BRPI0802153A2 - fermentative process copending pre-treatment step, enzymatic hydrolysis and fermented product using lignocellulosic plant biomass - Google Patents

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BRPI0802153A2
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Henrique Macedo Baudel
Celia Maria Araujo Galvao
Jaime Finguerut
Jose Augusto Travassos Rios Tome
Dionisio Morelli Jr
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Ct De Tecnologia Canavieira Ctc
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
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Abstract

PROCESSO FERMENTATIVO COMPREENDENDO ETAPA DE PRé-TRATAMENTO, HIDRóLISE ENZIMáTICA E PRODUTO FERMENTADO UTILIZANDO BIOMASSA VEGETAL LIGNOCELULóSICA. A presente invenção se refere a um processo fermentativo compreendendo uma etapa de pré-tratamento e hidrólise enzimática de biomassa vegetal lignocelulósica, onde esse pré-tratamento inclui o uso de vapor, opejonalmente na presença de catalisadores, um pretratamento enzimático e a um produto fermentado por esse processo. Em especial a biomassa vegetal é bagaço de cana e o produto é o etanol.FERMENTATIVE PROCESS UNDERSTANDING PRE-TREATMENT STEP, ENZYMATIC HYDROLYSIS AND FERMENTED PRODUCT USING LIGNOCELLULOSIC VEGETABLE BIOMASS. The present invention relates to a fermentative process comprising a step of pre-treatment and enzymatic hydrolysis of lignocellulosic plant biomass, where such pre-treatment includes the use of steam, opejonally in the presence of catalysts, an enzymatic pretreatment and a product fermented by this process. In particular, vegetable biomass is sugarcane bagasse and the product is ethanol.

Description

Relatório Descritivo de Patente de InvençãoPatent Invention Descriptive Report

Processo Fermentativo compreendendo Etapa de Pré-Tratamento, Hidrólise Enzimática ε Produto Fermentado utilizando biomassa vegetal lignocelulósicaFermentation Process Comprising Pretreatment Step, Enzymatic Hydrolysis and Fermented Product Using Lignocellulosic Plant Biomass

Campo da InvençãoField of the Invention

A presente invenção se refere a um processo fermentativo compreendendo etapas de pré-tratamento de biomassa vegetal lignocelulósica, na qual se utiliza vapor na presença ou ausência de catalisadores químicos e/ou bioquímicos, hidrólise enzimática da referida biomassa e fermentação do caldo hidrolisado obtido por este processo enzimático. Em especial, a biomassa vegetal é bagaço e/ou palha de cana-de-açúcar e o produto é o etanol.The present invention relates to a fermentation process comprising lignocellulosic plant biomass pretreatment steps in which steam is used in the presence or absence of chemical and / or biochemical catalysts, enzymatic hydrolysis of said biomass and fermentation of the hydrolyzed broth obtained therefrom. enzymatic process. In particular, the vegetable biomass is sugarcane bagasse and / or straw and the product is ethanol.

Antecedentes da InvençãoBackground of the Invention

A possibilidade de produzir etanol a partir de materiais lignocelulósicos tem recebido bastante atenção devido à elevada disponibilidade destes materiais, sobretudo em território nacional, e também ao fato da rota de obtenção do etanol ser considerada "verde", quando comparada àquela empregada na produção de combustíveis derivados do petróleo, como a gasolina.The possibility of producing ethanol from lignocellulosic materials has received a lot of attention due to the high availability of these materials, especially in the national territory, and also to the fact that the ethanol production route is considered "green" when compared to that used in fuel production. petroleum products, such as gasoline.

A celulose é um polímero linear de D-glicose composta por ligações glicosídicas β-1,4, com unidades repetidas de celobiose, formando um material de elevada cristalinidade insolúvel em água. O grau de polimerização situa-se na faixa de 7500-15000 moléculas de glicose presentes na cadeia celulósica.Cellulose is a linear D-glucose polymer composed of β-1,4 glycosidic bonds, with repeated cellobiose units, forming a water-insoluble high crystallinity material. The degree of polymerization is in the range of 7500-15000 glucose molecules present in the cellulosic chain.

A celulose encontra-se organizada em fibras com diâmetro de 2,0-4,0 nm. Estas fibras encontram-se associadas segundo pontes de hidrogênio e ligações de van der Waals, formando uma estrutura molecular rígida (micro- fibrilas), com diâmetros de 10 a 30 nm. A fração cristalina constituí entre 50 e 90% da celulose. Nesta fração, os capilares são pequenos, o que dificulta sobremaneira a penetração da matriz por enzimas (tamanho médio de 5 nm). Assim sendo, processos de hidrólise enzimática demandam um tratamento prévio (pré-tratamento) da biomassa lignocelulósica, visando "abrir" a matriz celulósica à ação das enzimas. As regiões de baixa cristalinidade (amorfas) existentes nas micro-fibrilas são susceptíveis à ação enzimática, dispensando pré-tratamento da biomassa.Cellulose is organized into fibers with a diameter of 2.0-4.0 nm. These fibers are associated with hydrogen bridges and van der Waals bonds, forming a rigid molecular structure (microfibrils) with diameters from 10 to 30 nm. The crystalline fraction constitutes between 50 and 90% of the cellulose. In this fraction, the capillaries are small, which makes it difficult for enzymes to penetrate the matrix (average size 5 nm). Therefore, enzymatic hydrolysis processes require a pre-treatment (pre-treatment) of the lignocellulosic biomass, aiming to "open" the cellulosic matrix to the enzymes action. The regions of low crystallinity (amorphous) in the microfibrils are susceptible to enzymatic action, eliminating pretreatment of biomass.

Diferentemente da celulose, as hemiceluloses são polímeros heterogêneos ramificados de diferentes carboidratos unidos através de diferentes ligações químicas. Vários substituintes, e.g., grupos acetila e ácidos urônicos, encontram-se associados à cadeia principal ou às suas respectivas ramificações, em estruturas de grau de polimerização variando entre 20 e 300.Unlike cellulose, hemicelluloses are branched heterogeneous polymers of different carbohydrates joined through different chemical bonds. Various substituents, e.g., acetyl groups and uronic acids, are associated with the main chain or their respective branches in polymerization grade structures ranging from 20 to 300.

As hemiceluloses não apresentam o grau de cristalinidade nem a estrutura microfibrilar orientada da celulose, de modo que não exercem influência efetiva sobre as propriedades estruturais do tecido vegetal. Deste modo, apresentam maior susceptibilidade à hidrólise ácida e enzimática, bem como maior solubilidade em soluções aquoso-alcalinas. Geralmente, utiliza-se o termo holocelulose para se referir à fração sacarídica total (celulose e hemiceluloses) do tecido vegetal livre de extrativos.Hemicelluloses do not have the degree of crystallinity or the oriented microfibrillary structure of cellulose, so they do not exert an effective influence on the structural properties of plant tissue. Thus, they are more susceptible to acid and enzymatic hydrolysis, as well as greater solubility in aqueous-alkaline solutions. Generally, the term holocellulose is used to refer to the total saccharide fraction (cellulose and hemicelluloses) of the extractive-free plant tissue.

As hemiceluloses encontram-se associadas à fração fenólica (Iignina) através de ligações covalentes e à celulose via hidrogênio ligante. Sua composição varia conforme o material lignocelulósico. Madeiras suaves ("softwoods") tais como o Pinus radiata, contêm maiores teores de glico- mananas, enquanto as madeiras duras ("hardwoods"), como a bétula, apresentam maior teor de glico-xilanas. As hemiceluloses do bagaço de cana- de-açúcar são predominantemente constituídas de xilanas, embora também apresentem quantidades menores de glico-xilanas e arabino-xilanas.Hemicelluloses are associated to the phenolic fraction (Iignin) through covalent bonds and to cellulose via hydrogen binder. Its composition varies according to the lignocellulosic material. Softwoods such as Pinus radiata contain higher glycane content, while hardwoods such as birch have higher glycoxyl content. The sugarcane bagasse hemicelluloses are predominantly made up of xylans, although they also have lower amounts of glycoxylans and arabinoxylans.

Juntamente com a celulose, a Iignina é um dos mais abundantes polímeros orgânicos do reino vegetal. Usualmente, a Iignina é vista como "cimento" ou "substância incrustante" do tecido vegetal, contribuindo significativamente para a resistência mecânica do mesmo. Por outro lado, enquanto uma quantidade relativamente grande de microrganismos é capaz de decompor e converter a celulose e as hemiceluloses, apenas um número muito reduzido possui a capacidade de decompor efetivamente a lignina, o que justifica a elevada resistência das plantas à deterioração.Along with cellulose, Iignin is one of the most abundant organic polymers in the plant kingdom. Iignin is usually seen as a "cement" or "fouling substance" in plant tissue, contributing significantly to its mechanical strength. On the other hand, while a relatively large number of microorganisms are capable of decomposing and converting cellulose and hemicelluloses, only a very small number have the ability to effectively decompose lignin, which justifies the high resistance of plants to deterioration.

A lignina é um polímero amorfo tridimensional complexo, de alto peso molecular, geralmente associado com a celulose e hemiceluloses através de ligações éter e carbono-carbono. Sua estrutura química "in natura" é fortemente aromática, de natureza fenólica, composta de unidades de fenil-propano associadas a grupos metoxila, hidroxilas fenólicas e alifáticas.Lignin is a complex, high molecular weight three-dimensional amorphous polymer commonly associated with cellulose and hemicelluloses through ether and carbon-carbon bonds. Its "in natura" chemical structure is strongly aromatic, phenolic in nature, composed of phenyl propane units associated with methoxyl groups, phenolic and aliphatic hydroxyls.

Devido à associação da celulose com as hemiceluloses e a lignina, o acesso dos diversos agentes químicos (e.g. ácidos e álcalis) e bioquímicos (e.g. enzimas, microrganismos) utilizados nos processos de produção de etanol a partir de biomassas lignocelulósicas por via fermentativa torna-se bastante restrito.Due to the association of cellulose with hemicelluloses and lignin, access to the various chemical (eg acids and alkalis) and biochemical (eg enzymes, microorganisms) agents used in the production processes of ethanol from lignocellulosic biomass through fermentation becomes quite restricted.

Evidencia-se, portanto, a necessidade de se realizar um tratamento prévio (pretratamento) da biomassa lignocelulósica, visando remover componentes não-celulósicos, predominantemente hemiceluloses, de modo a favorecer a acessibilidade das enzimas à celulose.Therefore, there is a need for pre-treatment (pretreatment) of lignocellulosic biomass, aiming to remove non-cellulosic components, predominantly hemicelluloses, in order to favor the accessibility of enzymes to cellulose.

