ES2831304T3 - Procedimiento de tratamiento enzimático de una materia lignocelulósica sólida - Google Patents

Procedimiento de tratamiento enzimático de una materia lignocelulósica sólida Download PDF

Info

Publication number
ES2831304T3
ES2831304T3 ES13731390T ES13731390T ES2831304T3 ES 2831304 T3 ES2831304 T3 ES 2831304T3 ES 13731390 T ES13731390 T ES 13731390T ES 13731390 T ES13731390 T ES 13731390T ES 2831304 T3 ES2831304 T3 ES 2831304T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
solid
matter
treatment
solid lignocellulosic
lignocellulosic matter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES13731390T
Other languages
English (en)
Inventor
Gérard Vilarem
Luc Rigal
Virginie Vandenbossche
Julien Brault
Luna Martin Hernandez
Melendez Oscar Hernandez
Lima Eduardo Vivaldo
Garcia Eduardo Barzana
Mercedes Ballesteros
Aleta Duque
Paloma Manzanares
Matti Samuel Siika-Aho
Jaana Maria Uusitalo
Julio Mata-Segreda
Stéphane Guillouet
Eric Lombard
Xavier Cameleyre
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MEXICO NAC AUTONOMA, University of
Centro de Investigaciones Energeticas Medioambientales y Tecnologicas CIEMAT
Institut National Polytechnique de Toulouse INPT
Universidad Nacional Autonoma de Mexico
Original Assignee
MEXICO NAC AUTONOMA, University of
Centro de Investigaciones Energeticas Medioambientales y Tecnologicas CIEMAT
Institut National Polytechnique de Toulouse INPT
Universidad Nacional Autonoma de Mexico
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MEXICO NAC AUTONOMA, University of, Centro de Investigaciones Energeticas Medioambientales y Tecnologicas CIEMAT, Institut National Polytechnique de Toulouse INPT, Universidad Nacional Autonoma de Mexico filed Critical MEXICO NAC AUTONOMA, University of
Application granted granted Critical
Publication of ES2831304T3 publication Critical patent/ES2831304T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/14—Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of a carbohydrase (EC 3.2.x), e.g. by alpha-amylase, e.g. by cellulase, hemicellulase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/02—Monosaccharides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/08—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
    • C12P7/10—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate substrate containing cellulosic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
    • C13K1/00—Glucose; Glucose-containing syrups
    • C13K1/02—Glucose; Glucose-containing syrups obtained by saccharification of cellulosic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P2201/00—Pretreatment of cellulosic or lignocellulosic material for subsequent enzymatic treatment or hydrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P2203/00—Fermentation products obtained from optionally pretreated or hydrolyzed cellulosic or lignocellulosic material as the carbon source
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)

Abstract

Procedimiento de tratamiento de una materia (10) lignocelulósica sólida en el que se somete dicha materia (10) lignocelulósica sólida a un tratamiento, denominado tratamiento (1) mecanoquímico, de mezcla de dicha materia (10) lignocelulósica sólida, y de degradación química de dicha materia (10) lignocelulósica sólida, en el que se pone la materia (10) lignocelulósica sólida en contacto con una disolución alcalina para formar una composición intermedia que presenta una materia lignocelulósica, denominada materia lignocelulósica hidratada, de digestibilidad enzimática aumentada con respecto a la digestibilidad de la materia (10) lignocelulósica sólida de partida, después; se somete dicha materia lignocelulósica hidratada a un tratamiento, denominado tratamiento (2) mecanoenzimático, en el que se forma una dispersión, denominada dispersión acuosa, de dicha materia lignocelulósica hidratada en una composición acuosa, comprendiendo dicha dispersión acuosa al menos una enzima de degradación de dicha materia lignocelulósica hidratada; y se realiza el tratamiento (2) mecanoenzimático por mezcla de dicha dispersión acuosa en un extrusor de doble tornillo adaptada para permitir una sucesión de fases de compresión, de expansión y de cizallamiento mecánicos de la dispersión acuosa para formar una disolución, denominada disolución (36) de hidrólisis, acuosa de productos de hidrólisis de dicha materia (10) lignocelulósica sólida; caracterizado por que se realiza una etapa de separación líquido/sólido de dicha disolución (36) de hidrólisis y de un residuo (40) sólido, y por que; se somete el residuo (40) sólido a una fermentación, por lo que se libera una cantidad de etanol con un rendimiento, expresado en masa de etanol producido por fermentación con respecto a la masa del residuo (40) sólido, superior al rendimiento de fermentación de la materia (10) lignocelulósica sólida de partida realizada en las mismas condiciones que la fermentación de dicho residuo (40) sólido.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de tratamiento enzimático de una materia lignocelulósica sólida
La invención se refiere a un procedimiento de tratamiento enzimático de una materia lignocelulósica sólida. La invención se refiere a dicho procedimiento para la preparación de una disolución -especialmente una disolución acuosa- de sacáridos y/o de compuestos fenólicos. La invención se refiere también a la utilización de dicho procedimiento para la preparación de tal disolución acuosa de sacáridos para su fermentación -especialmente alcohólica- para la producción de etanol.
En particular, la invención tiene como objetivo un procedimiento para la preparación de una solución de sacáridos que comprende al menos un monosacárido y/o al menos un oligosacárido y/o al menos un polisacárido de grado de polimerización y/o de masa molecular apto para formar una disolución.
Dicho procedimiento de tratamiento enzimático de una materia lignocelulósica sólida encuentra sus aplicaciones en el campo general del aprovechamiento de recursos vegetales, tales como desechos vegetales -en particular los desechos vegetales procedentes de la agricultura o de la industria agroalimentaria-, o tales como cultivos de plantas herbáceas destinadas a la producción de biomasa -especialmente para la producción de energía-. Dicho procedimiento encuentra también sus aplicaciones en la transformación de desechos vegetales en materiales que ya no son desechos y que pueden transformarse, por ejemplo, en etanol por fermentación alcohólica.
Se conoce (documento US 2007/0031918) un procedimiento de tratamiento de biomasa para la producción de azúcares fermentables en el que se trata dicha biomasa con una disolución acuosa de amoniaco y, llegado el caso, con una base, para formar una dispersión concentrada de la biomasa en el amoniaco, y después se ajusta el pH de la dispersión de biomasa hasta un valor de pH 5 y se hidrolizan, por vía enzimática, los azúcares de la biomasa mediante una celulosa durante un tiempo del orden de 96 horas.
Dicho procedimiento necesita una etapa de colocación de la biomasa bajo presión reducida para la eliminación del amoniaco del medio de reacción antes de la adición de las celulosas. Dicha etapa es compleja de realizar a escala industrial. Dicho procedimiento tampoco permite tratar rápidamente una composición de biomasa, especialmente en menos de 96 horas.
Se conoce también, por Samaniuk et al. (2011), “Bioressource technology, 102, 4489-4494”, un procedimiento en el que se someten unos tallos de maíz triturados a un tratamiento en medio ácido, y después a un tratamiento de degradación enzimática de la materia sólida obtenida por medio de este tratamiento en medio ácido. Dicho procedimiento necesita una etapa previa de trituración de los tallos de maíz, una etapa de neutralización del medio ácido, una etapa de filtración/lavado al vacío del medio neutralizado adaptada para preparar una materia sólida previamente a su tratamiento enzimático. Dicho procedimiento es complejo y no es adecuado para una realización a escala industrial.
El documento WO 2011/021272 describe un procedimiento de pretratamiento de una biomasa vegetal en un extrusor.
La invención tiene como objetivo paliar los inconvenientes anteriormente evocados proponiendo un procedimiento de tratamiento enzimático de una materia lignocelulósica sólida para la fabricación de una disolución -especialmente de una disolución acuosa- de sacáridos y/o de compuestos fenólicos que sea rápida de realizar. En particular, dicho procedimiento permite obtener una solución de sacáridos y/o de compuestos fenólicos a partir de una materia lignocelulósica sólida en menos de una hora -especialmente en un tiempo del orden de 10 minutos-.
La invención tiene también como objetivo proponer un procedimiento de tratamiento enzimático de una materia lignocelulósica sólida adaptado para permitir el aprovechamiento de recursos vegetales (biomasa) que ya no son desechos pero que son susceptibles de aprovecharse especialmente en forma de compuestos fenólicos, de sacáridos procedentes de hemicelulosas y de la celulosa de la materia lignocelulósica sólida, por ejemplo en forma de monosacárido(s) tal como la glucosa o en forma de sus productos de fermentación -po r ejemplo en forma de etanol-.
La invención tiene, por lo tanto, como objetivo, en particular pero no exclusivamente, un procedimiento de tratamiento enzimático de una materia lignocelulósica sólida para la producción de etanol, y de su utilización como biocarburante.
En particular, la invención tiene como objetivo proponer un procedimiento de tratamiento enzimático de una materia lignocelulósica sólida que está disponible en gran cantidad.
Otro objetivo de la invención es proponer tal procedimiento de tratamiento enzimático de una materia lignocelulósica sólida que no necesita un refinado de la celulosa producida a partir de un recurso vegetal antes de su transformación en sacáridos solubilizados y en glucosa para su fermentación alcohólica.
La invención tiene también como objetivo dicho procedimiento de tratamiento enzimático de una materia lignocelulósica sólida en el que no se realiza ninguna etapa de hidrólisis ácida -especialmente en caliente- susceptible de generar subproductos de reacción aptos para interferir con -incluso inhibir- una etapa subsiguiente de fermentación alcohólica de glucosa.
La invención tiene también como objetivo alcanzar todos estos objetivos a menor coste, proponiendo tal procedimiento de tratamiento enzimático de una materia lignocelulósica sólida que sea simple en su realización y que no necesite ninguna modificación de las instalaciones industriales preexistentes.
La invención tiene también como objetivo dicho procedimiento de tratamiento enzimático de una materia lignocelulósica sólida adaptado para permitir una preparación rápida de una solución de sacáridos y/o de compuestos fenólicos.
La invención tiene también como objetivo dicho procedimiento de tratamiento enzimático -especialmente de degradación enzimática- de una materia lignocelulósica sólida de eficacia mejorada.
