BR112015030015B1

BR112015030015B1 - Método e sistema para propagação de etanologênio para uso na produção de um produto de fermentação compreendendo etanol de biomassa

Info

Publication number: BR112015030015B1
Application number: BR112015030015-4A
Authority: BR
Inventors: Neelakantam V. Narendranath; David Charles Carlsson
Original assignee: Poet Research Incorporated
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2022-03-29
Also published as: CN105637083A; EP3004325A4; BR112015030015B8; BR112015030015A2; EP3004325A1; WO2014193344A1

Abstract

sistema para gerenciamento de levedura para facilitar a produ-ção de etanol a presente invenção trata de um sistema e método para gerenciar um etanológeno para o uso em biorrefinaria. o método para a propagação de etanológeno para o uso na produção de um produto de fermentação a partir de biomassa compreende as etapas de: fornecer um meio para propagação de etanológeno; suprir uma primeira massa celular de etanológeno para o meio; suprir xilose para o meio como uma fonte de carbo-no para o etanológeno; e manter o meio que compreende a primeira massa de celular de etanológeno em um ph entre cerca de 5,0 e 6,0 e em uma temperatura entre cerca de 26 e cerca de 37 graus celsius, de modo que a primeira massa celular de etanoló-geno seja propagada em uma segunda massa celular de etanológeno. a segunda massa celular de etanológeno é maior do que a primeira massa celular de etanológeno. o sistema para a propagação de etanológeno para o uso na produção de um produto de fermentação a partir de biomassa compreende um primeiro estágio que compreende um primeiro recipiente configurado para manter um meio que compreende etanológeno; um segundo estágio que compreende um segundo recipiente configurado para manter um meio suprido a partir do primeiro estágio; uma fonte de xilose a ser fornecida para o meio como uma fonte de carbono para etanológeno no primeiro estágio; e uma fonte de xilose a ser fornecida para o meio como uma fonte de carbono para o etanológeno no segundo estágio. o etanológeno tem uma primeira massa celular quando suprido para o primeiro estágio e o etanológeno tem uma segunda massa celular quando suprido do primeiro estágio para o segundo estágio e o etanológeno tem uma terceira massa celular quando suprido do segundo estágio. a segunda massa celular é pelo menos 200 vezes maior do que a primeira massa celular. a terceira massa celular é pelo menos 20 vezes maior do que a segunda massa de celular.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

[001] O presente pedido reivindica a prioridade de e incorpora a título de refe-rência cada um dentre os seguintes pedidos: Pedido provisório no. de série U.S. 61/157.151, intitulado Propagation of Pentose Metabolizing Yeast Cells, depositado no dia 3 de março de 2009.

[002] O presente pedido está relacionado a e incorpora a título de referência os seguintes pedidos: (a) Pedido no. de série U.S. (número de registro legal P184 1250.1), intitulado System for Pre-Treatment of Biomass for the Production of Ethanol, depositado no dia 3 de março de 2010; e (b) pedido no. de série U.S. (número de registro legal P184 1280.1), intitulado System for Fermentation of Biomass for the Production of Ethanol, depositado no dia 3 de março de 2010.

CAMPO

[003] A presente invenção refere-se a um sistema para a produção de etanol celulósico e recuperação de outros bioprodutos. A presente invenção também se re-fere a um sistema para o gerenciamento de levedura para facilitar a produção de eta- nol. A presente invenção se refere adicionalmente a um método para a propagação de etanologênio (“ethanologen”) para o uso na produção de um produto de fermenta-ção a partir de biomassa.

ANTECEDENTES

[004] O etanol pode ser produzido a partir de matérias-primas à base de grão (por exemplo, milho, sorgo/milo, cevada, trigo, feijões soja, etc.), a partir de açúcar (por exemplo, a partir de cana de açúcar, beterrabas sacarinas, etc.) e a partir de biomassa (por exemplo, a partir de matérias-primas lignocelulósicas, tais como painço, espigas e restos culturais de milho, madeira ou outro material de planta).

[005] A biomassa compreende matéria vegetal que pode ser adequada para o uso direto como uma fonte de energia/combustível ou como uma matéria-prima para o processamento em outro bioproduto (por exemplo, um biocombustível, tal como eta- nol celulósico) produzido em uma biorrefinaria (tal como uma usina de etanol). A biomassa pode compreender, por exemplo, espigas e restos culturais de milho (por exemplo, caules e folhas) disponibilizados durante ou após a colheita dos grãos de milho, fibra a partir do grão de milho, painço, resíduo de fazenda ou agrícola, lascas de madeira ou outros resíduos de madeira, e outros materiais vegetais (desenvolvidos para o processamento em bioprodutos ou para outros propósitos). Para que seja usada ou processada, a biomassa será ceifada e coletada a partir do campo e transportada para o local onde deve ser usada ou processada.

[006] Em uma usina de etanol convencional que produz etanol a partir de mi-lho, o etanol é produzido a partir do amido. Os grãos de milho são limpos e moídos para preparar o material contendo amido para o processamento (os grãos de milho também podem ser fracionados para separar o material contendo amido (por exemplo, endosperma) a partir de outro material (tal como, fibra e germe)). O material contendo amido é transformado em uma pasta fluida com água e liquefeito para facilitar a sacarificação em que o amido é convertido em açúcar (por exemplo, glicose) e a fermentação em que a açúcar é convertida por um etanologênio (por exemplo, levedura) em etanol. O produto da fermentação (isto é, produto de fermentação) é produto alcoólico, a qual compreende um componente líquido que contém etanol e água e componentes solúveis, e um componente sólido que contém material particulado não fermentado (entre outras coisas). O produto de fermentação é enviado para um sistema de destilação. No sistema de destilação, o produto de fermentação é destilado e desidratado em etanol. O material residual (por exemplo, vinhoto total) compreende água, componentes solúveis, óleo e sólidos fermentados (isto é, os componentes sólidos do produto alcoólico com substancialmente todo o etanol removido que podem ser secos em grãos de destiladores secos (DDQ) e vendidos como um produto para alimentação de animais). Outros coprodutos, por exemplo, xarope (e o óleo contido no xarope), tam-bém podem ser recuperados a partir do vinhoto. A água removida a partir do produto de fermentação na destilação pode ser tratada para a reutilização na usina.

[007] Em uma biorrefinaria configurada para produzir etanol a partir de bio-massa, o etanol é produzido a partir de material lignocelulósico. A biomassa lignoce- lulósica compreende tipicamente celulose, hemicelulose e lignina. A celulose (um tipo de glucano) é um polissacarídeo que compreende monômeros de açúcar hexose (C6), tais como glicose ligada em cadeias lineares. A hemicelulose é um polissacarídeo de cadeia ramificada que pode compreender vários monômeros de açúcar pentose (C5) diferentes (tais como xilose e arabinose) e pequenas quantidades de monômeros de açúcar hexose (C6) em cadeias ramificadas.

[008] A biomassa é preparada de modo que os açúcares no material lignoce- lulósico (tal como glicose a partir da celulose e xilose a partir da hemicelulose) possam se tornar acessíveis e serem fermentados em um produto de fermentação a partir do qual o etanol pode ser recuperado. Após a fermentação, o produto de fermentação é enviado para o sistema de destilação, em que o etanol é recuperado por meio de destilação e desidratação. Outros bioprodutos, tais como lignina e ácidos orgânicos, também podem ser recuperados como subprodutos ou coprodutos durante o processamento de biomassa em etanol. A determinação de como preparar e tratar de modo mais eficaz a biomassa para a produção em etanol irá depender da fonte e do tipo ou composição da biomassa. A biomassa de tipos diferentes ou a partir de fontes diferentes é propensa a variar em propriedades e composição (por exemplo, quantidades relativas de celulose, hemicelulose, lignina e outros componentes). Por exemplo, a composição de lascas de madeira irá se diferir da composição de espigas de milho ou painço.

[009] Seria vantajoso fornecer um sistema para a produção de etanol celulósico. Também seria vantajoso fornecer um sistema para o gerenciamento de levedura para facilitar a produção de etanol. Seria adicionalmente vantajoso fornecer um sistema que fornece um ou mais recursos para facilitar o aprimoramento na eficiência e rendimento de etanol celulósico a partir de biomassa.

