluem ácido clorídrico, ácido nítrico e ácido sulfúrico, e, em vista de evitar que o reagente aja como um fator que causa corrosão da tubulação do processo ou como um fator que inibe fermentação, ácido sulfúrico é preferencial. A remoção de amônia pode ser realizada ao manter o produto tratado com amônia sob pressão reduzida para evaporar amônia.

[031] Além disso, a solução de açúcar aquosa derivada de celulose pode ser uma solução de açúcar aquosa obtida ao desempenhar o prétratamento descrito acima e então tratamento enzimático para permitir a reação de hidrólise.

[032] Na presente invenção, a enzima sacarificante significa um componente de enzima que tem atividade de degradação de celulose ou hemicelulose ou que ajuda na degradação de celulose ou hemicelulose. Exemplos específicos do componente de enzima incluem celobiohidrolase, endoglucanase, exoglucanase, β-glucosidase, xilanase e xilosidase, e enzimas de intumescimento de biomassa. Além disso, a enzima sacarificante é de preferência uma mistura de enzima que compreende uma pluralidade de tipos desses componentes. Por exemplo, como a hidrólise de celulose e hemicelulose pode ser eficazmente realizada por um efeito coordenado ou efeito complementar por tal pluralidade de componentes de enzima, uma mistura de enzima é de preferência usada na presente invenção.

[033] Na presente invenção, uma enzima sacarificante produzida por um micro-organismo pode ser de preferência usada. Por exemplo, a enzima sacarificante pode compreender uma pluralidade de componentes de enzima produzida por um único tipo de micro-organismo, ou pode ser uma mistura de componentes de enzima produzida por uma pluralidade de tipos de microorganismos.

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13/69 [034] O micro-organismo que produz uma enzima sacarificante é um micro-organismo que produz de forma intracelular ou extracelular uma enzima sacarificante, de preferência um micro-organismo que produz de forma extracelular uma enzima sacarificante. Isso é devido ao fato de que a enzima sacarificante pode ser mais facilmente recuperada de um micro-organismo se o micro-organismo produzir de forma extracelular a enzima sacarificante.

[035] O micro-organismo que produz uma enzima sacarificante não é limitado desde que o micro-organismo produza o componente de enzima descrito acima, e o micro-organismo é de preferência um fungo filamentoso. Um fungo filamentoso classificado como Trichoderma (doravante no presente documento também referido como fungo Trichoderma) pode ser especialmente usado de preferência como o micro-organismo que produz uma enzima sacarificante, como o mesmo secreta de forma extracelular uma grande quantidade de várias enzimas sacarificantes.

[036] A enzima sacarificante usada na presente invenção é de preferência uma enzima sacarificante derivada de um fungo Trichoderma, com mais preferência uma enzima sacarificante derivada de um fungo Trichoderma como Trichoderma reesei Q.M9414, Trichoderma reesei QM9123, Trichoderma reesei Rut C-30, Trichoderma reesei PC3-7, Trichoderma reesei CL-847, Trichoderma reesei MCG77, Trichoderma reesei MCG80, Trichoderma viride QM9123 ou Trichoderma longibrachiatum (CBS614.94). Além disso, a enzima sacarificante pode também ser derivada de uma cepa mutante preparada a partir de um fungo Trichoderma filamentoso por mutagênese com o uso de um agente mutagênico, irradiação UV ou similares para acentuar a produtividade da enzima sacarificante. Por exemplo, a enzima sacarificante pode ser uma enzima sacarificante que tem uma razão de composição modificada derivada de uma cepa mutante que foi preparada ao alterar um fungo Trichoderma, de modo que a expressão de uma parte do componente de enzima seja acentuada.

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14/69 [037] Uma enzima sacarificante comercialmente disponível derivada de um fungo Trichoderma pode também ser usada. Exemplos da enzima sacarificante comercialmente disponível incluem “Cellic CTec” e “Cellic CTec2”, fabricado por Novozymes; “Accellerase 1000”, “Accellerase 1500” e “Accellerase DUET”, fabricado por Genencor Kyowa; “Celulase de Trichoderma reesei ATCC 2691”, “Celulase de Trichoderma viride” e “Celulase de Trichoderma longibrachiatum”, fabricado por Sigma Aldrich.

[038] A enzima sacarificante derivada de um fungo Trichoderma pode ser obtida ao fazer a cultura do fungo Trichoderma por um período arbitrário em um meio preparado de modo que a produção do componente de enzima seja possível. O componente de meio a ser usado não é limitado, e um meio suplementado com celulose pode ser usado de preferência a fim de promover a produção da enzima sacarificante. Além disso, o líquido de cultura por si só, ou um sobrenadante de cultura obtido por remoção das células de Trichoderma pode ser usado, de preferência. Além disso, o meio pode ser suplementado com aditivo(s) como um inibidor de protease, dispersante, solubilizante e/ou estabilizante.

[039] Os tipos dos componentes de enzima e as razões dos componentes na enzima sacarificante derivada do fungo Trichoderma não são limitados. Por exemplo, o líquido de cultura derivado de Trichoderma reesei contém celobiohidrolase, β-glucosidase e similares. Em casos de um fungo Trichoderma, celobiohidrolase altamente ativa é produzida no líquido de cultura, mas, como β-glucosidase é retida na célula ou na camada de superfície da célula, a atividade de β-glucosidase no líquido de cultura é baixa. Assim, em tais casos, β-glucosidase derivada de uma espécie diferente ou da mesma espécie pode ser ainda adicionada ao sobrenadante de cultura. Como a β-glucosidase derivada de uma espécie diferente a ser adicionada em tais casos, β-glucosidase derivada de Aspergillus é de preferência usada. Exemplos da β-glucosidase

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15/69 derivada de Aspergillus incluem “Novozyme 188”, que é comercialmente disponível junto à Novozymes.

[040] O polímero aniônico da presente invenção significa um polímero que tem uma porção química de cadeia principal ou cadeia lateral carregada com íon(s) negativo(s) (ânion(s)). O polímero aniônico pode ser na forma de um único monômero aniônico, um polímero de uma pluralidade de monômeros aniônicos, ou um copolímero que compreende monômeros aniônicos. A forma do copolímero é também não limitada, e pode ser qualquer um de um copolímero aleatório, copolímero de blocos, copolímero enxertado e copolímero alternante. Além disso, o polímero aniônico pode também ser uma mistura de 2 ou mais de polímeros, em que pelo menos um dos polímeros é um composto aniônico. Isso é devido ao fato de que o uso de 2 ou mais tipos de polímeros pode aumentar o efeito. Além disso, o polímero aniônico é limitado àquele solúvel em água. O termo “solúvel em água” significa que a solubilidade do polímero aniônico em água a 25 °C não é menos do que 1 g/L. A solubilidade é, com mais preferência, não menos do que 10 g/L. Isso é devido ao fato de que, em casos em que o polímero aniônico não é solúvel em água, o entupimento de uma membrana ocorre, e portanto o efeito da presente invenção não pode ser exercido. O peso molecular por média ponderada do polímero aniônico é 100 a 20.000, com mais preferência 200 a 10.000, em termos do valor medido pelo método GPC. Com ainda mais preferência, o peso molecular por média ponderada é 300 a 1.000 em casos de um polímero de fosfato, e 2.000 a 8.000 em casos de um polímero de carboxilato. Em casos em que a solubilidade é baixa ou o peso molecular é alto, a viscosidade do líquido é alta, e, em alguns casos, há uma alta possibilidade de ocorrência de incrustação da membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa devido à agregação das moléculas. Além disso, o número repetido de unidades de estrutura molecular básica é de preferência dentro da faixa de 2 a 200. Em casos em que o número

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16/69 de repetição não é menos do que 2, o desempenho de remoção de ácidos orgânicos é alto, o que é preferencial, e em casos em que o número de repetição não é mais do que 200, a solubilidade em água é excelente e, portanto, a possibilidade de ocorrência de agregação devido a interações entre moléculas de polímero é baixa, o que é preferencial.

[041] O polímero aniônico da presente invenção é de preferência polímero(s) selecionado(s) a partir do grupo que consiste em sais de polímeros de fosfato, polímeros de fosfato, sais de polímeros de policarboxilato, polímeros de policarboxilato, e polímeros de polissulfona. O polímero é, com mais preferência, polímero(s) selecionado a partir do grupo que consiste em sais de polímeros de fosfato, polímeros de fosfato, sais de polímeros de policarboxilato, e polímeros de policarboxilato. Em particular, polímeros de policarboxilato e sais dos mesmos, e polímeros de fosfato inorgânico e sais dos mesmos são preferenciais. O polímero é, com ainda mais preferência, um polifosfato inorgânico. Conforme a preferência aumenta, o efeito para aprimorar o desempenho de remoção de ácidos orgânicos aumenta, conforme descrito nos Exemplos. O motivo pelo qual o desempenho de remoção de ácidos orgânicos pode ser obtido na presente invenção não é claro, mas assume-se que isso é devido ao fato de que o íon de contraparte positiva (cátion) que retém um ácido orgânico ionizado como íon de formato ou íon de acetato, por exemplo, íon de sódio, íon de potássio, íon de cálcio, íon de silício, íon de magnésio, íon de amônio ou íon de ferro que provavelmente são contidos no líquido de açúcar, é retido pelo polímero aniônico e permeia através da membrana como uma molécula de ácido orgânico livre. Portanto, o polímero aniônico é, com mais preferência, um polímero que tem uma propriedade para quelar cátions.

[042] O polímero de policarboxilato significa um polímero que compreende um carboxilato na porção química de uma cadeia lateral ou uma cadeia principal. Exemplos específicos do polímero de policarboxilato incluem

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17/69 ácido poliacrílico, ácido polimetacrílico, ácido polimaleico, ácido polifumárico, ácido poliitacônico, ácido poliestirenocarboxílico, poli 1-carboxi-1metiltetrametileno, pol i{ 1 -[(2-carboxifenil)iminometil]-2-feniletileno, ácido poli[(E,E)-6-aminohexa-2,4-dienoico, poli(ácido 22,24-pentacosadiinoico), poli(ácido 10,12-pentacosadiinoico), poli{(1,3-dioxoindolina-5.2 diil)[bis(trifluorometil)metileno]( 1,3-dioxoindolina-5.2 diil)(5-carboxi-1,3fenileno)}, poli(3-carboxifenilmaleimida), poli(ácido 3-metilpirrol-4-carboxilíco), poli(ácido 2-aminobenzoico)poli[dicloro(3-cianopropil)metilsilano], poli(ácido 2hidroxi-3 etilbenzenoacético) e poli[1-(carboxioctil)etileno]. O polímero de policarboxilato pode ser um copolímero dos monômeros exemplificados acima. O polímero pode ser na forma de um sal de um polímero descrito acima. O polímero é, com ainda mais preferência, ácido poliacrílico ou ácido polimaleico, ou um copolímero do mesmo, ou a sal do mesmo. Em casos de um sal, exemplos do sal incluem sal de sódio, sal de potássio, sal de cálcio e sal de magnésio de cada polímero. O sal é, com mais preferência, um sal de sódio do ponto de vista econômico. O polímero de policarboxilato pode também ser um copolímero com monômeros além dos monômeros que compreendem um carboxilato. Exemplos do polímero incluem ácido sulfônico de vinila, ácido sulfônico de estireno, ácido sulfônico de hidroxialilóxipropano diolefina de etileno glicol de acrilonitrila, ácido metilpropanossulfônico de acrilamida, olefina, isoolefina, éter de vinila, álcool vinílico, metacrilato de hidroxietila, acrilamida e éster de vinila. Os monômeros a serem copolimerizados além dos monômeros que compreendem um carboxilato são de preferência monômeros que compreendem um grupo de ácido sulfônico, como ácido sulfônico de vinila, ácido sulfônico de estireno, ácido sulfônico de hidroxialilóxipropano diolefina de etileno glicol de acrilonitrila e/ou ácido metilpropanossulfônico de acrilamida. O peso molecular por média ponderada do polímero de policarboxilato é de preferência 300 a 10.000. Além disso, o número repetido de unidades de estrutura molecular básica do polímero de

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18/69 policarboxilato é de preferência 4 a 100. Em casos em que o polímero de policarboxilato tem um peso molecular por média ponderada de não menos do que 300 e um número de repetição de unidades de estrutura molecular básica de não menos do que 4, o desempenho de remoção de ácidos orgânicos é alto, o que é preferencial. Além disso, em casos em que o polímero de policarboxilato tem um peso molecular por média ponderada de não mais do que 10.000 e um número de repetição de unidades de estrutura molecular básica de não mais do que 100, a solubilidade em água é excelente e o polímero dispersa bem, de modo que a membrana desempenho não seja deteriorada, o que é preferencial.

