SE535902C2 - Förfarande för att enzymatisk framställning av etanol från lignocellulosamaterial - Google Patents

Förfarande för att enzymatisk framställning av etanol från lignocellulosamaterial Download PDF

Info

Publication number
SE535902C2
SE535902C2 SE0950098A SE0950098A SE535902C2 SE 535902 C2 SE535902 C2 SE 535902C2 SE 0950098 A SE0950098 A SE 0950098A SE 0950098 A SE0950098 A SE 0950098A SE 535902 C2 SE535902 C2 SE 535902C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
process according
ethanol
hours
hydrolysis
yeast
Prior art date
Application number
SE0950098A
Other languages
English (en)
Other versions
SE0950098L (sv
Inventor
Lidia Maria Melo Santa Anna
Nei Pereira
Absai Da Conceicao Gomes
Mariana Penuela Vasques
Original Assignee
Petroleo Brasileiro Sa
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 Petroleo Brasileiro Sa filed Critical Petroleo Brasileiro Sa
Publication of SE0950098L publication Critical patent/SE0950098L/sv
Publication of SE535902C2 publication Critical patent/SE535902C2/sv

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/08Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/08Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
    • C12P7/10Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate substrate containing cellulosic material
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

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

Abstract

Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för att erhålla bränsleetanol genom attanvända jordbruks- och jordbruksindustriella avfallsprodukter sammansatta av lig-nocellulosa, och särskilt sockerrörsavfall. Dessa rester har signifikant innehåll avkolhydrater i formen av polysackarider (cellulosa och hemicellulosa) vilka kan hyd-rolyseras genom kemiska och enzymatiska förfaranden. Hemicellulosafraktionenutsätts för mild hydrolys med svavelsyra och det fasta materialet från denna hydro-lys utsätts för ett förfarande av försockring (enzymatisk hydrolys) med samtidigsnabb alkoholfermentation under tillstånd vilka tillåter en signifikant ökning i om- vandlingen till etanol under en mycket förkortad tid.

