BRPI0819896B1 - PROCESS TO CONVERT VEGETABLE MATERIAL DERIVED FROM A ARACACEAE SP. Containing manana in an alcohol - Google Patents
PROCESS TO CONVERT VEGETABLE MATERIAL DERIVED FROM A ARACACEAE SP. Containing manana in an alcohol Download PDFInfo
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Abstract
processo para converter um material vegetal de um aracaceae sp. contendo manana em um álcool a presente invenção diz respeito a processos que compreendem a degradação enzimática de materiais contendo manana para produzir um hidrolisado. a invenção também diz respeito a processos de produzir um produto de fermentação a partir de materiais contendo manana.process for converting a plant material from an aracaceae sp. The present invention relates to processes comprising the enzymatic degradation of mannan-containing materials to produce a hydrolyzate. The invention also relates to processes for producing a fermentation product from mannan containing materials.
Description
“PROCESSO PARA CONVERTER UM MATERIAL VEGETAL DERIVADO DE UM ARACACEAE SP. CONTENDO MANANA EM UM ÁLCOOL”“PROCESS TO CONVERT A VEGETABLE MATERIAL DERIVED FROM ARACACEAE SP. CONTAINING MANANA IN AN ALCOHOL ”
CAMPO TÉCNICOTECHNICAL FIELD
A presente invenção diz respeito a processos que compreendem a degradação enzimática de materiais contendo manana para produzir um hidrolisado. A invenção também diz respeito a processos de produzir um produto de fermentação a partir de materiais contendo manana. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOThe present invention relates to processes that comprise the enzymatic degradation of mannan-containing materials to produce a hydrolyzate. The invention also concerns processes for producing a fermentation product from materials containing mannan. BACKGROUND OF THE INVENTION
Manana é um polissacarideo que não amido que é um polímero do monossacarídeo manose. Manana é encontrado em paredes celulares vegetais, fungicas e bacterianas. Manana está presente em quantidades significantes em certos resíduos vegetais, tais como por exemplo, torta de caroço de dendê e farinha de caroço de dendê.Mannan is a non-starch polysaccharide that is a polymer of the mannose monosaccharide. Manana is found in plant, fungal and bacterial cell walls. Manana is present in significant amounts in certain vegetable residues, such as, for example, palm kernel cake and palm kernel flour.
Se a hidrólise enzimática substancialmente completa de manana e celulose na torta/farinha de caroço de dendê pudesse ser realizada a torta/farinha de caroço de dendê seriam um substrato adequado para a produção de bio-etanol, visto que a levedura Saccharomyces cerevisiae, é capaz de fermentar manose e glicose até etanol. O resíduo obtido depois da hidrólise enzimática e fermentação além disso comporia uma ração animal com teor de proteína mais alto, do que a torta/farinha de caroço de dendê não tratadas.If the substantially complete enzymatic hydrolysis of mannan and cellulose in the palm kernel cake could be used as a suitable substrate for the production of bio-ethanol, since the yeast Saccharomyces cerevisiae is capable from fermenting mannose and glucose to ethanol. The residue obtained after enzymatic hydrolysis and fermentation would furthermore make up an animal feed with a higher protein content than untreated palm kernel cake / flour.
Os processos que permitem a hidrólise parcial de farinha de caroço de dendê são divulgados na EP1345499, na US6797292, e em Düsterhõft et al (J. Sei. Food Agric. 63, 211-220, 1993) em que 40 a 50 % da manana são solubilizados. O objetivo da presente invenção é fornecer processos melhorados, que incluem processos de fermentação, que compreendem a hidrólise enzimática tanto da manana quanto da celulose presentes na torta/farinha de caroço de dendê e substratos ricos em manana similares. SUMÁRIO DA INVENÇÃOThe processes that allow partial hydrolysis of palm kernel flour are disclosed in EP1345499, US6797292, and in Düsterhõft et al (J. Sei. Food Agric. 63, 211-220, 1993) in which 40 to 50% of mannan are solubilized. The aim of the present invention is to provide improved processes, which include fermentation processes, which comprise the enzymatic hydrolysis of both mannan and cellulose present in palm kernel cake / flour and similar mannan-rich substrates. SUMMARY OF THE INVENTION
O objetivo da presente invenção é fornecer processosThe purpose of the present invention is to provide processes
Petição 870180149158, de 08/11/2018, pág. 8/13 melhorados, que incluem processos de fermentação, que compreende a hidrólise enzimática tanto da manana quanto da celulose presentes na torta de caroço de dendê e substratos ricos em manana similares.Petition 870180149158, of 11/08/2018, p. 8/13 improved, which include fermentation processes, which include the enzymatic hydrolysis of both mannan and cellulose present in palm kernel cake and similar mannan-rich substrates.
Em um primeiro aspecto a invenção diz respeito a um processo para converter um material contendo manana em um produto de fermentação, o processo compreendendo: a) formar uma pasta fluida aquosa que compreende o material contendo manana, b) contatar a pasta fluida com uma composição de enzima que compreende as atividades de enzima de celulase, mananase, e manosidase e produzindo um hidrolisado solúvel, c) contatar o hidrolisado solúvel com um organismo de fermentação para produzir um produto de fermentação.In a first aspect the invention relates to a process for converting a mannan-containing material into a fermentation product, the process comprising: a) forming an aqueous slurry comprising the mannan-containing material, b) contacting the slurry with a composition enzyme comprising the cellulase, mannanase, and mannosidase enzyme activities and producing a soluble hydrolyzate, c) contacting the soluble hydrolyzate with a fermentation organism to produce a fermentation product.
Em outros aspectos a invenção diz respeito a uma composição que compreende uma celulase, uma mananase, e uma manosidase, assim como ao uso de uma tal composição em um processo para a hidrólise de um material contendo manana que compreende contatar o dito material com a dita composição.In other aspects the invention concerns a composition comprising a cellulase, a mannanase, and a mannosidase, as well as the use of such a composition in a process for the hydrolysis of a material containing mannan which comprises contacting said material with said composition.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Materiais que contêm mananaMaterials containing manana
A expressão “material contendo manana” aqui usado refere-se a um material que compreende uma quantidade significante de manana. Qualquer material contendo manana é considerado de acordo com a presente invenção. Em uma forma de realização preferida o material contendo manana contém pelo menos 1 % em peso, preferivelmente pelo menos 5 % em peso, mais preferivelmente pelo menos 10 % em peso, ainda mais preferivelmente pelo menos 15 % em peso de manana, ainda mais preferivelmente pelo menos 20 % em peso, ou o mais preferivelmente pelo menos 25 % em peso. Deve ser entendido que o material contendo manana também pode compreender outros constituintes tais como material celulósico, que incluem celulose e/ou hemicelulose, e também pode compreender outros constituintes tais como material proteináceo, amido, açúcares, tais como açúcares fermentáveis e/ou açúcares não fermentáveis.The term "mannan-containing material" used herein refers to a material that comprises a significant amount of mannan. Any material containing mannan is considered in accordance with the present invention. In a preferred embodiment the material containing mannan contains at least 1% by weight, preferably at least 5% by weight, more preferably at least 10% by weight, even more preferably at least 15% by weight of mannan, even more preferably at least 20% by weight, or most preferably at least 25% by weight. It should be understood that the mannan-containing material may also comprise other constituents such as cellulosic material, which include cellulose and / or hemicellulose, and may also comprise other constituents such as proteinaceous material, starch, sugars, such as fermentable sugars and / or non-sugars fermentable.
Manana e galacto-manana são encontradas nas paredes celulares nas paredes celulares vegetais, fúngicas e bacterianas. O material contendo manana é no geral encontrado, por exemplo, nas hastes, folhas, frutos, cascas, vagens, e sabugos de plantas ou folhas, ramos, e madeira de árvores. É aqui entendido que o material contendo manana pode estar na forma de material de parede celular vegetal contendo lignina, celulose, e hemicelulose em uma matriz mista.Mannan and galacto-mannan are found in cell walls in plant, fungal and bacterial cell walls. The mannan-containing material is generally found, for example, in the stems, leaves, fruits, bark, pods, and cobs of plants or leaves, branches, and wood from trees. It is understood that the material containing mannan may be in the form of plant cell wall material containing lignin, cellulose, and hemicellulose in a mixed matrix.
O material contendo manana pode ser selecionado da lista que consiste de safras herbáceas e/ou lenhosas, safras agrícolas de alimento e ração, produtos de ração animal, tubérculos, raízes, hastes, legumes, cascas de mandioca, vagens de cacau, cascas e/ou vagens de arroz, farelo de arroz, sabugos, palha, cascas, vagens, polpa de beterraba açucareira, polpa de alfarroba, bagaços vegetais, resíduo de safra agrícola, palha, talos, folhas, farelo de milho, cascas, sabugos, crostas, carapaças, vagens, resíduo de madeira, casca de árvore, cavacos, serragem, polpa de madeira, líquido da fabricação de polpa de madeira, papel residual, papelão, resíduo de madeira, sólidos de água residual industrial ou municipal, esterco, subproduto da fabricação de bebida fermentada e/ou processos de fermentação, grão de destiladores úmidos, grãos de destiladores secos, grão gasto, vinhaça e bagaço.The material containing mannan can be selected from the list consisting of herbaceous and / or woody crops, agricultural food and feed crops, animal feed products, tubers, roots, stems, vegetables, cassava husks, cocoa pods, husks and / or rice pods, rice bran, cobs, straw, husks, pods, sugar beet pulp, locust bean pulp, vegetable cake, agricultural crop residue, straw, stalks, leaves, corn bran, husks, cobs, crusts, shells, pods, wood waste, tree bark, chips, sawdust, wood pulp, wood pulp manufacturing liquid, waste paper, cardboard, wood waste, industrial or municipal waste water solids, manure, manufacturing by-product fermented drink and / or fermentation processes, moist distillers grain, dry distillers grain, spent grain, vinasse and bagasse.
Em uma forma de realização preferida o material contendo manana é derivado de uma planta dentro de uma Aracaceae sp. tal como de um gênero selecionado do grupo que consiste de Cocos, Elaeis, Coffea, e Cyamopsis. Em uma forma de realização mais preferida o material contendo manana é derivado de uma Aracaceae sp. tal como de uma espécie selecionada do grupo que consiste de Cocos nucifera (coco), Elaeis guineensis, Elaeis malanococca (dendê), e Coffea sp. (café) e Cyamopsis tetragonoloba (feijão guar)In a preferred embodiment the material containing mannan is derived from a plant within an Aracaceae sp. such as a genus selected from the group consisting of Cocos, Elaeis, Coffea, and Cyamopsis. In a more preferred embodiment the material containing mannan is derived from an Aracaceae sp. such as a species selected from the group consisting of Cocos nucifera (coconut), Elaeis guineensis, Elaeis malanococca (palm), and Coffea sp. (coffee) and Cyamopsis tetragonoloba (guar beans)
A árvore do dendê (Elaeis sp.) é conhecida por seus frutos que cada um compreende uma camada externa oleosa, carnuda (o pericarpo), com uma única semente (o caroço). O óleo pode ser extraído tanto do pericarpo quanto do caroço. A extração do óleo de dendê dos caroços do dendê pode ser feita pela extração mecânica ou pela extração com solvente. O resíduo obtido depois da extração mecânica é chamado de torta de caroço de dendê e o resíduo obtido depois da extração com solvente, é chamada de farinha de caroço de dendê.The oil palm tree (Elaeis sp.) Is known for its fruits that each comprise an oily, fleshy outer layer (the pericarp), with a single seed (the core). The oil can be extracted from both the pericarp and the stone. The extraction of palm oil from palm kernels can be done by mechanical extraction or solvent extraction. The residue obtained after mechanical extraction is called palm kernel cake and the residue obtained after solvent extraction is called palm kernel flour.
A torta de caroço de dendê contém aproximadamente 50 % em peso de polissacarídeos que não amido, aproximadamente 20 % em peso de proteína, e aproximadamente 12 % em peso de lignina. Os polissacarídeos principais na torta de caroço de dendê são manana (78 % dos polissacarídeos que não amido totais), celulose (12 %), arabinoxilano (3 %), e 4-O-metilglicuronoxilano (3 %).Palm kernel cake contains approximately 50% by weight of polysaccharides other than starch, approximately 20% by weight of protein, and approximately 12% by weight of lignin. The main polysaccharides in palm kernel cake are mannan (78% of the polysaccharides other than total starch), cellulose (12%), arabinoxylan (3%), and 4-O-methylglycuronoxylan (3%).