[043] O polímero de fosfato significa um polímero que tem uma porção química de PO3, que é um fosfato. A porção química de PO3 pode ser um grupo funcional ou não. Exemplos específicos do polímero que contém fosfato incluem polímeros de fosfato inorgânico como ácido pirofosfórico, pirofosfato ácido, ácido tripolifosfórico, ácido tetrapolifosfórico, ácido isopolifosfórico, ácido metafosfórico, ácido trimetafosfórico, ácido tetrametafosfórico, ácido hexametafosfórico, ácido hexametafosfórico ácido, ácido isometafosfórico e ácido ultrafosfórico, e vários sais de sódio e sais de potássio, assim como sal de Graham, sal de Maddrell e sal de Kurrol. Exemplos adicionais do polímero incluem ácido fosfônico e ácido fosfínico, e sais do mesmo, incluindo sal de sódio de 2-ácido tricarboxílico fosfonobutano-1,2,4-ácido tricarboxílico fosfonobutano-

1.2.4- 1, sal de potássio de 2-ácido tricarboxílico fosfonobutano-1,2,4-1, sal de sódio de 2-ácido tricarboxílico fosfonobutano-1.2,4-2, sal de potássio de 2-ácido tricarboxílico fosfonobutano-1,2,4-2, sal de sódio de 2-ácido tricarboxílico fosfonobutano-1,2,4-3, sal de potássio de 2-ácido tricarboxílico fosfonobutano-

1.2.4- 3, sal de sódio de 2-ácido tricarboxílico fosfonobutano-1,2,4-4 e sal de potássio de 2-ácido tricarboxílico fosfonobutano-1,2,4-4; 1-hidroxietilideno-1,1ácido difosfônico, sal de sódio de 1-hidroxietilideno-1,1-ácido difosfônico-1, sal de potássio de 1-hidroxietilideno-1,1-ácido difosfônico-1, sal de sódio de 1

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19/69 hidroxietilideno-1,1-ácido difosfônico-2, sal de potássio de 1 -hidroxietilideno-1,1 ácido difosfônico-1,2, sal de sódio de 1-hidroxietilideno-1,1-ácido difosfônico-1,3 e sal de potássio de 1-hidroxietilideno-1,1-ácido difosfônico-1,3; aminotri(ácido metilenofosfônico), sal de sódio de aminotri(ácido metilenofosfônico)-1, sal de potássio de aminotri(ácido metilenofosfônico)-1, sal de sódio de aminotri(ácido metilenofosfônico)-1,2, sal de potássio de aminotri(ácido metilenofosfônico)-1,2, sal de sódio de aminotri(ácido metilenofosfônico)-1,3, sal de potássio de aminotri(ácido metilenofosfônico)-1,3, sal de sódio de aminotri(ácido metilenofosfônico)-1,4, sal de potássio de aminotri(ácido metilenofosfônico)-1,4, sal de sódio de aminotri(ácido metilenofosfônico)-1,5 e sal de potássio de aminotri(ácido metilenofosfônico)-1,5; etilenodiaminatetra(ácido metilenofosfônico), sal de sódio de etilenodiaminatetra(ácido metilenofosfônico)1, sal de potássio de etilenodiaminatetra(ácido metilenofosfônico)-1, sal de sódio

de etilenodiaminatetra(ácido metilenofosfônico)-1	,2, sal	de	potássio	de
etilenodiaminatetra(ácido	metilenofosfônico )-1,2,	sal	de	sódio	de
etilenodiaminatetra(ácido	metilenofosfônico)-1,3,	sal	de	potássio	de
etilenodiaminatetra(ácido	metilenofosfônico)-1,3,	sal	de	sódio	de
etilenodiaminatetra(ácido	metilenofosfônico)-1,4,	sal	de	potássio	de
etilenodiaminatetra(ácido	metilenofosfônico)-1,4,	sal	de	sódio	de
etilenodiaminatetra(ácido	metilenofosfônico)-1,5,	sal	de	potássio	de
etilenodiaminatetra(ácido	metilenofosfônico)-1,5,	sal	de	sódio	de
etilenodiaminatetra(ácido	metilenofosfônico)-1,6	e sal	de	potássio	de
etilenodiaminatetra(ácido	metilenofosfônico)-1,6;	bis(poli-2-carboxietil)ácido
fosfínico, bis(poli-2-carboxietil)ácido fosfínico	de	sódic	>, bis(poli-2-
carboxietil)ácido fosfínico de potássio e similares;	ácido fítico;	e ésteres	de

fosfato de álcoois. O polímero de fosfato é, com mais preferência, um polifosfato inorgânico. O polímero de fosfato tem de preferência um peso molecular por média ponderada de 160 a 3.000. O polímero de fosfato tem de preferência um

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20/69 número de repetição de unidades de estrutura molecular básica de 2 a 20. Em casos em que o polímero de fosfato tem um peso molecular por média ponderada de não menos do que 160 e um número de repetição de unidades de estrutura molecular básica de não menos do que 2, o desempenho de remoção de ácidos orgânicos é alto, o que é preferencial. Além disso, em casos em que o polímero de fosfato tem um peso molecular por média ponderada de não mais do que 3.000 e um número de repetição de unidades de estrutura molecular básica de não mais do que 20, a solubilidade em água é excelente e o polímero dispersa bem, de modo que a membrana desempenho não seja deteriorada, o que é preferencial.

[044] O grupo de ácido sulfônico polímero significa um polímero que compreende um grupo de ácido sulfônico, e exemplos específicos do polímero incluem ácido sulfônico de poliestireno, ácido sulfônico de hidroxialilóxipropano diolefina de etileno glicol de acrilonitrila, ácido sulfônico de propano acrilamidometila, ácido 2-acriloilamino-2-metilpropano sulfônico, ácido sulfônico de alquilnaftaleno, ácido sulfônico de metanitrobenzeno, ácido 2hidroxi-3-aliloxi-1-propano sulfônico, ácido isoprenossulfônico e ácido 2acrilamido-2-metilpropanossulfônico. O polímero de grupo de ácido sulfônico tem de preferência um peso molecular por média ponderada de 600 a 10.000. O polímero de grupo de ácido sulfônico tem de preferência um número de repetição de unidades de estrutura molecular básica de 4 a 75. Em casos em que o polímero de grupo de ácido sulfônico tem um peso molecular por média ponderada de não menos do que 600 e um número de repetição de unidades de estrutura molecular básica de não menos do que 4, o desempenho de remoção de ácidos orgânicos é alto, o que é preferencial. Além disso, em casos em que o polímero de grupo de ácido sulfônico tem um peso molecular por média ponderada de não mais do que 10.000 e um número de repetição de unidades de estrutura molecular básica de não mais do que 75, a solubilidade em água é

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21/69 excelente e o polímero dispersa bem, de modo que a membrana desempenho não seja deteriorada, o que é preferencial.

[045] A quantidade do polímero aniônico a ser adicionado não é limitada, e a quantidade é de preferência 0,005 mg/L a 5.000 mg/L, com mais preferência 0,05 mg/L a 500 mg/L em relação ao volume da solução de açúcar aquosa derivada de celulose a ser aplicado à membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa. A quantidade do polímero aniônico a ser adicionada é, com ainda mais preferência, 0,5 mg/L a 50 mg/L. Isso é devido ao fato de que adição de uma quantidade menor do polímero ter apenas um efeito baixo, enquanto que a adição de muita quantidade do polímero não leva a aprimoramento notável do efeito. O polímero aniônico desempenha um papel em quelar ânions, especialmente ânions inorgânicos. O motivo pelo qual tal polímero aniônico que tem uma capacidade quelante é preferencial é conforme o descrito acima.

[046] Na presente invenção, um ácido ou álcali pode ser adicionado juntamente com o polímero aniônico. Isso é devido ao fato de que, em alguns polímeros aniônicos da presente invenção, a capacidade de remover inibidores de fermentação é acentuada em seus pHs ótimos. O pH da solução de açúcar aquosa derivada de celulose mediante adição do polímero aniônico solúvel em água é de preferência entre o pH do polímero aniônico e 12. O pH é, com mais preferência, 4 a 9. Isso é devido ao fato de que o pH ótimo para o desempenho do polímero aniônico é dentro dessa faixa, e portanto o desempenho de remoção de ácidos orgânicos como inibidores de fermentação pode ser aumentado sem diminuir o pH para menos do que 4 por adição do polímero aniônico. Exemplos do ácido na presente invenção incluem ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido nítrico e ácidos orgânicos, e o ácido é de preferência ácido clorídrico, ácido sulfúrico ou ácido fosfórico do ponto de vista econômico e levando em consideração a influência na etapa de

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22/69 fermentação. Exemplos do álcali da presente invenção incluem hidróxidos como hidróxido de sódio e hidróxido de cálcio; e aminas como amônia. O álcali é, com mais preferência, hidróxido de sódio, hidróxido de cálcio ou amônia do ponto de vista econômico e levando em consideração a influência na etapa de fermentação. O ajuste de pH é de preferência realizado antes da adição do polímero aniônico. Isso é devido ao fato de que uma parte do polímero aniônico no líquido de açúcar pode ser desativada sob a influência do ácido ou álcali usado para o ajuste de pH.

[047] Na presente invenção, a adição do polímero aniônico à solução de açúcar aquosa derivada de celulose pode ser realizada em qualquer estágio antes da concentração da solução de açúcar aquosa derivada de celulose com o uso de uma membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa (descrito mais à frente). Isto é, a adição pode ser realizada mediante a hidrólise por sacarificação enzimática; mediante separação de sólido-líquido (descrito mais à frente); ou mediante tratamento de membrana de ultrafiltração e/ou membrana de microfiltração (descrito mais à frente) que é realizado como um pré-tratamento para a concentração da solução de açúcar aquosa derivada de celulose com uma membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa. O tratamento é, com mais preferência, realizado mediante o tratamento de pré-concentração pelo tratamento de membrana de ultrafiltração e/ou membrana de microfiltração, ou no estágio de concentração com uma membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa. Isso é devido ao fato de que a perda do polímero pode ocorrer devido à separação de sólido-líquido ou similares por adesão do polímero à matéria sólida. Com ainda mais preferência, conforme mostrado na Figura 2, o polímero aniônico é adicionado após o tratamento de membrana de ultrafiltração e/ou membrana de microfiltração, mas antes do tratamento de membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa. Isso é devido ao fato de que, se a temporização

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23/69 de adição do polímero aniônico for antes do tratamento de membrana de ultrafiltração e/ou membrana de microfiltração, a perda do polímero aniônico pode ocorrer devido à polarização de concentração da membrana ou adesão do polímero à superfície da membrana, embora o polímero aniônico não induza agregação.

[048] Na presente invenção, a inibição de fermentação significa um fenômeno no qual, quando um produto químico é produzido com o uso de uma matéria-prima de fermentação um líquido de açúcar que foi preparada com o uso de uma biomassa que contém celulose como um material em bruto, a quantidade do produto químico produzido ou acumulado, ou a taxa de produção do produto químico, diminui devido a inibidores de fermentação, como em comparação a um caso em que um monossacarídeo reagente é usado como uma matéria-prima de fermentação. Até o ponto em que tal fermentação inibição varia dependendo dos tipos e quantidades dos inibidores de fermentação presentes no líquido de açúcar, e também varia dependendo da espécie do micro-organismo empregada e o tipo do produto químico a ser produzido no mesmo. A solução de açúcar aquosa derivada de celulose da presente invenção contém inibidores de fermentação em qualquer caso, embora seus componentes e teores variem dependendo das condições para o pré-tratamento e a reação de sacarificação, o tipo da biomassa que contém celulose, e similares. Portanto, ao submeter à solução de açúcar aquosa derivada de celulose ao tratamento com uma membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa após a adição do polímero aniônico, inibidores de fermentação podem ser eficazmente removidos.

[049] Os inibidores de fermentação são substâncias produzidas através da etapa de pré-tratamento de uma biomassa que contém celulose e da etapa de hidrólise através de uma enzima de sacarificação, sendo que as substâncias inibem, conforme descrito acima, a

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24/69 fermentação na etapa de fermentação que usa como um material bruto o líquido de açúcar obtido através do método de produção da presente invenção. Os inibidores de fermentação são classificados aproximadamente em ácidos orgânicos, compostos de furano e compostos fenólicos.

[050] Exemplos específicos dos ácidos orgânicos incluem ácido acético, ácido fórmico e ácido málico. Exemplos específicos dos compostos de furano incluem furfural e hidroximetilfurfural (HMF). Esses ácidos orgânicos e compostos de furano são produtos produzidos através da decomposição de glicose ou xilose, que são monossacarídeos. Exemplos específicos dos compostos fenólicos incluem vanilina, acetovanilina, ácido cumárico, ácido ferúlico, ácido vanílico, ácido siríngico, ácido gálico, aldeído coniferílico, álcool diidroconiferílico, hidroquinona, catecol, acetoguaicona, ácido homovanílico, ácido 4-hidroxibenzóico e derivados de 4-hidroxi-3-metoxifenil (cetonas de Hibbert). Esses compostos fenólicos são derivados de lignina ou precursores de lignina.

[051] Em casos em que um material de construção residual, madeira compensada ou similares é usado como a biomassa que contém celulose, componentes tais como adesivos e tintas usados no processo de extração de madeira podem ser contidos como inibidores de fermentação. Exemplos dos adesivos incluem resinas de ureia, resinas de melanina, resinas de fenol e copolímeros de melanina/ureia. Exemplos de inibidores de fermentação derivados de tais adesivos incluem ácido acético, ácido fórmico e formaldeído.

[052] Em particular, conforme descrito nos Exemplos abaixo, a adição de um polímero aniônico aumenta a permeabilidade da membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa para ácidos orgânicos, compostos de furano que compreendem um grupo carboxila e compostos fenólicos que compreendem um grupo carboxila. Assim, a remoção de ácidos

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25/69 orgânicos da solução de açúcar derivada de celulose aquosa pode ser realizada de modo eficaz. Exemplos dos compostos de furano que compreendem um grupo carboxila incluem ácido furancarboxílico e ácido benzofuran-2-carboxílico. Exemplos dos compostos fenólicos que compreendem um grupo carboxila incluem ácido cumárico, ácido ferúlico, ácido vanílico, ácido siríngico, ácido gálico, ácido homovanílico ácido 4-hidroxibenzóico.

[053] A solução de açúcar derivada de celulose aquosa contém pelo menos uma das substâncias como um inibidor(es) de fermentação, e a solução normalmente contém uma pluralidade das substâncias. Esses inibidores de fermentação podem ser detectados e quantificados através de um método analítico comum tal como cromatografia em camada delgada, cromatografia gasosa ou cromatografia líquida de alto desempenho.

[054] A membrana de nanofiltração usada na presente invenção é chamada, ainda, de um nanofiltro (membrana de nanofiltração, membrana de NF), e é geralmente definida como uma membrana que permite a permeação de íons monovalentes, mas bloqueia íons bivalentes. Considera-se que a membrana tem vazios finos que têm tamanhos de cerca de vários nanômetros, e principalmente usados para bloquear partículas finas, moléculas, íons e sais em água.

[055] A membrana de osmose reversa usada na presente invenção é chamada, ainda de uma membrana de RO, e é geralmente definida como uma membrana que tem uma função de dessalinização que também pode remover íons monovalentes. Considera-se que a membrana tem vazios ultrafinos que têm tamanhos que variam de cerca de vários angstroms a vários nanômetros, e são principalmente usados para a remoção de componentes iônicos, tais como dessalinização de água do mar e produção de água ultrapura.