Description

l Förfarande för att enzymatisk framställning av etanol från lignocellulosamaterial Uppñnningens område Föreliggande uppfinning avser ett förfarande for att erhålla bränsleetanol genom attanvända lignocellulosa jordbruks- och jordbruksindustriella avfallsprodukter ochsärskilt sockerrörsavfall. Dessa rester har si gnifikant innehåll av kolhydrater i for-men av polysackarider (cellulosa och hemicellulosa) vilka kan hydrolyseras genomkemiska och enzymatiska förfaranden. Hemicellulosafraktionen utsätts för mildhydrolys med svavelsyra och det fasta materialet från denna hydrolys utsätts for ettförfarande av försockring (enzymatisk hydrolys) med samtidig snabb alkoholfer-mentation under tillstånd vilka tillåter en signifikant ökning i omvandlingen till eta- nol under en mycket förkortad tid.
Uppfmningens bakgrund Avfall med en lignocellulosakomposition från jordbruk och jordbruksaktiviteter ärett stort miljöproblem; de kan emellertid vara värdefulla källor för förnyelsebarastartmaterial med låg kostnad for att framställa en mängd olika kemikalier och bränslen såsom etanol.
För att använda polysackaridfraktioner för etanolproduktion måste dessa fraktioner bli effektivt hydrolyserade.
Dessa polysackarider är fraktionerade genom en forbehandling vilken består av en reaktion känd som syrahydrolys med syftet att hydrolysera hemicellulosafraktionen.
Den fasta produkten från detta steg, vilken är rik på cellulosa, måste fortfarande be-handlas för att avlägsna det lösliga ligninet under alkaliska förhållanden för att ga- rantera tillgång av enzymer till cellulosafibrema.
IJ 2 Omvandling av cellulosa till etanol involverar två bassteg: hydrolys av cellulosamo-lekylemas långa kedjor för att ge socker (hexos) och fermentation av dessa sockerför att ge etanol. I naturen genomförs dessa processer av svampar och bakterier vil-ka utsöndrar enzymer kapabla att hydrolysera cellulosa (cellulaser), och huvudsak-ligen av jäst i fallet av ferrnentation av socker till etanol. Konceptet med föreliggan- de ansökan är förenligt med de naturliga processerna.
Denna strategi eliminerar närvaron av toxiner vilka skulle alstras vid kemisk hydro-lys av cellulosa och minimerar inhibering av cellulosakomplexets enzymer genomhydrolysprodukterna i sig själva (glukos och cellobios). Denna teknik är benämndSSF -förfarandet ("samtidig försockring och fermentation") och involverar enzyma- tisk hydrolys och samtidig etanolisk ferrnentation.
Känd teknik Oron över bevarandet av miljön ökar dagligen. I detta sammanhang är användning-en av jordbruks- och jordbruksindustriavfallsprodukter och sökandet efter ersättningoch/eller alternativa produkter vilka är mindre skadliga för naturen viktiga ämnenöver hela världen. Med samma ide' i åtanke pågår ett sökande efter alternativa ener-gikällor och användning av jordbruks- och jordbruksindustriavfallsprodukter vilkakan ge ekonomiskt gångbara produkter och/eller resultera i produkter som är mindreförorenande. Inom området för alternativa källor har många försök gjorts för att framställa renare bränslen såsom exempelvis etanol.
I Brasilien har tillväxten av sockeretanolindustrin och efterföljande produktion avstora kvantiteter av överskott i sockerrörsavfall gett upphov till ett mycket lovandescenario med tanke på nödvändigheten att utöva rationell användning av dessa lig- nocellulosamaterial.
På grund av miljömässiga och ekonomiska intressen har användningen av etanol som ett bränsle tillsatt bensin eller som startmaterial för biodieselfrainställning växt 3 med en svindlande hastighet där Brasilien är en av de största producentema i värl-den. Som ett resultat framställer Brasilien enorma kvantiteter av avfall och även sockerrörshalm, vilka har avsevärd potential för bioteknologisk etanolproduktion.
Framställning av etanol från sockerrörsavfall genom enzymatiska och fermentativavägar kommer att möjliggöra användningen av ett underanvänt material för attframställa en produkt vilken är av enormt industriellt intresse med ekonomiska och miljömässiga vinster.
Den samtidiga försockringen och fermentationstekniken (S SF förfarande) riktadmot användning av cellulosafraktioner har beskrivits i specialistlitteraturen och haranvänts för olika ändamål för att framställa kemikalier och bränslen. Det har emel- lertid ännu inte implementerats i en kommersiell skala.
Den huvudsakliga svårigheten vilken behöver överkommas relateras till mikroorga-nismen vilken behöver vara motståndskraftig mot driftsförhållandena, särskilt medavseende på koncentrationer av inhibitorer som genereras i reaktionsmediumet så-som furfural, hydroximetylfurfural, tungmetaller, terpener, tanniner och fenolföre-ningar, etc., resulterande exempelvis från forbehandlingen av lignocellulosamaterial vilken inhiberar tillväxten av jästen.
En annan svårighet inneboende i biologiska medel är deras begränsning vad avseranvändningen av kolhydrater resulterande från hydrolysförfarandena (pentoser ochhexoser). Sambandet mellan dessa två faktorer leder till långa fermentationsförfa-randen resulterande i en produktionshastighet med en låg volym, vilken är en para- meter av fundamental vikt beträffande övergång till industriell skala.