SUMÁRIO

[010] A presente invenção se refere a um método para a propagação de eta- nologênio para o uso na produção de um produto de fermentação a partir de biomassa. O método compreende as etapas de fornecer um meio para a propagação de etano- logênio; suprir uma primeira massa celular de etanologênio para o meio; suprir xilose para o meio como uma fonte de carbono para o etanologênio; e manter o meio que compreende a primeira massa celular de etanologênio em um pH entre cerca de 5,0 e 6,0 e em uma temperatura entre cerca de 26 e cerca de 37 graus Celsius, de modo que a primeira massa celular de etanologênio seja propagada em uma segunda massa celular de etanologênio. A segunda massa celular de etanologênio é maior do que a primeira massa celular de etanologênio.

[011] A presente invenção também se refere a um método para a propagação de etanologênio para o uso na produção de um produto de fermentação a partir de biomassa. O método compreende as etapas de fornecer um meio para a propagação de etanologênio; suprir uma primeira massa celular de etanologênio para o meio; for-necer um agente para o meio; fornecer um componente obtido a partir da biomassa para o meio como uma fonte de carbono para o etanologênio; e manter o meio que compreende a primeira massa celular de etanologênio em um pH entre cerca de 5,0 e 6,0 e em uma temperatura entre cerca de 26 e cerca de 37 graus Celsius, de modo que a primeira massa celular de etanologênio seja propagada em uma segunda massa celular de etanologênio. A segunda massa celular de etanologênio é maior do que a massa celular da primeira quantidade de etanologênio. A biomassa compreende material lignocelulósico; sendo que o material lignocelulósico compreende pelo menos um dentre espigas de milho, cascas de planta de milho, folhas de planta de milho e caules de planta de milho. O componente é obtido a partir do material lignocelulósico; sendo que o componente compreende pentose. Pentose compreende a fonte de carbono para o etanologênio. O etanologênio compreende células de levedura com capacidade para fermentar pentose em etanol.

[012] A presente invenção se refere adicionalmente a um sistema para a pro-pagação de etanologênio para o uso na produção de um produto de fermentação a partir de biomassa em um sistema de fermentação. O sistema compreende um pri-meiro estágio que compreende um primeiro recipiente configurado para manter um meio que compreende etanologênio; um segundo estágio que compreende um se-gundo recipiente configurado para manter um meio suprido a partir do primeiro está-gio; uma fonte de xilose a ser fornecida para o meio como uma fonte de carbono para etanologênio no primeiro estágio; e uma fonte de xilose a ser fornecida para o meio como uma fonte de carbono para o etanologênio no segundo estágio. O etanologênio tem uma primeira massa celular quando suprido para o primeiro estágio e o etanolo- gênio tem uma segunda massa celular quando suprido a partir do primeiro estágio para o segundo estágio e o etanologênio tem uma terceira massa celular quando suprido a partir do segundo estágio. O meio no primeiro recipiente é mantido em um pH entre cerca de 5,0 e 6,0 e em uma temperatura entre cerca de 26 e cerca de 37 graus Celsius, de modo que o etanologênio possa ser propagado na segunda massa celular; o meio no segundo recipiente é mantido em um pH entre cerca de 5,0 e 6,0 e em uma temperatura entre cerca de 26 e cerca de 37 graus Celsius, de modo que o etanolo- gênio possa ser propagado na terceira massa celular. A segunda massa celular é pelo menos 200 vezes maior do que a primeira massa celular. A terceira massa celular é pelo menos 20 vezes maior do que a segunda massa celular.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS E TABELAS

[013] A Figura 1A é uma vista em perspectiva de uma biorrefinaria que compreende uma instalação de produção de etanol celulósico.

[014] A Figura 1B é uma vista em perspectiva que compreende uma biorrefi- naria que compreende uma instalação de produção de etanol celulósico e uma instalação de produção de etanol à base de milho.

[015] A Figura 2 é um diagrama esquemático de um sistema para o recebi-mento e preparação de biomassa para uma instalação de produção de etanol celuló-sico.

[016] A Figura 3 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para a produção de etanol a partir de biomassa.

[017] As Figuras 4A, 4B e 4C são diagramas de blocos esquemáticos de sis-temas para o tratamento e processamento de componentes a partir da produção de etanol a partir de biomassa.

[018] As Figuras 5A e 5B são diagramas esquemáticos do fluxo de processo para sistemas para a produção de etanol a partir de biomassa.

[019] A Figura 6A é um diagrama de blocos esquemático do aparelho usado para a preparação, pré-tratamento e separação de biomassa.

[020] A Figura 6B é uma vista em perspectiva do aparelho usado para pré- tratar e separar a biomassa.

[021] A Figura 7A é um diagrama de blocos esquemático do fluxo de processo para um sistema para a produção de um produto de fermentação a partir de um componente líquido (C5).

[022] A Figura 7B é um diagrama de blocos esquemático do fluxo de processo de um sistema de acordo com uma modalidade exemplificadora.

[023] A Figura 7C é um diagrama de blocos esquemático do fluxo de processo de um sistema de acordo com uma modalidade exemplificadora.

[024] A Figura 8A é um diagrama de blocos esquemático do fluxo de processo de um sistema de acordo com uma modalidade exemplificadora.

[025] A Figura 8B é um diagrama de blocos esquemático do fluxo de processo de um sistema de acordo com uma modalidade exemplificadora.

[026] A Figura 9 é um diagrama esquemático de um sistema de acordo com uma modalidade exemplificadora.

[027] A Figura 10A é um gráfico de linhas que mostra o crescimento de etano- logênio com o uso de xilose.

[028] A Figura 10B é um gráfico de linhas que mostra o crescimento de etano- logênio com o uso de xilose.

[029] A Figura 11A é um gráfico de linhas que mostra o crescimento de etano- logênio.

[030] A Figura 11B é um gráfico de linhas que mostra o crescimento de etano- logênio.

[031] A Figura 12A é um gráfico de linhas que mostra o crescimento de etano- logênio com o uso de xilose.

[032] A Figura 12B é um gráfico de linhas que mostra o crescimento de etano- logênio com o uso de xilose e um componente líquido de biomassa.

[033] A Figura 12C é um gráfico de linhas que mostra o crescimento de etano- logênio com o uso de xilose e um componente líquido de biomassa tratado.

[034] A Figura 13A é um gráfico de linhas que mostra o crescimento de etano- logênio com o uso de xilose durante o segundo estágio de uma propagação em dois estágios.

[035] A Figura 13B é um gráfico de linhas que mostra o crescimento de etano- logênio com o uso de xilose durante o segundo estágio de uma propagação em dois estágios.

[036] A Figura 14A é um gráfico de linhas que mostra o crescimento de etano- logênio com o uso de um carregamento inicial de xilose durante o segundo estágio de uma propagação em dois estágios.

[037] A Figura 14B é um gráfico de linhas que mostra o crescimento de etano- logênio com o uso de uma alimentação de xilose contínua durante o segundo estágio de uma propagação em dois estágios.

[038] A Figura 15A é um gráfico de linhas que mostra o consumo de xilose e a produção de etanol por etanologênio tanto com como sem aeração.

[039] A Figura 15B é um gráfico de linhas que mostra o crescimento de etano- logênio tanto com como sem aeração.

[040] A Figura 16A é um gráfico que mostra o crescimento de etanologênio com o uso de xilose.

[041] A Figura 16B é um gráfico que mostra o crescimento de etanologênio com o uso de xilose.

[042] A Figura 16B é um gráfico que mostra o crescimento de etanologênio com o uso de glicose.

[043] As Tabelas 1A e 1B relacionam a composição de biomassa que compre- ende material lignocelulósico de origem vegetal a partir da planta de milho, de acordo com as modalidades representativas e exemplificadoras.

[044] As Tabelas 2A e 2B relacionam a composição do componente líquido de biomassa pré-tratada, de acordo com as modalidades representativas e exemplifica- doras.

