BR112016014519B1 - Método de extração de lipídeos apropriados para uso na produção de biocombustíveis - Google Patents

Método de extração de lipídeos apropriados para uso na produção de biocombustíveis Download PDF

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Abstract

PROCESSO PARA EXTRAÇÃO DE LIPÍDEOS PARA USO NA PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS. Métodos e sistemas usados para extrair lipídeos apropriados para a produção de biocombustíveis a partir de um caldo de fermentação podem incluir utilização de calor para pré-tratamento do caldo de fermentação com o objetivo de extrair mais facilmente um produto de microrganismos oleaginosos no caldo. Além disso, ou alternativamente, uma combinação de enzimas incluindo amilase, 1,4-manosidase e 1,3-manosidase pode ser usada para romper as paredes celulares dos microrganismos oleaginosos. Água residual do caldo pode ser reciclada e utilizada como água de absorção na lavagem de uma matéria-prima do processo para extração açúcar.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA COM PEDIDOS RELACIONADOS
[001] Este pedido reivindica o benefício de Pedido de Patente Provisório dos Estados Unidos No. 61/918,850 depositado em 20 de dezembro de 2013.
NOMES DAS PARTES PARA UM ACORDO DE PESQUISA CONJUNTA
[002] Para fins de determinação da tecnologia anterior, foi realizado um acordo de pesquisa conjunta entre BP Biofuels UK Limited e Martek Biosciences Corporation em 18 de dezembro de 2008 no campo de biocombustíveis. Também para fins de determinação da tecnologia anterior, foi realizado um acordo de desenvolvimento conjunto entre BP Biofuels UK Limited e Martek Biosciences Corporation em 7 de agosto de 2009 no campo de biocombustíveis. Também para fins de determinação da tecnologia anterior, foi realizado um acordo de desenvolvimento conjunto entre BP Biofuels UK Limited e DSM Biobased Products and Services B.V. em 1° de setembro de 2012 no campo de biocombustíveis.
CAMPO TÉCNICO
[003] A invenção relaciona-se com métodos e sistemas direcionados para extração de materiais destinados à produção de biocombustíveis. Aspectos da invenção relacionam-se com extração de materiais a partir de microrganismos oleaginosos.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[004] Diversas tecnologias para conversão de matérias- primas em biocombustíveis foram desenvolvidas. Entretanto, mesmo com esses avanços em tecnologia, continua ainda a necessidade e o desejo de melhorar a viabilidade econômica que permita conversão de fontes de carbono renováveis para combustíveis.
[005] Biocombustível derivado de óleo vegetal pode ter benefícios, tais como ser renovável, biodegradável, não tóxico e, em determinados casos, não conter nem enxofre nem compostos aromáticos. Mas uma desvantagem em potencial de biocombustíveis derivados de óleo vegetal consiste em alto custo, a maioria das vezes em decorrência do custo da matéria-prima derivada de óleo vegetal. Portanto, o aspecto econômico da produção de biocombustível tem sido pelo menos relativamente limitado pelo custo dos materiais brutos derivados de óleo vegetal, bem como do suprimento limitado de materiais brutos derivados de óleo vegetal.
[006] Lipídeos para uso em produtos nutricionais podem ser produzidos em microrganismos. A produção de um lipídeo em algas, por exemplo, pode incluir crescimento das algas, dessecação das algas e extração dos lipídeos intracelulares delas. Extração de material existente dentro do microrganismo pode ser difícil.
[007] Similarmente, leveduras, incluindo leveduras oleaginosas, possuem paredes celulares polissacarídicas para protegê-las de tensões ambientais, tais como forças de cisalhamento, desequilíbrios osmóticos, dessecação, predadores e o equivalente. A parede celular protetora pode tornar difícil coletar metabólitos intracelulares, tais como lipídeos, em leveduras oleaginosas que podem ser convertidos em biocombustível.
[008] É possível converter açúcar em biocombustível usando-se organismos heterotróficos com uma seção de extração aquosa ou solvente, em que partes dos organismos são dissolvidos em água ou outro solvente, possibilitando assim que os lipídeos resultantes sejam removidos e recuperados diretamente de um caldo de fermentação. O produto pode ser recuperado de compartimentos internos do organismo oleaginoso por combinações de forças mecânicas, térmicas, osmóticas e enzimáticas, resultando em um fluxo do produto de múltiplas fases que consiste em lipídeos leves, biomassa isenta de lipídeos e resíduos aquosos e outros resíduo celulares. Processamento do tipo circuito aberto frequentemente resulta em fluxo (s) considerável (eis) de resíduos e/ou coprodutos.
[009] Existe uma necessidade e um desejo de métodos e sistemas para extração de materiais a partir de microrganismos oleaginosos que resultem em uma elevada produção de material extraído mediante a utilização de técnicas de extração não solventes/aquosas. Há ainda uma necessidade e um desejo de métodos e sistemas para extração de materiais de microrganismos oleaginosos que reciclem frações do processo residual, em lugar de basear-se em processamento do tipo circuito aberto.
RESUMO
[0010] A invenção relaciona-se com métodos e sistemas para extração de materiais a partir de microrganismos oleaginosos, bem como com métodos e sistemas para produção de biocombustíveis a partir dos materiais extraídos.
[0011] De acordo com determinadas modalidades, temperatura pode ser usada como uma etapa de pré-tratamento para melhorar o rendimento do produto de extração a partir de um organismo oleaginoso. Mais particularmente, um método de extração de lipídeos apropriado para a produção de biocombustíveis a partir de um caldo de fermentação integral pode incluir pré-tratamento do caldo de fermentação integral por aquecimento do caldo a uma temperatura superior a cerca de 90°C, tal como entre cerca de 90°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 100°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 110°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 120°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 130°C e cerca de 150°C, em que o caldo contém microrganismos oleaginosos, e subsequentemente extração de um produto dos microrganismos oleaginosos. O caldo de fermentação integral pode se aquecido durante mais de cerca de 3 horas. Em algumas modalidades, o tempo utilizado pelo caldo de fermentação integral contendo os microrganismos oleaginosos entre 45°C e 80°C pode ser minimizado por aquecimento do caldo de fermentação integral contendo os microrganismos oleaginosos de 45°C a 80°C em menos de 60 minutos. Além disso, ou alternativamente, o caldo de fermentação integral pode ser aquecido a uma taxa média que varia entre cerca de 0,1 e cerca de 80 graus Celsius por minuto. Nesse processo, o pH do caldo de fermentação pode ser ajustado por adição de um ácido ou de uma base.
[0012] Em modalidades adicionais, o caldo de fermentação integral pode ser resfriado para uma temperatura superior a cerca de 60°C, ou superior a cerca de 70°C, ou superior a cerca de 80°C, ou superior a cerca de 85°C, ou superior a cerca de 90°C, para permitir processamento isotérmico (temperatura constante) adicional, tal como por aplicação de ruptura mecânica. O caldo de fermentação integral pode ser resfriado a uma taxa média que varia entre cerca de 1 e cerca de 80 graus Celsius por minuto. O caldo de fermentação integral pode ser agitado a uma velocidade na ponta do impulsor que varia entre cerca de 10 cm por segundo e cerca de 240 cm por segundo. Após o aquecimento, o caldo de fermentação integral pode ser dessecado.
[0013] Em determinadas modalidades, durante o pré- tratamento, uma pressão que varia entre cerca de 10 psi (68,95 kPa) e cerca de 150 psi (1034,21 kPa), ou entre cerca de 20 psi (137,895 kPa) e cerca de 150 psi (1034,21 kPa), ou entre cerca de 30 psi (206,84 kPa) e cerca de 150 psi (1034,21 kPa), ou entre cerca de 50 psi (344,74 kPa) e cerca de 150 psi (1034,21 kPa), pode ser mantida em um sistema contendo o caldo de fermentação integral.
[0014] Durante o pré-tratamento, sais podem estar presentes em um sistema contendo o caldo de fermentação integral, resultando em uma concentração iônica estimada entre cerca de 0,01 M e cerca de 2,0 M no sistema. O caldo de fermentação integral pode incluir uma fonte de açúcar bruto e/ou uma fonte de água associadas a sais e íons a uma concentração superior a 0,05 g/L. Os sais e íons podem incluir Na, K, Ca, Mg, Zn, Mo, Cu, Mn, cloretos, sulfatos, fosfatos, nitratos e respectivas combinações. Esses sais e íons podem acumular-se a uma concentração de 0,5 a 40 g/L. Além disso, os sais e íons que já estão presentes podem ajudar na recuperação de uma fase oleosa por promover coalescência, floculação, alteração da densidade e/ou desestabilização da emulsão formada quando o produto é liberado dos microrganismos oleaginosos em coalescedores mecânicos e/ou eletrostáticos.
[0015] Métodos no presente documento podem ainda incluir a ação de submeter os microrganismos oleaginosos à lise, resultando em uma distribuição no tamanho da partícula do corpo oleoso e de fragmentos celulares em que pelo menos 80%, ou pelo menos 95%, de um volume de corpos oleosos e fragmentos celulares do produto liberado possui um tamanho superior a 0,1 μm de diâmetro. Além disso, as gotículas ou corpos oleosos e fragmentos celulares podem ser recuperadas como uma fase contínua por mistura a uma velocidade na ponta do impulsor superior a 120 cm/s.
[0016] Após ruptura das paredes das células oleaginosas, metabólitos intracelulares incluindo lipídeos, por exemplo, podem ser coletados das paredes das células oleaginosas. Os metabólitos intracelulares podem ser convertidos em biocombustível, tais como diesel bioderivado. Um efluente de extração aquosa que permanece após a coleta dos metabólitos intracelulares pode ser reciclado. A água de extração reciclada pode ser usada como água de absorção na lavagem de uma matéria-prima do processo para extração de açúcar.
[0017] Após o pré-tratamento, o caldo de fermentação pode ser despressurizado e resfriado para concentração de sólidos no caldo antes de processamento adicional. Além disso, ou alternativamente, após o pré-tratamento, evaporadores ou dessecadores poderiam ser incluídos para geração de um caldo úmido concentrado ou uma mistura seca com células. Um solvente pode ser adicionado às células secas ou ao caldo de fermentação concentrado que sofreu lise para formar uma mistura. O solvente pode incluir hexano, dodecano, decano, diesel, um ou mais alcoóis ou respectivas combinações. A mistura do caldo de fermentação lisado e do solvente pode ser agitada para entrar em contato com os microrganismos oleaginosos e extrair óleo desses microrganismos. O solvente e o óleo podem ser separados do caldo de fermentação lisado, tal como pelo emprego de uma centrífuga. O solvente e o óleo podem ser submetidos à reação para converter pelo menos uma porção do óleo em um componente combustível. Além disso, o solvente e o restante do óleo podem ser convertidos em um combustível compreendendo um biocombustível. O caldo utilizado pode ser empregado como fertilizante para culturas, alimentação animal, extrato de levedura, hidrolisado de levedura ou uma fonte de carbono/nutrientes.