Den stora majoriteten av nyligen publicerade rapporter beskriver användningen avgenetiskt modifierade mikroorganismer utvecklade för en specifik applikation av- sedd att undvika dessa problem. 4 Etanolframställning genom biologiska förfaranden har studerats under en lång tid;den har emellertid haft en avsevärd ökning på senare år. Som nämnts tidigare är detstora hindret att överkomma produktionshastigheten, nämligen att uppnå ett ekono-miskt praktiskt förfarande vilket ger goda utbyten genom användning av tillgängliga enkla startmaterial.
Grohmann et al. (US 5 125 977) beskriver ett förfarande i vilket biomassa (jord-bruks-, skogs-, växt- och matbearbetningsavfall) förbehandlas i tvâ steg för att åter-vinna xylos. I det första steget förhydrolyseras hemicellulosa, huvudsakligen inne-hållande xylaner, med utspädd syra (svavelsyra 9% vol/vol) och återstoden utsättsför ett andra steg av enzymatisk hydrolys lämnande biomassan att reagera under entillräcklig tid för att cellulosan långsamt skall hydrolyseras. Syftet med förfarandetär att återvinna xylen så att ca 90% kan hydrolyseras undvikande begränsningarnamed sedvanliga förfaranden för att framställa xylos. Nackdelen med detta förfaran-de är att när svåra temperaturförhållanden används (l60-220°C) bildas många sub-stanser vilka inhiberar metabolismen av huvuddelen av mikroorganismerna som an- vänds i fermentationsförfaranden.
Patentskriften GB 2 253 633 vilken motsvarar det brasilianska patentet PI 9200100,15 januari 1992, beskriver ett förfarande för att framställa etanol från biomassa ivilket substratet inkluderar ett hydrolysat av cellulosa, hemicellulosa och stärkelsemed syfte att framställa ferrnenterbara 6-kolsocker. Fermentationen använder engenetiskt modifierad jäststam (Brettanomyces custersií CBS 5512) vilken framstäl-ler enzymet ß-glukosidad, vilket gör det möjligt för denna jäst att fermentera bådeglukos och cellobios. Problemet med att fermentera pentoser förblir emellertid olöst.
US-patent US 5 231 017 beskriver ett förfarande för att framställa etanol användan-de startmaterial med ett högt innehåll av fasta ämnen såsom majskolvar, korn,spannmål och blandningar därav. Stärkelsen föreliggande i dessa startmaterial bringas i kontakt med ett kommersiellt ot-amylas från Bacillus líckenformís (TAKA- THERM II®) för att ge ett ferrnenterbart flytande medium vilket försockras i närva-ron av kommersiellt glukoamylas härledd från Aspergíllus níger (DISTILLASEQÉ)för att erhålla hydrolyserad stärkelse och socker vilka fermenteras genom jästenSaccharomyces cerevísae för att erhålla etanol. Även om det använder tekniker avsamtidig försockring och fennentation kan inte detta forfarande appliceras på avfall från sockerbönor.
Torget et al., (US 5 705 369) beskriver ett generiskt förfarande för förhydrolys avlignocellulosamaterial i vilken olika kombinationer av intervall av temperatur ochreaktionstid undersöks med syftet att erhålla en bättre procentandel separation avhemicellulosa och lignin från cellulosa. Olika temperaturer (inom intervallet 120-240°C) och pH (inom intervallet 1-7) testades i ett system i vilket vätskan (lösligaprodukter av förhydrolys) flyttas genom den fasta fasen ("genomflödes"-system)och kvantiteter av xylan och lignin extraherat från materialet bestämdes. En kombi-nation av mindre stränga förhållanden gav en ökning av 5% i avlägsnandet av lig- nin.
Den brasilianska patentansökan Pl 0600409-1, 8 februari 2006 beskriver ett förfa-rande för att framställa cellulolytiska och hemicellulolytiska enzymer från avfalls-material (hårdträ och halm från spannmål). Dessa avfallsmaterial används som kol-källa för att framkalla dessa enzymer med genetiskt förbättrade och rekombineradestammar av T ríchoderma reeseí. I närvaron av ett framkallande substrat (exempel-vis cellulosa) kan vilda stammar av denna mikroorganism utsöndra det komplexsom anses mest läinpligt för cellulosahydrolys. Det är således ett förfarande för attframställa cellulolytiska och/eller hemicellulolytiska enzymer framställda av enspeciell stam. Det första förbehandlingssteget innefattar expansion i ånga (150-250°C) under syraförhållanden under flera minuter för att omvandla hemicellulosantill monomerer, med xylos som det huvudsakliga sockret. Sockren extraheras ge-nom tvättning med den vattenhaltiga fasen och används som en kolkälla för enzym-framställning; det fasta ämnets återstod från extraktion vilken innehåller cellulosa och lignin kan hydrolyseras genom de framställda cellulolytiska enzymerna.
Syftet med uppfinningen i föreliggande ansökan, vilket kommer att beskrivas i de-talj nedan, är även användningen av lignocellulosaavfall och mer specifikt avfallfrån en fast sockerböna vilket har blivit förbehandlat av förfarandet för syrahydrolysav hemicellulosa i den brasilianska patentansökan PI 0505299-8, ll november 2005 av samma sökande.
