MX2008009555A

MX2008009555A - Sistemas y metodos para producir biocombustibles y materiales relacionados.

Info

Publication number: MX2008009555A
Application number: MX2008009555A
Authority: MX
Inventors: Susan Leschine; Thomas A Warnick
Original assignee: Univ Massachusetts
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2008-10-03
Also published as: EP1984514A4; EP1984514A2; US20090068714A1; CN101522904A; WO2007089677A2; EA200870204A1; JP4734425B2; CA2640429C; BRPI0706760A2; US20100136661A1; US20070178569A1; CA2640429A1; AU2007210012A1; ZA200807235B; US20100151546A1; WO2007089677A3; US20100143998A1; KR101403573B1; US20100151551A1; US20100159566A1

Abstract

Células de Clostridium phytofermentans (American Type Culture Collection 700394T) y otras cepas de las especies pueden fermentar materiales tales como biomasa en productos y co-productos útiles, tales como etanol, hidrógeno y ácidos orgánicos. También se describe composiciones que incluyen Clostridium phytofermentans.

Description

SISTEMAS Y MÉTODOS PARA PRODUCIR BIOCOMBUSTIBLES Y MATERIALES RELACIONADOS Referencia cruzada a sol icitud relacionada Esta solicitud reclama el beneficio de prioridad de la solicitud de patente provisional estadounidense No. 60/762 ,81 3, presentada el 27 de enero de 2006, cuyo contenido está incorporado aqu í mediante referencia en su totalidad . Declaración con respecto a investigación patrocinada con fondos federales Esta invención se realizó con apoyo del gobierno bajo la subvención No. DE-FG02-02 ER1 5330, otorgada por el Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE). El gobierno de Estados unidos tiene por lo tanto ciertos derechos en la invención . Cam po técnico Esta invención se refiere a composiciones y a sistemas y métodos para producir biocombustibles tales como etanol , y materiales relacionados. Antecedentes de la invención Hay un interés en desarrollar métodos para producir energ ía utilizable a partir de recursos de biomasa renovables y sostenibles (por ejemplo, maíz o trigo) o pastos (por ejemplo, pasto aguja (switchgrass)). Los materiales celulósicos y lignocelulósicos, se producen , se procesan y se utilizan en grandes cantidades en una cantidad de aplicaciones.

Un reto actual es desarrollar estrategias viables y económicas para la conversión de carbohidratos en formas de energía utilizables. Las estrategias para producir energía útil a partir de carbohidratos incluyen la producción de etanol ("etanol celulósico") y otros alcoholes (por ejemplo, butanol), conversión de carbohidratos en hidrógeno, y conversión directa de carbohidratos en energía eléctrica a través de celdas de combustible. Por ejemplo, se describen estrategias de etanol de biomasa en DiPardo, Journal of Outlook for Biomass Etanol Production and Demand (EIA Forecasts), 2002; Sheehan, Biotechnology Progress, 15:8179, 1999; Martin, Enzyme Microbes Technology, 31:274, 2002; Greer, BioCycle, 61-65, Abril 2005; Lynd, Microbiology and Molecular Biology Reviews, 66:3, 506-577, 2002; y Lynd et al. en "Consolidated Bioprocessing of Cellulosic Biomass: An Update," Current Opinión in Biotechnology, 16:577-583, 2005. Breve descripción de la invención La invención se basa, en parte, en el descubrimiento de nuevas características de una bacteria anaeróbica, Clostridium phytofermentans. Por ejemplo, una cepa aislada de Clostridium phytofermentans (ISDgT, American Type Culture Collection 700394T) ha sido depositada bajo condiciones que aseguran que el acceso a los cultivos estará disponible durante la tramitación de la solicitud de patente para una persona determinada por parte del Comisionado de patentes y Marcas para hacerse cargo de ello bajo 37 C.F.R. 1.14 y 35 U.S.C. 122. Los depósitos están disponibles según se lo requieren las leyes de patentes extranjeras en países en donde las contrapartes de la solicitud en cuestión , o su progenie, están presentadas . Sin embargo, se debe entender que la disponibilidad de un depósito no constituye una licencia para practicar la presente invención en derogación de derechos de patente otorgados por la acción gubernamental . Además, los depósitos de cultivo en cuestión serán almacenados y se harán disponibles al público de acuerdo con las provisiones del Tratado de Budapest para el Depósito de Microorganismos, es decir, serán almacenados con todo el cuidado necesario para mantenerlos viables y no contaminados durante un periodo de al menos cinco años después de la solicitud más reciente para el suministro de una muestra de los depósitos, y en cualquier caso, durante un periodo de al menos 30 (treinta años después de la fecha de depósito o para la vida ejecutable de cualquier patente que pueda emitir divulgación de los cultivos mas cinco años después del último requerimiento para una muestra del depósito . El depositante tiene conocimiento del deber de reemplazar los depósitos en caso de que el depositario sea incapaz de proporcionar una muestra cuando se solicite, debido a la condición de los depósitos. Todas las restricciones sobre la disponibilidad al público de los depósitos de cultivo en cuestión serán eliminadas irrevocablemente al ser otorgada una patente que los divulgue. Hemos encontrado que el Clostridium phytofermentans, tal como una cepa ISDgT, solo o en combinación con uno o más de otros microbios (por ejemplo, levaduras u otras bacterias) puede fermentar un material que es o que incluye un carbohidrato, o una mezcla de carbohidratos, en un combusti ble, por ejemplo, etanol , propanol y/o hidrógeno, en gran escala . Por ejemplo, el Clostridium phytofermentans puede fermentar biomasa de desecho, tal como aserrín , harina de madera), pulpa de madera , pulpa de papel , corrientes de desecho de pulpa de papel , pastos (por ejemplo, pasto aguja (switchgrass)), plantas y cultivos de biomasa (por ejemplo, Crambe), algas, cáscaras de arroz, bagazo, yute, hojas, recortes de pasto, tallos y hojas secas de maíz, mazorcas de maíz, granos de maíz (maíz molido), granos para destilador, y solutos de destilador, en etanol , propanol e hidrógeno. Además, se puede producir otros productos orgánicos útiles, tales como ácidos orgánicos (por ejemplo , ácido fórmico, ácido láctico y ácido acético), o sus bases conjugadas (por ejemplo, formato, lactato o acetato). En un aspecto, la invención incorpora métodos para elaborar un combustible o combustibles a partir de uno o más materiales de biomasa que incluyen: proporcionar un material de biomasa que incluye un carbohidrato de alto peso molecular; hidrolizar el material de biomasa para proporcionar un material de biomasa hidrolizada ; combinar el material de biomasa hidrolizada con células de Clostridium phytofermentans en un medio; y fermentar el material de biomasa hidrolizada bajo condiciones y durante un tiempo suficientes para producir un combustible o una mezcla de combustibles, por ejemplo , etanol , propanol , y/o hidrógeno. Además de los combustibles, se puede producir otros productos y/o coprod uctos (por ejemplo, ácidos orgánicos y/o sus bases conjugadas). En algunas modalidades, la concentración de carbohidratos en el medio es mayor que aproximadamente 20 mM . En otras modalidades, la concentración es mayor que aproximadamente 1 mM , por ejemplo, mayor que 2 , 3, 4, 5, 6, 7 , 8, 9, 1 0, 1 2 , 1 4, 1 6, o mayor que aproximadamente 1 8 mM . En otro aspecto, la invención incorpora una planta de combustible que incluye una unidad de hidrólisis configurada para hidrolizar un material de biomasa que incluye un carbohidrato de alto peso molecular, y un fermentador configurado para alojar un medio y contiene células de Clostridium phytofermentans dispersas en él . En otro aspecto, la invención incorpora métodos para elaborar un combustible o combustibles que incluyen combinar células de Clostridium phytofermentans y un material lignocelulósico (y/u otro material de biomasa) en un medio, y fermentar el material lignocelulósico bajo condiciones y durante un tiempo suficientes para producir un combustible o combustibles, por ejemplo, etanol , propanol y/o hidrógeno. En otro aspecto, la invención i ncorpora métodos para elaborar un combustible o combustibles que incluye combinar células de Clostridium phytofermentans y un material que incluye a carbohid rato en un medio, y fermentar el material que incluye el carbohidrato bajo condiciones y durante un tiempo suficientes para produci r un combusti ble. La concentración del carbohidrato en el medio es mayor que 20 mM , por ejemplo, mayor que 30 mM , 40 mM , 50 mM , 75 mM , o aún de 1 00 mM o más. En cualquiera de los métodos descritos aqu í, las células de Clostridium phytofermentans se pueden utilizar solas o en combinación con uno o más de otros microbios (por ejemplo, levaduras u otras bacterias) para producir un combustible u otro producto útil , tal como ácidos orgánicos o sus bases conjugadas, los cuales se pueden aislar como sales (por ejemplo, sales de sodio o de potasio). Un ejemplo de otra bacteria es cualquier cepa de Zymomonas mobilis. En otro aspecto, la invención i ncorpora métodos para elaborar un combustible o combustibles a parti r de uno o más materiales de biomasa con Clostridium phytofermentans solo o en cocultivo con uno o más de otros microbios, tal como una cepa de levadura o una cepa de Zymomonas mobilis. Además de elaborar combustibles , el cocultivo se puede usar para elaborar cualquier coproducto descrito aquí, tal como un ácido orgánico , o una base conjugada o sal de él .

En otro aspecto, la invención incorpora métodos para emplear Clostridium phytofermentans para producir un ácido orgánico, o una base conjugada o sal de él , a partir de uno o más materiales de biomasa, tal como cualquiera de los materiales descritos aqu í . Por ejemplo, los otros productos o coproductos útiles se pueden utilizar como existencias de alimentación para las industrias química o farmacéutica . Los ejemplos de ácidos (bases conjugadas) que se pueden prod ucir incluyen ácido láctico (lactato) y ácido acético (acetato).