[0018] Em algumas modalidades, o caldo de fermentação integral contendo os microrganismos oleaginosos pode incluir uma matéria-prima do tipo açúcar. O caldo de fermentação integral contendo os microrganismos oleaginosos e a matéria-prima do tipo açúcar pode incluir cerca de 50 a cerca de 250 gramas de lipídeo por litro de caldo fermentador, cerca de 0 a cerca de 50 gramas de açúcar por litro de caldo fermentador, cerca de 0 a cerca de 40 gramas de sal por litro de caldo fermentador e cerca de 10 a cerca de 100 gramas de biomassa seca isenta de lipídeo por litro de caldo fermentador.
[0019] De acordo com algumas modalidades, como parte do pré-tratamento, o método pode ainda incluir pasteurização de um caldo de fermentação integral contendo os microrganismos oleaginosos, tal como por aquecimento do caldo de fermentação integral a uma temperatura de cerca de 40°C a cerca de 80°C durante cerca de 1 minuto até cerca de 3 horas. Por outro lado, durante aquecimento no pré- tratamento, o caldo de fermentação integral pode ser mantido a uma temperatura entre cerca de 90°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 100°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 110°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 120°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 130°C e cerca de 150°C, durante cerca de 30 minutos a cerca de 18 horas, ou mais de 3 horas a cerca de 18 horas, ou mais de 3 horas a cerca de 8 horas. O caldo de fermentação integral pode ser agitado durante o intervalo de aquecimento. Um ácido, uma base ou tanto um ácido quanto uma base podem ser adicionados ao caldo de fermentação integral.
[0020] O caldo de fermentação integral pode ser passado através de um moinho de esferas, uma placa de orifícios, um misturador de alto cisalhamento ou outro dispositivo de cisalhamento ou de ruptura mecânica uma vez, duas vezes ou mais. Em algumas modalidades, o caldo de fermentação integral pode ser agitado em um recipiente a uma temperatura de cerca de 70°C a cerca de 100°C opcionalmente incluindo refluxo durante cerca de 1 a cerca de 60 horas. Além disso, um sal tal como NaCl, KCl, K2SO4 ou Na2SO4 pode ser adicionado ao caldo de fermentação integral no recipiente ou, alternativamente, pode ser produzido in situ, por exemplo, mediante adição de NaOH ou KOH mais H2SO4. Até cerca de 2% em peso do sal pode ser adicionado, por exemplo. Pode-se adicionar um ácido ou uma base para ajustar um pH do caldo de fermentação integral no recipiente para um valor entre cerca de 3 e cerca de 11. O calor gerado pela combinação de ácidos e bases especificados acima também contribuiria para reduzir a energia requerida para aquecimento do caldo. Os lipídeos podem ser separados do caldo de fermentação aquoso através de um método de separação sólido-líquido-líquido apropriado que pode incluir uma ou mais etapas tais como separação por gravidade, hidrociclones, filtros e/ou centrífugas. Óleo com conteúdo inferior a 20% de ácidos graxos pode ser separado do caldo de fermentação integral através de centrifugação. Esse método de extração de lipídeos apropriado para produção de óleo microbiano pode resultar em um óleo que artificialmente possui teor mais baixo de metais, uma vez que o processo de extração aquosa concentra os metais no caldo de fermentação em comparação com o óleo em uma proporção de pelo menos 2. O método pode ainda incluir reciclagem de sólidos da biomassa com a água do caldo residual.
[0021] Os microrganismos oleaginosos podem incluir pelo menos 40% em peso de gordura. Por exemplo, os microrganismos oleaginosos podem ser células de levedura oleaginosa.
[0022] De acordo com algumas modalidades, uma combinação de enzimas incluindo amilase, 1,4-manosidase e 1,3-manosidase pode ser usada para romper as paredes celulares oleaginosas dos microrganismos oleaginosos. A combinação de enzimas pode ainda incluir pelo menos uma enzima auxiliar, a saber, sulfatase, protease, quitinase ou quaisquer combinações dessas enzimas. A amilase pode ser específica para glicose com ligações alfa-1,4. A combinação de enzimas pode incluir cerca de 5% a cerca de 30% em peso de amilase, cerca de 5% a cerca de 45% em peso de 1,4- manosidase, cerca de 5% a cerca de 45% em peso de 1,3- manosidase ou quaisquer combinações desses parâmetros. A combinação de enzimas pode também incluir pelo menos uma enzima auxiliar, tal como sulfatase, protease, quitinase ou qualquer combinação dessas enzimas. A combinação de enzimas pode ser usada com Sporidiobolus pararoseus MK29404. Conforme mencionado, após ruptura das paredes das células oleaginosas, metabólitos intracelulares incluindo lipídeos, por exemplo, podem ser coletados das paredes das células oleaginosas.
[0023] De acordo com algumas modalidades, um método de extração de lipídeos apropriado para a produção de biocombustíveis a partir de um caldo de fermentação integral pode incluir aplicação de uma combinação de enzimas ao caldo de fermentação integral contendo microrganismos oleaginosos para romper as paredes celulares dos microrganismos oleaginosos, em que as enzimas incluem amilase, 1,4-manosidase e 1,3-manosidase, e subsequentemente extração de um produto dos microrganismos oleaginosos. A combinação de enzimas pode ainda incluir pelo menos uma enzima auxiliar tal como sulfatase, protease, quitinase ou qualquer combinação dessas enzimas. A amilase pode ser específica para glicose com ligações alfa-1,4. A combinação de enzimas pode incluir cerca de 5% a cerca de 30% em peso de amilase, cerca de 5% a cerca de 45% em peso de 1,4-manosidase, cerca de 5% a cerca de 45% em peso de 1,3-manosidase ou qualquer combinação desses parâmetros.
[0024] O método pode ainda incluir coleta de metabólitos intracelulares, tais como lipídeos, dos microrganismos oleaginosos após ruptura das paredes celulares. Os metabólitos intracelulares podem ser convertidos em biocombustível, tal como diesel bioderivado. Além disso, um efluente de extração aquosa que permanece após a coleta dos metabólitos intracelulares pode ser reciclado. A água de extração reciclada pode ser usada como água de absorção na lavagem de uma matéria-prima do processo para extração de açúcar.
[0025] De acordo com algumas modalidades, um método de extração de lipídeos apropriado para a produção de biocombustíveis a partir de um caldo de fermentação aquoso pode incluir extração de lipídeos do caldo de fermentação aquoso, em que o caldo contém microrganismos oleaginosos ou cana-de-açúcar, ou tanto microrganismos oleaginosos quanto cana-de-açúcar, deixando sólidos da biomassa e água do caldo residual e usando a água do caldo residual como água de absorção na lavagem de uma matéria-prima do processo para extração de açúcar. O método pode ainda incluir pasteurização do caldo de fermentação aquoso, tal como por aquecimento do caldo de fermentação aquoso a uma temperatura de cerca de 40°C a cerca de 80°C durante cerca de 1 minuto até cerca de 3 horas. Em algumas modalidades, o método pode incluir aquecimento do caldo de fermentação aquoso a uma temperatura que varia entre cerca de 90°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 100°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 110°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 120°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 130°C e cerca de 150°C, e manutenção do caldo dentro da faixa selecionada durante cerca de 30 minutos a cerca de 18 horas, ou mais de 3 horas a cerca de 18 horas, ou mais de 3 horas a cerca de 8 horas. O caldo de fermentação aquoso pode ser agitado durante o intervalo de aquecimento. Um ácido, uma base ou tanto um ácido quanto uma base podem ser adicionados ao caldo de fermentação aquoso. O caldo de fermentação aquoso pode ser passado através de um moinho de esferas ou outro dispositivo de ruptura mecânica uma vez, duas vezes ou mais.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0026] Os desenhos anexos, que são incorporados a esta especificação e fazem parte dela, ilustram modalidades da invenção e, juntamente com a descrição, servem para explicar os aspectos, as vantagens e os princípios da invenção. Nos desenhos:
[0027] A Figura 1 é um fluxograma do processo ilustrando uma modalidade de um processo de extração aquosa que utiliza pré-tratamento com temperatura e inclui a produção de um extrato de levedura.
[0028] A Figura 2 é um fluxograma do processo ilustrando uma modalidade de um processo integrado de açúcar-para-diesel incluindo reciclagem.
[0029] A Figura 3 é um fluxograma do processo ilustrando um processo de extração aquosa usado no Exemplo 2.
[0030] A Figura 4 é uma representação gráfica de distribuição do tamanho da partícula de óleo e fragmentos celulares liberados após lise no Exemplo 3.
[0031] A Figura 5 é uma representação gráfica de distribuição do tamanho da partícula de óleo e fragmentos celulares após recuperação do produto oleoso no Exemplo 3.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0032] A invenção fornece métodos e sistemas para extração de materiais de microrganismos oleaginosos, bem como métodos e sistemas para produção de biocombustíveis a partir dos materiais extraídos. A produção de biocombustíveis a partir de microrganismos pode ter muitas vantagens em relação à produção de biocombustíveis a partir de plantas (incluindo sementes oleaginosas), tais como ciclo de vida curto, menor exigência de trabalho, independência de estação e clima e escalonamento mais fácil.
[0033] Conforme descrito em mais detalhes abaixo, pré- tratamento do caldo de fermentação antes da extração de óleo por aquecimento direto do caldo a temperaturas relativamente elevadas pode aumentar a quantidade de óleo extraída dos microrganismos oleaginosos mediante degradação térmica da estrutura da parede celular de modo que a permeabilidade é aumentada e óleo pode difundir-se mais rapidamente. Além disso, e alternativamente, uma combinação de enzimas incluindo amilase, 1,4-manosidase e 1,3- manosidase pode ser usada para romper as paredes celulares oleaginosas dos microrganismos oleaginosos. Em qualquer um dos métodos descritos no presente documento, o efluente de extração aquosa que permanece após remoção de lipídeo pode ser reciclado para as operações de recuperação de açúcar da etapa inicial do processo.
[0034] Tal como se usa no presente documento, os termos “pré-tratar” e “pré-tratamento” referem-se a etapas do processo que são conduzidas em um microrganismo antes da separação física de quaisquer materiais de dentro do microrganismo.
