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BRPI1000543A2 - Method for the production of a fermentation product from a sugar hydrolyzate - Google Patents

Method for the production of a fermentation product from a sugar hydrolyzate Download PDF

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BRPI1000543A2
BRPI1000543A2 BRPI1000543A BRPI1000543A2 BR PI1000543 A2 BRPI1000543 A2 BR PI1000543A2 BR PI1000543 A BRPI1000543 A BR PI1000543A BR PI1000543 A2 BRPI1000543 A2 BR PI1000543A2
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
fermentation
yeast
chlorine dioxide
acid
sugar
Prior art date
Application number
Other languages
Portuguese (pt)
Inventor
Gary M Pigeau
Jan-Maarten Geertman
Original Assignee
Iogen Energy Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Iogen Energy Corp filed Critical Iogen Energy Corp
Priority to BRPI1000543 priority Critical patent/BRPI1000543A2/en
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Abstract

MéTODO PARA A PRODUçãO DE UM PRODUTO DE FERMENTAçãO A PARTIR DE UM HIDROLISATO DE AçúCAR. A presente invenção refere-se a um método para produção de um produto de fermentação de um hidrolisato de açúcar. O método compreende fermentação do hidrolisato de açúcar em um sistema de fermentação com levedura para produzir um caldo de fermentação compreendendo umproduto de fermentação; introdução de ácido e um oxidante, tal como dióxido de cloro, ao sistema de fermentação de modo a expor contaminantes microbiais no sistema de fermentação em um ou mais estágios a diáxido de cloro e um pH menor do que 3,0; e recuperação do produto de fermentação. Em um exemplo da invenção, uma pasta fluida de levedura obtida de uma etapa de reciclo de levedura é tratada com ácido e o oxidante.METHOD FOR THE PRODUCTION OF A FERMENTATION PRODUCT FROM A SUGAR HYDROLYSATE. The present invention relates to a method for producing a fermentation product of a sugar hydrolyzate. The method comprises fermenting the sugar hydrolyzate in a yeast fermentation system to produce a fermentation broth comprising a fermentation product; introduction of acid and an oxidant, such as chlorine dioxide, to the fermentation system in order to expose microbial contaminants in the fermentation system in one or more stages to chlorine dioxide and a pH less than 3.0; and recovering the fermentation product. In an example of the invention, a yeast slurry obtained from a yeast recycling step is treated with acid and the oxidizer.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE UM PRODUTO DE FERMENTAÇÃO A PARTIR DE UM HIDROLISATO DE AÇÚCAR".Report of the Invention Patent for "METHOD FOR PRODUCING A FERMENTATION PRODUCT FROM A SUGAR HYDROLISATE".

Campo da InvençãoField of the Invention

A presente invenção refere-se a um método para a produção deThe present invention relates to a method for the production of

um produto de fermentação. Mais especificamente, a presente invenção se refere a um método para a produção de um produto de fermentação de um hidrolisato de açúcar. Antecedentes da Invençãoa fermentation product. More specifically, the present invention relates to a method for producing a fermentation product of a sugar hydrolyzate. Background of the Invention

Estoque de alimentação lignocelulósico é um termo comumente usado para descrever biomassa derivada de planta compreendendo celulo- se, hemicelulose e lignina. Muita atenção e esforço têm sido aplicados nos anos recentes para a produção de combustíveis e químicos, principalmente etanol, de estoques de alimentação lignocelulósicos, tais como despejos a- grícolas e despejos de floresta, devido a seu baixo custo e ampla disponibili- dade. Estes despejos agrícolas e de floresta são tipicamente queimados ou enterrados; desse modo usando-se estes estoques de alimentação lignoce- lulósicos de produção de etanol oferece uma alternativa atrativa para dispo- nibilidade. Ainda outra vantagem destes estoques de alimentação é que o subproduto lignina, que permanece após o processo de produção de celulo- se, pode ser usado como um combustível para energizar o processo ao in- vés de combustíveis fósseis. Vários estudos têm concluído que, quando a produção total e ciclo de consumo é levado em conta, a produção de etanol dos estoques de alimentação lignocelulósicos gera gases de estufa perto de zero.Lignocellulosic feedstock is a term commonly used to describe plant-derived biomass comprising celluloses, hemicellulose and lignin. Much attention and effort has been applied in recent years to the production of fuels and chemicals, especially ethanol, from lignocellulosic feed stocks, such as agricultural and forest clearance, due to their low cost and wide availability. These agricultural and forest dumps are typically burned or buried; Thus using these lignocellulosic ethanol feed stocks offers an attractive alternative for availability. Yet another advantage of these feed stocks is that the lignin byproduct, which remains after the pulp production process, can be used as a fuel to energize the process instead of fossil fuels. Several studies have concluded that when total production and consumption cycle is taken into account, ethanol production from lignocellulosic feed stocks generates greenhouse gases close to zero.

A primeira etapa de processamento químico para conversão de estoque de alimentação lignocelulósico em etanol, ou outros produtos de fermentação, envolve quebra do material lignocelulósico fibroso para liberar monômeros de açúcar a partir do estoque de alimentação para conversão em um produto de fermentação em uma etapa subseqüente de fermentação.The first chemical processing step for converting lignocellulosic feedstock into ethanol, or other fermentation products, involves breaking down the fibrous lignocellulosic material to release sugar monomers from feedstock for conversion into a fermentation product in a subsequent step. of fermentation.

Existem vários métodos conhecidos para produção de açúcares fermentáveis de estoques de alimentação lignocelulósicos, um dos quais envolve um pré-tratamento com ácido ou álcali, seguido por hidrólise de ce- lulose com enzimas celulase e β-glucosidase. A proposta do pré-tratamento é aumentar a área superficial da celulose e converter o estoque de alimenta- ção fibroso em uma textura turva, com conversão limitada da celulose em glicose. O pré-tratamento com ácido tipicamente hidrolisa o componente de hemicelulose do estoque de alimentação para produzir xilose, glicose, galac- tose, manose e arabinose e isto é pensado aperfeiçoar a acessibilidade da celulose em enzimas celulase. As enzimas celulase hidrolisam celulose em celobiose que é então hidrolisada em glicose por β-glucosidase. A hidrólise da celulose e hemicelulose pode ser alcançada com um tratamento químico de etapa simples em que o estoque de alimentação lignocelulósico é contac- tado com um ácido forte ou álcali sob condições suficientes para hidrolisar ambos os componentes de celulose e hemicelulose do estoque de alimenta- ção em monômeros de açúcar.There are several known methods for producing fermentable sugars from lignocellulosic feed stocks, one of which involves pretreatment with acid or alkali, followed by cellulose hydrolysis with cellulase and β-glucosidase enzymes. The purpose of the pretreatment is to increase the cellulose surface area and convert the fibrous feedstock into a cloudy texture with limited conversion of cellulose to glucose. Acid pretreatment typically hydrolyzes the hemicellulose component of the feedstock to produce xylose, glucose, galactose, mannose and arabinose and this is thought to improve cellulose accessibility in cellulase enzymes. Cellulase enzymes hydrolyze cellulose into cellobiose which is then hydrolyzed to glucose by β-glucosidase. Cellulose and hemicellulose hydrolysis can be achieved with a single step chemical treatment in which the lignocellulosic feedstock is contacted with a strong acid or alkali under conditions sufficient to hydrolyze both the cellulose and hemicellulose components of the feedstock. sugar monomers.

Após produção de uma corrente compreendendo açúcar fermen- tável a partir do estoque de alimentação lignocelulósico, uma separação de sólidos pode ser conduzida para remover lignina, seguida por fermentação dos açúcares em etanol ou outros produtos de fermentação. Se glicose é o substrato predominante presente, a fermentação é tipicamente efetuada com uma levedura de sp. Saccharomyces spp. que converte este açúcar e outros açúcares hexose presentes em etanol. Contudo, glicose pode também ser fermentada a outros produtos comerciais incluindo ácido láctico, sorbitol, á- cido acético, ácido cítrico, ácido ascórbico, propanodiol, butanodiol, xilitol, acetona, e butanol. Esta conversão pode ser efetuada por uma variedade de organismos, incluindo sp. Saccharomyces.Following production of a stream comprising fermentable sugar from the lignocellulosic feedstock, a solids separation may be conducted to remove lignin, followed by fermentation of the sugars in ethanol or other fermentation products. If glucose is the predominant substrate present, fermentation is typically performed with a yeast of sp. Saccharomyces spp. which converts this sugar and other hexose sugars present in ethanol. However, glucose may also be fermented to other commercial products including lactic acid, sorbitol, acetic acid, citric acid, ascorbic acid, propanediol, butanediol, xylitol, acetone, and butanol. This conversion can be performed by a variety of organisms, including sp. Saccharomyces.

Os açúcares pentose, xilose e arabinose, que ocorrem a partir do componente hemicelulose do estoque de alimentação durante pré- tratamento acídico, podem ser fermentados em etanol. Contudo, uma vasta maioria de cepas Saccharomyces tipo selvagens não contêm naturalmente todos os genes requeridos para conversão destes açúcares em etanol. Des- se modo, eles devem ser introduzidos na levedura para permitir esta conver- são. Leveduras recombinantes que são capazes de converter xilose em eta- nol são descritas, por exemplo, nas Patentes dos Estados Unidos Nos. 5.789.210 e 6.475.768 e EP 1 727 890.Pentose, xylose and arabinose sugars, which occur from the hemicellulose component of the feedstock during acidic pretreatment, can be fermented in ethanol. However, a vast majority of wild type Saccharomyces strains do not naturally contain all the genes required for conversion of these sugars to ethanol. Therefore, they must be introduced into the yeast to allow this conversion. Recombinant yeasts that are capable of converting xylose to ethanol are described, for example, in United States Patent Nos. 5,789,210 and 6,475,768 and EP 1,727,890.

Um problema com a fermentação de açúcar em etanol ou outros produtos de fermentação é que bactéria pode se propagar rapidamente, vis- to que as condições ótimas da fermentação são também conducentes a seu crescimento. Subprodutos indesejados que podem ser produzidos por con- taminantes bacteriais durante fermentação incluem ácido láctico, acetona, ácido propiônico e micotoxins. Ácido láctico é um subproduto comum produ- zido por bactérias tais como sp. Lactobacillus, sp. Pediococcus, sp. Leuco- nostoc e/ou sp. Weissella (entre outras) durante fermentações de etanol. A produção de tais subprodutos indesejáveis diminui a produção do produto de fermentação desejado à medida que a bactéria compete com a levedura pa- ra açúcares fermentáveis e os converte em subprodutos indesejáveis ao in- vés do produto de fermentação de interesse. Além disso, ácidos orgânicos e outros subprodutos podem ser inibitórios à levedura. Cada um destes fatores pode contribuir para diminuir a eficiência da fermentação pelo aumento do tempo requerido para efetuar a fermentação, aumentando a quantidade de levedura requerida e/ou diminuindo os rendimentos finais para o produto de fermentação desejado a partir de açúcares fermentáveis.A problem with the fermentation of sugar in ethanol or other fermentation products is that bacteria can spread rapidly, since optimal fermentation conditions are also conducive to their growth. Unwanted by-products that can be produced by bacterial contaminants during fermentation include lactic acid, acetone, propionic acid and mycotoxins. Lactic acid is a common byproduct produced by bacteria such as sp. Lactobacillus, sp. Pediococcus, sp. Leuconostoc and / or sp. Weissella (among others) during ethanol fermentations. Production of such undesirable by-products decreases the production of the desired fermentation product as the bacteria competes with yeast for fermentable sugars and converts them into undesirable by-products through the fermentation product of interest. In addition, organic acids and other byproducts may be inhibitory to yeast. Each of these factors can contribute to lower fermentation efficiency by increasing the time required to effect fermentation, increasing the amount of yeast required and / or decreasing the final yields for the desired fermentation product from fermentable sugars.

A contaminação microbial é especialmente problemática quando a concentração de levedura no fermentador é aumentada por reciclo de le- vedura. O reciclo de levedura é empregado para aperfeiçoar a eficiência de processos de fermentação que são submetidos a cinéticas de reação lentas relativas a glicose tais como aquelas envolvendo a conversão de xilose em etanol ou quando ela é benéfica para aumentar taxas de conversão volumé- tricas. O aumento na taxa volumétrica de conversão de açúcar fermentável em etanol pode ser alcançado por separação continuamente da levedura a partir do caldo de fermentação coletado, tal como por centrifugação, e em seguida recirculação da levedura de volta para o fermentador. Por reintrodu- ção da levedura no reator dessa maneira, a concentração de levedura no fermentador é continuamente mantida em um alto nível, sem desvio signifi- cante de açúcares para crescimento de célula e para fora do produto de fer- mentação desejado. Contudo, como um resultado de recirculação repetida de levedura, micróbios indesejados, tais como bactérias, são também reci- clados junto com a levedura. Como as bactérias tendem a se dividirem mais rapidamente do que a levedura, isto pode conduzir a níveis significantes de contaminação microbial.Microbial contamination is especially problematic when the yeast concentration in the fermenter is increased by yeast recycling. Yeast recycle is employed to improve the efficiency of fermentation processes that are subjected to slow glucose-related reaction kinetics such as those involving the conversion of xylose to ethanol or when it is beneficial for increasing volumetric conversion rates. Increasing the volumetric rate of conversion of fermentable sugar to ethanol can be achieved by continuously separating the yeast from the collected fermentation broth, such as by centrifugation, and then recirculating the yeast back to the fermenter. By reintroducing the yeast into the reactor in this manner, the yeast concentration in the fermenter is continuously maintained at a high level with no significant shift of sugars to cell growth and out of the desired fermentation product. However, as a result of repeated yeast recirculation, unwanted microbes such as bacteria are also recycled along with the yeast. Because bacteria tend to divide faster than yeast, this can lead to significant levels of microbial contamination.

de Oliva-Neto e Yokoya (Brazilian Journal of Microbiology, 2001, 3:10-14) examinaram o efeito de uma variedade de compostos antimicrobiais na viabilidade de Saccharomyces eerevisiae, Lactobacillus e Leueonostoe nas fermentações efetuadas em suco de cana para produzir etanol. Isto in- clui químicos formulados, tais como zinco manganês etilenebis (ditiocarba- mato), metilditiocarbamato, 3-metil-4-clorofenol, 2-benzil-4-clorofenol e o- fenilfenol, 2-cloroacetamida e outros, que são comumente recomendados para uso em controle microbial em fábricas de açúcar e álcool. Os antibióti- cos testados incluem penicillum, clindamycin e cephamandole. Os resultados mostraram que biocidas atuais usados nas fermentações alcoólicas de com- bustível industriais reduzem a viabilidade da levedura, enquanto os antibióti- cos foram eficazes na redução de crescimento bacterial, sem afetar a viabili- dade da levedura.de Oliva-Neto and Yokoya (Brazilian Journal of Microbiology, 2001, 3: 10-14) examined the effect of a variety of antimicrobial compounds on the viability of Saccharomyces eerevisiae, Lactobacillus, and Leueonostoe in cane juice fermentations to produce ethanol. This includes formulated chemicals such as zinc manganese ethylenebis (dithiocarbamate), methyl dithiocarbamate, 3-methyl-4-chlorophenol, 2-benzyl-4-chlorophenol and o-phenylphenol, 2-chloroacetamide and others, which are commonly recommended. for use in microbial control in sugar and alcohol factories. Antibiotics tested include penicillum, clindamycin and cephamandole. The results showed that current biocides used in industrial fuel alcohol fermentations reduce yeast viability, while antibiotics were effective in reducing bacterial growth without affecting yeast viability.

