BR112017014667B1 - METHODS FOR EXTRACTING AND CONVERTING HEMICELLULOSE SUGARS - Google Patents
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Abstract
MÉTODOS PARA EXTRAÇÃO E CONVERSÃO DE AÇÚCARES DE HEMICELULOSE. A presente revelação se relaciona a sistemas, métodos, e processos para a produção de açúcares e produtos de conversão de biomassa.METHODS FOR EXTRACTING AND CONVERTING SUGARS FROM HEMICELLULOSE. The present disclosure relates to systems, methods, and processes for producing sugars and biomass conversion products.
Description
[0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório dos Estados Unidos No. 62/100.791, depositado em 7 de janeiro de 2015, e Pedido Provisório dos Estados Unidos No. 62/249.801, depositado em 2 de novembro de 2015, cada um aqui incorporado por referência em sua totalidade.[0001] This application claims the benefit of United States Provisional Application No. 62/100,791, filed January 7, 2015, and United States Provisional Application No. 62/249,801, filed November 2, 2015, each incorporated herein by reference in its entirety.
[0002] A biomassa lignocelulósica é um material renovável abundante que tem sido há muito reconhecido como uma matéria-prima potencial para produção de químicos, combustíveis, e materiais, incluindo substitutos de açúcar de poliol, tal como Xilitol. A biomassa ligno- celulósica compreende principalmente celulose, hemicelulose, e ligni- na. Processos eficientes e de custo efetivo para extrair, separar e refinar açúcares de biomassa são ainda um desafio.[0002] Lignocellulosic biomass is an abundant renewable material that has long been recognized as a potential feedstock for producing chemicals, fuels, and materials, including polyol sugar substitutes such as Xylitol. Lignocellulosic biomass mainly comprises cellulose, hemicellulose, and lignin. Efficient and cost-effective processes to extract, separate and refine sugars from biomass are still a challenge.
[0003] O xilitol é um álcool de açúcar de cinco carbonos que tem propriedades favoráveis como um substituto de açúcar, incluindo baio teor calórico, boa tolerância gastrointestinal, e metabolismo quase independente da insulina em humanos. Tradicionalmente, o Xilitol é produzido por hidrogenação química de uma mistura de monossacarídeo contendo xilose na presença de um catalisador de metal, tal como níquel Raney, necessitando de equipamento especializado e custoso para os requisitos de alta pressão e temperatura da reação. A hidro- genação é não-específica, e produz polióis de outros monossacarí- deos presentes na mistura de reação que são difíceis e custosos para se separar do produto de Xilitol desejado. Traços de metal são indesejáveis, e devem também serem removidos do produto. No todo, este processo custoso e ineficiente produz Xilitol em somente 40-60% de rendimento. Alguma pesquisa básica foi realizada em direção ao de-senvolvimento de bioprocessos para a produção de Xilitol, mas rendimentos razoáveis podem somente serem obtidos usando D-xilose pura como matéria-prima.[0003] Xylitol is a five-carbon sugar alcohol that has favorable properties as a sugar substitute, including low caloric content, good gastrointestinal tolerance, and nearly insulin-independent metabolism in humans. Traditionally, Xylitol is produced by chemically hydrogenating a monosaccharide mixture containing xylose in the presence of a metal catalyst such as Raney Nickel, requiring specialized and expensive equipment for the high pressure and temperature requirements of the reaction. Hydrogenation is non-specific, and produces polyols of other monosaccharides present in the reaction mixture that are difficult and costly to separate from the desired Xylitol product. Traces of metal are undesirable and must also be removed from the product. Altogether, this costly and inefficient process produces Xylitol in only 40-60% yield. Some basic research has been carried out towards the development of bioprocesses for the production of Xylitol, but reasonable yields can only be obtained using pure D-xylose as a feedstock.
[0004] Como tal, existe uma necessidade premente de um método de seleção de correntes de açúcar adequadas para produção de Xilitol. A presente revelação responde a esta necessidade pela provisão de métodos, sistemas, e composições para produzir Xilitol de biomassa lignocelulósica. A biomassa lignocelulósica pode ser processada e refinada para produzir correntes de açúcar de hemicelulose, e correntes adequadas para conversão a Xilitol selecionado. Isto permite produção eficiente e de custo efetivo de Xilitol de fontes renováveis em uma escala industrial.[0004] As such, there is a pressing need for a method of selecting suitable sugar streams for Xylitol production. The present disclosure responds to this need by providing methods, systems, and compositions for producing Xylitol from lignocellulosic biomass. Lignocellulosic biomass can be processed and refined to produce hemicellulose sugar streams, and streams suitable for conversion to selected Xylitol. This allows efficient and cost effective production of Xylitol from renewable sources on an industrial scale.
[0005] Em um aspecto, a revelação proporciona um método de produção de Xilitol de uma biomassa contendo lignocelulose. Em uma concretização, o método compreende: (i) fermentar uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado para produzir um caldo de fermentação compreendendo Xilitol; e (ii) recuperar Xilitol a partir do caldo de fermentação, no qual a corrente de açúcar de hemicelulose refinado foi produzida por um processo compreendendo: (a) extrair açúcares de hemicelulose a partir da biomassa, obtendo-se, desse modo, uma corrente de açúcar de hemicelulose e uma corrente remanescente de lig- nocelulose; (b) contatar a corrente de açúcar de hemicelulose com um agente de extração de amina para formar uma mistura; e (c) separar da mistura uma corrente orgânica compreendendo o agente de extração de amina, e pelo menos uma impureza e a corrente de açúcar de hemicelulose refinado. Opcionalmente, a biomassa é selecionada de madeira dura, polpa de madeira, bagaço, folhas de cana de açúcar, bétula, eucalipto, espigas de milho, palha de milho, cascas de amen- doim, grama, e palha de trigo, tais como bagaço e folhas de cana de açúcar.[0005] In one aspect, the disclosure provides a method of producing Xylitol from a lignocellulose-containing biomass. In one embodiment, the method comprises: (i) fermenting a refined hemicellulose sugar stream to produce a fermentation broth comprising Xylitol; and (ii) recovering Xylitol from the fermentation broth, in which the refined hemicellulose sugar stream was produced by a process comprising: (a) extracting hemicellulose sugars from the biomass, thereby obtaining a stream of hemicellulose sugar and a residual stream of lignocellulose; (b) contacting the hemicellulose sugar stream with an amine extracting agent to form a mixture; and (c) separating from the mixture an organic stream comprising the amine extracting agent, and at least one impurity and the refined hemicellulose sugar stream. Optionally, the biomass is selected from hardwood, wood pulp, bagasse, sugar cane leaves, birch, eucalyptus, corn cobs, corn straw, peanut hulls, grass, and wheat straw such as bagasse. and sugar cane leaves.
[0006] Em alguns exemplos, o método compreende adicionalmente redução de cinza e teor de solo da biomassa antes da extração de açúcares de hemicelulose da biomassa. Opcionalmente, a redução compreende um ou mais estágios de formação de pasta fluida, lavagem, e desidratação da biomassa. Em alguns exemplos, a extração de açúcares de hemicelulose compreende extração de água quente. Opcionalmente, a extração de água quente compreende adicionalmente um ácido, tal como um ácido inorgânico. Em alguns exemplos, o ácido está presente em uma quantidade até 2% peso/peso. Opcionalmente, a extração ocorre à uma temperatura de 100 a 200 °C.[0006] In some examples, the method additionally comprises reduction of ash and soil content of the biomass prior to extraction of hemicellulose sugars from the biomass. Optionally, the reduction comprises one or more stages of slurrying, washing, and dehydrating the biomass. In some examples, the extraction of sugars from hemicellulose comprises hot water extraction. Optionally, the hot water extraction further comprises an acid, such as an inorganic acid. In some examples, the acid is present in an amount of up to 2% weight/weight. Optionally, the extraction takes place at a temperature of 100 to 200 °C.
[0007] Em alguns exemplos, o agente de extração de amina compreende uma amina e um diluente. Opcionalmente, a amina compreende pelo menos 20 átomos de carbono, tal como trilaurilamima. Opcionalmente, o diluente compreende um álcool, tal como hexanol ou 2-etil-1-hexanol. Em alguns exemplos, o diluente compreende a C6-12 monoálcool, querosene, ou uma mistura destes. Em alguns exemplos, a pelo menos uma impureza é selecionada de cinza, lignina solúvel ácida, furfural, ácidos graxos, ácidos inorgânicos, ácidos orgânicos, metanol, proteínas, amino ácidos, glicerol, esteróis, ácido resínico, e materiais cerosos.[0007] In some examples, the amine extracting agent comprises an amine and a diluent. Optionally, the amine comprises at least 20 carbon atoms, such as trilaurylamine. Optionally, the diluent comprises an alcohol, such as hexanol or 2-ethyl-1-hexanol. In some examples, the diluent comprises a C6-12 monoalcohol, kerosene, or a mixture thereof. In some examples, the at least one impurity is selected from ash, acid soluble lignin, furfural, fatty acids, inorganic acids, organic acids, methanol, proteins, amino acids, glycerol, sterols, resin acid, and waxy materials.
[0008] Em alguns exemplos, o caldo de fermentação compreende adicionalmente um microrganismo selecionado de bactéria que ocorre naturalmente, bactéria recombinante, levedura que ocorre naturalmente, levedura recombinante, e fungos, tal como uma estirpe E. coli. Opcionalmente, a fermentação produz, em menos do que 80 horas, pelo menos 60 gramas do Xilitol por litro do caldo de fermentação, tal como pelo menos 100 gramas do Xilitol por litro do caldo de fermentação. Opcionalmente, a fermentação produz o Xilitol a uma taxa de pelo menos 1 g/L/h. Em alguns exemplos, o caldo de fermentação compreende menos do que 1 grama de etanol por litro.[0008] In some examples, the fermentation broth further comprises a microorganism selected from naturally occurring bacteria, recombinant bacteria, naturally occurring yeast, recombinant yeast, and fungi, such as an E. coli strain. Optionally, the fermentation produces, in less than 80 hours, at least 60 grams of Xylitol per liter of fermentation broth, such as at least 100 grams of Xylitol per liter of fermentation broth. Optionally, fermentation produces Xylitol at a rate of at least 1 g/L/hr. In some examples, the fermentation broth comprises less than 1 gram of ethanol per liter.
[0009] Em alguns exemplos, pelo menos 70% de xilose na biomassa é convertido em Xilitol. Opcionalmente, o teor de xilose da corrente de açúcar de hemicelulose refinado é pelo menos 80% do teor de xilose da corrente de açúcar de hemicelulose. Em alguns exemplos, a fermentação não compreende xilose purificada por cristalização. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende pelo menos 50% de xilose peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais, tal como entre 50 e 90% de xilose peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais.[0009] In some examples, at least 70% of xylose in the biomass is converted to Xylitol. Optionally, the xylose content of the refined hemicellulose sugar stream is at least 80% of the xylose content of the hemicellulose sugar stream. In some examples, the fermentation does not comprise xylose purified by crystallization. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises at least 50% xylose weight/weight relative to total dissolved sugars, such as between 50 and 90% xylose weight/weight relative to total dissolved sugars.
[0010] Em um aspecto, a revelação proporciona um método para produção de Xilitol por fermentação de uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado derivado de um hidrolisato lignocelulósico. Em uma concretização, o método compreende converter xilose na corrente de açúcar de hemicelulose refinado a Xilitol através de fermentação por um microrganismo, no qual a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende: 50 a 90% de xilose peso/peso relativo a açúcares dissolvidos totais, menos do que 200 ppm de cálcio e furfural em uma quantidade até 1000 ppm. Em alguns exemplos, o microrganismo é selecionado de bactéria que ocorre naturalmente, bactéria recombi- nante, levedura que ocorre naturalmente, levedura recombinante, e fungos, tal como estirpe E. coli. Opcionalmente, a fermentação produz, em menos do que 80 horas, pelo menos 60 gramas do Xilitol por litro de caldo de fermentação, tal como pelo menos 100 gramas do Xilitol por litro de caldo de fermentação. Opcionalmente, a fermentação produz o Xilitol a uma taxa de pelo menos 1 g/L/h. Em alguns exemplos, o caldo de fermentação compreende menos do que 1 grama de etanol por litro.[0010] In one aspect, the disclosure provides a method for producing Xylitol by fermenting a refined hemicellulose sugar stream derived from a lignocellulosic hydrolyzate. In one embodiment, the method comprises converting xylose in the refined hemicellulose sugar stream to Xylitol through fermentation by a microorganism, wherein the refined hemicellulose sugar stream comprises: 50 to 90% xylose weight/weight relative to total dissolved sugars , less than 200 ppm of calcium and furfural in an amount up to 1000 ppm. In some examples, the microorganism is selected from naturally occurring bacteria, recombinant bacteria, naturally occurring yeast, recombinant yeast, and fungi, such as strain E. coli. Optionally, the fermentation produces, in less than 80 hours, at least 60 grams of Xylitol per liter of fermentation broth, such as at least 100 grams of Xylitol per liter of fermentation broth. Optionally, fermentation produces Xylitol at a rate of at least 1 g/L/hr. In some examples, the fermentation broth comprises less than 1 gram of ethanol per liter.
[0011] Na prática de qualquer dos métodos aqui descrito, a cor- rente de açúcar de hemicelulose refinado pode compreender menos do que 5% de oligômeros peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende arabinose em uma quantidade até 12% peso/peso relativo a açúcares dissolvidos totais, tais como entre 3 e 12% de arabinose peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende pelo menos 10% de hexoses peso/peso relativo a açúcares dissolvidos totais, tais como entre 10 e 45% de hexoses peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais. Opcionalmente, as hexoses compreendem glicose, galactose, manose, e frutose. Em alguns exemplos, glicose e frutose compreendem pelo menos 50% peso/peso das hexoses. Opcionalmente, a proporção de xilose para hexoses é entre 1,5:1 e 5:1 pe- so/peso. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende dissacarídeos em uma quantidade até 8% peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende cinza em uma quantidade até 0,25% peso/peso. Opcionalmente, a corrente de açúcar de he- micelulose refinado compreende compostos fenólicos, no qual os compostos fenólicos estão presente em quantidades de menos do que 200 ppm. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende furfural em uma quantidade até 200 ppm. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende menos do que 200 ppm de cálcio. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende nitrogênio em uma quanti-dade até 1000 ppm.[0011] In practicing any of the methods described herein, the refined hemicellulose sugar stream may comprise less than 5% weight/weight oligomers relative to total dissolved sugars. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises arabinose in an amount of up to 12% weight/weight relative to total dissolved sugars, such as between 3 and 12% arabinose weight/weight relative to total dissolved sugars. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises at least 10% hexoses weight/weight relative to total dissolved sugars, such as between 10 and 45% hexoses weight/weight relative to total dissolved sugars. Optionally, the hexoses comprise glucose, galactose, mannose, and fructose. In some examples, glucose and fructose comprise at least 50% weight/weight of the hexoses. Optionally, the ratio of xylose to hexoses is between 1.5:1 and 5:1 weight/weight. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises disaccharides in an amount of up to 8% weight/weight relative to the total dissolved sugars. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises ash in an amount of up to 0.25% weight/weight. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises phenolic compounds, in which the phenolic compounds are present in amounts of less than 200 ppm. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises furfural in an amount of up to 200 ppm. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises less than 200 ppm of calcium. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises nitrogen in an amount up to 1000 ppm.
[0012] Em um aspecto, a revelação proporciona um sistema para produção de Xilitol de uma biomassa contendo lignocelulose. Em uma concretização, o sistema compreende: (i) uma unidade de extração de hemicelulose configurada para extrair e hidrolisar hemicelulose a partir da biomassa para produzir uma corrente de açúcar de hemicelulose e uma corrente remanescente de lignocelulose; (ii) uma unidade de refino em comunicação de fluido com uma unidade de extração, no qual a unidade de refino é configurada para receber a corrente de açúcar de hemicelulose e um agente de extração de amina, e no qual o agente de extração de amina remove impurezas a partir da corrente de açúcar de hemicelulose para produzir uma corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado; (iii) uma unidade de detecção configurada para analisar um ou mais parâmetros da corrente de açúcar de hemicelulose refinado; (iv) uma unidade de fermentação em comunicação de fluido com a unidade de refino para receber a corrente de açúcar de hemicelulose refinado, no qual a unidade de fermentação é configurada para conter a corrente refinada e um microrganismo, e no qual o microrganismo facilita a produção do Xilitol de um monossacarídeo na corrente refinada para produzir um caldo de fermentação; e (v) uma unidade de refino de Xilitol, no qual a unidade de refino de Xilitol é configurada para remover o Xilitol a partir do caldo de fermentação. Em alguns exemplos, o sistema compreende adicionalmente uma unidade de lavagem configurada para remover cinza e solo da biomassa, no qual a unidade de extração de hemicelulose está em comunicação de fluido com a unidade de lavagem.[0012] In one aspect, the disclosure provides a system for producing Xylitol from a lignocellulose-containing biomass. In one embodiment, the system comprises: (i) a hemicellulose extraction unit configured to extract and hydrolyze hemicellulose from biomass to produce a hemicellulose sugar stream and a lignocellulose remnant stream; (ii) a refining unit in fluid communication with an extraction unit, in which the refining unit is configured to receive the hemicellulose sugar stream and an amine extracting agent, and in which the amine extracting agent removes impurities from the hemicellulose sugar stream to produce a refined hemicellulose sugar stream; (iii) a detection unit configured to analyze one or more parameters of the refined hemicellulose sugar stream; (iv) a fermentation unit in fluid communication with the refining unit to receive the refined hemicellulose sugar stream, in which the fermentation unit is configured to contain the refined stream and a microorganism, and in which the microorganism facilitates the Xylitol production of a monosaccharide in the refined stream to produce a fermentation broth; and (v) a Xylitol refining unit, in which the Xylitol refining unit is configured to remove Xylitol from the fermentation broth. In some examples, the system further comprises a scrubbing unit configured to remove ash and soil from the biomass, in which the hemicellulose extraction unit is in fluid communication with the scrubbing unit.
[0013] Em alguns exemplos, pelo menos 90% de xilose na corrente de açúcar de hemicelulose refinado é convertido em Xilitol na unidade de fermentação. Opcionalmente, o Xilitol é produzido a uma taxa de pelo menos 1 g/L/h na unidade de fermentação. Opcionalmente, o caldo de fermentação compreende menos do que 10 g/L de eta- nol, tal como menos do que 4,5 g/L de etanol, opcionalmente, menos do que 1 g/L de etanol. Em alguns exemplos, a biomassa é selecionada de bagaço e folhas de cana de açúcar, ou uma combinação destes. Em alguns exemplos, I um ou mais parâmetros são selecionados de pH, absorvência de luz, condutividade, densidade, concentração de xilose, e concentração de hexose.[0013] In some examples, at least 90% of the xylose in the refined hemicellulose sugar stream is converted to Xylitol in the fermentation unit. Optionally, Xylitol is produced at a rate of at least 1 g/L/h in the fermentation unit. Optionally, the fermentation broth comprises less than 10 g/L ethanol, such as less than 4.5 g/L ethanol, optionally less than 1 g/L ethanol. In some examples, the biomass is selected from sugarcane bagasse and leaves, or a combination thereof. In some examples, one or more parameters are selected from pH, light absorbance, conductivity, density, xylose concentration, and hexose concentration.
[0014] Em um aspecto, a revelação proporciona uma matéria- prima de fermentação. Em uma concretização, a matéria-prima de fermentação compreende: (i) 50 a 90% de xilose peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais; (ii) 10 a 45% de hexoses peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais; (iii) arabinose em uma quantidade até 12% peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais; (iv) dissacarídeos em uma quantidade até 8% peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais; (v) furfural em uma quantidade até 1000 ppm; e (vi) menos do que 200 ppm de cálcio. Opcionalmente, a matéria- prima compreende adicionalmente (vii) menos do que 1000 ppm de ácido acético; e (viii) menos do que 1000 ppm de ácido fórmico. Em alguns exemplos, a matéria-prima compreende adicionalmente um microrganismo. Em outra concretização, a matéria-prima de fermentação compreende: (i) 50 a 90% de xilose peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais; (ii) menos do que 200 ppm de cálcio; (iii) furfural em uma quantidade até 1000 ppm; e (iv) um microrganismo. Opcionalmente, a matéria-prima compreende adicionalmente 10 a 50% de hexoses peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais. Opcionalmente, a matéria-prima compreende adicionalmente arabinose em uma quantidade até 12% peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais. Opcionalmente, a matéria-prima compreende adicionalmente dissacarídeos em uma quantidade até 8% peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais. Opcionalmente, a matéria-prima compreende adicionalmente menos do que 1000 ppm de ácido acético. Opcionalmente, a matéria-prima compreende adicionalmente menos do que 1000 ppm de ácido fórmico. Em alguns exemplos, a matéria-prima compreende adicionalmente um monoálcool C6-12 em uma quantidade até 100 ppm. Em alguns exemplos, a matéria-prima compreende adi- cionalmente nitrogênio em uma quantidade até 1000 ppm.[0014] In one aspect, disclosure provides a raw material for fermentation. In one embodiment, the fermentation feedstock comprises: (i) 50 to 90% xylose weight/weight relative to total dissolved sugars; (ii) 10 to 45% weight/weight hexoses relative to total dissolved sugars; (iii) arabinose in an amount of up to 12% weight/weight relative to total dissolved sugars; (iv) disaccharides in an amount of up to 8% weight/weight relative to total dissolved sugars; (v) furfural in an amount up to 1000 ppm; and (vi) less than 200 ppm calcium. Optionally, the raw material further comprises (vii) less than 1000 ppm of acetic acid; and (viii) less than 1000 ppm formic acid. In some examples, the starting material additionally comprises a microorganism. In another embodiment, the fermentation feedstock comprises: (i) 50 to 90% xylose weight/weight relative to total dissolved sugars; (ii) less than 200 ppm calcium; (iii) furfural in an amount up to 1000 ppm; and (iv) a microorganism. Optionally, the raw material additionally comprises 10 to 50% of hexoses weight/weight relative to the total dissolved sugars. Optionally, the raw material additionally comprises arabinose in an amount of up to 12% weight/weight relative to the total dissolved sugars. Optionally, the raw material additionally comprises disaccharides in an amount of up to 8% weight/weight relative to the total dissolved sugars. Optionally, the raw material additionally comprises less than 1000 ppm of acetic acid. Optionally, the raw material further comprises less than 1000 ppm of formic acid. In some examples, the feedstock further comprises a C6-12 monoalcohol in an amount of up to 100 ppm. In some examples, the raw material additionally comprises nitrogen in an amount of up to 1000 ppm.
[0015] Em um aspecto, a revelação proporciona um caldo de fermentação. Em uma concretização, o caldo de fermentação compreende: (i) pelo menos 60 g/L de Xilitol; (ii) menos do que 10 g/L de eta- nol; (iii) xilose em uma quantidade até 50 g/L; (iv) hexoses em uma quantidade até 35 g/L; (v) furfural em uma quantidade até 1000 ppm; e (vi) menos do que 200 ppm de cálcio. Em alguns exemplos, o caldo compreende adicionalmente: (vii) menos do que 1000 ppm de ácido acético; e (viii) menos do que 1000 ppm de ácido fórmico. Opcional-mente, o caldo compreende adicionalmente um monoálcool C6-12 em uma quantidade até 100 ppm. Em alguns exemplos, o caldo compreende adicionalmente um microrganismo.[0015] In one aspect, disclosure provides a fermenting broth. In one embodiment, the fermentation broth comprises: (i) at least 60 g/L Xylitol; (ii) less than 10 g/L of ethanol; (iii) xylose in an amount up to 50 g/L; (iv) hexoses in an amount up to 35 g/L; (v) furfural in an amount up to 1000 ppm; and (vi) less than 200 ppm calcium. In some examples, the broth additionally comprises: (vii) less than 1000 ppm acetic acid; and (viii) less than 1000 ppm formic acid. Optionally, the broth further comprises a C6-12 monoalcohol in an amount up to 100 ppm. In some examples, the broth additionally comprises a microorganism.
[0016] Em um aspecto, a revelação proporciona uma composição de Xilitol. Em uma concretização, a composição de Xilitol compreende: (i) pelo menos 98% de Xilitol peso/peso relativo aos sólidos dissolvidos totais; (ii) oligossacarídeos em uma quantidade até 1% peso/peso relativo aos sólidos dissolvidos totais; e (iii) hexoses em uma quantidade até 1%. Em alguns exemplos, a composição de Xilitol compreende adicionalmente cinza em uma quantidade até 0,25% peso/peso relativo aos sólidos dissolvidos totais. Opcionalmente, a composição de Xilitol compreende adicionalmente furfural em uma quantidade até 1000 ppm. Opcionalmente, a composição de Xilitol compreende adici-onalmente uma amina em uma quantidade até 100 ppm, e no qual a amina compreende pelo menos 12 átomos de carbono. Opcionalmente, a composição de Xilitol compreende adicionalmente um monoálcool C6-12 em uma quantidade até 100 ppm. Em alguns exemplos, as hexoses são selecionadas de glicose, galactose, manose, e frutose. Opcionalmente, a composição de Xilitol compreende adicionalmente menos do que 100 ppm de arabitol, tal como menos do que 1 ppm de arabitol. Opcionalmente, a composição de Xilitol compreende adicionalmente menos do que 100 ppm de galactitol, tal como menos do que 1 ppm de galactitol. Opcionalmente, a composição é derivada de um hidrolisato de uma biomassa contendo lignocelulose. Opcionalmente, a composição é cristalina. Opcionalmente, a composição é provida como uma solução aquosa. Em alguns exemplos, a solução aquosa compreende pelo menos 50% peso/peso de sólidos dissolvidos.[0016] In one aspect, the disclosure provides a Xylitol composition. In one embodiment, the Xylitol composition comprises: (i) at least 98% Xylitol weight/weight relative to total dissolved solids; (ii) oligosaccharides in an amount of up to 1% weight/weight relative to total dissolved solids; and (iii) hexoses in an amount up to 1%. In some examples, the Xylitol composition additionally comprises ash in an amount of up to 0.25% weight/weight relative to total dissolved solids. Optionally, the Xylitol composition further comprises furfural in an amount up to 1000 ppm. Optionally, the Xylitol composition additionally comprises an amine in an amount of up to 100 ppm, and in which the amine comprises at least 12 carbon atoms. Optionally, the Xylitol composition further comprises a C6-12 monoalcohol in an amount up to 100 ppm. In some examples, the hexoses are selected from glucose, galactose, mannose, and fructose. Optionally, the Xylitol composition further comprises less than 100 ppm of arabitol, such as less than 1 ppm of arabitol. Optionally, the Xylitol composition further comprises less than 100 ppm of galactitol, such as less than 1 ppm of galactitol. Optionally, the composition is derived from a hydrolyzate of a lignocellulose-containing biomass. Optionally, the composition is crystalline. Optionally, the composition is provided as an aqueous solution. In some examples, the aqueous solution comprises at least 50% weight/weight dissolved solids.
[0017] Em um aspecto, a revelação proporciona um método de produção de uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado adequada para conversão a Xilitol. Em uma concretização, o método compreende: (i) extrair açúcares de hemicelulose a partir da biomassa, obtendo-se, desse modo, uma corrente de açúcar de hemicelulose e uma corrente remanescente de lignocelulose; (ii) contatar a corrente de açúcar de hemicelulose com um agente de extração de amina para formar uma mistura; (iii) separar da mistura uma corrente orgânica compreendendo o agente de extração de amina e pelo menos uma impureza e uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado; e (iv) medir concentrações de pelo menos um de xilose, arabinose, hexoses, dissacarídeos, cinza, ácido acético, ácido fórmico, compostos fenóli- cos, furfural, cálcio, e nitrogênio; no qual a corrente de açúcar de he- micelulose refinado é adequada para conversão a Xilitol se a corrente refinada compreende: (1) pelo menos 50% de xilose peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais; (2) pelo menos 10% de hexoses pe- so/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais; e (3) menos do que 200 ppm de cálcio; e no qual a corrente refinada adequada para con-versão a Xilitol compreende adicionalmente pelo menos uma característica selecionada de: (4) arabinose em uma quantidade até 12% pe- so/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais; (5) dissacarídeos em uma quantidade até 8% peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais; (6) cinza em uma quantidade até 0,25% peso/peso; (7) menos do que 1000 ppm de ácido acético; (8) menos do que 1000 ppm de ácido fórmico; (9) compostos fenólicos em uma quantidade até 200 ppm; (10) furfural em uma quantidade até 200 ppm; e (11) nitrogênio em uma quantidade até 1000 ppm; e no qual a corrente refinada inadequada para conversão a Xilitol é adicionalmente refinada.[0017] In one aspect, the disclosure provides a method of producing a refined hemicellulose sugar stream suitable for conversion to Xylitol. In one embodiment, the method comprises: (i) extracting hemicellulose sugars from the biomass, thereby obtaining a hemicellulose sugar stream and a lignocellulose remnant stream; (ii) contacting the hemicellulose sugar stream with an amine extracting agent to form a mixture; (iii) separating from the mixture an organic stream comprising the amine extracting agent and at least one impurity and a refined hemicellulose sugar stream; and (iv) measure concentrations of at least one of xylose, arabinose, hexoses, disaccharides, ash, acetic acid, formic acid, phenolic compounds, furfural, calcium, and nitrogen; wherein the refined hemicellulose sugar stream is suitable for conversion to Xylitol if the refined stream comprises: (1) at least 50% xylose weight/weight relative to total dissolved sugars; (2) at least 10% weight/weight hexoses relative to total dissolved sugars; and (3) less than 200 ppm calcium; and wherein the refined stream suitable for conversion to Xylitol further comprises at least one feature selected from: (4) arabinose in an amount of up to 12% weight/weight relative to total dissolved sugars; (5) disaccharides in an amount of up to 8% weight/weight relative to total dissolved sugars; (6) ash in an amount up to 0.25% weight/weight; (7) less than 1000 ppm acetic acid; (8) less than 1000 ppm formic acid; (9) phenolic compounds in an amount up to 200 ppm; (10) furfural in an amount up to 200 ppm; and (11) nitrogen in an amount up to 1000 ppm; and in which the refined stream unsuitable for conversion to Xylitol is further refined.
[0018] Em alguns exemplos, a corrente refinada adequada para conversão a Xilitol compreende adicionalmente furfural em uma quantidade até 200 ppm. Opcionalmente, a corrente refinada adequada para conversão a Xilitol compreende adicionalmente arabinose em uma quantidade até 12% peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais. Opcionalmente, a corrente refinada adequada para conversão a Xilitol compreende adicionalmente dissacarídeos em uma quantidade até 8% peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais. Opcionalmente, a corrente refinada adequada para conversão a Xilitol compre-ende adicionalmente cinza em uma quantidade até 0,25% peso/peso. Opcionalmente, a corrente refinada adequada para conversão a Xilitol compreende adicionalmente ácido acético em uma quantidade até 1000 ppm. Opcionalmente, a corrente refinada adequada para conversão a Xilitol compreende adicionalmente ácido fórmico em uma quantidade até 1000 ppm. Opcionalmente, a corrente refinada adequada para conversão a Xilitol compreende adicionalmente compostos fenóli- cos em uma quantidade até 200 ppm. Opcionalmente, a corrente refinada adequada para conversão a Xilitol compreende adicionalmente nitrogênio em uma quantidade até 1000 ppm.[0018] In some examples, the refined stream suitable for conversion to Xylitol further comprises furfural in an amount up to 200 ppm. Optionally, the refined stream suitable for conversion to Xylitol further comprises arabinose in an amount of up to 12% weight/weight relative to the total dissolved sugars. Optionally, the refined stream suitable for conversion to Xylitol further comprises disaccharides in an amount of up to 8% weight/weight relative to the total dissolved sugars. Optionally, the refined stream suitable for conversion to Xylitol additionally comprises ash in an amount up to 0.25% weight/weight. Optionally, the refined stream suitable for conversion to Xylitol further comprises acetic acid in an amount up to 1000 ppm. Optionally, the refined stream suitable for conversion to Xylitol further comprises formic acid in an amount up to 1000 ppm. Optionally, the refined stream suitable for conversion to Xylitol further comprises phenolic compounds in an amount up to 200 ppm. Optionally, the refined stream suitable for conversion to Xylitol further comprises nitrogen in an amount up to 1000 ppm.
[0019] Todas as publicações, patentes, e pedidos de patente mencionados neste relatório descritivo são aqui incorporados por referência à mesma extensão como se cada publicação, patente, ou pedido de patente individual fosse especificamente e individualmente indicado para ser incorporado por referência. PCT/IL2012/050118, depositado em 2 de abril de 2012, PCT/US2013/039585, depositado em 3 de maio de 2013, PCT/US2013/068824, depositado em 6 de novembro de 2013, PCT/US2014/053956, depositado em 3 de setembro de 2014, U.S. App. No. 62/100.791, depositado em 7 de janeiro de 2015, e U.S. App. No. 62/249.801, depositado em 2 de novembro de 2015, são incorporados por referência.[0019] All publications, patents, and patent applications mentioned in this specification are hereby incorporated by reference to the same extent as if each individual publication, patent, or patent application was specifically and individually indicated to be incorporated by reference. PCT/IL2012/050118, filed on April 2, 2012, PCT/US2013/039585, filed on May 3, 2013, PCT/US2013/068824, filed on November 6, 2013, PCT/US2014/053956, filed on September 3, 2014, U.S. App. At the. 62/100,791, filed January 7, 2015, and U.S. App. At the. 62/249,801, filed November 2, 2015, are incorporated by reference.
[0020] Fig. 1 ilustra um diagrama esquemático de processos de conversão exemplares para converter biomassa em produtos à jusante, tal como uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado.[0020] Fig. 1 illustrates a schematic diagram of exemplary conversion processes for converting biomass into downstream products, such as a refined hemicellulose sugar stream.
[0021] Fig. 2A ilustra um diagrama esquemático de processos de conversão exemplares para converter uma mistura de açúcar de hemi- celulose enriquecido com xilose a produtos à jusante, tais como Xilitol, xilose, e furfural.[0021] Fig. 2A illustrates a schematic diagram of exemplary conversion processes for converting a xylose-enriched hemi-cellulose sugar mixture to downstream products such as Xylitol, xylose, and furfural.
[0022] Fig. 2B ilustra um diagrama esquemático de um processo exemplar para converter uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado a Xilitol.[0022] Fig. 2B illustrates a schematic diagram of an exemplary process for converting a refined hemicellulose sugar stream to Xylitol.
[0023] Fig. 2C ilustra um diagrama esquemático de processos exemplares para converter uma mistura de açúcar de hemicelulose removido de xilose a produtos à jusante, tais como arabinose e metano.[0023] Fig. 2C illustrates a schematic diagram of exemplary processes for converting a xylose-stripped hemicellulose sugar mixture to downstream products such as arabinose and methane.
[0024] Fig. 3 ilustra um diagrama esquemático de processos de conversão exemplares para a purificação de uma corrente de açúcar de hemicelulose ácida.[0024] Fig. 3 illustrates a schematic diagram of exemplary conversion processes for purifying an acidic hemicellulose sugar stream.
[0025] Fig. 4 ilustra um diagrama esquemático de um processo de conversão exemplar para converter uma mistura de açúcar de he- micelulose em uma solução compreendendo Xilitol, com refino opcional da solução a produtos de Xilitol cristalinos ou líquidos.[0025] Fig. 4 illustrates a schematic diagram of an exemplary conversion process for converting a hemicellulose sugar mixture into a solution comprising Xylitol, with optional refinement of the solution to crystalline or liquid Xylitol products.
[0026] Fig. 5 ilustra um diagrama esquemático de um processo de conversão exemplar para converter uma mistura de açúcar de he- micelulose a uma solução compreendendo Xilitol, com refino opcional de Xilitol a produtos de Xilitol cristalinos ou líquidos.[0026] Fig. 5 illustrates a schematic diagram of an exemplary conversion process for converting a hemicellulose sugar mixture to a solution comprising Xylitol, with optional refining of Xylitol to crystalline or liquid Xylitol products.
[0027] Fig. 6 ilustra os resultados de um cronograma de teste de pulso mostrando fracionamento de uma mistura de açúcar de hemice- lulose para obter misturas de açúcar enriquecido de xilose e removido de xilose.[0027] Fig. 6 illustrates the results of a pulse test schedule showing fractionation of a hemicellulose sugar blend to obtain xylose-enriched and xylose-stripped sugar blends.