En otro aspecto, la invención incorpora cocultivos que incluyen Clostridium phytofermentans y uno o más de otros microbios, por ejemplo, levaduras u otras bacterias (por ejemplo, Zymomonas mobilis). En otro aspecto, la invención incorpora composiciones que incluyen Clostridium phytofermentans y uno o más de otros microbios, por ejemplo, levaduras u otras bacterias (por ejemplo, Zymomonas mobilis). La composición puede estar, por ejemplo, en la forma de una mezcla sólida (por ejemplo, una mezcla secada por congelación), o una dispersión l íquida de los microbios , por ejemplo, un cocultivo. En otro aspecto, la invención i ncorpora métodos para elaborar un producto útil , tal como un biocombustible, que incluye seleccionar una biomasa o una mezcla de materiales de biomasa ; combinar la biomasa con un medio que incluye Clostridium phytofermentans; fermentar la biomasa durante un primer periodo de tiempo para proporcionar un segundo material de biomasa ; combinar el segundo material de biomasa (con o sin el Clostridium phytofermentans) con otro microbio o una mezcla de microbios diferentes de Clostridium phytofermentans; y luego fermentar la segunda biomasa durante un periodo de tiempo para producir un material útil , tal como un combustible o un ácido orgánico. En otro aspecto, la invención incorpora fermentadores que incluyen un medio que contiene Clostridium phytofermentans dispersas en él . J unto con Clostridium phytofermentans, el medio puede incluir uno o más de cualquiera de los otros microbios descritos aqu í. En otro aspecto, la invención incorpora termentadores que incluyen Clostridium phytofermentans en cocultivo con uno o más de cualquiera de los otros microbios descritos aquí. En otro aspecto , la invención incorpora termentadores que incluyen un medio que contiene Clostridium phytofermentans dispersos en él . Los termentadores están configurados para retirar continuamente un producto de fermentación , tal como etanol . En algunas modalidades, la concentración del producto permanece sustancialmente constante, o dentro de aproximadamente veinticinco por ciento de una concentración promedio. En algunas modalidades, cualquier biomasa descrita aqu í se alimenta continuamente al termentador. En otro aspecto, la invención incorpora productos elaborados mediante cualquiera de los procesos descritos aqu í. En otro aspecto, la invención incorpora equi pos, por ejemplo, para sembrar un termentador, que incluyen Clostridium phytofermentans. Los equipos pueden incluir además uno o más de cualquiera de los otros microbios descritos aqu í . Por ejemplo , los microbios en los equipos pueden estar combinados en un solo recipiente o en múltiples recipientes. Los microbios en los equipos pueden estar dispersos en un medio, o pueden estar secados por congelación. Los equipos pueden incluir además materiales iniciadores, tales como nutrientes . El Clostridium phytofermentans (American Type Culture Collection 700394T) se define con base en las características fenotípicas y genotípicas de una cepa cultivada, I SDgT (Warnick et al . , International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 52 : 1 1 55-60, 2002). La invención se refiere generalmente a sistemas, y a métodos y composiciones para producir combustibles y/u otros productos orgánicos útiles que involucran la cepa ISDgT y/o cualquier otra cepa de la especie Clostridium phytofermentans, la cual puede ser obtenida de la cepa I SDgT o aislada por separado . La especie se define usando consideraciones taxonómicas estándar (Stackebrandt y Goebel , International Journal of Systematic Bacteriology, 44:846-9, 1 994): Las cepas con valores de homología de secuencia de ARNr 1 6S de 97% y mayores en comparación con la cepa tipo (ISDgT) se consideran cepas de Clostridium phytofermentans, a menos que se demuestre que tienen valores de reasociación de ADN de menos de 70% . Existe evidencia considerable para i ndicar que los microbios que tienen valores de reasociación de ADN de 70% o más también tienen una identidad de secuencia de ADN de al menos 96% y comparten rasgos fenotípicos que definen a una especie. Los análisis de la secuencia del genoma de Clostridium phytofermentans cepa ISDgT indican la presenciad e grandes cantidades de gens y sitios genéticos que es muy probable que estén implicados en mecanismos y rutas para la fermentación de polisacáridos en plantas, dando lugar a propiedades de fermentación inusuales de este microbio. Con base en las consideraciones taxonómicas antes mencionadas, todas las cepas de la especie Clostridium phytofermentans también podrían poseer todas, o casi todas, estas propiedades de fermentación. Las cepas de Clostridium phytofermentans pueden ser aislados naturales, o cepas modificadas genéticamente. Las ventajas de los nuevos sistemas y métodos incluyen cualquiera de, o combinaciones de, los siguientes. El Clostridium phytofermentans puede fermentar un amplio espectro de materiales en combustibles con alta eficiencia . Ventajosamente, los prod uctos de desecho, por ejemplo, lactosa , desecho de papel , hojas , cortes de pasto , y/o aserrín , se puede usar para elaborar combustibles. El Clostridium phytofermentans permanece activo aún en altas concentraciones de carbohidratos. Con frecuencia los materiales que incluyen carbohidratos se pueden usar crudos , sin tratamiento previo. Por ejemplo, en algunos casos, no es necesario tratar previamente el material celulósico con un ácido, una base o una enzima para liberar los azúcares de menor peso molecular que forman parte del material celulósico antes de la fermentación . El Clostridium phytofermentans puede fermentar el material celulósico crudo en un combustible directamente. En algunos casos, los materiales lignocelulósicos, por ejemplo, aserrín o pasto aguja (switchgrass), se pueden usar sin la eliminación de lignina , y/o hemicelulosas. Las células de Clostridium phytofermentans crecen y se fermentan bajo una amplia gama de temperaturas y rangos de pH . Puede no ser necesario ajustar el pH del medio de fermentación durante la fermentación . En algunos casos, se puede usar células de Clostridium phytofermentans en combinación con uno o más de o otros microbios para aumentar la producción de un producto deseado, por ejemplo, etanol . Además, el Clostridium phytofermentans puede fermentar altas concentraciones de azúcares de 5 carbonos, o pol ímeros que incluyen unidades de repetición de azúcar de 5 carbonos, para carburantes combustibles. Los azúcares de cinco carbonos, tales como la xilosa , o los pol ímeros que incluyen unidades de repetición de azúcar de 5 carbonos, tales como el xilano y otros componentes de la fracción "hemicelulosa" de las paredes de células vegetales, son hidrolizados y fermentados por el Clostridium phytofermentans concomitantemente con otros componentes de los materiales lignocel ulósicos que producen productos tales como etanol e hid rógeno . Los azúcares de 5 carbonos, o pol ímeros que incluyen unidades de repetición de azúcar de 5 carbonos, no parecen desviar los recursos metabólicos del Clostridium phytofermentans. Adicionalmente, el Clostridium phytofermentans fermenta mayores concentraciones de celulosa, por ejemplo, mayores que 40 mM (equivalentes de glucosa), con producción de etanol en aumento. Otros microbios que fermentan la celulosa generalmente no fermentan concentraciones mayores de celulosa, por encima de aproximadamente 20 mM (equivalentes de glucosa), y la producción de etanol disminuye en concentraciones mayores de celulosa ( Desvaux et al . , Appl. Environ. Microbiology, 66, 2461 -2470, 2000). Los carbohidratos pueden ser poliméricos oligoméricos, diméricos, triméricos o monoméricos.

Cuando los carbohidratos se forman a parti r de más de una sola unidad de repetición , cada unidad de repetición puede ser la misma o diferente. Los ejemplos de carbohidratos poliméricos incluyen celulosa, xilano, pectina , y almidón , mientras que la celobiosa y la lactosa son ejemplos de carbohidratos diméricos. Los ejemplos de carbohidratos monoméricos incluyen glucosa y xilosa . El término "carbohidrato de bajo peso molecular" como se usa aqu í es cualquier carbohidrato con un peso de fórmula, o un peso molecular promedio en número de menos de aproximadamente 1 ,000, según se determina usando una curva de calibración universal . Generalmente, el término "carbohidrato de alto peso molecular" es cualquier carbohid rato que tiene un peso molecular mayor que 1 ,000 , por ejemplo, mayor que 5,000, mayor que 1 0,000, mayor que 25 ,000, mayor que 50,000 , mayor que 1 00 ,000, mayor que 1 50,000, o mayor que 250,000. Para los carbohidratos que tienen una sola estructura definida con un peso de fórmula definido y computable , por ejemplo, carbohidratos monoméricos o diméricos (por ejemplo , arabinosa and celobiosa , respectivamente), las concentraciones se calculan usando el peso de fórmula del carbohid rato. Para los carbohidratos que no tienen una sola estructura definida , por ejemplo, carbohidratos poliméricos (por ejemplo, cel ulosa ), las concentraciones se calculan asumiendo que la masa completa del carbohidrato polimérico se puede hidrolizar para la unidad de carbohidrato monomérico a partir de la cual se forma el carbohidrato polimérico. El peso de fórmula de la unidad de carbohidrato monomérico se aplica entonces para calcular la concentración en unidades equivalentes de monómero. Por ejemplo, la celulosa pura se elabora completamente de unidades de repetición de glucosa. 1 0 gramos de celulosa podrían dar 1 0 gramos de glucosa, asumiendo que la masa completa de la celulosa se hidroliza en glucosa. La glucosa (C6H1206) tiene un peso de fórmula de 1 80.1 6 amu. 1 0 gramos de glucosa son 0.056 moles de glucosa. Si esta cantidad de glucosa está en 1 L de solución , la concentración podría ser de 0.056 M o 56 mM . Si el pol ímero tiene más de una unidad de repetición , la concentración pod ría calcularse como una concentración total promedio de carbohidrato asumiendo que la masa completa del carbohidrato polimérico se puede hidrolizar para la unidad de carbohidrato monomérico a partir de la cual se forma el carbohidrato polimérico. Por ejemplo, el si carbohidrato polimérico está constituido completamente por las dos unidades de repetición , la hidrólisis de X gramos de carbohidrato polimérico da X gramos de carbohidratos monoméricos. Un peso de fórmula del compuesto es la suma del producto de la fracción molar del primer carbohidrato monomérico y su peso de fórmula and el producto de la fracción molar del segundo carbohidrato monomérico y su peso de fórmula . El número promedio de moles de carbohidratos entonces es de X gramos dividido por el peso de fórmula compuesto. La concentración promedio de carbohidrato se encuentra dividiendo el número promedio de moles por la cantidad de solución en la cual residen.

