MX2014015014A - Metodo de tratamiento enzimatico de un material lignocelulosico solido. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para tratar un material lignocelulósico sólido (10) en el cual dicho material lignocelulósico sólido (10) es sometido a un tratamiento, denominado tratamiento mecanoquímico (1), de mezclado y degradación química de dicho material lignocelulósico sólido (10) en una forma para crear una composición intermediaria que tiene un material lignocelulósico hidratado cuya digestibilidad enzimática es incrementada con relación a la digestibilidad del material lignocelulósico sólido (10) de partida, después, el material lignocelulósico hidratado es sometido a un tratamiento, denominado tratamiento mecanoquímico (2), en el cual se forma una dispersión, denominada una dispersión acuosa, del material lignocelulósico hidratado (10) en una composición acuosa, dicha dispersión acuosa comprende al menos una enzima para degradar dicho material lignocelulósico hidratado (10).

Description

METODO DE TRATAMIENTO ENZIMATICO DE UN MATERIAL LIGNOCELULOSICO SOLIDO CAMPO DE LA INVENCION La invención se refiere a un método de tratamiento enzimático de un material lignocelulósico sólido. La invención se refiere a un método para la preparación de una solución, principalmente una solución acuosa, de sacáridos y/o de compuestos fenólicos. La invención se refiere también a la utilización de un método para la preparación de una solución acuosa de sacáridos en virtud de su fermentación, principalmente alcohólica, para la producción de etanol.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION En particular, la invención contempla un método para la preparación de una solución de sacáridos que comprende al menos un monosacárido y/o al menos un oligosacárido y/o al menos un polisacárido de grado polimerización y/o de masa molecular apta para formar una solución.

Dicho método de tratamiento enzimático de un material lignocelulósico sólido encuentra sus aplicaciones en el dominio general de la valorización de recursos vegetales, tales como residuos vegetales, en particular, residuos vegetales producto de la agricultura o de la industria agroalimentaria, o tales como cultivos de plantas herbáceas destinadas a la producción de biomasa, principalmente para la producción de energía. Dicho método encuentra también sus aplicaciones en la transformación de residuos vegetales en materiales gue no son ya residuos y que pueden ser transformados, por ejemplo, en etanol para fermentación alcohólica.

Se conoce (US·2007/0031918) un método de tratamiento de biomasa para la producción de azúcares fermentables en el cual se trata dicha biomasa mediante una solución acuosa de amoniaco y, si es apropiado, de una base para formar una dispersión concentrada de la biomasa en el amoniaco, después se ajusta el pH de la dispersión de biomasa a un valor de pH 5 y se hidrolizan, por vía enzimática, las azúcares de la biomasa por medio de una celulasa durante una duración del orden de 96 horas.

Dicho método necesita una etapa de colocación de la biomasa bajo presión reducida en virtud de la eliminación del amoniaco del medio de reacción antes de la adición de las celulasas. Dicha etapa es compleja de ejecutar a escala industrial. Dicho método tampoco permite tratar rápidamente una composición de biomasa, principalmente en menos de 96 horas.

También se conoce de Samaniuk et al. (2011), " Tecnología de biorecursos , 102, 4489-4494", un método en el cual se someten tallos de maíz triturados a un tratamiento en medio ácido después a un tratamiento de degradación enzimática del material sólido obtenido a través de ese tratamiento en medio ácido. Dicho método necesita una etapa previa de molienda de los tallos de maíz, una etapa de neutralización del medio ácido, una etapa de filtración/lavado bajo vacio del medio neutralizado adaptado para preparar un material sólido previamente a su tratamiento enzimático. Dicho método es complejo y no está adaptado para una puesta en obra a escala industrial.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La invención contempla corregir los inconvenientes anteriores mencionados al proponer un método de tratamiento enzimático de un material lignocelulósico sólido para la fabricación de una solución, principalmente una solución acuosa, de sacáridos y/o de compuestos fenólicos que se pueden poner en obra en forma rápida. En particular, dicho método permite obtener una solución de sacáridos y/o de compuestos fenólicos a partir de un material lignocelulósico sólido en menos de una hora, principalmente en una duración del orden de 10 minutos.

La invención contempla igualmente proponer un método de tratamiento enzimático de un material lignocelulósico sólido adaptado para permitir la valorización de recursos vegetales (biomasa) gue ya no son residuos sino que son susceptibles de ser valorizados principalmente bajo la forma de compuestos fenólicos, de sacáridos basados en hemicelulosas y en celulosa del material lignocelulósico sólido, por ejemplo bajo la forma de monosacáridos tal como la glucosa o bajo la forma de sus productos de fermentación, por ejemplo, bajo la forma de etanol.

La invención contempla entonces en particular, pero no de manera exclusiva, un método de tratamiento enzimático de un material lignocelulósico sólido en virtud de la producción de etanol y de su utilización como biocombustible.

En particular, la invención contempla proponer un método de tratamiento enzimático de un material lignocelulósico sólido que está disponible en cantidad grande.

Otro objetivo de la invención es proponer un método de tratamiento enzimático de un material lignocelulósico sólido que no necesita un refinamiento de la celulosa producida a partir de un recurso vegetal antes de su transformación en sacáridos solubilizados y en glucosa en virtud de su fermentación alcohólica.

La invención contempla también un método de tratamiento enzimático de un material lignocelulósico sólido en el cual no se realiza una etapa de hidrólisis ácida, principalmente en caliente, susceptible de generar productos derivados de reacción aptos para interferir con, es decir inhibir, una etapa posterior de fermentación alcohólica de glucosa.

La invención contempla igualmente alcanzar todos esos objetivos al menor costo, al proponer un método de tratamiento enzimático de un material lignocelulósico sólido que sea simple de poner en marcha y que no necesite una modificación de las instalaciones industriales preexistentes.

La invención también contempla un método de tratamiento enzimático de un material lignocelulósico sólido adaptado para permitir una preparación rápida de una solución de sacáridos y/o de compuestos fenólicos.

La invención también contempla un método de tratamiento enzimático, principalmente de degradación enzimática, de un material lignocelulósico sólido de eficacia mejorada.

Para ello, la invención se refiere a un método de tratamiento de un material lignocelulósico sólido en el cual se somete dicho material lignocelulósico sólido a un tratamiento, el tratamiento mecanoquimico, de mezcla de dicho material lignocelulósico sólido, y de degradación química de dicho material lignocelulósico sólido, en el cual se pone material lignocelulósico sólido en contacto con una solución alcalina para formar una composición intermediaria que presenta un material lignocelulósico, el material lignocelulósico hidratado, de digestibilidad enzimática aumentada con relación a la digestibilidad del material lignocelulósico sólido de partida, después se somete el material lignocelulósico hidratado a un tratamiento, el tratamiento mecano-enzimático, en el cual se forma una dispersión, la dispersión acuosa, del material lignocelulósico hidratado en una composición acuosa, dicha dispersión acuosa comprende al menos una enzima de degradación de dicho material lignocelulósico hidratado, y; se realiza el tratamiento mecano-enzimático por mezcla de dicha dispersión acuosa en un reactor de mezcla adaptado para permitir una sucesión de fases de compresión, distensión y cizallamiento mecánicos de la dispersión acuosa para formar una solución, la solución de hidrólisis, acuosa de productos de hidrólisis de dicho material lignocelulósico sólido.

En lo sucesivo, la expresión "material lignocelulósico" designa todo el material natural que comprende celulosa, hemicelulosa o ligninas. En particular, dicho material lignocelulósico sólido, de acuerdo con la presente invención, comprende una proporción en masa de celulosa comprendida entre 20% y 100% del material seco. Se puede tratar de celiilosa pura. El tratamiento, de acuerdo con la invención, de 'dicha celulosa pura permite formar una solución de sacáridos y, en su caso, de glucosa.

Dicho método de tratamiento mecano-enzimático de un material lignocelulósico sólido está adaptado para permitir la fabricación de una solución acuosa de al menos un producto de degradación enzimática de uno de los constituyentes del material lignocelulósico sólido. En particular, dicho método está adaptado para permitir la fabricación de una solución acuosa de sacáridos y/o de D-glucosa a partir de dicho material lignocelulósico sólido.

En un método de tratamiento de este tipo de un material lignocelulósico sólido de acuerdo con la invención, de entrada se somete el material lignocelulósico sólido a un tratamiento, dicho tratamiento mecanoquimico consiste en: mezclar dicho material lignocelulósico sólido, principalmente en un reactor de mezclado adaptado para permitir una sucesión de fases de compresión, distensión y cizallamiento mecánicos del material lignocelulósico sólido, y; - degradar químicamente dicho material lignocelulósico sólido, en el cual, se pone el material lignocelulósico sólido en contacto con una solución alcalina para formar una composición intermediaria que presenta un material ligriocelulósico, el material lignocelulósico hidratado, de digestibilidad enzimática, principalmente de la celulosa, aumentada con relación a la digestibilidad, principalmente de la celulosa, del material lignocelulósico sólido de partida.