[0035] Tal como se usa no presente documento, a terminologia “material renovável” preferivelmente se refere a uma substância e/ou um item que foi pelo menos parcialmente derivado de uma fonte e/ou um processo capaz de ser substituído pelo menos em parte por ciclos e/ou recursos ecológicos naturais. Materiais renováveis podem amplamente incluir, por exemplo, substâncias químicas, intermediários químicos, solventes, adesivos, lubrificantes, monômeros, oligômeros, polímeros, biocombustíveis, intermediários de biocombustível, biogasolina, matérias-primas para produção de gasolina, biodiesel, biodiesel, diesel verde, diesel renovável, matérias-primas para produção de biodiesel, biodestilados, carvão vegetal, carvão de alta qualidade (biocoke), óleos biológicos, materiais de processamento renováveis e/ou o equivalente. Como um exemplo mais específico, o material renovável pode incluir, sem se limitar a, qualquer um ou mais dentre os seguintes: metano, etanol, n-butanol, isobutanol, 2-butanol, álcoois graxos, isubuteno, isoprenóides, triglicerídeos, lipídeos, ácidos graxos, ácido láctico, ácido acético, propanodiol, butanodiol. De acordo com algumas modalidades, o material renovável pode incluir um ou mais componentes do biocombustível. Por exemplo, o material renovável pode incluir um álcool, tal como etanol, butanol ou isobutanol, ou lipídeos. Em algumas modalidades, o material renovável pode ser derivado de um organismo vivo, tal como algas, bactérias, fungos e/ou o equivalente. De acordo com algumas modalidades, o material renovável é um lipídeo, tal como ácidos graxos com um perfil de comprimento da cadeia de carbono pelo menos relativamente similar ao de óleo de colza.
[0036] O termo “biocombustível” preferivelmente se refere a componentes e/ou frações apropriados para uso como combustível e/ou uma fonte de combustão derivada pelo menos em parte de fontes renováveis. O biocombustível pode ser sustentavelmente produzido e/ou ter emissões finais de carbono reduzidas e/ou nenhuma emissão final de carbono (ciclo de vida total de carbono) para a atmosfera, em comparação com combustíveis fósseis. De acordo com algumas modalidades, fontes renováveis podem excluir materiais provenientes de explorações ou perfurações, isto é, do subsolo. Em algumas modalidades, fontes renováveis podem incluir organismos unicelulares, organismos multicelulares. Plantas, fungos, bactérias, algas, culturas cultivadas, culturas não cultivadas, produtos de madeira e/ou o equivalente.
[0037] De acordo com algumas modalidades, as fontes renováveis incluem microrganismos. Biocombustíveis podem ser adequados para uso como combustíveis destinados a transporte, tal como para uso em veículos terrestres, veículos marítimos, veículos utilizados na aviação e/ou o equivalente. Mais particularmente, os biocombustíveis podem incluir gasolina, diesel, combustível utilizado na aviação, querosene e/ou o equivalente. Biocombustíveis podem ser apropriados para uso na geração de energia, tal como geração de vapor, troca de energia com um meio de transferência de calor adequado, geração de gás de síntese, geração de hidrogênio, indução de eletricidade e/ou o equivalente. De acordo com algumas modalidades, o biocombustível é uma mistura de biodiesel e diesel de petróleo.
[0038] Os termos “biodiesel” e “diesel bioderivado”, tal como se usa no presente documento, são usados como sinônimos e se referem a componentes ou frações compatíveis com uso direto e/ou por mistura em um reservatório de diesel e/ou para suprimento de cetano derivado de fontes renováveis. Moléculas de biodiesel apropriadas podem incluir ésteres de ácido graxo. Biodiesel pode ser usado em motores de ignição por compressão, tais como motores automotivos de combustão interna movidos a diesel, motores de caminhões movidos a diesel para serviços pesados e/ou o equivalente. Na alternativa, o biodiesel pode também ser usado em turbinas a gás, aquecedores, caldeiras e/ou o equivalente. De acordo com algumas modalidades, o biodiesel e/ou misturas de biodiesel satisfazem ou estão de acordo com padrões de combustível aceitos no meio industrial, tais como B5, B7, B10, B15, B20, B40, B60, B80, B99,9, B100 e/ou o equivalente.
[0039] O termo ”lipídeo”, tal como se usa no presente documento, refere-se a óleos, gorduras, graxas, banhas, colesterol, glicerídeos, esteroides, fosfatídeos, cerebrosídeos, ácidos graxos, compostos relacionados com ácidos graxos, compostos derivados, outras substâncias oleosas e/ou o equivalente. Lipídeos usualmente incluem um conteúdo relativamente elevado de energia, tal como numa base em peso.
[0040] O termo “microrganismo”, tal como se usa no presente documento, refere-se a um organismo microscópico, que pode se uma única célula (unicelular), um grupo de células ou um organismo multicelular relativamente complexo. Microrganismos podem incluir algas, fungos (abrangendo leveduras), bactérias, cianobactérias, protozoários e/ou o equivalente.
[0041] Em uma modalidade, o microrganismo pode ser um membro unicelular do reino fúngico, tal como uma levedura, por exemplo. Exemplos de fungos oleaginosos que podem ser usados incluem, mas não se limitam a, Rhodotorula ingeniosa ou Sporidiobolus pararoseus, bem como membros dos seguintes gêneros: Aspergillus, Candida, Cryptococcus, Debaromyces, Endomycopsis, Fusarium, Geotrichum, Hyphopichia, Lipomyces, Mucor, Penicillium, Pichia, Pseudozyma, Rhizopus, Rhodotorula, Rodosporidium, Sporobolomyces, Starmerella, Torulaspora, Trichosporum, Wickerhamomyces, Yarrowia, Zygoascus e Zygolipomyces. Mais particularmente, os fungos oleaginosos podem incluir, por exemplo, qualquer um dos seguintes: Apiotrichum curvatum, Candida apicola, Candida bombicola, Candida oleophila, Candida sp., Candida tropicalis, Cryptococcus albidus, Cryptococcus curvatus, Cryptococcus terricolus, Debaromyces hansenii, Endomycopsis vernalis, Geotrichum carabidarum, Geotrichum cucujoidarum, Geotrichum histendarum, Geotrichum silvicola, Geotrichum vulgare, Hyphopichia burtonii, Lipomyces lipofer, Lipomyces orentalis, Lipomyces starkeyi, Lipomyces tetrasporous, Pichia mexicana, Rhodosporidium sphaerocarpum, Rhodosporidium toruloides, Rhodotorula sp., Rhodotorula aurantiaca, Rhodotorula dairenensis, Rhodotorula diffluens, Rhodotorula glutinus, Rhodotorula gjutinis, Rhodotorula gracilis, Rhodotorula graminis, Rhodotorula minuta, Rhodotorula mucilaginosa, Rhodotorula rubra, Rhodotorula terpenoidalis, Rhodotorula toruloides, Sporobolomyces alborubescens, Starmerella bombicola, Torulaspora delbruekii, Torulaspora pretoriensis, Torulopsis lipofera, Toruposis sp., Trichosporon behrend, Trichosporon brassicae, Trichosporon capitatum, Trichosporon cutaneum, Trichosporon domesticum, Trichosporon laibachii, Trichosporon loubieri, Trichosporon montevideense, Trichosporon pullulans, Trichosporon sp., Wickerhamomyces canadensis, Yarrowia lipolytica, Zygoascus meyerae e Zygolipomyces lactosus.
[0042] Os métodos de extração descritos no presente documento podem ser aplicados a essencialmente qualquer microrganismo oleaginoso. O microrganismo pode operar exercer atividade e/ou viver em quaisquer condições apropriadas, tais como anaerobicamente, aerobicamente, fotossinteticamente, heterotroficamente e/ou o equivalente. De acordo com algumas modalidades, a levedura pode ser cultivada heterotroficamente na presença de ar.
[0043] O termo “oleaginoso”, tal como se usa no presente documento, refere-se a conduzindo óleo, contendo óleo e/ou produzindo óleos, lipídeos, gorduras e/ou outras substâncias semelhantes a óleo. O termo oleaginoso pode incluir organismos que produzem pelo menos cerca de 20 por cento em peso de óleos, pelo menos cerca de 30 por cento em peso de óleos, pelo menos cerca de 40 por cento em peso de óleos, pelo menos cerca de 50 por cento em peso de óleos, pelo menos cerca de 60 por cento em peso de óleos, pelo menos cerca de 70 por cento em peso de óleos, pelo menos cerca de 80 por cento em peso de óleos, e/ou o equivalente do peso total do organismo. O termo oleaginoso pode referir-se a um microrganismo durante cultura, acúmulo de lipídeo, em condições de coleta e/ou o equivalente.
[0044] Lipídeos apropriados para uso na produção de biocombustíveis podem ser extraídos de um caldo de fermentação integral contendo células microbianas ricas em óleo de microrganismos oleaginosos. De acordo com algumas modalidades, o caldo de fermentação integral pode incluir uma matéria-prima do tipo açúcar. Por exemplo, o caldo de fermentação integral pode incluir cerca de 50 a cerca de 250 gramas de lipídeos por litro de caldo fermentador, cerca de 0 a cerca de 50 gramas de açúcar por litro de caldo fermentador, cerca de 0 a cerca de 40 gramas de sal por litro de caldo fermentador e cerca de 10 a cerca de 100 gramas de biomassa seca isenta de lipídeos por litro de caldo fermentador. Os microrganismos oleaginosos podem incluir pelo menos 40% em peso de gordura, ou entre cerca de 40% e cerca de 80% em peso de gordura, ou entre cerca de 50% e cerca de 75% em peso de gordura, em algumas modalidades.
[0045] Antes do pré-tratamento térmico, o caldo de fermentação integral pode ser pasteurizado para inativar enzimas celulares e eliminar a viabilidade do organismo em produção visando a impedir replicação mediante armazenamento. A pasteurização também proporciona medidas de controle adequadas para minimizar danos a produtos de interesse, neste caso também por inativação das lipases. A pasteurização pode ser conduzida por aquecimento do caldo de fermentação integral a menos de cerca de 90°C, tal como entre cerca de 40°C e cerca de 80°c, durante menos de 3 horas, tal como entre cerca de 1 minuto e pouco menos de 3 horas.
[0046] Conforme mencionado, a quantidade de óleo extraída pode ser aumentada por pré-tratamento do caldo de fermentação integral com calor. Pré-tratamento do caldo de fermentação integral inclui tratamento térmico com alterações concomitantes no pH do processo, cuja finalidade é realizar uma alteração termoquímica na composição da parede celular. Mais particularmente, mediante aquecimento direto do caldo a uma temperatura superior a 90°C, tal como entre cerca de 90°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 91°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 100°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 110°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 120°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 130°C e cerca de 150°C, durante mais de 3 horas, a estrutura da parede celular sofre degradação térmica, que aumenta a permeabilidade da parede celular, possibilitando assim a difusão de óleo mais rapidamente durante extração subsequente de um produto dos microrganismos oleaginosos. A natureza exata da alteração depende da composição química da parede celular da cepa em produção. No caso de leveduras oleaginosas, foi observada liberação de carboidratos (monômeros) compreendendo as paredes celulares como resultado do pré-tratamento. Por exemplo, manutenção do caldo de fermentação integral a 121°C por pouco mais de 3 horas a cerca de 8 horas com agitação suave usando-se um impulsor pode proporcionar 80-85% da capacidade de extração em virtude de aumento da porosidade das células. Embora não essencial, o sistema pode ser dotado de ventilação para a atmosfera de modo que facilite redução de 80% para 70% na concentração do conteúdo de água no caldo de fermentação por evaporação. Para minimizar atividade lipolítica, pode ser desejável reduzir ao mínimo o tempo utilizado pelo caldo de fermentação integral contendo os microrganismos oleaginosos entre 45°c e 80°C. Essa minimização pode ser conseguida por aquecimento do caldo de fermentação integral contendo os microrganismos oleaginosos de 45°C a 80°C em menos de 60 minutos. Em algumas modalidades, o caldo de fermentação integral pode ser aquecido a uma taxa média que varia entre cerca de 0,1 e cerca de 80 graus Celsius por minuto.