Contudo, o uso de antibióticos nas aplicações de etanol combus- tível tem suas limitações visto que contaminantes microbiais são conhecidos para desenvolver resistência a antibiótico (Lushia e Heist, 2005, Ethanol Producer Magazine, Antibiotic-Resistant Bactéria in Fuel Etanol Fermentati- ons). Além disso, antibióticos podem ser conduzidos através de grão de des- tiladores seco, que é um subproduto de plantas de etanol comerciais usadas em alimentações de animal, e este subproduto valioso não pode ser vendido se antibióticos são usados na planta.However, the use of antibiotics in fuel ethanol applications has its limitations as microbial contaminants are known to develop antibiotic resistance (Lushia and Heist, 2005, Ethanol Producer Magazine, Antibiotic-Resistant Bacteria in Fuel Ethanol Fermentati- ons). In addition, antibiotics can be conducted through dry distillers grain, which is a by-product of commercial ethanol plants used in animal feed, and this valuable by-product cannot be sold if antibiotics are used in the plant.

O controle bacterial na fermentação alcoólica de combustível in- dustrial pode também ser efetuado por lavagem com ácido sulfúrico de sus- pensões de célula de levedura. O etanol combustível comercial no Brasil é produzido por fermentação alimentada por batelada ou contínua de cana-de- açúcar por Saccharomyees eerevisiae e emprega reciclo de célula de leve- dura (de Oliva-Neto e Yokoya, supra). O objetivo do tratamento com ácido é destruir micro-organismos de contaminação que não podem suportar baixas condições de pH, sem uma redução substancial na viabilidade da levedura ou capacidade fermentativa.Bacterial control in alcoholic fermentation of industrial fuel may also be effected by washing with sulfuric acid from yeast cell suspensions. Commercial fuel ethanol in Brazil is produced by continuous or batch-fed fermentation of sugarcane by Saccharomyees eerevisiae and employs light-cell cell recycling (from Oliva-Neto and Yokoya, supra). The purpose of acid treatment is to destroy contaminating microorganisms that cannot withstand low pH conditions without a substantial reduction in yeast viability or fermentative capacity.

US2009/0117633 descreve um processo para produção de etanol de milho em que uma sacarificação combinada e fermentação são conduzi- das em valores de pH tais como 3,5 a 4,0. As enzimas usadas na sacarifica- ção são amilases que são adaptadas para hidrólise de amido sob estes valo- res de pH relativamente baixos. A sacarificação/fermentação de baixo pH é conduzida com a visão de reduzir contaminantes bacteriais tais como bacté- rias de ácido láctico e ácido acético. As bactérias contaminantes de ácido láctico e ácido acético crescem melhor a pH 5,0 e acima. Desse modo, na faixa de pH de 3,0 a 4,5, é acreditado que fermentação de etanol predomina- rá porque a levedura crescerá melhor do que as bactérias de contaminação.US2009 / 0117633 describes a process for producing corn ethanol in which combined saccharification and fermentation are conducted at pH values such as 3.5 to 4.0. The enzymes used in saccharification are amylases that are adapted for starch hydrolysis under these relatively low pH values. Low pH saccharification / fermentation is conducted with a view to reducing bacterial contaminants such as lactic acid and acetic acid bacteria. Lactic acid and acetic acid contaminating bacteria grow best at pH 5.0 and above. Thus, in the pH range 3.0 to 4.5, it is believed that ethanol fermentation will predominate because yeast will grow better than contamination bacteria.

O uso de oxidantes para controlar contaminação microbial em fermentações de etanol é também conhecido. Por exemplo, Chang et al. (Appl. Environ. Microbiol., 1997, 63: 1-6) descreve o uso de sulfito e peróxido de hidrogênio para controlar contaminação bacterial na fermentação de ex- trato de malte em etanol com reciclo de levedura.The use of oxidants to control microbial contamination in ethanol fermentations is also known. For example, Chang et al. (Appl. Environ. Microbiol., 1997, 63: 1-6) describes the use of hydrogen sulfide and peroxide to control bacterial contamination in the fermentation of malt extract in ethanol with yeast recycle.

Dióxido de cloro é um oxidante que é conhecido para ter um efei- to bacteriocida e tem sido usado como um desinfetante de água de beber e na indústria de alimentação e de bebida. Existem vários métodos conhecidos para produção de dióxido de cloro, (vide Alternative Disinfectants and Oxi- dants Guidance Manual, United States Environmental Protection Agency, April 1999, Chapter 4. Dióxido de cloro, que é incorporado aqui por referên- cia), um dos quais envolve reagir clorito de sódio com ácido de acordo com a seguinte reação:Chlorine dioxide is an oxidant that is known to have a bacteriocidal effect and has been used as a drinking water disinfectant and in the food and beverage industry. There are several known methods for producing chlorine dioxide, (see Alternative Disinfectants and Oxidants Guidance Manual, United States Environmental Protection Agency, April 1999, Chapter 4. Chlorine dioxide, which is incorporated herein by reference), one of the which involves reacting sodium chlorite with acid according to the following reaction:

5NaCI02 + 4H+ ^ 4CI02 + 4Na+ + Na+Cr + 2H20.5NaCl2 + 4H + ^ 4Cl2 + 4Na + + Na + Cr + 2H20.

Clorito de sódio é freqüentemente referido como "dióxido de cloro estabilizado" ou "SCD".Sodium chloride is often referred to as "stabilized chlorine dioxide" or "SCD".

O uso de dióxido de cloro em fermentações de etanol é conheci- do conforme colocado em WO 2007/097874, WO 2009/026706, WO 2007/149450 e Johnson e Kunz (The New Brewer, 1998, Coming Clean - A New Method of Washing Yeast Using Chloro Dioxide Vol. 15 #5-P56). WO 2007/097874 descreve um processo no qual dióxido de cloro é adicionado a um tanque de fermentação, a um carboidrato fermentável adicionado a um tanque de fermentação, ou a um sistema de propagação ou condicionamen- to usado para preparar o inoculum para uma fermentação. WO 2009/026706 descreve o uso de dióxido de cloro para reduzir contaminação bacterial em um processo de fermentação empregando reciclo de levedura e utilizando açúcares de estoques de alimentação lignocelulósicos. O dióxido de cloro foi usado para tratar uma pasta fluida de levedura separada a partir da fermen- tação antes de sua reintrodução ao fermentador. WO 2007/149450 descreve um método para prevenir o crescimento de contaminantes bacteriais em fermentações de levedura para produzir etanol através da adição de dióxido de cloro estabilizado. O dióxido de cloro estabilizado foi adicionado antes de qualquer propagação significante de bactérias no sistema, tal como para o inoculante ou para açúcares fermentáveis antes de sua introdução ao siste- ma de fermentação. Conforme o pH da solução é abaixado devido à geração de ácidos orgânicos produzidos por contaminantes bacteriais, dióxido de cloro ativado é gerado in situ a partir do dióxido de cloro estabilizado e cres- cimento adicional de bactérias foi prevenido. Johnson and Kunz (The New Brewer, 1998, Coming Clean - A New Method of Washing Yeast Using Chlo- ro Dioxide Vol. 15 #5-P56) descreve o uso de dióxido de cloro para lavar le- vedura durante a preparação de cerveja como uma alternativa a lavagem de ácido.The use of chlorine dioxide in ethanol fermentations is known as stated in WO 2007/097874, WO 2009/026706, WO 2007/149450 and Johnson and Kunz (The New Brewer, 1998, Coming Clean - A New Method of Washing Yeast Using Chloro Dioxide Vol. 15 # 5-P56). WO 2007/097874 describes a process in which chlorine dioxide is added to a fermentation tank, a fermentable carbohydrate added to a fermentation tank, or a propagation or conditioning system used to prepare the inoculum for a fermentation. WO 2009/026706 describes the use of chlorine dioxide to reduce bacterial contamination in a fermentation process employing yeast recycling and utilizing sugars from lignocellulosic feed stocks. Chlorine dioxide was used to treat a separate yeast slurry from the fermentation prior to its reintroduction to the fermenter. WO 2007/149450 describes a method for preventing the growth of bacterial contaminants in yeast fermentations to produce ethanol by the addition of stabilized chlorine dioxide. Stabilized chlorine dioxide was added prior to any significant propagation of bacteria in the system, such as for the inoculant or for fermentable sugars prior to their introduction into the fermentation system. As the pH of the solution is lowered due to the generation of organic acids produced by bacterial contaminants, activated chlorine dioxide is generated in situ from stabilized chlorine dioxide and further bacterial growth has been prevented. Johnson and Kunz (The New Brewer, 1998, Coming Clean - The New Method of Washing Yeast Using Chlorine Dioxide Vol. 15 # 5-P56) describes the use of chlorine dioxide to wash milk during brewing as an alternative to acid washing.

Os efeitos de concentração de CIO2 na morte de célula bacterial e viabilidade de levedura e capacidade fermentativa têm sido examinados em fermentações de etanol (vide WO 2009/026706 copendente e da mesma requerente), mas menos informação é disponível com relação ao efeito de outras variáveis na eficiência do dióxido de cloro, tal como pH. Contudo, o impacto de pH na eficiência de dióxido de cloro em outras aplicações indus- triais tem sido estudado. Na indústria de bebida, tem sido reportado que dió- xido de cloro tem uma eficiência constante em um nível de pH entre 4 e 10, com a taxa de esterilização sendo maior do que em pH alto. ("Chloro Dioxide in the Beverage lndustry", Petplanet Insider1 September 2005, 6:46-47). Es- tágios de alvejamento de dióxido de cloro em aplicações de alvejamento de polpa são conduzidos em valores de pH acídicos, embora exista ainda al- guma controvérsia sobre o pH ótimo (Reeve, 1996, Section IV: The Techno- logy of Chemical Pulp Bleaching, Chapter 3: Chloro Dioxide in Delignification In Pulp Bleaching, Principies e Practice, Ed. by Dence e Reeve, Tappi Press). Foegeding et al. (1986, Journal of Food Science, 51(1): 197-201) ava- liou inativação de dióxido de cloro de esporos de Bacillus e Clostridium em água tamponada em valores de pH de 4,5, 6,5 e 8,5 com ácido fosfórico e foi verificado que esporos de C. perfuringens foram inativado mais em pH 8,5 do que em 6,5.The effects of CIO2 concentration on bacterial cell death and yeast viability and fermentative capacity have been examined in ethanol fermentations (see copending and same applicant WO 2009/026706), but less information is available regarding the effect of other variables. on the efficiency of chlorine dioxide such as pH. However, the impact of pH on chlorine dioxide efficiency in other industrial applications has been studied. In the beverage industry, it has been reported that chlorine dioxide has a constant efficiency at a pH level between 4 and 10, with the sterilization rate being higher than at high pH. ("Chloro Dioxide in the Beverage Industrial", Petplanet Insider September 2005, 6: 46-47). Chlorine dioxide bleaching stages in pulp bleaching applications are conducted at acidic pH values, although there is still some controversy about optimal pH (Reeve, 1996, Section IV: The Technological of Chemical Pulp Bleaching) , Chapter 3: Chloro Dioxide in Delignification In Pulp Bleaching, Principles and Practice, Ed. By Dence and Reeve, Tappi Press). Foegeding et al. (1986, Journal of Food Science, 51 (1): 197-201) evaluated chlorine dioxide inactivation of Bacillus and Clostridium spores in buffered water at pH values of 4.5, 6.5 and 8.5 with phosphoric acid and it was found that C. perfuringens spores were inactivated more at pH 8.5 than at 6.5.

Sumário da InvençãoSummary of the Invention

A presente invenção proporciona um método para produção de um produto de fermentação. Mais especificamente, a presente invenção se 15 refere a um método para a produção de um produto de fermentação de um hidrolisato de açúcar.The present invention provides a method for producing a fermentation product. More specifically, the present invention relates to a method for producing a fermentation product of a sugar hydrolyzate.

É um objetivo da invenção proporcionar um método aperfeiçoado para a produção de um produto de fermentação de um hidrolisato de açúcar.It is an object of the invention to provide an improved method for producing a sugar hydrolyzate fermentation product.

De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é provido um método (A) para produção de um produto de fermentação de um hidrolisato de açúcar compreendendo: (i) fermentação do hidrolisato de açúcar em um sistema de fermentação para produzir um caldo de fermentação compreen- dendo um produto de fermentação; (ii) introdução de ácido e um oxidante, incluindo, mas não limitado a, dióxido de cloro, ao referido sistema de fer- mentação de modo a expor quaisquer contaminantes microbiais no referido sistema de fermentação em um ou mais estágios a dióxido de cloro a um pH de menos do que 3,0; e (iii) recuperação do produto de fermentação.According to a first aspect of the invention, there is provided a method (A) for producing a sugar hydrolyzate fermentation product comprising: (i) fermenting the sugar hydrolyzate in a fermentation system to produce a fermentation broth comprising - giving a fermentation product; (ii) introducing acid and an oxidant, including, but not limited to chlorine dioxide, to said fermentation system in order to expose any microbial contaminants in said fermentation system at one or more stages to chlorine dioxide at a pH of less than 3.0; and (iii) recovery of the fermentation product.