[056] A solução de açúcar derivada de celulose aquosa é filtrada através de uma ou ambas dentre uma membrana de nanofiltração e uma

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26/69 membrana de osmose reversa, para obter um líquido de açúcar purificado coo a fração não permeada da membrana. Açúcares dissolvidos na solução de açúcar derivada de celulose aquosa, especialmente monossacarídeos tais como glicose e xilose, podem ser bloqueados ou separados no lado de alimentação, enquanto inibidores de fermentação podem ser removidos permitindo-se que os mesmos sejam permeados como a fração de permeada da membrana (filtrado).

[057] O desempenho da membrana de nanofiltração ou da membrana de osmose reversa usadas na presente invenção pode ser avaliado calculando-se a taxa de permeação (%) do composto em questão (inibidor de fermentação, monossacarídeo ou similares) contido na solução de açúcar. O método para calcular a taxa de permeação (%) é mostrado na Equação 1.

[058] A taxa de permeação (%) = (concentração de composto em questão no lado de permeado/concentração de composto em questão no lado de alimentação)* 100 ... (Equação 1) [059] O método para medir a concentração do composto em questão na Equação 1 não é restrito contato que método permita uma mensuração precisa e reproduzível, e exemplos do método que podem ser preferencialmente usados incluem cromatografia líquida de alto desempenho e cromatografia gasosa. Tanto na membrana de nanofiltração quanto na membrana de osmose reversa usadas na presente invenção, as taxas de permeação de monossacarídeos são preferencialmente baixas, e as taxas de permeação de inibidores de fermentação são preferencialmente altas.

[060] A membrana de nanofiltração geralmente tem um tamanho de poro maior que uma membrana de osmose reversa. Portanto, considera-se que, em casos em que uma membrana de nanofiltração é usada, a quantidade de inibidores de fermentação removidos por permeação através da membrana é relativamente grande, enquanto a quantidade de monossacarídeos como os

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27/69 produtos de interesse perdidos no lado de permeado também é relativamente grande, em comparação com casos em que uma membrana de osmose reversa é usada. Em particular, em casos em que a concentração de açúcar é alta, essa tendência aparece de modo forte. Em contrapartida, em casos em que uma membrana de osmose reversa é usada, a quantidade de inibidores de fermentação de peso molecular alto removidos é considerada como menor visto que uma membrana de osmose reversa tem um tamanho de poro menor que uma membrana de nanofiltração. Portanto, é preferencial selecionar uma membrana(s) apropriada(s) dentre membranas de nanofiltração e membranas de osmose reversa considerando-se os teores e os pesos moleculares dos inibidores de fermentação principais na solução de açúcar derivada de celulose aquosa. Uma pluralidade de tipos de membranas pode ser selecionada dentre membranas de nanofiltração e as membranas de osmose reversa dependendo da composição da solução de açúcar, e as mesmas podem ser usadas em combinação.

[061] Quando uma membrana de nanofiltração é usada, à medida que a concentração de monossacarídeos capturados no lado de alimentação (lado de concentrado) da membrana de nanofiltração aumenta, a taxa de perda de monossacarídeos no lado de permeado (lado de filtrado) aumenta bruscamente em alguns casos. Por outro lado, quando uma membrana de osmose reversa é usada, uma perda de monossacarídeos quase não ocorre mesmo em uma concentração aumentada de monossacarídeo no lado de não permeado da membrana. Entretanto, em vista da remoção de inibidores de fermentação, uma membrana de nanofiltração tem um desempenho maior que uma membrana de osmose reversa. Portanto, em casos em que uma membrana de nanofiltração e uma membrana de osmose reversa são usadas em combinação, é preferencial remover os inibidores de fermentação com o uso de uma membrana de nanofiltração para uma concentração na qual a perda de

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28/69 açúcares no lado de permeado da membrana possa ser considerada pequena, seguido do uso de uma membrana de osmose reversa que permite a concentração de monossacarídeos sem perda.

[062] Exemplos da membrana de nanofiltração que pode ser usada na presente invenção incluem membranas composta de materiais macromoleculares tais como polímeros de acetato de celulose; poliamida; poliéster; poliimida; polímeros de vinila que incluem álcool de polivinila; polissulfona; polissulfona sulfonada; poliétersulfona; e poliétersulfona sulfonada. A membrana pode ser, ainda, uma membrana que compreende uma pluralidade desses materiais. Em termos da estrutura da membrana, a membrana pode ser uma membrana assimétrica, que tem uma camada densa em pelo menos um lado e microporos que têm tamanhos de poro que gradualmente aumentam na direção a partir da camada densa em direção ao lado interno da membrana ou para o outro lado da membrana, ou uma membrana compósita, que tem uma camada funcional muito delgada formada por outro material na camada densa de uma membrana assimétrica. Exemplos da membrana compósita que pode ser usada incluem a membrana compósita descrita no documento JP 62-201606 A, que tem um nanofiltro composto de uma camada funcional de poliamida em uma membrana de suporte que compreende polissulfona como um material de membrana.

[063] Dentre essas membranas de nanofiltração, uma membrana compósita que tem uma camada funcional composta de uma poliamida é preferencial visto que tem uma alta resistência a pressão, alta permeabilidade e alto desempenho de remoção de soluto, o que torna a membrana altamente potencial. Para a manutenção de durabilidade contra a pressão de operação, e de alta permeabilidade e de alto desempenho de bloqueio, a membrana preferencialmente tem uma estrutura na qual uma poliamida é usada como uma camada funcional e a camada é retida por um suporte composto de uma

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29/69 membrana porosa ou um tecido não tecido. Além disso, como a membrana semipermeável de poliamida, uma membrana semipermeável compósita que tem, em um suporte, uma camada funcional de uma poliamida reticulada obtida através de uma reação de policondensação entre uma amina polifuncional e um haleto de ácido polifuncional é adequada.

[064] Na membrana de nanofiltração que tem uma camada funcional de poliamida, exemplos preferenciais do componente de ácido carboxílico dos monômeros que constituem a poliamida incluem ácidos carboxílicos aromáticos tais como ácido trimésico, ácido tetracarboxílico de benzofenona, ácido trimelítico, ácido piromelítico, ácido isoftálico, ácido tereftálico, ácido dicarboxílico de naftaleno, ácido difenilcarboxílico e ácido pirinidacarboxílico. Em vista da solubilidade para solventes de formação de filme, ácido trimésico, ácido isoftálico, ácido tereftálico e misturas dos mesmos são mais preferenciais.

[065] Exemplos preferenciais do componente de amina dos monômeros que constituem poliamida incluem diaminas primárias que têm um anel aromático, tais como m-fenilenodiamina, p-fenilenodiamina, benzidina, metileno bis dianilina, 4,4’-diaminobifeniléter, dianisidina, 3,3’,4triaminobifeniléter, 3,3’,4,4’-tetraminobifeniléter, 3,3’-dioxibenzidina, 1,8naftalenodiamino, m(p)-monometilfenilenodiamino, 3,3’-monometilamino-4,4’diaminabifeniléter, 4,N,N’-(4-aminobenzoil)-p(m)-fenilenodiamina-2,2’-bis(4aminofenilbenzoimidazol), 2,2’-bis(4-aminofenilbenzooxazole) e 2,2’-bis(4aminofenilbenzotiazol); e diaminas secundárias tais como piperazina, piperidina e derivados dos mesmos. Uma membrana de nanofiltração que tem uma camada funcional composta de uma poliamida reticulada que compreende, dentre esses, piperazina ou piperidina como monômeros é preferencialmente usada visto que tem resistência a calor e resistência química além de resistência a pressão e durabilidade.

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30/69 [066] A poliamida contém mais preferencialmente como um componente principal a poliamida de piperazina reticulada ou poliamida de piperidina reticulada e contém adicionalmente um componente de constituição representado pela Fórmula Química (1). A poliamida contém ainda mais preferencialmente uma poliamida de piperazina reticulada como um componente principal e contém adicionalmente um componente de constituição representado pela Fórmula Química (1). Além disso, especialmente preferencialmente, na Fórmula Química 1, n=3. Exemplos da membrana de nanofiltração que tem uma camada funcional composta de uma poliamida que contém uma poliamida de piperazina reticulada como um componente principal e que contém adicionalmente um componente de constituição representado pela Fórmula Química (1) incluem aqueles descritos no documento JP 62-201606 A, e exemplos específicos da membrana incluem UTC60, fabricada pela Toray Industries, Inc., que é uma membrana de nanofiltração de poliamida de piperazina reticulada que tem uma camada funcional composta de uma poliamida que contém uma poliamida de piperazina reticulada como um componente principal e que contém adicionalmente um componente de constituição representado pela Fórmula Química (1) em que n=3.

[067] [Fórmula Química 1]

CH₂)< N—

R (1)

Na Fórmula Química 1, R representa -H ou -CH3, e n representa

um número inteiro de 0 a 3.

[068] Uma membrana de nanofiltração é geralmente usada como um elemento de membrana enrolado em espiral, e a membrana de nanofiltração usada na presente invenção é preferencialmente usada, ainda, como um elemento de membrana enrolado em espiral. Exemplos preferenciais específicos do módulo de membrana de nanofiltração incluem a série GEsepa DK, a série

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HL e a série DL, as quais são membranas de nanofiltração de acetato de celulose fabricadas pela GE Osmonics; NTR-7410 e NTR-7450, que têm membranas funcionais de polissulfona sulfonada; NTR-725HF, NTR-7250, NTR-729HF, NTR-769SR e NTR-759HR, fabricados pela Nitto Denko Corporation, que têm uma membrana funcional composta de álcool de polivinila fabricada pela Nitto Denko Corporation; NF99, NF99HF e NF97, que são membranas de nanofiltração fabricadas pela Alfa-Laval que têm uma camada funcional de poliamida; NF-45, NF-90, NF-200, NF-270 e NF-400, que são membranas de nanofiltração que têm uma camada funcional composta de uma poliamida de piperazina reticulada, fabricadas pela Filmtec Corporation; e SU-210, SU-220, SU-600 e SU-610, que são módulos de membrana de nanofiltração fabricados pela Toray Industries, Inc., que têm uma camada funcional composta de uma poliamida que contém uma poliamida de piperazina reticulada como um componente principal. O elemento de membrana de nanofiltração é mais preferencialmente NF99 ou NF99HF, que são membranas de nanofiltração que têm uma camada funcional composta de uma poliamida, fabricado pela AlfaLaval; NF-45, NF-90, NF-200 ou NF-400, que são membranas de nanofiltração que têm uma camada funcional composta de uma poliamida de piperazina reticulada, fabricadas pela Filmtec Corporation; ou SU-210, SU-220, SU-610 ou SU-620, que são módulos de membrana de nanofiltração fabricados pela Toray Industries, Inc., que têm uma camada funcional composta de uma poliamida que contém uma poliamida de piperazina reticulada como um componente principal. O elemento de membrana de nanofiltração é ainda mais preferencialmente SU210, SU-220, SU-610 ou SU-620, que são módulos de membrana de nanofiltração fabricados pela Toray Industries, Inc., que têm uma camada funcional composta de uma poliamida que contém uma poliamida de piperazina reticulada como um componente principal.

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32/69 [069] Na filtração através de uma membrana de nanofiltração, a solução de açúcar derivada de celulose aquosa é preferencialmente alimentada à membrana de nanofiltração em uma pressão dentro da faixa de 0,1 MPa a 8 MPa, embora uma pressão preferencial varie dependendo da concentração da solução. Em casos em que a pressão é inferior a 0,1 MPa, a taxa de permeação de membrana pode ser baixa, enquanto em casos em que a pressão é superior a 8 MPa, a membrana pode ser danificada. Em casos em que a pressão é 0,5 MPa a 6 MPa, o fluxo de permeação de membrana é alto, de modo que a solução de açúcar possa ser permitida a permear de modo eficaz, o que é especialmente preferencial.

[070] Em termos do material da membrana de osmose reversa usada na presente invenção, exemplos da membrana incluem uma membrana compósita que tem uma camada funcional composta de um polímero de acetato de celulose (doravante chamado também de uma membrana de osmose reversa de acetato de celulose) e uma membrana compósita que tem uma camada funcional composta de uma poliamida (doravante chamada também de uma membrana de osmose reversa de poliamida). Aqui, exemplos do polímero de acetato de celulose incluem polímeros preparados com ésteres de ácido orgânico de celulose tais como acetato de celulose, diacetato de celulose, triacetato de celulose, propionato de celulose e butirato de celulose, os quais podem ser usados individualmente, como uma mistura ou como um éster misturado. Exemplos da poliamida incluem polímeros lineares e polímeros reticulados que compreendem monômeros de diamina alifáticos e/ou aromáticos.

[071] Exemplos específicos da membrana de osmose reversa usada na presente invenção incluem módulos de membrana de osmose reversa de poliamida fabricados pela Toray Industries, Inc., tais como módulos do tipo pressão ultrabaixa SUL-G10 e SUL-G20, módulos do tipo pressão baixa SU-710,

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SU-720, SU-720F, SU-710L, SU-720L, SU-720LF, SU-720R, SU-710P, SU720P, TMG10, TMG20-370 e TMG20-400, bem como módulos do tipo pressão alta SU-810, SU-820, SU-820L e SU-820FA; membranas de osmose reversa de acetato de celulose fabricadas pelo mesmo fabricante SC-L100R, SC-L200R, SC-1100, SC-1200, SC-2100, SC-2200, SC-3100, SC-3200, SC-8100 e SC8200; NTR-759HR, NTR-729HF, NTR-70SWC, ES10-D, ES20-D, ES20-U, ES15-D, ES15-U e LF10-D, fabricadas pela Nitto Denko Corporation; RO98pHt, RO99, HR98PP e CE4040C-30D, fabricadas pela Alfa-Laval; série GE Sepa AG e série AK, fabricadas pela GE; BW30-4040, TW30-4040, XLE-4040, LP-4040, LE-4040, SW30-4040 e SW30HRLE-4040, fabricadas pela FilmTec Corporation; TFC-HR e TFC-ULP, fabricadas pela KOCH; e ACM-1, ACM-2 e ACM-4, fabricadas pela TRISEP.