Un "material fermentable" es uno que el Clostridium phytofermentans (por ejemplo , IS DgT) puede converti r, al menos en parte, en un combustible, por ejemplo, etanol , propanol o hidrógeno y/u otro producto útil , por ejemplo, un ácido orgánico . La biomasa es un material orgánico, no fosilizado, que es, o que proviene de, organismos biológicos, (por ejemplo , plantas o animales), vivos o muertos. La biomasa excluye masa que ha sido transformada mediante procesos biológicos en sustancias tales como carbón o petróleo, pero que incluye materiales que provienen de organismos vivos o muertos, por ejemplo, tratando qu ímicamente a estos organismos o restos de estos organismos. Los ejemplos de biomasa incluyen madera , materiales relacionados con madera (por ejemplo, tablero de partículas), papel , pastos (por ejemplo, pasto aguja (switchgrass), Miscanthus), cáscaras de arroz, bagazo , algodón , yute, cáñamo, lino , bambú , sisal , abacá, paja , hojas, cortes de pasto, tallos y hojas secas de ma íz, mazorcas de maíz, granos para destilador, plantas de legumbres, sorgo, y cultivos de biomasa (por ejemplo, Crambe). A menos que se defina otra cosa , todos los términos técnicos y científicos usados aquí tienen el mismo significado que se entiende comúnmente por cualquier persona con entrenamiento ordinario en la técnica a la cual pertenece esta invención . Si bien se puede usar métodos y materiales similares o equivalentes a los descritos aqu í en la práctica o en la prueba de la presente invención , los métodos y materiales apropiados se describen más abajo . Todas las publicaciones, solicitudes de patente, patentes y otras referencias mencionadas aquí están incorporadas aquí mediante referencia en su i totalidad. En caso de conflicto, la presente especificación, incluyendo definiciones, regirá. Además, los materiales, métodos y ejemplos son ilustrativos solamente y no pretenden ser limitantes. Otras características y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, y de las reivindicaciones. Descripción de los dibujos La figura 1 es una vista de sección transversal esquemática de un tanque de fermentación que contiene un medio que tiene células de Clostridium phytofermentans dispersas en él. La figura 2 es una vista de sección transversal esquemática de una cortadora de cuchilla rotatoria que se usa para fibrilar la biomasa. La figura 3 A es una fotografía de material celulósico cortado en la cortadora de cuchilla rotatoria de la figura 2. La figura 3 B es una microfotografía grandemente aumentada del material que se muestra en la figura 3 A. La figura 4 es un diagrama de bloque que muestra un proceso para producir etanol e hidrógeno a partir de biomasa usando pre tratamiento con hidrólisis ácida. La figura 5A es un diagrama de bloque que muestra un proceso para producir etanol e hidrógeno a partir de biomasa usando pre tratamiento con hidrólisis enzimática.

La figura 5B es un diagrama de bloque que muestra un proceso para producir etanol e hidrógeno a partir de biomasa usando biomasa que no ha sido pre tratada enzimáticamente. La figura 5C es un diagrama de bloque que muestra un proceso para producir etanol e hidrógeno a partir de biomasa usando biomasa que no ha sido pre tratada química o enzimáticamente, pero que opcionalmente ha sido tratada con vapor. La figura 6 es un gráfico de barras que muestra productos y concentraciones principales de los productos obtenidos a partir de la fermentación de diversas concentraciones iniciales de celulosa (en equivalentes de glucosa) junto con Clostridium phytofermentans. Descripción detallada de la invención La figura 1 muestra un tanque de fermentación 10 que contiene un medio 12 que tiene un material fermentable disuelto o disperso en él. El material fermentable es un carbohidrato o incluye uno, por ejemplo, glucosa, celobiosa, o celulosa. El medio 12 también tiene una pluralidad de células de Clostridium phytofermentans 14 dispersas en él, tal como células ISDgT. Las células de Clostridium phytofermentans 14 fermentan el material fermentable para producir carburante combustible, por ejemplo, etanol y/o hidrógeno. También se puede producir otros productos y coproductos útiles. Otros productos pueden incluir ácidos orgánicos (por ejemplo, ácido fórmico, ácido láctico y ácido acético), o su base conjugada (por ejemplo, iones formato, lactato o acetato). Se aislaron células de Clostridium phytofermentans 14 (American Type Culture Collection 700394T) de cieno húmedo en el lecho de una corriente intermitente en un sitio boscoso cerca de la Reserva Quabbin R en el estado de Massachusetts (EE U U ). Generalmente, las células ISDgT 1 4 son barras largas, delgadas, rectas y móviles (0.5 a 0.8 por 3.0 a 1 5.0 pm) que forman esporas terminales redondas (0.9 a 1 .5 pm de diámetro). Características adicionales de células de Clostridium phytofermentans se describen en Warnick et al . , Int. J. Systematic and Evol. Microbiology, 52 , 1 1 55-1 1 60 (2002). Se cultivaron células de Clostridium phytofermentans 1 4 en un ambiente anaeróbico que se logra y/o se mantiene haciendo burbujear un gas sustancialmente libre de oxígeno a través de un burbujeador 1 6 que incluye salidas de gas 1 8 que están sumergidas debajo de la superficie 1 9 del medio 1 2. El exceso de gas y efluente de las reacciones en el medio 1 2 llena el espacio superior 22, y son ventilados eventualmente a través de una abertura de salida de gas 21 formada en la pared del tanque 30. Los gases que se pueden usar para mantener anaeróbicas las condiciones incluyen N2, N2/C02 (80:20), N2/C02/H2 (83: 1 0 :7), and Nobel gases , por ejemplo, helio y argón . En algunas modalidades, para lograr y mantener la homogeneidad , se agita el medio 1 2 (según se indica mediante la flecha 40). La homogeneidad también se puede mantener agitando o con un tanque vibratorio 1 0. En algunos casos, la concentración de células de Clostridium phytofermentans 1 4 suspendida en el medio 1 2 es desde aproximadamente 106 hasta aproximadamente 109 células/mL, por ejemplo, desde aproximadamente 107 hasta aproximadamente 108 células/mL. En algunas modalidades, la concentración al inicio de la fermentación es de aproximadamente 107 células/mL. Hemos encontrado que las células de Clostridium phytofermentans 14 pueden fermentar tanto en concentraciones bajas, por ejemplo, 0.01 mM hasta aproximadamente 5 mM, como en altas concentraciones de carbohidratos, y generalmente no están inhibidas en su acción en concentraciones de carbohidratos relativamente altas, las cuales podrían tener efectos adversos en otros organismos. Por ejemplo, la concentración del carbohidrato en el medio puede ser mayor que 20 mM, por ejemplo, mayor que 25 mM, 30 mM, 40 mM, 50 mM, 60 mM, 75 mM, 100 mM, 150 mM, 200 mM, 250 mM, 300 mM, o aún mayor que 500 mM o más. En cualquiera de estas modalidades, la concentración del carbohidrato generalmente es menor que 2,000 mM. El material fermentable puede ser, o puede incluir, uno o más carbohidratos de bajo peso molecular. El carbohidrato de bajo peso molecular puede ser, por ejemplo, un monosacárido, un disacárido, un oligosacárido, o mezclas de ellos. El monosacárido puede ser, por ejemplo, una triosa, una tetrosa, una pentosa, una hexosa, una heptosa, una nonosa, o mezclas de ellos. Por ejemplo, el monosacárido puede ser arabinosa, gliceraldehído, dihidroxiacetona, eritrosa, ribosa, ribulosa, xilosa, glucosa, galactosa, mañosa, fucosa, fructosa, sedoheptulosa, ácido neuramínico, o mezclas de ellos. El disacárido puede ser, por ejemplo, sacarosa, lactosa , maltosa , gentiobiosa, o mezclas de ellos. En algunas modalidades, el carbohidrato de bajo peso molecular se genera descomponiendo un polisacáridos de alto peso molecular (por ejemplo, celulosa, xilano u otros componentes de hemicelulosa, pectina, y/o almidón). Esta técnica puede ser aplicada ventajosa y directamente a corrientes de desecho , por ejemplo , desecho de papel (por ejemplo, desechos de periódico y desechos de cartones). En algunos casos, la descomposición se realiza como un proceso separado y luego se utiliza el carbohidrato de bajo peso molecular. En otros casos, el carbohidrato de alto peso molecular se le añade directamente al medio, y se descompone en el carbohid rato de bajo peso molecular in-situ . En algunas modalidades, esto se realiza químicamente, por ejemplo , por oxidación , hidrólisis básica , y/o hidrólisis ácida. La hidrólisis química ha sido descrita por Bjerre, Biotechnol. Bioeng. , 49:568, 1 996, y Kim et al . , Biotechnol. Prog. , 1 8:489, 2002. En algunas modalidades, el carbohidrato de bajo peso molecular se genera descomponiendo un polisacárido usando una enzima o enzimas, por ejemplo, endoglucanasas, exoglucanasas o celobiohidrolasas (CBH ). Estas enzimas se pueden añadi r a la fuente de polisacárido como preparaciones de enzima, o pueden ser elaboradas in-situ por un organismo, por ejemplo, Aspergillus niger BKM F 1 305, y Trichoderma reesei RUT C30. La descomposición enzimática ha sido descrita por T. Juhasz, Food Tech. Biotechnol. (2003), 41 , 49. En una modalidad específica, se usa lactosa como el carbohidrato. La lactosa es producida en grandes cantidades por la industria del queso. Por ejemplo, ha sido estimado por Elliott, Proceedings of the 38th Annual Marschall Cheese Seminar (2001), que se produce aproximadamente 21 3.1 millones de kilos (470 millones de libras) de lactosa por año en la industria quesera estadounidense, y otros 329.3 millones de kilos (726 millones de libras) se producen en Europa. La lactosa se puede usar en un fermentador, por ejemplo , un fermentador de siembra que alimente un fermentador principal , como un sustrato de crecimiento para las células de Clostridium phytofermentans solo, o junto con otros sustratos de crecimiento. La lactosa se puede añadir a los tanques de fermentación para aumentar la fermentación de carbohidratos de bajo peso molecular y/o la velocidad de la descomposición y fermentación de celulosa, u otros carbohidratos de alto peso molecular. El material fermentable también puede ser, o puede incluir uno o más carbohid ratos de alto peso molecular. Los carbohidratos de alto peso molecular incluyen , por ejemplo, ácido poligalacturónico, celulosa , celulosa microcristalina, pectina , almidón , xilano, otros pol ímeros hemicelulósicos, o mezclas de ellos. La celulosa microcristalina y las celulosas microcristalinas modificadas están disponibles comercialmente en FMC Biopolimer bajo el nombre comercial AVICEL®.

