MX2013014330A

MX2013014330A - Metodos para tratar material lignocelulosico.

Info

Publication number: MX2013014330A
Application number: MX2013014330A
Authority: MX
Inventors: Zhanying Zhang; Ian Mark O'hara; William Orlando Sinclair Doherty
Original assignee: Syngenta Participations Ag
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2014-01-23
Also published as: EP2718448A2; CN103635582A; ZA201308782B; US20140093920A1; WO2012168410A3; AU2012266337A1; WO2012168410A2; BR112013031307A2; CA2838043A1

Abstract

La presente invención proporciona composiciones y métodos para el pretratamiento de material lignocelulósico. La presente invención proporciona además material lignocelulósico pretratado que se puede utilizar para producir productos tales como azúcares fermentables.

Description

METODOS PARA TRATAR MATERIAL LIGNOCELULOSICO Campo de la Invención La presente invención se refiere a soluciones de pretratamiento para material lignocelulósico y a métodos para pretratar material lignocelulósico que se pueden utilizar para producir productos tales como azúcares fermentables.

Antecedentes de la Invención El material lignocelulósico se puede utilizar para producir biocombustibles (p. ej . , bioetanol) y productos bioquímicos, por lo tanto, representa una alternativa a los combustibles fósiles. Para producir biocombustibles de forma eficaz a partir de materiales lignocelulósicos , los componentes de tipo celulosa y/o hemicelulosa del material lignocelulósico se deben convertir en monosacáridos (es decir, azúcares monoméricos) que se puedan fermentar para obtener etanol o butanol . El trabajo previo en esta área ha propuesto procesos para la producción de azúcares fermentables a partir de material lignocelulósico que implican un pretratamiento químico y/o físico para alterar la estructura natural del material lignocelulósico y a continuación una hidrólisis enzimática de los componentes de tipo celulosa y hemicelulosa para obtener azúcares monoméricos. Posteriormente, los azúcares monoméricos se pueden fermentar para producir biocombustibles, que incluyen etanol o butanol, y/u otros Ref. 245126 productos de fermentación tales como ácidos orgánicos y/u otros alcoholes. Sin embargo, actualmente estos procesos no se han comercializado' debido a su elevado costo, baja eficacia, condiciones de reacción adversas y otros aspectos relacionados con el proceso de pretratamiento . Además, estos procesos no son ecológicos y, para conseguir una hidrólisis eficiente y eficaz, se requiere una gran adición de enzimas, lo cual incrementa los costos adicionalmente .

La presente invención resuelve las carencias previas de la técnica proporcionando soluciones de pretratamiento para material lignocelulósico y métodos para pretratar material lignocelulósico que se pueden emplear para producir azúcares fermentables .

Breve Descripción de la Invención Un primer aspecto de la presente invención es un método para producir un material lignocelulósico parcialmente hidrolizado, que comprende pretratar un material lignocelulósico con una solución de pretratamiento que comprende de aproximadamente un 40% a aproximadamente un 95% en peso de un líquido iónico, de aproximadamente un 0.1% a aproximadamente un 5.0% en peso de un catalizador ácido y de aproximadamente un 5% a aproximadamente un 60% en peso de agua, de este modo se produce un material lignocelulósico pretratado parcialmente hidrolizado.

Un aspecto adicional de la presente invención es un método para producir un azúcar fermentable, que comprende pretratar un material lignocelulósico con una solución de pretratamiento que comprende de aproximadamente un 40% a aproximadamente un 95% en peso de un líquido iónico y de aproximadamente un 5% a aproximadamente un 60% en peso de agua para producir un material lignocelulósico pretratado e hidrolizar enzimáticaraente el material lignocelulósico pretratado, de este modo se produce un azúcar fermentable.

Los aspectos anteriores y otros aspectos de la presente invención se describirán a continuación en más detalle respecto a otras modalidades descritas en la presente. Se debe tener en cuenta que la invención se puede realizar de diferentes formas y no se debe considerar que esté limitada a las modalidades expuestas en la presente. En su lugar, estas modalidades se proporcionan para que esta memoria descriptiva sea exhaustiva y completa, y expresarán el alcance de la invención en su totalidad para los expertos en la técnica.

Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 muestra espectros de FTIR de (a) bagazo no tratado, (b) bagazo pretratado con una solución de HC1 y (c) bagazo pretratado con una solución de cloruro de l-n-butil-3-metilimidazolio (BMIMCl) /HCl/agua .

Las Figuras 2a-2c muestran imágenes de SEM de (fig. 2a) bagazo no tratado, (fig. 2b). bagazo pretratado con una solución de HCl y (fig. 2c) bagazo pretratado con una solución de BMIMCl/HCl/agua . Las muestras se ampliaron 1000 veces .

La Figura 3 muestra el contenido de glucano (%) de bagazo de caña de azúcar pretratado a 130. °C durante 2 horas.

La Figura 4 muestra el rendimiento de glucosa (%) de bagazo de caña de azúcar pretratado después de la hidrólisis enzimática; los símbolos de rombos y cuadrados en blanco corresponden a bagazo pretratado con una ' solución de pretratamiento que comprende un 6% de FeCl3 (basado en el peso de bagazo seco) , los símbolos en negro corresponden a bagazo pretratado con una solución de pretratamiento que comprende un 18% de FeCl3 (basado en el peso de bagazo seco) .

La Figura 5 muestra el rendimiento de glucosa (%) de bagazo de caña de azúcar pretratado después de la hidrólisis enzimática; los símbolos de rombos y triángulos en blanco corresponden a bagazo pretratado con una solución de pretratamiento que comprende un 6% de FeCl3 (basado en el peso de bagazo seco) , los símbolos en negro corresponden a bagazo pretratado con una solución de pretratamiento que comprende un 18% de FeCl3 (basado en el peso de bagazo seco) .

Descripción Detallada de la Invención La terminología utilizada · en la descripción de la invención de la presente tiene como propósito describir únicamente modalidades particulares y no se pretende que limite la invención.

A menos que se defina de otro modo, todos los términos (incluidos los términos técnicos y científicos) empleados en la presente tienen el mismo significado que el que sobreentienden habitualmente los expertos en la técnica a la que pertenece esta invención. Se sobreentenderá además que se deben interpretar los términos, tales como los definidos en diccionarios de uso común, con un significado que es coherente con su significado en el contexto de la presente solicitud y la técnica relevante, y no se deben interpretar en un sentido demasiado formal o idealizado a menos que se defina expresamente de este modo en la presente. La terminología utilizada en la descripción de la invención de la presente tiene como propósito describir únicamente modalidades particulares y no se pretende que limite la invención. Todas las publicaciones, solicitudes de patente, patentes y otras referencias mencionadas en la presente se incorporan en su totalidad por referencia.

Se pretende que las formas en singular "un/a", "el/la", tal como se utilizan en la descripción de la invención y en las reivindicaciones adjuntas, también incluyan las formas en plural, a menos que el contexto indique claramente lo contrario .

Además, la expresión "y/o", tal como se utiliza en la presente descripción, abarca y se refiere a todas y cada una de las posibles combinaciones de uno o más de los elementos enumerados asociados, así como también a la carencia de combinaciones cuando se interpreta en la forma alternativa ("o") .

A menos que el contexto indique lo contrario, se pretende específicamente que las diferentes características de la invención descritas en la presente se puedan emplear en cualquier combinación.

Además, la presente invención también contempla el hecho de que, en algunas modalidades de la invención, se puede excluir u omitir cualquier característica o combinación de características expuestas en la presente.

A efectos ilustrativos, si la memoria descriptiva afirma que un complejo comprende los componentes A, B y C, se pretende de manera específica que cualquiera de los componentes A, B o C, o una combinación de estos, pueda ser omitido y excluido.

La frase de transición "constituido/a esencialmente por", tal como se utiliza en la presente (y sus variaciones gramaticales) , se debe interpretar en el sentido de que abarca los materiales o pasos enumerados "y aquellos que no afectan materialmente a la(s) característica ( s ) básica (s) y novedosa(s)" de la invención reivindicada. Remítase a In re Herz, 537 F.2d 549, 551-52, 190 U.S.P.Q. 461, 463 (CCPA 1976) (con énfasis en el original) ; remítase también a MPEP § 2111.03. Por tanto, la expresión "constituido/a esencialmente por", tal como se utiliza en la presente descripción, no se debe interpretar como equivalente de "que comprende".

Se pretende que el término "aproximadamente", tal como se utiliza en la presente, cuando se refiera a un valor medible tal como una cantidad o concentración (p . ej . , la cantidad de un líquido iónico en la solución de pretratamiento) y similares, englobe variaciones de un 20%, 10%, 5%, 1%, 0.5% o incluso un 0.1% de la cantidad especificada .

La presente invención se refiere a soluciones de pretratamiento para material lignocelulósico y a métodos para hidrolizar material lignocelulósico que se pueden utilizar posteriormente para producir azúcares fermentables .

El término "lignocelulósico" o " lignocelulosa" , tal como se utiliza en la presente, se refiere a material que comprende lignina y/o celulosa. El material lignocelulósico también puede comprender hemicelulosa , xilano, proteínas, lípidos, carbohidratos tales como almidones y/o azúcares, o cualquier combinación de estos. El material lignocelulósico puede proceder de material vegetal vivo o previamente vivo (p. ej . , biomasa lignocelulósica) . El término "biomasa", tal como se utiliza en la presente descripción, se refiere a cualquier material lignocelulósico y se puede utilizar como fuente de energía .

El material lignocelulósico (p. ej . , biomasa lignocelulósica) puede proceder de un único material o una combinación de materiales y/o puede estar modificado y/o no modificado. El material lignocelulósico puede ser transgénico (es decir, puede estar genéticamente modificado) . El término " transgénico/a" , tal como se utiliza en la presente, se refiere a una planta a la cual se ha suministrado o introducido un transgén y el transgén se puede expresar en la planta transgénica para producir un producto, cuya presencia puede conferir un efecto y/o un fenotipo a la planta. El término "transgén", tal como se utiliza en la presente, se refiere a cualquier secuencia de ácido nucleico utilizada en la transformación de una planta. Por consiguiente, un transgén puede ser una secuencia codificante, una secuencia no codificante, un ADNc, un gen o fragmento o porción de este, una secuencia genómica, un elemento regulador y similares. En algunas modalidades de la presente invención, el material lignocelulósico es una planta transgénica o material vegetal transgénico que expresa o ha expresado enzimas exógenas.

La lignocelulosa se encuentra generalmente, por ejemplo, en fibras, pulpa, tallos, hojas, cáscaras, cañas, vainas y/u olotes de plantas o fibras, hojas, ramas, corteza y/o madera de árboles y/o arbustos. Los materiales lignocelulósicos ilustrativos incluyen, sin carácter limitante, biomasa agrícola, p. ej . , material y/o residuos de la agricultura y/o silvicultura, ramas, arbustos, cañas, bosques, granos, pastos, cultivos leñosos de rotación corta, cultivos herbáceos y/u hojas; cultivos energéticos, p. ej . , maíz, mijo y/o soja; residuos de cultivos energéticos; residuos de fábricas papeleras; residuos de serrerías; residuos papeleros municipales; poda de huertos frutales; chaparral; residuos de madera; residuos de la industria maderera; raleo de bosques; cultivos leñosos de rotación corta; bagazo tal como bagazo de la caña de azúcar y/o bagazo de sorgo, lentejas de agua; paja de trigo; paja de avena; paja de arroz; paja de cebada; paja de centeno; paja de lino; cáscaras de soja,- ciscaras de arroz ; paja de arroz; tabaco; pienso de gluten de maíz; cáscaras de avena; granos de maíz; fibra de los granos; rastrojo de maíz; tallos de maíz; olotes de maíz; vainas de maíz; cañóla; miscanthus; caña energética; pradera de pasto; pasto grama; espiga pulpa de remolacha azucarera,- pulpa de frutas cítricas; cáscaras de semillas; césped cortado,- algodón, algas; árboles; arbustos; trigo; paja de trigo; productos y/o subproductos procedentes de la molienda de granos por vía seca o húmeda; desechos del jardín; productos residuales de plantas y/o árboles; material herbáceo y/o cultivos; bosques,-frutas; flores; agujas; troncos; raíces; árboles jóvenes; arbustos; pasto varilla; hortalizas; pieles de frutas; vides; subproductos de la molienda del trigo; cáscaras de avena; madera dura y blanda; o cualquier combinación de estos. En algunas modalidades, el material lignocelulósico ha sido procesado por un procesador seleccionado del grupo constituido por una planta de producción de etanol de molienda en seco, una planta de producción de pasta de papel, una operación de tala de árboles, una fábrica de caña de azúcar o cualquier combinación de estas. En otras modalidades de esta invención, el material lignocelulósico es bagazo.

Los métodos de la presente invención pueden comprender, estar constituidos esencialmente por o estar constituidos por el pretratamiento del material lignocelulósico (p. ej . , biomasa) con una solución de pretratamiento de la presente invención. El término "pretratar", "pretratamiento" y cualquiera de sus variantes gramaticales, tal como se utilizan en la presente, se refieren a tratar, poner en contacto, empapar, suspender, introducir, saturar, bañar, humedecer, enjuagar, lavar, sumergir y/o cualquier variación y/o combinación de estos, el material lignocelulósico con/en una solución de pretratamiento de la presente invención. En ciertas modalidades de la presente invención, el pretratamiento del material lignocelulósico con una solución de pretratamiento de la presente invención provoca que el material lignocelulósico se hinche.