[072] Na presente invenção, uma membrana de osmose reversa que contém um material de poliamida é preferencialmente usada. Isso se deve ao fato de que, em casos em que uma membrana de acetato de celulose é usada por muito tempo, as enzimas usadas na etapa de pré-tratamento, especialmente uma parte do componente de celulase, pode permear através da membrana para causar a degradação de celulose como o material de membrana.

[073] Exemplos da forma da membrana de osmose reversa apropriadamente usada na presente invenção incluem uma membrana plana, uma membrana enrolada em espiral e uma membrana de fibra oca.

[074] Em uma membrana de osmose reversa que tem uma camada funcional de poliamida, exemplos preferenciais do componente de ácido carboxílico e do componente de amina dos monômeros que constituem a poliamida são iguais àqueles para a membrana de nanofiltração descrita acima que tem uma camada funcional de poliamida.

[075] Na filtração através de uma membrana de osmose reversa, a solução de açúcar derivada de celulose aquosa é preferencialmente

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34/69 alimentada à membrana de osmose reversa em uma pressão dentro da faixa de 0,5 MPa a 8 MPa, embora uma pressão preferencial varie dependendo da concentração da solução. Em casos em que a pressão é inferior a 0,5 MPa, a taxa de permeação de membrana pode ser baixa, enquanto em casos em que a pressão é superior a 8 MPa, a membrana pode ser danificada. Em casos em que a pressão de filtração é 1 MPa a 7 MPa, o fluxo de permeação de membrana é alto, de modo que a solução de açúcar possa ser permitida a permear de modo eficaz e a possibilidade de danos à membrana é pequena, o que é mais preferencial.

[076] Na presente invenção, os inibidores de fermentação são removidos da solução de açúcar através da adição de uma macromolécula aniônica solúvel em água à solução e da permeação subsequente dos inibidores de fermentação através de uma membrana de nanofiltração e/ou uma membrana de osmose reversa. Dentre os inibidores de fermentação, ácidos orgânicos, compostos de furano que compreendem um grupo carboxila, e compostos fenólicos que compreendem um grupo carboxila podem ser preferencialmente permitidos a permear, e removidos. Por outro lado, açúcares contidos na solução de açúcar são bloqueados ou separados no lado de alimentação da membrana de nanofiltração e/ou da membrana de osmose reversa.

[077] A solução de açúcar derivada de celulose aquosa na presente invenção é preferencialmente filtrada através de uma membrana de microfiltração e/ou uma membrana de ultrafiltração antes do tratamento com uma membrana de nanofiltração e/ou uma membrana de osmose reversa. Isso se deve ao fato de que, pela filtração através de uma membrana de microfiltração e/ou uma membrana de ultrafiltração, a incrustação da membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa pode ser impedida.

[078] A membrana de microfiltração na presente invenção é uma membrana cuja superfície funcional tem um tamanho de poro médio

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35/69 inferior a 1 pm. A membrana de microfiltração tem, mais preferencialmente, uma superfície funcional porosa. A membrana de microfiltração porosa significa uma membrana cuja superfície funcional tem uma estrutura de rede tridimensional na qual são formados vazios de modo que os mesmos se comuniquem entre si. A membrana é mais preferencialmente uma membrana de microfiltração porosa que tem um tamanho de poro médio inferior a 0,25 pm.

[079] Como o tamanho de poro médio da membrana de microfiltração, o tamanho de poro nominal apresentado por cada fabricante de membrana de separação por der empregado, ou o tamanho de poro médio pode ser realmente medido. Como o método para medir o tamanho de poro da membrana de microfiltração, o método de observação direta pode ser aplicado. No método de observação direta, um microscópio eletrônico de varredura (SEM) é usado para observar os poros de superfície presente dentro de uma área de 10 pm χ 9 pm na superfície da membrana de microfiltração, e os diâmetros dos pores são medidos. Calculando-se o valor médio dos mesmos, o tamanho de poro médio pode ser determinado. Além disso, nos casos de uma membrana cujo tamanho de poro não pode ser determinado através do método de observação direta, tal como um tecido não tecido ou um tecido tecido, um teste de ponto de bolha é realizado para determinar o tamanho de poro. No método de ponto de bolha, uma pressão de ar é aplicada a partir do lado secundário da membrana, e a pressão mínima na qual a geração de uma bolha de ar pode ser observada na superfície da membrana é medida. De acordo com uma expressão relacionai entre a tensão de superfície do líquido usado e a pressão, o tamanho de poro médio pode ser calculado. Mais especificamente, a mensuração pode ser realizada de acordo com o ASTM F316-03 (método de ponto de bolha) com o uso, por exemplo, de um analisador de permeabilidade de gás/distribuição de tamanho de poro de penetração fabricado ela Bel Japan, Inc.

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36/69 [080] Exemplos do material da membrana de microfiltração usada na presente invenção incluem uma série de celulose, poliamida aromática, álcool de polivinila, polissulfona, poliétersulfona, fluoreto de polivinilideno, polietileno, poliacrilonitrila, polipropileno, policarbonato, politetrafluoroetileno, cerâmicas e metais. Dentre esses os preferenciais são poliamida aromática, álcool de polivinila, polissulfona, fluoreto de polivinilideno, polietileno, poliacrilonitrila, polipropileno, policarbonato e politetrafluoroetileno visto que esses não são influenciados pelas enzimas de sacarificação contidas no líquido enzimaticamente sacarificado e têm uma habilidade excelente de remoção da matéria sólida insolúvel.

[081] A membrana de ultrafiltração na presente invenção é uma membrana que normalmente tem um limite de peso molecular de 1.000 a 10.0000, e chamada de uma membrana ultrafiltração, de UF, ou similares para resumir. Visto que o tamanho de poro de uma membrana de ultrafiltração é demasiadamente pequeno, é difícil medir o tamanho de poro da superfície de membrana da mesma sob o microscópio eletrônico. Portanto, um valor chamado de limite de peso molecular é usado como um índice do tamanho de poro em vez do tamanho de poro médio. Conforme descrito, por exemplo, que A curva obtida plotando-se o peso molecular do soluto ao longo da abscissa e a taxa de bloqueio ao longo da ordenada é chamada de curva de limite de peso molecular. O peso molecular com o qual a taxa de bloqueio alcança 90% é chamado de limite de peso molecular da membrana. (Editora da The Membrane Society of Japan, “Membrane Experiment Series, Vol. III, Artificial Membrane, membros do comitê editorial: Shoji Kimura, Shin-ichi Nakao, Haruhiko Ohya e Tsutomu Nakagawa (1993, Kyoritsu Shuppan Co., Ltd.), página 92), o limite de peso molecular é bem conhecido por aqueles versados na técnica como um índice que representa o desempenho de membrana de uma membrana de ultrafiltração.

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37/69 [082] No método para produção de um líquido de açúcar da presente invenção, uma membrana de ultrafiltração que tem um limite de peso molecular dentro da faixa de 500 a 40.000 é mais preferencialmente usada visto que a mesma permite uma recuperação eficaz da enzima de sacarificação usada para a sacarificação enzimática. Isso se deve ao fato de que a enzima de sacarificação é uma mistura de uma pluralidade de tipos de componentes e, dentre as enzimas de sacarificação na mistura, aquelas que têm pesos moleculares menores têm pesos moleculares de cerca de 40.000. A forma da membrana de ultrafiltração a ser usada não é limitada, e a membrana pode ser qualquer uma dentre uma membrana enrolada em espiral, uma membrana de fibra oca, uma membrana tubular e uma membrana plana. Reutilizando-se a enzima de sacarificação recuperada na reação de hidrólise, é possível reduzir a quantidade de enzima usada.

[083] Exemplos do material da membrana de ultrafiltração incluem, mas sem se limitar, materiais orgânicos tais como celulose, éster de celulose, polissulfona, polissulfona sulfonada, poliétersulfona, poliétersulfona sulfonada, polietileno clorado, polipropileno, poliolefina, álcool de polivinila, metacrilato de polimetila, fluoreto de polivinilideno e politetrafluoroetileno; metais tais como aço inoxidável; e materiais inorgânicos tais como cerâmicas. O material da membrana de ultrafiltração pode ser selecionado apropriadamente considerando-se as propriedades do hidrolisado e o custo de funcionamento, e é preferencialmente um material orgânico, mais preferencialmente polietileno clorado, polipropileno, fluoreto de polivinilideno, polissulfona ou poliétersulfona. Exemplos específicos do material incluem Type G-5, Type G-10, Type G-20, Type G-50, Type PW e Type HWS UF, fabricados pela DESAL; HFM-180, HFM183, HFM-251, HFM-300, HFM-116, HFM-183, HFM-300, HFK-131, HFK-328, MPT-U20, MPS-U20P e MPS-U20S, fabricados pela KOCH; SPE1, SPE3, SPE5, SPE10, SPE30, SPV5, SPV50 e SOW30, fabricados pela Synder;

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38/69 produtos de série de UF de Microza (marca comercial registrada), fabricados pela Asahi Kasei Corporation, que têm limites de peso molecular de 3.000 a 10.0000; e NTR7410, fabricado pela Nitto Denko Corporation.

[084] A filtração através de uma membrana de microfiltração e/ou uma membrana de ultrafiltração na presente invenção pode ser uma filtração de fluxo cruzado ou uma filtração sem saída. Em vista do consumo de energia pela bomba, a filtração sem saída é preferencial. Entretanto, um líquido com capacidade de filtração ruim é preferencialmente submetido a uma filtração de fluxo cruzado. Além disso, um processo tal como contralavagem ou aeração é preferencialmente realizado durante a filtração. Isso se deve ao fato de que a incrustação da membrana é suprimida desse modo. Após a filtração através de uma membrana de microfiltração, o permeado obtido é passado através de uma membrana de ultrafiltração para remover a enzima de sacarificação como a fração de não permeado, e a fração de permeado é submetida a um processo de filtração através de uma membrana de nanofiltração e/ou uma membrana de osmose reversa. Aqui, a partir do ponto de vista econômico, a enzima de sacarificação removida pode ser reutilizada no processo de sacarificação enzimática.

[085] Antes da filtração através de uma membrana de microfiltração e/ou uma membrana de ultrafiltração, o tratamento de separação de líquido/sólido pode ser realizado como um pré-tratamento para a supressão de substâncias de incrustação. O método de separação de líquido/sólido não é restrito. De acordo com “Food Engineering Basic Course, Solid-liquid Separation” (Korin Publishing Co., Ltd.), exemplos específicos do método de separação de sólido/líquido incluem o método de centrifugação, método de separação por compressão, o método de filtração, método de separação por flutuação e método de separação por precipitação. Exemplos do método de centrifugação incluem os métodos que usam uma centrífuga contínua horizontal (tratamento de

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39/69 decantador do tipo parafuso), centrífuga de disco (tratamento De Lavai), filtro centrífugo ou ultracentrífuga Sharples; exemplos do método de filtração incluem métodos que usam um filtro de correia, uma prensa de correia, uma prensa de parafuso, uma prensa de filtro ou filtro de pré-revestimento; exemplos do método de separação por flutuação incluem métodos que usam um aparelho de separação por flutuação contínua; e exemplos do método de separação por precipitação incluem métodos que usam um aparelho de precipitação por agregação ou um aparelho de precipitação rápida; mas o método não é limitado a qualquer um desses. Entretanto, qualquer um desses, ou uma combinação de dois ou mais desses, permite a redução da carga na membrana durante o tratamento da membrana de microfiltração e/ou da membrana de ultrafiltração.

[086] Após a remoção dos inibidores de fermentação através do método descrito acima e da concentração com o uso de uma membrana de nanofiltração e/ou uma membrana de osmose reversa, o líquido de açúcar é preferencialmente filtrado de modo adicional através de uma membrana de ultrafiltração que tem um limite de peso molecular de 500 a 2.000. Em casos em que o polímero aniônico da presente invenção é uma substância que deteriora o desempenho de fermentação, a membrana de ultrafiltração pode ser usada para obter um líquido de açúcar com um filtrado a partir do qual o polímero aniônico foi removido ou reduzido. Isso pode aumentar a eficácia de fermentação na etapa posterior. Além disso, o polímero aniônico recuperado a partir do lado de alimentação da membrana de ultrafiltração pode ser reutilizado para reduzir a quantidade do polímero aniônico usado.

[087] Realizando-se a cultura de fermentação de um microrganismo que tem uma habilidade de produzir um produto químico que usa como uma matéria prima de fermentação um líquido de açúcar purificado obtido através da presente invenção, o produto químico pode ser produzido. O líquido de açúcar purificado obtido através da presente invenção contém, como

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40/69 componente(s) principal/principais, glicose e/ou xilose, os quais são fontes de carbono para a proliferação de microrganismos ou células em cultura. Por outro lado, os teores dos inibidores de fermentação tais como compostos de furano, ácidos orgânicos e compostos aromáticos são muito pequenos. Portanto, o líquido de açúcar purificado pode ser usado de modo eficaz como uma matéria prima de fermentação, especialmente como uma fonte de carbono.

[088] Na presente invenção, exemplos do microrganismo ou células em cultura usadas no método de produção de um produto químico incluem leveduras tais como levedura de padeiro; bactérias tais como E. coli e coryneform bactéria·, fungos filamentosos; actinomicetos; células animais; e células de inseto; que são comumente usados na indústria de fermentação. O microrganismo ou células em cultura a serem usados podem ser isolados a partir de um ambiente natural, ou podem ser preparados através da modificação parcial das propriedades de um microrganismo ou células através de mutação ou recombinação gênica. Em particular, visto que um líquido de açúcar derivado de uma biomassa que contém celulose contém pentoses tais como xilose, um microrganismo que tem vias metabólicas acentuadas para pentoses pode ser preferencialmente usado.