Farinha de copra é o resíduo remanescente depois que o óleo de coco é prensado a partir da copra, o endosperma de Cocos nucifera (farinha de copra expelida) ou o resíduo que permanece depois da extração de óleo de coco usando solventes (farinha de copra extraída). A farinha de copra contém 25 a 32 % de manana.Copra flour is the residue remaining after the coconut oil is pressed from the copra, the endosperm of Cocos nucifera (expelled copra flour) or the residue that remains after the extraction of coconut oil using solvents (extracted copra flour ). Copra flour contains 25 to 32% mannan.
Tanto os resíduos do dendezeiro quanto os resíduo do coco são altamente adequados como substratos para a presente invenção.Both oil palm residues and coconut residues are highly suitable as substrates for the present invention.
Pré-tratamentoPre-treatment
O material contendo manana pode ser opcionalmente pré-tratado antes da hidrólise e/ou fermentação. A meta de pré-tratamento é separar e/ou liberar constituintes que não manana tais como celulose, hemicelulose e/ou lignina e deste modo melhorar a taxa de hidrólise dos compostos de celulose e hemicelulose. Os métodos de pré-tratamento tais como a oxidação úmida e o pré-tratamento alcalino alveja a lignina, enquanto o ácido diluído e a auto5 hidrólise alveja a hemicelulose.The mannan-containing material can optionally be pretreated before hydrolysis and / or fermentation. The pretreatment goal is to separate and / or release constituents other than mannan such as cellulose, hemicellulose and / or lignin and thus improve the hydrolysis rate of the cellulose and hemicellulose compounds. Pretreatment methods such as wet oxidation and alkaline pretreatment target lignin, while dilute acid and auto5 hydrolysis target hemicellulose.
O material contendo manana pode ser química, mecânica e/ou biologicamente pré-tratado antes da hidrólise e/ou fermentação. O tratamento mecânico (frequentemente aludido como tratamento físico) pode ser usado 5 sozinho ou em combinação com hidrólise subsequente ou simultânea, especialmente hidrólise enzimática.The mannan-containing material can be chemically, mechanically and / or biologically pre-treated before hydrolysis and / or fermentation. Mechanical treatment (often referred to as physical treatment) can be used alone or in combination with subsequent or simultaneous hydrolysis, especially enzymatic hydrolysis.
Preferivelmente, os pré-tratamentos químico, mecânico e/ou biológico são realizados antes da hidrólise e/ou fermentação. Altemativamente, os pré-tratamentos químico, mecânico e/ou biológico podem ser realizados 10 simultaneamente com a hidrólise, tal como simultaneamente com a adição de uma ou mais das atividades enzimáticas mencionadas abaixo, para liberar, por exemplo, açúcares fermentáveis, tais como manose, glicose e/ou maltose.Preferably, chemical, mechanical and / or biological pretreatments are carried out before hydrolysis and / or fermentation. Alternatively, chemical, mechanical and / or biological pretreatments can be carried out simultaneously with hydrolysis, such as simultaneously with the addition of one or more of the enzymatic activities mentioned below, to release, for example, fermentable sugars, such as mannose , glucose and / or maltose.
A expressão “tratamento químico” refere-se a qualquer prétratamento químico que promova a separação e/ou liberação de celulose, 15 hemicelulose e/ou lignina. Os exemplos de pré-tratamentos químicos adequados incluem tratamento com; por exemplo, ácido diluído, cal, álcali, solvente orgânico, amônia, dióxido de enxofre, dióxido de carbono. Além disso, a oxidação úmida e a hidrotermólise controlada pelo pH também são consideradas pré-tratamento químico.The term “chemical treatment” refers to any chemical pretreatment that promotes the separation and / or release of cellulose, 15 hemicellulose and / or lignin. Examples of suitable chemical pretreatments include treatment with; for example, dilute acid, lime, alkali, organic solvent, ammonia, sulfur dioxide, carbon dioxide. In addition, wet oxidation and pH-controlled hydrothermolysis are also considered chemical pre-treatment.
O pré-tratamento químico pode ser um tratamento ácido, mais preferivelmente, um tratamento ácido diluído e/ou brando contínuo, tal como, tratamento com ácido sulfurico, ou um outro ácido orgânico, tal como ácido acético, ácido cítrico, ácido tartárico, ácido succínico, cloreto de hidrogênio ou misturas destes. Outros ácidos também podem ser usados. Tratamento ácido 25 brando significa que o pH do tratamento se situa na faixa de 1 a 5, preferivelmente pH 1 a 3.The chemical pretreatment can be an acidic treatment, more preferably, a diluted and / or continuous mild acidic treatment, such as treatment with sulfuric acid, or another organic acid, such as acetic acid, citric acid, tartaric acid, acid succinic, hydrogen chloride or mixtures of these. Other acids can also be used. Soft acid treatment means that the treatment pH is in the range of 1 to 5, preferably pH 1 to 3.
O pré-tratamento químico alcalino com base, por exemplo, em NaOH, Na2CO3 e/ou amônia ou semelhantes, também é considerado de acordo com a invenção. Os métodos de pré-tratamento usando amônia são descritos, por exemplo, na WO 2006/110891, WO 2006/11899, WO 2006/11900, WOAlkaline chemical pretreatment based, for example, on NaOH, Na 2 CO 3 and / or ammonia or the like, is also considered according to the invention. Pretreatment methods using ammonia are described, for example, in WO 2006/110891, WO 2006/11899, WO 2006/11900, WO
2006/110901 (que são por meio deste incorporadas por referência).2006/110901 (which are hereby incorporated by reference).
As técnicas de oxidação úmida envolvem o uso de agentes de oxidação, tais como: agentes de oxidação com base em sulfito ou semelhantes. Os exemplos de pré-tratamentos com solvente incluem tratamento com DMSO (Sulfóxido de Dimetila) ou semelhantes. O pré-tratamento químico é no geral realizado durante 1 a 60 minutos, tais como de 5 a 30 minutos, mas pode ser realizado por períodos mais curtos ou mais longos de tempo dependendo do material a ser pré-tratado.Wet oxidation techniques involve the use of oxidizing agents, such as: sulfite-based oxidizing agents or the like. Examples of solvent pretreatments include treatment with DMSO (Dimethyl Sulfoxide) or the like. Chemical pre-treatment is generally carried out for 1 to 60 minutes, such as 5 to 30 minutes, but can be carried out for shorter or longer periods of time depending on the material to be pre-treated.
Outros exemplos de métodos de pré-tratamento adequados são descritos por Schell et al. (2003) Appl. Biochem and Biotechn. Vol. 105-108, p. 69-85, Mosier et al. Bioresource Technology 96 (2005) 673-686, Ahring et al. na W02006032282 e WO200160752, Foody et al. na W02006034590, e Ballesteros et al. na publicação US N2 2002/0164730, referências estas que são por meio deste todas incorporadas por referência.Other examples of suitable pretreatment methods are described by Schell et al. (2003) Appl. Biochem and Biotechn. 105-108, p. 69-85, Mosier et al. Bioresource Technology 96 (2005) 673-686, Ahring et al. in W02006032282 and WO200160752, Foody et al. in W02006034590, and Ballesteros et al. in US publication No. 2 2002/0164730, references which are hereby incorporated by reference.
A expressão “pré-tratamento mecânico” refere-se a qualquer tratamento mecânico (ou físico) que promova a separação e/ou liberação de celulose, hemicelulose e/ou lignina do material contendo manana. Por exemplo, o pré-tratamento mecânico inclui vários tipos de moagem, irradiação, arraste/explosão com vapor, oxidação úmida, e outros tratamentos hidrotérmicos.The term "mechanical pre-treatment" refers to any mechanical (or physical) treatment that promotes the separation and / or release of cellulose, hemicellulose and / or lignin from the material containing mannan. For example, mechanical pretreatment includes various types of grinding, irradiation, steam entrainment / explosion, wet oxidation, and other hydrothermal treatments.
O pré-tratamento mecânico inclui cominuição (redução mecânica do tamanho). A cominuição inclui moagem a seco, moagem úmida e moagem de bola vibratória. O pré-tratamento mecânico pode envolver alta pressão e/ou alta temperatura (explosão de vapor). Em uma forma de realização da invenção alta pressão significa pressão na faixa de 300 a 600 psi (2070 a 4140 kPa), preferivelmente de 400 a 500 psi (2760 a 3450 kPa), tal como em tomo de 450 psi (3105 kPa). Em uma forma de realização da invenção alta temperatura significa temperaturas na faixa de cerca de 100 a 300° C, preferivelmente de cerca de 140 a 235° C. Em uma forma de realização preferida o pré-tratamento mecânico é um processo por batelada, sistema hidrolisador de pistola de vapor que usa alta pressão e alta temperatura como definido acima. Um Hidrolisador Sunds (disponível da Sunds Defibrator AB (Suécia) pode ser usado para isto.Mechanical pretreatment includes comminution (mechanical size reduction). Comminution includes dry grinding, wet grinding and vibrating ball grinding. Mechanical pretreatment may involve high pressure and / or high temperature (vapor explosion). In one embodiment of the invention, high pressure means pressure in the range of 300 to 600 psi (2070 to 4140 kPa), preferably 400 to 500 psi (2760 to 3450 kPa), such as around 450 psi (3105 kPa). In an embodiment of the invention, high temperature means temperatures in the range of about 100 to 300 ° C, preferably about 140 to 235 ° C. In a preferred embodiment the mechanical pretreatment is a batch process, system steam gun hydrolyzer that uses high pressure and high temperature as defined above. A Sunds Hydrolyzer (available from Sunds Defibrator AB (Sweden) can be used for this.
Como usados na presente invenção a expressão ”pré-tratamento biológico” refere-se a qualquer pré-tratamento biológico que promova a degradação do material contendo manana. As técnicas de pré-tratamento biológico podem envolver aplicar microorganismos que solubilizam lignina (ver, por exemplo, Hsu, T.-A., 1996, Pretreatment of biomass, no Handbook on Bioethanol: Production and Utilization, Wyman, C. E., ed., Tailor & Francis, Washington, DC, 179-212; Ghosh, P., e Singh, A., 1993, Physicochemical and biological treatments for enzymatic/microbial conversion of lignocellulosic biomass, Adv. Appl. Microbiol. 39: 295-333; McMillan, J. D., 1994, Pretreating lignocellulosic biomass: a review, no Enzymatic Conversion of Biomass for Fuels Production, Himmel, Μ. E., Baker, J. O., e Overend, R. P., eds., ACS Symposium Series 566, American Chemical Society, Washington, DC, capítulo 15; Gong, C. S., Cao, N. J., Du, J., e Tsao, G. T., 1999, Ethanol production from renewable resources, no Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology, Scheper, T., ed., Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Alemanha, 65: 207-241; Olsson, L., e Hahn-Hagerdal, B., 1996, Fermentation of lignocellulosic hydrolysates for ethanol production, Enz. Microb. Tech. 18: 312-331; e Vallander, L., e Eriksson, K.-E. L., 1990, Production of ethanol ffom lignocellulosic materiais: State of the art, Adv. Biochem. Eng./Biotechnol. 42: 63-95).As used in the present invention the term "biological pretreatment" refers to any biological pretreatment that promotes the degradation of mannan-containing material. Biological pretreatment techniques may involve applying microorganisms that solubilize lignin (see, for example, Hsu, T.-A., 1996, Pretreatment of biomass, in the Handbook on Bioethanol: Production and Utilization, Wyman, CE, ed., Tailor & Francis, Washington, DC, 179-212; Ghosh, P., and Singh, A., 1993, Physicochemical and biological treatments for enzymatic / microbial conversion of lignocellulosic biomass, Adv. Appl. Microbiol. 39: 295-333; McMillan, JD, 1994, Pretreating lignocellulosic biomass: a review, in the Enzymatic Conversion of Biomass for Fuels Production, Himmel, Μ. E., Baker, JO, and Overend, RP, eds., ACS Symposium Series 566, American Chemical Society, Washington, DC, chapter 15; Gong, CS, Cao, NJ, Du, J., and Tsao, GT, 1999, Ethanol production from renewable resources, no Advances in Biochemical Engineering / Biotechnology, Scheper, T., ed., Springer -Verlag Berlin Heidelberg, Germany, 65: 207-241; Olsson, L., and Hahn-Hagerdal, B., 1996, Fermentation of lignocellulosic hydrolysates for ethanol production, Enz. Microb. Tech. 18: 312-331; and Vallander, L., and Eriksson, K.-E. L., 1990, Production of ethanol for lignocellulosic materials: State of the art, Adv. Biochem. Eng./Biotechnol. 42: 63-95).