Para esto, la invención se refiere a un procedimiento de tratamiento de una materia lignocelulósica sólida según la reivindicación 1.
A continuación, la expresión “materia lignocelulósica” designa cualquier materia natural que comprende celulosa, hemicelulosa o ligninas. En particular, dicha materia lignocelulósica sólida según la presente invención comprende una proporción másica de celulosa comprendida entre el 20% y el 100% de la materia seca. Por lo tanto, puede tratarse de celulosa pura. El tratamiento según la invención de dicha celulosa pura permite formar una solución de sacáridos y, llegado el caso, de glucosa.
Dicho procedimiento de tratamiento mecanoenzimático de una materia lignocelulósica sólida está adaptado para permitir la fabricación de una disolución acuosa de al menos un producto de degradación enzimática de uno de los constituyentes de la materia lignocelulósica sólida. En particular, tal procedimiento está adaptado para permitir la fabricación de una disolución acuosa de sacáridos y/o de D-glucosa a partir de dicha materia lignocelulósica sólida.
En tal procedimiento de tratamiento de una materia lignocelulósica sólida según la invención se somete, en primer lugar, la materia lignocelulósica sólida a un tratamiento denominado mecanoquímico:
- de mezcla de dicha materia lignocelulósica sólida -especialmente en un reactor de mezcla adaptado para permitir una sucesión de fases de compresión, de expansión y de cizallamiento mecánicos de la materia lignocelulósica sólida, y;
- de degradación química de dicha materia lignocelulósica sólida;
en el que se pone la materia lignocelulósica sólida en contacto con una disolución alcalina para formar una composición intermedia que presenta una materia lignocelulósica, denominada materia lignocelulósica hidratada, de digestibilidad enzimática -en particular de la celulosa- aumentada con relación a la digestibilidad -especialmente de la celulosa- de la materia lignocelulósica sólida de partida.
Ventajosamente, en un procedimiento según la invención, se somete la materia lignocelulósica sólida a un primer tratamiento mecanoquímico, de mezcla y de degradación química de dicha materia lignocelulósica sólida, en el que se pone la materia lignocelulósica sólida en contacto con la disolución alcalina para formar por impregnación e hinchamiento de la materia lignocelulósica sólida una composición intermedia que presenta una materia lignocelulósica sólida, denominada materia lignocelulósica hidratada, que presenta una sensibilidad a la hidrólisis enzimática aumentada con respecto a la sensibilidad a la hidrólisis enzimática de la materia lignocelulósica sólida de partida. Se somete después la materia lignocelulósica hidratada, llegado el caso después de la neutralización de la composición intermedia, al tratamiento mecanoenzimático.
Se caracteriza la materia lignocelulósica hidratada por el hecho de que presenta, en particular una proporción de celulosa de tipo II con relación a la celulosa de tipo I que se aumenta con relación a la proporción de celulosa de tipo II con relación a la celulosa de tipo I de la materia lignocelulósica sólida de partida. Se cuantifica la celulosa de tipo I y de tipo II mediante técnicas conocidas en sí mismas por el experto en la materia, en particular por difracción de rayos X de la materia lignocelulósica sólida de partida y de la materia lignocelulósica hidratada secas.
Ventajosamente, la disolución alcalina es una disolución acuosa de al menos un hidróxido de un metal alcalino -especialmente seleccionado del grupo formado por el hidróxido de sodio y el hidróxido de potasio-. Ventajosamente, el pH de la disolución alcalina es superior a 7,5. En un procedimiento según la invención, el pH de la disolución alcalina puede tomar cualquier valor, por ejemplo del orden de 8 o superior a 13.
Ventajosamente y según la invención, se realiza el tratamiento mecanoquímico a una temperatura comprendida entre 50°C y 150°C.
En dicho procedimiento de tratamiento de una materia lignocelulósica sólida según la invención, se forma una dispersión acuosa concentrada de dicha materia lignocelulósica hidratada. Dicha dispersión acuosa comprende al menos una enzima de degradación de dicha materia lignocelulósica hidratada que está adaptada para permitir una escisión molecular de al menos uno de los constituyentes de la materia lignocelulósica hidratada.
En efecto, los inventores han constatado que, contrariamente al prejuicio reconocido en el estado de la técnica, es posible realizar un ataque enzimático de una materia lignocelulósica hidratada sólida en forma de una dispersión acuosa directamente en un reactor de mezcla. En particular, los inventores han observado que dicho ataque enzimático de la materia lignocelulósica hidratada sólida sigue siendo muy eficaz a pesar de la concentración elevada de dicha materia lignocelulósica hidratada sólida en la dispersión acuosa, a pesar de las condiciones de compresión/expansión sucesivas y de cizallamiento mecánicos y de temperatura a las que se somete la dispersión acuosa que comprende la o las enzimas de degradación de dicha materia lignocelulósica hidratada sólida en el reactor de mezcla.
Ventajosamente, dicho procedimiento según la invención permite obtener una degradación enzimática de una materia lignocelulósica sólida en un reactor de mezcla para un tiempo corto de tratamiento (en particular, un tiempo inferior a 1 hora), mientras que los tratamientos enzimáticos del estado de la técnica necesitan un tiempo de tratamiento superior a una hora -especialmente superior a varias horas-.
De hecho, la invención va en contra de los prejuicios del estado de la técnica según los cuales, para realizar una digestión enzimática de un sustrato;
- conviene formar una disolución -y no una dispersión- que comprenda la enzima y el sustrato, en condiciones de concentración de dicho sustrato que sea débil y adaptada para limitar la inhibición de la enzima por exceso de sustrato;
- conviene no someter al medio que comprende el sustrato a unas tensiones de temperatura y de presión que son inhabituales para la utilización de enzimas.
Haciendo esto, los inventores han observado que es posible, de manera sorprendente, realizar una hidrólisis enzimática -especialmente una hidrólisis parcial o una hidrólisis total- de una materia lignocelulósica sólida -especialmente celulosa, ligninas y hemicelulosas de dicha materia lignocelulósica sólida- en un medio concentrado y en condiciones de mezcla -especialmente de compresión/expansión sucesivas y de cizallamiento- y de temperatura no descritas en el estado de la técnica.
En un procedimiento según la invención se forma, además de la disolución de hidrólisis, un residuo sólido susceptible de someterse a un tratamiento de fermentación apto para producir una cantidad de etanol, presentando el tratamiento de fermentación del residuo sólido un rendimiento, expresado en masa de etanol producido durante el tratamiento de fermentación aplicado a la masa del residuo sólido que es superior al rendimiento de fermentación de la materia lignocelulósica sólida de partida realizada en las mismas condiciones.
Ventajosamente, y según la invención, la dispersión acuosa presenta una relación entre la masa de composición acuosa de la dispersión acuosa y la masa de materia seca de dicha materia lignocelulósica sólida de la dispersión acuosa comprendida entre 1 y 4.
Se determina la masa de materia seca de la materia lignocelulósica sólida mediante un método conocido en sí mismo por el experto en la materia, y en el que se realiza un pesaje de dicha materia lignocelulósica previamente expuesta a un tratamiento de secado a una temperatura del orden de 103°C durante un tiempo necesario para obtener una masa sustancialmente constante de dicha materia lignocelulósica.
Ventajosamente, y según la invención, se realiza la dispersión acuosa por adición voluntaria de enzima(s) de degradación a la materia lignocelulósica sólida. En un procedimiento según la invención, es posible preparar previamente una disolución acuosa de la enzima de degradación, y después añadir dicha disolución acuosa de enzima de degradación a la materia lignocelulósica sólida. En una segunda variante de un procedimiento según la invención, se prepara, en primer lugar, la dispersión acuosa de la materia lignocelulósica sólida, y después se añade a dicha dispersión acuosa una cantidad de enzima de degradación.
Ventajosamente, y según la invención, la materia lignocelulósica sólida comprende:
- una proporción másica de celulosa, expresada en peso seco de celulosa y en peso seco de dicha materia lignocelulósica sólida, comprendida entre el 20% y el 99% -especialmente comprendida entre el 20% y el 98%, preferentemente comprendida entre el 20% y el 90%, en particular comprendida entre el 30% y el 60%-;
- una proporción másica de hemicelulosa, expresada en peso seco de hemicelulosas y en peso seco de la materia lignocelulósica sólida, comprendida entre el 15% y el 50%;
- una proporción másica de ligninas, expresada en peso seco de ligninas y en peso seco de la materia lignocelulósica, comprendida entre el 0,1% y el 30%.
Ventajosamente y según la invención, la dispersión acuosa comprende una proporción másica de enzima(s) de degradación con relación a la materia seca de la materia lignocelulósica sólida comprendida entre el 1% y el 20%.
Ventajosamente y según la invención, se realiza el tratamiento mecanoenzimático a una temperatura comprendida entre 20°C y 80°C -especialmente comprendida entre 30°C y 70°C, preferentemente comprendida entre 45°C y 55°C-
Ventajosamente y según la invención, el reactor de mezcla es un extrusor de doble tornillo.
En lo sucesivo, la expresión “extrusor de doble tornillo” designa un dispositivo de mezcla de una materia -especialmente de una materia lignocelulósica sólida-, comprendiendo dicho dispositivo de mezcla dos tornillos copenetrantes de paso directo o de paso invertido, arrastrados en rotación en sincronismo en el interior de un recinto -especialmente un recinto tubular- y que presenta en sección recta transversal una forma bilobulada. Ventajosamente, el recinto y los tornillos copenetrantes están formados de acero nitrurado o en aleación industrial adaptada a las condiciones operativas, en particular de abrasividad y de corrosión. Cada uno de los tornillos copenetrantes está formado de secciones de tornillos que se extienden axial y sucesivamente sobre un eje acanalado y que se dispone axialmente unas zonas sucesivas de tratamiento de la materia lignocelulósica sólida entre una zona de carga del extrusor de doble tornillo y una zona de salida.
Según un modo preferido de realización de un procedimiento según la invención, se utiliza un extrusor de doble tornillo como reactor de mezcla. Una ventaja de la utilización de un extrusor de doble tornillo como reactor de mezcla surge de la rapidez de tratamiento. En efecto, según las condiciones de realización de la invención, de algunos minutos a algunas decenas de minutos de tratamiento mecanoenzimático de una materia lignocelulósica en un extrusor de doble tornillo son suficientes para permitir una hidrólisis al menos parcial de la materia lignocelulósica sólida.
