BRPI0920252B1 - métodos para produzir açúcares e produzir etanol - Google Patents

Description

“MÉTODOS PARA PRODUZIR AÇÚCARES E PRODUZIR ETANOL” FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um método para produzir açúcares e um método para produzir etanol de cascas de árvore.

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E reivindicada prioridade do Pedido de Patente Japonesa No. 2008-279367, depositado em 30 de outubro de 2008, cujo conteúdo é incorporado aqui por referência.

Uma árvore é separada em xilema e uma casca em um limite de uma camada de câmbio, onde a divisão celular da árvore está ativa. A casca de árvore ocupa aproximadamente 10 a 15 % em peso do peso total da árvore. A casca de árvore contém uma quantidade comparativamente baixa de lignina do que xilema e também contém componentes solúveis que tomam a casca macia. Além disso, a casca de árvore é separada em casca externa, tendo tecidos mortos, e casca interna, tendo tecidos vivos.

A casca externa inclui principalmente uma camada de periderma ou uma camada de cortiça. A casca externa protege a textura da madeira de avaria mecânica e também reduz avaria por temperatura e umidade.

Uma casca interna inclui elementos peneira, células parenquimais e células de parede espessa. O elemento peneira funciona para transferir líquido e nutrientes. A célula parenquimal funciona para armazenar nutrientes, tais como amido e similares. A célula parenquimal intercala-se entre elementos peneira da casca interna. As células de parede espessa funcionam como tecidos suportantes, a estrutura das células de parede espessa são encarnadas como visto, do mesmo modo do anel anual do xilema e as células de parede espessa são separadas em fibra liberiana e sclereid (célula vegetal lignificada de parede espessa) em formatos de células de parede espessa.

O tecido de casca principalmente inclui finos materiais tais como fibras, cortiças e células parenquimais. A fibra da casca é quimicamente similar à fibra de xilema e a fibra da casca inclui celulose, semi-celulose e lignina. Os materiais finos incluindo células de cortiça e células parenquimais contêm grande quantidade de extratos, tais como suberinas de uma parede de células de cortiça, e polifenóis em uma fração de micro material fino. Desse modo, a casca contém bastantes componentes solúveis benéficos em comparação com xilema. A quantidade dos componentes solúveis benéficos da casca é de 20 a 40%, com base no peso seco da casca, e também a casca tem uma excelente característica, de modo que uma fração seca da casca inclui fibras que são similares àquela do xilema. Entretanto, a casca não é usada para fins de madeira de construção. A casca não tem sido beneficamente usada como uma biomassa baseada em madeira, mesmo se misturando uma pequena quantidade de casca com polpação em processo de formação de papel diminuísse a qualidade da polpa. Portanto, a casca é retomada para o solo como um fertilizante de plantação, juntamente com galhos ou raízes de árvores, ou descascada e queimada em serrarias ou plantas de cavacos.

Nos últimos anos, o pinho, acácia, eucalipto e similares são plantados como matérias primas de polpa para formação de papel. Entre essas plantas, o eucalipto tem sido amplamente plantado mundialmente, não somente para formação de papel mas também para restauração do frescor, uma vez que o eucalipto tem mais do que 500 tipos, é capaz de ser transformada em toras entre 7 a 10 anos, devido a seu rápido crescimento e crescer em áreas secas.

Por outro lado, o uso benéfico de uma biomassa para reduzir a emissão de CO₂ por combustível fóssil, do ponto de vista de evitar o aquecimento global, tem recebido bastante atenção nos últimos anos. Entretanto, nos últimos anos, a produção de bioetanol de biomassa baseada em alimento, tal como milhos e similares, provocou a alta do preço dos alimentos e a alta dos alimentos causa um sério problema para o desenvolvimento dos países, devido à escassez de alimentos. Portanto, a biomassa baseada em madeira, tal como produção de bioetanol de uma lignocelulose, tem recebido bastante atenção, uma vez que a biomassa baseada em madeira não é usada como fonte de alimentos.

A sacarificação que degrada a celulose em monossacarídeo, tal como glicose, é um importante processo quando a lignocelulose é usada.

Como um método para produzir monossacarídeo de lignocelulose, três métodos básicos são bem conhecidos, tais como método de hidrólise ácida, método de hidrólise com água supercrítica e método de sacarificação enzimática.

O método de ácido diluído e método de ácido concentrado são propostos para serem usados, dependendo da concentração do ácido no método de hidrólise ácida (Documento de Patente 1, Documento de Patente 2). No método de ácido diluído, tanto alta temperatura como alta pressão são necessárias e o ácido adicionado corroerá o dispositivo. Além disso, há problemas de modo que método de reciclagem de ácido economicamente eficiente não foi estabelecido, uma vez que é difícil separar açúcares e ácidos produzidos. Uma vez que um método de ácido concentrado utiliza temperatura relativamente baixa e baixa pressão, um dispositivo de reação barato pode ser usado e a produção de glicose é elevada. Entretanto, como no método de ácido diluído, o método de ácido concentrado também não é capaz de separação e reciclagem economicamente eficiente de ácido de açúcar produzido, como o método de ácido diluído, resultando na geração de uma grande quantidade de ácido refugo.

Por outro lado, o método supercrítico que hidrolisa celulose com o uso de água subcrítica ou água supercrítica não foi proposto (Documento de patente 3, Documento de patente 4). Um método supercrítico que faz uso total das características da água supercrítica é capaz de degradar a celulose em oligossacarídeo ou monossacarídeo em curto período de tempo. Entretanto, uma vez que a degradação é realizada sob alta temperatura e alta pressão, um dispositivo usado para a degradação é dispendioso e corrosão do dispositivo pode ocorrer devido à água supercrítica.

No método de sacarificação enzimática, a lignina e semicelulose da lignocelulose são ligadas à celulose, o que evita que uma enzima contate a celulose, resultando em baixa produção de glicose. Portanto, um tratamento de água quente pressurizada antes de uma sacarificação enzimática, um pré-tratamento físico por tratamento com jato e vapor, ou um pré-tratamento químico por ácido ou álcali, são aplicados à sacarificação enzimática, a fim de promover a degradação de celulose pelo uso de uma enzima.

Um método de tratamento de água quente pressurizada, que trata lignocelulose sob elevada temperatura, tal como 128 a 205°C e alta pressão, tal como 1 a 2 MPa, foi proposto (Documento de patente 5).

Além disso, um método de tratamento de água quente pressurizada, que trata lignocelulose sob alta temperatura, tal como 100 a 500°C, e alta pressão, tal como pressão de vapor saturada a 50 MPa, foi proposto (Documento de patente 6).

Um método de tratamento de vapor, que trata lignocelulose sob alta temperatura, tal como 158 a 225°C, e alta pressão, tal como 0,5 a 3 MPa, foi proposto (Documento de patente 7).

Além disso, um método de tratamento por jateamento, que retoma à pressão normal instantaneamente após ter mantido a lignocelulose sob condição similar ao tratamento com vapor, foi proposto (Documento de patente 8).

Cada método representado acima requer tratar lignocelulose sob alta temperatura e alta pressão. Portanto, tem havido problemas, de modo que um dispositivo de reação dispendioso é necessário e a energia de entrada, para gerar alta temperatura e elevada pressão, é grande.

Um método de tratamento com ácido, que trata a lignocelulose com 0,1 a 5 % de ácido sulfúrico diluído a 140 a 230°C de alta temperatura, seguido por trituração a úmido da lignocelulose com uma máquina de drenagem foi proposta (Documento de patente 9).

Um método de tratamento com álcali, que trata a biomassa com 2 a 30 % de hidróxido de cálcio foi proposto (Documento de patente 10). Muitos outros métodos de tratamento com álcali foi proposto (Documentos de patente 11 a 14).

Em cada método proposto acima, glicerol deve ser triturado entre diversos milímetros a diversas centenas de micrômetros antecipadamente. Além disso, uma vez que cada método proposto acima requer condições de alta temperatura e elevada pressão, tem havido problemas, de modo que a energia de entrada para gerar altas temperaturas e altas pressões é grande e o dispositivo de reação é caro. Em geral, quando o tamanho da partícula toma-se pequeno, uma grande quantidade de energia é necessária. Entretanto, estes documentos de patente não descrevem a quantidade de energia necessária para triturar lignocelulose.

Nos últimos anos, variedades de pré-tratamento de biomassa foram propostas. Entretanto, se a biomassa não tiver sido triturada a menos do que diversos milímetros no método de pré-tratamento, a eficiência da sacarificação no processo de sacarificação, que é logo após o processo de trituração, diminuirá grandemente. Entretanto, se a biomassa for triturada a menos do que diversos milímetros, a energia que é necessária para produzir bioetanol excederá a energia necessária ser produzida da biomassa. Portanto, mesmo se bioetanol for produzido da biomassa, não serão conseguidas emissões-redução de CO2.

[Documento de Patente 1] Pedido de Patente Japonesa Aberto ao Público No. 2006-75007 [Documento de Patente 2] Pedido de Patente Japonesa Aberto ao Público No. 2006-246711 [Documento de Patente 3] Pedido de Patente Japonesa Nãoexaminado, Primeira Publicação No. Hei 5-31000 [Documento de Patente 4] Pedido de Patente Japonesa Nãoexaminado, Primeira Publicação No. Hei 10-327900 [Documento de Patente 5] Pedido de Patente Japonesa Aberto ao Público No. 2006-136263 [Documento de Patente 6] Pedido de Patente Japonesa Aberto ao Público No. 2007-20555 [Documento de Patente 7] Pedido de Patente Japonesa Nãoexaminado, Primeira Publicação No. Hei 10-117800 [Documento de Patente 8] Pedido de Patente Japonesa Nãoexaminado, Primeira Publicação No. Sho 59-204997 [Documento de Patente 9] Pedido de Patente Japonesa Aberto ao Público No. 2007-124933 [Documento de Patente 10] Publicação de Patente Japonesa No. 3493026 [Documento de Patente 11] Publicação de Pedido de Patente Japonesa Examinado No. Sho 63-28597 [Documento de Patente 12] Pedido de Patente Japonesa Nãoexaminado, Primeira Publicação No. Sho 59-192093 [Documento de Patente 13] Pedido de Patente Japonesa Nãoexaminado, Primeira Publicação No. Sho 59-192094 [Documento de Patente 14] Pedido de Patente Japonesa Aberto ao Público No. 2008-092910

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Problemas a Serem Resolvidos pela Invenção

O método de pré-tratamento para sacarificação enzimática de lignocelulose, como descrito acima, teve problemas de custo, tais como o pré-

tratamento foi realizado sob ambiente de alta temperatura e alta pressão e requerendo grande quantidade de energia para trituração por máquina.

Além disso, a quantidade de lignina é menor em comparação com aquela do xilema e o método otimizado para produzir a casca contendo grande quantidade de componente solúvel para a matéria prima de açúcares por sacarificação enzimática não foi proposto.

Mais especificamente, a presente invenção provê um método predeterminado, que é capaz de promover a sacarificação enzimática da lignocelulose com pequena quantidade de energia sob uma condição relativamente suave com o uso de cascas como matérias primas.

Meios para Resolver o Problema

Verificou-se da presente invenção que a quantidade de lignina é menor em comparação com o xilema. Portanto, foi focalizado na casca de árvore contendo grande quantidade de componentes solúveis, pela aplicação do seguinte meio técnico, que é capaz de sacarificar a casca de árvore com pequena quantidade de energia e produzir etanol.

(1) Um Método para produzir açúcar, incluindo: um método de produção de açúcar, que produz açúcar da casca de árvore, uma etapa de tratamento com álcali, que emerge a casca de árvore em uma solução de composto de álcali, uma etapa de tratamento de refino que mecanicamente refina a casca de árvore tratada com álcali, e uma etapa de sacarificação enzimática, que sacarifica a casca de árvore refinada com uma enzima.