El paso de pretratamiento se puede realizar o llevar a cabo a una temperatura de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 150 °C o cualquier intervalo comprendido entre estos valores tal como, sin carácter limitante, de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 90 °C, de aproximadamente 80 °C a aproximadamente 150 °C, de aproximadamente 90 °C a aproximadamente 130 °C o de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 130 °C. En modalidades particulares, el paso de pretratamiento se lleva a cabo a una temperatura de aproximadamente 40 °C, 41 °C, 42 °C, 43 °C, 44 °C, 45 °C, 46 °C, 47 °C, 48 °C, 49 °C, 50 °C, 51 °C, 52 °C, 53 °C, 54 °C, 55 °C, 56 °C, 57 °C, 58 ÓC, 59 °C, 60 °C, 61 °C, 62 °C, 63 °C, 64 °C, 65 °C, 66 °C, 67 °C, 68 °C, 69 °C, 70 °C, 71 °C, 72 °C, 73 °C, 74 °C, 75 °C, 76 °C, 77 °C, 78 °C, 79 °C, 80 °C, 81 °C, 82 °C, 83 °C, 84 °C, 85 °C, 86 °C, 87 °C, 88 °C, 89 °C, 90 °C, 91 °C, 92 °C, 93 °C, 94 °C, 95 °C, 96 °c , 97 °C, 98 ° c, 99 ° C, 100 ° C, 101 °C, 102 ° c , 103 °c, 104 °c , 105 °c , 106 °c , 107 °c , 108 °c, 109 °c, 110 °c, 111 ° c , 112 °c , 113 ° c , 114 °c . 115 °c , 116 °c , 117 °c, 118 °c , 119 °c, 120 °c , 121 °c , 122 °c , 123 °c , 124 °c, 125 °C, 126 °c, 127 °c, 128 °c, 129 °c, 130 °c, 131 °c, 132 °c , 133 °c, 134 °c, 135 °c, 136 °c , 137 °c, 138 °c, 139 °c , 140 °c, 141 °c, 142 °c, 143 °c , 144 °c, 145 °c, 146 °c , 147 ° c, 148 ° C, 149 °C, 150 °C o cualquier intervalo comprendido entre estos valores. En algunas modalidades de la presente invención, el paso de pretratamiento se lleva a cabo a una temperatura de aproximadamente 130 °C. En otras modalidades de la presente invención, el paso de pretratamiento se lleva a cabo a una temperatura de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 90 °C.

El paso de pretratamiento se puede realizar o llevar a cabo durante un periodo de tiempo de aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 24 horas o cualquier intervalo comprendido entre estos valores tal como, sin carácter limitante, de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 6 horas, de aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 120 minutos, de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 60 minutos o de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 30 minutos. En modalidades particulares, el paso de pretratamiento se lleva a cabo durante un periodo de tiempo de aproximadamente 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 , 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62 , 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82 , 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105 , 106, 107, 108, 109 , 110, 111, 112 , 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120 minutos o 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 horas o cualquier intervalo comprendido entre estos valores. En ciertas modalidades de la presente invención, el paso de pretratamiento se lleva a cabo durante un periodo de tiempo de aproximadamente 30 minutos.

La carga de biomasa lignocelulósica (es decir, la proporción de material lignocelulósico respecto a la solución de pretratamiento) puede ser de aproximadamente un 0.1% a aproximadamente un 60% en peso de la solución de pretratamiento o cualquier intervalo comprendido entre estos valores tal como, sin carácter limitante, de aproximadamente un 5% a aproximadamente un 40% o de aproximadamente un 5% a aproximadamente un 20% en peso de la solución de pretratamiento. En modalidades particulares, la carga de biomasa lignocelulósica es de aproximadamente un 0.1%, 0.2%, 0.3% , 0.4% , 0.5%, 0.6%, 0. 7%, 0.8%, 0.9%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8% , 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, 30%, 31%, 32%, 33%, 34%, 35%, 36%, 37%, 38%, 39%, 40%, 41%, 42%, 43%, 44%, 45%, 46%, 47%, 48%, 49%, 50%, 51%, 53%/ 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59% , 60% en peso de la solución de pretratamiento o cualquier intervalo comprendido entre estos valores. En ciertas modalidades de la presente invención, la carga de biomasa lignocelulósica es de aproximadamente un 10% en peso de la solución de pretratamiento.

Una solución de pretratamiento de la presente invención puede comprender, estar constituida esencialmente por o estar constituida por un líquido iónico, un catalizador ácido, agua o cualquier combinación de estos. De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, la solución de pretratamiento comprende, está constituida esencialmente por o está constituida por un líquido iónico y agua.

La expresión "líquido iónico", tal como se utiliza en la presente, se refiere a una sustancia compuesta solamente por iones que permanece en estado líquido por debajo del punto de ebullición del agua y/o permanece en estado líquido a temperatura ambiente. Los líquidos iónicos son compuestos con un punto de fusión bajo (generalmente inferior a aproximadamente 100 °C) compuestos por un catión y un anión. Los líquidos iónicos pueden presentar una presión de vapor muy baja o no cuantificable , pueden solvatar una gran variedad de compuestos y son térmica, eléctrica y químicamente estables. La deslocalización de la carga en el anión de un líquido iónico limita su capacidad para formar una red cristalina, lo cual da como resultado un punto de fusión bajo. A temperatura ambiente, los iones (es decir, el catión y el anión) de un líquido iónico están organizados de forma menos compacta y están libres para interaccionar con cualesquiera solutos presentes. Por lo tanto, los líquidos iónicos pueden reemplazar el agua y otros disolventes en muchas aplicaciones.

Un líquido iónico puede ser una sal orgánica, que comprende un ión orgánico. Una sal orgánica es más grande y compleja que las sales comunes tales como el cloruro de sodio Las sales orgánicas ilustrativas incluyen, sin carácter limitante, carboxilatos tales como formiato, lactato, acetato, propanoato y benzoato, y sulfonatos tales como mesilato, triflato, tosilato y besilato.

La elección del anión y el catión de un líquido iónico se puede diseñar para que proporcione unas características deseadas del disolvente tales como polaridad, viscosidad, capacidad para formar puentes de hidrógeno, miscibilidad y conductividad. Las propiedades del líquido iónico (polaridad, miscibilidad, hidrofobicidad, etc.) se pueden diseñar variando las propiedades del catión y el anión, por ejemplo, sin carácter limitante, variando la longitud de la cadena lateral del catión y/o anión. En algunas modalidades de la presente invención, el líquido iónico se puede diseñar para que interfiera de forma positiva con los puentes de hidrógeno, así como también con las interacciones electrostáticas e hidrófobas que controlan la función de las proteínas.

Los cationes ilustrativos que se pueden utilizar en los líquidos iónicos incluyen, sin carácter limitante, cationes imidazolio, cationes piridinio, cationes fosfonio, cationes amonio, cationes pirrolidinio, cationes guanidinio, cationes isouronio, cationes hidrocarbilamonio, cationes hidrocarbilfosfonio , cationes hidrocarbilpiridinio, cationes dihidrocarbilimidazolio y cualquier combinación de estos. Los aniones ilustrativos que se pueden utilizar en los líquidos iónicos incluyen, sin carácter limitante, aniones haluro tales como aniones cloruro, bromuro, fluoruro y yoduro, aniones acetato, aniones sulfato, aniones sulfonato, aniones amiduro, aniones imiduro, aniones borato, aniones fosfato, aniones clorometalato, aniones fluoroborato tales como aniones tetrafluoroborato y aniones fluoroborato sustituidos con hidrocarbilo, aniones fluorofosfato tales como aniones hexafluorofosfato y aniones fluorofosfato sustituidos con hidrocarbilo, y cualquier combinación de estos. En algunas modalidades de la presente invención, el catión del líquido iónico es un catión imidazolio. En otras modalidades de la presente invención, el anión del líquido iónico es un anión haluro y/o un anión acetato.

Los ejemplos no limitantes de líquidos iónicos incluyen cloruro de l-alil-3-metilimidazolio (AMIMCl) , cloruro de 1-butil-3-metilimidazolio (BMI C1) , metilsulfato de l-butil-3-metilimidazolio (BMI CH3S04) , etilsulfato de l-butil-3-metilimidazolio (BMIMEtOS03) , hidrogenosul ato de l-butil-3-metilimidazolio (B IMHS04) , metanosulfonato de l-butil-3-metilimidazolio (B IMCH3S03) , tosilato de l-butil-3-metilimidazolio (BMIMTos) , hexafluorofosfato de l-butil-3-metilimidazolio, cloruro de l-etiI-3-metilimidazolio (EMIMCl) , etilsulfato de l-etil-3-metilimidazolio (EMIMEtOS03) , metanosulfonato de l-etil-3-metilimidazolio (EMIMCH3S03) , tosilato de l-etil-3-metilimidazolio (EMIMTos) , cloruro de l-etil-3-metilimidazolio/cloruro de aluminio (III) , dimetilfosfato de 1 , 3 -dimetilimidazolio, cloruro de N-butilpiridinio/cloruro de aluminio (III) , nitrato de etilamonio (EAN) , hidrogenosulfato de dimetilamonio (DMAHS04) , triflato de dimetilamonio (TEATf ) , metanosulfonato de trietilamonio (TEAMs) , cloroaluminato de trimetilfenilamonio (TMPACA) , cloroaluminato de benciltrimetilamonio (BTMACA) cloroaluminato de benciltrietilamonio (BTEACA) cloroaluminato de benciltributilamonio ("BTBACA") cloroaluminato de trimetilfenilfosfonio (TMPPCA) cloroaluminato de benciltrimetilfosfonio ( 11BTMPCA" ) cloroaluminato de benciltrietilfosfonio (BTEPCA) cloroaluminato de benciltributilfosfonio (BTBPCA) cloroaluminato de l-butil-4-metilpiridinio (BMPYCA) cloroaluminato de 1-butilpiridinio (BPYCA) , cloroaluminato de 3-metil-l-propilpiridinio (MPPYCA) , cloroaluminato de 1-butil-3-metilimidazolio (BMIMCA) , cloroaluminato de l-etil-3-metilimidazolio (EMIMCA) , bromotricloroaluminato de l-etil-3-metilimidazolio (EMIMBTCA) , cloroaluminato de l-hexil-3-metilimidazolio (HMIMCA) , clorotrimetilaluminato de benciltrimetilamonio (BT ACTMA) , cloroaluminato de l-metil-3-octilimidazolio ( OIMCA) , fluoroborato de trimetilfenilamonio (TMPAFB) , fluoroborato de benciltrimetilamonio (BTMAFB) , fluoroborato de benciltrietilamonio (BTEAFB) , fluoroborato de benciltributilamonio (BTBAFB) , fluoroborato de trimetilfenilfosfonio (TMPPFB) , fluoroborato de benciltrimetilfosfonio (BTMPFB) , fluoroborato de benciltrietilfosfonio (BTEPFB) , fluoroborato de benciltributilfosfonio (BTBPFB) , fluoroborato de l-butil-4-metilpiridinio (BMPFB) , fluoroborato de 1-butilpiridinio (BPFB) , fluoroborato de 3 -metil - 1-propilpiridinio (MPPFB) , fluoroborato de l-butil-3 -metilimidazolio (BMIMFB) , fluoroborato de l-etil-3 -metilimidazolio (EMIMFB) , bromotrifluoroborato de l-etil-3-metilimidazolio (EMIMBTFB) , fluoroborato de l-hexil-3 -metilimidazolio (HMIMFB) , fluoroborato de l-metil-3-octilimidazolio (MOIMFB) , fluorofosfato de benciltrimetilamonio (BTMAFP) y cualquier combinación de estos.

Puede haber uno o más líquidos iónicos presentes en las soluciones de pretratamiento de la presente invención. Por ejemplo, puede haber 1, 2, 3, 4, 5 o más líquidos iónicos presentes en las soluciones de pretratamiento de la presente invención. En ciertas modalidades de la presente invención, el líquido iónico puede tener un anión que sea un ácido fuerte tal como, sin carácter limitante, metanosulfonato de l-butil-3-metilimidazolio (BMIMCH3S03) , tosilato de 1-butil-3 -metilimidazolio (BMIMTos) , metanosulfonato de l-etil-3-metilimidazolio (EMIMCH3S03) y tosilato de l-etil-3-metilimidazolio (EMIMTos) . En algunas modalidades, el líquido iónico puede tener un pH inferior a aproximadamente pH 2 en una solución, acuosa. En algunas modalidades de la presente invención, el líquido iónico es cloruro de l-n-butil-3-metilimidazolio (BMIMCl) .

El o los líquidos iónicos pueden estar presentes en la solución de pretratamiento en una cantidad de aproximadamente un 5% a aproximadamente un 99% en peso de la solución de pretratamiento o cualquier intervalo comprendido entre estos valores tal como, sin carácter limitante, de aproximadamente un 20% a aproximadamente un 99%, de aproximadamente un 40% a aproximadamente un 99% o de aproximadamente un 70% a aproximadamente un 90% en peso de la solución de pretratamiento. En modalidades particulares de la presente invención, el o los líquidos iónicos están presentes en la solución de pretratamiento en una cantidad de aproximadamente un 5%, 6%, 7% 8%, 9%, 10%, 11% , 12% , 13% , 14% , 15% , 16% , 17% 18%, 19%, 20%, 21% , 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, 30%, 31%, 32%, 33% , 34%, 35%, 36%, 37%, 38%, 39%, 40%, 41%, 42%, 43%, 44%, 45% , 46%, 47%, 48%, 49%, 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57% , 58%, 59%, 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69% , 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81% , 82%, 83%, 84%, ¦85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93% , 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% en peso de la solución de pretratamiento o cualquier intervalo comprendido entre estos valores. En ciertas modalidades de la presente invención, el o los líquidos iónicos están presentes en una cantidad de aproximadamente un 70% a aproximadamente un 85% en peso de la solución de pretratamiento .

Puede haber uno o más catalizadores ácidos presentes en las soluciones de pretratamiento de la presente invención. Por ejemplo, puede haber 1, 2, 3, 4, 5 o más catalizador (es) ácido (s) presente (s) en las soluciones de pretratamiento de la presente invención. En algunas modalidades de la presente invención, se utiliza un catalizador ácido. El o los catalizadores ácidos pueden estar presentes en la solución de pretratamiento en una cantidad de aproximadamente un 0.01% a aproximadamente un 10.0% en peso de la solución de pretratamiento o cualquier intervalo comprendido entre estos valores tal como, sin carácter limitante, de aproximadamente un 0.1% a aproximadamente un 5% o de aproximadamente un 1% a aproximadamente un 3.0% en peso de la solución de pretratamiento. En modalidades particulares de la presente invención, el o los catalizadores ácidos están presentes en la solución de pretratamiento en una cantidad de aproximadamente un 0.01%, 0.025%, 0. 05%, 0.075%, 0.1%, 0. .25%, 0.5%, 0.75%, 1%, 1 .2%, 1.5%, 1.75%, 2%, 2.25%, 2.5%, 2 , .75%, 3%, 3.25%, 3.5%, 3 .75%, 4%, 4.25%, 4.5% , 4.75% , coS-s- , 5 , .25%, 5.5%, 5.75%, 6%, 6. 25%, 6.5%, 6.75% , 7l%o , 7.25%, 7.5%, 7. .75%, 8%, 8.25%, 8.5%, 8 .75%, 9%, 9.25%, 9.5%, 9.75%, 10% en peso de la solución de pretratamiento o cualquier intervalo comprendido entre estos valores. En ciertas modalidades de la presente invención, el o los catalizadores ácidos están presentes en una cantidad de aproximadamente un 0.5% a aproximadamente un 2% en peso de la solución de pretratamiento .