De acordo com um segundo aspecto da invenção, é provido um método (B) para obtenção de um produto de fermentação de um hidrolisato de açúcar compreendendo: (i) remoção de sólidos de fibra suspensos a par- tir do hidrolisato de açúcar para obter uma solução de açúcar clareada; (ii) fermentação do açúcar na solução de açúcar clareada em uma reação de fermentação usando levedura para produzir um caldo de fermentação com- preendendo o produto de fermentação; (iii) separação da levedura a partir do caldo de fermentação para produzir uma pasta fluida de levedura e um pro- duto de fermentação, (iv) introdução de ácido e dióxido de cloro à pasta flui- da de levedura de modo a expor quaisquer contaminantes microbiais e leve- dura na referida pasta fluida de levedura a dióxido de cloro a um pH de me- nos do que 3,0; (v) reintrodução de pelo menos uma porção da pasta fluida de levedura tratada com dióxido de cloro de volta para a etapa de fermenta- ção, etapa (ii), para manter a concentração de levedura na reação de fer- mentação; e (vi) recuperação do produto de fermentação.According to a second aspect of the invention there is provided a method (B) for obtaining a sugar hydrolyzate fermentation product comprising: (i) removing suspended fiber solids from the sugar hydrolyzate to obtain a whitened sugar solution; (ii) sugar fermentation in the bleached sugar solution in a fermentation reaction using yeast to produce a fermentation broth comprising the fermentation product; (iii) separating yeast from the fermentation broth to produce a yeast slurry and a fermentation product, (iv) introducing chlorine acid and chlorine dioxide to the yeast slurry to expose any contaminants microbial and light in said chlorine dioxide yeast slurry at a pH of less than 3.0; (v) reintroducing at least a portion of the chlorine dioxide-treated yeast slurry back to the fermentation step, step (ii), to maintain the yeast concentration in the fermentation reaction; and (vi) recovery of the fermentation product.

Em concretizações de qualquer dos aspectos precedentes da in- venção, o hidrolisato de açúcar compreende pelo menos xilose ou glicose. Em outra concretização, o hidrolisato de açúcar compreende ambas xilose e glicose. O hidrolisato de açúcar pode ser obtido de um estoque de alimenta- ção lignocelulósico. Este pode envolver uma etapa de pré-tratamento do es- toque de alimentação lignocelulósico com ácido ou álcali.In embodiments of any of the preceding aspects of the invention, the sugar hydrolyzate comprises at least xylose or glucose. In another embodiment, the sugar hydrolyzate comprises both xylose and glucose. Sugar hydrolysate can be obtained from a lignocellulosic feedstock. This may involve a pre-treatment step of the lignocellulosic feeding with acid or alkali.

De acordo com outra concretização de qualquer aspecto da in- venção, o ácido e oxidante são introduzidos ao referido sistema de fermen- tação de modo a expor continuamente quaisquer contaminantes microbiais no referido sistema de fermentação em um ou mais estágios para o oxidante a um pH de menos do que 3,0.According to another embodiment of any aspect of the invention, the acid and oxidant are introduced to said fermentation system in order to continuously expose any microbial contaminants in said fermentation system at one or more stages for the oxidant at a pH. less than 3.0.

Sem estar limitado, o produto produzido pela fermentação pode ser ou etanol ou xilitol. Se etanol é o produto de fermentação, ele pode ser produzido por uma sp. Saccharomyces que converte glicose e xilose em e- tanol. Se xilitol é o produto de fermentação, ele pode ser produzido por uma sp. Candida que converte xilose em xilitol.Without limitation, the product produced by fermentation may be either ethanol or xylitol. If ethanol is the fermentation product, it can be produced by a sp. Saccharomyces that converts glucose and xylose to ethanol. If xylitol is the fermentation product, it can be produced by a sp. Candida that converts xylose to xylitol.

De acordo com concretizações de qualquer aspecto da invenção, na etapa de introdução, o dióxido de cloro está a uma concentração de entre cerca de 0,5 e cerca de 1500 ppm. Em um exemplo da invenção, o dióxido de cloro está a uma concentração de entre cerca de 100 e cerca de 500 ppm. Preferivelmente, contaminantes microbiais e levedura são expostos a dióxido de cloro a um pH de mais do que cerca de 1,0, mas menos do que 2,5. Em um exemplo da invenção, o ácido é adicionado antes ao dióxido de cloro.According to embodiments of any aspect of the invention, in the introduction step, chlorine dioxide is at a concentration of between about 0.5 and about 1500 ppm. In one example of the invention, chlorine dioxide is at a concentration of from about 100 to about 500 ppm. Preferably, microbial contaminants and yeast are exposed to chlorine dioxide at a pH of more than about 1.0, but less than 2.5. In one example of the invention, the acid is added rather than chlorine dioxide.

Quando reciclo de levedura é empregado de acordo com o se- gundo aspecto da invenção, a solução de açúcar clareada resultante da eta- pa de remoção de sólidos de fibra pode compreender açúcar selecionado a partir do grupo consistindo em glicose, xilose, galactose, manose, arabinose, fucose e fructose. Em concretizações adicionais deste aspecto da invenção, a etapa de fermentação pode ser conduzida em uma de uma série de reato- res de fermentação, e a pasta fluida de levedura tratada com dióxido de clo- ro é então reintroduzida de volta para o mesmo ou um reator de fermentação diferente na série. Preferivelmente, quando a pasta fluida de levedura é tra- tada com ácido e dióxido de cloro, a temperatura da pasta fluida de levedura é entre cerca de 4°C e cerca de 37°C.When yeast recycling is employed according to the second aspect of the invention, the whitened sugar solution resulting from the fiber solids removal step may comprise sugar selected from the group consisting of glucose, xylose, galactose, mannose. , arabinose, fucose and fructose. In further embodiments of this aspect of the invention, the fermentation step may be conducted in one of a series of fermentation reactors, and the chlorine dioxide-treated yeast slurry is then reintroduced back to it or a Different fermentation reactor in the series. Preferably, when the yeast slurry is treated with acid and chlorine dioxide, the temperature of the yeast slurry is between about 4 ° C and about 37 ° C.

A concentração de contaminantes microbiais na pasta fluida de levedura pode ser reduzida a pelo menos 100 vezes mais baixa do que da levedura. Em outra concretização, a concentração de contaminantes micro- biais na pasta fluida de levedura é reduzida para abaixo de cerca de 103 CFU/mL.The concentration of microbial contaminants in the yeast slurry may be reduced to at least 100 times lower than that of yeast. In another embodiment, the concentration of microbial contaminants in the yeast slurry is reduced to below about 103 CFU / mL.

Em ainda uma outra concretização, a concentração de células de levedura na pasta fluida de levedura é de cerca de 10 g/L a cerca de 300 g/L, ou de cerca de 20 g/L a cerca de 200 g/L (peso de célula seca).In yet another embodiment, the concentration of yeast cells in the yeast slurry is from about 10 g / l to about 300 g / l, or from about 20 g / l to about 200 g / l (weight dry cell).

A presente invenção supera dificuldades na técnica anterior em conjunto com a conversão eficiente de estoque de alimentação em etanol ou outros produtos de fermentação devido à presença de contaminantes micro- biais. Em particular, a invenção é baseada na descoberta que o efeito com- binado de um oxidante e baixo pH pode resultar em aperfeiçoamentos signi- ficantes na redução de contaminantes microbiais em sistemas de fermenta- ção. Vantajosamente, o processo da presente invenção não resulta em qualquer redução substancial na viabilidade ou capacidade fermentativa da levedura. Portanto, o rendimento do produto de fermentação desejado e a pureza do produto resultante da fermentação podem ser significantemente aperfeiçoados comparado a sistemas convencionais. Além disso, devido à eficiência aperfeiçoada em pH mais baixo, níveis mais baixos de um oxidan- te podem ser requeridos relativos a processos não operados em valores de pH abaixo de 3,0. Vantajosamente, isto pode reduzir a demanda química e, desse modo, o custo do processo.The present invention overcomes difficulties in the prior art in conjunction with the efficient conversion of feedstock into ethanol or other fermentation products due to the presence of microbial contaminants. In particular, the invention is based on the discovery that the combined effect of an oxidant and low pH may result in significant improvements in reducing microbial contaminants in fermentation systems. Advantageously, the process of the present invention does not result in any substantial reduction in yeast viability or fermentative capacity. Therefore, the yield of the desired fermentation product and the purity of the fermentation product can be significantly improved compared to conventional systems. In addition, due to improved efficiency at lower pH, lower levels of an oxidant may be required for non-operated processes at pH values below 3.0. Advantageously, this can reduce the chemical demand and thereby the cost of the process.

Breve Descrição dos DesenhosBrief Description of the Drawings

Estas e outras características da invenção tornar-se-ão mais apa- rentes a partir da seguinte descrição em que referência é feita aos desenhos em anexo, em que:These and other features of the invention will become more apparent from the following description in which reference is made to the accompanying drawings, in which:

FIGURA 1 mostra um diagrama de fluxo de processo ilustrando reciclo de levedura durante fermentação com adição de ácido seguido por dióxido de cloro a uma pasta fluida de levedura (também referida aqui como "creme de levedura") obtida após separação da levedura a partir do fermentador de acordo com uma concretização da invenção.FIGURE 1 shows a process flow diagram illustrating yeast recycling during acid addition fermentation followed by chlorine dioxide to a yeast slurry (also referred to herein as "yeast cream") obtained after separating yeast from the fermenter according to one embodiment of the invention.

FIGURA 2 é um gráfico de barras mostrando contagens bacteriais (CFU/mL) de um creme de levedura contaminado após tratamento com uma dose de massa de 0, 200 e 500 ppm de dióxido de cloro ou em pH 5 (barras cheias), ou precedido por titulação com ácido sulfúrico para pH 2 (barras abertas). FIGURA 3 é um gráfico de barras mostrando contagens bacteriais (CFU/mL) de um creme de levedura contaminado após tratamento com nenhum ácido ou dióxido de cloro (controle), titulação a pH 2 com ácido mineral com ne- nhum tratamento de dióxido de cloro (controle de pH) e titulação a pH 2, se- guido por tratamento com uma dose de massa de 50, 100, 150 e 200 ppm de dióxido de cloro.FIGURE 2 is a bar graph showing bacterial counts (CFU / mL) of a contaminated yeast cream after treatment with a mass dose of 0, 200 and 500 ppm chlorine dioxide or at pH 5 (full bars), or preceded by by titration with sulfuric acid to pH 2 (open bars). FIGURE 3 is a bar graph showing bacterial counts (CFU / mL) of a contaminated yeast cream after treatment with no chlorine acid or dioxide (control), titration to pH 2 with mineral acid with no chlorine dioxide treatment. (pH control) and titration to pH 2, followed by treatment with a mass dose of 50, 100, 150 and 200 ppm chlorine dioxide.

FIGURA 4 é um gráfico de barras mostrando contagens de célula de Ievedu- ra (CFU/mL) de um creme de levedura contaminado após tratamento com 0, 200 e 500 ppm de dióxido de cloro ou em pH 5 (barras cheias), ou precedido por titulação com ácido sulfúrico a pH 2 (barras abertas). FIGURA 5 é um gráfico de barras mostrando rendimentos de fermentação a etanol de glicose e xilose e taxas de entrada de xilose. A fermentação de hidrolisato lignocelulósico foi realizada com creme de levedura contaminado após tratamento com 0, 200 e 500 ppm de dióxido de cloro precedido por titulação com ácido sulfúrico a ρH 2. FIGURA 6 é um gráfico de barras mostrando contagens bacteriais (CFU/mL) de um creme de levedura obtido de uma fermentação industrial antes e após titulação com ácido a um pH de 2,0 e antes e após tratamento combinado de dióxido de cloro e ácido para alcançar um pH de 2,0. Barras cheias e barras abertas indicam contagens bacteriais antes de tratamento e após tratamen- to, respectivamente.FIGURE 4 is a bar graph showing yeast cell counts (CFU / mL) of a contaminated yeast cream after treatment with 0, 200 and 500 ppm chlorine dioxide or at pH 5 (full bars), or preceded by by titration with sulfuric acid to pH 2 (open bars). FIGURE 5 is a bar graph showing ethanol fermentation yields of glucose and xylose and xylose entry rates. Fermentation of lignocellulosic hydrolyzate was performed with contaminated yeast cream after treatment with 0, 200 and 500 ppm chlorine dioxide preceded by titration with ρH 2 sulfuric acid. FIGURE 6 is a bar graph showing bacterial counts (CFU / mL) of a yeast cream obtained from an industrial fermentation before and after acid titration at a pH of 2,0 and before and after combined treatment of chlorine dioxide and acid to reach a pH of 2,0. Full bars and open bars indicate bacterial counts before treatment and after treatment, respectively.

Descrição DetalhadaDetailed Description

A presente invenção se refere a um método para a produção de um produto de fermentação de um estoque de alimentação lignocelulósico.The present invention relates to a method for producing a fermentation product from a lignocellulosic feedstock.

A seguinte descrição é de uma concretização por meio de exem- plo somente e sem limitação á combinação de características necessárias para efetuar a invenção em efeito.The following description is of one embodiment by way of example only and without limitation to the combination of features necessary to effect the invention in effect.

O hidrolisato de açúcar para o processo pode ser derivado de açúcar e grupos de amido incluindo, mas não limitado a, trigo, milho, beter- rabas de açúcar e cana-de-açúcar. Métodos para produção de hidrolisato de açúcares contendo açúcar fermentável de tais estoques de alimentação são bem-conhecidos.The sugar hydrolyzate for the process may be derived from sugar and starch groups including, but not limited to, wheat, corn, sugar beets and sugarcane. Methods for producing fermentable sugar containing sugars hydrolyzate from such feed stocks are well known.