(2) Um método para produzir açúcar de acordo com (1), em que o tratamento de refino é processado moendo-se com o uso de um dispositivo selecionado de um refinador ou um moedor.

(3) Um método para produzir açúcar, compreendendo: uma etapa de tratamento de refino, que refina uma casca de árvore em que tanto a casca de árvore como uma solução de composto de álcali são providas para um dispositivo selecionado de um amassador, um extrusador biaxial ou um * Λ ι

misturador biaxial, seguido por um tratamento com álcali e um tratamento de amassamento simultaneamente, e uma etapa de sacanficação enzimática que sacarifica a casca de árvore refinada com uma enzima.

(4) O método para produzir açúcar de acordo com qualquer um de (1) a (3), em que a casca de árvore é moída por um amassador antes do tratamento com álcali, e retenção de água da casca de árvore moída antes do tratamento com álcali é de 250 a 2000 %.

(5) 0 método para produzir açúcar de acordo com qualquer um de (1) a (3), em que a casca de árvore é triturada por um amassador uniaxial antes da etapa de tratamento com álcali.

(6) O método para produzir açúcar de acordo com qualquer um de (1) a (5), em que o composto de álcali é um hidróxido de cálcio, separar a casca de árvore e uma solução de álcali após o tratamento com álcali e retomo do hidróxido de cálcio regenerado de uma solução de álcali ou da solução de álcali para a etapa de tratamento de álcali.

(7) O método para produzir açúcar de acordo com qualquer um de (1) a (6), em que o gênero da árvore da casca de árvore pertence a Eucalipto.

(8) Um método para produzir etanol, compreendendo: uma etapa de fermentação que fermenta o açúcar produzido pelos métodos de acordo com qualquer um de (1) a (7).

(9) O método para produzir etanol de acordo com (8), em que, após um resíduo de fermentação gerado pela etapa de fermentação ser mecanicamente tratado, o resíduo de fermentação é sacarificado e fermentado.

(10) O método para produzir etanol, em que um conteúdo inorgânico, gerado pelo resíduo de fermentação, é calcinado para permitir que o conteúdo inorgânico forme um óxido de cálcio, quando o açúcar produzido pelo método de (7) é fermentado e o óxido de cálcio é extinto e usado na etapa de tratamento com álcali.

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EFEITO DA INVENÇÃO

De acordo com a presente invenção, a casca é enzimaticamente sacarificada eficientemente com menos energia e ainda provendo um método para produzir um etanol. Desse modo, a presente invenção é capaz de produzir um bioetanol da casca de árvore que convencionalmente não foi usada industrialmente como recursos baseados em madeira.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A fig. 1 é um fluxograma ilustrando um exemplo de reciclos de cálcio em uma etapa de sacarificação da presente invenção.

A Fig. 2 é um fluxograma ilustrando um exemplo de reciclos de cálcio em uma etapa de sacarificação da presente invenção.

A Fig. 3 é um fluxograma ilustrando um exemplo de reciclos de cálcio em uma etapa de sacarificação da presente invenção.

A Fig. 4 é um fluxograma ilustrando um exemplo de reciclos de cálcio em uma etapa de sacarificação da presente invenção.

A Fig. 5 é um fluxograma ilustrando um exemplo de reciclos de cálcio em uma etapa de sacarificação da presente invenção.

A Fig. 6 é um fluxograma ilustrando um exemplo de reciclos de cálcio em uma etapa de sacarificação da presente invenção.

A Fig. 7 é um fluxograma ilustrando um exemplo de reciclos de cálcio em uma etapa de sacarificação da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A descrição detalhada da presente invenção é como segue.

No método para produzir açúcares e etanol da presente invenção, a casca de plantas madeireiras são usadas como materiais. Os materiais de casca não são particularmente limitados, entretanto, é preferível utilizar-se a casca pertencendo ao gênero Eucalipto, uma vez que as cascas pertencendo ao gênero Eucalipto têm bastante espessura e uma grande quantidade de açúcares (celulose). Exemplos de três espécies pertencentes ao gênero Eucalipto são Eucalyptus grandis, E. globulus, E. nitens, E. camaldulensis, E. deglupta, E. viminalis , E. urophylla, E. dunnii, o híbrido e similares.

A casca do Eucalipto contém uma grande quantidade de oxalato de cálcio como compostos inorgânicos. Portanto, a casca de Eucalipto é particular e preferivelmente usada como matérias primas de casca da presente invenção, uma vez que ela é capaz de recuperar e reciclar componentes de cálcio nas etapas de sacarificação ou fermentação de etanol da presente invenção.

Na presente invenção, açúcares são produzidos realizando-se as seguintes etapas: uma etapa de tratamento de álcali, que submerge as cascas em uma solução de uma solução de composto de álcali, uma etapa de tratamento de refino que refine as cascas de árvore tratadas com o álcali mecanicamente e uma etapa de sacarificação enzimática que sacarifica as cascas de árvore refinada com enzimas.

Os materiais de casca podem ser usados como eles são. Contanto que a casca de árvore seja cortada em diversas dezenas de cm a diversos cm² considerando-se o manuseio da casca de árvore durante o transporte, a casca de árvore pode ser usada como ela é para a etapa de tratamento de álcali. Se a casca de árvore for demasiado grande, o formato ou tamanho da casca pode ser reduzido a um tamanho adequado por tratamento mecânico, tal como um cortador, um triturador, um triturador de martelo e similares. A casca de árvore é preferivelmente refinada, uma vez que a eficiência da sacarificação pode ser melhorada no processo a jusante da etapa de sacarificação. No método da presente invenção, tratar mecanicamente a casca que foi tratada com álcali na etapa de tratamento com álcali é capaz de refinar a casca com menos energia. Portanto, não é necessário refinar as matérias primas de cascas secas antes do tratamento com álcali.

A quantidade de aditivo do composto de álcali baseado na casca de árvore na etapa de tratamento de álcali não é particularmente limitada, contanto que a quantidade de ativo seja suficiente para amaciar as cascas. A quantidade de aditivo do composto de álcali é preferivelmente usada em 0,1 partes em massa ou mais, mais preferivelmente usada em 0,1 a 50 partes em massa e, muitíssimo preferivelmente, 6 a 20 partes em massa, com base em 100 partes em massa das cascas secas.

A temperatura de tratamento na etapa de tratamento de álcali não é particularmente limitada, contanto que a temperatura seja suficiente para amolecer as cascas. A temperatura de tratamento é preferivelmente de 10 a 300°C, mais preferivelmente 25 a 95°C e muitíssimo preferivelmente de 60 a 95°C. A temperatura menor do que 10°C pode diminuir o efeito de álcali.

Além disso, a etapa de tratamento de álcali é preferivelmente realizada sob pressão normal, uma vez que a etapa de tratamento com álcali é capaz de ser realizada com equipamento simples e reduzida energia de entrada.

O tempo de tratamento com álcali não é particularmente limitado, contanto que o tempo seja suficiente para amolecer as cascas de árvore e promover a sacarificação dos materiais. O tempo de tratamento é preferivelmente de 1 minuto a 72 horas, mais preferivelmente de 3 minutos a 8 horas e muitíssimo preferivelmente de 5 minutos a 1 hora.

Na presente invenção, a casca de árvore é submersa dentro de uma solução de composto de álcali e realizado ainda um tratamento por aquecimento das cascas de árvore, quando necessário.

Observe-se que a imersão de cascas de árvore dentro de uma solução de composto de álcali na presente invenção pode ser capaz de ser realizada como a seguir: o composto de álcali pode ser capaz de ser dissolvido em água antecipadamente; as cascas de árvore e os compostos de álcali podem ser capazes de ser adicionados simultaneamente na água; a casca de árvore e o composto de álcali podem ser capazes de serem misturados antecipadamente, seguido por mais imersão em água. Em qualquer caso, é eventualmente necessário que as cascas de árvore sejam submersas em uma solução de composto de álcali.

A concentração do composto de álcali da solução de composto de álcali é de 0,05 % em massa, preferivelmente 0,05 a 10 % em massa e, mais preferivelmente, 1 a 4 % em massa.

O composto de álcali usado na etapa de tratamento com álcali não é particularmente limitado, contanto que o composto de álcali seja 10 suficiente para amolecer as cascas. Exemplos de compostos de álcali são hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, carbonato de sódio, carbonato hidrogenado de sódio, sulfito de sódio, amônia ou a mistura de dois ou mais.

Além disso, o hidróxido de cálcio pode ser usado como um composto de álcali. O hidróxido de cálcio é relativamente mais barato do que 15 os outros compostos de álcali. Além disso, a solubilidade do hidróxido de cálcio é menor, portanto, o hidróxido de cálcio é capaz de facilmente ser recuperado como um precipitado e reutilizado. Além disso, embora a solução de composto de álcali seja diluída por lavagem ou similar, a acumulação de conteúdo de cálcio será fácil porque o carbonato de cálcio é precipitado 20 quando a solução é neutralizada com um dióxido de carbono.

A solubilidade da solução de álcali é baixa quando o hidróxido de cálcio é usado. Desse modo, o teor de sólido do hidróxido de cálcio que não é dissolvido na solução tem que ser incluído na solução com a solução de álcali, simultaneamente.

A quantidade de aditivo do hidróxido de cálcio não é particularmente limitada, contanto que a quantidade de aditivo do hidróxido de cálcio é suficiente para amolecer a matéria prima de casca de árvore e promover a sacarificação. A quantidade de aditivo do hidróxido de cálcio é preferivelmente de 0,1 a 50 partes em massa, com base nas 100 partes em massa das cascas seca. Quando a quantidade de aditivo de hidróxido de cálcio é menor do que 0,1 partes em massa, a promoção da sacarificação da matéria prima de casca de árvore pelo tratamento com álcali pode não ser eficiente. Quando a quantidade de aditivo de hidróxido de cálcio exceder 50 partes em peso, o efeito trazido pelo hidróxido de cálcio alcança um platô. Portanto, a quantidade de aditivo de hidróxido de cálcio é mais preferivelmente de 5 a 25 partes em massa.

A quantidade de aditivo de água é preferivelmente de 5 a 10 partes em massa, com base em uma partes em massa da matéria prima de casca de árvore secada. Quando a quantidade de aditivo da água exceder 20 partes em massa, a energia para aquecer água toma-se grande, resultando em no pior equilíbrio de energia de entrada e de saída. Quando a quantidade de aditivo de água for menor do que 5 partes em massa, o contato da matéria prima de casca de árvore e hidróxido de cálcio toma-se insuficiente e efeito suficiente de promoção de sacarificação não pode ser obtido. Observe-se que a solubilidade do hidróxido de sódio é baixa, tal como 1,7 g/l. Desse modo, é importante deixar a solução de hidróxido de cálcio fluir para contatar as cascas de árvore e o hidróxido de cálcio sólido na etapa de tratamento com álcali.

Uma etapa de tratamento de refino para mecanicamente refinar cascas de árvore submersa em uma solução de álcali não é particularmente limitada. Exemplos de refinadores que refinam cascas moída incluem um moedor ou similar.

O tratamento de moagem acima significa que a matéria prima de casca de árvore tratada com álcali é processada com energia de cisalhamento. Exemplos de dispositivos de moagem, um moedor e um refinador que são usados para produzir polpas podem ser usados. Exemplos de moedores, um moedor tipo de pedra, um moedor tipo rebolo ou qualquer um destes pode ser usado.

Além disso, exemplos de refinadores, refinadores altamente concentrados que são usados para produzir polpas mecânicas de madeiras, podem ser usados. Como tipos de refinadores, refinadores de disco único, que são capazes de moer materiais com uma placa estacionária e um disco rotativo; refinadores de disco duplo, que são capazes de moer materiais com dois discos rotativos, que giram em direções opostas entre si; e refinadores de duplo disco, que são capazes de moer materiais com uma placa estacionária e discos rotativos que são colocados em ambos os lados da placa estacionária podem ser usados. Além disso, refinadores de disco cônico, tais como os discos rotativos não são placas planas, porém discos conformados em cone podem ser usados.

