BR112016027047B1

BR112016027047B1 - Processos de preparo de microfibrilas de celulose e material de celulose microfibilado obtido a partir do mesmo

Info

Publication number: BR112016027047B1
Application number: BR112016027047-9A
Authority: BR
Inventors: David Hepworth; Eric Whale; Bjoern Lennart Pierre Alexander Cassland; Henrik Lund; Lisbeth Kalum; Peter Ulvskov; Bodil Jorgensen
Original assignee: Cellucomp Limited; Novozymes A/S; University Of Copenhagen
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2021-12-07

Abstract

MICROFIBRILAS DE CELULOSE. A presente invenção refere-se a processos para produzir microfibrilas de celulose do material da planta herbácea usando composições de enzima, as microfibrilas de celulose obtidas dos processos e seus usos, e a composições compreendendo as microfibrilas de celulose que são descritas.

Description

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção se refere a um processo para produzir as microfibrilas de celulose do material da planta herbácea, as microfi- brilas de celulose obtidas do processo e seus usos, e composições compreendendo as microfibrilas de celulose.

Antecedente da Invenção

[0002] A presente invenção está relacionada com a produção de microfibrilas de celulose de material de planta. Durante os últimos 20 anos houve um interesse progressivo na extração e utilização de celulose em uma escala abaixo daquela da parede celular total. A celulose nativa dentro das paredes celulares da planta existe na forma de mi- crofibrilas, que tipicamente tem uma dimensão lateral na faixa de 2-20 nanômetros (nm) e uma dimensão longitudinal de dezenas de nanô- metros a vários micrômetros, por exemplo, um comprimento de 1004000 nm. As microfibrilas de celulose são completamente compostas de cadeias de glicano β-1,4-ligadas que formam regiões cristalinas bem como extensões menos ordenadas referidas como regiões amorfas.

[0003] Cristalitos de celulose são muito fortes, porém, da mesma forma, muito curtos; muito curto para muitos usos, por exemplo, em compósitos de alto desempenho. Para aproveitar plenamente a alta resistência da celulose, se torna importante liberar as microfibrilas com uma proporção tão grande quanto possível e com regiões amorfas descomprometidas. Isto não é trivial visto que os resíduos de glicose β-1,4-ligados são acessíveis às enzimas ou micro-organismos em ambos os polímeros hemicelulósicos que aderem firmemente à celulose e que serão removidos, e em regiões amorfas que deveriam ser deixados intactos.

[0004] Várias técnicas para a liberação de microfibrilas de várias fontes de celulose nativa, e para a produção de celulose microfibrilada da mesma, são conhecidas. Tipicamente, a polpa de madeira é usada como uma fonte de celulose microfibrilada. Entretanto, em geral, métodos de obter a celulose microfibrilada da polpa de madeira podem envolver regimes de tratamento químicos severos e/ou tratamentos mecânicos de energia alta, e podem ter questões de escalabilidade.

[0005] As microfibrilas de celulose podem ser encontradas na na tureza de várias fontes diferentes dos tecidos "lenhosos" pesadamente lignificados. Por exemplo, US5964983 descreve um processo para a preparação de celulose microfibrilada de polpa de planta de parede primária contendo celulose, pectinas, hemiceluloses, proteínas e materiais minerais, cujo processo compreende o tratamento químico de múltiplas etapas que envolve a hidrólise ácida ou básica da polpa a 60°C a 100°C, o tratamento por cisalhamento mecânico elevado seguido por homogeneização de alta pressão. Além disso, se um produto descolorido é requerido, uma etapa de alvejamento adicional é envolvida.

[0006] O estado da técnica sobre a liberação de microfibrilas de celulose de material herbáceo é representado pela tecnologia descrita em WO2006056737. O método compreende a fermentação controlada das partes mais facilmente digeríveis das paredes da célula da planta primária por um consórcio de micro-organismos.

[0007] Esta tecnologia, da mesma forma, tem algumas desvanta gens principais: é lenta; reprodutibilidade é baixa devido à natureza dinâmica das populações microbianas; quantidades significantes de base na forma de alvejamento são usadas para esterilizar o material e remover os polissacarídeos matriz que se tornaram mais solúveis pela fermentação mas não foram digeridos; e energia em quantidade excessivaé usada para diminuição mecânica e microfibrilação eventual do material.

[0008] Ainda permanece uma necessidade quanto a fornecer um método para produzir as microfibrilas de celulose do material de planta que é: uma alternativa para métodos conhecidos; é ambientalmente amigável; envolve menos etapas de processo e desse modo é mais fácil de realizar; em que uma etapa de alvejamento separada não é obrigatória; consome menos energia; em que as regiões amorfas são menos danificadas, e, onde desejado, a superfície de microfibrila de celulose é mais eficazmente retirada de biopolímeros fortemente aderentes.

[0009] Foi proposto no estado da técnica, mais claramente em US2012/0316330, que a digestão mediada por enzima de biomassa de planta produz igualmente um sobrenadante de açúcares fermentáveis que podem ser transformados em biocombustível, por exemplo, e um resíduo celulósico, sólido que é útil em vários materiais, películas, combinações, etc.

[00010] Entretanto, como descrito em US2012/0316330, o tratamento de endo-glicanase de uma polpa quimicamente tratada, da mesma forma leva à digestão de regiões amorfas de microfibrilas de celulose como comprovado por uma diminuição rápida no grau de po- limerização visto que as microfibrilas de celulose foram liberadas. As microfibrilas de celulose com regiões amorfas parcialmente degradadassão mais fracas do as que fibrilas não danificadas. As microfibrilas com regiões amorfas completamente degradadas são compostas completamente de regiões cristalinas, e enquanto estas forem muito fortes, elas serão, da mesma forma, muito mais curtas e desse modo têm menos aplicações em materiais de alto desempenho. As regiões amorfas de microfibrila de celulose são digeridas por polissacarídeo hidrolases que pertence às famílias onde as celulases pertencem, uma lista não exaustiva compreende as famílias de CAZy: GH5, GH6, GH7, GH8, GH9, GH12, GH44, GH48.

[00011] É surpreendente que um método que liberará as microfibri- las de celulose enquanto as mantendo intactas, notavelmente as regiões amorfas, ainda tem que incluir as enzimas de uma ou mais destas famílias.

Sumário da Invenção

[00012] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é fornecido um processo para preparar microfibrilas de celulose do material de planta herbácea, compreendendo:

[00013] contatar a biomassa de planta herbácea com uma composição de enzima compreendendo, pelo menos, uma endo-glicanase; e uma ou mais polissacarídeo hidrolases de endo-poligalacturonase, arabinofuranosidase pectina liase, pectato liase, pectina metilesterase, endo-arabinanase, endo-galactanase, galactosidase, ramnogalacturo- nana hidrolase, ramnogalacturonana liase ou xilanase para formar uma biomassa tratada com enzima; e

[00014] mecanicamente processar a biomassa tratada com enzima para produzir as microfibrilas de celulose.

[00015] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é fornecido um processo para preparar as microfibrilas de celulose do material de planta herbácea, compreendendo: i) contatar o material da planta herbácea com uma composição de enzima compreendendo ii) pelo menos uma endo-glicanase, iii) pelo menos uma enzima pectolítica e iv) pelo menos uma enzima selecionada a partir do grupo consistindo em endo-arabinanase, arabinofuranosidase, endo- galactanase, galactosidase, ramnogalacturonana hidrolase, ramnoga- lacturonana liase, ramnogalacturonana acetil esterase e xilanase.

[00016] O processo dos primeiro e segundo aspectos fornece material microfibrilado de celulose em que as regiões de celulose amorfa e propriedades mecânicas associadas são retidas, tornando o material adequado para uso nos materiais de compósito de alto desempenho. O material microfibrilada de celulose é caracterizado da mesma forma mantendo um ou mais polissacarídeos matriz.

[00017] Desse modo, de acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, é fornecido um material de celulose microfibrilado compreendendo as microfibrilas de celulose e um ou mais polissacarí- deos matriz selecionados a partir de homogalacturonana,

.

[00018] Outros aspectos referem-se ao uso do material de celulose microfibrilado como um agente de fortalecimento, por exemplo, em um compósito de resina, em concreto, ou em uma composição de cimento.

[00019] Ainda outros aspectos se referem às composições compreendendo o material de celulose microfibrilado.

Breve Descrição das Figuras

[00020] Figura 1 mostra uma imagem de SEM de material de cenoura que foi tratado com uma mistura de enzima de acordo com a Experiência de Enzima 2 do Exemplo 1;

[00021] Figura 2 mostra uma imagem de SEM de material de cenoura que foi tratado com uma mistura de enzima de acordo com a Experiência de Enzima 5 do Exemplo 1;

[00022] Figura 3 mostra uma imagem de SEM de material de cenoura que foi tratado com uma mistura de enzima de acordo com a Experiência de Enzima 9 do Exemplo 1;

[00023] Figura 4 mostra uma imagem de SEM de material de batata que foi tratado com uma mistura de enzima de acordo com o Exemplo 2; e

[00024] Figura 5 mostra uma imagem de SEM de material de beterraba que foi tratado com uma mistura de enzima de acordo com o Exemplo 3.

Descrição Detalhada da Invenção

[00025] A menos que de outra maneira indicado, referências aqui para microfibrilas de celulose e material de celulose microfibrilado devem ser interpretadas como qualquer material contendo celulose tal como aquele que resulta dos processos descritos aqui e que é fibrilar na forma e tem uma dimensão lateral na faixa 2-900 nanômetros e uma dimensão longitudinal de dezenas de nanômetros até dezenas de micrômetros, por exemplo, um comprimento de 100-4000 nm, ou 100 nm até 100 μm. Entretanto, tais referências não devem ser interpretadas como excluindo qualquer outro material, em vez do material conter ou compreender celulose como descrito.

[00026] A menos que de outra maneira indicado, referências aqui ao teor extraível de um monossacarídeo diferente de glicose se referem à quantidade do monossacarídeo indicado que pode ser extraído por hidrólise de uma fração insolúvel de álcool de microfibrilas de celulose ou material de planta inicial quando contatado com ácido trifluoro- acético a 2M durante 4 horas a pelo menos 100 °C.

[00027] A menos que de outra maneira indicado, referências aqui ao teor extraível de glicose se referem à quantidade de glicose que pode ser extraída por hidrólise de uma fração insolúvel de álcool de microfibrilas de celulose ou material de planta inicial quando contatado com 72% (p/v) de ácido sulfúrico durante 4 horas a 120 °C.

[00028] A menos que de outra maneira indicado, valores de % em peso se referem à quantidade extraível do composto especificado iso- lado de uma massa seca conhecida do material particulado após a hidrólise ácida.

[00029] A menos que de outra maneira indicado, valores de % absoluto se referem à quantidade extraível do composto especificado isolado do material particulado após a hidrólise ácida como uma porcentagem da quantidade extraível do composto especificado isolado do material de planta inicial após a hidrólise ácida.

[00030] A menos que de outra maneira indicado, referências aqui ao material de planta inicial se referem ao material de planta herbácea usado no processo da presente invenção. Referências ao material de planta inicial se referem, da mesma forma, ao material da planta que foi homogeneizado a uma polpa, porém, antes de qualquer tratamento químico.

