EP2462235A2 - Process for producing sugars from lignocellulosic biomass involving a step of alcohol-alkaline delignification - Google Patents

Process for producing sugars from lignocellulosic biomass involving a step of alcohol-alkaline delignification

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EP2462235A2
EP2462235A2 EP10717481A EP10717481A EP2462235A2 EP 2462235 A2 EP2462235 A2 EP 2462235A2 EP 10717481 A EP10717481 A EP 10717481A EP 10717481 A EP10717481 A EP 10717481A EP 2462235 A2 EP2462235 A2 EP 2462235A2
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EP
European Patent Office
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alcohol
products
subjected
xylose
reacted
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10717481A
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German (de)
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Karin Fackler
Kurt Messner
Chularat Krongtaew
Ortwin Ertl
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Annikki GmbH
Original Assignee
Annikki GmbH
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Publication date
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    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of
  • Carbohydrate split products in particular sugars, such as pentoses and hexoses, from a lignocellulosic material.
  • the invention further relates to a process for the production of alcohol from the sugars.
  • Lignocellulose can be converted in two fundamentally different ways: 1) the “Thermochemical Platform", in which the lignocellulose is first gasified and the syngas is synthesized into desired products, and 2) the “Sugar Platform", where the main interest is in the Use of the bound in the polymers cellulose and hemicelluloses sugar, while lignin is still mainly used for energy.
  • the present invention is to be associated with the second route.
  • the sugars of lignocellulose are present in tightly crosslinked, polymeric, crystalline structures of cellulose and hemicelluloses, which are additionally surrounded by a lignin coat, resulting in an extremely dense complex.
  • the most obvious way to extract sugar from lignocellulose would be the direct use of cellulases and hemicellulases. However, this is made more difficult on the raw material straw or wood by the density of the above-mentioned complex. Due to their high molecular weight enzymes are unable to penetrate through the narrow pores in the lignocellulose. This means that a first step must be taken which increases the porosity of the lignocellulose and thereby allows further enzymatic saccharification.
  • pretreatment pretreatment, digestion
  • second generation biofuels up to 1/3 of the production costs have to be spent, which has a negative impact on profitability.
  • the applied methods are aimed either at primarily liquefying the hemicelluloses (eg steam explosion, dilute acid-pretreatment) or at increasing the porosity by liquefying lignin (eg urn, ammonia-pretreatment).
  • the digested lignocellulose substrate can be treated enzymatically for the recovery of sugars or their oligomers, wherein the type of pretreatment can have a strong influence on the enzyme activity and the yield.
  • Reaction temperatures often give rise to toxic degradation products (for example furfural) which, in the case of an immediately connected ethanol fermentation, can inhibit the yeasts; see, for. Chandra et al., Advances in Biochemical Engineering / Biotechnology, 108: 67, 2007; Mansfield et al., Biotechnol. Prog. 15: 804, 1999.
  • toxic degradation products for example furfural
  • a technological improvement in this area e.g. By developing low temperature processes (i.e., at a temperature below 100 ° C), significant progress in any material use of the raw material would be lignocellulose. This is the object of the present invention.
  • EP 1 025 305 B1 discloses a chemical process for lignin depolymerization (Cu system). It relies on the catalytic action of complexed copper in conjunction with hydrogen peroxide or organic hydroperoxides and is capable of oxidatively cleaving lignin at temperatures below 100 ° C. The used
  • Complexing agents are pyridine derivatives. Synthetic lignin models have been shown to cleave ether bonds of the lignin molecule when H 2 O 2 is used as the oxidant, causing the lignin polymer to break down into oligomeric subunits. When using the Cu system with an excess of organic hydroperoxides, it is possible to delignify wood. The H 2 O 2 -based system appears to be better technically feasible, was used as a bleach additive in peroxide bleaching of kraft pulp and resulted in an improved delignification rate and higher whiteness.
  • a process for the production of pulp is known in which the starting material is subjected to a pretreatment, wherein the material is treated with a buffer solution and a delignification catalyst (transition metal).
  • the delignification is carried out in the presence of oxygen, hydrogen peroxide or ozone.
  • a lignocellulosic material with an aqueous solution containing an alcohol, especially a C I-4 - treated contains alcohol or a phenol and having a pH 11.0 to 14.0, to cleave lignocellulose and cleavage products from separating the material to obtain a cellulosic and hemicellulose enriched material, and
  • the resulting cellulosic and hemicellulose enriched material is treated with at least one carbohydrate-cleaving enzyme to recover the carbohydrate cleavage products.
  • Suitable alcohols are aliphatic or cycloaliphatic, monohydric or polyhydric alcohols or phenols, eg. B. Ci -6 - alcohols, in particular a such as methanol, ethanol, propanol and butanol, including their isomers; Glycols (ethanediols, propane, butane, pentane, hexanediols), glycerol, propenol, butenol, cyclopentanol, cyclohexanol, benzyl alcohol; or phenols, such as phenols, cresols, catechols, naphthols, but also amino alcohols, such as ethanolamine, methanolamine and hexanolamine. Preferred is a C 1-4 alcohol.
  • phenols are disclosed in U.S. Patent Nos. 5,429,648, 4,329,688, 4,348,359, and 5,348,3
  • the alcoholic solution of the lignin extract also offers agreeable options in the further processing of the lignin or xylan cleavage products.
  • Alcohol is in an aqueous solution in the inventive method preferably in an amount of 10 to 70 vol%, z. B. 20 to 50 vol%, preferably from 30 to 40 vol% before.
  • the lignocellulosic material is preferably present in the aqueous solution in a consistency of 3-40% by weight, such as 5-40% by weight, in particular 5-20% by weight.
  • the lignocellulose is at a temperature of below 100 ° C, such as below 80 ° C, z. B. cleaved below 60 0 C.
  • the pH can be adjusted with a base, preferably an inorganic base, for example sodium hydroxide solution.
  • a base preferably an inorganic base, for example sodium hydroxide solution.
  • the present invention is based on the realization that a with an aqueous basic solution containing an alcohol, especially a Ci -4 - containing alcohol or phenol, and having a pH of 11.0 to 14.0, treated lignocellulosic Material can be processed enzymatically in higher yield to carbohydrate cleavage products, such as sugars, as a delignified in any other way material, in particular without the addition of alcohol.
  • an alcohol especially a Ci -4 - containing alcohol or phenol
  • treated lignocellulosic Material can be processed enzymatically in higher yield to carbohydrate cleavage products, such as sugars, as a delignified in any other way material, in particular without the addition of alcohol.
  • carbohydrate cleavage products mainly pentoses and hexoses are formed.
  • Preferred sugars include xylose and glucose.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the cellulosic and hemicellulose-enriched material is treated with a xylanase and a cellulase to recover the sugars.
  • lignocellulosic material is preferably straw, energy grasses, such. B.
  • Switchgrass elephant grass or abaca, sisal, bagasse, or atypical
  • Lignocellulosic substrates such as husks, e.g. Rice husks, preferably straw, energy grasses bagasse or husks, particularly preferably straw or bagasse, z.
  • husks e.g. Rice husks
  • Straw has a highly hydrophobic surface, so wetting with aqueous solutions is a problem. It has been found that it is possible by the use of alcohol, even without pressure to introduce the reaction solution into the pores of the substrate and to replace the existing air by reaction solution. It has also been shown that alcohol accelerates the extraction of the cracking products from straw and helps to keep the lignin cleavage products in solution. Furthermore, it has been shown that, in contrast, alcohol reduces the solubility of the hemicellulose and its cleavage products and thus the hemicellulose is held in the substrate.
  • the substrate concentration is increased, so that smaller amounts of enzyme to the enzymatic
  • the alcoholic solution of the lignin extract also offers improved possibilities in the further processing of the lignin and the production of products from lignin. It has also been found that the use of alcohol, in particular a C4 alcohol or a phenol, in the alkaline digestion below 100 ° C, the degradation of hemicelluloses is largely prevented, so that almost all of the hemicellulose for further enzymatic cleavage and conversion xylose is available for higher value products and not, as with other processes, partly in
  • Digestion is degraded and obtained as a lignin / sugar mixture.
  • the delignification carried out in the digestion increases the porosity of the cell walls of the lignocellulosic material, for example in the case of straw, to such an extent that almost all xylose becomes accessible to the xylanase and approximately 100% of the xylan hydrolyzed and xylose can be recovered.
  • the enzymatic conversion can take place either directly in the mixture of xylose solution and solid, or else with the xylose solution separated off from the solid.
  • the residual alcohol remaining in the substrate after pressing the solid can be used directly as a substrate for the decomposition process
  • Alcohol dehydrogenase can be used for the regeneration of NAD to NADH. If the process is designed so that the residual alcohol remaining in the reaction mixture is (partially) consumed from the digestion, an alcohol removal from the
  • the alcohol acts as a radical scavenger and solvent for cleavage products from enzymatic, biomimetic or chemical depolymerization of the higher molecular weight lignin cleavage products
  • the inventive method allows, for example, the separation of the three
  • Digestion which occur predominantly in the temperature range between 150 ° C and 200 0 C, is its reaction temperature below 100 ° C.
  • the low energy consumption allowed It is important to use the lignin obtained during digestion not as an energy source for the digestion process, but as a valuable substance.
  • the lignin-containing solution is separated off according to the method of the present invention, and the digested solid is preferably co-precipitated a xylanase, e.g. B. 6-72 hours at 30-90 ° C and the liquid phase separated from the solid, whereupon the liquid phase to
  • the remaining after separation of the liquid phase solid is preferably treated with cellulase, which can be obtained by further fermentation of the solid / glucose solution, ethanol, butanol or other fermentation products; or the remaining solid is subjected to a thermal or thermochemical material conversion and the resulting products, such as fuel components, fuel additives and / or other chemical products, such as.