[089] Na presente invenção, o meio usado no método para produção de um produto químico é preferencialmente um meio líquido que contém, além do líquido de açúcar purificado, fontes de nitrogênio, sais inorgânicos e, conforme requerido, micronutrientes orgânicos tais como aminoácidos e vitaminas. O líquido de açúcar purificado da presente invenção contém como fontes de carbono monossacarídeos que podem ser usados por microrganismos, tais como glicose e xilose, mas, em alguns casos, açúcares tais como glicose, sacarose, frutose, galactose e lactose; líquidos de amido sacarificados que contêm esses açúcares; melaços de batata doce; melaços de beterraba sacarina; melaços de alto teste; ácidos orgânicos tais como ácido

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41/69 acético; álcoois tais como etanol; glicerina; e similares também podem ser adicionados ao mesmo como fontes de carbono, para fornecer uma matéria prima de fermentação. Exemplos das fontes de nitrogênio que podem ser usadas incluem gás de amônia, amônia aquosa, sais de amônio, sais de ácido nítrico e ureia; e outras fontes de nitrogênio orgânicas usadas de modo suplementar tais como tortas de óleo, líquidos hidrolisados de soja, digestões de caseína, outros aminoácidos, vitaminas, milhocinas, leveduras ou extratos de levedura, extratos de carne, peptídeos tais como peptonas, e células de vários microrganismos de fermentação e hidrolisados dos mesmos. Exemplos dos sais inorgânicos que podem ser adicionados como apropriados incluem sais de ácido fosfórico, sais de magnésio, sais de cálcio, sais de ferro e sais de manganês.

[090] Em casos em que o microrganismo usado na presente invenção requer um nutriente específico para a proliferação do mesmo, o nutriente pode ser adicionado como uma preparação ou produto natural que o contém. Um agente antiformação também pode ser usado conforme requerido.

[091] A cultura do microrganismo é normalmente feita em um pH dentro da faixa de 4 a 8, em uma temperatura dentro da faixa de 20 a 40 °C. O pH do meio de cultura é ajustado antecipadamente com um ácido orgânico ou inorgânico, uma substância alcalina, ureia, carbonato de cálcio, gás de amônia ou similares para um pH predeterminado dentro da faixa de, normalmente, 4 a 8. Em casos em que a taxa de alimentação de oxigênio precisa ser aumentada, isso pode ser alcançado empregando-se, por exemplo, um método no qual a concentração de oxigênio é mantida acima de 21% adicionando-se oxigênio no ar, um método no qual a cultura é realizada sob pressão, um método no qual a taxa de agitação é aumentada ou um método no qual o volume de ventilação é aumentado.

[092] Como o método para produção de um produto químico que usa, como uma matéria prima de fermentação, um líquido de açúcar purificado

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42/69 obtido através do método da presente invenção para produção de um líquido de açúcar, os métodos de cultura de fermentação conhecidos por aqueles versados na técnica podem ser empregados e, em vista da produtividade, o método de cultura contínua descrito no documento W02007/097260 é preferencialmente empregado.

[093] Na presente invenção, o produto químico produzido através do método para produção de um produto químico não é requerido contato que o mesmo seja uma substância produzida no líquido de cultura através das células ou microrganismo acima. Exemplos específicos do produto químico produzido na presente invenção incluem álcoois, ácidos orgânicos, aminoácidos e ácidos nucleicos, que são substâncias produzidas em massa na indústria de fermentação. Exemplos dos álcoois incluem etanol, 1,3-propanodiol, 1,4propanodiol e glicerol; exemplos dos ácidos orgânicos incluem ácido acético, ácido lático, ácido pirúvico, ácido succínico, ácido málico, ácido itacônico e ácido cítrico; exemplos dos ácidos nucleicos incluem nucleosídeos tais como inosina e guanosina, e nucleotídeos tais como ácido inosínico e ácido guanílico; e compostos de diamina tais como cadaverina. Além disso, a presente invenção pode ser aplicada, ainda, à produção de substâncias tais como enzimas, antibióticos e proteínas recombinantes. As Figuras 1 e 2 são vistas esquemáticas de modos principais do método para produção de um líquido de açúcar da presente invenção. Esses modos compreendem: um tanque de sacarificação enzimática para hidrolisar um produto pré-tratado de uma biomassa que contém celulose com uma enzima de sacarificação para obter um líquido enzimaticamente sacarificado; uma seção de separação de sólido/líquido para a remoção de resíduos não degradados; uma seção de adição de polímero aniônico; uma seção para a remoção de contaminantes do líquido de açúcar, na qual os contaminantes e as enzimas são removidas pela filtração através de uma membrana de microfiltração e/ou uma membrana de ultrafiltração; e uma seção

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43/69 de purificação de líquido de açúcar, na qual o líquido de açúcar é filtrado através de uma membrana de nanofiltração e/ou uma membrana de osmose reversa para a concentração/purificação do líquido de açúcar, para obter um líquido de açúcar purificado como a fração de não permeado da membrana.

Exemplos [094] O método da presente invenção para a produção de um líquido de açúcar é descrito abaixo em mais detalhes por meio de Exemplos. Entretanto, a presente invenção não é restrita a esses Exemplos.

(1) Método Para Mensuração dos Pesos Moleculares por Média Ponderada do Polímero Aniônico, Poliácido Carboxílico e Ácido Polissulfônico [095] Através de cromatografia de permeação em gel (GPC), o peso molecular foi medido sob as seguintes condições. Cada amostra foi preparada de modo que a concentração da mesma fosse 0,1%, em massa, e passada através de um filtro de 0,45 μm antes da mensuração.

Coluna: Asahipak GF-7M (fabricada pela Shodex)

Fase móvel: 50 mM de fosfato de hidrogênio sódico (taxa de fluxo:

0,6 ml/min)

Líquido de reação: Nenhum

Método de detecção: RI (índice refrativo diferencial) Temperatura: 40 °C (2) Método para a Mensuração dos Pesos Moleculares por Média Ponderada de Polímero Aniônico e Polímero de Polifosfato [096] Através de cromatografia de permeação em gel (GPC), o peso molecular foi medido sob as seguintes condições. Cada amostra foi preparada de modo que a concentração da mesma fosse 0,1%, em massa, e passada através de um filtro de 0,45 μm antes da mensuração.

Coluna: Asahipak GS-220HQ (fabricada pela Shodex); duas colunas foram dispostas linearmente

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44/69

Fase móvel: 50 mM de Cloreto de sódio (taxa de fluxo: 0,6 ml/min) Líquido de reação: Nenhum

Método de detecção: RI (índice refrativo diferencial)

Temperatura: 60 °C (3) Método para Mensuração do pH usando-se um medidor de pH prático D-50 fabricado pela Horiba, Ltd., o pH da solução de açúcar derivada de celulose aquosa foi medido. Após a agitação para a mensuração, alíquotas de 500 ml foram coletadas em copos de precipitação, e a mensuração foi realizada em 3 vezes. A média dos valores medidos foi usada como o valor de pH.

(Exemplo de Referência 1) Método para a Mensuração das Concentrações de Monossacarídeo [097] As concentrações de monossacarídeos (concentração de glicose e concentração de xilose) contidos no líquido de açúcar obtido em cada um dentro os Exemplos e os Exemplos Comparativos foram analisadas através de HPLC soba as seguintes condições, e quantificadas com base na comparação de amostras padrões.

Coluna: Luna NH2 (fabricada pela Phenomenex, Inc.)

Fase móvel: Água ultrapura:acetonitrila = 25:75 (taxa de fluxo, 0,6 ml/min)

Líquido de reação: Nenhum

Método de detecção: RI (índice refrativo diferencial)

Temperatura: 30 °C (Exemplo de Referência 2) Método para a Mensuração das Concentrações de Inibidores de Fermentação [098] Os inibidores de fermentação baseados em furano (HMF e furfural) e os inibidores de fermentação baseados em fenol (vanilina, acetovanilina, ácido siríngico, ácido levulínico e ácido 4-hidroxibenzóico)

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45/69 contidos no líquido de açúcar foram analisados através de HPLC soba as seguintes condições, e quantificados com base comparação com amostras padrões.

Coluna: Synergi HidroRP 4,6 mm * 250 mm (fabricada pela Phenomenex, Inc.)

Fase móvel: acetonitrila - 0,1 %, em peso, de H3PO4 (taxa de fluxo,

1,0 ml/min)

Método de detecção: UV (283 nm)

Temperatura: 40 °C [099] Dentre os inibidores de fermentação contidos no líquido de açúcar, ácidos orgânicos (ácido acético e ácido fórmico) foram analisados através de HPLC sob as seguintes condições, e quantificados com base na comparação com amostras padrões.

Coluna: Shim-Pack SPR-H e Shim-Pack SCR101H (fabricada pela Shimadzu Corporation) que foram dispostas linearmente

Fase móvel: 5 mM de ácido p-toluenosulfônico (taxa de fluxo, 0,8 ml/min)

Líquido de reação: 5 mM de ácido p-toluenosulfônico, 20 mM de Bis-Tris, 0,1 mM de EDTA-2Na (taxa de fluxo, 0,8 ml/min)

Método de detecção: Condutividade elétrica

Temperatura: 45 °C (Exemplo de Referência 3) Etapa de Hidrólise de Biomassa que Contém Celulose através do Tratamento com Enzima/Ácido Sulfúrico Diluído [0100] O processo de hidrólise de uma biomassa que contém celulose na Etapa (1) é descrito abaixo por meio de um exemplo em que 0,1 a 15%, em peso, do ácido sulfúrico diluído e uma enzima foram usados para hidrolisar uma biomassa que contém celulose. Como a biomassa que contém celulose, palha de arroz que foi pulverizada em peças de 2 mm foi usada. A

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46/69 biomassa que contém celulose foi embebida em solução aquosa de ácido sulfúrico a 1%, e submetida ao tratamento com o uso de uma autoclave (fabricada pela Nitto Koatsu Co., Ltd.) a 150 °C por 30 minutos. Depois disso, uma separação de sólio/líquido foi realizada para separar a celulose tratada com ácido sulfúrico da solução aquosa de ácido sulfúrico. Subsequentemente, a celulose tratada com ácido sulfúrico foi misturada com o líquido de tratamento de ácido sulfúrico diluído com agitação de modo que a concentração da matéria sólida fosse de 10%, em peso, e o pH foi ajustado para cerca de 5 com hidróxido de sódio. À essa mistura, Accellerase 1500 e XY (Genencor Kyowa) foram adicionadas, para realizar a reação de hidrólise com agitação a 50 °C por 1 dia. Depois disso, a separação de sólido/líquido foi realizada com o uso de uma prensa de filtro (fabricada pela Yabuta Industries Co., Ltd., MO-4) para separar e remover lignina ou celulose não degradada, para obter uma solução aquosa que contém açúcares (doravante chamada de líquido sacarificado tratado com ácido sulfúrico diluído). A turvação do líquido enzimaticamente sacarificado tratado com ácido sulfúrico diluído foi de 70 NTU. As composições de inibidores de fermentação e monossacarídeos contidas no líquido enzimaticamente sacarificado tratado com ácido sulfúrico diluído foram conforme mostradas nas Tabelas 1 a 3.

TabelaI

Quantificação de inibidores de

	Ácido fórmico	Ácido acético	HMF	Furfural
Líquido sacarificado tratado com ácido sulfúrico diluído	0,1 g/L	2,4 g/L	125 mg/L	875 mg/L

Tabela 2

Quantificação de inibidores de fermentação 2

	Vanilina	Ácido cumárico	Ácido ferúlico
Líquido sacarificado tratado com ácido sulfúrico diluído	55 mg/L	150 mg/L	75 mg/L

Tabela 3

Quantificação de monossacarídeos

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47/69

	Glicose	Xilose
Líquido sacarificado tratado com ácido sulfúrico diluído	25 g/L	12 g/L

(Exemplo de Referência 4) Etapa de Hidrólise de Biomassa que Contém Celulose através de Tratamento Hidrotérmico e Tratamento Enzimático [0101] O processo de hidrólise de uma biomassa que contém celulose na Etapa (1) é descrito abaixo por meio de um exemplo em que água subcrítica e uma enzima foram usadas para hidrolisar uma biomassa que contém celulose. Como a biomassa que contém celulose, palha de arroz que foi pulverizada em pedaços de 2 mm foi usada. A biomassa que contém celulose foi embebida em água, e submetido a tratamento com o uso de uma autoclave (fabricada pela Nitto Koatsu Co., Ltd.) a 180 °C por 5 minutos com agitação. A pressão naquele momento foi de 10 MPa. Depois disso, a separação de sólido/líquido o componente de biomassa processada foi realizada através de centrifugação (3000 G). Ao componente de solução resultante, foi adicionada Accellerase DUET (Genencor Kyowa), e a reação foi permitida a prosseguira 50 °C por 24 horas, para obter um líquido de açúcar derivado do componente da solução (doravante chamado de líquido tratado de modo térmico). Depois disso, o teor de água no componente de biomassa processada foi medido, e água de RO foi adicionada ao líquido de açúcar de modo que a concentração de matéria sólida fosse de 10%, em peso, em termos da biomassa processada por secagem absoluta, seguido da adição de Accellerase 1500 e XY (Genencor Kyowa) como celulases ao mesmo para realizar a reação de hidrólise com agitação a 50 °C por 1 dia. Depois disso, o líquido resultante foi tratado com o uso de uma prensa de filtro (fabricada pela Yabuta Industries Co., Ltd., MO-4) para separar e remover lignina ou celulose não degradada, para obter um líquido de açúcar derivado da biomassa processada (doravante chamado de líquido sacarificado tratado de modo térmico). A turvação do líquido sacarificado tratado de modo térmico foi de 10 NTU. A turvação do líquido tratado de modo térmico foi de 800 NTU. As composições dos inibidores

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48/69 de fermentação e monossacarídeos contidos no líquido tratado de modo térmico e no líquido enzimaticamente sacarificado tratado de modo hidrotérmico foram conforme mostrado nas Tabelas 4 a 6.