De manera conveniente, en un método de acuerdo con la invención, se somete el material lignocelulósico sólido a un primer tratamiento mecanoquimico, que consiste en mezclar y degradar químicamente dicho material lignocelulósico sólido, en el cual se pone el material lignocelulósico sólido en contacto con la solución alcalina para formar mediante impregnación e hinchamiento del material lignocelulósico sólido, una composición intermediaria que presenta un material lignocelulósico sólido, el material lignocelulósico hidratado, presentando una sensibilidad a la hidrólisis enzimática aumentada con relación a la sensibilidad a la hidrólisis enzimática del material lignocelulósico sólido de partida. Enseguida se somete el material lignocelulósico hidratado, en su caso después de la neutralización de la composición intermediaria, a un tratamiento mecano-enzimático.

El material lignocelulósico hidratado se caracteriza por el hecho de que presenta, en particular, una proporción de celulosa del tipo II con relación a la celulosa del tipo I que !es aumentada con relación a la proporción de celulosa del tipo II con relación a la celulosa del tipo I del material lignocelulósico sólido de partida. Se cuantifica la celulosa del tipo I y del tipo II por las téenicas conocidas por aquellos expertos en la técnica, en particular por la difracción de rayos X del material lignocelulósico sólido de partida y del material lignocelulósico hidratado secos.

De manera conveniente, la solución alcalina es una solución acuosa de al menos un hidróxido de un metal alcalino, principalmente elegido del grupo que consiste de hidróxido de sodio e hidróxido de potasio. Convenientemente, el pH de la solución alcalina es superior a 7.5. En un método de acuerdo con la presente invención, el pH de la solución alcalina puede perder todo valor, por ejemplo, del orden de 8 o superior a 13.

Convenientemente y de acuerdo con la invención, se realiza el tratamiento mecanoquimico a una temperatura comprendida entre 50°C y 150°C.

En un método de tratamiento de un material lignocelulósico sólido de acuerdo con la invención, se forma una dispersión acuosa concentrada de dicho material lignocelulósico hidratado. Dicha dispersión acuosa comprende al menos una enzima de degradación de dicho material lignocelulósico hidratado que está adaptada para permitir una escisión molecular de al menos uno de los componentes del material lignocelulósico hidratado.

En efecto, los inventores han comprobado que, contrariamente a lo prejuzgado que se conoce en la téenica, es posible realizar un ataque enzimático de un material lignocelulósico hidratado sólido bajo la forma de una dispersión acuosa directamente en un reactor de mezclado. En particular, los inventores han observado que dicho ataque enzimático del material lignocelulósico hidratado sólido resulta muy eficaz a pesar de la concentración elevada de dicho material lignocelulósico hidratado sólido en la dispersión acuosa, a pesar de las condiciones de compresión/distensión sucesivas y del cizallamiento mecánicos y de las temperaturas a las cuales se somete la dispersión acuosa que comprende las enzimas de degradación de dicho material lignocelulósico hidratado sólido en el reactor de mezclado.

Convenientemente, dicho método de acuerdo con la invención permite obtener una degradación enzimática de un material lignocelulósico sólido en un reactor de mezclado por una duración corta de tratamiento (en particular una duración inferior a 1 hora), mientras que los tratamientos enzimáticos del estado de la técnica necesitan una duración de tratamiento superior a una hora, principalmente superior a varias horas.

De hecho, la invención va al encuentro de los prejuicios del estado de la téenica según los cuales, para realizar una digestión enzimática de un substrato: - conviene formar una solución, y no una dispersión, que comprenda la enzima y el substrato, en condiciones de concentración de dicho substrato que sea mínima y adaptada para limitar la inhibición de la enzima por exceso de substrato; conviene no sufrir, en el medio que comprende el substrato, restricciones de temperatura y de presión que son habituales para la utilización de enzimas.

De esta forma, los inventores han observado que es posible, de manera sorprendente, realizar una hidrólisis enzimática, principalmente una hidrólisis parcial o una hidrólisis total, de un material lignocelulósico sólido, principalmente de la celulosa, de las ligninas y de las hemicelulosas de dicho material lignocelulósico sólido, en un medio concentrado y en condiciones de mezclado, principalmente de compresión/distensión sucesivas y de cizallamiento, y de temperatura no descritas en el estado de la técnicas.

De manera conveniente, en un método de acuerdo con la invención, se forma, además de la solución de hidrólisis, un residuo sólido susceptible de ser sometido a un tratamiento de fermentación apto para producir una cantidad de etanol, el tratamiento de fermentación del residuo sólido presenta un rendimiento, expresado en masa de etanol producido después del tratamiento de fermentación aplicado a la masa de residuo sólido que es superior al rendimiento de fermentación del material lignocelulósico sólido de partida realizado en las mismas condiciones.

De manera conveniente y de acuerdo con la invención, la dispersión acuosa presenta una relación entre la masa de composición acuosa de la dispersión acuosa y la masa de material seco de icho material lignocelulósico sólido de la dispersión acuosa comprendida entre 1 y 4.

Se determina la masa del material seco del material lignocelulósico sólido a través de método conocido en si mismo por aquellos expertos en la téenica y en el cual se realiza un pesaje de dicho material lignocelulósico previamente expuesto a un tratamiento de secado a una temperatura del orden de 103°C durante un tiempo necesario para obtener una masa sensiblemente constante de dicho material lignocelulósico.

De manera conveniente y de acuerdo con la invención, se realiza la dispersión acuosa por adición voluntaria de enzimas de degradación al material lignocelulósico sólido. En un ijnétodo de acuerdo con la invención, es posible preparar previamente una solución acuosa de la enzima de degradación, después es posible agregar dicha solución acuosa de enzima de degradación al material lignocelulósico sólido. En una segunda variante de un método de acuerdo con la invención, de entrada se prepara la dispersión acuosa del material lignocelulósico sólido, después se agrega a dicha dispersión acuosa una cantidad de enzima de degradación.

Convenientemente y de acuerdo con la invención, el material lignocelulósico sólido comprende: - una proporción de masa de celulosa, expresada en peso seco de celulosa y en peso seco de dicho material lignocelulósico sólido, comprendido entre 20% y 99%, principalmente comprendido entre 20% y 98%, de preferencia comprendido entre 20% y 90%, en particular comprendido entre 30% y 60%; - una proporción de masa de hemicelulosas, expresada en peso seco de hemicelulosas y en peso seco del material lignocelulósico sólido, comprendido entre 15% y 50%; - una proporción de masa de ligninas, expresada en peso seco de ligninas y en peso seco del material lignocelulósico, comprendido entre 0.1% y 30%.

De manera conveniente y de acuerdo con la invención, la dispersión acuosa comprende una proporción de masa de enzimas de degradación con relación al material seco del material lignocelulósico sólido comprendido entre 1% y 20%.

De manera conveniente y de acuerdo con la invención, se realiza el tratamiento mecano-enzimático a una temperatura comprendida entre 20°C y 80°C, principalmente comprendida entre 30°C y 70°C, de preferencia comprendida entre 45°C y 55°C.

De manera conveniente y de acuerdo con la invención, el reactor de mezclado es un extrusor de tornillo doble.

En lo sucesivo, la expresión "extrusor de tornillo doble" designa un dispositivo de mezclado de un material, principalmente un material lignocelulósico sólido, dicho dispositivo de mezclado comprende dos tornillos co penetrantes de paso directo o de paso inverso arrastrados en rotación en sincronía en el interior de una carcasa, principalmente una carcasa circular, y que presenta en sección recta transversal una forma bilobular. De manera conveniente, la carcasa y los tornillos co-penetrantes son formados en acero nitrurado o en una aleación industrial adaptada a las condiciones operativas en particular de abrasividad y corrosión. Cada uno de los tornillos co penetrantes está formado de partes de tornillo que se extienden axialmente y sucesivamente sobre un eje acanalado y incluyendo axialmente zonas sucesivas de tratamiento del material lignocelulósico sólido entre una zona de carga del extrusor de tornillo doble y una zona de salida.

De acuerdo con una modalidad preferida de un método de acuerdo con la invención, se utiliza un extrusor de tornillo doble como reactor de mezclado. Una ventaja de la utilización de un extrusor de tornillo doble como reactor de mezclado surge de la rapidez del tratamiento. En efecto, de acuerdo con las condiciones de puesta en marcha de la invención, de algunos minutos a algunas docenas de minutos de tratamiento mecano-enzimático de un material lignocelulósico en un extrusor de tornillo doble son suficientes para permitir una hidrólisis al menos parcial del material lignocelulósico sólido.

El perfil de tornillo definido por el enlace, la forma y el paso de los elementos que constituyen el tornillo doble del extrusor de tornillo doble, y la velocidad de rotación del tornillo doble, son elegidos para obtener un efecto de mezclado y/o trituración, y/o cizallamiento de la dispersión acuosa del material lignocelulósico y para establecer un tiempo de permanencia de dicha dispersión acuosa en el extrusor de tornillo doble, que están adaptados para permitir una hidrólisis al menos parcial del material lignocelulósico sólido.