Sammanfattning av uppfinningen Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för att erhålla bränsleetanol genom attanvända lignocellulosamaterial genom tekniken med snabb samtidig försockringoch ferrnentation under specifika tillstånd vilka ger bättre användning av cellulosa- fraktioner och effektiv etanolproduktion.
Mer specifikt innefattar förfarandet enligt uppfinningen behandling av den fasta res-ten efter syrahydrolys av sockerrörsavfall. Enligt detta förfarande erhölls ett hydro-lysat från hemicellulosafraktionen av avfall från sockerböna, rikt på xylos, genommild hydrolys med utspädd svavelsyra, och fermenterades genom användning av enstam av jästen Píchía stípítís, lämpligt acklimatiserad till huvudsubstratet i hydroly-satet (xylos). Den fasta återstoden från syrahydrolysen (cellulolignin) behandladesfortfarande inom reaktorn för att avlägsna lignin genom medel av en serie av alka-liska sköljningar för att förbereda cellulosafibrema för att ta emot en lämplig kom-mersiell enzymberedning. Det delvis delignifierade materialet utsattes för snabbförsockring och fermentation för att framställa etanol i närvaron av en stam av na- turligt förekommande jäst av arten Saccharomyces cerevísiae.
Den stora fördelen med detta förfarande är att etanol kan erhållas från sockerrörsav-fall uppnående höga volyinproduktionshastigheter varierande från l till 3 g/l.h,verkställande hela den inetaboliska potentialen hos en naturligt förekommande jäst utan behovet av genetisk modifikation.
Kort beskrivning av ritningarna Fig. 1 är ett förenklat flödesdiagram av principstegen av förfarandet enligt uppfin-ningen.Fig. 2 är en graf som illustrerar resultaten erhållna med förfarandet enligt uppfin- ningen.
Detaljerad beskrivning av uppfinningen Syftet med föreliggande uppfinning är att använda polysackaridfraktionerna avsockerrörsavfall vilka kan användas för att framställa etanol som ett bränsle ellerbensintillsats eller som ett kemiskt startmaterial utan att använda höga enzymkon-centrationer och fungerar med en kort period av försockring och alkoholfermenta- tion.
För att bättre förstå uppfinningen beskrivs den med referens till flödesdiagrammet iFig. 1 vilket visar en föredragen utföringsform av uppfinningen. Som visas i Fig. 1,utsätts ursprungligen biomassa (1) innehållande lignocellulosamaterial för ett hyd-rolysförfarande med utspädd syra (2), vilket ger ett hemicellulosahydrolysat (3) riktpå pentoser, vilket fermenteras (4) för att framställa etanol, vilken senare destilleras(5), och en fast rest (6) rik på cellulosa och lignin - cellulolignin. Denna rest (6) ut-sätts för förbehandling genom tvättning (7) med en alkalisk lösning och senare förett förfarande med enzymatisk hydrolys (försockring) (8) för att frisätta glukos ochsamtidigt för ett fermentationsförfarande (9) med jäst, för att fermentera glukosen till etanol, vilken separeras från det fermenterade mediumet och destilleras (5).
Det första steget av förfarandet innefattar mild hydrolys av sockerrörsavfall med 1%svavelsyra företrädesvis för att erhålla pentoser och särskilt xylos, den huvudsakliga beståndsdelen av hemicellulosafraktionen av sockerrörsavfall. in' 8 Det första steget är beskrivet i detalj i den brasilianska patentansökan PI 0505299-8,inlämnad av samma sökande. Cellulosamaterialet är homogeniserat och utsatt förmild syrahydrolys i en speciell pressreaktor (press reactor) inom vilken huvudkärletär vid ett tryck av l atm (motsvarande en temperatur av l2l°C) under en varaktig-het som är bestämd att passa det fasta ämnet:vätskeförhållandet och normalt inomintervallet från 30 till 50 minuter. Vätskefasen (hydrolysat) separeras från den fastaresten genom att pressa alltjämt inom reaktorn och utsätts för ett fermentationsförfa-rande i närvaron av jästen Pichía stipítís acklimatiserad och anpassad till fermenta- tionsmediumet för att erhålla etanol.
Den fasta resten innehåller emellertid fortfarande en hög nivå av cellulosa vilkenbehöver hydrolyseras till socker, vilka fermenteras genom en stam av Saccharomy-ces cerevisíae för att framställa etanol. Förfarandet som är syftet med föreliggandeuppfinning, vilket motsvarar det andra steget av det totala förfarandet, kommer att beskrivas från denna punkt och framåt.
Det andra steget av förfarandet innefattar huvudsakligen behandlingen av den fasta resten, nämligen: a) förbehandling av cellulolignin i ett alkaliskt medium, följt av tvättning medvatten; b) överföring av resten till en bioreaktor för enzymatisk hydrolys (försockring)av detsamma vid måttlig temperatur i närvaron av en kommersiell enzymbe-lastning under en period företrädesvis från 8 till 12 timmar; c) samtidig fermentation av cellulosafraktionen av materialet som hydrolyserats idet föregående steget genom tillsats av en jäst som är lämplig för framställningav etanol, bibehållande enzymkoncentrationen under en maximal tidsperiod av32 timmar; d) separation och destillation av framställd etanol. 9 Den huvudsakliga fördelen med detta förfarande enligt föreliggande uppfinning äratt den åstadkommer etanolframställning vid en signifikant volymproduktionshas-tighet med minskad tid, p.g.a. testade och optimerade förhållanden, resulterande i ekonomiska vinster vilket gör kommersiell implementering därav möjlig.