[00031] A menos que de outra maneira indicado, referências aos polissacarídeos matriz se referem da mesma forma àqueles proteogli- canos, notavelmente as extensinas que são componentes da matriz de parede celular herbácea além dos polissacarídeos pécticos e hemice- lulósicos que o termo normalmente se refere.

[00032] A menos que de outra maneira indicado, referências aqui a uma enzima pectolítica ou uma composição de enzima pectolítica significarão uma enzima ou uma combinação de enzimas que clivam o esqueleto de galacturonana das denominadas regiões lisas de pectina compreendendo pelo menos uma das enzimas poligalacturonase, pec- tina liase, ou pectato liase opcionalmente combinadas com uma ou mais enzimas auxiliares: pectina metilesterase e pectina acetilestera- se. As enzimas auxiliares são enzimas que não clivam por si mesmas o esqueleto de galacturonana, porém, facilitam a clivagem por aquelas que clivam.

[00033] A menos que de outra maneira indicado, o termo endo- glicanase se refere às β-1,4-endoglicanases e β-1,3;1,4- endoglicanases que são também caracterizadas sendo capazes de degradar os glucanos que são ou podem ser tornados solúveis tal como xiloglucano, glucano de ligação mista ou os derivados sintéticos de carboximetilcelulose e celulose etoxilados, porém, têm atividade mínima para celulose microfibrilar. Se uma determinada enzima tem a propriedade indicada pode ser avaliada por pessoas versadas na técnica por ensaios que são independentes da presente invenção. A enzima a ser caracterizada é contatada com um dos derivados de β-glucano so-lúveis mencionados há pouco e separadamente com celulose microfi- brilar. As atividades específicas são expressas como micromoles das extremidades de redução formadas por minuto por miligrama de proteína de enzima (ou mg da composição de enzima onde pertinente). Se a relação é mais do que 2:1 a favor do substrato solúvel, então, a enzima é uma endo-glicanase pela definição presente. Se a relação é menos que 1:1, então, a enzima é referida como uma celulase. Em uma modalidade específica, endo-glicanases preferidas são definidos por uma relação de mais do que 5:1 a favor do substrato solúvel. En- do-glicanases definidas por uma relação maior do que 10:1 a favor do substrato solúvel são preferidas. Endo-glicanases definidas por uma relação de mais do que 20:1 a favor do substrato solúvel são ainda mais preferidas.

[00034] A menos que de outra maneira indicado, referências aqui a polissacarídeo hidrolases se referem aquelas enzimas que catalisam a hidrólise de um ou mais polissacarídeos matriz encontrados nas paredes celulares da planta.

[00035] A menos que de outra maneira indicado, as referências aqui ao grau de revestimento ou ao grau de revestimento de glicano ou à quantidade de microfibrila que é acessível à enzima é calculado como miligramas de glicano de revestimento precipitado por mg de celulose, quando 100 mg de material de celulose mais 60 mg de um glicano de revestimento são suspensos em 4 mL de tampão de NaOAc 50 mM com pH=5 e misturados por rotação de ponta a ponta durante 15 minutos à temperatura ambiente.

[00036] Os glicanos que não aderem ao material de celulose são quantificados no sobrenadante seguindo 15 minutos de centrifugação a 10.000 x g a temperatura ambiente e usados para calcular o grau de revestimento de acordo com [(60 mg de glicanos solúveis totais menos X mg recuperado no sobrenadante) / 100 mg de celulose fornecida no ensaio] x 100.

[00037] A menos que de outra maneira indicado, o termo "cerca de"é usado para fornecer flexibilidade a uma meta de intervalo numérico contanto que um determinado valor possa ser um pouco acima ou um pouco abaixo da meta para permitir a variação em métodos de teste ou aparato. O grau de flexibilidade deste termo pode ser ditado pela variável particular e estaria dentro do conhecimento daqueles versados na técnica para determinar com base na experiência e na descrição associada aqui.

Processo para preparar microfibrilas de celulose

[00038] O processo da invenção compreende contatar o material de planta herbácea com uma composição de enzima compreendendo uma endo-glicanase e pelo menos uma polissacarídeo hidrolase como descrita acima, ou uma composição de enzima compreendendo pelo menos uma endo-glicanase, pelo menos uma enzima pectolítica e pelo menos uma polissacarídeo hidrolase como descrita acima.

Material de Planta Herbácea

[00039] O material de planta usado na presente invenção é o material de planta herbácea. "Herbáceo" é um termo botânico bem definido que se refere às plantas vasculares anuais, bianuais ou perenes. Estas são também caracterizadas por seus talos aéreos que morrem depois de cada estação de crescimento. A rebrota em estações subse- quentes para espécies bianual e perene ocorre através de órgãos subterrâneos, por exemplo, talo ou órgãos de armazenamento de raiz, tubérculos. Isto está em contraste com as espécies lenhosas cujos talos retomam o crescimento a cada estação e assim formam anéis de crescimento. A propriedade particular das plantas herbáceas de relevância à presente invenção é a abundância das paredes primárias em seus tecidos. Estes são, em particular, encontrados em tecidos paren- quimatosos. Um técnico no assunto está ciente que nenhum órgão de uma planta vascular herbácea é composto completamente de parên- quima ou completamente de paredes primárias, como elementos vasculares com suas paredes secundárias são invariavelmente da mesma forma um componente de todos menos os órgãos mais simples. Entretanto, da mesma forma será apreciado que o material da planta composto de paredes celulares primárias ricas em polissacarídeo da mesma forma ocorre em dois grupos de plantas que não são plantas vasculares: os musgos, e as algas verdes carófitas. "Herbáceo"deve, com a finalidade desta invenção, da mesma forma compreender a biomassa destes grupos de plantas. O material da planta usado no processo da invenção, portanto, inclui vegetais, por exemplo, vegetais de raiz e fruta. Exemplos de vegetais de raiz incluem cenoura, beterraba açucareira (da mesma forma referida como "beterraba") ou nabo, pastinaga e couve-nabo. Exemplos de frutas incluem maçãs, peras e uvas. O material da planta pode ser de uma batata. O material da planta pode ser derivado de um tipo de vegetal, por exemplo, substancialmente todo o material da planta pode compreender o material de um vegetal de raiz específico, por exemplo, um de cenoura, beterraba, nabo, pastinaga e couve-nabo. Por substancialmente todo é significado que pelo menos 90% em peso seco do material vegetal. Como referido aqui, todos os pesos são peso seco a menos que de outra maneira especificado. Similarmente, substancialmente todo o material da planta pode compreender o material de uma fruta específica, por exemplo, aquele de maçãs, peras ou uvas. O material da planta pode ser derivado de uma mistura de tipo de vegetais e fruta, por exemplo, mais do que um dentre cenoura, beterraba ou nabo, pastinaga, couve-nabo, maçãs, peras e uvas. Preferencialmente, o material da planta compreende um dos ou uma mistura de beterraba e cenoura. Em uma modalidade, o material da planta usado no processo da invenção não é madeira. Preferencialmente, onde a fruta ou vegetal tem uma pele que forma mais do que 3% do peso da fruta ou vegetal, a fruta ou o vegetal tiveram a pele removida, por exemplo, por descascamento.

[00040] Preferencialmente, o material da planta tem um teor de célula parenquimatosa mais alto do que 30% em volume, mais preferencialmente mais alto do que 35% em volume ou mais alto do que 50% em volume e preferencialmente mais alto do que 70% com base no volume total do material da planta. O teor da célula parenquimatosa é determinado por análise de imagem, isto é, cortando uma seção da planta, vendo a seção em um microscópio e medindo as áreas de tecido parenquimatoso. Idealmente, as seções são tiradas por partes diferentes da planta ou órgão da planta e estas áreas podem, em seguida, ser convertidas em uma predição de volumes de tecido.

[00041] Preferencialmente, o material da planta contém menos do que 20 % em peso de lignina, mais preferencialmente contém de 1 a 10 % em peso de lignina, preferencialmente contém de 1 a 5 % em peso de lignina. O teor de lignina pode ser medido por um método padrão tal como o método de Klason. Este método usa o tratamento ácido forte para romper e dissolver todos os materiais da planta exceto a lignina. A lignina é definida como o peso do material que não pode ser rompido por 72% de ácido sulfúrico.

[00042] Em uma modalidade, o material da planta herbácea compreende menos do que cerca de 30 % em peso de lignocelulose. Em uma modalidade, o material da planta herbácea compreende menos do que cerca de 20 % em peso de lignocelulose. Em uma modalidade, o material da planta herbácea compreende menos do que cerca de 15 % em peso de lignocelulose. Em uma modalidade, o material da planta herbácea compreende menos do que cerca de 10 % em peso de lig- nocelulose, por exemplo menos do que cerca de 9 % em peso de lig- nocelulose, menos do que cerca de 8 % em peso de lignocelulose, menos do que cerca de 7 % em peso de lignocelulose, menos do que cerca de 6 % em peso de lignocelulose, menos do que cerca de 5 % em peso de lignocelulose, menos do que cerca de 4 % em peso de lignocelulose, menos do que cerca de 3 % em peso de lignocelulose, menos do que cerca de 2 % em peso de lignocelulose, menos do que cerca de 1 % em peso de lignocelulose. Em uma modalidade, o material da planta herbácea não compreende substancialmente nenhuma lignocelulose.

[00043] Em uma modalidade da presente invenção, o material inicialherbácea é uma planta de semente, isto é, que pertence a Magnoli- aphyta. Em uma outra modalidade, a planta é uma monocotilédone, mais especificamente um membro de Poales, tipicamente um cereal. O material da planta pode ser um produto residual ou um fluxo lateral da produção agrícola. Em ainda outra modalidade preferida, a planta herbácea é um membro das eucotilédones, mais especificamente uma planta de cultura, ou um produto residual ou um fluxo lateral da produção agrícola. As polpas que permanecem depois da produção da beterraba ou amido de batata são fluxos laterais agrícolas atraentes úteis para a presente invenção. As culturas de raiz são em geral matérias- primas pertinentes. Uma lista não exaustiva compreende cenoura, couve-nabo, nabos, pastinagas e rabanete. O pomar da conserva de fruta, compota, produção de sumo é outro valioso produto residual do qual a celulose pode ser recuperada pelos métodos descritos na pre- sente invenção.