A conversão eficiente da celulose do material lignocelulósico em açúcares fermentescíveis e posterior fermentação destes em etanol certamente representam um enorme desafio. A celulose é o principal constituinte das fibras lignocelulósicas e consiste em uma estrutura cristalina muito resistente à quebra, assim como a hemicelulose, o segundo componente em abundância. A conversão de celulose/hemicelulose a etanol requer a separação desses componentes da lignina e/ou aumento do acesso de enzimas a esses materiais, ou seja, é necessário promover uma despolimerização destes componentes em açúcares livres para subseqüente fermentação destes açúcares a etanol.The efficient conversion of cellulose from lignocellulosic material into fermentable sugars and their subsequent fermentation into ethanol certainly pose a huge challenge. Cellulose is the main constituent of lignocellulosic fibers and consists of a very break-resistant crystal structure, as is hemicellulose, the second component in abundance. The conversion of cellulose / hemicellulose to ethanol requires separation of these components from lignin and / or increased enzyme access to these materials, ie, it is necessary to promote a depolymerization of these components into free sugars for subsequent fermentation of these sugars to ethanol.

A hidrólise ácida é um método comum para a conversão da celulose em glicose, um açúcar fermentescível. Ela geralmente envolve o uso de ácidos concentrados ou diluídos. Esse processo gera rendimentos moderados de glicose, com problemas de custo associados à necessidade de recuperação do ácido e utilização de materiais especiais de construção dos equipamentos da corrosão dos mesmos.Acid hydrolysis is a common method for converting cellulose to glucose, a fermentable sugar. It usually involves the use of concentrated or dilute acids. This process generates moderate glucose yields, with cost problems associated with the need for acid recovery and the use of special corrosion equipment construction materials.

O estado da técnica possui diversos processos já descritos para a conversão de matéria-prima lignocelulósica em glicose. Os documentos US 4,461,648 e US 7,198,925 descrevem métodos de pré-tratamento com explosão a vapor com ácido diluído. Nesses documentos a biomassa é carregada no reator ("steam gun") e ácido é adicionado à biomassa. A seguir, vapor é rapidamente injetado no tanque, que permanece sob alta pressão por um determinado período de tempo. Finalmente, o tanque é subitamente despressurizado, gerando então a biomassa "explodida". Esta biomassa pode ser, em seguida, submetida à ação hidrolítica de enzimas (particularmente celulases), as quais convertem celulose em glicose e outros açúcares.The prior art has several processes already described for converting lignocellulosic raw material into glucose. US 4,461,648 and US 7,198,925 describe methods of dilute acid vapor explosion pretreatment. In these documents the biomass is loaded into the steam gun and acid is added to the biomass. Steam is then rapidly injected into the tank, which remains under high pressure for a certain period of time. Finally, the tank is suddenly depressurized, thus generating the "blown up" biomass. This biomass can then be subjected to the hydrolytic action of enzymes (particularly cellulases), which convert cellulose to glucose and other sugars.

A presente invenção difere fundamentalmente dos documentos supra citados, uma vez que aborda desde o pré-tratamento da biomassa lignocelulósica com vapor até a etapa final de fermentação dos açúcares disponibilizados na etapa de hidrólise enzimática, particularmente a glicose proveniente da celulose. Adicionalmente, a presente invenção ainda aborda a utilização de um "ροοΓ de enzimas (hemicelulases e celulases) no processo de disponibilização de açúcares, particularmente glicose, em sistemas SHF (Hidrólise e Fermentação Separadas) e SSF (Sacarificação e Fermentação Simultâneas). Especificamente, a presente invenção abrange pré-tratamentos utilizando condições não-catalíticas e autocatalisadas, além de sistemas catalíticos utilizando ácidos, sais metálicos (e.g. ácidos de Lewis), alcalinos (e.g. sais de cálcio) e neutros ou levemente ácidos (e.g. carbonatos) em sistemas oxidativos ou não-oxidativos. Aborda ainda o tratamento enzimático das hemiceluloses residuais presentes na biomassa pré-tratada através dos processos físico-químicos de pré-tratamento com vapor. Tal seqüência configura um pretratamento em duas etapas, sendo a primeira físico-química e a segunda enzimática.The present invention differs fundamentally from the above documents in that it addresses from the pretreatment of lignocellulosic biomass with steam to the final fermentation step of sugars provided in the enzymatic hydrolysis step, particularly glucose from cellulose. Additionally, the present invention further addresses the use of a "ροοΓ" enzymes (hemicellulases and cellulases) in the process of making sugars, particularly glucose, in SHF (Separate Hydrolysis and Fermentation) and SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation) systems. The present invention encompasses pretreatments using non-catalytic and autocatalyzed conditions, as well as catalytic systems using acids, metal salts (eg Lewis acids), alkaline (eg calcium salts) and neutral or slightly acidic (eg carbonates) in oxidative systems. It also addresses the enzymatic treatment of residual hemicelluloses present in the pretreated biomass through the physicochemical processes of steam pretreatment. This sequence sets up a two-stage pretreatment, the first being physicochemical and the second. enzymatic

O documento US 6,423,145 descreve um processo de produção de celulose que compreende uma etapa de hidrólise de um material lignocelulósico em um reator de explosão a vapor (contínuo ou descontínuo) na presença de uma mistura de catalisadores, onde os catalisadores são ácidos inorgânicos (e.g. H2SO4, SO2, HCI e HNO3) diluídos e sais metálicos de caráter ácido, escolhidos dentre sulfato ferroso, sulfato férrico, cloreto de ferro, sulfato de alumínio, cloreto de alumínio e sulfato de magnésio.US 6,423,145 describes a cellulose production process comprising a step of hydrolysis of a lignocellulosic material in a steam blast reactor (continuous or batch) in the presence of a catalyst mixture, where the catalysts are inorganic acids (eg H2SO4). , SO2, HCI and HNO3) and dilute acid salts selected from ferrous sulphate, ferric sulphate, iron chloride, aluminum sulphate, aluminum chloride and magnesium sulphate.

Na presente invenção, a etapa de pré-tratamento emprega não somente ácidos inorgânicos e sais metálicos ácidos como catalisadores químicos, mas também ácidos orgânicos (e.g. ácido acético), ácido carbônico (H2CO3)1 sais metálicos alcalinos (e.g. carbonato de sódio ou de cálcio) e compostos orgânicos (e.g. ácido acético). Além desses, a presente invenção também emprega hemicelulases como catalisadores bioquímicos (enzimáticos). Outro aspecto que diferencia o presente processo do anteriormente citado é o seu caráter global, visto que além do pré-tratamento também contempla as etapas de hidrólise enzimática da biomassa pré-tratada utilizando celulases e a fermentação dos açúcares produzidos nas duas etapas anteriores, tanto em sistemas SHF quanto em sistemas SSF.In the present invention, the pretreatment step employs not only inorganic acids and acidic metal salts as chemical catalysts, but also organic acids (eg acetic acid), carbonic acid (H2CO3), alkali metal salts (eg sodium or calcium carbonate). ) and organic compounds (eg acetic acid). In addition to these, the present invention also employs hemicellulases as biochemical (enzymatic) catalysts. Another aspect that differentiates the present process from the aforementioned is its global character, since besides the pretreatment it also contemplates the enzymatic hydrolysis steps of the pretreated biomass using cellulases and the fermentation of the sugars produced in the two previous steps, both in SHF systems as well as SSF systems.

O documento US 7,189,306 descreve um processo para tratar material lignocelulósico compreendendo as etapas de moagem, pretratamento com vapor em meio alcalino (pH>8) em duas etapas, em presença ou não de um agente oxidante (e.g. 02 e/ou H2O2), seguida de uma etapa de fracionamento da celulose e subseqüente fermentação dos carboidratos através do processo SSCF (Sacarificação e Co-Fermentação Separadas).US 7,189,306 describes a process for treating lignocellulosic material comprising the steps of milling, two-step alkaline steam pretreatment (pH> 8), whether or not present with an oxidizing agent (eg 02 and / or H2O2), followed by of a cellulose fractionation step and subsequent carbohydrate fermentation through the SSCF (Separated Saccharification and Co-Fermentation) process.

A presente invenção difere deste documento visto que o pretratamento pode ser realizado em meio ácido (orgânico e inorgânico), neutro e alcalino, utilizando catalisadores metálicos (sais ácidos e alcalinos) com a possibilidade de utilizar uma etapa enzimática (hemicelulases) com vistas à remoção das hemiceluloses residuais. Além disso, contempla etapas de hidrólise enzimática da celulose e fermentação do caldo hidrolisado gerado, utilizando-se leveduras do tipo Saccharomices cerevisae, por exemplo, para a produção de etanol celulósico, em processos SHF e SSF. O documento US 4,880,473 descreve um processo para produzir açúcares fermentescíveis a partir de biomassas celulósicas, compreendendo uma etapa de pretratamento (hidrólise com ácido diluído) seguida de separação da fase sólida que contém a celulose, com etapas subseqüentes de pirólise rápida do material pretratado e separação dos açúcares presentes na fase aquosa.The present invention differs from this document in that pretreatment can be carried out in acidic (organic and inorganic), neutral and alkaline media using metal catalysts (acidic and alkaline salts) with the possibility of using an enzymatic step (hemicellulases) for removal. of residual hemicelluloses. In addition, it comprises steps of cellulose enzymatic hydrolysis and fermentation of the generated hydrolyzed broth, using Saccharomices cerevisae yeasts, for example, for the production of cellulosic ethanol in SHF and SSF processes. US 4,880,473 describes a process for producing fermentable sugars from cellulosic biomass comprising a pretreatment (dilute acid hydrolysis) step followed by separation of the cellulose-containing solid phase, with subsequent steps of rapid pyrolysis of the pretreated material and separation. sugars present in the aqueous phase.

A presente invenção difere do documento anteriormente citado por não abranger qualquer etapa relativa ao processo de pirólise da biomassa pré- tratada, dentre outras razões já apresentadas e discutidas no decorrer do presente texto.The present invention differs from the aforementioned document in that it does not cover any step related to the pretreated biomass pyrolysis process, among other reasons already presented and discussed throughout the present text.