Tabela4

Quantificação de inibidores de fermentação 1

	Ácido fórmico	Ácido acético	HMF	Furfural
Líquido tratado hidrotemnicamente	1,1 g/L	2,2 g/L	120 mg/L	500 mg/L
Líquido sacarificado tratado hidrotemnicamente	0,1 g/L	0.4 g/L	6mg/L	10 mg/L

Tabela5

Quantificação de inibidores de fermentação 2

	Vanilina	Ácido cumárico	Ácido ferúlico
Líquido tratado hidrotemnicamente	50 mg/L	200 mg/L	130 mg/L
Líquido sacarificado tratado hidrotemnicamente	2 mg/L	10 mg/L	6 mg/L

Tabela6

Quantificação de monossacarídeos

	Glicose	Xilose
Líquido tratado hidrotemnicamente	7 g/L	15 g/L
Líquido sacarificado tratado hidrotemnicamente	40 g/L	10 g/L

(Exemplo de Referência 5) Etapa de Tratamento por Amônia de Biomassa que contém Celulose Seguida por Hidrólise Enzimática [0102] O processo de hidrólise de uma biomassa que contém celulose em Etapa (1) é descrito abaixo por meio de um exemplo, em que 5,0 a 100% em peso de amônia aquosa e uma enzima foram usados para hidrolisar uma biomassa que contém celulose. Como a biomassa que contém celulose, palha de arroz que foi pulverizado em pedaços de 2 mm foi usada. A biomassa que contém celulose foi alimentada a um reator compacto (fabricado por Taiatsu Techno Corporation, TVSN2 30 ml), e resfriado com nitrogênio líquido. Nesse reator, gás de amônia foi fluido, e a amostra foi completamente embebida em amônia líquida. A tampa do reator foi fechada e o reator foi deixado em repouso em temperatura ambiente por cerca de 15

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49/69 minutos. Subsequentemente, o reator foi processado em um banho de óleo em 150 °C por 30 minutos. Após isso, o reator foi removido do banho de óleo, e o gás de amônia foi vazado em um coifa, seguido por aspirar o lado de dentro do reator em 10 Pa com uma bomba de vácuo, que seca, desse modo, a biomassa que contém celulose. A biomassa que contém celulose processada foi misturada com água pura por agitação de tal modo que a concentração da matéria sólida fosse de 15% em peso, e o pH foi ajustado para cerca de 5mPa.s (5 cp), ácido sulfúrico. Para essa mistura, Accellerase 1500 e XY (Genencor Kyowa) foram adicionados, para desempenhar reação de hidrólise com agitação em 50 °C por 1 dia. Após isso, tratamento de pressão em filtro foi realizado para separar e remover celulose não degradada e lignina, para obter uma solução aquosa que contém açúcares (doravante no presente documento referida como um líquido sacarificado tratado por amônia). A turvação do líquido de açúcar tratado por amônia era de 8,33 mg/L (25 NTU). As composições de inibidores de fermentação e monossacarídeos contidos no líquido sacarificado enzimaticamente tratado por amônia eram conforme mostradas nas Tabelas 7 a 9.

Tabela7

Quantificação de inibidores de fermentação 1

	Ácido fórmico	Ácido acético	HMF	Furfural
Líquido sacarificado tratado por amônia	1,1 g/L	0,5 g/L	12 mg/L	5 mg/L

Tabela8

Quantificação de inibidores de fermentação 2

	Vanilina	Ácido cumárico	Ácido ferúlico
Líquido sacarificado tratado por amônia	20 mg/L	18 mg/L	2 mg/L

Tabela9

Quantificação de monossacarídeos

	Glicose	Xilose
Líquido sacarificado tratado por amônia	40 g/L	24 g/L

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50/69 (Exemplo 1) Adição de Polímero Aniônico [0103] O líquido sacarificado tratado por ácido sulfúrico diluído obtido em Exemplo de Referência 3 foi filtrado através de uma membrana de microfiltração (Stericup, fabricada por Millipore, tamanho de poro, 0,22 pm). O filtrado obtido foi dividido em alíquotas de 500 ml, e tripolifosfato de sódio (peso molecular por média ponderada: 368, fabricado por Kanto Chemical Co., Ltd.), que é um polifosfato inorgânico, ou poliacrilato de sódio (peso molecular por média ponderada: 2,000 em GPC, fabricado por Sigma Aldrich), que é um policarboxilato, foi adicionado ao mesmo como um polímero aniônico em 5 mg/L. Cada líquido obtido por adição do polímero foi sujeito a um teste de permeação de membrana com o uso de uma unidade de membrana plana SEPA CF-II (fabricada por GE Osmonics), que pode ser usada como um testador de filtração compacto para um módulo enrolado em espiral. Como a membrana, uma membrana de nanofiltração de série GE SEPA-DK (fabricada por GE Osmonics) ou uma membrana RO de pressão ultrabaixa UTC70U foi usada. O teste de permeabilidade foi realizado sob as condições de uma velocidade linear de superfície de 20 cm/seg. e um fluxo de filtração de 0,2 m/D. Os resultados são mostrados na Tabela 10 (para os casos em que uma membrana de nanofiltração foi usada) e Tabela 11 (para os casos em que uma membrana RO de pressão ultrabaixa foi usada). Nessas tabelas, as taxas de permeação (%) de glicose, ácido fórmico, ácido acético, furfural e ácido ferúlico são valores calculados medindo-se necessariamente suas concentrações no lado permeado e dividindo-se os valores medidos pelas concentrações mostradas nos Exemplos de Referência acima, seguido por multiplicar os valores obtidos por 100. A medição foi realizada em uma temperatura constante de 25 °C após confirmar que a alteração de pH pela adição do polímero era menor que 0,05. Como um resultado, foi verificado que adição de tripolifosfato de sódio ou poliacrilato de sódio como uma solução de polímero aniônico aquosa aumenta as taxas de

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51/69 permeação de ácido fórmico, ácido acético e ácido ferúlico, como comparado ao Exemplo Comparativo 1 descrito posteriormente, em que esses polímeros não foram adicionados.

Tabela 10

Uso de uma membrana de nanofiltração

Aditivo	Nome de substância dissolvida	Taxa de permeação
Tripolifosfato de sódio	Glicose	3%
Ácido fórmico	90%
Ácido acético	86%
Furfural	98%
Ácido ferúlico	64%
Poliacrilato de sódio	Glicose	3%
Ácido fórmico	88%
Ácido acético	82%
Furfural	98%
Ácido ferúlico	64%

Tabela 11

Uso de uma membrana RO de pressão ultrabaixa

Aditivo	Nome de substância dissolvida	Taxa de permeação
Tripolifosfato de sódio	Glicose	0,50%
Ácido fórmico	84%
Ácido acético	70%
Furfural	50%
Ácido ferúlico	15%
Poliacrilato de sódio	Glicose	0,50%
Ácido fórmico	80%
Ácido acético	66%
Furfural	50%
Ácido ferúlico	14%

(Exemplo Comparativo 1) Nenhuma adição de Polímero, ou Adição de Polímero Catiônico

O filtrado obtido por tratamento por membrana de microfiltração no

Exemplo 1 foi dividido em alíquotas de 500 ml, e nenhum polímero foi adicionado

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52/69 ao mesmo, ou polietileneimina (peso molecular por média ponderada, cerca de 600; fabricado por Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) como um polímero catiônico foi adicionado ao mesmo em 5 mg/L. Cada líquido obtido por adição ou sem adição do polímero foi sujeito a um teste de permeação de membrana com o uso de uma unidade de membrana plana SEPA CF-II (fabricada por GE Osmonics), que pode ser usada como um testador de filtração compacto para um módulo enrolado em espiral. Como a membrana, uma membrana de nanofiltração de série GE SEPA-DK (fabricada por GE Osmonics) ou uma membrana RO de pressão ultrabaixa UTC70U (fabricada por Toray Industries, Inc.) foi usada. O teste de permeabilidade foi realizado sob as condições de uma velocidade linear de superfície de 20 cm/seg. e um fluxo de filtração de 0,5 m/D. Os resultados são mostrados na Tabela 12 e na Tabela 13. Nessas tabelas, as taxas de permeação (%) de glicose, ácido fórmico, ácido acético, furfural e ácido cumárico são valores calculados medindo-se necessariamente suas concentrações no lado permeado e dividindo-se os valores medidos pelas concentrações mostradas nos Exemplos de Referência acima, seguido por multiplicar os valores obtidos por 100. A medição foi realizada em uma temperatura constante de 25 °C após confirmar que a alteração de pH pela adição do polímero era menor que 0,05. Como um resultado, foi verificado que os casos sem adição de um polímero mostraram taxas de permeação menores de ácido fórmico, ácido acético e ácido ferúlico que nos casos do Exemplo 1, em que um polímero aniônico foi adicionado, e que os casos em que o polímero catiônico polietileneimina foi adicionado mostraram taxas de permeação até menores de ácido fórmico, ácido acético e ácido ferúlico que os casos sem adição de um polímero.

Tabela 12

Uso de uma membrana de nanofiltração

Aditivo

Nome de substância

Taxa de permeação

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53/69

	dissolvida
Nenhum	Glicose	3%
Ácido fórmico	82%
Ácido acético	76%
Furfural	98%
Ácido ferúlico	60%
Polietileneimina	Glicose	2%
Ácido fórmico	75%
Ácido acético	70%
Furfural	94%
Ácido ferúlico	56%

Tabela 13

Uso de uma membrana de filtração inversa

Aditivo	Nome de substância dissolvida	Taxa de permeação
Nenhum	Glicose	0,50%
Ácido fórmico	75%
Ácido acético	60%
Furfural	50%
Ácido ferúlico	10%
Polietileneimina	Glicose	0,50%
Ácido fórmico	70%
Ácido acético	52%
Furfural	48%
Ácido ferúlico	8%

(Exemplo 2) [0104] Cada um do líquido tratado hidrotermicamente e do líquido sacarificado tratado hidrotermicamente obtidos no Exemplo de Referência 4 foram filtrados através de uma membrana de microfiltração (Stericup, fabricada por Millipore, tamanho de poro, 0,22 pm). Uma vez que processamento em larga escala do líquido tratado hidrotermicamente com a membrana de microfiltração foi difícil, seu tratamento por filtração foi realizado enquanto a superfície de membrana foi lavada após filtração de cada 100 ml. O filtrado obtido foi dividido em alíquotas de 500 ml, e, similarmente ao Exemplo 1, tripolifosfato de sódio ou poliacrilato de sódio foi adicionado ao mesmo em 5 mg/L. Similarmente ao

Exemplo 1, cada líquido obtido por adição do polímero foi sujeito a um teste de

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54/69 permeação de membrana com o uso de uma unidade de membrana plana SEPA CF-II (fabricada por GE Osmonics). Como a membrana, uma membrana de nanofiltração de série GE SEPA-DK (fabricada por GE Osmonics) foi usada. O teste de permeabilidade foi realizado sob as condições de uma velocidade linear de superfície de 20 cm/seg. e um fluxo de filtração de 0,2 m/D. Os resultados são mostrados na Tabela 14 (para os resultados de filtração do líquido tratado hidrotermicamente) e na Tabela 15 (para os resultados de filtração do líquido sacarificado tratado hidrotermicamente). Nessas tabelas, a taxa de permeação (%) de glicose é um valor calculado medindo-se necessariamente sua concentração no lado permeado e dividindo-se o valor medido pela concentração mostrada nos Exemplos de Referência acima, seguido por multiplicar o valor obtido por 100. A medição foi realizada em uma temperatura constante de 25 °C após confirmar que a alteração de pH pela adição do polímero era menor que 0,05. Como um resultado, foi verificado que adição de especialmente tripolifosfato de sódio como uma solução de polímero aniônico aquosa no líquido de açúcar antes do tratamento por membrana de nanofiltração aumenta as taxas de permeação de ácido fórmico, ácido acético e ácido ferúlico como comparado ao Exemplo Comparativo 2 em que o polímero não foi adicionado. Adicionalmente, poliacrilato de sódio também foi eficaz para aprimoramento dessa taxas de permeação, embora o efeito tenha sido menor que aquele de tripolifosfato de sódio.

Tabela 14

Resultados de filtração de líquido tratado hidrotermicamente
Aditivo	Nome de substância dissolvida	Taxa de permeação
Tripolifosfato de sódio	Glicose	3%
	Ácido fórmico	96%
	Ácido acético	90%
	Furfural	96%
	Ácido ferúlico	72%
Poliacrilato de sódio	Glicose	2%
	Ácido fórmico	85%

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55/69

Resultados de filtração de líquido tratado hidrotermicamente
	Ácido acético	75%
	Furfural	96%
	Ácido ferúlico	60%

Tabela 15

Resultados de filtração de líquido sacarificado tratado hidrotermicamente

Aditivo	Nome de substância dissolvida	Taxa de permeação
Tripolifosfato de sódio	Glicose	2%
Ácido fórmico	90%
Ácido acético	86%
Furfural	100%
Ácido ferúlico	70%
Poliacrilato de sódio	Glicose	2%
Ácido fórmico	84%
Ácido acético	78%
Furfural	96%
Ácido ferúlico	60%

(Exemplo Comparativo 2) [0105] Cada filtrado obtido por tratamento por membrana de microfiltração no Exemplo 2 foi divido em alíquotas de 500 ml, e nenhum polímero foi adicionado ao mesmo, ou polietileneimina como um polímero catiônico foi adicionado ao mesmo em 5 mg/L. Cada líquido obtido por adição ou sem adição do polímero foi sujeito a um teste de permeação de membrana com o uso de uma unidade de membrana plana SEPA CF-II (fabricada por GE Osmonics), que pode ser usada como um testador de filtração compacto para um módulo enrolado em espiral. Como a membrana, uma membrana de nanofiltração de série GE SEPA-DK (fabricada por GE Osmonics) ou uma membrana RO de pressão ultrabaixa UTC70U (fabricada por Toray Industries, Inc.) foi usada. O teste de permeabilidade foi realizado sob as condições de uma velocidade linear de superfície de 20 cm/seg. e um fluxo de filtração de 0,5 m/D. Os resultados são mostrados na Tabela 16 e na Tabela 17. Nessas tabelas, as taxas de permeação (%) de glicose, ácido fórmico, ácido acético, furfural e ácido cumárico são valores calculados medindo-se necessariamente suas

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56/69 concentrações no lado permeado e dividindo-se os valores medidos pelas concentrações mostradas nos Exemplos de Referência acima, seguido por multiplicar os valores obtidos por 100. A medição foi realizada em uma temperatura constante de 25 °C após confirmar que a alteração de pH pela adição do polímero era menor que 0,05. Como um resultado, foi verificado que as taxas de permeação de ácido fórmico, ácido acético e ácido ferúlico foram piores que aquelas no Exemplo 2, em que um polímero aniônico foi adicionado antes de filtração com uma membrana de nanofiltração. Adicionalmente, foi verificado que adição do polímero catiônico polietileneimina não é eficaz para, ou leva a uma taxa de permeação baixa de, qualquer uma das substâncias.