De kända förfarandena som beskrivs i den kända tekniken åstadkommer inte om-vandlingen av etanol på sådana korta tider trots användning av genetiskt modifiera-de mikroorganismer och kräver ca 3-5 dagar. Med förfarandet enligt uppfinningenuppnås maximal produktion av etanol redan efter endast 8 timmar av försockring och en ytterligare fermentation på 32 timmar.
Effektiviteten av förfarandet kännetecknas av en rigorös kontroll av determinantva- riablema involverade i detsamma och bestämningen av optimala driftsförhållanden.
För att bättre utvärdera förfarandet enligt uppfinningen kommer nu en föredragenutföringsform av förfarandet att beskrivas; exemplen är emellertid enbart avsedda som en illustration.Föredraget sätt att genomföra uppfinningen:Som tidigare nämnts involverar det första steget av förfarandet syrahydrolys av lig- nocellulosamaterialet i syfte att erhålla ett hemicellulosahydrolysat och en fast frak- tion. Det anpassade förfarandet är sammanfattat i Exempel 1 nedan.
Exempel 1 Det första steget av förfarandet är hydrolys med svavelsyra (1% vol/vol) för att er-hålla ett hemicellulosahydrolysat och en fast fraktion och syrahydrolys av hemicel-lulosafraktionen under omkring 40 minuter användande ett optimalt fastämnezvätskeförhållande. Det fasta materialet avlägsnas genom pressning i en press-reaktor speciellt utvecklad för förfarandet i PI 0502599-8. Hydrolysatet neutralise-ras med Ca(OH)2 och filtreras, med avlägsnande av vätskehydrolysatet för att utsät-ta det för ferrnentation av pentoser genom en acklimatiserad biomassa vilken an-vänds vid en koncentration av 10 g/l i en bioreaktor under 20-30 timmar vid entemperatur av uppskattningsvis 30°C. Biomassan acklimatiserades genom sekventi-ell cellfortplantning med innehållet av hydrolysatet som gradvis ökas. Vid slutet av fermentationen separeras etanolen och destilleras.
Erhållen volymproduktionshastighet var i storleksordningen 1,0 g/l.h.
Exempel 2 Det separerade fasta ämnet i reaktorn som beskrivits i tidigare exempel behandlas ienlighet med förfarandet enligt uppfinningen. Det fasta ämnet från detta steg vilketär cellulosarikt utsätts för serier av alkaliska tvättar medan det fortfarande befinnersig inom pressreaktom för att delvis avlägsna det lösliga ligninet, de aromatiska be-ståndsdelarna vilka inhiberar fermentationsprocessen. Nästa steg är av fundamental vikt då det ökar tillgängligheten av cellulosafibrerna till enzymerna. ll Den fasta resten separerad genom pressning i reaktom tvättas med en alkalisk lös-ning (NaOH 4% vikt/vol) och utsätts därefter för successiva tvättar med något litesurgjort (HCl) vatten tills ett pH av 6-7 nås och matas tillbaka till bioreaktom förenzymförbehandling. I bioreaktom är den fasta resten blandad med vatten innehål-lande mikronäringsämnen i förhållandet 1:10-20 under bibehållande av en tempera-tur inom intervallet 30-50°C, och företrädesvis 47°C, kommersiella cellulosaenzy-mer (GENENCOR® GC220) sätts till denna blandning vid koncentrationer av 20-30 FPU/g och reaktionen tillåts fortsätta under 8-12 timmar. Detta följs av samtidigferrnentation av fermentationsmediumet med tillsats av mikroorganismer vilka harlämplig aktivitet för etanolproduktion - Saccharomyces cerevísae, utan någon gene-tisk modifikation. Temperaturen i reaktorn är bibehållen inom intervallet 30-39°Coch företrädesvis nära 37°C med koncentrationen av jästceller bibehållen inom in- tervallet 2-6 g/l under en maximal period av 30-32 timmar.
Omvandling av cellulosa till etanol involverar två fundamentala steg: hydrolys avde långa kedjorna av cellulosamolekylema till socker (hexoser) och ferrnentation av dessa socker till etanol.
Eliminering av de toxiska substansema vilka skulle genereras genom kemisk hydro-lys av cellulosa minimerar inhibering av cellulosakomplexets enzymer genom derasegna hydrolysprodukter (glukos och cellobios). Förfarandet enligt föreliggande upp-finning använder även tekniken av samtidig försockring och ferrnentation känd inom området som SSF-förfarandet.
Koncentrationer av etanol mellan 50 och 55 g/l erhölls och produktivitetshastighe- ten som uppnåddes var inom intervallet l,5-2,0 g/l.h.
Resultaten presenteras i grafen som koncentrationen mot tiden som visas i Fig. 2.
När båda stegen av förfarandet tillämpades nådde omvandlingen till etanol 182 l/ton sockerrörsavfall, vilket gör förfarandet som en helt betydelsefull ekonomisk tillgång 12 under förutsättning att det är möjligt att minska omvandlingstiden i det andra steget från 4-5 dagar till 32 timmar.
Det skall emellertid understrykas att exemplen presenterade här enbart är illustrativatill sin natur och inte begränsar uppfinningen och det kommer att vara uppenbart förfackmannen inom området att andra enzymberedningar, kommersiella eller på annat sätt och olika jäst kan användas inom skyddsomfånget av uppfinningen.