Portanto, com base no exposto até o presente momento, observa-se que o atual estado da técnica não antecipa ou sugere os ensinamentos da presente invenção, havendo ainda a necessidade de um processo de pré-tratamento de material lignocelulósico para a produção de açúcares e também de etanol que proporcione um elevado rendimento.Therefore, based on the above, it is observed that the current state of the art does not anticipate or suggest the teachings of the present invention, and there is also a need for a lignocellulosic material pretreatment process for the production of sugars and also ethanol that provides a high yield.

Sumário da InvençãoSummary of the Invention

É objeto da presente invenção um processo fermentativo compreendendo as etapas de:An object of the present invention is a fermentative process comprising the steps of:

a) Pré-tratamento da biomassa vegetal lignocelulósica em uma (explosão a vapor) ou duas (explosão a vapor seguida de tratamento com hemicelulases) etapas;(a) pre-treatment of lignocellulosic plant biomass in one (steam blast) or two (steam blast followed by hemicellulase treatment);

b) Hidrólise enzimática da biomassa pretratada utilizando misturas contendo celulases e/ou β-glicosidases e/ou hemicelulasesb) Enzymatic hydrolysis of pretreated biomass using mixtures containing cellulases and / or β-glycosidases and / or hemicellulases

c) Fermentação dos carboidratos produzidos durante a etapa de hidrólise enzimática da biomassa pré-tratada.c) Fermentation of carbohydrates produced during the enzymatic hydrolysis step of the pretreated biomass.

Preferencialmente, o bagaço de cana-de-açúcar que integra o processo aqui proposto é oriundo de difusor, sendo possível, contudo, utilizar também bagaço proveniente de moenda ou uma mistura de difusor e moenda.Preferably, the sugarcane bagasse that is part of the process proposed herein is derived from a diffuser, but it is possible to use bagasse from milling or a mixture of diffuser and milling.

Opcionalmente, catalisadores químicos e agentes oxidantes podem ser utilizados na etapa de pré-tratamento da biomassa com vapor. Opcionalmente, o processo de pré-tratamento contempla uma etapa de hidrólise enzimática das hemiceluloses presentes na biomassa pré-tratada com vapor utilizando uma mistura de hemicelulases.Optionally, chemical catalysts and oxidizing agents may be used in the steam pre-treatment step. Optionally, the pretreatment process comprises a step of enzymatic hydrolysis of hemicelluloses present in the steam pretreated biomass using a mixture of hemicellulases.

Opcionalmente os processos de hidrólise enzimática das hemiceluloses e da celulose ocorrem simultaneamente com a fermentação dos carboidratos.Optionally the enzymatic hydrolysis processes of hemicelluloses and cellulose occur simultaneously with carbohydrate fermentation.

É um adicional objeto da presente invenção um produto fermentado obtido através do processo fermentativo descrito acima. Em especial, o produto fermentado é etanol.A further object of the present invention is a fermented product obtained by the fermentation process described above. In particular, the fermented product is ethanol.

Breve Descrição das FigurasBrief Description of the Figures

A Figura 1 mostra um processo para produção de etanol a partir de biomassa lignocelulósica no qual a etapa de pré-tratamento pode ser realizada por via físico-química e enzimática (hemicelulases), e as etapas subseqüentes de hidrólise enzimática da celulose (celulases) e fermentação (Saccharomyces cerevisiae) ocorrem separadamente (Processo SHF).Figure 1 shows a process for ethanol production from lignocellulosic biomass in which the pretreatment step can be carried out by physicochemical and enzymatic route (hemicellulases), and the subsequent steps of enzymatic hydrolysis of cellulose (cellulases) and fermentation (Saccharomyces cerevisiae) occur separately (Process SHF).

A Figura 2 mostra um processo para produção de etanol no qual o pré- tratamento da biomassa lignocelulósica pode ser realizado em três etapas: tratamento físico-químico, hidrólise enzimática (hemicelulases) para remoção da hemicelulose residual e lavagem do bagaço pré-tratado final. Posteriormente, o bagaço pré-tratado é submetido ao processo simultâneo de hidrólise enzimática da celulose (celulases) e fermentação (Saccharomyees cerevisiae) - (Processo SSF).Figure 2 shows a process for ethanol production in which the pretreatment of lignocellulosic biomass can be performed in three steps: physicochemical treatment, enzymatic hydrolysis (hemicellulases) for removal of residual hemicellulose and washing of the final pretreated bagasse. Subsequently, the pretreated bagasse is subjected to the simultaneous process of enzymatic hydrolysis of cellulose (cellulases) and fermentation (Saccharomyees cerevisiae) - (SSF process).

A Figura 3 mostra um processo para produção de etanol a partir de biomassa lignocelulósica no qual a etapa de pré-tratamento é realizada em duas etapas: tratamento físico-químico e lavagem do bagaço pré-tratado final. Posteriormente, o bagaço pré-tratado é submetido a um processo simultâneo de hidrólise enzimática da celulose (celulases) e da hemicelulose residual (hemicelulases) e fermentação (Saccharomyees cerevisiae) - (Processo SSF).Figure 3 shows a process for ethanol production from lignocellulosic biomass in which the pretreatment step is performed in two steps: physical-chemical treatment and washing of the final pretreated bagasse. Subsequently, the pretreated bagasse is subjected to a simultaneous process of enzymatic hydrolysis of cellulose (cellulases) and residual hemicellulose (hemicellulases) and fermentation (Saccharomyees cerevisiae) - (SSF process).

A Figura 4 mostra o cromatograma referente à fração líquida após pré- tratamento da biomassa com vapor. A presença de xilose evidencia remoção parcial das hemiceluloses da biomassa após o processo. Glicose proveniente da sacarose oriunda da moagem da cana e da celulose do bagaço.Figure 4 shows the chromatogram for the liquid fraction after steam pretreatment of the biomass. The presence of xylose shows partial removal of hemicelluloses from biomass after the process. Glucose from sucrose from sugarcane milling and bagasse pulp.

A Figura 5 mostra o cromatograma refrente à análise composicional da biomassa pré-tratada (BPT) com vapor. Evidencia-se presença de xilanas (caracterizadas sob a forma de xilose) na biomassa, indicando remoção não- total das hemiceluloses.Figure 5 shows the chromatogram for compositional analysis of steam pretreated biomass (BPT). The presence of xylans (characterized as xylose) in the biomass is evident, indicating non-total removal of hemicelluloses.

A Figura 6 mostra o cromatograma refrente ao experimento SHF. Hidrolisado enzimático da biomassa pré-tratada (BPT) lavada utilizando apenas celulases. Observa-se menor produção de glicose em relação à condição apresentada na Figura 4, em virtude da recalcitrância exercida pelas hemiceluloses residuais presentes na biomassa.Figure 6 shows the chromatogram for the SHF experiment. Enzyme hydrolyzate from pre-treated biomass (BPT) washed using only cellulases. Lower glucose production is observed in relation to the condition presented in Figure 4, due to the recalcitrance exerted by the residual hemicelluloses present in the biomass.

A Figura 7 mostra o cromatograma refrente ao experimento SHF. Hidrolisado enzimático da biomassa pré-tratada (BPT) lavada utilizando mistura de celulases e hemicelulases. Observa-se maior produção de glicose em relação à condição apresentada na Figura 3, em virtude da ação das hemicelulases, evidenciando sinergia entre as diferentes enzimas. A presença de sorbitol no hidrolisado enzimático caracteriza uma potencial ativação da glicose em presença de hemicelulases, as quais removem hemiceluloses da biomassa.Figure 7 shows the chromatogram for the SHF experiment. Enzyme hydrolyzate from pre-treated biomass (BPT) washed using mixture of cellulases and hemicellulases. Higher glucose production is observed in relation to the condition presented in Figure 3, due to the action of hemicellulases, showing synergy between the different enzymes. The presence of sorbitol in the enzymatic hydrolyzate characterizes a potential activation of glucose in the presence of hemicellulases, which remove hemicelluloses from biomass.

A Figura 8 mostra o cromatograma refrente ao caldo fermentado dos experimentos SSF1 utilizando-se apenas hemicelulases (sem celulases) e biomassa pré-tratada (BPT) lavada. Observa-se produção significativa de xilose e remoção seletiva de hemiceluloses residuais presentes na BPT (Cxiiose: CgijCOse > 100). Não se observou produção ou consumo de glicose durante o processo, evidenciada pela produção quase-nula de etanol pelas leveduras presentes no meio reacional. Configura-se, aqui, a eficiência do pré-tratamento enzimático (usando hemicelulases) da biomassa, suplementar ao processo de pré- tratamento com vapor, na remoção seletiva de hemiceluloses residuais, com mínima perda celulósicaFigure 8 shows the fermentation-broth chromatogram of the SSF1 experiments using only hemicellulases (without cellulases) and washed pretreated biomass (BPT). Significant xylose production and selective removal of residual hemicelluloses present in PTB are observed (Cxiiose: CgijCOse> 100). No glucose production or consumption was observed during the process, as evidenced by the almost zero production of ethanol by the yeast present in the reaction medium. Here, the efficiency of the enzymatic pretreatment (using hemicellulases) of the biomass supplementary to the steam pretreatment process in the selective removal of residual hemicelluloses with minimal cellulosic loss is configured.

A Figura 9 mostra o cromatograma refrente ao caldo fermentado dos experimentos SSF, utilizando-se apenas celulases (sem hemicelulases) e biomassa pré-tratada (BPT) lavada. Observa-se mínima concentração de glicose, porém com elevada produção e consumo simultâneo da mesma, evidenciadas pela produção de etanol pelas leveduras presentes no meio reacional (Cetanoi>0,5 %m/m). A presença de xilose (Cxilose =1,20 g/kg) no líquido fermentado evidencia atividade xilanolítica moderada das celulases, indicando a potencialidade do pré-tratamento enzimático da biomassa com hemicelulases, suplementar ao processo de pré-tratamento com vapor, na remoção seletiva de hemiceluloses residuais, com mínima perda celulósica.Figure 9 shows the chromatogram of the fermented broth from the SSF experiments using only cellulases (without hemicellulases) and washed pretreated biomass (BPT). Minimal glucose concentration is observed, but with high production and simultaneous consumption, as evidenced by ethanol production by the yeasts present in the reaction medium (Cetanei> 0.5% w / w). The presence of xylose (Cxylose = 1.20 g / kg) in the fermented liquid shows moderate xylanolytic activity of cellulases, indicating the potential of enzymatic pretreatment of biomass with hemicellulases, supplemental to the steam pretreatment process, in selective removal. of residual hemicelluloses with minimal cellulosic loss.