O estoque de alimentação para o processo da presente invenção pode também ser um material lignocelulósico, que inclui qualquer tipo de biomassa de planta tais como, mas não limitado a, biomassa de planta não- lenhosa, grupos cultivados tais como, mas não limitado a, gramas, por e- xemplo, mas não limitadas a, gramas C4, tais como "switch grass", grama de corda, grama de centeio, "miscanthus", grama de junco, ou uma combinação das mesmas, resíduos de processamento de açúcar, por exemplo, mas não limitado a, bagaço, tal como bagaço de cana-de-açúcar, polpa de beterraba, ou uma combinação dos mesmos, resíduos agrícolas, por exemplo, mas não limitado a, forragem de feijão-soja, forragem de milho, palha de arroz, cas- cas de arroz, palha de cevada, palha de cana-de-açúcar, espigas de milho, palha de trigo, palha de canola, palha de aveia, cascas de aveia, fibra de milho, ou uma combinação dos mesmos, biomassa de floresta, por exemplo, mas não limitados a, fibra de polpa de madeira reciclada, serragem, madeira dura, por exemplo, madeira de álamo tremedor, ou uma combinação dos mesmos. Além disso, o estoque de alimentação lignocelulósico pode com- preender material de despejo celulósico ou materiais de despejo de floresta tais como, mas não limitados a, papel de impressão para jornal, papelão e similares. O estoque de alimentação lignocelulósico pode compreender uma espécie de fibra ou, alternativamente, o estoque de alimentação lignoceluló- sico pode compreender uma mistura de fibras que se originam de estoques de alimentação lignocelulósicos diferentes.The feedstock for the process of the present invention may also be a lignocellulosic material, which includes any type of plant biomass such as, but not limited to, non-woody plant biomass, cultivated groups such as, but not limited to, grams, for example, but not limited to C4 grams, such as switch grass, rope grass, rye grass, miscanthus, reed grass, or a combination thereof, sugar processing wastes, for example, but not limited to, bagasse, such as sugarcane bagasse, beet pulp, or a combination thereof, agricultural waste, for example, but not limited to, soybean fodder, maize fodder , rice straw, rice husks, barley straw, sugar cane straw, corncobs, wheat straw, canola straw, oat straw, oat husks, corn fiber, or a combination forest biomass, for example, but not limited to, fiber recycled wood pulp, sawdust, hardwood, for example, aspen wood, or a combination thereof. In addition, the lignocellulosic feedstock may comprise cellulosic dump material or forest dump materials such as, but not limited to, newsprint, cardboard and the like. The lignocellulosic feedstock may comprise one kind of fiber or, alternatively, the lignocellulosic feedstock may comprise a mixture of fibers originating from different lignocellulosic feedstock.

Os estoque de alimentação lignocelulósicos compreendem em uma celulose em uma quantidade maior do que cerca de 20%, mais preferi- velmente maior do que cerca de 30%, mais preferivelmente maior do que cerca de 40% (w/w). Por exemplo, o material lignocelulósico pode compre- ender de cerca de 20% a cerca de 50% (p/p) de celulose, ou qualquer quan- tidade entre esta. O estoque de alimentação lignocelulósico também com- preende lignina em uma quantidade maior do que cerca de 10%, mais tipi- camente em uma quantidade maior do que cerca de 15% (w/w). O estoque de alimentação lignocelulósico pode também compreender quantidades pe- quenas de sacarose, fructose e amido. Adicionalmente, o estoque de alimen- tação pode conter pectina.Lignocellulosic feed stocks comprise in a cellulose in an amount greater than about 20%, more preferably greater than about 30%, more preferably greater than about 40% (w / w). For example, the lignocellulosic material may comprise from about 20% to about 50% (w / w) of cellulose, or any amount in between. The lignocellulosic feedstock also comprises lignin in an amount greater than about 10%, more typically in an amount greater than about 15% (w / w). The lignocellulosic feedstock may also comprise small amounts of sucrose, fructose and starch. Additionally, the food supply may contain pectin.

A presente invenção pode ser praticada com um material de es- toque de alimentação lignocelulósico que tenha sido pré-tratado. Métodos de pré-tratamento são pretendidos para distribuir uma combinação suficiente de ação mecânica e química de modo a romper a estrutura de fibra e aumentar a área superficial de estoque de alimentação para torná-la accessível a en- zimas hidrolíticas tais como celulases. A ação mecânica tipicamente inclui o uso de pressão, moagem, trituração, agitação, rasgamento, compres- são/expansão e ação mecânica inclui o uso de calor (freqüentemente vapor), ácido ou álcali, e solventes.The present invention may be practiced with a pre-treated lignocellulosic feed material. Pretreatment methods are intended to deliver a sufficient combination of mechanical and chemical action to disrupt the fiber structure and increase the surface area of feedstock to make it accessible to hydrolytic enzymes such as cellulases. Mechanical action typically includes the use of pressure, grinding, grinding, stirring, tearing, compression / expansion, and mechanical action includes the use of heat (often steam), acid or alkali, and solvents.

O pré-tratamento é preferivelmente um tratamento químico en- volvendo a adição de ácido ou álcali. Isto inclui qualquer ácido ou álcali que é adequado para rompimento da estrutura de fibra do estoque de alimenta- ção lignocelulósico e aumentando a acessibilidade do estoque de alimenta- ção lignocelulósico a ser hidrolisado em uma subseqüente hidrólise enzimá- tica. Exemplos não-limitativos de ácido e álcali adequados para tal proposta incluem ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido clorídrico, ácido sulfuroso, ácido fosfórico, amônia, hidróxido de amônia, hidróxido de sódio, hidróxido de po- tássio, cal e hidróxido de magnésio.Pretreatment is preferably a chemical treatment involving the addition of acid or alkali. This includes any acid or alkali that is suitable for disrupting the fiber structure of the lignocellulosic feedstock and increasing the accessibility of the lignocellulosic feedstock to be hydrolyzed in subsequent enzymatic hydrolysis. Nonlimiting examples of acid and alkali suitable for such a proposal include sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, sulfurous acid, phosphoric acid, ammonia, ammonium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lime and magnesium hydroxide.

Pré-tratamento com ácido hidrolisa a hemicelulose, ou uma por- ção da mesma, que está presente no estoque de alimentação lignocelulósico para os açúcares monoméricos incluindo, mas não limitados a, xilose, arabi- nose, manose, e/ou galactose, e ácidos orgânicos, tais como ácido acético, ácido galacturônico e ácido glucorônico. Sacarose, fructose e amido podem também estarem presentes no hidrolisato de açúcar. Preferivelmente, o pré- tratamento com ácido é realizado de modo que hidrólise quase completa da hemicelulose e uma quantidade pequena de conversão de celulose a glicose ocorre. A celulose é hidrolisada à glicose em uma etapa subseqüente que usa enzimas celulase. Tipicamente um ácido diluto, a uma concentração de cerca de 0,02% (p/v) a cerca de 2% (p/v), ou qualquer quantidade entre esta, (medida como o peso por cento de ácido puro no peso total de estoque de alimentação seco mais solução aquosa) é usada para o pré-tratamento. Pre- ferivelmente, o pré-tratamento com ácido é efetuado a uma temperatura de cerca de 180°C a cerca de 250°C, ou qualquer temperatura entre estas, por um tempo de cerca de 60 segundos a cerca de 600 segundos, ou qualquer tempo entre estes, a um pH de cerca de 0,8 a cerca de 2.0, ou qualquer pH entre estes.Pretreatment with acid hydrolyzes hemicellulose, or a portion thereof, that is present in the lignocellulosic feedstock for monomeric sugars including, but not limited to, xylose, arabinose, mannose, and / or galactose, and Organic acids such as acetic acid, galacturonic acid and glucuronic acid. Sucrose, fructose and starch may also be present in sugar hydrolyzate. Preferably, the acid pretreatment is carried out so that almost complete hydrolysis of hemicellulose and a small amount of cellulose to glucose conversion occurs. Cellulose is hydrolyzed to glucose in a subsequent step using cellulase enzymes. Typically a dilute acid, at a concentration of about 0.02% (w / v) to about 2% (w / v), or any amount in between (measured as the weight percent pure acid in total weight dry stock plus aqueous solution) is used for pretreatment. Preferably, the acid pretreatment is carried out at a temperature of from about 180 ° C to about 250 ° C, or any temperature between them, for a time from about 60 seconds to about 600 seconds, or any other temperature. between them at a pH of about 0.8 to about 2.0, or any pH between them.

Um método de realizar pré-tratamento com ácido do estoque de alimentação é explosão por vapor, usando as condições de processo descri- tas na Patente U.S. No. 4.461.648 (que é incorporada aqui por referência). Outro método de pré-tratamento da pasta fluida de estoque de alimentação envolve pré-tratamento contínuo, significando que o estoque de alimentação lignocelulósico é bombeado através de um reator continuamente. Pré- tratamento com ácido contínuo é familiar àqueles técnicos no assunto, vide, por exemplo, Patente U.S. 5.536.325, WO 2006/128304 e Patente U.S. No. 4.237.226 (que são incorporadas aqui por referência). Outras técnicas que são conhecidas na técnica e que podem ser usadas conforme requerido, incluem, mas não são limitadas a, aquelas descritas na Patente U.S. No. 4.556.430 (Converse et al.; que é incorporada aqui por referência).One method of performing acid pretreatment of the feedstock is steam blast using the process conditions described in U.S. Patent No. 4,461,648 (which is incorporated herein by reference). Another method of pretreatment feedstock slurry involves continuous pretreatment, meaning that the lignocellulosic feedstock is pumped through a reactor continuously. Continuous acid pretreatment is familiar to those skilled in the art, see, for example, U.S. Patent 5,536,325, WO 2006/128304 and U.S. Patent No. 4,237,226 (which are incorporated herein by reference). Other techniques which are known in the art and which may be used as required include, but are not limited to, those described in U.S. Patent No. 4,556,430 (Converse et al; which is incorporated herein by reference).

Após pré-tratamento, o estoque de alimentação lignocelulósico pode ser separado para obter uma corrente de sólidos compreendendo o estoque de alimentação pré-tratado e uma corrente aquosa compreendendo componentes solúveis. Isto pode ser efetuado por lavagem do estoque de alimentação pré-tratado com uma solução aquosa para produzir a corrente de lavagem, e uma corrente de sólidos compreendendo o estoque de ali- mentação pré-tratado. Alternativamente, o estoque de alimentação pré- tratado é submetido a uma separação de sólidos-líquido, usando métodos conhecidos tais como centrifugação, microfiltração, filtração de estrutura e de placa, filtração de fluxo cruzado, filtração por pressão, filtração a vácuo, e similares. Quando um pré-tratamento acídico é empregado, a fase aquosa compreende açúcares produzidos pela hidrólise de hemicelulose, bem como o ácido adicionado durante o pré-tratamento e quaisquer ácidos orgânicos liberados durante o pré-tratamento. Esta corrente pode ser subseqüente- mente processada para remover o ácido mineral e ácido orgânico, e, em se- guida, opcionalmente alimentado de volta para a corrente de sólidos com- preendendo o estoque de alimentação pré-tratado. A corrente aquosa obtida a partir do estoque de alimentação pré-tratado ácido pode também ser sub- metida a fermentação para fermentar os açúcares. Por exemplo, xilose pre- sente nesta corrente pode ser fermentada em alcoóis, incluindo etanol e bu- tanol; ácidos de açúcar incluindo ácido xilônico e ácido arabônico; alcoóis de açúcar incluindo xilitol, arbitol, eritritol, galactitol e manitol; ácidos orgânicos incluindo ácido cítrico, ácido málico, ácido succinico, ácido pirúvico, ácido acético, ácido itacônico e ácido láctico; cetonas incluindo acetona; e aminoá- cidos, incluindo ácido glutâmico.After pretreatment, the lignocellulosic feedstock may be separated to obtain a solids stream comprising the pretreated feedstock and an aqueous stream comprising soluble components. This can be accomplished by washing the pretreated feedstock with an aqueous solution to produce the wash stream, and a solids stream comprising the pretreated feedstock. Alternatively, the pretreated feedstock is subjected to solid-liquid separation using known methods such as centrifugation, microfiltration, frame and plate filtration, cross flow filtration, pressure filtration, vacuum filtration, and the like. . When an acidic pretreatment is employed, the aqueous phase comprises sugars produced by hemicellulose hydrolysis, as well as the acid added during the pretreatment and any organic acids released during the pretreatment. This stream may subsequently be processed to remove mineral acid and organic acid, and then optionally fed back to the solids stream comprising the pretreated feed stock. The aqueous stream obtained from the acid pretreated feedstock may also undergo fermentation to ferment the sugars. For example, xylose present in this stream may be fermented to alcohols, including ethanol and butanol; sugar acids including xylonic acid and arabic acid; sugar alcohols including xylitol, arbitol, erythritol, galactitol and mannitol; organic acids including citric acid, malic acid, succinic acid, pyruvic acid, acetic acid, itaconic acid and lactic acid; ketones including acetone; and amino acids, including glutamic acid.

O estoque de alimentação lignocelulósico pré-tratado é tipica- mente fluidificado em uma solução aquosa tal como água de processo, água fresca, condensado de vapor ou correntes de reciclo de processo. A concen- tração de estoque de alimentação lignocelulósico pré-tratado na pasta fluida depende do tamanho de partícula, retenção de água, capacidade de bomba e outras propriedades do estoque de alimentação. Tipicamente, a concen- tração é entre cerca de 3% e 30% (p/p), ou qualquer quantidade entre estas de sólidos de fibra (também conhecidos como sólidos suspensos ou não- dissolvidos), ou entre cerca de 10% e cerca de 20% (p/p) de sólidos de fibra, ou qualquer quantidade entre estas. A concentração de sólidos de fibra pode ser mais alta se desidratação da pasta fluida de estoque de alimentação é efetuada antes do pré-tratamento, por exemplo, conforme colocado em PCT/CA2009/001191 (incorporado aqui por referência). A pasta fluida aquo- sa preferivelmente tem concentração de sólidos que a capacita a ser bom- beada. Conforme é bem-conhecido na técnica, a concentração de sólidos suspensos ou não-dissolvidos pode ser determinada por filtração de uma amostra da pasta fluida usando papel de filtro de microfibra de vidro, lava- gem da massa de filtro com água, e secagem da massa durante a noite a 105°C. É preferido que os sólidos de fibra compreendam pelo menos cerca de 20% a cerca de 70% de celulose em peso, ou qualquer peso por cento entre estes. Por exemplo, os sólidos de fibra podem compreender 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65% ou 70% em peso de celu- lose.Pretreated lignocellulosic feedstock is typically fluidized in an aqueous solution such as process water, fresh water, steam condensate or process recycle streams. The concentration of pretreated lignocellulosic feedstock in the slurry depends on particle size, water retention, pump capacity and other properties of the feedstock. Typically, the concentration is between about 3% and 30% (w / w), or any amount between fiber solids (also known as suspended or undissolved solids), or between about 10% and about 20% (w / w) fiber solids, or any amount in between. The concentration of fiber solids may be higher if dehydration of the feedstock slurry is effected prior to pretreatment, for example as set forth in PCT / CA2009 / 001191 (incorporated herein by reference). The aqueous slurry preferably has a solids concentration which enables it to be pumped. As is well known in the art, the concentration of suspended or undissolved solids may be determined by filtration of a sample of the slurry using microfiber glass filter paper, washing the filter mass with water, and drying the mass overnight at 105 ° C. It is preferred that fiber solids comprise at least about 20% to about 70% cellulose by weight, or any weight percent thereof. For example, fiber solids may comprise 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65% or 70% by weight of cellulose.