La cantidad de catalizador ácido en la solución de pretratamiento también se puede calcular en función del peso seco del material lignocelulósico . El o los catalizadores ácidos pueden estar presentes en la solución de pretratamiento en una cantidad de aproximadamente un 1% a aproximadamente un 25% en peso del material lignocelulósico seco o cualquier intervalo comprendido entre estos valores tal como, sin carácter limitante, de aproximadamente un 2% a aproximadamente un 20% o de aproximadamente un 5% a aproximadamente un 20% en peso del material lignocelulósico seco. En modalidades particulares de la presente invención, el o los catalizadores ácidos están presentes en la solución de pretratamiento en una cantidad de aproximadamente un 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25% en peso del material lignocelulósico seco o cualquier intervalo comprendido entre estos valores.

La expresión "catalizador ácido", tal como se utiliza en la presente, se refiere a varios compuestos hidrosolubles con un pH inferior a 7 que se pueden hacer reaccionar con una base para formar una sal. Los catalizadores ácidos ilustrativos pueden ser monopróticos o polipróticos y pueden comprender uno, dos, tres o más grupos funcionales ácidos. Los catalizadores ácidos ilustrativos incluyen, sin carácter limitante, ácidos minerales, ácidos de Lewis, sales metálicas ácidas, ácidos orgánicos, ácidos sólidos, ácidos inorgánicos o cualquier combinación de estos. Los catalizadores ácidos específicos incluyen, sin carácter limitante, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido fluorhídrico, ácido bromhídrico, ácido yodhídrico, ácido nítrico, ácido fórmico, ácido acético, ácido metanosulfónico, ácido toluenosulfónico , trifluoruro de boro dietileterado, trifluorometanosulfonato de escandio (III), isopropóxido de titanio (IV) , cloruro de estaño (IV) , bromuro de zinc (II) , cloruro de hierro (II) , cloruro de hierro (III) , cloruro de zinc (II), cloruro de cobre (I), bromuro de cobre (I), cloruro de cobre (II) , bromuro de cobre (II) , cloruro de aluminio, cloruro de cromo (II) , cloruro de cromo (III) , cloruro de vanadio (III), cloruro de molibdeno (III), cloruro de paladio (II), cloruro de platino (II), cloruro de platino (IV) , cloruro de rutenio (III) , cloruro de rodio (III) , zeolitas, zeolitas activadas o cualquier combinación de estos. En ciertas modalidades, el catalizador ácido es ácido clorhídrico .

El agua puede estar presente en la solución de pretratamiento en una cantidad de aproximadamente un 1% a aproximadamente un 80% en peso de la solución de pretratamiento o cualquier intervalo comprendido entre estos valores tal como, sin carácter limitante, de aproximadamente un 1% a aproximadamente un 60% o de aproximadamente un 5% a aproximadamente un 30% en peso de la solución de pretratamiento. En modalidades particulares de la presente invención, el agua está presente en la solución de pretratamiento en una cantidad de aproximadamente un 1%, 2%, 3%, 4%, 5% , 6% 7%, 8%, 9%, 10%, 11% , 12% , 13% , 14% , 15% , 16 17%, 18%, 19%, 20% , 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28% 29%, 30%, 31%, 32% , 33%, 34%, 35%, 36%, 37%, 38%, 39%, 40% 41%, 42%, 43%, 44% , 45%, 46%, 47%, 48%, 49%, 50%, 51%, 52% 53%, 54%, 55%, 56% , 57%, 58%, 59%, 60%, 61%, 62%, 63%, 64% 65%, 66%, 67%, 68% , 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76% 77%, 78%, 79%, 80% en peso de la solución de pretratamiento cualquier intervalo comprendido entre estos valores. En ciertas modalidades, el agua está presente en una cantidad de aproximadamente un 15% a aproximadamente un 25% en peso de la solución de pretratamiento.

En algunas modalidades de la presente invención, la solución de pretratamiento comprende, está constituida esencialmente por o está constituida por un líquido iónico y un catalizador ácido. En otras modalidades de la presente invención, la solución de pretratamiento comprende, está constituida esencialmente por o está constituida por un líquido iónico, un catalizador ácido y agua.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, la solución de pretratamiento comprende, está constituida esencialmente por o está constituida por de aproximadamente un 40% a aproximadamente un 99% en peso de un líquido iónico y de aproximadamente un 1% a aproximadamente un 60% en peso de agua. En ciertas modalidades de la presente invención, la solución de pretratamiento comprende, está constituida esencialmente por o está constituida por de aproximadamente un 70% a aproximadamente un 85% en peso de un líquido iónico y de aproximadamente un 10% a aproximadamente un 30% en peso de agua.

En modalidades particulares de la presente invención, la solución de pretratamiento comprende, está constituida esencialmente por o está constituida por de aproximadamente un 40% a aproximadamente un 95% en peso de un líquido iónico, de aproximadamente un 0.1% a aproximadamente un 5% en peso de un catalizador ácido y de aproximadamente un 5% a aproximadamente un 60% en peso de agua. En algunas modalidades de la presente invención, la solución de pretratamiento comprende, está constituida esencialmente por o está constituida por de aproximadamente un 70% a aproximadamente un 85% en peso de un líquido iónico, de aproximadamente un 0.5% a aproximadamente un 2% en peso de un catalizador ácido y de aproximadamente un 10% a aproximadamente un 30% en peso de agua. En otras modalidades de la presente invención, la solución de pretratamiento comprende, está constituida esencialmente por o está constituida por aproximadamente un 78.8% en peso de un líquido iónico, aproximadamente un 1.2% en peso de un catalizador ácido y aproximadamente un 20% en peso de agua.

El paso de pretratamiento puede dar como resultado la hidrólisis y/o descomposición del material lignocelulósico. El término "hidrólisis", tal como se utiliza en la presente, se refiere a la escisión o rotura de los enlaces químicos que mantienen el material lignocelulósico unido. Por ejemplo, la hidrólisis puede incluir, sin carácter limitante, la rotura o escisión de los enlaces glicosídicos que unen los sacáridos (es decir, azúcares) entre sí y que se conoce también como sacarificación. En algunas modalidades, el material lignocelulósico puede comprender celulosa y/o hemicelulosa . La celulosa es un glucano, el cual es un polisacárido . Los polisacáridos son compuestos poliméricos constituidos por unidades de sacáridos que se repiten (p. ej . , monosacáridos o disacáridos) y que están unidas entre sí mediante enlaces glucosídicos . Las unidades de sacáridos que se repiten pueden ser iguales (es decir, homogéneas) , para dar como resultado un homopolisacárido, o pueden ser diferentes (es decir, heterogéneas), para dar como resultado un heteropolisacárido . La celulosa puede someterse a hidrólisis para formar celodextrinas (es decir, unidades de polisacárido más cortas en comparación con las unidades de polisacárido antes de la reacción de hidrólisis) y/o glucosa (es decir, un monosacárido) . La hemicelulosa es un heteropolisacárido y puede incluir polisacáridos, incluidos, sin carácter limitante, el xilano, glucuronoxilano, arabinoxilano, glucomanano y xiloglucano. La hemicelulosa puede someterse a hidrólisis para formar unidades de polisacárido más cortas y/o monosacáridos , incluidos, sin carácter limitante, azúcares de tipo pentosa, xilosa, mañosa, glucosa, galactosa, ramnosa, arabinosa o cualquier combinación de estos.

En algunas modalidades de la presente invención, el paso de pretratamiento hidroliza parcialmente el material lignocelulósico . La expresión "hidrólisis parcial" o "hidroliza parcialmente" y cualesquiera de sus variantes gramaticales, tal como se utilizan en la presente, se refieren a la reacción de hidrólisis que escinde o rompe menos de un 100% de los enlaces químicos que mantienen el material lignocelulósico unido. En otras modalidades de la presente invención, la reacción de hidrólisis escinde o rompe menos de un 100% de los enlaces glicosídicos de la celulosa y/o hemicelulosa presente en el material lignocelulósico. En algunas modalidades, la reacción de hidrólisis parcial puede convertir menos de aproximadamente un 20%, 15%, 10% o 5% de la celulosa en glucosa. En modalidades adicionales de esta invención, la reacción de hidrólisis parcial puede convertir menos de aproximadamente un 20%, 15%, 10% o 5% de la hemicelulosa en monosacáridos . Los monosacáridos ilustrativos incluyen, sin carácter limitante, xilosa, glucosa, mañosa, galactosa, ramnosa y arabinosa. La reacción de hidrólisis parcial puede dar como resultado la recuperación de más de aproximadamente un 80%, 85%, 90% o 95% del glucano presente en el material lignocelulósico pretratado en comparación con la cantidad de glucano presente en el material lignocelulósico antes del pretratamiento. En algunas modalidades de la presente invención, la reacción de hidrólisis parcial puede dar como resultado la recuperación de menos de aproximadamente un 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10% o 5% del xilano presente en el material lignocelulósico pretratado en comparación con la cantidad de xilano presente en el material lignocelulósico antes del pretratamiento.

En modalidades particulares de la presente invención, la producción de productos indeseados a partir del material lignocelulósico como resultado del paso de pretratamiento se reduce en comparación con otros procesos para el tratamiento de material lignocelulósico. Los términos "reducir", "reduce", "reducido/a", "reducción" y términos similares, tal como se utilizan en la presente, se refieren a una disminución de al menos aproximadamente un 5%, 10%, 25%, 35%, 50%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 97% o superior. Los productos no deseados ilustrativos incluyen furfural, ácido acético, 5- hidroximetilfurfural (HMF) y ácido fórmico. En algunas modalidades, el producto no deseado se encuentra en la solución de pretratamiento, filtrado y/o hidrolizado con una concentración inferior a aproximadamente 35 g/kg, 30 g/kg, 25 g/kg, 20 g/kg, 15 g/kg, 10 g/kg o 5g/kg y, por lo tanto, se ha reducido en comparación con otros procesos para tratar material lignocelulosico. En otras modalidades, el producto no deseado se encuentra en la solución de pretratamiento, filtrado y/o hidrolizado con una concentración inferior a aproximadamente 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 g/kg o cualquier intervalo comprendido entre estos valores y, por lo tanto, se ha reducido en comparación con otros procesos para tratar material lignocelulosico.

En algunas modalidades de la presente invención, el paso de pretratamiento puede descomponer y/o eliminar la lignina presente en el material lignocelulosico. En algunas modalidades, se puede eliminar la lignina del material lignocelulosico mediante la hidrólisis de los enlaces químicos que mantienen el material lignocelulosico unido. Por consiguiente, en algunas modalidades de la presente invención, el paso de pretratamiento puede dar como resultado la eliminación de aproximadamente un 60% o menos (p. ej . , aproximadamente un 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, etc.), o cualquier intervalo comprendido entre estos valores, de la lignina del material lignocelulósico pretratado en comparación con la cantidad de lignina presente en el material lignocelulósico antes del paso del pretratamiento. En algunas modalidades de la presente invención, el paso de pretratamiento puede dar como resultado la recuperación de aproximadamente un 40% o más (p. ej . , un 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, etc.), o cualquier intervalo comprendido entre estos valores, de la lignina del material lignocelulósico pretratado en comparación con la cantidad de lignina presente en el material lignocelulósico antes del paso del pretratamiento.

En otras modalidades de la presente invención, el paso de pretratamiento puede afectar a la estructura del material lignocelulósico. Por ejemplo, el paso de pretratamiento puede dar como resultado la disociación de fibras en el material lignocelulósico, el aumento de la porosidad del material lignocelulósico, el aumento del área superficial específica del material lignocelulósico o cualquier combinación de estos En algunas modalidades, el paso de pretratamiento reduce la cristalinidad de la estructura de la celulosa mediante, por ejemplo, el cambio de una porción de la celulosa de un estado cristalino a un estado amorfo.

En algunas modalidades de esta invención, el paso de pretratamiento puede hacer que el material lignocelulósico pretratado sea más sensible a la digestión enzimática en comparación con el material lignocelulósico no sometido a un paso de pretratamiento de la presente invención. De este modo, en algunas modalidades de la presente invención, la digestión enzimática del material lignocelulósico pretratado se puede aumentar dos, tres, cuatro, cinco, seis, siete, ocho o más veces en comparación con la digestión enzimática del material lignocelulósico no pretratado con la solución de pretratamiento según se describe en la presente.

En modalidades adicionales de la presente invención, tras el tratamiento del material lignocelulósico con la solución de pretratamiento según se describe en la presente, el material lignocelulósico se puede separar de la solución de pretratamiento mediante cualquier método conocido por los expertos en la técnica. Un método para separar el material lignocelulósico de la solución de pretratamiento puede incluir, sin carácter limitante, filtración al vacío, filtración a través de una membrana, filtración a través de un tamiz, separación parcial o incompleta o cualquier combinación de estas. El paso de separación puede producir una porción líquida (es decir, filtrado o hidrolizado) y una porción residual sólida (es decir, el material lignocelulósico pretratado) . En algunas modalidades de la presente invención, se añade agua al material lignocelulósico pretratado antes y/o después de la separación. De este modo, en algunas modalidades de la presente invención, el material lignocelulósico pretratado puede incluir opcionalmente la solución de pretratamiento y/o subproductos del proceso de pretratamiento tales como, sin carácter limitante, líquido (s) iónico(s), ácido(s) y productos producidos en el proceso de pretratamiento .