[0028] Fig. 7 ilustra os resultados de um cronograma de teste de pulso mostrando fracionamento de um licor mãe após cristalização de Xilitol para obter misturas de açúcar enriquecido de Xilitol e removido de Xilitol.[0028] Fig. 7 illustrates the results of a pulse test schedule showing fractionation of a mother liquor after Xylitol crystallization to obtain Xylitol-enriched and Xylitol-depleted sugar blends.
[0029] Fig. 8 ilustra um diagrama esquemático de processos sequenciais exemplares para lavagem de biomassa.[0029] Fig. 8 illustrates a schematic diagram of exemplary sequential processes for washing biomass.
[0030] Fig. 9 ilustra um diagrama esquemático de processos sequenciais exemplares para lavagem e desidratação de biomassa lig- nocelulósica após extração de açúcares de hemicelulose.[0030] Fig. 9 illustrates a schematic diagram of exemplary sequential processes for washing and dehydration of lignocellulosic biomass after extraction of hemicellulose sugars.
[0031] Fig. 10 ilustra o teor residual de cinzas de amostras de bagaço lavadas.[0031] Fig. 10 illustrates the residual ash content of washed bagasse samples.
[0032] A presente revelação se relaciona a processamento e refino de biomassa lignocelulósica para produzir açúcares de hemicelu- lose, e a conversão da mesma a produtos de alto valor (por exemplo, Xilitol). A conversão dos açúcares de hemicelulose a produtos de alto valor pode ser completada por qualquer processo químico, catalítico, enzimático, metabólico, de fermentação, ou de bioconversão, adequado, ou uma combinação destes. Opcionalmente, açúcares de hemice- lulose são convertidos em produtos de alto valor por um processo de fermentação.[0032] The present disclosure relates to processing and refining lignocellulosic biomass to produce hemicellulose sugars, and converting the same to high-value products (eg Xylitol). Conversion of the hemicellulose sugars to high value products can be accomplished by any suitable chemical, catalytic, enzymatic, metabolic, fermentation, or bioconversion process, or a combination thereof. Optionally, hemicellulose sugars are converted into high-value products by a fermentation process.
[0033] Em um aspecto, a revelação proporciona um método de produção de Xilitol de uma biomassa contendo lignocelulose. Em um exemplo, o método compreende: (i) extração dos açúcares de hemice- lulose a partir da biomassa, obtendo-se, desse modo, uma corrente de açúcar de hemicelulose e uma corrente remanescente de lignocelulo- se; (ii) contatar a corrente de açúcar de hemicelulose com um agente de extração (por exemplo, um agente de extração de amina), para formar uma mistura; e (iii) separar da mistura uma corrente orgânica compreendendo o agente de extração e pelo menos uma impureza, e uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado. Opcionalmente, o método compreende adicionalmente: (iv) fermentar a corrente de açúcar de hemicelulose refinado para produzir um caldo de fermentação compreendendo Xilitol; e (v) recuperar Xilitol a partir do caldo de fermentação. Opcionalmente, o método compreende adicionalmente reduzir o teor de cinza e teor de solo da biomassa antes da extração de açúcares de hemicelulose a partir da biomassa.[0033] In one aspect, the disclosure provides a method of producing Xylitol from a lignocellulose-containing biomass. In one example, the method comprises: (i) extracting the hemicellulose sugars from the biomass, thereby obtaining a hemicellulose sugar stream and a lignocellulose remnant stream; (ii) contacting the hemicellulose sugar stream with an extracting agent (e.g., an amine extracting agent) to form a mixture; and (iii) separating from the mixture an organic stream comprising the extracting agent and at least one impurity, and a refined hemicellulose sugar stream. Optionally, the method further comprises: (iv) fermenting the refined hemicellulose sugar stream to produce a fermentation broth comprising Xylitol; and (v) recovering Xylitol from the fermentation broth. Optionally, the method further comprises reducing the ash content and soil content of the biomass prior to extracting hemicellulose sugars from the biomass.
[0034] Em um aspecto, a revelação proporciona um método de produção de Xilitol por fermentação de uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado derivada de um hidrolisato lignocelulósico. Em um exemplo, o método compreende converter xilose na corrente de açúcar de hemicelulose refinado a Xilitol através de fermentação por um microrganismo. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelu- lose compreende: 50 a 90% de xilose peso/peso relativo a açúcares dissolvidos totais, menos do que 200 ppm de cálcio e furfural em uma quantidade até 1000 ppm.[0034] In one aspect, the disclosure provides a method of producing Xylitol by fermenting a refined hemicellulose sugar stream derived from a lignocellulosic hydrolyzate. In one example, the method comprises converting xylose in the refined hemicellulose sugar stream to Xylitol through fermentation by a microorganism. Optionally, the hemicellulose sugar stream comprises: 50 to 90% xylose weight/weight relative to total dissolved sugars, less than 200 ppm calcium and furfural in an amount up to 1000 ppm.
[0035] Em um aspecto, a revelação proporciona um método de produção de uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado adequada para conversão a Xilitol. Em um exemplo, o método compreende: (i) extrair açúcares de hemicelulose a partir da biomassa, obtendo, desse modo, uma corrente de açúcar de hemicelulose e uma corrente remanescente de lignocelulose; (ii) contatar a corrente de açúcar de hemicelulose com um agente de extração (por exemplo, um agente de extração de amina) para formar uma mistura; (iii) separar da mistura uma corrente orgânica compreendendo o agente de extração e pelo menos uma impureza, e uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado ; e (iv) medir as concentrações de pelo menos um de xilose, arabinose, hexoses, dissacarídeos, cinza, ácido acético, ácido fórmico, compostos fenólicos, furfural, ácido levulínico, cálcio, e nitrogênio; no qual uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado é adequada para conversão a Xilitol se a corrente refinada compreende: (1) pelo menos 50% de xilose peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais; (2) pelo menos 10% de hexoses peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais; e (3) menos do que 200 ppm de cálcio; e no qual a corrente refinada adequada para conversão a Xilitol compreende adicionalmente pelo menos uma característica selecionada de: (4) arabinose em uma quantidade até 12% peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais; (5) dissacarídeos em uma quantidade até 8% peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais; (6) cinza em uma quantidade até 0,25% peso/peso; (7) ácido acético em quantidade até 1000 ppm; (8) ácido fórmico em quantidade até 1000 ppm; (9) compostos fenóli- cos em uma quantidade até 200 ppm; (10) furfural em uma quantidade até 200 ppm; e (11) nitrogênio em uma quantidade até 1000 ppm; e no qual a corrente refinada inadequada para conversão a Xilitol é adicionalmente refinada.[0035] In one aspect, the disclosure provides a method of producing a refined hemicellulose sugar stream suitable for conversion to Xylitol. In one example, the method comprises: (i) extracting hemicellulose sugars from the biomass, thereby obtaining a hemicellulose sugar stream and a lignocellulose remnant stream; (ii) contacting the hemicellulose sugar stream with an extracting agent (e.g., an amine extracting agent) to form a mixture; (iii) separating from the mixture an organic stream comprising the extracting agent and at least one impurity, and a refined hemicellulose sugar stream; and (iv) measuring concentrations of at least one of xylose, arabinose, hexoses, disaccharides, ash, acetic acid, formic acid, phenolic compounds, furfural, levulinic acid, calcium, and nitrogen; wherein a refined hemicellulose sugar stream is suitable for conversion to Xylitol if the refined stream comprises: (1) at least 50% xylose weight/weight relative to total dissolved sugars; (2) at least 10% weight/weight hexoses relative to total dissolved sugars; and (3) less than 200 ppm calcium; and wherein the refined stream suitable for conversion to Xylitol further comprises at least one feature selected from: (4) arabinose in an amount of up to 12% weight/weight relative to total dissolved sugars; (5) disaccharides in an amount of up to 8% weight/weight relative to total dissolved sugars; (6) ash in an amount up to 0.25% weight/weight; (7) acetic acid in amounts up to 1000 ppm; (8) formic acid in amounts up to 1000 ppm; (9) phenolic compounds in an amount up to 200 ppm; (10) furfural in an amount up to 200 ppm; and (11) nitrogen in an amount up to 1000 ppm; and in which the refined stream unsuitable for conversion to Xylitol is further refined.
[0036] Uma biomassa concretizada em um método objeto ou sistema aqui revelado é tipicamente alta em teor de xilano. A biomassa pode ser derivada de madeira, madeira macia, madeira dura, tal como amieiro, álamo tremedor, bétula, faia, bordo, choupo, eucalipto, e salgueiro, plantas ou constituintes de planta, grãos, tais como trigo, cevada, arroz, centeio e aveia, particulados de grão, tais como palha, cascas, folhelhos, fibra, e caules, espigas de milho, palha de milho, fibra de milho, casca de noz, cascas de amêndoa, cascas de coco, bagaço, farelo de semente de algodão, e cascas de semente de algodão. Quando madeira é usada como um material de partida, ela é vantajo- samente usada como aparas ou serragem. De preferência, a biomassa é selecionada de madeira dura, tal como bétula e eucalipto, bagaço, e folhas de cana de açúcar, ou uma combinação destes.[0036] A biomass embodied in an object method or system disclosed herein is typically high in xylan content. The biomass may be derived from wood, softwood, hardwood, such as alder, aspen, birch, beech, maple, poplar, eucalyptus, and willow, plants or plant constituents, grains, such as wheat, barley, rice, rye and oats, grain particulates such as straw, husks, chaff, fiber, and stalks, corn cobs, corn husks, corn fiber, nut hulls, almond husks, coconut husks, bagasse, seed bran cotton, and cottonseed hulls. When wood is used as a starting material, it is advantageously used as shavings or sawdust. Preferably, the biomass is selected from hardwood, such as birch and eucalyptus, bagasse, and sugar cane leaves, or a combination thereof.
[0037] Um esquema de processos de conversão exemplares para converter biomassa em uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado é provido na Fig. 1. Opcionalmente, a biomassa contendo lig- nocelulose é pré-tratada (1770) antes da extração de açúcares de he- micelulose. Em alguns exemplos, o pré-tratamento da biomassa não é requerido, isto é, a biomassa contendo lignocelulose pode ser usada diretamente na extração de açúcar de hemicelulose. Um diagrama esquemático de processos atuais contadores exemplares para lavagem de biomassa é provido na Fig. 8. O pré-tratamento pode compreender uma redução no tamanho da biomassa (por exemplo, quebra mecânica, moagem, ou trituração). Opcionalmente, a biomassa contendo lig- nocelulose é triturada tal que o tamanho médio das partículas de biomassa resultante é entre cerca de 100 a 1.000 mícrons, tal como cerca de 400-5.000 mícrons, cerca de 100-400 mícrons, cerca de 400-1.000 mícrons, cerca de 1.000-3.000 mícrons, cerca de 3.000-5.000 mícrons, ou cerca de 5.000-10.000 mícrons. O tamanho médio das partículas de biomassa trituradas pode ser menos do que 10.000 mícrons, menos do que 9.000 mícrons, menos do que 8.000 mícrons, menos do que 7.000 mícrons, menos do que 6.000 mícrons, menos do que 5.000 mícrons, menos do que 4.000 mícrons, menos do que 3.000 mícrons, menos do que 2.000 mícrons, menos do que 1.000 mícrons, ou menos do que 500 mícrons.[0037] A schematic of exemplary conversion processes for converting biomass into a refined hemicellulose sugar stream is provided in Fig. 1. Optionally, the lignocellulose-containing biomass is pre-treated (1770) prior to extraction of hemicellulose sugars. In some examples, pre-treatment of the biomass is not required, ie the lignocellulose-containing biomass can be used directly in the hemicellulose sugar extraction. A schematic diagram of current exemplary counter processes for biomass washing is provided in Fig. 8. The pre-treatment may comprise a reduction in the size of the biomass (eg mechanical breaking, milling, or grinding). Optionally, the lignocellulose-containing biomass is ground such that the average particle size of the resulting biomass is between about 100 to 1000 microns, such as about 400-5000 microns, about 100-400 microns, about 400-1000 microns. microns, about 1,000-3,000 microns, about 3,000-5,000 microns, or about 5,000-10,000 microns. The average particle size of crushed biomass can be less than 10,000 microns, less than 9,000 microns, less than 8,000 microns, less than 7,000 microns, less than 6,000 microns, less than 5,000 microns, less than 4,000 microns, less than 3000 microns, less than 2000 microns, less than 1000 microns, or less than 500 microns.
[0038] O pré-tratamento da biomassa contendo lignocelulose pode compreender a redução de teor de cinza e teor de solo da biomassa antes da extração de açúcares de hemicelulose da biomassa. Em alguns exemplos, a biomassa contendo lignocelulose compreendendo mais do que cerca de 4% peso/peso, mais do que cerca de 5% pe so/peso, mais do que cerca de 6% peso/peso, mais do que cerca de 7% peso/peso, ou mais do que cerca de 8% peso/peso de cinza aparente (conforme medido pela incineração de uma amostra seca da biomassa de acordo com NREL/TP-510-42622) é destituída de solos e destituída de cinzas. Valores de cinza maiores do que cerca de 4% podem ser indicativos de incorporação física de partículas de solo na biomassa durante um período vegetativo, no qual as partículas de solo contatam e são encerradas pela biomassa à medida que elas crescem. A redução do teor de cinzas e teor de solos da biomassa pode compreender uma ou mais estágios de fluidificação, lavagem e desidratação da pasta da biomassa. Um método para redução do teor de cinzas e teor de solos pode compreender pelo menos um e até n está-gios de re-fluidificação e moagem (por exemplo, trituração) da biomassa, e pelo menos um e até m estágios de lavagem e desidratação da biomassa, no qual n é 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, e m é 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10. Opcionalmente, n é igual a m. Em alguns exemplos, m é maior do que n, ou n é maior do que m. Dois ou mais tais ciclos de tratamento de cisalhamento e alto pressionamento de cinza podem ser necessários para reduzir o teor de cinza da biomassa a menos do que 6%, menos do que 5%, menos do que 4%, ou menos do que 3% pe- so/peso de cinza.[0038] The pre-treatment of biomass containing lignocellulose can comprise the reduction of ash content and soil content of the biomass before the extraction of hemicellulose sugars from the biomass. In some examples, the lignocellulose-containing biomass comprising greater than about 4% weight/weight, greater than about 5% weight/weight, greater than about 6% weight/weight, greater than about 7% weight/weight, or greater than about 8% weight/weight of apparent ash (as measured by incineration of a dry sample of biomass in accordance with NREL/TP-510-42622) is devoid of soils and devoid of ash. Ash values greater than about 4% may be indicative of physical incorporation of soil particles into the biomass during a growing season, in which soil particles contact and are enclosed by the biomass as they grow. Reducing the ash and soil content of the biomass may comprise one or more stages of fluidising, washing and dewatering the biomass slurry. A method for reducing ash and soil content may comprise at least one and up to n stages of re-fluiding and grinding (e.g. grinding) of the biomass, and at least one and up to m stages of washing and dewatering of biomass, where n is 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10, and m is 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10. Optionally, n is equal to m. In some examples, m is greater than n, or n is greater than m. Two or more such shear and high pressure ash treatment cycles may be required to reduce the ash content of the biomass to less than 6%, less than 5%, less than 4%, or less than 3% weight/weight of ash.
[0039] Açúcares de hemicelulose podem ser extraídas de biomassa lignocelulósica por qualquer método adequado (1700), por exemplo, usando uma solução ácida aquosa. A solução ácida aquosa pode compreender qualquer ácido, tal como um ácido inorgânico ou um ácido orgânico. De preferência, a solução compreende um ácido inorgânico, tal como H2SO4, H2SO3 (que pode ser introduzido como ácido dissolvido ou como gás SO2), ou HCl. Em alguns exemplos, a solução ácida aquosa pode compreender um ácido inorgânico e/ou um ácido orgânico, incluindo, por exemplo, H2SO4, H2SO3, HCl, ou ácido acético, ou combinações destes. A solução ácida aquosa pode conter um ácido em uma quantidade de cerca de 0 a 2% de ácido, ou mais, tal como cerca de 0-1,0%, cerca de 0-1,5%, cerca de 0,5-1,5%, cerca de 0,5-2,0%, cerca de 1,0-2,0%, cerca de 1,5-2,0%, cerca de 0,21,0%, cerca de 0,2-0,7%, cerca de 0-0,2%, cerca de 0,2-0,4%, cerca de 0,4-0,6%, cerca de 0,6-0,8%, cerca de 0,8-1,0%, cerca de 1,01,2%, cerca de 1,2-1,4%, cerca de 1,4-1,6%, cerca de 1,6-1,8%, ou cerca de 1,8-2,0% peso/peso. Opcionalmente, a solução aquosa para a extração inclui 0,2 - 0,7% de H2SO4 e 0 - 3.000 ppm de SO2. O pH da solução ácida aquosa pode estar na faixa de cerca de pH 1 a pH 5, tal como cerca de pH 1 a pH 3,5.[0039] Hemicellulose sugars can be extracted from lignocellulosic biomass by any suitable method (1700), for example using an aqueous acidic solution. The aqueous acid solution may comprise any acid, such as an inorganic acid or an organic acid. Preferably, the solution comprises an inorganic acid, such as H2SO4, H2SO3 (which may be introduced as dissolved acid or as SO2 gas), or HCl. In some examples, the aqueous acid solution may comprise an inorganic acid and/or an organic acid, including, for example, H2SO4, H2SO3, HCl, or acetic acid, or combinations thereof. The aqueous acid solution may contain an acid in an amount of about 0 to 2% acid, or more, such as about 0-1.0%, about 0-1.5%, about 0.5- 1.5%, about 0.5-2.0%, about 1.0-2.0%, about 1.5-2.0%, about 0.21.0%, about 0 .2-0.7%, about 0-0.2%, about 0.2-0.4%, about 0.4-0.6%, about 0.6-0.8%, about 0.8-1.0%, about 1.01.2%, about 1.2-1.4%, about 1.4-1.6%, about 1.6-1, 8%, or about 1.8-2.0% weight/weight. Optionally, the aqueous solution for the extraction includes 0.2 - 0.7% H2SO4 and 0 - 3000 ppm SO2. The pH of the aqueous acidic solution can range from about pH 1 to pH 5, such as about pH 1 to pH 3.5.
[0040] Temperatura ou pressão elevadas podem ser usadas para extrair açúcares de hemicelulose da biomassa. Em alguns exemplos, uma temperatura na faixa de cerca de 100 - 200 °C é usada. Uma temperatura maior do que 50°C, maior do que 60°C, maior do que 70°C, maior do que 80°C, maior do que 90°C, maior do que 100°C, maior do que 110°C, maior do que 120°C, maior do que 130°C, maior do que 140°C, maior do que 150°C, maior do que 160°C, maior do que 170°C, maior do que 180°C, maior do que 190°C, ou maior do que 200°C, pode ser usada na extração. De preferência, a temperatura está na faixa de 90-170°C, tal como 100-165°C, 110-160°C, 120-150°C, 130-155°C ou 140-150°C. A pressão pode estar na faixa de cerca de 0,4 - 10 mPa, tal como 0,4-5 mPa. Opcionalmente, a pressão é menor do que 20 mPa, tal como menor do que 10 mPa, menor do que 9 mPa, menor do que 8 mPa, menor do que 7 mPa, menor do que 6 mPa, ou menor do que 5 mPa. Em alguns exemplos, a mistura de extração é aquecida por 0,1 - 5 horas, de preferência, 0,1-3 horas, 0,1-1 hora, 0,5-1,5 horas, 0,5-2 horas, 1-2 horas, ou 2-3 horas. O processo de extração pode ter um período de resfriamento de menos do que uma hora. Opcionalmente, açúcares de hemicelulose são extraídos de bio massa por contato da biomassa com uma solução ácida aquosa e aquecimento da mistura resultante a uma temperatura de mais do que 50°C a uma pressão de menos do que 10 mPa.[0040] Elevated temperature or pressure can be used to extract hemicellulose sugars from biomass. In some examples, a temperature in the range of about 100 - 200 °C is used. A temperature greater than 50°C, greater than 60°C, greater than 70°C, greater than 80°C, greater than 90°C, greater than 100°C, greater than 110°C , greater than 120°C, greater than 130°C, greater than 140°C, greater than 150°C, greater than 160°C, greater than 170°C, greater than 180°C, greater than 190°C, or greater than 200°C, can be used in extraction. Preferably, the temperature is in the range of 90-170°C, such as 100-165°C, 110-160°C, 120-150°C, 130-155°C or 140-150°C. The pressure can be in the range of about 0.4 - 10 mPa, such as 0.4 - 5 mPa. Optionally, the pressure is less than 20 mPa, such as less than 10 mPa, less than 9 mPa, less than 8 mPa, less than 7 mPa, less than 6 mPa, or less than 5 mPa. In some examples, the extraction mixture is heated for 0.1 - 5 hours, preferably 0.1 - 3 hours, 0.1 - 1 hour, 0.5 - 1.5 hours, 0.5 - 2 hours , 1-2 hours, or 2-3 hours. The extraction process can have a cool down period of less than an hour. Optionally, hemicellulose sugars are extracted from biomass by contacting the biomass with an aqueous acidic solution and heating the resulting mixture to a temperature of more than 50°C at a pressure of less than 10 mPa.
[0041] A extração de açúcar de hemicelulose pode produzir, em um processo de extração único, uma corrente de açúcar de hemicelu- lose (1700-A) contendo pelo menos 75% de açúcares monoméricos, tal como mais do que 80%, mais do que 85%, mais do que 90%, mais do que 91%, mais do que 92%, mais do que 93%, mais do que 94%, mais do que 95%, mais do que 96%, mais do que 97%, mais do que 98%, ou mais do que 99% de açúcares monoméricos. A corrente de açúcar de hemicelulose pode conter 80-99% de açúcares monoméri- cos. Em alguns exemplos, pelo menos cerca de 70%, pelo menos 75%, pelo menos 80%, pelo menos 85%, pelo menos 90%, ou ainda pelo menos 95% ou mais dos açúcares de hemicelulose presentes na biomassa podem ser extraídos usando um método da revelação. A extração de açúcar de hemicelulose pode produzir quantidades mínimas de produtos de degradação de lignocelulose, tais como furfural, hidroximetil furfural, ácido levulínico, e ácido fórmico. Um rendimento de xilose de maios do que 70%, opcionalmente mais do que 80%, de valor teórico, pode ser alcançado.[0041] Hemicellulose sugar extraction can produce, in a single extraction process, a hemicellulose sugar stream (1700-A) containing at least 75% monomeric sugars, such as more than 80%, more than 85%, more than 90%, more than 91%, more than 92%, more than 93%, more than 94%, more than 95%, more than 96%, more than 97%, more than 98%, or more than 99% monomeric sugars. The hemicellulose sugar stream can contain 80-99% monomer sugars. In some examples, at least about 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least 90%, or even at least 95% or more of the hemicellulose sugars present in the biomass can be extracted using a method of disclosure. Hemicellulose sugar extraction can produce minute amounts of lignocellulose degradation products, such as furfural, hydroxymethyl furfural, levulinic acid, and formic acid. A xylose yield of greater than 70%, optionally greater than 80%, of theoretical value can be achieved.
[0042] A extração de açúcares de hemicelulose da biomassa resulta em uma corrente remanescente de lignocelulose (1700-P1) compreendendo lignina e celulose. Um diagrama esquemático de processos sequenciais exemplares para lavagem e desidratação de uma corrente remanescente de lignocelulose após extração de açúcares de hemicelulose é provido na Fig. 9. Em alguns exemplos, a extração de açúcares de hemicelulose não remove uma quantidade substancial dos açúcares celulósicos. Por exemplo, a extração de açúcares de hemicelulose não remove mais do que 1%, mais do que 2%, mais do que 5%, mais do que 10%, mais do que 15%, mais do que 20%, mais do que 30%, mais do que 40%, mais do que 50%, ou mais do que 60% peso/peso de celulose. Em alguns exemplos, a corrente remanescente de lignocelulose compreende menos do que 50%, menos do que 45%, menos do que 40%, menos do que 35%, menos do que 30%, menos do que 25%, menos do que 20%, menos do que 15%, menos do que 10%, menos do que 5%, menos do que 2%, ou menos do que 1% pe- so/peso de hemicelulose. A corrente remanescente de lignocelulose pode compreender menos do que 10%, menos do que 9%, menos do que 8%, menos do que 7%, menos do que 6%, menos do que 5%, menos do que 4%, menos do que 3%, menos do que 2%, ou menos do que 1% peso/peso de cinza. Em alguns exemplos, a corrente remanescente de lignocelulose compreende 0,001-5% peso/peso de cinza, tal como 0,01-4%, 0,1-3%, 0,1-2%, ou 0,1-1% peso/peso de cinza. Em alguns exemplos, a corrente remanescente de lignocelulose compreende lignina, celulose, hemicelulose em uma quantidade menor do que 5% peso/peso, e cinza em uma quantidade menor do que 4% peso/peso. Em alguns exemplos, menos do que 10%, menos do que 5%, menos do que 4%, menos do que 3%, menos do que 2,5%, menos do que 2%, menos do que 1,5%, ou menos do que 1% dos sólidos de lignocelulose permanecem na corrente de açúcar de hemicelulose. Opcionalmente, a corrente remanescente de lignocelulose compreende menos do que 75%, menos do que 65%, menos do que 55%, me-nos do que 45%, menos do que 35%, menos do que 25%, menos do que 15%, ou menos do que 10% peso/peso de água. A corrente remanescente de lignocelulose pode compreender mais do que 20%, mais do que 30%, mais do que 40%, mais do que 50%, mais do que 60%, mais do que 70%, ou mais do que 80% peso/peso de sólidos. A corrente remanescente de lignocelulose pode compreender menos do que 10%, menos do que 7,5%, menos do que 5%, menos do que 4%, menos do que 3%, menos do que 2%, menos do que 1%, ou menos do que 0,5% peso/peso de hidratos de carbono solúveis residuais. Em alguns exemplos, a corrente remanescente de lignocelulose compreende cerca de 0,01-5% peso/peso de hidratos de carbono solúveis, tal como 0,1-5%, 0,5-5%, 0,5-2,5%, ou 0,1-2,5% peso/peso de hidratos de carbono solúveis. A corrente remanescente de lignocelulose pode compreender menos do que 5%, menos do que 4%, menos do que 3%, menos do que 2%, menos do que 1%, menos do que 0,5%, menos do que 0,2%, ou menos do que 0,1% peso/peso de sulfato. Em alguns exemplos, a corrente remanescente de lignocelulose compreende 0,001-3% peso/peso de sulfato, tal como 0,01-3%, 0,01-2%, 0,01-1%, ou 0,001-1% peso/peso de sulfato. A corrente remanescente de lignocelulose pode compreender hidratos de carbono solúveis em uma quantidade relativa a sólidos totais de menos do que 5%, cinza em uma quantidade relativa a sólidos totais de menos do que 4%, e sulfato em uma quantidade relativa a sólidos totais de menos do que 3%.[0042] The extraction of hemicellulose sugars from the biomass results in a remnant stream of lignocellulose (1700-P1) comprising lignin and cellulose. A schematic diagram of exemplary sequential processes for washing and dehydrating a remaining stream of lignocellulose after extraction of hemicellulose sugars is provided in Fig. 9. In some examples, extraction of hemicellulose sugars does not remove a substantial amount of cellulosic sugars. For example, extracting sugars from hemicellulose does not remove more than 1%, more than 2%, more than 5%, more than 10%, more than 15%, more than 20%, more than 30%, more than 40%, more than 50%, or more than 60% weight/weight pulp. In some examples, the remaining lignocellulose stream comprises less than 50%, less than 45%, less than 40%, less than 35%, less than 30%, less than 25%, less than 20 %, less than 15%, less than 10%, less than 5%, less than 2%, or less than 1% weight/weight hemicellulose. The remaining lignocellulose stream may comprise less than 10%, less than 9%, less than 8%, less than 7%, less than 6%, less than 5%, less than 4%, less than 3%, less than 2%, or less than 1% w/w ash. In some examples, the remaining lignocellulose stream comprises 0.001-5% weight/weight ash, such as 0.01-4%, 0.1-3%, 0.1-2%, or 0.1-1% weight/weight of ash. In some examples, the remaining stream of lignocellulose comprises lignin, cellulose, hemicellulose in an amount less than 5% weight/weight, and ash in an amount less than 4% weight/weight. In some examples, less than 10%, less than 5%, less than 4%, less than 3%, less than 2.5%, less than 2%, less than 1.5%, or less than 1% of the lignocellulose solids remain in the hemicellulose sugar stream. Optionally, the remaining lignocellulose stream comprises less than 75%, less than 65%, less than 55%, less than 45%, less than 35%, less than 25%, less than 15 %, or less than 10% weight/weight water. The remaining lignocellulose stream may comprise greater than 20%, greater than 30%, greater than 40%, greater than 50%, greater than 60%, greater than 70%, or greater than 80% weight / weight of solids. The remaining lignocellulose stream may comprise less than 10%, less than 7.5%, less than 5%, less than 4%, less than 3%, less than 2%, less than 1% , or less than 0.5% weight/weight residual soluble carbohydrate. In some examples, the remaining lignocellulose stream comprises about 0.01-5% weight/weight soluble carbohydrate, such as 0.1-5%, 0.5-5%, 0.5-2.5 %, or 0.1-2.5% weight/weight soluble carbohydrates. The remaining lignocellulose stream may comprise less than 5%, less than 4%, less than 3%, less than 2%, less than 1%, less than 0.5%, less than 0, 2%, or less than 0.1% weight/weight sulfate. In some examples, the remaining stream of lignocellulose comprises 0.001-3% wt/wt sulfate, such as 0.01-3%, 0.01-2%, 0.01-1%, or 0.001-1% wt/wt. sulfate weight. The remaining lignocellulose stream may comprise soluble carbohydrates in a total solids amount of less than 5%, ash in a total solids amount of less than 4%, and sulfate in a total solids amount of less than 4%. less than 3%.
[0043] Impurezas, tais como cinza, lignina solúvel ácida, furfural, ácidos graxos, ácidos orgânicos, tais como ácido acético e ácido fór- mico, metanol, proteínas e/ou amino ácidos, glicerol, esteróis, ácidos graxos, ácido resínico ou materiais cerosos, ou combinações destes, podem ser extraídas junto com os açúcares de hemicelulose sob as mesmas condições na corrente de açúcar de hemicelulose. Pelo menos algumas destas impurezas podem ser separadas da corrente de açúcar de hemicelulose por extração de solvente (por exemplo, usando um agente de extração de amina).[0043] Impurities, such as ash, acid soluble lignin, furfural, fatty acids, organic acids, such as acetic acid and formic acid, methanol, proteins and/or amino acids, glycerol, sterols, fatty acids, resin acid or Waxy materials, or combinations thereof, can be extracted along with the hemicellulose sugars under the same conditions in the hemicellulose sugar stream. At least some of these impurities can be separated from the hemicellulose sugar stream by solvent extraction (eg using an amine extracting agent).
[0044] A corrente de açúcar de hemicelulose pode ser refinada e, opcionalmente, fracionada de acordo com os processos revelados no PCT/US2013/039585, aqui incorporado por referência. A corrente de açúcar de hemicelulose pode ser, opcionalmente, filtrada, centrifugada, ou concentrada, por evaporação. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose é contatada com um trocador de cátion de ácido forte (por exemplo, na forma de H+) para converter sais aos respectivos ácidos. Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemi- celulose é primeiro contatada com uma resina de troca de cátion forte e, em seguida, contatada com um agente de extração de amina.[0044] The hemicellulose sugar stream can be refined and optionally fractionated according to the processes disclosed in PCT/US2013/039585, incorporated herein by reference. The hemicellulose sugar stream can optionally be filtered, centrifuged, or concentrated by evaporation. Optionally, the hemicellulose sugar stream is contacted with a strong acid cation exchanger (eg, in H+ form) to convert salts to the respective acids. In some examples, the hemicellulose sugar stream is first contacted with a strong cation exchange resin and then contacted with an amine extracting agent.
[0045] Opcionalmente, impurezas são removidas da corrente de açúcar de hemicelulose por contato da corrente com um agente de extração de amina para formar uma mistura, no qual a mistura pode compreender uma corrente orgânica e uma corrente aquosa (1710). Processos de conversão exemplares para a purificação da corrente de açúcar de hemicelulose (1700-A e 1800-A) são representados na Fig. 3, incluindo extração de amina 1831. Em alguns exemplos, a corrente orgânica (1831-A) compreende o agente de extração de amina e pelo menos uma impureza. Opcionalmente, a pelo menos uma impureza é selecionada de um ácido mineral (por exemplo, H2SO4, H2SO3, e HCl), um ácido orgânico (por exemplo, ácido acético e ácido fórmico), furfural, hodroximetilfurfural, e lignina solúvel ácida. A corrente aquosa pode compreender açúcares de hemicelulose. Após separação da corrente orgânica, a corrente aquosa é referida aqui como uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado (1710-P1 e 1831-B).[0045] Optionally, impurities are removed from the hemicellulose sugar stream by contacting the stream with an amine extracting agent to form a mixture, in which the mixture may comprise an organic stream and an aqueous stream (1710). Exemplary conversion processes for purifying the hemicellulose sugar stream (1700-A and 1800-A) are depicted in Fig. 3, including amine extraction 1831. In some examples, the organic stream (1831-A) comprises the amine extraction agent and at least one impurity. Optionally, the at least one impurity is selected from a mineral acid (eg, H2SO4, H2SO3, and HCl), an organic acid (eg, acetic acid and formic acid), furfural, hydroxymethylfurfural, and acid soluble lignin. The aqueous stream may comprise hemicellulose sugars. After separating the organic stream, the aqueous stream is referred to herein as a refined hemicellulose sugar stream (1710-P1 and 1831-B).
[0046] O agente de extração de amina pode compreender 1090%, tal como 10-80%, 10-70%, 10-60%, 10-50%, 10-40%, 20-80%, 20-70%, 20-60%, 20-50%, 20-40%, 15-80%, 15-70%, 15-60%, 1550%, 15-40%, 15-35%, 25-80%, 25-70%, 25-60%, 25-50%, 25-40%, ou 25-35% peso/peso de uma ou mais aminas tendo pelo menos 20 átomos de carbono. Tal(is) amina(s) pode(m) ser aminas primária, secundária, ou terciária. Exemplos de aminas terciárias incluem trilauri- lamina (TLA; por exemplo, COGNIS ALAMINE 304 de Cognis Corpora-tion; Tucson AZ; USA), tri-octilamina, tri-isooctilamina, tri-caprililamina e tri-decilamina.[0046] The amine extracting agent may comprise 1090%, such as 10-80%, 10-70%, 10-60%, 10-50%, 10-40%, 20-80%, 20-70% , 20-60%, 20-50%, 20-40%, 15-80%, 15-70%, 15-60%, 1550%, 15-40%, 15-35%, 25-80%, 25 -70%, 25-60%, 25-50%, 25-40%, or 25-35% weight/weight of one or more amines having at least 20 carbon atoms. Such amine(s) may be primary, secondary, or tertiary amines. Examples of tertiary amines include trilaurylamine (TLA; for example, COGNIS ALAMINE 304 from Cognis Corporation; Tucson AZ; USA), trioctylamine, triisooctylamine, tricaprylylamine, and tridecylamine.
[0047] O agente de extração de amina pode adicionalmente compreender um diluente. Em alguns exemplos, o agente de extração de amina compreende pelo menos 10%, pelo menos 20%, pelo menos 30%, pelo menos 40%, pelo menos 50%, pelo menos 60%, pelo menos 70%, pelo menos 80%, ou pelo menos 90% peso/peso, tal como 55-85% peso/peso, de um diluente. Opcionalmente, o diluente é um álcool, tal como butanol, isobutanol, pentanol, hexanol, octanol, decanol, dodecanol, tetradecanol, pentadecanol, hexadecanol, octadecanol, eicosanol, docosanol, tetracosanol, e triacontanol. Opcionalmente, o diluente é um álcool de cadeia longa (por exemplo, álcool C6, C8, C10, C12, C14, C16), ou querosene. Em alguns exemplos, o diluente é n- hexanol ou 2-etil-1-hexanol. Opcionalmente, o diluente é 2-etil-1- hexanol. Em alguns exemplos, o diluente compreende um ou mais componentes adicionais, tal como uma cetona, um aldeído tendo pelo menos 5 átomos de carbono, ou outro álcool.[0047] The amine extracting agent may additionally comprise a diluent. In some examples, the amine extracting agent comprises at least 10%, at least 20%, at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 80% , or at least 90% weight/weight, such as 55-85% weight/weight, of a diluent. Optionally, the diluent is an alcohol, such as butanol, isobutanol, pentanol, hexanol, octanol, decanol, dodecanol, tetradecanol, pentadecanol, hexadecanol, octadecanol, eicosanol, docosanol, tetracosanol, and triacontanol. Optionally, the diluent is a long-chain alcohol (eg C6, C8, C10, C12, C14, C16 alcohol), or kerosene. In some examples, the diluent is n-hexanol or 2-ethyl-1-hexanol. Optionally, the diluent is 2-ethyl-1-hexanol. In some examples, the diluent comprises one or more additional components, such as a ketone, an aldehyde having at least 5 carbon atoms, or another alcohol.