El perfil del tornillo -definido por la secuencia, la forma y el paso de los elementos constitutivos del doble tornillo del extrusor de doble tornillo- y la velocidad de rotación del doble tornillo se seleccionan para obtener un efecto de mezcla y/o de triturado, y/o de cizallamiento de la dispersión acuosa de la materia lignocelulósica y para establecer un tiempo de permanencia de dicha dispersión acuosa en el extrusor de doble tornillo, que están adaptados para permitir una hidrólisis al menos parcial de la materia lignocelulósica sólida.
En un procedimiento según la invención, la materia lignocelulósica sólida sufre una desestructuración parcial durante el tratamiento mecanoenzimático de mezcla y/o de trituración y/o de cizallamiento de dicha materia celulósica sólida, pero también un ataque enzimático simultáneo de la materia celulósica sólida a una temperatura comprendida entre 20°C y 80°C.
El efecto de mezcla y/o de trituración y/o de cizallamiento se obtiene aquí gracias a un desplazamiento mantenido de al menos un elemento mecánico rígido dentro y en contacto con dicha materia celulósica sólida. Este desplazamiento se denomina mantenido debido a que perdura durante dicho tratamiento mecanoenzimático: puede ser continuo o discontinuo, puede repetirse de manera regular o irregular.
Para la realización de un tratamiento mecanoenzimático según la invención, dicho extrusor de doble tornillo presenta la ventaja de permitir una automatización del conjunto de las etapas y la realización de este tratamiento en una operación única y continua.
El empleo de un extrusor de doble tornillo permite ventajosamente un control preciso de un gran número de parámetros de funcionamiento de un procedimiento según la invención (temperatura de tratamiento, modo y fuerza de compresión, de expansión y de cizallamiento, tiempo de tratamiento, etc.). En efecto, modificando algunas características estructurales y/o algunas características de funcionamiento del extrusor de doble tonillo, el operario interviene sobre los parámetros del procedimiento.
A título de ejemplo de características estructurales de un extrusor de doble tornillo a nivel de las cuales un operario puede intervenir, y que se determinan y fijan generalmente antes de su puesta en marcha (y que normalmente no son modificables durante su funcionamiento), se cita en particular el perfil de los tornillos, que depende esencialmente de la forma de los filetes de los tornillos (que puede ser, por ejemplo, trapezoidal, conjugada, simple o doble, etc.) y del paso del tornillo. Cada uno de estos tornillos puede también presentar diferentes secciones (o segmentos) que pueden eventualmente diferir las unas de las otras, por la forma del filete y/o por el paso del tornillo. Eventualmente, algunas de estas secciones constitutivas de estos tornillos pueden también corresponder a unos elementos mezcladores monolobulares o bilobulares.
Entre estas características de funcionamiento de un extrusor de doble tornillo utilizado en un procedimiento según la invención a nivel de las cuales un operario puede intervenir en cualquier momento (tanto cuando este equipo está parado como cuando está en marcha), se pueden citar:
- la velocidad de rotación de los tornillos;
- la temperatura del recinto (o funda); las temperaturas particulares se pueden fijar en diferentes módulos que se extienden longitudinalmente en este recinto.
La gran elección de las características estructurales y de funcionamiento de dicho extrusor de doble tornillo permite una gran libertad de ajuste de las condiciones de realización de un procedimiento según la invención, y en particular definir unas condiciones óptimas (por ejemplo la temperatura, la fuerza de cizallamiento, la duración del tratamiento) específicas de cada una de las materias lignocelulósicas sólidas de partida seleccionada. Ventajosamente, el doble tornillo de un extrusor de doble tornillo utilizado en el ámbito de la invención puede comprender al menos dos secciones que difieren por su perfil de tornillo.
Estas características estructurales de los tornillos del extrusor de doble tornillo son adecuadas para permitir no sólo un transporte de la materia celulósica sólida de la dispersión acuosa a lo largo del cuerpo del extrusor de doble tornillo, sino también formar, durante este transporte de la materia celulósica, unas zonas de compresión y/o de mezcla y/o de trituración y/o de cizallamiento y/o de hinchamiento por hidratación de la materia lignocelulósica sólida de la dispersión acuosa, y un ataque enzimático de la materia lignocelulósica sólida de la dispersión acuosa.
En efecto, contrariamente los prejuicios conocidos en el estado de la técnica, los inventores han observado que, a pesar de las condiciones de mezcla y de trituración -especialmente de compresión/expansión sucesivas y de cizallamiento- encontradas en el extrusor de doble tornillo, y de la concentración elevada de sustrato (materia celulósica sólida) en el extrusor de doble tornillo, las enzimas utilizadas en un tratamiento mecanoenzimático conforme a la invención presentan una actividad enzimática preservada y, en todo caso, suficiente para formar rápidamente unos sacáridos solubilizados, durante la realización del tratamiento mecanoenzimático en el extrusor de doble tornillo.
Ventajosamente y según la invención, se seleccionan la o las enzimas de degradación de la materia lignocelulósica sólida del grupo formado por las celulasas, -especialmente las endoglucanasas, las exoglucanasas y las pglucosidasas-.
Ventajosamente, se selecciona la celulasa del grupo formado por las enzimas de clase E.C.3.2.1. -especialmente de la clase E.C.3.2.1.4., de la clase E.C.3.2.1.6., de la clase E.C.3.2.1.21., de la clase E.C.3.2.1.92., de la clase E.C.3.2.1.176.- de la clasificación de las enzimas. Ventajosamente, la dispersión acuosa de la materia lignocelulósica sólida comprende al menos una enzima lítica adaptada para permitir una ruptura de al menos un enlace covalente p-1,4- entre dos unidades D-glucósido de la celulosa de la materia lignocelulósica sólida y su transformación en sacáridos hidrosolubles.
Ventajosamente y según la invención, se selecciona al menos una enzima de degradación de la materia lignocelulósica sólida del grupo formado por enzimas de degradación de las ligninas.
Ventajosamente, se selecciona la enzima de degradación de la lignina del grupo formado por lacasas -especialmente de la clase E.C.1.10.3.2. de la clasificación de las enzimas-, de las peroxidasas -especialmente de la clase E.C.1.11.1.7. y de la clase E.C.1.11.1.9. de la clasificación de las enzimas-.
Ventajosamente, y según la invención, se selecciona al menos una enzima de degradación de la materia lignocelulósica sólida del grupo formado por las enzimas de degradación de las hemicelulosas.
Ventajosamente, se selecciona la enzima de degradación de las hemicelulosas del grupo formado por las enzimas de la clase E.C.3.2.1. -especialmente de la clase E.C.3.2.1.8., de la clase E.C.3.2.1.37. y de la clase E.C.3.2.1.89.- de la clasificación de las enzimas.
Ventajosamente y según la invención, durante el tratamiento mecanoenzimático, se mantiene el pH de la dispersión acuosa a un valor comprendido entre pH 4 y pH 7 -especialmente entre pH 5,0 y pH 6,0-.
Ventajosamente, y según la invención, se selecciona la materia lignocelulósica sólida del grupo formado por todo o parte de una planta de maíz -especialmente del grupo formado de espatas, escobajos y tallos-, de una paja de cereal -especialmente de cebada-, de un desecho de fabricación de tequila -en particular de Agave tequilana-, de bagazo de agave para la producción de inulina, de bagazo de caña de azúcar, de un residuo de producción de aceite de palma y de una torta de planta oleaginosa.
Ventajosamente y según la invención, se somete la disolución de hidrólisis que contiene los sacáridos -especialmente unos monosacáridos y unos oligosacáridos- solubilizados a una etapa de fermentación enzimática de los sacáridos solubilizados. Ventajosamente, se realiza una etapa de fermentación alcohólica de los sacáridos y de la D-glucosa de la disolución de hidrólisis y su transformación en etanol.
Ventajosamente y según la invención, previamente al tratamiento mecanoenzimático, se añade a la composición intermedia un volumen de una disolución, denominada disolución ácida, acuosa de al menos un ácido mineral apto para disminuir el pH de la composición intermedia y para formar una composición intermedia neutralizada apta para someterse al tratamiento mecanoenzimático.
Ventajosamente, el pH de la composición intermedia neutralizada está comprendido entre pH 6 y pH 7.
Ventajosamente y según la invención, se realiza el tratamiento mecanoquímico y el tratamiento mecanoenzimático sucesivamente en el mismo reactor de mezcla -especialmente el mismo extrusor de doble tornillo-. Para hacer esto, el extrusor de doble tornillo presenta:
- una zona aguas arriba de tratamiento mecanoquímico de la materia lignocelulósica sólida, y;
- una zona intermedia de lavado y de separación líquido/sólido de una disolución acuosa rica en sales procedente de la neutralización, y en hemicelulosas, y;
- una zona aguas abajo de tratamiento mecanoenzimático.
Ventajosamente, se realiza el tratamiento mecanoquímico y el tratamiento mecanoenzimático sucesivamente en unos reactores de mezcla diferentes. En un modo particular de realización de la invención, es posible utilizar un solo y único extrusor para realizar, durante un primer paso, el tratamiento mecanoquímico de una materia lignocelulósica sólida y durante un segundo paso el tratamiento mecanoenzimático de la materia lignocelulósica sólida.
Ventajosamente y según la invención, la composición intermedia neutralizada presenta una proporción másica de materia seca comprendida entre el 10% y el 40%.
Ventajosamente y según la invención, se somete la composición intermedia neutralizada al tratamiento mecanoenzimático sin proceder a ninguna etapa previa de fraccionamiento -especialmente de separación líquido/sólido- de la materia lignocelulósica hidratada y de una fase acuosa.
Ventajosamente y según la invención, se realiza una etapa de separación líquido/sólido de un residuo sólido de la materia lignocelulósica sólida y de la disolución de hidrólisis que contiene unos sacáridos hidrosolubles.