A Figura 10 mostra o cromatograma refrente ao caldo fermentado dos experimentos SSF, da BPT lavada e tratada com hemicelulases. Observa-se mínima concentração de glicose, porém com elevada produção e consumo simultâneo da mesma, evidenciadas pela produção de etanol (0,5 %m/m) pelas leveduras presentes no meio reacional. Observa-se presença de xilose no caldo a uma concentração da ordem de 0,49 g/kg, porém com elevada produção e consumo da mesma, evidenciadas pela produção de produtos distintos ao etanol, caracterizando potencial sinergia entre as hemicelulases e as leveduras. A produção de etanol evidencia que não houve inibição da atividade das leveduras devida à presença de hemicelulases no meio.Figure 10 shows the chromatogram of the fermented broth from SSF experiments of washed and hemicellular treated BPT. Minimal glucose concentration is observed, but with high production and simultaneous consumption, evidenced by the production of ethanol (0.5% w / w) by the yeasts present in the reaction medium. The presence of xylose in the broth at a concentration of about 0.49 g / kg is observed, but with high production and consumption, evidenced by the production of products distinct from ethanol, characterizing potential synergy between hemicellulases and yeast. Ethanol production shows that there was no inhibition of yeast activity due to the presence of hemicellulases in the medium.

A Figura 11 mostra cromatogramas refrentes ao caldo fermentado dos experimentos SSF da BPT lavada, com celulases em meio complementado com solução sacarídica (caldo de cana-de-açúcar). (A) Tempo 0 (zero), (B) Tempo 24 h. Observa-se consumo praticamente integral da glicose, evidenciando-se que a adição de uma solução rica em açúcares fermentescíveis ("booster") não provoca inibição da atividade fermentativa das leveduras. A partir dos valores observados na Fig.10 para as concentrações de etanol, evidencia-se uma sinergia positiva entre o hidrolisado enzimático (produzido durante o SSF) e a solução rica em sacarose usada como "booster". Tal evidência potencializa a utilização de melaço ou caldo de cana-de-açúcar como "booster"' em processos SSF.Figure 11 shows chromatograms of fermented broth from the washed BPT SSF experiments with cellulases in medium supplemented with saccharide solution (sugarcane broth). (A) Time 0 (zero), (B) Time 24 h. Almost integral consumption of glucose is observed, evidencing that the addition of a solution rich in fermentable sugars ("booster") does not inhibit the fermentative activity of yeast. From the values observed in Fig. 10 for ethanol concentrations, a positive synergy between the enzymatic hydrolyzate (produced during SSF) and the sucrose-rich solution used as a booster is evident. This evidence enhances the use of molasses or sugarcane juice as a booster in SSF processes.

A Figura 12 mostra cromatogramas refrentes a: (A) Experimento SSF utilizando bagaço pré-tratado com vapor [CEa = 0,531 %m/m] em presença de enzimas celulolíticas. (B) Fermentação do caldo de cana-de-açúcar [CEb = 4,341 %m/m]. (C) Experimento SSF utilizando bagaço pré-tratado com vapor e meio complementado com caldo de cana-de-açúcar ("booster" de sacarose) em presença de uma mistura de celulolíticas [CEc = 4,885 %m/m],Figure 12 shows chromatograms pertaining to: (A) SSF experiment using steam pretreated bagasse [ECa = 0.531% w / w] in the presence of cellulolytic enzymes. (B) Fermentation of sugarcane juice [CEb = 4.341% w / w]. (C) SSF experiment using steam pretreated bagasse and medium supplemented with sucrose booster juice in the presence of a mixture of cellulolytics [ECc = 4,885% w / w],

Ceí = concentração de etanol do Experimento i.Cei = ethanol concentration from Experiment i.

Descrição Detalhada da InvençãoDetailed Description of the Invention

Os exemplos aqui descritos têm o intuito apenas de exemplificar os objetos da invenção, e não de limitar sua aplicação.The examples described herein are intended solely to exemplify the objects of the invention, and not to limit their application.

Biomassa Vegetal LiqnocelulósicaLiqnocellulosic Plant Biomass

A expressão biomassa vegetal lignocelulósica compreende qualquer tipo de planta, a saber: biomassa herbácea; cultivares como plantas C4 - pertencentes aos gêneros Lolium, Spartina, Panicum, Miscanthus, e combinações dos mesmos; bagaço de cana-de-açúcar (oriundo de moenda e/ou difusor, sendo o bagaço de difusor preferido); palhas de cereais como trigo, arroz, centeio, cevada, aveia, milho e similares (e.g. capim-elefante "switchgrass"); madeira; troncos e talos de bananeira; cactáceas e combinações dos mesmos. Além disso, materiais lignocelulósicos podem ainda compreender papelão, serragem, jornal e resíduos agroindustriais ou municipais similares.The term lignocellulosic plant biomass includes any type of plant, namely: herbaceous biomass; cultivars as C4 plants - belonging to the genera Lolium, Spartina, Panicum, Miscanthus, and combinations thereof; sugarcane bagasse (from milling and / or diffuser, with the preferred diffuser bagasse); cereal straws such as wheat, rice, rye, barley, oats, corn and the like (e.g. switchgrass elephant grass); wood; banana tree stalks and stalks; cactus plants and combinations thereof. In addition, lignocellulosic materials may further comprise cardboard, sawdust, newspaper and similar agroindustrial or municipal waste.

Biomassas vegetais de diferentes origens podem apresentar diferenças particulares embora possuam composição química global relativamente semelhante. Algumas variações na composição entre diferentes espécies e entre uma mesma espécie se devem a variabilidades ambientais e genéticas, ademais da localização do tecido vegetal em diferentes partes da planta. Tipicamente, cerca de 35-50% se constitui de celulose, 20-35% de hemiceluloses e cerca de 20-30% de lignina. O restante consiste em quantidades menores de cinzas, compostos fenólicos solúveis e ácidos graxos, além de outros constituintes, denominados extrativos. A celulose e as hemiceluloses do tecido vegetal se constituem de carboidratos estruturais (e.g. glicanas, xilanas, mananas), sendo geralmente denominadas de fração sacarídica. A Iignina se constitui na fração fenólica da biomassa vegetal.Vegetable biomasses of different origins may have particular differences although they have relatively similar overall chemical composition. Some variations in composition between different species and within the same species are due to environmental and genetic variability, in addition to the location of plant tissue in different parts of the plant. Typically, about 35-50% consists of cellulose, 20-35% hemicelluloses and about 20-30% lignin. The remainder consists of smaller amounts of ashes, soluble phenolic compounds and fatty acids, as well as other constituents called extractives. Cellulose and plant tissue hemicelluloses consist of structural carbohydrates (e.g., glycans, xylans, mananas) and are generally referred to as the saccharide fraction. Iignin is the phenolic fraction of plant biomass.

A presente invenção compreende um processo fermentativo que possui vantagens técnico-operacionais quando comparado a processos presentes no estado da técnica e envolve as seguintes etapas:The present invention comprises a fermentative process which has technical and operational advantages compared to processes present in the state of the art and involves the following steps:

a) Pré-tratamento da biomassa vegetal lignocelulósica com uma etapa de explosão a vapor; seguida ou não de uma segunda etapa de pré-tratamento da biomassa utilizando-se hemicelulases (enzimas);(a) pre-treatment of lignocellulosic plant biomass with a steam blast step; whether or not followed by a second biomass pretreatment step using hemicellulases (enzymes);

b) Hidrólise enzimática da biomassa pré-tratada utilizando misturas contendo celulases e/ou β-glicosidases e/ou hemicelulases;(b) enzymatic hydrolysis of the pretreated biomass using mixtures containing cellulases and / or β-glycosidases and / or hemicellulases;

c) Fermentação dos carboidratos produzidos a partir da hidrólise enzimática da biomassa pré-tratada.c) Fermentation of carbohydrates produced from enzymatic hydrolysis of pretreated biomass.

Etapa de PretratamentoPretreatment Step

A remoção de hemiceluloses de biomassas lignocelulósicas tais como o bagaço e a palha de cana e de milho possibilita incrementar a acessibilidade da celulose aos agentes químicos (e.g. ácidos ou álcalis) ou bioquímicos (e.g. enzimas) que a converterão em açúcares fermentescíveis, particularmente a glicose. A combinação de processos químicos (e.g. tratamento com vapor) e bioquímicos (e.g. hidrólise com hemicelulases) possibilita a fragmentação e subseqüente remoção das hemiceluloses presentes na biomassa com elevada seletividade, configurando uma alternativa particularmente eficiente em termos de pretratamento. Na presente invenção, conceitua-se como pretratamento o conjunto de etapas operacionais que sucedem a preparação da biomassa e a alimentação do reator e precedem a hidrólise enzimática da celulose.The removal of hemicelluloses from lignocellulosic biomass such as sugarcane bagasse and maize straw increases the accessibility of cellulose to chemical (eg acid or alkali) or biochemical (eg enzymes) agents that will convert it into fermentable sugars, particularly glucose. . The combination of chemical (e.g. steam treatment) and biochemical (e.g. hemicellular hydrolysis) processes enables fragmentation and subsequent removal of hemicelluloses present in high selectivity biomass, making it a particularly efficient pre-treatment alternative. In the present invention, the concept of pre-treatment is the set of operational steps that follow the preparation of the biomass and the reactor feed and precede the enzymatic hydrolysis of the cellulose.

O pretratamento da biomassa lignocelulósica com vapor saturado ou água sob pressão em diferentes níveis de temperatura e tempo de processo promove a remoção parcial das hemiceluloses, incrementando a acessibilidade da matriz celulósica às enzimas celulolíticas (celulases). O vapor utilizado pode ser gerado na própria câmara ou ser introduzido na mesma. Os processos de pretratamento podem ser realizados sob a configuração de explosão ("steam explosion"- STEX ou "wet explosion"- WEX), nos quais ocorre descompressão rápida na descarga do material. Também se pode utilizar uma configuração do tipo cozimento ("cooking"), na qual não se utiliza descompressão rápida após o tempo de processo. Geralmente, os processos de explosão a vapor tendem a produzir uma maior fragmentação das hemiceluloses, tornando a celulose mais acessível aos agentes químicos e enzimáticos.The pretreatment of lignocellulosic biomass with saturated steam or pressurized water at different temperature and process time levels promotes partial removal of hemicelluloses, increasing the accessibility of the cellulosic matrix to cellulolytic enzymes (cellulases). The steam used can be generated in the chamber itself or introduced into it. Pretreatment processes can be performed under the steam explosion (STEX or wet explosion - WEX) configuration, in which rapid decompression occurs in material discharge. A "cooking" configuration can also be used in which no rapid decompression is used after the process time. Generally, steam blasting processes tend to produce greater fragmentation of hemicelluloses, making cellulose more accessible to chemical and enzymatic agents.