El material fermentable también puede ser, o puede incluir, uno o más materiales de biomasa , por ejemplo, materiales celulósicos o lignocelulósicos. Los materiales celulósicos son aquellos materiales que incluyen celulosa, pero sustancialmente nada de l ignina , por ejemplo, menos de 0.5 por ciento por peso . Los materiales celulósicos pueden ser naturales, semi-sintéticos, o totalmente sintéticos. Por ejemplo, el algodón es un material celulósico natural . Los materiales semi-sintéticos celulósicos incluyen , por ejemplo , rayón (celulosa regenerada) y textiles que incluyen fibras de algodón , por ejemplo, obtenidas de materiales de desperdicio vírgenes (por ejemplo, restos), o desechos después del consumidor, por ejemplo , trapos. Otros materiales celulósicos semi-sintéticos incluyen granos para destilador (por ejemplo, de la industria del etanol de ma íz), papel y productos tales como papel poli recubierto y papel Kraft. El papel o productos de papel puede ser de materiales vírgenes , o ellos pueden ser materiales de desecho después del consumidor. Los materiales lignocelulósicos incluyen cel ulosa y un porcentaje de lignina , por ejemplo , al menos aproximadamente 0.5 por ciento por peso hasta aproximadamente 60 por ciento por peso o más de lignina . La lignina puede ser concebida como un material polifenólico. Algunas ligninas pueden ser representadas por la Estructura (I ) siguiente: Las ligninas pueden ser altamente ramificadas, y también pueden ser parcialmente reticuladas. Las ligninas pueden tener variación estructural significativa, que depende, al menos en parte, de su fuente, por ejemplo, de si proviene de una madera blanda o de una madera dura. Los materiales lignocelulósicos incluyen, por ejemplo, mezcla para elaboración de papel; madera, y materiales relacionados con madera, por ejemplo, aserrín, tablero de partículas u hojas; y fuentes de fibra natural, por ejemplo, árboles tales como árboles de álamo, pastos tales como pasto aguja (switchgrass), hojas, cortes de pasto, cáscaras de arroz, bagazo, yute, cáñamo, lino, bambú, sisal, abacá, paja, mazorcas de maíz, tallos y hojas secas de maíz, paja de trigo, cáscaras de arroz, y pelo de coco. En modalidades particulares, el material lignocelulósico se obtiene de árboles, tales como árboles de coniferas, por ejemplo, Hemlock Oriental (Tsuga canadensis), Árbol de Maidenhair (Ginkgo biloba), Cedro de Lápiz (Juniperus virgineana), Pino de Montaña (Pinus mugo), Cedro Deodar (Cedrus deodara), Cedro Rojo Occidental (Thuja plicata), Tejo común (Taxus baccata), Abeto de Colorado (Picea pungens); o árboles deciduos, por ejemplo, Fresno de Montaña (Sorbus), Caucho (Eucalyptus gunnii), Abedul (Betula platyphylla), o se puede utilizar arce noruego (Acer platanoides). También es posible utilizar árboles de álamo , haya , arce de azúcar y roble. En algunos casos, las células de Clostridium phytofermentans puede fermentar los materiales lignocelulósicos directamente sin necesidad de eliminar la lignina. Sin embargo , en ciertas modalidades, es útil eliminar al menos algo de la lignina de los materiales lignocelulósicos antes de fermentar. Por ejemplo, la eliminación de la lignina de los materiales lignocelulósicos puede hacer al material celulósico restante más poroso y de mayor área superficial , lo que por ejemplo puede aumentar la velocidad de fermentación y la producción de etanol La lignina se puede eliminar de los materiales lignocelulósicos, por ejemplo , mediante procesos con sulfito , procesos alcalinos o mediante procesos Kraft. Estos procesos y otros están descritos en Meister, Patente estadounidense No. 5, 1 38,007 , y en Knauf et al . , International Sugar Journal, 1 06: 1 263, 1 47-1 50 (2004). El contenido de lignina del pasto aguja (switchgrass) es de aproximadamente 1 7.6% (porcentaje por peso seco), el cual es aproximadamente el mismo que en los tallos y hojas secas de maíz. El contenido de lignina del papel para escribir varía desde aproximadamente cero por ciento de lignina hasta aproximadamente 1 2 por ciento de lignina . Algunos papeles oficio tienen un contenido de lignina que está en el rango de aproximadamente 1 1 -1 2 por ciento de lignina . Mosier et al . , Bioresource Technology 96:673, 2005, describe el contenido de lignina de algunos materiales, y también algunas estrategias de pre tratamiento para eliminarlo. Si se eli mina la lignina, ésta se puede utilizar como una fuente de energía en los procesos, por ejemplo , para calentar una caldera quemando la lignina . Los materiales celulósicos pueden ser obtenidos de los materiales lignocelulósicos tratando qu ímicamente el material lignocelulósico para solubilizar la lignina hasta un grado que permita que el material cel ulósico sea separado de la lignina , por ejemplo, en la forma de fibras. Cuando el material lignocelulósico es de árboles , la lignina disuelta generalmente constituye entre aproxi madamente 25 y 45% del material . Los materiales se pueden reduci r de tamaño, por ejemplo , cortando el material en una cortadora con cuchilla rotativa , o pulverizando el material en un molino de bola. Cuando se usa una cortadora con cuchilla rotativa para reducir el tamaño del material , por ejemplo, un material celulósico o lignocelulósico, comúnmente el material resultante es de naturaleza fibrosa , con una proporción de longitud con respecto a diámetro sustancial , por ejemplo , mayor que 5/1 , mayor que 1 0/1 , mayor que 1 5/1 , mayor que 20/1 , o aún mayor que 25/1 . Cuando se usa un molino de bola, comúnmente el material resultante tiene la forma de harina, comúnmente con partículas sustancialmente esféricas, por ejemplo, con un diámetro de menos de 5 mieras , por ejemplo, menos de 4, menos de 2.5, menos de 1 miera.