[0047] Durante pré-tratamento, o pH do caldo de fermentação integral pode também ser ajustado, por adição de um ácido ou de uma base. Por exemplo, mediante primeiramente adição de um ácido e em seguida de uma base, esse tratamento pode resultar na liberação inicial de óleo. Através da utilização de reagentes e outros auxiliares, o pH pode ser ajustado para qualquer nível dentro de uma faixa de cerca de 0,5 a 14, usando-se ácidos, bases, sais ou qualquer combinação de ácidos, bases ou sais. Por exemplo, um ácido pode ser adicionado para ajustar o pH até uma faixa entre cerca de 3,0 e cerca de 6,0. Como outro exemplo, uma base pode ser adicionada para ajustar o pH até uma faixa entre cerca de 8,0 e cerca de 10,5. Em algumas modalidades, durante o pré-tratamento, sais podem estar presentes em um sistema contendo o caldo de fermentação integral, resultando em uma concentração iônica estimada entre cerca de 0,01 M e cerca de 2,0 M no sistema. A etapa de pré-tratamento é a etapa de tratamento térmico prolongado mais agressiva no processo e a maioria das reações químicas ocorre durante esse período. A etapa de lise mecânicas subsequente libera o óleo para um ambiente não reativo e relativamente inerte. Caldo de fermentação que foi submetido à pré-tratamento pode ser coalescido dentro de um período inferior a 8 horas, apropriadamente com 4 horas de aquecimento adicional a uma temperatura superior a 90°C e mistura isoladamente. Em comparação, caldo que foi submetido à pasteurização isoladamente pode exigir mistura adicional prolongada, tal como mais de 8 horas de mistura adicional, a uma temperatura inferior a 90°C, para permitir separação de uma fase oleosa.
[0048] De acordo com algumas modalidades, o caldo de fermentação integral pode incluir uma fonte de açúcar bruto associada a sais e íons a uma concentração maior que cerca de 0,05 g/L. Tal como se usa no presente documento, a terminologia “açúcar bruto” refere-se a extratos de açúcar contendo um ou mais dissacarídeos ou monossacarídeos derivados de matéria-prima renovável complexa (incluindo cana-de-açúcar, sorgo-doce e beterraba) ou formas concentradas de extratos de açúcar que incluem suco de cana-de-açúcar, suco bruto, suco grosso e melaço. Açúcar bruto pode conter qualquer combinação de dissacarídeos e monossacarídeos numa proporção superior a 15% em peso até 95% em peso, com água, sais, minerais, resíduos de matéria- prima e biomassa complexa formando o restante. Açúcar bruto pode alternativamente ser descrito como aquele que contém 60% a 99% como uma proporção entre monômeros de açúcar e outros sólidos na matéria seca. Os outros componentes da matéria seca que não são açúcares podem incluir sais, minerais, resíduos de matéria-prima e biomassa complexa.
[0049] Esses sais e íons associados à fonte de açúcar bruto podem incluir Na, K, Ca, Mg, Zn, Cu, Mn, Fe, Co e cloretos, sulfatos, fosfatos, nitratos e respectivas combinações. Esses sais e íons são, portanto, introduzidos em concentrações acima daquelas exigidas para cultura fermentativa dos microrganismos. Os sais e íons podem acumular-se a uma concentração de 0,5 a 40 g/L, por exemplo. De particular singularidade são potássio e cálcio, que podem acumular-se em concentrações mais elevadas do que as da maioria dos outros elementos e são diferentes de meios de caldo de fermentação usuais. Essas propriedades singulares podem facilitar a separação de fases lipídicas e aquosas. Mais particularmente, a concentração de potássio é apropriadamente mais elevada do que a concentração de sódio. Em algumas modalidades, a concentração de cálcio pode ser maior do que 1 g/L. Em algumas modalidades, a concentração de potássio poder ser maior do que 2,5 g/L. Na concentração estabelecida, os sais e íons introduzidos ajudam na recuperação da fase oleosa por uma coalescência quando o óleo resultante é liberado das células microbianas. Além disso, na concentração estabelecida, os sais e íons introduzidos eliminam a necessidade de adição de sais e íons frequentemente requerida para ajudar na recuperação da fase oleosa por coalescência, isto é, indutores e demulcionantes. Desse modo, o caldo de fermentação pode manter as mesmas proporções ou concentrações iônicas durante o estágio de coalescência, bem como durante outras etapas a jusante, tal como durante o pré-tratamento. Por exemplo, o caldo de fermentação pode ter uma concentração de sais e íons de 0,5 a 40 g/L durante coalescência.
[0050] Sais de aditivos para melhorar a extração podem ser acrescentados ao caldo de fermentação, ou à água de lavagem para a fonte de açúcar, ou tanto ao caldo de fermentação quanto à água de lavagem para a fonte de açúcar. Juntamente com os sais e íons, alimentos nutrientes, fontes de nutrientes brutos ou purificados, nitrogênio ou carbono, fontes de açúcar bruto ou parcialmente refinado e/ou diferentes fontes de água podem também ser adicionados aos meios de fermentação.
[0051] Quando se conduz o método de extração em um caldo de fermentação que inclui um açúcar bruto, pode ser recuperado um óleo bruto que possui conteúdo mais baixo de metais e elementos inorgânicos, tais como Na, K, P, Ca, Mg, Zn e o equivalente, em comparação com técnicas de extração que utilizam biomassa dessecada integral e/ou solventes para recuperar óleo bruto.
[0052] Também durante o pré-tratamento, uma pressão entre cerca de 10 psi (68,95 kPa) e cerca de 150 psi (1034,21 kPa), ou entre cerca de 20 psi (137,895 kPa) e cerca de 150 psi (1034,21 kPa), ou entre cerca de 30 psi (206,84 kPa) e cerca de 150 psi (1034,21 kPa), ou entre cerca de 50 psi (344,74 kPa) e cerca de 150 psi(1034,21 kPa), pode ser mantida em um sistema contendo o caldo de fermentação integral. Essa temperatura e essa pressão eficientes podem ser mais baixas se o sistema for mantido em um vácuo usando-se propulsores de jato de vapor.
[0053] Após o aquecimento, o caldo de fermentação integral pode ser resfriado ou dessecado, ou resfriado e dessecado, para possibilitar processamento isotérmico (temperatura constante) adicional. Mais particularmente, “processamento isotérmico” refere-se no presente documento a processamento sem a necessidade de aquecimento ou resfriamento adicional. No que diz respeito ao resfriamento e/ou à dessecação, por exemplo, o caldo de fermentação integral pode ser resfriado a uma temperatura superior a cerca de 60°C, ou superior a cerca de 70°C, ou superior a cerca de 80°C, ou superior a cerca de 85°C, ou superior a cerca de 90°C. O caldo de fermentação pode também ser despressurizado, em combinação com o resfriamento, para concentrar sólidos no caldo antes de processamento adicional. Processamento adicional pode incluir a aplicação de ruptura mecânica, usando-se dispositivos, tais como um moinho de esferas, um homogeneizador, uma placa de orifícios, um misturador de alto cisalhamento, uma prensa, um extrusor, ruptura por pressão, moagem úmida, moagem seca ou outro dispositivo de ruptura por cisalhamento ou mecânico para uma passagem, duas passagens ou mais. Por exemplo, duas passagens através de um moinho de esferas podem proporcionar mais de 90% da capacidade de extração. A adição suplementar de ácido pode facilitar coalescência. O caldo de fermentação integral pode ser resfriado a uma taxa média que varia entre cerca de 0,2 e 80, ou entre cerca de 0,2 e 1 grau Celsius por minuto, por exemplo. Além disso, ou alternativamente, um evaporador com sistema de evaporação rápida pode ser usado para concentrar os sólidos no caldo.
[0054] Para proporcionar agitação adicional, o caldo de fermentação integral pode ser agitado em um recipiente a uma temperatura entre cerca de 70°C e cerca de 100°C opcionalmente incluindo refluxo para uma variação entre cerca de 1 e cerca de 60 horas, promovendo assim 60 a 85% de recuperação de óleo, por exemplo. Se desejado, o caldo de fermentação integral pode ser mantido a uma velocidade na ponta do impulsor variável entre cerca de 10 e cerca de 300 cm por segundo, ou entre cerca de 120 e cerca de 240 cm por segundo. Essa agitação pode ser conduzida usando-se qualquer combinação vantajosa de impulsores de fluxo radial e axial, tais como impulsores Rushton ou náuticos, por exemplo. Opcionalmente, ajustes na temperatura, ajustes no pH, adição de sal ou qualquer uma combinação dessas ações adicionais podem ser feitos durante a agitação. Por exemplo, até cerca de 2% em peso de sal, tal como NaCl, KCl, K2SO4 ou Na2SO4, podem ser adicionados ao caldo de fermentação integral no recipiente ou alternativamente podem ser produzidos in situ, por exemplo, mediante adição de NaOH ou KOH mais H2SO4. Como outro exemplo, pode-se adicionar um ácido ou uma base com o objetivo de ajustar um pH do caldo de fermentação integral no recipiente para uma faixa de cerca de 3 e cerca de 11. O calor gerado pela combinação de ácidos e bases mencionados acima poderia também contribuir para redução da energia requerida para aquecimento do caldo.
[0055] Como uma etapa de pré-tratamento adicional, os microrganismos oleaginosos podem ser submetidos à lise, resultando em uma distribuição no tamanho da partícula do corpo oleoso e de fragmentos celulares em que pelo menos 80%, ou pelo menos 95%, de um volume de corpos oleosos e fragmentos celulares do produto liberado possuem um tamanho superior a 0,1 μm de diâmetro, sendo o diâmetro a maior distância através da gotícula, da partícula ou do corpo. O diâmetro pode ser determinado usando-se um analisador de tamanho de partículas, disponibilizado por Malvern Instruments Ltd de Worcestershire, UK. Mais particularmente, o pré-tratamento térmico ajuda na lise, que libera o óleo assim que a biomassa é digerida constantemente. Graças a essa distribuição do tamanho da partícula, as gotículas de óleo e fragmentos celulares podem ser facilmente recuperados como uma fase contínua através de etapas de coalescência por mistura simples a uma velocidade na ponta do impulsor superior a 120 cm por segundo, em um impulsor do tipo Rushton de 3 polegadas (7,62 cm), por exemplo. O lipídeo coalescido pode resultar em uma distribuição do tamanho da partícula de lipídeo coalescido em que pelo menos 80%, ou pelo menos 95%, de um volume de lipídeos coalescidos possui um tamanho superior a cerca de 40 μm de diâmetro, por exemplo.