[0048] Opcionalmente, o agente de extração de amina compreende uma amina tendo pelo menos 20 átomos de carbono e um dilu- ente (por exemplo, um álcool), tal como uma amina terciária tendo pelo menos 20 átomos de carbono e um álcool. Em alguns exemplos, o agente de extração de amina compreende uma amina terciária tendo de 20 a 50 átomos de carbono e um diluente, no qual o diluente é um monoálcool C6-12. Em alguns exemplos, o agente de extração de amina compreende uma amina tendo de 24-40 átomos de carbono (por exemplo, trilaurilamina, trioctilamina, tricaprililamina, ou tridecilamina) e um diluente, no qual o diluente é um monoálcool C6-12 (por exemplo, hexanol, octanol, ou 2-etilhexanol). Em alguns exemplos, a amina é trilaurilamina e o diluente é hexanol ou 2-etilhexanol.[0048] Optionally, the amine extracting agent comprises an amine having at least 20 carbon atoms and a diluent (for example, an alcohol), such as a tertiary amine having at least 20 carbon atoms and an alcohol. In some examples, the amine extracting agent comprises a tertiary amine having from 20 to 50 carbon atoms and a diluent, wherein the diluent is a C6-12 monoalcohol. In some examples, the amine extracting agent comprises an amine having from 24-40 carbon atoms (e.g., trilaurylamine, trioctylamine, tricaprylylamine, or tridecylamine) and a diluent, in which the diluent is a C6-12 monoalcohol (e.g. example, hexanol, octanol, or 2-ethylhexanol). In some examples, the amine is trilaurylamine and the diluent is hexanol or 2-ethylhexanol.
[0049] O agente de extração de amina pode compreender uma amina e um diluente em uma proporção entre 1:10 e 10:1 peso/peso, tal como 1:9, 1:4, 3:7, 2:3, 1:1, 3:2, 7:3, 4:1, ou 9:1 peso/peso. Opcio- nalmente, o agente de extração de amina compreende trilaurilamina e um monoálcool C6-12 em uma proporção de 1:7, 2:7, 3:7, 6:4, 5,5:4.55, 4:7, 5:7, 6:7, 7:7, 5:4, 3:4, 2:4, ou 1:4 peso/peso. Opcionalmente, o agente de extração de amina compreende trilaurilamina e um monoál- cool C6-12 em uma proporção de cerca de 3:7 peso/peso, tal como uma proporção de 3:7 peso/peso de trilaurilamina e hexanol.[0049] The amine extracting agent may comprise an amine and a diluent in a ratio between 1:10 and 10:1 weight/weight, such as 1:9, 1:4, 3:7, 2:3, 1 :1, 3:2, 7:3, 4:1, or 9:1 weight/weight. Optionally, the amine extracting agent comprises trilaurylamine and a C6-12 monoalcohol in a ratio of 1:7, 2:7, 3:7, 6:4, 5.5:4.55, 4:7, 5: 7, 6:7, 7:7, 5:4, 3:4, 2:4, or 1:4 weight/weight. Optionally, the amine extracting agent comprises trilaurylamine and a C6-12 monoalcohol in about a 3:7 weight/weight ratio, such as a 3:7 weight/weight ratio of trilaurylamine and hexanol.
[0050] Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose é extraída com um contador atualmente de agente de extração de amina, por exemplo, a corrente de açúcar de hemicelulose flui em uma direção oposta ao fluxo do agente de extração de amina. A extração de amina pode ser conduzida a qualquer temperatura na qual a amina é solúvel, tal como 50-70°C. Opcionalmente, a extração de amina compreende mais do que uma etapa de extração (por exemplo, 2, 3, ou 4 etapas). A proporção da corrente de agente de extração de amina (corrente orgânica) para a corrente de açúcar de hemicelulose (corrente aquosa) pode variar de cerca de 0,5:1 a cerca de 5:1 peso/peso, tal como cerca de 0,5:1, cerca de 1:1, cerca de 1.5:1, cerca de 2:1, cerca de 2,5:1, cerca de 3:1, cerca de 3,5:1, cerca de 4:1, cerca de 4,5:1, ou cerca de 5:1. Em alguns exemplos, a proporção da corrente orgânica para a corrente aquosa é cerca de 1,5-3,0:1 peso/peso.[0050] Optionally, the hemicellulose sugar stream is extracted with a currently counter amine extracting agent, for example, the hemicellulose sugar stream flows in an opposite direction to the flow of the amine extracting agent. The amine extraction can be conducted at any temperature at which the amine is soluble, such as 50-70°C. Optionally, the amine extraction comprises more than one extraction step (e.g., 2, 3, or 4 steps). The ratio of the amine extractor stream (organic stream) to the hemicellulose sugar stream (aqueous stream) can range from about 0.5:1 to about 5:1 weight/weight, such as about 0. ,5:1, about 1:1, about 1.5:1, about 2:1, about 2.5:1, about 3:1, about 3.5:1, about 4:1 , about 4.5:1, or about 5:1. In some examples, the ratio of organic stream to aqueous stream is about 1.5-3.0:1 weight/weight.
[0051] Após contatar a corrente de açúcar de hemicelulose com o agente de extração de amina, a mistura resultante pode ser separada em uma corrente orgânica (isto é, a fase orgânica) compreendendo o agente de extração de amina e pelo menos uma impureza e uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado (isto é, a fase aquosa). Pelo menos uma porção de ácidos orgânicos ou ácidos inorgânicos (por exemplo, os ácidos usados na extração de açúcar de hemicelulo- se), e outras impurezas, podem ser extraídos na corrente orgânica. Em alguns exemplos, a corrente orgânica é contada com uma corrente aquosa em um modo atual contador para recuperar quaisquer açúca- res residuais absorvidos na corrente orgânica. A corrente orgânica pode compreender menos do que 5%, menos do que 4%, menos do que 3%, menos do que 2%, menos do que 1%, menos do que 0,8%, menos do que 0,6%, menos do que 0,5%, menos do que 0,4%, menos do que 0,3%, menos do que 0,2%, ou menos do que 0,1% peso/peso de açúcares de hemicelulose, tal como 0,01% a 4% de açúcares de he- micelulose. Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado compreende menos do que 3%, menos do que 2%, menos do que 1%, menos do que 0,8%, menos do que 0,6%, menos do que 0,5%, menos do que 0,4%, menos do que 0,3%, menos do que 0,2%, ou menos do que 0,1% peso/peso de ácido, tal como 0,01% a 3% de ácido. Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulose re-finado compreende menos do que 5%, menos do que 4%, menos do que 3%, menos do que 2%, menos do que 1%, menos do que 0,8%, menos do que 0,6%, menos do que 0,5%, menos do que 0,4%, menos do que 0,3%, menos do que 0,2%, ou menos do que 0,1 % peso/peso de uma amina tendo pelo menos 20 átomos de carbono, tal como 0,01% a 4% de uma amina. Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende menos do que 5%, menos do que 4%, menos do que 3%, menos do que 2%, menos do que 1%, menos do que 0,8%, menos do que 0,6%, menos do que 0,5%, menos do que 0,4%, menos do que 0,3%, menos do que 0,2%, ou menos do que 0,1% peso/peso de uma impureza, tal como 0,1% a 4% de uma impureza, no qual a impureza é selecionada de cinza, lignina solúvel ácida, furfural, ácidos graxos, ácido orgânicos, tal como ácido acético e ácido fórmico, ácidos minerais, tal como ácido hidroclórico e ácido sulfúrico, furfural, hidroximetilfurfural, metanol, proteínas, amino ácidos, glicerol, esteróis, ácido resínico, e materiais cerosos. A corrente de açúcar de hemicelulose refinado pode compreender menos do que 5%, menos do que 4%, menos do que 3%, menos do que 2%, menos do que 1%, menos do que 0,8%, menos do que 0,6%, menos do que 0,5%, menos do que 0,4%, menos do que 0,3%, menos do que 0,2%, ou menos do que 0,1% peso/peso de furfural, tal como 0,1% a 4% de furfural. Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende menos do que 5%, menos do que 4%, menos do que 3%, menos do que 2%, menos do que 1%, menos do que 0,8%, menos do que 0,6%, menos do que 0,5%, menos do que 0,4%, menos do que 0,3%, menos do que 0,2%, ou menos do que 0,1% peso/peso de cinza, tal como 0,1% a 4% de cinza.[0051] After contacting the hemicellulose sugar stream with the amine extracting agent, the resulting mixture can be separated into an organic stream (i.e. the organic phase) comprising the amine extracting agent and at least one impurity and a stream of refined hemicellulose sugar (i.e. the aqueous phase). At least a portion of organic acids or inorganic acids (eg, the acids used in the extraction of hemicellulose sugar), and other impurities, may be extracted in the organic stream. In some examples, the organic stream is counted with an aqueous stream in a counter current mode to recover any residual sugars absorbed into the organic stream. The organic stream may comprise less than 5%, less than 4%, less than 3%, less than 2%, less than 1%, less than 0.8%, less than 0.6% , less than 0.5%, less than 0.4%, less than 0.3%, less than 0.2%, or less than 0.1% weight/weight of hemicellulose sugars, such as 0.01% to 4% hemicellulose sugars. In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises less than 3%, less than 2%, less than 1%, less than 0.8%, less than 0.6%, less than than 0.5%, less than 0.4%, less than 0.3%, less than 0.2%, or less than 0.1% weight/weight acid, such as 0.01% to 3% acid. In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises less than 5%, less than 4%, less than 3%, less than 2%, less than 1%, less than 0.8 %, less than 0.6%, less than 0.5%, less than 0.4%, less than 0.3%, less than 0.2%, or less than 0.1% weight/weight of an amine having at least 20 carbon atoms, such as 0.01% to 4% of an amine. In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises less than 5%, less than 4%, less than 3%, less than 2%, less than 1%, less than 0.8%, less than 0.6%, less than 0.5%, less than 0.4%, less than 0.3%, less than 0.2%, or less than 0.1% weight/ weight of an impurity, such as 0.1% to 4% of an impurity, in which the impurity is selected from ash, acid soluble lignin, furfural, fatty acids, organic acids, such as acetic acid and formic acid, mineral acids, such as hydrochloric acid and sulfuric acid, furfural, hydroxymethylfurfural, methanol, proteins, amino acids, glycerol, sterols, resin acid, and waxy materials. The refined hemicellulose sugar stream may comprise less than 5%, less than 4%, less than 3%, less than 2%, less than 1%, less than 0.8%, less than 0.6%, less than 0.5%, less than 0.4%, less than 0.3%, less than 0.2%, or less than 0.1% weight/weight furfural , such as 0.1% to 4% furfural. In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises less than 5%, less than 4%, less than 3%, less than 2%, less than 1%, less than 0.8%, less than 0.6%, less than 0.5%, less than 0.4%, less than 0.3%, less than 0.2%, or less than 0.1% weight/ ash weight, such as 0.1% to 4% ash.
[0052] A corrente de açúcar de hemicelulose refinado pode ser adicionalmente purificado. Por exemplo, diluente residual na corrente de açúcar de hemicelulose refinado pode ser removido usando uma coluna de destilação recheada. A destilação pode remover pelo menos 70%, pelo menos 80%, pelo menos 90%, ou pelo menos 95% de dilu- ente residual na corrente de açúcar de hemicelulose refinado. Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado é contatada com um trocador de cátion de ácido forte (SAC) (1833) para remover cátions de diluente residual e aminas residuais, em seguida, opcionalmente contatadas com um trocador de ânion de base fraca (WBA) (1834) para remover excesso de prótons. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado é purificada usando uma coluna de destilação (por exemplo, uma coluna de destilação recheada), seguido por um trocador de cátion de ácido forte. Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado é contatada com um trocador de ânion de base fraca (WBA) para remover excesso de prótons. A corrente de açúcar de hemicelulose refinado pode ser ajustada no pH, opcionalmente após contato da corrente com um trocador de SAC e/ou trocador de WBA. A corrente de açúcar de hemice- lulose refinado pode ser destilada ou evaporada, em seguida adicionalmente polida por contato com uma resina de SAC, uma resina de WBA, e uma resina de MB, e, opcionalmente, concentrada por evaporação. Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado é evaporada (1835) a 20-80% peso/peso de açúcares dissolvidos, tal como 25-65% ou 30-40% peso/peso de açúcares dissolvidos, formando, desse modo, uma solução concentrada ade açúcar (1836). A evaporação pode ser conduzida em qualquer evaporador convencional, por exemplo, um evaporador de efeito múltiplo, ou um evapora- dor de recompressão de vapor mecânico (MVR).[0052] The refined hemicellulose sugar stream can be further purified. For example, residual diluent in the refined hemicellulose sugar stream can be removed using a packed distillation column. Distillation can remove at least 70%, at least 80%, at least 90%, or at least 95% of residual diluent in the refined hemicellulose sugar stream. In some examples, the refined hemicellulose sugar stream is contacted with a strong acid cation exchanger (SAC) (1833) to remove residual diluent cations and residual amines, then optionally contacted with a weak base anion exchanger (WBA) (1834) to remove excess protons. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream is purified using a distillation column (eg, a packed distillation column), followed by a strong acid cation exchanger. In some examples, the refined hemicellulose sugar stream is contacted with a weak base anion exchanger (WBA) to remove excess protons. The refined hemicellulose sugar stream can be pH adjusted, optionally after contacting the stream with a SAC exchanger and/or WBA exchanger. The refined hemicellulose sugar stream can be distilled or evaporated, then further polished by contacting with a SAC resin, a WBA resin, and an MB resin, and optionally concentrated by evaporation. In some examples, the refined hemicellulose sugar stream is evaporated (1835) to 20-80% weight/weight of dissolved sugars, such as 25-65% or 30-40% weight/weight of dissolved sugars, thereby forming , a concentrated sugar solution (1836). Evaporation can be conducted in any conventional evaporator, for example a multiple effect evaporator, or a mechanical vapor recompression (MVR) evaporator.
[0053] O solvente residual presente na corrente de açúcar de hemicelulose, ou solução de açúcar concentrado pode também ser removido por evaporação. Por exemplo, um solvente que forma um azeotropo heterogêneo com água pode ser separado e, opcionalmente, retornado ao ciclo de solvente. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado pode ser contatada com carbono ativado para remover impurezas orgânicas residuais. A corrente de açúcar de hemicelulose refinado pode também ser contatada com o sistema de resina de leito misturado para remover quaisquer íons residuais ou corpos de cor.[0053] The residual solvent present in the hemicellulose sugar stream or concentrated sugar solution can also be removed by evaporation. For example, a solvent that forms a heterogeneous azeotrope with water can be separated and optionally returned to the solvent cycle. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream can be contacted with activated carbon to remove residual organic impurities. The refined hemicellulose sugar stream can also be contacted with the mixed bed resin system to remove any residual ions or color bodies.
[0054] A corrente de açúcar de hemicelulose refinado produzida pelos sistemas e métodos objetos podem compreender açúcares em uma proporção altamente adequada como alimentação para fermentação, tal como para a produção de Xilitol.[0054] The refined hemicellulose sugar stream produced by the subject systems and methods may comprise sugars in a highly suitable proportion as a feed for fermentation, such as for the production of Xylitol.
[0055] Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado compreende pelo menos 40%, pelo menos 45%, pelo menos 50%, pelo menos 55%, pelo menos 60%, pelo menos 65%, pelo menos 70%, pelo menos 75%, pelo menos 80%, pelo menos 85%, pelo menos 90%, ou pelo menos 95% peso/peso de xilose relativo aos açúcares dissolvidos totais. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende entre 40% e 95% peso/peso xilose relativo aos açúcares dissolvidos totais, tal como 50% a 85% xilose.[0055] In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises at least 40%, at least 45%, at least 50%, at least 55%, at least 60%, at least 65%, at least 70 %, at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least 90%, or at least 95% weight/weight of xylose relative to total dissolved sugars. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises between 40% and 95% weight/weight xylose relative to total dissolved sugars, such as 50% to 85% xylose.
[0056] Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado compreende menos do que 15%, menos do que 14%, menos do que 13%, menos do que 12%, menos do que 11%, menos do que 10%, menos do que 9%, menos do que 8%, menos do que 7%, menos do que 6%, menos do que 5%, menos do que 4%, menos do que 3%, ou menos do que 2% peso/peso de arabinose relativo aos açúcares dissolvidos totais. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende entre 1% e 15% peso/peso de arabinose relativo aos açúcares dissolvidos totais, tal como 3% a 12% de arabinose.[0056] In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises less than 15%, less than 14%, less than 13%, less than 12%, less than 11%, less than 10%, less than 9%, less than 8%, less than 7%, less than 6%, less than 5%, less than 4%, less than 3%, or less than 2 % weight/weight of arabinose relative to total dissolved sugars. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises between 1% and 15% weight/weight arabinose relative to the total dissolved sugars, such as 3% to 12% arabinose.
[0057] Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado compreende pelo menos 5%, pelo menos 10%, pelo menos 12%, pelo menos 15%, pelo menos 17%, pelo menos 20%, pelo menos 22%, pelo menos 25%, pelo menos 27%, pelo menos 30%, pelo menos 32%, pelo menos 35%, pelo menos 37%, pelo menos 40%, pelo menos 42%, pelo menos 45%, pelo menos 50%, pelo menos 52%, pelo menos 55%, ou pelo menos 57% peso/peso de hexoses relativo aos açúcares dissolvidos totais. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende entre 5% e 60% pe- so/peso de hexoses relativo aos açúcares dissolvidos totais, tal como 10% a 45% de hexoses.[0057] In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises at least 5%, at least 10%, at least 12%, at least 15%, at least 17%, at least 20%, at least 22 %, at least 25%, at least 27%, at least 30%, at least 32%, at least 35%, at least 37%, at least 40%, at least 42%, at least 45%, at least 50 %, at least 52%, at least 55%, or at least 57% weight/weight of hexoses relative to total dissolved sugars. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises between 5% and 60% weight/weight of hexoses relative to the total dissolved sugars, such as 10% to 45% of hexoses.
[0058] Em alguns exemplos, as hexoses compreendem glicose, galactose, manose e frutose, no qual a glicose e frutose opcionalmente compreendem pelo menos 30%, pelo menos 40%, pelo menos 45%, pelo menos 50%, pelo menos 55%, pelo menos 60%, pelo menos 65%, pelo menos 70%, pelo menos 75%, ou pelo menos 80% pe- so/peso das hexoses. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemi- celulose refinado compreende entre 30% e 85% peso/peso de glicose e frutose relativo às hexoses, tal como 50% a 80% de glicose e fruto- se.[0058] In some examples, the hexoses comprise glucose, galactose, mannose and fructose, in which the glucose and fructose optionally comprise at least 30%, at least 40%, at least 45%, at least 50%, at least 55% , at least 60%, at least 65%, at least 70%, at least 75%, or at least 80% weight/weight of the hexoses. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises between 30% and 85% weight/weight glucose and fructose relative to the hexoses, such as 50% to 80% glucose and fructose.
[0059] Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado compreende pelo menos 5%, pelo menos 10%, pelo menos 12%, pelo menos 15%, pelo menos 17%, pelo menos 20%, pelo menos 22%, pelo menos 25%, pelo menos 27%, pelo menos 30%, pelo menos 32%, pelo menos 35%, pelo menos 37%, pelo menos 40%, pelo menos 42%, pelo menos 45%, pelo menos 50%, pelo menos 52%, pelo menos 55%, ou pelo menos 57% peso/peso de glicose relativo aos açúcares dissolvidos totais. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende entre 5% e 60% pe- so/peso de glicose relativo aos açúcares dissolvidos totais, tal como 10% a 45% de glicose.[0059] In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises at least 5%, at least 10%, at least 12%, at least 15%, at least 17%, at least 20%, at least 22 %, at least 25%, at least 27%, at least 30%, at least 32%, at least 35%, at least 37%, at least 40%, at least 42%, at least 45%, at least 50 %, at least 52%, at least 55%, or at least 57% weight/weight glucose relative to total dissolved sugars. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises between 5% and 60% weight/weight glucose relative to total dissolved sugars, such as 10% to 45% glucose.
[0060] Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado compreende xilose em uma proporção de hexoses de pelo menos 1:1 peso/peso, tal como pelo menos 1,5:1, pelo menos 2:1, pelo menos 3:1, pelo menos 4:1, pelo menos 5:1, pelo menos 6:1, ou pelo menos 7:1 peso/peso. Opcionalmente, a proporção de xilose para hexoses na corrente de açúcar de hemicelulose refinado é entre 1:1 e 8:1 peso/peso, tal como entre 1,5:1 e 5:1 peso/peso.[0060] In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises xylose in a hexose ratio of at least 1:1 weight/weight, such as at least 1.5:1, at least 2:1, at least at least 3:1, at least 4:1, at least 5:1, at least 6:1, or at least 7:1 weight/weight. Optionally, the ratio of xylose to hexoses in the refined hemicellulose sugar stream is between 1:1 and 8:1 weight/weight, such as between 1.5:1 and 5:1 weight/weight.
[0061] Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado compreende menos do que 15%, menos do que 10%, menos do que 9%, menos do que 8%, menos do que 7%, menos do que 6%, menos do que 5%, menos do que 4%, menos do que 3%, menos do que 2%, ou menos do que 1% peso/peso de dissacarídeos relativo aos açúcares dissolvidos totais. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende entre 0,1% e 15% peso/peso de dissacarídeos relativo aos açúcares dissolvidos totais, tal como 0,5% a 8% de dissacarídeos.[0061] In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises less than 15%, less than 10%, less than 9%, less than 8%, less than 7%, less than 6%, less than 5%, less than 4%, less than 3%, less than 2%, or less than 1% weight/weight of disaccharides relative to total dissolved sugars. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises between 0.1% and 15% weight/weight of disaccharides relative to total dissolved sugars, such as 0.5% to 8% of disaccharides.
[0062] Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado compreende menos do que 16%, menos do que 14%, menos do que 12%, menos do que 10%, menos do que 8%, menos do que 6%, menos do que 5%, menos do que 4%, menos do que 3%, menos do que 2%, menos do que 1%, ou menos do que 0,5% pe- so/peso de oligossacarídeos relativo aos açúcares dissolvidos totais, no qual referidos oligossacarídeos compreendem pelo menos 3 unidades de monossacarídeo. Opcionalmente, a corrente de açúcar de he- micelulose refinado compreende entre 0,1% e 10% peso/peso de oli- gossacarídeos relativo aos açúcares dissolvidos totais, tal como 0,5% a 5% de oligossacarídeos.[0062] In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises less than 16%, less than 14%, less than 12%, less than 10%, less than 8%, less than 6%, less than 5%, less than 4%, less than 3%, less than 2%, less than 1%, or less than 0.5% weight/weight of oligosaccharides relative to total dissolved sugars, wherein said oligosaccharides comprise at least 3 monosaccharide units. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises between 0.1% and 10% weight/weight oligosaccharides relative to total dissolved sugars, such as 0.5% to 5% oligosaccharides.
[0063] Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado compreende cinza em uma quantidade até 2%, até 1,5%, até 1%, até 0,75%, até 0,50%, até 0,25%, até 0,1%, ou até 0,05% pe- so/peso de cinza. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado compreende entre 0,001% e 1% peso/peso de cinza, tal como 0,001% a 0,25% de cinza.[0063] In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises ash in an amount of up to 2%, up to 1.5%, up to 1%, up to 0.75%, up to 0.50%, up to 0, 25%, up to 0.1%, or up to 0.05% weight/weight ash. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises between 0.001% and 1% weight/weight ash, such as 0.001% to 0.25% ash.
[0064] Em alguns exemplos, a cinza compreende Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, ou Si, ou uma combinação destes. Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, e Si a menos do que 1000 ppm, menos do que 750 ppm, menos do que 500 ppm, menos do que 400 ppm, menos do que 300 ppm, menos do que 200 ppm, menos do que 100 ppm, menos do que 50 ppm, ou menos do que 10 ppm cada. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende entre 1 ppm e 1000 ppm cada de Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, e Si, tal como 1 ppm a 250 ppm cada de Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, e Si. Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende menos do que 1000 ppm, menos do que 750 ppm, menos do que 500 ppm, menos do que 400 ppm, menos do que 300 ppm, menos do que 200 ppm, menos do que 100 ppm, menos do que 50 ppm, ou menos do que 10 ppm de cálcio. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende entre 1 ppm e 1000 ppm de cálcio, tal como 1 ppm a 250 ppm de cálcio.[0064] In some examples, the ash comprises Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, or Si, or a combination thereof. In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, and Si at less than 1000 ppm, less than 750 ppm, less than 500 ppm , less than 400 ppm, less than 300 ppm, less than 200 ppm, less than 100 ppm, less than 50 ppm, or less than 10 ppm each. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises between 1 ppm and 1000 ppm each of Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, and Si, such as 1 ppm to 250 ppm each of Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, and Si. In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises less than 1000 ppm, less than 750 ppm, less than 500 ppm, less than 400 ppm, less than 300 ppm, less than 200 ppm, less than than 100 ppm, less than 50 ppm, or less than 10 ppm of calcium. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises between 1 ppm and 1000 ppm calcium, such as 1 ppm to 250 ppm calcium.
[0065] Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado compreende compostos fenólicos em quantidades até 1000 ppm, até 750 ppm, até 500 ppm, até 400 ppm, até 300 ppm, até 200 ppm, até 100 ppm, até 50 ppm, ou até 10 ppm. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende entre 1 ppm e 1000 ppm de compostos fenólicos, tal como 1 ppm a 250 ppm de compostos fenólicos.[0065] In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises phenolic compounds in amounts up to 1000 ppm, up to 750 ppm, up to 500 ppm, up to 400 ppm, up to 300 ppm, up to 200 ppm, up to 100 ppm, up to 50 ppm, or even 10 ppm. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises between 1 ppm and 1000 ppm of phenolic compounds, such as 1 ppm to 250 ppm of phenolic compounds.
[0066] Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado compreende furfural em uma quantidade até 1000 ppm, até 750 ppm, até 500 ppm, até 400 ppm, até 300 ppm, até 200 ppm, até 100 ppm, até 50 ppm, ou até 10 ppm. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende entre 1 ppm e 1000 ppm de furfural, tal como 1 ppm a 250 ppm furfural.[0066] In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises furfural in an amount of up to 1000 ppm, up to 750 ppm, up to 500 ppm, up to 400 ppm, up to 300 ppm, up to 200 ppm, up to 100 ppm, up to 50 ppm, or even 10 ppm. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises between 1 ppm and 1000 ppm furfural, such as 1 ppm to 250 ppm furfural.
[0067] Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado compreende menos do que 1000 ppm, menos do que 750 ppm, menos do que 500 ppm, menos do que 400 ppm, menos do que 300 ppm, menos do que 200 ppm, menos do que 100 ppm, menos do que 50 ppm, ou menos do que 10 ppm de ácidos orgânicos, tal como ácido acético, ácido levulínico, ácido fórmico, e ácido láctico. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende entre 1 ppm e 1000 ppm de ácidos orgânicos, tal como 1 ppm a 250 ppm de ácidos orgânicos. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende entre 1 ppm e 1000 ppm de ácido acético, tal como 1 ppm a 250 ppm de ácido acético. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende entre 1 ppm e 1000 ppm de ácido fórmico, tal como 1 ppm a 250 ppm de ácido fórmico.[0067] In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises less than 1000 ppm, less than 750 ppm, less than 500 ppm, less than 400 ppm, less than 300 ppm, less than 200 ppm, less than 100 ppm, less than 50 ppm, or less than 10 ppm of organic acids, such as acetic acid, levulinic acid, formic acid, and lactic acid. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises between 1 ppm and 1000 ppm of organic acids, such as 1 ppm to 250 ppm of organic acids. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises between 1 ppm and 1000 ppm acetic acid, such as 1 ppm to 250 ppm acetic acid. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises between 1 ppm and 1000 ppm formic acid, such as 1 ppm to 250 ppm formic acid.
[0068] Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado compreende uma amina em uma quantidade até 1000 ppm, até 750 ppm, até 500 ppm, até 400 ppm, até 300 ppm, até 200 ppm, até 100 ppm, até 50 ppm, ou até 10 ppm, e no qual a amina compreende pelo menos 12 átomos de carbono. Opcionalmente, a amina é uma laurilamina, tal como monolaurilamina, dilaurilamina, ou trilaurilamina. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende entre 0,1 ppm e 1000 ppm de uma amina compreendendo pelo menos 12 átomos de carbono, tal como 0,1 ppm a 250 ppm de uma amina compreendendo pelo menos 12 átomos de carbono.[0068] In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises an amine in an amount of up to 1000 ppm, up to 750 ppm, up to 500 ppm, up to 400 ppm, up to 300 ppm, up to 200 ppm, up to 100 ppm, up to 50 ppm, or up to 10 ppm, and in which the amine comprises at least 12 carbon atoms. Optionally, the amine is a laurylamine, such as monolaurylamine, dilaurylamine, or trilaurylamine. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises between 0.1 ppm and 1000 ppm of an amine comprising at least 12 carbon atoms, such as 0.1 ppm to 250 ppm of an amine comprising at least 12 carbon atoms.
[0069] Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado compreende um álcool em uma quantidade até 1000 ppm, até 750 ppm, até 500 ppm, até 400 ppm, até 300 ppm, até 200 ppm, até 100 ppm, até 50 ppm, ou até 10 ppm. O álcool pode ser qualquer álcool que pode ser usado aqui como um diluente, tal como butanol, pentanol, hexanol, ou 2-etil-1-hexanol. Em alguns exemplos, o álcool é um monoálcool C6-1, opcionalmente presente na corrente de açúcar de hemicelulose refinado em uma quantidade até 200 ppm. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende entre 1 ppm e 1000 ppm de referido álcool, tal como 1 ppm a 250 ppm de refe-rido álcool.[0069] In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises an alcohol in an amount of up to 1000 ppm, up to 750 ppm, up to 500 ppm, up to 400 ppm, up to 300 ppm, up to 200 ppm, up to 100 ppm, up to 50 ppm, or up to 10 ppm. The alcohol can be any alcohol that can be used herein as a diluent, such as butanol, pentanol, hexanol, or 2-ethyl-1-hexanol. In some examples, the alcohol is a C6-1 monoalcohol, optionally present in the refined hemicellulose sugar stream in an amount up to 200 ppm. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises between 1 ppm and 1000 ppm of said alcohol, such as 1 ppm to 250 ppm of said alcohol.
[0070] Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado compreende nitrogênio em uma quantidade até 1000 ppm, até 750 ppm, até 500 ppm, até 400 ppm, até 300 ppm, até 200 ppm, ou até 150 ppm. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende entre 1 ppm e 1000 ppm de nitrogênio, tal como 1 ppm a 250 ppm de nitrogênio. Nitrogênio pode ser nitrogênio total Kjeldahl medido usando o método Kjeldahl.[0070] In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises nitrogen in an amount up to 1000 ppm, up to 750 ppm, up to 500 ppm, up to 400 ppm, up to 300 ppm, up to 200 ppm, or up to 150 ppm. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises between 1 ppm and 1000 ppm nitrogen, such as 1 ppm to 250 ppm nitrogen. Nitrogen can be total Kjeldahl nitrogen measured using the Kjeldahl method.
[0071] Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado compreende: pelo menos 50% peso/peso de xilose; arabinose em uma quantidade até 12% peso/peso; pelo menos 10% pe so/peso hexoses; dissacarídeos em uma quantidade até 8% pe- so/peso; cinza em uma quantidade até 0,25% peso/peso; furfural em uma quantidade até 200 ppm; e nitrogênio em uma quantidade até 1000 ppm. Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende: pelo menos 50% peso/peso de xilose; entre 3% e 12% peso/peso de arabinose; pelo menos 10% peso/peso de hexoses; entre 0,001% e 0,25% peso/peso de cinza; entre 1 ppm e 200 ppm de furfural; e entre 1 ppm e 1000 ppm de nitrogênio. Opcional-mente, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende 6575% de xilose, 3-10% de arabinose e 15-25% de hexoses (todos pe- so/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais). A corrente de açúcar de hemicelulose refinado pode conter pelo menos 90% peso/peso de sacarídeos para sólidos dissolvidos totais, como pelo menos 91%, pelo menos 92%, pelo menos 93%, pelo menos 94%, pelo menos 95%, pelo menos 96%, pelo menos 97%, pelo menos 98%, pelo menos 99%, ou pelo menos 99,5% de sacarídeos.[0071] In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises: at least 50% weight/weight xylose; arabinose in an amount up to 12% weight/weight; at least 10% wt/wt hexoses; disaccharides in an amount up to 8% weight/weight; ash in an amount up to 0.25% weight/weight; furfural in an amount up to 200 ppm; and nitrogen in an amount up to 1000 ppm. In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises: at least 50% weight/weight xylose; between 3% and 12% weight/weight of arabinose; at least 10% weight/weight hexoses; between 0.001% and 0.25% weight/weight of ash; between 1 ppm and 200 ppm of furfural; and between 1 ppm and 1000 ppm of nitrogen. Optionally, the refined hemicellulose sugar stream comprises 6575% xylose, 3-10% arabinose and 15-25% hexoses (all weight/weight relative to total dissolved sugars). The refined hemicellulose sugar stream may contain at least 90% weight/weight saccharides to total dissolved solids, such as at least 91%, at least 92%, at least 93%, at least 94%, at least 95%, at least at least 96%, at least 97%, at least 98%, at least 99%, or at least 99.5% saccharides.
[0072] A corrente de açúcar de hemicelulose refinado pode ter uma alta pureza com relação a elementos de cinza, ácido orgânicos, derivados de lignina e produtos de degradação de açúcar. A corrente de açúcar de hemicelulose refinado pode compreender cinza a uma concentração de até 1%, até 0,5%, até 0,1%, até 0,05%, ou até 0,01% peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais, no qual a cinza compreende até 500 ppm, até 250 ppm, ou até 100 ppm de cátions metálicos, e menos do que 100 ppm, menos do que 50 ppm, menos do que 30 ppm, ou menos do que 20 ppm de enxofre relativo aos açúcares dissolvidos totais. Em alguns exemplos, uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado é particularmente adequada para processos de fermentação que são sensíveis à elementos de cinza, ou a compostos de enxofre. A corrente de açúcar de hemicelulose refinado pode compreender menos do que 5000 ppm de cinza em total peso/peso relativo a xilose, no qual a cinza compreende elementos selecionados de Na, Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, S e P.[0072] The refined hemicellulose sugar stream can have a high purity with respect to ash elements, organic acids, lignin derivatives and sugar degradation products. The refined hemicellulose sugar stream can comprise ash at a concentration of up to 1%, up to 0.5%, up to 0.1%, up to 0.05%, or up to 0.01% weight/weight relative to the total dissolved sugars , in which the ash comprises up to 500 ppm, up to 250 ppm, or up to 100 ppm of metal cations, and less than 100 ppm, less than 50 ppm, less than 30 ppm, or less than 20 ppm relative sulfur to total dissolved sugars. In some examples, a refined hemicellulose sugar stream is particularly suitable for fermentation processes that are sensitive to ash elements, or sulfur compounds. The refined hemicellulose sugar stream may comprise less than 5000 ppm of ash in total weight/weight relative to xylose, in which ash comprises selected elements of Na, Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, S and P .