Em princípio, condições mais severas de processo conduzem a uma maior extração de hemiceluloses, entretanto tais condições costumam resultar em elevadas perdas de celulose devido à fragmentação das mesmas. Além disso, pode ocorrer degradação dos carboidratos disponibilizados no processo em compostos tais como furfural e hidróxi-metil-furfural (HMF).In principle, harsher process conditions lead to higher hemicellulose extraction, however such conditions often result in high cellulose losses due to their fragmentation. In addition, degradation of the carbohydrates available in the process may occur in compounds such as furfural and hydroxy methyl furfural (HMF).

A utilização de catalisadores e adjuvantes tais como oxidantes (e.g. O2 e H2O2) em sistemas ácidos, alcalinos ou neutros possibilita remover elevadas quantidades de hemiceluloses sob condições menos severas de processo.The use of catalysts and adjuvants such as oxidants (e.g. O2 and H2O2) in acidic, alkaline or neutral systems makes it possible to remove high amounts of hemicelluloses under less severe process conditions.

Além disso, pode-se evidenciar elevada seletividade em termos de extração predominante de hemiceluloses, preservando-se o conteúdo celulósico da biomassa pré-tratada. Dependendo da disponibilidade de água e das condições operacionais, pode-se intensificar a desacetilação das hemiceluloses de modo a produzir ácido acético, o qual atua, neste contexto, como um "catalisador autóctone" das hemiceluloses, caracterizando um processo autocatalítico.In addition, high selectivity can be evidenced in terms of predominant extraction of hemicelluloses, preserving the cellulosic content of the pretreated biomass. Depending on the availability of water and operating conditions, the deacetylation of hemicelluloses can be intensified to produce acetic acid, which acts in this context as a "native catalyst" of hemicelluloses, characterizing an autocatalytic process.

O pré-tratamento apresentado na presente invenção pode compreender um ou mais catalisadores, incluindo-se, porém não se limitando, a ácidos inorgânicos tais como H2S04, HCI, HNO3, H3PO4 ou combinações dos mesmos, ácidos orgânicos tais como o ácido acético, fórmico e carbônico (H2CO3), óxidos (SO2, MnO2, CO2), sulfatos (FeSO4, AI2(SO4)3), carbonatos (FeCO3, CaCO3, Na2CO3) e cloretos metálicos (FeCI3, ZnCI2, MnCI2, CaCI2, AICI3).The pretreatment disclosed herein may comprise one or more catalysts, including, but not limited to, inorganic acids such as H 2 SO 4, HCl, HNO 3, H 3 PO 4 or combinations thereof, organic acids such as acetic, formic acid and carbonic (H2CO3), oxides (SO2, MnO2, CO2), sulfates (FeSO4, AI2 (SO4) 3), carbonates (FeCO3, CaCO3, Na2CO3) and metal chlorides (FeCI3, ZnCl2, MnCI2, CaCl2, AICI3).

Compostos que são gerados durante o pré-tratamento também podem atuar como catalisadores, sendo denominados autocatalisadores. Exemplos destes compostos incluem ácidos orgânicos, tais como ácido acético e ácidos provenientes da degradação de carboidratos, além de espécies fenólicas derivadas da lignina. Os catalisadores podem estar presentes em uma concentração que varia de 0,10% a 8%, em relação à massa seca da biomassa, mas devem preferencialmente se situar na faixa entre 0,25% e 6%.Compounds that are generated during pretreatment can also act as catalysts, being called autocatalysts. Examples of these compounds include organic acids such as acetic acid and carbohydrate degrading acids, as well as lignin-derived phenolic species. Catalysts may be present in a concentration ranging from 0.10% to 8%, relative to the dry mass of the biomass, but should preferably be in the range of 0.25% to 6%.

Remoção das Hemiceluloses ResiduaisRemoval of Residual Hemicelluloses

Apesar dos benefícios associados à utilização de catalisadores na etapa de pretratamento, evidencia-se com freqüência a presença de hemiceluloses residuais na biomassa pré-tratada. Neste contexto, a remoção seletiva destas hemiceluloses sob condições moderadas de processo resulta em biomassas pré-tratada com maior acessibilidade à celulose, possibilitando carregar o reator de hidrólise com maior quantidade deste componente.Despite the benefits associated with the use of catalysts in the pre-treatment stage, residual hemicelluloses are often evident in the pretreated biomass. In this context, the selective removal of these hemicelluloses under moderate process conditions results in pretreated biomasses with greater accessibility to cellulose, enabling the hydrolysis reactor to be loaded with greater amounts of this component.

Um tratamento enzimático seletivo da biomassa pré-tratada mediante processo físico-químico (e.g. STEX, WEX) sob condições moderadas de temperatura permite obter um material com elevado teor celulósico além de elevada acessibilidade da celulose às enzimas, por exemplo, misturas de celulases e β-glicosidases. A presente invenção apresenta o pré-tratamento enzimático complementar da biomassa lignocelulósica (pré-tratada mediante processos físico-químicos) com base na utilização de hemicelulases (enzimas que fragmentam as hemiceluloses) sob condições de temperatura variando entre 35°C e 60°C, preferencialmente entre 45°C e 55°C com tempos de reação variando entre 6h e 48h, preferencialmente entre 12h e 24h. Tais enzimas podem ser empregadas em sistemas SHF e SSF como um agente de pretratamento de hemiceluloses residuais. As hemicelulases encontram-se em proporções variando entre 5,5% e 30%, preferencialmente entre 12% e 22%, em relação à quantidade de biomassa pré-tratada (base seca).Selective enzymatic treatment of the pretreated biomass by physicochemical process (eg STEX, WEX) under moderate temperature conditions provides a high cellulosic material in addition to the high accessibility of cellulose to enzymes, eg mixtures of cellulases and β -glycosidases. The present invention provides complementary enzymatic pretreatment of lignocellulosic biomass (pretreated by physicochemical processes) based on the use of hemicellulases (enzymes that break down hemicelluloses) under temperature conditions ranging from 35 ° C to 60 ° C, preferably between 45 ° C and 55 ° C with reaction times ranging from 6h to 48h, preferably from 12h to 24h. Such enzymes may be employed in SHF and SSF systems as a residual hemicellulose pretreatment agent. Hemicellulases are in proportions ranging from 5.5% to 30%, preferably from 12% to 22%, in relation to the amount of pretreated biomass (dry basis).

Os dados apresentados na Tabela 1 permitem observar, conforme comentado anteriormente, os efeitos benéficos que a presença de enzimas auxiliares como β-glicosidases e, sobretudo, hemicelulases trazem para o sistema hidrolítico em questão. A hemicelulase auxiliar presente no meio reacional atua removendo es hemiceluloses remanescentes do processo de explosão a vapor, conferindo, assim, maior acessibilidade da celulase à celulose. Com isso, maiores conversões de celulose em glicose são observadas e, por conseguinte, maiores concentrações de glicose podem ser detectadas no hidrolisado final que será destinado à fermentação. Fica evidente, portanto, que o tratamento enzimático do bagaço explodido a vapor com enzimas auxiliares é, de fato, eficiente.The data presented in Table 1 allow us to observe, as previously mentioned, the beneficial effects that the presence of auxiliary enzymes such as β-glycosidases and, above all, hemicellulases bring to the hydrolytic system in question. Auxiliary hemicellulase present in the reaction medium acts by removing the remaining hemicelluloses from the steam blast process, thereby conferring greater cellulase accessibility to cellulose. With this, higher conversions of cellulose to glucose are observed and, therefore, higher concentrations of glucose can be detected in the final hydrolyzate that will be destined for fermentation. It is evident, therefore, that the enzymatic treatment of steam-blown bagasse with auxiliary enzymes is indeed efficient.

TABELA 1 - Hidrólise enzimática de biomassa pré-tratada. Concentração de glicose na fração líquida (hidrolisado).TABLE 1 - Enzymatic hydrolysis of pretreated biomass. Glucose concentration in the liquid fraction (hydrolyzed).

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Substrato: Bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado com vapor.Substrate: Pre-steamed sugarcane bagasse.

Processo FermentativoFermentation Process

A etapa de fermentação pode ser realizada após a hidrólise enzimática, via processo conhecido como SHF (Separated Hydrolysis and Fermentation, isto é, Hidrólise e Fermentação Separadas), ou concomitante com a hidrólise, em um processo conhecido como SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation, isto é, Sacarificação e Fermentação Simultâneas). Dependendo da concentração dos açúcares produzidos na hidrólise enzimática, pode-se optar pela adição ao meio reacional de uma solução sacarídica concentrada, variando entre 80 g/L e 820 g/L, preferencialmente entre 120 g/L e 200 g/L (e.g. melaço ou caldo de cana).The fermentation step can be performed after enzymatic hydrolysis via a process known as Separated Hydrolysis and Fermentation (SHF), or concurrently with hydrolysis in a process known as Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF). Simultaneous Saccharification and Fermentation). Depending on the concentration of sugars produced in enzymatic hydrolysis, a concentrated saccharide solution ranging from 80 g / L to 820 g / L, preferably from 120 g / L to 200 g / L, may be added to the reaction medium. molasses or sugarcane juice).

A presente invenção também contempla a possibilidade de se realizar simultaneamente o pré-tratamento enzimático das hemiceluloses, a hidrólise enzimática da celulose e a fermentação de maneira simultânea, caracterizando um bioprocesso consolidado (CBP - Consolidated BioProcess) utilizando a biomassa pré-tratada com vapor ou outros agentes como substrato.The present invention also contemplates the possibility of simultaneously carrying out enzymatic pretreatment of hemicelluloses, enzymatic hydrolysis of cellulose and fermentation simultaneously, characterizing a Consolidated BioProcess (CBP) using steam pretreated biomass or other agents as substrate.

As Figuras 1, 2 e 3 apresentam os fluxogramas concernentes às diferentes configurações contempladas na presente invenção.Figures 1, 2 and 3 show the flow charts concerning the different configurations contemplated in the present invention.