[00044] O material da planta pode ser material de planta cru ou material de planta cru que foi tratado por calor e/ou mecanicamente tratado,é preferencialmente lavado, porém, é preferencialmente, de outra maneira essencialmente não tratado. Preferencialmente, não terá sido tratado por qualquer reagente químico que poderia agir para rompê-lo. Preferencialmente, não terá sido submetido ao tratamento por ácido ou hidrólise de álcali. Preferencialmente, o material da planta foi tratado mecanicamente, por exemplo, cortado/rasgado de forma que este esteja na forma de partículas tendo uma dimensão maior média de, por exemplo, menor do que 10 mm, preferencialmente menor do que 500 μm, mais preferencialmente menor do que 250 μm, preferencialmente menor do que 200 μm. O material da planta pode ser na forma de uma polpa, por exemplo, tirado de um fluxo residual industrial. A polpa pode ser preparada de matéria de planta crua lavando-se a matéria de planta crua, rasgando-a ou cortando-a, cozinhando-a em água a, por exemplo, 90°C a 100°C até que macia e opcionalmente homogeneizando para reduzir o tamanho das partículas insolúveis contidas nisto. Alternativamente, a polpa pode ser preparada da matéria de planta crua lavando a matéria de planta crua, rasgando-a ou cortando-a, cozinhando-a em água em um fogão de pressão até que macia e opcionalmente homogeneizando-a para reduzir o tamanho das partículas insolúveis contidas nisto. Será reconhecido que a temperatura da téc-nica culinária nesta modalidade pode exceder 100°C.

[00045] A velocidade na qual o processo da invenção procede depende, em parte, da concentração dos reagentes. Preferencialmente, a concentração do material da planta na mistura da etapa (i) é mantida em um nível ao qual o processo pode ser facilmente controlado. Em uma modalidade, a mistura da etapa (i) compreende o material da planta em uma concentração de 1 a 10 % em peso com base na quan- tidade combinada de água e material de planta presente. Preferencialmente, esta concentração é de 1 a 7 % em peso, mais preferencialmente de 2 a 5 % em peso.

Composição de enzima

[00046] Em um exemplo, o processo da presente invenção usa uma composição de enzima que compreende pelo menos uma endo- glicanase e uma ou mais polissacarídeo hidrolases selecionadas a partir de endo-poligalacturonase, arabinofuranosidase pectina liase, pectato liase, pectina metilesterase, endo-arabinanase, endo- galactanase, galactosidase, ramnogalacturonana hidrolase, ramnoga- lacturonana liase ou xilanase para formar uma biomassa tratada por enzima.

[00047] As uma ou mais polissacarídeo hidrolases usadas podem ser adicionadas no processo da invenção simultaneamente ou concomitantemente com o pelo menos uma endo-glicanase. Onde mais de uma polissacarídeo hidrolase é usada no processo da invenção, cada polissacarídeo hidrolase pode ser adicionada simultaneamente ou concomitantemente com a pelo menos uma endo-glicanase e cada ou toda polissacarídeo hidrolase. O tratamento por enzima serve para quebrar o material da parede celular da planta herbácea para liberar microfibrilas de celulose que compreendem regiões cristalinas e amorfas de celulose.

[00048] Em uma modalidade, a composição de enzima compreende pelo menos uma endo-glicanase, endo-poligalacturonase, arabinofura- nosidase, pectina liase, pectina metil esterase, pectato liase e ramno- galacturonana hidrolase.

[00049] Em uma modalidade, a composição de enzima compreende pelo menos uma endo-glicanase, endo-poligalacturonase, arabinofura- nosidase, pectina liase, pectina metilesterase, pectato liase, ramnoga- lacturonana hidrolase, endo-arabinanase, endo-galactanase e galacto- sidase.

[00050] Em uma modalidade, a composição de enzima compreende pelo menos uma endo-glicanase, endo-poligalacturonase, arabinofura- nosidase, pectina liase, pectina metilesterase, pectato liase, ramnoga- lacturonana hidrolase, endo-arabinanase, endo-galactanase, galactosidase e xilanase.

[00051] Em um exemplo, o processo da presente invenção usa uma composição de enzima que compreende pelo menos uma endo- glicanase, pelo menos uma enzima pectolítica e pelo menos uma enzima selecionada a partir do grupo que consiste em endo-arabinanase, arabinofuranosidase, endo-galactanase, galactosidase, ramnogalactu- ronana hidrolase, ramnogalacturonana liase, ramnogalacturonana ace- tilesterase e xilanase.

[00052] Em uma modalidade, a enzima pectolítica compreende uma ou mais de poligalacturonase, pectina liase e pectato liase. Em uma modalidade, a enzima pectolítica compreende uma ou mais enzimas auxiliares. Em uma modalidade, as uma ou mais enzimas auxiliares compreendem pectina metilesterase e/ou pectina acetil esterase.

[00053] Em uma modalidade, a composição de enzima também compreende α-amilase.

[00054] Pode ser uma vantagem tratar o material da planta herbácea com composições de enzima que estão substancialmente livres de qualquer celulase para produzir microfibrilas de celulose intatas. Desse modo, em uma modalidade, a composição de enzima está substancialmente livre de qualquer celulase.

[00055] Em uma modalidade, a composição de enzima está substancialmente livre de uma ou ambas celobioidrolase e β-glicosidase. Em uma modalidade, a composição de enzima compreende uma ou ambos celobioidrolase e β-glicosidase.

[00056] Em uma modalidade, a endo-glicanase compreende uma β- 1,4-endo-glicanase e/ou uma β-1,3:1,4-endo-glicanase.

[00057] As enzimas podem estar individualmente presentes em qualquer quantidade suficiente para converter quimicamente o material da planta herbácea não tratada em microfibrilas de celulose.

[00058] Em uma modalidade, a pelo menos uma endo-glicanase está presente em uma quantidade de pelo menos 10 mg/kg de massa seca de material da planta herbácea, por exemplo pelo menos 15 mg/kg, pelo menos 20 mg/kg, pelo menos 25 mg/kg, por exemplo pelo menos 30 mg/kg de massa seca de material da planta herbácea.

[00059] Em uma modalidade, a pectina liase está presente em uma quantidade de pelo menos 5 mg/kg de massa seca de material da planta herbácea, por exemplo pelo menos 10 mg/kg pelo menos 15 mg/kg, por exemplo pelo menos 20 mg/kg de massa seca de material da planta herbácea.

[00060] Em uma modalidade, a pectina esterase está presente em uma quantidade de pelo menos 40 mg/kg de massa seca de material da planta herbácea, por exemplo pelo menos 50 mg/kg de massa seca de material da planta herbácea pelo menos cerca de 60 mg/kg de massa seca de material da planta herbácea.

[00061] Em uma modalidade, a endo-poligalacturonase está presente em uma quantidade de pelo menos 15 mg/kg de massa seca de material da planta herbácea, por exemplo pelo menos 20 mg/kg pelo menos 25 mg/kg pelo menos 30 mg/kg de massa seca de material da planta herbácea.

[00062] Em uma modalidade, a endo-xilanase está presente em uma quantidade de pelo menos 10 mg/kg de massa seca de material da planta herbácea pelo menos cerca de 15 mg/kg pelo menos 20 mg/kg de massa seca de material da planta herbácea.

[00063] Em uma modalidade, o material da planta herbácea é contatado com uma ou mais composições de enzima de Viscozyme® L, Pectinex® Ultra Clear, Pectinex® Smash XXL e FiberCare® R, disponibilizado por Novozymes. Viscozyme® L é uma composição de enzima que pode ser usada na presente invenção, sozinha ou em combinação com Pectinex® Ultra Clear, por exemplo. Outra composição de enzima exemplar compreende Viscozyme® L, Pectinex® Ultra Clear e FiberCare® R.

[00064] Em uma modalidade, o material da planta herbácea é contatado com a composição de enzima na presença de água. Em uma modalidade, o material da planta herbácea é contatado com a composição de enzima na presença de uma solução tamponada, opcionalmente tamponada a um pH de 7 ou menos, por exemplo um pH de 6, um pH de 5 ou um pH de 4. Será entendido que a acidez ideal será determinada pela composição de enzima que for usada. O tampão pode ser um tampão de citrato.

[00065] Em uma modalidade, o material da planta herbácea é contatado com a composição de enzima a uma temperatura de 50°C ou menos, por exemplo, 40°C ou menos, por exemplo a uma temperatura de 37°C ou menos, por exemplo a uma temperatura de 36°C ou menos, por exemplo a uma temperatura de 35°C. O material da planta herbácea pode ser contatado com a composição de enzima durante um período de pelo menos 10 horas, por exemplo, pelo menos 15 horas, por exemplo pelo menos 20 horas, por exemplo pelo menos 24 horas, por exemplo até 36 horas. O material da planta herbácea pode ser contatado com a composição de enzima a qualquer combinação de temperatura e tempo como descrito acima.

[00066] Em uma modalidade, o processo também compreende remover a composição de enzima depois do contato com o material da planta herbácea. Remover a composição de enzima depois do contato com o material da planta herbácea pode compreender inativação por calor da biomassa tratada com enzima e lavagem através de um filtro.

[00067] A etapa de inativação por calor pode compreender aquecimento da biomassa tratada por enzima que contém a composição de enzima a 100 °C. A etapa de desativação por calor pode compreender aquecimento da biomassa tratada por enzima que contém a composição de enzima a 100 °C durante até 20 minutos.

[00068] Alternativamente, a remoção da composição de enzima depois do contato com o material da planta herbácea pode compreender contatar a biomassa tratada por enzima com um oxidante para inativar a reação de enzima e lavagem através de um filtro. O oxidante pode ser uma solução de hipoclorito. O uso de um oxidante para interromper a reação de enzima vantajosamente melhora a descoloração das mi- crofibrilas de celulose.

Processo mecânico

[00069] O processo da presente invenção compreende uma segunda etapa do processo mecânico da biomassa tratada por enzima que é o resultado do tratamento enzimático. Em uma modalidade, um homo- geneizador de alta pressão pode ser usado para aumentar o nível de fibrilação.

[00070] Em uma modalidade, biomassa tratada por enzima que é o resultado do tratamento enzimático, pode ser tratada mecanicamente sem filtração da biomassa. A biomassa tratada por enzima que é o resultado do tratamento enzimático, pode compreender um teor de sólidos secos de 5 % em peso. Em uma modalidade, o processo mecânico da biomassa tratada por enzima compreende submeter a biomassa tratada por enzima obtida como descrito acima à homogeneização a uma velocidade de ponta de pelo menos 7,5 m/s.

[00071] Em uma modalidade, a biomassa tratada por enzima obtida depois da remoção da composição de enzima é ressuspensa em água até um teor de sólidos secos de até 2% em peso antes de ser mecanicamente tratada. Em uma modalidade, o processo mecânico da bio- massa tratada por enzima compreende submeter a biomassa tratada por enzima obtida como descrito acima à homogeneização a uma velocidade de ponta de pelo menos 7,5 m/s.

[00072] A quantidade de homogeneização de cisalhamento elevado exigida para alcançar níveis satisfatórios de microfibrilação é uma medida direta da efetividade do tratamento enzimático precedente de remoção de polissacarídeo matriz.

Microfibrilas de celulose

[00073] O primeiro aspecto da presente invenção fornece microfibri- las de celulose derivadas de planta, que podem ser caracterizadas pela presença de qualquer combinação dos polissacarídeos matriz ou monossacarídeos aqui descritos. O teor de polissacarídeo matriz pode ser determinado por uma análise por COMPP como aqui descrito, ao mesmo tempo que o teor de monossacarídeo pode ser determinado por hidrólise por ácido trifluoroacético ou ácido sulfúrico como aqui descrito. Em um exemplo, as microfibrilas de celulose da presente in-venção compreendem menos do que 30% em peso de glicose extraí- vel; xilose extraível em uma quantidade de pelo menos 5% da quantidade de xilose extraível no material da planta inicial; e manose extraí- vel em uma quantidade de pelo menos 5% da quantidade de manose extraível no material da planta inicial.