[045] As Tabelas 3A e 3B relacionam a composição dos componentes sólidos de biomassa pré-tratada, de acordo com as modalidades representativas e exemplifi- cadoras.

[046] A Tabela 4 relaciona a composição do meio de crescimento de acordo com o Exemplo 1 ao Exemplo 4.

[047] As Tabelas 5A e 5B relacionam os resultados do uso de um sistema de acordo com o Exemplo 1A.

[048] As Tabelas 6A e 6B relacionam os resultados do uso de um sistema de acordo com o Exemplo 1B.

[049] As Tabelas 7A, 7B e 7C relacionam os resultados do uso de um sistema de acordo com o Exemplo 2.

[050] As Tabelas 8A e 8B relacionam os resultados do uso de um sistema de acordo com o Exemplo 3.

[051] As Tabelas 9A e 9B relacionam os resultados do uso de um sistema de acordo com o Exemplo 4.

[052] As Tabelas 10A e 10B relacionam os resultados do uso de um sistema de acordo com o Exemplo 5.

[053] As Tabelas 11A a 11C relacionam os resultados do uso de um sistema de acordo com o Exemplo 6.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[054] Com referência à Figura 1A, é mostrada uma biorrefinaria configurada para produzir etanol a partir de biomassa.

[055] De acordo com uma modalidade exemplificadora, a biorrefinaria é configurada para produzir etanol a partir de biomassa sob a forma de uma matéria-prima lignocelulósica, tal como material de origem vegetal a partir da planta de milho (por exemplo, restos culturais do milho e espigas de milho). A matéria-prima lignoceluló- sica, tal como o material lignocelulósico a partir da planta de milho, compreende celulose (a partir da qual os açúcares C6, tais como glicose, podem ser disponibilizados) e/ou hemicelulose (a partir da qual os açúcares C5, tais como xilose e arabinose, podem ser disponibilizados).

[056] Conforme mostrado na Figura 1A, a biorrefinaria compreende uma área em que a biomassa é liberada e preparada para ser suprida para a instalação de produção de etanol celulósico. A instalação de produção de etanol celulósico compreende aparelho para a preparação, pré-tratamento e tratamento da biomassa em biomassa tratada adequada para a fermentação em produto de fermentação em um sistema de fermentação. A instalação compreende um sistema de destilação em que o produto de fermentação é destilado e desidratado em etanol. Conforme mostrado na Figura 1A, a biorrefinaria pode compreender também um sistema de tratamento de resíduo (mostrado como compreendendo um digestor anaeróbico e um gerador). De acordo com outras modalidades alternativas, o sistema de tratamento de resíduo pode com-preender outros equipamentos configurados para tratar, processar e recuperar com-ponentes a partir do processo de produção de etanol celulósico, tal como uma caldeira de combustível de resíduo/sólido, digestor anaeróbico, digestor aeróbico ou outros reatores químicos ou bioquímicos.

[057] Conforme mostrado na Figura 1B, de acordo com uma modalidade exemplificadora, uma biorrefinaria pode compreender uma instalação de produção de etanol celulósico (a qual produz etanol a partir de material lignocelulósico e componentes da planta de milho) co-localizada com uma instalação de produção de etanol à base de milho (a qual produz etanol a partir de amido contido no componente de endosperma do grão de milho). Conforme indicado na Figura 1B, mediante a co-loca- lização das duas instalações de produção de etanol, determinados sistemas da usina podem ser compartilhados, por exemplo, os sistemas para a desidratação, armazenamento, desnaturação e transporte de etanol, sistemas de geração de energia/combus- tível para energia, sistemas de controle e gerenciamento da usina e outros sistemas. A fibra do milho (um componente do grão de milho) a qual pode ser disponibilizada quando o grão de milho é preparado para a moagem (por exemplo, por meio de fracionamento) na instalação de produção de etanol à base de milho, pode ser suprida para a instalação de produção de etanol celulósico como uma matéria-prima. As fontes de energia ou combustível, tais como metano ou lignina, a partir da instalação de produção de etanol celulósico podem ser usadas para suprir potência para qualquer uma ou ambas as instalações co-localizadas. De acordo com outras modalidades alternativas, uma biorrefinaria (por exemplo, uma instalação de produção de etanol celulósico) pode ser co-localizada com outros tipos de usinas e instalações, por exemplo, uma usina de energia elétrica, uma instalação de tratamento de resíduos, uma serraria, uma usina de papel ou uma instalação que processa produtos agrícolas.

[058] Com referência à Figura 2, é mostrado um sistema para a preparação de biomassa liberada para a biorrefinaria. O sistema de preparação de biomassa pode compreender aparelho para o recebimento/descarregamento da biomassa, limpeza (isto é, remoção de matéria estranha), trituração (isto é, moagem, redução ou densifi- cação) e transporte e transferência para o processamento na usina. De acordo com uma modalidade exemplificadora, a biomassa sob a forma de restos culturais e espigas de milho pode ser liberada para a biorrefinaria e armazenada (por exemplo, em fardos, pilhas ou caixas, etc.) e gerenciada para o uso na instalação. De acordo com uma modalidade preferencial, a biomassa pode compreender pelo menos 20 a 30 por cento de espigas de milho (em peso) com restos culturais e outro material. De acordo com outras modalidades exemplificadoras, o sistema de preparação da biorrefinaria pode ser configurado para preparar qualquer um dentre uma ampla variedade de tipos de biomassa (isto é, material de origem vegetal) para o tratamento e processamento em etanol e outros bioprodutos na usina.

[059] Com referência à Figura 3, é mostrado um diagrama esquemático da instalação de produção de etanol celulósico. De acordo com uma modalidade prefe-rencial, a biomassa que compreende material de origem vegetal a partir da planta de milho é preparada e limpa em um sistema de preparação. Após a preparação, a bio-massa é misturada com água em uma pasta fluida e é pré-tratada em um sistema de pré-tratamento. No sistema de pré-tratamento, a biomassa é decomposta (por exem-plo, por meio de hidrólise) para facilitar a separação em um componente líquido (por exemplo, um fluxo que compreende os açúcares C5) e componentes sólidos (por exemplo, um fluxo que compreende celulose a partir da qual os açúcares C6 podem ser disponibilizados). O componente líquido que contém açúcar C5 (fluxo de C5) e o componente sólido que contém açúcar C6 (fluxo de C6) podem ser tratados (conforme pode ser adequado) e fermentados em um sistema de fermentação. O produto de fermentação a partir do sistema de fermentação é suprido para um sistema de destilação em que o etanol é recuperado.

[060] Conforme mostrado nas Figuras 3 e 4A, os componentes removidos a partir do tratamento do fluxo de C5 podem ser tratados ou processados para recuperar subprodutos, tais como ácidos orgânicos e furfural. Conforme mostrado nas Figuras 3 e 4B, os componentes removidos a partir do tratamento do fluxo de C6, tal como lig- nina ou outros componentes, podem ser tratados ou processados em bioprodutos ou em combustível (tal como lignina para uma caldeira de combustível sólido ou metano produzido através do tratamento de material residual/removido, tal como ácidos e lig- nina em um digestor anaeróbico). Conforme mostrado nas Figuras 4A, 4B e 4C, os componentes removidos durante o tratamento e produção de etanol a partir da biomassa a partir de qualquer um dentre ou tanto do fluxo de C5 como do fluxo de C6 (ou na destilação) podem ser processados em bioprodutos (por exemplo, subprodutos ou coprodutos) ou recuperados para o uso ou reuso. Conforme mostrado na Figura 4C, os componentes removidos a partir do sistema de destilação (tais como, vinhoto ou sólidos removidos) ou a partir do tratamento do produto de fermentação antes da destilação (por exemplo, sólidos removidos e material particulado, os quais podem compreender lignina residual, etc.) podem ser tratados ou processados em bioprodu- tos ou combustível (por exemplo, metano produzido em um digestor anaeróbico).