[0073] Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado compreende pelo menos uma característica selecionada de: (i) uma proporção de dissacarídeos para açúcares dissolvidos totais de não mais do que 0,10 peso/peso; (ii) uma proporção de xilose para açúcares dissolvidos totais de pelo menos 0,70 peso/peso; (iii) uma proporção de arabinose para açúcares dissolvidos totais de não mais do que 0,06 peso/peso; (iv) uma proporção de galactose para açúcares dissolvidos totais de não mais do que 0,05 peso/peso; (v) uma proporção da soma da glicose e frutose para açúcares dissolvidos totais de não mais do que 0,15 peso/peso; (vi) uma proporção de ma- nose para açúcares dissolvidos totais de não mais do que 0,05 pe- so/peso; (vii) uma proporção de frutose para açúcares dissolvidos totais de não mais do que 0,10 peso/peso; (viii) compostos fenólicos em uma quantidade de não mais do que 1000 ppm; (ix) hexanol em uma quantidade de não mais do que 0,1% peso/peso: (x) furfural em uma quantidade de não mais do que 1000 ppm; (xi) ácidos orgânicos em uma quantidade de não mais do que 1000 ppm; e (xii) menos do que 1000 ppm cada dos elementos Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, S e P relativo aos açúcares dissolvidos totais.[0073] In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises at least one characteristic selected from: (i) a ratio of disaccharides to total dissolved sugars of not more than 0.10 weight/weight; (ii) a ratio of xylose to total dissolved sugars of at least 0.70 weight/weight; (iii) a ratio of arabinose to total dissolved sugars of not more than 0.06 weight/weight; (iv) a ratio of galactose to total dissolved sugars of not more than 0.05 weight/weight; (v) a ratio of the sum of glucose and fructose to total dissolved sugars of not more than 0.15 weight/weight; (vi) a ratio of mannose to total dissolved sugars of not more than 0.05 weight/weight; (vii) a ratio of fructose to total dissolved sugars of not more than 0.10 weight/weight; (viii) phenolic compounds in an amount of not more than 1000 ppm; (ix) hexanol in an amount of not more than 0.1% weight/weight; (x) furfural in an amount of not more than 1000 ppm; (xi) organic acids in an amount of not more than 1000 ppm; and (xii) less than 1000 ppm each of the elements Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, S and P relative to total dissolved sugars.
[0074] Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado compreende baixos níveis de monossacarídeos e dissaca- rídeos adicionais. Opcionalmente, os monossacarídeos adicionais são selecionados de lixose, xilulose, e ribulose. Opcionalmente, os dissa- carídeos adicionais são selecionados de gentiobiose, soforose, nigero- se, laminaribiose, e kojibiose. Estes monossacarídeos e dissacarídeos adicionais podem ser benéficos a processos de fermentação. Em alguns exemplos, tais sacarídeos raros são biologicamentre ativos e podem agir como promotores para aumentar a atividade de expressão enzimática ou operação como cofatores para aumentar a atividade das enzimas, resultando, desse modo, em conversão biológica acelerada.[0074] In some examples, the refined hemicellulose sugar stream comprises low levels of monosaccharides and additional disaccharides. Optionally, additional monosaccharides are selected from lyxose, xylulose, and ribulose. Optionally, additional disaccharides are selected from gentiobiose, sophorose, nigerose, laminaribiose, and kojibiose. These additional monosaccharides and disaccharides can be beneficial to fermentation processes. In some instances, such rare saccharides are biologically active and may act as promoters to increase enzyme expression activity or operate as cofactors to increase enzyme activity, thereby resulting in accelerated biological conversion.
[0075] Surpreendentemente, a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado é particularmente vantajosa em um processo de fermentação capaz de hidrogenar xilose a Xilitol, como a espécie de fermentação pode utilizar as hexoses como sua fonte de energia, desse modo, em alguns exemplos, eliminando a necessidade de adicionalmente purificar ou fracionar a corrente de açúcar antes da etapa de hidrogena- ção. Etapas de purificação adicionais comumente usadas para enriquecer o teor de xilose de uma corrente de açúcar, tal como separação cromatográfica ou cristalização, podem não serem necessárias antes da fermentação. Em certos exemplos, as proporções de açúcares na corrente de açúcar de hemicelulose refinado são ideais para fermentação a Xilitol, no qual enriquecimento da concentração de xilo- se pode reduzir a eficiência e rendimento do processo de fermentação. É adicionalmente compreendido que a alta pureza da corrente de açúcar de hemicelulose refinado é vantajosa como alimentação para fermentação, como as concentrações de impurezas conhecidas como inibidores de fermentação possíveis, tal como fenóis, furfurais, ácido orgânicos, e álcoois, são baixas.[0075] Surprisingly, the refined hemicellulose sugar stream is particularly advantageous in a fermentation process capable of hydrogenating xylose to Xylitol, as the fermentation species can utilize the hexoses as its energy source, thus in some examples , eliminating the need to further purify or fractionate the sugar stream prior to the hydrogenation step. Additional purification steps commonly used to enrich the xylose content of a sugar stream, such as chromatographic separation or crystallization, may not be necessary prior to fermentation. In certain instances, the proportions of sugars in the refined hemicellulose sugar stream are ideal for fermentation to Xylitol, in which enrichment of the xylose concentration can reduce the efficiency and yield of the fermentation process. It is further understood that the high purity of the refined hemicellulose sugar stream is advantageous as a fermentation feed, as the concentrations of impurities known as possible fermentation inhibitors, such as phenols, furfurals, organic acids, and alcohols, are low.
[0076] Uma matéria-prima de fermentação compreendendo a corrente de açúcar de hemicelulose refinado pode ser utilizada por um microrganismo para a produção de um produto de conversão. Em alguns exemplos, o produto de conversão é um açúcar reduzido, tal como um álcool de açúcar. Opcionalmente, o álcool de açúcar pode ser um substituto de açúcar, tal como Xilitol. Um diagrama esquemático de um processo exemplar para converter uma corrente de açúcar de he- micelulose refinado a Xilitol é provido na Fig 2B. Em alguns exemplos, um microrganismo converte xilose na corrente de açúcar de hemicelu- lose refinado (1710-P1) a Xilitol (1950-P1). Um método da presente revelação pode compreender fermentação (1900) de uma matéria- prima de fermentação compreendendo a corrente de açúcar de hemi- celulose refinado para produzir um caldo de fermentação compreendendo Xilitol. Um diagrama esquemático de um processo de conversão exemplar para converter uma mistura de açúcar de hemicelulose a uma solução compreendendo Xilitol, com opcional refino da solução a produtos de Xilitol cristalinos (1960-A) ou líquidos (1950-A), é provido na Fig. 4 e Fig. 5.[0076] A fermentation feedstock comprising the refined hemicellulose sugar stream can be utilized by a microorganism for producing a conversion product. In some examples, the conversion product is a reduced sugar, such as a sugar alcohol. Optionally, the sugar alcohol can be a sugar substitute, such as Xylitol. A schematic diagram of an exemplary process for converting a refined hemicellulose sugar stream to Xylitol is provided in Fig 2B. In some examples, a microorganism converts xylose in the refined hemicellulose sugar stream (1710-P1) to Xylitol (1950-P1). A method of the present disclosure may comprise fermentation (1900) of a fermentation raw material comprising the refined hemicellulose sugar stream to produce a fermentation broth comprising Xylitol. A schematic diagram of an exemplary conversion process for converting a hemicellulose sugar mixture to a solution comprising Xylitol, with optional refinement of the solution to crystalline (1960-A) or liquid (1950-A) Xylitol products, is provided in Fig. . 4 and Fig. 5.
[0077] A matéria-prima de fermentação pode ter uma composição muito similar à corrente de açúcar de hemicelulose refinado. Opcionalmente, aditivos são introduzidos na corrente de açúcar de hemice- lulose refinado para gerar a matéria-prima de fermentação. Aditivos podem ser selecionados de nutrientes, sais, tais como NaCl, MgSO4, e K2PO4, e extrato de levedura. Com o tal, os níveis medidos de cinza podem ser mais altos na matéria-prima de fermentação conforme comparado à corrente de açúcar de hemicelulose refinado. Opcionalmente, hexoses são adicionadas à corrente de açúcar de hemicelulose refinado para ajustar a proporção de xilose:hexose conforme requerido para um microrganismo particular. Em alguns exemplos, a concentração de açúcares de hemicelulose é ajustada na matéria-prima de fer-mentação por diluição (por exemplo, diluição com água), ou concentração (por exemplo, por evaporação).[0077] The fermentation feedstock can have a composition very similar to the refined hemicellulose sugar stream. Optionally, additives are introduced into the refined hemicellulose sugar stream to generate the fermentation feedstock. Additives can be selected from nutrients, salts such as NaCl, MgSO4, and K2PO4, and yeast extract. As such, measured ash levels may be higher in the fermentation feedstock as compared to the refined hemicellulose sugar stream. Optionally, hexoses are added to the refined hemicellulose sugar stream to adjust the xylose:hexose ratio as required for a particular microorganism. In some examples, the concentration of hemicellulose sugars is adjusted in the fermentation feedstock by dilution (eg dilution with water), or concentration (eg evaporation).
[0078] A matéria-prima de fermentação pode compreender pelo menos 40%, pelo menos 45%, pelo menos 50%, pelo menos 55%, pelo menos 60%, pelo menos 65%, pelo menos 70%, pelo menos 75%, pelo menos 80%, pelo menos 90%, ou pelo menos 95% peso/peso de xilose relativo aos açúcares dissolvidos totais. Opcionalmente, a matéria-prima de fermentação compreende entre 40% e 95% peso/peso de xilose relativo aos açúcares dissolvidos totais, tal como 50% a 90% de xilose. Em alguns exemplos, a matéria-prima de fermentação compre- ende adicionalmente pelo menos 5%, pelo menos 10%, pelo menos 12%, pelo menos 15%, pelo menos 17%, pelo menos 20%, pelo menos 22%, pelo menos 25%, pelo menos 27%, pelo menos 30%, pelo menos 32%, pelo menos 35%, pelo menos 37%, pelo menos 40%, pelo menos 42%, pelo menos 45%, pelo menos 50%, pelo menos 52%, pelo menos 55%, ou pelo menos 57% peso/peso de hexoses relativo aos açúcares dissolvidos totais. Opcionalmente, a matéria-prima de fermentação compreende entre 5% e 60% peso/peso de hexoses relativo aos açúcares dissolvidos totais, tal como 10% a 45% de hexoses. Em alguns exemplos, a matéria-prima de fermentação compreende adicionalmente menos do que 15%, menos do que 14%, menos do que 13%, menos do que 12%, menos do que 11%, menos do que 10%, menos do que 9%, menos do que 8%, menos do que 7%, menos do que 6%, menos do que 5%, menos do que 4%, menos do que 3%, ou menos do que 2% peso/peso de arabinose relativo aos açúcares dissolvidos totais. Opcionalmente, a matéria-prima de fermentação compreende entre 1% e 15% peso/peso de arabinose relativo aos açúcares dissolvidos totais, tal como 3% a 12% de arabinose. Em alguns exemplos, a matéria-prima de fermentação compreende adicionalmente menos do que 15%, menos do que 10%, menos do que 9%, menos do que 8%, menos do que 7%, menos do que 6%, menos do que 5%, menos do que 4%, menos do que 3%, menos do que 2%, ou menos do que 1% peso/peso de dissacarídeos relativo aos açúcares dissolvidos totais. Opcionalmente, a matéria-prima de fermentação compreende entre 0,1% e 15% peso/peso de dissacarídeos relativo aos açúcares dissolvidos totais, tal como 0,5% a 8% dissacarídeos. Em alguns exemplos, a matéria-prima de fermentação compreende adicionalmente menos do que 1000 ppm, menos do que 750 ppm, menos do que 500 ppm, menos do que 400 ppm, menos do que 300 ppm, menos do que 200 ppm, menos do que 100 ppm, menos do que 50 ppm, ou menos do que 10 ppm cálcio. Opcionalmente, a matéria- prima de fermentação compreende entre 1 ppm e 1000 ppm de cálcio, tal como 1 ppm a 250 ppm de cálcio. Em alguns exemplos, a matéria- prima de fermentação compreende adicionalmente furfural em uma quantidade até 1000 ppm, até 750 ppm, até 500 ppm, até 400 ppm, até 300 ppm, até 200 ppm, até 100 ppm, até 50 ppm, ou até 10 ppm. Opcionalmente, a matéria-prima de fermentação compreende entre 1 ppm e 1000 ppm de furfural, tal como 1 ppm a 250 ppm de furfural. Em alguns exemplos, a matéria-prima de fermentação compreende adicionalmente menos do que 1000 ppm, menos do que 750 ppm, menos do que 500 ppm, menos do que 400 ppm, menos do que 300 ppm, menos do que 200 ppm, menos do que 100 ppm, menos do que 50 ppm, ou menos do que 10 ppm de ácidos orgânicos, tal como ácido acético, ácido levulínico, ácido fórmico, e ácido láctico. Opcionalmente, a matéria-prima de fermentação compreende entre 1 ppm e 1000 ppm de ácidos orgânicos, tal como 1 ppm a 1000 ppm de ácido acético. Opcionalmente, a matéria-prima de fermentação compreende entre 1 ppm e 1000 ppm de ácido fórmico. Em alguns exemplos, a matéria-prima de fermentação compreende adicionalmente uma amina em uma quantidade até 1000 ppm, até 750 ppm, até 500 ppm, até 400 ppm, até 300 ppm, até 200 ppm, até 100 ppm, até 50 ppm, ou até 10 ppm, e no qual a amina compreende pelo menos 12 átomos de carbono. Opcionalmente, a amina é uma laurilamina, tal como monolaurilamina, dilaurilamina, ou trilaurilamina. Opcionalmente, a matéria-prima de fermentação compreende entre 0,1 ppm e 1000 ppm de uma amina compreendendo pelo menos 12 átomos de carbono, tal como 0,1 ppm a 250 ppm de uma amina compreendendo pelo menos 12 átomos de carbono. Em alguns exemplos, a matéria-prima de fermentação compreende adicionalmente um monoálcool C6-12 em uma quantidade até 1000 ppm, até 750 ppm, até 500 ppm, até 400 ppm, até 300 ppm, até 200 ppm, até 100 ppm, até 50 ppm, ou até 10 ppm. Opcionalmente, a matéria-prima de fermentação compreende entre 1 ppm e 1000 ppm de referido monoálcool C6-12, tal como 1 ppm a 250 ppm de referido monoálcool C6-12. Em alguns exemplos, a matéria-prima de fermentação compreende adicionalmente nitrogênio em uma quantidade até 1000 ppm, até 750 ppm, até 500 ppm, até 400 ppm, até 300 ppm, até 200 ppm, ou até 150 ppm. Opcionalmente, a matéria-prima de fermentação compreende entre 1 ppm e 1000 ppm de nitrogênio, tal como 1 ppm a 250 ppm de nitrogênio. Em alguns exemplos, a matéria-prima de fermentação compreende: 50% a 90% peso/peso de xilose; 10% a 45% peso/peso de hexoses; arabinose em uma quantidade até 12% peso/peso; dissacarídeos em uma quantidade até 8% peso/peso; furfural em uma quantidade até 1000 ppm; e menos do que 200 ppm de cálcio. Em alguns exemplos, a matéria-prima de fermentação compreende adicionalmente menos do que 1000 ppm de ácido acético, e menos do que 1000 ppm de ácido fórmico. Opcionalmente, a matéria- prima de fermentação compreende adicionalmente um monoálcoolC6- 12 em uma quantidade até 100 ppm.[0078] The fermentation raw material may comprise at least 40%, at least 45%, at least 50%, at least 55%, at least 60%, at least 65%, at least 70%, at least 75% , at least 80%, at least 90%, or at least 95% weight/weight of xylose relative to total dissolved sugars. Optionally, the fermentation feedstock comprises between 40% and 95% weight/weight xylose relative to total dissolved sugars, such as 50% to 90% xylose. In some examples, the fermentation feedstock additionally comprises at least 5%, at least 10%, at least 12%, at least 15%, at least 17%, at least 20%, at least 22%, at least at least 25%, at least 27%, at least 30%, at least 32%, at least 35%, at least 37%, at least 40%, at least 42%, at least 45%, at least 50%, at least at least 52%, at least 55%, or at least 57% weight/weight of hexoses relative to total dissolved sugars. Optionally, the fermentation raw material comprises between 5% and 60% weight/weight of hexoses relative to the total dissolved sugars, such as 10% to 45% of hexoses. In some examples, the fermentation feedstock further comprises less than 15%, less than 14%, less than 13%, less than 12%, less than 11%, less than 10%, less than than 9%, less than 8%, less than 7%, less than 6%, less than 5%, less than 4%, less than 3%, or less than 2% weight/weight of arabinose relative to total dissolved sugars. Optionally, the fermentation raw material comprises between 1% and 15% weight/weight arabinose relative to total dissolved sugars, such as 3% to 12% arabinose. In some examples, the fermentation feedstock further comprises less than 15%, less than 10%, less than 9%, less than 8%, less than 7%, less than 6%, less than than 5%, less than 4%, less than 3%, less than 2%, or less than 1% weight/weight of disaccharides relative to total dissolved sugars. Optionally, the fermentation feedstock comprises between 0.1% and 15% weight/weight of disaccharides relative to total dissolved sugars, such as 0.5% to 8% disaccharides. In some examples, the fermentation feedstock further comprises less than 1000 ppm, less than 750 ppm, less than 500 ppm, less than 400 ppm, less than 300 ppm, less than 200 ppm, less than than 100 ppm, less than 50 ppm, or less than 10 ppm calcium. Optionally, the fermentation feedstock comprises between 1 ppm and 1000 ppm of calcium, such as 1 ppm to 250 ppm of calcium. In some examples, the fermentation feedstock further comprises furfural in an amount of up to 1000 ppm, up to 750 ppm, up to 500 ppm, up to 400 ppm, up to 300 ppm, up to 200 ppm, up to 100 ppm, up to 50 ppm, or up to 10 ppm. Optionally, the fermentation feedstock comprises between 1 ppm and 1000 ppm furfural, such as 1 ppm to 250 ppm furfural. In some examples, the fermentation feedstock further comprises less than 1000 ppm, less than 750 ppm, less than 500 ppm, less than 400 ppm, less than 300 ppm, less than 200 ppm, less than than 100 ppm, less than 50 ppm, or less than 10 ppm of organic acids, such as acetic acid, levulinic acid, formic acid, and lactic acid. Optionally, the fermentation feedstock comprises between 1 ppm and 1000 ppm of organic acids, such as 1 ppm to 1000 ppm of acetic acid. Optionally, the fermentation feedstock comprises between 1 ppm and 1000 ppm formic acid. In some examples, the fermentation feedstock further comprises an amine in an amount of up to 1000 ppm, up to 750 ppm, up to 500 ppm, up to 400 ppm, up to 300 ppm, up to 200 ppm, up to 100 ppm, up to 50 ppm, or up to 10 ppm, and in which the amine comprises at least 12 carbon atoms. Optionally, the amine is a laurylamine, such as monolaurylamine, dilaurylamine, or trilaurylamine. Optionally, the fermentation feedstock comprises between 0.1 ppm and 1000 ppm of an amine comprising at least 12 carbon atoms, such as 0.1 ppm to 250 ppm of an amine comprising at least 12 carbon atoms. In some examples, the fermentation feedstock further comprises a C6-12 monoalcohol in an amount of up to 1000 ppm, up to 750 ppm, up to 500 ppm, up to 400 ppm, up to 300 ppm, up to 200 ppm, up to 100 ppm, up to 50 ppm, or up to 10 ppm. Optionally, the fermentation feedstock comprises between 1 ppm and 1000 ppm of said C6-12 monoalcohol, such as 1 ppm to 250 ppm of said C6-12 monoalcohol. In some examples, the fermentation feedstock further comprises nitrogen in an amount of up to 1000 ppm, up to 750 ppm, up to 500 ppm, up to 400 ppm, up to 300 ppm, up to 200 ppm, or up to 150 ppm. Optionally, the fermentation feedstock comprises between 1 ppm and 1000 ppm of nitrogen, such as 1 ppm to 250 ppm of nitrogen. In some examples, the fermentation feedstock comprises: 50% to 90% weight/weight xylose; 10% to 45% weight/weight hexoses; arabinose in an amount up to 12% weight/weight; disaccharides in an amount up to 8% weight/weight; furfural in an amount up to 1000 ppm; and less than 200 ppm of calcium. In some examples, the fermentation feedstock further comprises less than 1000 ppm acetic acid, and less than 1000 ppm formic acid. Optionally, the fermentation feedstock further comprises a C6-12 monoalcohol in an amount of up to 100 ppm.
[0079] Vários microrganismos foram desenvolvidos para produzir Xilitol através de um processo de fermentação. Surpreendentemente, as correntes de açúcar de hemicelulose refinado da presente revelação são particularmente bem toleradas por muitos tais microrganismos, e são eficientemente convertidas a Xilitol sem a necessidade de processos adicionais de purificação, fracionamento, separação, ou cristalização antes da fermentação. Espécies de microrganismos capazes de converterem xilose na corrente de açúcar de hemicelulose refinado a Xilitol incluem leveduras, tais como Pichia, Candida, Hanse- nula e Kluyveromyces. Uma estirpe de Candida tropicalis ATCC 13803 pode ser usada para converter xilose a Xilitol usando glicose na corrente de açúcar de hemicelulose refinado para crescimento de célula (ver, por exemplo, US 5998181 e US 5686277). Xilitol pode ser produzido por Candida guilliermondii FTI 20037 (ver, por exemplo, Mussatto and Roberto (2003) J. Appl. Microbiol. 95:331-337). Saccharomyces cerevisiae pode ser usado para produzir Xilitol (ver, por exemplo, US 5866382). Uma variedade de sistemas de fermentação são capazes de converterem uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado a um alto Xilitol, baixo produto de arabitol, através do uso de várias estirpes de E. Coli (ver, por exemplo, PCT/US2011/021277, PCT/US2011/044696, e US Pub. No. 2013/0217070). Estes sistemas podem utilizar açúcares C6 e alguma da arabinose de uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado como uma fonte de energia para proliferação e metabolismo, enquanto que converte predominantemente xilose em Xilitol com mínima co-conversão de arabinose a arabitol. Opcionalmente, o microrganismo é um microrganismo descrito na US Pub. No. 2013/0217070, tal como HZ 1434, ZUC220, ZUC170, ZUC136, HZ 2061, ou HZ 2062. Uma fermentação de dois substratos com C. tropicalis e Candida Parapsilosis usando glicose para crescimento de célula e xilose para produção de Xilitol pode ser usada (ver, por exemplo, US 5.998.181 e US 5.686.277). Xilitol pode ser produzido como um co-produto durante produção de etanol fermentativa por uma estirpe de levedura simples, utilizando material contendo lignocelulose hidrolisada (ver, por exemplo US2003/0235881). Ácido xilônico pode ser produzido de xilose com uma estirpe fungal recombinante que é geneticamente modificada para expressar um gebe de xilose dehidro- genase, que é capaz de converter xilose a xilonolactona, acoplada com produção de Xilitol quando o hospedeiro fungal é selecionado a partir dos gêneros Saccharomyces, Kluyveromyces, Candida e Aspergillus (ver, por exemplo, WO 2010/106230). Enquanto que outros organismos geneticamente projetados foram descritos para fermentar xilose, ou uma mistura de açúcar para produzir Xilitol, muitos mostram produtividade insuficiente para serem viavelmente comercializados. Em alguns exemplos, a corrente de açúcar de hemicelulose refinado (por exemplo, a matéria-prima de fermentação) é alimentada em uma unidade de fermentação semeada com a espécie selecionada a 1040% de DS, tal como 14-28% de DS. Em alguns exemplos, o microrganismo seletivamente reduz xilose a Xilitol, sem produção de outros polióis resultantes de monossacarídeos outros do que xilose no caldo de fermentação.[0079] Several microorganisms have been developed to produce Xylitol through a fermentation process. Surprisingly, the refined hemicellulose sugar streams of the present disclosure are particularly well tolerated by many such microorganisms, and are efficiently converted to Xylitol without the need for additional purification, fractionation, separation, or crystallization processes prior to fermentation. Microorganism species capable of converting xylose in the refined hemicellulose sugar stream to Xylitol include yeasts, such as Pichia, Candida, Hansenula and Kluyveromyces. A strain of Candida tropicalis ATCC 13803 can be used to convert xylose to Xylitol using glucose in the refined hemicellulose sugar stream for cell growth (see, for example, US 5998181 and US 5686277). Xylitol can be produced by Candida guilliermondii FTI 20037 (see, for example, Mussatto and Roberto (2003) J. Appl. Microbiol. 95:331-337 ). Saccharomyces cerevisiae can be used to produce Xylitol (see, for example, US 5866382). A variety of fermentation systems are capable of converting a refined hemicellulose sugar stream to a high Xylitol, low arabitol product through the use of various strains of E. Coli (see, for example, PCT/US2011/021277, PCT /US2011/044696, and US Pub. No. 2013/0217070). These systems can utilize C6 sugars and some of the arabinose from a refined hemicellulose sugar stream as an energy source for proliferation and metabolism, while predominantly converting xylose to Xylitol with minimal co-conversion of arabinose to arabitol. Optionally, the microorganism is a microorganism described in US Pub. At the. 2013/0217070, such as HZ 1434, ZUC220, ZUC170, ZUC136, HZ 2061, or HZ 2062. A two-substrate fermentation with C. tropicalis and Candida Parapsilosis using glucose for cell growth and xylose for Xylitol production can be used ( see, for example, US 5,998,181 and US 5,686,277). Xylitol can be produced as a co-product during fermentative ethanol production by a simple yeast strain, using material containing hydrolyzed lignocellulose (see for example US2003/0235881). Xylonic acid can be produced from xylose with a recombinant fungal strain that is genetically engineered to express a gebe of xylose dehydrogenase, which is capable of converting xylose to xylonolactone, coupled with production of Xylitol when the fungal host is selected from the genera Saccharomyces, Kluyveromyces, Candida and Aspergillus (see for example WO 2010/106230). While other genetically engineered organisms have been described to ferment xylose, or a sugar mixture to produce Xylitol, many show insufficient productivity to be viably commercialized. In some examples, the refined hemicellulose sugar stream (eg, the fermentation feedstock) is fed into a fermentation unit seeded with the selected species at 1040% DS, such as 14-28% DS. In some examples, the microorganism selectively reduces xylose to Xylitol, without producing other polyols resulting from monosaccharides other than xylose in the fermentation broth.
[0080] A corrente de açúcar de hemicelulose refinado pode ser adicionada a uma unidade de fermentação contendo meio de fermentação. O meio de fermentação pode compreender nutrientes, incluindo, por exemplo, triptone, extrato de levedura, fosfato de potássio, cloreto de sódio, e sulfato de magnésio. A unidade de fermentação pode ser inoculada com uma cultura de um microrganismo adequado, opcionalmente, a uma concentração final de 10-40% de DS. Em alguns exemplos, a temperatura da unidade de fermentação é mantida a uma temperatura adequada para o microrganismo, tal como 25 a 35°C. Opcionalmente, o pH da solução de fermentação é mantido a pH 6,0 a pH 8,0, tal como cerca de pH 7,0. O pH pode ser ajustado usando NH4OH. Opcionalmente, a solução de fermentação é agitada, tal como por introdução de ar. Em alguns exemplos, corrente de açúcar de hemicelu- lose refinado adicional é adicionada. Em alguns exemplos, hexoses, tal como glicose, são adicionadas à solução de fermentação. A corrente de açúcar de hemicelulose refinado adicional pode ser adicionada 6 horas, 8 horas, 10 horas, 12 horas, 16 horas, 20 horas, 24 hour, 36 horas, ou 48 horas após adição do microrganismo à unidade de fermentação. O processo de fermentação pode ser permitido operar por pelo menos 12 horas, pelo menos 18 horas, pelo menos 24 horas, pelo menos 36 horas, pelo menos 48 horas, pelo menos 60 horas, pelo menos 72 horas, pelo menos 80 horas, pelo menos 84 horas, pelo menos 96 horas, ou pelo menos 108 horas, antes da recuperação de Xilitol do caldo de fermentação.[0080] The refined hemicellulose sugar stream can be added to a fermentation unit containing fermentation medium. The fermentation medium can comprise nutrients, including, for example, tryptone, yeast extract, potassium phosphate, sodium chloride, and magnesium sulfate. The fermentation unit can be inoculated with a culture of a suitable microorganism, optionally, to a final concentration of 10-40% DS. In some examples, the temperature of the fermentation unit is maintained at a temperature suitable for the microorganism, such as 25 to 35°C. Optionally, the pH of the fermentation solution is maintained at pH 6.0 to pH 8.0, such as about pH 7.0. The pH can be adjusted using NH4OH. Optionally, the fermentation solution is agitated, such as by introducing air. In some examples, additional refined hemicellulose sugar stream is added. In some examples, hexoses, such as glucose, are added to the fermentation solution. The additional refined hemicellulose sugar stream can be added 6 hours, 8 hours, 10 hours, 12 hours, 16 hours, 20 hours, 24 hours, 36 hours, or 48 hours after adding the microorganism to the fermentation unit. The fermentation process may be allowed to operate for at least 12 hours, at least 18 hours, at least 24 hours, at least 36 hours, at least 48 hours, at least 60 hours, at least 72 hours, at least 80 hours, at least at least 84 hours, at least 96 hours, or at least 108 hours, before recovery of Xylitol from the fermentation broth.
[0081] Um microrganismo aqui descrito pode converter a matéria- prima de fermentação em um caldo de fermentação compreendendo Xilitol. O caldo de fermentação pode compreender pelo menos 50 g/L, pelo menos 60 g/L, pelo menos 70 g/L, pelo menos 80 g/L, pelo menos 90 g/L, pelo menos 100 g/L, pelo menos 110 g/L, pelo menos 120 g/L, pelo menos 130 g/L, ou pelo menos 140 g/L de Xilitol. Opcionalmente, o caldo de fermentação compreende entre 50 e 140 g/L de Xilitol, tal como 60 a 100 g/L, 70 a 100 g/L, 80 a 100 g/L, ou 70 a 90 g/L, de Xili- tol. Em alguns exemplos, o microrganismo produz pouco a nenhum etanol. Opcionalmente, o caldo de fermentação compreende menos do que 15 g/L, menos do que 12 g/L, menos do que 10 g/L, menos do que 9 g/L, menos do que 8 g/L, menos do que 7 g/L, menos do que 6 g/L, menos do que 5 g/L, menos do que 4 g/L, menos do que 3 g/L, menos do que 2 g/L, ou menos do que 1 g/L, de etanol. Em alguns exemplos, o caldo de fermentação compreende xilose em uma quantidade de menos do que 50 g/L, menos do que 40 g/L, menos do que 30 g/L, menos do que 20 g/L, menos do que 10 g/L, menos do que 8 g/L, menos do que 6 g/L, menos do que 4 g/L, menos do que 3 g/L, menos do que 2 g/L, menos do que 1 g/L, menos do que 0,5 g/L, ou menos do que 0,2 g/L. Opcionalmente, o caldo de fermentação compreende glicose em uma quantidade menos do que 35 g/L, menos do que 25 g/L, menos do que 15 g/L, menos do que 10 g/L, menos do que 8 g/L, menos do que 6 g/L, menos do que 4 g/L, menos do que 3 g/L, menos do que 2 g/L, menos do que 1 g/L, menos do que 0,5 g/L, ou menos do que 0,2 g/L. Em alguns exemplos, o caldo de fermentação compreende furfural em uma quantidade até 1000 ppm, até 750 ppm, até 500 ppm, até 400 ppm, até 300 ppm, até 200 ppm, até 100 ppm, até 50 ppm, ou até 10 ppm. Opcionalmente, o caldo de fermentação compre- ende entre 1 ppm e 1000 ppm de furfural, tal como 1 ppm a 250 ppm de furfural. Em alguns exemplos, o caldo de fermentação compreende menos do que 1000 ppm, menos do que 750 ppm, menos do que 500 ppm, menos do que 400 ppm, menos do que 300 ppm, menos do que 200 ppm, menos do que 100 ppm, menos do que 50 ppm, ou menos do que 10 ppm de cálcio. Opcionalmente, o caldo de fermentação compreende entre 1 ppm e 1000 ppm de cálcio, tal como 1 ppm a 250 ppm de cálcio. Em alguns exemplos, o caldo de fermentação compreende menos do que 1000 ppm, menos do que 750 ppm, menos do que 500 ppm, menos do que 400 ppm, menos do que 300 ppm, menos do que 200 ppm, menos do que 100 ppm, menos do que 50 ppm, ou menos do que 10 ppm de ácidos orgânicos, tal como ácido acético, ácido levulínico, ácido fórmico, e ácido láctico. Opcionalmente, o caldo de fermentação compreende entre 1 ppm e 1000 ppm de ácidos orgânicos, tal como 1 ppm a 1000 ppm de ácido acético. Opcionalmente, o caldo de fermentação compreende entre 1 ppm e 1000 ppm de ácido fórmico. Em alguns exemplos, o caldo de fermentação compreende um monoálcool C6-12 em uma quantidade até 1000 ppm, até 750 ppm, até 500 ppm, até 400 ppm, até 300 ppm, até 200 ppm, até 100 ppm, até 50 ppm, ou até 10 ppm. Opcionalmente, o caldo de fermentação compreende entre 1 ppm e 1000 ppm de referido monoálcool C6-12, tal como 1 ppm a 250 ppm de referido monoálcool C6-12. Em alguns exemplos, o caldo de fermentação compreende: pelo menos 60 g/L de Xilitol; menos do que 50 g/L de xilose; menos do que 10 g/L de etanol; menos do que 50 g/L de hexoses; furfural em uma quantidade até 1000 ppm; e menos do que 200 ppm de cálcio. Em alguns exemplos, o caldo de fermentação compreende adicionalmente menos do que 1000 ppm de ácido acético e menos do que 1000 ppm de ácido fórmico. Opcionalmente, o caldo de fermentação compreende adicionalmente um monoálcool C6-12 em uma quantidade até 100 ppm. Opcionalmente, o caldo de fermentação compreende menos do que 100 ppm de galac- titol, tal como menos do que 50 ppm, menos do que 10 ppm, menos do que 1 ppm, ou menos do que 1 ppb de galactitol. Em alguns exemplos, galactitol não é detectado no caldo de fermentação. Em alguns exemplos, o caldo de fermentação compreende um microrganismo aqui descrito. Opcionalmente, o microrganismo é selecionado de bactéria que ocorre naturalmente, bactéria recombinante, levedura que ocorre naturalmente, levedura recombinante, e fungos. O microrganismo pode ser um estirpe E. coli, tal como HZ 1434, ZUC220, ZUC170, ZUC136, HZ 2061, ou HZ 2062.[0081] A microorganism described herein can convert the fermentation raw material into a fermentation broth comprising Xylitol. The fermentation broth may comprise at least 50 g/L, at least 60 g/L, at least 70 g/L, at least 80 g/L, at least 90 g/L, at least 100 g/L, at least 110 g/L, at least 120 g/L, at least 130 g/L, or at least 140 g/L Xylitol. Optionally, the fermentation broth comprises between 50 and 140 g/L of Xylitol, such as 60 to 100 g/L, 70 to 100 g/L, 80 to 100 g/L, or 70 to 90 g/L of Xyl - fool. In some instances, the microorganism produces little to no ethanol. Optionally, the fermentation broth comprises less than 15 g/L, less than 12 g/L, less than 10 g/L, less than 9 g/L, less than 8 g/L, less than 7 g/L, less than 6 g/L, less than 5 g/L, less than 4 g/L, less than 3 g/L, less than 2 g/L, or less than 1 g/L of ethanol. In some examples, the fermentation broth comprises xylose in an amount of less than 50 g/L, less than 40 g/L, less than 30 g/L, less than 20 g/L, less than 10 g/L, less than 8 g/L, less than 6 g/L, less than 4 g/L, less than 3 g/L, less than 2 g/L, less than 1 g/ L, less than 0.5 g/L, or less than 0.2 g/L. Optionally, the fermentation broth comprises glucose in an amount less than 35 g/L, less than 25 g/L, less than 15 g/L, less than 10 g/L, less than 8 g/L , less than 6 g/L, less than 4 g/L, less than 3 g/L, less than 2 g/L, less than 1 g/L, less than 0.5 g/L , or less than 0.2 g/L. In some examples, the fermentation broth comprises furfural in an amount of up to 1000 ppm, up to 750 ppm, up to 500 ppm, up to 400 ppm, up to 300 ppm, up to 200 ppm, up to 100 ppm, up to 50 ppm, or up to 10 ppm. Optionally, the fermentation broth comprises between 1 ppm and 1000 ppm furfural, such as 1 ppm to 250 ppm furfural. In some examples, the fermentation broth comprises less than 1000 ppm, less than 750 ppm, less than 500 ppm, less than 400 ppm, less than 300 ppm, less than 200 ppm, less than 100 ppm , less than 50 ppm, or less than 10 ppm of calcium. Optionally, the fermentation broth comprises between 1 ppm and 1000 ppm calcium, such as 1 ppm to 250 ppm calcium. In some examples, the fermentation broth comprises less than 1000 ppm, less than 750 ppm, less than 500 ppm, less than 400 ppm, less than 300 ppm, less than 200 ppm, less than 100 ppm , less than 50 ppm, or less than 10 ppm of organic acids, such as acetic acid, levulinic acid, formic acid, and lactic acid. Optionally, the fermentation broth comprises between 1 ppm and 1000 ppm of organic acids, such as 1 ppm to 1000 ppm of acetic acid. Optionally, the fermentation broth comprises between 1 ppm and 1000 ppm formic acid. In some examples, the fermentation broth comprises a C6-12 monoalcohol in an amount of up to 1000 ppm, up to 750 ppm, up to 500 ppm, up to 400 ppm, up to 300 ppm, up to 200 ppm, up to 100 ppm, up to 50 ppm, or up to 10 ppm. Optionally, the fermentation broth comprises between 1 ppm and 1000 ppm of said C6-12 monoalcohol, such as 1 ppm to 250 ppm of said C6-12 monoalcohol. In some examples, the fermentation broth comprises: at least 60 g/L of Xylitol; less than 50 g/L xylose; less than 10 g/L ethanol; less than 50 g/L of hexoses; furfural in an amount up to 1000 ppm; and less than 200 ppm of calcium. In some examples, the fermentation broth additionally comprises less than 1000 ppm acetic acid and less than 1000 ppm formic acid. Optionally, the fermentation broth further comprises a C6-12 monoalcohol in an amount of up to 100 ppm. Optionally, the fermentation broth comprises less than 100 ppm of galactitol, such as less than 50 ppm, less than 10 ppm, less than 1 ppm, or less than 1 ppb of galactitol. In some examples, galactitol is not detected in the fermentation broth. In some examples, the fermentation broth comprises a microorganism described herein. Optionally, the microorganism is selected from naturally occurring bacteria, recombinant bacteria, naturally occurring yeast, recombinant yeast, and fungi. The microorganism can be an E. coli strain, such as HZ 1434, ZUC220, ZUC170, ZUC136, HZ 2061, or HZ 2062.