Em uma forma de realização preferida em que o material contendo manana é farinha de caroço de dendê ou torta de caroço de dendê o material contendo manana não é submetido a um pré-tratamento.In a preferred embodiment in which the mannan-containing material is palm kernel flour or palm-kernel cake the mannan-containing material is not subjected to a pretreatment.
HidróliseHydrolysis
O material contendo manana é hidrolisado para romper a manana, celulose e hemicelulose em açúcares e/ou oligossacarídeos. A hidrólise pode ser realizada antes de e/ou simultaneamente com uma etapa de fermentação.The mannan-containing material is hydrolyzed to break down mannan, cellulose and hemicellulose into sugars and / or oligosaccharides. Hydrolysis can be carried out before and / or simultaneously with a fermentation step.
De acordo com a invenção o material contendo manana a ser hidrolisado é contatado por uma celulase, uma mananase e uma manosidase. O material contendo manana é convertido em um hidrolisado solúvel, em um processo que compreende a) formar uma pasta fluida aquosa que compreende o substrato de biomassa, b) contatar a pasta fluida com uma composição de enzima que compreende as atividades enzimáticas celulase, mananase, e manosidase e produzindo um hidrolisado solúvel.According to the invention the material containing mannan to be hydrolyzed is contacted by a cellulase, a mannanase and a mannosidase. The mannan-containing material is converted into a soluble hydrolyzate, in a process which comprises a) forming an aqueous slurry comprising the biomass substrate, b) contacting the slurry with an enzyme composition comprising the enzymatic activities cellulase, mannanase, and mannosidase and producing a soluble hydrolyzate.
Em uma forma de realização uma ou mais enzimas de galactomananase, beta-xilosidase, endo-l,4-beta xilanoase, beta-glicosidase, alfa-galactosidase, alfa-L-arabinofuranosidase, acetil xilano esterase, ácido ferúlico esterase e alfa-glicuronidase estão presentes. Também alfa-amilase, glicoamilase e/ou semelhantes podem estar presentes durante a hidrólise e/ou fermentação visto que o material contendo manana pode incluir algum amido. A galactomananase é preferivelmente aplicada se o substrato compreende galactomanana.In one embodiment one or more enzymes of galactomannanase, beta-xylosidase, endo-1,4-beta-xylanoase, beta-glucosidase, alpha-galactosidase, alpha-L-arabinofuranosidase, acetyl xylan esterase, ferulic acid esterase and alpha-glucuronidase are present. Also alpha-amylase, glycoamylase and / or the like may be present during hydrolysis and / or fermentation since the mannan-containing material may include some starch. Galactomannanase is preferably applied if the substrate comprises galactomannan.
A(s) enzima(s) usada(s) para a hidrólise é(são) capazes de converter direta ou indiretamente manana e outros polímeros de carboidrato em açúcares fermentáveis que podem ser fermentados em um produto de fermentação desejado, tal como etanol. As enzimas adequadas são descritas na seção “Enzimas” abaixo.The enzyme (s) used for hydrolysis are (are) capable of directly or indirectly converting mannan and other carbohydrate polymers into fermentable sugars that can be fermented into a desired fermentation product, such as ethanol. Suitable enzymes are described in the “Enzymes” section below.
O teor de sólidos secos durante a hidrólise pode estar na faixa de a 50 % em peso, preferivelmente de 10 a 40 % em peso, preferivelmente de 20 a 30 % em peso. A hidrólise, em uma forma de realização preferida, pode ser realizada como um processo de lote alimentado onde o material contendo manana (substrato) é alimentado gradualmente a uma solução de hidrólise contendo enzima. O material contendo manana pode ser fornecido à solução de hidrólise contendo enzima em um ou mais lotes distintos, como um ou mais fluxos contínuos distintos ou como uma combinação de um ou mais lotes distintos e um ou mais fluxos contínuos distintos.The dry solids content during hydrolysis can be in the range of at 50% by weight, preferably from 10 to 40% by weight, preferably from 20 to 30% by weight. Hydrolysis, in a preferred embodiment, can be carried out as a batch fed process where the mannan-containing material (substrate) is gradually fed to an enzyme-containing hydrolysis solution. The mannan-containing material can be supplied to the enzyme-containing hydrolysis solution in one or more distinct batches, as one or more distinct continuous streams or as a combination of one or more distinct batches and one or more distinct continuous streams.
O tempo, temperatura e condições de pH da hidrólise adequados podem ser facilmente determinados por uma pessoa habilitada na técnica. A temperatura deve ser decidida com respeito às temperaturas ótimas das enzimas aplicadas. No geral uma temperatura entre 25° C e 70° C, preferivelmente entre 40° C e 60° C, mais preferivelmente entre 45° C e 55° C, especialmente em tomo de 50° C será adequado. O processo é preferivelmente realizado em um pH na faixa de 3 a 8, preferivelmente pH 4 a 6, especialmente em tomo do pH 5, por exemplo, na faixa do pH 4,5 a 5,5. Preferivelmente, a hidrólise é realizada entre 12 e 144 horas, preferível de 16 a 120 horas, mais preferivelmente entre 24 e 96 horas, tal como entre 32 e 48 horas.The appropriate hydrolysis time, temperature and pH conditions can be easily determined by a person skilled in the art. The temperature must be decided with respect to the optimum temperatures of the applied enzymes. In general a temperature between 25 ° C and 70 ° C, preferably between 40 ° C and 60 ° C, more preferably between 45 ° C and 55 ° C, especially around 50 ° C will be suitable. The process is preferably carried out at a pH in the range of 3 to 8, preferably pH 4 to 6, especially around pH 5, for example, in the range of pH 4.5 to 5.5. Preferably, the hydrolysis is carried out between 12 and 144 hours, preferably from 16 to 120 hours, more preferably between 24 and 96 hours, such as between 32 and 48 hours.
Preferivelmente a hidrólise na etapa b) é deixada processar por um tempo e sob condições que permitam que pelo menos 60 %, pelo menos 70 %, pelo menos 75 %, pelo menos 80 %, pelo menos 85 %, ou ainda pelo menos 90 % do teor de manana do material contendo manana são degradados para manose e/ou por um tempo e sob condições que permitam que pelo menos 60 %, pelo menos 70 %, pelo menos 75 %, pelo menos 80 %, pelo menos 85 %, pelo menos 90 %, ou ainda pelo menos 95 % do teor de celulose do material contendo manana sejam degradados para glicose.Preferably the hydrolysis in step b) is allowed to process for a time and under conditions that allow at least 60%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, or at least 90% of the mannan content of the mannan-containing material are degraded to mannose and / or for a time and under conditions that allow at least 60%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least at least 90%, or at least 95% of the cellulose content of the mannan-containing material is degraded to glucose.
Durante a hidrólise de substratos tais como torta de dendezeiro ou de caroço de dendê, farinha de caroço de dendê e/ ou óleo residual de torta de copra é liberado e pode ser facilmente isolado do hidrolisado solúvel. Assim em uma forma de realização preferida o processo compreende isolar uma fração oleosa do hidrolisado solúvel, por exemplo, onde o material contendo manana é derivado de uma planta que compreende óleo vegetal, tal como um resíduo produzido em um processo de extração de óleo vegetal.During the hydrolysis of substrates such as oil palm or palm kernel cake, palm kernel flour and / or residual copra pie oil is released and can be easily isolated from the soluble hydrolyzate. Thus in a preferred embodiment the process comprises isolating an oily fraction from the soluble hydrolyzate, for example, where the mannan-containing material is derived from a plant comprising vegetable oil, such as a residue produced in a vegetable oil extraction process.
FermentaçãoFermentation
De acordo com a invenção o material hidrolisado contendo manana é fermentado por pelo menos um organismo de fermentação capaz de fermentar açúcares fermentáveis, tais como manose, glicose, e galactose direta ou indiretamente em um produto de fermentação desejado. Consequentemente, em uma forma de realização um material contendo manana é convertido em um hidrolisado solúvel, em um processo que compreende a) formar um pasta fluida aquosa que compreenda o substrato de biomassa, b) contatar a pasta fluida com uma composição de enzima que compreenda as atividades enzimáticas celulase, mananase, e manosidase e produzir um hidrolisado solúvel, e c) contatar o hidrolisado solúvel com um organismo de fermentação para produzir um produto de fermentação.According to the invention the hydrolyzed material containing mannan is fermented by at least one fermentation organism capable of fermenting fermentable sugars, such as mannose, glucose, and galactose directly or indirectly in a desired fermentation product. Consequently, in one embodiment a material containing mannan is converted into a soluble hydrolyzate, in a process which comprises a) forming an aqueous slurry comprising the biomass substrate, b) contacting the slurry with an enzyme composition comprising the enzymatic activities cellulase, mannanase, and mannosidase and produce a soluble hydrolyzate, and c) contact the soluble hydrolyzate with a fermentation organism to produce a fermentation product.
Preferido para a fermentação de etanol é a levedura da espécie Saccharomyces cerevisiae, preferivelmente as cepas que são resistentes para altos níveis de etanol, isto é, até, por exemplo, cerca de 10, 12 ou 15 % em vol. de etanol ou mais, tal como 20 % em vol. de etanol. A fermentação é preferivelmente contínua entre 8 e 96 horas, preferivelmente de 12 a 72, mais preferível de 24 a 48 horas.Preferred for ethanol fermentation is the yeast of the Saccharomyces cerevisiae species, preferably strains that are resistant to high levels of ethanol, that is, up to, for example, about 10, 12 or 15% by vol. of ethanol or more, such as 20 vol%. of ethanol. The fermentation is preferably continuous between 8 and 96 hours, preferably from 12 to 72, more preferably from 24 to 48 hours.
Em uma forma de realização a fermentação é realizada em uma temperatura entre 20 e 40° C, preferivelmente de 26 a 34° C, em particular em tomo de 32° C. Em uma forma de realização o pH é do pH 3 ao 6, preferivelmente em tomo do pH 4 a 5.In one embodiment, fermentation is carried out at a temperature between 20 and 40 ° C, preferably from 26 to 34 ° C, in particular around 32 ° C. In one embodiment the pH is from pH 3 to 6, preferably around pH 4 to 5.
De acordo com a invenção a hidrólise na etapa (b) e a fermentação na etapa (c) pode ser realizada simultânea ou sequencialmente. Em uma forma de realização não há estágio de contenção separado para a hidrólise, significando que a(s) enzima(s) de hidrolisação e o organismo de fermentação são adicionados juntos. Quando a fermentação (por exemplo, fermentação do etanol usando a levedura Saccharomyces) é realizada simultaneamente com a hidrólise a temperatura está preferivelmente entre 26° C e 35° C, mais preferivelmente entre 30° C e 34° C, tal como em tomo de 32° C. Um programa de temperatura que compreende pelo menos dois estágios de contenção em temperaturas diferentes pode ser aplicado de acordo com a invenção.According to the invention, hydrolysis in step (b) and fermentation in step (c) can be carried out simultaneously or sequentially. In one embodiment there is no separate containment stage for hydrolysis, meaning that the hydrolyzation enzyme (s) and the fermentation organism are added together. When fermentation (for example, ethanol fermentation using the yeast Saccharomyces) is carried out simultaneously with hydrolysis the temperature is preferably between 26 ° C and 35 ° C, more preferably between 30 ° C and 34 ° C, as in 32 ° C. A temperature program comprising at least two containment stages at different temperatures can be applied according to the invention.
O processo da invenção assim como as etapas individuais podem ser realizados como um processo/etapa de processo por batelada, lote alimentado ou como um contínuo. Preferivelmente a etapa de fermentação é realizada como uma fermentação contínua.The process of the invention as well as the individual steps can be carried out as a batch process, batch process or as a continuum. Preferably the fermentation step is carried out as a continuous fermentation.