[00074] No processo da invenção, o material da planta é quebrado até microfibrilas de celulose, que compreendem material de parede celular da planta. O material de parede celular da planta compreende celulose, hemiceluloses (tal como xiloglucanos, xilanas, mananas e glicomananas), pectinas, e proteínas tais como glicoproteínas. As mi- crofibrilas podem incluir associações soltas de componentes poliméri- cos de parede celular de planta, que podem ser, por exemplo, pedaços de um gel formado de celulose, hemicelulose, pectina e proteína. Acredita-se que, no processo da invenção, a ruptura da parede celular da planta ocorre por degradação parcial de pectinas e hemiceluloses e extração subsequente de monossacarídeos pectínicos e hemicelulósi- cos. Entretanto, acredita-se que o processo da presente invenção não degrada o material celulósico amorfo, tal que parte dos caracte- res/estrutura da parede de célula seja retida.

[00075] Em uma modalidade, preferencialmente todo o material da planta é convertido para microfibrilas de celulose. Preferencialmente, as microfibrilas de celulose contém mais do que 70 % em peso, preferencialmente mais do que 75 % em peso, preferencialmente mais do que 80 % em peso, preferencialmente mais do que 85 % em peso, preferencialmente mais do que 90 % em peso de material microfibrilar como medido pela quantidade de material que passa através de um filtro de 10 μm após lavagem repetida, seguindo por secagem das lavagens a 150 °C.

[00076] Em uma modalidade, as microfibrilas de celulose compreendem celulose em uma quantidade menor do que cerca de 95% em peso, por exemplo menor do que cerca de 90% em peso, menor do que cerca de 85% em peso, menor do que cerca de 80% em peso, menor do que cerca de 75% em peso, menor do que cerca de 70% em peso, menor do que cerca de 60% em peso, menor do que cerca de 55% em peso, menor do que cerca de 50% em peso, menor do que cerca de 45% em peso, menor do que cerca de 40% em peso.

[00077] Em uma modalidade, as microfibrilas de celulose compreendem celulose em uma quantidade maior do que cerca de 40% em peso, por exemplo, maior do que cerca de 45% em peso, maior do que cerca de 50% em peso, maior do que cerca de 55% em peso, por exemplo maior do que 60% em peso, por exemplo maior do que 65 % em peso, por exemplo maior do que 70% em peso, por exemplo maior do que 75% em peso, por exemplo maior do que 80% em peso, por exemplo maior do que 85% em peso, por exemplo maior do que 90% em peso, por exemplo até cerca de 95% em peso.

[00078] Preferencialmente, as microfibrilas de celulose contém po- lissacarídeos matriz diferentes de celulose em uma quantidade de pelo menos 2% em peso, por exemplo pelo menos 3% em peso, pelo menos 4% em peso, pelo menos 5% em peso, pelo menos 10% em peso, pelo menos 15% em peso, pelo menos 20% em peso.

[00079] Preferencialmente, as microfibrilas de celulose contém po- lissacarídeos matriz diferentes de celulose em uma quantidade menor do que 20% em peso, por exemplo menor do que 15% em peso, menor do que 10% em peso, menor do que 5% em peso, menor do que 4% em peso, menor do que 3% em peso, menor do que 2% em peso.

[00080] Preferencialmente, as microfibrilas de celulose contém he- micelulose em uma quantidade menor do que 2% em peso e pectina em quantidade menor do que 10% em peso. O teor de celulose, e o teor de monossacarídeos derivados de polissacarídeo matriz podem ser medidos usando o método padrão seguinte: uma amostra do material é convertida em resíduos insolúveis em álcool e uma porção disto é em seguida submetida à hidrólise ácida usando ácido trifluoroacético a 2M durante 1 hora a 120°C. Isto produz um hidrolisado e um resíduo celulósico/de polissacarídeo não hidrolisável. O hidrolisado é secado e ressuspenso em água destilada. Esta solução é em seguida analisada quanto ao teor de monossacarídeo usando HPLC.

[00081] As microfibrilas de celulose podem conter xilose extraível em uma quantidade de pelo menos 2%, por exemplo pelo menos 5% da quantidade de xilose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém pelo menos 10% da quantidade de xilose extraível no material da planta inicial, por exemplo pelo menos 20%, pelo menos 30%, pelo menos 40% de xilose ex- traível da quantidade de xilose extraível no material da planta inicial.

[00082] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém pelo menos 2%, por exemplo pelo menos 5% de xilose extraível em relação à quantidade de xilose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém pelo menos 10% de xilo- se extraível em relação à quantidade de xilose extraível no material da planta inicial, por exemplo pelo menos 20%, pelo menos 30%, pelo menos 40% de xilose extraível em relação à quantidade de xilose ex- traível no material da planta inicial.

[00083] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém xilose extraível em uma quantidade de pelo menos 6% da quantidade de xi- lose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as micro- fibrilas de celulose contém pelo menos 7% da quantidade de xilose extraível no material da planta inicial, por exemplo pelo menos 8%, pelo menos 9%, pelo menos 10% de xilose extraível da quantidade de xilose extraível no material da planta inicial.

[00084] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém xilose extraível em uma quantidade menor do que 10% da quantidade de xi- lose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as micro- fibrilas de celulose contém menos do que 9% da quantidade de xilose extraível no material da planta inicial, por exemplo menos do que 8%, menos do que 7%, menos do que 6% de xilose extraível da quantidade de xilose extraível no material da planta inicial.

[00085] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém menos do que 70% de xilose extraível em relação à quantidade de xilose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém menos do que 60% de xilose extraível em relação à quantidade de xilose extraível no material da planta inicial, por exemplo menos do que 55% de xilose extraível em relação à quantidade de xilose extraível no material da planta inicial.

[00086] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém menos do que 20% em peso, menos do que 15% em peso, menos do que 10% em peso de xilose extraível, por exemplo menos do que 9 % em peso de xilose extraível, menos do que 8% em peso de xilose extraí- vel, menos do que 7% em peso, menos do que 6% em peso, menos do que 6% em peso, menos do que 4% em peso, menos do que 3% em peso, menos do que 2% em peso, menos do que 1% em peso de xilose extraível.

[00087] Em uma modalidade alternativa, as microfibrilas de celulose são derivadas de beterraba e contém pelo menos cerca de 1,5% em peso, por exemplo pelo menos cerca de 1,6% em peso, pelo menos cerca de 1,7% em peso, pelo menos cerca de 1,8% em peso, pelo menos cerca de 1,9% em peso, por exemplo pelo menos 2% em peso, por exemplo pelo menos 5% em peso, por exemplo pelo menos 10 % em peso de xilose extraível.

[00088] Em uma modalidade alternativa, as microfibrilas de celulose são derivadas de beterraba e contém pelo menos cerca de 1,5% em peso, por exemplo pelo menos cerca de 1,6% em peso, pelo menos cerca de 1,7 % em peso, pelo menos cerca de 1,8% em peso, pelo menos cerca de 1,9 % em peso, por exemplo cerca de 2% em peso de xilose extraível quando a quantidade de xilose extraível no material da planta de beterraba inicial for cerca de 20% em peso.

[00089] Em uma modalidade alternativa, as microfibrilas de celulose são derivadas de cenoura e contém pelo menos cerca de 0,8% em peso, por exemplo pelo menos cerca de 0,9% em peso, por exemplo cerca de 1,0 % em peso de xilose extraível.

[00090] Em uma modalidade alternativa, as microfibrilas de celulose são derivadas de cenoura e contém pelo menos cerca de 0,8 % em peso, por exemplo pelo menos cerca de 0,9% em peso, por exemplo cerca de 1,0% em peso de xilose extraível quando a quantidade de xilose extraível no material da planta de cenoura inicial é cerca de 2,0% em peso.

[00091] As microfibrilas de celulose podem conter manose extraível em uma quantidade de pelo menos 2%, por exemplo pelo menos 5% da quantidade de manose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém pelo menos 10% da quantidade de manose extraível no material da planta inicial, por exemplo pelo menos 20%, pelo menos 30%, pelo menos 40% de ma- nose extraível da quantidade de manose extraível no material da planta inicial.

[00092] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém pelo menos 2%, por exemplo pelo menos 5% de manose extraível em relação à quantidade de manose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém pelo menos 10% de manose extraível em relação à quantidade de manose extraível no material da planta inicial, por exemplo pelo menos 20%, pelo menos 30%, pelo menos 40% de manose extraível em relação à quantidade de manose extraível no material da planta inicial.

[00093] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém ma- nose extraível em uma quantidade de pelo menos 6% da quantidade de manose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém pelo menos 7% da quantidade de manose extraível no material da planta inicial, por exemplo pelo menos 8%, pelo menos 9%, pelo menos 10% de manose extraível da quantidade de manose extraível no material da planta inicial.

[00094] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém ma- nose extraível em uma quantidade menor do que 10% da quantidade de manose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém menos do que 9% da quantidade de manose extraível no material da planta inicial, por exemplo menos do que 8%, menos do que 7%, menos do que 6% de manose extraível da quantidade de manose extraível no material da planta inicial.

[00095] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém menos do que 70% de manose extraível em relação à quantidade de ma- nose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as micro- fibrilas de celulose contém menos do que 60% de manose extraível em relação à quantidade de manose extraível no material da planta inicial, por exemplo menos do que 55% de manose extraível em relação à quantidade de manose extraível no material da planta inicial.

[00096] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém menos do que 20% em peso, menos do que 15% em peso, menos do que 10% em peso de manose extraível, por exemplo menos do que 9% em peso de manose extraível, menos do que 8% em peso de manose ex- traível, menos do que 7% em peso, menos do que 6% em peso, menos do que 6% em peso, menos do que 4% em peso, menos do que 3% em peso, menos do que 2% em peso, menos do que 1% em peso de manose extraível.

[00097] Em uma modalidade alternativa, as microfibrilas de celulose são derivadas de beterraba e contém pelo menos cerca de 1,5 % em peso, por exemplo pelo menos cerca de 1,6% em peso, pelo menos cerca de 1,7% em peso, pelo menos cerca de 1,8% em peso, pelo menos cerca de 1,9% em peso, por exemplo pelo menos 2% em peso, por exemplo pelo menos 5% em peso, por exemplo pelo menos 10% em peso de manose extraível.

[00098] Em uma modalidade alternativa, as microfibrilas de celulose são derivadas de beterraba e contém pelo menos cerca de 1,5 % em peso, por exemplo pelo menos cerca de 1,6% em peso, pelo menos cerca de 1,7% em peso, pelo menos cerca de 1,8% em peso, pelo menos cerca de 1,9% em peso, por exemplo cerca de 2% em peso de manose extraível quando a quantidade de manose extraível no material da planta de beterraba inicial é cerca de 20% em peso.