En un método de acuerdo con la invención, el material lignocelulósico sólido experimenta una desestructuración pardial durante el tratamiento mecano-enzimático de mezclado y/o trituración, y/o cizallamiento de dicho material celulósico sólido pero también un ataque enzimático simultáneo del material celulósico sólido a una temperatura comprendida entre 20°C y 80°C.

El efecto del mezclado y/o trituración, y/o cizallamiento se obtiene aquí gracias a un desplazamiento mantenido de al menos un elemento mecánico rígido dentro y en contacto con dicho material celulósico sólido. Ese desplazamiento es mantenido gracias a que perdura durante dicho tratamiento mecano-enzimático: éste puede ser continuo o discontinuo, éste se puede repetir de manera regular o irregular.

Para la puesta en marcha de un tratamiento mecano-enzimático de acuerdo con la invención, dicho extrusor de tornillo doble presenta el interés de permitir una automatización del ensamble de las etapas y la realización de ese tratamiento en una operación única y continua.

El empleo de un extrusor de tornillo doble permite de manera conveniente un control preciso de un gran número de parámetros de funcionamiento de un método de acuerdo con la invención (temperatura de tratamiento, modo y fuerza de compresión, distensión y cizallamiento, tiempo de trabamiento...). En efecto, al modificar algunas características estructurales y/o algunas características de funcionamiento del extrusor de tornillo doble, el operador interviene sobre los parámetros del método.

A titulo de ejemplo de las características estructurales de un extrusor de tornillo doble al nivel de las cuales puede intervenir un operador, y que generalmente son determinadas y fijadas antes de su puesta en marcha (y que normalmente no son modificables durante su funcionamiento), en particular se cita el perfil de los tornillos, que depende esencialmente de la forma del filete de los tornillos (que puede ser, por ejemplo, trapezoidal, conjugado, simple o doble...) y del paso de los tornillos. Cada uno de esos tornillos igualmente puede presentar diferentes partes (o segmentos) que eventualmente pueden diferir entre sí, mediante la forma del filete y/o por el paso del tornillo. Eventualmente, algunas de esas partes constituyentes de esos tornillos pueden igualmente corresponder a elementos mezcladores monolobulares o bilobulares.

Entre esas características de funcionamiento de un extrusor de tornillo doble puesto en marcha en un método de acuerdo con la invención al nivel de los cuales un operador puede intervenir en todo momento (al igual que cuando este equipo está parado que cuando está en marcha), se puede cit^r: - la velocidad de rotación de los tornillos; - la temperatura de la carcasa (o del revestimiento); las temperaturas particulares pueden ser fijas en diferentes módulos que se extienden longitudinalmente en esta carcasa.

La gran elección de las características estructurales y del funcionamiento de dicho extrusor de tornillo doble permite una gran libertad de ajuste de las condiciones de puerta en marcha de un método de acuerdo con la invención, y en particular para definir las condiciones óptimas (por ejemplo, la temperatura, la fuerza de cizallamiento, la duración del tratamiento) especificas de cada una de los materiales lignocelulósicos sólidos de partida elegidos. Convenientemente, el tornillo doble de un extrusor de tornillo doble utilizado en el cuadro de la invención, puede comprender al menos dos partes que difieren por su perfil de tornillo.

Esas características estructurales de los tornillos del extrusor de tornillo doble están adaptadas para permitir no solamente un flujo del material lignocelulósico sólido de la dispersión acuosa a lo largo del cuerpo del extrusor de tornillo doble, sino también para formar, después de este flujo del material celulósico, zonas de compresión y/o mezclado y/o molturación, principalmente de compresión/distensión sucesivas y de cizallamiento, encontradas en el extrusor de tornillo doble, y de concentración elevada en el substrato (material celulósico sólido) en el extrusor de tornillo doble, las enzimas utilizadas en un tratamiento mecano-enzimático conforme a la invención presentan una actividad enzimática conservada y en todo caso suficiente para formar rápidamente sacáridos solubilizados, después de la realización del tratamiento mecano-enzimático en el extrusor de tornillo doble.

De manera conveniente y de acuerdo con la invención, se eligen las enzimas de degradación del material lignocelulósico sólido en el grupo formado de celulasas, principalmente endoglucanasas, exoglucanasas y b-glucosidasas.

De manera conveniente, se elige la celulasa en el grupo formado por las enzimas de la clase E.C.3.2.I., principalmente de la clase E .C.3.2.1.4., de la clase E.C.3.2.1.6., de la clase E .C.3.2.1.21., de la clase E.C.3.2.1.92., de la clase E.C.3.2.1.176., de la clasificación de enzimas. Convenientemente, la dispersión acuosa del material lignocelulósico sólido comprende al menos una enzima litica adaptada para permitir una ruptura de al menos un enlace covalente b-1,4 entre dos unidades D-glucosida de la celulosa del material lignocelulósico sólido y sg transformación en sacáridos hidrosolubles.

Convenientemente y de acuerdo con la invención, se elige al menos una enzima de degradación del material lignocelulósico sólido en el grupo formado por enzimas de degradación de ligninas.

Convenientemente, se elige la enzima de degradación de la lignina en el grupo formado de lacasas, principalmente de la clase E.C.1.10.3.2. de la clasificación de las enzimas, las peroxidasas, principalmente de la clase E.C.1.11.1.7. y de la clase E.C.1.11.1.9 de la clasificación de las enzimas.

Convenientemente y de acuerdo con la invención, se elige al menos una enzima de degradación del material lignocelulósico sólido en el grupo formado por enzimas de degradación de hemicelulosas.

Convenientemente, se elige la enzima de degradación de las hemicelulosas en el grupo formado de enzimas de la clase E.C.3.2.1., principalmente de la clase E.C.3.2.1.8., de la clase E.C.3.2.1.37. y de la clase E.C.3.2.1.89, de la clasificación de enzimas.

Convenientemente y de acuerdo con la invención, después del tratamiento mecano-enzimático, se mantiene el pH de la dispersión acuosa a un valor comprendido entre pH 4 y pH 7, principalmente entre pH 5.0 y pH 6.0.

Convenientemente y de acuerdo con la invención, se elige el material lignocelulósico sólido en el grupo formado de toda o parte de una planta de maíz, principalmente en el grupo formado por cáscara, escobajos y tallos, de una paja de cereal, principalmente cebada, un residuo de la fabricación del tequila, en particular de Agave de tequila, bagazo de agave para la producción de inulina, bagazo de caña de azúcar, un residuo de la producción de aceite de palma y una torta de planta oleaginosa.

Convenientemente y de acuerdo con la invención, se somete la solución de hidrólisis que contiene los sacáridos, principalmente monosacáridos y oligosacáridos, solubilizados a una etapa de fermentación enzimática de sacáridos solubilizados. Convenientemente, se realiza una etapa de fermentación alcohólica de sacáridos y de D-glucosa de la solución de hidrólisis y su transformación en etanol.

De manera conveniente y de acuerdo con la invención, previamente al tratamiento mecano-enzimático, se agrega a la composición intermediaria un volumen de una solución, una solución ácida, acuosa de al menos un ácido mineral apto para disminuir el pH de la composición intermediaria y para formar una composición intermediaria neutralizada apta para ser sometida al tratamiento mecano-enzimático.

De manera conveniente, el pH de la composición intermediaria neutralizada está comprendida entre pH 6 y pH De manera conveniente y de acuerdo con la invención, se realiza el tratamiento mecanoquímico y el tratamiento mecano-enzimático sucesivamente en el mismo reactor de mezclado, principalmente el mismo extrusor de tornillo doble. Para ello, el extrusor de tornillo doble presenta: - una zona al inicio del tratamiento mecanoquímico del material lignocelulósico sólido, y; una zona intermediaria de lavado y de separación liquido/sólido de una solución acuosa rica en sales producto de la neutralización y de las hemicelulosas, y; una zona subsiguiente de tratamiento mecano-enzimático.

Convenientemente, se realiza el tratamiento mecanoquímico y el tratamiento mecano-enzimático sucesivamente en reactores de mezclado diferentes. En un modo particular de realización de la invención, es posible utilizar un solo y mismo extrusor para realizar, después de un primer paso, el tratamiento mecanoquímico de un material lignocelulósico sólido y después de un segundo paso, el tratamiento mecano-enzimático del material lignocelulósico sólido.

Convenientemente y de acuerdo con la invención, la composición intermediaria neutralizada presenta una proporción de masa de material seco comprendido entre 10% y 40%i Convenientemente y de acuerdo con la invención se somete la composición intermediaria neutralizada al tratamiento mecano-enzimático sin realizar alguna etapa previa de fraccionamiento, principalmente de separación liquido/sólido, del material lignocelulósico hidratado y una fase acuosa.

Convenientemente y de acuerdo con la invención, se realiza una etapa de separación liquido/sólido de un residuo sólido del material lignocelulósico sólido y de la solución de hidrólisis que contiene sacáridos hidrosolubles.