[061] De acordo com uma modalidade preferencial, a biomassa compreende material de origem vegetal a partir da planta de milho, tal como espigas de milho, cascas e folhas e caules; a composição do material de origem vegetal (isto é, celulose, hemicelulose e lignina) será aproximadamente conforme indicado nas Tabelas 1A e 1B. De acordo com uma modalidade preferencial, o material de origem vegetal compreende espigas de milho, cascas/folhas e caules (isto é, após a limpeza/remoção de material estranho), por exemplo, o material de origem vegetal pode compreender (em peso) até 100 por cento de espigas, até 100 por cento de cascas/folhas, aproximada-mente 50 por cento de espigas e aproximadamente 50 por cento de cascas/folhas, aproximadamente 30 por cento de espigas e aproximadamente 50 por cento de cas- cas/folhas e aproximadamente 20 por cento de caules, ou quaisquer outras combinações de espigas, cascas/folhas e caules a partir da planta de milho. Consulte a Tabela 1A. De acordo com uma modalidade exemplificadora, os caules de milho compreendem a metade superior ou porção de três quartos do caule. De acordo com uma modalidade alternativa, o material lignocelulósico de origem vegetal pode compreender fibra a partir do grão de milho (por exemplo, em alguma combinação com outro material de origem vegetal). A Tabela 1B fornece faixas típicas e esperadas que são consideradas como representativas da composição de biomassa que compreende material lignocelulósico a partir da planta de milho. De acordo com as modalidades exem- plificadoras, o material lignocelulósico de origem vegetal da biomassa (a partir da planta de milho) irá compreender (em peso) celulose em cerca de 30 a 55 por cento, hemicelulose em cerca de 20 a 50 por cento, e lignina em cerca de 10 a 25 por cento; de acordo com uma modalidade particularmente preferencial, o material lignoceluló- sico de origem vegetal da biomassa (espigas, cascas/folhas e porções de caule a partir da planta de milho) irá compreender (em peso) celulose em cerca de 35 a 45 por cento, hemicelulose em cerca de 24 a 42 por cento, e lignina em cerca de 12 a 20 por cento. De acordo com uma modalidade particularmente preferencial, o pré-tratamento da biomassa irá render um componente líquido que compreende (em peso) xilose em não menos do que 1,0 por cento e um componente sólido que compreende (em peso) celulose (a partir da qual a glicose pode ser disponibilizada) em não menos do que 45 por cento.

[062] Com referência às Figuras 5A e 5B, são mostradas as modalidades exemplificadoras de sistemas para a produção de etanol a partir de biomassa. Conforme mostrado nas Figuras 5A e 5B, a biomassa é pré-tratada em um sistema de pré-tratamento e, então, separada em um componente líquido e um componente sólido.

[063] De acordo com uma modalidade preferencial, no sistema de pré-trata-mento, um ácido será aplicado à biomassa preparada para facilitar a decomposição da biomassa para a separação no componente líquido (fluxo de C5 a partir do qual os açúcares C5 fermentáveis podem ser recuperados) e o componente sólido (fluxo de C6 a partir do qual os açúcares C6 fermentáveis podem ser acessados). De acordo com uma modalidade preferencial, o ácido pode ser aplicado à biomassa em um vaso de reação sob condições de operação determinadas (isto é, concentração de ácido, pH, temperatura, tempo, pressão, carregamento de sólidos, taxa de fluxo, suprimento de vapor ou água de processo, etc.) e a biomassa pode ser agitada/misturada no vaso de reação para facilitar a decomposição da biomassa. De acordo com modalidades exemplificadoras, um ácido, tal como ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido nítrico, ácido fosfórico, ácido acético, etc. (ou uma formulação/mistura de ácidos) pode ser aplicado à biomassa. De acordo com uma modalidade particularmente preferencial, ácido sulfúrico será aplicado à biomassa no pré-tratamento.

[064] O componente líquido (fluxo de C5) compreende água, açúcares dissolvidos (tais como xilose, arabinose e glicose) a serem disponibilizados para a fermentação em etanol, ácidos e outros componentes solúveis recuperados a partir da hemi- celulose. (A Tabela 2B fornece faixas típicas e esperadas que são consideradas como representativas da composição de biomassa que compreende material lignocelulósico a partir da planta de milho). De acordo com uma modalidade exemplificadora, o componente líquido pode compreender aproximadamente 5 a 7 por cento de sólidos (isto é, sólidos suspensos/residuais, tais como lignina, celulose e hemicelulose parcialmente hidrolisada). De acordo com uma modalidade particularmente preferencial, o componente líquido irá compreender pelo menos 2 a 4 por cento de xilose (em peso). De acordo com outras modalidades exemplificadoras, o componente líquido irá com-preender não menos do que 1 a 2 por cento de xilose (em peso). As Tabelas 2A e 2B relacionam a composição do componente líquido de biomassa pré-tratada (a partir da biomassa preparada conforme indicado nas Tabelas 1A e 1B) de acordo com modali-dades representativas e exemplificadoras.

[065] O componente sólido (fluxo de C6) compreende água, ácidos e sólidos, tais como celulose a partir da qual o açúcar, tal como glicose, pode ser disponibilizado para a fermentação em etanol e lignina. (A Tabela 3B fornece faixas típicas e esperadas que são consideradas como representativas da composição de biomassa que compreende material lignocelulósico a partir da planta de milho). De acordo com uma modalidade exemplificadora, o componente sólido pode compreender aproximadamente 10 a 40 por cento de sólidos (em peso) (após a separação). De acordo com uma modalidade particularmente preferencial, o componente sólido irá compreender aproximadamente 20 a 30 por cento de sólidos (em peso). De acordo com uma modalidade preferencial, os sólidos no componente sólido compreendem não menos do que 30 por cento de celulose e o componente sólido pode compreender também outros açúcares dissolvidos (por exemplo, glicose e xilose). As Tabelas 3A e 3B relacionam a composição do componente sólido de biomassa pré-tratada (a partir da biomassa preparada conforme indicado nas Tabelas 1A e 1B) de acordo com modalidades representativas e exemplificadoras.

[066] Durante o pré-tratamento, a severidade de condições de operação (tais como pH, temperatura e tempo) pode causar a formação de componentes que são inibitórios para a fermentação. Por exemplo, sob algumas condições, a desidratação de açúcares C5 (tais como xilose ou arabinose) pode causar a formação de furfural e/ou hidróxi metil furfural (HMF). Ácido acético pode também ser formado, por exem-plo, quando o acetato é liberado durante a decomposição de celulose no pré-trata-mento. Ácido sulfúrico, o qual pode ser adicionado à biomassa preparada para facilitar o pré-tratamento, se não removido ou neutralizado, pode também ser inibitório para a fermentação. De acordo com uma modalidade exemplificadora, mediante o ajuste de condições de pré-tratamento (tais como pH, temperatura e tempo), a formação de ini-bidores pode ser reduzida ou gerenciada. De acordo com outras modalidades exem- plificadoras, pode ser dado aos componentes da biomassa pré-tratada tratamento adicional para remover ou reduzir o nível de inibidores (ou outro material indesejável).

[067] Com referência às Figuras 5A e 5B, após o tratamento e separação, o fluxo de C5 e o fluxo de C6 são processados separadamente. Conforme mostrado, o fluxo de C5 e o fluxo de C6 podem ser processados separadamente antes da co- fermentação (fermentação de C5/C6 conforme mostrado na Figura 5A) ou processa-dos separadamente que inclui a fermentação separada (fermentação de C5 e fermentação de C6 separadas, conforme mostrado na Figura 5B).

[068] O tratamento do fluxo de C5 (componente líquido) da biomassa pode ser realizado em um esforço para remover componentes que são inibitórios para a fermentação eficaz (por exemplo, furfural, HMF, ácido sulfúrico e ácido acético) e lignina residual (ou outro material) que pode não ser fermentável a partir do componente de açúcar C5, de modo que os açúcares (por exemplo, xilose, arabinose, assim como outros açúcares, tais como glicose) estejam disponíveis para a fermentação. Os açúcares C5 no fluxo de C5 podem também ser concentrados para aprimorar a eficiência de fermentação (por exemplo, para aprimorar a titulação de etanol para a destilação).