Ventajosamente y según la invención, se realiza una etapa de separación líquido/sólido de un residuo sólido de la materia lignocelulósica sólida y de la disolución de hidrólisis que contiene compuestos fenólicos procedentes de las ligninas de la materia lignocelulósica sólida.
En un modo particular de realización de la invención, se somete la disolución de hidrólisis que contiene los sacáridos hidrosolubles a una etapa de fermentación -especialmente una fermentación alcohólica- de los sacáridos hidrosolubles para la formación de etanol.
La invención se extiende, por otro lado, a una disolución acuosa de sacáridos hidrosolubles y de la o las enzimas de degradación de la materia lignocelulósica sólida obtenida mediante un procedimiento según la invención, y adaptada para poder reciclarse en un procedimiento de tratamiento mecanoenzimático ulterior de una materia lignocelulósica sólida.
La invención tiene además como objetivo una disolución acuosa de sacáridos susceptibles de obtenerse mediante un procedimiento según la invención. La invención tiene también como objetivo una disolución acuosa de sacáridos hidrosolubles obtenida directamente mediante un procedimiento según la invención.
La invención se refiere también a un procedimiento de fabricación de una composición de sacáridos hidrosolubles y a una disolución acuosa de sacáridos, caracterizado en combinación por todas o parte de las características mencionadas anteriormente o a continuación.
Otros objetivos, características y ventajas de la invención aparecerán a partir de la lectura de la descripción siguiente que se refiere a la figura 1 anexa que ilustra un modo de realización de un procedimiento según la invención, y los ejemplos dados a continuación únicamente a título indicativo de un modo de realización de un procedimiento según la invención.
En un procedimiento de fabricación de una composición de sacáridos hidrosolubles según la invención, representado en la figura 1, se selecciona una materia 10 lignocelulósica sólida, en particular una materia 10 lignocelulósica sólida procedente de la biomasa. Tal materia 10 lignocelulósica sólida presenta ventajosamente un porcentaje de materia seca comprendido entre el 15% y el 99%.
Se introduce de forma continua dicha materia 10 lignocelulósica sólida en un primer dispositivo de mezcla formado por un extrusor de doble tornillo adaptado para poder someter la materia 10 lignocelulósica sólida sucesivamente a las etapas 11, 12, 13, 14 de un tratamiento 1 mecanoquímico. Se introduce la materia 10 lignocelulósica sólida en el primer extrusor con un caudal adaptado a la velocidad de rotación de los tornillos del primer extrusor de doble tornillo y a la velocidad deseada de transporte de la materia 10 lignocelulósica sólida en el primer extrusor de doble tornillo.
El primer extrusor de doble tornillo está adaptada para permitir un ajuste de la temperatura de la materia 10 lignocelulósica sólida en cada una de las etapas 11, 12, 13, 14 del tratamiento 1 mecanoquímico. La etapa 11 del tratamiento 1 mecanoquímico es una etapa de tratamiento esencialmente mecánica en la que la materia 10 lignocelulósica sólida sufre en el extrusor de doble tornillo unas etapas sucesivas de compresión, de expansión y de cizallamiento. Durante esta etapa 11 inicial del tratamiento 1 mecanoquímico, se calienta la materia 10 lignocelulósica sólida para alcanzar una temperatura del orden de 100°C. Durante la etapa 12 del tratamiento 1 mecanoquímico, se añade a la materia 10 lignocelulósica sólida, bajo tratamiento mecánico y a una temperatura del orden de 100°C, una disolución 15 alcalina -especialmente de hidróxido de sodio-. La etapa 12 de adición de la disolución 15 alcalina está adaptada para permitir la mezcla de dicha disolución 15 alcalina y de la materia 10 lignocelulósica sólida y, llegado el caso, una hidrólisis parcial de las ligninas de la materia 10 lignocelulósica sólida.
Se forma, al final de esta etapa 12 de hidrólisis alcalina, una composición intermedia que comprende una materia lignocelulósica, denominada materia lignocelulósica hidratada, sólida y de digestibilidad enzimática -especialmente de digestibilidad enzimática de la celulosa- que aumenta con relación a la digestibilidad enzimática -especialmente con relación a la digestibilidad enzimática de la celulosa- de la materia 10 lignocelulósica sólida.
Durante la etapa 13 subsiguiente del tratamiento 1 mecanoquímico, se añade de forma continua a la composición intermedia una cantidad de una disolución 16 ácida adaptada para neutralizar dicha composición intermedia y para ajustar el pH de la composición intermedia a un valor del orden de pH 6 a pH 7. Se realiza tal neutralización con una disolución acuosa de un ácido mineral, en particular con una disolución acuosa de ácido fosfórico, para formar una composición intermedia neutralizada.
En el procedimiento según la invención, representado en la figura 1, se realiza después una etapa 14 de separación sólido/líquido de un filtrado 17 rico en compuestos fenólicos y en hemicelulosas de la materia 10 lignocelulósica sólida y de un extruido 20 sólido enriquecido de fibras celulósicas hidratadas que presentan un porcentaje de celulosa cristalina de tipo II aumentado del 45% al 60% con respecto a la materia 10 lignocelulósica sólida de partida. Dicha etapa 14 de separación sólido/líquido es, no obstante, facultativa.
En un tratamiento 2 mecanoenzimático subsiguiente de un extruido 20 sólido enriquecido de fibras celulósicas hidratadas, se introduce dicho extruido 20 sólido en un segundo extrusor de doble tornillo o en una sección suplementaria del mismo extrusor. El segundo extrusor de doble tornillo puede ser idéntico o similar al primer extrusor de doble tornillo. En cualquier caso, el segundo extrusor de doble tornillo está adaptado para permitir un tratamiento mecánico del extruido 20 sólido por compresión/expansión sucesivas y por cizallamiento. Se introduce el extruido 20 sólido en el segundo extrusoro de doble tornillo con un caudal adaptado a la velocidad de rotación de los tornillos del extrusor de doble tornillo y a la velocidad deseada de transporte del extruido 20 sólido en el segundo extrusor de doble tornillo.
Durante el tratamiento 2 mecanoenzimático, se realiza una primera etapa 21 de introducción de una disolución 25 acuosa de al menos una enzima de hidrólisis de al menos un constituyente de la materia 10 lignocelulósica sólida -especialmente de la celulosa- en el segundo extrusor de doble tornillo. Se realiza dicha introducción 21 de la disolución 25 enzimática en el segundo extrusor de doble tornillo con un caudal adaptado a la velocidad de rotación de los tornillos del segundo extrusor de doble tornillo y a la velocidad deseada de transporte de la dispersión del extruido 20 sólido en la disolución 25 enzimática.
Además, se ajusta la temperatura de la dispersión del extruido 20 sólido en la disolución 25 enzimática a un valor adecuado para permitir una actividad enzimática óptima. En cualquier caso, en un procedimiento según la invención se introduce la disolución 25 enzimática en el segundo extrusor de doble tornillo que contiene un extruido 20 sólido concentrado. Según el procedimiento representado en la figura 1, es posible proceder a una etapa suplementaria 22 de introducción de una disolución 26 acuosa de al menos una enzima de hidrólisis de la celulosa. Se realiza dicha introducción de la disolución 26 enzimática con un caudal adaptado a la velocidad de rotación de los tornillos del segundo extrusor de doble tornillo y a la velocidad deseada de transporte de la dispersión del extruido 20 sólido en la disolución enzimática. Es posible que las disoluciones 25, 26 enzimáticas comprendan una misma composición enzimática o composiciones enzimáticas distintas. Es posible realizar las etapas sucesivas de hidrólisis a la misma temperatura o a temperaturas distintas, seleccionándose cada temperatura según la temperatura óptima de hidrólisis de cada composición enzimática. Al final de este tratamiento 2 mecanoenzimático, se forma un hidrolizado 30 que comprende una fracción 40 sólida que comprende unas fibras de celulosa insolubles, unas fibras de celulosa hidrosolubles, unos sacáridos, unas enzimas de las disoluciones 25, 26 enzimáticas y, llegado el caso, unos compuestos fenólicos de degradación de las ligninas y de los productos de degradación de las hemicelulosas de la materia 10 lignocelulósica sólida.
En el procedimiento según la invención representado en la figura 1, se somete el hidrolizado 30 a una etapa 3 de separación líquido/sólido y de lavado de dicha fracción 40 sólida, y de una disolución 35 acuosa. Se realiza, en particular, esta etapa 3 de separación líquido/sólido y de lavado en un tercer extrusor de doble tornillo o en una sección suplementaria del mismo extrusor de doble tornillo que comprende un módulo de filtración adaptado para permitir una separación de la fracción 40 sólida del hidrolizado 30 y de un filtrado 36 líquido acuoso que comprende unas fibras de celulosa hidrosolubles, unos sacáridos, al menos una parte de las enzimas de las disoluciones 25, 26 enzimáticas y, llegado el caso, unos compuestos fenólicos procedentes de la degradación de las ligninas y de las hemicelulosas y de los productos de degradación de las hemicelulosas. Dicha etapa de separación líquido/sólido es, no obstante, facultativa. Además, ventajosamente, es posible utilizar un extrusor de doble tornillo único que presenta una sucesión de secciones, estando cada sección adaptada para permitir un tratamiento en continuo de la materia lignocelulósica sólida.
En una primera variante no representada de un procedimiento según la invención, se realiza un tratamiento de reducción de la granulometría de la materia lignocelulósica sólida previamente al tratamiento mecanoquímico. Se realiza esta etapa de disminución de la granulometría de la materia lignocelulósica sólida mediante cualquier tratamiento conocido por el experto en la materia, por ejemplo, en un triturador, una máquina de picar, o cualquier otro dispositivo de reducción de la granulometría.
En una segunda variante no representada de un procedimiento según la invención, se recoge el filtrado 36 líquido acuoso obtenido durante la etapa de separación líquido/sólido, comprendiendo dicho filtrado 36 líquido acuoso unas fibras de celulosa hidrosolubles, unos sacáridos, unas enzimas de las disoluciones enzimáticas y, llegado el caso, unos compuestos fenólicos procedentes de la degradación de las ligninas y de los productos de degradación de las hemicelulosas, y se recicla en el extrusor de doble tornillo este filtrado líquido acuoso que contiene unas enzimas de la o las disoluciones enzimáticas durante una etapa subsiguiente de tratamiento mecanoenzimático según la invención. Se puede también someter a la fracción 40 a un segundo ciclo de tratamiento que repite la totalidad de las etapas anteriormente descritas.