Além disso, dispositivos de moagem de agitação de meio tipo úmido podem também ser usados. Os dispositivos são capazes de moer o meio e a celulose fibrosa que é colocada no recipiente de moagem, permitindo que o agitador inserido no recipiente de moagem gire em uma alta velocidade, fazendo com que o meio e a célula fibrosa agitem e gerando energia de cisalhamento. Por exemplo, os moedores de areia são dispositivos típicos.

Em vez de realizar a etapa de tratamento de refino após o tratamento com álcali, a matéria prima de casca de árvore é capaz de ser refinada realizando-se o tratamento com álcali e o tratamento de amassamento simultaneamente por mistura da matéria prima de casca de árvore e a solução de composto de álcali em um amassador.

O tratamento de amassamento acima significa que a matéria prima de casca de árvore é refinada por energia física, enquanto misturando a solução de composto de álcali. Exemplos de dispositivos de amassamento, um amassador, um dispersador, um extrusador, um misturador ou similares pode ser usado. Entre estes, o amassador, que é principalmente usado para amassar, é preferivelmente usado e, particularmente, um amassador biaxial é mais preferivelmente usado.

Em particular, a casca do Eucalipto é macia, a casca é facilmente refinada por um amassador ou similar, sob um composto de álcali.

Quando a etapa de tratamento de refino é realizada pelo tratamento de amassamento, a quantidade de aditivo do composto de álcali baseado em casca de árvore não é particularmente limitada. A quantidade de aditivo do composto de álcali varia em cada caso, sendo, portanto, capaz de ser selecionada como necessário.

Por exemplo, quando hidróxido de sódio é usado como o composto de álcali, a quantidade de aditivo do composto de álcali é preferivelmente de 0,1 partes em massa ou mais, mais preferivelmente 1 parte em massa, muitíssimo preferivelmente 5 partes em massa ou mais, com base em 100 parte em massa da casca seca. Quando a quantidade de aditivo de composto de álcali exceder 30 partes em massa, o efeito trazido pelo composto de álcali alcança um platô. Desse modo, a quantidade de aditivo do composto de álcali exceder 30 partes em massa somente resulta em perda de reagentes e soluções de lavagem.

Quando a etapa de tratamento de refino é realizada pelo tratamento de amassamento, a relação da quantidade de aditivo da solução de álcali baseada na casca de árvore é preferivelmente de 1 a 6, quando representada por ml com base em 1 g da casca de árvore seca. Quando a relação da quantidade de aditivo da solução de álcali baseada na casca de árvore é menor do que 1, o tratamento com álcali para a casca de árvore não seria suficiente, provocando sacarificação inferior. Além disso, a energia mecânica causada pela transformação da casca de árvore em fibra toma-se grande. Quando a relação da quantidade de aditivo da solução de álcali exceder 6, a energia térmica que é necessária para aquecer a solução de álcali aumenta e resulta em um tratamento de refino ineficiente.

A concentração da solução de álcali que é usada para a etapa de tratamento de refino pelo tratamento de amassamento é preferivelmente de a 30%. Quando a concentração da solução de álcali é menor do que 5 %, a etapa de tratamento de refino não é completamente realizada. Quando a concentração da solução de álcali excede 30%, é provocada decomposição da casca de árvore.

A temperatura de tratamento da etapa de tratamento de refino pelo tratamento de amassamento não é particularmente limitada, contanto que a temperatura de tratamento seja capaz de amaciar a casca e a temperatura é preferivelmente de 25 a 300°C, mais preferivelmente 90 a 200°C. Quando a temperatura é menor do que 25°C, a etapa de tratamento de refino é possivelmente não completamente realizada. Quando a temperatura exceder 300°C, é provocada decomposição da casca de árvore.

O tempo de tratamento da etapa de tratamento de refino pelo tratamento de amassamento não é particularmente limitado, contanto que suficiente tempo de tratamento seja assegurado para amaciamento da casca. O tempo de tratamento da etapa de tratamento de refino pelo tratamento de amassamento é preferivelmente de 30 segundos a 10 minutos.

Quanto mais casca seja tratada finamente pelo tratamento de amassamento, mais a eficiência da sacarificação a seguir aumenta. Entretanto, mais energia será necessária para a etapa de sacarificação. Portanto, é preferível utilizar a fibra de casca de árvore em uma faixa de tamanho adequada. Em particular, o comprimento médio da fibra e o diâmetro médio da fibra da casca de árvore são preferivelmente de 2 a 4 mm e 100 a 400 pm, respectivamente.

O aumento do rendimento de açúcar na seguinte etapa de sacarificação pode ser conseguido realizando-se a etapa de tratamento de refino, tal como moagem ou amassamento acima. Uma vez que a casca de árvore é amolecida pelo tratamento com álcali, a entrada de energia requerida para a etapa de tratamento de refino tem pouco problema em comparação com o incremento do rendimento de açúcar.

Na presente invenção, após a casca de árvore ser processada na etapa de tratamento com álcali e na etapa de tratamento de refino ou após a casca de árvore ser processada pela etapa de tratamento com álcali e etapa de tratamento de refino é tratamento de amassamento, a casca de árvore é concentrada, lavada ou ajustada em pH como necessário. Após isso, a casca de árvore é processada pela etapa de sacarificação enzimática com enzimas diastáticas.

Na etapa de tratamento de sacarificação enzimática, o componente celulósico da casca refinada é sacarificado pela enzima diastática.

A etapa de tratamento de sacarificação enzimática é realizada aplicando-se os mesmos tipos de enzimas, temo de reação, temperatura de reação ou similares ou a etapa de tratamento de sacarificação enzimática da biomassa lignocelulósica usual.

Observe-se que a etapa de sacarificação enzimática da presente invenção pode ser capaz de fermentar álcool simultaneamente com a sacarificação ou pode ser etapa de sacarificação/fermentação, que é capaz de fermentar ácido lático. A seguir, o método para fermentar um material simultaneamente com a sacarificação é chamado sacarificação/fermentação.

Exemplos de enzimas degradantes de celulose usadas para a etapa de sacarificação incluem uma celobioidrolase ativada, uma endoglicanase ativada e uma β-glicosidade ativada. Estas enzimas são chamadas celulase.

Em cada enzima de degradação de celulose, uma quantidade adequada da enzima, tendo atividade, pode ser adicionada na etapa de sacarificação. A preparação de celulase comercialmente disponível tem cada celulase ativada acima e muitas das preparações de celulase comercialmente disponíveis têm uma hemicelulase ativada. Portanto, preparação de celulase comercialmente disponível pode ser usada para uma enzima degradante de celulose.

Exemplos de preparação de celulase comercialmente disponível originam-se de Trichoderma, Acremonium, Aspergillus, Phanerochaete, trametes, Humicola, e Bacillus. Exemplos de nome de produto de tal preparação de celulase comercialmente disponível incluem Cellucine T2 (manufaturado por HPI co., Ltd), Meicelase (manufaturado por Meiji Seika Kaisha, Ltd.), Novozyme 188 (manufaturado por Novozymes), MultifectCXIOL (manufaturado por Genencor) e similares.

A quantidade usada para preparação de celulase baseada em 100 partes em massa do teor de sólido de matéria prima é preferivelmente de 0,5 a 100 partes em massa e, mais preferivelmente, 1 a 50 partes em massa.

O pH para a reação de sacarificação é preferivelmente de a 7. A temperatura de reação é preferivelmente de 30 a 60°C e, mais preferivelmente, 35 a 50°C. A etapa de reação é preferivelmente método contínuo; entretanto, um método de batelada pode ser usado. O tempo de reação de sacarificação varia pela concentração enzimática. No caso de um método de batelada, um tempo de reação de 0,5 a 72 horas é preferivelmente aplicado e, mais preferivelmente, um tempo de reação de 2 a 48 horas é aplicado. No caso de método contínuo, um tempo de retenção médio é preferivelmente de 0,5 a 48 horas e, mais preferivelmente, 1 a 24 horas.

A concentração da matéria prima na etapa de sacarificação é preferivelmente de 10 a 30 % em massa. Quando a concentração for menor do que 10 % em massa, a concentração do produto final será demasiado baixa e o custo para concentrar o produto final será dispendioso. Além disso, quando a concentração toma-se elevada, tal como excedendo 30 % em massa, a agitação da matéria prima será difícil e a produtividade diminuirá.

A casca de árvore é preferivelmente esterilizada antes de ser processada em uma etapa de sacarificação enzimática. Se a casca de árvore for contaminada com bactérias, as bactérias consomem açúcares, reduzindo a produção do produto quando a casca de árvore é sacarificada com enzimas.

A etapa de esterilização pode ser realizada por um método para expor a casca de árvore às faixas de pH que é difícil para as bactérias crescerem, com o uso de ácido ou álcali; ou um método para tratar a casca de árvore sob alta temperatura ou uma combinação de ambos. A casca de árvore tratada com ácido ou álcali é preferivelmente usada após ajustar o pH da casca de árvore próximo do pH neutro ou pH que seja adequado para sacarificação e/ou etapa de sacarificação/fermentação. Quando a casca de árvore for esterilizada sob alta temperatura, a casca de árvore é preferivelmente usada após esfriar a temperatura da casca de árvore à temperatura ambiente ou a uma temperatura adequada para a etapa de sacarificação/fermentação. Usando-se a casca de árvore após ajustar a temperatura ou pH é capaz de evitar-se que as enzimas percam sua atividade ao ser exposta a faixas de pH inadequadas ou faixas de temperatura inadequadas.

Na presente invenção, a casca de árvore é triturada por um triturador antes de o tratamento com álcali e a retenção de água da casca triturada antes de o tratamento com álcali é preferivelmente de 250 a 2000 % e, mais preferivelmente, de 280 a 400%. A casca de árvore é triturada para ter uma retenção de água de 250% ou mais. Desse modo, o álcali é rapidamente embebido dentro da casca de árvore triturada e o tempo de duração para o tratamento com álcali pode ser encurtado. Se a casca de árvore for triturada para ter sua retenção de água excedendo 2000 %, a energia para amassamento da casca de árvore toma-se demasiado grande.

Além disso, a percentagem da retenção de água da casca de árvore acima é medida como segue.

A casca de árvore triturada é secada para ser uma massa constante a 105 ± 3°C. 100 g de amostra são coletados da casca de árvore seca e processada e submersas dentro de 1000 g de água por 5 minutos. Cinco minutos após, a inteira quantidade da amostra é filtrada por uma peneira tendo um furo de 1 mm (150 mm de diâmetro, 4,2% de relação de furo-área) e medida a quantidade da água retida nas cascas de árvore trituradas e processadas. A percentagem de retenção de água é calculada como segue:

Percentagem de retenção de água = quantidade de água retida (g)/100 g x 100).

Na presente invenção, a trituração da casca de árvore com o uso de um triturador uniaxial antes da etapa de tratamento com álcali é preferivelmente realizado para melhorar a eficiência de sacarificação.

Um triturador uniaxial tem uma pá rotativa fixada a um rotor de fiação; um impulsor para empurrar um material para a pá rotativa; uma pá fixa fixada ao impulsor e o material é triturado entre a pá rotativa e a pá fixa.

Quando as cascas de árvore são trituradas com um triturador uniaxial, é capaz de serem trituradas em fibra com energia de entrada comparativamente menor. A eficiência da seguinte sacarificação aumenta com o uso da fibra de casca de árvore. Entretanto, mais energia será necessária para a etapa de sacarificação. Portanto, é preferível utilizar-se a fibra de casca de árvore em uma faixa de tamanho adequada. Em particular, a fibra de casca de árvore de 3 mm ou mais de comprimento ocupa preferivelmente 20 % ou mais da inteira fibra de casca de árvore. Além disso, é preferivelmente usada a fibra de casca de árvore de 3 mm ou mais de comprimento, ocupando 20% ou mais da inteira fibra de casca de árvore, bem como a fibra de casca de árvore de 10 mm ou menos de comprimento, ocupando 50% ou menos. A fibra de casca de árvore de 3 mm ou mais de comprimento, ocupando 20% ou mais da inteira fibra de casca de árvore, bem como a fibra de casca de árvore de 10 mm ou mais, ocupando 10% ou menos, é muitíssimo preferivelmente usada.