[069] O tratamento do fluxo de C6 (componente sólido) da biomassa pode ser realizado para tornar os açúcares C6 disponíveis para a fermentação. De acordo com uma modalidade preferencial, a hidrólise (tal como hidrólise de enzima) pode ser realizada para acessar os açúcares C6 na celulose; o tratamento pode também ser realizado em um esforço para remover a lignina e outros componentes não fermentáveis no fluxo de C6 (ou para remover os componentes, tais como ácido residual ou ácidos que podem ser inibitórios para a fermentação eficaz).

[070] De acordo com uma modalidade exemplificadora mostrada na Figura 5A, após o pré-tratamento e separação, o fluxo de C5 e o fluxo de C6 podem ser tratados de maneira separada e subsequentemente combinados após o tratamento (por exemplo, uma pasta fluida) para a co-fermentação no sistema de fermentação para produzir um produto de fermentação C5/C6 a partir dos açúcares disponíveis (por exemplo, xilose e glicose); o produto de fermentação C5/C6 pode (após o tratamento, se houver) ser suprido para o sistema de destilação para a recuperação do etanol (por exemplo, através de destilação e desidratação). De acordo com uma modalidade exempli- ficadora mostrada na Figura 5B, o fluxo de C5 e o fluxo de C6 podem ser, cada um, separadamente processados através de fermentação e destilação (após o tratamento, se houver) para produzir etanol. De acordo com qualquer modalidade preferencial, um organismo de fermentação adequado (etanologênio) será usado no sistema de fermentação; a seleção de um etanologênio pode ser com base em diversas considerações, tais como os tipos predominantes de açúcares presentes na pasta fluida. A desidratação e/ou desnaturação do etanol produzido a partir do fluxo de C5 e do fluxo de C6 pode ser realizada separadamente ou em combinação.

[071] As Figuras 6A e 6B mostram o aparelho usado para a preparação, pré- tratamento e separação de biomassa lignocelulósica de acordo com uma modalidade exemplificadora. Conforme mostrado, a biomassa é preparada em um moedor (por exemplo, moedor ou outro aparelho adequado ou moinho). O pré-tratamento da bio-massa preparada é realizado em um vaso de reação (ou conjunto de vasos de reação) suprido com biomassa preparada e ácido/água em uma concentração predeterminada (ou pH) e outras condições de operação. Conforme mostrado na Figura 6B, a biomassa pré-tratada pode ser separada em uma centrífuga em um componente líquido (fluxo de C5 que compreende principalmente líquidos com alguns sólidos) e um componente sólido (fluxo de C6 que compreende líquidos e sólidos, tais como lignina e celulose, a partir dos quais a glicose pode ser disponibilizada através de tratamento adicional).

[072] Conforme mostrado nas Figuras 7A e 7B, um componente líquido (fluxo de C5) é introduzido em um sistema de tratamento. No sistema de tratamento, o fluxo de C5 pode ser tratado por meio de filtração e/ou por concentração em um componente líquido tratado que compreende açúcares disponíveis para a fermentação. O componente líquido tratado é suprido para um sistema de fermentação para produzir por meio da fermentação dos açúcares com um etanologênio (isto é, um organismo, tal como levedura) um produto de fermentação (que compreende etanol).

[073] De acordo com uma modalidade preferencial, o etanologênio compre-ende uma levedura derivada a partir de Saccharomyces cerevisiae recombinante ge-neticamente modificado. De acordo com uma modalidade particularmente preferen-cial, o etanologênio é uma cepa de levedura Saccharomyces cerevisiae alterada para converter xilose e glicose em etanol (uma levedura geneticamente modificada derivada a partir de um organismo conforme descrito na patente n° U.S. 7.622.284, atribuída a Royal Nedalco B.V.).

[074] Com referência à Figura 7B, um sistema de propagação é fornecido para o etanologênio (mostrado como levedura). No sistema de propagação, a levedura é suprida com um meio de crescimento (por exemplo, água e uma fonte de carbono, tal como açúcar) e um agente (por exemplo, nutrientes, etc.) para facilitar o crescimento de uma quantidade suficiente de levedura (isto é, massa celular de levedura) para inoculação (isto é, inóculo de levedura a ser suprido) ao sistema de fermentação.

[075] De acordo com uma modalidade exemplificadora, o meio de crescimento para o sistema de propagação irá compreender, por exemplo, um meio de extrato de levedura-peptona estéril, xilose como a fonte de carbono e outros agentes (por exemplo, nutrientes). Os agentes supridos com o etanologênio podem incluir antibióticos, enzimas suplementares ou auxiliares, nutrientes ou outros componentes que fornecem benefícios nutricionais ou outros benefícios para o organismo. Os nutrientes podem compreender extrato de levedura, ureia, fosfato de diamônio, sulfato de mag-nésio, sulfato de zinco ou outros sais, etc. De acordo com uma modalidade exemplifi- cadora, o inóculo de levedura é incubado sob condições que compreendem uma temperatura de cerca de 30 graus Celsius e um pH de cerca de 5,5 durante cerca de 17 horas. De acordo com modalidades alternativas, para desenvolver (inocular) a levedura no sistema de propagação, a temperatura pode ser mantida em uma faixa de cerca de 28 a 32 graus Celsius e no pH em uma faixa de cerca de 5,2 a 5,8 ou um tempo de pelo menos 12 horas.

[076] Com referência às Figuras 7C e 9, é mostrada uma modalidade exem- plificadora do sistema de propagação para o etanologênio (mostrado como levedura) que emprega dois estágios. Conforme mostrado na Figura 9, uma cultura de levedura pode ser desenvolvida em um inóculo de levedura inicial que pode ser fornecido para o primeiro estágio do sistema de propagação.

[077] No primeiro estágio de propagação, o inóculo de levedura inicial é transferido para um recipiente maior e diluído (por exemplo, em 250 x). No recipiente, o inóculo de levedura inicial e uma porção do fluxo de C5 (isto é, componente líquido que compreende açúcares C5/outros açúcares) e água podem ser supridos junto com agentes (tais como nutrientes) e levedura fresca. De acordo com uma modalidade preferencial, a levedura é desenvolvida no primeiro estágio de propagação sob condições que compreendem uma temperatura de cerca de 30 graus Celsius e um pH de cerca de 5,5 durante cerca de 24 horas. De acordo com outras modalidades exempli- ficadoras, a temperatura pode ser mantida em uma faixa de cerca de 26 a 37 graus e o pH em uma faixa de cerca de 3,5 a 6,5 durante um tempo de pelo menos 24 horas. No segundo estágio de propagação, o inóculo de levedura a partir do primeiro estágio de propagação é transferido para um recipiente maior e diluído (por exemplo, em 10 x). No recipiente, o inóculo de levedura a partir do primeiro estágio de propagação e uma porção do fluxo de C5 (isto é, componente líquido que compreende açúcares C5/outros açúcares) e água podem ser supridos junto com agentes (tais como nutri-entes) e levedura fresca. De acordo com uma modalidade preferencial, a levedura é desenvolvida no segundo estágio de propagação sob condições que compreendem uma temperatura de cerca de 30 graus Celsius e um pH de cerca de 5,5 durante cerca de 24 horas. De acordo com outras modalidades exemplificadoras, a temperatura pode ser mantida em uma faixa de cerca de 26 a 37 graus Celsius e o pH em uma faixa de cerca de 3,5 a 6,5 durante um tempo de pelo menos 24 horas. O produto de fermentação (o qual pode também ser mencionado como produto alcoólico ou caldo de fermentação ou como que compreende produto alcoólico ou caldo de fermentação) irá compreender etanol e água, assim como material não fermentado (por exemplo, quaisquer açúcares não fermentados) e material não fermentável (por exemplo, lig- nina residual e outros sólidos). O produto de fermentação também irá compreender sob a forma de material particulado o etanologênio (isto é, células de levedura) que foi usado para produzir etanol, assim como outros componentes produzidos pelo sistema de fermentação, por exemplo, tal como glicerol (um produto de fermentação) e ácido acético.