RecuperaçãoRecovery
Subsequente à fermentação o produto de fermentação pode ser separado do caldo de fermentação. O caldo pode ser destilado para extrair o produto de fermentação ou o produto de fermentação pode ser extraído do caldo de fermentação pelas técnicas de microfiltração ou filtração de membrana. Altemativamente o produto de fermentação pode ser recuperado pelo despojamento. Os métodos de recuperação são bem conhecidos na técnica. Produtos de fermentaçãoSubsequent to fermentation, the fermentation product can be separated from the fermentation broth. The broth can be distilled to extract the fermentation product or the fermentation product can be extracted from the fermentation broth using microfiltration or membrane filtration techniques. Alternatively, the fermentation product can be recovered by stripping. Recovery methods are well known in the art. Fermentation products
O processo da invenção pode ser usado para produzir qualquer produto de fermentação. Os produtos de fermentação especialmente considerados incluem álcoois (por exemplo, etanol, metanol, butanol); ácidos orgânicos (por exemplo, ácido cítrico, ácido acético, ácido itacônico, ácido láctico, ácido glicônico); cetonas (por exemplo, acetona); aminoácidos (por exemplo, ácido glutâmico); gases (por exemplo, H2 e CO2); antibióticos (por exemplo, penicilina e tetraciclina); enzimas; vitaminas (por exemplo, riboflavina, BI2, beta-caroteno); e hormônios.The process of the invention can be used to produce any fermentation product. Especially considered fermentation products include alcohols (for example, ethanol, methanol, butanol); organic acids (for example, citric acid, acetic acid, itaconic acid, lactic acid, glyconic acid); ketones (for example, acetone); amino acids (for example, glutamic acid); gases (for example, H 2 and CO 2 ); antibiotics (for example, penicillin and tetracycline); enzymes; vitamins (for example, riboflavin, BI2, beta-carotene); and hormones.
Em uma forma de realização preferida o produto de fermentação é um álcool, especialmente etanol. O produto de fermentação, tal como etanol, obtido de acordo com a invenção, pode ser preferivelmente álcool combustível/etanol. Entretanto, no caso de etanol o mesmo também pode ser usado como etanol potável.In a preferred embodiment the fermentation product is an alcohol, especially ethanol. The fermentation product, such as ethanol, obtained according to the invention, can preferably be fuel alcohol / ethanol. However, in the case of ethanol it can also be used as potable ethanol.
Organismo de fermentaçãoFermentation organism
A expressão “organismo de fermentação” refere-se a qualquer organismo, que inclui organismos bacterianos e fungicos, adequados para produzir um produto de fermentação desejado. Especialmente os organismos de fermentação adequados de acordo com a invenção são capazes de fermentar, isto é, converter, açúcares C6, tais como manose e glicose, direta ou indiretamente no produto de fermentação desejado. Também adequados são organismos de fermentação capazes de converter açúcares C5 tais como xilose em um produto de fermentação desejado. Os exemplos de organismos de fermentação incluem organismos fungicos, especialmente levedura. A levedura preferida inclui cepas de Saccharomyces spp., em particular uma cepa de Saccharomyces cerevisiae ou Saccharomyces uvarum', uma cepa de Pichia, preferivelmente Pichia stipitis, tal como Pichia stipitis CBS 5773; uma cepa de Candida, em particular um cepa de Candida utilis, Candida diddensii, ou Candida boidinii. Outra levedura considerada inclui cepas de Zymomonas', Hansenula, em particular H. anômala', Klyveromyces, em particular K. fragilis', e Schizosaccharomyces, em particular S. pombe.The term "fermentation organism" refers to any organism, which includes bacterial and fungal organisms, suitable for producing a desired fermentation product. Especially suitable fermentation organisms according to the invention are capable of fermenting, i.e. converting, C6 sugars, such as mannose and glucose, directly or indirectly into the desired fermentation product. Also suitable are fermentation organisms capable of converting C5 sugars such as xylose to a desired fermentation product. Examples of fermentation organisms include fungal organisms, especially yeast. The preferred yeast includes strains of Saccharomyces spp., In particular a strain of Saccharomyces cerevisiae or Saccharomyces uvarum ', a strain of Pichia, preferably Pichia stipitis, such as Pichia stipitis CBS 5773; a strain of Candida, in particular a strain of Candida utilis, Candida diddensii, or Candida boidinii. Another yeast considered includes strains of Zymomonas', Hansenula, in particular H. anômala ', Klyveromyces, in particular K. fragilis', and Schizosaccharomyces, in particular S. pombe.
A levedura comercialmente disponível inclui, por exemplo, a levedura ETANOL RED® (disponível da Fermentis/Lesaffre, USA), FALI (disponível da Fleischmann’s Yeast, USA), levedura fresca SUPERSTART e THERMOSACC® (disponível da Etanol Technology, WI, USA), BIOFERM AFT e XR (disponível da NABC - North American Bioproducts Corporation, GA, USA), GERT STRAND (disponível da Gert Strand AB, Suécia), e FERM1OL (disponível da DSM Specialties). ANQI Yeast (disponível da Anqi Yeast (CHIFENG) CO., LTD, China).Commercially available yeast includes, for example, yeast ETANOL RED® (available from Fermentis / Lesaffre, USA), FALI (available from Fleischmann's Yeast, USA), fresh yeast SUPERSTART and THERMOSACC® (available from Ethanol Technology, WI, USA) , BIOFERM AFT and XR (available from NABC - North American Bioproducts Corporation, GA, USA), GERT STRAND (available from Gert Strand AB, Sweden), and FERM1OL (available from DSM Specialties). ANQI Yeast (available from Anqi Yeast (CHIFENG) CO., LTD, China).
ComposiçõesCompositions
A presente invenção também diz respeito às composições adequadas para o uso nos processos da invenção, as ditas composições compreendendo uma celulase, uma mananase, e uma manosidase. A composição pode compreender atividades enzimáticas adicionais, tais como acetilxilano esterase, alfa-glicuronidase, arabinofuranosidase, aminopeptidase, amilase, carboidrase, carboxipeptidase, catalase, celulase, quitinase, cutinase, ciclodextrina glicosiltransferase, desoxirribonuclease, esterase, ácido ferúlico esterase, galactomananase alfa-galactosidase, beta-galactosidase, betaxilosidase, glicoamilase, alfa-glicosidase, beta-glicosidase, haloperoxidase, invertase, lacase, lipase, manosidase, oxidase, enzima pectinolítica, peptidoglutaminase, peroxidase, fitase, polifenoloxidase, enzima proteolítica, ribonuclease, transglutaminase, xilanoase ou xilosidase.The present invention also relates to compositions suitable for use in the processes of the invention, said compositions comprising a cellulase, a mannanase, and a mannosidase. The composition can comprise additional enzymatic activities, such as acetylxylan esterase, alpha-glucuronidase, arabinofuranosidase, aminopeptidase, amylase, carboidrase, carboxypeptidase, catalase, cellulase, chitinase, cutinase, cyclodextrin glycosyltransferase, deoxyrribonuclease , beta-galactosidase, betaxilosidase, glycoamylase, alpha-glucosidase, beta-glucosidase, haloperoxidase, invertase, laccase, lipase, mannosidase, oxidase, pectinolytic enzyme, peptidoglutaminase, peroxidase, phytase, polyphenoloxidase, transcriptase, proteinase xylase .
EnzimasEnzymes
Embora não especificamente mencionadas no contexto de um processo da invenção, deve ser entendido que as enzimas (assim como outros compostos) são usados em uma “quantidade eficaz”.Although not specifically mentioned in the context of a process of the invention, it should be understood that enzymes (as well as other compounds) are used in an "effective amount".
CelulasesCellulases
A expressão “celulases” como aqui usada é entendida como compreendendo as celobioidrolases (EC 3.2.1.91), por exemplo, celobioidrolase I e celobioidrolase II, assim como as endo-glicanases (EC 3.2.1.4) e betaglicosidases (EC 3.2.1.21).The term “cellulases” as used herein is understood to comprise cellobiohydrolases (EC 3.2.1.91), for example, cellobiohydrolase I and cellobiohydrolase II, as well as endo-glycanases (EC 3.2.1.4) and beta-glucidases (EC 3.2.1.21) .
De modo a ser eficiente, a digestão da celulose e hemicelulose requer vários tipos de enzimas atuando cooperativamente. Pelo menos três categorias de enzimas são necessárias para converter celulose em açúcares fermentáveis: endo-glicanases (EC 3.2.1.4) que cortam as cadeias de celulose aleatoriamente; celobioidrolases (EC 3.2.1.91) que clivam unidades de celobiosila das extremidades da cadeia de celulose e beta-glicosidases (EC 3.2.1.21) que convertem celobiose e celodextrinas solúveis em glicose. Entre estas três categorias de enzimas envolvidas na biodegradação de celulose, as celobioidrolases são as enzimas chave para a degradação de celulose cristalina nativa. A expressão “celobioidrolase I” é aqui definida como uma a atividade de celulose 1,4-beta-celobiosidase (também aludida como exo-glicanase, exocelobioidrolase ou 1,4-beta-celobioidrolase), como definido na enzima classeIn order to be efficient, the digestion of cellulose and hemicellulose requires several types of enzymes acting cooperatively. At least three categories of enzymes are needed to convert cellulose into fermentable sugars: endo-glycanases (EC 3.2.1.4) that cut cellulose chains at random; cellobiohydrolases (EC 3.2.1.91) that cleave cellobiosil units at the ends of the cellulose chain and beta-glycosidases (EC 3.2.1.21) that convert soluble cellobiose and cellodextrins into glucose. Among these three categories of enzymes involved in cellulose biodegradation, cellobiohydrolases are the key enzymes for the degradation of native crystalline cellulose. The term "cellobiohydrolase I" is defined herein as a cellulose 1,4-beta-cellobiosidase activity (also referred to as exo-glycanase, exocelobiohydrolase or 1,4-beta-cellobiohydrolase), as defined in the enzyme class
EC 3.2.1.91, que catalisa a hidrólise de ligações 1,4-beta-D-glicosídicas na celulose e celotetraose, pela liberação de celobiose das extremidades não redutoras das cadeias. A definição da expressão “atividade de celobioidrolaseEC 3.2.1.91, which catalyzes the hydrolysis of 1,4-beta-D-glycosidic bonds in cellulose and cellotetraose, by releasing cellobiosis from the non-reducing ends of the chains. The definition of the expression “cellobiohydrolase activity
II” é idêntica, exceto que a celobioidrolase II ataca a partir das extremidades redutoras das cadeias.II ”is identical, except that cellobiohydrolase II attacks from the reducing ends of the chains.
As endoglicanases (EC No. 3.2.1.4) catalisa a endo hidrólise das ligações 1,4-beta-D-glicosídicas na celulose, derivados de celulose (tais como carboxi metil celulose e hidróxi etil celulose), liquenina, ligações beta-1,4 em beta-1,3 glicanos mistos tais como beta-D-glicanos de cereal ou xiloglicanos e outro material vegetal contendo partes celulósicas. O nome autorizado é endo1,4-beta-D-glican 4-glicano hidrolase, mas o termo abreviado endoglicanase é usado no presente relatório descritivo.Endoglycanases (EC No. 3.2.1.4) catalyze endo hydrolysis of 1,4-beta-D-glycosidic bonds in cellulose, cellulose derivatives (such as carboxy methyl cellulose and hydroxy ethyl cellulose), lichenine, beta-1 bonds, 4 in mixed beta-1,3 glycans such as cereal beta-D-glycans or xyloglycans and other plant material containing cellulosic parts. The authorized name is endo1,4-beta-D-glycan 4-glycan hydrolase, but the abbreviated term endoglycanase is used in this specification.
As celulases podem compreender um módulo de ligação de carboidrato (CBM) que realça a ligação da enzima a uma fibra contendo celulose e aumenta a eficácia da parte ativa catalítica da enzima. Um CBM é definido como sequência de aminoácido contígua dentro de uma enzima ativa em carboidrato com uma dobra discreta tendo atividade de ligação de carboidrato. Para mais informação de CBMs ver o servidor da internet CAZy (Supra) ou Tomme et al., (1995) em Enzymatic Degradation of Insoluble Polysaccharides (Saddler, J. N. & Penner, M., eds.), Cellulose-binding domains: classification and properties. pp. 142-163, American Chemical Society, Washington.Cellulases can comprise a carbohydrate binding module (CBM) that enhances the enzyme's binding to a cellulose-containing fiber and increases the effectiveness of the active catalytic part of the enzyme. A CBM is defined as a contiguous amino acid sequence within a carbohydrate-active enzyme with a discrete fold having carbohydrate-binding activity. For more information on CBMs see the internet server CAZy (Supra) or Tomme et al., (1995) in Enzymatic Degradation of Insoluble Polysaccharides (Saddler, JN & Penner, M., eds.), Cellulose-binding domains: classification and properties. pp. 142-163, American Chemical Society, Washington.