Convenientemente y de acuerdo con la invención, se realiza una etapa de separación liquido/sólido de un residuo sólido y del material lignocelulósico sólido y de la solución de hidrólisis que contiene compuestos fenólicos producto de ligninas del material lignocelulósico sólido.

En una modalidad particular de la invención, se somete la solución de hidrólisis que contiene los sacáridos hidrosolubles a una etapa de fermentación, principalmente una fermentación alcohólica, de sacáridos hidrosolubles en virtud de la formación de etanol.

La invención se extiende, por otra parte, a una solución acuosa de sacáridos hidrosolubles y de enzimas de degradación del material lignocelulósico sólido obtenida mediante un método de acuerdo con la invención y adaptada para poder ser recielada en un método de tratamiento mecano-enzimático posterior de un material lignocelulósico sólido.

La invención contempla además una solución acuosa de sacáridos susceptible de ser obtenida mediante método de acuerdo con la invención. La invención contempla también una solución acuosa de sacáridos hidrosolubles obtenida directamente mediante un método de acuerdo con la invención.

La invención se refiere igualmente a un método de fabricación de una composición de sacáridos hidrosolubles y una solución acuosa de sacáridos caracterizados en combinación por todas o parte de las características mencionadas a continuación y en párrafos anteriores.

Otros objetivos, características y ventajas de la invención aparecerán con la lectura de la siguiente descripción que se refiere a la figura 1 anexa que ilustra una modalidad de un método de acuerdo con la invención, y los siguientes ejemplos proporcionados únicamente a título indicativo de Un modo de realización de un método de acuerdo con la invención.

En un método de fabricación de una composición de sacáridos hidrosolubles de acuerdo con la invención, representado en la figura 1, se elige un material 10 lignocelulósico sólido, en particular un material 10 lignocelulósico sólido producto de la biomasa. Dicho material 10 lignocelulósico sólido presenta convenientemente una tasa de material seco comprendida entre 15% y 99%.

A continuación se muestra dicho material 10 lignocelulósico sólido en un primer dispositivo de mezclado formado por un extrusor de tornillo doble adaptado para poder someter el material 10 lignocelulósico sólido sucesivamente en las etapas 11, 12, 13, 14 de un tratamiento 1 mecanoquimico. Se introduce el material 10 lignocelulósico sólido en el primer extrusor son un caudal adaptado a la velocidad de rotación del tornillo del primer extrusor de tornillo doble y a la velocidad deseada de entrega del material 10 lignocelulósico sólido en el primer extrusor de tornillo doble.

El primer extrusor de tornillo doble está adaptado para permitir un ajuste de la temperatura del material 10 lignocelulósico sólido en cada una de las etapas 11, 12, 13, 14 del tratamiento 1 mecanoquimico. La etapa 11 del tratamiento 1 mecanoquimico es una etapa de tratamiento esencialmente mecánica en la cual el material 10 lignocelulósico sólido experimenta en el extrusor de tornillo doble etapas sucesivas de compresión, de relajación y de cizallamiento. Después de esa etapa 11 inicial del tratamiento 1 mecanoquimico, se calienta el material 10 lignocelulósico sólido de manera a alcanzar una temperatura del orden de 100°C. Después de la etapa 12 del tratamiento 1 mecanoquimico, se agrega al material 10 lignocelulósico sólido, bajo tratamiento mecánico y a una temperatura del orden de 100°C, una solución 15 alcalina, principalmente de hidróxido de sodio. La etapa 12 de adición de la solución 15 alcalina está adaptada para permitir el mezclado de dicha solución 15 alcalina y del material 10 lignocelulósico sólido y, en su caso, una hidrólisis parcial de ligninas del material 10 lignocelulósico sólido.

Se forma, como resultado de esta etapa 12 de hidrólisis alcalina, una composición intermediaria que comprende un material lignocelulósico, dicho material lignocelulósico hidratado, sólido y de digestibilidad enzimática, principalmente de digestibilidad enzimática de la celulosa, que es aumentada con relación a la digestibilidad enzimática, principalmente con relación a la digestibilidad enzimática de la celulosa, del material 10 lignocelulósico sólido.

Después de la etapa 13 posterior del tratamiento 1 mecanoquimico, a continuación se ajusta a la composición intermediaria una cantidad de una solución 16 ácida adaptada para neutralizar dicha composición intermediaria y para ajustar el pH de la composición intermediaria con un valor del!orden de pH 6 a pH 7. Se realiza dicha neutralización con una1 solución acuosa de un ácido mineral, en particular con una solución acuosa de ácido fosfórico para formar una composición intermediaria neutralizada.

En el método de acuerdo con la invención representado en la figura 1, se realiza enseguida una etapa 14 de separación sólido/liquido de un filtrado 17 rico en compuestos fenólicos y en he icelulosas del material 10 lignocelulósico sólido y de un extruido sólido enriquecido con fibras celulósicas hidratadas que presentan una tasa de celulosa cristalina de tipo II aumentada de 45% a 60% con relación al material 10 lignocelulósico sólido de partida. Dicha etapa 14 de separación sólido/liquido es entonces facultativa.

En un tratamiento 2 mecano-enzimático posterior de un extruido 20 sólido enriquecido con fibras celulósicas hidratadas, se introduce dicho extruido 20 sólido en un segundo extrusor de tornillo doble o en una porción complementaria de dicho extrusor. El segundo extrusor de tornillo doble puede ser idéntico o similar al primer extrusor de tornillo doble. En todo caso, el segundo extrusor de tornillo doble está adaptado para permitir un tratamiento mecánico del extruido 20 sólido por compresión/relajación sucesivas y por cizallamiento. Se introduce el extruido 20 sólido en el segundo extrusor de tornillo doble con un caudal adaptado a la velocidad de rotación de los tornillos del extirusor de tornillo doble y a la velocidad deseada de entrega del extruido 20 sólido en el segundo extrusor de tornillo doble.

Después del tratamiento 2 mecano-enzimático, se realiza una primera etapa 21 de introducción de una solución 25 acuosa de al menos una enzima de hidrólisis de al menos un constituyente del material 10 lignocelulósico sólido, principalmente de la celulosa, en el segundo extrusor de tornillo doble. Se realiza dicha introducción 21 de la solución 25 enzimática en el segundo extrusor de tornillo doble con un caudal adaptado a la velocidad de rotación de los tornillos del segundo extrusor de tornillo doble y a la velocidad deseada de entrega de la dispersión del extruido 20 sólido en la solución 25 enzimática.

Por otra parte, se ajusta la temperatura de la dispersión del extruido 20 sólido en la solución 25 enzimática a un valor adaptado para permitir una actividad enzimática óptima. En cualquier caso, en un método de acuerdo con la invención, se introduce la solución 25 enzimática en el segundo extrusor de tornillo doble que contiene un extruido 20 sólido concentrado. De acuerdo con le método representado en la figura 1, es posible proceder con una etapa complementaria 22 de introducción de una solución 26 acupsa de al menos una enzima de hidrólisis de la celulosa. Se ^realiza dicha introducción de la solución 26 enzimática con un caudal adaptado a la velocidad de rotación de los tornillos del segundo extrusor de tornillo doble y a la velocidad deseada de entrega de la dispersión del extruido 20 sólido en la solución enzimática. Es posible que las soluciones 25, 26 enzimáticas comprendan una misma composición enzimática o composiciones enzimáticas distintas. Es posible realizar las etapas sucesivas de hidrólisis a la misma temperatura o a temperaturas distintas, cada temperatura es elegida de acuerdo con la temperatura óptima de hidrólisis de cada composición enzimática. Como resultado de dicho tratamiento 2 mecanoquimico, se forma un hidrolizado 30 que comprende una fracción 40 sólida que comprende fibras de celulosa insolubles, fibras de celulosa hidrosolubles, sacáridos, enzimas de las soluciones 25, 26 enzimáticas y en su caso compuestos fenólicos de degradación de ligninas y productos de degradación de hemicelulosas del material 10 lignocelulósico sólido.

En el método de acuerdo con la invención representado en la figura 1, se somete el hidrolizado 30 a una etapa 3 de separación liquido/sólido y de lavado de dicha fracción 40 sólida y de una solución acuosa 35. Se realiza en particular esta etapa 3 de separación liquido/sólido y de lavado en un tercer extrusor de tornillo doble o en una parte complementaria del mismo extrusor de tornillo doble que comprende un módulo de filtración adaptado para permitir una separación de la fracción 40 sólida de hidrolizante 30 y de un filtrado 36 liquido acuoso que comprende fibras de celulosa hidrosolubles, sacáridos, al menos una parte de enzimas de soluciones 25, 26 enzimáticas, y en su caso, compuestos fenólicos producto de la degradación de las ligninas y de las hemicelulosas y de productos de degradación de hemicelulosas. Dicha etapa de separación liquido/sólido es, sin embargo, facultativa. Por otra parte, de manera conveniente, es posible utilizar un extrusor de tornillo doble único que presenta una sucesión de porciones, cada porción está adaptada para permitir un tratamiento en continuo del material lignocelulósico sólido.