[078] Conforme mostrado nas Figuras 8A e 8B, de acordo com uma modali-dade exemplificadora, um sistema de tratamento para o produto de fermentação tam-bém pode ser fornecido. O sistema de tratamento pode compreender a separação do produto de fermentação em um componente líquido (isto é, um produto de fermenta-ção tratado, o qual irá compreender substancialmente etanol e água) e um compo-nente sólido (o qual irá compreender substancialmente material sólido, tal como o eta- nologênio/células de levedura). De acordo com uma modalidade preferencial, conforme mostrado na Figura 8B, a separação do produto de fermentação no componente líquido e componente sólido pode ser realizada em uma centrífuga. Conforme mostrado na Figura 8B, o componente sólido a partir do tratamento que compreende as células de levedura pode ser suprido para e reutilizado no sistema de fermentação (isto é, reciclado para o uso em um tanque de fermentação) junto com células de levedura adicionais ou frescas (se necessário). As células de levedura podem ser tratadas em um sistema de tratamento de célula de levedura. O sistema de tratamento de célula de levedura pode compreender lavar as células de levedura e separar as células de levedura antes da recirculação para um tanque de fermentação ou para o fluxo de produto de fermentação.

[079] De acordo com qualquer modalidade preferencial, o sistema de propa-gação de levedura irá fornecer o crescimento de levedura em uma massa celular de levedura adequada em uma taxa adequada a ser suprida para o sistema de fermen-tação. De acordo com uma modalidade preferencial, o sistema irá permitir o cresci-mento de levedura com o uso de xilose como uma fonte de carbono para o cresci-mento. De acordo com uma modalidade particularmente preferencial, o sistema irá permitir o crescimento seletivo de levedura que pode usar xilose como uma fonte de carbono (isto é, levedura que irá se propagar em um meio que compreende xilose), mesmo se outra levedura estiver presente (isto é, como um contaminante); em um meio que fornece xilose como uma única fonte de carbono (isto é, um meio que não contém quantidades substanciais de glicose), leveduras que têm capacidade para a propagação com o uso de xilose como uma fonte de carbono irão se propagar e outra levedura/levedura contaminante que pode não ter capacidade para a propagação com o uso de xilose como uma fonte de carbono (tal como as formas mais comuns de levedura que tipicamente se propagam em um meio que contém glicose) não irá se propagar na mesma taxa (ou de maneira alguma). De acordo com uma modalidade particularmente preferencial, a levedura terá capacidade para fermentar tanto xilose como glicose em etanol. De acordo com uma modalidade preferencial, o sistema de propagação de levedura irá fornecer um ambiente e meio de crescimento em que a levedura irá converter açúcar (por exemplo, xilose) em massa celular de levedura em vez de etanol, por exemplo, sob condições, tais como aeração (consulte as Figuras 15A e 15B) ou irá permitir que a levedura resista a concentrações maiores de açúcar (por exemplo, xilose) durante a propagação (consulte as Figuras 16A e 16B). De acordo com qualquer modalidade preferencial, o sistema irá facilitar o crescimento eficaz de massa celular de levedura em um inóculo que pode ser fornecido para o sistema de fermentação em uma biorrefinaria. De acordo com uma modalidade parti-cularmente preferencial, a massa celular de levedura irá crescer em cerca de 200 a 500 vezes no primeiro estágio e cerca de 20 a 40 vezes no segundo estágio.

[080] Uma série de exemplos foi conduzida de acordo com as modalidades exemplificadoras do sistema de propagação de levedura (conforme mostrado, por exemplo, nas Figuras 7B, 7C e 9) para avaliar o crescimento de etanologênio sob diversas condições. O etanologênio usado nos Exemplos foi uma cepa de levedura Saccharomyces cerevisiae com capacidade para converter xilose e glicose em etanol (uma levedura geneticamente modificada derivada a partir de um organismo, con-forme descrito na patente n° U.S. 7.622.284, por Royal Nedalco B.V., por exemplo, cepa no. RWB218; cepa no. RN1001 e cepa no. RN1014). Os dados a partir dos Exemplos são mostrados nas Figuras 10A a 16C e Tabelas 5A a 11C. A Tabela 4 relaciona a composição do meio de crescimento (que inclui agentes adicionados, tais como nutrientes) de acordo com os Exemplos 1A a 4.

[081] Uma cultura de etanologênio foi desenvolvida em um inóculo inicial (inó- culo de levedura) com o uso de um meio estéril de extrato de levedura-peptona (YP) (com 12,5 gramas de extrato de levedura por litro de meio e 10 gramas de peptona por litro). O inóculo foi incubado em 30 graus Celsius durante aproximadamente 17 a 18 horas. Uma razão entre inóculo e meios de 1:250 foi usada. Uma bomba foi usada para controlar a taxa de alimentação de xilose. O pH do meio pode ser mantido em 5,5 (mediante a adição de uma solução de 45 por cento em peso de hidróxido de potássio). As amostras foram periodicamente analisadas acerca do crescimento de levedura (massa celular), açúcares, ácidos orgânicos e etanol. A densidade óptica foi medida (em 600 nanômetros com o uso de um espectrofotômetro) como uma indica-ção da quantidade (isto é, massa celular) de levedura na amostra. (HPLC foi usada para analisar outros componentes.) Exemplo 1

[082] O sistema de propagação foi usado no Exemplo 1A para avaliar o efeito da regulação de pH sobre o crescimento do etanologênio. O etanologênio foi levedura (cepa no. RN1001). As amostras foram preparadas em dois vasos de reação separados. As amostras compreenderam um meio (por exemplo, água e agentes, tais como nutrientes, conforme indicado na Tabela 4) e o inóculo de levedura. As amostras também compreenderam xilose em uma concentração de 30 gramas por litro (de meio). O pH das amostras em cada vaso de reação foi ajustado para 5,5. A temperatura de cada vaso de reação foi mantida a 30 graus Celsius. A levedura foi propagada em cada vaso de reação durante 54 horas. Em um dos vasos de reação, o pH foi mantido (regulado) em 5,5; no outro vaso de reação o pH não foi regulado. Após 54 horas, a solução de xilose (50 por cento em peso) e nutrientes adicionais foram adicionados resultando em uma quantidade total de xilose de cerca de 60 gramas/litro. A propagação da levedura continuou durante outras 66 horas. Em um dos vasos de reação, o pH foi mantido (regulado) em 5,5; no outro vaso de reação o pH não foi regulado. As amostras foram testadas e analisadas acerca do crescimento de levedura (em peso seco), concentração de etanol, concentração de xilose e densidade óptica (OD600) para avaliar a conversão de xilose. Foi observado que a amostra em que o pH foi mantido em 5,5 produziu mais levedura do que a amostra em que o pH não foi regulado (dentro das condições de operação indicadas). Os resultados são mostrados nas Figuras 10A e 10B e Tabelas 5A e 5B. Exemplo 1B

[083] O sistema de propagação foi usado no Exemplo 1B para avaliar o efeito da alimentação de xilose em taxas diferentes sobre o crescimento do etanologênio. O etanologênio foi levedura (cepa no. RN1001). As amostras foram preparadas em dois vasos de reação separados. As amostras compreenderam um meio (por exemplo, água e agentes, tais como nutrientes, conforme indicado na Tabela 4) e o inóculo de levedura. As amostras também compreenderam xilose em uma concentração de 20 gramas por litro (de meio). A temperatura de cada vaso de reação foi mantida a 30 graus Celsius. A levedura foi propagada em cada vaso de reação durante 24 horas. Após 24 horas, a solução de xilose (50 por cento em peso, junto com nutrientes adicionais) foi alimentada em um vaso de reação em 0,14 mililitros por minuto durante 46 horas, resultando em uma adição de xilose total de 90 gramas por litro, e no outro vaso de reação em 0,28 mililitros por minuto durante 46 horas, resultando em uma quantidade total de xilose de cerca de 100 gramas por litro. A propagação da levedura continuou durante outras 50 horas. As amostras foram testadas e analisadas acerca do crescimento de levedura (em peso seco), concentração de etanol, concentração de xilose e densidade óptica (OD600) para avaliar a conversão de xilose. Foi observado que as amostras exibiram taxas de crescimento de levedura similares independentemente da taxa de adição de xilose nas amostras (dentro das condições de operação indicadas). Os resultados são mostrados nas Figuras 11A e 11B e Tabelas 6A e 6B. Exemplo 2