[0056] Um solvente pode ser adicionado às células secas ou ao caldo de fermentação lisado, após o aquecimento, para formar uma mistura. Exemplos de solventes apropriados incluem hexano, dodecano, decano, diesel, alcoóis, solventes polares, solventes não polares e respectivas combinações. A mistura pode então ser agitada para permitir que o solvente entre em contato com as células totais dos microrganismos oleaginosos e extraia dessas células o óleo. Após um período de tempo adequado, a fração pode ser separada, tal como pela utilização de uma centrífuga, um tanque de decantação, um ciclone ou qualquer combinação dessas técnicas, para isolar o solvente e o óleo do caldo de fermentação. A fração do solvente e do óleo pode então ser submetida à reação para converter o óleo em um componente combustível antes de converter o solvente e um restante do óleo em um combustível compreendendo um biocombustível. Esse método de extração de lipídeos apropriado para a produção de óleo microbiano resulta em um óleo que possui artificialmente conteúdo mais baixo de metais, uma vez que o processo de extração aquosa concentra os metais no caldo de fermentação quando comparado com o óleo em uma proporção de pelo menos 2.
[0057] Biopartículas (biomeal) ou caldo utilizado residuais resultantes do pré-tratamento térmico descrito no presente documento podem incluir polissacarídeos da parede celular e proteínas hidrolisados em solução aquosa, incluindo meios e sais gerados, bem como fragmentos da parede celular dessolvatados, lisados ou não lisados. As biopartículas (biomeal) ou o caldo utilizado residuais deslipidados podem ser utilizados como fertilizantes para culturas, alimentação animal, extrato de levedura ou uma fonte de carbono/nutrientes, por exemplo. Mais particularmente, graças aos níveis elevados de potássio no caldo de fermentação, o caldo utilizado pode ser reciclado como uma fonte de potássio na forma de um fertilizante para canaviais ou outras culturas. Usando-se um processo aquoso, as biopartículas residuais podem estar em melhores condições para esses e outras aplicações em potencial em comparação com biopartículas residuais resultantes de processos não aquosos.
[0058] A Figura 1 ilustra um exemplo de um processo e extração aquosa que utiliza pré-tratamento térmico e inclui a produção de um extrato de levedura. O processo tem início com um caldo de fermentação 10, ao qual uma base 12 pode ser adicionada (opcionalmente). Enquanto o caldo de fermentação 10 é aquecido em um recipiente 14 a 121°C e mantido nessa temperatura por aproximadamente 8 horas, um ácido 16 pode ser adicionado (opcionalmente). Após o tratamento térmico, o caldo pré-tratado 18 é então resfriado (por exemplo, mediante resfriamento rápido) a 60°C em um dispositivo de resfriamento 20 e, no processo, vapor d’água 22 é liberado. Caldo concentrado 24 é então transferido para uma centrífuga 26, que separa o caldo 24 contido em uma fração de óleo 28 e uma fração residual de extração aquosa 30. Outros tipos de técnicas de separação, tais como um tanque de decantação ou um ciclone, podem também ser usados isoladamente ou em combinação um com outro. A fração residual de extração aquosa 30 é direcionada para um pressurizador 32 (ou evaporador), do qual água 34 proveniente da pressão é liberada e um aglomerado de levedura 36 é formado e enviado para um hidrolisador 38 ao qual um ácido 40 é adicionado. O resultado é um aglomerado de levedura hidrolisado 42.
[0059] Microrganismos com os quais os processos do presente documento podem ser conduzidos incluem, mas não se limitam a, algas, fungos e bactérias. Por exemplo, fungos apropriados podem incluir leveduras oleaginosas, tais como aquelas pertencentes ao gênero Rhodotorula, Pseudozyma ou Sporidiobolus.
[0060] De acordo com algumas modalidades, a levedura pertence ao gênero Sporidiobolus pararoseus. Em uma modalidade específica, o microrganismo divulgado é o microrganismo que corresponde a ATCC Deposit No. PTA-12508 (Cepa MK29404 (Dry1-13J)). Em outra modalidade específica, o microrganismo é o microrganismo que corresponde ao Depósito ATCC No. PTA-12509 (Cepa MK29404 [Dry1-182J]). Em outra modalidade específica, o microrganismo é o microrganismo que corresponde ao Depósito ATCC No. PTA- 12510 (Cepa MK29404 [Dry1-173N]). Em outra modalidade específica, o microrganismo é o microrganismo que corresponde ao Depósito ATCC No. PTA-12511 (Cepa MK29404 [Dry55]). Em outra modalidade específica, o microrganismo é o microrganismo que corresponde ao Depósito ATCC No. PTA- 12512 (Cepa MK29404 [Dry41]). Em outra modalidade específica, o microrganismo é o microrganismo que corresponde ao Depósito ATCC No. PTA-12513 (Cepa MK29404 [Dry1]). Em outra modalidade específica, o microrganismo é o microrganismo que corresponde ao Depósito ATCC No. PTA- 12515 (Cepa MK29404 [Dry1-147D]). Em outra modalidade específica, o microrganismo é o microrganismo que corresponde ao Depósito ATCC No. PTA-12516 (Cepa MK29404 [Dry1-72D]).
[0061] Leveduras possuem paredes celulares polissacarídicas para protegê-las de tensões ambientais, tais como forças de cisalhamento, desequilíbrios osmóticos, predadores e o equivalente. A parede celular protetora pode dificultar a coleta de metabólitos intracelulares, tais como lipídeos em leveduras oleaginosas que podem ser convertidos em biocombustível.
[0062] Enzimas glicosídicas são úteis na ruptura de polissacarídeos e, portanto, na degradação das paredes celulares da levedura. Enzimas glicosídicas são frequentemente ativas sobre os monômeros de açúcar específicos dentro de um polissacarídeo e sobre as ligações específicas entre açúcares do monômero. Por exemplo, enzimas glicosídicas podem fazer distinção entre glicose com ligações α-1,4 (amilase) e glicose com ligações β-1,4 (celulose). Entretanto, leveduras não são todas compostas de polissacarídeos idênticos, mas, em vez disso, diferem amplamente no que diz respeito aos tipos e às proporções de monômeros sacarídicos e aos tipos de ligações entre monômeros.
[0063] Consequentemente, a mistura de enzimas glicosídicas que são ideais para degradação da parede celular é dependente do organismo. Uma levedura oleaginosa em particular usada na conversão de açúcar em diesel, Sporidiobolus pararoseus MK29404Dryl, possui uma estrutura das parede celular particularmente nova. Uma ligação estrutural comum em muitas leveduras é β-1,3-glicana. Entretanto, MK29404Dryl exibiu pouca glicose com ligações 1,3, e, em vez disso, glicose com ligações α-1,4 foi a principal ligação de açúcar. Outro componente comum de paredes celulares de leveduras consiste em manosanas, que são frequentemente compostas de monômeros de manose com ligações 1,6. Por outro lado, MK29404Dryl contém muito pouca 1,6-manose, mas sobretudo contém tanto manose com ligações 1,3 quanto com ligações 1,4.
[0064] Em virtude da composição particular da parede celular da levedura MK29404Dryl, é necessária uma combinação específica de enzimas para degradar de modo eficiente a parede celular microbiana. Foi descoberto que uma combinação de enzimas incluindo amilase, 1,4-manosidase e 1,3-manosidase é particularmente eficiente na degradação de paredes celulares oleaginosas de microrganismos oleaginosos que incluem MK29404Dryl. Em particular, amilases específicas para glicose com ligações α-1,4 são especialmente eficientes. Por exemplo, a combinação de enzimas pode incluir cerca de 5% a cerca de 30%, ou cerca de 6% a cerca de 25%, ou cerca de 7% a cerca de 20%, em peso, de amilase; cerca de 5% a cerca de 45%, ou cerca de 10% a cerca de 35%, ou cerca de 15% a cerca de 30%, em peso, de 1,4-manosidase; e cerca de 5% a cerca de 45%, ou cerca de 10% a cerca de 35%, ou cerca de 15% a cerca de 30%, em peso, de 1,3-manosidase.
[0065] A combinação de enzimas pode também incluir uma ou mais enzimas auxiliares, tais como proteases, sulfatases, quitinases ou qualquer combinação dessas enzimas para melhorar o desempenho enzimático e a recuperação de lipídeo.
[0066] Anteriormente ou subsequentemente ao emprego da combinação de enzimas para degradação das paredes as células oleaginosas dentro de um caldo de fermentação integral contendo microrganismos oleaginosos, o caldo de fermentação integral pode ser submetido à pré-tratamento térmico conforme descrito acima. Mais particularmente, o caldo pode ser aquecido a uma temperatura entre cerca de 90°C e cerca de 150°C por mais de 3 horas.
[0067] Após o uso da combinação de enzimas para degradação das paredes das células oleaginosas dentro de um caldo de fermentação integral contendo microrganismos oleaginosos, metabólitos intracelulares podem ser coletados das paredes das células oleaginosas. Os metabólitos intracelulares apropriadamente contêm lipídeos. Os lipídeos extraídos podem ser usados na produção de biocombustíveis, tais como diesel bioderivado.
[0068] Mais particularmente, conforme descrito em mais detalhes acima, um solvente, tal como hexano, dodecano, decano, diesel, alcoóis ou qualquer combinação desses solventes, pode ser adicionado às células dessecadas ou ao caldo de fermentação lisado para formar uma mistura. A mistura do caldo e do solvente pode ser agitada para entrar em contato com as células de levedura oleaginosas e extrair óleo dessas células. O solvente e o óleo podem ser subsequentemente separados do caldo, tal como pela utilização de uma centrífuga. O solvente e o óleo podem ser submetidos a reação para converter pelo menos uma porção do óleo em um componente combustível. O solvente e o restante do óleo podem ser convertidos em um combustível, isto é, um biocombustível. O caldo utilizado pode ser empregado como fertilizante para culturas, alimentação animal, extrato de levedura, hidrolisado de levedura ou uma fonte de carbono/nutrientes.
[0069] Conforme descrito em mais detalhes adiante, qualquer efluente de extração aquosa remanescente após coleta dos metabólitos intracelulares pode ser reciclado. Por exemplo, a água de extração reciclada pode ser usada como água de absorção na lavagem de uma matéria-prima do processo para extração de açúcar.
[0070] A Figura 2 é um fluxograma de açúcar-para-diesel integrado mostrando a maneira como o efluente de extração aquosa que permanece após remoção de lipídeo é reciclado para as operações de recuperação de açúcar da etapa inicial do processo. Mais particularmente, a água de extração reciclada é usada como água de absorção na lavagem de uma matéria-prima do processo para extração de açúcar. Tais integrações são benéficas porque um grande rendimento nos materiais alimentados é obtido, bem como uma redução nos custos de processamento e de capital para controle de resíduos.