[0082] Opcionalmente, o rendimento de Xilitol no caldo de fermentação é mais do que 90%, mais do que 91%, mais do que 92%, mais do que 93%, mais do que 94%, mais do que 95%, mais do que 96%, mais do que 97%, ou mais do que 98% relativo à quantidade de xilose na corrente de açúcar de hemicelulose refinado. Em alguns exemplos, pelo menos 70%, pelo menos 75%, pelo menos 80%, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 91%, pelo menos 92%, pelo menos 93%, pelo menos 94%, pelo menos 95%, pelo menos 96%, pelo menos 97%, ou pelo menos 98%de xilose na biomassa contendo lignocelulose é convertido em Xilitol. Opcionalmente, a quantidade de arabitol no caldo de fermentação é menos do que 10% dos polióis totais. Opcionalmente, a quantidade de hexoses é reduzida a menos do que 10%, menos do que 9%, menos do que 8%, menos do que 7%, menos do que 6%, menos do que 5%, menos do que 4%, menos do que 3%, menos do que 2%, ou menos do que 1% da concentração de hexoses na matéria-prima de fermentação ou corrente de açúcar de hemicelulose refinado. Opcionalmente, a fermentação produz Xilitol a uma taxa de pelo menos 1 g/L/h, pelo menos 2 g/L/h, pelo menos 3 g/L/h, pelo menos 4 g/L/h, pelo menos 5 g/L/h, pelo menos 6 g/L/h, pelo menos 7 g/L/h, ou pelo menos 8 g/L/h. Em alguns exemplos, a fer- mentação produz menos do que 120 h, menos do que 110 h, menos do que 100 h, menos do que 90 h, menos do que 80 h, menos do que 70 h, menos do que 60 h, menos do que 50 h, menos do que 40 h, menos do que 30 h, menos do que 20 h, menos do que 15 h, ou menos do que 10 h, pelo menos 50 g/L, pelo menos 60 g/L, pelo menos 70 g/L, pelo menos 80 g/L, pelo menos 90 g/L, pelo menos 100 g/L, pelo menos 110 g/L, pelo menos 120 g/L, pelo menos 130 g/L, ou pelo menos 140 g/L de Xilitol (por litro de caldo de fermentação). Opcionalmente, a fermentação produz pelo menos 60 g/L de Xilitol em menos do que 80 horas de fermentação, tal como 70 g/L de Xilitol em menos do que 80 horas. Opcionalmente, a fermentação produz pelo menos 100 g/L de Xilitol em menos do que 80 horas de fermentação.[0082] Optionally, the yield of Xylitol in the fermentation broth is more than 90%, more than 91%, more than 92%, more than 93%, more than 94%, more than 95%, greater than 96%, greater than 97%, or greater than 98% relative to the amount of xylose in the refined hemicellulose sugar stream. In some examples, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least 90%, at least 91%, at least 92%, at least 93%, at least 94%, at least at least 95%, at least 96%, at least 97%, or at least 98% of the xylose in the lignocellulose-containing biomass is converted to Xylitol. Optionally, the amount of arabitol in the fermentation broth is less than 10% of the total polyols. Optionally, the amount of hexoses is reduced to less than 10%, less than 9%, less than 8%, less than 7%, less than 6%, less than 5%, less than 4% , less than 3%, less than 2%, or less than 1% of the concentration of hexoses in the fermentation feedstock or refined hemicellulose sugar stream. Optionally, fermentation produces Xylitol at a rate of at least 1 g/L/hr, at least 2 g/L/hr, at least 3 g/L/hr, at least 4 g/L/hr, at least 5 g /L/h, at least 6 g/L/h, at least 7 g/L/h, or at least 8 g/L/h. In some examples, fermentation takes less than 120 h, less than 110 h, less than 100 h, less than 90 h, less than 80 h, less than 70 h, less than 60 h , less than 50 hours, less than 40 hours, less than 30 hours, less than 20 hours, less than 15 hours, or less than 10 hours, at least 50 g/L, at least 60 g/ L, at least 70 g/L, at least 80 g/L, at least 90 g/L, at least 100 g/L, at least 110 g/L, at least 120 g/L, at least 130 g/L , or at least 140 g/L of Xylitol (per liter of fermentation broth). Optionally, the fermentation produces at least 60 g/L of Xylitol in less than 80 hours of fermentation, such as 70 g/L of Xylitol in less than 80 hours. Optionally, fermentation produces at least 100 g/L of Xylitol in less than 80 hours of fermentation.
[0083] Xilitol pode ser recuperado do caldo de fermentação por qualquer método adequado (1910), tal como filtração, cristalização, ou separação cromatográfica, ou uma combinação destes. O caldo de fermentação pode ser filtrado ou centrifugado para remover o microrganismo. Em alguns exemplos, a filtração compreende três etapas, incluindo microfiltração, ultrafiltração, e nanofiltração. O caldo de fermentação pode ser submetido a microfiltração, opcionalmente seguida por ultrafiltração, opcionalmente seguida por nanofiltração. A filtração pode remover o microrganismo do caldo de fermentação. A nanofiltra- ção pode remover dissacarídeos e oligossacarídeos residuais do caldo de fermentação. Em alguns exemplos, a filtração remove pelo menos 10%, pelo menos 20%, pelo menos 30%, pelo menos 40%, pelo menos 50%, pelo menos 60%, pelo menos 70%, pelo menos 80%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, ou pelo menos 98% peso/peso de oli- gossacarídeos tendo um grau de polimerização de três (DP3) ou mais a partir do caldo de fermentação. Em alguns exemplos, a filtração remove pelo menos 10%, pelo menos 20%, pelo menos 30%, pelo menos 40%, pelo menos 50%, pelo menos 60%, pelo menos 70%, pelo menos 80%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, ou pelo menos 98% peso/peso de dissacarídeos (DP2) a partir do caldo de fermentação. A solução filtrada pode ser contatada com pelo menos um dos seguintes: carbono ativado, tal como carbono ativo granulado (GAC); e resina de troca de íon, tal como resina de cátion fortemente ácida (SAC), resinas de ânion fracamente básica (WBA), e resinas de leito misturado (MB). A solução filtrada e, opcionalmente, refinada, pode ser concentrada por evaporação (1915) para aumentar a concentração de sólidos dissolvidos a pelo menos 50%, pelo menos 60%, pelo menos 70%, ou pelo menos 80% peso/peso de sólidos dissolvidos, tal como cerca de 80% peso/peso de sólidos dissolvidos. Em alguns exemplos, a concentração da solução é cerca de 70% a cerca de 90% peso/peso de sólidos dissolvidos, tal como 75% a 85% peso/peso.[0083] Xylitol can be recovered from the fermentation broth by any suitable method (1910), such as filtration, crystallization, or chromatographic separation, or a combination thereof. The fermentation broth can be filtered or centrifuged to remove the microorganism. In some examples, the filtration comprises three steps, including microfiltration, ultrafiltration, and nanofiltration. The fermentation broth may be subjected to microfiltration, optionally followed by ultrafiltration, optionally followed by nanofiltration. Filtration can remove the microorganism from the fermentation broth. Nanofiltration can remove residual disaccharides and oligosaccharides from the fermentation broth. In some examples, filtration removes at least 10%, at least 20%, at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 80%, at least 90 %, at least 95%, or at least 98% weight/weight of oligosaccharides having a degree of polymerization of three (DP3) or more from the fermentation broth. In some examples, filtration removes at least 10%, at least 20%, at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 80%, at least 90 %, at least 95%, or at least 98% weight/weight of disaccharides (DP2) from the fermentation broth. The filtered solution may be contacted with at least one of the following: activated carbon, such as granulated active carbon (GAC); and ion exchange resins, such as strongly acidic cation resins (SAC), weakly basic anion resins (WBA), and mixed bed resins (MB). The filtered and optionally refined solution can be concentrated by evaporation (1915) to increase the dissolved solids concentration to at least 50%, at least 60%, at least 70%, or at least 80% weight/weight solids dissolved, such as about 80% weight/weight dissolved solids. In some examples, the concentration of the solution is about 70% to about 90% weight/weight dissolved solids, such as 75% to 85% weight/weight.
[0084] A solução pode ser introduzida em lote ou continuamente em uma unidade de cristalização de Xilitol (1920). Opcionalmente, etanol é adicionado a uma concentração especificada, tal como 0-40% peso/peso de etanol. Opcionalmente, a solução é semeada com cristais de Xilitol e resfriada gradualmente a uma taxa controlada sob agitação para induzir cristalização. Cristais de xilitol podem ser coletados por filtração ou centrifugação. Opcionalmente, os cristais de Xilitol coletados são lavados e secados (1960). Opcionalmente, os cristais de Xilitol coletados são re-dissolvidos (1940) para formar uma solução de Xilitol. A solução de Xilitol pode ser adicionalmente polida (1950), e a solução polida usada como produto de Xilitol líquido (1950-A). O polimento pode incluir contatar a solução de Xilitol com uma resina de troca de íon, tal como resinas de SAC, WBA, e MB. Opcionalmente, o polimento inclui contatar a solução de Xilitol com carbono ativo granulado.[0084] The solution can be introduced batchwise or continuously into a Xylitol (1920) crystallization unit. Optionally, ethanol is added to a specified concentration, such as 0-40% wt/wt ethanol. Optionally, the solution is seeded with Xylitol crystals and gradually cooled at a controlled rate under stirring to induce crystallization. Xylitol crystals can be collected by filtration or centrifugation. Optionally, the collected Xylitol crystals are washed and dried (1960). Optionally, the collected Xylitol crystals are re-dissolved (1940) to form a Xylitol solution. The Xylitol solution can be further polished (1950), and the polished solution used as liquid Xylitol product (1950-A). Polishing can include contacting the Xylitol solution with an ion exchange resin, such as SAC, WBA, and MB resins. Optionally, the polishing includes contacting the Xylitol solution with granulated active carbon.
[0085] O licor mãe da cristalização de Xilitol pode ser concentrado por evaporação (1922) a pelo menos 70% peso/peso de sólidos dissolvidos, tal como 80% a 88% peso/peso de sólidos dissolvidos. Opcionalmente, o licor mãe é removido por evaporação para remover etanol, se presente (1928). O licor mãe concentrado pode ser introduzido em uma segunda unidade de cristalização de Xilitol (1925), e pode, opcionalmente, ser semeado com cristais de Xilitol. Resfriamento gradual a uma taxa controlada pode resultar em uma segunda cristalização de Xilitol. Estes cristais (1925-A) podem ser coletados por filtração ou centrifugação. A segunda cristalização pode produzir cristais de pureza mais baixa do que a primeira cristalização. Em alguns exemplos, o licor mãe da segunda cristalização é separado por cromatogra- fia (1930) para produzir uma corrente de extrato compreendendo uma composição similar ao primeiro licor mãe, uma corrente de rafinato que é baixa em Xilitol e rica em arabitol, e uma terceira corrente compreendendo açúcares de redução residuais e oligômeros residuais. A corrente de extrato pode ser reciclada na segunda unidade de cristalização para aumentar o rendimento total de Xilitol. Opcionalmente, a corrente de extrato é removida por evaporação para remover etanol, se presente. Opcionalmente, a terceira corrente compreendendo açúcares de redução residuais é reciclada para fermentação. Opcionalmente, a terceira corrente é removida por evaporação para remover etanol, se presente (1935). Opcionalmente, a corrente de rafinato compreendendo arabitol é alimentada em um digestor anaeróbico para converter a matéria orgânica a metano que pode ser usada como uma fonte de energia. Opcionalmente, a corrente de rafinato é removida por evaporação para remover etanol, se presente (1936).[0085] The mother liquor from Xylitol crystallization can be concentrated by evaporation (1922) to at least 70% weight/weight dissolved solids, such as 80% to 88% weight/weight dissolved solids. Optionally, the mother liquor is removed by evaporation to remove ethanol, if present (1928). The concentrated mother liquor can be introduced into a second Xylitol crystallization unit (1925), and can optionally be seeded with Xylitol crystals. Gradual cooling at a controlled rate can result in a second crystallization of Xylitol. These crystals (1925-A) can be collected by filtration or centrifugation. The second crystallization can produce crystals of lower purity than the first crystallization. In some examples, the mother liquor from the second crystallization is separated by chromatography (1930) to produce an extract stream comprising a composition similar to the first mother liquor, a raffinate stream that is low in Xylitol and high in arabitol, and a third stream comprising residual reducing sugars and residual oligomers. The extract stream can be recycled to the second crystallization unit to increase the total Xylitol yield. Optionally, the extract stream is removed by evaporation to remove ethanol, if present. Optionally, the third stream comprising residual reducing sugars is recycled to fermentation. Optionally, the third stream is removed by evaporation to remove ethanol, if present (1935). Optionally, the raffinate stream comprising arabitol is fed into an anaerobic digester to convert the organic matter to methane which can be used as an energy source. Optionally, the raffinate stream is removed by evaporation to remove ethanol, if present (1936).
[0086] Em alguns exemplos, a recuperação de Xilitol do caldo de fermentação compreende: (i) filtrar o caldo de fermentação através de um microfiltro e coleta do microfiltrado resultante; (ii) filtrar o microfil- trado através de um ultrafiltrador e coleta do ultrafiltrado resultante; (iii) filtrar o ultrafiltrado através de um nanofiltro e coleta do nanofiltrado resultante; (iv) contatar o nanofiltrado com uma resina de troca de íon, produzindo, desse modo, um nanofiltrado refinado; (v) concentrar o nanofiltrado refinado por evaporação, produzindo, desse modo, um nanofiltrado concentrado; (vi) cristalizar o Xilitol do nanofiltrado concentrado; e (vii) separar cristais de Xilitol do licor mãe. Opcionalmente, recuperação do Xilitol a partir do caldo de fermentação compreende adicionalmente: (viii) dissolver os Cristais de Xilitol para formar uma solução de Xilitol; e (ix) polimento da solução de Xilitol com uma resina de troca de íon.[0086] In some examples, the recovery of Xylitol from the fermentation broth comprises: (i) filtering the fermentation broth through a microfilter and collecting the resulting microfiltrate; (ii) filtering the microfiltrate through an ultrafilter and collecting the resulting ultrafiltrate; (iii) filtering the ultrafiltrate through a nanofilter and collecting the resulting nanofiltrate; (iv) contacting the nanofiltrate with an ion exchange resin, thereby producing a refined nanofiltrate; (v) concentrating the refined nanofiltrate by evaporation, thereby producing a concentrated nanofiltrate; (vi) crystallize the Xylitol from the concentrated nanofiltrate; and (vii) separating Xylitol crystals from the mother liquor. Optionally, recovering the Xylitol from the fermentation broth further comprises: (viii) dissolving the Xylitol Crystals to form a Xylitol solution; and (ix) polishing the Xylitol solution with an ion exchange resin.
[0087] O produto de Xilitol recuperado pode compreender pelo menos 95% peso/peso de Xilitol, tal como pelo menos 96%, pelo menos 97%, pelo menos 98%, pelo menos 99%, pelo menos 99,5%, ou pelo menos 99,9% peso/peso de Xilitol. O produto de Xilitol pode ser produzido por um método aqui descrito. Opcionalmente, o produto de Xilitol compreende menos do que 1% peso/peso de oligossacarídeos, tal como menos do que 0,5%, menos do que 0,25%, menos do que 0,1%, menos do que 0,05%, ou menos do que 0,01% peso/peso de oligossacarídeos. Opcionalmente, o produto de Xilitol compreende hexoses em uma quantidade até 1% peso/peso, tal como até 0,5%, até 0,25%, até 0,1%, até 0,05%, ou até 0,01% peso/peso de hexoses. As hexoses podem ser selecionadas de glicose, galactose, manose, e fru- tose. Opcionalmente, o produto de Xilitol compreende menos do que 100 ppm de arabitol, tal como menos do que 50 ppm, 10 ppm, 1 ppm, ou 1 ppb de arabitol. Opcionalmente, o produto de Xilitol compreende menos do que 100 ppm de galactitol, tal como menos do que 50 ppm, 10 ppm, 1 ppm, ou 1 ppb de galactitol. Em alguns exemplos, galactitol não é detectado no produto de Xilitol. Opcionalmente, o produto de Xilitol compreende cinza em uma quantidade até 0,25% peso/peso, tal como até 0,1%, até 0,05%, ou até 0,01% peso/peso de cinza. Opcio-nalmente, o produto de Xilitol compreende furfural em uma quantidade até 500 ppm, tal como até 250 ppm, 100 ppm, 50 ppm, 10 ppm, ou 1 ppm de furfural. Opcionalmente, o produto de Xilitol compreende uma amina em uma quantidade até 500 ppm, tal como até 250 ppm, 100 ppm, 50 ppm, 10 ppm, ou 1 ppm de amina, e no qual a amina compreende pelo menos 12 átomos de carbono. Opcionalmente, o produto de Xilitol compreende um C6-12 monoálcool em uma quantidade até 500 ppm, tal como até 250 ppm, 100 ppm, 50 ppm, 10 ppm, ou 1 ppm C6-12 monoálcool. Em alguns exemplos, o produto de Xilitol é provido na forma cristalina. Em alguns exemplos, o produto de Xilitol é provido como uma solução aquosa. Opcionalmente, a concentração da solução aquosa é pelo menos 50% peso/peso de sólidos dissolvidos, por exemplo, cerca de 70% a cerca de 90% peso/peso de sólidos dissolvidos, tal como 75% a 85% peso/peso.[0087] The recovered Xylitol product may comprise at least 95% weight/weight Xylitol, such as at least 96%, at least 97%, at least 98%, at least 99%, at least 99.5%, or at least 99.9% weight/weight Xylitol. The Xylitol product can be produced by a method described herein. Optionally, the Xylitol product comprises less than 1% weight/weight of oligosaccharides, such as less than 0.5%, less than 0.25%, less than 0.1%, less than 0.05 %, or less than 0.01% weight/weight of oligosaccharides. Optionally, the Xylitol product comprises hexoses in an amount of up to 1% weight/weight, such as up to 0.5%, up to 0.25%, up to 0.1%, up to 0.05%, or up to 0.01% weight/weight of hexoses. The hexoses can be selected from glucose, galactose, mannose, and fructose. Optionally, the Xylitol product comprises less than 100 ppm arabitol, such as less than 50 ppm, 10 ppm, 1 ppm, or 1 ppb arabitol. Optionally, the Xylitol product comprises less than 100 ppm of galactitol, such as less than 50 ppm, 10 ppm, 1 ppm, or 1 ppb of galactitol. In some instances, galactitol is not detected in the Xylitol product. Optionally, the Xylitol product comprises ash in an amount of up to 0.25% weight/weight, such as up to 0.1%, up to 0.05%, or up to 0.01% weight/weight ash. Optionally, the Xylitol product comprises furfural in an amount up to 500 ppm, such as up to 250 ppm, 100 ppm, 50 ppm, 10 ppm, or 1 ppm of furfural. Optionally, the Xylitol product comprises an amine in an amount of up to 500 ppm, such as up to 250 ppm, 100 ppm, 50 ppm, 10 ppm, or 1 ppm amine, and wherein the amine comprises at least 12 carbon atoms. Optionally, the Xylitol product comprises a C6-12 monoalcohol in an amount up to 500 ppm, such as up to 250 ppm, 100 ppm, 50 ppm, 10 ppm, or 1 ppm C6-12 monoalcohol. In some examples, the Xylitol product is provided in crystalline form. In some examples, the Xylitol product is provided as an aqueous solution. Optionally, the concentration of the aqueous solution is at least 50% weight/weight dissolved solids, for example, about 70% to about 90% weight/weight dissolved solids, such as 75% to 85% weight/weight.
[0088] O rendimento de recuperação total de Xilitol por uma separação de Xilitol dos métodos objetos pode ser mais do que 70%, mais do que 75%, mais do que 80%, mais do que 85%, mais do que 86%, mais do que 87%, mais do que 88%, mais do que 89%, mais do que 90%, mais do que 91%, mais do que 92%, mais do que 93%, mais do que 94%, mais do que 95%, mais do que 96%, mais do que 97%, ou mais do que 98% de Xilitol. Em alguns exemplos, o rendimento de Xilitol recuperado pelos métodos objetos é pelo menos 50%, pelo menos 55%, pelo menos 60%, pelo menos 65%, pelo menos 70%, pelo menos 75%, pelo menos 80%, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 91%, pelo menos 92%, pelo menos 93%, pelo menos 94%, pelo menos 95%, pelo menos 96%, pelo menos 97%, ou pelo menos 98% de Xilitol relativo ao teor de xilose da biomassa contendo lignoce- lulose.[0088] The total recovery yield of Xylitol by a separation of Xylitol from the object methods can be more than 70%, more than 75%, more than 80%, more than 85%, more than 86%, more than 87%, more than 88%, more than 89%, more than 90%, more than 91%, more than 92%, more than 93%, more than 94%, more than than 95%, greater than 96%, greater than 97%, or greater than 98% Xylitol. In some examples, the yield of Xylitol recovered by the object methods is at least 50%, at least 55%, at least 60%, at least 65%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least 90%, at least 91%, at least 92%, at least 93%, at least 94%, at least 95%, at least 96%, at least 97%, or at least 98% Xylitol relative to the xylose content of biomass containing lignocellulose.
[0089] O Xilitol pode ser separado de uma solução de mistura de açúcar por cromatografia de exclusão de íon de leito móvel simulado (SMB) usando uma resina de troca de íon (ver, por exemplo, U.S. Pat. No. 6.451.123). Um sistema e método aperfeiçoados para o fracionamento de Xilitol por uma cromatografia de leito móvel simulada de escala industrial (SSMB) podem ser usados (ver, por exemplo, US App. No. 14/398.444). Alternativamente, uma resina de SAC pode ser usada para a separação de Xilitol de uma mistura de poliol (ver, por exemplo, US Pat No. 4.008.285), no qual o sal da resina é selecionado a partir do grupo consistindo de sais de metal alcalino terroso (por exemplo sais de Sr2+, sais de Ca2+), sais de Fe3+ e sais de Al3+. Em alguns exemplos, um método de SSMB similar é aplicado para produzir uma corrente enriquecida com Xilitol, uma corrente de arabitol e uma corrente de açúcar de redução compreendendo monômeros e oligômeros. A corrente enriquecida com Xilitol é reciclada para a alimentação do cristalizador, tal que o rendimento de Xilitol é maximizado. A corrente de açúcar de redução é opcionalmente removida de etanol residual, se presente, e reciclada para a unidade de fermentação. A corrente de arabitol é removida de etanol residual, se presente, e é alimentada a um processo de tratamento de despejo compreendendo um digestor anaeróbico para produzir metano que pode ser usado como uma fonte de energia para o processo.[0089] Xylitol can be separated from a mixed sugar solution by simulated moving bed ion exclusion chromatography (SMB) using an ion exchange resin (see, for example, U.S. Pat. No. 6,451,123) . An improved system and method for the fractionation of Xylitol by an industrial scale simulated moving bed chromatography (SSMB) can be used (see, for example, US App. No. 14/398,444). Alternatively, a SAC resin can be used for the separation of Xylitol from a polyol mixture (see, for example, US Pat No. 4,008,285), in which the salt of the resin is selected from the group consisting of salts of alkaline earth metal (for example Sr2+ salts, Ca2+ salts), Fe3+ salts and Al3+ salts. In some examples, a similar SSMB method is applied to produce a Xylitol enriched stream, an arabitol stream and a reducing sugar stream comprising monomers and oligomers. The Xylitol enriched stream is recycled to the crystallizer feed such that the Xylitol yield is maximized. The reducing sugar stream is optionally removed from residual ethanol, if present, and recycled to the fermentation unit. The arabitol stream is removed from residual ethanol, if present, and is fed to a waste treatment process comprising an anaerobic digester to produce methane which can be used as an energy source for the process.
[0090] Um fracionamento cromatográfico para alcançar enriquecimento de concentração de Xilitol pode ser efetuado com resinas de troca de íon (por exemplo, uma resina de troca de cátion e uma resina de troca de ânion) como o material de recheio de coluna. As resinas de troca de cátion incluem resinas de troca de cátion de ácido forte. As resinas de troca de cátion de ácido forte podem estar em uma forma de cátion de metal monovalente ou multivalente, por exemplo, na forma de H+, Mg2+, Ca2+, Sr2+ ou Zn2+. As resinas de troca de cátion de ácido forte tipicamente têm um esqueleto de estireno, que é, de preferência, reticulado com 3 a 8%, de preferência, 5 a 6,5% de divinilben- zeno. As resinas de troca de cátion de ácido fraco podem estar na forma de cátion de metal monovalente ou multivalente, por exemplo, forma de H+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, ou forma de Na+. Resinas adequadas podem ser compradas de Lanxess AG, Purolite, Dow Chemicals Ltd. ou Rohm & Haas.[0090] A chromatographic fractionation to achieve Xylitol concentration enrichment can be performed with ion exchange resins (for example, a cation exchange resin and an anion exchange resin) as the column packing material. Cation exchange resins include strong acid cation exchange resins. Strong acid cation exchange resins can be in a monovalent or multivalent metal cation form, for example, in the form of H+, Mg2+, Ca2+, Sr2+ or Zn2+. Strong acid cation exchange resins typically have a styrene backbone, which is preferably cross-linked with 3 to 8%, preferably 5 to 6.5% divinylbenzene. Weak acid cation exchange resins may be in monovalent or multivalent metal cation form, for example, H+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, or Na+ form. Suitable resins can be purchased from Lanxess AG, Purolite, Dow Chemicals Ltd. or Rohm & Haas.
[0091] Um fracionament6o cromatográfico pode ser efetuado em um modo de lote, um modo de leito móvel simulado (SMB), ou um modo de leito móvel simulado sequencial (SSMB). A temperatura do fracionamento cromatográfico é tipicamente na faixa de 20 a 90°C, tal como 40 a 65°C. O pH da solução a ser fracionada pode ser ácido ou ajustado a uma faixa de pH 2,5 a 7, de preferência, 3,5 a 6,5, e, mais de preferência, 4 a 5,5. O fracionamento pode ser efetuado com uma taxa de fluxo linear de cerca de 1 m/h a cerca de 10 m/h na coluna de separação.[0091] A chromatographic fractionation can be performed in a batch mode, a simulated moving bed (SMB) mode, or a sequential simulated moving bed (SSMB) mode. The temperature of the chromatographic fractionation is typically in the range of 20 to 90°C, such as 40 to 65°C. The pH of the solution to be fractionated can be acidic or adjusted to a range of pH 2.5 to 7, preferably 3.5 to 6.5, and more preferably 4 to 5.5. Fractionation can be carried out with a linear flow rate of about 1 m/h to about 10 m/h in the separation column.
[0092] A Fig. 7 apresenta um teste de pulso mostrando a separação de Xilitol de uma mistura aquosa compreendendo Xilitol, arabitol, xilose e etanol, indicando a capacidade de fracionar Xilitol por SSMB. A resina é uma resina de SAC na forma de Sr2+.[0092] Fig. 7 shows a pulse test showing the separation of Xylitol from an aqueous mixture comprising Xylitol, arabitol, xylose and ethanol, indicating the ability to fractionate Xylitol by SSMB. The resin is a SAC resin in the Sr2+ form.
[0093] Uma biomassa concretizada em um método ou sistema objeto aqui revelado pode ser bagaço de cana de açúcar. Em alguns exemplos, a biomassa pode compreender folhas de cana de açúcar. Enquanto que pode ser desejável retornar alguma massa das folhas de cana de açúcar de volta ao dolo após coleta, o excesso de massa de folhas de cana de açúcar pode ser problemático. Muitos técnicos no assunto atualmente consideram que folhas de cana de açúcar sejam despejos que necessitam de serem tratados em soluções nocivas ao meio ambiente, tal como queima. As folhas de cana de açúcar que entram no moinho de açúcar podem reduzir a capacidade de produção e aumentar as perdas de sacarose à fibra que sai (isto é, bagaço). Pode ser, portanto, vantajoso aos produtores de cana de açúcar e/ou ao mo-inho de açúcar usar folhas como uma fonte de açúcares hemicelulósi- cos. Atualmente, algumas das folhas podem ser processadas através do moinho de açúcar. Desde que o teor de sacarose nas folhas é baixo, elas efetivamente reduzem a produtividade do moinho de açúcar. Em alguns exemplos, as folhas são separadas das canas coletadas por classificação de ar para separar as folhas leves da cana pesada. Em alguns exemplos, as folhas são coletadas no campo, enfardadas e, em seguida, transferidas diretamente à unidade de lavagem para processamento. As folhas de cana de açúcar podem ser processadas similarmente a bagaço de cana de açúcar ou misturadas com bagaço para processamento.[0093] A biomass materialized in a method or object system disclosed here can be sugarcane bagasse. In some examples, the biomass may comprise sugar cane leaves. While it may be desirable to return some sugarcane leaf mass back to the dolo after collection, excess sugarcane leaf mass can be problematic. Many technicians in the subject currently consider that sugar cane leaves are waste that need to be treated in solutions that are harmful to the environment, such as burning. Sugar cane leaves entering the sugar mill can reduce production capacity and increase sucrose losses to the outgoing fiber (ie bagasse). It may therefore be advantageous for the sugarcane growers and/or the sugar mill to use leaves as a source of hemicellulosic sugars. Currently, some of the leaves can be processed through the sugar mill. Since the sucrose content in the leaves is low, they effectively reduce the productivity of the sugar mill. In some instances, the leaves are separated from the collected canes by air sorting to separate the light leaves from the heavy cane. In some examples, the leaves are collected in the field, baled, and then transferred directly to the washing plant for processing. Sugarcane leaves can be processed similarly to sugarcane bagasse or mixed with bagasse for processing.
[0094] Se uma matéria-prima de alta xilose outra do que bagaço de cana de açúcar ou folhas é usada, por exemplo, bétula ou eucalipto, a etapa de lavagem pode ser desnecessária, e o sistema adaptado consequentemente por substituição da unidade de lavagem com um sistema de descascamento e de dimensionamento. A unidade de extração de hemiceluloses e métodos aqui revelados são particularmente adequados para recuperação dos açúcares de hemicelulose compreendendo xilose de pré-hidrolisatos produzidos na dissolução dos moinhos de polpa na produção de fibras celulósicas, por exemplo, viscose e acetato. Pré-hidrólise é aplicada na dissolução de moinhos de polpa para remover hemicelulose da biomassa antes de um Kraft ou polpa- ção de sulfito. A dissolução das polpas tipicamente contém baixos níveis de hemicelulose residual (por exemplo, até 3%, até 2% ou até 1% peso/peso de hemicelulose), comparada a altos níveis em polpa Kraft de grau de papel típica, tipicamente cerca de 10%. Tipicamente, pré- hidrólise é conduzida na difusão de digestores de polpa por tratamento das aparas de madeira com vapor ou água para induzir auto hidrólise. A hidrólise de vapor pode resultar no hidrolisato sendo mantido pelos poros da madeira. A hidrólise em água pode permitir a coleta do hidro- lisato formado em rendimentos mais altos. Opcionalmente, um ácido pode ser adicionado à água para acelerar a hidrólise da hemicelulose. Opcionalmente, o ácido pode ser um ácido mineral ou um ácido orgânico, por exemplo, SO2, H2SO4, HCl, ácido acético, ou ácido fórmico. Desde que as condições de pré-hidrólise podem ser bastante severas para remover otimamente hemicelulose da biomassa, o hidrolisato resultante pode ser relativamente alto na degradação dos produtos. Não obstante, o hidrolisato pode ser refinado, e xilose e/ou Xilitol podem ser coletados nos sistemas e métodos aqui revelados, valorizando, desse modo, a corrente de hidrolisato e contribuindo significantemente à economia do moinho. Opcionalmente, o sistema aqui revelado pode ser combinado com a dissolução de moinho de polpa para recuperação de produtos químicos, reciclagem de solvente, e coleta de energia de correntes de despejo, reduzindo, desse modo, o custo de produção de ambos os açúcares de hemicelulose e a polpa de dissolução. Opcionalmente, hexoses são adicionadas ao hidrolisato antes da fermentação para alcançar as proporções preferidas de xilose a hexoses conforme descrito acima para a corrente de açúcar de hemicelulose refinado e a matéria-prima de fermentação.[0094] If a high xylose raw material other than sugarcane bagasse or leaves is used, for example birch or eucalyptus, the washing step may be unnecessary, and the system adapted accordingly by replacing the washing unit with a peeling and dimensioning system. The hemicellulose extraction unit and methods disclosed herein are particularly suitable for recovering the hemicellulose sugars comprising xylose from prehydrolysates produced in the dissolution of pulp mills in the production of cellulosic fibers, for example, viscose and acetate. Pre-hydrolysis is applied in dissolving pulp mills to remove hemicellulose from the biomass before a Kraft or sulphite pulping. Dissolving pulps typically contain low levels of residual hemicellulose (e.g., up to 3%, up to 2% or up to 1% weight/weight hemicellulose), compared to high levels in typical paper grade Kraft pulp, typically around 10 %. Typically, pre-hydrolysis is conducted in diffusion pulp digesters by treating the wood chips with steam or water to induce self-hydrolysis. Steam hydrolysis can result in the hydrolyzate being held by the pores of the wood. Hydrolysis in water may allow collection of the formed hydrolysate in higher yields. Optionally, an acid can be added to the water to accelerate the hydrolysis of the hemicellulose. Optionally, the acid can be a mineral acid or an organic acid, for example SO2 , H2SO4 , HCl, acetic acid, or formic acid. Since the prehydrolysis conditions can be severe enough to optimally remove hemicellulose from the biomass, the resulting hydrolyzate can be relatively high in degradation products. Nevertheless, the hydrolyzate can be refined, and xylose and/or Xylitol can be collected in the systems and methods disclosed herein, thereby enhancing the hydrolyzate stream and contributing significantly to mill economy. Optionally, the system disclosed herein can be combined with pulp mill dissolution for chemical recovery, solvent recycling, and waste stream energy harvesting, thereby reducing the production cost of both hemicellulose sugars. and the dissolving pulp. Optionally, hexoses are added to the hydrolyzate prior to fermentation to achieve the preferred ratios of xylose to hexoses as described above for the refined hemicellulose sugar stream and the fermentation feedstock.