[00099] Em uma modalidade alternativa, as microfibrilas de celulose são derivadas de cenoura e contém pelo menos cerca de 0,8% em peso, por exemplo pelo menos cerca de 0,9% em peso, por exemplo cerca de 1,0% em peso de manose extraível.

[000100] Em uma modalidade alternativa, as microfibrilas de celulose são derivadas de cenoura e contém pelo menos cerca de 0,8% em peso, por exemplo pelo menos cerca de 0,9% em peso, por exemplo cerca de 1,0% em peso de manose extraível quando a quantidade de manose extraível no material da planta de cenoura inicial é cerca de 2,0% em peso.

[000101] As microfibrilas de celulose podem conter ramnose extraí- vel em uma quantidade de pelo menos 2%, por exemplo pelo menos 5% da quantidade de ramnose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém pelo menos 10% da quantidade de ramnose extraível no material da planta inicial, por exemplo pelo menos 20%, pelo menos 30%, pelo menos 40% de ramnose extraível da quantidade de ramnose extraível no material da planta inicial.

[000102] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém pelo menos 2%, por exemplo pelo menos 5% de ramnose extraível em relação à quantidade de ramnose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém pelo menos 10% de ramnose extraível em relação à quantidade de ramnose extraível no material da planta inicial, por exemplo pelo menos 20%, pelo menos 30%, pelo menos 40% de ramnose extraível em relação à quantidade de ramnose extraível no material da planta inicial.

[000103] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém ramnose extraível em uma quantidade de pelo menos 6% da quantidade de ramnose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém pelo menos 7% da quantidade de ramnose extraível no material da planta inicial, por exemplo pelo me- nos 8%, pelo menos 9%, pelo menos 10% de ramnose extraível da quantidade de ramnose extraível no material da planta inicial.

[000104] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém ramnose extraível em uma quantidade menor do que 10% da quantidade de ramnose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém menos do que 9% da quantidade de ramnose extraível no material da planta inicial, por exemplo menos do que 8%, menos do que 7%, menos do que 6% de ramnose extraível da quantidade de ramnose extraível no material da planta inicial.

[000105] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém menos do que 70% de ramnose extraível em relação à quantidade de ramnose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém menos do que 60% de ramnose extra- ível em relação à quantidade de ramnose extraível no material da planta inicial, por exemplo menos do que 55% de ramnose extraível em relação à quantidade de ramnose extraível no material da planta inicial.

[000106] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém menos do que 20% em peso, menos do que 15% em peso, menos do que 10% em peso de ramnose extraível, por exemplo menos do que 9% em peso de ramnose extraível, menos do que 8% em peso de ramnose extraível, menos do que 7% em peso, menos do que 6 % em peso, menos do que 6% em peso, menos do que 4% em peso, menos do que 3% em peso, menos do que 2% em peso, menos do que 1% em peso de ramnose extraível.

[000107] Em uma modalidade alternativa, as microfibrilas de celulose são derivadas de beterraba e contém pelo menos cerca de 1,5 % em peso, por exemplo pelo menos cerca de 1,6% em peso, pelo menos cerca de 1,7% em peso, pelo menos cerca de 1,8% em peso, pelo menos cerca de 1,9% em peso, por exemplo pelo menos 2% em peso, por exemplo pelo menos 5% em peso, por exemplo pelo menos 10% em peso de ramnose extraível.

[000108] Em uma modalidade alternativa, as microfibrilas de celulose são derivadas de beterraba e contém pelo menos cerca de 1,5 % em peso, por exemplo pelo menos cerca de 1,6% em peso, pelo menos cerca de 1,7% em peso, pelo menos cerca de 1,8% em peso, pelo menos cerca de 1,9% em peso, por exemplo cerca de 2% em peso de ramnose extraível quando a quantidade de ramnose extraível no material da planta de beterraba inicial for cerca de 20% em peso.

[000109] Em uma modalidade alternativa, as microfibrilas de celulose são derivadas de cenoura e contém pelo menos cerca de 0,8% em peso, por exemplo pelo menos cerca de 0,9% em peso, por exemplo cerca de 1,0% em peso de ramnose extraível.

[000110] Em uma modalidade alternativa, as microfibrilas de celulose são derivadas de cenoura e contém pelo menos cerca de 0,8% em peso, por exemplo pelo menos cerca de 0,9% em peso, por exemplo cerca de 1,0% em peso de ramnose extraível quando a quantidade de ramnose extraível no material da planta de cenoura inicial for cerca de 2,0% em peso.

[000111] As microfibrilas de celulose podem conter galactose extraí- vel em uma quantidade de pelo menos 2%, por exemplo pelo menos 5% da quantidade de galactose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém pelo menos 10% da quantidade de galactose extraível no material da planta inicial, por exemplo pelo menos 20%, pelo menos 30%, pelo menos 40% de galactose extraível da quantidade de galactose extraível no material da planta inicial.

[000112] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém pelo menos 2%, por exemplo pelo menos 5% de galactose extraível em relação à quantidade de galactose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém pelo menos 10% de galactose extraível em relação à quantidade de galactose extraível no material da planta inicial, por exemplo pelo menos 20%, pelo menos 30%, pelo menos 40% de galactose extraível em relação à quantidade de galactose extraível no material da planta inicial.

[000113] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém galactose extraível em uma quantidade de pelo menos 6% da quantidade de galactose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém pelo menos 7% da quantidade de galactose extraível no material da planta inicial, por exemplo pelo menos 8%, pelo menos 9%, pelo menos 10% de galactose extraível da quantidade de galactose extraível no material da planta inicial.

[000114] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém galactose extraível em uma quantidade menor do que 10% da quantidade de galactose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém menos do que 9% da quantidade de galactose extraível no material da planta inicial, por exemplo menos do que 8%, menos do que 7%, menos do que 6% de galactose extraí- vel da quantidade de galactose extraível no material da planta inicial.

[000115] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém menos do que 70% de galactose extraível em relação à quantidade de galactose extraível no material da planta inicial. Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém menos do que 60% de galactose ex- traível em relação à quantidade de galactose extraível no material da planta inicial, por exemplo menos do que 55% de galactose extraível em relação à quantidade de galactose extraível no material da planta inicial.

[000116] Alternativamente, as microfibrilas de celulose contém menos do que 20% em peso, menos do que 15% em peso, menos do que 10% em peso de galactose extraível, por exemplo menos do que 9% em peso de galactose extraível, menos do que 8% em peso de galactose extraível, menos do que 7% em peso, menos do que 6 % em peso, menos do que 6% em peso, menos do que 4% em peso, menos do que 3% em peso, menos do que 2% em peso, menos do que 1% em peso de galactose extraível.

[000117] Em uma modalidade alternativa, as microfibrilas de celulose são derivadas de beterraba e contém pelo menos cerca de 1,5 % em peso, por exemplo pelo menos cerca de 1,6% em peso, pelo menos cerca de 1,7% em peso, pelo menos cerca de 1,8% em peso, pelo menos cerca de 1,9% em peso, por exemplo pelo menos 2% em peso, por exemplo pelo menos 5% em peso, por exemplo pelo menos 10 % em peso de galactose extraível.

[000118] Em uma modalidade alternativa, as microfibrilas de celulose são derivadas de beterraba e contém pelo menos cerca de 1,5 % em peso, por exemplo pelo menos cerca de 1,6% em peso, pelo menos cerca de 1,7% em peso, pelo menos cerca de 1,8% em peso, pelo menos cerca de 1,9% em peso, por exemplo cerca de 2% em peso de galactose extraível quando a quantidade de galactose extraível no material da planta de beterraba inicial é cerca de 20% em peso.

[000119] Em uma modalidade alternativa, as microfibrilas de celulose são derivadas de cenoura e contém pelo menos cerca de 0,8% em peso, por exemplo pelo menos cerca de 0,9% em peso, por exemplo cerca de 1,0% em peso de galactose extraível.

[000120] Em uma modalidade alternativa, as microfibrilas de celulose são derivadas de cenoura e contém pelo menos cerca de 0,8% em peso, por exemplo pelo menos cerca de 0,9% em peso, por exemplo cerca de 1,0% em peso de galactose extraível quando a quantidade de galactose extraível no material da planta de cenoura inicial for cerca de 2,0% em peso.

[000121] As microfibrilas de celulose podem conter menos do que 30 % em peso de glicose extraível. Alternativamente, as microfibrilas de celulose podem conter menos do que 25% em peso de glicose extraí- vel, por exemplo menos do que 20% em peso, menos do que 19% em peso, menos do que 18% em peso, menos do que 17% em peso, menos do que 16% em peso, menos do que 15% em peso de glicose ex- traível.

[000122] Em uma modalidade alternativa, as microfibrilas de celulose são derivadas de beterraba e contém menos do que cerca de 25% em peso, por exemplo menos do que cerca de 20% em peso, menos do que cerca de 15% em peso, por exemplo cerca de 13% em peso de glicose extraível quando a quantidade de glicose extraível no material da planta de beterraba inicial for cerca de 7% em peso.

[000123] Em uma modalidade alternativa, as microfibrilas de celulose são derivadas de cenoura e contém menos do que cerca de 25 % em peso, por exemplo menos do que cerca de 20% em peso, por exemplo cerca de 19% em peso de glicose extraível quando a quantidade de glicose extraível no material da planta de cenoura inicial for cerca de 11% em peso.

[000124] Em uma modalidade, as microfibrilas de celulose contém menos do que cerca de 1% em peso, por exemplo menos do que cerca de 0,5% em peso, por exemplo menos do que cerca de 0,2% em peso, por exemplo substancialmente nenhuma manose. Em uma modalidade, o material particulado de celulose contém menos do que cerca de 1% em peso, por exemplo menos do que cerca de 0,5 % em peso, por exemplo menos do que cerca de 0,2% em peso, por exemplo substancialmente nenhuma ramnose.

[000125] Em uma modalidade, as microfibrilas de celulose compreendem menos do que 30% em peso de glicose extraível; e xilose ex- traível em uma quantidade de pelo menos 5% da quantidade de xilose extraível no material da planta inicial.

[000126] Em uma modalidade, as microfibrilas de celulose compreendem menos do que 30% em peso de glicose extraível; e manose extraível em uma quantidade de pelo menos 5% da quantidade de manose extraível no material da planta inicial.

[000127] Em uma modalidade, as microfibrilas de celulose compreendem menos do que 30% em peso de glicose extraível; e ramnose extraível em uma quantidade de pelo menos 5% da quantidade de ramnose extraível no material da planta inicial.

[000128] Em uma modalidade, as microfibrilas de celulose compreendem menos do que 30% em peso de glicose extraível; e galactose extraível em uma quantidade de pelo menos 5% da quantidade de galactose extraível no material da planta inicial.

[000129] Em uma modalidade, as microfibrilas de celulose compreendem menos do que 30 % em peso de glicose extraível; ramnose ex- traível em uma quantidade de pelo menos 5% da quantidade de ramnose extraível no material da planta inicial; manose extraível em uma quantidade de pelo menos 5% da quantidade de manose extraível no material de planta inicial; e galactose extraível em uma quantidade de pelo menos 5% da quantidade de galactose extraível no material da planta inicial.