Opcionalmente, después del pretratamiento del material lignocelulósico con la solución de pretratamiento, según se describe en la presente, el material lignocelulósico pretratado se puede lavar con una solución de lavado posterior al pretratamiento. La solución de lavado posterior al pretratamiento puede comprender una solución básica y/o un disolvente orgánico. La solución básica puede tener un pH de aproximadamente pH 8 o superior (p. ej . , aproximadamente un pH de 8, 9, 10, 11, 12, 13 o 14) . En modalidades particulares, el pH de la solución básica es de aproximadamente pH 10 o superior o de aproximadamente pH 12 o superior. La solución básica puede comprender productos químicos alcalinos tales como, sin carácter limitante, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, hidróxido de amonio y sales básicas tales como, sin carácter limitante, carbonato de sodio y carbonato de potasio. La concentración del producto químico alcalino en la solución básica puede ser de aproximadamente un 0.0002% a aproximadamente un 12% en peso de la solución básica o cualquier intervalo comprendido entre estos valores tal como, sin carácter limitante, de aproximadamente un 0.002% a aproximadamente un 10%, de aproximadamente un 0.02% a aproximadamente un 5% o de aproximadamente un 0.01% a aproximadamente un 0.5% en peso de la solución básica. En modalidades particulares, la concentración del producto químico alcalino en la solución básica es de aproximadamente un 0.2% en peso de la solución básica. En algunas modalidades de la presente invención, la solución de lavado posterior al pretratamiento comprende un disolvente orgánico. Los disolventes orgánicos ilustrativos para la solución de lavado posterior al pretratamiento incluyen, sin carácter limitante, un alcohol tal como metanol y/o etanol, acetona y/o 1,4-dioxano .

El lavado posterior al pretratamiento se puede llevar a cabo a una temperatura de aproximadamente 0 °C a aproximadamente 100 °C o cualquier intervalo comprendido entre estos valores tal como, sin carácter limitante, de aproximadamente 5 °C a aproximadamente 80 °C, de aproximadamente 5 °C a aproximadamente 40 °C o de aproximadamente 15 °C a aproximadamente 35 °C. En modalidades particulares, el lavado posterior al pretratamiento se lleva a cabo aproximadamente a temperatura ambiente (es decir, aproximadamente 25 °C) .

En algunas modalidades de la presente invención, el lavado posterior al pretratamiento con una solución de lavado posterior al pretratamiento se puede llevar a cabo antes y/o después de que el material lignocelulósico pretratado se lave opcionalmente con agua. De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, el material lignocelulósico pretratado se puede lavar con agua y/o una solución de lavado posterior al pretratamiento una o más veces, por ejemplo, 2, 3, 4 o más veces. En ciertas modalidades de la presente invención, el material lignocelulósico pretratado se puede lavar con una solución básica después del pretratamiento. En otras modalidades de la presente invención, el material lignocelulósico pretratado se puede lavar con agua una o más veces después del pretratamiento, a continuación el material lignocelulósico pretratado se lava con una solución básica una o más veces y posteriormente el material lignocelulósico pretratado se lava opcionalmente con agua una o más veces. En algunas modalidades de la presente invención, el material lignocelulósico pretratado se puede lavar con un disolvente orgánico una o más veces y a continuación se puede lavar con agua una o más veces. En modalidades adicionales de la presente invención, después del o los lavados con agua y/o solución de lavado posterior al pretratamiento, el material lignocelulósico pretratado se puede separar del agua y/o la solución de lavado posterior al pretratamiento mediante métodos tales como, sin carácter limitante, filtración al vacío, filtración a través de una membrana, filtración a través de un tamiz, separación parcial o incompleta o cualquier combinación de estas.

En ciertas modalidades de la presente invención, el lavado posterior al pretratamiento con una solución de lavado posterior al pretratamiento elimina la lignina presente en el material lignocelulósico pretratado. En modalidades particulares, el lavado posterior al pretratamiento con una solución de lavado posterior al pretratamiento elimina la lignina residual presente en el material lignocelulósico pretratado. En algunas modalidades, la lignina residual puede estar presente en el material lignocelulósico pretratado como resultado de la condensación de la lignina en el material lignocelulósico pretratado durante y/o después del pretratamiento con una solución de pretratamiento de la presente invención. En algunas modalidades de la presente invención, la lignina presente en el material lignocelulósico pretratado se puede disolver y/o eliminar lavando el material lignocelulósico pretratado con una solución de lavado posterior al pretratamiento.

En algunas modalidades de la presente invención, después del pretratamiento, el lavado con una solución de lavado posterior al pretratamiento puede dar como resultado la eliminación de aproximadamente un 25% o más de la lignina en comparación con la lignina presente en material lignocelulósico no tratado (es decir, material lignocelulósico no tratado con una solución de pretratamiento de la presente invención ni tratado con una solución de lavado posterior al pretratamiento de la presente invención) . En ciertas modalidades de la presente invención, después del pretratamiento, el lavado con una solución de lavado posterior al pretratamiento puede dar como resultado la eliminación de aproximadamente un 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55% o más, o cualquier intervalo comprendido entre estos valores, de la lignina en comparación con la lignina presente en material lignocelulósico no tratado. En modalidades particulares de la presente invención, después del pretratamiento, el lavado con una solución de lavado posterior al pretratamiento puede dar como resultado la eliminación de aproximadamente un 25% a aproximadamente un 50%, o cualquier intervalo comprendido entre estos valores, de la lignina en comparación con la lignina presente en material lignocelulósico no tratado. De este modo, en algunas modalidades, después de un pretratamiento y/o un lavado posterior al pretratamiento según se describe en la presente, la cantidad de lignina eliminada del material lignocelulósico (es decir, la suma de la lignina eliminada en el pretratamiento con una solución de pretratamiento de la presente invención y el lavado posterior al pretratamiento con una solución de lavado posterior al pretratamiento de la presente invención) es de aproximadamente un 60% o superior, tal como de aproximadamente un 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% o superior en comparación con la lignina presente en material lignocelulósico no tratado. En ciertas modalidades, el pretratamiento con una solución de pretratamiento de la presente invención y el lavado posterior al pretratamiento con una solución de lavado posterior al pretratamiento de la presente invención elimina aproximadamente un 65% de la lignina presente en el material lignocelulósico antes del pretratamiento y lavado posterior al pretratamiento. En ciertas modalidades de la presente invención, la solución de lavado posterior al pretratamiento es una solución básica.

Opcionalmente , la solución de lavado posterior al pretratamiento se puede recolectar después de lavar el material lignocelulósico pretratado. En algunas modalidades de la presente invención, la solución de lavado posterior al pretratamiento recolectada es una solución básica que se puede emplear para recuperar la lignina ajustando el pH de la solución básica recolectada hasta un pH ácido (es decir, un pH inferior a aproximadamente 7) con una sal ácida o un ácido tal como, sin carácter limitante, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico y ácido fosfórico. En ciertas modalidades de la presente invención, el pH de la solución básica recolectada se ajusta hasta un pH de aproximadamente 1 a aproximadamente 7 o cualquier intervalo comprendido entre estos valores tal como, sin carácter limitante, de aproximadamente 1.5 a aproximadamente 6.5 o de aproximadamente 2 a aproximadamente 5. En algunas modalidades de la presente invención, la temperatura a la cual se recupera la lignina puéde ser de aproximadamente 0 °C a aproximadamente 90 °C o cualquier intervalo comprendido entre estos valores tal como, sin carácter limitante, de aproximadamente 5 °C a aproximadamente 70 °C o de aproximadamente 5 °C a aproximadamente 40 °C. La lignina se puede recuperar haciendo precipitar la lignina en la solución básica recolectada y se puede recolectar mediante filtración tal como, sin carácter limitante, filtración al vacío, filtración a través de una membrana, filtración a través de un tamiz, separación parcial o incompleta o cualquier combinación de estas. La lignina recuperada se puede utilizar para producir un producto de valor tal como, sin carácter limitante, un producto energético de combustión, un sustituto del fenol en resinas fenólicas, un aditivo polimérico, un material de construcción o cualquier combinación de estos.

Sin pretender vincularse a ninguna teoría particular, se cree que la presencia de lignina en el material lignocelulósico pretratado afecta negativamente a la hidrólisis enzimática de la celulosa debido a la adsorción no -productiva de las enzimas, tales como la celulasa, por parte de la lignina. Se cree que la adsorción no productiva de las enzimas por parte de la lignina reduce la cantidad real de la enzima disponible para la hidrólisis enzimática. De este modo, se cree que la eliminación adicional de la lignina presente en el material lignocelulósico pretratado puede mejorar la tasa de hidrólisis enzimática y reducir la cantidad de enzima utilizada en la hidrólisis enzimática.

El filtrado o hidrolizado se puede recolectar después y/o durante la separación para utilizarlo en el pretratamiento de material lignocelulósico adicional (es decir, reciclar el filtrado/hidrolizado) . El filtrado o hidrolizado se puede recolectar y reutilizar dos, tres, cuatro o más veces. Opcionalmente , se pueden añadir componentes adicionales a la solución reciclada, que incluyen, sin carácter limitante, agua, un catalizador ácido y un líquido iónico adicional o cualquier combinación de estos. En algunas modalidades de la presente invención, se añade agua a la solución reciclada.

En algunas modalidades de la presente invención, el material lignocelulósico pretratado se puede someter a condiciones de procesamiento adicionales tales como, sin carácter limitante, una explosión de vapor.' En otras modalidades de la presente invención, el material lignocelulósico se trata con una solución acuosa de ácido antes del tratamiento con la solución de pretratamiento de la presente invención (es decir, de forma previa al pretratamiento) . La solución acuosa de ácido puede comprender, estar constituida esencialmente por o estar constituida por ácidos minerales, ácidos de Lewis, sales metálicas ácidas, ácidos orgánicos, ácidos sólidos, ácidos inorgánicos o cualquier combinación de estos. Puede haber uno o más ácidos (p. ej . , 1, 2, 3, 4, 5 o más ácidos) presentes en la solución acuosa de ácido y el o los ácidos pueden ser monopróticos o polipróticos y pueden comprender uno, dos, tres o más grupos funcionales ácidos. Los ácidos ilustrativos incluyen, sin carácter limitante, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido fluorhídrico, ácido bromhídrico, ácido yodhídrico, ácido nítrico, ácido fórmico, ácido acético, ácido metanosulfónico, ácido toluenosulfónico , trifluoruro de boro dietileterado, trifluorometanosulfonato de escandio (III) , isopropóxido de titanio (IV) , cloruro de estaño (IV) , bromuro de zinc (II) , cloruro de hierro (II) , cloruro de hierro (III) , cloruro de zinc (II) , cloruro de cobre (I) , bromuro de cobre (I) , cloruro de cobre (II), bromuro de cobre (II) , cloruro de aluminio, cloruro de cromo (II) , cloruro de cromo (III), cloruro de vanadio (III), cloruro de molibdeno (III), cloruro de paladio (II), cloruro de platino (II), cloruro de platino (IV), cloruro de rutenio (III), cloruro de rodio (III), zeolitas, zeolitas activadas o cualquier combinación de estos. En ciertas modalidades, el ácido en la solución acuosa de ácido es ácido clorhídrico.

En algunas modalidades de esta invención, el o los ácidos pueden estar presentes en la solución acuosa de ácido en una cantidad de aproximadamente un 0.1% a aproximadamente un 5.0% en peso de la solución de ácido o cualquier intervalo comprendido entre estos valores tal como, sin carácter limitante, de aproximadamente un 0.1% a aproximadamente un 2.5% en peso de la solución de ácido. De este modo, en algunas modalidades de la presente invención, el o los ácidos pueden estar presentes en la solución de ácido en una cantidad de aproximadamente un 0.1%, 0.25%, 0.5%, 0.75%, 1%, 1.2%, 1.5%, 1.75%, 2%, 2.25%, 2.5%, 2.75%, 3%, 3.25%, 3.5%, 3.75%, 4%, 4.25%, 4.5%, 4.75%, 5% o cualquier intervalo comprendido entre estos valores .

Otro aspecto de la presente invención proporciona un método para poner en contacto un material lignocelulósico pretratado con al menos una enzima o una composición enzimática que comprende al menos una enzima. El material lignocelulósico pretratado puede incluir la solución de pretratamiento y/o subproductos del proceso de pretratamiento tales como, sin carácter limitante, líquido(s) iónico(s), ácido (s) y productos producidos en el proceso de pretratamiento. En ciertas modalidades, un método de la presente invención puede incrementar la digestibilidad enzimática de un material lignocelulósico pretratado en comparación con la digestibilidad enzimática de material lignocelulósico no tratado (es decir, material lignocelulósico que no se ha tratado según se describe en la presente) . En algunas modalidades, un método de la presente invención puede incrementar la digestibilidad enzimática de un material lignocelulósico pretratado al menos aproximadamente 2 veces o 3 veces en comparación con la digestibilidad enzimática de material lignocelulósico no tratado .

En algunas modalidades, se añade una enzima o una composición enzimática al material lignocelulósico pretratado. En otras modalidades, se añade agua al material lignocelulósico pretratado y el residuo sólido se puede separar de la solución y se puede hidrolizar enzimáticamente.

La enzima puede ser producida por un microbio y/o producida por una planta y puede incluir, sin carácter limitante, una celulasa, una hemicelulasa , una xilanasa, una ligninasa, una pectinasa, una proteasa, una amilasa, una catalasa, una cutinasa, una glucanasa, una glucoamilasa, una glucosa-isomerasa, una lipasa, una lacasa, una fitasa, una pululanasa, una xilosa- isomerasa o cualquier combinación de estas. Las composiciones enzimáticas se pueden preparar como un líquido, una suspensión, un sólido o un gel . En un aspecto de la presente invención, la enzima es producida por el material vegetal lignocelulósico y conserva su actividad funcional tras el pretratamiento del material lignocelulósico con la solución de pretratamiento. Por consiguiente, en algunas modalidades de la presente invención, no se pone (n) en contacto/añade (n) enzima (s) adicional (es) al material lignocelulósico pretratado para la hidrólisis enzimática.

En modalidades particulares de la presente invención, la enzima es una celulasa y/o xilanasa. Los términos "celulasa" o "celulasas", tal como se utilizan en la presente, se refieren a una enzima que es capaz de hidrolizar celulosa para obtener glucosa. Los ejemplos no limitantes de celulasas incluyen mañano-endo-1, 4- -manosidasa, 1 , 3 - ß-D-glucano-glucanohidrolasa, 1, 3-p-glucano-glucohidrolasa, 1,3-1,4-ß-?-glucano-glucanohidrolasa y 1 , 6- ß-D-glucano-glucanohidrolasa .