En una primera variante no representada de un método de acuerdo con la invención, se realiza un tratamiento de reducción de la granulometria del material 10 lignocelulósico sólido previamente al tratamiento mecanoquimico. Se realiza esta etapa de disminución de la granulometria del material lignocelulósico sólido a través de cualquier forma conocida por aquellos expertos en la téenica, por ejemplo en un molino, una picadora o cualquier otro dispositivo de reducción de la granulometria.

En una segunda variante no representada de un método de acuérdo con la invención, se recolecta el filtrado 36 liquido acuoso obtenido después de la etapa de separación liquido/sólido, dicho filtrado 36 liquido acuoso comprende fibras de celulosa hidrosolubles, sacáridos, enzimas de soluciones enzimáticas y, en su caso, compuestos fenólicos producto de la degradación de las ligninas y de productos de degradación de hemicelulosas y se reciela en el extrusor de tornillo doble ese filtrado liquido acuoso que contiene enzimas de las soluciones enzimáticas después de una etapa posterior de tratamiento mecanoquimico de acuerdo con la invención.

Igualmente se puede hacer que la fracción 40 experimente un segundo ciclo de tratamiento que representa la totalidad de las etapas antes descritas.

En una tercera variante no representada de un método de acuerdo con la invención, se realiza un tratamiento mecano-enzimático de un material lignocelulósico sólido al introducir dicho material lignocelulósico directamente en un extrusor de tornillo doble. Después del tratamiento mecano-enzimático de dicho material lignocelulósico sólido, se realiza una primera etapa de introducción de una solución acuosa de al menos una enzima de hidrólisis de al menos un constituyente del material lignocelulósico sólido, priiticipalmente de la celulosa. Se realiza la introducción de la solución enzimática en el extrusor de tornillo doble con un caudal adaptado a la velocidad de rotación de los tornillos del extrusor de tornillo doble y a la velocidad deseada de entrega de la dispersión del material lignocelulósico sólido en la solución enzimática.

EJEMPLO 1 Tratamiento de un material lignocelulósico formado de coproductos industriales de maíz dulce Se recolecta un material lignocelulósico formado por partes no valoradas de plantas de maíz dulce, principalmente escobajos con granos y cáscaras obtenidas después de la recolección de mazorcas de maíz. En ese ejemplo, el coproducto de maíz dulce ha experimentado previamente un tratamiento térmico de deshidratación para presentar una tasa de material seco de 92% y permitir su conservación. Se realiza una etapa de molienda de ese coproducto de maíz dulce en un molino de martillos VS 1 (ELECTR5A, Poudenas, Francia) equipado con una rejilla de selección de 2 mm. Las características del coproducto de maíz dulce (cáscaras y mazorcas en trozos) deshidratado se describen a continuación: 1 kilogramo de coproducto de maíz dulce (material seco) comprende: ! - 0.96 kg de material orgánico; - 0.39 kg de celulosa; - 0.36 kg de hemicelulosas; - 0.04 kg de ligninas y; - 0.06 kg de material orgánico hidrosoluble en calor.

Se introduce en continuo el coproducto de maíz dulce molido en un extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 45 con un caudal de introducción de material seco de dicho coproducto de maíz dulce molido en el extrusor de 11.4 kg/h. 1) tratamiento mecanoquimico.

Se realiza un primer tratamiento mecanoquimico del coproducto de maíz dulce molido en un extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 45 (CLEXTRAL SA, Firmity, Francia) en el cual dos tornillos paralelos e idénticos, de profundidad de filete constante, giran al mismo tiempo y a la misma velocidad en el fresado de un revestimiento bilobular fijo. En dicho extrusor de tornillo doble, los dos tornillos paralelos son del tipo "co-penetrante" y están adaptados para someter el coproducto de maíz dulce molido a un trabajo mecánico de cizallamiento y de mezclado por medio de secuencias sucesivas de compresión, relajación y cizallamiento.

La configuración del extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 45 se describe a titulo de ejemplo no limitativo en la siguiente tabla.

TABLA 1 En la configuración de un dispositivo de tratamiento descrito en la tabla 1 y puesto en obra en un método de acuerdo con la invención, el extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 45 comprende siete módulos encadenados linealmente unos a otros sucesivamente. Este comprende: un primer módulo (módulo no. 1) extendiéndose con respecto a la zona de carga y que comprende: - una porción de un tornillo trapezoidal y de doble filete del tipo T2F y que presenta un paso de tornillo de 66mm adaptado para permitir la introducción del coproducto de maíz dulce y su transporte, y; - una porción de tornillo conjugada y de doble filete del tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 50mm adaptado para permitir el transporte del coproducto de maíz dulce; - un segundo módulo (modulo No. 2) extendiéndose abajo del módulo no.1 y que comprende: - una porción de tornillo conjugada y de doble filete del tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 33mm adaptado para permitir el transporte y la compresión del coproducto de maíz dulce; - una segunda porción de tornillo conjugada y de doble filete del tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 33mm adaptado para permitir el transporte y la compresión del coproducto de maíz dulce y una entrada de composición líquida; - un tercer módulo (módulo no.3) termo-regulado a 50°C y extendiéndose abajo del segundo módulo y que comprende: - una serie de 10 discos mezcladores bilobulares del tipo BB (MAL 2) montados perpendicularmente al eje rasurado y escalonados a un ángulo de 90° unos con relación a los otros, adaptado para permitir un mezclado del coproducto de maíz dulce y para aumentar su tiempo de permanencia en el extrusor; - una porción del tornillo conjugado y con doble filete del tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 33 MM adaptado para permitir el transporte del coproducto de maíz dulce; un cuarto módulo (módulo no. 4) termorregulado a 102°C, extendiéndose debajo del tercer módulo y comprendiendo: - una porción de tornillo conjugada y con doble filete del tipo C2F y que presenta un paso de tornillo de 25mm adaptado para permitir el transporte del coproducto de maíz dulce; - una porción de tornillo inversa del tipo CF2C con paso de tornillo de -25mm; - una porción de tornillo conjugada y con doble filete del tipo C2F y presentando un paso de tornillo de 33mm adaptado para permitir el transporte del coproducto de maíz dulce; un quinto módulo (módulo no. 5) termorregulado a 102°C, extendiéndose debajo del cuarto módulo y comprendiendo: - una entrada de composición liquida, y; - una primera porción de tornillo conjugada y con doble filete del tipo C2F y presentado un paso de tornillo de 33mm adaptado para permitir el transporte del coproducto de maíz dulce; - una serie de cinco discos mezcladores bilobulares del tipo BB (MAL 2) montados perpendicularmente al eje ranurado y escalonados a un ángulo de 90° los unos con relación a los otros, adaptados para permitir un mezclado de coproducto de maiz dulce y para aumentar su tiempo de permanencia en el extrusor; - una segunda porción de tornillo conjugada y con doble filete del tipo C2F y presentando un paso de tornillo de 33mm adaptado para permitir el transporte de coproducto de maiz dulce; un sexto módulo (módulo no. 6) equipado con una rejilla de filtración, extendiéndose debajo del quinto módulo y cómprendiendo: - una porción de tornillo conjugada y con doble filete del tipo C2F y presentando un paso de tornillo de 33mm, una salida de composición liquida (filtrado) extendiéndose con respecto a la porción C2F; - una porción de tornillo conjugada y de doble filete del tipo C2F y presentando un paso de tornillo de 25mm; un séptimo módulo (módulo no. 7) de salida termorregulada a 62°C, extendiéndose debajo del sexto módulo y comprendiendo: - una porción de tornillo inversa del tipo CF2C con paso de tornillo de -25m destinado a presionar el material, y; una porción de tornillo conjugada con doble filete del tipo C2F y presentando un paso de tornillo de 33mm adaptado para permitir una retoma del coproducto de maíz dulce debajo del contra filete; - una porción de tornillo conjugada y de doble filete del tipo C2F presentando un paso de tornillo de 25mm permitiendo la evacuación del coproducto de maiz dulce hacia el exterior del revestimiento.

Dicho perfil de tornillo es elegido para permitir sucesivamente la introducción de coproducto de maiz dulce en el extrusor de tornillo doble, después la introducción de la solución de sosa, su mezclado con el coproducto de maíz dulce, para generar un tiempo de contacto entre el coproducto de maíz dulce y la sosa, después la neutralización del medio mediante la incorporación de ácido y, dado el caso, la separación liquido/sólido por filtración de una parte de los compuestos solubilizados.

En dicho dispositivo, el coproducto de maíz dulce avanza axialmente pasando de un tornillo al otro y siguiendo una trayectoria en "ocho abierto" entre la zona de carga y la zona de salida de la composición intermediaria neutralizada. La velocidad de rotación de los tornillos está adaptada para evitar un atasco del extrusor de tornillo doble. En ese ejemplo, la velocidad de rotación de los tornillos es de 110 rpm.