A atividade de celulase, em uma forma de realização preferida, pode ser derivada de uma fonte fungica, tal como uma cepa do gênero Trichoderma, preferivelmente uma cepa de Trichoderma reeser, uma cepa do gênero Humicola, tal como uma cepa de Humicola insolens1, ou uma cepa de Chrysosporium, preferivelmente uma cepa de Chrysosporium lucknowense.Cellulase activity, in a preferred embodiment, can be derived from a fungal source, such as a strain of the genus Trichoderma, preferably a strain of Trichoderma reeser, a strain of the genus Humicola, such as a strain of Humicola insolens 1 , or a strain of Chrysosporium, preferably a strain of Chrysosporium lucknowense.
Em uma forma de realização preferida as celulases podem ser uma preparação como definida no pedido co-pendente US 60/941.251, que é por meio deste incorporado por referência. Em uma forma de realização preferida a preparação de celulase que compreende um polipeptídeo tendo atividade realçadora celulolítica (GH61A), preferivelmente aquela divulgada como SEQ ID NO: 2 na WO 2005/074656. A preparação de celulase pode compreender ainda uma beta-glicosidase, tal como a proteína de fusão divulgada na US 60/832.511. Em uma forma de realização a preparação de celulase também compreende um CBH II, preferivelmente Thielavia terrestris celobioidrolase II CEL6A. Em uma forma de realização a preparação de celulase também compreende uma preparação enzimática de celulase, preferivelmente aquela derivada de Trichoderma reesei. Em uma forma de realização preferida a preparação de celulase é a preparação de celulase A usada no Exemplo 1 e divulgada no pedido US co-pendente US 60/941.251.In a preferred embodiment the cellulases can be a preparation as defined in co-pending application US 60 / 941.251, which is hereby incorporated by reference. In a preferred embodiment the cellulase preparation which comprises a polypeptide having cellulolytic enhancing activity (GH61A), preferably that disclosed as SEQ ID NO: 2 in WO 2005/074656. The cellulase preparation can further comprise a beta-glycosidase, such as the fusion protein disclosed in US 60 / 832,511. In one embodiment, the cellulase preparation also comprises a CBH II, preferably Thielavia terrestris cellobiohydrolase II CEL6A. In one embodiment, the cellulase preparation also comprises an enzymatic cellulase preparation, preferably that derived from Trichoderma reesei. In a preferred embodiment the cellulase preparation is the cellulase A preparation used in Example 1 and disclosed in US co-pending application US 60 / 941,251.
Em uma forma de realização a preparação de celulase é o produto comercialmente disponível CELLUCLAST® 1,5L ou CELLUZYME® (Novozymes A/S, Dinamarca).In one embodiment the cellulase preparation is the commercially available product CELLUCLAST® 1.5L or CELLUZYME® (Novozymes A / S, Denmark).
A celulase pode ser dosada na faixa de 0,1 a 100 FPU por grama de sólidos secos (DS), preferivelmente de 0,5 a 50 FPU por grama de DS, especialmente de 1 a 20 FPU por grama de DS.Cellulase can be dosed in the range of 0.1 to 100 FPU per gram of dry solids (DS), preferably from 0.5 to 50 FPU per gram of DS, especially from 1 to 20 FPU per gram of DS.
MananasesMananases
No contexto da presente invenção uma mananase é uma betamananase e definida como uma enzima pertencente a EC 3.2.1.78.In the context of the present invention a mannanase is a betamananase and defined as an enzyme belonging to EC 3.2.1.78.
As mananases foram identificadas em vários organismos Bacillus. Por exemplo, Talbot et al., Appl. Environ. Microbiol., Vol. 56, N5 11, pp. 3505-3510 (1990) descrevem um derivado de beta-mananase de Bacillus stearothermophilus tendo um pH ótimo de 5,5 a 7,5. Mendoza et al., World J. Microbiol. Biotech., Vol. 10, N2 5, pp. 551-555 (1994) descreve um derivado de beta-mananase de Bacillus subtilis tendo uma atividade ótima no pH 5,0 e 55° C. a JP-03047076 divulga um derivado de beta-mananase de Bacillus sp., tendo um pH ótimo de 8 a 10. A JP-63056289 descreve a produção de uma beta-mananase alcalina, termoestável. A JP-08051975 divulga beta-mananases alcalinas de Bacillus sp alcalofilico. AM-001. Uma mananase purificada de Bacillus amiloliquefaciens é divulgada na WO 97/11164. A WO 94/25576 divulga uma enzima de Aspergillus aculeatus, CBS 101.43, que exibe atividade de mananase e a WO 93/24622 divulga uma mananase isolada de Trichoderma reesei.Mannanases have been identified in several Bacillus organisms. For example, Talbot et al., Appl. Environ. Microbiol., Vol. 56, N 5 11, pp. 3505-3510 (1990) describe a beta-mannanase derivative of Bacillus stearothermophilus having an optimal pH of 5.5 to 7.5. Mendoza et al., World J. Microbiol. Biotech., Vol. 10, N 2 5, pp. 551-555 (1994) describes a beta-mannanase derivative of Bacillus subtilis having an optimal activity at pH 5.0 and 55 ° C. JP-03047076 discloses a beta-mannanase derivative of Bacillus sp., Having an optimal pH 8 to 10. JP-63056289 describes the production of an alkaline, thermostable beta-mannanase. JP-08051975 discloses alkaline beta-mannanases of alkalophilic Bacillus sp. AM-001. A purified Bacillus amyloliquefaciens mannanase is disclosed in WO 97/11164. WO 94/25576 discloses an Aspergillus aculeatus enzyme, CBS 101.43, which exhibits mannanase activity and WO 93/24622 discloses an isolated mannanase from Trichoderma reesei.
A mananase pode ser derivada de um cepa do gênero Bacillus, tal como a sequência de aminoácido tendo a sequência depositada como GENESEQP número de acesso AAY54122 e aqui mostrada como a SEQ ID NO: 1 ou uma sequência de aminoácido que seja homóloga a esta sequência de aminoácido.The mannanase can be derived from a strain of the genus Bacillus, such as the amino acid sequence having the sequence deposited as GENESEQP accession number AAY54122 and shown here as SEQ ID NO: 1 or an amino acid sequence that is homologous to this sequence of amino acid.
Uma preparação de mananase comercial adequada é Mannaway® produzida pela Novozymes A/S.A suitable commercial mannanase preparation is Mannaway® produced by Novozymes A / S.
ManosidasesManosidases
No contexto da presente invenção uma manosidase, tal como uma beta-manosidase, é definida como uma enzima pertencente a EC 3.2.1.25.In the context of the present invention a mannosidase, such as a beta-mannosidase, is defined as an enzyme belonging to EC 3.2.1.25.
Uma preparação de manosidase adequada pode ser obtida de Aspergillus niger, tal como por exemplo uma preparação de manosidase que compreende a manosidase tendo a sequência de aminoácido depositada como Swiss-Prot número de acesso A2QWU e aqui mostrada como a SEQ ID NO: 2., ou uma sequência de aminoácido que seja homóloga a esta sequência de aminoácido.A suitable mannosidase preparation can be obtained from Aspergillus niger, such as for example a mannosidase preparation comprising mannosidase having the amino acid sequence deposited as Swiss-Prot accession number A2QWU and shown here as SEQ ID NO: 2., or an amino acid sequence that is homologous to this amino acid sequence.
HemicelulasesHemicellulases
Qualquer hemicelulase adequada para o uso na hidrolisação da hemicelulose pode ser usada. As hemicelulases preferidas incluem xilanoases, arabinofuranosidases, acetil xilano esterase, feruloil esterase, glicuronidases, endo-galactanase, endo ou exo arabinases, exo-galactanases, e misturas de duas ou mais destas. Preferivelmente, a hemicelulase para o uso na presente invenção é uma hemicelulase que atua em exo, e mais preferivelmente, a hemicelulase é uma hemicelulase que atua em exo que tem a capacidade para hidrolisar hemicelulose sob condições ácidas abaixo do pH 7, preferivelmente pH 3 a 7.Any hemicellulase suitable for use in hydrolyzing hemicellulose can be used. Preferred hemicellulases include xylanoases, arabinofuranosidases, acetyl xylan esterase, feruloyl esterase, glucuronidases, endo-galactanase, endo or exo arabinases, exo-galactanases, and mixtures of two or more of these. Preferably, the hemicellulase for use in the present invention is an exo-acting hemicellulase, and more preferably, the exo-acting hemicellulase that has the ability to hydrolyze hemicellulose under acidic conditions below pH 7, preferably pH 3 to 7.
Um exemplo de hemicelulase adequada para o uso na presente invenção incluiAn example of hemicellulase suitable for use in the present invention includes
ULTRAFLO L (disponível da Novozymes A/S, Dinamarca).ULTRAFLO L (available from Novozymes A / S, Denmark).
A arabinofuranosidase (EC 3.2.1.55) catalisa a hidrólise de resíduos de alfa-L-arabinofuranosídeo não redutor de terminal em alfa-Larabinosídeos.Arabinofuranosidase (EC 3.2.1.55) catalyzes the hydrolysis of non-terminally reducing alpha-L-arabinofuranoside residues in alpha-Larabinosides.
A galactanase (EC 3.2.1.89), arabinogalactana endo-1,4-betagalactosidase, catalisa a endo-hidrólise de ligações 1,4-D-galactosídicas em arabinogalactanas.Galactanase (EC 3.2.1.89), arabinogalactan endo-1,4-betagalactosidase, catalyzes the endo-hydrolysis of 1,4-D-galactoside bonds in arabinogalactans.
A pectinase (EC 3.2.1.15) catalisa a hidrólise de ligações 1,4alfa-D-galactosidurônicas em pectato e outras galacturonanas.Pectinase (EC 3.2.1.15) catalyzes the hydrolysis of 1,4alpha-D-galactosiduronic bonds in pectate and other galacturonans.
A xiloglicanase catalisa a hidrólise de xiloglicano.Xyloglycanase catalyzes the hydrolysis of xyloglycan.
A hemicelulase pode ser adicionada em uma quantidade eficaz para hidrolisar hemicelulose, tal como, em quantidades de cerca de 0,001 a 0,5 % em peso de sólidos secos (DS), mais preferivelmente de cerca de 0,05 a 0,5 % em peso de DS.The hemicellulase can be added in an amount effective to hydrolyze hemicellulose, such as in amounts from about 0.001 to 0.5% by weight of dry solids (DS), more preferably from about 0.05 to 0.5% by weight. DS weight.
Alfa-AmilaseAlpha-Amylase
De acordo com a invenção uma alfa-amilase pode ser usada. Em uma forma de realização preferida a alfa-amilase é uma alfa-amilase ácida, por exemplo, alfa-amilase ácida fungica ou alfa-amilase ácida bacteriana. A expressão “alfa-amilase ácida” significa uma alfa-amilase (E.C. 3.2.1.1) que adicionada em um quantidade eficaz tem atividade ótimo em um pEl na faixa de 3 a 7, preferivelmente de 3,5 a 6, ou mais preferivelmente de 4 a 5. Alfa-Amilase BacterianaAccording to the invention an alpha-amylase can be used. In a preferred embodiment the alpha-amylase is an acidic alpha-amylase, for example, fungi acidic alpha-amylase or bacterial acidic alpha-amylase. The term "acid alpha-amylase" means an alpha-amylase (EC 3.2.1.1) that added in an effective amount has optimal activity in a pEl in the range of 3 to 7, preferably from 3.5 to 6, or more preferably from 4 to 5. Bacterial Alpha-Amylase
De acordo com a invenção a alfa-amilase bacteriana é preferivelmente derivada do gênero Bacillus.According to the invention, the bacterial alpha-amylase is preferably derived from the genus Bacillus.