  • cellulase can be obtained by further fermentation of the solid / glucose solution, ethanol, butanol or other fermentation products; or the remaining solid is subjected to a thermal or thermochemical material conversion and the resulting products, such as fuel components, fuel additives and / or other chemical products, such as.
  • phenols are separated; or the remaining solid is subjected to microbial conversion by bacteria, yeasts or fungi; or the remaining solid is subjected to a further delignification step for the purpose of obtaining a cellulosic fibrous material.
  • the remaining solid can be fermented in a biogas plant and biogas
  • xylitol One of the most economically interesting derivatives of xylose is xylitol.
  • xylose recovery The main sources of xylose recovery are pulping liquors from the pulp industry, which contain a wealth of degradation products, mainly lignin and hemicellulose, so that xylose must first be obtained through laborious separation and purification steps. So describes z. BH Harms in "Welcome to the natural world of Lenzing, world leader in cellulose fiber technology", autumn conference of the Austrian paper industry, Frantschach (15. 11. 2007) the extraction of xylose from the caustic solution by gel filtration, a technically very complex method usually not for Bulk products application finds. The thus obtained xylose is then catalytically converted to xylitol.
  • the xylose obtained according to the present invention is fermentation-free converted into xylitol by reaction with a xylose reductase, e.g. B. a xylose dehydrogenase, for example from Candida tenuis, wherein optionally a xylose reductase and optionally a co-substrate for the regeneration of the co-factor and optionally alcohol dehydrogenase and optionally NAD (P) H is added to the xylose solution; in particular, wherein the obtained xylitol by filtration of the xylose reductase, e.g. B. a xylose dehydrogenase, for example from Candida tenuis, wherein optionally a xylose reductase and optionally a co-substrate for the regeneration of the co-factor and optionally alcohol dehydrogenase and optionally NAD (P) H is added to the xylose solution; in particular, wherein the obtained
  • Wheat straw is crushed to a particle size of about 2 cm. 5 g crushed
  • Wheat straw is suspended in a 500 mL reaction vessel in 200 mL of a solution consisting of 49.5% water, 50% ethanol and 0.5% hydrogen peroxide.
  • the suspension is heated to 50 ° C. in a water bath, thermostated and the pH of the suspension is adjusted to a starting pH of 12 using aqueous NaOH solution.
  • the mixture is continuously magnetically stirred at 200 rpm, 60 ° C. for 24 hours. Thereafter, the solid content is filtered off and washed with distilled water II.
  • Accellerase 1000 Suspension (www.genencor.com). Accellerase is an enzyme mixture of cellulases and hemicellulases. The enzymatic hydrolysis was carried out at 50 ° C. in a shaking water bath.
  • the soluble monomers of hexoses and pentoses released after 48 hours were determined in the form of reducing sugars by the DNA method (Miller et al., Analytical Chemistry 31 (3): 426, 1959) in 1 mL of liquid supernatant, weighed out to the amount pretreated Substrate and expressed in percent of the maximum theoretical yield.
  • Wheat straw is crushed to a particle size of about 2 cm.
  • 2.5 g of crushed wheat straw is suspended in 200 mL of a solution consisting of 49.5% water and 50% isopropanol in a 500 mL reaction vessel.
  • the suspension is at 50 ° C in Heated, thermostated and the pH of the suspension with aqueous NaOH solution to a starting pH of 13 (or 14) adjusted.
  • the mixture is continuously magnetically stirred at 200 rpm, 60 ° C. for 24 hours. After that, the
  • the reaction solution contains 5 mg / mL xylose.
  • Xylose reductase from Candida tenuis reduces xylose to xylitol.
  • This XR requires as coenzyme NADH (nicotinamide adenine dinucleotide reduced), which is oxidized in the reaction to the coenzyme NAD + .
  • NADH nicotinamide adenine dinucleotide reduced
  • the regeneration of the oxidized cofactor is carried out by parallel activity of an alcohol dehydrogenase (ADH: enzyme-linked regeneration).
  • ADH alcohol dehydrogenase
  • Isopropanol is used as the co-substrate.
  • Isopropanol and NAD + are converted by the ADH to NADH and acetone as shown in Reaction Scheme 1: REACTION SCHEME 1
  • Table 1 shows the reaction ratios in the 5 different experimental reactions # 049, # 050, # 051, # 052, # 053 and # 054:
  • sample # 049 The substrate concentration of sample # 049 was determined by HPLC to be 0.9 mg / mL.
  • Reaction mixture # 050 contains only xylose reductase (0.1 U / mL) and NADH (1 mM). After the 15 hour reaction, 0.085 mg of xylose was consumed. The xylitol concentration was below the detection limit.
  • Reaction # 052 is similar to Reaction # 050, but with the difference that the regeneration system is used here. It comes to the total sales of
  • xylose concentration was determined to be 2.121 mg / mL, which corresponds to the expected xylose concentration.
  • Reaction # 054 is similar to Reaction # 052, but involves a factor of 2 increased xylose start concentration (50% substrates in the reaction). The concentration of xylitol produced was measured with 0.945 mg of xylitol. Used concentrations: XR (0.1 WmL), NADH (1 mM), ADH (0.25 U / mL) and isopropanol (5%).
  • Example 2 was prepared.
  • the cosubstrate used is ethanol.
  • the volume of the substrate solution was reduced to 50% (see Example 2) using a rotavapor to increase the xylose concentration ( ⁇ 10 mg / mL xylose).
  • the regeneration of the oxidized cofactor was carried out by the activity of the candida tenius xylose reductase (XR) used and the additional activity of an aldehyde dehydrogenase from Saccharomyces cerevisiae used (Sigma-Aldrich: catalog number A6338; (EC) Number: 1.2.1.5; CAS Number: 9028-88-0). These are both about a substrate-coupled as well as an enzyme-coupled reaction.
  • the cosubstrate used is ethanol. Ethanol and NAD + are converted in the first step by the activity of the XR to NADH and acetaldehyde.
  • NADH Reduction equivalents
  • Table 3 shows the reaction conditions of the 4 different reaction reactions 247, 249, 250 and 253. There were different ethanol concentrations and AldDH concentrations used. The cofactor and substrate concentrations were kept constant.
  • Thermomixer 500 rpm
  • reaction 249 The maximum yield (reaction 249) could be achieved with an ethanol concentration of 1.2 mol / L. A total of 1.38 mg / mL xylitol was produced, which corresponds to a yield of 21.2% of theory of xylitol.
  • Table 4 summarizes the results of the reactions based on the HPLC measurement data.

Abstract

The invention relates to a method for producing carbohydrate cleavage products, characterized by the combination of the measures in which lignocellulosic material having an aqueous solution that contains an alcohol, in particular a C1-4 alcohol or a phenol, and has a pH between 11.0 and 14.0 is treated in order to cleave lignocellulose and to remove cleavage products from the material, a material enriched with cellulose and hemicellulose being obtained, and the obtained material enriched with cellulose and hemicellulose being treated with at least one carbohydrate-cleaving enzyme in order to obtain the carbohydrate cleavage products.

Description

Verfahren zur Herstellung von Kohlenhydratspaltprodukten aus einem lignocellulosischen  Process for the preparation of carbohydrate cleavage products from a lignocellulosic
Material  material
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von The present invention relates to a process for the preparation of
Kohlenhydratspaltprodukten, insbesondere Zuckern , wie Pentosen und Hexosen, aus einem lignocellulosischen Material. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Gewinnung von Alkohol aus den Zuckern. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung und Carbohydrate split products, in particular sugars, such as pentoses and hexoses, from a lignocellulosic material. The invention further relates to a process for the production of alcohol from the sugars. For the purposes of the present description and
Patentansprüche soll der Begriff„Zucker" auch„Zucker-Oligomere" umfassen. Claims, the term "sugar" should also include "sugar oligomers".
Im Zusammenhang mit der Verknappung von Rohöl und der Diskussion um Getreide als Energielieferant gewinnt der nachwachsende Rohstoff Lignocellulose (Stroh, Holz, In connection with the scarcity of crude oil and the discussion about grain as an energy supplier, the renewable raw material lignocellulose (straw, wood,
Papierabfälle etc.) als Ausgangsmaterial für Treibstoffe oder chemische Produkte sehr an Bedeutung. Die Konversion der Lignocellulose kann nach zwei grundlegend verschiedenen Wegen erfolgen: 1 ) der„Thermochemical Platform", bei der die Lignocellulose zuerst vergast und die Synthesegase zu gewünschten Produkten synthetisiert werden, und 2) die „Sugar Platform", bei der das Hauptinteresse in der Nutzung der in den Polymeren Cellulose und Hemicellulosen gebundenen Zucker besteht, während Lignin noch vorwiegend energetisch genutzt wird. Die vorliegende Erfindung ist dem zweiten Weg zuzuordnen. Paper waste, etc.) as a starting material for fuels or chemical products very important. Lignocellulose can be converted in two fundamentally different ways: 1) the "Thermochemical Platform", in which the lignocellulose is first gasified and the syngas is synthesized into desired products, and 2) the "Sugar Platform", where the main interest is in the Use of the bound in the polymers cellulose and hemicelluloses sugar, while lignin is still mainly used for energy. The present invention is to be associated with the second route.