Claims (6)

1. (ändringarna visade) 1. Förfarande för att framställa etanol enzymatiskt från lignocellulosamaterial, - vilket förfarande innefattar stegen av att man: a) utsätter ett fast material innefattande cellulosa och lignin för en eller fleratvättar med alkalisk lösning åtminstone delvis för att avlägsna ligninet frånnämnda fasta material, tvätta med surgj ort vatten för att framställa ett pH av från6 till 7 och separera det återstående fasta materialet från den vattenhalti ga fasen;därefter b) hydrolyserar det fasta materialet genom ett forfarande innefattande attreagera det fasta materialet med en lösning av mikronäringsämnen och ettcellulolytiskt enzym, fvari det fasta ämnetzvätske-forhållandet är från 1:10 till1:20, temperaturen är från 30 till 50°C, enzymkoncentrationen är från 20 till30 FPU/ g och reaktionen tillåts fortsätta under frå1+8-32 timmar; ochfermenterar det mediumfasta material som resulterar från dinenzymatiskahydrolysçg användande en etanol-producerande jäst, vari jästen har encellkoncentration av från 2 till 6 g/l, och bibehållande aven temperatur från 30till 39°C under en tidsperiod som inte är mer än 32 timmar; därefter c) separerar etanolen genom destillation.
2. Förfarande enligt krav 1, vari steget att separera det återstående fasta materialet från den vattenhaltiga fasen sker med hjälp av filtrering.
3. Förfarande enligt krav 2, vari steget att separera det återstående fasta materialet från den vattenhaltiga fasen med hjälp av filtrering är utfört i en pressreaktor.
4. Förfarande enligt krav 3, vari steget att hydrolysera det fasta materialet är utfört medan det fasta materialet fortfarande befinner sig i pressreaktorn. 'n zs ma; 2012 14
5. Förfarande enligt något av kraven 1 till 4, vari reaktionen i steg (b) tillåts fortsättaunder från~8-30 timmar.
6. Förfarande enligt krav 5, vari reaktionen i steg (b) tillåts fortsätta under ffårf8-12 timmar. 81. Förfarande enligt något av föregående krav i vilken samtidig försockring och fermentation (SSF) genomförs. 9§. Förfarande enligt något av kraven 1 till 81, vari steget med bibehållande av en temperatur från 30 till 39°C är för en period på 30-32 timmar. 102. Förfarande enligt något av föregående krav, vari den totala tidsperioden av förfarandet inte är mer än 32 timmar. 1410. Förfarande enligt något av föregående krav, vari jästen är icke genetiskt modifierad Saccharomyces cerevísíae-jäst. låg. Förfarande enligt något av föregående krav, vari produktionshastigheten av förfarandet är inom intervallet 1,0-3,0 g/l.h. 1312. Förfarande enligt något av föregående krav, vari hydrolysen genomförs vid en temperatur av från 45 till 49°C. MQ. Förfarande enligt något av föregående krav, vari fermentationen genomförs vid en temperatur av från 35 till 39°C. zs ma; 2012 låg, Förfarande enligt något av föregående krav, vari koncentrationen av biomassa av jästen i steg b) bibehålls inom intervallet från 2 till 6 g/l. Jféä. Förfarande enligt något av föregående krav, vari enzymet som hänvisas till i steg b) tillhandahålls genom att tillsätta en kommersiell cellulosaenzymberedning. l-?1_§. Förfarande enligt något av föregående krav, vari lignocellulosamaterialet innefattar sockerrörsavfall. låg. Förfarande för att framställa etanol enzymatiskt från lignocellulosamaterialvilket förfarande innefattar stegen av att man:i) hydrolyserar och fermenterar lignocellulosamaterial och bibehåller det fasta materialet; och ii) genomför förfarandet enligt något av föregående krav på det fasta materialet. l-9_l_8_. Förfarande enligt krav l-Sll, vari lignocellulosamaterialetet i steg i) är sockerrörsavfall.
SE0950098A 2006-11-30 2007-11-30 Förfarande för att enzymatisk framställning av etanol från lignocellulosamaterial SE535902C2 (sv)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BRPI0605017-4A BRPI0605017B1 (pt) 2006-11-30 2006-11-30 processo para a produção de etanol a partir de materiais lignocelulósicos por via enzimática
PCT/GB2007/004618 WO2008065433A1 (en) 2006-11-30 2007-11-30 Process for the fermentative production of ethanol from solid lignocellulosic material comprising a step of treating a solid lignocellulosic material with alkaline solution in order to remove the lignin