Los términos "xilanasa" o "xilanasas", tal como se utilizan en la presente, se refieren a una enzima que es capaz de al menos hidrolizar xilano para obtener xilobiosa y xilotriosa. Las xilanasas ilustrativas pueden proceder de Dictyoglomus sp . , que incluye, sin carácter limitante, Dictyoglo us thermophilum Rt46B.l. Remítase, p. ej . , a Gibbs et al. (1995) Appl . Environ. Microbiol . 61:4403-4408.

En algunas modalidades de la presente invención, la enzima puede ser una enzima tolerante a temperaturas elevadas (es decir, termoestable) y/o pH bajos (es decir, acidófila) . El término "termoestable" o "termotolerante" se refiere a que la enzima conserva al menos aproximadamente un 70% de actividad a aproximadamente 60 °C durante 30 minutos, al menos aproximadamente un 65% de actividad a aproximadamente 70 °C durante 30 minutos o al menos aproximadamente un 60% de actividad a aproximadamente 80 °C durante 30 minutos. El término "acidófila", tal como se utiliza en la presente, se refiere a que la enzima conserva de aproximadamente un 60% a aproximadamente un 90% de su actividad a un pH de 6 , conserva al menos aproximadamente un 65% de actividad a un pH de 5.0 o conserva al menos aproximadamente un 60% de actividad a un pH de 4.0.

En algunas modalidades de la presente invención, la enzima puede ser una enzima de actividad dual. Una "enzima de actividad dual", tal como se utiliza en la presente, se refiere a un enzima que posee tanto actividad xilanasa como celulasa. La enzima de actividad dual puede ser termotolerante y/o acidófila.

Otros ejemplos no limitantes de enzimas incluyen a-L-arabinofuranosidasa, -glucuronidasa , acetilmanano-esterasa, acetilxilano-esterasa , -galactosidasa, ß-glucosidasa, exoxilanasa, ß-l, 4-xilosidasa, endo-1 , 4 -ß-xilanasa, endo-galactanasa, endo-ß-?, 4-mananasa, 1 , 4-3-D-glucano, celobiohidrolasa , endo-1 , 4- -D-glucanasa , ß-glucosidasa , endo-OÍ-1, 5-arabinanasa, exo- ß- 1 , 4 -manosidasa, celobiohidrolasas , endoglucanasa, exo- ß- 1 , 4 -xilosidasa, feruloilo-esterasa, ácido ferúlico-esterasa , ácido p-cumárico-esterasa, glucuronoxilano-xilanohidrolasa , xiloglucano- endotransglicosilasa, diarilpropano-peroxidasa, glucosa-oxidasa, glioxal-oxidasa, lignina-peroxidasa (LiP) , manganeso-peroxidasa, metanol -oxidasa , metanol-oxidorreductasa, fenol-oxidasa (lacasa) , fenol -peroxidasa, alcohol veratrílico-oxidasa , pectoliasa, pectozima, poligalacturonasa, asclepaína, bromelaína, caricaina, quimopapaína, colagenasa, glicilo-endopeptidasa , pepsina, pronasa, subtilisina, termolisina o cualquier combinación de estas .

La enzima se puede proporcionar como una enzima de longitud completa purificada parcial o completamente, o variantes o fragmentos activos de esta, o se puede proporcionar como un microorganismo que produzca la enzima. Además, cualquiera de estas enzimas se puede proporcionar en una cantidad eficaz para hidrolizar su sustrato (p. ej . , el material lignocelulósico pretratado, el cual puede incluir opcionalmente la solución de pretratamiento y/o subproductos del proceso de pretratamiento tales como, sin carácter limitante, líquido(s) iónico(s), ácido(s) y productos producidos en el proceso de pretratamiento) tal como en cantidades de aproximadamente un 0.001% a aproximadamente un 50%, de aproximadamente un 0.01% a aproximadamente un 50%, de aproximadamente un 0.1% a aproximadamente un 50%, de aproximadamente un 1% a aproximadamente un 50%, de aproximadamente un 10% a aproximadamente un 50%, de aproximadamente un 20% a aproximadamente un 50%, de aproximadamente un 30% a aproximadamente un 50%, de aproximadamente un 40% a aproximadamente un 50% en peso del sustrato o más.

La composición enzimática también puede incluir agentes conocidos por los expertos en la técnica para su uso en el procesamiento de material lignocelulósico (p. ej . , biomasa) , que incluyen, sin carácter limitante, cloro, detergente, hipoclorito, peróxido de hidrógeno, ácido oxálico, perácido, agente regulador del pH, fosfato de trisodio, clorito de sodio, nitrato de sodio, tensioactivo, urea, uno o más amortiguadores y/o agua.

Los ejemplos de detergentes incluyen, sin carácter limitante, detergentes aniónicos, catiónicos o neutros tales como Nonidet (N)P-40, dodecilsulfato de sodio (SDS) , laurilsulfato de sodio (SLS) , sulfobetaína, n-octilglucósido, desoxicolato, Tritón® X-100 (Dow Chemical Co . ; Midland, MI) y/o Tween® 20 (ICI Americas, Inc.; Bridgewater, NJ) .

Los ejemplos no limitantes de tensioactivos incluyen un alcohol secundario etoxilado, un alcohol graso etoxilado, un nonilfenol etoxilado, un éster fosfato de alcoholes grasos, un éter polioxietilénico, un polietilenglicol , un alquilfenol polioxietilenado, un ácido esteárico y/o un tridecilo etoxilado .

Cualquiera de los agentes se puede proporcionar purificado parcial o totalmente. Además, cualquiera de estos agentes se puede proporcionar en una cantidad de aproximadamente un 0.001% a aproximadamente un 50%, de aproximadamente un 0.01% a aproximadamente un 50%, de aproximadamente un 0.1% a aproximadamente un 50%, de aproximadamente un 1% a aproximadamente un 50%, de aproximadamente un 10% a aproximadamente un 50%, de aproximadamente un 20% a aproximadamente un 50%, de aproximadamente un 30% a aproximadamente un 50%, de aproximadamente un 40% a aproximadamente un 50% en peso del sustrato o más.

La composición enzimática de la presente invención también puede incluir hongos u otros microorganismos productores de enzimas, especialmente microorganismos etanologénicos y/o solubilizantes de lignina, los cuales pueden propiciar el procesamiento, la descomposición y/o la degradación del material lignocelulósico . Los ejemplos no limitantes de microorganismos etanologénicos y/o solubilizantes de lignina incluyen bacterias y levaduras. Remítase en general a Burchhardt & Ingram (1992) Appl . Environ. Microbiol . 58:1128-1133; Dien et al. (1998) Enzyme Microb. Tech. 23 :366-371 ; Keating et al. (2004) Enzyme Microb. Tech. 35:242-253; Lawford & Rousseau (1997) Appl. Biochem. Biotechnol . 63-65:221-241; Handbook on Bioethanol : Production and Utilization (Wyman ed. , CRC Press 1996); así como también las Publicaciones de Solicitud de Patente de EE . UU. N.os 2009/0246841 y 2009/0286293; y la Patente de EE . UU. N.° 6.333.181. Estos microorganismos pueden producir enzimas que facilitan el procesamiento de material lignocelulósico, que incluyen, sin carácter limitante, alcohol-deshidrogenasa, piruvato-descarboxilasa, transaldolasa, transcetolasapiruvato-descarboxilasa, xilosa-reductasa, xilitol -deshidrogenasa o xilosa-isomerasa y xilulocinasa . En algunas modalidades de la invención, los microorganismos etanologénicos y/o solubilizantes de lignina incluyen, sin carácter limitante, miembros de los géneros Candida, Erwinia, Escherichia, Klebsiella , Pichia, Saccharomyces, Streptomyces y Zymomonas. Remítase, p. ej . , a Dien (1998), mencionado anteriormente; Ingram & Con ay (1988) Appl . Environ. Microbiol . 54:397-404; Jarboe et al. (2007) Adv. Biochem. Engin. /Biotechnol . 108:237-261; Keating et al. (2004) J". Indust . Microbiol. Biotech. 31:235-244; Keating et al. (2006) Biotechnol. Bioeng. 93:1196-1206; Pasti et al. (1990) Appl. Environ. Microbiol. 56:2213-2218; y Zhang et al. (1995) Science 267:240-243.

Los métodos de la presente invención pueden comprender además poner en contacto (p. ej . , fermentar) el material lignocelulósico pretratado, que incluye opcionalmente la solución de pretratamiento y/o subproductos del proceso de pretratamiento (p. ej . , líquido (s) iónico (s), ácido (s) y productos producidos en el proceso de pretratamiento) , con un microorganismo, que incluye, sin carácter limitante, una levadura, una bacteria etanologénica o una combinación de estas. En algunas modalidades, la puesta en contacto se puede realizar a un pH comprendido en un intervalo de aproximadamente 2 a aproximadamente 9. En modalidades adicionales de la presente invención, el material lignocelulósico pretratado se puede procesar a continuación para producir azúcares fermentables y/o para producir biocombustible (p. ej . , etanol) .

Las composiciones y los métodos que se describen en la presente se pueden utilizar para procesar material lignocelulósico (p. ej . , biomasa) con el fin de obtener muchos productos químicos orgánicos, combustibles y productos útiles. Por ejemplo, algunos productos químicos especiales y de uso común que se pueden producir a partir de material lignocelulósico incluyen, sin carácter limitante, acetona, acetato, butanodiol, ácido cis-mucónico, etanol, etileriglicol , furfural, glicerol, glicina, lisina, ácidos orgánicos (p. ej . , ácido láctico), 1 , 3 -propanodiol , polihidroxialcanoatos y xilosa. Asimismo, se pueden producir piensos para animales y diversos alimentos/bebidas a partir de material lignocelulósico. Remítase en general a Lynd et al. (1999) Biotechnol . Prog. 15:777-793; Philippidis, "Cellulose bioconversion technology" , págs . 179-212 , en: Handbook on Bioethanol : Production and Utilization, ed. Wyman (Taylor & Francis 1996) ; y Ryu & Mandéis (1980) Enz . Microb. Technol . 2:91-102. Los beneficios potenciales de la producción conjunta se extienden más allá de la síntesis de múltiples productos orgánicos a partir de los carbohidratos fermentables del material lignocelulósico . Por ejemplo, los residuos ricos en lignina remanentes después del procesamiento se pueden convertir en productos químicos derivados de la lignina o se pueden utilizar para producir electricidad.

En algunas modalidades de la presente invención, las composiciones y/o métodos que se describen en la presente se pueden utilizar para producir una pasta tal como una pasta de valor elevado. La pasta producida utilizando las composiciones y/o los métodos de la presente invención se puede utilizar para producir varios materiales y/o productos tales como, sin carácter limitante, papel, productos textiles y celulosa microcristalina .

En modalidades particulares, los métodos de la presente invención comprenden hidrolizar erizimáticamente el material lignocelulósico pretratado para producir un azúcar fermentable . La expresión "azúcar fermentable 11 , tal como se utiliza en la presente, se refiere a oligosacáridos y/o monosacáridos que pueden ser utilizados como fuente de carbono por un microorganismo en un proceso de fermentación.

Los azúcares fermentables ilustrativos incluyen glucosa, xilosa, arabinosa, galactosa, mañosa, ramnosa, sacarosa, fructosa o cualquier combinación de estos.

Los azúcares fermentables se pueden convertir en productos de fermentación útiles de valor añadido, los ejemplos no limitantes de los cuales incluyen aminoácidos tales como lisina, metionina, triptófano, treonina y ácido aspártico; vitaminas; productos farmacéuticos; suplementos alimenticios para animales; productos químicos especiales; materias primas químicas; plásticos; disolventes; combustibles u otros polímeros orgánicos; ácido láctico; butanol y/o etanol, incluido el etanol utilizado como combustible y/o el butanol utilizado como combustible; ácidos orgánicos, que incluyen el ácido cítrico, ácido succínico y ácido maleico; y/o enzimas industriales tales como proteasas, celulasas, amilasas, glucanasas, lactasas, lipasas, liasas, oxidorreductasas , transferasas y xilanasas.

En ciertas modalidades de la presente invención, después del pretratamiento del material lignocelulósico con la solución de pretratamiento, se pueden añadir cantidades adicionales de catalizador (es) ácido (s) y/o agua para hidrolizar el material lignocelulósico pretratado y/o para producir un azúcar fermentable. El material lignocelulósico pretratado puede incluir opcionalmente la solución de pretratamiento y/o subproductos del proceso de pretratamiento tales como, sin carácter limitante, líquido(s) iónico(s), ácido (s) y productos producidos en el proceso de pretratamiento . La hidrólisis y/o la producción de azúcares fermentables con cantidades adicionales de catalizador (es) ácido (s) y/o agua a partir del material lignocelulósico pretratado se puede llevar a cabo con catalizador (es) ácido (s), según se ha descrito anteriormente para el paso de pretratamiento, a unas temperaturas como las descritas anteriormente para el paso de pretratamiento. Las cantidades adicionales de catalizador (es) ácido (s) y/o agua se pueden añadir en cantidades como las descritas anteriormente para el paso de pretratamiento, que se basan en el peso total de la composición o solución lignocelulósica pretratada (es decir, el material lignocelulósico pretratado puede ser un líquido, una suspensión, un sólido o un gel) . Por ejemplo, el o los catalizadores ácidos adicionales se pueden añadir al material lignocelulósico pretratado para que tengan una concentración de aproximadamente un 0.1% a aproximadamente un 10.0% en peso de la composición o solución lignocelulósica pretratada o de aproximadamente un 1% a aproximadamente un 25% en peso del material lignocelulósicos seco, y el agua adicional se puede añadir al material lignocelulósico pretratado para que tenga una concentración de aproximadamente un 1% a aproximadamente un 80% en peso de la composición o solución lignocelulósica pretratada.