Tabela 16

Resultados de filtração de líquido tratado hidrotermicamente

Aditivo/quantidade	Nome de substância dissolvida	Taxa de permeação
Nenhum	Glicose	2%
Ácido fórmico	80%
Ácido acético	74%
Furfural	96%
Ácido ferúlico	60%
Polietileneimina 5 mg/L	Glicose	2%
Ácido fórmico	70%
Ácido acético	65%
Furfural	92%
Ácido ferúlico	50%

Tabela 17

Resultados de filtração de líquido sacarificado tratado hidrotermicamente

Aditivo/quantidade	Nome de substância dissolvida	Taxa de permeação
Nenhum	Glicose	3%
Ácido fórmico	80%
Ácido acético	76%
Furfural	98%
Ácido ferúlico	60%
Polietileneimina 5 mg/L	Glicose	2%
Ácido fórmico	80%
Ácido acético	62%
Furfural	94%
Ácido ferúlico	50%

(Exemplo 3) [0106] Cada líquido sacarificado tratado por amônia obtido no

Exemplo de Referência 5 foi filtrado através de uma membrana de

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57/69 microfiltração (Stericup, fabricada por Millipore; tamanho de poro, 0,22 pm). O filtrado obtido foi dividido em alíquotas de 500 ml, e tripolifosfato de sódio, que é um polímero de fosfato inorgânico, ou poliacrilato de sódio, que é um polímero de policarboxilato, foi adicionado ao mesmo como um polímero aniônico em 5 mg/L ou 50 mg/L. Cada líquido obtido por adição do polímero foi sujeito a um teste de permeação de membrana com o uso de uma unidade de membrana plana SEPA CF-II (fabricada por GE Osmonics), que pode ser usada como um testador de filtração compacto para um módulo enrolado em espiral. Como a membrana, uma membrana RO de pressão ultrabaixa UTC70U foi usada. O teste de permeabilidade foi realizado sob as condições de uma velocidade linear de superfície de 20 cm/seg. e um fluxo de filtração de 0,2 m/D. Os resultados são mostrados na Tabela 18. Nessa tabela, as taxas de permeação (%) de glicose, ácido fórmico, ácido acético, furfural e ácido ferúlico são valores calculados medindo-se necessariamente suas concentrações no lado permeado e dividindo-se os valores medidos pelas concentrações mostradas nos Exemplos de Referência acima, seguido por multiplicar os valores obtidos por 100. A medição foi realizada em uma temperatura constante de 25 °C após confirmar que a alteração de pH pela adição do polímero era menor que 0,05. Como um resultado, foi verificado que adição de tripolifosfato de sódio ou poliacrilato de sódio como um solução de polímero aniônico aquosa ao líquido de açúcar antes do tratamento por membrana de osmose reversa aumenta as taxas de permeação de ácido fórmico, ácido acético e ácido ferúlico como comparado ao Exemplo Comparativo 3, em que esses polímeros não foram adicionados.

Tabela 18

Resultados de filtração através de uma membrana RO de pressão ultrabaixa (tratamento por amônia)

Aditivo/quantidade	Nome de substância dissolvida	Taxa de permeação
Tripolifosfato de sódio	Glicose	0,50%

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58/69

5 mg/L	Ácido fórmico	90%
	Ácido acético	75%
Furfural	53%
Ácido ferúlico	20%
Poliacrilato de sódio 5 mg/L	Glicose	0,50%
Ácido fórmico	80%
Ácido acético	70%
Furfural	50%
Ácido ferúlico	15%
Tripolifosfato de sódio 50 mg/L	Glicose	0,50%
Ácido fórmico	87%
Ácido acético	72%
Furfural	50%
Ácido ferúlico	18%
Poliacrilato de sódio 50 mg/L	Glicose	0,50%
Ácido fórmico	76%
Ácido acético	65%
Furfural	50%
Ácido ferúlico	12%

(Exemplo Comparativo 3) [0107] O filtrado obtido por tratamento por membrana de microfiltração no Exemplo 3 foi dividido em alíquotas de 500 ml, e nenhum polímero foi adicionado ao mesmo, ou polietileneimina como um polímero catiônico foi adicionado ao mesmo em 5 mg/L ou não mais que 50 mg/L. Cada líquido obtido por adição ou sem adição do polímero foi sujeito a um teste de permeação de membrana com uso de uma unidade de membrana plana SEPA CF-II (fabricada por GE Osmonics), que pode ser usada como um testador de filtração compacto para um módulo enrolado em espiral. Como a membrana, uma membrana de nanofiltração de série GE SEPA-DK (fabricada por GE Osmonics) ou uma membrana RO de pressão ultrabaixa UTC70U (fabricada por Toray Industries, Inc.) foi usada. O teste de permeabilidade foi realizado sob as condições de uma velocidade linear de superfície de 20 cm/seg. e um fluxo de filtração de 0,5 m/D. Os resultados são mostrados na Tabela 19. Nessa tabela,

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59/69 as taxas de permeação (%) de glicose, ácido fórmico, ácido acético, furfural e ácido cumárico são valores calculados medindo-se necessariamente suas concentrações no lado permeado e dividindo-se os valores medidos pelas concentrações mostradas nos Exemplos de Referência acima, seguido por multiplicar os valores obtidos por 100. A medição foi realizada em uma temperatura constante de 25 °C após confirmar que a alteração de pH pela adição do polímero era menor que 0,05. Como um resultado, foi verificado que as taxas de permeação de ácido fórmico, ácido acético e ácido ferúlico foram piores que aquelas no Exemplo 3, em que um polímero aniônico foi adicionado antes da filtração com uma membrana de nanofiltração. Adicionalmente, foi verificado que adição do polímero catiônico polietileneimina não é eficaz para, ou leva a uma taxa de permeação baixa de, qualquer uma das substâncias.

Tabela 19

Uso de uma membrana de filtração inversa

Aditivo/quantidade	Nome de substância dissolvida	Taxa de permeação
Nenhum	Glicose	0,50%
Ácido fórmico	75%
Ácido acético	60%
Furfural	50%
Ácido ferúlico	10%
Polietileneimina 5 mg/L	Glicose	0,30%
Ácido fórmico	70%
Ácido acético	52%
Furfural	45%
	Ácido ferúlico	7%
Polietileneimina 50 mg/L	Glicose	0,20%
Ácido fórmico	65%
Ácido acético	50%
Furfural	40%
Ácido ferúlico	5%

(Exemplo 4) [0108] O líquido sacarificado tratado por amônia obtido no Exemplo de Referência 5 foi filtrado através de uma membrana de microfiltração (Stericup, fabricada por Millipore; tamanho de poro, 0,22 pm). O filtrado obtido foi dividido em alíquotas de 500 ml, e, similarmente ao Exemplo 1, tripolifosfato de sódio ou poliacrilato de sódio foi adicionado ao mesmo como um polímero aniônico em

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0,05 g/L ou 500 mg/L. Cada líquido obtido por adição do polímero foi sujeito a um teste de permeação de membrana com o uso de uma unidade de membrana plana SEPA CF-II (fabricada por GE Osmonics), que pode ser usada como um testador de filtração compacto para um módulo enrolado em espiral. Como a membrana, uma membrana RO de pressão ultrabaixa UTC70U foi usada. O teste de permeabilidade foi realizado sob as condições de uma velocidade linear de superfície de 20 cm/seg. e um fluxo de filtração de 0,2 m/D. Os resultados são mostrados na Tabela 18. Nessa tabela, as taxas de permeação (%) de glicose, ácido fórmico, ácido acético, furfural e ácido ferúlico são valores calculados medindo-se necessariamente suas concentrações no lado permeado e dividindo-se os valores medidos pelas concentrações mostradas nos Exemplos de Referência acima, seguido por multiplicar os valores obtidos por 100. A medição foi realizada em uma temperatura constante de 25 °C após confirmar que a alteração de pH pela adição do polímero era menor que 0,05. Como um resultado, foi verificado que adição de tripolifosfato de sódio ou poliacrilato de sódio como um solução de polímero aniônico aquosa ao líquido de açúcar em 0,05 mg/L ou 500 mg/L antes do tratamento por membrana de osmose reversa aumenta as taxas de permeação de ácido fórmico, ácido acético e ácido ferúlico como comparado ao Exemplo Comparativo 3, em que esses polímeros não foram adicionados, embora os efeitos tenham sido menores que aqueles no Exemplo 3, em que a concentração era de 0,05 mg/L ou 500 mg/L

Tabela 20

Resultados de filtração através de uma membrana RO de pressão ultrabaixa (tratamento por amõnia, adição de quantidades diferentes de polímeros)

Aditivo/quantidade	Nome de substância dissolvida	Taxa de permeação
Tripolifosfato de sódio 0,05mg/L	Glicose	0,50%
Ácido fórmico	80%
Ácido acético	66%
Furfural	50%
Ácido ferúlico	12%
Poliacrilato de sódio 0,05mg/L	Glicose	0,50%
Ácido fórmico	78%
Ácido acético	64%

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61/69

Resultados de filtração através de uma membrana RO de pressão ultrabaixa (tratamento por amônia, adição de quantidades diferentes de polímeros)

	Furfural	50%
Ácido ferúlico	12%
Tripolifosfato de sódio 500mg/L	Glicose	0,50%
Ácido fórmico	86%
Ácido acético	70%
Furfural	50%
Ácido ferúlico	15%
Poliacrilato de sódio 500mg/L	Glicose	0,50%
Ácido fórmico	80%
Ácido acético	64%
Furfural	50%
Ácido ferúlico	12%

(Exemplo 5) [0109] O líquido sacarificado tratado por amônia obtido no Exemplo de Referência 5 foi filtrado através de uma membrana de microfiltração (Stericup, fabricada por Millipore; tamanho de poro, 0,22 pm). O filtrado obtido foi dividido em alíquotas de 500 ml, e, similarmente ao Exemplo 1, tripolifosfato de sódio ou poliacrilato de sódio foi adicionado ao mesmo como um polímero aniônico em 0,005 mg/L ou 5 g/L. Cada líquido obtido por adição do polímero foi sujeito a um teste de permeação de membrana com o uso de uma unidade de membrana plana SEPA CF-II (fabricada por GE Osmonics), que pode ser usada como um testador de filtração compacto para um módulo enrolado em espiral. Como a membrana, uma membrana RO de pressão ultrabaixa UTC70U foi usada. O teste de permeabilidade foi realizado sob as condições de uma velocidade linear de superfície de 20 cm/seg. e um fluxo de filtração de 0,2 m/D. Os resultados são mostrados na Tabela 18. Nessa tabela, as taxas de permeação (%) de glicose, ácido fórmico, ácido acético, furfural e ácido ferúlico são valores calculados medindo-se necessariamente suas concentrações no lado permeado e dividindo-se os valores medidos pelas concentrações mostradas nos Exemplos de Referência acima, seguido por multiplicar os valores obtidos por 100. A medição foi realizada em uma temperatura constante de 25 °C após confirmar

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62/69 que a alteração de pH pela adição do polímero era menor que 0,05. Como um resultado, adição de tripolifosfato de sódio ou poliacrilato de sódio como um solução de polímero aniônico aquosa ao líquido de açúcar em 0,005 g/L antes do tratamento por membrana de osmose reversa foi eficaz para a permeabilidade até certo ponto, embora o efeito tenha sido menor que aquele do Exemplo 3. Por outro lado, sua adição em 5 g/L foi eficaz, mas nenhum aprimoramento no efeito pode ser observado como comparado à adição em 500 mg/L ou menos no Exemplo 4.

Tabela 21

Aditivo/quantidade	Nome de substância dissolvida	Taxa de permeação
Tripolifosfato de sódio 0,005 mg/L	Glicose	0,50%
Ácido fórmico	75%
Ácido acético	62%
Furfural	50%
Ácido ferúlico	10%
Poliacrilato de sódio 0,005 mg/L	Glicose	0,50%
Ácido fórmico	75%
Ácido acético	62%
Furfural	50%
Ácido ferúlico	10%
Tripolifosfato de sódio 5 g/L	Glicose	0,50%
Ácido fórmico	86%
Ácido acético	70%
Furfural	50%
Ácido ferúlico	15%
Poliacrilato de sódio	Glicose	0,50%
5 g/L	Ácido fórmico	80%
Ácido acético	64%
Furfural	50%
Ácido ferúlico	12%

(Exemplo 6) [0110] Na mesma maneira que no Exemplo 2, cada um do líquido tratado hidrotermicamente e do líquido sacarificado tratado hidrotermicamente obtidos no Exemplo de Referência 4 foram filtrado através de uma membrana de microfiltração (Stericup, fabricada por Millipore, tamanho de poro, 0,22 pm). O filtrado obtido foi dividido em alíquotas de 500 ml, e hexametafosfato de sódio (peso molecular por média ponderada, 612; fabricado por Sigma Aldrich),

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63/69 poli(ácido acrílico-co-ácido maleico) (peso molecular por média ponderada, 3.000; fabricado por Sigma Aldrich) ou poliacrilato de sódio (peso molecular por média ponderada, 8000, fabricado por Sigma Aldrich) foi adicionado ao mesmo como um polímero de fosfato em 5 mg/L. Cada líquido obtido por adição do polímero foi sujeito a um teste de permeação de membrana com o uso de uma unidade de membrana plana SEPA CF-II (fabricada por GE Osmonics) na mesma maneira que no Exemplo 1. Como a membrana, uma membrana de nanofiltração de série GE SEPA-DK (fabricada por GE Osmonics) foi usada. O teste de permeabilidade foi realizado sob as condições de uma velocidade linear de superfície de 20 cm/seg. e um fluxo de filtração de 0,2 m/D. Os resultados são mostrados na Tabela 22 (resultados de filtração do líquido tratado hidrotermicamente) e Tabela 23 (resultados de filtração do líquido sacarificado tratado hidrotermicamente). Nessas tabelas, a taxa de permeação (%) de glicose é um valor calculado medindo-se necessariamente sua concentração no lado permeado e dividindo-se o valor medido pela concentração mostrada nos Exemplos de Referência acima, seguido por multiplicar os valores obtidos por 100. A medição foi realizada em uma temperatura constante de 25 °C após confirmar que a alteração de pH pela adição do polímero era menor que 0,05. Como um resultado, foi verificado que adição de hexametafosfato de sódio, poli(ácido acrílico-co-ácido maleico) ou poliacrilato de sódio como um solução de polímero aniônico aquosa ao líquido de açúcar antes do tratamento por membrana de nanofiltração aumenta as taxas de permeação de ácido fórmico, ácido acético e ácido cumárico como comparado ao Exemplo Comparativo 2 em que o tratamento por membrana de nanofiltração foi realizado sem adição de qualquer polímero.