O pH do estoque de alimentação pré-tratado é tipicamente ajus- tado de modo que ele esteja dentro de uma faixa que é ótima para as enzi- mas celulase usadas. Geralmente, o pH do estoque de alimentação pré- tratado é ajustado para estar dentro de uma faixa de cerca de 3,0 a cerca de 7,0, ou qualquer pH entre estes. Por exemplo, o pH pode estar dentro de uma faixa de cerca de 4,0 a cerca de 6,0, ou qualquer pH entre estes, entre cerca de 4,5 e cerca de 5,5, ou qualquer pH entre estes, ou cerca de 3,0, 3,2, 3,4, 3,6, 3,8, 4,0, 4,2, 4,4, 4,6, 4,8, 5,0, 5,2, 5,4, 5,6, 5,8, 6,0, 6,2, 6,4, 6,6, 6,8, 7,0, ou qualquer pH entre estes.The pH of the pretreated feedstock is typically adjusted so that it is within a range that is optimal for the cellulase enzymes used. Generally, the pH of the pretreated feedstock is adjusted to be within a range of about 3.0 to about 7.0, or any pH in between. For example, the pH may be within a range of from about 4.0 to about 6.0, or any pH between them, between about 4.5 and about 5.5, or any pH between them, or about 3.0, 3.2, 3.4, 3.6, 3.8, 4.0, 4.2, 4.4, 4.6, 4.8, 5.0, 5.2, 5.4, 5.6, 5.8, 6.0, 6.2, 6.4, 6.6, 6.8, 7.0, or any pH in between.

A temperatura do estoque de alimentação pré-tratado é ajustada de modo que ela esteja dentro da faixa ótima para a atividade das enzimas celulase. Geralmente, uma temperatura de cerca de 45°C a cerca de 55°C, ou qualquer temperatura entre estas, é adequada para muitas enzimas celu- lase, por exemplo, uma temperatura de 45, 46, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55°C, ou qualquer temperatura entre estas.The temperature of the pretreated feedstock is adjusted so that it is within the optimal range for cellulase enzyme activity. Generally, a temperature of about 45 ° C to about 55 ° C, or any temperature in between, is suitable for many cellulase enzymes, for example a temperature of 45, 46, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55 ° C, or any temperature between them.

As enzimas celulase e a enzima β-glucosidase são adicionadas ao estoque de alimentação pré-tratado, antes, durante, ou após o ajuste da temperatura e do pH da pasta fluida aquosa após pré-tratamento. Preferi- velmente, as enzimas celulase e a enzima β-glucosidase são adicionadas ao estoque de alimentação lignocelulósico pré-tratado após o ajuste da tempe- ratura e do pH da pasta fluida.Cellulase enzymes and β-glucosidase enzyme are added to the pretreated feedstock before, during, or after adjusting the temperature and pH of the aqueous slurry after pretreatment. Preferably, the cellulase enzymes and the β-glucosidase enzyme are added to the pretreated lignocellulosic feedstock after adjusting the temperature and pH of the slurry.

Pelo termo "enzimas celulase" ou "cellulases," é significativo uma mistura de enzimas que hidrolisam celulose. A mistura pode incluir celobio- hidrolases (CBH), endoglucanases (EG) e β-glucosidase. Em um exemplo não-limitativo, uma mistura de celulase pode incluir enzimas de CBH, EG e β-glucosidase. A enzima de CBH principalmente hidrolisa cadeias de políme- ro de celulose de suas extremidades para liberar celobiose, e a enzima EG principalmente hidrolisa polímero de celulose no meio da cadeia. Se o esto- que de alimentação pré-tratado compreende xilano, é especialmente vanta- joso se a hidrólise de enzima é também efetuada na presença de uma ou mais enzimas xilanase. Exemplos de enzimas xilanase que podem ser usa- das para esta proposta incluem xilanase 1, 2 (Xyn1 e Xyn2) e β-xilosidase, que estão tipicamente presentes em misturas de celulase.By the term "cellulase enzymes" or "cellulases," is meant a mixture of enzymes that hydrolyze cellulose. The mixture may include cellobiohydrolases (CBH), endoglucanases (EG) and β-glucosidase. In a non-limiting example, a cellulase mixture may include CBH, EG and β-glucosidase enzymes. The CBH enzyme mainly hydrolyzes cellulose polymer chains from their ends to release cellobiose, and the EG enzyme mainly hydrolyzes cellulose polymer in the middle of the chain. If the pretreated feedstock comprises xylan, it is especially advantageous if enzyme hydrolysis is also performed in the presence of one or more xylanase enzymes. Examples of xylanase enzymes that may be used for this purpose include xylanase 1, 2 (Xyn1 and Xyn2) and β-xylosidase, which are typically present in cellulase mixtures.

A conversão de celobiose em glicose é efetuada pela enzima β- glucosidase. Pelo termo "β-glucosidase", é significativo qualquer enzima que hidrolisa o dímero de glicose, celobiose, em glicose. A atividade da enzima β-glucosidase é definida por sua atividade pela Enzyme Commission como EC 3.2.1.21.The conversion of cellobiose to glucose is effected by the enzyme β-glucosidase. By the term "β-glucosidase" is meant any enzyme that hydrolyzes the glucose dimer, cellobiose, into glucose. The activity of the enzyme β-glucosidase is defined by its activity by the Enzyme Commission as EC 3.2.1.21.

O processo da presente invenção pode ser efetuado com qual- quer tipo de enzimas celulase adequadas para hidrólise a glicose, indiferente de sua fonte. Exemplos não-limitativos de celulases que podem ser usadas na prática da invenção incluem aquelas obtidas de fungos do gênero Asper- gillus, Humicola, Chrysosporium, Myceliopthora, Penicillium, Neurospora e Trichoderma, e de bactérias do gênero Bacillus e Thermobifida.The process of the present invention may be carried out with any type of cellulase enzymes suitable for glucose hydrolysis, regardless of their source. Non-limiting examples of cellulases that may be used in the practice of the invention include those obtained from fungi of the genus Aspergillus, Humicola, Chrysosporium, Myceliopthora, Penicillium, Neurospora and Trichoderma, and bacteria of the genus Bacillus and Thermobifida.

A dosagem da enzima celulase é escolhida para converter a celu- lose do estoque de alimentação pré-tratado em glicose. Por exemplo, uma dosagem de celulase apropriada pode ser cerca de 0,1 a cerca de 40,0 Uni- dades de Filtro de Papel (FPU ou IU) por grama de celulose, ou qualquer quantidade entre estas, por exemplo, 0,1, 0,5, 1,0, 2,0, 4,0, 6,0, 8,0, 10,0, 12,0, 14,0, 16,0, 18,0, 20,0, 22,0, 24,0, 26,0, 28,0, 30,0, 32,0, 34,0, 36,0, 38,0, 40,0 FPU (ou IU) por grama de celulose, ou qualquer quantidade entre estas.The cellulase enzyme dosage is chosen to convert the cellulose from the pretreated feedstock into glucose. For example, an appropriate cellulase dosage may be from about 0.1 to about 40.0 Paper Filter Units (FPU or IU) per gram of cellulose, or any amount in between, for example 0.1. 0.5, 1.0, 2.0, 4.0, 6.0, 8.0, 10.0, 12.0, 14.0, 16.0, 18.0, 20.0, 22 , 0, 24.0, 26.0, 28.0, 30.0, 32.0, 34.0, 36.0, 38.0, 40.0 FPU (or UI) per gram of cellulose, or any amount between these.

A hidrólise enzimática com enzimas celulase produz uma solução compreendendo glicose, celulose não-convertida, e lignina. Outros compo- nentes que podem estar presentes na pasta fluida de hidrolisato incluem xi- lose, arabinose, manose e galactose, ácido acético, ácido glucurônico, e áci- do galacturônico, bem como sílica, sais insolúveis e outros compostos.Enzymatic hydrolysis with cellulase enzymes yields a solution comprising glucose, unconverted cellulose, and lignin. Other components that may be present in the hydrolyzate slurry include xylose, arabinose, mannose and galactose, acetic acid, glucuronic acid, and galacturonic acid, as well as silica, insoluble salts and other compounds.

Embora a produção de um hidrolisato de açúcar por pré- tratamento, seguido por hidrólise de celulose do estoque de alimentação pré- tratado com enzimas celulase seja descrita, deve ser compreendido que a corrente de açúcar aquosa pode ocorrer de um tratamento com ácido ou ál- cali para efetuar uma hidrólise completa da hemicelulose e componentes de celulose do estoque de alimentação a seus respectivos constituintes mono- méricos. A hidrólise pode ser efetuada em dois estágios (vide Patente U.S. No. 5.536.325, que é incorporada aqui por referência), ou pode ser realizada em um estágio simples.Although the production of a sugar hydrolyzate by pretreatment followed by cellulose hydrolysis from the cellulase enzyme pretreated feedstock is described, it should be understood that the aqueous sugar stream may occur from an acid or alkaline treatment. cali to perform a complete hydrolysis of hemicellulose and cellulose components from the feedstock to their respective monomer constituents. Hydrolysis may be performed in two stages (see U.S. Patent No. 5,536,325, which is incorporated herein by reference), or may be performed in a single stage.

De acordo com a invenção, um hidrolisato de açúcar é fermenta- do por uma ou mais do que uma levedura para produzir um caldo de fermen- tação compreendendo o produto de fermentação. O hidrolisato de açúcar pode ocorrer de vários estágios no processamento do estoque de alimenta- ção. Conforme descrito anteriormente, um hidrolisato de hemicelulose sepa- rado de uma corrente de sólidos compreendendo o estoque de alimentação pré-tratado pode ser enviado para fermentação. Este hidrolisato de açúcar tipicamente compreenderá xilose, glicose, arabinose, manose e galactose. Após separação do hidrosilato de hemicelulose a partir dos sólidos, a celulo- se no estoque de alimentação pré-tratado pode ser submetida a hidrólise enzimática para produzir glicose e a corrente de glicose resultante pode, em seguida, ser enviada para fermentação. Alternativamente, uma corrente de estoque de alimentação pré-tratado compreendendo celulose, bem como açúcares monoméricos resultantes de hidrólise de hemicelulose é submetido à hidrólise enzimática com enzimas celulase. Isto produz um hidrolisato de açúcar compreendendo açúcares liberados de hemicelulose durante pré- tratamento, bem como glicose resultante da hidrólise enzimática de celulose. Em uma concretização adicional, um hidrolisato de hemicelulose é separado do estoque de alimentação pré-tratado e, em seguida, é adicionado à corren- te compreendendo glicose obtida a partir da hidrólise enzimática de celulose, produzindo, desse modo, uma corrente compreendendo ambos glicose e açúcares monoméricos derivados de hemicelulose, que, por sua vez, é envi- ado para fermentação. Em ainda uma outra concretização da invenção, o hidrolisato de açúcar enviado para fermentação é obtido por uma hidrólise completa de ácido ou álcali em que ambos a celulose e componentes de hemicelulose do estoque de alimentação são hidrolisados a seus constituin- tes monoméricos.According to the invention, a sugar hydrolyzate is fermented by one or more yeast to produce a fermentation broth comprising the fermentation product. Sugar hydrolysate may occur at various stages in the processing of feedstock. As described above, a separated hemicellulose hydrolyzate from a solid stream comprising the pretreated feedstock may be sent for fermentation. Such sugar hydrolyzate will typically comprise xylose, glucose, arabinose, mannose and galactose. After separation of hemicellulose hydrosylate from solids, cellulose in the pretreated feedstock may be subjected to enzymatic hydrolysis to produce glucose and the resulting glucose stream may then be sent for fermentation. Alternatively, a pretreated feedstock stream comprising cellulose as well as monomeric sugars resulting from hemicellulose hydrolysis is subjected to enzymatic hydrolysis with cellulase enzymes. This produces a sugar hydrolyzate comprising sugars released from hemicellulose during pretreatment, as well as glucose resulting from enzymatic hydrolysis of cellulose. In a further embodiment, a hemicellulose hydrolyzate is separated from the pretreated feedstock and then added to the glucose comprising stream obtained from enzymatic cellulose hydrolysis, thereby producing a stream comprising both glucose. and monomeric sugars derived from hemicellulose, which, in turn, is sent for fermentation. In yet another embodiment of the invention, the sugar hydrolyzate sent for fermentation is obtained by complete acid or alkali hydrolysis wherein both the cellulose and hemicellulose components of the feedstock are hydrolyzed to their monomeric constituents.

Em uma concretização preferida, o hidrolisato de açúcar enviado para fermentação é substancialmente livre de sólidos não-dissolvidos, tais como Iignina e outros componentes não-hidrolisados. Isto é particularmente vantajoso em concretizações da invenção empregando uma etapa subse- qüente de separação e reciclando a levedura do caldo de fermentação, visto que é desejável evitar qualquer reciclo significante de sólidos não- dissolvidos junto com a levedura. A separação pode ser efetuada por técni- cas conhecidas, incluindo centrifugação, microfiltração, filtração de placa de estrutura, filtração de fluxo cruzado, filtração por pressão, filtração a vácuo, e similares.In a preferred embodiment, the sugar hydrolyzate sent for fermentation is substantially free of undissolved solids such as lignin and other non-hydrolysed components. This is particularly advantageous in embodiments of the invention by employing a subsequent separation step and recycling yeast from the fermentation broth, as it is desirable to avoid any significant recycling of undissolved solids together with the yeast. Separation can be effected by known techniques including centrifugation, microfiltration, frame plate filtration, cross flow filtration, pressure filtration, vacuum filtration, and the like.

Qualquer um de um número de leveduras conhecidas pode ser usado para converter açúcar no hidrolisato de açúcar em etanol ou outros produtos de fermentação. Isto inclui, mas não é limitado a, levedura do gêne- ro Saccharomyces, Hansenula, Pichia, Kluyveromyces e Candida. Adicio- nalmente, leveduras comercialmente disponíveis pode ser usada, incluindo, mas não limitado a, Turbo levedura, Etanol Red® Safdistil®, Thermosac®, Fermiol®, Fermivin® ou Superstart®. A levedura pode ser geneticamente projetada para fermentar ambos açúcares de hexose e pentose em etanol. Alternativamente, a levedura pode ser uma cepa que tenha sido tornada ca- paz de fermentar xilose por um ou mais métodos não-recombinantes, tais como evolução adaptativa ou mutagênese aleatória e seleção.Any of a number of known yeasts may be used to convert sugar in sugar hydrolyzate to ethanol or other fermentation products. These include, but are not limited to, yeast of the genus Saccharomyces, Hansenula, Pichia, Kluyveromyces and Candida. In addition, commercially available yeast may be used, including, but not limited to, Turbo Yeast, Red® Safdistil® Ethanol, Thermosac®, Fermiol®, Fermivin® or Superstart®. Yeast can be genetically engineered to ferment both hexose and pentose sugars in ethanol. Alternatively, the yeast may be a strain that has been made capable of fermenting xylose by one or more non-recombinant methods, such as adaptive evolution or random mutagenesis and selection.