No método para produzir açúcar da presente invenção, é preferivelmente usado hidróxido de cálcio como um composto de álcali e preferivelmente separadas cascas de árvore e a solução de álcali após um tratamento com álcali, e retomando o hidróxido de cálcio regenerado de uma solução de álcali ou da solução de álcali para a etapa de tratamento com álcali.

No método de separar as cascas de árvore e a solução de álcali após o tratamento com álcali, a solução de álcali é concentrada por remoção de água após o tratamento com álcali. Exemplos de concentração da solução de álcali incluem uma filtragem sob pressão normal, com o uso de um filtro ou similar, uma filtragem de pressão, uma filtragem de sucção ou uma separação centrífuga.

O líquido filtrado inclui hidróxido de cálcio dissolvido e/ou um hidróxido de cálcio solidificado. Na presente invenção, 20 a 70 % em massa de hidróxido de cálcio são incluídos no líquido filtrado, com base no hidróxido de cálcio introduzido. O líquido filtrado é capaz de ser reciclado para dentro da etapa de tratamento com álcali (Reportar-se à Fig. 1).

O ciclo acima possibilita reduzir a quantidade usada de hidróxido de cálcio e água reciclando o hidróxido de cálcio contendo líquido na etapa de tratamento com álcali. Uma vez o hidróxido de cálcio fixado à casca de árvore com água removida solidificada seja remetido para a etapa a jusante, é necessário adicionar hidróxido de cálcio quando reciclando. Além disso, o hidróxido de cálcio contendo líquido pode ser reciclado para a etapa de tratamento com álcali, após remoção do teor orgânico contido no líquido, por uma filtragem ou similar no meio da etapa de reciclagem, quando necessário.

Além disso, o hidróxido de cálcio pode ser recuperado do líquido que foi filtrado e calcinado, quando necessário (Reportar-se à Fig. 2).

A casca de árvore com água removida acima é então tratada com um meio mecânico, como ditado acima, como mostrado na Fig. 3. Em particular, a casca de árvore com água removida é preferivelmente moída por um refinador ou um moedor.

No tratamento de moagem, água pode ser usada como necessário. No caso do tratamento de moagem com um refinador, 2 partes em massa ou mais de água, com base em 1 parte em massa de teor de sólido absoluto da casca de árvore, são preferivelmente usadas e, mais preferivelmente, 5 a 20 partes em massa de água, com base em 1 parte em massa de teor de sólido absoluto da casca de árvore.

O tratamento de moagem pode ser realizado logo após o temperatura ambiente, seguido pelo tratamento de concentração, como mostrado na Fig. 4. Em tal caso, o álcali é embebido em uma superfície recentemente gerada da fibra de casca de árvore por moagem, melhorando o efeito do tratamento com álcali. Por outro lado, pode ser reduzida a eficiência do tratamento de concentração se fibra de casca de árvore refinada for gerada.

Após a casca de árvore ser tratada por álcali com hidróxido de cálcio, uma etapa de lavagem é preferivelmente realizada lavando-se a solução de álcali da casca de árvore com água removida ou da casca de árvore moída, que foi produzida da casca de árvore com água removida da solução de álcali. A etapa de lavagem é realizada adicionando-se água ao material tratado por álcali, seguido por lavagem do hidróxido de cálcio fixado ao material tratado por álcali, ou descarregando-se o hidróxido de cálcio deixando-o dissolver na água. Na etapa de lavagem, um lavador de queda, um lavador de concentração, um lavador de polpa ou similar pode ser usado. A descarga de água gerada desta etapa inclui hidróxido de cálcio ou oxalato de cálcio contido na casca de árvore. Uma vez que a solubilidade deste cálcio é baixa, a maior parte do cálcio pode ser reciclado como um teor de sólido realizando a separação de sólido-líquido. O teor de sólido do cálcio é calcinado para formar um óxido de cálcio. O óxido de cálcio é extinto o que possibilita ser reutilizado como um hidróxido de cálcio.

Antes de realizar a separação sólido-líquido, dióxido de carbono é provido para transformar em lama para neutralizar o líquido e a reciclagem do teor de sólido do cálcio pode ser promovida (Reportar-se à Fig. 1 e Fig. 2).

Além disso, uma parte do ou todo o hidróxido de cálcio contendo líquido, separado na separação líquido-sólido acima, pode ser recuperado aplicando-se uma etapa neutralizante, que neutraliza o líquido pelo dióxido de carbono. O carbonato de cálcio gerado pela neutralização é recuperado precipitando-se o carbonato de cálcio em um banho de precipitação ou similar. O hidróxido de cálcio é regenerado do carbonato de cálcio recuperado e o hidróxido de cálcio pode ser reutilizado na etapa de tratamento com álcali da presente invenção.

O líquido sem carbonato de cálcio pode ser reutilizado como água para a etapa de tratamento com álcali e a etapa de lavagem. Além disso, o líquido sem o carbonato de cálcio pode ser descartado, uma vez que sua carga ambiental é pequena.

O dióxido de carbono usado para a etapa de neutralização pode ser gás ou sólido e pode ser dissolvido em líquido.

Quando a casca de árvore pré-tratada da presente invenção é sacarificada e ainda fermentada para produzir etanol, dióxido de carbono é gerado como um subproduto. Portanto, o dióxido de carbono é preferivelmente recuperado e usado para neutralização.

Quando uma etapa de moagem não é realizada após uma etapa de tratamento com álcali pelo hidróxido de cálcio, a etapa de moagem pode ser realizada após uma etapa de lavagem, como mostrado na Fig. 5. Em um tal caso, há uma vantagem, de modo que uma separação da casca de árvore e líquido na etapa de lavagem é fácil. Entretanto, por outro lado, uma concentração de álcali na etapa de tratamento de moagem pode ser baixa.

Na presente invenção, etanol pode ser produzido realizando-se uma etapa de fermentação, que fermenta açúcares produzidos pelo método de produção de açúcar.

Na etapa de fermentação da presente invenção, produtos fermentados podem ser produzidos fermentando-se glicose ou similar, obtida nas etapas anteriores por microorganismos.

A concentração de matéria prima na etapa de fermentação é preferivelmente de 10 a 30 % em massa. Quando a concentração é menor do que 10 % em massa, a concentração do produto final será demasiada baixa e o custo para concentrar o produto final será dispendioso. Além disso, à medida que a concentração toma-se elevada, tal como excede 30 % em massa, a agitação da matéria prima será difícil e a produtividade diminuirá.

Na presente invenção, leveduras podem ser usadas como microorganismos para fermentação e um meio de cultura pode ser usado com os microorganismos. Em particular, Saccharomyces cerevisiae ou similar pode ser usado.

Além disso, microorganismos podem ser imobilizados. A imobilização dos microorganismos possibilita omitir uma etapa que processa os microorganismos com o líquido e recupera-os na etapa a seguir. Pelo menos a imobilização do micro-organismo possibilita reduzir uma carga na etapa de recuperação e reduzir o risco de perder o micro-organismo. Além disso, selecionar um micro-organismo tendo uma capacidade de coagulação possibilita a recuperação dos microorganismos facilmente. Entretanto, isso não tem vantagens, tais como a imobilização dos microorganismos.

Uma etapa de destilação pode ser realizada após uma etapa de fermentação na presente invenção. Na etapa de destilação, produtos fermentados são separados por destilação em uma destilação sob o dispositivo de pressão reduzida. Os produtos fermentados podem ser separados em baixa temperatura sob pressão reduzida, portanto, possibilitando evitar que os produtos fermentados percam atividade enzimática.

Exemplos de destilação sob dispositivos de pressão reduzida incluem um evaporador rotativo, um evaporador flash ou similar.

A temperatura de destilação é preferivelmente de 25 a 60°C. Quando a temperatura de destilação é menor do que 25°C, a evaporação dos produtos é demorada e a produtividade diminui. Além disso, quando a temperatura de destilação é mais do que 60°C, a atividade enzimática é perdida devido à desnaturação térmica. Por conseguinte, economicamente deteriora-se, uma vez que uma quantidade de aditivo de oxigênio, que é recentemente adicionado, é aumentada.

Uma concentração dos produtos fermentados permanecidos no resíduo na destilação após a destilação é preferivelmente menor do que 0,1 % em massa. A concentração em tal faixa possibilita reduzir a quantidade de produto fermentado, que descarrega com o sólido na seguinte etapa de separação sólido-líquido, e melhorar o rendimento de etanol.

Como descrito acima, a sacarificação e fermentação podem ser realizadas na mesma etapa. Em tal caso, a aplicação de enzimas degradativas da celulose e microorganismos que são necessários para fermentação possibilitam realizar a sacarificação e fermentação simultaneamente.

O pH para a reação de sacarificação/fermentação é preferivelmente 4 a 7. A temperatura de reação é preferivelmente de 25 a 50°C e, mais preferivelmente, 30 a 40°C. A etapa de reação é preferivelmente método contínuo; entretanto, o método de batelada pode ser usado. O tempo de reação de sacarificação/fermentação varia por concentração enzimática. No caso do método de batelada, um tempo de reação de 10 a 240 horas é preferivelmente aplicado e, mais preferivelmente, 15 a 160 horas. No caso do método contínuo, um tempo de retenção médio é preferivelmente de 10 a 150 horas e, mais preferivelmente, 15 a 100 horas.

Na presente invenção, a etapa tanto de sacarificação como fermentação em sucessão e uma etapa de tanto sacarificação como fermentação simultaneamente são chamadas sacarificação/fermentação (etapa).

Na etapa de fermentação acima, a hexose originada da celulose, tal como glicose, pentose originada das hemiceluloses, tais como manose, galactose ou similar são alcoolicamente fermentadas. Entretanto, parte da pentose permanece pentose não reagida. Em tal caso, uma enzima que certamente fermenta pentose pode ser adicionada ou a pentose não reagida pode ser tratada em outra etapa.

No método de produção de etanol da presente invenção, após um resíduo de fermentação obtido da etapa de sacarificação/fermentação ser mecanicamente tratado, mais sacarificação e fermentação podendo ser realizadas.

Tratamento mecânico do resíduo de fermentação significa que o resíduo é moído por meios arbitrariamente mecânicos e permite que o resíduo esteja em uma forma adequada para sacarificação/fermentação. Exemplos de dispositivos para tratamento de moagem incluem o mesmo dispositivo usado para o tratamento de moagem (o primeiro tratamento de moagem), que é o tratamento mecânico após o tratamento com álcali, tal como um moedor, um refinador ou similar.

Uma vez que o resíduo de fermentação após a fermentação já é macio, o uso de um refinador é particularmente preferível. Além disso, quando o refinador é usado no primeiro tratamento de moagem, é preferível aumentar o grau do refino para refinar o resíduo de fermentação do que o primeiro tratamento de moagem. Quando o mesmo refinador é usado tanto no primeiro tratamento de moagem como moagem do resíduo de fermentação, é preferível utilizar-se a pá de refinador mais estreita, tendo vão livre de 0,1 mm ou mais para moer o resíduo de fermentação do que aquele do primeiro tratamento de moagem.

Um tratamento com álcali pode ser realizado antes ou após a etapa de tratamento de moagem da etapa de tratamento do resíduo de fermentação.

Os mesmos reagentes e condições de tratamento que são usados no tratamento com álcali para as cascas de árvore podem ser usados no tratamento com álcali da etapa acima.

De um ponto de vista da eficiência da sacarificação enzimática, a adoção da etapa de sacarificação/fermentação simultaneamente tem grandes vantagens. O tratamento mecânico do resíduo de fermentação no caso acima é explicado como segue.