La figura 2 muestra una cortadora con cuchillas rotativas 1 00 que incluye una tolva 1 01 que puede ser cargada con un material celulósico o lignocelulósico 1 02, por ejemplo, en forma de astillas. El material celulósico o lignocelulósico se extrae en una zona de cizallamiento 1 03, y se corta entre cuchillas estacionarias 1 04 y cuchillas rotatorias 106. Una pantalla 105 evita que el material celulósico o lignocelulósico deje la zona de cizallamiento 1 03 hasta que el material tenga una dimensión suficientemente pequeña para pasar a través de aberturas definidas en la malla. Una vez que el material celulósico o lignocelulósico ha pasado a través de las aberturas de la malla , se captura en la cesta 1 1 0. Para ayudar en la recolección del material celulósico fibroso cizallado o los materiales lignocelulósicos, la cesta 1 10 puede ser mantenida a una presión por debajo de la presión atmosférica nominal . Los materiales celulósicos fibrosos o los materiales lignocelulósicos recolectados en la cesta tienen una densidad aparente relativamente baja, por ejemplo , de menos de 0.5 gramos por centímetro cúbico, por ejemplo, menos de 0.3 gramos por centímetro cúbico, o aún de menos de 0.2 gramos por centímetro cúbico, y tienen una apariencia "esponjosa" , según se muestra en las figuras 3A y 3B . En algunas modalidades, puede ser deseable usar un material fibroso que tenga un área superficial relativamente grande y/o un grado de porosidad relativamente alto. Por ejemplo, un material fibroso deseable puede tener un área superficial mayor que 0.5 m2/g , por ejemplo, mayor que 1 .0 m2/g , 1 .5 m2/g , 1 .75 m2/g , 5 m2/g , o aún mayor que 1 0 m2/g , según se mide usando B ET (mediciones de área superficial Brunauer Emmett Teller); y/o una porosidad mayor que 70 por ciento, por ejemplo, mayor que 80 por ciento, 87.5 por ciento, 90 por ciento, o aún mayor que 95 por ciento, según se determina por porosimetría de mercurio . Las áreas con superficie grande y/o con altos grados de porosidad pueden aumentar la velocidad de la hidrólisis y/o la velocidad de fermentación . Se puede usar combinaciones de cualquiera de los materiales anteriores, por ejemplo, combinaciones de materiales obtenidos de fuentes de papel , y materiales obtenidos de algodón . En algunas modalidades, los fermentadores que incluyen un medio que contiene Clostridium phytofermentans dispersas en él están configurados para retirar continuamente un prod ucto de fermentación , tal como etanol . En algunas modalidades, la concentración del prod ucto deseado permanece sustancialmente constante, o dentro de aproximadamente veinticinco por ciento de una concentración promedio, por ejemplo, medido después de 2 , 3, 4, 5, 6, o 1 0 horas de fermentación en una concentración inicial desde aproximadamente 1 0 mM hasta aproximadamente 25 mM . En algunas modalidades, cualquier material de biomasa o mezcla descrito aqu í es alimentado continuamente a los fermentadores. El medio para Clostridium phytofermentans puede incluir constituyentes adicionales, tal como amortiguadores, por ejemplo, NaHC03, N H4CI , NaH2P04 H20, K2H P04, y KH2P04; electrolitos, por ejemplo, KCI y NaCI ; factores de crecimiento ; agentes tensoactivos; y agentes quelantes. Los factores de crecimiento incluyen, por ejemplo, biotina, ácido fólico, piridoxina-HCI, riboflavina, urea, extractos de levadura, timina, triptona, adenina, citosina, guanosina, uracilo, ácido nicotínico, ácido pantoténico, B12 (Cianocobalamina), ácido p-aminobenzoico, y ácido tióctico. Los minerales incluyen, por ejemplo, MgS04, MnS04 H20, FeS04-7H20, CaCI2-2H20, CoCI2-6H20, ZnCI2, CuS04-5H20, AIK(S04)2- 12H20, H3B03, Na2Mo04, NiCI2-6H20, y NaWG* H20. Los agentes quelantes incluyen, por ejemplo, ácido nitriloacético. Los agentes tensoactivos incluyen, por ejemplo, polietilen glicol (PEG), polipropilen glicol (PPG), copolímeros de PEG y PPG y alcohol polivinílico. En algunas modalidades, las condiciones de fermentación incluyen mantener el medio a una temperatura menor que aproximadamente 45°C, por ejemplo, menos de aproximadamente 42°C (por ejemplo, entre aproximadamente 34°C y 38°C, o aproximadamente 37°C). En cualquiera de estas modalidades, generalmente, el medio se mantiene a una temperatura por encima de aproximadamente 5°C, por ejemplo, por encima de aproximadamente 15°C. En algunas modalidades, las condiciones de fermentación incluyen mantener el medio en un pH por debajo de aproximadamente 9.5, por ejemplo, entre aproximadamente 6.0 y 9.0, o entre aproximadamente 8 y 8.5. Generalmente, durante la fermentación, el pH del medio comúnmente no cambia en más de 1.5 unidades de pH. Por ejemplo, si la fermentación comienza en un pH de aproximadamente 7.5 , éste comúnmente no llega a menos de pH 6.0 al final de la fermentación , lo que está dentro del rango de crecimiento de las células. Las células de Clostridium phytofermentans se adaptan a concentraciones de etanol relativamente altas, por ejemplo, 7 por ciento por peso o más, por ejemplo, 1 2.5 por ciento por peso . Las células de Clostridium phytofermentans pueden cultivarse en un ambiente rico en etanol antes de la fermentación , por ejemplo, etanol al 7 por ciento, para adaptar las células a concentraciones aún mayores de etanol , por ejemplo, de 20 por ciento . En algunas modalidades, el Clostridium phytofermentans se adapta en concentraciones sucesivamente mayores de etanol , por ejemplo , comenzando con etanol al 2 por ciento , luego con etanol al 5 por ciento, y luego con etanol al 1 0 por ciento. Se puede producir además productos distintos de etanol . Más generalmente, los productos de la fermentación incluyen combustibles, tales como alcoholes (por ejemplo, etanol , n-propanol , isopropanol , n-butanol , o mezclas de ellos) e hid rógeno. Otros productos incluyen ácidos orgánicos (por ejemplo, ácido fórmico, ácido láctico , ácido acético o mezclas de ellos), o sus bases conjugadas (por ejemplo, iones formato, lactato o acetato) o sales de ellos. El Clostridium phytofermentans, tal como la cepa I S DgT, puede usarse solo o en combinación con uno o más de otros microbios, tales como levaduras u hongos (por ejemplo, Saccharomyces cerevisiae, Pichia stipitis, especies de Trichoderma, especies de Aspergillus) u otras bacterias (por ejemplo, Zymomonas mobilis, Klebsiella oxytoca, Escherichia coli, Clostridium acetobutylicum, Clostridium beijerinckii, Clostridium papyrosolvens, Clostridium cellulofyticum, Clostridium josui, Clostridium termitidis, Clostridium cellulosi, Clostridium celerecrescens, Clostridium populeti, Clostridium cellulovorans). Por ejemplo , cuando se cultivó Clostridium celul ítico (cepa C7) en cocultivo con Zymomonas mobilis en un medio que contenía celulosa como el sustrato de crecimiento , las producciones de etanol fueron 2.5 veces mayores que en cultivos con el Clostridium solo (Leschi ne y Canale-Parola, Current Microbiology, 1 1 : 1 29-1 36, 1 984). Las mezclas de microbios se pueden proporcionar como mezclas sólidas (por ejemplo, mezclas secadas por congelación), o como dispersiones l íquidas de los microbios, y cultivarse en cocultivo con Clostridium phytofermentans, o se puede añadir los microbios secuencialmente al medio de cultivo, por ejemplo, añadiendo otro microbio antes o después de la adición de Clostridium phytofermentans. Además, cualquiera de los materiales de biomasa descritos aqu í o mezclas de cualesquiera de los materiales de biomasa descritos aqu í se pueden tratar con uno o más microbios descritos aqu í en una forma secuencial o concurrente. Por ejemplo, la biomasa (o mezcla de biomasa) puede tratarse concurrentemente con una mezcla de microbios, por ejemplo, un cocultivo , o la biomasa (o mezcla de biomasa) se puede tratar inicialmente con un primer microbio o con una primera mezcla de microbios (por ejemplo, una o más levad uras, hongos u otras bacterias) y luego la biomasa resultante puede tratarse con una o más cepas de Clostridium phytofermentans. En! otras modalidades, el material de biomasa (o mezcla de biomasa) se trata inicialmente con una o más cepas de Clostridium phytofermentans y luego la biomasa resultante se trata con uno o más de otros microbios (cualquiera de los microbios o mezclas de microbios descritos aquí ). Producción de etanol a g ran escala a parti r de biomasa Generalmente, hay dos enfoques básicos para prod ucir combustible de grado etanol a partir de biomasa en gran escala utilizando células de Clostridium phytofermentans. En el pri mer método, primero se hidroliza un material de biomasa que incluye carbohidratos de alto peso molecular en carbohidratos de menor peso molecular, y luego se fermentan los carbohid ratos de menor peso molecular utilizando células de Clostridium phytofermentans para producir etanol . En el segundo método, se fermenta el material de biomasa por sí solo sin el pre tratamiento qu ímico y/o enzimático. En el primer método, la hidrólisis se puede lograr usando ácidos, por ejemplo, ácidos Brónsted (por ejemplo, ácido sulfúrico o clorh ídrico), bases, por ejemplo, hidróxido de sodio, procesos hid rotérmicos, procesos de explosión de fibra de amoniaco ("EFEX"), procesos con cal , enzimas, o combinación de ellos. El hidrógeno , y otros productos de la fermentación puede ser capturado y purificado si se desea , o desechado , por ejemplo, mediante incineración . Por ejemplo, el gas hidrógeno se puede quemar, o se puede usar como una fuente de energía en el proceso, por ejemplo, para accionar una caldera de vapor, por ejemplo, por incineración . La hidrólisis y/o el tratamiento con vapor de la biomasa , por ejemplo, puede aumentar la porosidad y/o el área superficial de la biomasa , dejando con frecuencia los materiales celulósicos más expuestos a las células de Clostridium phytofermentans, lo que puede aumentar la velocidad de fermentación y el rendimiento . La eliminación de la lignina , por ejemplo, puede proporcionar un carburante combustible para accionar una caldera, y también puede, por ejemplo , aumentar la porosidad y/o el área superficial de la biomasa, aumentando con frecuencia la velocidad de fermentación y la producción . Generalmente, en cualquiera de las modalidades descritas más adelante, la concentración inicial de los carbohid ratos en el medio es mayor que 20 mM , por ejemplo , mayor que 30 m M , 50 m M , 75 mM , 1 00 mM , 1 50 mM , 200 mM , o aún mayor que 500 mM . Producción de etanol a partir de biomasa uti lizando pre tratamiento con h idrólisis ácida La figura 4 ilustra un proceso 1 58 para producir etanol a partir de biomasa tratando primero la biomasa (por ejemplo, entre aproximadamente 1 0 y aproximadamente 60 por ciento por peso) suspendida en agua con un ácido en una unidad de acidificación 1 60. La biomasa puede ser, por ejemplo, astillas de madera, aserrín , residuos agrícolas molidos o cultivos de biomasa (por ejemplo, tallos y hojas secas de maíz o pasto aguja (switchgrass)), residuo de la refi nación del maíz, productos de papel cizallados como los que se muestran en las figuras 3A y 3B , o mezclas de ellos y otros materiales celulósicos y/o lignocelulósicos. La biomasa puede ser acidificada haciendo burbujear dióxido de azufre gaseoso a través de la biomasa que está suspendida en el agua , o añadiendo un ácido fuerte, por ejemplo, sulfúrico, clorh ídrico, o nítrico. Durante la acidificación , el pH se mantiene por debajo de aproximadamente 3, por ejemplo, por debajo dé aproximadamente 2.5 o por debajo de aproximadamente 1 .5. Además al ácido ya en la unidad de acidificación , opcionalmente, se le puede añadir una sal metálica tal como sulfato ferroso, sulfato férrico, cloruro férrico, sulfato de aluminio , cloruro de aluminio, sulfato de magnesio o mezclas de ellos para ayudar a la hidrólisis de la biomasa. La biomasa se mantiene en la unidad de acidificación 1 60 , por ejemplo , entre aproximadamente 1 and 6 horas, a una temperatura de, por ejemplo, entre aproximadamente 40°C y aproximadamente 80 °C. Después de la acidificación en la unidad de acidificación 1 60 , la biomasa se deshidrata en la unidad de deshid ratacion 1 64, por ejemplo, exprimiéndola o mediante centrifugación, para eliminar la mayor parte del agua acidificada. Si se desea, el agua acidificada se puede volver a utilizar en la unidad de acidificación 1 60. La biomasa impregnada de ácido se alimenta en una unidad de hidrólisis 1 66, por ejemplo, mediante un alimentador por gravedad o un alimentador de válvula giratoria que, en algunos casos, no densifique sustancialmente la biomasa . Se inyecta vapor en la unidad de hid rólisis 1 66 para hacer contacto di rectamente y calentar la biomasa hasta la temperatura deseada. La temperatura del vapor, por ejemplo, está entre aproximadamente 1 30 °C y aproximadamente 220 °C, y se continúa con la inyección de vapor d urante un tiempo, por ejemplo , de entre aproximadamente 1 0 minutos y aproximadamente 1 20 minutos. Luego se descarga el hid rolizado en el tanque de purga 1 70 que funciona a una temperatura de, por ejemplo, entre aproximadamente 1 00 °C ay aproximadamente 1 90 °C, y se mantiene en el tanque 1 70 durante un periodo de tiempo , por ejemplo, entre aproximadamente 1 hora y aproximadamente 6 horas, para hidrolizar más la biomasa, por ejemplo, en oligosacáridos sol ubles y azúcares monoméricas. Luego se alimenta el hidrolizado en el extractor 1 72 , por ejemplo, un extractor contra corriente, un extractor transportador de tornillo, o un extractor de cinta al vacío. En el extractor 1 72 , el hidrolizado se lava con agua caliente a una temperatura de, por ejemplo, entre aproximadamente 40 °C hasta aproximadamente 90 °C. Por ejemplo, el hidrolizado se lava con una cantidad de agua mayor que su propio peso, por ejemplo, mayor que dos veces su propio peso, por ejemplo, tres veces, cuatro veces, ocho veces, o aún más de diez veces su propio peso. El álcali , por ejemplo, en la forma de cal o amoniaco, se le añade al extracto en el ajuste de pH y en la unidad de filtración 1 80 para ajustar el pH del extracto a entre aproximadamente 7 y aproximadamente 8. Cualesquiera precipitados durante la adición del álcali se eliminan y el filtrado se reenvía hacia un termentador 1 82, el cual contiene un medio que tiene células de Clostridium phytofermentans dispersas en él . La concentración inicial de los carbohidratos en el medio es de entre 20 mM y aproximadamente 1 00 mM . La concentración de células de Clostridium phytofermentans suspendidas en el medio es, por ejemplo, desde aproximadamente 1 07 hasta aproximadamente 1 09 células/mL. En una modalidad , el medio (denominado GS-2 ) contiene (cada uno expresado en g/L) extracto de levadura, 6.0; urea , 2.1 ; K2HP04, 2.9; KH2P04, 1 .5; MOPS ; 1 0.0; citrato trisódico dihidratado, 3.0; clorhidrato de cisteína, 2.0. En otras modalidades, se le puede añadi r componentes, o se puede sustituir componentes, en el medio GS-2 , incluyendo: Triptona, 2.0; adenina, 0.02; citosina, 0.05; guanosina , 0.02; timi na, 0.05; uracilo, 0.04; y una cantidad de una solución de vitamina , por ejemplo , 1 0 g/mL, preparada según se describe en Wolin et al . , Bacteriology, 87:993, 1 964. El extracto del pH y la unidad de filtración 1 80 se ajustan de manera que la concentración inicial de carbohidratos en el medio sea , por ejemplo, de entre aproximadamente pH 7.0 y pH 7.5. Si se desea, al comienzo de la fermentación , además del hidrolizado, se puede añadir un carbohidrato de bajo peso molecular, por ejemplo, lactosa, en una concentración inicial , por ejemplo, de entre aproximadamente 1 .0 g/L y 5 g/L. Esto puede ayudar a » aumentar rápidamente la cantidad de células de Clostridium phytofermentans y acumular enzimas dentro del termentador. Se deja proseguir la fermentación mientras se burbujea gas nitrógeno a través del medio durante un periodo de tiempo, por ejemplo, de entre aproximadamente 8 horas y 72 horas, mientras se mantiene una temperatura, por ejemplo , de entre aproximadamente 1 5°C y 40 °C. El gas hidrógeno producido durante la fermentación se barre del fermentador 1 82 mediante el gas nitrógeno, y se recolecta o se quema . Los sólidos extraídos del extractor 1 72 se deshidratan , y luego alimentan una segunda unidad de acid ificación 1 90. Los sólidos del extractor se remojan en una solución acuosa de un ácido, y opcionalmente, una sal metálica . Durante la acidificación , el pH se mantiene por debajo de aproximadamente 3, por ejemplo, por debajo de aproximadamente 2.5 o por debajo de aproximadamente 1 .5. La biomasa se mantiene en la segunda unidad de acidificación 1 90, por ejemplo, entre aproximadamente 1 y 6 horas, a una temperatura , por ejemplo, de entre aproximadamente 40 °C y aproximadamente 80 °C.