[0071] Embora seja sempre de interesse reciclar frações residuais, é indispensável identificar o ponto de reciclagem apropriado dentro do fluxograma que aumenta ao máximo o valor de recuperação e que ao mesmo tempo também contribui para a maneira como a reciclagem interfere na dinâmica e na operação mais favorável do fluxograma integrado.
[0072] Conforme descrito acima, açúcar pode ser convertido em biocombustível, incluindo diesel, por exemplo, usando-se organismos heterotróficos com uma seção de extração aquosa, por meio da qual os lipídios resultantes são removidos e recuperados diretamente do caldo de fermentação aquoso. O produto é recuperado dos compartimentos internos do organismo oleaginoso por combinações de forças térmicas, mecânicas, osmóticas e enzimáticas, resultando em uma fração do produto de múltiplas fases que contém menos lipídios densos, água do caldo residual e biomassa deslipidada. Conforme ilustrado na Figura 2, a água do caldo residual pode ser reciclada e usada como água de absorção na lavagem de uma matéria-prima do processo para extração de açúcar.
[0073] O fluxograma na Figura 2 mostra cana-de-açúcar 100 e água de absorção 102 alimentadas em um moinho 104. Do moinho 104, uma solução de açúcar 106 é alimentada em um dispositivo de tratamento 108, enquanto bagaço 110 é separado. Do dispositivo de tratamento 108, uma alimentação 112 do MEV (evaporador de múltiplos efeitos) é enviada para evaporadores 114, enquanto lodo 116 é separado. Dos evaporadores 114, uma corrente de vapor/gás 118 é alimentada em um dispositivo de fermentação básico 124, enquanto uma fração de açúcar concentrado 120 é alimentada em um dispositivo de fermentação principal 126 e água 122 é separada. Juntamente com a fração de açúcar concentrado 120, ar 128 é também adicionado ao dispositivo de fermentação principal 126. Do dispositivo de fermentação principal 126, caldo 130 é alimentado em um dispositivo de extração aquosa 134, enquanto vapor d’água e CO2 132 são liberados. Do dispositivo de extração aquosa 134, um óleo resultante 136 é separado, água evaporada 138 é liberada e água residual 140 é reciclada para a corrente de água de absorção 102. A Tabela 1 exibe as magnitudes de fluxo da amostra da maioria das frações e dos componentes principais no fluxograma de açúcar-para-diesel da Figura 2. Com base nos dados da Tabela 1, uma redução de 40% na água de absorção é calculada, sendo essa redução atribuível a reciclagem da água residual. Ademais, um adicional sólido para bagaço de 5% é calculado, também atribuível a reciclagem da água residual. Tabela 1: Magnitudes de Fluxo para as Frações e os Componentes Principais no Fluxograma de Açúcar-para-Diesel
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[0074] Reciclagem da água residual como uma porção da água de absorção gera múltiplos benefícios surpreendentes, incluindo: 1. Recuperação de carbono orgânico que pode ser ainda convertido em produto (ver benefício 5) 2. Recuperação pelo menos parcial de nutrientes orgânicos e inorgânicos de biomassa não lipídica e alimentação de nutrientes de primeira intenção reduzida (por exemplo, amônia) 3. Separação de biomassa não lipídica não recuperada da solução por mistura com bagaço 4. Alimentação em caldeira adicional e geração de energia por mistura de bagaço e biomassa não lipídica não recuperada 5. Exigência reduzida na operação de fermentação permitindo maior deslocamento de carbono orgânico e recuperação por reciclagem (ver benefício 1) 6. Otimização de frações de açúcar 106 e 120 para uso como frações de alimentação específica para os fermentadores básico e principal 7. Redução na demanda de água fresca por utilização de reciclagem de água para absorção 8. Redução nos custos de capital e operacional para tratamento de resíduos
[0075] A reciclagem de frações pode ser instituída nos métodos previamente descritos para melhorar a recuperação e a conversão de constituintes essenciais e melhorar a eficiência de modo geral. Por exemplo, em um método de extração de lipídeos apropriado para a produção de biocombustíveis a partir de um caldo de fermentação aquoso, em que o caldo contém microrganismos oleaginosos ou cana- de-açúcar, ou tanto microrganismos oleaginosos quanto cana- de-açúcar, o caldo de fermentação aquoso pode ser pasteurizado, tal como por aquecimento do caldo de fermentação aquoso a uma temperatura de cerca de 40°C a cerca de 80°C durante cerca de 1 minuto até quase 3 horas. O caldo de fermentação aquoso pode ser submetido a pré- tratamento térmico por aquecimento do caldo a uma temperatura entre cerca de 90°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 100°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 110°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 120°C e cerca de 150°C, ou entre cerca de 130°C e cerca de 150°C, durante cerca de 30 minutos a cerca de 18 horas, ou mais de 3 horas a cerca de 18 horas, ou mais de 3 horas a cerca de 8 horas. O caldo de fermentação aquoso pode ser agitado durante o intervalo de aquecimento. Um ácido, uma base ou tanto um ácido quanto uma base podem ser adicionados ao caldo de fermentação aquoso. O caldo de fermentação aquoso pode ser passado através de um moinho de esferas ou outro dispositivo mecânico pelo menos uma vez, ou pelo menos duas vezes, ou mais. O caldo de fermentação aquoso pode ser agitado em um recipiente a uma temperatura de cerca de 70°C a cerca de 100°C ou sob refluxo durante cerca de 1 a cerca de 60 horas. Um sal, tal como até cerca de 2% em peso do sal, a exemplo de NaCl, KCl, K2SO4 ou Na2SO4, pode ser adicionado ao caldo de fermentação aquoso no recipiente ou, alternativamente, pode ser produzido in situ, por exemplo, mediante adição de NaOH ou KOH, mais H2SO4. Pode-se adicionar um ácido ou uma base para ajustar um pH do caldo de fermentação aquoso no recipiente para um valor entre cerca de 3 e cerca de 11. Os lipídeos podem ser separados do caldo de fermentação aquoso através de um método de separação de sólido-líquido-líquido apropriado que pode incluir uma ou mais etapas tais como separação por gravidade, hidrociclones, filtros e/ou centrífugas, deixando sólidos da biomassa e água do caldo residual. A água do caldo residual pode ser usada como água de absorção na lavagem de matérias-primas do processo para extração de açúcar. Além disso, sólidos da biomassa podem ser reciclados com a água do caldo residual.
[0076] Os lipídeos podem ser convertidos em um biocombustível através da utilização de hidrotratamento ou transesterificação, por exemplo.
[0077] De acordo com algumas modalidades, a invenção pode ser direcionada para uma unidade industrial destinada à produção de biocombustíveis. De acordo com algumas modalidades, a unidade industrial poder incluir uma unidade para extração de lipídeo. Além disso, a unidade industrial pode incluir uma unidade de pré-tratamento térmico. Em algumas modalidades, a unidade industrial pode incluir equipamento que possibilite reciclagem de água do caldo residual.
[0078] De acordo com algumas modalidades, a invenção pode ser direcionada para um material ou um biocombustível renovável, ou tanto um material quanto um biocombustível renováveis, preparados de acordo com qualquer um dos métodos descritos no presente documento.
[0079] De acordo com algumas modalidades, os métodos descritos no presente documento podem resultar em um aumento no rendimento da extração de óleo do microrganismo. Por exemplo, o método poder resultar em um aumento no rendimento da extração de óleo do microrganismo de pelo menos cerca de 10% em peso. De acordo com algumas modalidades, o aumento no rendimento da extração de óleo pode ser de pelo menos cerca de 10% em peso, pelo menos cerca de 15% em peso ou pelo menos cerca de 20% em peso.
Exemplos
[0080] Uma escala métrica usada para caracterizar o desempenho dos microrganismos descritos é extractabilidade de ácido graxo, ou FAE. A FAE de qualquer um dos microrganismos de acordo com a divulgação pode ser calculada de acordo com a seguinte fórmula:
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onde b é a biomassa total após ruptura da célula, geralmente medida em gramas; Cbiomassa é a percentagem de FAME antes de ruptura da célula, em que Cbiomassa é calculada como gramas totais de FAME em relação a gramas totais de biomassa; o termo “FAME”, tal como se usa aqui, refere-se a éster metílico de ácido graxo; Cbiopartícula é a percentagem de FAME após ruptura da célula, em que Cbiopartícula é calculada como gramas totais de FAME em relação a gramas totais de biopartículas; e l é a massa total de óleo após ruptura da célula, mas antes da etapa de recuperação de óleo, em geral medida em gramas. A obtenção desses valores com base nos microrganismos ou no caldo de fermentação está dentro da capacidade de um especialista no assunto.
[0081] De acordo com algumas modalidades, os métodos descritos no presente documento podem resultar em um aumento no índice de extractabilidade de óleo ou ácido graxo do microrganismo. Por exemplo, o método pode resultar em um aumento no índice da FAE do microrganismo de pelo menos 10% em peso.
[0082] Em algumas modalidades, após recuperação de óleo com hexano, a massa do óleo é determinada (L). Também é determinado o FAME após recuperação de óleo com hexano. Em algumas modalidades, evaporação sob vácuo, como é conhecida no assunto, é realizada na amostra antes da determinação do FAME.
[0083] O rendimento de extração de qualquer um dos microrganismos de acordo com a divulgação pode ser calculado por meio da fórmula:
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onde B é a biomassa total antes de ruptura da célula, geralmente mediada em gramas; cbiomassa é a percentagem de FAME antes de ruptura da célula, em que Cbiomassa é calculada como gramas totais de FAME em relação a gramas totais de biomassa; Cóleo é a percentagem de FAME após ruptura da célula e recuperação de óleo, em que Cóleo é calculada como gramas totais de FAME em relação a gramas totais de óleo; e L é a massa total de óleo após ruptura da célula e recuperação de óleo, geralmente medida em gramas. A obtenção dessas determinações com base nos microrganismos ou no caldo de fermentação está dentro da capacidade de um especialista no assunto.
[0084] De acordo com algumas modalidades, os métodos descritos no presente documento podem resultar em um aumento no rendimento de extração de óleo do microrganismo. Por exemplo, o método pode resultar em um aumento no rendimento de extração de óleo do microrganismo de pelo menos cerca de 10% em peso.
[0085] Exemplo 1. Fermentação de uma cepa de levedura oleaginosa usando-se uma fonte de açúcar complexo que incluiu suco de cana-de-açúcar produziu caldo integral não pasteurizado para processamento posterior. O caldo integral foi pasteurizado por aquecimento em um recipiente a uma temperatura de 27°C a 80°C em 30 minutos mantido a 80°C por 3 horas. O caldo pasteurizado mostrou uma extractabilidade de ácido graxo (FAE) de 16,8%. Nenhuma fase oleosa foi recuperada mediante centrifugação do caldo pasteurizado não lisado em uma centrífuga de bancada a 4.500 rpm (4.000g) durante 5 minutos.