Im Gegensatz zur Stärke liegen die Zucker der Lignocellulose in eng vernetzten, polymeren, kristallinen Strukturen der Cellulose und Hemicellulosen vor, die zusätzlich von einem Ligninmantel umhüllt sind, wodurch sich ein äußerst dichter Komplex ergibt. Der naheliegendste Weg, um aus Lignocellulose Zucker zu gewinnen, wäre der direkte Einsatz von Cellulasen und Hemicellulasen. Dies wird jedoch am Rohstoff Stroh oder Holz durch die Dichte des oben erwähnten Komplexes erschwert. Durch ihr hohes Molekulargewicht sind Enzyme nicht imstande durch die engen Poren in die Lignocellulose einzudringen. Dies bedeutet, dass ein erster Schritt gesetzt werden muss, der die Porosität der Lignocellulose erhöht und dadurch die weitere enzymatische Verzuckerung ermöglicht. In contrast to starch, the sugars of lignocellulose are present in tightly crosslinked, polymeric, crystalline structures of cellulose and hemicelluloses, which are additionally surrounded by a lignin coat, resulting in an extremely dense complex. The most obvious way to extract sugar from lignocellulose would be the direct use of cellulases and hemicellulases. However, this is made more difficult on the raw material straw or wood by the density of the above-mentioned complex. Due to their high molecular weight enzymes are unable to penetrate through the narrow pores in the lignocellulose. This means that a first step must be taken which increases the porosity of the lignocellulose and thereby allows further enzymatic saccharification.
Dieser erste Schritt wird als„Pretreatment" (Vorbehandlung, Aufschluss) bezeichnet. Er ist durchwegs sehr aufwändig, sodass z.B. bei der Herstellung von„second generation biofuels" bis zu 1/3 der Produktionskosten dafür aufgewendet werden müssen, was die Rentabilität negativ beeinflusst. Die angewandten Verfahren zielen entweder darauf ab, primär die Hemicellulosen zu verflüssigen (z.B. steam explosion-, dilute acid-pretreatment) oder die Erhöhung der Porosität durch Verflüssigung von Lignin (z.B. Urne-, ammonia-pretreatment) zu erreichen. This first step is referred to as "pretreatment" (pretreatment, digestion), which is very time-consuming, so that, for example, in the production of "second generation biofuels" up to 1/3 of the production costs have to be spent, which has a negative impact on profitability. The applied methods are aimed either at primarily liquefying the hemicelluloses (eg steam explosion, dilute acid-pretreatment) or at increasing the porosity by liquefying lignin (eg urn, ammonia-pretreatment).
Das aufgeschlossene Lignocellulose-Substrat kann zur Gewinnung von Zuckern bzw. ihrer Oligomere enzymatisch weiterbehandelt werden, wobei die Art der Vorbehandlung starken Einfluss auf die Enzymaktivität und die Ausbeute haben kann. Bei hohen The digested lignocellulose substrate can be treated enzymatically for the recovery of sugars or their oligomers, wherein the type of pretreatment can have a strong influence on the enzyme activity and the yield. At high
Reaktionstemperaturen entstehen vielfach toxische Abbauprodukte (z.B. Furfural), welche im Falle einer unmittelbar angeschlossenen Ethanol-Gärung, die Hefen hemmen können; siehe z. B. Chandra et al., Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology, 108:67, 2007; Mansfield et al., Biotechnol.Prog. 15:804, 1999. Reaction temperatures often give rise to toxic degradation products (for example furfural) which, in the case of an immediately connected ethanol fermentation, can inhibit the yeasts; see, for. Chandra et al., Advances in Biochemical Engineering / Biotechnology, 108: 67, 2007; Mansfield et al., Biotechnol. Prog. 15: 804, 1999.
Diese Verfahren haben den gravierenden Nachteil, dass sie energieaufwändig sind und vorwiegend bei Temperaturen knapp unter 200°C ablaufen. These processes have the serious disadvantage that they are energy-consuming and run mainly at temperatures just below 200 ° C.
Eine technologische Verbesserung in diesem Bereich, z.B. durch die Entwicklung von Niedertemperaturverfahren, (d.h. bei einer Temperatur von unter 100°C), würde einen entscheidenden Fortschritt bei jeglicher stofflicher Nutzung des Rohstoffes Lignocellulose bedeuten. Dies ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung. A technological improvement in this area, e.g. By developing low temperature processes (i.e., at a temperature below 100 ° C), significant progress in any material use of the raw material would be lignocellulose. This is the object of the present invention.
Aus der EP 1 025 305 Bl ist ein chemisches Verfahren zur Lignin-Depolymerisation (Cu- System) bekannt. Es beruht auf der katalytischen Wirkung von komplexiertem Kupfer in Verbindung mit Wasserstoffperoxid oder organischen Hydroperoxiden und ist imstande, Lignin bei Temperaturen unter 100°C oxidativ zu spalten. Die dabei eingesetzten EP 1 025 305 B1 discloses a chemical process for lignin depolymerization (Cu system). It relies on the catalytic action of complexed copper in conjunction with hydrogen peroxide or organic hydroperoxides and is capable of oxidatively cleaving lignin at temperatures below 100 ° C. The used
Komplexbildner sind Pyridin-Derivate. An synthetischen Ligninmodellen konnte nachgewiesen werden, dass bei Verwendung von H2O2 als Oxidationsmittel eine Spaltung von Etherbindungen des Ligninmoleküls erfolgt, wodurch das Ligninpolymer zu oligomeren Untereinheiten zerfällt. Bei Einsatz des Cu-Systems mit einem Überschuss an organischen Hydroperoxiden ist es möglich, Holz zu delignifizieren. Das auf H2O2 basierte System erscheint technisch besser umsetzbar zu sein, wurde als Bleichzusatz bei der Peroxidbleiche von Kraft-Zellstoff getestet und führte zu einer verbesserten Delignifizierungsrate und höherem Weißegrad. Complexing agents are pyridine derivatives. Synthetic lignin models have been shown to cleave ether bonds of the lignin molecule when H 2 O 2 is used as the oxidant, causing the lignin polymer to break down into oligomeric subunits. When using the Cu system with an excess of organic hydroperoxides, it is possible to delignify wood. The H 2 O 2 -based system appears to be better technically feasible, was used as a bleach additive in peroxide bleaching of kraft pulp and resulted in an improved delignification rate and higher whiteness.
Ferner ist aus„Oxidation of wood and its components in water-organic media", Chupka et al., Proceedings: Seventh International Symposium on wood and pulping chemistry, Vol. 3, 373-382, Beijing P.R. China, 25.-28.Mai 1993, bekannt, dass die Effizienz einer alkalischen Katalyse der Oxidation von Holz und Lignin beträchtlich zunimmt, wenn dem wässrigen Reaktionsmedium ein organisches Lösungsmittel, z.B. DMSO, Aceton, Ethanol, zugegeben wird. Ferner geben die Autoren an, dass bei pH- Werten über 11 ein scharfer Anstieg der Oxidation des Holzes und des Lignins stattfindet. Further, from "Oxidation of wood and its components in water-organic media", Chupka et al., Proceedings: Seventh International Symposium on wood and Pulping Chemistry, Vol. 3, 373-382, Beijing PR China, 25.-28. May 1993, that the efficiency of alkaline catalysis of the oxidation of wood and lignin increases considerably when an organic solvent, eg DMSO, acetone, ethanol, is added to the aqueous reaction medium, and the authors state that at pH values above 11 a sharp increase in the oxidation of wood and lignin takes place.
Aus der WO 01/059204 ist ein Verfahren zur Herstellung von Zellstoff bekannt, bei dem das Ausgangsmaterial einer Vorbehandlung unterzogen wird, wobei das Material mit einer Pufferlösung und einem Delignifizierungskatalysator (Übergangsmetall) behandelt wird. Die Delignifizierung wird in Gegenwart von Sauerstoff, Wasserstoffperoxid oder Ozon durchgeführt. From WO 01/059204 a process for the production of pulp is known in which the starting material is subjected to a pretreatment, wherein the material is treated with a buffer solution and a delignification catalyst (transition metal). The delignification is carried out in the presence of oxygen, hydrogen peroxide or ozone.
Demgegenüber ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Zuckern In contrast, the inventive method for the production of sugars
gekennzeichnet durch die Kombination der Maßnahmen, dass characterized by the combination of measures that
- lignocellulosisches Material mit einer wässrigen Lösung, welche einen Alkohol, insbesondere einen C I-4- Alkohol oder ein Phenol, enthält und einen pH- Wert zwischen 11,0 und 14,0 aufweist, behandelt wird, um Lignocellulose zu spalten und Spaltprodukte aus dem Material abzutrennen, wobei ein mit Cellulose und Hemicellulose angereichertes Material erhalten wird, und - lignocellulosic material with an aqueous solution containing an alcohol, especially a C I-4 - treated contains alcohol or a phenol and having a pH 11.0 to 14.0, to cleave lignocellulose and cleavage products from separating the material to obtain a cellulosic and hemicellulose enriched material, and
- das erhaltene, mit Cellulose und Hemicellulose angereicherte Material mit mindestens einem Kohlenhydrat-spaltenden Enzym behandelt wird, um die Kohlenhydratspaltprodukte zu gewinnen.  the resulting cellulosic and hemicellulose enriched material is treated with at least one carbohydrate-cleaving enzyme to recover the carbohydrate cleavage products.