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE0950098L SE0950098L (sv) 2009-02-23
SE535902C2 true SE535902C2 (sv) 2013-02-12

Family

ID=39047478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE0950098A SE535902C2 (sv) 2006-11-30 2007-11-30 Förfarande för att enzymatisk framställning av etanol från lignocellulosamaterial

Country Status (11)

Country Link
US (1) US8232082B2 (sv)
JP (1) JP5325793B2 (sv)
CN (1) CN101426922A (sv)
AR (1) AR062267A1 (sv)
BR (1) BRPI0605017B1 (sv)
CA (1) CA2660673C (sv)
CO (1) CO5880297A1 (sv)
DK (1) DK178525B1 (sv)
GB (1) GB2454119B (sv)
SE (1) SE535902C2 (sv)
WO (1) WO2008065433A1 (sv)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9399782B2 (en) 2007-06-27 2016-07-26 Novozymes A/S Methods for producing fermentation products
JP5233452B2 (ja) * 2008-07-08 2013-07-10 王子ホールディングス株式会社 糖化発酵システム
EP2352878A1 (en) * 2008-11-20 2011-08-10 E. I. du Pont de Nemours and Company Sugar production by decrystallization and hydrolysis of polysaccharide enriched biomass
US8524474B2 (en) 2008-11-20 2013-09-03 E I Du Pont De Nemours And Company Process for producing a concentrated sugar solution by enzymatic saccharification of polysaccharide enriched biomass
US8372609B2 (en) 2008-11-20 2013-02-12 E I Du Pont De Nemours And Company Process for producing a sugar solution by combined chemical and enzymatic saccharification of polysaccharide enriched biomass
BRPI0805560B1 (pt) 2008-12-29 2016-12-06 Petroleo Brasileiro Sa processo de produção de um preparado enzimático para hidrólise de celulose de resíduos lignocelulósicos e sua aplicação na produção de etanol
RU2405832C2 (ru) 2008-12-29 2010-12-10 Дэвон Инвестмент Лимитед Способ подготовки древесного сырья для получения сахаров, установка для его осуществления и продукт
UY32669A (es) 2009-05-26 2010-11-30 Arvind Mallinath Lali Método para la producción de azúcares fermentables a partir de biomasa
WO2011031104A2 (ko) 2009-09-14 2011-03-17 지에스칼텍스 주식회사 바이오 연료물질 및 바이오 화학물질 제조방법
BR122016004370B1 (pt) * 2009-10-08 2018-01-16 Dsm Ip Assets B.V. Processo para a preparação de etanol de material lignocelulósico
JP2012044880A (ja) * 2010-07-29 2012-03-08 Sekisui Chem Co Ltd セルロース糖化方法
US8889384B2 (en) 2010-10-07 2014-11-18 Shell Oil Company Process for the production of alcohols from biomass
FR2966154B1 (fr) * 2010-10-13 2014-05-16 Cie Ind De La Matiere Vegetale Cimv Procede perfectionne d'hydrolyse enzymatique de la cellulose
CN102051383A (zh) * 2010-11-05 2011-05-11 中国科学院过程工程研究所 汽爆处理木质纤维素原料联产沼气、纤维素和木质素的方法
US8609379B2 (en) 2010-12-20 2013-12-17 Shell Oil Company Process for the production of alcohols from biomass
CN102251010B (zh) * 2011-05-18 2014-12-24 广州优锐生物科技有限公司 一种蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法
WO2013095204A1 (en) * 2011-12-21 2013-06-27 Skandinavisk Kemiinformation Ab Method for preparing fuels from lignocellulosic feedstock
CN117025713B (zh) * 2023-09-21 2024-02-13 北京工商大学 一种复合菌系制备乙醇的方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5628830A (en) 1979-03-23 1997-05-13 The Regents Of The University Of California Enzymatic hydrolysis of biomass material
WO2001032715A1 (en) * 1999-11-02 2001-05-10 Waste Energy Integrated Sytems, Llc Process for the production of organic products from lignocellulose containing biomass sources
US7604967B2 (en) * 2003-03-19 2009-10-20 The Trustees Of Dartmouth College Lignin-blocking treatment of biomass and uses thereof
JP4401735B2 (ja) * 2003-10-15 2010-01-20 月島機械株式会社 エタノールの製造方法
CN101023179B (zh) * 2004-07-16 2011-11-16 埃欧金能量有限公司 从纤维素生物质获得产物糖流的方法
BRPI0505299B1 (pt) 2005-11-11 2014-12-16 Petroleo Brasileiro Sa Processo de produção de etanol a partir do hidrolisado da fração hemicelulósica do bagaço de cana-de-açúcar em reator do tipo prensa