[0095] Em um aspecto, a revelação proporciona um sistema para produção de Xilitol de uma biomassa contendo lignocelulose. Em um exemplo, o sistema compreende: (i) uma unidade de extração de he- micelulose configurada para extrair e hidrolisar hemicelulose da biomassa para produzir uma corrente de açúcar de hemicelulose e uma corrente remanescente de lignocelulose; (ii) uma unidade de refino em comunicação de fluido com uma unidade de extração, no qual a unidade de refino é configurada para receber a corrente de açúcar de hemicelulose e um agente de extração de amina, e no qual o agente de extração de amina remove impurezas da corrente de açúcar de hemicelulose para produzir uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado; opcionalmente, (iii) uma unidade de detecção configurada para analisar um ou mais parâmetros da corrente de açúcar de hemi- celulose refinado, no qual os um ou mais parâmetros são selecionados de pH, absorvência de luz, condutividade, densidade, concentração de xilose, e concentração de hexose; (iv) uma unidade de fermentação em comunicação de fluido com a unidade de refino para receber a corrente de açúcar de hemicelulose refinado, no qual a unidade de fermentação é configurada para conter a corrente refinada e um microrganismo, e no qual o microrganismo facilita a produção do Xilitol de um monossacarídeo na corrente refinada para produzir um caldo de fermentação; e (v) uma unidade de refino de Xilitol, no qual a unidade de refino de Xilitol é configurada para remover o Xilitol a partir do caldo de fermentação.[0095] In one aspect, the disclosure provides a system for producing Xylitol from a lignocellulose-containing biomass. In one example, the system comprises: (i) a hemicellulose extraction unit configured to extract and hydrolyze hemicellulose from biomass to produce a hemicellulose sugar stream and a lignocellulose remnant stream; (ii) a refining unit in fluid communication with an extraction unit, in which the refining unit is configured to receive the hemicellulose sugar stream and an amine extracting agent, and in which the amine extracting agent removes impurities from the hemicellulose sugar stream to produce a refined hemicellulose sugar stream; optionally, (iii) a detection unit configured to analyze one or more parameters of the refined hemi-cellulose sugar stream, in which the one or more parameters are selected from pH, light absorbance, conductivity, density, xylose concentration, and hexose concentration; (iv) a fermentation unit in fluid communication with the refining unit to receive the refined hemicellulose sugar stream, in which the fermentation unit is configured to contain the refined stream and a microorganism, and in which the microorganism facilitates the Xylitol production of a monosaccharide in the refined stream to produce a fermentation broth; and (v) a Xylitol refining unit, in which the Xylitol refining unit is configured to remove Xylitol from the fermentation broth.
[0096] Opcionalmente, o sistema compreende adicionalmente uma unidade de lavagem configurada para remover cinza e solo a partir da biomassa. A unidade de lavagem pode estar em comunicação de fluido com a unidade de extração de hemicelulose. Opcionalmente, uma unidade de lavagem em contra corrente, conforme representada na Fig. 8 é usada para retirada de solo e retirada de cinza da biomassa. Um método para redução de teor de cinza e teor de solo pode compreender pelo menos um e até n estágios de re-fluidização e moagem (por exemplo, trituração) da biomassa, e pelo menos um e até m estágios de lavagem e desidratação da biomassa, no qual n é 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10 e m é 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10. Opcionalmente, n é igual a m. Em alguns exemplos, m é maior do que n, ou n é maior do que m.[0096] Optionally, the system additionally comprises a washing unit configured to remove ash and soil from the biomass. The washing unit may be in fluid communication with the hemicellulose extraction unit. Optionally, a backwash unit, as shown in Fig. 8 is used for soil removal and biomass ash removal. A method for reducing ash content and soil content may comprise at least one and up to n stages of re-fluidizing and grinding (e.g. grinding) the biomass, and at least one and up to m stages of washing and dewatering the biomass , where n is 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 and m is 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10. Optionally, n equals m. In some examples, m is greater than n, or n is greater than m.
[0097] Cada estágio de uma unidade de lavagem usada para reduzir o teor de solo e teor de cinza de uma biomassa pode compreender um tanque, no qual a biomassa é re-fluidizada por meio de um agitador, uma bomba, ou qualquer outro meio capaz de causar re- fluidização da biomassa na água. Opcionalmente, a proporção de lí- quido para sólido no tanque é 30-60:1, tal como uma proporção de líquido para sólido de 60 a 1, 55 a 1, 50 a 1, 45 a 1, 40 a 1, 35 a 1, ou 30 a 1. Cada tanque pode ser equipado com uma admissão de sólidos. O tanque pode estar em comunicação de fluido, por exemplo, via uma bomba e um tubo, com um dispositivo de desidratação, no qual a pasta fluida no tanque pode ser transferida para o dispositivo de desidratação. A unidade de lavagem pode compreender um tubo para retornar a fase líquida a partir do dispositivo de desidratação para o tanque. Opcionalmente, o dispositivo de desidratação está posicionado mais alto do que o tanque de modo que gravidade pode auxiliar no retorno do líquido ao tanque. Em alguns exemplos, cada tanque é equipado com uma admissão de líquido conectada para receber líquido de seu estágio n+1, e uma descarga de líquido conectada para distribuir líquido a ser estágio n-1, onde a descarga de líquido de estágio I pode ser conectada para distribuir líquido a um tanque auxiliar para reciclagem de água. A posição da descarga de líquido pode ser no topo da fase líquida no tanque de cada estágio, tal que o líquido é transferido como uma corrente transbordante. Opcionalmente, o tanque de estágio n compreende uma admissão de água adicional conectada para receber uma corrente de água. Opcionalmente, a corrente de água compreende água reciclada filtrada ou tratada a partir da unidade de lavagem, água fresca, ou água de processo, de outras unidades do sistema.[0097] Each stage of a washing unit used to reduce the soil content and ash content of a biomass may comprise a tank, in which the biomass is re-fluidized by means of an agitator, a pump, or any other means capable of causing re-fluidization of biomass in water. Optionally, the liquid to solid ratio in the tank is 30-60:1, such as a liquid to solid ratio of 60 to 1, 55 to 1, 50 to 1, 45 to 1, 40 to 1, 35 to 1, or 30 to 1. Each tank can be equipped with a solids inlet. The tank may be in fluid communication, for example via a pump and a pipe, with a dewatering device, in which the slurry in the tank can be transferred to the dewatering device. The washing unit may comprise a tube for returning the liquid phase from the dewatering device to the tank. Optionally, the dewatering device is positioned higher than the tank so that gravity can assist in returning the liquid to the tank. In some examples, each tank is equipped with a liquid inlet connected to receive liquid from its stage n+1, and a liquid discharge connected to distribute liquid to its stage n-1, where the liquid discharge of stage I can be connected to deliver liquid to an auxiliary tank for water recycling. The liquid discharge position can be at the top of the liquid phase in the tank of each stage, such that the liquid is transferred as an overflow stream. Optionally, the n-stage tank comprises an additional water intake connected to receive a stream of water. Optionally, the water stream comprises filtered or treated recycled water from the wash unit, fresh water, or process water from other units in the system.
[0098] Um tanque auxiliar da unidade de lavagem pode receber uma corrente de purga. A corrente de purga pode vir a partir do trans- bordamento sequencial ou a partir da purga de fundo dos tanques, em um modo contínuo ou intermitente. Opcionalmente, o tanque auxiliar é conectado a pelo menos um dispositivo para a separação de partículas finas do líquido, tal como um hidrociclone, uma centrífuga, ou um filtro. Um hidrociclone ou uma centrífuga pode ser usado para recuperar par- tículas finas de biomassa a partir da descarga de topo. Esta biomassa recuperada pode ser enviada ao tanque de estágio n para minimizar perdas de biomassa. Partículas de cinza e de solo podem ser separadas a partir da descarga de fundo, ou a descarga de densidade mais alta (contudo, posicionada no dispositivo de separação usado). Esta corrente pode ser adicionalmente filtrada para remover solo e recuperar a água.[0098] An auxiliary tank of the washing unit can receive a purge stream. The purge current can come from the sequential overflow or from the bottom purge of the tanks, in a continuous or intermittent mode. Optionally, the auxiliary tank is connected to at least one device for separating fine particles from the liquid, such as a hydrocyclone, a centrifuge, or a filter. A hydrocyclone or centrifuge can be used to recover fine biomass particles from the top discharge. This recovered biomass can be sent to the n-stage tank to minimize biomass losses. Ash and soil particles can be separated from the bottom discharge, or the higher density discharge (however, positioned in the used separation device). This stream can be further filtered to remove soil and recover water.
[0099] O tanque de cada estágio pode também ser equipado com uma descarga de líquido de baixo nível/sólido, de preferência, posicionada no fundo do tanque. Opcionalmente, o sistema é também equipado com pelo menos uma admissão de ar pressurizado. Um ou mais estágios podem ser equipados com um dispositivo de trituração ou moagem, no qual tal dispositivo é opcionalmente um dispositivo de trituração ou moagem submerso em linha. Em alguns exemplos, a trituração ou moagem é aumentadamente mais fina com cada estágio progressivo n na unidade de lavagem. Vários fabricantes oferecem dispositivos de trituração, moagem, homogeneização e polpação adequados, incluindo, por exemplo, EBERA Fluid Handling, Bolton Emerson, ARDE- BARINKO and IKA. Dispositivos diferentes podem ser usados em estágios diferentes.[0099] The tank of each stage can also be equipped with a low-level liquid/solid discharge, preferably positioned at the bottom of the tank. Optionally, the system is also equipped with at least one pressurized air intake. One or more stages may be equipped with a grinding or grinding device, which device is optionally an in-line submerged grinding or grinding device. In some examples, the crushing or grinding is increasingly finer with each progressive stage n in the washing unit. Several manufacturers offer suitable crushing, grinding, homogenizing and pulping devices including, for example, EBERA Fluid Handling, Bolton Emerson, ARDE-BARINKO and IKA. Different devices can be used at different stages.
[00100] Opcionalmente, pelo menos um dispositivo de desidratação compreende uma peneira. O tamanho de peneira pode variar entre 1000 e 100 micrômetros. Opcionalmente, o tamanho da peneira é diminuído com cada estágio progressivo m na unidade de lavagem. A peneira pode ser mantida em uma posição diagonal, ou em uma posição encurvada com relação a terra. A biomassa pode ser coletada a partir do topo da peneira e transferida através da calha de transferência de sólido para o tanque de estágio n+1. Um líquido compreendendo partículas de sólido e partículas finas de biomassa pode ser através da peneira, e pode ser retornado ao tanque de estágio n. Vários fabri- cantes oferecem dispositivos de peneiramento adequados, incluindo, por exemplo, Dorr-Oliver and FluidQuip. Dispositivos diferentes podem ser usados em estágios diferentes.[00100] Optionally, at least one dehydration device comprises a sieve. The sieve size can vary between 1000 and 100 micrometers. Optionally, the sieve size is decreased with each progressive m stage in the washing unit. The sieve can be held in a diagonal position, or in a curved position with respect to the ground. Biomass can be collected from the top of the screen and transferred through the solid transfer chute to the n+1 stage tank. A liquid comprising solid particles and fine biomass particles can pass through the sieve, and can be returned to the n-stage tank. Several manufacturers offer suitable screening devices, including, for example, Dorr-Oliver and FluidQuip. Different devices can be used at different stages.
[00101] Em alguns exemplos, um dispositivo de desidratação pode ser conectado a outro dispositivo de desidratação diretamente (isto é, não através de outro tanque). Opcionalmente, o dispositivo de desidratação final m aplica pressão para reduzir teor de água a um mínimo. Em alguns exemplos, o teor de água final da biomassa lavada pode ser menos do que 70, menos do que 65, menos do que 60, menos do que 55, menos do que 50, menos do que 45, menos do que 40, menos do que 35, ou menos do que 30% peso/peso. Em alguns exemplos, o teor de água final da biomassa lavada é 40-60% peso/peso. O dispositivo de desidratação final pode compreender uma prensa de rosca. Uma prensa de rosca adequada pode compreender, ou uma rosca única ou rosca dupla, ou uma rosca gêmea, ou moinho de cilindro que alcança o teor de água final na taxa de produção desejada. Vários fabricantes oferecem dispositivos de prensa de rosca adequados, incluindo, por exemplo, Vincent Corporation, Stord Bartz, FKC Company Ltd e Parkson Corporation. Dispositivos diferentes podem ser usados em estágios diferentes.[00101] In some examples, a dewatering device may be connected to another dewatering device directly (ie, not through another tank). Optionally, the final dewatering device m applies pressure to reduce water content to a minimum. In some examples, the final water content of the washed biomass may be less than 70, less than 65, less than 60, less than 55, less than 50, less than 45, less than 40, less than 35, or less than 30% weight/weight. In some examples, the final water content of the washed biomass is 40-60% weight/weight. The final dewatering device may comprise a screw press. A suitable screw press may comprise either a single screw or twin screw or a twin screw or cylinder mill which achieves the final water content at the desired production rate. Several manufacturers offer suitable screw press devices including, for example, Vincent Corporation, Stord Bartz, FKC Company Ltd and Parkson Corporation. Different devices can be used at different stages.
[00102] A biomassa crua pode ser recebida pela unidade de lavagem da coleta ou tratamento á montante em aparas, pedaços, ou partículas de vários tamanhos. Opcionalmente, a biomassa cria é primeiro triturada ou cortada para quebrar pedaços e dimensionar a biomassa crua a tamanho uniforme que pode ser re-fluidizada e manuseada por bombas e moinhos adicionalmente à jusante. Sistemas adequados para trituração ou corte podem ser selecionados de, mas não são limitados a, um triturador de mandíbula, um triturador de cone, um triturador, um moinho de martelo, e um fragmentador. Numerosos fabricantes oferecem tal equipamento, incluindo, por exemplo, West Salem Machi nery, Metso Corporation e Andritz. Opcionalmente, a biomassa crua é dimensionada tal como maior do que 70, 75, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, ou maior do que 99% pe- so/peso através de peneira de malha 20 (841 micrômetros). Opcionalmente, a biomassa crua é dimensionada tal que maior do que 70, 75, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, ou maior do que 99% peso/peso através de uma peneira de malha 12 (1680 micrômeros). Opcionalmente, a biomassa crua é dimensionada tal que maior do que 70, 75, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, ou maior do que 99% peso/peso através de uma peneira de malha 7 (2830 micrômeros). Opcionalmente, a bi-omassa crua é dimensionada tal que maior do que 70, 75, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, ou maior do que 99% peso/peso através de uma peneira de malha 5 (4000 mi- crômeros). Em alguns exemplos, maior do que 93% peso/peso através de uma peneira de malha 12 e maior do que 90% peso/peso através de uma peneira de malha 20. Em alguns exemplos, cerca de 20% (pe- so/peso) do material é retido em uma peneira de malha 60 (250 mi- crômeros) e cerca de 20% (peso/peso) é retido em uma peneira de malha 40 (400 micrômeros). Em alguns exemplos, menos do que 4%, menos do que 5%, menos do que 6%, menos do que 7%, menos do que 8%, menos do que 9%, menos do que 10%, menos do que 11%, ou menos do que 12% peso/peso através de uma peneira de malha 200 (7480 micrômeros). A biomassa cria dimensionada pode ser transferida por qualquer meio de transferência de material sólido, e pode ser alimentada ao tanque do estágio I da unidade de lavagem.[00102] The raw biomass can be received by the upstream collection or treatment washing unit in shavings, pieces, or particles of various sizes. Optionally, the created biomass is first shredded or chopped to break up chunks and scale the raw biomass to uniform size which can be re-fluidized and handled by pumps and mills further downstream. Systems suitable for crushing or cutting can be selected from, but are not limited to, a jaw crusher, a cone crusher, a crusher, a hammer mill, and a shredder. Numerous manufacturers offer such equipment, including, for example, West Salem Machinery, Metso Corporation and Andritz. Optionally, the raw biomass is sized as greater than 70, 75, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, or greater than 99% weight/weight through a 20 mesh (841 micrometer) sieve. Optionally, the raw biomass is sized such that greater than 70, 75, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, or greater than 99% weight/weight through a 12 mesh (1680 micrometer) sieve. Optionally, the raw biomass is sized such that greater than 70, 75, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, or greater than 99% weight/weight through a 7 mesh (2830 micrometer) sieve. Optionally, the raw biomass is sized such that greater than 70, 75, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, or greater than 99% weight/weight through a 5 mesh (4000 micrometer) sieve. In some examples, greater than 93% weight/weight through a 12 mesh screen and greater than 90% weight/weight through a 20 mesh screen. In some examples, about 20% (weight/weight) ) of the material is retained on a 60 mesh (250 micrometer) sieve, and about 20% (weight/weight) is retained on a 40 mesh (400 micrometer) sieve. In some examples, less than 4%, less than 5%, less than 6%, less than 7%, less than 8%, less than 9%, less than 10%, less than 11 %, or less than 12% weight/weight through a 200 mesh (7480 micrometer) sieve. The sized biomass can be transferred by any solid material transfer medium, and can be fed to the stage I tank of the washing unit.
[00103] Um sistema aqui descrito pode compreender uma unidade de extração de hemicelulose configurada para extrair e hidrolisar he- micelulose de biomassa para produzir uma corrente de açúcar de he- micelulose e uma corrente remanescente de lignocelulose. Uma uni dade de extração de hemicelulose pode compreender um tanque equipado com um dispositivo de alimentação de sólido e pelo menos um dispositivo de alimentação aquoso, no qual o tanque pode manter pressão de pelo menos 400 psi, e pode ser aquecido à temperatura de pelo menos 250°C. O tanque pode ser equipado com capacidade de agitação para misturar correntes de sólido e líquido. Opcionalmente, o tanque é equipado com capacidade de fluxo para mover correntes de sólido e líquido. O tanque pode ser equipado com uma descarga adequada para remoção da pasta fluida reagida. Um tanque da unidade de extração pode, opcionalmente, ter mais do que um compartimento no qual compartimentos adjacentes são separados por barragens. Op-cionalmente, a unidade de extração pode compreender mais do que um tanque, no qual os tanques estão em comunicação de fluido com tanques adjacentes para permitir que a massa escoe através de tanques consecutivos. Em alguns exemplos, a unidade de extração compreende um reator pistão. O reator pistão pode ser montado em um ângulo baixo para auxiliar no reator que esvazia quando uma parada é requerida. O reator pode ser parcialmente ou completamente revestido para impedir perda de calor.[00103] A system described herein may comprise a hemicellulose extraction unit configured to extract and hydrolyze hemicellulose from biomass to produce a hemicellulose sugar stream and a lignocellulose remnant stream. A hemicellulose extraction unit may comprise a tank equipped with a solid feed device and at least one aqueous feed device, in which the tank can maintain a pressure of at least 400 psi, and can be heated to a temperature of at least 250°C. The tank can be equipped with stirring capability to mix solid and liquid streams. Optionally, the tank is equipped with flow capability to move solid and liquid streams. The tank may be equipped with a suitable discharge for removing the reacted slurry. An extraction unit tank may optionally have more than one compartment in which adjacent compartments are separated by dams. Optionally, the extraction unit may comprise more than one tank, in which the tanks are in fluid communication with adjacent tanks to allow the mass to flow through consecutive tanks. In some examples, the extraction unit comprises a piston reactor. The reactor piston can be mounted at a low angle to assist in the reactor emptying when a shutdown is required. The reactor can be partially or completely lined to prevent heat loss.
[00104] Uma pasta fluida aquosa compreendendo a biomassa pode ser alimentada continuamente para a unidade de extração de hemi- celulose. Em alguns exemplos, a concentração ácida da pasta fluida aquosa é monitorada. Opcionalmente, ácido adicional é adicionado se a concentração ácida está abaixo de um limite. Opcionalmente, referido monitoramento é contínuo, e referida adição ácida é controlada por um sistema computadorizada que aceita a admissão de pelo menos uma sonda, no qual o sistema computadorizado adicionalmente controla bombas e válvulas do sistema. Opcionalmente, o produto de extração, por exemplo, uma pasta fluida de extração de hemicelulose compreendendo açúcares de hemicelulose, é removida continuamen- te. Em alguns exemplos, a pasta fluida aquosa alimentada para a unidade de extração pode ser aquecida na corrente proveniente. Opcionalmente, a pasta fluida é aquecida em um tanque da unidade de extração. Em alguns exemplos, uma corrente que sai da unidade de extração (por exemplo, uma pasta fluida de extração de hemicelulose) é resfriada. Os processos de aquecimento ou de resfriamento podem ser rápidos, por exemplo, aquecimento instantâneo e/ou resfriamento instantâneo. Opcionalmente, o aquecimento ao ponto de ajuste de extração é feito em menos do que 60, menos do que 45, menos do que 30, menos do que 25, menos do que 20, menos do que 15, menos do que 10, ou menos do que 5 minutos. Opcionalmente, o resfriamento da pasta fluida de extração é feito em menos do que 60, menos do que 45, menos do que 30, menos do que 25, menos do que 20, menos do que 15, menos do que 10, ou menos do que 5 minutos. O calor removido no final de resfriamento pode ser usado para aquecer o final do aquecimento pelo uso de trocadores de calor adequado, por exemplo, carcaça tipo espiral e tubo, carcaça padrão e tubo, ou uma placa e estrutura. Trocadores de calor adequados podem ser obtidos, por exemplo, de Alfa Laval ou Chemineer Inc. Em alguns exemplos, a unidade de extração é usada para conduzir um lote ou, de preferência, um processo contínuo para extrair hemicelulose, ácidos orgânicos e cinza remanescente e extrativos de biomassa.[00104] An aqueous slurry comprising the biomass can be fed continuously to the hemi-cellulose extraction unit. In some examples, the acid concentration of the aqueous slurry is monitored. Optionally, additional acid is added if the acid concentration is below a threshold. Optionally, said monitoring is continuous, and said acid addition is controlled by a computerized system that accepts the admission of at least one probe, in which the computerized system additionally controls pumps and valves of the system. Optionally, the extraction product, for example a hemicellulose extraction slurry comprising hemicellulose sugars, is continuously removed. In some instances, the aqueous slurry fed to the extraction unit may be heated in the incoming stream. Optionally, the slurry is heated in an extraction unit tank. In some examples, a stream exiting the extraction unit (for example, a hemicellulose extraction slurry) is cooled. Heating or cooling processes can be fast, for example flash heating and/or flash cooling. Optionally heating to extraction setpoint is done at less than 60, less than 45, less than 30, less than 25, less than 20, less than 15, less than 10, or less than 5 minutes. Optionally, cooling the extraction slurry is done at less than 60, less than 45, less than 30, less than 25, less than 20, less than 15, less than 10, or less than that 5 minutes. The heat removed at the cooling end can be used to heat the heating end by using suitable heat exchangers, for example spiral shell and tube, standard shell and tube, or a plate and frame. Suitable heat exchangers can be obtained, for example, from Alfa Laval or Chemineer Inc. In some examples, the extraction unit is used to conduct a batch or, preferably, continuous process to extract hemicellulose, organic acids, and fly ash and biomass extractives.
[00105] Em alguns exemplos, a pasta fluida de extração de hemi- celulose compreende açúcares de hemicelulose e restante de lignoce- lulose. A unidade de extração de hemicelulose pode compreender um sistema para separação de uma corrente remanescente de lignocelu- lose a partir da corrente de açúcar de hemicelulose. Opcionalmente, a corrente remanescente de lignocelulose é lavada para remover açúcares de hemicelulose residuais. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemicelulose é lavada para remover componentes de lignocelulose residuais. Um sistema para separação de sólidos, tal como a corrente remanescente de lignocelulose, de líquidos, tal como a corrente de açúcar de hemicelulose, após extração de hemicelulose é apresentado na Fig. 9. Este sistema pode compreender pelo menos um dispositivo de separação sólido-líquido. Em alguns exemplos, o sistema compreende pelo menos um tanque de re-fluidização. Mais do que uma etapa de separação sólido-líquido e etapa de re-fluidização podem ser conduzidas, opcionalmente, com o líquido de lavagem aplicado em uma maneira de contra corrente. O sistema pode compreender 1, 2, 3, 4, 5, ou 6 etapas de separação sólido-líquido, seguido por etapas de re- fluidização. Os dispositivos de separação de sólido-líquido podem ser selecionados de peneiras encurvadas, tanques de sedimentação, centrífugas, e hidrociclones. Em alguns exemplos, e etapa de lavagem final é conduzida em uma centrífuga. O líquido coletado na carga mais pesada pode ser transferido para a alimentação do líquido de extração.[00105] In some examples, the hemicellulose extraction slurry comprises hemicellulose sugars and lignocellulose residue. The hemicellulose extraction unit may comprise a system for separating a remaining lignocellulose stream from the hemicellulose sugar stream. Optionally, the remaining lignocellulose stream is washed to remove residual hemicellulose sugars. Optionally, the hemicellulose sugar stream is washed to remove residual lignocellulose components. A system for separating solids, such as the remaining lignocellulose stream, from liquids, such as the hemicellulose sugar stream, after hemicellulose extraction is shown in Fig. 9. This system may comprise at least one solid-liquid separation device. In some examples, the system comprises at least one refluidization tank. More than one solid-liquid separation step and re-fluidization step can optionally be conducted with the washing liquid applied in a counter current manner. The system may comprise 1, 2, 3, 4, 5, or 6 solid-liquid separation steps, followed by re-fluidization steps. Solid-liquid separation devices can be selected from curved screens, settling tanks, centrifuges, and hydrocyclones. In some examples, the final wash step is conducted in a centrifuge. The liquid collected in the heaviest load can be transferred to the extraction liquid feed.
[00106] A corrente remanescente de lignocelulose pode ser separada a partir da corrente de açúcar de hemicelulose por meio de um filtro de correia de vácuo. Os sistemas de filtro de correia de vácuo são comercialmente disponíveis de vários fornecedores, incluindo, por exemplo, Pannevis, BHS-Sonthofen Inc. e FLSmidth. Em alguns exemplos, a pasta fluida de extração é continuamente alimentada sobre uma correia móvel. À medida que a correia se move, vácuo pode ser aplicado para remover líquidos, e criar um bolo de filtração que assenta na correia móvel. Opcionalmente, a correia passa através de uma zona de lavagem. Opcionalmente, a correia passa através de uma zona de secagem. Uma zona de lavagem pode compreender bocais que pulverizam um fluido de lavagem no bolo de filtração (isto é, a corrente remanescente de lignocelulose) para enxaguar açúcares de hemicelulose residuais a partir da corrente remanescente de lignocelu- lose, aumentando, desse modo, a recuperação de açúcares de hemi- celulose. A temperatura da pasta fluida de extração e fluido de lavagem podem ser cerca de 20-100°C, tal como 30-90°C, 35-85°C, 3580°C, 40-80°C, 50-80°C, 40-75°C, ou 55-75°C. Opcionalmente, o fluido de lavagem é água. O fluxo do fluido de lavagem pode ser cerca de 0,25, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, ou 1, comparado ao fluxo da pasta fluida de extração. Em alguns exemplos, menos do que 40%, menos do que 30%, menos do que 20%, menos do que 10%, menos do que 5%, menos do que 4%, menos do que 3%, menos do que 2,5%, menos do que 2%, menos do que 1,5%, ou menos do que 1%, dos sólidos permanecem na corrente de açúcar de hemicelulose. Em alguns exemplos, a correia é deslocada sobre um cilindro para fazer com que o bolo de filtração (isto é, a corrente remanescente de lignocelulose) caia. Opcionalmente, os sólidos residuais são raspados da correia com raspadores. Mais do que cerca de 60%, mais do que cerca de 70%, mais do que cerca de 80%, mais do que cerca de 90%, ou mais do que cerca de 95% dos sólidos na pasta fluida de extração podem ser recuperados na corrente remanescente de lignocelulose. Após remoção da corrente remanescente de lignocelulose, a correia pode ser deslocada de volta aos cilindros de partida no começo da linha. Uma correia de vácuo pode ser fabricada de vários materiais usando métodos diferentes de produção de tecido, e pode ser tecida ou não-tecida. A fabricação pode ser otimizada para produzir a porosidade, espessura, e permeabilidade de ar, desejadas.[00106] The remaining lignocellulose stream can be separated from the hemicellulose sugar stream by means of a vacuum belt filter. Vacuum belt filter systems are commercially available from a number of suppliers including, for example, Pannevis, BHS-Sonthofen Inc. and FLSmidth. In some examples, the extraction slurry is continuously fed over a moving belt. As the belt moves, vacuum can be applied to remove liquids, and create a filter cake that settles on the moving belt. Optionally, the belt passes through a washing zone. Optionally, the belt passes through a drying zone. A wash zone may comprise nozzles that spray a wash fluid onto the filter cake (i.e., the remaining lignocellulose stream) to rinse residual hemicellulose sugars from the remaining lignocellulose stream, thereby increasing recovery. of hemicellulose sugars. The temperature of extraction slurry and washing fluid can be about 20-100°C, such as 30-90°C, 35-85°C, 3580°C, 40-80°C, 50-80°C , 40-75°C, or 55-75°C. Optionally, the flushing fluid is water. Flush flow rate can be about 0.25, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, or 1 compared to slurry flow extraction fluid. In some examples, less than 40%, less than 30%, less than 20%, less than 10%, less than 5%, less than 4%, less than 3%, less than 2 .5%, less than 2%, less than 1.5%, or less than 1% of the solids remain in the hemicellulose sugar stream. In some examples, the belt is moved over a roller to cause the filter cake (i.e., the remaining stream of lignocellulose) to fall. Optionally, residual solids are scraped off the belt with scrapers. More than about 60%, more than about 70%, more than about 80%, more than about 90%, or more than about 95% of the solids in the extraction slurry can be recovered in the remaining stream of lignocellulose. After removing the remaining lignocellulose stream, the belt can be moved back to the starting rollers at the beginning of the line. A vacuum belt can be manufactured from a variety of materials using different fabric production methods, and can be woven or non-woven. Fabrication can be optimized to produce the desired porosity, thickness, and air permeability.
[00107] Um sistema aqui descrito pode compreender uma unidade de refino em comunicação de fluido com a unidade de extração, no qual a unidade de refino é configurada para receber a corrente de açúcar de hemicelulose e um agente de extração de amina, e no qual o agente de extração de amina remove impurezas a partir da corrente de açúcar de hemicelulose para produzir uma corrente de açúcar de he- micelulose refinado. Opcionalmente, a corrente de açúcar de hemice- lulose é extraída com um agente de extração de amina contra- correntemente, por exemplo, a corrente de açúcar de hemicelulose flui em uma direção oposta ao fluxo do agente de extração de amina. A unidade de refino pode compreender um dispositivo misturador- decantador, um tanque agitado, uma centrífuga de separação líquido- líquido, ou uma coluna, no qual o dispositivo misturador-decantador, tanque agitado, centrífuga de separação líquido-líquido, ou uma coluna, é equipado com um dispositivo de alimentação de líquido para receber a corrente de açúcar de hemicelulose a partir da unidade de extração. A unidade de refino pode ser equipada com uma admissão para receber o agente de extração de amina. Opcionalmente, a extração de amina é conduzida em um dispositivo misturador-decantador, no qual o dispositivo misturador-decantador pode ser designado para minimizar a formação de emulsão, reduzindo, desse modo, o tempo de separação de fase. Um dispositivo misturador-decantador compreende um primeiro estágio que mistura das fases juntas, seguido por um estágio de decantação quiescente que permite que as fases se separem por gravidade. Vários misturadores-decantadores conhecidos na técnica podem ser usados. Em alguns exemplos, a separação de fase pode ser intensificada por incorporação de uma centrífuga adequada com o misturador-decantador. Opcionalmente, ambas mistura e separação podem ser conduzidas em uma centrífuga de separação líquido- líquido. As centrífugas de separação líquido-líquido são comercialmente disponíveis de vários fornecedores, incluindo, por exemplo, Rousse- let Robatel Inc. e US Centrifuge Sistemas LLC. A extração de amina pode ser conduzida a qualquer temperatura na qual a amina é solúvel, tal como 50-70°C. Opcionalmente, a extração de amina compreende mais do que uma etapa de extração (por exemplo, 2, 3, ou 4 etapas). A proporção da corrente de agente de extração de amina (corrente or- gânica) para a corrente de açúcar de hemicelulose (corrente aquosa) pode variar de cerca de 0,5:1 a cerca de 5:1 peso/peso, tal como cerca de 0,5:1, cerca de 1:1, cerca de 1,5:1, cerca de 2:1, cerca de 2,5:1, cerca de 3:1, cerca de 3,5:1, cerca de 4:1, cerca de 4,5:1, ou cerca de 5:1. Em alguns exemplos, a proporção da corrente orgânica para a corrente aquosa é cerca de 1,5-4,0:1 peso/peso. A unidade de refino pode adicionalmente compreender pelo menos uma descarga para remoção da corrente de açúcar de hemicelulose refinado. Em alguns exemplos, a unidade de refino compreende adicionalmente coluna ou unidades de lote para contatar a corrente de açúcar de hemicelulose com resinas de troca de íon, ou carbono ativado para adicionalmente polir a solução de açúcar refinada. Em alguns exemplos, a descarga está em comunicação de fluido com uma unidade de fermentação. A unidade de refino pode compreender segunda descarga para remoção da corrente orgânica compreendendo o agente de extração de amina. Em alguns exemplos, a corrente orgânica é tratada, e o agente de extração de amina purificado resultante reciclado de volta para a unidade de refino.[00107] A system described herein may comprise a refining unit in fluid communication with the extraction unit, in which the refining unit is configured to receive the hemicellulose sugar stream and an amine extracting agent, and in which The amine extracting agent removes impurities from the hemicellulose sugar stream to produce a refined hemicellulose sugar stream. Optionally, the hemicellulose sugar stream is extracted with an amine extracting agent countercurrently, e.g., the hemicellulose sugar stream flows in an opposite direction to the flow of the amine extracting agent. The refining unit may comprise a mixer-decanter device, an agitated tank, a liquid-liquid separation centrifuge, or a column, in which the mixer-decanter device, agitated tank, liquid-liquid separation centrifuge, or a column, It is equipped with a liquid feeding device to receive the hemicellulose sugar stream from the extraction unit. The refining unit can be equipped with an inlet to receive the amine extracting agent. Optionally, the amine extraction is conducted in a mixer-decanter device, where the mixer-decanter device can be designed to minimize emulsion formation, thereby reducing phase separation time. A mixer-decanter device comprises a first stage that mixes the phases together, followed by a quiescent settling stage that allows the phases to separate by gravity. Various decanter mixers known in the art can be used. In some examples, phase separation can be enhanced by incorporating a suitable centrifuge with the decanter mixer. Optionally, both mixing and separation can be conducted in a liquid-liquid separation centrifuge. Liquid-liquid separation centrifuges are commercially available from several suppliers, including, for example, Rousselet Robatel Inc. and US Centrifuge Sistemas LLC. The amine extraction can be conducted at any temperature at which the amine is soluble, such as 50-70°C. Optionally, the amine extraction comprises more than one extraction step (e.g., 2, 3, or 4 steps). The ratio of the amine extractor stream (organic stream) to the hemicellulose sugar stream (aqueous stream) can range from about 0.5:1 to about 5:1 weight/weight, such as about about 0.5:1, about 1:1, about 1.5:1, about 2:1, about 2.5:1, about 3:1, about 3.5:1, about of 4:1, about 4.5:1, or about 5:1. In some examples, the ratio of organic stream to aqueous stream is about 1.5-4.0:1 weight/weight. The refining unit may further comprise at least one discharge for removing the refined hemicellulose sugar stream. In some examples, the refining unit further comprises column or batch units to contact the hemicellulose sugar stream with ion exchange resins, or activated carbon to further polish the refined sugar solution. In some instances, the discharge is in fluid communication with a fermentation unit. The refining unit may comprise second discharge for removing the organic stream comprising the amine extracting agent. In some examples, the organic stream is treated, and the resulting purified amine extractant recycled back to the refining unit.