[0086] Uma alíquota do caldo pasteurizado foi pré- tratada por 8 horas a 106°C em um tanque encamisado adaptado com 2 impulsores do tipo Rushton. O aumento da temperatura de 26°C para 106°C ocorreu durante cerca de 45 minutos, a uma taxa de cerca de 1,8°C/min. O caldo pré- tratado mostrou um aumento na extractabilidade de ácido graxo (80,75%). Nenhuma fase oleosa foi recuperada mediante centrifugação do caldo pasteurizado não lisado em uma centrífuga de bancada a 4.500 rpm durante 5 minutos. Os resultados são apresentados na Tabela 2. Tabela 2: Condições de Extração Aquosa e Resultados do Exemplo 1
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[0087] O caldo pasteurizado e o caldo pré-tratado foram cada um deles lisados em taxa de fluxo variáveis, 80 mL/minuto ou 380 mL/minuto durante 1 ou 2 passagens em um moinho de esferas KDL Pilot (recipiente de 1,4 L preenchido para volume de preenchimento de 85% com meios de sílica- zircônia de 0,5 mm). O caldo pré-tratado excedeu a extractabilidade de ácido graxo (FAE) do caldo pasteurizado com tempo de permanência mínimo no moinho. A extractabilidade do lisado de caldo pré-tratado para 1 passagem na velocidade mais alta (380 mL/min) foi comparável à extractabilidade do caldo pasteurizado quando processado em velocidade mais baixa (80 mL/min) para múltiplas passagens.
[0088] Amostra (200-300 g) de caldo pasteurizado ou lisado pré-tratado com extractabilidade de ácido graxo de ~95% foi ajustada para pH 4 usando-se ácido sulfúrico 3N. A amostra foi coalescida de modo descontínuo sob refluxo (frasco de Erlenmeyer de 500 mL com barra magnética [stir-bar]). Coalescência foi monitorada por centrifugação de uma alíquota de 15-50 mL a 4.500 rpm (4.000g) durante 5 minutos em uma centrífuga de bancada.
[0089] Caldo coalescido por centrifugação exibiu uma camada de óleo distinta separada com uma camada mais baixa compreendendo caldo utilizado. Coalescência do caldo pré- tratrado lisado foi concluída dentro de 16 horas. O caldo pasteurizado lisado exigiu mais de 40 horas para coalescer.
[0090] A camada de óleo foi recuperada da parte superior dos tubos centrifugados para estimar o rendimento de extração. O rendimento de extração para o caldo pré- tratado foi de 84,1%, enquanto o do caldo pasteurizado foi de 69,9%.
[0091] A qualidade do óleo é comumente determinada pelo nível de ácidos graxos livres (FFA) através de titulação. Os níveis de ácidos graxos livres no óleo bruto recuperado tanto do caldo pasteurizado quanto do caldo pré-tratado foram similares (1,2-1,3%).
[0092] Exemplo 2. Fermentação de uma cepa de levedura oleaginosa usando-se uma fonte de açúcar complexo que incluiu suco de cana-de-açúcar produziu caldo integral não pasteurizado para processamento posterior. Um fluxograma do processo deste exemplo é ilustrado na Figura 3. Conforme mostrado na Figura 3, caldo integral não pasteurizado 210 foi extraído usando-se um protocolo que incluiu pasteurização do caldo 210 em um vaso encamisado agitado 214 a 80°C durante 3 horas. O caldo pasteurizado 216 foi então ajustado para pH 4 usando-se ácido sulfúrico e submetido a uma fase de pré-tratamento 218 a 121°C e pressão de 30 psi (206,84 kPa) (15 psig) durante 8 horas. Uma rampa de temperatura de 1,8°C/minuto foi utilizada para o aquecimento do caldo; o caldo foi coalescido a uma taxa de 0,23°C/minuto. O caldo pré-tratado 220 foi então submetido a uma fase de lise 222 usando-se um moinho de esferas a 200 mL/minuto por 2 passagens. O caldo lisado 224 foi então submetido a uma fase de coalescência 226 em um tanque bem agitado a 90°C com 70% de umidade. O caldo coalescido 228 foi então submetido a uma fase de separação sólido-liquido 230 em que o caldo coalescido 228 foi centrifugado através de centrífugas de duas fases e três fases para recuperação do óleo bruto 232. O processo também produziu uma fase do caldo utilizado, que foi separada em uma fase pesada utilizada 234 e múltiplas frações sólidas variadas 236.
[0093] A concentração de metais em uma amostra do caldo integral não pasteurizado, no óleo recuperado e em cada uma das correntes de saída incluindo a fase pesada utilizada e os sólidos, foi analisada por análise ICP. A proporção da concentração de metais no caldo integral não pasteurizado e no óleo bruto recuperado mostrou que o caldo integral que serviu de matéria-prima exibiu pelo menos duas vezes a concentração de metais (excluindo-se Si e Cu) do que o óleo recuperado do processo. O óleo bruto recuperado do processo exibiu conteúdo de Na, Mg, P, K, Ca, Mn, Fe e Zn significativamente reduzido em comparação com o caldo de fermentação integral.
[0094] O óleo bruto recuperado do processo de extração também exibiu conteúdo de Na, Mg, P, K, Ca, Mn, Fe e Zn significativamente reduzido em comparação com as outras frações que saíram do processo tais como a fase pesada utilizada e os sólidos após extração. Tabela 3: Comparação entre as Concentrações de Metais no Caldo Integral e no Óleo Bruto Recuperado do Processo de
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[0095] Exemplo 3. Caldo de fermentação integral de uma cepa de levedura oleaginosa foi aquecido a 121°C em um recipiente agitado durante 4 horas. O caldo foi em seguida resfriado a 60°C e lisado através de passagem em um moinho de esferas (KDL Pilot, Glen Mills, NJ) em 3 diferentes taxas de fluxo respectivamente (380 mL/min, 200 mL/min e 80 mL/min) para liberar óleo intracelular resultante. A distribuição do tamanho da partícula do óleo liberado e de fragmentos celulares após lise no moinho é mostrada na Figura 4. Todo o volume mensurável de células lisadas e de gotículas de óleo excede 0,1 mícron, indicando o potencial para uso de processos tal como centrifugação para separar uma fase oleosa e de sólidos para processamento adicional.
[0096] O óleo resultante na fração oleosa pode ser recuperado por mistura a 80°C ou em temperaturas mais elevadas. 5 L de cada lisado de caldo a 380 mL/m foram colocados em um recipiente misturado com dois impulsores do tipo Rushton de 3 polegadas (7,62 cm). O caldo lisado foi misturado a uma velocidade do agitador de 150 rpm (velocidade da ponta = 60 cm/s, Tower NBS16) ou a uma velocidade do agitador de 500 rpm (velocidade da ponta = 200 cm/s, Tower NBS17). A distribuição de óleo e fragmentos celulares no final de 6 horas de mistura é mostrada na Figura 5. O produto do recipiente a 500 rpm, com velocidade da ponta de 200 cm/s, exibiu uma fase oleosa distinta separada através de centrifugação a 4.500 rpm (4.000 g) durante 5 minutos em uma centrífuga de bancada. O produto do recipiente a 150 rpm, com velocidade da ponta de 60 cm/s, não exibiu óleo livre e demonstrou uma fase de emulsão através de centrifugação.
[0097] Será perceptível para aqueles especializados no assunto que várias modificações e variações podem ser feitas nas estruturas e nos métodos divulgados sem se desviar do campo de ação e do princípio da invenção. Particularmente, descrições de qualquer uma das modalidades podem ser livremente combinadas com descrições ou outras modalidades para resultar em combinações e/ou variações de dois ou mais elementos ou limitações. Outras modalidades da invenção serão perceptíveis para aqueles especializados no assunto com base na consideração da especificação e da prática da invenção divulgadas no presente documento. Pretende-se que a especificação e os exemplos sejam considerados de modo ilustrativo apenas, com um campo de ação e um princípio da invenção sendo indicados pelas reivindicações anexas.

Claims (35)

1. Método de extração de lipídeos apropriados para a produção de biocombustíveis a partir de um caldo de fermentação integral, caracterizado por compreender: pré-tratamento do caldo de fermentação integral por aquecimento do caldo a uma temperatura entre 90°C e 150°C, ou entre 100°C e 150°C, ou entre 110°C e 150°C, ou entre 120°C e 150°C, ou entre 130°C e 150°C, em que o caldo contém microrganismos oleaginosos que são células de levedura oleaginosas; e opcionalmente, pelo menos um dentre: (i) aquecer o caldo de fermentação integral durante 30 minutos a 18 horas, ou mais de 3 a 18 horas, ou mais de 3 a 8 horas; (ii) minimizar o tempo utilizado pelo caldo de fermentação integral contendo os microrganismos oleaginosos entre 45°C e 80°C, por aquecimento do caldo de fermentação integral contendo os microrganismos oleaginosos de 45°C a 80°C em menos de 60 minutos; e/ou (iii) aquecer o caldo de fermentação integral a uma taxa média entre 0,1°C e 80°C por minuto, de preferência, a uma taxa média entre 0,2°C e 80°C por minuto extraindo subsequentemente um produto dos microrganismos oleaginosos, em que o método compreende ainda um ou mais de (a)-(e): (a) passar o caldo de fermentação integral através de um moinho de esferas, placa de orifício, misturador de alto cisalhamento ou outro dispositivo de cisalhamento ou de interrupção mecânica uma, duas ou mais vezes; (b) resfriar o caldo de fermentação integral a mais do que 60°C, ou mais do que 70°C, ou mais do que 80°C, ou mais do que 85°C, ou mais do que 90°C para permitir processamento isotérmico adicional, em que o processamento isotérmico adicional compreende a aplicação de ruptura mecânica; (c) agitar o caldo de fermentação integral a uma velocidade na ponta do impulsor entre 10 cm por segundo e 240 cm por segundo; (d) submeter os microrganismos oleaginosos à lise, resultando em uma distribuição de tamanho de partícula de gotículas e fragmentos em que pelo menos 80%, de preferência 95%, de um volume de gotículas de óleo de produto liberado e fragmentos têm um tamanho maior que 0,1 μm de diâmetro; (e) utilizar uma combinação de enzimas para quebrar as paredes das células oleaginosas dos microrganismos oleaginosos, em que as enzimas incluem amilase, 1-4 manosidase e 1-3 manosidase.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda ajuste do pH do caldo de fermentação integral por adição de um ácido ou de uma base.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a dessecação do caldo de fermentação integral, subsequentemente ao aquecimento.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a manutenção de uma pressão entre 10 psi (68,95 kPa) e 150 psi (1034,21 kPa), ou entre 20 psi (137,895 kPa) e 150 psi (1034,21 kPa), ou entre 30 psi (206,84 kPa) e 150 psi (1034,21 kPa), ou entre 50 psi (344,74 kPa) e 150 psi (1034,21 kPa), em um sistema contendo o caldo de fermentação integral durante o pré-tratamento.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a recuperação das gotículas de óleo e fragmentos celulares como uma fase contínua por mistura a uma velocidade de ponta do impulsor superior a 120 cm/s.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que durante o pré-tratamento sais estão presentes em um sistema contendo o caldo de fermentação integral, resultando em uma concentração iônica que varia entre 0,01 M e 2 M no sistema.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o caldo de fermentação que foi conduzido através do pré-tratamento pode ser coalescido dentro de menos de 8 horas por aquecimento do caldo de fermentação por um período adicional de 30 minutos a 8 horas adicionais a mais de 90°C.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o processo de extração concentra metais no caldo de fermentação integral em comparação com o óleo em uma proporção de pelo menos 2.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende a condução do método em um açúcar bruto e recuperação de um óleo bruto que possui conteúdo menor de metais e elementos inorgânicos em comparação com técnicas de extração que utilizam biomassa dessecada integral e/ou solventes para recuperar óleo bruto.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o caldo de fermentação integral compreende uma fonte de açúcar bruto associada a sais e íons em uma concentração > 0,05 g/L, de preferência, em que os sais e íons acumulam-se a uma concentração de 0,5 a 40 g/L, e em que, opcionalmente, os sais e íons são selecionados do grupo que consiste em Na, K, Ca, Mg, Zn e cloretos, sulfatos, fosfatos, nitratos e combinações dos mesmos, de preferência, potássio, cálcio ou combinações dos mesmos.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que os sais e íons: (i) compreendem uma concentração mais elevada de potássio do que de sódio; (ii) compreendem cálcio em uma concentração superior a 1 g/L; e/ou (iii) compreendem potássio em uma concentração superior a 2,5 g/L.