Se introduce en continuo, al nivel del cuarto módulo, una solución acuosa alcalina formada de 4 gramos de hidróxido de sodio (NaOH) en 100 gramos de solución y de acuerdo con un caudal de 24 kg/h de dicha solución alcalina. Dicha adición de la solución acuosa alcalina al coproducto de maíz dulce permite una adición de 90 gramos de hidróxido de sodio por kilogramo de material seco del coproducto de maíz dulce.

! El perfil del extrusor de tornillo doble está adaptado I para permitir sucesivamente la introducción de coproducto de maíz dulce en el extrusor de tornillo doble, su mezclado mecánico, después la introducción de la solución alcalina, el mezclado de la solución alcalina y del coproducto de maíz dulce bajo restricción mecánica y la introducción posterior de la solución ácida de neutralización.

Se introduce en continuo, al nivel del quinto módulo, una solución acuosa ácida formada de 2.4 gramos de ácido fosfórico (H3PO4) en 100 gramos de solución y con un caudal de 38 Kg/h de dicha solución ácida. Dicha adición de la solución acuosa ácida en el extrusor de tornillo doble permite una adición de 80 gramos de ácido fosfórico por kilogramo de material seco de coproducto de maíz dulce.

Se realiza una etapa de separación líquido/sólido por filtración de la composición intermediaria neutralizada apta para formar un filtrado acuoso que se cuela por la salida de la composición líquida (filtrado) del sexto módulo.

En la salida del séptimo módulo del extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 45 como resultado del tratamiento mecanoquímico, se recolecta una composición intermediaria neutralizada con pH 6. 1 kilogramo de material seco de esta composición intermediaria neutralizada contiene: ! - 0.93 kg de material orgánico; - 0.45 kg de celulosa; 0.28 kg de hemicelulosas; 0.04 kg de ligninas y; 0.08 kg de material orgánico hidrosoluble en calor 2) Tratamiento mecano-enzimático Se retoma esta composición intermediara neutralizada y se introduce en un extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 para un tratamiento mecano-enzimático.

La configuración del extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 se describe a título de ejemplo no limitativo en la tabla 2 a continuación TABLA 2 En la configuración de un dispositivo de tratamiento descrito en la tabla 2 y puesto en marcha en un método de acuerdo con la invención, el extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 comprende siete módulos encadenado linealmente unos a otros sucesivamente. Este comprende: un octavo módulo (módulo n. 8) extendiéndose con respecto a la zona de carga y que comprende dos porciones sucesivas de tornillo trapezoidal y un doble filete del tipo T2F 1y presentando un paso de tornillo de 50mm adaptado para permitir la introducción de la composición intermediaria neutralizada y su transporte, y; - un noveno módulo (módulo no.9) terorregulado a 40°C extendiéndose debajo del octavo módulo y comprendiendo dos porciones de tornillo conjugadas y de doble flete del tipo C2F y presentando un paso de tornillo de 33mm adaptado para permitir el transporte y la compresión de la composición intermediaria neutralizada y una entrada de composición enzimática liquida; - un décimo módulo (módulo no.10) termorregulado a 40°C y que se extiende debajo del noveno módulo y comprendiendo: una porción de tornillo conjugada y de doble filete del tipo C2F y presentando un paso de tornillo de 33mm adaptado para permitir el transporte de la composición intermediaria neutralizada; - una serie de 10 discos mezcladores bilobulares del tipo BB (MAL 2) montados perpendicularmente al eje ranurado y escalonados a un ángulo de 90° unos con relación a los otros, adaptados para permitir un mezclado de la composición intermediaria neutralizada y para aumentar su tiempo de permanencia en el extrusor; - un onceavo módulo (módulo no. 11) termorregulado a 45°C, extendiéndose debajo del décimo módulo y comprendiendo: una porción de tornillo conjugada y con doble filete del tipo C2F y presentando un paso de tornillo de 25mm adaptado para permitir el transporte de la composición intermediaria neutralizada; - una porción de tornillo conjugada y de doble filete del tipo C2F y presentando un paso de tornillo de 16mm adaptado para permitir el transporte de la composición intermediaria neutralizada, y; - un doceavo módulo (módulo no. 12) termorregulado a 50°C, extendiéndose debajo del onceavo módulo y comprendiendo: - un anillo neutro; y - una serie de 5 discos mezcladores bilobulares del tipo BB (MAL 2) montados perpendicularmente al eje ranurado y escalonados a un ángulo de -45° los unos con relación a los otros, adaptados para permitir un mezclado de la composición intermediaria neutralizada y para aumentar su tiempo de permanencia en el extrusor, y; - una porción de tornillo conjugada y de doble filete del tipo C2F y presentando un paso de tornillo de 25mm adaptado para permitir el transporte de la composición intermediaria neutralizada, y; - un treceavo módulo (módulo no. 13) termorregulado a 50°C y extendiéndose debajo del doceavo módulo y comprendiendo: - una porción de tornillo conjugada y de doble filete del tipo C2F y presentado un paso de tornillo de 16mm, - un anillo neutro, y; - una serie de 5 discos mezcladores bilobulares del tipo BB (MAL 2) montados perpendicularmente al eje ranurado y escalonados a un ángulo de -45° los unos con relación a los otros, y; una porción de tornillo conjugada y de doble filete del tipo C2F y presentando un paso de tornillo de 25mm, - una porción de tornillo conjugada y de doble filete del tipo C2F y presentando un paso de tornillo de 16m; un catorceavo módulo (módulo no. 14) de salida termorregulada a 50°C, extendiéndose debajo del treceavo módulo y comprendiendo: - una serie de discos mezcladores monoloburales del tipo MALO (MAL 2) montados perpendicularmente al eje ranurado y escalonados a un ángulo de -45° los unos con relación a los otros, y; una porción de tornillo conjugada y de doble filete de tipo C2F y presentando un paso de tornillo de 25mm, y; una porción de tornillo conjugada y de doble filete de tipo C2F y presentando un paso de tornillo de 33mm.

Se introduce la composición intermediaria neutralizada en el extrusor de tornillo doble CLESTRAL BC 21 al nivel de la zona de carga del módulo no.8 con un caudal de material seco de 1.5 Kg/h. La velocidad de rotación de tornillo del extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 es de 250 rpm.

Se introduce en el extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 una solución de enzimas (Sacchariseb C6, Advanced Enzyme Technologies Ltd, California, USA) en un tampón acuoso de citrato a 300 mM presentando una concentración en enzima de 3% (v/v). El caudal de introducción de la solución de enzimas en el extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 es de 1.8 Kg de solución de enzimas por hora. La configuración del extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 está adaptada para permitir la introducción de la composición intermediaria neutralizada en el extrusor de tornillo doble, el mezclado intimo de dicha composición intermediaria neutralizada y de la composición enzimática y el mantenimiento en contacto de la composición intermediaria neutralizada y de la solución de encimas permiten la hidrólisis al menos parcial del material orgánico, principalmente de la celulosa, del material lignocelulósico sólido.

! Como resultado del tratamiento mecano-enzimático, a la sal da del séptimo módulo del extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21, se recolecta una composición bio-extruida (CBE). 1 Kg de material seco de esta composición bio-extruida (CBE) contiene: - 0.895 Kg de material orgánico, donde 22 gramos son enzimas; - 0.38 Kg de celulosa; - 0.17 Kg de hemicelulosas; - 0.04 Kg de ligninas y; - 0.15 Kg de material orgánico hidrosoluble en calor.

En las condiciones operativas de este ejemplo de tratamiento de coproductos de maíz dulce, el tratamiento mecano-enzimático permite la hidrólisis de 10% de la celulosa de la composición intermediaria neutralizada y 37% de hemicelulosas de la composición intermediaria neutralizada. También se permite duplicar la cantidad de material orgánico soluble en calor.

Por otra parte, la fermentación de 1 kg de composición bio-extruida (CBE) conduce, sin agregar un suplemento de enzima, a la formación de 120g de etanol correspondiendo a: 56% del potencial máximo de fermentación de la totalidad de las hexosas de la composición bio-extruida (CBE), y; - 49% del potencial máximo de fermentación de las hexósas del coproducto de maiz dulce departida. 3) Segundo ciclo de tratamientos mecanoquímico y mecano-enzimático sucesivos.

Se realiza, como resultado de la etapa de tratamiento mecano-enzimático, un tratamiento adicional de extrusión de tornillo doble después del cual se introduce la composición bio-extruida (CBE) en un extrusor de tornillo doble que CLEXTRAL BC 21, sensiblemente similar al extrusor de tornillo doble puesto en marcha para el tratamiento mecano-enzimático anterior y en el cual: - un elemento de introducción de agua fue colocado en el módulo 17, y; - una zona de filtración ha sido agregada al nivel de un módulo 21 modificado con relación al módulo 14 puesto en marcha después del tratamiento mecano-enzimático y cuya configuración se describe en la tabla 3 a continuación.