En ciertas modalidades, el o los líquidos iónicos y/o el o los ácidos adicionales utilizados para hidrolizar y/o producir un azúcar fermentable son los mismos que el o los líquidos iónicos y/o el o los ácidos utilizados en el paso de pretratamiento. En otras modalidades, el o los líquidos iónicos y/o el o los ácidos adicionales utilizados para hidrolizar y/o producir un azúcar fermentable son diferentes del o los líquidos iónicos y/o el o los ácidos utilizados en el paso de pretratamiento. En algunas modalidades, se añaden cantidades adicionales de agua después del paso de pretratamiento y/o después del paso de separación. En otras modalidades, se añaden cantidades adicionales de agua y ácido (s) después del paso de pretratamiento y/o después del paso de separación. En ciertas modalidades, el agua está presente en una cantidad de aproximadamente un 20%, 25%, 30%, 35% o 45%, o superior, en peso de la solución o composición total.

En algunas modalidades de la presente invención, tras el tratamiento adicional y/o la hidrólisis enzimática del material lignocelulósico pretratado, el o los productos (p. ej . , un azúcar fermentable, etanol, butanol , etc.) se pueden separar del líquido, la suspensión, el sólido o gel . El o los líquidos iónicos y/o el o los ácidos se pueden recolectar tras la separación para utilizarlos en el pretratamiento y/o pasos de tratamiento adicionales (es decir, reciclar el o los líquidos iónicos y/o el o los ácidos) .

En ciertas modalidades de la presente invención, el periodo de tiempo total para convertir el material lignocelulósico en azúcares fermentables puede ser de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 35 horas, de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 30 horas o de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 20 horas. En modalidades particulares, el periodo de tiempo total para convertir el material lignocelulósico en azúcares fermentables puede ser de aproximadamente 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 horas o cualquier intervalo comprendido entre estos valores. En ciertas modalidades de la presente invención, el periodo de tiempo total para convertir el material lignocelulósico en azúcares fermentables es inferior a aproximadamente 20 horas.

Los siguientes ejemplos se incluyen para demostrar varias modalidades de la invención y no se pretende que sean un catálogo detallado de todas las diferentes formas en que se puede implementar la presente invención ni de todas las características que se pueden añadir a la presente invención. Los expertos en la técnica se darán cuenta de que se pueden realizar numerosas variaciones y adiciones a las diferentes modalidades sin alejarse de la presente invención. Por lo tanto, se pretende que las siguientes descripciones ilustren algunas modalidades particulares de la invención pero no se pretende que especifiquen exhaustivamente todas sus permutaciones, combinaciones y variaciones.

Ej emplos Ejemplo 1 Materiales y métodos Pretratamiento del bagazo y análisis de las muestras Las muestras de bagazo de los siguientes ejemplos se prepararon de acuerdo con los métodos descritos en la presente con las condiciones específicas, tales como la concentración de los componentes en las soluciones de pretratamiento y las condiciones de reacción, que se proporcionan en los ejemplos específicos a continuación.

Se molió bagazo del cual se había extraído la médula y el cual se había secado al aire, y se recolectó el material retenido en un tamiz de entre 0.25 mm y 0.5 mm. Se mezclaron 4.30 gramos (contenido de humedad de un 6.9%) del bagazo recolectado con 40 gramos de la solución de pretratamiento (p. ej . , agua, ácido y cloruro de 1-n-butil-3 -metilimidazolio (BMIMC1)) en un matraz de vidrio de 100 mL. La mezcla se agitó a 500 rpm y se calentó a la temperatura indicada durante un periodo de tiempo determinado, según se expone en cada ejemplo a continuación Tras el pretratamiento, la mezcla se filtró al vacío para producir una porción de filtrado (es decir, hidrolizado) y una porción de residuo sólido (es decir, bagazo pretratado) . Una porción del filtrado (es decir, hidrolizado) se analizó para determinar el contenido de glucosa, xilosa, ácidos orgánicos, 5-hidroximetilf rfural (HMF) y furfural mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) utilizando una columna A inex HPX 87H (Bio-Rad) . El residuo sólido (es decir, bagazo pretratado) se lavó 4 veces con 400 mL de agua destilada y a continuación se filtró. El residuo sólido lavado se mantuvo a 2 °C- 6 °C antes del análisis de digestibilidad enzimática.

Una porción del residuo sólido se liofilizó para analizar su composición (p. ej . , contenido de glucano, xilano y lignina) según el Procedimiento analítico de laboratorio (NREL, 2008) . Otra porción de la muestra liofilizada se analizó mediante espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier (FTIR, por sus siglas en inglés) y microscopía electrónica de barrido (SEM, por sus siglas en inglés) .

En los siguientes ejemplos, se examinaron los efectos de varias condiciones de pret ratamiento sobre la dige st ibil i dad del bagazo, que incluyen (a) el tipo de ácido, (b) la concentración de ácido, (c) el contenido de agua, (d) la concentración de BMIMCl , (e) la temperatura de reacción y (f) el tiempo de pret ratamiento .

El contenido de glucano, xilano o lignina en el residuo de bagazo pretratado se calculó basándose en la siguiente fórmula : Glucano/xilano/lignina total en el residuo de bagazo pretratado x 100% Peso seco del residuo de bagazo pretratado Contenido de glucano/xilano/lignina = La recuperación de glucano, xilano o lignina se calculó basándose en la siguiente fórmula: Glucano/xilano/lignina total en el residuo de bagazo pretratado x 100% Recuperación de glucano/xilano/lignina = Glucano/xilaño/1ignina total en el bagazo no tratado El rendimiento de glucosa en el hidrolizado del pretratamiento se calculó basándose en la siguiente fórmula: Glucosa total medida en el .. . . hidrolizado x 100% Rendimiento de glucosa = Glucano total en el bagazo no tratado x 1.111 El rendimiento de xilosa en el hidrolizado se calculó basándose en la siguiente fórmula: Xilosa total medida en el Rendimiento hidrolizado x 100% xilosa Xilano total en el bagazo no tratado x 1.136 El rendimiento de furfural en el hidrolizado se calculó basándose en la siguiente fórmula: Furfural total medido en el hidrolizado x 100% Rendimiento de furfural Xilano y arabinano total en el bagazo no tratado x 0.727 El rendimiento de HMF en el hidrolizado se calculó basándose en la siguiente fórmula: HMF total medido en el Rendimiento de hidrolizado x 100% HMF Glucano total en el bagazo no tratado x 0.778 Los rendimientos de glucosa, xilosa, HMF, furfural y cido acético en el hidrolizado del pre t rat ami ento también se calcularon basándose en el peso seco del bagazo no tratado. Estos rendimientos se calcularon basándose en la siguiente fórmula Glucosa total en el hidrolizado del Rendimiento pretratamiento x 100% glucosa Glucano total en el bagazo no tratado x 1.111 Glucosa total en el hidrolizado del pretratamiento x 100% Rendimiento de xilosa Peso seco del bagazo no tratado HMF total en el hidrolizado del Rendimiento pretratamiento x 100% HMF Peso seco del bagazo no tratado Furfural total en el hidrolizado Rendimiento de del pretratamiento x 100% furfural Peso seco del bagazo no tratado Ácido acético total en el hidrolizado del pretratamiento x Rendimiento de 100% ácido acético Peso seco del bagazo no tratado Medición de la digestibilidad enzimática La hidrólisis enzimática se llevó a cabo en una botella de 20 mL que contenía 5 mL de solución enzimática. La hidrólisis enzimática se llevó a cabo a 50 °C durante 72 horas. En cada botella, el bagazo pretratado contenía un equivalente de un 2% de carga de celulosa. Se utilizó la enzima Accellerase" para la hidrólisis enzimática del bagazo pretratado con una cantidad de 0.5 mL de solución de enzima por gramo de ® bagazo pretratado. Accellerase es una mezcla de enzimas que contiene celulasas y xilanasas.

La digestibilidad enzimática se calculó basándose en la cantidad de glucosa liberada por la hidrólisis enzimática en comparación con el glucano total presente en el bagazo pretratado antes de la hidrólisis enzimática .

La digestibilidad se calculó basándose en la siguiente fórmula : Glucosa total después de la hidrólisis ¦ Digestibilidad = enzimática x 100% Glucano total en el bagazo pretratado x 1.111 El rendimiento de glucosa total después de la hidrólisis enzimática se calculó basándose en la siguiente fórmula: Glucosa total después de la Rendimiento de hidrólisis enzimática x 100% Glucano total en el bagazo glucosa total no tratado x 1.111 Ejemplo 2 Datos de FTIR de bagazo no tratado y de bagazo pretratado La Figura 1 muestra el espectro de FTIR del bagazo no tratado, el espectro de FTIR del residuo sólido del bagazo pretratado con agua que contenía un 1.2% de HCl, y el espectro de FTIR del residuo sólido del bagazo pretratado con una solución de BMIMCl que contenía un 1.2% de HCl y un 10% de agua. Para los datos de FTIR, se utilizaron una serie de bandas para monitorizar los cambios químicos de la lignina y los carbohidratos. En general, los patrones de los espectros de FTIR de los residuos sólidos del bagazo pretratado con agua/ácido y BMIMCl/ácido acuoso fueron similares, pero las intensidades de algunas bandas fueron diferentes. La señal del enlace de tipo éster a 1732 cm"1 disminuyó después del pretratamiento en comparación con la muestra no tratada, lo cual sugiere que algunas uniones de tipo éster entre la lignina y los carbohidratos se escindieron durante el pretratamiento (Liu et al., 2009). Los picos a 1605 cm"1 y 1515 cm"1, relacionados con las vibraciones del esqueleto aromático de la lignina (Liu et al., 2009), fueron más prominentes en el residuo sólido del bagazo pretratado con agua/ácido en comparación con el bagazo no tratado, lo cual indica que el proceso de pretratamiento incrementa la proporción de lignina en el residuo sólido. Esto es coherente con el contenido de lignina que se muestra en la Tabla 1. El incremento de la intensidad de las bandas también se observó a 1460 era'1 y 1425 cm"1 para el residuo sólido con tratamiento de agua/ácido. Esto se puede atribuir a un contenido más elevado de grupos metoxi (-0CH3) presentes en la lignina (Guo et al . , 2008) .

Se pudo observar una banda de grupo hidroxilo fenólico a 1375 cm"1 para todas las muestras. El grupo hidroxilo fenólico es uno de los grupos funcionales comunes asociados con la estructura de la lignina (Guo et al., 2008; Li et al., 2009) . El pico a 1320 cm"1 se atribuye a la vibración C-H en la celulosa y vibraciones Cl-0 en los derivados siringílicos (Zhao et al., 2008) . La intensidad de la banda a 1320 cm"1 aumentó para el residuo sólido obtenido con el tratamiento de agua/ácido en comparación con el bagazo no tratado y el residuo sólido del tratamiento ácido con líquidos iónicos. Esto puede ser debido al contenido más elevado de siringilolignina en el bagazo pretratado con agua/ácido. El aumento de las intensidades de las bandas a alrededor de 1200 cm"1 para el residuo sólido del bagazo pretratado sugiere una mayor contribución de los grupos OH (Guo et al., 2008) . El pico a 1240 era"1 se asigna a enlaces de tipo éter ( ar- C-O-C-al ) (Liu et al., 2009) . Se redujo en el espectro del bagazo tratado con ácido y casi desapareció en el espectro del bagazo tratado con líquidos iónicos ácidos. Sin pretender vincularse a ninguna teoría particular, esto podría significar que el pretratamiento con una solución ácida de líquidos iónicos es más eficaz a la hora de eliminar las uniones de tipo éter entre la lignina y los carbohidratos que el pretratamiento con ácido diluido.

Las intensidades de las bandas a 1105 era"1, que corresponden a celulosa cristalina (Li et al., 2010), fueron más fuertes para los residuos pretratados con ácido Sin pretender vincularse a ninguna teoría particular, se cree que esto indica que el pretratamiento con ácido incrementó la cristalinidad de la biomasa mediante la eliminación eficaz del componente de hemicelulosa amorfa. El pico a 1050 era"1 se puede atribuir al primer grupo hidroxilo de la lignina (Guo et al., 2008) . Este fue prominente en ambas muestras pretratadas . El pico a 898 cm"1 es caracterís ico de las uniones ß -glicosídicas y demuestra la presencia de uniones ß-glicosídicas predominantes entre las unidades de azúcar en la celulosa y hemicelulosa (Liu et al., 2009). El pico a 835 cm"1 pertenece a un C-H fuera del plano de vibración de la lignina (Zhao et al., 2008) y presentó una intensidad menor en el residuo sólido obtenido con la solución ácida de líquidos iónicos. Este resultado es coherente con los datos de los análisis químicos que se muestran en la Tabla 1.

Ejemplo 3 SEM de bagazo no tratado y de bagazo pretratado Se llevó a cabo un análisis de microscopía electrónica de barrido (SEM, por sus siglas en inglés) para estudiar cambios en la morfología del bagazo. Las muestras de bagazo o bien no se trataron o bien se pretrataron con una solución de ácido o una solución de BMIMCl/ácido/agua durante 30 minutos a 130 °C. La solución de ácido contenía un 1.2% de HCl y un 98.8% de agua. La solución de BMIMCl/ácido/agua contenía un 78.8% de BMIMCl, un 1.2% de HCl y un 20% de agua.

Según se muestra en la Figura 2a-2c, la muestra de bagazo no tratado presentó fibrilos compactos y entramados (Figura 2a) , que reducen la capacidad de las enzimas para acceder a los componentes celulósicos y hemicelulósicos del bagazo (es decir, el material lignocelulósico) durante la sacarificación. La morfología del bagazo pretratado con la solución de ácido no cambió de forma significativa en comparación con la del bagazo no tratado (Figura 2b) , aunque aparecieron algunos poros en el bagazo pretratado con ácido. Por el contrario, el pretratamiento con la solución de BMIMCl/ácido/agua destruyó la estructura rígida del bagazo (Figura 2c) . Sin pretender vincularse a ninguna teoría particular, esto se puede atribuir a la eliminación de la hemicelulosa y parte de la lignina del bagazo pretratado con la solución de BMIMCl/ácido/agua, lo cual da como resultado la disociación de los fibrilos, una mayor porosidad y una mayor área superficial específica del bagazo pretratado.