Después de la acidificación en la unidad de acidificación 1 90 , la biomasa se deshidrata en la unidad de deshidratación 200, por ejemplo, exprimiéndola o mediante centrifugación , para eliminar la mayor parte del agua acidificada. Si se desea, se puede reutilizar el agua acidificada en la unidad de acidificación 1 60 y/o en la unidad de acidificación 1 90. La biomasa impregnada de ácido se alimenta en la segunda unidad de hidrólisis 202. Se inyecta vapor en la segunda unidad de hidrólisis 202 para hacer contacto di rectamente con la biomasa y calentarla a una temperatura deseada . La temperatura del vapor y el tiempo de tratamiento generalmente son los mismos utilizados en la primera unidad de hidrólisis 1 66. Luego se descarga el hidrolizado en un tanque de purga 204 que funciona a una temperatura de, por ejemplo, entre aproximadamente 1 40 °C y aproximadamente 1 90 °C, y se mantiene en el tanque 204 durante un periodo de tiempo, por ejemplo, de entre aproximadamente 0.5 y aproximadamente 1 2 horas para hidrolizar adicionalmente la biomasa. Se le añade álcali al extracto en el ajusta de pH y en la unidad de filtración 21 0 para ajustar el pH del extracto a entre aproximadamente 7 y aproximadamente 8. Cualesquiera precipitados durante la adición del álcali se eliminan , y se combina el filtrado con el contenido del fermentador 1 82 , y luego se reenvía al fermentador 21 2. Se deja prosegui r la fermentación mientras se burbujea gas nitrógeno a través del medio durante un periodo de tiempo , por ejemplo , entre aproximadamente 1 5 horas y 1 00 horas, mientras se mantiene una temperatura de, por ejemplo, entre aproxi madamente 25 °C and 35°C. El gas hidrógeno producido d urante la fermentación se barre del fermentador 21 2 mediante el gas nitrógeno , y se recolecta o se quema. Después de la fermentación , el contenido completo del fermentador 21 2 se transfiere a la unidad de destilación 220, y se destila 96 por ciento de etanol/4 por ciento de agua (por volumen) y se recolecta . El combustible de grado etanol (99 — 1 00 por ciento de etanol) se puede obtener mediante destilación azeotrópica del etanol al 96 por ciento , por ejemplo, mediante la adición de benceno y luego re destilando la mezcla , o haciendo pasar el etanol al 96 por ciento a través de tamices moleculares para eliminar el agua . Prod ucción de Etanol a partir de biomasa utilizando pre tratamiento de hidrólisis enzimática La figura 5A ilustra un proceso 228 para producir etanol a partir de biomasa tratando primero la biomasa (entre 1 0 y 60 por ciento por peso), por ejemplo, suspendida en agua, con una enzima o mezcla de enzimas, por ejemplo, endoglucanasas, exoglucanasas, celobiohidrolasas (CB H ), beta-glucosidasas, glicosida hidrolasas, glicosiltransferasas, Masas y esterasas activas contra componentes de hemicelulosa, pectina y almidón , en una unidad de hidrólisis 230. Durante la hidrólisis, el pH se mantiene entre aproximadamente 6.0 y aproximadamente 7.5 añadiendo hidróxido de sodio. La biomasa se mantienen en la unidad de hidrólisis 230, por ejemplo, entre aproximadamente 6 y 1 20 horas, a una temperatura , por ejemplo de entre aproximadamente 25 °C yd aproximadamente 40 °C, y bajo nitrógeno Después de la hid rólisis, se le añade álcali , por ejemplo, en la forma de cal o amoniaco, y/o ácido, por ejemplo, en la forma de una solución acuosa de ácido sulfúrico , al contenido de la unidad de hidrólisis 230 mediante la unidad de ajuste de pH 234 para ajustar el pH del contenido a entre aproximadamente 7 y aproximadamente 8. Después de que se ajusta el pH , el contenido completo de la unidad de hidrólisis 230 se transfiere al termentador 240, el cual contiene un medio que tiene células de Clostridium phytofermentans dispersas en él . La concentración inicial de los carbohidratos en el medio es de entre 20 mM y aproximadamente 1 00 mM . La concentración de células de Clostridium phytofermentans suspendidas en el medio es, por ejemplo, desde aproximadamente 1 07 hasta aproximadamente 1 09 células/mL . En una modalidad , el medio contiene (cada uno expresado en g/L) extracto de levadura, 6.0, urea, 2.1 , K2H P04, 2.9; KH2P04, 1 .5; MOPS; 1 0.0; citrato trisódico dihid ratado , 3.0; clorhidrato de cisteína. El efluente de la unidad de hid rólisis 230 se ajusta de tal forma que la concentración inicial de los carbohid ratos en el medio sea , por ejemplo, de entre aproximadamente 50 y 200 mM . Si se desea , al inicio de la fermentación , se le puede añadi r celobiosa en una concentración inicial , por ejemplo, de entre aproximadamente 1 .0 g/L y 5 g/L, o se le puede añadir lactosa para acelerar la fermentación o la hidrólisis. Se deja proseguir la fermentación mientras se burbujea gas nitrógeno a través del medio durante un periodo de tiempo, por ejemplo, de entre aproximadamente 8 horas y 72 horas, mientras se mantiene una temperatura , por ejemplo, de entre aproximadamente 1 5 °C y 40 °C. El gas hidrógeno producido durante la fermentación se barre del fermentador 240 mediante el gas nitrógeno, y se recolecta o se quema. Después de la fermentación , el contenido completo del fermentador 240 se transfiere a la unidad de destilación 242, y se puede obtener combustible de grado etanol como se describió en lo anterior. Producción de etanol a parti r de biomasa si n pre tratamiento ácido o enzimático La figura 5B ilustra un proceso 250 para prod ucir etanol a partir de biomasa cargando primero un tanque de almacenamiento 252 con biomasa , por ejemplo, entre 1 0 y 60 por ciento por peso , suspendida en agua . La biomasa se puede dejar remojar durante un tiempo, por ejemplo , de entre aproximadamente 1 hora y 36 horas a una temperatura , por ejemplo, de entre aproximadamente 25°C y aproximadamente 90 °C si está bajo presión atmosférica normal , o entre aproximadamente 100 hasta aproximadamente 1 75 si está bajo presiones mayores que la presión atmosférica normal , por ejemplo, entre aproximadamente 1 .5 atmósferas y aproximadamente 1 0 atmósfera. El álcali , por ejemplo, en forma de cal o amoniaco , y/o ácido , por ejemplo , en la forma de una solución acuosa de ácido sulfúrico, se le añade al contenido del tanque de almacenamiento 252 después del tiempo de remojo por medio de la unidad de ajuste de pH 260 para aj ustar el pH del contenido a entre aproximadamente 7 y aproximadamente 8. Después de que se ajusta el pH , el contenido completo del tanque de almacenamiento 252 se transfiere al fermentador 262 , el cual contiene un medio que tiene células de Clostridium phytofermentans dispersas en él . La concentración inicial de los carbohidratos en el medio es de entre 20 mM y aproximadamente 1 00 mM . La fermentación ocurre en el tanque de fermentación 262 bajo condiciones que han sido descritas en lo anterior. El combustible de grado etanol se destila en la unidad de destilación 270, también según se describe en lo anterior. La figura 5C ilustra un proceso 300 para producir etanol a partir de biomasa . La biomasa (con o sin eliminación de lignina), y opcionalmente , vapor, se carga en un fermentador 302. Si la lignina se ha sacado, se puede utilizar en un proceso de uso intensivo de energía, tal como energía para accionar una unidad de destilación . El vapor puede ser ventajoso para esterilizar la biomasa , y también para aflojar la biomasa y hacerla más reactiva . La biomasa se carga en el fermentador 302 y se le añade agua (si es necesario) de tal forma que, por ejemplo, entre aproximadamente 1 0 y 60 por ciento por peso de la masa total sea biomasa suspendida. La biomasa se puede dejar remojar durante un tiempo, por ejemplo, de entre aproximadamente 1 hora y 36 horas, a una temperatura, por ejemplo, de entre aproximadamente 25°C y aproximadamente 90°C si está bajo presión atmosférica normal , o entre aproximadamente 1 00 °C hasta aproximadamente 1 75°C si está bajo presiones mayores que la presión atmosférica normal , por ejemplo, entre aproximadamente 1 .5 atmósferas y aproximadamente 1 0 atmósfera. El álcali , por ejemplo , en forma de cal o amoniaco, y/o ácido, por ejemplo , en la forma de una solución acuosa de ácido sulfúrico , se le añade al contenido del fermentador 302 después del tiempo de remojo por medio de la unidad de ajuste del pH 306 para ajusfar el pH del contenido a entre aproximadamente 7 y aproximadamente 8. El fermentador de siembra 304, que contiene un medio que tiene células de Clostridium phytofermentans dispersas en él , se usa para cultivar las células de Clostridium phytofermentans. La concentración de células de Clostridium phytofermentans suspendidas en el medio es, por ejemplo, de aproximadamente 1 07 al inicio del cultivo, y aproximadamente 1 0s células/mL cuando la mezcla de siembra está lista para su uso para fermentar carbohidratos. La concentración inicial de los carbohidratos en el medio es de entre 20 mM y aproximadamente 1 00 mM . En una modalidad , el medio contiene (cada uno expresado en g/L) extracto de levadura, 6.0 , urea , 2.1 , K2H P04, 2.9; KH2P04, 1 .5 ; MOPS ; 1 0.0; citrato trisódico dihidratado, 3.0; y clorhidrato de cisteína. El contenido completo del fermentador de siembra 304 se transfiere al fermentador 302 mantenido aproximadamente a temperatura ambiente, y se deja fermentar bajo condiciones que han sido descritas en lo anterior. El combustible de grado etanol se destila en la unidad de destilación 270, también según se describió en lo anterior. Producción de etanol a parti r de biomasa uti l izando u na combinación de pre tratamiento de hid ról isis ácida y pre tratamiento de hid ról isis enzi mática. Se puede producir etanol a parti r de biomasa también , usando una combinación de pre tratamiento con hidrólisis ácida y pre tratamiento con hidrólisis enzimática. Por ejemplo, una hidrólisis inicial puede tener lugar usando un ácido, por ejemplo, mediante el tratamiento de la biomasa en una unidad de acidificación , seguido por inyección de vapor (tal como se muestra en la figura. 4), y luego se puede aplicar una hidrólisis final a la biomasa hidrolizada inicialmente usando hidrólisis enzimática (tal como se muestra en la figura 5A). Se puede utilizar cualquier combinación de los métodos y/o características de producción de etanol para elaborar un método de producción híbrido. En cualquiera de los métodos descritos aquí, se puede eliminar la lignina antes de la fermentación. Adicionalmente, se puede producir otros productos además de o distintos de etanol mediante cualquiera de los métodos descritos aquí. Más generalmente, los productos de fermentación incluyen combustibles, tales como alcoholes e hidrógeno, y otros productos, tales como ácidos orgánicos. El Clostridium phytofermentans, tal como la cepa ISDgT, se puede usar solo, o sinérgicamente en combinación con uno o más de cualquiera de los otros microbios (por ejemplo, levaduras u otras bacterias) descritos aquí. Ejemplos La descripción se describe adicionalmente en los siguientes ejemplos, los cuales no limitan el alcance de la invención descrita en las reivindicaciones. En un experimento, se cultivó Clostridium phytofermentans en tubos de cultivo medio de celulosa GS2 con un pH inicial de 7.5 bajo una atmósfera de N2. La concentración inicial de Clostridium phytofermentans fue de aproximadamente 0.8 - 1.1 X 107 células/mL y la temperatura de incubación fue de 30 °C.