A Fig.1 apresenta um processo SHF típico, consistindo de três etapas distintas (pré-tratamento, hidrólise enzimática e fermentação) realizadas separadamente. A biomassa celulósica é submetida a um pré-tratamento físico- químico (e.g. STEX, WEX, etc.), na presença ou ausência de catalisadores, oxidantes e outros insumos. Os catalisadores estão presentes em uma concentração que varia de 0,10% a 8% em relação à massa seca de biomassa, preferencialmente entre 0,25% e 6%. A carga de sólidos varia entre 5% e 60%, preferencialmente entre 15% e 50% em relação à massa total.Fig. 1 presents a typical SHF process consisting of three distinct steps (pretreatment, enzymatic hydrolysis and fermentation) performed separately. Cellulosic biomass is subjected to a physicochemical pretreatment (e.g. STEX, WEX, etc.) in the presence or absence of catalysts, oxidizers and other inputs. The catalysts are present in a concentration ranging from 0.10% to 8% relative to the dry mass of biomass, preferably between 0.25% and 6%. The solids charge varies between 5% and 60%, preferably between 15% and 50% relative to the total mass.

A biomassa permanece no reator durante um tempo reacional entre 30s e 60 min, preferencialmente entre 5 min e 15 min, a uma temperatura de processo que pode variar de 1100C a 240°C, preferencialmente entre 180°C e 2100C. Decorrido o tempo reacional, o reator é descarregado preferencialmente através de descompressão súbita e opcionalmente sem descompressão súbita.The biomass remains in the reactor for a reaction time between 30 s and 60 min, preferably between 5 min and 15 min, at a process temperature ranging from 1100 ° C to 240 ° C, preferably 180 ° C to 2100 ° C. After the reaction time has elapsed, the reactor is preferably discharged through sudden decompression and optionally without sudden decompression.

Dependendo da quantidade de hemiceluloses remanescentes ou residuais, a biomassa pré-tratada pode ser submetida a um pré-tratamento complementar utilizando enzimas específicas (hemicelulases). As hemicelulases encontram-se em proporções variando entre 5,5% e 30%, preferencialmente entre 12% e 22%, em relação à massa de biomassa pré- tratada (base seca). A biomassa permanece no reator durante um tempo reacional de 6h a 48h, preferencialmente entre 12h e 24h, a uma temperatura de processo variando entre 35°C e 60°C, preferencialmente entre 45°C e 55°C.Depending on the amount of remaining or residual hemicelluloses, the pretreated biomass may be subjected to additional pretreatment using specific enzymes (hemicellulases). Hemicellulases are in proportions ranging from 5.5% to 30%, preferably from 12% to 22%, relative to the pretreated biomass mass (dry basis). The biomass remains in the reactor for a reaction time of 6h to 48h, preferably between 12h and 24h, at a process temperature ranging from 35 ° C to 60 ° C, preferably between 45 ° C and 55 ° C.

A carga de sólidos varia entre 2% e 20%, preferencialmente entre 7,5% e 15% em relação à massa total. Após o pré-tratamento, a biomassa pode ser opcionalmente submetida a uma lavagem com água ou soluções ácidas ou alcalinas à temperatura ambiente.The solids charge varies between 2% and 20%, preferably between 7.5% and 15% relative to the total mass. After pretreatment, the biomass may optionally be washed with water or acidic or alkaline solutions at room temperature.

Na seqüência, a biomassa pré-tratada é submetida a uma hidrólise enzimática, sendo encaminhada a um reator preferencialmente descontínuo e opcionalmente contínuo juntamente com enzimas específicas (celulases e β- glicosidases). As celulases encontram-se em proporções que variam de 5,5% a 30%, preferencialmente entre 12% e 22%, em relação à massa de biomassa pré-tratada (base seca). As β-glicosidases encontram-se em proporções variando entre 2,5% e 15%, preferencialmente entre 5,5% e 7,5%, em relação à massa de biomassa pré-tratada (base seca). A carga de sólidos varia entre 2% e 20%, preferencialmente entre 7,5% e 15% em relação à massa total.Subsequently, the pretreated biomass is subjected to enzymatic hydrolysis and sent to a preferably discontinuous and optionally continuous reactor together with specific enzymes (cellulases and β-glycosidases). The cellulases are in proportions ranging from 5.5% to 30%, preferably between 12% and 22%, relative to the pretreated biomass mass (dry basis). The β-glycosidases are in proportions ranging from 2.5% to 15%, preferably from 5.5% to 7.5%, in relation to the pretreated biomass mass (dry basis). The solids charge varies between 2% and 20%, preferably between 7.5% and 15% relative to the total mass.

A biomassa permanece no reator por um tempo reacional que varia de 12h a 72h, preferencialmente entre 24h e 48h, a uma temperatura de processo variando entre 35°C e 60°C, preferencialmente entre 45°C e 55°C. Decorrido o tempo reacional, o reator é descarregado e o material submetido a um processo de separação, preferencialmente filtração e opcionalmente centrifugação ou ultrafiltração, produzindo uma fração líquida (hidrolisado enzimático) e uma fração sólida (resíduo lignocelulósico ou celulignina).The biomass remains in the reactor for a reaction time ranging from 12h to 72h, preferably between 24h and 48h, at a process temperature ranging from 35 ° C to 60 ° C, preferably between 45 ° C and 55 ° C. After the reaction time, the reactor is discharged and the material is subjected to a separation process, preferably filtration and optionally centrifugation or ultrafiltration, yielding a liquid fraction (enzymatic hydrolyzate) and a solid fraction (lignocellulosic or cellulignin residue).

O hidrolisado enzimático é, então, submetido a uma fermentação etanólica utilizando-se preferencialmente leveduras do tipo Saccharomices cerevisae e opcionalmente utilizando-se bactérias do tipo Zymomonas mobilis.The enzymatic hydrolyzate is then subjected to an ethanolic fermentation preferably using Saccharomices cerevisae yeasts and optionally using Zymomonas mobilis bacteria.

O hidrolisado enzimático é preferencialmente misturado a melaço ou caldo de cana e opcionalmente fermentado individualmente, sem qualquer tipo de mistura com melaço ou caldo.The enzymatic hydrolyzate is preferably mixed with molasses or sugarcane juice and optionally fermented individually without any mixture with molasses or juice.

Conforme apresentado na Fig. 1, as etapas de hidrólise enzimática e fermentação ocorrem separadamente.As shown in Fig. 1, the enzymatic hydrolysis and fermentation steps occur separately.

A Fig.2 apresenta um processo SSF típico, em que as etapas de hidrólise enzimática e fermentação são realizadas simultaneamente. A biomassa celulósica é submetida a um pré-tratamento físico-químico (e.g. STEX, WEX, etc.), na presença ou ausência de catalisadores, oxidantes e outros insumos. Quando o pré-tratamento incluir catalisadores, estes estarão presentes em concentrações que variam de 0,10% a 8% em relação à massa seca da biomassa, preferencialmente entre 0,25% e 6%. A carga de sólidos varia entre 5% e 60%, preferencialmente entre 15% e 50% em relação à massa total.Fig. 2 presents a typical SSF process in which the enzymatic hydrolysis and fermentation steps are performed simultaneously. Cellulosic biomass is subjected to a physicochemical pretreatment (e.g. STEX, WEX, etc.) in the presence or absence of catalysts, oxidizers and other inputs. Where pretreatment includes catalysts, they will be present in concentrations ranging from 0.10% to 8% relative to the dry mass of the biomass, preferably 0.25% to 6%. The solids charge varies between 5% and 60%, preferably between 15% and 50% relative to the total mass.

A biomassa permanece no reator durante um tempo reacional de 30s a 60 min, preferencialmente de 5 min a 15 min, a uma temperatura de processo variando entre 110°C e 240°C, preferencialmente entre 180°C e 210°C. Decorrido o tempo reacional, o reator é descarregado preferencialmente através de descompressão súbita e opcionalmente sem descompressão súbita.The biomass remains in the reactor for a reaction time of 30 s to 60 min, preferably 5 min to 15 min, at a process temperature ranging from 110 ° C to 240 ° C, preferably 180 ° C to 210 ° C. After the reaction time has elapsed, the reactor is preferably discharged through sudden decompression and optionally without sudden decompression.

Dependendo da quantidade de hemiceluloses remanescentes ou residuais, a biomassa pré-tratada pode ser submetida a um pré-tratamento complementar utilizando enzimas específicas (hemicelulases). As hemicelulases encontram-se em proporções variando entre 5,5% e 30%, preferencialmente entre 12% e 22%, em relação à massa de biomassa pretratada (base seca). A biomassa permanece no reator durante um tempo reacional variando entre 6h e 48h, preferencialmente entre 12h e 24h, a uma temperatura de processo variando entre 35°C e 60°C, preferencialmente entre 45°C e 55°C. A carga de sólidos varia entre 2% e 20%, preferencialmente entre 7,5% e 15% em relação à massa total. Após o pré-tratamento, a biomassa pode ser opcionalmente submetida a uma lavagem com água ou soluções ácidas ou alcalinas à temperatura ambiente.Depending on the amount of remaining or residual hemicelluloses, the pretreated biomass may be subjected to additional pretreatment using specific enzymes (hemicellulases). Hemicellulases are in proportions ranging from 5.5% to 30%, preferably from 12% to 22%, relative to the pretreated biomass mass (dry basis). The biomass remains in the reactor for a reaction time ranging from 6h to 48h, preferably from 12h to 24h, at a process temperature ranging from 35 ° C to 60 ° C, preferably from 45 ° C to 55 ° C. The solids charge varies between 2% and 20%, preferably between 7.5% and 15% relative to the total mass. After pretreatment, the biomass may optionally be washed with water or acidic or alkaline solutions at room temperature.