[000130] Em uma modalidade, as microfibrilas de celulose podem compreender um ou mais polissacarídeos de homogalacturonana,

. Em uma modalidade, as microfibrilas de celulose podem compreender homogalacturonana completamente metilesterificada, homogalacturonana parcialmente metilesterificada ou homogalacturonana completamente desesterificada. Em uma modalidade, as microfibrilas de celulose podem compreender uma ou mais glicoproteínas. Por exemplo, em uma modalidade, as microfibrilas de celulose podem compreender extensina. A determinação da presença de tais componentes pode ser facilmente realizada usando o método de glicodisposição CoMPP como descrito em M0ller et al.(M0ller I, Marcus SE, Haeger A, Verhertbruggen Y, Verhoef R, Schols H, Ulvskov P, Mikkelsen JD, Knox JP, Willats W. (2007) High-throughput screening of monoclonal antibodies against plant cell wall glycans by hierarchical clustering of their carbohydrate microarray binding profiles. Glycoconj J. 25(1): 37-48). Este método usa painéis de anticorpos es-pecíficos de glicoepítopo para detectar polissacarídeos matriz que são solúveis sob condições definidas. O método é, portanto, ideal para determinar quais polissacarídeos matriz permanecem associados com as microfibrilas. Dois regimes de extração são consecutivamente usados: Extração com CDTA para solubilizar polissacarídeos que estão ligados na biomassa por meio de complexos de cálcio. Glicoproteínas solúveis em água são da mesma forma extraídas. Esta etapa é seguida por extração de NaOH, que solubiliza polímeros que estão ligados por ligações de hidrogênio múltiplas e/ou acoplamentos covalentes na forma de ligações de éster. Em uma modalidade, a análise por CoMPP pode ser realizada no material obtido depois da hidrólise por TFA de acordo com os métodos aqui descritos.

[000131] As microfibrilas de celulose preferencialmente compreendem um componente não sacarídeo (isto é, não carboidrato) que está presente em uma quantidade menor do que 10% em peso, por exemplo menor do que 5% em peso. Este componente pode compreender proteínas, por exemplo glicoproteínas.

[000132] Em uma modalidade, as microfibrilas de celulose são caracterizadas pela extensão da superfície de microfibrila exposta medida por quanto glicano de reticulação pode ser adsorvido às microfibrilas, de outro modo chamado o grau de revestimento. É bem conhecido na técnica que apenas os domínios de xiloglucano que amarram as mi- crofibrilas de celulose são enzima acessível, ao mesmo tempo que aqueles que revestem as microfibrilas não são. O grau de revestimentoé uma medida de superfície de celulose acessível e se correlaciona bem com a caracterização de CoMPP dos mesmos materiais. Desse modo, o processando de acordo com a presente invenção fornece uma vantagem em termos de área de superfície de celulose acessível à química de reticulação ou interação com a matriz de uma combinação semissintética.

[000133] As microfibrilas de celulose podem ter um grau de revestimento de pelo menos 2%, por exemplo pelo menos 3%, pelo menos 4%, pelo menos 5%, pelo menos 10%, pelo menos 15%, pelo menos 20%, pelo menos 25%, pelo menos 30%, pelo menos 40%, pelo menos 50%, pelo menos 60%, pelo menos 70%.

[000134] As microfibrilas de celulose podem ter um grau de revestimento menor do que 70%, por exemplo menor do que 60%, menor do que 50%, menor do que 40%, menor do que 30%, menor do que 25%, menor do que 20%, menor do que 15%, menor do que 10%, menor do que 5%, menor do que 4%, menor do que 3%, menor do que 2%.

[000135] Em uma modalidade, as microfibrilas de celulose podem ser caracterizadas como tendo uma relação particular de celulose cristalina para celulose amorfa. A relação de celulose cristalina para celulose amorfa pode ser medida por dispersão de raios X ou NMR em estadosólido. Em uma modalidade, a relação de celulose cristalina para celulose amorfa pode ser 1:1. Em uma modalidade, a relação de celulose cristalina para celulose amorfa pode ser pelo menos 2:1, por exemplo pelo menos 3:1, por exemplo pelo menos 4:1, por exemplo pelo menos 5:1, por exemplo pelo menos 6:1, por exemplo pelo menos 7:1 pelo menos 8:1 pelo menos 9:1 pelo menos 10:1. Em uma modalidade, a relação de celulose cristalina para celulose amorfa pode ser pelo menos 15:1, por exemplo pelo menos 20:1 pelo menos 30:1 pelo menos 40:1 pelo menos 50:1.

[000136] Alternativamente, em uma modalidade, a relação de celulose amorfa para celulose cristalina pode ser 1:1. Em uma modalidade, a relação de celulose amorfa para celulose cristalina pode ser pelo menos 2:1, por exemplo pelo menos 3:1, por exemplo pelo menos 4:1, por exemplo pelo menos 5:1, por exemplo pelo menos 6:1, por exemplo pelo menos 7:1 pelo menos 8:1 pelo menos 9:1 pelo menos 10:1. Em uma modalidade, a relação de celulose amorfa para celulose cristalina pode ser pelo menos 15:1, por exemplo pelo menos 20:1 pelo menos 30:1 pelo menos 40:1 pelo menos 50:1.

[000137] Em uma modalidade, as microfibrilas de celulose, ou material de celulose microfibrilado pode estar na forma de folha. Uma folha formada a partir do material de celulose microfibrilado aqui descrito pode ser preparada por qualquer método conhecido na técnica. Por exemplo, uma dispersão, por exemplo uma dispersão aquosa, contendo o material de celulose microfibrilado pode ser pulverizada sobre uma superfície e permitida secar, desse modo formando uma folha fina.

[000138] Alternativamente, o material de folha pode ser formado vertendo uma dispersão, por exemplo uma dispersão aquosa, contendo o material de celulose microfibrilado sobre uma superfície e permitindo-a secar, desse modo formando uma folha. A espessura da folha pode ser variada, dependendo do teor de sólidos do material de celulose microfibrilado na solução, e do método de aplicação do material. A folha pode ter, por exemplo, uma espessura de 10 cm, o material tendo sido vertido em um receptáculo. Alternativamente, a folha pode ter uma espessura tão pequena quanto 5 μm, a dispersão tendo sido pulverizada sobre uma superfície. Será entendido que todas as espessuras de folha são possíveis, e que as espessuras supracitadas são apenas para exemplo.

Usos das microfibrilas de celulose

[000139] Celulose e materiais derivados de celulose tais como, mi- crofibrilas de celulose são conhecidos como aditivos em diferentes indústrias devido pelo menos em parte a sua força mecânica. A presente invenção, portanto da mesma forma se refere aos sistemas com base em água, isto é, aquosos ou composições que compreendem as mi- crofibrilas de celulose aqui descritas. Sistemas com base em águas como aqui referido incluem emulsões e soluções aquosas. Exemplos são epóxi com base em água, tintas de poliuretano acrílicas e composições cimentícias. Tipicamente, as microfibrilas de celulose da invenção estão presentes em uma quantidade menor do que 10% em peso, menor do que 5% em peso, por exemplo menor do que 3% em peso, preferencialmente menor do que 1% em peso, mais preferencialmente 0,05 a 0,2 ou 0,5% em peso. As microfibrilas de celulose da invenção podem estar presentes em quaisquer destas composições em uma quantidade de pelo menos 0,05% em peso, pelo menos cerca de 0,2% em peso, pelo menos cerca de 0,5% em peso, pelo menos cerca de 1% em peso, pelo menos cerca de 3% em peso, pelo menos cerca de 5% em peso, pelo menos cerca de 10% em peso. Em algumas modalidades, as microfibrilas de celulose estão incorporadas nas composições em uma quantidade menor do que cerca de 2% em peso, por exemplo menor do que cerca de 1,5% em peso, menor do que cerca de 1,2% em peso, menor do que cerca de 1% em peso, menor do que cerca de 0,5% em peso, menor do que cerca de 0,4% em peso, menor do que cerca de 0,3% em peso, menor do que cerca de 0,25% em peso, menor do que cerca de 0,2% em peso, menor do que cerca de 0,1% em peso, menor do que cerca de 0,05% em peso, menor do que cerca de 0,04 % em peso, menor do que cerca de 0,03% em peso, menor do que cerca de 0,02% em peso, por exemplo cerca de 0,01% em peso.

Materiais compósitos

[000140] A invenção da mesma forma se refere a composições e materiais compósitos tal como concreto e outros materiais cimentícios. As microfibrilas de celulose aqui descritas são particularmente úteis como um agente de fortalecimento em concreto, outros materiais ci- mentícios e compósitos de resina.

[000141] Em um aspecto, a invenção fornece um material composto que compreende uma resina e até cerca de 90 % em peso de microfi- brilas de celulose derivadas de planta como aqui descrito. As microfi- brilas de celulose derivadas de planta podem estar presentes em uma quantidade de até cerca de 85 % em peso, por exemplo até cerca de 80 % em peso, até cerca de 75 % em peso, até cerca de 70 % em peso, até cerca de 65 % em peso.

[000142] A resina pode ser uma resina termocurável ou uma resina termoplástica. A resina termocurável pode ser com base em poliéster ou com base em epóxido, porém será entendido que estas são apenas exemplos e outras resinas termocuráveis tais como poliuretanos podem da mesma forma ser usados. Há muitas resinas termoplásticas usadas na fabricação de compósito: poliolefinas, poliamidas, polímeros vinílicos, poliacetais, polissulfonas, policarbonatos, polifenilenos e po- liimidas. Em uma modalidade, a resina pode ser uma resina acrílica. A resina pode ser uma única resina ou a resina pode ser uma mistura de mais de uma resina, incluindo quaisquer das resinas descritas acima. O material composto também pode compreender um ou mais aglutinantes, por exemplo um aglutinante hidrofílico e/ou um aglutinante hi- drofóbico. Tais aditivos para materiais compósitos de resina são conhecidos na técnica e não precisa de mais discussões aqui.

[000143] Em um aspecto, a invenção fornece composições cimentí- cias que compreendem as microfibrilas de celulose aqui descritas. O material particulado pode estar presente em uma quantidade menor do que 10% em peso, menor do que 5% em peso, por exemplo menor do que cerca de 2% em peso, por exemplo menor do que cerca de 1 % em peso. A composição de cimento pode compreender qualquer cimento conhecido. Por exemplo, a composição de cimento pode compreender um cimento hidráulico tal como cimento Portland, que também pode ser substituído pelo menos em parte por, por exemplo, cinza volante, cimento de escória ou sílica fumigada para de uma mistura de cimento Portland. A composição de cimento pode compreender outros aditivos e carga conhecidas na técnica tais como agentes arrastadores de ar, retardantes de endurecimento, aceleradores de endurecimento, e similares.