En una tercera variante no representada de un procedimiento según la invención, se realiza un tratamiento mecanoenzimático de una materia lignocelulósica sólida introduciendo dicha materia lignocelulósica directamente en un extrusor de doble tornillo. Durante el tratamiento mecanoenzimático de dicha materia lignocelulósica sólida, se realiza una primera etapa de introducción de una disolución acuosa de al menos una enzima de hidrólisis de al menos un constituyente de la materia lignocelulósica sólida -especialmente de la celulosa-. Se realiza dicha introducción de la disolución enzimática en el extrusor de doble tornillo con un caudal adaptado a la velocidad de rotación de los tornillos del extrusor de doble tornillo y a la velocidad deseada de transporte de la dispersión de la materia lignocelulósica sólida en la disolución enzimática.
Ejemplo 1: Tratamiento de una materia lignocelulósica formada de los coproductos industriales de maíz dulce.
Se recoge una materia lignocelulósica formada por las partes no aprovechadas de plantas de maíz dulce, especialmente los escobajos desgranados y unas espatas obtenidas después de la recogida de las mazorcas de maíz. En este ejemplo, el coproducto de maíz dulce has sufrido previamente un tratamiento térmico de deshidratación para presentar un porcentaje de materia seca del 92% y que permite su conservación. Se realiza una etapa de trituración de este coproducto de maíz dulce en un triturador de martillos VS 1 (ELECTRA, Poudenas, Francia) equipado de una rejilla de selección de 2 mm. Las características del coproducto de maíz dulce (espatas y mazorcas recortadas) deshidratado se describen a continuación:
1 kg de coproducto de maíz dulce (materia seca) que comprende:
- 0,96 Kg de materia orgánica;
- 0,39 Kg de celulosa;
- 0,36 Kg de hemicelulosas;
- 0,04 Kg de ligninas; y
- 0,06 Kg de materia orgánica hidrosoluble en caliente.
Se introduce de forma continua el coproducto de maíz dulce triturado en un extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 45 con un caudal de introducción de materia seca de dicho coproducto de maíz dulce triturado en el extrusor de 11,4 kg/h.
1) Tratamiento mecanoquímico
Se realiza un primer tratamiento mecanoquímico del coproducto de maíz dulce triturado en un extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 45 (CLEXTRAL SA, Firminy, Francia) en la que dos tornillos paralelos e idénticos, de profundidad de filete constante, giran al mismo tiempo y a la misma velocidad en el escariado de una funda bilobulada fija. En dicho extrusor de doble tornillo, los dos tornillos paralelos son de tipo “copenetrantes” y adaptados para someter al coproducto de maíz dulce a un trabajo mecánico de cizallamiento y de mezcla mediante secuencias sucesivas de compresión, de expansión y de cizallamiento.
La configuración del extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 45 se describe a título de ejemplo no limitativo en la tabla 1 siguiente.
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0002
Figure imgf000010_0003
Tabla 1
En la configuración de un dispositivo de tratamiento descrito en la tabla 1 e implementado en un procedimiento según la invención, el extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 45 comprende siete módulos encadenados linealmente los unos a los otros sucesivamente. Comprende:
- un primer módulo (módulo n° 1) que se extiende frente a la zona de carga y que comprende:
° una sección de tornillo trapezoidal y de doble filete de tipo T2F y que presenta un paso de tornillo de 66 mm adaptado para permitir la introducción del coproducto de maíz dulce y su transporte; y
° una sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 50 mm adaptado para permitir el transporte del coproducto de maíz dulce;
- un segundo módulo (módulo n° 2) que se extiende aguas abajo del módulo n° 1 y que comprende:
° una sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 33 mm adaptado para permitir el transporte y la compresión del coproducto de maíz dulce;
° una segunda sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 33 mm adaptado para permitir el transporte y la compresión del coproducto de maíz dulce y una entrada de composición líquida;
- un tercer módulo (módulo n° 3) termorregulado a 50°C y que se extiende aguas abajo del segundo módulo y que comprende:
° una serie de 10 discos mezcladores bilobulados de tipo BB (MAL2) montados perpendicularmente al eje acanalado y desplazados en un ángulo de 90° los unos con respecto a los otros, adaptado para permitir una mezcla del coproducto de maíz dulce y para aumentar su tiempo de permanencia en el extrusor;
° una sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 33 mm adaptado para permitir el transporte del coproducto de maíz dulce;
- un cuarto módulo (módulo n° 4) termorregulado a 102°C, que se extiende aguas abajo del tercer módulo y que comprende:
° una sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 25 mm adaptado para permitir el transporte del coproducto de maíz dulce;
° una sección de tornillo invertido de tipo CF2C de paso de tornillo de -25 mm;
° una sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 33 mm adaptado para permitir el transporte del coproducto de maíz dulce; y
- un quinto módulo (módulo n° 5) termorregulado a 102°C, que se extiende aguas abajo del cuarto módulo y que comprende:
° una entrada de composición líquida; y
° una primera sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 33 mm adaptado para permitir el transporte del coproducto de maíz dulce;
° una serie de 5 discos mezcladores bilobulares de tipo BB (MAL 2) montados perpendicularmente al eje acanalado y desplazados en un ángulo de 90° los unos con respecto a los otros, adaptados para permitir una mezcla del coproducto de maíz dulce y para aumentar su tiempo de permanencia en el extrusor;
° una segunda sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 33 mm adaptado para permitir el transporte del coproducto de maíz dulce;
- un sexto módulo (módulo n° 6) equipado de una rejilla de filtración, que se extiende aguas abajo del quinto módulo y que comprende:
° una sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 33 mm, ° una salida de composición líquida (filtrado) que se extiende frente a esta sección C2F;
° una sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 25 mm; - un séptimo módulo (módulo n° 7) de salida termorregulado a 62°C, que se extiende aguas abajo del sexto módulo y que comprende:
° una sección de tornillo invertido de tipo CF2C con paso de tornillo de -25 mm destinado a presionar la materia; y ° una sección de tornillo conjugado de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 33 mm adaptado para permitir una recogida del coproducto de maíz dulce aguas abajo del contrafilete;
° una sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 25 mm que permite la evacuación del coproducto de maíz dulce hacia el exterior de la funda.
Dicho perfil de tornillo se selecciona para permitir sucesivamente la introducción del coproducto de maíz dulce en el extrusor de doble tornillo, después la introducción de la disolución de sosa, su mezcla con el coproducto de maíz dulce, para disponer un tiempo de contacto entre el coproducto de maíz dulce y la sosa, después la neutralización del medio por incorporación de ácido y, llegado el caso, la separación líquido/sólido por filtración de una parte de los compuestos solubilizados.
En dicho dispositivo, el coproducto de maíz dulce avanza axialmente pasando de un tornillo al otro y siguiendo una trayectoria en “ocho abierto” entre la zona de carga y la zona de salida de la composición intermedia neutralizada. La velocidad de rotación de los tornillos está adaptada para evitar una obstrucción del extrusor de doble tornillo. En este ejemplo, la velocidad de rotación de los tornillos es de 110 rpm.
Se introduce de manera continua, a nivel del cuarto módulo, una disolución acuosa alcalina formada de 4 g de hidróxido de sodio (NaOH) en 100 g de disolución y según un caudal de 24 kg/h de dicha disolución alcalina. Dicha adición de la disolución acuosa alcalina al coproducto de maíz dulce permite una adición de 90 g de hidróxido de sodio por kilogramo de materia seca del coproducto de maíz dulce.
El perfil del extrusor de doble tornillo está adaptado para permitir sucesivamente la introducción del coproducto de maíz dulce en el extrusor de doble tornillo, su mezcla mecánica y después la introducción de la disolución alcalina, la mezcla de la disolución alcalina y del coproducto de maíz dulce bajo tensión mecánica y la introducción ulterior de la disolución ácida de neutralización.
Se introduce de manera continua, a nivel del quinto módulo, una disolución acuosa ácida formada de 2,4 g de ácido fosfórico (H3 PO4) en 100 g de disolución y con un caudal de 38 kg/h de dicha disolución ácida. Tal adición de la disolución acuosa ácida en el extrusor de doble tornillo permite una adición de 80 g de ácido fosfórico por kilogramo de materia seca del coproducto de maíz dulce.
Se realiza una etapa de separación líquido/sólido por filtración de la composición intermedia neutralizada apta para formar un filtrado acuoso que fluye por la salida de composición líquida (filtrado) del sexto módulo.
En la salida del séptimo módulo del extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 45 al final del tratamiento mecanoquímico, se recoge una composición intermedia neutralizada de pH 6.
1 Kg de materia seca de esta composición intermedia neutralizada contiene:
- 0,93 Kg de materia orgánica;
- 0,45 Kg de celulosa;
- 0,28 Kg de hemicelulosas;
- 0,04 Kg de ligninas; y
- 0,08 Kg de materia orgánica hidrosoluble en caliente.
2) Tratamiento mecanoenzimático
Se recoge esta composición intermedia neutralizada y se introduce en un extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC21 para un tratamiento mecanoenzimático.
La configuración del extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21 se describe a título de ejemplo no limitativo en la tabla 2 siguiente.
Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0002
Figure imgf000012_0003
Tabla 2
En la configuración de un dispositivo de tratamiento descrito en la tabla 2 e implementado en un procedimiento según la invención, el extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21 comprende siete módulos encadenados linealmente los unos con los otros sucesivamente. Comprenden:
- un octavo módulo (módulo n°8) que se extiende frente a la zona de carga y que comprende dos secciones sucesivas de tornillos trapezoidal y de doble filete de tipo T2F y que presentan un paso de tornillo de 50 mm adaptado para permitir la introducción de la composición intermedia neutralizada y su transporte; y
- un noveno módulo (módulo n°9) termorregulado a 40°C que se extiende aguas abajo del octavo módulo y que comprende dos secciones de tornillos conjugados y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 33 mm adaptado para permitir el transporte y la compresión de la composición intermedia neutralizada y una entrada de composición enzimática líquida;
- un décimo módulo (módulo n°10) termorregulado a 40°C y que se extiende aguas abajo del noveno módulo y que comprende:
° una sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 33 mm adaptado para permitir el transporte de la composición intermedia neutralizada;
° una serie de 10 discos mezcladores bilobulados de tipo BB (MAL 2) montados perpendicularmente al eje acanalado y desplazados en un ángulo de 90° los unos con respecto a los otros, adaptados para permitir una mezcla de la composición intermedia neutralizada y para aumentar su tiempo de permanencia en el extrusor;
- un undécimo módulo (módulo n°11) termorregulado a 45°C, que se extiende aguas abajo del décimo módulo y que comprende:
° una sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 25 mm adaptado para permitir el transporte de la composición intermedia neutralizada;
° una sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 16 mm adaptado para permitir el transporte de la composición intermedia neutralizada; y
- un duodécimo módulo (módulo n°12) termorregulado a 50°C, que se extiende aguas abajo del undécimo módulo y que comprende:
° un anillo neutro; y
° una serie de 5 discos mezcladores bilobulados de tipo BB (MAL 2) montados perpendicularmente al eje acanalado y desplazados en un ángulo de -45° los unos con respecto a los otros, adaptados para permitir una mezcla de la composición intermedia neutralizada y para aumentar su tiempo de permanencia en el extrusor; y
° una sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 25 mm adaptado para permitir el transporte de la composición intermedia neutralizada; y
- un decimotercer módulo (módulo n°13) termorregulado a 50°C y que se extiende aguas abajo del duodécimo módulo y que comprende:
° una sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 16 mm, ° un anillo neutro; y
° una serie de 5 discos mezcladores bilobulados de tipo BB (MAL 2) montados perpendicularmente al eje acanalado y desplazados en un ángulo de -45° los unos con respecto a los otros; y
° una sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 25 mm, ° una sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 16 mm; - un decimocuarto módulo (módulo n°14) de salida termorregulado a 50°C, que se extiende aguas abajo del decimotercero módulo y que comprende:
° una serie de discos mezcladores monolóbulo de tipo MALO (MAL 2) montados perpendicularmente al eje acanalado y desplazados en un ángulo de -45° los unos con respecto a los otros; y
° una sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 25 mm; y ° una sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 33 mm. Se introduce la composición intermedia neutralizada en el extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21 a nivel de la zona de carga del módulo n° 8 con un caudal de materia seca de 1,5 Kg/h. La velocidad de rotación de los tornillos del extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21 es de 250 rpm.
Se introduce en el extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21 una disolución de enzimas (Sacchariseb C6, Advanced Enzyme Technologies Ltd, California, EE.UU.) en un tampón acuoso de citrato a 300 mM que presenta una concentración en enzima del 3% (v/v). El caudal de introducción de la disolución de enzimas en el extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21 es de 1,8 Kg de disolución de enzimas por hora. La configuración del extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21 está adaptada para permitir la introducción de la composición intermedia neutralizada en el extrusor de doble tornillo, la mezcla íntima de dicha composición intermedia neutralizada y de la composición enzimática y el mantenimiento en contacto de la composición intermedia neutralizada y de la disolución de enzimas para permitir la hidrólisis al menos parcial de la materia orgánica -especialmente de la celulosa- de la materia lignocelulósica sólida.
Al final del tratamiento mecanoenzimático, en la salida del séptimo módulo del extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC21, se recoge una composición bio-extruida (CBE).
1 Kg de materia seca de esta composición bio-extruida (CBE) contiene:
- 0,895 Kg de materia orgánica, incluyendo 22 g de enzima;
- 0,38 Kg de celulosa;
- 0,17 Kg de hemicelulosas;
- 0,04 Kg de ligninas; y
- 0,15 Kg de materia orgánica hidrosoluble en caliente.
En las condiciones operativas de este ejemplo de tratamiento de coproductos de maíz dulce, el tratamiento mecanoenzimático permite la hidrólisis del 10% de la celulosa de la composición intermedia neutralizada y el 37% de las hemicelulosas de la composición intermedia neutralizada. Permite también duplicar la cantidad de materia orgánica soluble en caliente.
Además, la fermentación de 1Kg de composición bio-extruida (CBE) conduce, sin adición suplementaria de enzima, a la formación de 120 g de etanol que corresponde a:
- un 56% del potencial máximo de fermentación de la totalidad de las hexosas de la composición bio-extruida (CBE), y;
- un 49% del potencial máximo de fermentación de las hexosas del coproducto de maíz dulce de partida.
3) Segundo ciclo de tratamientos mecanoquímico y mecanoenzimático sucesivos
Se realiza, al final de la etapa de tratamiento mecanoenzimático, un tratamiento adicional de extrusión de doble tornillo durante el cual se introduce la composición bio-extruida (CBE) en un extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21, sustancialmente similar al extrusor de doble tornillo utilizado para el tratamiento mecanoenzimático anterior y en el que:
- se ha dispuesto un elemento de introducción de agua en el módulo 17; y
- se ha añadido una zona de filtración a nivel de un módulo 21 modificado con respecto al módulo 14 implementado durante el tratamiento mecanoenzimático y cuya configuración se describe en la tabla 3 siguiente.
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000015_0002
Tabla 3
Dicho extrusor de doble tornillo dedicado al tratamiento adicional de extrusión de doble tornillo es un extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC21 que comprende siete módulos encadenados linealmente los unos con los otros sucesivamente. El extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21 de tratamiento adicional de extrusión comprende: - un módulo (módulo n°15) equivalente al módulo n°8; y
- un módulo (módulo n°16) equivalente al módulo n°9 anterior, termorregulado a 53°C y que se extiende aguas abajo del módulo n°15; y
- un módulo (módulo n°17) equivalente al módulo n°10 anterior, termorregulado a 55°C y que se extiende aguas abajo del módulo n°16;
- un módulo (módulo n°18) equivalente al módulo n°11 anterior, termorregulado a 50°C y que se extiende aguas abajo del módulo °17;
- un módulo (módulo n°19) equivalente al módulo n°12 anterior, termorregulado a 53°C y que se extiende aguas abajo del módulo n°18;
- un módulo (módulo n°20) equivalente al módulo n°13 anterior, que se extiende aguas abajo del módulo n°19 y que comprende una salida de fluido equipada de un elemento de separación sólido/líquido por filtración que presenta un diámetro de malla de 500 |um; y
- un módulo (módulo n°21) termorregulado a 56°C y que se extiende aguas abajo del módulo n°20 y que comprende: ° una sección de tornillo conjugado de doble filete invertido de tipo CF2C y que presenta un paso de tornillo de -33 mm; y
° una sección de tornillo conjugado y de doble filete de tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 33 mm. La velocidad de rotación de los tornillos del extrusor adicional de extrusión es de 250 rpm. El caudal de introducción de la materia seca de la composición bio-extruida (CBE) en el extrusor adicional es de 2,7 Kg/h. El caudal de introducción de agua a nivel de la entrada de composición líquida acuosa (módulo n°16) es de 7 Kg/h. La relación másica líquido/sólido de la composición bio-extruida (CBE) en el extrusor adicional es de 5,2.
En la salida módulo n°21 del extrusor de doble tornillo y al final del tratamiento por lavado se recoge una composición intermedia lavada.
1 Kg de dicha materia intermedia lavada contiene:
- 0,95 Kg de materia orgánica, incluyendo;
- 0,49 Kg de celulosa;
- 0,28 Kg de hemicelulosas;
- 0,05 Kg de ligninas; y
- 0,02 Kg de materia orgánica hidrosoluble en caliente.
Al final de la etapa de lavado anterior, se realiza un segundo tratamiento mecanoquímico de la composición intermedia lavada. El tratamiento es sustancialmente idéntico al tratamiento descrito en 1) del ejemplo 1 y adaptado al extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21 cuya configuración se describe a título de ejemplo no limitativo en la tabla 4 siguiente.
Los módulos 24 y 26 están equipados de una introducción de líquido destinada respectivamente a la introducción de la disolución alcalina y de la disolución ácida. El módulo 20 es un módulo de filtración.
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0002
Figure imgf000016_0003
Tabla 4
Como en el primer tratamiento, dicho perfil de tornillo se selecciona para permitir sucesivamente la introducción de la composición intermedia lavada en el extrusor de doble tornillo, después la introducción de la disolución de sosa, su mezcla con la composición intermedia, un tiempo de contacto entre la composición intermedia y la sosa, después la neutralización del medio por incorporación de ácido, y la separación líquido/sólido por filtración de una parte de los compuestos solubilizados.
La velocidad de rotación de los tornillos se fija a 250 rpm.
Se introduce de manera continua la composición intermedia lavada a nivel del premier módulo del extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21 con un caudal de 0,99 Kg/h de materia seca. Se introduce de manera continua, a nivel del vigésimo segundo módulo, una disolución acuosa alcalina formada de 4 g de hidróxido de sodio (NaOH) en 100 g de disolución y según un caudal de 4 Kg/h. Dicha adición de la disolución acuosa alcalina en la composición intermedia lavada permite una adición de 160 g de hidróxido de sodio por kilogramo de materia seca de la composición intermedia lavada.
Se introduce de manera continua, a nivel del vigésimo sexto módulo, una disolución acuosa ácida formada de ácido fosfórico (H3 PO4) en agua al 1,8% y con un caudal de 10 Kg/h de dicha disolución ácida. Dicha adición de la disolución acuosa ácida en el extrusor de doble tornillo permite una adición de 180 g de ácido fosfórico por kilogramo de materia seca de la composición intermedia lavada.
Se realiza una etapa de separación líquido/sólido por filtración de la composición intermedia neutralizada apta para formar un filtrado acuoso que fluye por la salida de composición líquida (filtrado) del sexto módulo.
En la salida del vigésimo octavo módulo del extrusor de doble tomillo CLEXTRAL BC 21 al final del tratamiento mecanoquímico, se recoge una segunda composición intermedia neutralizada de pH 6. 1 kg de materia seca de esta segunda composición intermedia neutralizada contiene 0,94 kg de materia orgánica, incluyendo 0,60 kg de celulosa, 0,25 kg de hemicelulosas, 0,04 kg de lignina y 0,07 kg de materia orgánica hidrosoluble en caliente.