Quando o resíduo de fermentação obtido da etapa de sacarificação/fermentação é mecanicamente tratado, mais sacarificação e fermentação são realizadas, uma primeira forma de realização (reportar-se à Fig. 6), que fermenta o resíduo em outra etapa de sacarificação/fermentação (a segunda etapa de sacarificação/fermentação), forma a primeira etapa de sacarificação/fermentação (A primeira etapa de sacarificação/fermentação) e uma segunda forma de realização (Reportar-se à Fig. 7), que retoma o resíduo de fermentação tratado mecanicamente para a primeira etapa de sacarificação/fermentação, são aplicadas.

No caso da primeira forma de realização, a primeira etapa de sacarificação/fermentação e a segunda etapa de sacarificação/ fermentação são independentes entre si, portanto, podendo ser usado um método de batelada ou um método contínuo.

No caso da segunda forma de realização, se o método de batelada for aplicado à primeira etapa de sacarificação/fermentação, o método de batelada tem que ser usado para a segunda etapa de sacarificação/fermentação. O resíduo de fermentação de um primeiro lote da primeira etapa de sacarificação/fermentação é tratado na segunda etapa de sacarificação/fermentação e o resíduo tratado é misturado com um segundo lote da primeira etapa de sacarificação/fermentação. O mesmo do acima continua em seguida. Portanto, a quantidade do resíduo tratado, provido para um novo lote da primeira etapa de sacarificação/fermentação, é ajustada para ser a mesma quantidade em cada lote, incluindo o resíduo a ser misturado. Além disso, após diversos lotes serem usados, é necessário descartar o resíduo. Isto é o mesmo que no método contínuo. E preferível continuar o tratamento na primeira etapa de sacarificação/fermentação e na segunda etapa de sacarificação/fermentação e é necessário descartar o resíduo em tempo arbitrário. A razão para descartar o resíduo é evitar a reação de sacarificação de inibição, devido ao acúmulo de produto orgânico que não celulose.

No caso da primeira forma de realização, o resíduo de fermentação mecanicamente tratado é remetido para a segunda etapa de sacarificação/fermentação. Em seguida, a sacarificação/fermentação é realizada da mesma maneira que a primeira etapa de sacarificação/fermentação e separação sólido-líquido é realizada por uma filtragem. O líquido é transportado para uma etapa de evaporação. O sólido é descartado e calcinado como o resíduo final, ou provido para uma recuperação de lignina.

Mesmo se a sacarificação ou fermentação for realizada em qualquer método, um óxido de cálcio pode ser obtido calcinando-se o resíduo de fermentação ou calcinando-se o resíduo do qual inorgânico é removido quando hidróxido de cálcio é usado para tratamento com álcali. O óxido de cálcio é extinto para obter-se hidróxido de cálcio e o hidróxido de cálcio pode ser usado para a etapa de tratamento com álcali. Além disso, quando uma casca de árvore Eucalipto é usada, o oxalato de cálcio da casca de árvore permanece como um resíduo. Portanto, uma grande quantidade de óxido de cálcio pode ser obtida calcinando-se o resíduo.

Em particular, é muito razoável adotar-se a sacarificação/fermentação do acima e realizar o método de calcinar o resíduo da segunda sacarificação/fermentação no método de tratamento de moagem do resíduo.

EXEMPLOS

A seguir, um método para produzir açúcares de casca de árvore por uma etapa de tratamento com álcali, uma etapa de tratamento de refino e uma etapa de sacarificação enzimática, bem como um método para produzir açúcares de casca de árvore por uma etapa de tratamento de amassamento com álcali e uma etapa de tratamento de sacarificação enzimática são explicados em detalhes nos Exemplos e Exemplos Comparativos.

Observe-se que a % representada nos Exemplos e Exemplos Comparativos da presente invenção indica massa, a menos que de outro modo citado.

<Exemplo 1>

[Tratamento com álcali]

A casca de Eucalyptus globulus foi cortada em quadrados de aproximadamente 4 cm e usada como casca de árvore. 600 g de massa seca absoluta da casca de árvore acima foram imersos a 25 °C por 17 horas em uma solução de álcali com o total de 3000 g, que continha 60 g de hidróxido de sódio e teor de umidade da casca. Após isso, o sólido e o líquido foram separados por uma peneira de 40 mesh.

[Tratamento de refino]

O produto tratado com álcali acima foi moído por um refinador (refinador de disco de alta concentração Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd., KRK, o refinador usado nos Exemplos e Exemplos Comparativos da presente invenção era o mesmo) em um vão livre de 1 mm e uma velocidade de entrada de 100 g/min.

O consumo de energia do refinador requerido para moagem do material acima foi calculado por um acumulador de energia. Observe-se que o consumo de energia foi calculado subtraindo-se um consumo de energia requerido para tomar ocioso o refinador (operação do refinador sem moer a casca de árvore) do consumo de energia requerido para moer a casca. [Tratamento de lavagem]

1 de água pura foram adicionados ao produto refinado acima. Após agitar pro 1 minuto, o produto refinado lavado e o líquido usados para lavar o produto refinado foram filtrados em uma peneira de 40 mesh.

O produto refinado lavado que foi obtido pela filtragem foi aplicado a um saco feito de pano de 420 mesh e então foi submetido à remoção de água por uma centrífuga.

(Tratamento de sacarificação enzimática]

O produto refinado lavado, que foi submetido à remoção de água do acima, foi usado para um tratamento de sacarificação enzimática a 30°C por 20 horas na seguinte composição líquida de reação.

A quantidade de açúcar produzido pela sacarificação enzimática foi medida por um Biosensor BF4 (manufaturado por Oji Scientific Instruments). Os resultados da medição são mostrados na Tabela 1. (Composição líquida da reação)

5% de casca de árvore (massa seca absoluta de casca)

5% de celulase (Multifect CX10L, manufaturado por Genencor Kyowa K. K) mM tampão de ácido acético (pH 4,5) <Exemplo 2>

Um tratamento de moagem e um tratamento de sacarificação foram realizados da mesma maneira que no Exemplo 1, com exceção da realização do tratamento com álcali por imersão da casca de árvore na solução de álcali a 95°C por 90 minutos e o consumo de energia requerido para moagem e a quantidade de açúcar obtidos foram determinados. Os resultados da avaliação são mostrados na Tabela 1.

<Exemplo Comparativo 1>

Com o uso do xilema de Eucalyptus globulus, que foi cortado em quadrados de aproximadamente 2x4 cm, um tratamento com álcali, um tratamento de moagem e um tratamento de sacarificação foram realizados da mesma maneira que no Exemplo 1 e o consumo de energia requerido para moagem e a quantidade de açúcares obtidos foram determinados. Os resultados da avaliação são mostrados na Tabela 1.

<Exemplo Comparativo 2>

Com o uso do xilema de Eucalyptus globulus, que foi cortado em quadrados de aproximadamente 2x4 cm, um tratamento com álcali, um tratamento de moagem e um tratamento de sacarificação foram realizados da mesma maneira que no Exemplo 2 e o consumo de energia requerido para moagem e a quantidade de açúcares obtidos foram determinados. Os resultados da avaliação são mostrados na Tabela 1.

[Tabela 1]

	Consumo de energia (kWh/tBD)	Quantidade de açúcar (%)
Exemplo 1 (Casca de árvore, 25 °C)	35	1,50
Exemplo Comparativo 1 (Xilema, 25°C)	772	0,56
Exemplo 2 (Casca de árvore, 95°C)	10	2,10
Exemplo Comparativo 2 (Xilema, 95 °C)	407	0,95

De acordo com a Tabela 1, no caso de utilizar-se a casca como um material, o consumo de energia requerido para moagem reduziu muito pelo tratamento com álcali, em comparação com o caso de utilizar-se xilema. Além disso, o efeito de promoção da sacarificação enzimática pelo tratamento com álcali, no caso da utilização de casca como um material, foi maior em comparação com o caso de utilização do xilema.

<Exemplo 3>

[Tratamento com álcali]

Um tratamento com álcali foi realizado adicionando-se 2 1 de uma solução de carbonato de sódio a 2,5% a 1000 g de lascas de casca de Eucalyptus globulus, que foram passados através de uma peneira de 10 cm e a mistura foi autoclavada a 140°C por 2 minutos.

[Tratamento de lavagem]

1 de água pura foram adicionados ao produto tratado com álcali. Após agitação por 1 minuto, o produto tratado com álcali e o líquido usado para lavar o produto tratado com álcali foram filtrados por uma peneira de 40 mesh.

O produto tratado com álcali lavado, que foi obtido pela filtragem, foi aplicado a um saco feito de pano de 420 mesh e então foi submetido à remoção de água por uma centrífuga.

[Medição do comprimento da fibra e diâmetro da fibra]

Uma parte do produto lavado foi coletada e a imagem do produto lavado foi registrada por um microscópio híbrido (SH-4500 manufaturado por Hirox Inc.). Os dados da imagem foi binarizado e uma figura do produto lavado foi extraída por um software de processamento/análise (IOMate 2007, manufaturado por I-Spec,Co.,Ltd.) e um comprimento limite, um diâmetro feret horizontal foram medidos por uma medição característica de figura. O comprimento da fibra foi calculado dividindo-se o comprimento limite por dois. O diâmetro de fibra médio foi obtido do menor valor do diâmetro feret vertical/horizontal, com base em partículas menores do que 0,4 grau de circularidade. A relação de cada comprimento de fibra foi indicada em percentagem do número de cada fibra, com base no número da inteira fibra usada para a medição. O comprimento médio da fibra e o diâmetro médio da fibra são mostrados na Tabela 2.

[Tratamento de Refino]

O produto lavado e foi submetido à remoção de água foi moído por um refinador (Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd., KRK, com refinador de disco de alta concentração) em um vão livre de 1 mm e uma velocidade de 100 g/min, o produto moído foi obtido.

[Tratamento de sacarificação enzimática]

Após aproximadamente 1 g do produto moído secado absoluto ter sido introduzido em um tampão de 45 ml de ácido acético 100 mM (pH 5,0), 3 ml de celulase (manufaturada por Genencor Kyowa K. K. Multifect

CX 10L) foram adicionados à solução. O volume final da solução foi ajustado a 50 ml e uma sacarificação enzimática foi realizada a 50°C por 18 horas. Após a reação, o produto tratado enzimaticamente e a solução tratada enzimaticamente foram filtrados por uma peneira de 420 mesh. O produto tratado enzimaticamente foi ainda lavado por 100 ml de água e a água usada para lavagem do produto tratado enzimaticamente foi misturada ao líquido tratado enzimaticamente. Após medir o volume da mistura, uma quantidade de açúcar contido no líquido tratado enzimaticamente foi medida por um método de ácido fenol-sulfurico e a quantidade de açúcar por 1000 g do teor de sólido de casca de árvore foi determinada. O método de ácido fenolsulfurico foi referido como “Method of Determining Reducing Sugar” (autorizado por Sakuzo Fukui, Gakkai Syuppan Center). A quantidade de açúcares obtida é mostrada na Tabela 2.

<Exemplo 4>

Um tratamento de sacarificação enzimática foi realizado da mesma maneira que no Exemplo 3, com exceção da realização do tratamento com álcali pela adição de 7 1 de 2,5% de solução de carbonato de sódio. Além disso, o comprimento médio da fibra e o diâmetro médio da fibra foram determinados. Os resultados são mostrados na Tabela 2.

<Exemplo 5>

[Tratamento de amassamento com álcali]

Um tratamento de amassamento com álcali foi realizado utilizando-se uma lasca de casca de Eucalyptus globulus, que foi passada através de uma peneira de 10 cm e um amassador biaxial (manufaturado por Kurimoto Ltda., KRC-S2) na seguinte condição.