Por exemplo, a fermentação pode ser realizada com levedura Saccharomyces recombinante. A cepa de levedura recombinante pode ser uma cepa que tenha sido capaz de fermentar xilose por incorporação re- combinante de (a) genes que codificam xilose reductase (XR) e xilitol de- hidrogenase (XDH) (vide, por exemplo, Patente U.S. Nos. 5.789.210, 5.866.382, 6.582.944 e 7.527.927 e EP 450 530) e/ou (b) gene(s) que codifi- ca(m) uma ou mais xilose isomerase (XI) (vide, por exemplo, Patentes dos Estados Unidos Nos. 6.475.768 e 7.622.284). Em adição a cepa de levedura modificada pode também sobre expressar um gene endógeno ou heterólogo que codifica xiluloquinase.For example, fermentation may be performed with recombinant Saccharomyces yeast. The recombinant yeast strain may be a strain that has been capable of fermenting xylose by recombinantly incorporating (a) genes encoding xylose reductase (XR) and xylitol dehydrenase (XDH) (see, for example, US Patent Nos. 5,789,210, 5,866,382, 6,582,944 and 7,527,927 and EP 450 530) and / or (b) gene (s) encoding one or more xylose isomerase (XI) (see, for example). U.S. Patent Nos. 6,475,768 and 7,622,284). In addition the modified yeast strain may also over express an endogenous or heterologous gene encoding xylulokinase.

Outra levedura além de Saccharomyces eerevisiae pode fermen- tar açúcares de hexose e pentose em etanol. Isto inclui, mas não é limitado a, levedura do gênero Hansenula, Piehia, Kluyveromyces e Candida. WO 2008/130603 descreve cepas de Hansenula polymorpha com produção au- mentada de etanol de xilose. Além disso, mutantes de Piehia stipitis e Can- dida shehatae foram isolados pelo método descrito na Patente U.S. No. 5.126.266.Yeast other than Saccharomyces eerevisiae can ferment hexose and pentose sugars in ethanol. This includes, but is not limited to, yeast of the genus Hansenula, Piehia, Kluyveromyces and Candida. WO 2008/130603 describes strains of Hansenula polymorpha with increased xylose ethanol production. In addition, mutants of Piehia stipitis and Candida shehatae were isolated by the method described in U.S. Patent No. 5,126,266.

Em outro exemplo da invenção, a xilose é convertida em um ál- cool de açúcar. O álcool de açúcar pode ser selecionado de xilitol, arbitol, eritritol, manitol e galactitol. Preferivelmente, o álcool de açúcar é xilitol. Em uma concretização da invenção, a xilose é fermentada em xilitol por levedu- ra. Leveduras que são capazes de converter xilose em xilitol incluem cepas de Candida, Piehia, Paehysolen, Hansenula, Debaryomyees, Kluyveromy- ees, Saccharomyees eerevisiae e Schizosaceharomyees. DE acordo com uma concretização da invenção, a cepa de levedura é Candida, preferivel- mente C. tropiealis.In another example of the invention, xylose is converted to a sugar alcohol. Sugar alcohol may be selected from xylitol, arbitrol, erythritol, mannitol and galactitol. Preferably, the sugar alcohol is xylitol. In one embodiment of the invention, xylose is fermented in xylitol by yeast. Yeasts that are capable of converting xylose to xylitol include Candida, Piehia, Paehysolen, Hansenula, Debaryomyees, Kluyveromyees, Saccharomyees eerevisiae and Schizosaceharomyees strains. According to one embodiment of the invention, the yeast strain is Candida, preferably C. tropiealis.

A fermentação pode ser realizada em ou perto da temperatura e pH ótimos do micro-organismo de fermentação. A faixa de temperatura para a fermentação pode ser entre cerca de 10°C a cerca de 70°C, embora a tem- peratura possa ser mais alta se a levedura é naturalmente ou geneticamente modificada para ser termoestável. Por exemplo, a temperatura pode ser de cerca de 10°C a cerca de 55°C, ou qualquer temperatura entre estas, ou cerca de 15°C a cerca de 45°C, ou qualquer temperatura entre estas. O pH da fermentação pode ser entre cerca de 3 e cerca de 6, ou qualquer pH en- tre estes, por exemplo, um pH de 3,0, 3,5, 4,0, 4,5, 5,0, 5,5, 6,0, ou qualquer pH entre estes. A dose do micro-organismo de fermentação dependerá de outros fatores, tais como a atividade do micro-organismo de fermentação, o tempo de fermentação desejado, o volume do reator e outros parâmetros. Será apreciado que estes parâmetros podem ser ajustados conforme dese- jado por um técnico no assunto para alcançar condições ótimas de fermen- tação.Fermentation may be performed at or near the optimum temperature and pH of the fermentation microorganism. The temperature range for fermentation may be from about 10 ° C to about 70 ° C, although the temperature may be higher if the yeast is naturally or genetically modified to be thermostable. For example, the temperature may be from about 10 ° C to about 55 ° C, or any temperature in between, or about 15 ° C to about 45 ° C, or any temperature in between. The pH of the fermentation may be from about 3 to about 6, or any pH between these, for example a pH of 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5 , 5, 6.0, or any pH in between. The dose of the fermentation microorganism will depend on other factors, such as the activity of the fermentation microorganism, the desired fermentation time, the reactor volume and other parameters. It will be appreciated that these parameters may be adjusted as desired by one of ordinary skill in the art to achieve optimal fermentation conditions.

O hidrolisato de açúcar pode também ser suplementado com nu- trientes adicionais requeridos para crescimento e desempenho de fermenta- ção do micro-organismo de fermentação. Por exemplo, extrato de levedura, amino ácidos específicos, fosfato, fontes de nitrogênio, sais, elementos de traço e vitaminas podem ser adicionados ao hidrolisato de açúcar para su- portar crescimento e otimizar produtividade do micro-organismo. (Vide tam- bém Verduyn et al., 1992, Yeast 8(7):501-170, Jorgensen, 2009, Appl Bio- chem Biotechnol, 153:44-57 e Zhao et al., 2009, Journal of Biotechnology, 139:55-60, que são cada um incorporado aqui por referência). Tipicamente a fermentação é conduzida sob condições anaeróbicas, embora fermentações aeróbicas ou microaeróbicas estejam também incluídas dentro do escopo da invenção.Sugar hydrolyzate may also be supplemented with additional nutrients required for growth and fermentation performance of the fermentation microorganism. For example, yeast extract, specific amino acids, phosphate, nitrogen sources, salts, trace elements and vitamins can be added to sugar hydrolyzate to support growth and optimize microorganism productivity. (See also Verduyn et al., 1992, Yeast 8 (7): 501-170, Jorgensen, 2009, Appl Bio-chem Biotechnol, 153: 44-57 and Zhao et al., 2009, Journal of Biotechnology, 139 : 55-60, which are each incorporated herein by reference). Fermentation is typically conducted under anaerobic conditions, although aerobic or microaerobic fermentations are also included within the scope of the invention.

O termo "sistema de fermentação", inclui qualquer arranjo de um ou mais reatores de fermentação para fermentação de açúcares a um produ- to de fermentação por levedura. Nas concretizações da invenção, isto inclui sistemas que empregam reciclo de levedura. O sistema de fermentação po- de também compreender tanques para condicionamento de levedura. Em uma operação de escala comercial típica, a fermentação é conduzida em um sistema usando reatores múltiplos, tais como 2 a 6, ou qualquer número en- tre estes. Os reatores de fermentação podem ser dispostos em série ou pa- ralelo. A fermentação pode ser conduzida em modos de batelada, contínuo ou alimentado por batelada, com ou sem agitação. Em uma concretização da invenção, o(s) reator(es) de fermentação(ões) é(são) agitado(s) Ievemen- te com mistura.The term "fermentation system" includes any arrangement of one or more fermentation reactors for sugar fermentation to a yeast fermentation product. In embodiments of the invention, this includes systems employing yeast recycling. The fermentation system may also comprise yeast conditioning tanks. In a typical commercial scale operation, fermentation is conducted in a system using multiple reactors, such as 2 to 6, or any number between them. Fermentation reactors may be arranged in series or parallel. Fermentation may be conducted in batch, continuous or batch-fed modes, with or without agitation. In one embodiment of the invention, the fermentation reactor (s) are stirred with mixing.

Os contaminantes microbiais são expostos a oxidante a um pH que é menor do que 3,0 pela adição de ácido. O pH pode ser maior do que cerca de 1, porém menor do que 3,0. Isto inclui todos os subvalores entre estes, por exemplo, um pH de 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,5, 2,6, 2,7, 2,8 ou 2,9, ou qualquer pH entre estes, está incluído dentro do escopo da invenção. Exemplos de faixas de pH que podem ser empregadas incluem cerca de 1,0 a 3,0, 1,0 a 2,9, 1,0 a 2,8, 1,0 a 2,75, 1,0 a 2,5, 1,0 a 2,4, 1,0 a 2,3, 1,0 a 2,2, 1,0 a 2,1 ou 1,0 a 2,0,Microbial contaminants are exposed to oxidant at a pH that is less than 3.0 by the addition of acid. The pH may be greater than about 1 but less than 3.0. This includes all sub-values between these, for example a pH of 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8 or 2.9, or any pH between them, is included within the scope of the invention. Examples of pH ranges that may be employed include about 1.0 to 3.0, 1.0 to 2.9, 1.0 to 2.8, 1.0 to 2.75, 1.0 to 2, 5, 1.0 to 2.4, 1.0 to 2.3, 1.0 to 2.2, 1.0 to 2.1, or 1.0 to 2.0,

Em uma concretização da invenção, o ácido é um ácido mineral tais como ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido sulfuroso, ácido fosfórico, ou ácido nítrico.In one embodiment of the invention, the acid is a mineral acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, or nitric acid.

Qualquer corrente do sistema de fermentação contendo contami- nantes microbiais pode ser exposta ao oxidante a um pH de menos do que 3,0. Tipicamente cada corrente também compreenderá levedura, junto com os contaminantes microbiais, embora o oxidante e o ácido possam ser intro- duzidos em um hidrolisato de açúcar antes da adição de levedura.Any fermentation system stream containing microbial contaminants may be exposed to the oxidant at a pH of less than 3.0. Typically each stream will also comprise yeast, along with microbial contaminants, although the oxidant and acid may be introduced into a sugar hydrolyzate prior to the addition of yeast.

Quando dióxido de cloro é o oxidante, o ácido pode ser adiciona- do antes da adição de dióxido de cloro ou uma mistura de dióxido de cloro e ácido pode ser introduzida ao sistema de fermentação. Dióxido de cloro rea- ge rapidamente e, desse modo, é tipicamente não vantajoso para adicionar este oxidante antes da adição de ácido.When chlorine dioxide is the oxidant, the acid may be added prior to the addition of chlorine dioxide or a mixture of chlorine dioxide and acid may be introduced to the fermentation system. Chlorine dioxide reacts rapidly and thus is typically not advantageous for adding this oxidant prior to the addition of acid.

Nas concretizações da invenção empregando reciclo de levedura, o ácido pode ser adicionado primeiro à pasta fluida de levedura que é sepa- rada do caldo de fermentação, seguido por adição do oxidante. Alternativa- mente, uma mistura do ácido e oxidante é adicionada à pasta fluida de leve- dura antes do tratamento de oxidante.In embodiments of the invention employing yeast recycle, the acid may first be added to the yeast slurry that is separated from the fermentation broth, followed by the addition of the oxidant. Alternatively, a mixture of acid and oxidant is added to the lightweight slurry prior to oxidant treatment.

Um oxidante adequado para uso na invenção reduz contaminan- tes bacteriais a um nível pelo qual eles não reduzem a produtividade ou ren- dimento de produto da fermentação. O oxidante não deve ter qualquer efeito significante na viabilidade da levedura ou capacidade fermentativa. Além disso, o oxidante selecionado para uso na invenção possui eficiência máxi- ma na redução de contaminantes bacteriais a um pH de menos do que 3,0, ou menos do que 2,5. Um oxidante adequado pode ser selecionado por a- queles versados na técnica por experimentação de rotina. Sem estar limita- do, o oxidante pode ser dióxido de cloro ou ozônio.An oxidant suitable for use in the invention reduces bacterial contaminants to a level whereby they do not reduce the productivity or yield of the fermentation product. The oxidant should not have any significant effect on yeast viability or fermentative capacity. In addition, the oxidant selected for use in the invention has maximum efficiency in reducing bacterial contaminants to a pH of less than 3.0, or less than 2.5. A suitable oxidant may be selected by those skilled in the art by routine experimentation. Without being limited, the oxidant may be chlorine dioxide or ozone.

Preferivelmente, o tratamento de oxidante reduz a concentração de contaminantes microbiais (em unidades de formação de colônia por mL de cultura ou CFU/mL) a cerca de 100 vezes menor do que a concentração de levedura (em unidades de formação de colônia por mL de cultura ou CFU/mL). Mais preferivelmente, o tratamento de oxidante reduz a concen- tração de contaminantes microbiais a cerca de 103 CFU/mL ou menor. Por exemplo, o tratamento de oxidante pode reduzir a concentração de contami- nantes microbiais de cerca de 1010 a cerca de 103 CFU/mL. Colônias bacte- riais são enumeradas através métodos de contagem de placa padrão. Méto- dos são conhecidos para seletivamente colocar colônias bacteriais e inibir cres- cimento de levedura. Um exemplo de tal método envolve preparação de dilui- ções em série e colocação de placas agar contendo ciclo-hexamida, que mata seletivamente levedura, mas não bactéria (vide, por exemplo, Exemplo 1.1).Preferably, oxidant treatment reduces the concentration of microbial contaminants (in colony forming units per mL of culture or CFU / mL) to about 100 times less than the yeast concentration (in colony forming units per mL of culture). culture or CFU / mL). More preferably, oxidant treatment reduces the concentration of microbial contaminants to about 103 CFU / mL or less. For example, oxidant treatment may reduce the concentration of microbial contaminants from about 1010 to about 103 CFU / mL. Bacterial colonies are enumerated using standard plaque counting methods. Methods are known to selectively place bacterial colonies and inhibit yeast growth. An example of such a method involves preparing serial dilutions and placing cyclohexamide agar plates, which selectively kill yeast but not bacteria (see, for example, Example 1.1).