Tabela 22

Resultados de filtração de líquido tratado hidrotermicamente

Aditivo	Nome de substância dissolvida	Taxa de permeação
Hexametafosfato de sódio	Glicose	3%

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64/69

Resultados de filtração de líquido tratado hidrotermicamente

	Ácido fórmico	98%
Ácido acético	92%
Furfural	96%
Ácido ferúlico	80%
Poli(ácido acrílico-co-ácido maleico)	Glicose	2%
Ácido fórmico	90%
Ácido acético	80%
Furfural	96%
Ácido ferúlico	70%
Poliacrilato de sódio (peso molecular por média ponderada, 8.000)	Glicose	2%
Ácido fórmico	90%
Ácido acético	80%
Furfural	98%
Ácido ferúlico	70%

Tabela 23

Resultados de filtração de líquido sacarificado tratado hidrotermicamente

Aditivo	Nome de substância dissolvida	Taxa de permeação
Hexametafosfato de sódio	Glicose	3%
Ácido fórmico	92%
Ácido acético	86%
Furfural	100%
Ácido ferúlico	72%
Poli(ácido acrílico-co-ácido maleico)	Glicose	2%
Ácido fórmico	84%
Ácido acético	80%
Furfural	96%
Ácido ferúlico	64%
Poliacrilato de sódio (peso molecular por média ponderada, 8.000)	Glicose	2%
Ácido fórmico	84%
Ácido acético	78%
Furfural	96%
Ácido ferúlico	60%

(Exemplo 7) Adição de Ambos Poliacrilato de sódio e Polifosfato [0111] O líquido tratado hidrotermicamente obtido no Exemplo de Referência 4 foi filtrado através de uma membrana de microfiltração (Stericup, fabricada por Millipore, tamanho de poro, 0,22 pm) enquanto a superfície de membrana foi lavada após filtração de cada 100 ml, para desempenhar tratamento por filtração. Para o filtrado obtido, tripolifosfato de sódio (peso molecular por média ponderada: 368) (fabricado por Rin Kagaku Kogyo Co.,Ltd.) e poliacrilato de sódio (peso molecular por média ponderada: 2.000) (fabricado por Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) foram adicionados de tal modo que cada um desses fosse contido em 5 mg/L. O líquido obtido por adição dos

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65/69 polímeros foi sujeito a um teste de permeação de membrana com o uso de uma unidade de membrana plana SEPA CF-II (fabricada por GE Osmonics) na mesma maneira que no Exemplo 1. Como a membrana, uma membrana de nanofiltração de série GE SEPA-DK (fabricada por GE Osmonics) foi usada. O teste de permeabilidade foi realizado sob as condições de uma velocidade linear de superfície de 20 cm/seg. e um fluxo de filtração de 0,2 m/D. Os resultados são mostrados na Tabela 24. Nessa tabela, a taxa de permeação (%) de glicose é um valor calculado medindo-se necessariamente sua concentração no lado permeado e dividindo-se o valor medido pela concentração mostrada nos Exemplos de Referência acima, seguido por multiplicar os valores obtidos por 100. A medição foi realizada em uma temperatura constante de 25 °C após confirmar que a alteração de pH pela adição do polímero era menor que 0,05. Como um resultado, foi verificado que adicionar ambos tripolifosfato de sódio e poliacrilato de sódio como soluções de polímero aniônico aquosas ao líquido de açúcar antes do tratamento por membrana de nanofiltração aumenta as taxas de permeação de ácido fórmico, ácido acético e ácido ferúlico, que são ácidos orgânicos, como comparado ao Exemplo Comparativo 2 (Tabela 16) em que nenhum polímero foi adicionado.

Tabela 24

Resultados de filtração de líquido tratado hidrotermicamente

Aditivo	Nome de substância dissolvida	Taxa de permeação
Mistura de Tripolifosfato de sódio / Poliacrilato de sódio	Glicose	2%
Ácido fórmico	96%
Ácido acético	90%
Furfural	96%
Ácido ferúlico	75%

(Exemplo Comparativo 4) Adição de Polímero Aniônico Insolúvel em Água [0112] O líquido tratado hidrotermicamente obtido no Exemplo de

Referência 4 foi filtrado através de uma membrana de microfiltração (Stericup,

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66/69 fabricada por Millipore, tamanho de poro, 0,22 pm) enquanto a superfície de membrana foi lavada após filtração de cada 100 ml, para desempenhar tratamento por filtração. Para o filtrado obtido, foram adicionados 5 mg de DIAION SK110 (fabricado por Mitsubishi Chemical Corporation), que é usado como uma resina de troca iônica, como um polímero aniônico insolúvel em água, e foi confirmado que o polímero não foi dissolvido. O líquido obtido após a adição foi sujeito a um teste de permeação de membrana com o uso de uma unidade de membrana plana SEPA CF-II (fabricada por GE Osmonics) na mesma maneira que no Exemplo 1. Como a membrana, uma membrana de nanofiltração de série GE SEPA-DK (fabricada por GE Osmonics) foi usada. O teste de permeabilidade foi realizado sob as condições de uma velocidade linear de superfície de 20 cm/seg. e um fluxo de filtração de 0,2 m/D. Entretanto, uma vez que a pressão de operação aumentou imediatamente após o início de filtração, a filtração foi terminada. Quando a unidade de membrana plana foi aberta e a superfície de membrana foi observada, fixação de SK110 à superfície de membrana e à malha separadora foi verificada, de modo que foi verificado que um polímero aniônico insolúvel em água não pode ser usado.

(Exemplo 8) Alterar pH [0113] O líquido sacarificado tratado hidrotermicamente obtido no Exemplo de Referência 4 foi filtrado através de uma membrana de microfiltração (Stericup, fabricada por Millipore, tamanho de poro, 0,22 pm). O filtrado obtido foi dividido em alíquotas de 500 ml, e tripolifosfato de sódio ou poliacrilato de sódio foi adicionado ao mesmo em 5 mg/L. Após isso, ácido sulfúrico ou hidróxido de sódio foi adicionado à mistura resultante para ajustar o pH para 3, 4, 5, 9 ou 11, e cada líquido resultante foi sujeito a um teste de permeação de membrana com o uso de uma unidade de membrana plana SEPA CF-II (fabricada por GE Osmonics) na mesma maneira que no Exemplo 1. Como a membrana, uma membrana de nanofiltração de série GE SEPA-DK (fabricada

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67/69 por GE Osmonics) foi usada. O teste de permeabilidade foi realizado sob as condições de uma velocidade linear de superfície de 20 cm/seg. e um fluxo de filtração de 0,2 m/D. Os resultados são mostrados na Tabela 25. A pressão de operação no teste também é mostrada na tabela. Nessa tabela, a taxa de permeação (%) de glicose é um valor calculado medindo-se necessariamente sua concentração no lado permeado e dividindo-se o valor medido pela concentração mostrada nos Exemplos de Referência acima, seguido por multiplicar os valores obtidos por 100. A medição foi realizada em uma temperatura constante de 25 °C após confirmar que a alteração de pH pela adição do polímero era menor que 0,05.

Tabela 25

Aditivo	Nome de substância dissolvida	Taxa de permeação
pH3	pH4	pH5	pH9	pH11
Tripolifosfato de sódio	Glicose	1%	2%	2%	2%	2%
Ácido fórmico	100%	100%	90%	50%	30%
Ácido acético	100%	92%	86%	36%	25%
Furfural	88%	95%	100%	100%	100%
Ácido ferúlico	88%	84%	70%	42%	15%
Pressão de operação	2,5 MPa	2,2 MPa	2,1 MPa	2,3 MPa	2,3 MPa
Poliacrilato de sódio	Glicose	1%	2%	2%	2%	2%
Ácido fórmico	100%	100%	84%	50%	84%
Ácido acético	100%	92%	78%	36%	78%
Furfural	88%	95%	96%	100%	96%
Ácido ferúlico	88%	84%	60%	42%	15%
Pressão de operação	2,5 MPa	2,2 MPa	2,1 MPa	2,3 MPa	2,3 MPa

(Exemplo Comparativo 5) Alterar pH (Adição de Nenhum

Polímero Aniônico) [0114] O líquido sacarificado tratado hidrotermicamente obtido no Exemplo de Referência 4 foi filtrado através de uma membrana de microfiltração (Stericup, fabricada por Millipore, tamanho de poro, 0,22 pm). O filtrado obtido foi dividido em alíquotas de 500 ml. Ácido sulfúrico ou hidróxido de sódio foi adicionado a cada alíquota para ajustar o pH para 3, 4, 5, 9 ou 11, e cada líquido resultante foi sujeito a um teste de permeação

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68/69 de membrana com o uso de uma unidade de membrana plana SEPA CF-II (fabricada por GE Osmonics) na mesma maneira que no Exemplo 1. Como a membrana, uma membrana de nanofiltração de série GE SEPA-DK (fabricada por GE Osmonics) foi usada. O teste de permeabilidade foi realizado sob as condições de uma velocidade linear de superfície de 20 cm/seg. e um fluxo de filtração de 0,2 m/D. Os resultados são mostrados na Tabela 26. A pressão de operação no teste também é mostrada na tabela. Nessa tabela, a taxa de permeação (%) de glicose é um valor calculado medindo-se necessariamente sua concentração no lado permeado e dividindo-se o valor medido pela concentração mostrada nos Exemplos de Referência acima, seguido por multiplicar os valores obtidos por 100. A medição foi realizada em uma temperatura constante de 25 °C após confirmar que a alteração de pH pela adição do polímero era menor que 0,05.

Tabela 26

Aditivo/ quantidade	Nome de substância dissolvida	Taxa de permeação
pH 3	pH 4	pH 5	pH 9	pH 11
Nenhum	Glicose	2%	3%	3%	3%	4%
Ácido fórmico	100%	92%	80%	33%	30%
Ácido acético	100%	88%	76%	25%	25%
Furfural	88%	95%	98%	100%	100%
Ácido ferúlico	88%	72%	60%	20%	15%
Pressão de operação	3,2 MPa	2,7 MPa	2,2 MPa	2,7 MPa	2,7 MPa

Aplicabilidade Industrial [0115] Pela presente invenção, inibidores de fermentação podem ser eficientemente removidos de uma solução de açúcar aquosa derivada de uma biomassa que contém celulose, e, por outro lado, um líquido de açúcar purificado que contém monossacarídeos, tal como glicose e xilose, pode ser produzido em pureza alta e em rendimento alto, de modo que uso do líquido de açúcar purificado como uma matéria-prima de

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69/69 fermentação permite acentuação das eficiências de produção fermentativa de vários produtos químicos.

Descrição de Símbolos

Sacarificação enzimática

Separação de sólido e líquido

Polímero aniônico

Membrana de microfiltração e/ou membrana de ultrafiltração

Membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa

Líquido de açúcar

Inibidor de fermentação

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1/2

Claims

Reivindicações

1. MÉTODO PARA PRODUZIR UM LÍQUIDO DE AÇÚCAR, caracterizado por dito método compreender concentrar uma solução de açúcar derivada de celulose aquosa com uma membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa, em que a dita concentração é realizada após adicionar um polímero aniônico solúvel em água à dita solução de açúcar derivada de celulose aquosa, para remover um inibidor(es) de fermentação no lado permeado da dita membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por dita solução de açúcar derivada de celulose aquosa a ser concentrada com a dita membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa ser um permeado de uma membrana de microfiltração e/ou membrana de ultrafiltração.
3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado por dito polímero aniônico solúvel em água compreender um polímero selecionado a partir do grupo que consiste em um sal de um polímero de fosfato; um polímero de fosfato; um sal de um polímero de policarboxilato; e um polímero de policarboxilato.
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por dito polímero aniônico solúvel em água ser um polifosfato inorgânico.
5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo pH da dita solução de açúcar derivada de celulose aquosa após adição do dito polímero aniônico solúvel em água ser de 4 a 9.
6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo dito polímero aniônico solúvel em água ser adicionado à dita solução de açúcar derivada de celulose aquosa a 0,5 mg/L a 500 mg/L.
7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo peso molecular médio ponderado do dito polímero aniônico

Petição 870190051899, de 03/06/2019, pág. 92/97

2/2 solúvel em água ser de 200 a 10.000.
8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo(s) dito(s) inibidor(es) de fermentação ser(em) um ou mais de ácidos orgânicos, compostos de furano que têm um grupo(s) de carboxila, e compostos fenólicos que têm um grupo(s) de carboxila.
9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo(s) dito(s) inibidor(es) de fermentação compreender(em) pelo menos ácido acético ou ácido fórmico.
10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por adicionalmente compreender filtrar um líquido de açúcar adicionalmente através de uma membrana de ultrafiltração que tem um peso molecular de corte de 500 a 2.000.
11. MÉTODO PARA PRODUZIR UM PRODUTO QUÍMICO, caracterizado pelo dito método compreender produzir um líquido de açúcar, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, e realizar uma cultura de fermentação de um micro-organismo que tem uma capacidade para produzir um produto químico usando o referido líquido de açúcar como uma matéria-prima de fermentação.