100 g/min de casca de árvore secada por ar foram introduzidos dentro do amassador biaxial e 2,5% de solução de carbonato de sódio foram simultaneamente introduzidos dentro do amassador biaxial na velocidade de 200 ml/ml (com base em 12,5 g de massa seca absoluta da casca de árvore). O ο

tratamento foi realizado para a temperatura do dispositivo de amassamento biaxial ser de 140°C.

[Tratamento de lavagem] ml de água pura foram adicionados aos 3000 g do produto tratamento de amassamento com álcali acima. Após agitar por 1 minuto, o produto tratamento de amassamento com álcali e o líquido usado para lavar o produto tratamento de amassamento com álcali foram filtrados por uma peneira de 40 mesh.

O produto tratamento de amassamento com álcali lavado, que foi obtido pela filtragem, foi aplicado a um saco produzido de pano de 420 mesh e então foi submetido à remoção de água por uma centrífuga.

Após isso, o comprimento e diâmetro da fibra foram determinados pelo método representado no Exemplo 3 e um tratamento de sacarificação enzimática foi realizado e a quantidade de açúcares foi determinada. Os resultados são mostrados na Tabela 2.

[Tabela 2]

	Quantidade de açúcar obtido de 1000 g de matéria prima de casca de árvore (BD) (g)	Quantidade de solução de álcali usada (L)	Comprimento médio da fibra (mm)	Diâmetro médio da fibra (pm)
Exemplo 3	238,4	2	24,5	395
Exemplo 4	409,1	7	23,8	367
Exemplo 5	411,2	2	3,8	225

De acordo com a Tabela 2, foi percebido que a quantidade de açúcares obtida com base na mesma quantidade da segundo circuito de amostragem foi aumentada quando o tratamento com álcali e o tratamento de refino da casca de árvore foram realizados simultaneamente pelo amassador na etapa de tratamento de amassamento com álcali, comparado com quando o tratamento com álcali realizado por um autoclave e o tratamento de refino realizado por um refinador são sucessivamente realizados.

<Exemplo 6>

Uma lasca de casca de Eucalyptus globulus, que foi passada através de uma peneira de 10 mm, foi amassada por um amassador uniaxial (manufaturado pro SEIHO KILO Co., Ltd., SC-15) nas seguintes condições.

Aproximadamente 25 kg de casca de árvore seca absoluta foram introduzidos dentro de uma tremonha do amassador uniaxial e o amassador uniaxial foi operado com uma peneira redonda de 20 mm fixada.

O consumo de energia do amassador uniaxial para amassamento do material acima foi calculado por um acumulador de energia. Observe-se que o consumo de energia foi calculado subtraindo-se um consumo de energia requerido para tomar ocioso o amassador uniaxial (operando o amassador uniaxial sem amassar a casca de árvore) do consumo de energia requerido para amassar a casca de árvore.

O consumo de energia do amassador uniaxial requerido para amassar a casca de árvore foi de 5,3 kWh/t-BD.

[Medição do comprimento/alongamento da fibra]

A imagem do produto moído foi registrada por um microscópio óptico. Os dados da imagem foram binarizados e uma figura do produto moído foi extraída por um software de processamento/análise de imagem (NanoHunter NS2k-Pro, manufaturado por NANO System Corporation) e um comprimento máximo e uma relação de alongamento foram determinados por uma medição característica de figura. A relação de cada comprimento de fibra foi indicada em percentagem da área de cada fibra, com base na área da inteira fibra usada para a medição. Na casca de árvore que não foi fibrizada, o comprimento máximo da direção da fibra foi usado como um comprimento de fibra.

O produto moído formou grande quantidade de fibras. A relação da fibra de 3 mm de diâmetro e relação de alongamento de 100 ou mais foi de 0,85 de cada 1, quando a relação de alongamento do produto moído pela análise de imagem foi determinada.

[Medição de retenção de água]

A casca de árvore amassada é secada para ser uma massa constante a 105 ± 3°C. 100 g de amostra são coletadas da casca de árvore seca amassada e processada e imersos em 1000 g de água por 5 minutos. Cinco minutos após, a inteira quantidade da amostra é filtrada por uma peneira tendo furo de 1 mm (150 mm de diâmetro, 4,2% de relação de área de furo) e determinada a quantidade da água retida na casca de árvore amassada e processada. A percentagem de retenção de água é calculada como segue:

Percentagem de retenção de água = quantidade de água retida (g)/100gx 100).

[Tratamento com álcali]

Após aproximadamente 1 kg de produto amassado a seco absoluto foi misturado a 1 1 de 12,5 % de hidróxido de cálcio e adicionandose água à mistura até 10 L de volume total a mistura foi aquecida a 90°C por 20 minutos, o produto tratado com álcali e a solução de álcali foram filtrados por uma peneira de 40 mesh.

A quantidade de aditivo de álcali foi representada em percentagem, com base na quantidade seca absoluta do produto a ser amassado.

[Tratamento de lavagem]

L de água pura foram adicionados ao produto tratado por álcali filtrado acima. Após agitar por 1 minuto, o produto tratado com álcali e o líquido usado para lavar o produto tratado com álcali foram filtrados por uma peneira de 40 mesh. O produto tratado por álcali lavado, que foi obtido pela filtragem, foi aplicado a um saco feito de pano de 420 mesh e então foi submetido à remoção de água por uma centrífuga.

[Tratamento de refino por moagem]

O produto tratado por álcali lavado acima foi moído por um refinador (refinador de disco de alta concentração Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd., KRK) em um espaço livre de 1 mm e velocidade de entrada de 100 g/min e o produto moído foi obtido.

O consumo de energia requerido do refinador para moagem da casca de árvore com o uso de um acumulador de energia foi de 50 kWh/t-BD. [Tratamento de sacarificação enzimática]

Após aproximadamente 1 g do produto moído a seco absoluto ter sido introduzido dentro de 45 ml de um tampão de ácido acético 100 mM (pH 5,0), 3 ml de celulase (manufaturada por Genencor Kyowa K.K., Multifect (CX10L) foram adicionados à solução. O volume final da solução foi ajustado a 50 ml e uma sacarificação enzimática foi realizada a 50°C por 18 horas. Após a reação, o produto enzimaticamente tratado e a solução enzimaticamente tratada foram filtrados por uma peneira de 420 mesh. O produto enzimaticamente tratado foi ainda lavado com 100 ml de água e a água usada para lavar o produto enzimaticamente tratado foi misturada com o líquido enzimaticamente tratado. Após medir o volume da mistura, a quantidade de açúcar contido no líquido enzimaticamente tratado foi medido por um método de fenol-ácido sulfúrico e a quantidade de açúcar por 1000 g de conteúdo de sólido de casca de árvore foi determinada. As quantidades de açúcar obtido acima são mostradas na Tabela 3.

<Exemplo Comparativo 3>

Exceto usando-se o xilema da lasca de casca de Eucalyptus globulus, que foi passado através de uma peneira de 10 cm como matéria prima, um tratamento de trituração, um tratamento com álcali, um tratamento de lavagem, um tratamento de moagem e um tratamento de sacarificação enzimática foram realizados da mesma maneira que no Exemplo 6.

O consumo de energia para tratamento de trituração, a relação alongamento por uma análise de imagem e o consumo de energia para moagem foram realizados da mesma maneira que no Exemplo 6 e a quantidade de açúcar obtido de 1000 g de casca de árvore foi medida conseguido. O resultado é mostrado na Tabela 3, em comparação com o

Exemplo 6.

<Exemplo 7>

[Tratamento de Trituração]

Uma lasca de casca de Eucalyptus globulus, que foi passada através de uma peneira de 10 cm, foi triturada por triturador biaxial (manufaturado por Kinki Industrial Co., Ltd., PRC-930E) na seguinte condição.

Aproximadamente 25 kg de casca de árvore seca absoluta foram introduzidos em uma tremonha do triturador biaxial e o triturador biaxial foi operado com uma peneira redonda de 20 mm fixada.

O consumo de energia do triturador biaxial para trituração do material acima foi calculado por um acumulador de energia.

Observe-se que o consumo de energia foi calculado subtraindo-se um consumo de energia requerido para tomar ocioso o triturador biaxial (operando o triturador biaxial sem triturar a casca de árvore) do consumo de energia requerido para triturar a casca de árvore.

O consumo de energia do triturador biaxial requerido para triturar a casca de árvore foi de 13,5 kWh/t-BD.

A seguir, o consumo de energia para tratamento de trituração, a relação de alongamento por uma análise de imagem e o consumo de energia para moagem foram realizados da mesma maneira que no Exemplo 6 e a quantidade de açúcares obtida de 1000 g de casca de árvore foi medida. A quantidade de açúcar obtida como resultado é mostrada na Tabela 3.

'Tabela 3]
	Energia consumida para tratamento de trituração (kWh/t-BD)	Relação da fibra de 3 mm de diâmetro longo e relação de alongamento de 100 ou mais	Energia consumida para tratamento de moagem (kWh/t-BD)	Quantidade de açúcar obtido de 1000 g de matéria prima casca de árvore (BD) (g)	Retenção de água (%)

Exemplo 6	5,3	0,85	50	473,3	280
Exemplo 7	13,5	0,32	252	460,0	150
Exemplo Comparativo 3	500	0,2	1298	120	120

De acordo com a Tabela 3, quando o xilema foi usado como matéria prima, aproximadamente 12 a 25 vezes de energia elétrica foi necessária para tratamento de trituração e tratamento de moagem, em comparação com cascas de árvore. Além disso, a quantidade de açúcar obtida de 1000 g de matéria prima caiu bem abaixo daquela da casca de árvore.

Além disso, o produto tratado, em que o xilema foi triturado na mesma condição que a casca de árvore, não formou uma fibra, uma vez que ele continha muitos produtos com saliência no produto tratado. A relação de alongamento de 100 ou mais foi de 0,2.

A seguir, um método para produzir açúcares tendo uma etapa de circulação de cálcio: uma solução de hidróxido de cálcio é usada em uma etapa de tratamento com álcali, casca de árvore e solução de álcali são separadas após a etapa de tratamento com álcali; e o hidróxido de cálcio regenerado de uma solução de álcali ou a solução de álcali é retomada para a etapa de tratamento com álcali, é explicado nos Exemplos 8 e 10.

<Exemplo 8>

Uma lasca de casca de Eucalyptus globulus, que foi passada através de uma peneira de 10 cm, foi triturada por um triturador uniaxial (manufaturado por SEIHO KIKO Co., Ltd., SC-15) na seguinte condição.

217 g da casca de árvore tendo 30,8 % em massa de teor de água (aproximadamente 150 g em massa seca absoluta) foram introduzidos dentro de uma tremonha do triturador uniaxial e o triturador uniaxial foi operado com o uso de uma peneira redonda de φ20 mm.

O consumo de energia do triturador uniaxial para trituração do material acima foi calculado por um acumulador de energia.

Observe-se que o consumo de energia foi calculado subtraindo-se um consumo de energia requerido para tomar ocioso o triturador uniaxial (operando o triturador uniaxial sem triturar a casca de árvore) do consumo de energia requerido para triturar a casca de árvore.

O consumo de energia do triturador uniaxial requerido para triturar a casca de árvore foi de 6,0 kWh por 1 t de peso seco de casca de árvore.

[Tratamento com álcali (Primeira Batelada)]

Em seguida 18,8 g de pó de hidróxido de cálcio (com base em 12,5 % em massa de massa seca absoluta de casca de árvore) terem sido adicionados à casca de árvore triturada acima e bem misturados. 1283 g de água de troca de íons foram adicionados à mistura. Após misturar bem, a mistura foi aquecida a 90°C por 40 minutos.

Após o tratamento com álcali, a concentração que separa o teor de sólido, tal como produto tratado com álcali e o líquido, foi realizada por desidratação centrífuga, com o uso da peneira de 420 mesh.

O produto tratado com álcali concentrado (a úmido) foi de 586 g e o líquido foi de 73,2 % em massa. Além disso, o peso líquido foi de 933 g. [Tratamento de sacarificação enzimática (Primeira batelada)]

O produto tratado por álcali acima foi usada pra o tratamento de sacarificação enzimática da primeira batelada a 50°C por 20 horas, na seguinte composição de líquido de reação (0° ciclo).