O oxidante pode ser introduzido ao sistema de fermentação com- preendendo levedura e contaminantes microbiais a uma concentração de cerca de 0,5 ppm e cerca de 1500 ppm, ou qualquer concentração entre es- tas. Em um sistema contínuo, o oxidante tipicamente seria adicionado a uma ou mais correntes contendo contaminantes microbiais. Em outra concretiza- ção da invenção, o oxidante, incluindo, mas não limitado a, dióxido de cloro pode ser adicionado a uma concentração entre cerca de 60 a cerca de 1000 ppm ou entre cerca de 75 a cerca de 1000 ppm, incluindo entre cerca de 75 ppm e cerca de 500 ppm, ou entre cerca de 80 a cerca de 1000 ppm ou en- tre cerca de 90 a cerca de 1000 ppm ou entre cerca de 100 a cerca de 500 ppm, ou qualquer concentração entre estas. Por exemplo, o oxidante, inclu- indo, mas não limitado a, dióxido de cloro, pode ser adicionado a uma con- centração de 0,5, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 55, 60, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400 ou 1500 ppm, ou qualquer concentração entre estas.The oxidant may be introduced into the fermentation system comprising yeast and microbial contaminants at a concentration of about 0.5 ppm and about 1500 ppm, or any concentration between them. In a continuous system, the oxidant would typically be added to one or more streams containing microbial contaminants. In another embodiment of the invention, the oxidant including but not limited to chlorine dioxide may be added at a concentration of from about 60 to about 1000 ppm or from about 75 to about 1000 ppm, including from about from 75 ppm to about 500 ppm, or from about 80 to about 1000 ppm, or from about 90 to about 1000 ppm, or from about 100 to about 500 ppm, or any concentration in between. For example, the oxidant, including but not limited to chlorine dioxide, may be added at a concentration of 0.5, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 55, 60, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400 or 1500 ppm, or any concentration between them.

O dióxido de cloro pode ser gerado usando-se métodos conheci- dos, por exemplo, por reação de gás cloro com água e, em seguida, adicio- nando-se clorito de sódio, ou por reação de hipoclorito de sódio com um áci- do e adicionando-se clorito de sódio. Em um exemplo da invenção, dióxido de cloro estabilizado (SCD) é acidificado e o dióxido de cloro então produzi- do pode ser introduzido à fermentação tal como à pasta fluida de levedura acidificada se reciclo de levedura é utilizado. Alternativamente, após adição de ácido, SCD pode ser adicionado diretamente à fermentação. Neste último exemplo, dióxido de cloro será gerado in situ. (Vide, por exemplo, Kim et al., 2008, Food Microbiology, 25:964-969 e WO 2007/149450).Chlorine dioxide can be generated using known methods, for example by reacting chlorine gas with water and then adding sodium chlorite, or by reacting sodium hypochlorite with an acid. and adding sodium chlorite. In one example of the invention, stabilized chlorine dioxide (SCD) is acidified and the chlorine dioxide then produced can be introduced into fermentation such as acidified yeast slurry if yeast recycle is used. Alternatively, upon acid addition, SCD may be added directly to the fermentation. In the latter example, chlorine dioxide will be generated in situ. (See, for example, Kim et al., 2008, Food Microbiology, 25: 964-969 and WO 2007/149450).

O tratamento de oxidante é preferivelmente conduzido a uma temperatura de entre cerca de 4°C e cerca de 40°C, ou qualquer temperatu- ra entre estas, por exemplo 4, 6, 8, 10, 12, 14,16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40°C, ou qualquer temperatura entre estas. A duração do tra- tamento pode ser de 5 segundos a cerca de 60 min, ou qualquer tempo en- tre estes, por exemplo, 5, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 ou 50 segundos, ou 10, 20, 30, 40, 50, 60 minutos ou qualquer tempo entre estes. Conforme seria apreciado por aqueles versados na técnica, reações envolvendo dióxido de cloro pode prócer rapidamente ou mesmo instantaneamente. Conseqüente- mente, quando este oxidante é utilizado, tempos de residência mais curtos podem ser utilizados ou o tempo de residência pode ser eliminado. Contudo, a prática desta invenção não é limitada por qualquer escolha particular de tempo de residência durante o tratamento de oxidante.The oxidant treatment is preferably conducted at a temperature of from about 4 ° C to about 40 ° C, or any temperature between them, for example 4, 6, 8, 10, 12, 14,16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40 ° C, or any temperature between them. The duration of treatment can be from 5 seconds to about 60 min, or any time between them, for example 5, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 or 50 seconds, or 10, 20, 30, 40, 50, 60 minutes or any time in between. As would be appreciated by those skilled in the art, reactions involving chlorine dioxide can be rapidly or even instantaneously. Consequently, when this oxidant is used, shorter residence times may be used or the residence time may be eliminated. However, the practice of this invention is not limited by any particular choice of residence time during oxidant treatment.

Naquelas concretizações empregando reciclo de levedura, a concentração de células na pasta fluida de levedura (também referida aqui como "creme de levedura") que é exposta ao oxidante e ácido é tipicamente de cerca de 50 g/L a cerca de 300 g/L (peso de célula seco). Por exemplo, a concentração de células na pasta fluida de levedura pode ser 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 180, 200, 220, 240, 260, 280 ou 300 g/L (peso de célula seco). Mais preferivelmente, a concentração de células na pasta fluida de levedura é de cerca de 50 g/L a cerca de 300 g/L, ou de cerca de 150 g/L a cerca de 250 g/L, ou de cerca de 175 g/L a cerca de 225 g/L (peso de célula seco).In those embodiments employing yeast recycling, the concentration of cells in the yeast slurry (also referred to herein as "yeast cream") that is exposed to the oxidant and acid is typically from about 50 g / l to about 300 g / l (dry cell weight). For example, the cell concentration in the yeast slurry may be 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 180, 200, 220, 240, 260, 280 or 300 g / l (dry cell weight). More preferably, the concentration of cells in the yeast slurry is from about 50 g / l to about 300 g / l, or from about 150 g / l to about 250 g / l, or about 175 g / L at about 225 g / l (dry cell weight).

A fermentação pode ser conduzida de modo que as leveduras se- jam separadas da fermentação e enviadas de volta para a reação de fermen- tação (também referida aqui como "reciclo de levedura"). Isto envolve retira- da de caldo de fermentação a partir do reator de fermentação e separação da levedura de sua solução por técnicas de separação conhecidas para pro- duzir uma pasta fluida de levedura. Exemplos de técnicas de separação a- dequadas incluem, mas não estão limitados a, centrifugação, microfiltração, filtração de placa e de estrutura, filtração de fluxo cruzado, filtração de pres- são, assentamento, filtração a vácuo, e similares. Em um exemplo da inven- ção, o reciclo é contínuo, significando que a levedura é continuamente reci- clada através do sistema de fermentação. Em uma concretização alternativa, o reciclo de levedura é operado em modo de batelada.Fermentation can be conducted so that the yeast is separated from the fermentation and sent back to the fermentation reaction (also referred to herein as "yeast recycling"). This involves removing fermentation broth from the fermentation reactor and separating the yeast from its solution by known separation techniques to produce a fluid yeast paste. Examples of suitable separation techniques include, but are not limited to, centrifugation, microfiltration, plate and frame filtration, cross flow filtration, pressure filtration, settling, vacuum filtration, and the like. In one example of the invention, the recycle is continuous, meaning that yeast is continuously recycled through the fermentation system. In an alternative embodiment, the yeast recycle is operated in batch mode.

Após tratamento da pasta fluida de levedura acidificada com o o- xidante, a pasta fluida de levedura tratada com oxidante é reintroduzida de volta para a reação de fermentação. Uma sangria de levedura pode ser em- pregada após separação da levedura a partir da fermentação e antes da ex- posição ao oxidante e baixo pH. Preferivelmente, entre cerca de 10% e cer- ca de 99%, ou qualquer quantidade entre estas, das células de levedura to- tais na pasta fluida de levedura são tratadas com o oxidante e ácido e então recicladas. Mais preferivelmente, entre 80% e 95% das células de levedura são tratadas e recicladas e, mais preferivelmente, pelo menos 90% das célu- las de levedura são tratadas e recicladas.After treatment of the acidified yeast slurry with the oxidant, the oxidant-treated yeast slurry is reintroduced back to the fermentation reaction. Yeast bleed may be used after yeast separation from fermentation and prior to exposure to oxidant and low pH. Preferably, from about 10% to about 99%, or any amount thereof, of the total yeast cells in the yeast slurry are treated with the oxidant and acid and then recycled. More preferably, between 80% and 95% of the yeast cells are treated and recycled, and more preferably at least 90% of the yeast cells are treated and recycled.

Deve ser compreendido que a prática da invenção não é limitada pelo número de ciclos de reciclo de célula de levedura. O reciclo de levedura pode ser repetido pelo menos uma vez, ou entre 5 e 70 vezes, ou ainda mais vezes do que isto. Sem pretender de qualquer maneira estar limitado, o reci- clo de levedura pode ser repetido 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65 ou 70 vezes. Deve também ser compreendido que o tratamento de oxidante não necessita ser realizado com todo reciclo. A freqüência de tra- tamento pode ser ajustada por um técnico no assunto conforme desejado para otimizar o desempenho e minimizar números bacteriais.It should be understood that the practice of the invention is not limited by the number of yeast cell recycle cycles. Yeast recycling can be repeated at least once, or between 5 and 70 times, or even more times than this. Without wishing to be limited in any way, the yeast container may be repeated 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65 or 70 times. It should also be understood that oxidant treatment need not be performed with every recycle. The treatment frequency can be adjusted by a person skilled in the art as desired to optimize performance and minimize bacterial numbers.

Uma fermentação pode empregar múltiplos reatores de fermen- tação. Em tais concretizações, levedura é retirada de um reator no sistema, tratada com o ácido e dióxido de cloro ou outro oxidante adequado e, em seguida, reintroduzido de volta para um ou mais dos reatores de fermenta- ção. A levedura tratada com oxidante acidificada pode ser alimentada de volta para o mesmo reator nas séries ou um reator diferente. Pela recircula- ção da levedura dessa maneira, sua concentração é mantida e condicionada em hidrolisato lignocelulósico que aumenta a taxa volumétrica da reação e também maximiza o rendimento para o produto desejado pela minimização do desvio de carbono e outros nutrientes em produção de célula de bactéria.A fermentation may employ multiple fermentation reactors. In such embodiments, yeast is removed from a reactor in the system, treated with chlorine acid and dioxide or another suitable oxidant and then reintroduced back to one or more of the fermentation reactors. The acidified oxidant treated yeast can be fed back to the same reactor in the series or a different reactor. By recirculating the yeast in this manner, its concentration is maintained and conditioned in lignocellulosic hydrolysate which increases the volumetric reaction rate and also maximizes the yield for the desired product by minimizing carbon drift and other nutrients in bacterial cell production.

Referindo-se agora à Figura 1 é representado um sistema de fermentação com reciclo de levedura. A Figura 1 é incluída como um exem- plo de como a presente invenção pode ser praticada e não é significativa para estar limitando em qualquer maneira. Isto é, a invenção pode ser prati- cada com ou sem reciclo de levedura.Referring now to Figure 1, a yeast recycle fermentation system is shown. Figure 1 is included as an example of how the present invention may be practiced and is not significant to be limiting in any way. That is, the invention may be practiced with or without yeast recycling.

Um hidrolisato de açúcar aquoso 6 obtido de pré-tratamento do estoque de alimentação lignocelulósico é alimentado a um primeiro reator de fermentação 8. A corrente de açúcar é previamente tratada para remover lignina insolúvel e outros sólidos suspensos. A corrente de açúcar 6 é com- binada com levedura de um tanque de condicionamento 14 da linha 16 ou da linha 38 contendo levedura reciclada. O tanque de condicionamento 14, por sua vez, é alimentado com uma corrente contendo ar e uma porção de açú- car da corrente 6. Uma solução fermentada compreendendo etanol é retira- da do reator 8 através da linha 18 e alimentada para uma unidade de sepa- ração 22, tipicamente uma centrífuga, que separa a levedura a partir da so- lução fermentada. Cerveja separada, que contém etanol, é enviada para destilação para obter uma solução enriquecida em etanol. Uma porção da pasta fluida de levedura na linha 26 é sangrada e após sangria, o restante da levedura é acidificado em seguida lavado com uma solução aquosa de dióxido de cloro a um pH de menos do que 3 e subseqüentemente alimenta- do através da linha 26 para um tanque de retenção 30 onde eles são manti- dos sob condições apropriadas. A levedura tratada com dióxido de cloro aci- dificada é, em seguida, alimentada junto com a linha 34, que se ramifica na linha 38, que, por sua vez, introduz uma porção da levedura de volta para o fermentador 8 para converter xilose em etanol. O restante da levedura pode ser enviado através da linha 34 para o tanque de condicionamento 14 para crescimento de célula e subseqüente para este, a levedura é enviava para o segundo fermentador 42, e o ciclo é repetido uma vez novamente. Este ciclo pode, então, ser repetido com os três fermentadores 46.An aqueous sugar hydrolyzate 6 obtained from pretreatment of the lignocellulosic feedstock is fed to a first fermentation reactor 8. The sugar stream is previously treated to remove insoluble lignin and other suspended solids. Sugar stream 6 is combined with yeast from a conditioning tank 14 of line 16 or line 38 containing recycled yeast. The conditioning tank 14, in turn, is fed with an air-containing stream and a sugar portion of stream 6. A fermented solution comprising ethanol is withdrawn from reactor 8 through line 18 and fed to a unit of Separation 22, typically a centrifuge, which separates the yeast from the fermented solution. Separate ethanol-containing beer is sent for distillation to obtain an ethanol-enriched solution. A portion of the yeast slurry on line 26 is bled and after bleeding, the remainder of the yeast is acidified then washed with an aqueous chlorine dioxide solution at a pH of less than 3 and subsequently fed through line 26. to a holding tank 30 where they are kept under appropriate conditions. The acid chlorine dioxide-treated yeast is then fed along with line 34, which branches off at line 38, which in turn introduces a portion of the yeast back into fermentor 8 to convert xylose to ethanol. The remainder of the yeast can be sent through line 34 to the cell growth conditioning tank 14 and subsequent to this, the yeast is sent to the second fermenter 42, and the cycle is repeated once again. This cycle can then be repeated with the three fermenters 46.