[000144] Em um aspecto, a invenção fornece composições de concreto que compreendem as microfibrilas de celulose aqui descritas. O material particulado pode estar presente em uma quantidade menor do que 10% em peso, menor do que 5% em peso, por exemplo menor do que cerca de 2% em peso, por exemplo menor do que cerca de 1 % em peso. A composição de concreto geralmente compreende as mi- crofibrilas de celulose aqui descritas, um cimento, e um material agregado inerte tal como areia, ou uma mistura de areia e partículas maio-res tal como cascalho. O cimento pode ser qualquer tipo de cimento como previamente descrito. Qualquer tipo de carga/agregado que é geralmente usado na indústria da construção pode ser usado efetivamente no contexto desta invenção. Exemplos de carga/agregados adequados tais como areias de sílica, carbonato de cálcio, dolomita, bem como agregados leves tais como perlitas, contas de poliestireno, esferas de vidro ou cerâmica ocas/expandidas, cortiça, borracha, e similares, e mistura dos mesmos. A proporção de carga/agregado no cimento ou argamassa está preferencialmente entre 50% e em torno de 85%, mais preferencialmente entre 60% e em torno de 80%, e preferencialmente entre 65% e em torno de 75% em peso, com base nos ingredientes secos totais. Será entendido que água será subsequentemente adicionada para produzir a mistura de concreto final a ser curada.

Revestimentos

[000145] O material de celulose também é conhecido por ser usado nas composições de revestimento como um modificador de viscosidade ou para reforço estrutural para prevenir, por exemplo, rachadura.

[000146] Portanto, em um aspecto, a invenção fornece uma composição de revestimento que compreende as microfibrilas de celulose aqui descritas. As microfibrilas podem estar presentes em uma quantidade menor do que 10 % em peso, menor do que 5 % em peso, por exemplo menor do que cerca de 2 % em peso, por exemplo menor do que cerca de 1 % em peso. A composição de revestimento pode ser uma composição de pintura. A composição de revestimento geralmente compreende um diluente ou solvente, tipicamente água, um pigmento (por exemplo carbonato de cálcio, mica, sílicas, talcos), uma carga (cuja função pode ser fornecida pelo pigmento ou um material inerte separado, e um ou mais aditivos adicionais tais como promotores de adesão, texturizadores, estabilizadores de UV, aplanadores ou bioci- das como exemplos não limitantes. Tais aditivos de revestimento estão tipicamente presentes na composição em uma quantidade de cerca de 0 a cerca de 18% em peso ou até 18 em peso e de cerca de 1 a cerca de 15% em peso com base no peso total da formulação.

Papel

[000147] Os materiais de celuloses da mesma forma formam a base de papéis e papelões. Aditivos são frequentemente adicionados aos papéis e/ou papelão para realçar as propriedades físicas ou químicas. Em particular, é desejável para reduzir a porosidade de um papel ou papelão para bloquear a permeação de gases, por exemplo odores, fragrâncias ou oxidantes, ou bloquear a permeação de micróbios e partículas virais, ao empacotar produtos alimentícios ou produtos cosméticos ou perfumados. Portanto, em um aspecto, a invenção fornece uma composição de papel que compreende menos do que cerca de 40 % em peso de microfibrilas de celulose derivadas de planta como aqui descrito. A composição de papel pode compreender menos do que cerca de 25% em peso, por exemplo menos do que cerca de 20% em peso, menos do que cerca de 5% em peso de do material microfibrila- do de celulose derivado de planta. Alternativamente, a composição de papel pode compreender mais do que cerca de 5% em peso, por exemplo mais do que cerca de 10% em peso, mais do que cerca de 15% em peso, mais do que cerca de 20% em peso, mais do que cerca de 25% em peso, mais do que cerca de 30% em peso, até cerca de 40% em peso de do material microfibrilado de celulose derivado de planta. A composição de papel pode compreender uma polpa celulósi-ca conhecida por ser útil na produção de papel, em combinação com o material particulado de celulose aqui descrito. A composição de papel também pode compreender um ou mais aditivos tais como cargas inorgânicas, agentes de clareamento ópticos e pigmentos.

[000148] A invenção também é descrita, porém não limitada aos seguintes exemplos.

Exemplos Exemplo 1

[000149] As cenouras descascadas foram fatiadas em fatias de aproximadamente 2 cm e fervidas durante 1 hora. As cenouras foram em seguida processadas em um espremedor e homogeneizadas em um processador de alimentos. A suspensão de cenoura processada foi aquecida a 100°C durante 10 minutos, e o teor de umidade foi analisado usando um umectante de Halogênio. A suspensão de cenoura foi diluída até 5% de teor de matéria seca com 100 mM de tampão de ci-trato pH 3,6 a um volume final de 0,5 L. O tratamento enzimático foi administrado como descrito abaixo com relação à Tabela 1. As enzimas foram em seguida inativadas por aquecimento a 100°C durante 15 minutos em um banho de água.

[000150] As amostras foram em seguida filtradas e lavadas com uma quantidade igual de água antes de ser ressuspensas para formar uma solução a 1% por sólidos (teores sólidos foram medidos em um analisador de umidade aquecido por halogênio (Metler HB43 ou Oxford Instrument FM503). O material foi em seguida processado em um misturador de cisalhamento elevado Silverson L5RT com uma cabeça de desintegração extrafina a 5700 rpm durante um período inicial de 5 minutos. A amostra foi em seguida diluída em torno de 1,5 L e passadaatravés de um homogeneizador de alta pressão (Manton Gualin Lab 100/3/350).

[000151] As amostras foram analisadas usando Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM). SEM foi realizada usando um FEI Quanta 600 SEM equipado com uma pistola de emissão de campo e um Cambridge Instrument SEM 360. Todas as amostras foram congeladas instantaneamente a -210 °C, em seguida permitidas aquecer a -140 °C, onde elas foram fraturadas para expor uma superfície interna, que foi sublimada a -90 °C durante 20 minutos. A amostra foi em seguida resfriada a -140 °C, revestida com metal de platina para imageamento.

[000152] Experiências diferentes, com composições de enzima diferentes com base em produtos de enzima comerciais de Novozymes, foram investigadas, como apresentado nas Tabelas 1 e 2. Tabela 1: Combinações de experiência de Enzima

Tabela 2 Experiências de Enzima para liberação de microfibrilas de celulose de cenoura

[000153] Os tratamentos enzimáticos nas Experiências 1 a 7 foram conduzidos a 40°C durante 24 horas em um Mathis Lab-O-Mat. Nas Experiências 9 a 10, os tratamentos de enzima foram realizados durante 32 horas em um Mathis Lab-O-Mat. Na Experiência 10, 52 mg/kg da endo-1,4-beta glicanase foram adicionados apenas depois de 24 horas. Todas as amostras foram em seguida inativadas por aquecimento a 100°C durante 15 minutos em um banho de água.

[000154] As amostras foram em seguida filtradas e lavadas com uma quantidade igual de água antes de ser ressuspensas para formar uma solução a 1% por sólidos (teores sólidos foram medidos em um analisador de umidade aquecido por halogênio (Metler HB43 ou Oxford Instrument FM503). Esta solução foi em seguida submetida à ruptura mecânica em um misturador de cisalhamento elevado (Silverson L5RT) com uma faixa de cabeças de cisalhamento. A ruptura inicial foi empreendida durante 5 minutos a 7000 rpm com cabeça de cisalhamento elevado e 5 minutos a 7000 rpm com uma peneira de emulsão fina e 35 minutos com uma cabeça chanfrada ultrafina.

Exemplo 2 Procedimento enzimático e mecânico para a liberação de microfibrilas de celulose de batatas

[000155] As batatas foram descascadas e fatiadas com uma faca em pedaços de 2 cm. As batatas fatiadas foram fervidas em água durante 1 hora. As batatas foram em seguida processadas com um misturador de imersão e homogeneizadas em um processador de alimentos. As batatas homogeneizadas foram postas em um banho de água a 100°C durante 10 minutos. A substância seca da suspensão foi medida usando um umectante de Halogênio. A suspensão de batata foi diluída até 5% de teor de matéria seca com 100 mM de tampão de citrato pH 4 até um volume final de 0,6 l. A suspensão de batata foi tratada com as dosagens de enzima na Tabela 3, correspondentes a 15 mL/kg de batata seca de Viscozyme® L, 15 mL/kg de batata seca de Pectinex® Ultra Clear e 5 mL/kg de batata seca de Aquazym® 240L.

[000156] A mistura foi incubada durante 24 horas a 40°C em um Mathis Lab-O-Mat. As enzimas foram inativadas por aquecimento durante 15 minutos a 100°C em um banho de água.

[000157] As batatas tratadas com enzima foram em seguida processadas em um misturador de cisalhamento elevado Silverson L5RT. Tabela 3 Enzimas selecionadas para liberação de microfibrilas de celulose de batatas.

Exemplo 3 Procedimento enzimático e mecânico para a liberação de microfibrilas de celulose de beterrabas

[000158] As beterrabas foram descascadas e fatiadas com uma faca em pedaços em torno de 2 cm. Os pedaços de beterraba fatiados foram fervidos durante 1 hora. Para aumentar a área de superfície e permitir melhor acesso da enzima, as beterrabas foram tratadas mecanicamente usando um misturador de imersão e um processador de alimentos. A suspensão de beterraba homogeneizada foi aquecida a 100°C durante 10 minutos, e o teor de umidade foi determinado usando um umectante de Halogênio. A suspensão de beterraba foi diluída até 5% de teor de matéria seca com 100 mM de tampão de citrato pH 4 até um volume final de 0,6 L. A suspensão de beterraba foi tratada com as dosagens de enzima na Tabela 4, correspondentes a 10 mL/kg de beterraba seca de Viscozyme® L, 10 mL/kg de beterraba seca de Pectinex® Ultra Clear, 10 mL/kg de beterraba seca de Pulpzym HC e 10 mL/kg de beterraba seca de Aquazym® 240 L. Tabela 4 Enzimas para liberação de microfibrilas de celulose de beterrabas.

[000159] A mistura foi incubada durante 24 horas a 40°C em um Mathis Lab-O-Mat. As enzimas foram inativadas por aquecimento da mistura a 100°C durante 15 minutos. As beterrabas tratadas por enzima foram em seguida processadas em um misturador de cisalhamento elevado Silverson L5RT.

Exemplo 4 Análise de Produto - Polissacarídeos Matriz

[000160] A presença de polissacarídeos matriz depois do tratamento enzimático das diferentes experiências de enzima do Exemplo 1 foi determinada por análise de COMPP como descrito em M0ller et al.. Os resultados (valores de fluorescência relativa) são mostrados na Tabela 5 (extração de CDTA) e Tabela 6 (extração de NaOH), contra materiais de referência obtidos de (i) biomassa de cenoura fermentada lavada com água; (ii) biomassa de cenoura fermentada lavada com alvejante (ambas como descrito em WO2006056737); (iii) um tratamento com hidróxido de sódio de cenoura como descrito em WO 2014/017911 (ST70 Orange); e (iv) o material de (iii) da mesma forma submetido a um tratamento com alvejante subsequente ("ST70 White") e submetido à mesma análise. Tabela 5 - Análise de CoMPP por Extração de CDTA

Tabela 6 - Análise de CoMPP por Extração de NaOH

Exemplo 5 Análise de Produto - Monossacarídeos

[000161] O procedimento teste foi realizado de acordo com o protocolo de duas etapas padrão abaixo, que está baseado na separação de monossacarídeos e oligossacarídeos de polissacarídeos por fervura da amostra em uma solução de álcool a 80%. Monossacarídeos e oligossacarídeos são solúveis em soluções alcoólicas, considerando que polissacarídeos e fibra são insolúveis. Os componentes solúveis podem ser separados dos componentes insolúveis por filtração ou centrifugação. As duas frações (solúvel e insolúvel) podem em seguida ser secadas e pesadas para determinar suas concentrações.