O resultado do rendimento de açúcar obtido (g-açúcar integral/matéria prima-g BD) foi mostrado na Tabela 4.

Reação da composição líquida

4% de casca de árvore (massa seca absoluta de casca)

4% celulase (Multifect CX10L, fabricado por Genencor Kyowa K.K)

Tampão de ácido acético 100 mM (pH 5,0) [Etapa de circulação]

Da mesma maneira que acima, 13,5 g de pó de hidróxido de cálcio (com base em 9 % em massa de membrana seletiva aromática de casca de árvore) foram adicionados a 217 g da casca de árvore triturada, que foi triturada pelo triturador uniaxial e misturado bem. Em seguida, 933 g da inteira quantidade do líquido que foi separado por centriíugação na primeira batelada foram adicionados à mistura. Além disso, 362 g de água de troca de íons foram adicionados à mistura e bem misturados. A mistura foi aquecida a 90°C por 40 minutos e o tratamento com álcali da segunda batelada foi obtido. Após isto, o produto tratado por álcali foi introduzido em um saco feito de pano de 420 mesh e então concentração que separa o teor de sólido, tal como produto tratado com álcali e o líquido, foi realizada por desidratação centrífuga. O produto tratado por álcali concentrado (a úmido) foi de 589 g e o líquido foi de 72,8% em massa. Além disso, o peso do líquido foi de 936 g.

O produto tratado com álcali concentrado foi usado para o tratamento enzimático de segunda batelada da mesma maneira que o tratamento enzimático de primeira batelada. O rendimento de açúcar do tratamento enzimático de segunda batelada foi mostrado na Tabela 4. <Exemplo 9>

[Lavagem]

O mesmo produto tratado por álcali da primeira batelada do Exemplo 8 foi produzido. 4570 g de água de troca de íons foram adicionados ao produto tratado com álcali. Após agitar por 5 minutos, o produto tratado por álcali que é um conteúdo de sólido e o líquido foram separados por uma centrifugação com o uso de uma peneira de 40 mesh. O produto lavado que é conteúdo sólido (a úmido) foi 579 g e o líquido foi 73,9% em massa. O peso da descarga foi de 4580 g.

A casca de árvore lavada foi usada para o tratamento de enzimático da mesma maneira que o tratamento enzimático da primeira batelada. O rendimento de açúcar acima foi mostrado na Tabela 4.

Além disso, gás carbonato foi misturado à descarga e obtido um precipitado. O precipitado foi calcinado a 850°C e obtido óxido de cálcio. Em seguida, o óxido de cálcio foi extinto para regenerar hidróxido de cálcio. Cerca de 8 g de hidróxido de cálcio foram regenerados.

<Exemplo 10>

O mesmo produto tratado com álcali concentrado da primeira batelada do Exemplo 8 foi produzido. 921 g de água de troca de íons foram adicionados ao produto acima e moído pelo refinador (Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd.) em vão livre de 0,5 mm.

3560 g de água de troca de íons foram adicionados ao produto moído acima. O tratamento de lavagem e o tratamento enzimático foram realizados da mesma maneira que no Exemplo 9. O rendimento de açúcar foi mostrado na Tabela 4.

Além disso, a descarga gerada nas etapas acima foi usada para regenerar o hidróxido de cálcio da mesma maneira que no Exemplo 9. O hidróxido de cálcio regenerado foi de cerca de 11 g.

Quando o cálcio foi coletado da solução de lavagem, após o tratamento de moagem, o rendimento de cálcio aumentou. Isto é faz supor que uma parte do oxalato de cálcio contendo a casca de árvore é misturada na solução de lavagem. Portanto, entende-se que a eficiência de utilização do cálcio é ainda melhorada.

[Tabela 4]

	Exemplo 8	Exemplo 9	Exemplo 10
Primeira Batelada	Segunda Batelada
Rendimento de açúcar	0,288	0,284	0,303	0,381

De acordo com o Exemplo 8, embora a quantidade de uso do hidróxido de cálcio na segunda batelada seja menor do que aquela da primeira batelada, quando a descarga gerada na etapa de concentração foi usada para a etapa de tratamento com álcali, os mesmos efeitos de tratamento com álcali puderam ser conseguidos. Observe-se que a taxa de redução do hidróxido de cálcio foi de cerca de 28%. A água adicionada recentemente na segunda batelada foi grandemente reduzida em comparação com a primeira batelada.

A razão exata não é conhecida, entretanto, como um efeito do tratamento de lavagem, o tratamento de lavagem pode prover uma melhoria do rendimento de açúcar no tratamento enzimático. Além disso, quando cálcio é coletado da solução de lavagem, aproximadamente 80% do cálcio pode ser coletado e usado.

A seguir, é descrito um método de produção de etanol da presente invenção nos Exemplos 11a 20.

Nos exemplos 11 a 20, as concentrações de etanol foram medidas por um biossensor (manufaturado por Oji Scientific Instrument) e quantidades de produção de etanol foram obtidas. Além disso, o consumo de energia do refinador, requerido para pré-tratamento (fermentação) e tratamento de resíduo, foi calculado por um acumulador de energia. Observese que o consumo de energia foi calculado subtraindo-se um consumo de energia requerido para tomar ocioso o refinador (operando o refinador sem moagem da casca de árvore) de consumo de energia requerido para moer a casca.

Além disso, levedura Saccharomyces cerevisiae foi usada e incubada a 30°C por 24 horas na cultura de líquido tendo a seguinte composição. Em seguida a levedura coletada por uma centrifugação foi usada nos Exemplos 11 a 20.

Composição para pré-cultura de meio líquido

Glicose 30g/L

Polipeptona 5g/L

Essência de levedura 3g/L

Extrato de malte 3g/L pH5,6

Além disso, uma celulase comercialmente disponível, manufaturada por Genencor Kyowa K. K GC220 (celobioidrolase 100 U/mL, β-glucosidase 200 U/mL) foi usada nos Exemplos 11 a 20.

<Exemplo 11>

Lasca de casca de Eucalyptus globulus, que foi passada através de uma peneira de 10 cm, foi triturada por um triturador uniaxial (manufaturado pro SHEIHO KIKO Co., Ltd., SC-15) tendo uma peneira redonda de φ20 mm, foi usado como o material.

500 g de massa seca absoluta do acima foram misturados a 1,3 L de 10% de solução de carbonato de sódio. Após adicionar água à mistura até 5 L de volume total, a mistura foi aquecida a 100°C por 30 minutos.

Após o tratamento com álcali, a separação sólido-líquido foi realizada por uma peneira de 40 mesh e o produto tratado foi moldo por um refinador (refinador de disco de alta concentração Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd., KRK) em uma folga de 0,5 mm.

L de água pura foram novamente adicionados ao produto moído acima. Após agitar por 10 minutos, o produto moído lavado e o líquido usado para lavar o produto moído foram filtrados por uma peneira de 40 mesh e o produto pré-tratado foi obtido.

A concentração do produto pré-tratado foi ajustada a 8%, em seguida 3 g/L de polipeptona, 2 g/L de extrato de levedura, 2 g/L de extrato de malte foram adicionados ao produto pré-tratado. A levedura cultivada em 1 L de tampão líquido e 200 ml de celulase comercialmente disponível foram adicionados ao produto pré-tratado e tratamento de sacarificação/fermentação (Primeiro tratamento de sacarificação/ fermentação) foi realizado a 30°C por 24 h. Em seguida a quantidade de etanol obtido, medindo-se a concentração de etanol na solução de sacarificação/fermentação, foi determinada. O resultado é mostrado na Tabela 5.

<Exemplo 12>

Exceto tratar o produto obtido após tratamento com álcali com o refinador em uma folga de 0,33 mm, a quantidade de produção de etanol foi calculada da mesma maneira que no Exemplo 11.0 resultado é mostrado na

Tabela 5.

<Exemplo 13>

Exceto tratar o produto obtido após o tratamento com álcali com o refinador em uma folga de 0,2 mm, a quantidade de produção de etanol foi calculada da mesma maneira que no Exemplo 11.0 resultado é mostrado na Tabela 5.

<Exemplo 14>

Exceto tratar o produto obtido após o tratamento com álcali com o refinador em uma folga de 0,1 mm, a quantidade de produção de etanol foi calculada da mesma maneira que no Exemplo 11.0 resultado é mostrado na Tabela 5.

<Exemplo 15>

Lasca de casca de Eucalyptus globulus, que foi passada através de uma peneira de 10 cm, triturada por um triturador uniaxial (manufaturado por SEIHO KIKO Co., Ltd., SC-15), tendo uma peneira redonda de φ20 mm, foi usada como o material.

500 g de membrana seletiva aromática do acima foram misturados a 1,3 L de 10% de solução de carbonato de sódio com o uso de uma caçamba de aço inoxidável de 10 L. Após adicionar água para a mistura alcançar 5 L de volume total, a mistura foi aquecida a 100°C por 30 minutos.

Após o tratamento com álcali, a separação de sólido-líquido foi realizada por uma peneira de 40 mesh e o produto tratado foi moído por um refinador (refinador de disco de alta concentração Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd., KRK) em uma folga de 0,5 mm.

L de água pura foram adicionados ao produto moído acima.

Após agitar por 10 minutos, o produto moído lavado e o líquido usado para lavar o produto moído foram filtrados por uma peneira de 40 mesh e o produto pré-tratado foi obtido (Produto pré-tratado A).

A concentração do produto pré-tratado A foi ajustada a 8%, em seguida 3 g/L de polipeptona, 2 g/L de extrato de levedura, 2 g/L de extrato de malte foram adicionados ao produto pré-tratado A. A levedura cultivada em 1 L de tampão líquido e 200 ml de celulase comercialmente disponível foram adicionados ao produto pré-tratado A e o tratamento de sacarificação/fermentação (Primeiro tratamento de sacarificação/ fermentação) foi realizado a 30°C por 24 h. Em seguida, uma quantidade de etanol obtido medindo-se a concentração de etanol na solução de sacarificação/fermentação foi obtida.

Após o primeiro tratamento de sacarificação/fermentação, o resíduo de fermentação foi obtido realizando-se uma separação sólido/líquido em uma peneira de 420 mesh. O resíduo de fermentação foi refinado pelo refinador acima descrito em uma folga de 0,3 mm e o resíduo de fermentação refinado foi introduzido dentro de um recipiente vazio. A concentração do resíduo de fermentação refinado foi ajustada a 8 % pela adição de água e 3 g/L de polipeptona, 2 g/L de extrato de levedura, 2 g/L de extrato de malte foram adicionados ao resíduo de fermentação refinado. A levedura cultivada em 350 ml de tampão líquido e 70 ml de celulase comercialmente disponível foram adicionados ao resíduo de fermentação refinado e o tratamento de sacarificação/ fermentação (Segundo tratamento de sacarificação/ fermentação) foi realizado a 30°C por 24 horas. Em seguida, uma concentração de etanol na solução de sacarificação/fermentação foi medida e a quantidade total do etanol obtida na primeira solução de sacarificação/fermentação e na segunda solução de sacarificação/fermentação foi determinada. O resultado é mostrado na Tabela 5.

<Exemplo 16>

Exceto que refinando o resíduo de fermentação com o refinador em uma folga de 0,2 mm, a quantidade de produção de etanol foi calculada da mesma maneira que no exemplo 15. O resultado é mostrado na Tabela 5.

<Exemplo 17>

Exceto que refinando o resíduo de fermentação com o refinador em uma folga de 0,1 mm, a quantidade de produção de etanol foi calculada da mesma maneira que no Exemplo 15. O resultado é mostrado na Tabela 5.

<Exemplo 18>

No tratamento de refino do resíduo de fermentação, exceto não refinando o resíduo de fermentação com o refinador em uma folga de 0,3 mm, e a segunda sacarificação/fermentação foi realizado, a quantidade de produção de etanol foi calculada da mesma maneira que no Exemplo 15. O resultado é mostrado na Tabela 5.