Als Alkohol eignen sich aliphatische oder cycloaliphatische, ein- oder mehrwertige Alkohole oder Phenole, z. B. Ci-6- Alkohole, insbesondere ein wie Methanol, Ethanol, Propanol und Butanol, inklusive deren Isomeren; Glycole (Ethandiole, Propan-, Butan-, Pentan-, Hexandiole), Glycerin, Propenol, Butenol, Cyclopentanol, Cyclohexanol, Benzylalkohol; oder Phenole, wie Phenole, Cresole, Catechole, Naphthole, aber auch Aminoalkohole, wie Ethanolamin, Methanolamin und Hexanolamin. Bevorzugt ist ein C1-4- Alkohol. Für die Zwecke der vorliegenden Patentanmeldung sind Phenole in den Suitable alcohols are aliphatic or cycloaliphatic, monohydric or polyhydric alcohols or phenols, eg. B. Ci -6 - alcohols, in particular a such as methanol, ethanol, propanol and butanol, including their isomers; Glycols (ethanediols, propane, butane, pentane, hexanediols), glycerol, propenol, butenol, cyclopentanol, cyclohexanol, benzyl alcohol; or phenols, such as phenols, cresols, catechols, naphthols, but also amino alcohols, such as ethanolamine, methanolamine and hexanolamine. Preferred is a C 1-4 alcohol. For the purposes of the present patent application, phenols are disclosed in U.S. Patent Nos. 5,429,648, 4,329,688, 4,348,359, and 5,348,347
Gattungsbegriff„Alkohol" miteingeschlossen. Generic term "alcohol" included.
Die alkoholische Lösung des Lignin-Extraktes bietet ausserdem voteilhafte Optionen in der weiteren Aufarbeitung der Lignin-, bzw. Xylan-Spaltprodukte. The alcoholic solution of the lignin extract also offers agreeable options in the further processing of the lignin or xylan cleavage products.
Alkohol liegt in einer wässrigen Lösung im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt in einem Ausmaß von 10 bis 70 Vol%, z. B. 20 bis 50 Vol%, bevorzugt von 30 bis 40 Vol% vor. Alcohol is in an aqueous solution in the inventive method preferably in an amount of 10 to 70 vol%, z. B. 20 to 50 vol%, preferably from 30 to 40 vol% before.
Im erfindungsgemäßen Verfahren liegt das lignocellulosische Material in der wässrigen Lösung vorzugsweise in einer Stoffdichte von 3-40 Gew%, wie 5-40 Gew%, insbesondere 5- 20% Gew% vor. In the process according to the invention, the lignocellulosic material is preferably present in the aqueous solution in a consistency of 3-40% by weight, such as 5-40% by weight, in particular 5-20% by weight.
Bevorzugt wird die Lignocellulose bei einer Temperatur von unter 100°C, wie unter 80°C, z. B. unter 600C gespalten. Preferably, the lignocellulose is at a temperature of below 100 ° C, such as below 80 ° C, z. B. cleaved below 60 0 C.
Der pH Wert kann mit einer Base, bevorzugt einer anorganischen Base, beispielweise Natronlauge eingestellt werden. The pH can be adjusted with a base, preferably an inorganic base, for example sodium hydroxide solution.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein mit einer wässrigen, basischen Lösung, welche einen Alkohol, insbesondere einen Ci-4- Alkohol oder ein Phenol, enthält und einen pH- Wert zwischen 11,0 und 14,0 aufweist, behandeltes lignocellulosisches Material enzymatisch in höherer Ausbeute zu Kohlenhydratspaltprodukten, wie Zuckern, verarbeitet werden kann, als ein auf eine sonstige Art delignifiziertes Material, insbesondere ohne den Zusatz von Alkohol. The present invention is based on the realization that a with an aqueous basic solution containing an alcohol, especially a Ci -4 - containing alcohol or phenol, and having a pH of 11.0 to 14.0, treated lignocellulosic Material can be processed enzymatically in higher yield to carbohydrate cleavage products, such as sugars, as a delignified in any other way material, in particular without the addition of alcohol.
Als Kohlenhydratspaltprodukte werden hauptsächlich Pentosen und Hexosen gebildet. As carbohydrate cleavage products mainly pentoses and hexoses are formed.
Bevorzugte Zucker schließen Xylose und Glucose ein. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das mit Cellulose und Hemicellulose angereicherte Material mit einer Xylanase und einer Cellulase behandelt wird, um die Zucker zu gewinnen. Preferred sugars include xylose and glucose. A preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the cellulosic and hemicellulose-enriched material is treated with a xylanase and a cellulase to recover the sugars.
Als lignocellulosisches Material wird vorzugsweise Stroh, Energiegräser, wie z. B. As lignocellulosic material is preferably straw, energy grasses, such. B.
Switchgrass, Elefantengras oder Abaca, Sisal, Bagasse, oder untypische Switchgrass, elephant grass or abaca, sisal, bagasse, or atypical
Lignocellulosesubstrate, wie Spelzen, z.B. Reisspelzen, bevorzugt Stroh, Energiegräser Bagasse oder Spelzen, besonders bevorzugt Stroh oder Bagasse, z. B. Stroh, eingesetzt. Stroh hat eine stark hydrophobe Oberfläche, sodaß die Benetzung mit wässrigen Lösungen ein Problem darstellt. Es hat sich gezeigt, dass es durch die Verwendung von Alkohol möglich ist, selbst ohne Druck die Reaktionslösung in die Poren des Substrates einzubringen und die vorhandene Luft durch Reaktionslösung zu ersetzen. Ferner hat sich gezeigt, dass Alkohol die Extraktion der Spaltprodukte aus Stroh beschleunigt und dazu beiträgt, die Ligninspaltprodukte in Lösung zu halten. Weiters hat sich gezeigt, dass im Gegensatz dazu Alkohol die Löslichkeit der Hemicellulose und deren Spaltprodukte herabsetzt und somit die Hemicellulose im Substrat gehalten wird. Lignocellulosic substrates such as husks, e.g. Rice husks, preferably straw, energy grasses bagasse or husks, particularly preferably straw or bagasse, z. As straw used. Straw has a highly hydrophobic surface, so wetting with aqueous solutions is a problem. It has been found that it is possible by the use of alcohol, even without pressure to introduce the reaction solution into the pores of the substrate and to replace the existing air by reaction solution. It has also been shown that alcohol accelerates the extraction of the cracking products from straw and helps to keep the lignin cleavage products in solution. Furthermore, it has been shown that, in contrast, alcohol reduces the solubility of the hemicellulose and its cleavage products and thus the hemicellulose is held in the substrate.
Durch Abpressen der flüssigen Phase vom Substrat nach dem Aufschlussverfahren wird die Substratkonzentration erhöht, sodass geringere Enzymmengen zur enzymatischen By pressing the liquid phase from the substrate after the digestion process, the substrate concentration is increased, so that smaller amounts of enzyme to the enzymatic
Hydrolyse, bzw. bei anderen enzymatischen Weiterverarbeitungen erforderlich sind. Hydrolysis, or in other enzymatic processing are required.
Bei der Alkoholproduktion sind die Enzymkosten ein entscheidender Kostenfaktor. In alcohol production, enzyme costs are a crucial cost factor.
Alkohol führt dazu, dass die Löslichkeit der im alkalischen Bereich während der Reaktion zusätzlich zum Lignin eventuell freigesetzten Hemicellulosen und deren Spaltprodukte stark herabgesetzt wird und diese an das Substrat gebunden bleiben. Die Vorteile für den Prozess sind hohe Selektivität des Ligninabbaus, für den Fall einer Abtrennung der Alcohol leads to the fact that the solubility of the hemicelluloses possibly released in the alkaline range during the reaction, in addition to the lignin, and their cleavage products are greatly reduced and these remain bound to the substrate. The advantages for the process are high selectivity of the Ligninabbaus, in the case of a separation of the
Extraktionslösung vom Feststoff eine sehr geringe Konzentration an Hemicellulose und deren Spaltprodukten in der Extraktionslösung, denn die Hemicellulose bleibt im Extraction solution from the solid a very low concentration of hemicellulose and their cleavage products in the extraction solution, because the hemicellulose remains in the
Feststoffanteil und dadurch für die enzymatische Hydrolyse und Zuckergewinnung erhalten. Solid content and thereby obtained for enzymatic hydrolysis and sugar extraction.
Die alkoholische Lösung des Lignin-Extraktes bietet ferner verbesserte Möglichkeiten in der weiteren Aufarbeitung des Lignins und der Herstellung von Produkten aus Lignin. Es hat sich weiters gezeigt, dass durch die Verwendung von Alkohol, insbesondere eines Ci- 4- Alkohols oder eines Phenols, beim alkalischen Aufschluss unter 100°C der Abbau der Hemicellulosen weitgehend verhindert wird, sodass annähernd die gesamte Hemicellulose zur weiteren enzymatischen Spaltung und Umwandlung der Xylose zu höherwertigen Produkten zur Verfugung steht und nicht, wie bei anderen Verfahren, teilweise beim The alcoholic solution of the lignin extract also offers improved possibilities in the further processing of the lignin and the production of products from lignin. It has also been found that the use of alcohol, in particular a C4 alcohol or a phenol, in the alkaline digestion below 100 ° C, the degradation of hemicelluloses is largely prevented, so that almost all of the hemicellulose for further enzymatic cleavage and conversion xylose is available for higher value products and not, as with other processes, partly in
Aufschluss mit abgebaut wird und als Lignin / Zucker-Mischung anfällt. Digestion is degraded and obtained as a lignin / sugar mixture.