Em uma forma de realização preferida a alfa-amilase de Bacillus é derivada de um cepa de B. licheniformis, B. amiloliquefaciens, B. subtilis ou B. stearothermophilus, mas também pode ser derivada de outros Bacillus sp. Os exemplos específicos de alfa-amilases consideradas incluem a alfa-amilase de Bacillus licheniformis mostrada na SEQ ID NO: 4 na WO 99/19467, a alfaamilase de Bacillus amiloliquefaciens da SEQ ID NO: 5 na WO 99/19467 e a alfa-amilase de Bacillus stearothermophilus mostrada na SEQ ID NO: 3 na WO 99/19467 (todas as sequências por meio deste incorporadas por referência). Em uma forma de realização da invenção a alfa-amilase pode ser uma enzima tendo um grau de identidade de pelo menos 60 %, preferivelmente pelo menos 70 %, mais preferido pelo menos 80 %, ainda mais preferido de pelo menos 90 %, tal como pelo menos 95 %, pelo menos 96 %, pelo menos 97 %, pelo menos 98 % ou pelo menos 99 % com qualquer uma das sequências mostradas nas SEQ ID NOS: 1, 2 ou 3, respectivamente, na WO 99/19467.In a preferred embodiment, Bacillus alpha-amylase is derived from a strain of B. licheniformis, B. amiloliquefaciens, B. subtilis or B. stearothermophilus, but can also be derived from other Bacillus sp. Specific examples of alpha-amylases considered include Bacillus licheniformis alpha-amylase shown in SEQ ID NO: 4 in WO 99/19467, Bacillus amyloliquefaciens alphaamylase from SEQ ID NO: 5 in WO 99/19467 and alpha-amylase of Bacillus stearothermophilus shown in SEQ ID NO: 3 in WO 99/19467 (all sequences hereby incorporated by reference). In an embodiment of the invention the alpha-amylase can be an enzyme having a degree of identity of at least 60%, preferably at least 70%, more preferred at least 80%, even more preferred at least 90%, such as at least 95%, at least 96%, at least 97%, at least 98% or at least 99% with any of the sequences shown in SEQ ID NOS: 1, 2 or 3, respectively, in WO 99/19467.
A alfa-amilase de Bacillus também pode ser uma variante e/ou híbrido, especialmente aqueles descritos em qualquer uma de WO 96/23873, WO 96/23874, WO 97/41213, WO 99/19467, WO 00/60059, e WO 02/10355 (todos os documentos são por meio deste incorporados por referência). As variantes de alfa-amilase especificamente consideradas são divulgadas nas patentes US N~ 6.093.562, 6.297.038 ou patente US N2 6.187.576 (por meio deste incorporadas por referência) e incluem variantes da alfa-amilase de Bacillus stearothermophilus (alfa-amilase de BSG) tendo uma deleção de um ou dois aminoácidos nas posições R179 a G182, preferivelmente uma deleção dupla divulgada na WO 1996/023873 - ver por exemplo, a página 20, linhas 1 a 10 (por meio deste incorporadas por referência), preferivelmente correspondendo a delta(181-182) comparadas com a sequência de aminoácido da alfa-amilase de BSG do tipo selvagem apresentada na SEQ ID NO: 3 divulgada na WO 99/19467 ou a deleção dos aminoácidos R179 e G180 usando a SEQ ID NO: 3 na WO 99/19467 para numeração (referência esta que é por meio deste incorporada por referência). Ainda mais preferidos são as alfa19 amilases de Bacillus, especialmente alfa-amilase de Bacillus stearothermophilus, que têm uma deleção dupla que corresponde a delta(181182) e compreendendo ainda uma substituição N193F (também indicada 1181* + G182* + N193F) comparada com a sequência de aminoácido da alfa-amilase de BSG do tipo selvagem apresentada na SEQ ID NO: 3 divulgada na WO 99/19467.Bacillus alpha-amylase can also be a variant and / or hybrid, especially those described in any of WO 96/23873, WO 96/23874, WO 97/41213, WO 99/19467, WO 00/60059, and WO 02/10355 (all documents are hereby incorporated by reference). Alpha-amylase variants specifically considered are disclosed in US Patents No. 6,093,562, 6,297,038 or US Patent No. 2 6,187,576 (hereby incorporated by reference) and include variants of Bacillus stearothermophilus alpha-amylase (alpha (BSG amylase) having a deletion of one or two amino acids at positions R179 to G182, preferably a double deletion disclosed in WO 1996/023873 - see for example, page 20, lines 1 to 10 (hereby incorporated by reference) , preferably corresponding to delta (181-182) compared to the amino acid sequence of wild-type BSG alpha-amylase shown in SEQ ID NO: 3 disclosed in WO 99/19467 or the deletion of amino acids R179 and G180 using SEQ ID NO: 3 in WO 99/19467 for numbering (this reference is hereby incorporated by reference). Even more preferred are Bacillus alpha19 amylases, especially Bacillus stearothermophilus alpha-amylase, which have a delta double deletion (181182) and further comprising an N193F substitution (also indicated 1181 * + G182 * + N193F) compared to amino acid sequence of wild-type BSG alpha-amylase shown in SEQ ID NO: 3 disclosed in WO 99/19467.
Alfa-Amilase FúngicaFungal Alpha-Amylase
As alfa-amilases fungicas incluem alfa-amilases derivadas de uma cepa do gênero Aspergillus, tais como, alfa-amilases de Aspergillus oryzae, Aspergillus niger e Aspergillis kawachii.Fungal alpha-amylases include alpha-amylases derived from a strain of the genus Aspergillus, such as, alpha-amylases from Aspergillus oryzae, Aspergillus niger and Aspergillis kawachii.
Uma alfa-amilase fungica ácida preferida é uma alfa-amilase semelhante a Fungamil que é derivada de uma cepa de Aspergillus oryzae. De acordo com a presente invenção, a expressão “alfa-amilase semelhante a Fungamil” indica uma alfa-amilase que exibe uma alta identidade, isto é pelo menos 70 %, pelo menos 75 %, pelo menos 80 %, pelo menos 85 % pelo menos 90 %, pelo menos 95 %, pelo menos 96 %, pelo menos 97 %, pelo menos 98 %, pelo menos 99 % ou ainda 100 % de identidade com a parte madura da sequência de aminoácido mostrada na SEQ ID NO: 10 na WO 96/23874.A preferred acidic fungal alpha-amylase is a Fungamil-like alpha-amylase that is derived from a strain of Aspergillus oryzae. According to the present invention, the expression "Fungamil-like alpha-amylase" indicates an alpha-amylase that exhibits a high identity, ie at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85% at least least 90%, at least 95%, at least 96%, at least 97%, at least 98%, at least 99% or 100% identity with the mature part of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 10 in WO 96/23874.
Uma outra alfa-amilase ácida preferida é derivada de uma cepa de Aspergillus niger. Em uma forma de realização preferida a alfa-amilase fungica ácida é aquele de A. niger divulgada como “AMYA ASPNG” na base de dados Swiss-prot/TeEMBL sob o acesso primário N2 P56271 e descrita na WO 89/01969 (Exemplo 3).Another preferred acid alpha-amylase is derived from a strain of Aspergillus niger. In a preferred embodiment the acidic fungal alpha-amylase is that of A. niger disclosed as “AMYA ASPNG” in the Swiss-prot / TeEMBL database under primary access N 2 P56271 and described in WO 89/01969 (Example 3 ).
Outras alfa-amilases do tipo selvagem consideradas incluem aquelas derivadas de uma cepa do gênero Rhizomucor e Meripilus, preferivelmente uma cepa de Rhizomucor pusillus (WO 2004/055178 incorporada por referência) ou Meripilus giganteus.Other wild-type alpha-amylases considered include those derived from a strain of the genus Rhizomucor and Meripilus, preferably a strain of Rhizomucor pusillus (WO 2004/055178 incorporated by reference) or Meripilus giganteus.
Em uma forma de realização preferida a alfa-amilase é derivada de Aspergillus kawachii e divulgada por Kaneko et al. J. Ferment. Bioeng. 81:In a preferred embodiment the alpha-amylase is derived from Aspergillus kawachii and disclosed by Kaneko et al. J. Ferment. Bioeng. 81:
292-298 (1996) “Molecular-cloning and determination of the nucleotidesequence of a gene encoding a acid-stable alfa-amilase from Aspergillus kawachii.”; e ainda como EMBL: #AB008370.292-298 (1996) “Molecular-cloning and determination of the nucleotide sequence of a gene encoding an acid-stable alpha-amylase from Aspergillus kawachii.”; and also as EMBL: # AB008370.
GlicoamilasesGlycoamylases
Uma glicoamilase usada de acordo com a invenção pode ser derivada de qualquer fonte adequada, por exemplo, derivada de um microorganismo ou uma planta. As glicoamilases preferidas são de origem fungica ou bacteriana, selecionadas do grupo que consiste de Aspergillus glicoamilases, em particular glicoamilase G1 ou G2 de A. niger (Boel et al. (1984), EMBO J. 3 (5), p. 1097-1102), ou variantes desta, tais como aquelas divulgadas na WO 92/00381, WO 00/04136 e WO 01/04273 (da Novozymes, Dinamarca); a glicoamilase de A. awamori divulgada na WO 84/02921, glicoamilase de A. oryzae (Agric. Biol. Chem. (1991), 55 (4), p. 941-949), ou variantes ou fragmentos destas. Outras variantes de glicoamilase de Aspergillus incluem variantes com estabilidade térmica realçada: G137AeG139A (Chen et al. (1996), Prot. Eng. 9, 499-505); D257E e D293E/Q (Chen et al. (1995), Prot. Eng. 8, 575-582); N182 (Chen et al. (1994), Biochem. J. 301, 275-281); ligações de dissulfeto, A246C (Fierobe et al. (1996), Biochemistry, 35, 86988704; e introdução de resíduos Pro nas posições A435 e S436 (Li et al. (1997), Protein Eng. 10,1199-1204.A glycoamylase used according to the invention can be derived from any suitable source, for example, derived from a microorganism or a plant. The preferred glycoamylases are of fungal or bacterial origin, selected from the group consisting of Aspergillus glycoamylases, in particular A. niger G1 or G2 glycoamylase (Boel et al. (1984), EMBO J. 3 (5), p. 1097- 1102), or variants thereof, such as those disclosed in WO 92/00381, WO 00/04136 and WO 01/04273 (from Novozymes, Denmark); the A. awamori glycoamylase disclosed in WO 84/02921, A. oryzae glycoamylase (Agric. Biol. Chem. (1991), 55 (4), p. 941-949), or variants or fragments thereof. Other variants of Aspergillus glycoamylase include variants with enhanced thermal stability: G137AeG139A (Chen et al. (1996), Prot. Eng. 9, 499-505); D257E and D293E / Q (Chen et al. (1995), Prot. Eng. 8, 575-582); N182 (Chen et al. (1994), Biochem. J. 301, 275-281); disulfide bonds, A246C (Fierobe et al. (1996), Biochemistry, 35, 86988704; and introduction of Pro residues at positions A435 and S436 (Li et al. (1997), Protein Eng. 10,1199-1204.
Outras glicoamilases incluem a glicoamilase de Athelia rolfsii (previamente designada Corticium rolfsii) (ver a patente US Ne 4.727.026 e (Nagasaka,Y. et al. (1998) “Purifícation and properties of the raw-amidedegrading glucoamilases from Corticium rolfsii, Appl Microbiol Biotechnol 50: 323-330), glicoamilases de Talaromyces, em particular derivadas de Talaromyces emersonii (WO 99/28448), Talaromyces leycettanus (patente US N® Re. 32.153), Talaromyces duponti, Talaromyces thermophilus (patente US N2 4.587.215).Other glicoamilases include Athelia rolfsii glucoamylase (previously designated Corticium rolfsii) (see US Patent No. 4,727,026 and and (Nagasaka, Y. Et al. (1998) "Purification and properties of the raw-amidedegrading glucoamylases from Corticium rolfsii, Appl Microbiol Biotechnol 50: 323-330), Talaromyces glycoamylases, in particular derived from Talaromyces emersonii (WO 99/28448), Talaromyces leycettanus (US patent N® Re. 32,153), Talaromyces duponti, Talaromyces thermophilus (US patent N 2 4,587 .215).
As glicoamilases bacterianas consideradas incluem glicoamilases do gênero Clostridium, em particular C. thermoamilolyticum (EP 135.138), e C. thermoidrosulfuricum (WO 86/01831) e Trametes cingulata divulgadas na WO 2006/069289 (que é por meio deste incorporada por referência).The bacterial glycoamylases considered include glycoamylases of the genus Clostridium, in particular C. thermoamilolyticum (EP 135,138), and C. thermoidrosulfuricum (WO 86/01831) and Trametes cingulata disclosed in WO 2006/069289 (which is hereby incorporated by reference).