A biomassa pré-tratada é submetida a uma hidrólise enzimática, sendo encaminhada a um reator do tipo fermentador, preferencialmente descontínuo e opcionalmente contínuo, juntamente com enzimas específicas (celulases e β- glicosidases). As celulases encontram-se em proporções variando entre 5,5% e 30%, preferencialmente entre 12% e 22%, em relação à massa de biomassa pré-tratada (base seca). As β-glicosidases encontram-se em proporções variando entre 2,5% e 15%, preferencialmente entre 5,5% e 7,5%, em relação à massa de biomassa pré-tratada (base seca). A carga de sólidos varia entre 2% e 20%, preferencialmente entre 7,5% e 15% em relação à massa total. Na medida em que se processa a hidrólise enzimática são produzidos açúcares, preferencialmente glicose, os quais são submetidos a uma fermentação etanólica utilizando-se, preferencialmente, leveduras do tipo Saccharomices cerevisae e, opcionalmente, bactérias do tipo Zymomonas mobilis.The pretreated biomass is subjected to enzymatic hydrolysis and is sent to a fermentor-type reactor, preferably discontinuous and optionally continuous, together with specific enzymes (cellulases and β-glycosidases). The cellulases are in proportions ranging from 5.5% to 30%, preferably from 12% to 22%, relative to the pretreated biomass mass (dry basis). The β-glycosidases are in proportions ranging from 2.5% to 15%, preferably from 5.5% to 7.5%, in relation to the pretreated biomass mass (dry basis). The solids charge varies between 2% and 20%, preferably between 7.5% and 15% relative to the total mass. As enzymatic hydrolysis is carried out sugars, preferably glucose, are produced, which are subjected to an ethanolic fermentation preferably using Saccharomices cerevisae yeast and, optionally, Zymomonas mobilis bacteria.

Preferencialmente, adiciona-se uma solução sacarídica concentrada ("booster"), preferencialmente melaço e opcionalmente caldo de cana, ao fermentador no início ou durante o processo de hidrólise enzimática, podendo- se, no entanto, operar sem adição de solução sacarídica. A solução sacarídica ("booster") apresenta concentração de açúcares variando entre 80 g/L e 820 g/L, preferencialmente entre 120 g/L e 200 g/L.Preferably, a concentrated saccharide solution (booster), preferably molasses and optionally sugarcane juice, is added to the fermenter at the beginning or during the enzymatic hydrolysis process, but may be operated without the addition of saccharide solution. The saccharide solution (booster) has a sugar concentration ranging from 80 g / l to 820 g / l, preferably from 120 g / l to 200 g / l.

A biomassa permanece no reator durante um tempo reacional variando entre 12h e 72h, preferencialmente entre 24h e 48h, a uma temperatura de processo variando entre 30°C e 50°C, preferencialmente entre 37°C e 40°C com um pH do meio reacional variando entre 4,2 e 5,5, preferencialmente entre 4,8 e 5,0.The biomass remains in the reactor for a reaction time ranging from 12h to 72h, preferably from 24h to 48h, at a process temperature ranging from 30 ° C to 50 ° C, preferably from 37 ° C to 40 ° C with a pH of the medium. reaction range from 4.2 to 5.5, preferably from 4.8 to 5.0.

Decorrido o tempo reacional, o reator é descarregado e o material submetido a um processo de separação, preferencialmente filtração e opcionalmente centrifugação, produzindo uma fração líquida (mosto) e uma fração sólida (resíduo lignocelulósico ou celulignina).After the reaction time has elapsed, the reactor is discharged and the material is subjected to a separation process, preferably filtration and optionally centrifugation, producing a liquid fraction (wort) and a solid fraction (lignocellulosic or cellulignin residue).

Conforme demonstra a Fig. 2, as etapas de hidrólise enzimática e fermentação ocorrem simultaneamente.As shown in Fig. 2, the enzymatic hydrolysis and fermentation steps occur simultaneously.

A Fig.3 apresenta um processo SSF avançado, no qual as etapas de pré-tratamento enzimático com hemicelulases, hidrólise enzimática com celulases e fermentação são realizadas simultaneamente. A biomassa celulósica é submetida a um pré-tratamento físico-químico (e.g. STEX, WEX, etc.), na presença ou ausência de catalisadores, oxidantes e outros insumos. Os catalisadores estão presentes em uma concentração que varia de 0,10% a 8% em relação à massa seca da biomassa, preferencialmente entre 0,25% e 6%. A carga de sólidos varia entre 5% e 60%, preferencialmente entre 15% e 50% em relação à massa total. A biomassa permanece no reator durante um tempo reacional entre 30s e 60 min, preferencialmente entre 5 min e 15 min, a uma temperatura de processo variando entre 1100C e 240°C, preferencialmente entre 180°C e 2100C. Decorrido o tempo reacional, o reator é descarregado preferencialmente através de descompressão súbita e opcionalmente sem descompressão súbita.Fig. 3 presents an advanced SSF process in which the enzymatic pretreatment with hemicellulases, enzymatic hydrolysis with cellulases and fermentation steps are performed simultaneously. Cellulosic biomass is subjected to a physicochemical pretreatment (e.g. STEX, WEX, etc.) in the presence or absence of catalysts, oxidizers and other inputs. The catalysts are present in a concentration ranging from 0.10% to 8% relative to the dry mass of the biomass, preferably between 0.25% and 6%. The solids charge varies between 5% and 60%, preferably between 15% and 50% relative to the total mass. The biomass remains in the reactor for a reaction time between 30 s and 60 min, preferably between 5 min and 15 min, at a process temperature ranging from 1100 ° C to 240 ° C, preferably 180 ° C to 2100 ° C. After the reaction time has elapsed, the reactor is preferably discharged through sudden decompression and optionally without sudden decompression.

A biomassa pré-tratada é submetida a um pré-tratamento adicional utilizando enzimas específicas (hemicelulases). A biomassa pré-tratada através de processos físico-químicos é encaminhada a um reator do tipo fermentador preferencialmente descontínuo e opcionalmente contínuo juntamente com enzimas específicas (hemicelulases). As hemicelulases encontram-se em proporções variando entre 5,5% e 30%, preferencialmente entre 12% e 22%, em relação à massa de biomassa pré-tratada (base seca). A biomassa permanece no reator durante um tempo reacional variando entre 6h e 48h, preferencialmente entre 12h e 24h, a uma temperatura de processo variando entre 35°C e 60°C, preferencialmente entre 45°C e 55°C. A carga de sólidos varia entre 2% e 20%, preferencialmente entre 7,5% e 15% em relação à massa total.The pretreated biomass is subjected to additional pretreatment using specific enzymes (hemicellulases). The pre-treated biomass by physicochemical processes is routed to a preferably discontinuous and optionally continuous fermenter-type reactor together with specific enzymes (hemicellulases). Hemicellulases are in proportions ranging from 5.5% to 30%, preferably from 12% to 22%, relative to the pretreated biomass mass (dry basis). The biomass remains in the reactor for a reaction time ranging from 6h to 48h, preferably from 12h to 24h, at a process temperature ranging from 35 ° C to 60 ° C, preferably from 45 ° C to 55 ° C. The solids charge varies between 2% and 20%, preferably between 7.5% and 15% relative to the total mass.

Concomitantemente ao processo de pré-tratamento com hemicelulases ou decorridos entre 1 h e 6h, preferencialmente 4h, do início desta etapa, inicia- se no fermentador a etapa de hidrólise enzimática da celulose e fermentação, caracterizando um processo SSF. As celulases encontram-se em proporções variando entre 5,5% e 30%, preferencialmente entre 12% e 22%, em relação à massa de biomassa pretratada (base seca). As β-glicosidases encontram-se em proporções variando entre 2,5% e 15%, preferencialmente entre 5,5% e 7,5%, em relação à massa de biomassa pré-tratada (base seca). A carga de sólidos varia entre 2% e 20%, preferencialmente entre 7,5% e 15% em relação à massa total. À medida que a reação de hidrólise enzimática se processa são produzidos açúcares, preferencialmente glicose, os quais são submetidos a uma fermentação etanólica utilizando-se preferencialmente leveduras do tipo Saccharomices cerevisae e opcionalmente utilizando-se bactérias do tipo Zymomonas mobilis. Preferencialmente, adiciona-se uma solução sacarídica concentrada ("booster"), preferencialmente melaço e opcionalmente caldo de cana, ao fermentador no início ou durante o processo de hidrólise enzimática, podendo-se, no entanto, operar sem adição solução sacarídica. A solução sacarídica ("òoosfer") apresenta concentração de açúcares variando entre 80 g/L e 820 g/L, preferencialmente entre 120 g/L e 200 g/L.Concomitantly with the pre-treatment process with hemicellulases or after 1h to 6h, preferably 4h, from the beginning of this step, the enzymatic hydrolysis and cellulose hydrolysis step is initiated in the fermenter, characterizing an SSF process. The cellulases are in proportions ranging from 5.5% to 30%, preferably from 12% to 22%, relative to the pretreated biomass mass (dry basis). The β-glycosidases are in proportions ranging from 2.5% to 15%, preferably from 5.5% to 7.5%, in relation to the pretreated biomass mass (dry basis). The solids charge varies between 2% and 20%, preferably between 7.5% and 15% relative to the total mass. As the enzymatic hydrolysis reaction takes place sugars, preferably glucose, are produced, which are subjected to an ethanolic fermentation preferably using Saccharomices cerevisae yeast and optionally using Zymomonas mobilis bacteria. Preferably, a concentrated saccharide solution (booster), preferably molasses and optionally sugar cane juice, is added to the fermenter at the beginning or during the enzymatic hydrolysis process, but may be operated without addition of saccharide solution. The saccharide solution ("oosfer") has sugar concentrations ranging from 80 g / l to 820 g / l, preferably from 120 g / l to 200 g / l.

A biomassa permanece no reator durante um tempo reacional variando entre 12h e 72h, preferencialmente entre 24h e 48h, a uma temperatura de processo variando entre 30°C e 50°C, preferencialmente entre 37°C e 40°C com um pH do meio reacional variando entre 4,2 e 5,5, preferencialmente entre -4,8 e 5,0.The biomass remains in the reactor for a reaction time ranging from 12h to 72h, preferably from 24h to 48h, at a process temperature ranging from 30 ° C to 50 ° C, preferably from 37 ° C to 40 ° C with a pH of the medium. reaction range from 4.2 to 5.5, preferably from -4.8 to 5.0.

Decorrido o tempo reacional, o reator é descarregado e o material submetido a um processo de separação, preferencialmente filtração e opcionalmente centrifugação, produzindo uma fração líquida (mosto) e uma fração sólida (resíduo lignocelulósico ou celulignina).After the reaction time has elapsed, the reactor is discharged and the material is subjected to a separation process, preferably filtration and optionally centrifugation, producing a liquid fraction (wort) and a solid fraction (lignocellulosic or cellulignin residue).

Conforme demonstra a Fig. 3, as etapas de pretratamento com hemicelulases, hidrólise enzimática e fermentação ocorrem simultaneamente.As shown in Fig. 3, the hemicellulose pretreatment, enzymatic hydrolysis and fermentation steps occur simultaneously.