Durch die im Aufschluss durchgeführte Delignifizierung wird die Porosität der Zellwände des lignocellulosischen Materials erhöht, beispielsweise im Falle von Stroh so weit erhöht, dass nahezu die gesamte Xylose für die Xylanase zugänglich wird und annähernd 100% des Xylans hydrolysiert und Xylose gewonnen werden kann. Dies macht das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung besonders geeignet, in Verbindung mit einer enzymatischen Konversion der Xylose höherwertige Produkte herzustellen. Die enzymatische Konversion kann dabei entweder direkt im Gemisch aus Xyloselösung und Feststoff erfolgen, oder aber mit der vom Feststoff abgetrennten Xyloselösung. The delignification carried out in the digestion increases the porosity of the cell walls of the lignocellulosic material, for example in the case of straw, to such an extent that almost all xylose becomes accessible to the xylanase and approximately 100% of the xylan hydrolyzed and xylose can be recovered. This makes the process according to the present invention particularly suitable for producing higher-value products in conjunction with an enzymatic conversion of the xylose. The enzymatic conversion can take place either directly in the mixture of xylose solution and solid, or else with the xylose solution separated off from the solid.
Bei einer weiteren, nach der enzymatischen Hydrolyse des Xylans und der In another, after the enzymatic hydrolysis of xylan and the
erfindungsgemäßen Umwandlung der Xylose zu Xylitol folgenden Alkoholproduktion aus dem verbleibendem Feststoff, sind die Enzymkosten ein entscheidender Kostenfaktor. Diese resultieren zum Teil auch aus unspezifischen Bindungen von Enzymen an das Lignin, siehe z B. Chandra et al, 2007, ibidem. Die teilweise Entfernung des Lignins reduziert diesen Aktivitätsverlust und wirkt sich kostengünstig aus. According to the invention conversion of xylose to xylitol following alcohol production from the remaining solid, enzyme costs are a crucial cost factor. These also partly result from unspecific binding of enzymes to the lignin, see, for example, Chandra et al, 2007, ibidem. The partial removal of lignin reduces this loss of activity and has a cost effective.
Die Vorteile für ein nachfolgendes enzymatisches Verfahren sind beispielsweise, dass aus der hohen Selektivität des Ligninabbaus bei fast vollständiger Erhaltung der Zuckerpolymere eine sehr geringe Konzentration an Hemicellulose und deren Spaltprodukten in der The advantages for a subsequent enzymatic process are, for example, that from the high selectivity of lignin degradation with almost complete preservation of the sugar polymers a very low concentration of hemicellulose and their cleavage products in the
Extraktionslösung resultiert, die Hemicellulose bleibt im Feststoffanteil und dadurch für die enzymatische Hydrolyse und Zuckergewinnung sowie deren weiterer Umwandlung erhalten. Daraus ergibt sich erfindungsgemäß eine maximale Stoffnutzungsrate und, beispielsweise in Verbindung mit dem Einsatz von Xylosedehydrogenasen, hohe Rentabilität des Extraction solution results, the hemicellulose remains in the solid content and thus for the enzymatic hydrolysis and sugar extraction and their further conversion is obtained. This results according to the invention a maximum substance utilization rate and, for example in conjunction with the use of xylose dehydrogenases, high profitability of
beschriebenen Prozesses. Die Durchführung eines Xylose-Umwandlungsprozesses zu Xylitol kann nach described process. Performing a xylose conversion process to xylitol may be followed
enzymatischer Freisetzung der Xylose direkt im FeststofϊTFlüssigkeitsgemisch, das gemäß dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird, durchgeführt werden, was weiterhin die Rentabilität des Gesamtprozesses erhöht. enzymatic release of xylose directly in the solid solution mixture obtained according to the present inventive method, which further increases the profitability of the overall process.
Im Falle der Umwandlung zu Xylitol kann der, nach Apressen des Feststoffes im Substrat verbleibende, Restalkohol aus dem Aufschlussprozess direkt als Substrat für die In the case of conversion to xylitol, the residual alcohol remaining in the substrate after pressing the solid can be used directly as a substrate for the decomposition process
Alkoholdehydrogenase zur Regenerierung von NAD zu NADH genutzt werden. Wenn der Prozess so ausgelegt wird, dass dazu der im Reaktionsgemisch verbleibende Restalkohol aus dem Aufschluss (teilweise) verbraucht wird, wird eine Alkoholentfernung aus der Alcohol dehydrogenase can be used for the regeneration of NAD to NADH. If the process is designed so that the residual alcohol remaining in the reaction mixture is (partially) consumed from the digestion, an alcohol removal from the
Produktlösung (teilweise) überflüssig und die Effizienz des Gesamtprozesses dadurch weiter gesteigert. Product solution (partially) superfluous and thus the efficiency of the overall process further increased.
Im Falle der Umwandlung der Ligninspaltprodukte wirkt der Alkohol als Radikal-Scavenger und Lösungsmittel für Spaltprodukte aus einer enzymatischen, biomimetischen oder chemischen Depolymerisation der höhermolekularen Lignin- Spaltprodukte zu In the case of conversion of the lignin cleavage products, the alcohol acts as a radical scavenger and solvent for cleavage products from enzymatic, biomimetic or chemical depolymerization of the higher molecular weight lignin cleavage products
niedermolekularen. low molecular weight.
Der geringe Anteil von Hemicelluose und deren Spaltprodukten im Extrakt und die erhöhte Löslichkeit des Lignins, erhöhen die Durchsatzraten bei einer Abtrennung des Feststoffes von den Umwandlungsprodukten, sowie deren Aufarbeitung durch Filtration. The low proportion of hemicelluose and their cleavage products in the extract and the increased solubility of lignin, increase the throughput rates in a separation of the solid from the conversion products, as well as their processing by filtration.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt beispielsweise die Auftrennung der drei The inventive method allows, for example, the separation of the three
Hauptkomponenten des Strohs, nämlich der Glucose, der Xylose sowie des Lignins in sehr störstoffarmen Stoffströmen und deren weitere Umwandlung zu höherwertigen Produkten, wie Xylitol, und erfüllt somit die Forderungen eines idealen Bioraffinerie- Verfahrens. Main components of straw, namely glucose, xylose and lignin in very low-contaminant streams and their further conversion to higher-value products, such as xylitol, and thus meets the requirements of an ideal biorefinery process.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu anderen Another advantage of the method according to the invention compared to others
Aufschlussverfahren, die vorwiegend im Temperaturbereich zwischen 150°C und 2000C ablaufen, ist seine Reaktionstemperatur unter 100°C. Der niedrige Energieaufwand erlaubt es, das beim Aufschluss gewonnene Lignin nicht als Energiequelle für das Aufschlussverfahren, sondern als Wertstoff zu nutzen. Digestion, which occur predominantly in the temperature range between 150 ° C and 200 0 C, is its reaction temperature below 100 ° C. The low energy consumption allowed It is important to use the lignin obtained during digestion not as an energy source for the digestion process, but as a valuable substance.
Nach der Behandlung mit der wässrigen, einen Alkohol, insbesondere einen C1-4-AIkOhOl oder ein Phenol, und H2O2 enthaltenden Lösung, wird, gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, die Lignin enthaltende Lösung abgetrennt und der aufgeschlossene Feststoff bevorzugt mit einer Xylanase, z. B. 6-72 Stunden bei 30-90°C behandelt und die Flüssigphase vom Feststoff abgetrennt, worauf die Flüssigphase bevorzugt zu After treatment with the aqueous solution containing an alcohol, in particular a C 1-4 -alkyl or phenol, and H 2 O 2 , the lignin-containing solution is separated off according to the method of the present invention, and the digested solid is preferably co-precipitated a xylanase, e.g. B. 6-72 hours at 30-90 ° C and the liquid phase separated from the solid, whereupon the liquid phase to
Folgeprodukten, z. B. Xylitol weiterumgesetzt wird. Derived products, eg. B. xylitol is further reacted.
Der nach Abtrennung der Flüssigphase verbleibende Feststoff wird bevorzugt mit Cellulase behandelt, wobei durch weitere Fermentation der Feststoff/ Glucoselösung Ethanol, Butanol oder andere Fermentationsprodukte erhalten werden können; oder der verbleibende Feststoff wird einer thermischen oder thermochemishcen Stoffumwandlung unterzogen und die entstandenen Produkte, wie Treibstoffkomponenten, Treibstoffzusätze und/oder andere Chemieprodukte, wie z. B. Phenole, werden abgetrennt; oder der verbleibende Feststoff wird einer mikrobiellen Stoffumwandlung durch Bakterien, Hefen oder Pilze unterzogen; oder der verbleibende Feststoff wird einem weiteren Delignifizierungsschritt zum Zwecke der Gewinnung eines Cellulose-Fasermaterials unterzogen. The remaining after separation of the liquid phase solid is preferably treated with cellulase, which can be obtained by further fermentation of the solid / glucose solution, ethanol, butanol or other fermentation products; or the remaining solid is subjected to a thermal or thermochemical material conversion and the resulting products, such as fuel components, fuel additives and / or other chemical products, such as. As phenols are separated; or the remaining solid is subjected to microbial conversion by bacteria, yeasts or fungi; or the remaining solid is subjected to a further delignification step for the purpose of obtaining a cellulosic fibrous material.
Der verbleibende Feststoff kann in einer Biogasanlage fermentiert und zu Biogas The remaining solid can be fermented in a biogas plant and biogas
weiterverarbeitet werden. be further processed.
Eines der wirtschaftlich interessantesten Folgeprodukte der Xylose ist Xylitol. One of the most economically interesting derivatives of xylose is xylitol.