Tabela 5]
	Folga do refinador (prétratamento )	Folga do refinador (Tratamento residual)	Quantidade de etanol produzido	Energia elétrica	(wh/g)
Pré-tratamento	Tratamento residual
Exemplo 11	0,5 mm	-	43,5 g	224	-
Exemplo 12	0,3 mm	-	46,5 g	276	-
Exemplo 13	0,2 mm	-	49,0 g	445	-
Exemplo 14	0,1 mm	-	54,5 g	816	-
Exemplo 15	0,5 mm	0,3 mm	59,5 g	224	3
Exemplo 16	0,5 mm	0,2 mm	60,5 g	224	5
Exemplo 17	0,5 mm	0,1 mm	61,0 g	224	6
Exemplo 18	0,5 mm	não-tratado	49,0 g	224	0

De acordo com a Tabela 5, o resíduo de fermentação da casca de árvore, após a etapa de fermentação enzimática, foi capaz de ser tratado sem consumir qualquer energia eletrônica. O rendimento total de etanol melhorou realizando-se a sacarificação/fermentação repetidamente após o tratamento mecânico.

Além disso, no tratamento mecânico da casca de árvore antes da sacarificação enzimática, mais energia elétrica era consumida com menos folga do refinador, tal como uma folga de 0,1 mm, e energia elétrica de 816 wh/g. Entretanto, se a fibra pré-tratada fosse refinada em uma folga de 0,5 mm e o resíduo de fermentação fosse refinado em uma folga de 0,1 mm, a energia elétrica total era capaz de ser reduzida para 224 wh/h e a quantidade de rendimento de etanol era aumentada. Supõe-se que a redução da energia elétrica total era conseguida refinando-se a fibra usando-se o tratamento de fermentação e melhoria do rendimento de etanol era conseguida por exposição da celulose pelo tratamento mecânico do resíduo de fermentação. <Exemplo 19>

O experimento foi realizado da mesma maneira que no exemplo 15, até o final da primeira etapa de sacarificação.

Após o primeiro tratamento de sacarificação/fermentação, o resíduo de fermentação foi obtido realizando-se a separação sólido-líquido com uma peneira de 420 mesh (Resíduo de fermentação C).

Por outro lado, mais uma vez o produto pré-tratado A antes da primeira etapa de sacarificação da mesma maneira que no Exemplo 15 foi obtido. O produto pré-tratado A e o resíduo de fermentação C foram introduzidos dentro de um recipiente de reação. A concentração da mistura dentro do recipiente foi ajustada a 8 % pela adição de água e 3 g/L de polipeptona, 2 g/L de extrato de levedura e 2 g/L de extrato de malte foram adicionados ao resíduo de fermentação refinado. A levedura cultivada nos 1,35 L de tampão líquido e 270 ml de celulase comercialmente disponível foram adicionados à mistura e o tratamento de sacarificação/fermentação (Primeiro tratamento de sacarificação/ fermentação) foi realizado a 30°C por 24 h. Em seguida, a concentração de etanol na solução de sacarificação/fermentação foi medida.

O resultado do Exemplo 19 é mostrado na Tabela 6. <Exemplo 20>

O experimento foi realizado da mesma maneira que no Exemplo 15, até o final da primeira etapa de sacarificação.

Após o primeiro tratamento de sacarificação/fermentação, o resíduo de fermentação foi obtido realizando-se a separação sólido-líquido com uma peneira de 420 mesh. O resíduo de fermentação foi refinado pelo refmador acima em uma folga de 0,3 mm (Resíduo tratado B).

Por outro lado, mais uma vez o produto pré-tratado A antes da primeira etapa de sacarificação, da mesma maneira que no Exemplo 15, foi obtido. O produto pré-tratado A e o resíduo tratado B foram introduzidos dentro de um recipiente de reação. A concentração da mistura dentro do recipiente foi ajustada a 8 % adicionando-se água e 3 g/L de polipeptona, 2 g/L de extrato de levedura, 2 g/L de extrato de malte foram adicionados ao resíduo de fermentação refinado. A levedura cultivada em 1,35 L de tampão líquido e 270 ml de celulase comercialmente disponível foram adicionados à mistura e um tratamento de sacarificação/fermentação (Primeiro tratamento de sacarificação/ fermentação) foi realizado a 30°C por 24 h. Em seguida a concentração de etanol na solução de sacarificação/fermentação foi medida.

O resultado do Exemplo 20 é mostrado na Tabela 6.

[Tabela 6]

	Folga do refmador (prétratamento)	Folga do refmador (Tratamento residual)	Quantidade de etanol produzido	Energia elétrica (wh/g)
Pré-tratamento	Tratamento residual
Exemplo 19	0,5 mm	não-tratado	46,2 g	224	0
Exemplo 20	0,5 mm	0,3 mm	56,4 g	224	3

<Exemplo 21>

Lasca de casca Eucalyptus globulus _t que foi passada através de uma peneira de 10 cm, foi triturada por um triturador uniaxial (manufaturado por SEIHO KILO Co., Ltd. SC-15) sob as seguintes condições.

723 g de casca de árvore tendo 30,8 % em massa de teor de água (aproximadamente 500 g de massa seca absoluta) foram introduzidos dentro de uma tremonha do triturador uniaxial e o triturador uniaxial foi operado com o uso de uma peneira redonda φ20 mm. A casca de árvore que foi triturada pelo triturador uniaxial foi coletada em uma caçamba de aço inoxidável de 10 L.

[Tratamento com álcali]

62,4 g de pó de hidróxido de cálcio (com base em 12,5 % em massa de massa seca absoluta de casca de árvore) foram misturados com a casca de árvore triturada acima e água foi adicionada à mistura até completar 5 L de volume total. Após misturar bem a mistura, ela foi aquecida a 90°C por 40 minutos.

Após o tratamento com álcali, concentração que separa o conteúdo sólido, tal como produto tratado com álcali e o líquido foi realizada por desidratação centrífuga com o uso da peneira de 40 mesh.

O produto tratado com álcali concentrado (a úmido) foi de cerca de 1,9 kg e o líquido foi de 73,2 % em massa. Além disso, o peso do líquido foi de 3,1 kg. O líquido foi armazenado como um filtrado (a). [Tratamento de moagem]

O produto tratado com álcali concentrado acima foi refinado pelo refinador (refinador de disco de alta concentração Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd.) em uma folga de 0,5 mm.

L de água pura foram adicionados ao produto moído acima. Após agitar por 10 minuto, o produto pré-tratado lavado (produto pré-tratado (b)) e o líquido usado para lavar o produto pré-tratado foram filtrados por uma peneira de 40 mesh. O líquido filtrado foi armazenado como um filtrado (c). [Tratamento de sacarificação/fermentação]

O produto pré-tratado (b) foi introduzido dentro de um recipiente de reação e a concentração do produto pré-tratado (b) foi ajustada a 8 % pela adição de água ao recipiente. Após isso, 3 g/L de polipeptona, 2 g/L de extrato de levedura e 2 g/L de extrato de malte foram adicionados ao produto pré-tratado (b). A levedura cultivada em 1 L de tampão líquido e 200 ml de celulase comercialmente disponível foi adicionada ao produto prétratado (b) e o tratamento de sacarificação/ fermentação (Primeiro tratamento de sacarificação/fermentação) foi realizado a 30°C por 24 horas. Em seguida,

a quantidade de etanol obtida medindo-se a concentração de etanol na solução de sacarificação/fermentação foi obtida.

Após o primeiro tratamento de sacarificação/fermentação, o resíduo de fermentação foi obtido realizando-se uma separação sólido-líquido por uma peneira de 420 mesh. O líquido filtrado foi evaporado na etapa de evaporação e etanol foi obtido.

O resíduo de fermentação foi refinado pelo refinador acima descrito em uma folga de 0,3 mm e o resíduo de fermentação refinado foi introduzido dentro de um recipiente vazio. A concentração do resíduo de fermentação refinado foi ajustada a 8 % pela adição de água e 3 g/L de polipeptona, 2 g/L de extrato de levedura, 2 g/L de extrato de malte foram adicionados ao resíduo de fermentação refinado. A levedura cultivada nos 350 mL de tampão líquido e 70 ml de celulase comercialmente disponível foram adicionados ao resíduo de fermentação refinado e tratamento de sacarificação/fermentação (Segundo tratamento de sacarificação/fermentação) foi realizado a 30°C por 24 horas. Em seguida, a concentração de etanol na solução de sacarificação/fermentação foi medida e a quantidade total do etanol obtido na primeira solução de sacarificação/fermentação e na segunda solução de sacarificação/ fermentação foi calculada.

Após o segundo tratamento de sacarificação/fermentação, um resíduo final foi obtido realizando-se uma separação sólido-líquido com o uso de uma peneira de 420 mesh. O líquido filtrado foi usado na etapa de evaporação e evaporado.

[Tratamento residual e de filtrado]

Após separar etanol na etapa de evaporação, o líquido foi retomado para a primeira etapa de sacarificação/fermentação e o teor de sólidos e o resíduo final foram calcinados para produzir óxido de cálcio.

Por outro lado, gás carbonato foi misturado ao filtrado (a) e (c) e o precipitado produzido e o resíduo final foram calcinados. O óxido de

cálcio obtido foi de aproximadamente 92 g. A quantidade foi muito mais do que a quantidade predita do hidróxido de cálcio introduzido e presume-se que a maior parte do oxalato de cálcio da casca de árvore foi recuperada como o hidróxido de cálcio.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

A presente invenção provê um método de realizar uma sacarificação enzimática de cascas de árvore com menos energia e produção de etanol. A presente invenção também provê um método para produzir bioetanol de uma casca de árvore que não tinha sido convencionalmente 10 usada em indústrias como recursos baseados em madeira.

Claims (7)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Método para produzir açúcares a partir de cascas de árvore, caracterizado pelo fato de compreender:

   uma etapa de tratamento alcalino, em que as cascas de árvore

   5 são trituradas por um triturador uniaxial antes da etapa de tratamento alcalino e as cascas de árvore trituradas são imersas em uma solução de composto alcalino na etapa de tratamento alcalino, uma etapa de tratamento de refino, que mói com um refinador as cascas de árvore tratadas de modo alcalino, e

   10 uma etapa de sacarificação enzimática, que sacarifica com enzimas as cascas de árvore refinadas.
2. 2. Método para produzir açúcares de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a retenção de água das cascas de árvore trituradas antes da imersão alcalina é de 280 a 400%.

   15
3. 3. Método para produzir açúcares de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que o composto alcalino é hidróxido de cálcio, e em que o método compreende adicionalmente: separação das cascas de árvore e da solução alcalina após a etapa de tratamento alcalino e retomo do hidróxido de cálcio regenerado da solução 20 alcalina ou retomo da solução alcalina para a etapa de tratamento alcalino.
4. 4. Método para produzir açúcares de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de o gênero de árvore das cascas de árvore pertencer a Eucalyptus.
5. 5. Método para produzir etanol, caracterizado pelo fato de

   25 compreender:

   uma etapa de fermentação, que fermenta os açúcares produzidos pelo método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4.
6. 6. Método para produzir etanol de acordo com a reivindicação

   Petição 870180138235, de 05/10/2018, pág. 6/7

   5, caracterizado pelo fato de que resíduos de fermentação gerados pela etapa de fermentação são mecanicamente tratados, os resíduos de fermentação mecanicamente tratados são sacarificados e fermentados.
7. 7. Método para produzir açúcares de acordo com qualquer uma

   5 das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que um conteúdo inorgânico gerado dos resíduos de fermentação obtidos pelo método para produzir etanol como definido na reivindicação 5 é calcinado para permitir que o conteúdo inorgânico forme óxido de cálcio e o óxido de cálcio é extinto e usado na etapa de tratamento com álcali.