TABLA 3 Dicho extrusor de tornillo doble dedicado al tratamiento adicional de extrusión de tornillo doble es un extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 que comprende siete módulos encadenados linealmente unos a los otros sucesivamente. El extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 de tratamiento adicional de extrusión comprende: - un módulo (módulo no.15) equivalente al módulo no.8 y; - un módulo (módulo no.16) equivalente al módulo no.9 antérior, termorregulado a 53°C y que se extiende debajo del módulo no.15, y; - un módulo (módulo no.17) equivalente al módulo no.10 anterior, termorregulado a 55°C y que se extiende debajo del módulo no.16; - un módulo (módulo no.18) equivalente al módulo no.11 anterior, termorregulado a 50°C y que se extiende debajo del módulo no.17; - un módulo (módulo no.19) equivalente al módulo no.12 anterior, termorregulado a 53°C y que se extiende debajo del módulo no.18; - un módulo (módulo no.20) equivalente al módulo no.13 anterior, que se extiende debajo del módulo no.19 y comprendiendo una salida de fluido equipada con un elemento de separación sólido/liquido por filtración presentando un diámetro de malla de 500 mm, y; un módulo (módulo no.21) termorregulado a 56°C y extendiéndose debajo del módulo no.20 y comprendiendo: - una porción de tornillo conjugada de doble filete inverso del tipo CF2C y presentando un paso de tornillo de -33mm, y; - una porción de tornillo conjugada y de doble filete del tipo C2F y presentando un paso de tornillo de La velocidad de rotación de los tornillos del extrusor adicional de extrusión es de 250 rpm. El caudal de introducción del material seco de la composición bio-extruida (CBE) en el extrusor adicional es de 2.7 Kg/h. El caudal de introducción del agua a nivel de la entrada de la composición liquida acuosa (módulo no.16) es de 7 Kg/h. La relación en masa liquido/sólido de la composición bio-extruida (CBE) en el extrusor adicional es de 5.2.

En la salida del módulo no.21 del extrusor de tornillo doble y como resultado del tratamiento por lavado, se recolecta una composición intermediaria lavada. 1 Kg de dicho material intermediario lavado contiene: - 0.95 Kg de material orgánico, del cual; - 0.49 Kg de celulosa; - 0.28 Kg de hemicelulosas; - 0.05 Kg de ligninas, y; - 0.02 Kg de material orgánico hidrosoluble en calor.

Como resultado de la etapa de lavado anterior, se realiza un segundo tratamiento mecanoquimico de la composición intermediaria lavada. El tratamiento es sensiblemente idéntico al tratamiento descrito en 1) del ejemplo 1 y adaptado al extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 cuya configuración se describe a titulo de ejemplo no limitativo en la tabla 4 a continuación.

Los módulos 24 y 26 están equipados con una introducción liquida destinada respectivamente a la introducción de la solución alcalina y de la solución ácida. El módulo 20 es un módulo de filtración.

TABLA 4 Tal como en el primer tratamiento, dicho perfil de tornillo es elegido para permitir sucesivamente la introducción de la composición intermediaria lavada en el extrusor de tornillo doble, después, la introducción de la solución de sosa, su mezclado con la composición intermediaria, un tiempo de contacto entre la composición intermediaria y la sosa, después la neutralización del medio mediante la incorporación de ácido y la separación liquido/sólido por filtración de una parte de los compuestos solubilizados.

La velocidad de rotación de los tornillos se fija a 250 rpm.

Se introduce en continuo la composición intermediaria lavada a nivel del primer módulo del extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 con un caudal de 0.99 Kg/h de material seco. Se introduce en continuo, a nivel del vigésimo segundo módulo, una solución acuosa alcalina formada de 4 gramos de hidróxido de sodio (NaOH) en 100 gramos de solución y de acuerdo con un caudal de 4 Kg/h. Dicha adición de la solución acuosa alcalina en la composición intermediaria lavada permite una adición de 160 gramos de hidróxido de sodio por kilogramo de material seco de la composición intermediaria lavada.

Se introduce en continuo, a nivel del vigésimo sexto módulo, una solución acuosa ácida formada de ácido fosfórico (H3PO4) en agua a 1.8% y con un caudal de 10 Kg/h de dicha solución ácida. Dicha adición de la solución acuosa ácida en el extrusor de tornillo doble permite una adición de 180 gramos de ácido fosfórico por kilogramo de material seco de la composición intermediaria lavada.

Se .realiza una etapa de separación liquido/sólido por filtración de la composición intermediaria neutralizada apta para formar un filtrado acuoso que se cuela por la salida de la composición liquida (filtrado) del sexto módulo.

A la salida del vigésimo octavo módulo del extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 como resultado del tratamiento mecanoquimico, se recolecta una segunda composición intermediaria neutralizada a un pH 6.1 kg de material seco de esta segunda composición intermediaria neutralizada contiene 0.94kg de material orgánico, donde 0.60kg de celulosa, 0.25kg de hemicelulosas, 0.04kg de lignina y 0.07kg de material orgánico hidrosoluble en calor.

Se retoma esta segunda composición intermediaria neutralizada y se introduce en un extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 para un segundo tratamiento mecano-enzimático realizado en condiciones operativas cercanas al tratamiento mecano-enzimático en el extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21.

La configuración del extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 utilizado para esta etapa de segundo tratamiento mecano-enzimático se describe a titulo de ejemplo no limitativo en la tabla 5 a continuación.

TABLA 5 Se introduce la segunda composición intermediaria neutralizada en el extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 al nivel de la zona de carga del módulo no.29 con un caudal de material seco de 0.87 Kg/h. La velocidad de rotación de los tornillos del extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 es de 250 rpm.

Se introduce en el extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 una solución de enzimas Sacchariseb C6 en un tampón acuoso de citrato a 300 mM que presenta una concentración en enzima de 3% (m/m). El caudal de introducción de la solución de enzimas en el extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 es de 2.3 Kg de solución de enzimas por hora. Como resultado del tratamiento mecano-enzimático, a la salida del trigésimo quinto módulo del extrusor de tornillo doble que CLEXTRAL BC 21 se recolecta una segunda composición bio-extruida.1 Kg de material seco de esta segunda composición bio-extruida contiene 0.91kg de material orgánico, del cual 46 gramos de enzimas, 0.52 kg de celulosa, 0.01 kg de hemicelulosas, 0.03 kg de lignina, y 0.25 kg de material orgánico hidrosoluble en calor.

En las condiciones operativas de este ejemplo de tratamiento de una composición de biomasa de coproductos industriales de maíz dulce, el segundo tratamiento mecano-enzimático permite la hidrólisis de 94% de hemicelulosas de la segunda composición intermediaria neutralizada, acompañado de un incremento de un factor 10 del material orgánico hidrosoluble en la segunda composición bio-extruida.

La fermentación de 1 kg de la segunda composición bio-extruida (sin agregar enzimas complementarias) conduce a la formación de 185 gramos de etanol correspondiente a 62% del potencial máximo de fermentación de la totalidad de las hexosas de la segunda composición bio-extruida, es decir 54.3% del potencial máximo de fermentación de la totalidad de las hexosas del coproducto industrial de maíz dulce inicial. Se debe observar que el filtrado de lavado contiene 18.5% del potencial máximo de fermentación del coproducto de maíz dulce inicial.

EJEMPLO 2: Tratamiento de una composición de biomasa formada por residuos de producción de aceite de palma.

Se recolecta una composición de biomasa formada de partes no valorizadas de la extracción de aceite de palma. Se realiza una etapa de molido de residuos de palmera después de la extracción del aceite de palma en un molino de martillos VS 1 (ELECTRA, Poudenas, Francia) equipado con una rejilla de selección de 2mm.1 Kg de material seco de esos residuos de palma contienen 0.97kg de material orgánico, del cual 0.44kg de celulosa, 0.24kg de hemicelulosas, 0.19kg de lignina y 0.04kg de material orgánico hidrosoluble en calor.

Los residuos de palmera son sometidos a la misma sucesión de tratamiento que se aplico a los coproductos de maíz dulce mencionados en el ejemplo 1. 1) Tratamiento mecanoquimico El primer tratamiento mecanoquimico de los residuos de palmera molidos se realiza en un extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 45 (CLEXTRAL S.A., Firminy, Francia). El extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 45 comprende una abertura de introducción de residuos de palmera al nivel del módulo no.l, una entrada de una composición liquida alcalina al nivel del módulo no.2, una entrada de una composición liquida ácida al nivel del módulo no.6 y un dispositivo de filtración al nivel del módulo no.6.

La temperatura de consigna de los módulos es proporcionada en la siguiente tabla 6.

TABLA 6 Las condiciones del tratamiento se describen en la siguiente tabla 7.

TABLA 7 2) 1 Kg de material seco de esta composición intermediaria neutralizada contiene 0.97kg de material orgánico, del cual 0.53kg de celulosa, 0.23kg de hemicelulosas, 0.21kg de ligninas y O.Olkg de material orgánico hidrosoluble en calor. 3) Tratamiento mecano-enzimático Se retoma la composición intermediaria neutralizada y se introduce en el extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 para un tratamiento mecano-enzimático.