Die Hauptquellen für die Xylose-Gewinnung sind Kochlaugen aus der Zellstoffindustrie, die eine Fülle von Abbauprodukten, hauptsächlich des Lignins und der Hemicellulose enthalten, sodass Xylose erst durch aufwändige Trennungs- und Reingungsschritte gewonnen werden muß. So beschreibt z. B. H. Harms in„Willkommen in der natürlichen Welt von Lenzing, weltweit führend in der Cellulosefaser Technologie", Herbsttagung der österreichischen Papierindustrie, Frantschach (15. 11. 2007) die Gewinnung von Xylose aus der Dicklauge durch Gelfiltration, eine technisch sehr komplexe Methode, die üblicherwiese nicht für Bulkprodukte Anwendung findet. Die solcherart gewonnene Xylose wird dann katalytisch zu Xylitol umgewandelt. The main sources of xylose recovery are pulping liquors from the pulp industry, which contain a wealth of degradation products, mainly lignin and hemicellulose, so that xylose must first be obtained through laborious separation and purification steps. So describes z. BH Harms in "Welcome to the natural world of Lenzing, world leader in cellulose fiber technology", autumn conference of the Austrian paper industry, Frantschach (15. 11. 2007) the extraction of xylose from the caustic solution by gel filtration, a technically very complex method usually not for Bulk products application finds. The thus obtained xylose is then catalytically converted to xylitol.
In einem weiteren Aspekt wird die gemäß vorliegender Erfindung gewonnene Xylose fermentationsfrei in Xylitol umgewandelt, durch Umsetzung mit einer Xylosereduktase, z. B. einer Xylose Dehydrogenase, beispielsweise aus Candida tenuis, wobei gegebenenfalls eine Xylosereduktase und gegebenenfalls ein Co-Substrat zur Regenerierung des Co-Faktors und gegebenenfalls Alkoholdehydrogenase und gegebenenfalls NAD(P)H zur Xylose Lösung zugesetzt wird; insbesondere, wobei das erhaltene Xylitol durch Filtration von den In a further aspect, the xylose obtained according to the present invention is fermentation-free converted into xylitol by reaction with a xylose reductase, e.g. B. a xylose dehydrogenase, for example from Candida tenuis, wherein optionally a xylose reductase and optionally a co-substrate for the regeneration of the co-factor and optionally alcohol dehydrogenase and optionally NAD (P) H is added to the xylose solution; in particular, wherein the obtained xylitol by filtration of the
Ligninspaltprodukten abgetrennt wird. Ligninspaltprodukten is separated.
Mit dem nachstehenden Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel IA wird der Einfluss der With the following Example 1 and Comparative Example IA, the influence of
Vorbehandlung in Gegenwart von Alkohol auf die Ausbeute an reduzierenden Zuckern nach enzymatischer Hydrolyse dokumentiert. Pretreatment in the presence of alcohol on the yield of reducing sugars after enzymatic hydrolysis is documented.
Beispiel 1 example 1
Vorbehandlung von Weizenstroh  Pretreatment of wheat straw
Weizenstroh wird auf eine Partikelgröße von ca. 2 cm zerkleinert. 5 g zerkleinertes  Wheat straw is crushed to a particle size of about 2 cm. 5 g crushed
Weizenstroh wird in einem 500 mL Reaktionsgefäß in 200 mL einer Lösung, bestehend aus 49,5% Wasser, 50% Ethanol und 0,5% Wasserstoffperoxid suspendiert. Die Suspension wird auf 50 °C im Wasserbad erhitzt, thermostatisiert und der pH- Wert der Suspension mit wässriger NaOH-Lösung auf einen Ausgangs-pH Wert von 12 eingestellt. Die Mischung wird bei 200 rpm, 60°C, 24 Stunden kontinuierlich magnetisch gerührt. Danach wird der Feststoffanteil abfiltriert und mit IL destilliertem Wasser gewaschen. Wheat straw is suspended in a 500 mL reaction vessel in 200 mL of a solution consisting of 49.5% water, 50% ethanol and 0.5% hydrogen peroxide. The suspension is heated to 50 ° C. in a water bath, thermostated and the pH of the suspension is adjusted to a starting pH of 12 using aqueous NaOH solution. The mixture is continuously magnetically stirred at 200 rpm, 60 ° C. for 24 hours. Thereafter, the solid content is filtered off and washed with distilled water II.
Zur enzymatischen Hydrolyse wurden von jedem Parallelversuch 100 mg vorbehandeltes Substrat mit 9,8 mL 50 mM Na-Acetat Puffer auf pH 4,8 gestellt und mit 200 μL Accellerase 1000 Suspension (www.genencor.com) versetzt. Accellerase ist eine Enzymmischung aus Cellulasen und Hemicellulasen. Die enzymatische Hydrolyse wurde bei 500C in einem Schüttelwasserbad durchgeführt. Die nach 48 Stunden freigesetzten löslichen Monomere aus Hexosen und Pentosen wurden in Form reduzierender Zucker nach der DNS Methode (Miller et al., Analytical Chemistry 31(3):426, 1959) in 1 mL flüssigem Überstand bestimmt, auf die Menge eingewogenen, vorbehandelten Substrates bezogen und in Prozent der maximalen theoretischen Ausbeute ausgedrückt. For enzymatic hydrolysis, 100 mg pretreated substrate of each parallel experiment was adjusted to pH 4.8 with 9.8 ml of 50 mM Na acetate buffer and admixed with 200 μl of Accellerase 1000 Suspension (www.genencor.com). Accellerase is an enzyme mixture of cellulases and hemicellulases. The enzymatic hydrolysis was carried out at 50 ° C. in a shaking water bath. The soluble monomers of hexoses and pentoses released after 48 hours were determined in the form of reducing sugars by the DNA method (Miller et al., Analytical Chemistry 31 (3): 426, 1959) in 1 mL of liquid supernatant, weighed out to the amount pretreated Substrate and expressed in percent of the maximum theoretical yield.
Die theoretische maximale Ausbeute reduzierender Zucker wurde gesondert bestimmt und beträgt 705 mg +/- 5% pro g unbehandeltes Stroh. The theoretical maximum yield of reducing sugars was determined separately and is 705 mg +/- 5% per g of untreated straw.
Pro Versuchsansatz wurden jeweils 5 Parallel versuche durchgeführt. Die Ausbeute an reduzierenden Zuckern betrug 99% +/- 4%. For each test batch, 5 parallel experiments were carried out. The yield of reducing sugars was 99% +/- 4%.
Vergleichsbeispiel IA Comparative Example IA
Das Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch ohne Alkoholzusatz. Die Ausbeute an  Example 1 was repeated, but without the addition of alcohol. The yield
reduzierenden Zuckern betrug lediglich 64% +/- 3%. reducing sugars was only 64% +/- 3%.
Beispiel 2 Example 2
Vorbehandlung von Weizenstroh  Pretreatment of wheat straw
Weizenstroh wird auf eine Partikelgröße von ca. 2 cm zerkleinert. 2,5 g zerkleinertes Weizenstroh wird in einem 500 mL Reaktionsgefäß in 200 mL einer Lösung, bestehend aus 49,5% Wasser und 50% Isopropanol suspendiert. Die Suspension wird auf 50 °C im Wasserbad erhitzt, thermostatisiert und der pH- Wert der Suspension mit wässriger NaOH- Lösung auf einen Ausgangs-pH Wert von 13 (bzw. 14) eingestellt. Die Mischung wird bei 200 rpm, 600C, 24 Stunden kontinuierlich magnetisch gerührt. Danach wird der Wheat straw is crushed to a particle size of about 2 cm. 2.5 g of crushed wheat straw is suspended in 200 mL of a solution consisting of 49.5% water and 50% isopropanol in a 500 mL reaction vessel. The suspension is at 50 ° C in Heated, thermostated and the pH of the suspension with aqueous NaOH solution to a starting pH of 13 (or 14) adjusted. The mixture is continuously magnetically stirred at 200 rpm, 60 ° C. for 24 hours. After that, the
Feststoffanteil abfiltriert und mit IL destilliertem Wasser gewaschen. Solids were filtered off and washed with distilled water II.
Zur enzymatischen Hydrolyse wurden von jedem Parallelversuch 100 mg vorbehandeltes Substrat mit 9,8 mL 50 mM Na-Acetat Puffer auf pH 4,8 gestellt und mit 200 μL Accellerase 1000 Suspension (www.genencor.com) versetzt. Accellerase ist eine Enzymmischung aus Cellulasen und Hemicellulasen. Die enzymatische Hydrolyse wurde bei 50°C in einem Schüttelwasserbad durchgeführt. Die nach 48 Stunden freigesetzten, löslichen Monomere aus Hexosen und Pentosen wurden in Form reduzierender Zucker nach der DNS Methode in 1 mL flüssigem Überstand bestimmt, auf die Menge eingewogenen vorbehandelten For enzymatic hydrolysis, 100 mg pretreated substrate of each parallel experiment was adjusted to pH 4.8 with 9.8 ml of 50 mM Na acetate buffer and admixed with 200 μl of Accellerase 1000 Suspension (www.genencor.com). Accellerase is an enzyme mixture of cellulases and hemicellulases. The enzymatic hydrolysis was carried out at 50 ° C in a shaking water bath. The soluble monomers of hexoses and pentoses released after 48 hours were determined in the form of reducing sugars by the DNA method in 1 mL of liquid supernatant, pre-treated to the amount weighed out
Substrates bezogen und in Prozent der maximalen theoretischen Ausbeute ausgedrückt. Substrate and expressed in percent of the maximum theoretical yield.
Die theoretische maximale Ausbeute reduzierender Zucker wurde gesondert bestimmt und beträgt 705 mg +/- 5% pro g unbehandeltes Stroh. The theoretical maximum yield of reducing sugars was determined separately and is 705 mg +/- 5% per g of untreated straw.
Pro Versuchsansatz wurden jeweils 5 Parallelversuche durchgeführt. Die Ausbeuten an reduzierenden Zuckern betrug 97% +/- 4%. In each case 5 parallel experiments were carried out per test batch. The yields of reducing sugars was 97% +/- 4%.