[084] O sistema de propagação foi usado no Exemplo 2 para avaliar o efeito de fontes diferentes de xilose sobre o crescimento do etanologênio. Um primeiro componente líquido de biomassa foi preparado por meio do pré-tratamento de ácido diluído de espigas de milho (consulte a Figura 6A e Tabelas 2A e 2B). Um componente líquido de biomassa tratado foi preparado por meio do tratamento do primeiro componente líquido por cromatografia de troca iônica. O etanologênio foi levedura (cepa no. RN1001). As amostras foram preparadas em três vasos de reação separados. As amostras compreenderam um meio (por exemplo, água e agentes, tais como nutrientes, conforme indicado na Tabela 4) e o inóculo de levedura. As amostras também compreenderam xilose em uma concentração de 20 gramas por litro (de meio). O pH de cada amostra foi ajustado a e mantido (regulado) em 5,5. A temperatura de cada vaso de reação foi mantida a 30 graus Celsius. A levedura foi propagada em cada vaso de reação durante 24 horas. Após 24 horas, a amostra no primeiro vaso de reação foi suprida com solução de xilose (50 por cento em peso, junto com nutrientes adicionais) em 0,19 mililitros por minuto durante 30 horas, resultando em uma quantidade total de xilose de cerca de 106 gramas por litro. A propagação da levedura continuou durante outras 66 horas. Após 24 horas, a amostra no segundo vaso de reação foi suprida com solução de xilose (50 por cento em peso, junto com nutrientes adicionais) em 0,26 mililitros por minuto durante cerca de 22 horas, e depois disso, com o componente líquido de biomassa em 2,8 mililitros por minuto durante cerca de 2,6 horas, resultando em uma quantidade total de xilose de cerca de 95 gramas por litro. A propagação da levedura continuou durante outras 71 horas. Após 24 horas, a amostra no terceiro vaso de reação foi suprida com solução de xilose (50 por cento em peso, junto com nutrientes adicionais) em 0,19 mililitros por minuto durante cerca de 22 horas, e depois disso, com o componente líquido de biomassa tratado em 3,0 mililitros por minuto durante cerca de 2 horas, resultando em uma quantidade total de xilose de cerca de 92 gramas por litro. A propagação da levedura continuou durante outras 72 horas. As amostras foram testadas e analisadas acerca do crescimento de levedura (em peso seco), concentração de etanol, concentração de xilose e densidade óptica (em 600 nanômetros [OD600]) para avaliar a conversão de xilose. Foi observado que a xilose obtida a partir da biomassa (material lignocelulósico de origem vegetal) poderia ser usada para propagar levedura (dentro das condições de operação indicadas). Os resultados são mostrados nas Figuras 12A a 12C e Tabelas 7A a 7C. Exemplo 3

[085] O sistema de propagação, conforme indicado nas Figuras 7C e 9, foi usado no Exemplo 3 para avaliar o crescimento do etanologênio em um sistema de propagação em dois estágios com níveis de xilose diferentes. O etanologênio foi levedura (cepa no. RN1001). No primeiro estágio, uma amostra foi preparada em um vaso de reação. A amostra compreendeu o meio (por exemplo, água e agentes, tais como nutrientes, conforme indicado na Tabela 4) e o inóculo de levedura. A amostra também compreendeu xilose em uma concentração de 20 gramas por litro (de meio). A levedura foi propagada durante 24 horas. Após 24 horas, 300 ml da amostra a partir do primeiro estágio foram usados para inocular cada uma dentre as duas amostras em dois vasos de reação separados (dois estágios). As amostras compreenderam o meio (por exemplo, água e agentes, tais como nutrientes, conforme indicado na Tabela 4) de modo que o volume de amostra total fosse de 3 litros em cada vaso de reação do segundo estágio. A amostra do primeiro vaso do segundo estágio compreendeu xilose em uma concentração de 40 gramas por litro (de meio), e a amostra no segundo vaso do segundo estágio compreendeu xilose em uma concentração de 30 gramas por litro (de meio). A temperatura de cada vaso de reação foi mantida a 30 graus Celsius. A levedura foi propagada em cada vaso de reação durante 12 horas. O pH de cada amostra foi ajustado a e mantido (regulado) em 5,5. Após 12 horas, a amostra no primeiro vaso de reação do segundo estágio foi suprida com solução de xilose (50 por cento em peso, junto com nutrientes adicionais) em 0,26 mililitros por minuto durante 12 horas, resultando em uma quantidade total de xilose de cerca de 64 gramas por litro. A propagação da levedura continuou durante outras 30 horas. Após 12 horas, a amostra no segundo vaso de reação do segundo estágio foi suprida com solução de xilose (50 por cento em peso, junto com nutrientes adicionais) em 0,30 mililitros por minuto durante cerca de 12 horas, resultando em uma quantidade total de xilose de cerca de 64 gramas por litro. A propagação da levedura continuou durante outras 30 horas. Foi observado que o tempo total para propagar levedura (por exemplo, massa celular de levedura com crescimento a partir de aproximadamente 0,04 gramas para 20 gramas no primeiro estágio e a partir de aproximadamente 2 gramas para 75 gra-mas no segundo estágio) poderia ser reduzido em um sistema de propagação em dois estágios (isto é, com o uso de aproximadamente 78 horas), conforme comparado com um sistema de propagação em um estágio (isto é, com o uso de aproximadamente 100 a 120 horas). Consulte também os Exemplos 1A, 1B e 2. Os resultados são mostrados nas Figuras 13A e 13B e Tabelas 8A e 8B. Exemplo 4

[086] O sistema de propagação, conforme indicado nas Figuras 7C e 9, foi usado no Exemplo 4 para avaliar o efeito da alimentação de xilose sobre o crescimento do etanologênio. O etanologênio foi levedura (cepa no. RN1014). No primeiro estágio, uma amostra foi preparada em um vaso de reação. A amostra compreendeu o meio (por exemplo, água e agentes, tais como nutrientes, conforme indicado na Tabela 4) e o inóculo de levedura. A amostra também compreendeu xilose em uma concentração de 20 gramas por litro (de meio). A levedura foi propagada durante 24 horas. Após 24 horas, 300 ml da amostra a partir do primeiro estágio foram usados para inocular cada uma dentre as duas amostras em dois vasos de reação separados (dois estágios). As amostras compreenderam o meio (por exemplo, água e agentes, tais como nutrientes, conforme indicado na Tabela 4) de modo que o volume de amostra total fosse de 3 litros em cada vaso de reação do segundo estágio. Ambas as amostras do se estágio compreenderam xilose em uma concentração de 35 gramas por litro (de meio). A temperatura de cada vaso de reação foi mantida a 30 graus Celsius. A levedura foi propagada em cada vaso de reação durante 23 horas. O pH de cada amostra foi ajustado a e mantido (regulado) em 5,5. Após 23 horas, a amostra no primeiro vaso de reação do segundo estágio foi suprida com uma dose única de solução de xilose (50 por cento em peso, junto com nutrientes adicionais), resultando em uma quantidade total de xilose de cerca de 64 gramas por litro. A propagação da levedura continuou durante outras 31 horas. Após 23 horas, a amostra no segundo vaso de reação do segundo estágio foi suprida com solução de xilose (50 por cento em peso, junto com nutrientes adicionais) em 0,31 mililitros por minuto durante cerca de 8,2 horas, resultando em uma quantidade total de xilose de cerca de 64 gramas por litro. A pro-pagação da levedura continuou durante cerca de outras 32 horas. Foi observado que o crescimento de levedura poderia ser aprimorado quando a xilose adicional fosse suprida para a amostra (isto é, após 23 horas) em uma base de alimentação contínua em vez de em uma dose única (dentro das condições de operação indicadas). Os resultados são mostrados nas Figuras 14A e 14B e Tabelas 9A e 9B. Exemplo 5