La configuración del extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 21 se describe a titulo de ejemplo no limitativo en la tabla 8 a continuación.

TABLA 8 Las condiciones de tratamiento se describen en la tabla 3 anterior. La solución enzimática utilizada es un solución de enzimas Sacchariseb C6 (Advanced Enzyme Technologies Ltd) en un tampón acuoso de citrato a 300 mM presentando una concentración en enzima de 3% (m/m). 1 kg de material seco de esta composición bio-extruida contiene 0.92kg de material orgánico, del cual 83 gramos de enzima, 0.38kg de celulosa, 0.14kg de hemicelulosas, 0.16kg de ligninas y 0.04kg de material orgánico hidrosoluble en calor.

La fermentación de 1 Kg de la composición bio-extruida (sin agregar enzimas complementarias) conduce a la formación de 136 gramos de etanol correspondiente al 51.5% del potencial máximo de fermentación de la totalidad de las hexosas de la composición bio-extruida.

EJEMPLO 3: Tratamiento de una composición de biomasa de paja de cebada.

Se recolecta una composición de biomasa formada de paja de cebada. Se realiza una etapa de molido de la paja de cebada en un molino de martillos equipado con una rejilla de selección de 5mm. 1 kg de material seco de esta paja de cebada contiene 0.93kg de material orgánico, del cual 0.39kg de celulosa, 0.26kg de hemicelulosas, 0.16kg de ligninas y O.lkg de material orgánico hidrosoluble en calor. 1) Tratamiento mecanoquimico Se realiza un primer tratamiento mecanoquimico de la paja de cebada molida en un extrusor de tornillo doble CLEXTRAL EV 25 (CLEXTRAL SA. Firminy, Francia).

La configuración del extrusor se describe a titulo de ejemplo no limitativo en la tabla 9 a continuación. Las condiciones operativas de la puesta en obra se describen en la tabla 10.

TABLA 9 1 Kg de material seco de la composición intermediaria neutralizada contiene 0.95kg de material orgánico, del cual 0.07kg de material orgánico hidrosoluble en calor. 2) Tratamiento mecano-enzimático.

Se retoma esta composición intermediaria neutralizada y se introduce en un extrusor de tornillo doble CLEXTRAL BC 25 para un tratamiento mecano-enzimático.

La configuración del extrusor se describe en la tabla 11 a continuación. Las condiciones operativas de la puesta en marcha se describen en la tabla 10.

TABLA 11 La solución enzimática utilizada es una solución de enzimas (celulasa Cellic CTec2 y Xilanasa Cellic HTec2 en una proporción 9:1 con relación al contenido en proteínas). En un tampón acuoso de citrato a 200 mM que presenta una concentración en enzima de 2.5% (masa/masa).1 kg de material seco de esta composición bio-extruida contiene 0.95 Kg de material orgánico, del cual 26 gramos de enzimas y 0.29 Kg de material orgánico hidrosoluble en calor.

La fermentación de lkg de la composición bio-extruida (sin agregar enzimas complementarias conduce a la formación de 144g de etanol correspondiente a 60% del potencial máximo de fermentación de la totalidad de las hexosas de la composición bio-extruida.

TABLA 10 EJEMPLO 4: Tratamiento de una composición de biomasa formada de coproductos industriales del agave de tequila.

Se recolecta una composición de biomasa formada del bagazo del agave de tequila Weber var. Azul. Se realiza una etapa de molido de este bagazo en un molino de martillos equipado con una rejilla de selección de 2 mm. 1 Kg de material seco de esos residuos de plantas de agave contiene 0.96 Kg de material orgánico, del cual 0.39 Kg de celulosa, 0.17 Kg de hemicelulosas, 0.19 Kg de ligninas y 0.22 Kg de material orgánico hidrosoluble en calor.

Se realiza un tratamiento mecanoquimico y un tratamiento mecano-enzimático sucesivos y en continuo del bagazo molido sucesivamente en el extrusor de tornillo doble CLEXTRAL Evolum 25 (CLEXTRAL SA. Firminy, Francia).

La configuración del extrusor de tornillo doble CLEXTRAL Evolum 25 se describe a titulo de ejemplo no limitativo en la tabla 12 a continuación, las condiciones operativas de la puesta en marcha se describen en la tabla 13.

TABLA 12 La solución enzimática utilizada está constituida de una mezcla de Cellic CTec2 (Novozymes) y Viscozyme (Novozy e) en un tampón acuoso de citrato a 50 mM presentando una concentración en enzima de 0.2% (m/m). 1 kg de material seco de esta composición bio-extruida contiene 0.93 Kg de material orgánico, del cual 9 gramos de enzima, 0.42 Kg de celulosa, 0.10 Kg de hemicelulosas, 0.16 Kg de ligninas y 0.25 Kg de material orgánico hidrosoluble en calor. En las condiciones operativas de este ejemplo, el tratamiento del bagazo permite la hidrólisis de 22% de celulosa y 58% de hemicelulosas.

La fermentación de un Kg de la composición bio-extruida (sin agregar enzimas complementarias conduce a la formación de 22.5 gramos de etanol correspondiente a 9% del potencial máximo de fermentación de la totalidad de las hexosas de la composición bio-extruida TABLA 13

Claims (14)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito la presente invención, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1.- Un método de tratamiento de un material (10) lignocelulósico sólido en el cual se somete dicho material (10) lignocelulósico sólido a un tratamiento, dicho tratamiento (1) mecanoguimico, de mezclado de dicho material (10) lignocelulósico sólido, y degradación química de dicho material (10) lignocelulósico sólido, en el cual se pone el material (10) lignocelulósico sólido en contacto con una solución alcalina para formar una composición intermediaria que presenta un material lignocelulósico, dicho material lignocelulósico hidratado, de digestibilidad enzimática aumentada con relación a la digestibilidad del material (10) lignocelulósico sólido de partida; se somete el material lignocelulósico hidratado a un tratamiento, dicho tratamiento (2) mecano-enzimático, en el cual se forma una dispersión, dicha dispersión acuosa, del material (10) lignocelulósico hidratado en una composición acuosa, dicha dispersión acuosa comprende al menos una enzima de degradación de dicho material (10) lignocelulósico hidratado, y; se realiza el tratamiento (2) mecano-enzimático por mezclado de dicha dispersión acuosa en un reactor de mezclado adaptado para permitir una sucesión de fases de compresión, relajación y cizallamiento mecánicas de la dispersión acuosa para formar una solución, dicha solución de hidrólisis, acuosa de productos de hidrólisis de dicho material 10 lignocelulósico sólido.

2.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la dispersión acuosa presenta una relación entre la masa de la composición acuosa de la dispersión acuosa y la masa del material seco de dicho material (10) lignocelulósico sólido de la dispersión acuosa comprendida entre 1 y 4.

3.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque se realiza la dispersión acuosa mediante la adición voluntaria de enzimas de degradación al material (10) lignocelulósico sólido.

4.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el material (10) lignocelulósico sólido comprende: - una proporción en masa de celulosa, expresada en peso seco de celulosa y en peso seco del material (10) lignocelulósico sólido, comprendida entre 20% y 99%; - una proporción en masa de hemicelulosas, expresada en peso seco de hemicelulosas y en peso seco del material (10) lignocelulósico sólido, comprendida entre 15% y 50%; - una proporción en masa de ligninas, expresada en peso seco de ligninas y en peso seco del material (10) lignocelulósico sólido, comprendida entre 0.1% y 30%.

5.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la dispersión acuosa comprende una proporción en masa de enzimas de degradación con relación al material seco del material (10) lignocelulósico sólido comprendida entre 1% y 20%.

6.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 5, caracterizado porque se realiza el tratamiento 2 mecano-enzimático a una temperatura comprendida entre 20°C y 80°C.

7.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el rector de mezclado es un extrusor de tornillo doble.

8.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se elige las enzimas de degradación del material (10) lignocelulósico sólido en el grupo formado de celulasas.

9.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque se elige al menos una enzima de degradación del material lignocelulósico sólido en el grupo formado de enzimas de degradación de ligninas.

10.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se elige al menos una enzima de degradación del material (10) lignocelulósico sólido en el grupo formado de enzimas de degradación de hemicelulosas.

11.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque se elige el material (10) lignocelulósico sólido en el grupo formado de toda o parte de una planta de maíz, una paja de cereal, un residuo de fabricación de tequila, bagazo de agave para la producción de inulina, bagazo de caña de azúcar, un residuo de la producción del aceite de palma y una torta de una planta oleaginosa.

12.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque se somete la solución de hidrólisis que contiene los sacáridos solubilizados a una etapa de fermentación enzimática de sacáridos solubilizados.

13.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque se realiza el tratamiento (1) mecanoquimico a una temperatura comprendida entre 50°C y 150°C.

14.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque se agrega a la composición intermediaria un volumen de una solución, dicha solución ácida, acuosa de al menos un ácido mineral apto para disminuir el pH de la composición intermediaria y para formar una composición intermediaria neutralizada apta para ser sometida al tratamiento (2) mecano-enzimático.