Beispiel 3 Example 3
Enzymatische Xylitol Produktion aus einer Xyloselösung, die aus Stroh nach dem im Beispiel 2 beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Als Kosubstrat wird  Enzymatic xylitol production from a xylose solution prepared from straw according to the method described in Example 2. As a cosubstrate is
Isopropanol verwendet. Isopropanol used.
Die Reaktionslösung enthält 5 mg/mL Xylose. The reaction solution contains 5 mg / mL xylose.
Xylosereduktase (XR) aus Candida tenuis reduziert Xylose zu Xylitol. Diese XR benötigt als Koenzym NADH (Nicotinamidadenindinukleotid reduziert), das bei der Reaktion zum Koenzym NAD+ oxidiert wird. Die Regenerierung des oxidierten Kofaktors erfolgt durch parallele Aktivität einer Alkohol-Dehydrogenase(ADH: Enzym-gekoppelte Regenerierung). Als Kosubstrat wird Isopropanol eingesetzt. Isopropanol und NAD+ werden durch die ADH zu NADH und Aceton umgesetzt, wie im Reaktionsschema 1 gezeigt: REAKTIONSSCHEMA 1 Xylose reductase (XR) from Candida tenuis reduces xylose to xylitol. This XR requires as coenzyme NADH (nicotinamide adenine dinucleotide reduced), which is oxidized in the reaction to the coenzyme NAD + . The regeneration of the oxidized cofactor is carried out by parallel activity of an alcohol dehydrogenase (ADH: enzyme-linked regeneration). Isopropanol is used as the co-substrate. Isopropanol and NAD + are converted by the ADH to NADH and acetone as shown in Reaction Scheme 1: REACTION SCHEME 1
Xylose NADH + H+ NAD+ Xylit Xylose NADH + H + NAD + xylitol
Isopropanol isopropanol
Aceton acetone
In der Tabelle 1 sind die Reaktionsverhältnisse in den 5 verschiedenen Versuchsreaktionen #049, #050, #051, #052, #053 und #054 dargestellt: Table 1 shows the reaction ratios in the 5 different experimental reactions # 049, # 050, # 051, # 052, # 053 and # 054:
Tabelle 1 Table 1
Gesamtvolumen: 1 mL Total volume: 1 mL
Temperatur: 26 ± 20C Magnetrührer: 200 rpm Temperature: 26 ± 2 ° C Magnetic stirrer: 200 rpm
Zeit: 15 Stunden  Time: 15 hours
Zur Deaktivierung der Enzyme wurden alle Proben auf 95°C für 15 Minuten aufgeheizt und als Vorbereitung für die anschließende HPLC- Analyse zentrifugiert.  To deactivate the enzymes, all samples were heated to 95 ° C for 15 minutes and centrifuged in preparation for subsequent HPLC analysis.
Analyse - HPLC: Analysis - HPLC:
Säule SUGAR SP0810 + Vorsäule SUGAR SP-G  Column SUGAR SP0810 + Pre-column SUGAR SP-G
Detektor: Refraktionsindex-Detektor  Detector: refractive index detector
Eluent: entionisiertes H2O Eluent: deionized H 2 O
Fluss: 0.75 mL/min  Flow: 0.75 mL / min
Probenmenge: 10 μL  Sample amount: 10 μL
HPLC Quantifizierung Präzision: ±10%  HPLC quantification precision: ± 10%
Retentionszeit: Retention time:
Xylose: 13,97 min  Xylose: 13.97 min
Xylitol: 37,73 min Xylitol: 37.73 min
Isopropanol: 16,69 min Isopropanol: 16.69 min
Aceton: 16,54 min Acetone: 16.54 min
Ergebnisse: Results:
Die Substratkonzentration von Probe #049 wurde mittels HPLC bestimmt und lag bei 0.9 mg/mL.  The substrate concentration of sample # 049 was determined by HPLC to be 0.9 mg / mL.
Die Reaktionsmischung #050 beinhaltet nur Xylosereduktase (0.1 U/mL) und NADH (1 mM). Nach der 15 Stunden dauernden Reaktion waren 0.085 mg Xylose verbraucht. Die Xylitol Konzentration war unter dem Detektionslimit. Reaction mixture # 050 contains only xylose reductase (0.1 U / mL) and NADH (1 mM). After the 15 hour reaction, 0.085 mg of xylose was consumed. The xylitol concentration was below the detection limit.
Die Reaktion #052 ist vergleichbar mit der Reaktion #050, jedoch mit dem Unterschied, dass hier das Regenerationssystem angewendet wird. Es kommt zum Totalumsatz der Reaction # 052 is similar to Reaction # 050, but with the difference that the regeneration system is used here. It comes to the total sales of
eingesetzten Xylose. Verwendete Konzentrationen: XR (0.1 U/mL), NADH (1 mM), ADH (0.25 U/mL) und Isopropanol (5%). Die Xylosekonzentration der Probe #053 wurde mit 2.121 mg/mL bestimmt, was der erwarteten Xylosekonzentration entspricht.. used xylose. Concentrations used: XR (0.1 U / mL), NADH (1 mM), ADH (0.25 U / mL) and isopropanol (5%). The xylose concentration of sample # 053 was determined to be 2.121 mg / mL, which corresponds to the expected xylose concentration.
Die Reaktion #054 ist vergleichbar mit Reaktion #052, beinhaltet jedoch eine um den Faktor 2 erhöhte Xylose-Startkonzentration (50 % Substrate in der Reaktion). Die Konzentration des erzeugten Xylitols wurde mit 0.945 mg Xylitol gemessen. Verwendete Konzentrationen: XR (0.1 WmL), NADH (1 mM), ADH (0.25 U/mL) und Isopropanol (5%). Reaction # 054 is similar to Reaction # 052, but involves a factor of 2 increased xylose start concentration (50% substrates in the reaction). The concentration of xylitol produced was measured with 0.945 mg of xylitol. Used concentrations: XR (0.1 WmL), NADH (1 mM), ADH (0.25 U / mL) and isopropanol (5%).
In der Tabelle 2 sind die Ergebnisse der Reaktionen basierend auf den HPLC-Messdaten zusammengefasst (Xylose verbraucht und Xylitol gewonnen;„u.D.L." bedeutet„unter dem Detektionslimit"): Table 2 summarizes the results of the reactions based on HPLC data (xylose consumed and xylitol recovered; "u.D.L." means "below the detection limit"):
Tabelle 2  Table 2
Beispiel 4 Example 4
Enzymatische Xylitol Produktion aus einer Xyloselösung, die aus Stroh nach dem im Enzymatic xylitol production from a xylose solution made from straw after im
Beispiel 2 beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Als Kosubstrat wird Ethanol verwendet. Example 2 was prepared. The cosubstrate used is ethanol.
Das Volumen der Substratlösung wurde (vgl. Beispiel 2) mittels eines Rotavapors auf 50% vermindert, um die Xylosekonzentration zu erhöhen (~ 10 mg/mL Xylose).  The volume of the substrate solution was reduced to 50% (see Example 2) using a rotavapor to increase the xylose concentration (~10 mg / mL xylose).
Die Regenerierung des oxidierten Kofaktors erfolgte durch die Aktivität der eingesetzten Xylose-Reduktase (XR) aus Candida tenius und die zusätzliche Aktivität einer eingesetzten Aldehyd-Dehydrogenase aus Saccharomyces cerevisiae (Sigma-Aldrich: Katalognummer A6338; (EC) Number: 1.2.1.5; CAS Number: 9028-88-0). Dabei handelt es sich sowohl um eine Substrat-gekoppelte, als auch um eine Enzym-gekoppelte Reaktion. Als Kosubstrat wird Ethanol eingesetzt. Ethanol und NAD+ werden im ersten Schritt durch die Aktivität der XR zu NADH und Acetaldehyd umgesetzt. Im zweiten Schritt werden Acetaldehyd und NAD+ durch die Aktivität der Aldehyd-Dehydrogenase (AIdDH) zu Acetat umgesetzt (vgl. dazu Sigma-Aldrich: Katalognummer A6338; bzw.„Characterization and Potential Roles of Cytosolic and Mitochondrial Aldehyde Dehydrogenases in Ethanol Metabolism in The regeneration of the oxidized cofactor was carried out by the activity of the candida tenius xylose reductase (XR) used and the additional activity of an aldehyde dehydrogenase from Saccharomyces cerevisiae used (Sigma-Aldrich: catalog number A6338; (EC) Number: 1.2.1.5; CAS Number: 9028-88-0). These are both about a substrate-coupled as well as an enzyme-coupled reaction. The cosubstrate used is ethanol. Ethanol and NAD + are converted in the first step by the activity of the XR to NADH and acetaldehyde. In the second step, acetaldehyde and NAD + by the activity of aldehyde dehydrogenase (AIdDH) to acetate implemented (see to Sigma-Aldrich: catalog number A6338; and "Characterization and Potential Roles of Cytosolic and Mitochondrial aldehyde dehydrogenases in ethanol Metabolism in.
Saccharomyces cerevisiae", Wang et al, Molecular Cloning, 1998, Journal of Bacteriology, p. 822 - 830). Pro Mol umgesetztes Kosubstrat würden in diesem Fall 2 Mol Saccharomyces cerevisiae ", Wang et al., Molecular Cloning, 1998, Journal of Bacteriology, pp. 822-830). Per mol of cosubstrate reacted would in this case be 2 moles
Reduktionsäquivalente (NADH) entstehen (vgl. Reaktionsschema 2). Reduction equivalents (NADH) are formed (see Reaction Scheme 2).