[00108] Um sistema aqui descrito pode compreender uma unidade de detecção em comunicação de fluido com a unidade de refino para analisar a corrente de açúcar de hemicelulose refinado. A unidade de detecção pode analisar a corrente de açúcar de hemicelulose refinado continuamente, ou em lotes. Em alguns exemplos, a unidade de detecção compreende uma sonda de pH. Opcionalmente, se a sonda de pH detecta que o pH da corrente de açúcar de hemicelulose refinado é muito ácido, tal como pH menos do que cerca de 3,0, a unidade de detecção pode separar a corrente distante da unidade de fermentação. Em alguns exemplos, se uma sonda de pH detecta que o pH da corrente de açúcar de hemicelulose refinado é muito ácido, a unidade de detecção é configurada para elevar o pH da solução, por exemplo, por adição de amônia. Em alguns exemplos, a unidade de detecção analisa a cor da corrente de açúcar de hemicelulose refinado, por exemplo, usando um espectrofotômetro. Se a absorvência de luz em comprimento de onda particular é determinada para ser muito alto, a unidade de detecção pode separar a corrente distante da unidade de fermentação. Em alguns exemplos, a unidade de detecção analisa a condutivi- dade da corrente de açúcar de hemicelulose refinado, por exemplo, usando uma sonda de condutividade. Se a condutividade é determinada para ser muito alta, tal como condutividade maior do que 10.000 microS/cm, a unidade de detecção pode separar a corrente distante da unidade de fermentação. Em alguns exemplos, a unidade de detecção analisa a densidade da corrente de açúcar de hemicelulose refinado, por exemplo, usando um refratômetro. Se a densidade é determinada para ser muito alta ou muito baixa, tal como uma densidade correspondente a uma concentração fora de açúcar fora da faixa de 50 g/L a 300 g/L, a unidade de detecção pode separar a corrente distante da unidade de fermentação, ou pode fazer com que a adição de água dilua a corrente. A unidade de detecção pode ser configurada para analisar a concentração de um ou mais componentes da corrente de açúcar de hemicelulose refinado, no qual o um ou mais componentes são selecionados de xilose, arabinose, hexoses, glicose, galactose, mano- se, frutose, dissacarídeos, oligossacarídeos, cinza, compostos fenóli- cos, furfural, e hidroximetilfurfural. Qualquer concentração fora das faixas descritas para os métodos e composições objetos podem fazer com que a unidade de detecção separe a corrente distante da unidade de fermentação, ou corrija a concentração por compensação ou diluição adequadas. Qualquer corrente separada da unidade de fermentação pode ser adicionalmente refinada ou utilizada em algum outro processo da planta.[00108] A system described herein may comprise a detection unit in fluid communication with the refining unit for analyzing the refined hemicellulose sugar stream. The detection unit can analyze the refined hemicellulose sugar stream continuously, or in batches. In some examples, the detection unit comprises a pH probe. Optionally, if the pH probe detects that the pH of the refined hemicellulose sugar stream is too acidic, such as pH less than about 3.0, the detection unit can separate the stream away from the fermentation unit. In some instances, if a pH probe detects that the pH of the refined hemicellulose sugar stream is too acidic, the detection unit is set to raise the pH of the solution, for example by adding ammonia. In some examples, the detection unit analyzes the color of the refined hemicellulose sugar stream, for example using a spectrophotometer. If the absorbance of light at a particular wavelength is determined to be too high, the detection unit can separate the stream far from the fermentation unit. In some instances, the detection unit analyzes the conductivity of the refined hemicellulose sugar stream, for example using a conductivity probe. If the conductivity is determined to be very high, such as conductivity greater than 10,000 microS/cm, the detection unit can separate the stream far from the fermentation unit. In some examples, the detection unit analyzes the density of the refined hemicellulose sugar stream, for example using a refractometer. If the density is determined to be too high or too low, such as a density corresponding to a concentration outside of sugar outside the range of 50 g/L to 300 g/L, the sensing unit can separate the stream far from the fermentation, or may cause the addition of water to dilute the stream. The detection unit can be configured to analyze the concentration of one or more components of the refined hemicellulose sugar stream, in which the one or more components are selected from xylose, arabinose, hexoses, glucose, galactose, mannose, fructose, disaccharides, oligosaccharides, ash, phenolic compounds, furfural, and hydroxymethylfurfural. Any concentration outside the ranges described for the subject methods and compositions may cause the detection unit to separate the stream far from the fermentation unit, or correct the concentration by proper compensation or dilution. Any separate stream from the fermentation unit can be further refined or used in some other plant process.
[00109] Um sistema aqui descrito pode compreender uma unidade de fermentação em comunicação de fluido com a unidade de refino para receber a corrente de açúcar de hemicelulose refinado, no qual a unidade de fermentação é configurada para conter uma matéria-prima de fermentação compreendendo a corrente refinada e um microrganismo, no qual o microrganismo facilita a produção do Xilitol de um monossacarídeo na corrente de açúcar de hemicelulose refinado para produzir um caldo de fermentação. A unidade de fermentação pode compreender um tanque equipado com pelo menos uma entrada de alimentação aquosa para receber a corrente de açúcar de hemicelulo- se refinado. Opcionalmente, a unidade de fermentação pode ser de temperatura controlada, tal que a unidade de fermentação mantém uma dada temperatura de fermentação dentro de ± 10°C, dentro de ± 8°C, dentro de ± 5°C, dentro de ± 4°C, dentro de ± 3°C, ou dentro de ± 2°C. Opcionalmente, a unidade de fermentação compreende um ou mais sensores, tal como um sensor de temperatura, um sensor de densidade, ou um sensor de pH. Opcionalmente, a unidade de fermentação compreende um sensor de densidade, tal como um refractôme- tro, tal que a gravidade específica do caldo de fermentação pode ser medida. Uma mudança na densidade do caldo de fermentação acima ou abaixo de um certo limite pode indicar que a fermentação consumiu uma concentração desejada de açúcares de hemicelulose. Um tanque da unidade de fermentação pode ser equipado com pelo menos uma descarga, tal que o caldo de fermentação pode ser removido, via a pelo menos uma descarga.[00109] A system described herein may comprise a fermentation unit in fluid communication with the refining unit to receive the stream of refined hemicellulose sugar, in which the fermentation unit is configured to contain a fermentation feedstock comprising the refined stream and a microorganism, in which the microorganism facilitates the production of Xylitol from a monosaccharide in the refined hemicellulose sugar stream to produce a fermentation broth. The fermentation unit may comprise a tank equipped with at least one aqueous feed inlet to receive the refined hemicellulose sugar stream. Optionally, the fermentation unit can be temperature controlled, such that the fermentation unit maintains a given fermentation temperature within ± 10°C, within ± 8°C, within ± 5°C, within ± 4° C, within ± 3°C, or within ± 2°C. Optionally, the fermentation unit comprises one or more sensors, such as a temperature sensor, a density sensor, or a pH sensor. Optionally, the fermentation unit comprises a density sensor, such as a refractometer, such that the specific gravity of the fermentation broth can be measured. A change in fermentation broth density above or below a certain threshold may indicate that the fermentation has consumed a desired concentration of hemicellulose sugars. A tank of the fermentation unit can be equipped with at least one discharge, such that the fermentation broth can be removed via the at least one discharge.
[00110] Um sistema aqui descrito pode compreender uma unidade de refino de Xilitol, no qual a unidade de refino de Xilitol é configurada para remover o Xilitol do caldo de fermentação. A unidade de refino de Xilitol pode estar em comunicação de fluido com a unidade de fermentação. Em alguns exemplos, a unidade de refino de Xilitol compreende um ou mais filtros, tal como microfiltros, ultrafiltros, e nanofiltros. Opci- onalmente, a unidade de refino de Xilitol compreende três estágios de filtração, tal que o caldo de fermentação é submetido a microfiltração, ultrafiltração, e nanofiltração. O um ou mais filtros podem estar em comunicação de fluido com uma ou mais colunas, no qual as uma ou mais colunas podem conter carbono ativado, tal como carbono ativo granulado, ou uma resina de troca de íon, tal como resina de cátion fortemente ácida, resina de ânion fracamente básica, ou resina de leito misturada. Opcionalmente, as uma ou mais colunas estão em comunicação de fluido com uma unidade de evaporação, no qual a unidade de evaporação é configurada para evaporar água a partir da solução, aumentando, desse modo, a concentração de sólidos dissolvidos. Op-cionalmente, a unidade de refino de Xilitol compreende uma unidade de cristalização de Xilitol. A unidade de cristalização de Xilitol pode estrar em comunicação de fluido com a unidade de evaporação. Em alguns exemplos, a unidade de cristalização de Xilitol compreende um meio para agitação da solução. Opcionalmente, a cristalização do Xili- tol é de temperatura controlada, tal que a temperatura da unidade pode ser gradualmente resfriada. A unidade de cristalização de Xilitol pode adicionalmente compreender uma entrada para recebimento de etanol. Em alguns exemplos, etanol é adicionado à solução na unidade de cristalização de Xilitol para auxiliar na cristalização do Xilitol. Em alguns exemplos, a unidade de cristalização de Xilitol é configurada para receber solução de alimentação a partir da unidade de evaporação em modo em lote ou contínuo. A unidade de cristalização de Xilitol pode compreender uma peneira ou filtro para facilitar a separação de cristais de Xilitol a partir do licor mãe por filtração, ou pode estar em comunicação de fluido com um filtro ou centrífuga configurados para receber a pasta fluida de cristalização. Os cristais de Xilitol separados podem ser re-dissolvidos, e a solução de Xilitol resultante transferida a uma unidade de polimento de Xilitol. Em alguns exemplos, a unidade de polimento de Xilitol compreende uma resina de troca de íon, tal como uma resina de SAC, WBA, ou MB. Opcionalmente, a unidade de polimento de Xilitol compreende carbono ativo, tal como carbono ativo granulado.[00110] A system described herein may comprise a Xylitol refining unit, in which the Xylitol refining unit is configured to remove Xylitol from the fermentation broth. The Xylitol refining unit may be in fluid communication with the fermentation unit. In some examples, the Xylitol refining unit comprises one or more filters, such as microfilters, ultrafilters, and nanofilters. Optionally, the Xylitol refining unit comprises three filtration stages, such that the fermentation broth is subjected to microfiltration, ultrafiltration, and nanofiltration. The one or more filters may be in fluid communication with one or more columns, in which case the one or more columns may contain activated carbon, such as granulated active carbon, or an ion exchange resin, such as a strongly acidic cation resin. , weakly basic anion resin, or mixed bed resin. Optionally, the one or more columns are in fluid communication with an evaporation unit, wherein the evaporation unit is configured to evaporate water from solution, thereby increasing the concentration of dissolved solids. Optionally, the Xylitol refining unit comprises a Xylitol crystallization unit. The Xylitol crystallization unit may be in fluid communication with the evaporation unit. In some examples, the Xylitol crystallization unit comprises a means for stirring the solution. Optionally, the Xylitol crystallization is temperature controlled, such that the temperature of the unit can be gradually cooled down. The Xylitol crystallization unit may additionally comprise an inlet for receiving ethanol. In some examples, ethanol is added to the solution in the Xylitol crystallization unit to aid in the Xylitol crystallization. In some examples, the Xylitol crystallization unit is configured to receive feed solution from the evaporation unit in batch or continuous mode. The Xylitol crystallization unit may comprise a sieve or filter to facilitate the separation of Xylitol crystals from the mother liquor by filtration, or it may be in fluid communication with a filter or centrifuge configured to receive the crystallization slurry. The separated Xylitol crystals can be re-dissolved, and the resulting Xylitol solution transferred to a Xylitol polishing unit. In some examples, the Xylitol polishing unit comprises an ion exchange resin, such as a SAC, WBA, or MB resin. Optionally, the Xylitol polishing unit comprises active carbon, such as granulated active carbon.
[00111] Em alguns exemplos, as unidades descritas são conectadas tal que a massa é transferida através das etapas sequenciais de processo. A unidade de alimentação de sólido pode transferir massa de bagaço sólido a um moinho de dimensionamento ou em lote ou continuamente. A unidade de dimensionamento pode ser configurada para transferir ou em lote ou continuamente massa de bagaço dimensionada para a unidade de lavagem. Esta unidade de lavagem (1770) pode ser conectada tal que a massa sólida de bagaço lavada é transferida à unidade de extração de hemicelulose ou continuamente ou em lote. Opcionalmente, a unidade de lavagem é também conectada a uma corrente de despejo que permite remoção de uma corrente de despejo sólida compreendendo o solo e cinza removidos a uma localização de descarte. A unidade de lavagem pode, opcionalmente, ser conectada a outras unidades de processo adicionalmente à jusante para receber água de processo. A unidade de extração de hemicelulo- se (1700) pode ser conectada para receber massa de bagaço lavada por meios de transferência de sólidos. Opcionalmente, a unidade de extração de hemicelulose é também conectada em sua saída à unidade de refino por meio de transferência de líquido. A unidade de extração de hemicelulose pode também ser conectada a outros processos que utilizam a corrente remanescente de lignocelulose sólida por meio de transferência de sólido. Em alguns exemplos, a unidade de refino (1710) é conectada por meio de transferência de líquido à unidade de extração de hemicelulose, alimentado a mesma licor de extração. A unidade de refino pode ser conectada por meios de transferência de líquido a uma unidade de fermentação (1900), alimentado a mesma com a corrente de açúcar de hemicelulose refinado como alimentação para fermentação de Xilitol. Alternativamente, esta unidade de refino é conectada a uma unidade de fracionamento de xilose (1720 e 1837) por meio de transferência de líquido. Um diagrama esquemático de processos de conversão exemplares para converter uma mistura de açúcar de hemicelulose enriquecido com xilose (1720-P1) a produtos à jusante, é provido na Fig. 2A. A unidade de fracionamento de xilose pode ser conectada por meio de transferência de líquido a uma unidade de fermentação (1900), alimentando a mesma com uma mistura de açúcar enriquecida com xilose para a produção de Xilitol. O Xilitol pode ser refinado em uma unidade de refino de Xilitol (1920). A unidade de fracionamento de xilose é, opcionalmente, conectada alternativamente ou em adição, com uma unidade de cristalização de xilose (1841) para a produção de xilose cristalina (1841-P1). A xilose cristalina pode ser usada em uma unidade de conversão catalítica (1910) para a conversão catalítica de xilose a Xilitol, opcionalmente cristalizada em uma unidade de cristalização de Xilitol (1915) para produzir Xilitol (1950- P1). A unidade de fracionamento de xilose pode, opcionalmente, ser alternativamente ou adicionalmente conectada a outro processo (1780) para a conversão química de açúcares C5 a furfural (1780-P1). Em alguns exemplos, a unidade de fracionamento de xilose é também conectada por meios de transferência de líquido com outro processo capaz de usar a mistura de açúcar exaurida de xilose como alimentação para conversão bioquímica ou química da mistura de açúcar a produtos. Um diagrama esquemático de processos exemplares para converter uma mistura de açúcar exaurida de xilose (1720-P3) a um produto à jusante é provido na Fig. 2C. A mistura de açúcar exaurida de xilose pode suportar um segundo fracionamento (2000) para dar um produto de arabinose (2000-P1). A mistura de açúcar exaurida de xilose pode, opcionalmente, ser alternativamente ou adicionalmente digerida em uma unidade de digestão anaeróbica (2030) para produzir metano (2030-P1). Em alguns exemplos, a unidade de fermentação de xilose é conectada com a unidade de fracionamento de xilose por meio de transferência de líquido, alimentando a mesma com uma mistura de açúcar enriquecida com xilose como alimentação. A unidade de fermentação pode ser conectada à unidade de refino de Xilitol por meio de transferência de líquido. Em alguns exemplos, a unidade de refino de Xilitol é conectada à unidade de fermentação por meios de transferência de líquido, alimentando a mesma com uma mistura compreen-dendo Xilitol. A unidade de refino de Xilitol pode ser conectada com uma unidade de cristalização de Xilitol, alimentando a mesma com Xili- tol refinado e fracionado por meio de transferência de líquido. A unidade de refino de Xilitol pode também ser conectada com outro processo capaz de utilizar a corrente rejeitada em fracionamento de Xilitol por meio de transferência de líquido. A unidade de refino de Xilitol pode, alternativamente, ser conectada à unidade de fermentação, transferindo a corrente de líquido rejeitada de volta para a unidade de fermentação para reciclo de nutrientes e açúcares residuais. Em um exemplo preferido, o sistema completo de unidades conectadas aqui revelado opera em uma maneira orquestrada para resultar em um sistema in-dustrial para a produção de misturas de açúcar de hemicelulose refinadas, xilose, Xilitol e produtos adicionais produzidos dos mesmos, eficientemente e com econômicos positivos.[00111] In some examples, the units described are connected such that the mass is transferred through the sequential process steps. The solid feed unit can transfer solid bagasse mass to a sizing mill either batchwise or continuously. The sizing unit can be configured to either batch or continuously transfer sized bagasse mass to the washing unit. This washing unit (1770) can be connected such that the washed bagasse solid mass is transferred to the hemicellulose extraction unit either continuously or in batches. Optionally, the washing unit is also connected to a dump stream which allows removal of a solid dump stream comprising the removed soil and ash to a disposal location. The washing unit can optionally be connected to other process units further downstream to receive process water. The hemicellulose extraction unit (1700) can be connected to receive bagasse mass washed by solids transfer means. Optionally, the hemicellulose extraction unit is also connected at its outlet to the refining unit via liquid transfer. The hemicellulose extraction unit can also be connected to other processes that utilize the remaining solid lignocellulose stream via solid transfer. In some examples, the refining unit (1710) is connected via liquid transfer to the hemicellulose extraction unit, fed the same extraction liquor. The refining unit can be connected by liquid transfer means to a fermentation unit (1900), fed to the same with the refined hemicellulose sugar stream as feed for Xylitol fermentation. Alternatively, this refining unit is connected to a xylose fractionation unit (1720 and 1837) via liquid transfer. A schematic diagram of exemplary conversion processes for converting a xylose-enriched hemicellulose sugar mixture (1720-P1) to downstream products is provided in Fig. 2A. The xylose fractionation unit can be connected via liquid transfer to a fermentation unit (1900), feeding it with a sugar mixture enriched with xylose for the production of Xylitol. Xylitol can be refined in a Xylitol refining plant (1920). The xylose fractionation unit is optionally connected alternatively or in addition to a xylose crystallization unit (1841) for the production of crystalline xylose (1841-P1). Crystalline xylose can be used in a catalytic conversion unit (1910) for the catalytic conversion of xylose to Xylitol, optionally crystallized in a Xylitol crystallization unit (1915) to produce Xylitol (1950-P1). The xylose fractionating unit can optionally be alternatively or additionally connected to another process (1780) for the chemical conversion of C5 sugars to furfural (1780-P1). In some examples, the xylose fractionating unit is also connected by liquid transfer means with another process capable of using the xylose-depleted sugar mixture as a feed for biochemical or chemical conversion of the sugar mixture to products. A schematic diagram of exemplary processes for converting a xylose-depleted sugar mixture (1720-P3) to a downstream product is provided in Fig. 2C. The xylose-depleted sugar mixture can undergo a second fractionation (2000) to give an arabinose product (2000-P1). The xylose-depleted sugar mixture can optionally be alternatively or additionally digested in an anaerobic digestion unit (2030) to produce methane (2030-P1). In some examples, the xylose fermentation unit is connected with the xylose fractionation unit via liquid transfer, feeding it a xylose-enriched sugar mixture as feed. The fermentation unit can be connected to the Xylitol refining unit via liquid transfer. In some examples, the Xylitol refining unit is connected to the fermentation unit by liquid transfer means, feeding it with a mixture comprising Xylitol. The Xylitol refining unit can be connected with a Xylitol crystallization unit, feeding it with refined and fractionated Xylitol through liquid transfer. The Xylitol refining unit can also be connected with another process capable of utilizing the reject stream in Xylitol fractionation via liquid transfer. The Xylitol refining unit can alternatively be connected to the fermentation unit, transferring the rejected liquid stream back to the fermentation unit for recycling nutrients and residual sugars. In a preferred example, the complete system of connected units disclosed herein operates in an orchestrated manner to result in an industrial system for producing blends of refined hemicellulose sugar, xylose, Xylitol and further products produced therefrom, efficiently and with positive economics.
[00112] Em alguns exemplos, o fluxo de transferência de massa das conexões diferentes é otimizado para equiparar os fluxos à montante e à jusante de cada fluxo, de modo que as unidades são otimizadas para serem usadas eficientemente. A energia pode ser transferida de unidade a unidade tal que calor em excesso em uma unidade é utilizado para aquecer outra unidade. O uso de energia através de todas as unidades aqui reveladas pode ser otimizado para o processo total.[00112] In some examples, the mass transfer flow of the different connections is optimized to match the upstream and downstream flows of each flow, so that the units are optimized to be used efficiently. Energy can be transferred from unit to unit such that excess heat in one unit is used to heat another unit. Energy usage across all units revealed here can be optimized for the total process.
[00113] Em alguns exemplos, o uso de água é otimizado para o processo total. A água em excesso produzida em uma unidade pode ser transferida por meio de transferência de líquido para ser utilizada onde a água é necessária em outra unidade. Opcionalmente, o uso de ácido e base é otimizado para o processo total para minimizar a necessidade de ácido ou base fresca. Por exemplo, as correntes ácidas resultantes da regeneração de resinas de troca de cátion por lavagem ácida são usadas para regenerar trocadores de Cátion de Ácido Fraco e/ou acidificar ou neutralizar as correntes em outras unidades.[00113] In some examples, water usage is optimized for the total process. Excess water produced in one unit can be transferred via liquid transfer to be used where water is needed in another unit. Optionally, acid and base usage is optimized for the total process to minimize the need for fresh acid or base. For example, acid streams resulting from the regeneration of acid wash cation exchange resins are used to regenerate Weak Acid Cation exchangers and/or acidify or neutralize streams in other units.
[00114] O sistema pode ser construído tal que ele pode alimentar pelo menos 35.000 toneladas (sólido seco) de bagaço de cana de açúcar por ano no sistema, para produzir pelo menos 7.000 toneladas (sólido seco) de açúcares de hemicelulose refinado por ano. O sistema é opcionalmente construído tal que ele pode produzir pelo menos 5.000 toneladas (sólido seco) de xilose por ano, pelo menos 2.000 toneladas (sólido seco) parcialmente exauridas de mistura de açúcar de xilose por ano, junto com pelo menos 24.000 toneladas sólido seco) de lignocelulose restante. O sistema é opcionalmente construído tal que ele produz água residual a cerca de 250 gpm.[00114] The system can be constructed such that it can feed at least 35,000 tons (dry solid) of sugarcane bagasse per year into the system, to produce at least 7,000 tons (dry solid) of refined hemicellulose sugars per year. The system is optionally constructed such that it can produce at least 5,000 tons (dry solid) of xylose per year, at least 2,000 tons (dry solid) partially depleted xylose sugar blend per year, together with at least 24,000 tons of dry solid ) of remaining lignocellulose. The system is optionally constructed such that it produces wastewater at about 250 gpm.
[00115] É compreendido que os exemplos e concretizações aqui descritos são para proposta ilustrativa somente, e não são pretendidos para limitar o escopo da invenção reivindicada. É também compreendido que várias modificações ou mudanças à luz dos exemplos e concretizações aqui descritos serão sugeridos aos técnicos no assunto, e são para serem incluídos dentro do espírito e proposta deste pedido e escopo das reivindicações em anexo. Todas publicações, patentes, e pedidos de patente aqui citados são, desse modo, incorporados por referência em sua totalidade para todas as propostas.[00115] It is understood that the examples and embodiments described herein are for illustrative purposes only, and are not intended to limit the scope of the claimed invention. It is also understood that various modifications or changes in light of the examples and embodiments described herein will be suggested to those skilled in the art, and are to be included within the spirit and purpose of this application and scope of the appended claims. All publications, patents, and patent applications cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety for all proposals.
[00116] A fração de cinza de uma amostra de bagaço tomada de uma pilha em um moinho de açúcar em Louisiana foi avaliada por incineração de amostras em uma fornalha de micro-ondas (3.1. CEM Phoenix™ Microwave Muffle Furnace). A amostra de bagaço foi verificada conter 13,4% de cinza. Tabela 1A: Resultados de cinza após tratamentos diferentes para remover solo e cinza [00116] The ash fraction of a bagasse sample taken from a heap in a sugar mill in Louisiana was evaluated by incineration of samples in a microwave oven (3.1. CEM Phoenix™ Microwave Muffle Furnace). The bagasse sample was found to contain 13.4% ash. Table 1A: Ash results after different treatments to remove soil and ash
[00117] Os resultados resumidos na Tabela 1A demonstram a alta cinza presente no bagaço da Louisiana obtido de moinhos de açúcar diferentes e tempos de amostragem diferentes. Os resultados também mostram que para alcançar remoção efetiva de solo e cinza, é essencial aplicar vários ciclos de tratamento de cisalhamento e lavagem com alta pressão para causar a remoção de pedras, areia e sóis de composto de cinza. O bagaço remanescente ainda retém 2-3% de cinza “verdadeira”, que está relacionada a cátions de metal e outros elementos associados a nível molecular na estrutura da célula.[00117] The results summarized in Table 1A demonstrate the high ash present in Louisiana bagasse obtained from different sugar mills and different sampling times. The results also show that to achieve effective soil and ash removal, it is essential to apply several cycles of shear treatment and high pressure washing to cause the removal of stones, sand and ash compost suns. The remaining bagasse still retains 2-3% of “true” ash, which is related to metal cations and other elements associated at the molecular level in cell structure.
[00118] Outra amostra de bagaço foi moída e destituída de cinzas, e as amostras peneiradas através de uma série de peneiras antes e após retirada de cinzas. Tabela 1B: Retirada de solo/Retirada de cinzas do bagaço [00118] Another sample of bagasse was ground and de-ashed, and the samples sieved through a series of sieves before and after removal of ash. Table 1B: Removal of soil/Removal of ash from bagasse
[00119] Os resultados resumidos na Tabela 1B demonstram a capacidade de remover por meio industrial muito do solo e cinza da matéria-prima de bagaço por tratamento de cisalhamento e alta cinza de pressão, enquanto que ainda mantendo ~85% da matéria-prima original em tamanho maior do que malha 30, que permite manuseio adicional do material lavado.[00119] The results summarized in Table 1B demonstrate the ability to industrially remove much of the soil and ash from the bagasse feedstock by shear treatment and high pressure ash, while still retaining ~85% of the original feedstock in size larger than 30 mesh, which allows for additional handling of washed material.
[00120] Em condições operacionais práticas, um processo industrial deve ser capaz de utilizar bagaço de história de armazenagem variada, à medida que o bagaço pode ser armazenado em pilhas pelo moinho de açúcar por 1, 3, 5, ou ainda 10, 12, ou 14 anos. Além disso, a estação de coleta de cana de açúcar é cerca de 3 meses, com produção de açúcar sendo um processo sazonal, enquanto que uma bio- refinaria deve operar durante todo ano. É adicionalmente vantajoso que folhas em excesso e fragmentos de campo possam ser manuseados no mesmo processo para coletar a porção de xilose dentro de, e para eliminar um gargalo de fragmentos que manipula para o fazendeiro e/ou o moinho de açúcar. As amostras de bagaço que foram arma-zenadas mais do que um ano, novo bagaço e fragmentos do campo foram caracterizados. As amostras de “Novo Bagaço” foram de pilhas acumuladas até 4 anis atrás, amostras de “Bagaço Antigo” foram de pilhas acumuladas 5-15 anos atrás, e “Folhas” e outros fragmentos de campo foram destituídos de solo / destituídos de cinzas, de acordo com o Exemplo 1. As amostras lavadas foram aquecidas a 160°C por 60 minutos para extrair açúcares de hemicelulose. A biomassa ligno- celulósica antes e após extração foi analisada de acordo com NREL/TP-510-42622. Ambas fases sólidas e o licor de hidrólise foram analisados para composição de hidrato de carbono por HPAE-PAD. Os resultados são resumidos na Tabela 2. Os resultados indicam que todas as amostras podem ser manipuladas pelos métodos e sistemas aqui revelados. Tabela 2: Composição de bagaço e amostras de fragmentos de campo diferentes [00120] Under practical operating conditions, an industrial process must be able to use bagasse with a varied storage history, as bagasse can be stored in piles by the sugar mill for 1, 3, 5, or even 10, 12, or 14 years. Furthermore, the sugar cane collection season is about 3 months, with sugar production being a seasonal process, whereas a bio-refinery must operate year-round. It is additionally advantageous that excess leaves and field debris can be handled in the same process to collect the xylose portion within, and to eliminate a bottleneck of debris handling for the farmer and/or sugar mill. Bagasse samples that were stored for more than one year, new bagasse and field fragments were characterized. “Novo Bagasse” samples were from piles accumulated up to 4 years ago, “Old Bagasse” samples were from piles accumulated 5-15 years ago, and “Leaves” and other field fragments were denuded of soil / depleted of ash, according to Example 1. Washed samples were heated at 160°C for 60 minutes to extract hemicellulose sugars. Lignocellulosic biomass before and after extraction was analyzed according to NREL/TP-510-42622. Both solid phases and the hydrolysis liquor were analyzed for carbohydrate composition by HPAE-PAD. The results are summarized in Table 2. The results indicate that all samples can be manipulated by the methods and systems disclosed herein. Table 2: Composition of bagasse and samples from different field fragments
[00121] O bagaço foi recebido de um moinho de açúcar em pedaço. A biomassa foi triturada usando um cortador de madeira e peneirada através de uma série de peneiras. Tamanhos de partícula típicos do bagaço triturado/cortado são apresentados na Tabela 3. Tabela 3: Tamanho de partícula de bagaço triturado [00121] The bagasse was received from a sugar mill in pieces. The biomass was ground using a wood chipper and sieved through a series of sieves. Typical particle sizes of shredded/chopped bagasse are given in Table 3. Table 3: Particle size of shredded bagasse
[00122] O bagaço foi triturado em um cortador de madeira. O bagaço triturado foi lavado em um tanque de temperatura controlada, e o bagaço lavado (60 lbs, base seca) tratado com uma solução aquosa contendo 0,5% de H2SO4 (peso/peso) em uma proporção de líquido para sólido de 14.2:1. A temperatura média do tanque de temperatura controlada foi mantida a 130-135°C por 3 horas. A solução foi circulada por bombeio. O licor resultante foi coletado, e o sólidos foram lavados com água. A água de lavagem foi, em seguida, usada para preparar a solução ácida para o próximo lote por adição de ácidos, conforme necessário. A corrente remanescente de lignocelulose exaurida de celulose foi coletada e secada.[00122] The bagasse was crushed in a wood cutter. The crushed bagasse was washed in a temperature controlled tank, and the washed bagasse (60 lbs, dry basis) treated with an aqueous solution containing 0.5% H2SO4 (weight/weight) in a liquid to solid ratio of 14.2: 1. The average temperature of the temperature-controlled tank was maintained at 130-135°C for 3 hours. The solution was circulated by pumping. The resulting liquor was collected, and the solids were washed with water. The wash water was then used to prepare the acid solution for the next batch by adding acids as needed. The remaining stream of cellulose-depleted lignocellulose was collected and dried.
[00123] A corrente de açúcar de hemicelulose ácida foi operada através de uma coluna de SAC. A corrente de açúcar foi, em seguida, extraída continuamente em uma série de decantadores-misturadores (2 estágios) com um agente de extração de amina (30:70 de trilaurila- mina:hexanol). A proporção de agente de extração de amina para corrente de açúcar foi mantida na faixa de 2:1 a 1.5:1. A fase aquosa resultante foi adicionalmente purificada pelo uso de uma coluna de SAC, uma resina de WBA, um carbono ativo granulado, e uma resina de leito misturado. O pH da corrente resultante foi ajustado a 4,5 com 0,5% de HCl, e a solução de açúcar foi evaporada a uma concentração de ~30% de DS. A corrente de açúcar de hemicelulose refinado resultante continha cerca de 7% de arabinose, 2,5% de galactose, 6,5% de glicose, 65% de xilose, 1,5% de manose, 4% de frutose, e 14% de oligos- sacarídeos (todos % peso/açúcares totais). Esta solução de açúcar foi adicionalmente processada por fracionamento em um sistema de SSMB, resultando em uma fração rica em xilose e uma fração exaurida de xilose. Cada fração foi concentrada por evaporação. A Tabela 4 proporciona uma análise química da solução de açúcar rica em xilose resultante. Tabela 4: Análise química de uma corrente de açúcar enriquecida com xilose produzida por extração de açúcar de he- micelulose e purificação de bagaço [00123] The acidic hemicellulose sugar stream was run through a SAC column. The sugar stream was then extracted continuously in a series of decanter-mixers (2 stages) with an amine extracting agent (30:70 trilaurylamine:hexanol). The ratio of amine extracting agent to sugar stream was kept in the range of 2:1 to 1.5:1. The resulting aqueous phase was further purified using a SAC column, a WBA resin, a granulated active carbon, and a mixed bed resin. The pH of the resulting stream was adjusted to 4.5 with 0.5% HCl, and the sugar solution was evaporated to a concentration of ~30% DS. The resulting refined hemicellulose sugar stream contained about 7% arabinose, 2.5% galactose, 6.5% glucose, 65% xylose, 1.5% mannose, 4% fructose, and 14% of oligosaccharides (all % weight/total sugars). This sugar solution was further processed by fractionation on an SSMB system, resulting in a xylose rich fraction and a xylose depleted fraction. Each fraction was concentrated by evaporation. Table 4 provides a chemical analysis of the resulting xylose-rich sugar solution. Table 4: Chemical analysis of a xylose-enriched sugar stream produced by hemicellulose sugar extraction and bagasse purification
[00124] Bagaço foi triturado e destituído de solo de acordo com os Exemplos 1 e 3 e os sólidos refinados separados por filtração. A corrente de açúcar de hemicelulose coletada foi refinada por primeiro contato com uma resina de SAC, seguido por remoção de muitas das impurezas por extração de amina. A solução de açúcar aquosa refinada foi adicionalmente polida pelo contato com uma resina de SAC, uma resina de WBA e, finalmente, evaporada a uma concentração acima de 70% peso/peso de açúcares dissolvidos. O processo foi conduzido em escala piloto em Virdia PDU, Danville, VA. A Tabela 5 resume o perfil de açúcar das correntes de açúcar de hemicelulose refinado. Tabela 5: Composição de açúcar de uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado produzida por extração de açúcar de hemicelulose e purificação de bagaço [00124] Bagasse was crushed and desoiled according to Examples 1 and 3 and the refined solids separated by filtration. The collected hemicellulose sugar stream was refined by first contacting it with a SAC resin, followed by removal of many of the impurities by amine extraction. The refined aqueous sugar solution was further polished by contacting it with a SAC resin, a WBA resin and finally evaporated to a concentration above 70% weight/weight of dissolved sugars. The process was conducted on a pilot scale at Virdia PDU, Danville, VA. Table 5 summarizes the sugar profile of the refined hemicellulose sugar streams. Table 5: Sugar composition of a refined hemicellulose sugar stream produced by hemicellulose sugar extraction and bagasse purification
[00125] Conforme evidenciado na Tabela 5, uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado produzida de bagaço compreende, em média, 66% de xilose, 6% de arabinose, e 15% de hexoses, todos pe- so/peso relativo a açúcares totais. As correntes exemplificadas na Tabela 5 são, desse modo, adequadas para uso nos métodos objetos para conversão a Xilitol.[00125] As shown in Table 5, a stream of refined hemicellulose sugar produced from bagasse comprises, on average, 66% xylose, 6% arabinose, and 15% hexoses, all weight/weight relative to total sugars . The streams exemplified in Table 5 are therefore suitable for use in the subject methods for conversion to Xylitol.
[00126] Correntes de açúcar de hemicelulose refinado 1 a 10 produzidas de acordo com o Exemplo 5 foram fracionadas por cromato- grafia (como por PCT/US2013/039585) para produzir correntes de extrato enriquecido com xilose 1 a 10 (Tabela 6A) e correntes de rafinato exaurido de xilose 1 a 10 (Tabela 6B). Um cromatograma de teste de pulso mostrando fracionamento de uma corrente de açúcar de hemice- lulose refinado é provido na Fig. 6. Este teste de pulso demonstra a capacidade de fracionar uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado para obter uma corrente exaurida de xilose, e uma corrente exaurida de xilose. Tabela 6A: Composição de açúcar de uma mistura de açúcar enriquecida com xilose produzida de bagaço Tabela 6B: Composição de açúcar de uma mistura de açúcar exaurida de xilose produzida de bagaço [00126] Refined hemicellulose sugar streams 1 to 10 produced according to Example 5 were fractionated by chromatography (as per PCT/US2013/039585) to produce xylose-enriched extract streams 1 to 10 (Table 6A) and xylose depleted raffinate streams 1 to 10 (Table 6B). A pulse test chromatogram showing fractionation of a refined hemicellulose sugar stream is provided in Fig. 6. This pulse test demonstrates the ability to fractionate a refined hemicellulose sugar stream to obtain a xylose spent stream, and a xylose spent stream. Table 6A: Sugar composition of a sugar blend enriched with xylose produced from bagasse Table 6B: Sugar composition of a xylose-depleted sugar blend produced from bagasse
[00127] Conforme evidenciado na Tabela 6A, uma mistura de açúcar enriquecida com xilose produzida de bagaço compreende, em média, 84% de xilose, 4% de arabinose, e 11% de hexoses, todos pe- so/peso relativos a açúcares totais. Algumas misturas enriquecidas com Xilose, tal como Amostra 3, têm uma concentração mais baixa de hexoses (86% de xilose, 5% de arabinose, e 9% de hexoses). Em média, as amostras exemplificadas na Tabela 6A são adequadas para uso nos métodos objetos para conversão a Xilitol, embora alguma das amostras individuais possam conter uma proporção ideal mais alta do que de xilose para hexoses. Surpreendentemente, o fracionamento de uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado pode não ser necessário para produzir uma corrente de açúcar adequada para conversão a Xilitol.[00127] As shown in Table 6A, a sugar mixture enriched with xylose produced from bagasse comprises, on average, 84% xylose, 4% arabinose, and 11% hexoses, all weight/weight relative to total sugars . Some Xylose-enriched blends, such as Sample 3, have a lower concentration of hexoses (86% xylose, 5% arabinose, and 9% hexoses). On average, the samples exemplified in Table 6A are suitable for use in the subject methods for conversion to Xylitol, although some of the individual samples may contain a higher than ideal ratio of xylose to hexoses. Surprisingly, fractionation of a refined hemicellulose sugar stream may not be necessary to produce a sugar stream suitable for conversion to Xylitol.