La figura 6 muestra la concentración de etanol (E ), acetato (A), formato (F), y lactato (L) al terminar la descomposición de celulosa como una función de la concentración inicial de celulosa (en equivalentes de glucosa). Con una concentración inicial de celulosa de 37 mM , las concentraciones de lactato (L), acetato (A), y etanol (E) , fueron de 4 m M , 20 mM , y 59 mM , respectivamente . El formato (F) no fue detectable en esta concentración inicial . Con una concentración i nicial de celulosa de 74 mM , las concentraciones de lactato (L), formato (F), acetato (A), y etanol (E ), fueron 7 mM , 1 0 mM , 20 mM , y 1 23 mM , respectivamente; y con una concentración de 148 mM , las concentraciones de lactato (L), formato (F), acetato (A), y etanol (E ), fueron de 1 0 mM , 1 7 mM , 20 mM , y 1 60 mM , respectivamente. La figura . 6 muestra que las altas concentraciones de celulosa no inhiben la acción del Clostridium phytofermentans, dado que la concentración de etanol (E) aumenta con el aumento de la concentración inicial de celulosa. Este resultado contrasta con los resultados obtenidos usando otros microbios que fermentan la celulosa que no fermentan concentraciones mayores de celulosa , por ejemplo, por encima de aproximadamente 40 mM (en equivalentes de glucosa), y producen cantidades disminuidas de etanol en concentraciones mayores de celulosa (véase Desvaux et al . , Appl. Environ. Microbiology, 66 , 2461 -2470, 2000). También es notable que cuando se usa Clostridium phytofermentans los niveles de acetato no aumentan significativamente con el aumento de la concentración inicial de celulosa, lo cual puede ser ventajoso porque más de la celulosa se va para elaborar el etanol más valioso económicamente. Generalmente, otras bacterias celul íticas prod ucen menos etanol que el acetato (sobre una base molar) y las proporciones de etanol con respecto a acetato disminuyen con el aumento inicial de las concentraciones de celulosa (por ejemplo, véase Desvaux et al . más arriba). En un segundo experimento, se cultivó Clostridium phytofermentans en tubos de cultivo en medio GS-2 que conten ía celulosa en 25 o 50 mM (equivalentes de glucosa), o xilano en 25 o 50 mM (equivalentes de xilosa), o celulosa mas xilano , cada uno en 25 o 50 mM , para una concentración total de carbohidrato de 50 o i 1 00 mM (equivalentes de monosacárido). El pH inicial del medio fue de7.5 y la concentración inicial de Clostridium phytofermentans fue de 0.8- 1 .1 X 1 07 células/mL. Los cultivos se incubaron bajo una atmósfera de N2 a 30 °C. La degradación del carbohidrato se vigiló visualmente. En cultivos que contienen ambos carbohidratos , la celulosa y el xilano fueron degradados simultáneamente. La velocidad de descomposición de celulosa o xilano en cultivos que contienen ambos carbohidratos fue mayor o igual que la velocidad de descomposición en cultivos que contienen un solo carbohidrato. Este experimento demuestra que la fermentación de celulosa mediante cultivos de Clostridium phytofermentans no es inhibida por el xilano , un pol ímero de azúcar de cinco carbonos, y un componente importante de la hemicelulosa . Adicionalmente, este experimento muestra que celulosa and xilano son fermentados simultáneamente por los cultivos de Clostridium phytofermentans, lo que puede ser ventajoso dado que las fuentes naturales de biomasa contienen mezclas de carbohidratos, con celulosa como el componente más abundante y las hemicelulosas, tales como xilano, segundas en abundancia solamente con respecto a la celulosa. En contraste, parece que otros microbios no pueden fermentar los azúcares de 5 carbonos, o pol ímeros que incluyen unidades de repetición de azúcar de 5 carbonos. También , con otros microbios, los azúcares de 5 carbonos, o pol ímeros de ellos , pueden interferir realmente con los procesos metabólicos de los microbios para reduci r la velocidad de fermentación y la producción de etanol . En un tercer experimento, se cultivó Clostridium phytofermentans en tubos de cultivo medio GS-2 que conten ía almidón (almidón soluble Difco) en 1 0, 20, o 40 g/L. El pH inicial del medio fue de 7.5 y la concentración inicial de Clostridium phytofermentans fue de 0.8 - 1 .1 X 1 07 células/mL . Los cultivos se incubaron bajo una atmósfera de N2 a 30 °C. La fermentación del almidón fue indicada por la producción de gas y un aumento en la turbidez del cultivo. Al termi nar la fermentación , se determinaron las concentraciones de productos de fermentación. En una concentración inicial de almidón de 1 0 g/L, las concentraciones de lactato, formato, acetato, y etanol , fueron de 1 mM , 2 mM , 4 mM , y 69 mM , respectivamente. En una concentración inicial de almidón de 20 g/L , las concentraciones de lactato, formato, acetato, y etanol , fueron de 3 mM , 4 mM , 5 mM , y 1 27 mM , respectivamente. En una concentración inicial de almidón de 40 g/L , las concentraciones de lactato, acetato, y etanol , fueron de 1 1 m M , 4 mM , y 1 32 mM , respectivamente. No se detectó formato en este últi mo experimento. Estos experimentos indican que las concentraciones mayores de almidón no inhiben la acción del Clostridium phytofermentans, dado que la concentración de etanol aumenta con el aumento de concentración inicial de almidón , un resultado análogo al descrito anteriormente en donde las células se cultivaron con concentraciones en aumento de celulosa . En un cuarto experimento, se cultivó Clostridium phytofermentans en tubos de cultivo con medio GS-2 que contenía ma íz molido en 27 g/L, o granos húmedos para destilador a 1 0.5 g/L, o tallos y hojas secas de ma íz desmenuzados a 20 g/L , o pasto aguja (switchgrass) desmenuzado a 20 g/L. El pH inicial del medio fue de 7.5 y la concentración inicial de Clostridium phytofermentans fue de 0.8 -1 .1 X 1 07 células/m L. Los cultivos se incubaron bajo una atmósfera de N2 a 30 °C. Todos los sustratos fueron fermentados, lo que fue indicado por la producción de gas, y el producto de fermentación primaria en todos los cultivos fue etanol . Este experimento indica que el Clostridium phytofermentans fermenta estas existencias de alimentación en etanol sin pre tratamiento químico de la existencia de alimentación y sin la adición de celulasas u otras enzimas.