Claims (35)

Processo Fermentativo compreendendo Etapa de Pré-Tratamento, Hidrólise Enzimática ε Produto Fermentado utilizando biomassa vegetal lignocelulósicaFermentation Process Comprising Pretreatment Step, Enzymatic Hydrolysis and Fermented Product Using Lignocellulosic Plant Biomass 1. Processo fermentativo compreendendo etapa de pré-tratamento que abrange as seguintes etapas: a) Pré-tratamento físico-químico (explosão a vapor) da biomassa vegetal compreendendo, opcionalmente, uma etapa adicional de pré-tratamento da biomassa com hemicelulases; b) Hidrólise enzimática da biomassa pré-tratada utilizando celulases ou a mistura celulases + β-glicosidases; e c) Fermentação dos carboidratos produzidos a partir da hidrólise enzimática da biomassa pré-tratada.1. A fermentative process comprising a pretreatment step comprising the following steps: (a) physicochemical (steam blast) pretreatment of plant biomass optionally comprising an additional hemicellulase biomass pretreatment step; (b) enzymatic hydrolysis of the pretreated biomass using cellulases or the cellulases + β-glycosidases mixture; and c) Fermentation of carbohydrates produced from enzymatic hydrolysis of pretreated biomass. 2. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela biomassa vegetal ser escolhida do grupo que compreende biomassa herbácea, cultivares, papelão, serragem, jornal e/ou mistura dos mesmos.Fermentation process according to Claim 1, characterized in that the plant biomass is chosen from the group comprising herbaceous biomass, cultivars, cardboard, sawdust, newspaper and / or a mixture thereof. 3. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelos cultivares serem escolhidos do grupo que compreende: i) plantas pertencentes aos gêneros Lolium, Spartina, Panicum, Miscanthus e combinações dos mesmos; ii) bagaço de cana-de-açúcar; iii) palhas de cereais escolhidos do grupo que comprende trigo, arroz, centeio, cana, cevada, aveia, milho, capim-elefante "switchgrass", madeira, troncos e/ou talos de bananeira, cactáceas e combinações dos mesmos; iv) combinações de i), ii) e/ou iii).Fermentation process according to Claim 2, characterized in that the cultivars are selected from the group comprising: (i) plants belonging to the genera Lolium, Spartina, Panicum, Miscanthus and combinations thereof; ii) sugarcane bagasse; (iii) cereal straws selected from the group comprising wheat, rice, rye, reed, barley, oats, maize, switchgrass elephant grass, wood, banana trunks and / or stalks and combinations thereof; iv) combinations of i), ii) and / or iii). 4. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo bagaço de cana ser oriundo de moenda e/ou difusor.Fermentation process according to Claim 3, characterized in that the sugarcane bagasse comes from mills and / or diffusers. 5. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela biomassa vegetal compreender: i) cerca de 35-50% de celulose; ii) cerca de 20-35% de hemiceluloses; e iii) cerca de 20-30% de lignina.Fermentation process according to claim 1, characterized in that the vegetable biomass comprises: i) about 35-50% cellulose; ii) about 20-35% hemicelluloses; and iii) about 20-30% lignin. 6. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo vapor ser saturado ou superaquecido, podendo ser gerado na própria câmara e/ou introduzido nela.Fermentation process according to Claim 1, characterized in that the steam is saturated or overheated and can be generated in and / or introduced into the chamber itself. 7. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender catalisadores escolhidos do grupo que compreende H2SO4, HCI1 HNO3, H3PO4, ácido acético, fórmico e carbônico (H2CO3), SO2, MnO2, CO2, FeSO4, AI2(SO4)3, FeCO3, CaCO3, Na2CO3, FeCI3, ZnCI2, MnCI2, CaCI2l AICI3 e mistura dos mesmos.Fermentation process according to Claim 1, characterized in that it comprises catalysts selected from the group comprising H2SO4, HCl1 HNO3, H3PO4, acetic, formic and carbonic acid (H2CO3), SO2, MnO2, CO2, FeSO4, AI2 (SO4). 3, FeCO3, CaCO3, Na2CO3, FeCl3, ZnCl2, MnCl2, CaCl21 AlCl3 and mixture thereof. 8. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelos catalisadores serem gerados durante a etapa de pré- tratamento.A fermentative process according to claim 7, characterized in that the catalysts are generated during the pretreatment step. 9. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo catalisador ser ácido acético.Fermentation process according to Claim 8, characterized in that the catalyst is acetic acid. 10. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo catalisador estar presente em uma concentração que varia de 0,10% a 8% em relação à massa seca de biomassa.Fermentation process according to claim 7, characterized in that the catalyst is present in a concentration ranging from 0.10% to 8% relative to the dry mass of biomass. 11. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo catalisador estar presente em uma concentração que varia de 0,25% a 6% em relação à massa seca de biomassa.A fermentative process according to claim 10, characterized in that the catalyst is present in a concentration ranging from 0.25% to 6% relative to the dry mass of biomass. 12. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela temperatura do processo de explosão a vapor estar compreendida na faixa que vai de 110°C a 240°C.Fermentation process according to Claim 1, characterized in that the temperature of the steam explosion process is in the range from 110 ° C to 240 ° C. 13. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela temperatura do processo de explosão a vapor estar compreendida na faixa que vai de 180°C a 210°C.Fermentation process according to Claim 12, characterized in that the temperature of the steam blasting process is in the range from 180 ° C to 210 ° C. 14. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo tempo reacional da etapa de explosão a vapor ser de 30s a 60min.A fermentative process according to claim 1, characterized in that the reaction time of the steam blast step is from 30s to 60mins. 15. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo tempo reacional da etapa de explosão a vapor ser de 5min a 15min.A fermentative process according to claim 14, characterized in that the reaction time of the steam blast step is from 5min to 15min. 16. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas hemicelulases estarem presentes em uma concentração que varia de 5,5% a 30% em relação à massa seca de biomassa pretratada.Fermentation process according to claim 1, characterized in that the hemicellulases are present in a concentration ranging from 5.5% to 30% with respect to the dry mass of pretreated biomass. 17. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelas hemicelulases estarem presentes em uma concentração que varia de 12% a 22% em relação à massa seca de biomassa pretratada.Fermentation process according to claim 16, characterized in that the hemicellulases are present in a concentration ranging from 12% to 22% relative to the dry weight of pretreated biomass. 18. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas hemicelulases serem utilizadas em temperaturas compreendidas na faixa de 35°C a 60°C.Fermentation process according to Claim 1, characterized in that the hemicellulases are used at temperatures ranging from 35 ° C to 60 ° C. 19. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelas hemicelulases serem utilizadas em temperaturas compreendidas na faixa de 40°C a 50°C.Fermentation process according to Claim 18, characterized in that the hemicellulases are used at temperatures in the range of 40 ° C to 50 ° C. 20. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo tempo de reação com as hemicelulases variar entre 6h e 48h.Fermentation process according to claim 1, characterized in that the reaction time with hemicellulases ranges from 6h to 48h. 21. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo tempo de reação com as hemicelulases variar entre 12h e 24h.Fermentation process according to Claim 20, characterized in that the reaction time with hemicellulases varies between 12h and 24h. 22. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 1, carcacterizado pela etapa de pré-tratamento compreender de 5% a 60% p/p de carga de sólidos totais.Fermentation process according to claim 1, characterized in that the pretreatment step comprises from 5% to 60% w / w total solids charge. 23. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pela carga de sólidos totais estar compreendida na faixa que vai de 3% a 25% p/p.Fermentation process according to Claim 22, characterized in that the total solids charge is in the range from 3% to 25% w / w. 24. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma etapa de lavagem com água ou soluções ácidas ou alcalinas à temperatura ambiente após a etapa a) e antes da etapa b).Fermentation process according to claim 1, characterized in that it comprises a step of washing with water or acid or alkaline solutions at room temperature after step a) and before step b). 25. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas celulases estarem em proporções variando de 5,5% a 30% em relação à massa de biomassa pretratada (base seca).Fermentation process according to claim 1, characterized in that the cellulases are in proportions ranging from 5.5% to 30% relative to the pretreated biomass mass (dry base). 26. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelas celulases estarem em proporções variando de 12% a 22% em relação à massa de biomassa pretratada (base seca).Fermentation process according to Claim 25, characterized in that the cellulases are in proportions ranging from 12% to 22% relative to the pretreated biomass mass (dry basis). 27. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas β-glicosidases estarem em proporções variando de 2,5% a -15% em relação à massa de biomassa pretratada (base seca).Fermentation process according to Claim 1, characterized in that the β-glycosidases are in proportions ranging from 2.5% to -15% relative to the pretreated biomass mass (dry basis). 28. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelas β-glicosidases estarem em proporções variando de 5,5% a -7,5% em relação à massa de biomassa pretratada (base seca).Fermentation process according to claim 27, characterized in that the β-glycosidases are in proportions ranging from 5.5% to -7.5% relative to the pretreated biomass mass (dry base). 29. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 1, carcacterizado pela etapa de hidrólise compreender de 2% a 20% p/p de carga de sólidos totais.A fermentative process according to claim 1, characterized in that the hydrolysis step comprises from 2% to 20% w / w total solids charge. 30. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pela carga de sólidos totais estar compreendida na faixa que vai de 2,5% a 25% p/p.Fermentation process according to Claim 29, characterized in that the total solids charge is in the range from 2.5% to 25% w / w. 31. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela fermentação ser realizada com leveduras e/ou bactérias.Fermentation process according to claim 1, characterized in that the fermentation is carried out with yeast and / or bacteria. 32. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pela levedura ser Saccharomices cerevisae.Fermentation process according to Claim 31, characterized in that the yeast is Saccharomices cerevisae. 33. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pela bactéria ser Zymomonas mobilis.A fermentative process according to claim 31, characterized in that the bacterium is Zymomonas mobilis. 34. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender a adição de uma solução sacarídica concentrada com concentração de 80 g/L a 820 g/L.Fermentation process according to claim 1, characterized in that it comprises the addition of a concentrated saccharide solution with a concentration of 80 g / l to 820 g / l. 35. Processo fermentativo, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pela solução sacarídica concentrada ser melaço e/ou caldo de cana.A fermentative process according to claim 34, characterized in that the concentrated saccharide solution is molasses and / or sugarcane juice.
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