[00128] Conforme evidenciado na Tabela 6B, uma mistura de açúcar exaurida de xilose produzida de bagaço compreende, em média, 20% de xilose, 11% de arabinose, e 26% de hexoses, todos peso/peso relativos a açúcares totais.[00128] As shown in Table 6B, a xylose-depleted sugar blend produced from bagasse comprises, on average, 20% xylose, 11% arabinose, and 26% hexoses, all weight/weight relative to total sugars.
[00129] As correntes de açúcar de hemicelulose refinado aqui reveladas são particularmente adequadas como alimentação para espécie de fermentação capaz de hidrogenar xilose a Xilitol com alta especificidade, e capaz de usar os açúcares C6, bem como pelo menos algum da arabinose como sua fonte de energia para proliferação. A Tabela 7 resume correntes de açúcar de hemicelulose refinado típicas adequadas para serem alimentadas para produção de Xilitol. Tabela 7: Composição de açúcar de uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado adequada como alimentação para fermentação de Xilitol [00129] The refined hemicellulose sugar streams disclosed herein are particularly suitable as a feed for fermentation species capable of hydrogenating xylose to Xylitol with high specificity, and capable of using the C6 sugars as well as at least some of the arabinose as their source of energy for proliferation. Table 7 summarizes typical refined hemicellulose sugar streams suitable to be fed into Xylitol production. Table 7: Sugar composition of a refined hemicellulose sugar stream suitable as a feed for Xylitol fermentation
[00130] A capacidade de purificar Xilitol de uma mistura contendo Xilitol, arabitol, e xilose por cristalização e cromatografia, foi avaliada. Cristalização foi realizada em um béquer revestido agitado fixado a um aquecedor/resfriador de circulação de água. Uma solução foi produzida para similar um produto de fermentação: 300g de uma solução contendo 93,9% de Xilitol, 3,7% de xilose, e 2,8% de arabitol/arabinose foi diluída a 79,2% de DS, e etanol adicionado, de acordo com o peso total de solvente indicado em mol%. A cristalização foi iniciada a 65°C por semeadura com Xilitol, e a solução resfriou a 35°C por 16 h. Os cristais foram coletados por filtração, lavados com etanol, secados, e analisados para pureza de Xilitol por HPAE-PAD. O rendimento e pureza do Xilitol são resumidos na Tabela 8. É observado que alto rendimento de Xilitol foi alcançado (por exemplo, 77% em uma cristalização), com o Xilitol sendo 99,9% puro de açúcares de redução e arabitol. Tabela 8: Rendimento e pureza de cristais de Xilitol [00130] The ability to purify Xylitol from a mixture containing Xylitol, arabitol, and xylose by crystallization and chromatography, was evaluated. Crystallization was performed in a stirred coated beaker attached to a circulating water heater/cooler. A solution was produced to simulate a fermentation product: 300g of a solution containing 93.9% Xylitol, 3.7% Xylose, and 2.8% arabitol/arabinose was diluted to 79.2% DS, and ethanol added, according to the total weight of solvent indicated in mol%. Crystallization was initiated at 65°C by seeding with Xylitol, and the solution cooled to 35°C for 16 h. Crystals were collected by filtration, washed with ethanol, dried, and analyzed for Xylitol purity by HPAE-PAD. Xylitol yield and purity are summarized in Table 8. It is observed that high yield of Xylitol was achieved (eg 77% in one crystallization), with Xylitol being 99.9% pure from reducing sugars and arabitol. Table 8: Yield and purity of Xylitol crystals
[00131] Xilitol foi fracionado de uma mistura contendo 43% pe- so/peso de Xilitol, 6% peso/peso de arabitol, 6% peso/peso de xilose, e 8% peso/peso de etanol. A composição desta mistura é representativa de maiores componentes presentes na cristalização do licor mãe.[00131] Xylitol was fractionated from a mixture containing 43% weight/weight of Xylitol, 6% weight/weight of arabitol, 6% weight/weight of xylose, and 8% weight/weight of ethanol. The composition of this mixture is representative of the major components present in the crystallization of the mother liquor.
[00132] Um teste de pulso foi conduzido utilizando 250 mL de Pu- rolite PCR 642 (forma de gel, copolímero de estireno divinilbenzeno, ácido sulfônico de grupo funcional, e tamanho de esfera médio 295 - 335 μm). O gel foi pré-condicionado com uma solução contendo sal de estrôncio para produzi-lo completamente em uma forma de estrôncio. Uma amostra de 12,5 mL da mistura de Xilitol foi injetada, seguido por eluição de água a 8,33 mL/min. O fracionamento efetivo de Xilitol a partir da mistura foi observado, com o xilose alcançando o pico a 0,61 BV, etanol a 0,72 BV, arabitol a 0,84 BV, e Xilitol alcançando o pico a 0,96 BV. Os resultados de teste de pulso são descritos na Fig. 7. Este teste de pulso demonstra a capacidade de fracionar a solução de licor mãe para obter uma corrente de Xilitol, corrente de arabitol, e redução da corrente de açúcar.[00132] A pulse test was conducted using 250 mL of Purolite PCR 642 (gel form, styrene divinylbenzene copolymer, functional group sulfonic acid, and average bead size 295 - 335 μm). The gel was preconditioned with a solution containing strontium salt to produce it completely in a strontium form. A 12.5 mL sample of the Xylitol mixture was injected, followed by water elution at 8.33 mL/min. Effective fractionation of Xylitol from the mixture was observed, with Xylose peaking at 0.61 BV, ethanol at 0.72 BV, arabitol at 0.84 BV, and Xylitol peaking at 0.96 BV. Pulse test results are depicted in Fig. 7. This pulse test demonstrates the ability to fractionate the mother liquor solution to obtain a Xylitol stream, arabitol stream, and sugar stream reduction.
[00133] Um sistema conforme descrito esquematicamente na Fig. 8 foi construído, compreendendo 4 peneiras (Fluidquip, DSM, Screen Service) para separação de sólido/líquido e uma prensa de rosca final (Vincent Corporation). 40 toneladas de bagaço de Raceland, LA, foram analisadas para teor de cinza e umidade, e verificaram ter um nível de cinzas de 12,9 ± 1,6% peso/peso, e um nível de umidade de 56,6 ± 6,6 %peso/peso. O bagaço foi primeiro triturado para quebrar tufos, e alimentado na unidade de lavagem de Fig. 8. Bagaço lavado e desidratado foi coletado diariamente para análise de quantidades de cinza residual. Os resultados diários mostrados na Fig. 10 indicam que o sistema de lavagem remove com sucesso solo da alimentação de bagaço para reduzir o nível medido de cinza abaixo de 6% peso/peso.[00133] A system as described schematically in Fig. 8 was constructed, comprising 4 sieves (Fluidquip, DSM, Screen Service) for solid/liquid separation and a final screw press (Vincent Corporation). 40 tons of bagasse from Raceland, LA, were analyzed for ash and moisture content, and found to have an ash level of 12.9 ± 1.6% weight/weight, and a moisture level of 56.6 ± 6, 6% weight/weight. The bagasse was first crushed to break up tufts, and fed into the washing unit of Fig. 8. Washed and dehydrated bagasse was collected daily for analysis of residual ash amounts. The daily results shown in Fig. 10 indicate that the scrubbing system successfully removes soil from the bagasse feed to reduce the measured ash level below 6% weight/weight.
[00134] O bagaço lavado foi aquecido para extrair os açúcares de hemicelulose em lotes de 2000-3000 Lb sob condições similares ao Exemplo 4. A pasta fluida coletada foi continuamente alimentada em um Filtro 024 de Aço Inoxidável de 0,6 m2 (BHS Sonthofen Inc). A pasta fluida, tendo uma concentração de sólidos de 7,5-8%, foi alimentada à 70°C a uma produção de 0,5-1,5 gal/min (aproximadamente média de 1 gal/min). O líquido lavado foi águas da cidade a 70°C. Polipropi- leno (850 μm de espessura, permeabilidade do ar de 50 L/m2S) foi usado como um material de filtração. Antes da filtração, a pasta fluida foi aspergida com vapor para aumentar a temperatura a 70°C. A pasta fluida foi gaiatada e aquecida em lotes usando o vapor e um dispositivo de dispersão de ar. A pasta fluida foi então bombeada para o filtro usando uma bomba de diafragma. O bolo do filtro foi lavado com água quente. O bolo de filtro foi permitido desidratar sob vácuo, e descarregado, via um rolo de 90 graus. O bolo foi analisado para umidade, cinza e para açúcares livres residuais, com os resultados resumidos na Tabela 11, mostrando lavagem e desidratação efetivas da corrente remanescente de lignocelulose. A clareza do filtrado foi avaliada por centrifugação de uma amostra do filtrado. O teor de sólido do filtro mãe foi estimado como menos do que 0,1%, e nenhum teor de sólido foi visualizado no filtrado de lavagem, indicando que os sólidos foram eficientemente removidos por filtração. Tabela 11: Umidade, cinza e açúcar residual na corrente remanescente de lignocelulose [00134] The washed bagasse was heated to extract the hemicellulose sugars in batches of 2000-3000 Lb under conditions similar to Example 4. The collected slurry was continuously fed into a 0.6 m2 Stainless Steel Filter 024 (BHS Sonthofen Inc). The slurry, having a solids concentration of 7.5-8%, was fed at 70°C at an output of 0.5-1.5 gal/min (approximately average of 1 gal/min). The washed liquid was city water at 70°C. Polypropylene (850 µm thick, air permeability 50 L/m2S) was used as a filtration material. Prior to filtration, the slurry was sparged with steam to raise the temperature to 70°C. The slurry was panned and heated in batches using steam and an air dispersion device. The slurry was then pumped into the filter using a diaphragm pump. The filter cake was washed with hot water. The filter cake was allowed to dehydrate under vacuum, and discharged, via a 90 degree roller. The cake was analyzed for moisture, ash and residual free sugars, with the results summarized in Table 11, showing effective washing and dehydration of the remaining lignocellulose stream. The clarity of the filtrate was assessed by centrifuging a sample of the filtrate. The solid content of the mother filter was estimated to be less than 0.1%, and no solid content was seen in the wash filtrate, indicating that the solids were efficiently removed by filtration. Table 11: Moisture, ash and residual sugar in the remaining stream of lignocellulose
[00135] O hidrolisato de hemicelulose coletado no Exemplo 11 foi refinado por contato com uma resina SAC, seguido por extração de amina. A solução aquosa refinada foi evaporada para retirada do solvente, em seguida polida por contato com uma resina SAC, uma resina WBA, uma resina MB, e finalmente evaporação a cerca de 70% pe- so/peso de DS. Os produtos de açúcar final foram analisados e mostrados para terem as composições da Tabela 12A. Algum do material foi fracionado por cromatografia para enriquecer a fração de xilose, a composição da qual é provida na Tabela 12B. Ambas amostras foram bem sucedidamente fermentadas à Xilitol por vários microrganismos, com adição apropriada de açúcares C6 (por exemplo, glicose) para suportar a proliferação do microrganismo. Tabela 12A: Composição de açúcar de uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado produzida por extração de açúcar de hemicelulose e purificação de bagaço Referência: DB4 D01 Tabela 12B: Composição de açúcar de uma corrente de açúcar enriquecida com xilose produzida por extração de açúcar de hemicelulose e purificação de bagaço Referência: DB4D02[00135] The hemicellulose hydrolyzate collected in Example 11 was refined by contact with a SAC resin, followed by amine extraction. The refined aqueous solution was evaporated to remove the solvent, then polished by contact with a SAC resin, a WBA resin, an MB resin, and finally evaporation to about 70% weight/weight DS. The final sugar products were analyzed and shown to have the compositions in Table 12A. Some of the material was fractionated by chromatography to enrich the xylose fraction, the composition of which is provided in Table 12B. Both samples were successfully fermented to Xylitol by various microorganisms, with appropriate addition of C6 sugars (eg glucose) to support microorganism proliferation. Table 12A: Sugar composition of a refined hemicellulose sugar stream produced by hemicellulose sugar extraction and bagasse purification Reference: DB4 D01 Table 12B: Sugar composition of a xylose-enriched sugar stream produced by hemicellulose sugar extraction and bagasse purification Reference: DB4D02
[00136] Bagaço de Raceland, LA foi destituído de cinzas de acordo com o Exemplo 10, e extraído e separado conforme descrito no Exemplo 11. As amostras da biomassa sólida foram coletadas após cada etapa de processo, secadas e analisadas para sua composição. A Tabela 13 resume os resultados, indicando retirada de cinzas eficiente do sólido na etapa de retirada de cinzas/etapa de retirada de solo, e extração eficiente de açúcares de hemicelulose, bem como redução de muitos dos elementos de metal remanescentes na biomassa por extração dos metais fisiologicamente ligados na etapa de extração. A biomassa destituída de cinzas é antecipada para ser muito mais adequada do que a biomassa de alimentação para uso como alimentação para usos de energia, por exemplo, queima oxidativa para produzir energia diretamente, ou pirólise para produzir bio-óleo. A biomassa hemi-exaurida é antecipada para ser uma alimentação ainda melhor para proposta de energia, visto que mais teor inorgânico é removido, bem como alguns hidratos de carbono, consequentemente a percentagem de lignina sendo aumentada de uma média de ~24% a uma média de ~40%. O teor de lignina mais alto e teor de açúcar mais baixo resultam em densidade de energia mais alta da biomassa. Tabela 13: Análise de composição de bagaço de Raceland após a etapa de retirada de cinzas e após etapa de extração de hemicelulose [00136] Bagasse from Raceland, LA was deashed according to Example 10, and extracted and separated as described in Example 11. Samples of solid biomass were collected after each process step, dried and analyzed for their composition. Table 13 summarizes the results, indicating efficient deashing of the solid in the ash removal step/soil removal step, and efficient extraction of hemicellulose sugars, as well as reduction of many of the remaining metal elements in the biomass by extraction of the physiologically bound metals in the extraction step. Ash-depleted biomass is anticipated to be much more suitable than feedstock biomass for use as feed to energy uses, for example, oxidative burning to produce energy directly, or pyrolysis to produce bio-oil. The hemi-depleted biomass is anticipated to be an even better feed for energy proposal, as more inorganic content is removed as well as some carbohydrates, consequently the percentage of lignin being increased from an average of ~24% to an average of ~40%. Higher lignin content and lower sugar content result in higher energy density of the biomass. Table 13: Composition analysis of Raceland bagasse after the ash removal step and after the hemicellulose extraction step
[00137] Um fermentador contendo meio de fermentação (triptona, 14 g; extrato de levedura, 7 g; fosfato de potássio, dibásico, 4.2 g; cloreto de sódio, 7 g; sulfato de magnésio, 2 g; água, 750 mL, antiespuma Cognis Clerol FBA 3107, 3 gotas) é esterilizado conforme descrito na Pub. U.S. No. 2013/0217070. Uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado preparada de acordo com os métodos objetos (por exemplo, como nos Exemplos 5 e 7) é adicionada (100 mL, compreendendo 30 g de xilose). O fermentador é inoculado com 50 mL de uma cultura iniciadora de um microrganismo adequado (por exemplo, ZUC220 ou ZUC170) a 30°C, e a fermentação permitida se passar a 30°C e pH 7,0 (NH4OH controlado) com agitação (800 RPM) e introdução de ar a 1 LPM, conforme descrito na Pub. U.S. No. 2013/0217070. O volume após inoculação é 900 mL. Após 24 horas, corrente de açúcar de he- micelulose refinado adicional é adicionada (185 mL, compreendendo 130 g de xilose). A fermentação é permitida operar por um total de 80 horas após inoculação antes da separação dos microrganismos a partir da corrente de Xilitol por filtração. O Xilitol é cristalizado conforme descrito no Exemplo 8. Os métodos de fermentação da revelação podem exibir uma produtividade volumétrica de mais do que 1,5 g/L/h (produtividade “A”), de 1,0 a 1,5 g/L/h (produtividade “B”), de 0,5 a 1,0 g/L/h (produtividade “C”), ou menos do que 0,5 g/L/h (produtividade “D”). Em alguns exemplos, o rendimento de Xilitol dos métodos de fermentação aqui descrito é maior do que 100 g/L (rendimento “A”), de 75 a 100 g/L (rendimento “B”), de 50 a 75 g/L (rendimento “C”), ou menor do que 50 g/L (rendimento “D”). Exemplos adicionais das condições de fermentação podem ser encontrados, exemplo, na Pub. U.S. No. 2013/0217070.[00137] A fermenter containing fermentation medium (tryptone, 14 g; yeast extract, 7 g; potassium phosphate, dibasic, 4.2 g; sodium chloride, 7 g; magnesium sulfate, 2 g; water, 750 mL, antifoam Cognis Clerol FBA 3107, 3 drops) is sterilized as described in Pub. U.S. At the. 2013/0217070. A stream of refined hemicellulose sugar prepared according to the object methods (e.g. as in Examples 5 and 7) is added (100 ml, comprising 30 g of xylose). The fermenter is inoculated with 50 ml of a starter culture of a suitable microorganism (e.g. ZUC220 or ZUC170) at 30°C, and allowed to ferment if passed at 30°C and pH 7.0 (controlled NH4OH) with agitation ( 800 RPM) and introduction of air at 1 LPM as described in Pub. U.S. At the. 2013/0217070. The volume after inoculation is 900 mL. After 24 hours, additional refined hemicellulose sugar stream is added (185 ml, comprising 130 g of xylose). The fermentation is allowed to operate for a total of 80 hours after inoculation before separating the microorganisms from the Xylitol stream by filtration. Xylitol is crystallized as described in Example 8. The fermentation methods of the disclosure can exhibit a volumetric productivity of more than 1.5 g/L/h (“A” productivity), from 1.0 to 1.5 g/h L/h (“B” productivity), from 0.5 to 1.0 g/L/h (“C” productivity), or less than 0.5 g/L/h (“D” productivity). In some examples, the yield of Xylitol from the fermentation methods described herein is greater than 100 g/L (“Yield “A”), from 75 to 100 g/L (“Yield “B”), from 50 to 75 g/L (yield “C”), or less than 50 g/L (yield “D”). Additional examples of fermentation conditions can be found, for example, in Pub. U.S. At the. 2013/0217070.
[00138] Proteína e amino ácidos estão usualmente presentes na matéria-prima de biomassa, e podem ser removidos de soluções de açúcar para evitar inibição de alguns microrganismos usados para processos de fermentação industrial. Isto pode ser necessário quando folhas de cana de açúcar são usadas como matéria-prima, à medida que inerentemente mais proteína e amino ácidos estão presentes nas folhas do que na cana. As amostras de bagaço e folhas foram hidroli- sadas e refinadas conforme descrito no Exemplo 5. Amostras de bagaço, folhas, e correntes de açúcar de hemicelulose refinado derivadas dos mesmos foram analisadas por Galbraith Laboratories, Inc. para teor de nitrogênio e proteína, com os resultados resumidos na Tabela 15. Pode ser visto que moléculas contendo nitrogênio foram removidas eficientemente no processo de refino, à medida que ambas as amostras compreendem menos do que 200 ppm de nitrogênio. Tabela 15: Análise de nitrogênio e proteína em biomassa e correntes de açúcar de hemicelulose refinado produzidas das mesmas CONCRETIZAÇÕES ADICIONAIS DA INVENÇÃO 1. Um método de produção de Xilitol de uma biomassa contendo lignocelulose, compreendendo: fermentar uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado para produzir um caldo de fermentação compreendendo Xilitol; e recuperar Xilitol a partir do caldo de fermentação; no qual a corrente de açúcar de hemicelulose refinado foi produzida por um processo compreendendo: extrair açúcares de hemicelulose da biomassa, obtendo-se, desse modo, uma corrente de açúcar de hemicelulose e uma corrente remanescente de lignocelulose; contatar a corrente de açúcar de hemicelulose com um agente de extração de amina para formar uma mistura; e separar da mistura uma corrente orgânica compreendendo o agente de extração de amina, e pelo menos uma impureza, e a corrente de açúcar de hemicelulose refinado. 2. O método, de acordo com a concretização 1, no qual a biomass é selecionada de madeira dura, polpa de madeira, bagaço, folhas de cana de açúcar, bétula, eucalipto, espigas de milho, palha de milho, cascas de amendoim, grama, e palha de trigo, ou uma combinação destes. 3. O método, de acordo com a concretização 2, no qual a biomassa é selecionada de bagaço e folhas de cana de açúcar, ou uma combinação destes. 4. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 3, compreendendo adicionalmente reduzir cinza e teor de solo da biomassa antes da extração de açúcares de hemicelulose da biomassa. 5. O método, de acordo com a concretização 4, no qual a redução compreende um ou mais estágios de formação de pasta fluida, lavagem, e desidratação da biomassa. 6. O método, de acordo com qualquer uma das concreti- zações 1 a 5, no qual a extração de açúcares de hemicelulose com-preende extração de água quente. 7. O método, de acordo com a concretização 6, compre-endendo adicionalmente um ácido. 8. O método, de acordo com a concretização 7, no qual o ácido é um ácido inorgânico. 9. O método, de acordo com a concretização 7 ou 8, no qual o ácido está presente em uma quantidade até 2% peso/peso. 10. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 6 a 9, no qual a extração ocorre à uma temperatura de 100 a 200°C. 11. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 10, no qual o agente de extração de amina compreende uma amina e um diluente. 12. O método, de acordo com a concretização 11, no qual a amina compreende pelo menos 20 átomos de carbono. 13. O método, de acordo com a concretização 12, no qual a amina é trilaurilamima. 14. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 11 a 13, no qual o diluente compreende um álcool. 15. O método, de acordo com a concretização 14, no qual o diluente compreende hexanol ou 2-etil-1-hexanol. 16. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 11 a 13, no qual o diluente compreende um C6-12 monoálcool, querosene, ou uma mistura destes. 17. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 16, no qual a pelo menos uma impureza é selecionada de cinza, lignina solúvel ácida, furfural, ácidos graxos, ácidos inorgânicos, ácidos orgânicos, metanol, proteínas, amino ácidos, glicerol, esteróis, ácido resínico, e materiais cerosos. 18. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 17, no qual o caldo de fermentação compreende adicionalmente um microrganismo selecionado de bactéria que ocorre naturalmente, bactéria recombinante, levedura que ocorre naturalmente, levedura recombinante, e fungos. 19. O método, de acordo com a concretização 18, no qual o microrganismo é uma estirpe de E. coli. 20. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 19, no qual a fermentação produz, em menos do que 80 horas, pelo menos 60 gramas do Xilitol por litro do caldo de fermentação. 21. O método, de acordo com a concretização 20, no qual a fermentação produz, em menos do que 80 horas, pelo menos 100 gramas do Xilitol por litro do caldo de fermentação. 22. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 21, no qual a fermentação produz o Xilitol a uma taxa de pelo menos 1 g/L/h. 23. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 22, no qual o caldo de fermentação compreende menos do que 1 grama de etanol por litro. 24. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 23, no qual pelo menos 70% de xilose na biomassa é con-vertido em Xilitol. 25. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 24, no qual o teor de xilose da corrente de açúcar de hemi- celulose refinado é pelo menos 80% do teor de xilose da corrente de açúcar de hemicelulose. 26. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 25, no qual a fermentação não compreende xilose purificada por cristalização. 27. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 26, no qual a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende pelo menos 50% de xilose peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais. 28. O método, de acordo com a concretização 27, no qual a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende entre 50 e 90% de xilose peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais. 29. Um método para produção de Xilitol por fermentação de uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado derivada de um hi- drolisato lignocelulósico, compreendendo converter xilose na corrente de açúcar de hemicelulose refinado a Xilitol através da fermentação por um microrganismo, no qual a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende: 50 a 90% xilose peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais, menos do que 200 ppm de cálcio e furfural em uma quantidade até 1000 ppm. 30. O método, de acordo com a concretização 29, no qual o microrganismo é selecionado de bactéria que ocorre naturalmente, bactéria recombinante, levedura que ocorre naturalmente, levedura recombinante, e fungos. 31. O método, de acordo com a concretização 30, no qual o microrganismo é um estirpe de E. coli. 32. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 29 a 31, no qual a fermentação produz, em menos do que 80 horas, pelo menos 60 gramas do Xilitol por litro de caldo de fermentação. 33. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 29 a 32, no qual a fermentação produz, em menos do que 80 horas, pelo menos 100 gramas do Xilitol por litro de caldo de fermentação. 34. O método, de acordo com qualquer uma das concreti- zações 29 a 33, no qual a fermentação produz o Xilitol a uma taxa de pelo menos 1 g/L/h. 35. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 34, no qual a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende menos do que 5% de oligômeros peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais. 36. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 35, no qual a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende arabinose em uma quantidade até 12% peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais. 37. O método, de acordo com a concretização 36, no qual a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende entre 3 e 12% de arabinose peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais. 38. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 37, no qual a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende pelo menos 10% de hexoses peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais. 39. O método, de acordo com a concretização 38, no qual a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende entre 10 e 50% de hexoses peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais. 40. O método, de acordo com a concretização 38 ou 39, no qual as hexoses compreendem glicose, galactose, manose, e frutose. 41. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 38 a 40, no qual a glicose e frutose compreendem pelo menos 50% peso/peso das hexoses. 42. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 41, no qual a proporção de xilose para hexoses é entre 1,5:1 e 5:1 peso/peso. 43. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 42, no qual a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende dissacarídeos em uma quantidade até 8% peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais. 44. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 43, no qual a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende cinza em uma quantidade até 0,25% peso/peso. 45. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 44, no qual a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende compostos fenólicos em quantidades até 200 ppm. 46. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 45, no qual a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende furfural em uma quantidade até 200 ppm. 47. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 46, no qual a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende menos do que 200 ppm de cálcio. 48. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 1 a 47, no qual a corrente de açúcar de hemicelulose refinado compreende nitrogênio em uma quantidade até 1000 ppm. 49. Um sistema para produção de Xilitol de uma biomassa contendo lignocelulose, compreendendo: uma unidade de extração de hemicelulose configurada para extrair e hidrolisar hemicelulose a partir da biomassa para produzir uma corrente de açúcar de hemicelulose e uma corrente remanescente de lignocelulose; uma unidade de refino em comunicação de fluido com a unidade de extração, no qual a unidade de refino é configurada para receber a corrente de açúcar de hemicelulose e um agente de extração de amina, e no qual o agente de extração de amina remove impurezas a partir da corrente de açúcar de hemicelulose para produzir uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado; uma unidade de detecção configurada para analisar um ou mais parâmetros da corrente de açúcar de hemicelulose refinado; uma unidade de fermentação em comunicação de fluido com a unidade de refino para receber a corrente de açúcar de hemice- lulose refinado, no qual a unidade de fermentação é configurada para conter a corrente refinada e um microorganismo, e no qual o microrganismo facilita a produção do Xilitol de um monossacarídeo na corrente refinada para produzir um caldo de fermentação; e uma unidade de refino de Xilitol, no qual a Unidade de refino de Xilitol é configurada para remover o Xilitol do caldo de fermentação. 50. O sistema, de acordo com a concretização 49, compre-endendo adicionalmente uma unidade de lavagem configurada para remover cinza e solo da biomassa, no qual a unidade de extração de hemicelulose está em comunicação de fluido com a unidade de lavagem. 51. O sistema, de acordo com a concretização 49 ou 50, no qual pelo menos 90% de xilose na corrente de açúcar de hemicelulose refinado é convertida a Xilitol na unidade de fermentação. 52. O sistema, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 49 a 51, no qual o Xilitol é produzido a uma taxa de pelo menos 1 g/L/h na unidade de fermentação. 53. O sistema, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 49 a 52, no qual o caldo de fermentação compreende menos do que 10 g/L de etanol. 54. O sistema, de acordo com a concretização 53, no qual o caldo de fermentação compreende menos do que 4,5 g/L de etanol. 55. O sistema, de acordo com a concretização 53, no qual o caldo de fermentação compreende menos do que 1 g/L de etanol. 56. O sistema, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 49 a 55, no qual a biomassa é selecionada de bagaço e folhas de cana de açúcar, ou uma combinação destes. 57. O sistema, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 49 a 56, no qual os um ou mais parâmetros são selecionados de pH, absorvência de luz, condutividade, densidade, concentração de xilose, e concentração de hexose. 58. Uma matéria-prima de fermentação compreendendo: 50 a 90% de xilose peso/peso relativo aos açúcares dissol-vidos totais; 10 a 45% de hexoses peso/peso relativo aos açúcares dis-solvidos totais; arabinose em uma quantidade até 12% peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais; dissacarídeos em uma quantidade até 8% peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais; furfural em uma quantidade até 1000 ppm; e menos do que 200 ppm de cálcio. 59. A matéria-prima de fermentação, de acordo com a con-cretização 58, compreendendo adicionalmente: menos do que 1000 ppm de ácido acético; e menos do que 1000 ppm de ácido fórmico. 60. A matéria-prima de fermentação, de acordo com a con-cretização 58 ou 59, compreendendo adicionalmente um C6-12 monoál- cool em uma quantidade até 100 ppm. 61. A matéria-prima de fermentação, de acordo com qualquer uma das concretizações 58 a 60, compreendendo adicionalmente nitrogênio em uma quantidade até 1000 ppm. 62. A matéria-prima de fermentação, de acordo com qualquer uma das concretizações 58 a 61, compreendendo adicionalmente um microrganismo. 63. Um caldo de fermentação compreendendo: pelo menos 60 g/L de Xilitol menos do que 10 g/L de etanol; xilose em uma quantidade até 50 g/L; hexoses em uma quantidade até 35 g/L; furfural em uma quantidade até 1000 ppm; e menos do que 200 ppm de cálcio. 64. O caldo de fermentação, de acordo com a concretização 63, compreendendo adicionalmente: menos do que 1000 ppm de ácido acético; e menos do que 1000 ppm de ácido fórmico. 65. O caldo de fermentação, de acordo com a concretização 63 ou 64, compreendendo adicionalmente um C6-12 monoálcool em uma quantidade até 100 ppm. 66. O caldo de fermentação, de acordo com qualquer uma das concretizações 63 a 65, compreendendo adicionalmente um mi-crorganismo. 67. Uma composição de Xilitol compreendendo: pelo menos 98% de Xilitol peso/peso relativo aos sólidos dissolvidos totais; oligossacarídeos em uma quantidade até 1% peso/peso re-lativo aos sólidos dissolvidos totais; e hexoses em uma quantidade até 1%. 68. A composição, de acordo com a concretização 67, compreendendo adicionalmente cinza em uma quantidade até 0,25% peso/peso relativo aos sólidos dissolvidos totais. 69. A composição, de acordo com a concretização 67 ou 68, compreendendo adicionalmente furfural em uma quantidade até 1000 ppm. 70. A composição, de acordo com qualquer uma das con-cretizações 67 a 69, compreendendo adicionalmente uma amina em uma quantidade até 100 ppm, e no qual a amina compreende pelo menos 12 átomos de carbono. 71. A composição, de acordo com qualquer uma das con-cretizações 67 a 70, compreendendo adicionalmente um C6-12 monoál- cool em uma quantidade até 100 ppm. 72. A composição, de acordo com qualquer uma das con-cretizações 67 a 71, no qual as hexoses são selecionadas de glicose, galactose, manose, e frutose. 73. A composição, de acordo com qualquer uma das con-cretizações 67 a 72, compreendendo adicionalmente menos do que 100 ppm de arabitol. 74. A composição, de acordo com qualquer uma das con-cretizações 67 a 73, compreendendo adicionalmente menos do que 100 ppm de galactitol. 75. A composição, de acordo com a reivindicação 74, com-preendendo adicionalmente menos do que 1 ppm de galactitol. 76. A composição, de acordo com qualquer uma das con-cretizações 67 a 75, no qual a composição é derivada de um hidrolisa- to de uma biomassa contendo lignocelulose. 77. A composição, de acordo com qualquer uma das con-cretizações 67 a 76, no qual a composição é cristalina. 78. A composição, de acordo com qualquer uma das con-cretizações 67 a 76, no qual a composição é provida como uma solução aquosa. 79. A composição, de acordo com a concretização 78, no qual a solução aquosa compreende pelo menos 50% peso/peso de sólidos dissolvidos. 80. Um método de produção de uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado adequada para conversão a Xilitol, compreendendo: extrair açúcares de hemicelulose a partir da biomassa, ob-tendo-se, desse modo, uma corrente de açúcar de hemicelulose e uma corrente remanescente de lignocelulose; contatar a corrente de açúcar de hemicelulose com um agente de extração de amina para formar uma mistura; separar da mistura uma corrente orgânica compreendendo o agente de extração de amina, e pelo menos uma impureza e uma corrente de açúcar de hemicelulose refinado; e medir as concentrações de pelo menos uma de xilose, ara-binose, hexoses, dissacarídeos, cinza, ácido acético, ácido fórmico, compostos fenólicos, furfural, cálcio, e nitrogênio; no qual a corrente de açúcar de hemicelulose refinado é adequada para conversão a Xilitol se a corrente refinada compreende: pelo menos 50% de xilose peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais; pelo menos 10% de hexoses peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais; e menos do que 200 ppm de cálcio; e no qual a corrente refinada adequada para conversão a Xilitol compreende adicionalmente pelo menos uma característica selecionada de: arabinose em uma quantidade até 12% peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais; dissacarídeos em uma quantidade até 8% peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais; cinza em uma quantidade até 0,25% peso/peso; menos do que 1000 ppm de ácido acético; menos do que 1000 ppm de ácido fórmico; compostos fenólicos em uma quantidade até 200 ppm; furfural em uma quantidade até 200 ppm; e nitrogênio em uma quantidade até 1000 ppm; e no qual uma corrente refinada inadequada para conversão a Xilitol é adicionalmente refinada. 81. O método, de acordo com a concretização 80, no qual a corrente refinada adequada para conversão a Xilitol compreende adi-cionalmente furfural em uma quantidade até 200 ppm. 82. O método, de acordo com a concretização 80 ou 81, no qual a corrente refinada adequada para conversão a Xilitol compreende adicionalmente arabinose em uma quantidade até 12% peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais. 83. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 80 a 82, no qual a corrente refinada adequada para conversão a Xilitol compreende adicionalmente dissacarídeos em uma quantidade até 8% peso/peso relativo aos açúcares dissolvidos totais. 84. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 80 a 83, no qual a corrente refinada adequada para conversão a Xilitol compreende adicionalmente cinza em uma quantidade até 0,25% peso/peso. 85. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 80 a 84, no qual a corrente refinada adequada para conversão a Xilitol compreende adicionalmente ácido acético em uma quantidade até 1000 ppm. 86. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 80 a 85, no qual a corrente refinada adequada para conversão a Xilitol compreende adicionalmente ácido fórmico em uma quantidade até 1000 ppm. 87. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 80 a 86, no qual a corrente refinada adequada para conversão a Xilitol compreende adicionalmente compostos fenólicos em uma quantidade até 200 ppm. 88. O método, de acordo com qualquer uma das concreti-zações 80 a 87, no qual a corrente refinada adequada para conversão a xilitol compreende adicionalmente nitrogênio em uma quantidade até 1000 ppm.[00138] Protein and amino acids are usually present in the raw material of biomass, and can be removed from sugar solutions to avoid inhibition of some microorganisms used for industrial fermentation processes. This may be necessary when sugar cane leaves are used as a raw material, as inherently more protein and amino acids are present in the leaves than in the cane. Samples of bagasse and leaves were hydrolyzed and refined as described in Example 5. Samples of bagasse, leaves, and refined hemicellulose sugar streams derived therefrom were analyzed by Galbraith Laboratories, Inc. for nitrogen and protein content, with the results summarized in Table 15. It can be seen that nitrogen-containing molecules were efficiently removed in the refining process, as both samples comprise less than 200 ppm of nitrogen. Table 15: Nitrogen and protein analysis in biomass and refined hemicellulose sugar streams produced therefrom FURTHER EMBODIMENTS OF THE INVENTION 1. A method of producing Xylitol from a lignocellulose-containing biomass, comprising: fermenting a refined hemicellulose sugar stream to produce a fermentation broth comprising Xylitol; and recovering Xylitol from the fermentation broth; wherein the refined hemicellulose sugar stream was produced by a process comprising: extracting hemicellulose sugars from the biomass, thereby obtaining a hemicellulose sugar stream and a lignocellulose remnant stream; contacting the hemicellulose sugar stream with an amine extracting agent to form a mixture; and separating from the mixture an organic stream comprising the amine extracting agent, and at least one impurity, and the refined hemicellulose sugar stream. 2. The method according to embodiment 1, in which the biomass is selected from hardwood, wood pulp, bagasse, sugar cane leaves, birch, eucalyptus, corn cobs, corn straw, peanut shells, grass, and wheat straw, or a combination thereof. 3. The method, according to
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