Se recoge esta segunda composición intermedia neutralizada y se introduce en un extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21 para un segundo tratamiento mecanoenzimático realizado en condiciones operativas próximas al tratamiento mecanoenzimático en un extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21.
La configuración del extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21 utilizado para esta etapa de segundo tratamiento mecanoenzimático se describe a título de ejemplo no limitativo en la tabla 5 siguiente.
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0002
Figure imgf000017_0003
Tabla 5
Se introduce la segunda composición intermedia neutralizada en el extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21 a nivel de la zona de carga del módulo n° 29 con un caudal de materia seca de 0,87 Kg/h. La velocidad de rotación de los tornillos del extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21 es de 250 rpm.
Se introduce en el extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21 una disolución de enzimas Sacchariseb C6 en un tampón acuoso de citrato a 300 mM que presenta una concentración de enzima del 3% (m/m). El caudal de introducción de la disolución de enzimas en el extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21 es de 2,3 Kg de disolución de enzimas por hora. Al final del tratamiento mecanoenzimático, en la salida del trigésimo quinto módulo del extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21, se recoge una segunda composición bio-extruida. 1 kg de materia seca de esta segunda composición bio-extruida contiene 0,91 kg de materia orgánica, que incluyen 46 g de enzimas, 0,52 kg de celulosa, 0,01 kg de hemicelulosas, 0,03 kg de lignina y 0,25 kg de materia orgánica hidrosoluble en caliente.
En las condiciones operativas de este ejemplo de tratamiento de una composición de biomasa de coproductos industriales de maíz dulce, el segundo tratamiento mecanoenzimático permite la hidrólisis del 94% de las hemicelulosas de la segunda composición intermedia neutralizada, acompañada de un aumento de un factor 10 de la materia orgánica hidrosoluble en la segunda composición bio-extruida.
La fermentación de 1 kg de la segunda composición bio-extruida (sin adición de enzimas suplementarias) conduce a la formación de 185 g de etanol que corresponde al 62% del potencial máximo de fermentación de la totalidad de las hexosas de la segunda composición bio-extruida, es decir el 54,3% del potencial máximo de fermentación de la totalidad de las hexosas del coproducto industrial de maíz dulce inicial. Cabe señalar que el filtrado de lavado contiene un 18,5% del potencial máximo de fermentación del coproducto industrial de maíz dulce inicial.
Ejemplo 2: Tratamiento de una composición de biomasa formada por los residuos de producción del aceite de palma.
Se recoge una composición de biomasa formada por las partes no aprovechadas de la extracción de aceite de palma. Se realiza una etapa de trituración de residuos de palma durante la extracción del aceite de palma en un triturador de martillos VS 1 (ELECTRA, Poudenas, Francia) equipado de una rejilla de selección de 2 mm. 1 Kg de materia seca de estos residuos de palma contiene 0,97 Kg de materia orgánica, que incluyen 0,44 Kg de celulosa, 0,24 Kg de hemicelulosas, 0,19 Kg de lignina y 0,04 Kg de materia orgánica hidrosoluble en caliente.
Se someten estos residuos de palma a la misma sucesión de tratamiento que la aplicada a los coproductos industriales del maíz dulce citada en el ejemplo 1.
1) Tratamiento mecanoquímico
El primer tratamiento mecanoquímico de los residuos de palma triturados se realiza en un extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 45 (CLEXTRa L SA, Firminy, Francia). El extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 45 comprende una abertura de introducción de los residuos de palma a nivel del módulo n°1, una entrada de una composición líquida alcalina a nivel del módulo n°2, una entrada de una composición líquida ácida a nivel del módulo n°6 y un dispositivo de filtración a nivel del módulo n°6.
La temperatura de consigna de los módulos se da en la tabla 6 siguiente.
Figure imgf000018_0001
Tabla 6
Las condiciones de tratamiento se describen en la tabla 7 siguiente.
Figure imgf000018_0002
Tabla 7
2) 1 kg de materia seca de esta composición intermedia neutralizada contiene 0,97kg de materia orgánica, que incluyen 0,53 kg de celulosa, 0,23 kg de hemicelulosas, 0,21 kg de ligninas y 0,01kg de materia orgánica hidrosoluble en caliente.
3) Tratamiento mecanoenzimático
Se recoge la composición intermedia neutralizada y se introduce en un extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC21 para un tratamiento mecanoenzimático.
La configuración del extrusor de doble tornillo CLEXTRAL BC 21 se describe a título de ejemplo no limitativo en la tabla 8 siguiente.
Figure imgf000018_0003
Figure imgf000018_0004
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000019_0002
Tabla 8
Las condiciones de tratamiento se describen en la tabla 3 anterior. La disolución enzimática utilizada es una disolución de enzimas Sacchariseb C6 (Advanced Enzyme Technologies Ltd) en un tampón acuoso de citrato a 300 mM que presenta una concentración de enzima del 3% (m/m).
1 Kg de materia seca de esta composición bio-extruida contiene 0,92 Kg de materia orgánica, que incluyen 83 g de enzima, 0,38 Kg de celulosa, 0,14 Kg de hemicelulosas, 0,16 Kg de ligninas y 0,04 Kg de materia orgánica hidrosoluble en caliente.
La fermentación de 1 Kg de la composición bio-extruida (sin adición de enzimas suplementarias) conduce a la formación de 136 g de etanol que corresponde al 51,5% del potencial máximo de fermentación de la totalidad de las hexosas de la composición bio-extruida.
Ejemplo 3: Tratamiento de una composición de biomasa de paja de cebada.
Se recoge una composición de biomasa formada por paja de cebada. Se realiza una etapa de trituración de la paja de cebada en un triturador de martillos equipado de una rejilla de selección de 5 mm. 1 kg de materia seca de esta paja de cebada contiene 0,93 Kg de materia orgánica, que incluyen 0,39 Kg de celulosa, 0,26 Kg de hemicelulosas, 0,16 Kg de ligninas y 0,1 Kg de materia orgánica hidrosoluble en caliente.
1) Tratamiento mecanoquímico
Se realiza un premier tratamiento mecanoquímico de la paja de cebada triturada en un extrusor de doble tornillo CLEXTRAL EV 25 (CLEXTRAL SA, Firminy, Francia).
La configuración del extrusor se describe a título de ejemplo no limitativo en la tabla 9 siguiente, las condiciones operativas de implementación se describen en la tabla 10.
Figure imgf000019_0003
Figure imgf000019_0004
Figure imgf000020_0001
Tabla 9
1 Kg de materia seca de la composición intermedia neutralizada contiene 0,95 Kg de materia orgánica, que incluye 0,07 Kg de materia orgánica hidrosoluble en caliente.
2) Tratamiento mecanoenzimático
Se recoge esta composición intermedia neutralizada y se introduce en un extrusor de doble tornillo CLEXTRAL EV 25 para un tratamiento mecanoenzimático.
La configuración del extrusor se describe en la tabla 11 siguiente, las condiciones operativas de implementación se describen en la tabla 10.
Figure imgf000020_0002
Figure imgf000020_0003
Figure imgf000020_0004
Tabla 11
La disolución enzimática utilizada es una disolución de enzimas (celulasa Cellic CTec2 y xilanasa Cellic HTec2 en una proporción 9:1 con relación al contenido de proteínas) en un tampón acuoso de citrato a 200 mM que presenta una concentración de enzima del 2,5 % (masa/masa). 1 kg de materia seca de esta composición bio-extruida contiene 0,95 Kg de materia orgánica, que incluyen 26 g de enzimas y 0,29 Kg de materia orgánica hidrosoluble en caliente. La fermentación de 1 kg de la composición bio-extruida (sin adición de enzimas suplementarias conduce a la formación de 144 g de etanol que corresponde al 60% del potencial máximo de fermentación de la totalidad de las hexosas de la composición bio-extruida.
Figure imgf000021_0001
Tabla 10
Ejemplo 4: Tratamiento de una composición de biomasa formada por unos coproductos industriales de agave tequiliana.
Se recoge una composición de biomasa formada del bagazo de agave tequilana Weber var. azul. Se realiza una etapa de trituración de este bagazo en un triturador de martillos equipado de una rejilla de selección de 2 mm. 1 kg de materia seca de estos residuos de plantas de agave contiene 0,96 Kg de materia orgánica, que incluyen 0,39 Kg de celulosa, 0,17 Kg de hemicelulosas, 0,19 Kg de ligninas y 0,22 Kg de materia orgánica hidrosoluble en caliente.
Se realiza un tratamiento mecanoquímico y un tratamiento mecanoenzimático sucesivos y de forma continua del bagazo triturado sucesivamente en un extrusor de doble tornillo CLEXTRAL Evolum 25 (CLEXTRAL SA, Firminy, Francia).
La configuración del extrusor de doble tornillo CLEXTRAL Evolum 25 se describe a título de ejemplo no limitativo en la tabla 12 siguiente, las condiciones operativas de implementación se describen en la tabla 13.
Figure imgf000021_0002
Figure imgf000021_0003
Figure imgf000021_0004
Figure imgf000021_0005
Tabla 12
La disolución enzimática utilizada está constituida de una mezcla de Cellic CTec2 (Novozymes) y de Viscozyme (Novozymes) en un tampón acuoso de citrato a 50 mM que presenta una concentración de enzima del 0,2% (m/m).
1 kg de materia seca de esta composición bio-extruida contiene 0,93 kg de materia orgánica, que incluyen 9 g de enzima, 0,42 Kg de celulosa, 0,10 Kg de hemicelulosas, 0,16 Kg de ligninas y 0,25 Kg de materia orgánica hidrosoluble en caliente. En las condiciones operativas de este ejemplo, el tratamiento del bagazo permite la hidrólisis del 22% de celulosa y el 58% de hemicelulosas.
La fermentación de 1 Kg de la composición bio-extruida (sin adición de enzimas suplementarias) conduce a la formación de 22,5 g de etanol que corresponde al 9% del potencial máximo de fermentación de la totalidad de las hexosas de la composición bio-extruida.