[087] O sistema de propagação foi usado no Exemplo 5 para avaliar o efeito da aeração sobre o crescimento do etanologênio. O etanologênio foi levedura (cepa no. RWB218). As amostras foram preparadas em dois vasos de reação separados. As amostras compreenderam o meio (por exemplo, água e agentes, tais como nutrientes, conforme indicado na Tabela 4) e o inóculo de levedura. As amostras também compreenderam xilose em uma concentração de 30 gramas por litro (de meio). Um vaso de reação foi aerado em 5 litros por minuto; o outro vaso de reação não foi aerado. A levedura foi propagada em cada vaso de reação a 32 graus Celsius durante 53 horas. As amostras foram testadas e analisadas acerca do crescimento de levedura (em peso seco), concentração de etanol, concentração de xilose e densidade óptica (OD600) para avaliar a conversão de xilose. Foi observado que o crescimento de levedura poderia ser aprimorado quando a amostra fosse aerada (dentro das condições de operação indicadas), na medida em que a levedura usou a xilose suprida para o crescimento de massa celular em vez de para a produção de etanol. Os resultados são mostrados nas Figuras 15A e 15B e Tabelas 10A e 10B. Exemplo 6

[088] O sistema de propagação foi usado no Exemplo 6 para avaliar o efeito de concentrações de xilose e glicose sobre o crescimento do etanologênio. O etanologênio foi levedura (cepa no. RWB218). As amostras foram preparadas em três vasos de reação separados. As amostras compreenderam o meio (por exemplo, água e agentes, tais como nutrientes, conforme indicado na Tabela 4) e o inóculo de leve-dura. A temperatura de cada vaso de reação foi mantida a 32 graus Celsius. Cada vaso de reação foi aerado em 4,5 litros por minuto. O primeiro e o segundo vasos de reação foram supridos com xilose em uma concentração de 60 gramas por litro; o terceiro vaso de reação foi suprido com glicose em uma concentração de 60 gramas por litro. O pH das amostras no segundo e terceiro vasos de reação foi ajustado para e mantido (regulado) em 5,5. A levedura foi propagada no primeiro e segundo vasos de reação a 32 graus Celsius durante 120 horas. A levedura foi propagada no terceiro vaso de reação a 32 graus Celsius durante 52 horas. Foi observado que o crescimento de levedura poderia ser aprimorado quando a amostra fosse aerada, na medida em que a levedura usou a xilose suprida para o crescimento de massa celular em vez da produção de etanol, não obstante a concentração de xilose (dentro das condições de operação indicadas). Os resultados são mostrados nas Figuras 16A a 16C e Tabelas 11A a 11C.

[089] As modalidades conforme revelado e descrito no pedido (que inclui as Figuras e Exemplos) são destinadas a serem ilustrativas e explicativas das presentes invenções. As modificações e variações das modalidades reveladas, por exemplo, do aparelho e processos empregados (ou a serem empregados), assim como das com-posições e tratamentos usados (ou a serem usados), são possíveis; sendo que todas tais modificações e variações são destinadas a serem abrangidas pelo escopo das presentes invenções. TABELAS TABELA 1A Composição de biomassa

TABELA 1B Biomassa Composição típica e esperada

TABELA 2A Biomassa pré-tratada Composição de componente íquido

TABELA 2B Biomassa pré-tratada Componente líquido Composição típica e esperada

TABELA 3A Biomassa pré-tratada Composição de componente sólido

TABELA 3B Biomassa pré-tratada Componente sólido Composição típica e esperada

TABELA 4 Composição de meio de crescimento

* Em água ABELA 5A

OD600 - Densidade óptica em 600 nm NT - Não testado TABELA 5B

OD600 - Densidade óptica em 600 nm NT - Não testado TABELA 6A

OD600 - Densidade óptica em 600 nm NT - Não testado TABELA 6B

OD600 - Densidade óptica em 600 nm NT - Não testado TABELA 7A

OD600 - Densidade óptica em 600 nm NT - Não testado TABELA 7B

OD600 - Densidade óptica em 600 nm NT - Não testado TABELA 7C

OD600 - Densidade óptica em 600 nm NT - Não testado TABELA 8A

OD600 - Densidade óptica em 600 nm NT - Não testado TABELA 8B

OD600 - Densidade óptica em 600 nm NT - Não testado TABELA 9A

OD600 - Densidade óptica em 600 nm NT - Não testado TABELA 9B

OD600 - Densidade óptica em 600 nm NT - Não testado TABELA 10A

TABELA 10B

TABELA 11A Composição de meio de crescimento

*Em água TABELA 11 B

OD600 - Densidade óptica em 600 nm NT - Não testado TABELA 11 C

OD600 - Densidade óptica em 600 nm NT - Não testado

Claims

1. Método para propagação de etanologênio para uso na produção de um produto de fermentação compreendendo etanol de biomassa CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de: fornecer um meio para propagação de etanologênio; suprir uma primeira massa celular de etanologênio ao meio; suprir xilose ao meio como uma fonte de carbono para o crescimento de massa celular do etanologênio; manter o meio que compreende a primeira massa celular de etanologênio em um pH entre 3,5 e 6,5 e em uma temperatura entre 26 e 37 graus Celsius, de modo que a primeira massa celular de etanologênio seja propagada em uma segunda massa celular de etanologênio; e aerar o meio de modo que a primeira massa celular de etanologênio seja propagada em uma segunda massa celular de etanologênio; em que a biomassa compreende material lignocelulósico, e em que a segunda massa celular é pelo menos 200 vezes maior do que a primeira massa celular.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de manter o meio é conduzida sob condições aeróbicas.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o material lignocelulósico compreende pelo menos um dentre espigas de milho, cascas de planta de milho, folhas de planta de milho e caules de planta de milho, e em que a xilose suprida ao meio é obtida do material lignocelulósico.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o etanologênio compreende células de levedura capazes de fermentar pentose em etanol.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o etanologênio compreende células de levedura capazes de fermentar xilose em etanol.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de aerar o meio é com um fluxo de ar de pelo menos 1,0 volume de ar por volume de meio por minuto.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, e 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio compreende um agente para facilitar a propagação da primeira massa celular de etanologênio na segunda massa celular de etanologênio.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, 6 e 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o pH está entre 5,0 e 6,0.

9. Sistema para propagação de etanologênio para uso na produção de um produto de fermentação compreendendo etanol de biomassa em um sistema de fermentação CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um primeiro estágio compreendendo um primeiro recipiente configurado para manter um meio que compreende etanologênio; um segundo estágio compreendendo um segundo recipiente configurado para manter um meio suprido do primeiro estágio; uma fonte de xilose a ser fornecida ao meio como uma fonte de carbono para etanologênio no primeiro estágio; uma fonte de xilose a ser fornecida ao meio como uma fonte de carbono para o etanologênio no segundo estágio; em que o etanologênio tem uma primeira massa celular quando suprido ao primeiro estágio, e o etanologênio tem uma segunda massa celular quando suprido do primeiro estágio para o segundo estágio, e o etanologênio tem uma terceira massa celular quando suprido do segundo estágio; em que o meio no primeiro recipiente é mantido em um pH entre 3,5 e 6,5 e em uma temperatura entre 26 e 37 graus Celsius, de modo que o etanologênio possa ser propagado na segunda massa celular; em que o meio no segundo recipiente é mantido em um pH entre 3,5 e 6,5 e em uma temperatura entre 26 e 37 graus Celsius, de modo que o etanologênio possa ser propagado na terceira massa celular; em que a biomassa compreende material lignocelulósico; em que o primeiro recipiente é configurado para aerar o meio; em que o segundo recipiente é configurado para aerar o meio; em que a segunda massa celular é pelo menos 200 vezes maior do que a primeira massa celular; e em que a terceira massa celular é pelo menos 20 vezes maior do que a segunda massa celular.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro recipiente é configurado para manter o meio em um pH entre 5,0 e 6,0 e o segundo recipiente é configurado para manter o meio em um pH entre 5,0 e 6,0.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro recipiente compreende um fluxo de ar de pelo menos 1,0 volume de ar por volume de meio por minuto e o segundo recipiente compreende um fluxo de ar de pelo menos 1,0 volume de ar por volume de meio por minuto.