Também glicoamilases híbridas são consideradas de acordo com a invenção. Os exemplos das glicoamilases híbridas são divulgadas na WO 2005/045018. Os exemplos específicos incluem as glicoamilase híbridas divulgadas nas Tabelas de 1 e 4 do Exemplo 1 (híbridos estes que são por meio deste incorporadas por referência).Hybrid glycoamylases are also considered according to the invention. Examples of hybrid glycoamylases are disclosed in WO 2005/045018. Specific examples include the hybrid glycoamylases disclosed in Tables 1 and 4 of Example 1 (hybrids which are hereby incorporated by reference).
Também são consideradas as glicoamilases que exibem uma alta identidade a qualquer uma das glicoamilases mencionadas acima, isto é, pelo menos 70 %, pelo menos 75 %, pelo menos 80 %, pelo menos 85 % pelo menos 90 %, pelo menos 95 %, pelo menos 96 %, pelo menos 97 %, pelo menos 98 %, pelo menos 99 % ou ainda 100 % de identidade com as sequências de enzima madura.Glycoamylases which exhibit a high identity to any of the aforementioned glycoamylases are also considered, ie at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85% at least 90%, at least 95%, at least 96%, at least 97%, at least 98%, at least 99% or even 100% identity with the mature enzyme sequences.
As composições comercialmente disponíveis que compreendem glicoamilase incluem AMG 200L; AMG 300 L; SAN® SUPER, SAN® EXTRA L, SPIRIZYME® PLUS, SPIRIZYME® FUEL, SPIRIZYME® B4U e AMG® E (da Novozymes A/S); OPTIDEX® 300 (da Genencor Int.); AMIGASE® e AMIGASE® PLUS (da DSM); G-ZYME® G900, G-ZYME® e G990 ZR (da Genencor Int.).Commercially available compositions comprising glycoamylase include AMG 200L; AMG 300 L; SAN® SUPER, SAN® EXTRA L, SPIRIZYME® PLUS, SPIRIZYME® FUEL, SPIRIZYME® B4U and AMG® E (from Novozymes A / S); OPTIDEX® 300 (from Genencor Int.); AMIGASE® and AMIGASE® PLUS (from DSM); G-ZYME® G900, G-ZYME® and G990 ZR (from Genencor Int.).
As glicoamilases, em uma forma de realização, podem ser adicionadas em uma quantidade de 0,02 a 20 AGU/g de DS, preferivelmente de 0,1 a 10 AGU/g de DS, especialmente entre 1 e 5 AGU/g de DS, tal como 0,5 AGU/g de DS.The glycoamylases, in one embodiment, can be added in an amount of 0.02 to 20 AGU / g DS, preferably 0.1 to 10 AGU / g DS, especially between 1 and 5 AGU / g DS , such as 0.5 AGU / g DS.
Ração animalAnimal food
Os sólidos que permanecem depois da hidrólise enzimática e fermentação têm um valor nutritivo melhorado como uma ração animal comparados com o material contendo manana não tratado, por exemplo, torta/farinha de caroço de dendê não tratada. Durante a hidrólise e fermentação o teor de proteína é aumentado através da remoção de polissacarídeos meramente porque a digestibilidade dos polissacarídeos remanescentes é aumentada. Além disso, a composição da proteína é melhorada pelos resíduos de levedura.The solids that remain after enzymatic hydrolysis and fermentation have an improved nutritional value as an animal feed compared to material containing untreated mannan, for example, untreated palm kernel cake / flour. During hydrolysis and fermentation the protein content is increased by removing polysaccharides merely because the digestibility of the remaining polysaccharides is increased. In addition, protein composition is improved by yeast residues.
Consequentemente, os sólidos que permanecem depois do processo do primeiro aspecto são muito adequados como uma ração animal ou para a inclusão em uma composição de ração animal.Consequently, the solids that remain after the process of the first aspect are very suitable as an animal feed or for inclusion in an animal feed composition.
A expressão animal inclui todos os animais, que incluem seres humanos. Os exemplos de animais são não ruminantes, e ruminantes. Os animais ruminantes incluem, por exemplo, animais tais como ovelha, cabras, cavalos, e gado bovino, por exemplo gado de corte, vacas, e bezerros jovens. Em uma forma de realização particular, o animal é um animal não ruminante. Os animais não ruminantes incluem os animais monogástricos, por exemplo porcos ou suínos (que incluem, mas não são limitados a, leitões, porcos em crescimento, e porcas); aves domésticas tais como perus, patos e galinhas (que incluem mas não são limitados a frangos, poedeiras); bezerros jovens; e peixes (que incluem mas não são limitados a salmão, truta, tilápia, peixe-gato e carpas; e crustáceos (que incluem mas não são limitados a camarões e pitus).The term animal includes all animals, which include humans. Examples of animals are non-ruminants, and ruminants. Ruminant animals include, for example, animals such as sheep, goats, horses, and cattle, for example beef cattle, cows, and young calves. In a particular embodiment, the animal is a non-ruminant animal. Non-ruminant animals include monogastric animals, for example pigs or pigs (which include, but are not limited to, piglets, growing pigs, and sows); poultry such as turkeys, ducks and chickens (which include but are not limited to chickens, layers); young calves; and fish (which include but are not limited to salmon, trout, tilapia, catfish and carp; and crustaceans (which include but are not limited to shrimp and pitus).
As expressões ração ou composição de ração significam qualquer composto, preparação, mistura, ou composição adequados para, ou intencionados para a ingestão por um animal.The terms feed or feed composition mean any compound, preparation, mixture, or composition suitable for, or intended for, ingestion by an animal.
MATERIAIS & MÉTODOSMATERIALS & METHODS
Produtos QuímicosChemicals
Arabinose, galactose, glicose, xilose, manose, e ácido succínico foram adquiridos da Merck (Darmstadt, Alemanha). O ácido sulfurico foi da Bie & Bemtsen A/S (Rodovre, Dinamarca).Arabinose, galactose, glucose, xylose, mannose, and succinic acid were purchased from Merck (Darmstadt, Germany). Sulfuric acid was from Bie & Bemtsen A / S (Rodovre, Denmark).
SubstratoSubstrate
Torta de caroço de dendê foi da Indonésia e tendo um teor de matéria seca de 96 % em peso.Palm kernel pie was from Indonesia and had a dry matter content of 96% by weight.
EnzimasEnzymes
A composição de celulase A é uma composição celulolítica que compreende um polipeptídeo tendo atividade realçadora celulolítica (GH61A) divulgado como a SEQ ID NO: 2 na WO 2005/074656; uma betaglicosidase de Aspergillus oryzae (na proteína de fusão divulgada na US 60/832.511), e uma preparação de enzimas celulolíticas derivadas de Trichoderma reesei que compreende celobioidrolase I e celobioidrolase II, endo-glicanase e beta-glicosidase, assim como atividades colaterais de endo1,4-beta-xilanoase e beta-xilosidase.The cellulase A composition is a cellulolytic composition comprising a polypeptide having cellulolytic enhancing activity (GH61A) disclosed as SEQ ID NO: 2 in WO 2005/074656; a beta-glucosidase from Aspergillus oryzae (in the fusion protein disclosed in US 60 / 832,511), and a preparation of cellulolytic enzymes derived from Trichoderma reesei comprising cellobiohydrolase I and cellobiohydrolase II, endo-glycanase and beta-glucosidase, as well as endo1 side activities , 4-beta-xylanoase and beta-xylosidase.
A composição de mananase B compreende uma mananase de Bacillus tendo a sequência depositada como GENESEQP número de acesso AAY54122 e aqui mostrada como a SEQ ID NO: 1 (NP001840).The mannanase B composition comprises a Bacillus mannanase having the sequence deposited as GENESEQP accession number AAY54122 and shown here as SEQ ID NO: 1 (NP001840).
A composição de manosidase C que compreende um derivado de manosidase de Aspergillus niger e tendo a sequência depositada como SWISSPROT número de acesso A2QWU9 e aqui mostrada como a SEQ ID NO: 2.The mannosidase C composition comprising a mannosidase derivative of Aspergillus niger and having the sequence deposited as SWISSPROT accession number A2QWU9 and shown here as SEQ ID NO: 2.
Determinação de identidadeIdentity determination
A relação entre duas sequências de aminoácido ou entre duas sequências de nucleotídeo está descrita pelo parâmetro “identidade”.The relationship between two amino acid sequences or between two nucleotide sequences is described by the parameter "identity".
O grau de identidade entre duas sequências de aminoácido pode ser determinado pelo método Clustal (Higgins, 1989, CABIOS 5: 151-153) usando o software LASERGENE® MEGALIGN® (DNASTAR, Inc., Madison, WI) com uma tabela de identidade e os seguintes parâmetros de alinhamento múltiplo: Penalidade de intervalo de 10 e penalidade de comprimento de intervalo de 10. Parâmetros de alinhamento aos pares são Ktuple = 1, penalidade de intervalo = 3, janelas = 5, e diagonais = 5.The degree of identity between two amino acid sequences can be determined by the Clustal method (Higgins, 1989, CABIOS 5: 151-153) using the LASERGENE® MEGALIGN® software (DNASTAR, Inc., Madison, WI) with an identity table and the following multiple alignment parameters: Interval penalty of 10 and interval length penalty of 10. Paired alignment parameters are Ktuple = 1, interval penalty = 3, windows = 5, and diagonals = 5.
O grau de identidade entre duas sequências de nucleotídeo pode ser determinado pelo método Wilbur-Lipman (Wilbur e Lipman, 1983,The degree of identity between two nucleotide sequences can be determined by the Wilbur-Lipman method (Wilbur and Lipman, 1983,
Proceedings of the National Academy of Science USA 80: 726-730) usando o software LASERGENE® MEGALIGN® (DNASTAR, Inc., Madison, WI) com uma tabela de identidade e os seguintes parâmetros de alinhamento múltiplo: Penalidade de intervalo de 10 e penalidade de comprimento de intervalo de 10. Os parâmetros de alinhamento aos pares são Ktuple = 3, penalidade de intervalo = 3, e janelas = 20.Proceedings of the National Academy of Science USA 80: 726-730) using LASERGENE® MEGALIGN® software (DNASTAR, Inc., Madison, WI) with an identity table and the following multiple alignment parameters: Interval penalty of 10 and gap length penalty of 10. The paired alignment parameters are Ktuple = 3, gap penalty = 3, and windows = 20.
As sequências de aminoácido ou sequências de nucleotídeo que exibem uma alta identidade a uma sequência de aminoácido ou nucleotídeo particulares, isto é, pelo menos 60 %, pelo menos 70 %, pelo menos 75 %, pelo menos 80 %, pelo menos 85 % pelo menos 90 %, pelo menos 95 %, pelo menos 96 %, pelo menos 97 %, pelo menos 98 %, pelo menos 99 % ou ainda 100 % de identidade, são consideradas homólogas com aquela sequência de aminoácido ou nucleotídeo particular.Amino acid sequences or nucleotide sequences that exhibit a high identity to a particular amino acid or nucleotide sequence, that is, at least 60%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85% by at least 90%, at least 95%, at least 96%, at least 97%, at least 98%, at least 99% or even 100% identity, are considered homologous to that particular amino acid or nucleotide sequence.
Cromatografia de Troca Aniônica de Alto Desempenho (HPAEC)High Performance Anion Exchange Chromatography (HPAEC)
Hidrolisados (10 μΐ) foram aplicados em um sistema Dionex BioLC adaptado com uma coluna analítica Dionex CarboPac® PAI (4 x 250 mm) (Dionex Corporation, Sunnyvale, CA, USA) combinados com uma précoluna CarboPac® PAI (4 x 50 mm). Os monossacarídeos foram separados isocraticamente com KOH 0,001 M por 40 min, fluxo: 1 mL-min'1. Monossacarídeos foram detectados por um detetor eletroquímico pulsado no modo de detecção amperiométrico pulsado. O potencial dos elétrodos foi programado para +0,1 V (t = 0 a 0,4 s) a -2,0 V (t = 0,41 a 0,42 s) a 0,6 V (t = 0,43 s) e finalmente -0,1 V (t = 0,44 a 0,50 s), enquanto se integra o sinal resultante de t = 0,2 a 0,4 s. Uma mistura de arabinose, galactose, glicose, xilose, e manose (concentração de cada componente: 0,0025 a 0,075 g-L’1) foi usada como padrão.Hydrolysates (10 μΐ) were applied in a Dionex BioLC system adapted with a Dionex CarboPac® PAI analytical column (4 x 250 mm) (Dionex Corporation, Sunnyvale, CA, USA) combined with a CarboPac® PAI pre-column (4 x 50 mm) . The monosaccharides were separated isocratically with 0.001 M KOH for 40 min, flow: 1 mL-min ' 1 . Monosaccharides were detected by a pulsed electrochemical detector in the pulsed amperiometric detection mode. The electrode potential was programmed to +0.1 V (t = 0 to 0.4 s) to -2.0 V (t = 0.41 to 0.42 s) to 0.6 V (t = 0, 43 s) and finally -0.1 V (t = 0.44 to 0.50 s), while integrating the signal resulting from t = 0.2 to 0.4 s. A mixture of arabinose, galactose, glucose, xylose, and mannose (concentration of each component: 0.0025 to 0.075 g-L ' 1 ) was used as a standard.