Ejemplo 4 Efecto de la concentración de BMIMCl en la solución de pretratamiento sobre el contenido, la recuperación y la digestibilidad enzimática del bagazo pretratado Se examinó el efecto de variar la cantidad de BMIMCl en la solución de pretratamiento de BMIMCl/HCl/agua . Las concentraciones de BMIMCl, HC1 y agua utilizadas en las diferentes soluciones de pretratamiento de BMIMCl/HCl/agua se muestran en la Tabla 1 junto con los resultados del contenido, la recuperación y la digestibilidad enzimática del bagazo pretratado. Las muestras de bagazo se pretrataron con las soluciones de pretratamiento a 130 °C durante 30 minutos.

Tabla 1. Pretratamiento de bagazo utilizando varias concentraciones de BMIMCl en la solución de pretratamiento.

Rendi - Agua/BMIMCl /HCl Contenido del residuo Recuperación en Digestibilidad miento (%) sólido residuo sólido (24 h/72 h, %) de (%) glucosa total (72 10 Glucano Xilano Lignina Glucano Xilano Lignina 3.0/95. 8/1. 2 63 .5 0 , .0 - 52. .7 0. 0 - 97. 5/100 .0 52. .7 10.0/88 .8/1 .2 72. .1 1. .0 24. .3 85, .6 2. 2 45 .8 98. 2/100 .0 85. .6 20.0/78 .8/1 .2 69 .6 1. .9 25. , 9 92. .8 4. 8 54 .9 94 .5/97. 5 90. .5 30.0/68 .8/1 .2 65. .4 5. .8 26. .1 93. .4 15 .6 59. .2 89 .3/93. 7 87. .5 15 50.0/58 .8/1 .2 63. .7 6. .9 27. , 0 94. .2 19 .2 63. .4 65 .3/83. 5 78. .7 98.8/0. 0/1. 2 56 , .3 8. , 5 31. , 0 95 , .1 27 .0 83 , .2 32 .5/38. 4 36. .5 La Tabla 2 muestra la concentración de varios componentes detectados en el hidrolizado después del pre tratamiento del bagazo con soluciones de pre tratamiento de BMIMCl/ácido/agua que comprendían un 1.2% de HC1 a 130 °C durante 30 minutos. La proporción de glucosa en el hidrolizado se redujo a medida que aumentó la concentración de BMIMC1. Sin pretender vincularse a ninguna teoría particular, se cree que esto se puede atribuir a la generación de más 5 -hidroximetilfurfural (HMF) . El HMF, que es un producto de deshidratación de la glucosa, se redujo a medida que disminuyó la concentración de BMIMC1.

La concentración de xilosa aumentó a medida que se redujo la concentración de BMIMCl en la solución de pretratamiento . Los valores de furfural obtenidos aumentaron a medida que aumentó la concentración de agua de un 10% a un 20% en la solución de pretratamiento y disminuyeron a medida que aumentó la concentración de agua de un 20% a un 50% en la solución de pretratamiento. Cabía esperar que las soluciones de pretratamiento con concentraciones elevadas de BMIMCl tuvieran concentraciones más elevadas de xilosa y furfural que las soluciones de pretratamiento con concentraciones más bajas de BMIMCl, ya que es probable que las soluciones de pretratamiento con concentraciones más elevadas de BMIMC1 tengan una acidez más elevada. Por consiguiente, es probable que algunos compuestos se hayan convertido en productos no identificados.

La concentración de ácido acético en el hidrolizado, que se produjo como resultado del pretratamiento, varió entre las soluciones de pretratamiento desde una solución de 4.4 g/kg hasta una solución de 4.7 g/kg.

Tabla 2. Composición de los hidrolizados obtenidos después del pretratamiento del bagazo con soluciones de pretratamiento que comprendían un 1.2% de HCl y diferentes concentraciones de agua y BMIMCl .

Rendimiento en Rendimiento en Agua/BMIMCl/HCl Rendimiento en bagazo (%) glucano xilano (%) (%) (%) Acido , . , Furfural Glucosa Xilosa HMF Furfural _ . Glucosa H F Xilosa acético 10 3.0/95. 8/1.2 0 , .3 2. 3 2 .6 2. .3 4 .7 0. .8 7. .9 0. 9 13 .2 10.0/88 .8/1.2 0. .6 1. 4 0 .6 4. .0 4 .7 1. .2 1 -.8 5. 4 22 .8 20.0/78 .8/1.2 1. .0 5. 0 0 .3 5. .6 4 .6 2. .1 0 , .9 19 .3 32 .0 ¦ 30.0/68 .8/1.2 1. .3 12 .3 4. .1 4 .4 2 .7 47 .5 23 .4 50.0/48 .8/1.2 0. .8 18 .9 0. .7 4 .4 1. .7 73 .0 4. 0 98.8/0. 0/1.2 0. .6 21 .7 0. .1 4 .4 1. .2 79 .2 0. 7 Los rendimientos de furfural se estimaron en función de la cantidad total de 15 xilano y arabinano.

Ejemplo 5 Efecto de la temperatura de trabajo y la concentración de ácido en la solución de pretratamiento sobre el contenido, la recuperación y la digestibilidad enzimática del bagazo pretratado La Tabla 3 muestra los efectos de varias temperaturas y varias concentraciones de ácido sobre el contenido, la recuperación y la digestibilidad enzimática del bagazo pretratado. Cada una de las soluciones de pretratamiento contenía BMIMCl, HC1 y agua con las concentraciones que se muestran en la Tabla 3. Las muestras de bagazo se pretrataron con las soluciones de pretratamiento a 90 °C, 110 °C o 130 °C durante 30 minutos.

El bagazo pretratado con una solución de pretratamiento que comprendía un 1.2% de HCl a una temperatura de trabajo de 130 °C consiguió la cantidad más elevada de glucano en el bagazo, una mayor digestibilidad enzimática y eliminó la mayor parte del xilano presente en el bagazo.

Para cada una de las soluciones de pretratamiento, el contenido de glucano en el residuo sólido (es decir, el bagazo pretratado) fue de aproximadamente un 60%, independientemente de la concentración de ácido utilizada en la solución de pretratamiento. El rendimiento de glucosa total más elevado después de la hidrólisis enzimática se consiguió pretratando una muestra de bagazo con una solución de pretratamiento que comprendía un 78.8% de BMIMCl, un 1.2% de HC1 y un 20% de agua a 130 °C.

Tabla 3. Pretratamiento de bagazo utilizando soluciones de pretratamiento de BMIMCl/HCl/agua que comprendían varias concentraciones de ácido a 90 °C, 110 °C o 130 °C durante 30 minutos.

Rendi- Porcentaje de Contenido del Recuperación miento BMIMC1/HC1/ residuo en el residuo total de agua sólido (%) sólido (%) ° glucosa y temperatura Glucano Xilano GlucanoXilano 77. .6/2.4/20. .0, 63. .2 7. .3 93 , .1 20 .2 91. .8 85. .5 110 °C 78. .8/1.2/20. .0, 60. .7 8. .0 93. .6 23 .2 79. .1 74. .0 110 °C 78. .8/1.2/20. .0, 69. .6 1. .9 92. .8 4. 8 97. .5 90. .5 130 °C 79. .6/0.4/20. .0, 62. .3 6. .9 94. .5 19 .7 92. .8 87. , 7 130 °C Ejemplo 6 Efecto del tiempo de reacción sobre el contenido, la recuperación y la digestibilidad enzimática del bagazo pretratado La Tabla 4 muestra el efecto del tiempo de reacción sobre el contenido, la recuperación y la digestibilidad enzimática del bagazo pretratado. Las muestras de bagazo se pretrataron con una solución de pretratamiento que comprendía un 1.2% de HCl, un 78.8% de BMIMCl y un 20% de agua a 130 °C durante 15, 30 o 45 minutos.

Se eliminó una proporción más elevada de xilano del bagazo pretratado a medida que aumentó el tiempo de pretratamiento . Incluso después de un pretratamiento durante 15 minutos, el contenido de glucano en el residuo sólido fue superior a un 60% y la digestibilidad enzimática fue de un 92.6% después de una hidrólisis enzimática de 72 horas. Según se muestra en la Tabla 4, tiempos de pretratamiento más prolongados dieron como resultado una digestibilidad del 100% Tabla 4. Pretratamiento de bagazo con una solución de pretratamiento que comprendía un 1.2% de HC1, un 78.8% de BMIMC1 y un 20.0% de agua a 130 °C durante 15, 30 o 45 minutos .

Contenido del Recuperación en Tiempo de Digestib- Rendimiento residuo el residuo pretrata- ilidad total de sólido (%) sólido (%) miento (%) glucosa (%) Glucano Xilano Glucano Xilano 15 min 63 .4 6. .2 93. .3 17.2 92. 6 86 , .4 30 min 69 .6 1. .9 92. .8 4.8 97. 5 90. .5 45 min 70 .1 1. .1 92. .1 2.7 100 .0 92 .1 Ejemplo 7 Uso de H2S04 como catalizador ácido en la solución de pretratamiento La Tabla 5 muestra el contenido de glucano y xilano en el residuo sólido (%) y la recuperación total en el residuo sólido (%) después del pretratamiento del bagazo a 130 °C durante 30 o 60 minutos con una solución de pretratamiento de BMIMCl/ácido/agua utilizando H2S0 como catalizador ácido. Según se muestra en la Tabla 5, se consiguió una digestibilidad enzimática completa (100%) después de una hidrólisis enzimática de 72 horas utilizando una solución de pretratamiento que comprendía un 88.4% de BMI Cl, un 10% de agua y un 1.6% de H2S04 durante 30 min y utilizando una solución de pretratamiento que comprendía un 78.4% de BMIMCl, un 20% de agua y un 1.6% de H2S04 durante 60 min. Sin embargo, la solución de pretratamiento que comprendía un 10% de agua dio como resultado la pérdida de más glucano en el residuo sólido en comparación con la solución de pretratamiento que comprendía un 20% de agua. Como resultado, el rendimiento de glucosa total más elevado después de la hidrólisis enzimática, con un valor de un 90.8%, se consiguió con el bagazo pretratado durante 60 minutos con la solución de pretratamiento que comprendía un 78.4% de BMIMCl, un 20% de agua y un 1.6% de H2S04, seguido por el bagazo pretratado durante 30 minutos con la solución de pretratamiento que comprendía un 78.4% de BMIMCl, un 20% de agua y un 1.6% de H2S04 y a continuación el bagazo pretratado durante 30 minutos con la solución de pretratamiento que comprendía un 78.4% de BMIMCl, un 20% de agua y un 1.6% de H2S0 .

Tabla 5. Pretratamiento de bagazo utilizando H2S04 como catalizador ácido en la solución de pretratamiento.

Recuperación Agua/B IMCl/H2S04 Contenido del total en el Digestibilidad Rendimiento de (%) y tiempo de residuo sólido (%) residuo sólido (%) glucosa total pretratamiento Glucano Xilano Glucano Xilano 10.0/88.4/1.6, 30 87.9 68.2 1.0 87.9 2.3 100.0 min 20.0/78.4/1.6, 30 65.1 5.5 94.3 15.0 93.5 88.2 min 20.0/78.4/1.6, 60 69.1 2.9 90.8 7. 100.0 90.8 min Bagazo no tratado 42.9 22.8 100.0 100 6.9 6.9 Ejemplo 8 Uso de FeCl3 como catalizador ácido en la solución de pretratamiento La Tabla 6 muestra el contenido de glucano y xilano en el residuo sólido (%) y la recuperación total en el residuo sólido (%) después del pretratamiento del bagazo a 130 °C durante 30 min, 60 min o 120 min con una solución de pretratamiento de BMIMCl/ácido/agua utilizando FeCl3 como catalizador ácido. La digestibilidad del glucano más elevada fue de un 100% para el bagazo pretratado durante 60 minutos con una solución de pretratamiento que comprendía un 88.2% de BMIMCl , un 10% de agua y un 1.8% de FeCl3. Se incrementó la digestibilidad incrementando el tiempo de pretratamiento y la concentración de FeCl3 en la solución de pretratamiento y reduciendo la concentración de agua en la solución de pretratamiento .

Tabla 6. Pretratamiento de bagazo utilizando FeCl3 como catalizador ácido en la solución de pretratamiento.

Contenido del FeC13/BMIMCl/agua (%) y Digestibili residuo sólido (%) tiempo de pretratamiento dad (%) Glucano Xilano 0. .6/89. .4/10. ¦ 0, 60 min 60.7 5.2 90. 1 0. .6/79 , .4/20. .0, 60 min 61.2 10.8 60. 4 1. .2/78. .4/20. .0, 30 min 63.1 8.3 86. 0 1. .8/88. .2/10. .0, 30 min 63.8 4.6 95. 3 1. .8/88 , .2/10. ¦ 0, 60 min 66.8 4.0 100 .0 1.8/78.2/20.0, 60 min 65.7 6.6 97.6 1.8/98.2/0.0, 120 min 53.6 9.7 42.9 Bagazo no tratado 42.9 22.8 6.9 Ejemplo 9 Pretratamiento de bagazo con soluciones de pretratamiento que comprenden haluros minerales El bagazo de la caña de azúcar se pretrató con una solución de pretratamiento que comprendía FeCl3 y agua a 130 °C durante 2 horas. La concentración de FeCl3 en la solución de pretratamiento se basó en el peso de bagazo seco y fue de un 6% o un 18%. El contenido de agua durante el paso de pretratamiento fue de un 30% o un 50%. El contenido de glucano (%) después del pretratamiento se muestra en la Figura 3.

El bagazo de la caña de azúcar se pretrató con una solución de pretratamiento que comprendía FeCl3 y agua a 80 °C durante 24 horas. La concentración de FeCl3 en la solución de pretratamiento se basó en el peso de bagazo seco y fue de un 6% o un 18%. El contenido de agua durante el paso de pretratamiento fue de un 0% o un 30%. Después del pretratamiento, se añadió agua al bagazo pretratado para lavar el residuo sólido. A continuación, el residuo sólido se separó de la solución de pretratamiento. A continuación, el residuo sólido se hidrolizó enzimáticamente para producir azúcares fermentables . El rendimiento de glucosa (%) en diferentes tiempos de la hidrólisis enzimática se muestra en la Figura 4.