Also Published As

Publication number Publication date
CA2660673C (en) 2014-12-30
GB0901590D0 (en) 2009-03-11
US8232082B2 (en) 2012-07-31
US20100035318A1 (en) 2010-02-11
AR062267A1 (es) 2008-10-29
CO5880297A1 (es) 2008-01-31
BRPI0605017B1 (pt) 2020-11-03
JP2010510800A (ja) 2010-04-08
CA2660673A1 (en) 2008-06-05
SE0950098L (sv) 2009-02-23
WO2008065433A1 (en) 2008-06-05
JP5325793B2 (ja) 2013-10-23
GB2454119A (en) 2009-04-29
CN101426922A (zh) 2009-05-06
BRPI0605017A (pt) 2008-07-15
GB2454119B (en) 2011-10-19
DK200900242A (en) 2009-02-23
DK178525B1 (en) 2016-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8232082B2 (en) Process for the fermentative production of ethanol from solid lignocellulosic material comprising a step of treating a solid lignocellulosic material with alkaline solution in order to remove the lignin
EP1751296B1 (en) Process for producing ethanol
Öhgren et al. A comparison between simultaneous saccharification and fermentation and separate hydrolysis and fermentation using steam-pretreated corn stover
Asada et al. Characterization of the steam-exploded spent Shiitake mushroom medium and its efficient conversion to ethanol
DK2774992T3 (en) Process for the preparation of alcohols and / or solvents from lignocellulosic biomass with washing of the solid residue obtained after hydrolysis
Romero et al. Ethanol production from rape straw by a two-stage pretreatment under mild conditions
WO2010077170A2 (en) Process and system for production of organic solvents
Kumar et al. Lignocellulosic biomass for bioethanol production through microbes: Strategies to improve process efficiency
FR3002949A1 (fr) Procede de production d'alcools et/ou de solvants a partir de biomasse lignocellulosique avec lavage du residu solide obtenu apres fermentation
AU2012241678C1 (en) Method for producing ethanol and solvents from lignocellulosic biomass including the recirculation of an ethylic wine made from pentose fermentation
DK2373787T3 (en) PROCESS FOR THE PRODUCTION OF AN ENZYMATIC PREPARATION FOR HYDROLYSIS OF CELLULOSE BY RESIDUES lignocellulosic
Aggarwal et al. Understanding of Different Processing Technologies for Bioethanol Production
Gunn et al. Processing of bioethanol from lignocellulosic biomass
Marimuthu et al. Shake flask studies on ethanol production from hydrolyze bagasse and Egg albumin waste by using enzymes and chemicals
WO2024036409A1 (en) Improvements in biomass fermentation into ethanol
Pessani Simultaneous saccharification and fermentation of switchgrass by thermotolerant Kluyveromyces marxianus IMB3: effect of enzyme loading, temperature and operating mode
Zhang et al. Research Progress on Bioconversion of Wooden Biomass to Single Cell Protein
Abdel Ghany et al. Journal of Biological and Chemical Research