En un ejemplo final , análisis de la secuencia genómica del Clostridium phytofermentans apoyan la conclusión de que este microbio posee propiedades de fermentación inusuales, y es particularmente apropiado para descomponer múltiples componentes de la biomasa vegetal y fermentar estos componentes en etanol . El genoma del Clostridium phytofermentans ha sido secuenciado por el Joint Genome Institute del Departamento de Energía de Estados Unidos. Un borrador del conjunto de secuencia estuvo disponi ble inicialmente el 8 de noviembre de 2005 y fue liberado al público el 20 de mayo de 2006 (http://genome.ornl .gov/microbial/cphy/). Este conjunto en borrador conten ía 4.5 M B de secuencias de nucleótidos particionadas en 1 69 regiones contiguas, de las cuales fueron obtenidas 3671 supuestas proteínas. En diciembre de 2006, los saltos en la secuencia fueron cerrados y la secuencia terminada se espera a principios de 2007. Como una indicación de las propiedades de fermentación inusuales del Clostridium phytofermentans y de su capacidad para descomponer múltiples componentes de biomasa vegetal , examinamos la secuencia genómica para identificar evidencia de mecanismos de absorción de carbohidratos. El genoma del Clostridium phytofermentans contiene más de 1 00 sistemas de transporte de tipo ABC y 52 de ellos parecen estar dedicados a transportar carbohidratos en las células. Si bien algunos de estos sistemas de transporte son específicos para monosacáridos como la glucosa , fucosa, o xilosa, otros sin duda están implicados en el transporte de disacáridos (por ejemplo, celobiosa), trisacáridos, y tetra sacáridos. Esta diversidad excepcionalmente amplia de sistemas de transporte de carbohidrato no tienen precedente entre los microbios, e indica que el Clostridium phytofermentans es particularmente apropiado para descomponer la biomasa celulósica. Otras modal idades Se debe entender que si bien la invención ha sido descrita en conjunto con la descripción detallada de ella , la descripción precedentes tiene la intención de ilustrar y no de limitar el alcance de la invención , el cual está definido por el alcance de las reivindicaciones anexas. Otros aspectos, ventajas y modificaciones están dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un método para elaborar un combustible de material de biomasa, el método comprende: proporcionar un material de biomasa que contiene un carbohidrato de alto peso molecular; hidrolizar el material de biomasa para proporcionar un material de biomasa hidrolizada; combinar el material de biomasa hidrolizada con células de Clostridium phytofermentans en un medio, en donde la concentración de carbohidratos en el medio es mayor que 20 mM; y fermentar el material de biomasa hidrolizada bajo condiciones y durante un tiempo suficientes para producir un combustible. 2. El método de la reivindicación 1, caracterizado además porque el combustible contiene un alcohol seleccionado del grupo que consiste en etanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, y mezclas de ellos. 3. El método de la reivindicación 1, caracterizado además porque el material de biomasa se hidroliza mediante tratamiento con un ácido. 4. El método de la reivindicación 1, caracterizado además porque el material de biomasa se hidroliza mediante tratamiento con una enzima o mezcla de enzimas. 5. El método de la reivindicación 1, caracterizado además porque el material de biomasa se hidroliza mediante tratamiento con un ácido, seguido por tratamiento con una enzima . 6. El método de la reivindicación 1 , caracterizado además porque el material de biomasa se reduce de tamaño antes de hidrolizarse. 7. El método de la reivindicación 1 , caracterizado además porque el paso de hidrólisis incluye pre tratamiento con ácido en una unidad de acidificación , seguido por deshidratación . 8. Una planta de combustible que comprende: una unidad de hidrólisis configurada para hidrolizar un material de biomasa que contiene un carbohidrato de alto peso molecular; y un termentador configurado para alojar un medio y que contiene células de Clostridium phytofermentans dispersas en él . 9. La planta de combustible de la reivindicación 8 , caracterizado además porque el termentador configurado para alojar el medio y que comprende Clostridium phytofermentans incluye además uno o más de otros microbios diferentes de Clostridium phytofermentans. 1 0. La planta de combustible de la reivindicación 9 , caracterizada además porque el uno o más de otros microbios incluye una o más levaduras. 1 1 . La planta de combustible de la reivindicación 9, caracterizada además porque el uno o más de otros microbios incluye una o más bacterias. 1 2. La planta de combustible de la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque la una o más bacterias incluye una cualquiera o más de Zymomonas mobilis. 1 3. Un método para elaborar un combustible, el método comprende: combinar células de Clostridium phytofermentans y un material lignocelulósico en un medio; y fermentar el material lignocelulósico bajo condiciones y durante un tiempo suficientes para producir un combustible. 1 4. El método de la reivindicación 1 3, caracterizado además porque el material lignocelulósico se selecciona del grupo que consiste en madera , pulpa de madera , mezcla para elaboración de papel , corrientes de desecho de pulpa de papel , tablero de partículas, pastos, cáscaras de arroz, bagazo, algodón , yute , cáñamo, lino , bambú , sisal , abacá , paja, mazorcas de ma íz, tallos y hojas secas de maíz, granos para destilador, hojas, paja de trigo, pelo de coco, algas, pasto aguja (switchgrass), M iscanthus, plantas de legumbres, sorgo, cultivos de biomasa (Crambe), y mezclas de ellos. 1 5. El método de la reivindicación 1 3, caracterizado además porque el medio tiene disueltos en él constituyentes seleccionados del grupo que consiste en factores de crecimiento, minerales, agentes tensoactivos, agentes quelantes, y mezclas de ellos. 1 6. El método de la reivindicación 1 3, caracterizado además porque las condiciones incluyen mantener el medio a una I temperatura menor que aproximadamente 45°C. 1 7. El método de la reivindicación 1 3, caracterizado además porque las condiciones incluyen mantener el pH del medio por debajo de aproximadamente 9.5. 1 8. El método de la reivindicación 1 3, caracterizado además porque el combustible es etanol , y caracterizado además porque las condiciones incluyen mantener la concentración del etanol menor que aproximadamente 1 M . 1 9. Un método para elaborar un combustible, el método comprende: combinar células de Clostridium phytofermentans y un material que contiene un carbohidrato en un medio , en donde la concentración del carbohidrato en el medio es mayor que 40 m M ; y fermentar el material que contiene el carbohidrato bajo condiciones y durante un tiempo suficiente para producir un combustible. 20. El método de la reivindicación 1 9, caracterizado además porque la concentración es mayor que 50 mM . 21 . El método de la reivindicación 20, caracterizado además porque la concentración es mayor que 1 00 mM . 22. El método de la reivindicación 21 , caracterizado además porque la concentración es menor que 2000 mM . 23. El método de la reivindicación 1 9, caracterizado además porque el material contiene un carbohidrato de bajo peso molecular que tiene un peso molecular de menos de 1 ,000. 24. El método de la reivindicación 23, caracterizado además porque el carbohidrato de bajo peso molecular se selecciona del grupo que consiste en arabinosa, celobiosa , fructosa , galactosa, glucosa, lactosa, mañosa , ribosa , xilosa, y mezclas de ellos. 25. El método de la reivindicación 1 9, caracterizado además porque el material contiene un carbohidrato de alto peso molecular que tiene un peso molecular mayor que 1 ,000. 26. El método de la reivindicación 25, caracterizado además porque el carbohidrato de alto peso molecular se selecciona del grupo que consiste en celulosa , celulosa microcristalina, ácido poligalacturónico, pectina, almidón , xilano, y mezclas de ellos. 27. El método de la reivindicación 1 9, caracterizado además porque el material está pulverizado de tal forma que tiene un tamaño de partícula de entre aproximadamente 5 mieras and 50 mieras. 28. El método de la reivindicación 1 9, caracterizado además porque el material contiene una combinación de dos o más carbohidratos. 29. El método de la reivindicación 1 9, caracterizado además porque el material contiene un material celulósico o Iignocelulosico. 30. El método de la reivindicación 29, caracterizado además porque el material celulósico o Iignocelulosico se selecciona del grupo que consiste en papel poli recubierto, papel Kraft, mezcla para elaboración de papel , madera, pulpa de madera, granos para destilador, tablero de partículas, hojas, pastos, cortes de pasto, cáscaras de arroz, bagazo, algodón , yute, cáñamo, lino, bambú , sisal , abacá, paja, mazorcas de maíz, tallos y hojas secas de ma íz, paja de trigo, pelo de coco, algas, pasto aguja (switchgrass), Crambe, cultivos de biomasa, y mezclas de ellos. 31 . El método de la reivindicación 1 9, caracterizado además porque el material contiene un carbohidrato de bajo peso molecular formado descomponiendo un carbohidrato de alto peso molecular. 32. El método de la reivindicación 31 , caracterizado además porque la descomposición incluye el uso de una enzima . 33. El método de la reivindicación 32, caracterizado además porque la enzima se selecciona del grupo que consiste en endoglucanasas, exoglucanasas, celobiohidrolasas (CBH) , ß-glucosidasa , glicosida hidrolasas, glicosiltransferasas, Masas y esterasas activas contra componentes de hemicel ulosa , pectina y almidón , y mezclas de ellos. 34. El método de la reivindicación 1 9, caracterizado además porque el material está sustancialmente libre de lignina . 35. Un método que comprende: combinar células de Clostridium phytofermentans, un segundo microbio y un material que contiene un carbohidrato en un medio ; y fermentar el material que contiene el carbohidrato. 36. El método de la reivindicación 35, caracterizado además porque la fermentación se lleva a cabo bajo condiciones y durante un tiempo suficientes para producir un combustible. 37. El método de la reivindicación 35, caracterizado además porque el segundo microbio incluye una levadura . 38. El método de la reivindicación 35, caracterizado además porque el segundo microbio incluye una bacteria diferente de Clostridium phytofermentans. 39. Una composición que contiene Clostridium phytofermentans y un segundo microbio. RESUM EN Células de Clostridium phytofermentans (American Type Culture Collection 700394T) y otras cepas de las especies pueden fermentar materiales tales como biomasa en productos y co-productos útiles, tales como etanol , hidrógeno y ácidos orgánicos. También se describe composiciones que incluyen Clostridium phytofermentans.