El bagazo de la caña de azúcar se pretrató con una solución de pretratamiento que comprendía FeCl3 y agua a 130°C durante 2 horas. La concentración de FeCl3 en la solución de pretratamiento se basó en el peso de bagazo seco y fue de un 6% o un 18%. El contenido de agua durante el paso de pretratamiento fue de un 30% o un 50%. Después del pretratamiento, se añadió agua al bagazo pretratado para lavar el residuo sólido. A continuación, el residuo sólido se separó de la solución de pretratamiento. A continuación, el residuo sólido se hidrolizó enzimáticamente para producir azúcares fermentables . El rendimiento de glucosa (%) en diferentes tiempos de la hidrólisis enzimática se muestra en la Figura 5.

Ejemplo 10 Reciclaje de la solución de pretratamiento Una muestra de bagazo se pretrató con un lote recién preparado de una solución de pretratamiento que comprendía un 78.8% de B IMC1, un 1.2% de HC1 y un 20.0% de agua a 130 °C durante 30 min. Después del pretratamiento, el filtrado/hidrolizado se recolectó y se eliminó el agua mediante evaporación al vacío a 80 °C para producir un filtrado concentrado. Sin añadir ningún ácido adicional, se ajustó la concentración de agua del filtrado concentrado a aproximadamente un 20% para producir una solución de pretratamiento reciclada.

A continuación, la solución de pretratamiento reciclada se utilizó para pretratar otra muestra de bagazo nueva (es decir, una segunda muestra de bagazo) a 130 °C durante 30 rain. Después del pretratamiento, se volvió a recolectar el filtrado y se siguió el mismo proceso para reciclar la solución de pretratamiento. La solución de pretratamiento se recicló posteriormente dos veces más y cada solución reciclada se utilizó para pretratar otra muestra de bagazo nueva (es decir, una tercera y una cuarta muestra de bagazo) a 130 °C durante 30 min. Después de cada pretratamiento, el bagazo pretratado se recolectó, se lavó y se filtró antes de la hidrólisis enzimática.

Según se muestra en la Tabla 7, el uso de una solución de pretratamiento reciclada dio como resultado niveles elevados de digestibilidad enzimática. Por lo tanto, las soluciones de pretratamiento se pueden utilizar repetidamente y de este modo se incrementa la eficacia del proceso .

Tabla 7. Digestibilidad del glucano de bagazo pretratado con soluciones de pretratamiento recicladas de BMIMCl/HCl/agua.

Digestibilidad Lote de pretratamiento (%) Primero (solución recién 97. 5 preparada) Segundo 98. 0 Tercero 97. 4 Cuarto 97. 3 Ejemplo 11 Pretratamiento en dos pasos Se llevó a cabo un proceso de pretratamiento en dos pasos para determinar si se podrían reducir los niveles de inhibidores, tales como ácido acético, HMF y furfural . En el primer paso del proceso de pretratamiento en dos pasos, se utilizó una solución al 1.2% de HCl para pretratar el bagazo (es decir, de forma previa al pretratamiento) a 130 °C durante 60 min. Según se puede observar en la Tabla 1, el tratamiento con un 1.2% de HCl elimina la mayor parte del xilano y los grupos acetilo (un precursor para el ácido acético) del bagazo pre -pret ratado .

En el segundo paso del proceso de pretratamiento en dos pasos, el bagazo pre -pret ratado se trató con una solución de pret atamiento de líquido iónico/ácido/agua a 130 °C durante 30 minutos, según se muestra en la Tabla 8. Según se muestra en las Tablas 2 y 8, después del pre tratamiento en dos pasos, , el rendimiento de ácido acético basado en el peso seco del bagazo no tratado se redujo de forma significativa hasta un 0.5%. Los rendimientos de furfural basados en el xilano total del bagazo no tratado también se redujeron de forma significativa desde un 32.0% hasta un 11.4% para el bagazo pretratado con una solución de pretratamiento de BMIMCl que comprendía un 20% de agua y desde un 23.4% hasta un 7.2% para el bagazo pretratado con una solución de pretratamiento de BMIMCl que comprendía un 30 % de agua .

En comparación con un proceso de pretratamiento en un paso, tal como el pretratamiento de bagazo con una solución de pretratamiento que comprendía un 78.8% de BMIMCl, un 1.2% de HC1 y un 20.0% de agua según se muestra en la Tabla 2, el pretratamiento en dos pasos redujo de forma significativa las concentraciones de ácido acético y furfural en el hidrolizado (Tabla 8) .

Tabla 8. Composición del hidrolizado después del proceso de pretratamiento en dos pasos .

Rendimiento Rendimiento basado en el basado en el Agua/BMIMCl/HCl Rendimiento basado en el peso seco de bagazo glucano total xilano total del (%) no tratado (%) del bagazo no bagazo no tratado (%) tratado (%) Ácido 10 Glucosa Xilosa HMF Furfural Glucosa HMF Xilosa Furfural acético 20.0/78.8/1.2 0.9 1.0 0.4 1.9 0.5 1.9 1.2 3.9 11.4 30.0/68.8/1.2 1.0 2.6 0.1 1.2 0.5 2.1 0.3 10.0 7.2 15 La digestibilidad del glucano del bagazo pretratado después del segundo paso del proceso de pretratamiento en dos pasos se muestra en la Tabla 9. En comparación con el proceso de pretratamiento en un paso según se muestra en la Tabla 1, el proceso de pretratamiento en dos pasos mostró niveles similares de la digestibilidad del glucano.

Tabla 9. Digestibilidad del glucano después del segundo paso del proceso de pretratamiento en dos pasos.

Contenido del Digestibilidad BMIMCl/HCl/agua residuo sólido (%) (%) Glucano Xilano 78.8/1.2/20.0 68.4 JTI 95.0 68.8/1.2/30.0 65.9. 3.3 93.7 Ejemplo 12 Deslignificación después del pretratamiento Se pretrataron 4.30 gramos de bagazo seco con 40.0 gramos de una solución de pretratamiento que comprendía un 78.8% de BMIMC1, un 1.2% de HCl y un 20% de agua a 130 °C durante 30 min. Después del pretratamiento, el bagazo pretratado se lavó con 400 mL de agua cuatro veces y a continuación se lavó cuatro veces con 100 mL de una solución básica que comprendía un 0.2% de NaOH (0.005 M, pH 12.3) a temperatura ambiente (aproximadamente 24 °C) .

Después del lavado con la solución básica, el contenido de glucano del residuo sólido se mejoró hasta más de un 80% en comparación con el bagazo pretratado no lavado con una solución básica (Tabla 10) . Para el bagazo lavado con la solución básica, el contenido de lignina se redujo hasta menos de un 10% (Tabla 10) .

Tabla 10. Efecto del lavado con sosa diluida (solución al 0.2% de NaOH) sobre la recuperación y el contenido de celulosa, xilano y lignina.

Contenido del residuo Recuperación en el Condiciones sólido (%) residuo sólido (%) Glucano Xilano Lignina Glucano Xilano Lignina Antes del 69.6 1.9 25.9 92.8 4.8 54.9 lavado Después del 90.3 2.3 5.7 92.0 4.4 9.2 lavado Las muestras de bagazo pretratado que o bien se. lavaron con una solución básica (es decir, la muestra de bagazo "lavado") , según se ha descrito anteriormente, o que no se lavaron con una solución básica (es decir, la muestra de bagazo "no lavado") se digirieron posteriormente con ® diferentes cantidades de celulasa (Accellerase 1000) . Según se muestra en la Tabla 11, para una carga de celulasa de 0.33-0.50 mL/g de celulosa, las digestibilidades del glucano de las muestras de bagazo lavado a las 12 horas fueron un 15.8-23.3% superiores a las de los residuos sólidos no lavados. Las digestibilidades del glucano a las 72 h de los residuos sólidos lavados fueron ligeramente superiores a las de las muestras no lavadas.

Tabla 11. Digestibilidad del glucano de muestras de bagazo lavado y no lavado.

Digestibilidad a las 12 Digestibilidad a las 72 h h (%) (%) No No Lavado Mejora Lavado Mejora lavado lavado 0.50 80.2 96.0 15.8 97.5 98.9 1.4 0.33 69.4 90.1 20.7 96.8 97.8 1.0 1.67 42.7 66.0 23.3 92.4 96.0 3.6 Ejemplo 13 Pretratamiento de bagazo con una solución de pretratamiento que comprende EMIMCl Se examinó el pretratamiento de bagazo a diferentes temperaturas durante 30 minutos con soluciones de pretratamiento que comprendían EMIMCl y HCl con diferentes concentraciones. Según se muestra en la Tabla 12, cada una de las soluciones de pretratamiento comprendía un 20% de agua. El bagazo pretratado con una solución de pretratamiento que comprendía un 78.8% de EMIMCl, un 20% de agua y un 1.2% de HCl a 130 °C durante 30 minutos dio como resultado la obtención de un 71.6% de glucano y un 0.9% de xilano en el residuo sólido y la obtención de una digestibilidad completa (100%) después de una digestión enzimática de 72 horas.

Tabla 12. Pretratamiento de bagazo utilizando soluciones de pretratamiento de EMIMCl/HCl/agua Contenido del „ . , v Digestibilidad EMIMCl/HCl/agua residuo solido (%) Glucano Xilano 79.6/0.4/20.0, 130 °C, 65.2 3.7 93.5 30 min 78.8/1.2/20.0, 130 °C, 71.6 0.9 100.0 30 min Bagazo no tratado 42.9 22.8 6.9 Ejemplo 14 Pretratamiento de bagazo con una solución de pretratamiento que comprende BMI CH3S03 Se examinó el pretratamiento de bagazo a diferentes temperaturas durante 30 o 60 minutos con soluciones de pretratamiento que comprendían BMIMCH3S03 con diferentes concentraciones con y sin un catalizador ácido. Según se muestra en la Tabla 13, el bagazo pretratado a 130 °C durante 30 minutos con una solución de pretratamiento que comprendía un 78.8% de BMIMCH3S03, un 1.2% de HCl y un 20% de agua dio como resultado un residuo sólido que contenía un 80.1% de glucano y un 5.9% de xilano y una digestibilidad de un 96.6% después de una hidrólisis enzimática de 72 horas. El bagazo pretratado a 130 °C durante 60 minutos con una solución de pretratamiento que comprendía un 80.0% de BMIMCH3SO3, un 20% de agua y ningún catalizador ácido dio como resultado un residuo sólido que contenía un 80.3% de glucano y un 5.8% de xilano y una digestibilidad de un 98.6% después de una hidrólisis enzimática de 72 horas. Por el contrario, el pretratamiento de bagazo a 110 °C durante 60 minutos con una solución de pretratamiento que comprendía un 80.0% de BMIMCH3SO3, un 20% de agua y ningún catalizador ácido dio como resultado una digestibilidad mucho más reducida (38.6%) .

Tabla 13. Pretratamiento de bagazo con soluciones de pretratamiento que comprendían BMIMCH3SO3 Contenido del residuo Digestibilidad BMIMCH3S03/HCl/agua sólido (%) Glucano Xilano 80.0/0. 0/20.0, 130 °C, 80.3 5.8 98.6 60 min 80.0/0. 0/20.0, 110 °C, 71.7 11.9 38.6 60 min 80.0/0 .0/20.0, 90 °C, 58.1 17.6 13.5 60 min Bagazo no tratado 42.9 22.8 6.9 Lo expuesto previamente es ilustrativo de la presente invención y no se debe interpretar como limitante de esta. La invención se define mediante las siguientes reivindicaciones y los equivalentes de las reivindicaciones deben incluirse en ella. Todas las publicaciones, Solicitudes de Patente, Patentes, Publicaciones de Patente y otras referencias citadas en la presente descripción se incorporan por referencia en su totalidad al contenido relevante de la frase y/o párrafo en el cual se presenta la referencia.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Un método para producir un material lignocelulósico parcialmente hidrolizado, caracterizado porque comprende pretratar un material lignocelulósico con una solución de pretratamiento que comprende de aproximadamente un 40% a aproximadamente un 95% en peso de un líquido iónico y de aproximadamente un 5% a aproximadamente un 60% en peso de agua, de este modo se produce un material lignocelulósico pretratado parcialmente hidrolizado.

2. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque además la solución de pretratamiento comprende de aproximadamente un 0.1% a aproximadamente un 5% en peso de un catalizador ácido, preferiblemente donde el catalizador ácido está presente en una cantidad de aproximadamente un 0.5% a aproximadamente un 2% en peso de la solución de pretratamiento .

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el paso de pretratamiento se lleva a cabo a una temperatura de aproximadamente 80 °C a aproximadamente 150 °C, preferiblemente donde el paso de pretratamiento se lleva a cabo a una temperatura de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 90 °C.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el paso de pretratamiento se lleva a cabo durante un periodo de tiempo de aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 60 minutos, preferentemente donde el paso de pretratamiento se lleva a cabo durante un periodo de tiempo de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 30 minutos .

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el líquido iónico está presente en una cantidad de aproximadamente un 70% a aproximadamente un 85% en peso de la solución de pretratamiento y el agua está presente en una cantidad de aproximadamente un 15% a aproximadamente un 25% en peso de la solución de pretratamiento .

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material lignocelulósico parcialmente hidrolizado tiene un contenido de lignina recuperada total de al menos un 40% de la lignina total en el material lignocelulósico antes del paso de pretratamiento, preferentemente donde el paso de pretratamiento disminuye la cantidad de hemicelulosa en el material lignocelulósico al menos en un 40%.

7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende lavar el material lignocelulósico pretratado con una solución básica, preferentemente donde la solución básica tiene un pH de aproximadamente pH 11 o superior.

8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el paso de pretratamiento y de lavado eliminan aproximadamente un 65% de la lignina presente en el material lignocelulósico antes del paso de pretratamiento.

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende hidrolizar enzimáticamente el material lignocelulósico pretratado para producir un azúcar fermentable, preferentemente donde el azúcar fermentable se selecciona del grupo constituido por glucosa, xilosa, arabinosa, galactosa, mañosa, ramnosa, sacarosa, fructosa y cualquier combinación de estas.

10. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque antes del paso de pretratamiento el material lignocelulósico se trata con una solución de ácido a una temperatura de aproximadamente 80 °C a aproximadamente 200 °C, donde el ácido está presente en una cantidad de aproximadamente un 0.1% a aproximadamente un 5.0% en peso de la solución de ácido.