[000162] Os materiais secos podem em seguida ser usados para análise por HPLC, depois da hidrólise ácida. (1) Separação de componentes solúveis e insolúveis de álcool Materiais • Amostras secas • Etanol a 80% • Nitrogênio comprimido

Método

[000163] Para cada amostra de material, 50 mg foram extraídos três vezes com 5 mL de etanol a 80%, por fervura das amostras em tubos de vidro tampados em banho com água a 95 °C durante 10 minutos cada. Depois de cada extração, os tubos foram centrifugados a 5000 x g durante 5 minutos, e os sobrenadantes das três extrações combinados para análise de açúcar.

[000164] O resíduo e sobrenadante são secados em forno antes da hidrólise ácida. A hidrólise ácida usando ácido trifluoroacético degrada pectinas, hemiceluloses e regiões altamente amorfas de celulose, ao mesmo tempo que a hidrólise ácida usando ácido sulfúrico a 72% (p/v) degrada todos os polissacarídeos com a exceção de regiões altamente cristalinas de celulose. (ii)(a) Análise de polissacarídeos matriz - Hidrólise por ácido trifluoroa- cético Materiais • Amostras secas • Tubos de tampa de rosca • Ácido trifluoroacético a 2M = 11,4 g em 50 mL (ou 3 mL de TFA a 99,5% e 17 mL de dH2O) • Nitrogênio Comprimido • Padrões de Monossacarídeo o Mistura de açúcar padrão de três monossacarídeos (gli-cose, frutose, xilose). Cada açúcar está em uma solução de matéria- prima a 10 mM (100X). A preparação dos padrões é feita por pipeta- gem de 250, 500 e 750 μL em frascos de tampa de rosca e evaporação até a secura. Proceder da mesma maneira a hidrólise como com as amostras. Método Dia 1 • Pesar 5 mg da fração insolúvel de álcool da etapa (i) em tubos de tampa de rosca • Secar todas as amostras e padrões de monossacarídeo (250 μL, 500 μL, 750 μL) Dia 2 • No exaustor, hidrolisar por adição de 0,5 mL de TFA a 2 M. Estimular os frascos com nitrogênio seco, colocar a tampa, e misturar bem. Esfregar o bico de nitrogênio com tecido com etanol entre as amostras para prevenir contaminação. • Aquecer os frascos a 100°C durante 4 h e misturar várias vezes durante a hidrólise. • Evaporar completamente no evaporador centrífugo ou sob um fluxo de nitrogênio com extração de fumo durante a noite. Dia 3 • Adicionar 500 μL de propan-2-ol, misturar e evaporar. • Repetir • Ressuspender as amostras e padrões em 200 μL de dH2O. Misturar bem. • Centrifugar e transferir o sobrenadante em um novo tubo. • Filtrar o sobrenadante por filtros de PTFE de 0,45 μm antes da análise por HPLC. (ii)(b) Análise de polissacarídeos matriz - hidrólise de ácido sulfúrico Materiais Ácido sulfúrico a 72% (p/v) (AR) Hidróxido de bário (150 mM) Azul bromofenol (solução a 1% em água) Filtros de 0,45 μm Fase reversa de SPE (estireno divinilbenzeno); por exemplo, Strata-X 30 mg, 1 mL de volume. Método • Pesar com precisão 4 mg da fração insolúvel de álcool da etapa (i) em um tubo de microcentrífuga de rosca superior de 2,0 mL. Alternativamente, usar o resíduo seco da digestão de açúcar matriz. • Adicionar 70 μL de ácido sulfúrico a 72% (p/v) ao frasco de rosca superior. Misturar, até que os sólidos sejam disper- sos/dissolvidos. • Incubar em um banho de água a 30 °C durante 2 horas. Misturar as amostras a cada 15 minutos. • Adicionar água para reduzir a concentração de ácido sul- fúrico a 4,6% (p/p) - adicionar 1530 μL de água. • Misturar bem e aquecer em um aquecedor de bloco a 121 °C durante 4 horas. Vortexar a cada 30 minutos. • Resfriar em temperatura ambiente. (as amostras podem ser armazenadas em refrigerador durante até 2 semanas neste momento). • Levar 300 μL em um novo tubo, adicionar 1 μL de azul bromofenol a 1%. Parcialmente neutralizar pela adição de 0,8 mL de hidróxido de bário a 150 mM. Finalizar por adição de pó de carbonato de bário. O indicador fica azul. • Centrifugar para eliminar o sulfato de bário precipitado (10 minutos a 10000 x g). Transferir o sobrenadante para um novo tubo. Congelar descongelar para terminar a precipitação e repetir a centrifu-gação (volume total 1050 μL). • Antes de HPLC, as amostras (alíquota de 700 μL) são passadas em uma coluna de fase reversa (por exemplo, strata X 30 mg) e filtradas por um filtro de 0,45 μm.

[000165] Os dados quantitativos podem ser obtidos por injeção de uma quantidade conhecida de um monossacarídeo de referência, por exemplo, glicose ou xilose, como é rotineiro na técnica.

Claims

1. Processo parar preparar microfibrilas de celulose de ma-terial de planta herbácea, caracterizado pelo fato de que compreende: contatar a biomassa de planta herbácea com uma compo-sição de enzima, em que a composição de enzima compreende pelo menos uma endo-glicanase; e uma ou mais polissacarídeo hidrolases selecionadas a partir de endo-poligalacturonase, arabinofuranosidase pectina liase, pectato liase, pectina metilesterase, endo-arabinanase, endo-galactanase, galactosidase, ramnogalacturonana hidrolase, ram- nogalacturonana liase, ou xilanase para formar uma biomassa tratada com enzima, e em que a endo-glicanase compreende uma β-1,4-endo- glicanase e/ou uma β-1,3:1,4-endo-glicanase capazes de degradar glucanos; e mecanicamente processar a biomassa tratada com enzima para produzir as microfibrilas de celulose; em que a referida planta herbácea é uma planta vascular anual, bianual ou perene, definida por apresentar caules aéreos que morrem após cada estação de crescimento e apresentam uma abun-dância de paredes primárias em seus tecidos, particularmente nos te-cidos parenquimatosos; e em que o referido material de planta herbáceo apresenta menos do que 20% em peso de lignina.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição de enzima compreende pelo menos uma endo-glicanase, endo-poligalacturonase, arabinofuranosidase, pectina liase, pectina metil esterase, pectato liase e ramnogalacturo- nana hidrolase; pelo menos uma endo-glicanase, endo- poligalacturonase, arabinofuranosidase, pectina liase, pectina metil esterase, pectato liase, ramnogalacturonana hidrolase, endo- arabinanase, endo-galactanase, e galactosidase; ou pelo menos uma endo-glicanase, endo-poligalacturonase, arabinofuranosidase, pectina liase, pectina metil esterase, pectato liase, ramnogalacturonana hidro- lase, endo-arabinanase, endo-galactanase, galactosidase e xilanase.

3. Processo para preparar as microfibrilas de celulose do material de planta herbácea, caracterizado pelo fato de que compreende contatar a biomassa de planta herbácea com uma composição de enzima, em que a composição de enzima compreende i) pelo menos uma endo-glicanase; ii) pelo menos uma enzima pectolítica; e iii) pelo menos uma enzima selecionada a partir do grupo consistindo em endo-arabinanase, arabinofuranosidase, endo- galactanase, galactosidase, ramnogalacturonana hidrolase, ramnoga- lacturonana liase, ramnogalacturonana acetil esterase e xilanase, pre-ferencialmente em que a enzima pectolítica compreende um ou mais dentre poligalacturonase, pectina liase e pectato liase, em que prefe-rencialmente a enzima pectolítica compreende uma ou mais enzimas auxiliares, preferencialmente em que a uma ou mais enzimas auxiliares compreendem pectina metil esterase e/ou pectina acetil esterase, mais preferencialmente em que a composição de enzima também compreende α-amilase, e em que a endo-glicanase compreende uma β-1,4-endo-glicanase e/ou uma β-1,3:1,4-endo-glicanase.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a composição de enzima é substancialmente livre de qualquer celulase.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o material de planta herbáceaé termicamente e/ou mecanicamente processado antes de ser contatado com a composição de enzima, e preferencialmente compreende ainda remover a composição de enzima após o contato com o material de planta herbácea, mais preferencialmente em que a remo- ção da composição de enzima após o contato com o material de planta herbácea compreende inativar por calor a biomassa tratada com enzima e lavagem.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica-ções 1 a 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma endo- glicanase está presente em uma quantidade de pelo menos 10 mg/kg de massa seca do material de planta herbácea, preferencialmente pelo menos 30 mg/kg de massa seca do material de planta herbácea.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica-ções 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a pectina liase está presente em uma quantidade de pelo menos 5 mg/kg de massa seca do material de planta herbácea, preferencialmente de pelo menos 20 mg/kg de massa seca do material de planta herbácea.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica-ções 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a pectina esterase está pre-sente em uma quantidade de pelo menos 40 mg/kg de massa seca do material de planta herbácea, preferencialmente pelo menos 50 mg/kg de massa seca do material de planta herbácea.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica-ções 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a endo-poligalacturonase está presente em uma quantidade de pelo menos 15 mg/kg de massa seca do material de planta herbácea.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica-ções 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a endo-poligalacturonase está presente em uma quantidade de pelo menos 30 mg/kg de massa seca do material de planta herbácea.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica-ções 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a endo-xilanase está pre-sente em uma quantidade de pelo menos 10 mg/kg de massa seca do material de planta herbácea, preferencialmente pelo menos 20 mg/kg de massa seca do material de planta herbácea.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica-ções 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o material de planta herbácea compreende uma cultura não processada, resíduo de polpa de açúcar, amido ou fabricação de óleo, um fluxo de resíduos de uma bio- refinaria.

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica-ções 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o material de planta herbácea compreende biomassa de cenoura, de beterraba ou de batata.

14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica-ções 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o material de planta herbácea compreende mais do que 30 % em volume de material de célula parenquimatosa.

15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica-ções 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o material de planta herbácea compreende menos do que cerca de 10 % em peso de lignocelu- lose, preferencialmente menos do que cerca de 5 % em peso de ligno- celulose.

16. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica-ções 1 a 15, caracterizado pelo fato de que processar mecanicamente a biomassa tratada com enzima compreende submeter a biomassa tratada com enzima à homogeneização em uma taxa de cisalhamento de pelo menos 5000 rpm.

17. Material de celulose microfibrilado, caracterizado pelo fato de que é obtenível pelo processo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 16.

18. Material de celulose microfibrilado obtido de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o material está em forma de folha.