EXEMPLOSEXAMPLES
Exemplo 1Example 1
Determinação da Composição e Teor de MonossacarídeoDetermination of Composition and Monosaccharide Content
A torta de caroço de dendê foi degradada usando a hidrólise do ácido sulfurico seguindo o procedimento padrão do US National Renewable Energy Laboratory (NREL) (Procedimento de laboratório analítico 002 (1996)). As amostras foram depois centrifugadas (20800 g, 10 min), e a composição e o teor de monossacarídeo (g-L'1) foram determinados pela HPAEC, ver acima. Os valores são a média de três determinações e são relatada em g/kg de torta de caroço de dendê DM.The palm kernel cake was degraded using sulfuric acid hydrolysis following the standard procedure of the US National Renewable Energy Laboratory (NREL) (Analytical Lab Procedure 002 (1996)). The samples were then centrifuged (20800 g, 10 min), and the composition and monosaccharide content (g-L ' 1 ) were determined by HPAEC, see above. The values are the average of three determinations and are reported in g / kg of palm kernel cake DM.
O material de polissacarideo na torta de caroço de dendê foi composto primariamente de manose e glicose, com o rendimento da hidrólise ácida líquido de manose e glicose sendo 358 g/kg DM e ~86,6 g/kg DM, respectivamente (Tabela 1). A soma dos monossacarídeos que resultam depois da hidrólise ácida indicou que os carboidratos compuseram >51 % em peso da torta de caroço de dendê DM (Tabela 1).The polysaccharide material in the palm kernel cake was composed primarily of mannose and glucose, with the liquid hydrolysis yield of mannose and glucose being 358 g / kg DM and ~ 86.6 g / kg DM, respectively (Table 1) . The sum of the monosaccharides that result after acid hydrolysis indicated that carbohydrates made up> 51% by weight of the DM palm kernel cake (Table 1).
A torta de caroço de dendê foi incubada com uma mistura de preparação de celulase A, preparação de mananase B e preparação de manosidase C adicionada a um nível de E/S total de 2,5 % em peso (25 mg de EP/g de DM) por ensaio no pH 5 e 50° C. A razão E/S diz respeito ao peso de proteína de enzima (E) adicionada em por cento em peso da torta de caroço de dendê DM (S). O nível de substrato foi sempre 5 % em peso de matéria seca (DM), e o volume de reação total foi mantido constante em todos experimentos. Para avaliar sinergístico possível entre as preparações de enzima, misturas 1:1, e mistura 1:1:1 das preparações de enzima foram adicionadas a um nível de E/S total de 5 % em peso de E/S e 7,5 % em peso de E/S, respectivamente. Estes hidrolisados foram comparados com aqueles obtidos com a adição de 2,5 % em peso de E/S das preparações de enzima individuais sob as mesmas condições de reação. Todas as amostras foram retiradas depois de exatamente 24 h de reação e imediatamente aquecidos a 100° C por 10 min para deter a reação da enzima. As amostras foram depois centrifugadas (20800 g, 10 min), e os níveis de arabinose, galactose, glicose, xilose, e manose foram determinados pela análise de HPAEC. Os valores são a média de três determinações e são relatadas em g/kg de torta de caroço de dendê DM.The palm kernel cake was incubated with a mixture of cellulase A preparation, mannanase B preparation and mannosidase C preparation added at a total I / O level of 2.5% by weight (25 mg EP / g of DM) per test at pH 5 and 50 ° C. The I / O ratio refers to the weight of enzyme protein (E) added in percent by weight of the DM (S) palm kernel cake. The substrate level was always 5% by weight of dry matter (DM), and the total reaction volume was kept constant in all experiments. To assess possible synergistic between enzyme preparations, 1: 1 mixtures and 1: 1: 1 mix of enzyme preparations were added at a total I / O level of 5% by weight of I / O and 7.5% by weight of I / O, respectively. These hydrolysates were compared to those obtained with the addition of 2.5% by weight of I / O of the individual enzyme preparations under the same reaction conditions. All samples were taken after exactly 24 h of reaction and immediately heated to 100 ° C for 10 min to stop the enzyme reaction. The samples were then centrifuged (20800 g, 10 min), and the levels of arabinose, galactose, glucose, xylose, and mannose were determined by HPAEC analysis. The values are the average of three determinations and are reported in g / kg of DM palm kernel cake.
As misturas 1:1 da preparação de celulase A:preparação de mananase B induziram uma liberação significantemente elevada de glicose quando comparadas com tanto com os tratamentos enzimáticos individuais correspondentes quanto a soma hipotética, calculada da liberação de glicose catalisada pelas preparações individuais. Depois de 24 horas de tratamento, -95 % em peso da glicose disponível, foi liberada que foi -71% em peso mais do que a situação de não interação teórica, e assim houve um efeito sinergístico entre as atividades enzimáticas nas duas preparações enzimáticas (Tabela 2).The 1: 1 mixtures of the cellulase A preparation: mannanase B preparation induced a significantly high glucose release when compared to both the corresponding individual enzyme treatments and the hypothetical sum, calculated from the glucose release catalyzed by the individual preparations. After 24 hours of treatment, -95% by weight of the available glucose, it was released which was -71% by weight more than the situation of no theoretical interaction, and thus there was a synergistic effect between the enzymatic activities in the two enzyme preparations ( Table 2).
A mistura 1:1:1 da preparação de celulase A:preparação de mananase B:preparação de manosidase C também induziu uma liberação significantemente elevada de glicose comparada com os tratamentos enzimáticos individuais correspondentes e a soma hipotética, calculada de glicose. Depois de 24 horas a mistura liberou >100 % em peso da glicose liberada pela hidrólise ácida com H2SO4.The 1: 1: 1 mixture of cellulase A preparation: mannanase B preparation: mannosidase C preparation also induced a significantly high glucose release compared to the corresponding individual enzyme treatments and the hypothetical calculated glucose sum. After 24 hours the mixture released> 100% by weight of the glucose released by acid hydrolysis with H2SO4.
As misturas 1:1 da preparação de manosidase C:preparação de mananase B, preparação de manosidase C:Preparação de celulase A, e Preparação de celulase A:preparação de Mananase B todas induziram uma liberação significantemente elevada de manose quando comparado tanto com 5 os tratamentos de enzima individual correspondentes quanto com a soma hipotética, calculada da liberação de manose catalisada pela preparação individual. Depois de 24 horas de tratamento, a mistura da preparação de mananase B:preparação de manosidase C liberou ~83 % em peso da manose disponível, que foi — 11 % em peso a mais do que a situação de não interação 10 teórica, e assim houve um efeito sinergístico entre as atividades de degradação de manana nas duas preparações enzimáticas (Tabela 3).The 1: 1 mixtures of the mannosidase C preparation: mannanase B preparation, mannosidase C preparation: Cellulase A preparation, and Cellulase A preparation: Mannanase B preparation all induced a significantly high release of mannose when compared to both corresponding individual enzyme treatments and the hypothetical sum, calculated from the mannose release catalyzed by the individual preparation. After 24 hours of treatment, the mixture of the preparation of mannanase B: preparation of mannosidase C released ~ 83% by weight of the available mannose, which was - 11% by weight more than the theoretical non-interaction situation, and so on. there was a synergistic effect between mannan degradation activities in the two enzyme preparations (Table 3).
A mistura 1:1:1 da preparação de celulase A:preparação de mananase B:preparação de manosidase C induziu uma liberação significantemente elevada de manose comparada com os tratamentos 15 enzimáticos individuais correspondentes e a soma hipotética, calculada de manose. Mas a manose liberada por esta mistura não foi significantemente mais alta do que a quantidade de manose liberada pela mistura 1:1 da preparação de mananase B e preparação de manosidase C (Tabela 3).The 1: 1: 1 mixture of cellulase preparation A: mannanase preparation B: mannosidase C preparation induced a significantly high release of mannose compared to the corresponding individual enzyme treatments and the hypothetical sum, calculated from mannose. But the mannose released by this mixture was not significantly higher than the amount of mannose released by the 1: 1 mixture of the mannanase B and mannosidase C preparation (Table 3).
Exemplo 3Example 3
Sacarificação e fermentação enzimática de torta de caroço de dendêSaccharification and enzymatic fermentation of palm kernel cake
Uma suspensão de torta de caroço de dendê (PKC) a 35 % em peso de matéria seca D(M) foi incubada 24 horas no pH 5 e 50° C com várias misturas de preparação de mananase B e preparação de manosidase C. Em alguns experimentos também a preparação de celulase A foi adicionada. Depois desta hidrólise levedura de padeiro foi adicionada a parte das amostras e a mistura foi fermentada por 156 horas. A outra parte das amostras foi hidrolisada ainda por 156 horas sem levedura adicionada.A suspension of palm kernel cake (PKC) at 35% by weight of dry matter D (M) was incubated 24 hours at pH 5 and 50 ° C with various mixtures of mannanase B and mannosidase C preparation. experiments the cellulase A preparation was also added. After this hydrolysis, baker's yeast was added to the samples and the mixture was fermented for 156 hours. The other part of the samples was hydrolyzed for 156 hours without added yeast.
As amostras fermentadas foram retiradas depois de 156 horas de fermentação e centrifugadas a 20800 g, por 10 min. O nível de etanol foi determinado pela HPLC. Os valores são a média de três determinações e são relatadas em g/kg de torta de caroço de dendê DM.The fermented samples were removed after 156 hours of fermentation and centrifuged at 20800 g, for 10 min. The ethanol level was determined by HPLC. The values are the average of three determinations and are reported in g / kg of DM palm kernel cake.
Todas as amostras hidrolisadas foram retiradas depois de exatamente 24 + 156 horas de reação e aquecidas a 100° C por 10 min para deter a reação enzimática. As amostras foram depois centrifugadas (20800 g, 10 min), e os níveis de glicose e manose foram determinados pela análise de HPAEC. Os valores são a média de três determinações e são relatadas em g/kg de torta de caroço de dendê DM. Os resultados são mostrados na tabelaAll hydrolyzed samples were taken after exactly 24 + 156 hours of reaction and heated to 100 ° C for 10 min to stop the enzymatic reaction. The samples were then centrifuged (20800 g, 10 min), and glucose and mannose levels were determined by HPAEC analysis. The values are the average of three determinations and are reported in g / kg of DM palm kernel cake. The results are shown in the table
4.4.
A Tabela 4 mostra que, como a glicose, a manose é completamente fermentável pela levedura de padeiro e que a formação de etanol em todos os casos está próxima do rendimento teoricamente possível (51 % de monossacarídeos liberados).Table 4 shows that, like glucose, mannose is completely fermentable by baker's yeast and that the formation of ethanol in all cases is close to the theoretically possible yield (51% of released monosaccharides).
A mananase é o principal responsável pela solubilização da manana da torta de caroço de dendê de outro modo insolúvel onde a 5 manosidase prefere os oligômeros de manose solubilizados como substrato. Mas os resultados indicam sinergia entre mananase e manosidase como um aumento nos resultados de manosidase em um aumento maior de manana solubilizada do que um aumento na mananase.Mannanase is the main responsible for the solubilization of the mannan of the palm kernel cake, otherwise insoluble, where the 5 mannosidase prefers the solubilized mannose oligomers as substrate. But the results indicate synergy between mannanase and mannosidase as an increase in mannosidase results in a greater increase in solubilized mannan than an increase in mannanase.
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