Figure imgf000022_0001
Tabla 13

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de tratamiento de una materia (10) lignocelulósica sólida en el que se somete dicha materia (10) lignocelulósica sólida a un tratamiento, denominado tratamiento (1) mecanoquímico, de mezcla de dicha materia (10) lignocelulósica sólida, y de degradación química de dicha materia (10) lignocelulósica sólida, en el que se pone la materia (10) lignocelulósica sólida en contacto con una disolución alcalina para formar una composición intermedia que presenta una materia lignocelulósica, denominada materia lignocelulósica hidratada, de digestibilidad enzimática aumentada con respecto a la digestibilidad de la materia (10) lignocelulósica sólida de partida, después;
se somete dicha materia lignocelulósica hidratada a un tratamiento, denominado tratamiento (2) mecanoenzimático, en el que se forma una dispersión, denominada dispersión acuosa, de dicha materia lignocelulósica hidratada en una composición acuosa, comprendiendo dicha dispersión acuosa al menos una enzima de degradación de dicha materia lignocelulósica hidratada; y
se realiza el tratamiento (2) mecanoenzimático por mezcla de dicha dispersión acuosa en un extrusor de doble tornillo adaptada para permitir una sucesión de fases de compresión, de expansión y de cizallamiento mecánicos de la dispersión acuosa para formar una disolución, denominada disolución (36) de hidrólisis, acuosa de productos de hidrólisis de dicha materia (10) lignocelulósica sólida;
caracterizado por que se realiza una etapa de separación líquido/sólido de dicha disolución (36) de hidrólisis y de un residuo (40) sólido, y por que;
se somete el residuo (40) sólido a una fermentación, por lo que se libera una cantidad de etanol con un rendimiento, expresado en masa de etanol producido por fermentación con respecto a la masa del residuo (40) sólido, superior al rendimiento de fermentación de la materia (10) lignocelulósica sólida de partida realizada en las mismas condiciones que la fermentación de dicho residuo (40) sólido.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la dispersión acuosa presenta una relación entre la masa de composición acuosa de la dispersión acuosa y la masa de materia seca de dicha materia (10) lignocelulósica sólida de la dispersión acuosa comprendida entre 1 y 4.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que se realiza la dispersión acuosa por adición voluntaria de enzima(s) de degradación a la materia (10) lignocelulósica sólida.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la materia (10) lignocelulósica sólida comprende:
- una proporción másica de celulosa, expresada en peso seco de celulosa y en peso seco de la materia (10) lignocelulósica sólida, comprendida entre el 20% y el 99%;
- una proporción másica de hemicelulosas, expresada en peso seco de hemicelulosas y en peso seco de la materia (10) lignocelulósica sólida, comprendida entre el 15% y el 50%;
- una proporción másica de ligninas, expresada en peso seco de ligninas y en peso seco de la materia (10) lignocelulósica sólida, comprendida entre el 0,1% y el 30%.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la dispersión acuosa comprende una proporción másica de enzima(s) de degradación con respecto a la materia seca de la materia (10) lignocelulósica sólida comprendida entre el 1% y el 20%.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que se realiza el tratamiento (2) mecanoenzimático a una temperatura comprendida entre 20°C y 80°C.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que se selecciona la o las enzimas de degradación de la materia (10) lignocelulósica sólida del grupo formado por las celulasas.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que se selecciona al menos una enzima de degradación de la materia (10) lignocelulósica sólida del grupo formado por unas enzimas de degradación de las ligninas.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que se selecciona al menos una enzima de degradación de la materia (10) lignocelulósica sólida del grupo formado por unas enzimas de degradación de las hemicelulosas.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que se selecciona la materia (10) lignocelulósica sólida del grupo formado de la totalidad o parte de una planta de maíz, de una paja de cereal, de un desecho de fabricación de tequila, de bagazo de agave para la producción de inulina, de bagazo de caña de azúcar, de un residuo de producción de aceite de palma y de una torta de una planta oleaginosa.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que se somete la disolución de hidrólisis que contiene los sacáridos solubilizados a una etapa de fermentación enzimática de los sacáridos solubilizados.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que se realiza el tratamiento (1) mecanoquímico a una temperatura comprendida entre 50°C y 150°C.
13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que se añade a la composición intermedia un volumen de una disolución, denominada disolución ácida, acuosa de al menos un ácido mineral apto para disminuir el pH de la composición intermedia y formar una composición intermedia neutralizada apta para someterse al tratamiento (2) mecanoenzimático.
ES13731390T 2012-06-08 2013-06-07 Procedimiento de tratamiento enzimático de una materia lignocelulósica sólida Active ES2831304T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1255394A FR2991691B1 (fr) 2012-06-08 2012-06-08 Procede de traitement enzymatique d'une matiere ligno-cellulosique solide
PCT/FR2013/051317 WO2013182827A1 (fr) 2012-06-08 2013-06-07 Procédé de traitement enzymatique d'une matière ligno-cellulosique solide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2831304T3 true ES2831304T3 (es) 2021-06-08

Family

ID=46754647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES13731390T Active ES2831304T3 (es) 2012-06-08 2013-06-07 Procedimiento de tratamiento enzimático de una materia lignocelulósica sólida

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20150299751A1 (es)
EP (1) EP2859107B1 (es)
BR (1) BR112014030688A2 (es)
ES (1) ES2831304T3 (es)
FR (1) FR2991691B1 (es)
MX (1) MX2014015014A (es)
WO (1) WO2013182827A1 (es)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015017869A1 (en) * 2013-08-01 2015-02-05 Novozymes A/S Process for the enzymatic conversion of lignocellulosic biomass
MA37165B1 (fr) * 2014-06-26 2016-08-31 Mascir Morrocan Foundation For Advanced Science Innovation & Res Methode enzymatique pour extraire les amandes des fruits secs a partir d'une coque lignocellulosique

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU6533198A (en) * 1997-01-10 1998-08-03 Quang A. Nguyen Tower reactors for bioconversion of lignocellulosic material
CA2603128C (en) 2005-04-12 2014-04-08 E.I. Du Pont De Nemours And Company Treatment of biomass to obtain fermentable sugars
US20080220125A1 (en) * 2007-03-05 2008-09-11 Charles Abbas Method of Preparing More Digestible Animal Feed
CA2720393C (en) * 2008-04-01 2013-08-20 Biomass Conversions, Llc Simplified method for digestion of cellulosic biomass
FR2939431B1 (fr) * 2008-12-05 2011-01-28 Valagro Carbone Renouvelable Procede de production d'un produit intermediaire destine a la production d'ethanol, et produit intermediaire obtenu.
WO2010123932A1 (en) * 2009-04-20 2010-10-28 Qteros, Inc. Compositions and methods for fermentation of biomass
US20100317053A1 (en) * 2009-06-15 2010-12-16 Andritz Inc. Process machinery for feeding pre-treated lignocellulosic materials into bioreactors for bio-fuels and biochemicals
US20120214205A1 (en) * 2009-08-18 2012-08-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Plant biomass pretreatment method
PL2640839T3 (pl) * 2010-11-21 2016-01-29 Andritz Inc Sposób i urządzenie do mieszania materiału lignocelulozowego z enzymami

Also Published As

Publication number Publication date
EP2859107A1 (fr) 2015-04-15
EP2859107B1 (fr) 2020-08-19
FR2991691B1 (fr) 2016-01-22
FR2991691A1 (fr) 2013-12-13
WO2013182827A1 (fr) 2013-12-12
WO2013182827A8 (fr) 2014-12-24
BR112014030688A2 (pt) 2017-06-27
US20150299751A1 (en) 2015-10-22
MX2014015014A (es) 2015-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nagarajan et al. Cellulose II as bioethanol feedstock and its advantages over native cellulose
Chen et al. Fractionation of rapeseed straw by hydrothermal/dilute acid pretreatment combined with alkali post-treatment for improving its enzymatic hydrolysis
CN101285106B (zh) 一种高效水解木质纤维素类生物质同时制备多组分糖液及木质素的方法
Valladares-Diestra et al. Citric acid assisted hydrothermal pretreatment for the extraction of pectin and xylooligosaccharides production from cocoa pod husks
ES2393164T3 (es) Procedimiento de producción de sacárido
Cui et al. Influence of steam explosion pretreatment on the composition and structure of wheat straw
CN103790056A (zh) 一种预处理纤维素类生物质的方法
US20210285155A1 (en) Methods of making specialized cellulose and other products from biomass
JP6063661B2 (ja) 粉砕物の製造方法
Vandenbossche et al. Suitability assessment of a continuous process combining thermo-mechano-chemical and bio-catalytic action in a single pilot-scale twin-screw extruder for six different biomass sources
Nam et al. Efficiency of ionic liquids in the dissolution of rice husk
CN101857639B (zh) 用玉米秸秆生产生物丁醇的残渣制备羧甲基纤维素钠的方法
CN103397554B (zh) 一种制备木质纤维素类生物质微晶纤维素的新工艺
Zhang et al. Co-production of functional xylo-oligosaccharides and fermentable sugars from corn stover through fast and facile ball mill-assisted alkaline peroxide pretreatment
CN103451986A (zh) 用于生物炼制的木质纤维素原料的预处理方法
Vandenbossche et al. Bio-catalytic action of twin-screw extruder enzymatic hydrolysis on the deconstruction of annual plant material: case of sweet corn co-products
ES2831304T3 (es) Procedimiento de tratamiento enzimático de una materia lignocelulósica sólida
ES2612009T3 (es) Procedimiento para producir etanol a partir de biomasa con contenido en lignocelulosa
BR112014006681B1 (pt) dispositivo para aquecimento de matéria-prima
JP6182369B2 (ja) リグニン分解物の製造方法
JP2014097012A (ja) セルロースを含むバイオマスの前処理方法
CN101311274A (zh) 一种蒸汽爆破预处理提高植物秸秆阿魏酸提取率的方法
US20120180962A1 (en) Apparatus and process for treatment of fibers
Tkachenko et al. Processing of vegetable waste of different origin
Fernando et al. Evaluation of alkaline peroxide pretreatment for extraction of cellulose from selected plant biomasses