REAKTIOMSSCHEMA 2 REACTIVE SCHEME 2
CH3COO CH 3 COO
Essigsäureanion  Essigsäureanion
In der Tabelle 3 sind die Reaktionsverhältnisse der 4 veschiedenen Versuchsreaktionen 247, 249, 250 und 253 dargestellt. Es wurden unterschiedliche Ethanolkonzentrationen und AldDH-Konzentrationen verwendet. Die Kofaktor- und Subtratkonzentrationen wurden konstant gehalten. Table 3 shows the reaction conditions of the 4 different reaction reactions 247, 249, 250 and 253. There were different ethanol concentrations and AldDH concentrations used. The cofactor and substrate concentrations were kept constant.
Tabelle 3  Table 3
Gesamtvolumen: 0,5 mL Total volume: 0.5 mL
Temperatur: 25 ± 2°C  Temperature: 25 ± 2 ° C
Thermomixer: 500 rpm  Thermomixer: 500 rpm
Zeit 112 Stunden  Time 112 hours
Zur Deaktivierung der Enzyme wurden alle Proben auf 700C für 15 Minuten aufgeheizt und als Vorbereitung für die anschließende HPLC- Analyse zentrifugiert und filtriert (PVDF; 0,2 μm). To deactivate the enzymes, all samples were heated to 70 ° C. for 15 minutes and centrifuged and filtered (PVDF, 0.2 μm) in preparation for subsequent HPLC analysis.
Analyse - HPLC: Analysis - HPLC:
Säule SUGAR SP0810 + Vorsäule SUGAR SP-G  Column SUGAR SP0810 + Pre-column SUGAR SP-G
Säulentemperatur: 90°C  Column temperature: 90 ° C
Detektor: Refraktionsindex-Detektor  Detector: refractive index detector
Eluent: entionisiertes H2O Eluent: deionized H 2 O
Fluss: 0.90 mL/min  Flow: 0.90 mL / min
Probenmenge: 10 μL  Sample amount: 10 μL
HPLC Quantifizierung Präzision: ±10% Ergebnisse: HPLC quantification precision: ± 10% Results:
Die maximalen Ausbeute (Reaktion 249) konnte mit einer Ethanolkonzentration von 1,2 Mol/L erreicht werden. Dabei wurden insgesamt 1,38 mg/mL Xylitol erzeugt, was einer Ausbeute von 21,2% der Theorie an Xylitol entspricht.  The maximum yield (reaction 249) could be achieved with an ethanol concentration of 1.2 mol / L. A total of 1.38 mg / mL xylitol was produced, which corresponds to a yield of 21.2% of theory of xylitol.
In der Tabelle 4 sind die Ergebnisse der Reaktionen basierend auf den HPLC-Messdaten zusammengefasst. Table 4 summarizes the results of the reactions based on the HPLC measurement data.
Tabelle 4 Table 4
Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, dass Ethanol als Kosubstrat verwendet werden kann. Wie durch den Vergleich der Reaktion 249 (Reaktionsgemisch beinhaltet AIdDH) und 253 (Reaktionsgemisch ohne AIdDH) eindeutig gezeigt werden kann, fuhrt die Zugabe der Aldehyd-Dehydrogenase zu einer deutlichen Erhöhung der Ausbeute an Xylitol. Der Unterschied an umgesetzter Xylose zu Xylitol beträgt ~8%. Dieses Ergebnis in Verbindung mit den oben erwähnten Literaturzitaten lässt nur den Schluss zu, dass AIdDH den in der ersten Teilreduktion entstehenden Acetaldehyd weiter zu Essigsäure oxidiert (vgl. From the results, it can be seen that ethanol can be used as a cosubstrate. As can be clearly shown by comparing the reaction 249 (reaction mixture includes AldDH) and 253 (reaction mixture without AldDH), the addition of the aldehyde dehydrogenase leads to a significant increase in the yield of xylitol. The difference in converted xylose to xylitol is ~ 8%. This result, in conjunction with the abovementioned references, only allows the conclusion that AldDH further oxidizes the acetaldehyde formed in the first partial reduction to acetic acid (cf.
Reaktionsschema 2). Diese energetisch günstige Reaktion und die damit einhergehende erhöhte Konzentration an NADH verschiebt das Gleichgewicht vom Edukt in Richtung des Produktes Xylitol in der ersten Teilreaktion.  Reaction scheme 2). This energetically favorable reaction and the concomitant increased concentration of NADH shifts the equilibrium of the educt towards the product xylitol in the first partial reaction.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von Kohlenhydratspaltprodukten, insbesondere Zuckern, gekennzeichnet durch die Kombination der Maßnahmen, dass 1. A process for the preparation of carbohydrate split products, in particular sugars, characterized by the combination of the measures that
- lignocellulosisches Material mit einer wässrigen Lösung, welche einen Alkohol, insbesondere einen Ci ^-Alkohol oder ein Phenol, enthält und einen pH- Wert zwischen 11,0 und 14,0 aufweist, behandelt wird, um Lignocellulose zu spalten und Spaltprodukte aus dem Material abzutrennen, wobei ein mit Cellulose und  lignocellulosic material is treated with an aqueous solution containing an alcohol, in particular a C 1 -C 4 alcohol or a phenol, having a pH between 11.0 and 14.0, to cleave lignocellulose and fission products from the material Separate, with one with cellulose and
Hemicellulose angereichertes Material erhalten wird, und  Hemicellulose-enriched material is obtained, and
- das erhaltene, mit Cellulose und Hemicellulose angereicherte Material mit  - The obtained, enriched with cellulose and hemicellulose material with
mindestens einem Kohlenhydrat-spaltenden Enzym behandelt wird, um die  at least one carbohydrate-cleaving enzyme is treated to the
Kohlenhydratspaltprodukte zu gewinnen.  To win carbohydrate cleavage products.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung einen pH- Wert zwischen 11,0 und 13,0 aufweist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the aqueous solution has a pH between 11.0 and 13.0.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die 3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the
Spaltung bei einer Temperatur von unter 100°C erfolgt,  Cleavage takes place at a temperature of less than 100 ° C,
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltung bei einer 4. The method according to claim 3, characterized in that the cleavage in a
Temperatur von unter 40°C erfolgt,  Temperature is below 40 ° C,
5. Verfahren nach einem der Ansprüpche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als 5. The method according to one of Ansprüpche 1 to 4, characterized in that as
lignocellulosisches Material Stroh, Bagasse, Energiegräser und/oder Spelzen eingesetzt wird.  lignocellulosic material straw, bagasse, energy grasses and / or husks is used.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the
lignocellulosische Material in der wässerigen Lösung in einer Stoffdichte von 5-40 Gew% vorliegt. lignocellulosic material is present in the aqueous solution in a consistency of 5-40% by weight.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Cellulose und Hemicellulose angereicherte Material mit einer Xylanase und/oder einer Cellulase behandelt wird, um die Zucker zu gewinnen. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the cellulosic and hemicellulose-enriched material is treated with a xylanase and / or a cellulase to recover the sugars.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the
erhaltenen Zucker zu Alkohol vergoren werden, welcher abgetrennt und gewonnen wird.  obtained sugar are fermented to alcohol, which is separated and recovered.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgeschlossene Feststoff mit einer Xylanase umgesetzt und die erhaltene 9. The method according to any one of claims claim 1 to 8, characterized in that the digested solid reacted with a xylanase and the resulting
Flüssigphase zu Xylitol umgesetzt, und der verbleibende Feststoff  Liquid phase reacted to xylitol, and the remaining solid
- weiter mit Cellulase zum Erhalt verschiederner Fermentationsprodukte umgesetzt wird; oder  - Is further reacted with cellulase to obtain various fermentation products; or
- einer thermischen oder thermochemischen Stoffumwandlung unterzogen wird;  - subjected to a thermal or thermochemical conversion;
oder  or
- einer mikrobiellen Stoffumwandlung durch Bakterien, Hefen oder Pilze unterzogen wird;  is subjected to microbial transformation by bacteria, yeasts or fungi;
oder  or
- einem weiteren Delignifizierungsschritt zum Zwecke der Gewinnung eines Cellulose- Fasermaterials unterzogen wird.  - Is subjected to a further delignification step for the purpose of obtaining a cellulose fiber material.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgeschlossene Feststoff mit einer Xylanase umgesetzt und die erhaltene Flüssigphase mittels Xylose 10. The method according to claim 9, characterized in that the digested solid reacted with a xylanase and the resulting liquid phase by xylose
Dehydrogenase zu Xylitol umgesetzt, und der verbleibende Feststoff  Dehydrogenase reacted to xylitol, and the remaining solid
- weiter mit Cellulase zum Erhalt verschiederner Fermentationsprodukte umgesetzt wird; oder  - Is further reacted with cellulase to obtain various fermentation products; or
- einer thermischen oder thermochemischen Stoffumwandlung unterzogen wird;  - subjected to a thermal or thermochemical conversion;
oder  or
- einer mikrobiellen Stoffumwandlung durch Bakterien, Hefen oder Pilze unterzogen wird;  is subjected to microbial transformation by bacteria, yeasts or fungi;
oder  or
- einem weiteren Delignifizierungsschritt zum Zwecke der Gewinnung eines Cellulose- Fasermaterials unterzogen wird. - Is subjected to a further delignification step for the purpose of obtaining a cellulose fiber material.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet dass der nach Abtrennung der (Fermentations)Produkte verbleibende Feststoff in einer Biogasanlage fermentiert und zu Biogas weiterverarbeitet wird. 11. The method according to any one of claims 9 or 10, characterized in that the after separation of the (fermentation) products remaining solid fermented in a biogas plant and processed into biogas.
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