12. Método, de acordo com reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que os sais e íons ajudam na recuperação de uma fase oleosa por coalescência quando o produto é liberado dos microrganismos oleaginosos.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que: (i) o caldo de fermentação compreende uma concentração de sais e íons de 0,5 a 40 g/L durante a coalescência; (ii) a coalescência resulta em uma distribuição no tamanho da partícula do lipídeo coalescido, em que pelo menos 80% de um volume de lipídeos coalescidos possui um tamanho superior a 40 μm de diâmetro; e/ou (iii) a coalescência resulta em uma distribuição no tamanho da partícula dos lipídeos coalescidos, em que pelo menos 95% de um volume de lipídeos coalescidos possui um tamanho superior a 40 μm de diâmetro.
14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a despressurização do caldo de fermentação, após o aquecimento, e resfriamento do caldo de fermentação integral para concentrar sólidos no caldo antes do processamento adicional.
15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a adição de um solvente às células secas ou caldo de fermentação lisado, após o aquecimento, para formar uma mistura, em que, opcionalmente, o solvente é selecionado do grupo que consiste em hexano, dodecano, decano, diesel, álcoois e combinações dos mesmos.
16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda agitação da mistura do caldo de fermentação lisado e do solvente para entrar em contato e extrair óleo desses microrganismos oleaginosos.
17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende ainda separação do solvente e do óleo do caldo de fermentação lisado, em que, opcionalmente, uma centrífuga é utilizada para separar o solvente e o óleo do caldo de fermentação lisado.
18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que o caldo de fermentação integral, contendo os microrganismos oleaginosos, compreende uma matéria-prima do tipo açúcar, em que, opcionalmente, o caldo de fermentação integral contendo os microrganismos oleaginosos e a matéria-prima do tipo açúcar compreende de 50 a 250 gramas de lipídeo por litro de caldo de fermentação, de 0 a 50 gramas de açúcar por litro de caldo de fermentação, de 0 a 40 gramas de sal por litro de caldo de fermentação e de 10 a 100 gramas de biomassa seca isenta de lipídeo por litro de caldo de fermentação.
19. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de que os microrganismos oleaginosos compreendem pelo menos 40% em peso de gordura.
20. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pasteurizar um caldo de fermentação integral contendo os microrganismos oleaginosos, em que, opcionalmente, pasteurizar o caldo de fermentação integral compreende aquecer o caldo de fermentação integral de 40°C a 80°C entre 1 minuto e 3 horas.
21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a manutenção do caldo de fermentação integral a uma temperatura entre 90°C e 150°C, ou entre 100°C e 150°C, ou entre 110°C e 150°C, ou entre 120°C e 150°C, ou entre 130°C e 150°C, durante 30 minutos a 18 horas, ou mais de 3 a 18 horas, ou mais de 3 a 8 horas.
22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: (i) agitar o caldo de fermentação integral durante o intervalo de aquecimento; (ii) adicionar um ácido ao caldo de fermentação integral; e/ou; (iii) adicionar uma base ao caldo de fermentação integral.
23. Método, de acordo com a reivindicação 21 ou 22, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a passagem do caldo de fermentação integral através de um moinho de esferas, um homogeneizador, uma placa de orifícios, um misturador de alto cisalhamento, uma prensa, um extrusor, ruptura por pressão, moagem úmida, moagem seca ou outro dispositivo de ruptura por cisalhamento ou mecânica pelo menos uma ou pelo menos duas vezes.
24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a agitação do caldo de fermentação lisado em um recipiente a uma temperatura de 70°C a 100°C durante 1 a 60 horas.
25. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a adição de um sal ao caldo de fermentação lisado no recipiente, de preferência, adicionando até 2% em peso do sal, em que opcionalmente, o sal é NaCl, KCl, K2SO4, Na2SO4 ou derivado de uma combinação de pelo menos um NaOH e KOH mais H2SO4.
26. Método, de acordo com a reivindicação 24 ou 25, caracterizado pelo fato de que compreende ainda adicionar uma base para ajustar o pH do caldo de fermentação lisado no recipiente para um valor entre 3 e 11.
27. Método, de acordo com a reivindicação 25 ou 26, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a separação do óleo que possui um conteúdo de ácidos graxos livres inferior a 20% do caldo de fermentação integral por centrifugação.
28. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 27, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a utilização de uma combinação de enzimas para romper as paredes celulares oleaginosas dos microrganismos oleaginosos, em que as enzimas incluem amilase, 1,4-manosidase e 1,3-manosidase.
29. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que a combinação de enzimas compreende ainda pelo menos uma enzima auxiliar selecionada do grupo que consiste em sulfatase, protease e quitinase.
30. Método, de acordo com a reivindicação 28 ou 29, caracterizado pelo fato de que a amilase é específica para glicose com ligações alfa-1,4.
31. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 30, caracterizado pelo fato de que a combinação de enzimas compreende entre 5% e 30% em peso de amilase.
32. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 31, caracterizado pelo fato de que a combinação de enzimas compreende entre 5% e 45% em peso de 1,4-manosidase.
33. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 32, caracterizado pelo fato de que a combinação de enzimas compreende entre 5% e 45% em peso de 1,3-manosidase.
34. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 33, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a coleta de metabólitos intracelulares de paredes celulares oleaginosas após ruptura das paredes celulares oleaginosas, em que, de preferência, os metabólitos intracelulares compreendem lipídeos.
35. Método, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que compreende ainda reciclagem do efluente de extração aquosa que permanece após coleta dos metabólitos intracelulares, e, opcionalmente, compreende ainda utilização da água de extração reciclada como água de absorção na lavagem de uma matéria-prima do processo para extrair açúcar.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100460513C (zh) 2000-01-19 2009-02-11 马泰克生物科学公司 无溶剂的提取方法
EP2576801B1 (en) 2010-06-01 2019-10-02 DSM IP Assets B.V. Extraction of lipid from cells and products therefrom
TWI698520B (zh) 2013-12-20 2020-07-11 荷蘭商Ｄｓｍ智慧財產有限公司 用於從微生物細胞獲得微生物油之方法（三）
SG11201605033UA (en) 2013-12-20 2016-07-28 Dsm Ip Assets Bv Processes for obtaining microbial oil from microbial cells
KR102426987B1 (ko) 2013-12-20 2022-07-28 디에스엠 아이피 어셋츠 비.브이. 미생물 세포로부터의 미생물 오일의 수득 방법
AU2014369040B2 (en) 2013-12-20 2019-12-05 Dsm Ip Assets B.V. Processes for obtaining microbial oil from microbial cells
JP6866352B2 (ja) * 2015-08-17 2021-04-28 ヘリアエ デベロップメント、 エルエルシー ヘマトコッカスをベースとする植物用組成物及び施用方法
EP3180990A1 (en) * 2015-12-16 2017-06-21 Neste Oyj Method for preparing a composition having antimicrobial activity
CN113544244A (zh) * 2019-03-14 2021-10-22 帝斯曼知识产权资产管理有限公司 通过酶和ph冲击从微生物细胞组合物中获得脂质的方法
EP3983509A4 (en) * 2019-06-14 2023-05-31 The University of Melbourne SHEAR INDUCED PHASE INVERSION OF COMPLEX EMULSIONS ALLOWING RECOVERY OF ORGANIC CONSTITUENTS FROM BIOMASS
CN110734867B (zh) * 2019-11-29 2021-04-20 自然资源部第三海洋研究所 一株深海来源的酵母菌q7-7及其应用

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1466853A (en) * 1973-05-22 1977-03-09 Simon Rosedowns Ltd Extraction
EP1178118A1 (en) * 2000-08-02 2002-02-06 Dsm N.V. Isolation of microbial oils
JP2005529621A (ja) * 2002-06-19 2005-10-06 デーエスエム イーペー アセッツ ベスローテン フェンノートシャップ 微生物細胞及び微生物油の低温殺菌方法
US8470172B2 (en) * 2007-01-09 2013-06-25 Siemens Industry, Inc. System for enhancing a wastewater treatment process
US8080684B2 (en) * 2007-06-27 2011-12-20 H R D Corporation Method of producing ethyl acetate
ES2745989T3 (es) * 2009-04-14 2020-03-04 Corbion Biotech Inc Métodos de extracción y separación de lípidos microbianos
UA111708C2 (uk) * 2009-10-16 2016-06-10 Бандж Ойлз, Інк. Спосіб рафінування олії
UA109884C2 (uk) * 2009-10-16 2015-10-26 Поліпептид, що має активність ферменту фосфатидилінозитол-специфічної фосфоліпази с, нуклеїнова кислота, що його кодує, та спосіб його виробництва і застосування
BR112012026242A2 (pt) * 2010-04-14 2019-09-24 Solazyme Inc método para produção de óleo e óleo isolado de levedura oleaginosa
EP2576801B1 (en) * 2010-06-01 2019-10-02 DSM IP Assets B.V. Extraction of lipid from cells and products therefrom
BR112013011039A8 (pt) * 2010-11-03 2017-10-03 Solazyme Inc Óleos microbianos com pontos de escorrimento reduzidos, fluidos dielétricos produzidos dos mesmos, e métodos relacionados
BR112014032779A2 (pt) * 2012-06-29 2017-06-27 Bp Biofuels Uk Ltd processo de separação de materiais renováveis a partir de micro-organismos

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Publication number Publication date
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