Embora três fermentadores sejam representados na Figura 1, se- rá apreciado por aqueles versados na técnica que o número de fermentado- res pode ser variado conforme requerido. Além disso, embora os fermenta- dores sejam mostrados em paralelo, eles podem ao invés serem dispostos em série. Além disso, é contemplado que o tanque de retenção 30 possa ser excluído, em cujo caso a levedura é subseqüentemente mantida, por exem- plo, no fermentador 8. Em ainda uma outra variação, toda a levedura da li- nha 34 é enviada de volta para o fermentador 8 através da linha 38 sem uma porção sendo desviada para condicionamento. Alternativamente, toda a le- vedura na linha 34 é enviada para o tanque de condicionamento 14 e subse- qüentemente para o fermentador 2.Although three fermenters are depicted in Figure 1, it will be appreciated by those skilled in the art that the number of fermenters may be varied as required. In addition, although fermenters are shown in parallel, they can instead be arranged in series. Furthermore, it is contemplated that the holding tank 30 may be excluded, in which case the yeast is subsequently kept, for example, in the fermenter 8. In yet another variation, all yeast of line 34 is sent from returns to fermenter 8 through line 38 without a portion being diverted for conditioning. Alternatively, the whole lye in line 34 is sent to the conditioning tank 14 and subsequently to the fermenter 2.

Quando etanol é o produto da fermentação, ele é recuperado por destilação. O caldo de fermentação separado ou cerveja enviado para a des- tilação é uma solução de álcool diluta que é substancialmente livre de sóli- dos, incluindo celulose não-convertida, embora possa conter componentes adicionados durante a fermentação para suportar crescimento dos micro- organismos, bem como pequenas quantidades de levedura que podem per- manecer após separação 16. A cerveja é preferivelmente degaseificada para remover dióxido de carbono e, em seguida, bombeada através de uma ou mais colunas de destilação para separar o álcool dos outros componentes na cerveja. A(s) coluna(s) na unidade de destilação é (são) preferivelmente operada(s) em um modo contínuo, embora deva ser compreendido que pro- cessos de batelada são também envolvidos pela presente invenção. Além disso, a(s) coluna(s) pode(m) ser operada(s) a qualquer pressão e calor a- dequados para o processo de destilação ser adicionado em um ou mais pon- tos ou por injeção de corrente direta ou indiretamente através de trocadores de calor. A unidade de destilação pode conter uma ou mais cerveja separa- da e colunas de retificação, em cujo caso cerveja diluta é enviada para a coluna de cerveja onde é parcialmente concentrada. A partir de cada coluna de cerveja, o vapor vai para uma coluna de retificação para purificação adi- cional. Alternativamente, uma coluna de destilação é empregada que com- preende uma seção de enriquecimento integral ou de retificação. A água remanescente pode ser removida do vapor por uma resina de peneira mole- cular, por adsorção, ou outros métodos conhecidos àqueles técnicos no as- sunto. O vapor pode então ser condensado e desnaturado.When ethanol is the product of fermentation, it is recovered by distillation. Separate fermentation broth or beer sent for distillation is a dilute alcohol solution that is substantially solids-free, including unconverted cellulose, although it may contain components added during fermentation to support the growth of microorganisms, as well as small amounts of yeast that may remain after separation 16. The beer is preferably degassed to remove carbon dioxide and then pumped through one or more distillation columns to separate the alcohol from the other components in the beer. The column (s) in the distillation unit are preferably operated in a continuous mode, although it should be understood that batch processes are also involved by the present invention. In addition, the column (s) may be operated at any pressure and heat suitable for the distillation process to be added at one or more points or by direct or indirect current injection. through heat exchangers. The distillation unit may contain one or more separate beer and rectifying columns, in which case dilute beer is sent to the beer column where it is partially concentrated. From each beer column, steam goes to a rectifying column for further purification. Alternatively, a distillation column is employed which comprises an integral enrichment or rectifying section. Remaining water may be removed from the vapor by a molecular sieve resin, by adsorption, or other methods known to those skilled in the art. The steam may then be condensed and denatured.

A presente invenção será adicionalmente ilustrada nos seguintes exemplos. Contudo, é para ser compreendido que estes exemplos são para proposta ilustrativa somente, e não devem ser usados para limitar o escopo da presente invenção de qualquer maneira.The present invention will be further illustrated in the following examples. However, it is to be understood that these examples are for illustrative purposes only, and should not be used to limit the scope of the present invention in any way.

EXEMPLOSEXAMPLES

Exemplo 1: Tratamentos de dióxido de cloro de creme de levedura aci- dificado: eficiência antibacterial e requerimentos de dose Exemplo 1.1: Efeito sinergístico antibacterial de dióxido de cloro e pH.Example 1: Acidified yeast cream chlorine dioxide treatments: antibacterial efficiency and dose requirements Example 1.1: Antibacterial synergistic effect of chlorine dioxide and pH.

Palha de trigo pré-tratada de ácido diluto foi produzida em uma escala industrial conforme colocado na Patente U.S. No. 4.461.648 (incorpo- rada aqui por referência) e então hidrolisada com enzimas celulase e β- glucosidase para produzir um hidrolisato contendo açúcar derivado dos componentes de hemicelulose e celulose do estoque de alimentação. Este hidrolisato foi fermentado em uma fermentação industrial para produzir eta- nol com uma cepa de levedura de Saccharomyces cerevisiae colocada no N0 de Série dos Estados Unidos co-pendente e de propriedade da mesma requerente 61/291,011 (incorporado aqui por referência). O reciclo de leve- dura foi empregado durante a fermentação. Um creme de levedura (também referido aqui como uma "pasta fluida de levedura") separado do caldo de fermentação e contaminado com bactéria que prolifera na fermentação industrial foi tratado a 20°C com ácido sozinho, dióxido de cloro sozinho ou uma combinação dos dois. Na condição tratada com ácido, o pH foi abaixado de 5,0 a 2,0 com ácido sulfúrico. Na condição tratada com dióxido de cloro, um estoque concentrado de dióxido de cloro em água (10.000 ppm) foi preparado pela passagem de uma mistu- ra de cloro e gás nitrogênio através de colunas de clorito de sódio. O gás CIO2 resultante foi aspergido em 4 L de água fria deionizada até que a con- centração desejada foi alcançada. Esta solução de dióxido de cloro foi usada para tratar o creme de levedura.Pretreated dilute acid wheat straw was produced on an industrial scale as set forth in US Patent No. 4,461,648 (incorporated herein by reference) and then hydrolyzed with cellulase and β-glucosidase enzymes to produce a sugar-derived hydrolysate. of the hemicellulose and cellulose components of the feedstock. This hydrolyzate was fermented in an industrial fermentation to produce ethanol with a yeast strain of Saccharomyces cerevisiae placed in co-pending United States Serial No. 61 / 291,011 (incorporated herein by reference). Light recycling was employed during fermentation. A yeast cream (also referred to herein as a "yeast slurry") separated from the fermentation broth and contaminated with proliferating bacterial fermentation was treated at 20 ° C with acid alone, chlorine dioxide alone or a combination of both. . In the acid treated condition, the pH was lowered from 5.0 to 2.0 with sulfuric acid. Under the condition treated with chlorine dioxide, a concentrated stock of chlorine dioxide in water (10,000 ppm) was prepared by passing a mixture of chlorine and nitrogen gas through sodium chlorite columns. The resulting CIO2 gas was sprayed into 4 L of cold deionized water until the desired concentration was reached. This chlorine dioxide solution was used to treat yeast cream.

No tratamento de combinação, o creme de levedura foi primeiro abaixado para pH 2,0 com ácido sulfúrico por 5 minutos e subseqüentemen- te com a dose de massa indicada de dióxido de cloro por 5 minutos. Em ca- sos onde o pH foi abaixado, o creme de levedura foi titulado de volta para 5,0 com hidróxido de sódio após 10 minutos e antes da colocação para e- numeração bacterial. A duração de exposição a ácido foi limitada em 10 mi- nutos para equiparar a duração de exposição para os outros tratamentos.In the combination treatment, the yeast cream was first lowered to pH 2.0 with sulfuric acid for 5 minutes and subsequently at the indicated mass dose of chlorine dioxide for 5 minutes. In cases where the pH was lowered, the yeast cream was titrated back to 5.0 with sodium hydroxide after 10 minutes and prior to placement for bacterial numeration. The duration of acid exposure was limited to 10 minutes to match the exposure duration for the other treatments.

Colônias bacteriais foram enumeradas via métodos de contagem de placa padrão. De modo a colocar seletivamente colônias bacteriais e ini- bir crescimento de levedura, placas de ágar de soja típicas (15 g/L de diges- tão pancreática de caseína, 5 g/L de digestão enzimática de farinha de soja, 5 g/L de cloreto de sódio e 15 g/L de ágar) com 100 mg/L de ciclo-heximida foram usados. As mostras foram diluídas em série em salina estéril (0,9% de NaCI w/v) antes de colocação.Bacterial colonies were enumerated via standard plaque counting methods. In order to selectively place bacterial colonies and inhibit yeast growth, typical soy agar plates (15 g / l pancreatic casein digestion, 5 g / l enzymatic digestion of soy flour, 5 g / l sodium chloride and 15 g / l agar) with 100 mg / l cycloheximide were used. The samples were serially diluted in sterile saline (0.9% NaCl w / v) prior to placement.

A Figura 2 ilustra o efeito sinergístico de dióxido de cloro e baixo pH. As barras de erro representam o desvio padrão da média de experimen- tos duplicados, cada colocado em triplicata. Estes dados demonstram que o abaixamento do pH sozinho ou dióxido de cloro sozinho não são tão eficazes na redução de população bacterial comparada a quando o pH é abaixado primeiro e em seguida seguido com um tratamento de dióxido de cloro no baixo pH. O aumento da dose de dióxido de cloro tem um efeito desprezível nas populações bacteriais a pH 5,0 (comparar barras preenchidas a 0, 200 e 500 ppm de dióxido de cloro). Similarmente, o abaixamento do pH sem dió- xido de cloro não reduz significantemente a população bacterial (comparar barras fechadas e abertas a 0 ppm de dióxido de cloro). Quando combinado com pH abaixado, tratamentos de dióxido de cloro de 200 ppm e 500 ppm reduziu a população bacterial por 102 CFU/mL e 103 CFU/mL, respectiva- mente (vide barras abertas a 200 ppm e a 500 ppm). Exemplo 1.2: Efeito de dose de dióxido de cloro na contaminação bac- terial de uma cultura de fermentação de levedura.Figure 2 illustrates the synergistic effect of chlorine dioxide and low pH. Error bars represent the standard deviation of the mean of duplicate experiments, each placed in triplicate. These data demonstrate that lowering pH alone or chlorine dioxide alone is not as effective in reducing bacterial population compared to when lowering pH first and then followed by a low pH chlorine dioxide treatment. Increasing the chlorine dioxide dose has a negligible effect on bacterial populations at pH 5.0 (compare bars filled at 0, 200 and 500 ppm chlorine dioxide). Similarly, lowering chlorine dioxide-free pH does not significantly reduce the bacterial population (compare closed and open bars at 0 ppm chlorine dioxide). When combined with lowered pH, 200 ppm and 500 ppm chlorine dioxide treatments reduced the bacterial population by 102 CFU / mL and 103 CFU / mL, respectively (see bars open at 200 ppm and 500 ppm). Example 1.2: Chlorine dioxide dose effect on bacterial contamination of a yeast fermentation culture.

Creme de levedura contaminado obtido a partir da fermentação do Exemplo 1.1 foi titulado a pH 2,0 com ácido sulfúrico, tratado com várias con- centrações de dióxido de cloro (0, 50, 100, 150 e 200 ppm) e colocado para determinar a redução bacterial a pH 2,0 conforme esboçado acima, com a ex- ceção que a temperatura do tratamento foi 30°C preferivelmente do que 20°G. As populações bacteriais foram enumeradas conforme previamente descrito (Exemplo 1.1). As populações bacteriais foram também enumeradas em uma amostra de controle que não foi submetida a dióxido de cloro ou titulação de pH.Contaminated yeast cream obtained from the fermentation of Example 1.1 was titrated to pH 2.0 with sulfuric acid, treated with various chlorine dioxide concentrations (0, 50, 100, 150 and 200 ppm) and placed to determine the bacterial reduction to pH 2.0 as outlined above, with the exception that the treatment temperature was 30 ° C, preferably 20 ° C. Bacterial populations were enumerated as previously described (Example 1.1). Bacterial populations were also enumerated in a control sample that was not subjected to chlorine dioxide or pH titration.

A Figura 3 ilustra os resultados. As barras de erro representam o desvio padrão do meio de experimentos duplicatas, cada um colocado em triplicata. Conforme mostrado na figura, uma dose de dióxido de cloro de 100 ppm a pH 2 e 30°C reduziu contaminação em um creme de levedura por 100 vezes. O creme de levedura tratado com 200 ppm de dióxido de cloro a 30°C diminuiu as contagens bacteriais por uma grandeza de mais do que 105, que é uma redução maior do que 500 ppm de tratamento à temperatura ambien- te (redução de 100 vezes; vide Figura 2). Estes resultados demonstram que aumentando a temperatura do tratamento por 10°C aumenta adicionalmente a reatividade de CIO2, que permite eficiência aumentada em dosagem dimi- nuída. Notavelmente, a 200 ppm, as placas de diluição de 103 CFU/mL não tinham crescimento bacterial, indicando que a redução bacterial máxima foi maior do que 105 CFU/mL a 200 ppm. A adição de ácido sozinho (controle de pH) não reduziu a população bacterial.Figure 3 illustrates the results. Error bars represent the standard deviation of the medium of duplicate experiments, each placed in triplicate. As shown in the figure, a 100 ppm chlorine dioxide dose at pH 2 and 30 ° C reduced contamination in a yeast cream 100 times. Yeast cream treated with 200 ppm chlorine dioxide at 30 ° C decreased bacterial counts by more than 105, which is a reduction greater than 500 ppm treatment at room temperature (100 times reduction). see Figure 2). These results demonstrate that increasing the treatment temperature by 10 ° C further increases the reactivity of CIO 2, which allows for increased efficiency at decreased dosage. Notably, at 200 ppm, the 103 CFU / mL dilution plates had no bacterial growth, indicating that the maximum bacterial reduction was greater than 105 CFU / mL at 200 ppm. Addition of acid alone (pH control) did not reduce the bacterial population.

Exemplo 2: Baixo pH e tratamentos de dióxido de cloro antibacterial em viabilidade de cultura de levedura e desempenho de fermentação.Example 2: Low pH and antibacterial chlorine dioxide treatments on yeast culture viability and fermentation performance.

Uma amostra do creme de levedura do Exemplo 1.1 foi colocada para crescimento de levedura após os tratamentos esboçados no mesmo. Isto é, cremes de levedura contaminados foram tratados a 20°C com ácido sulfúrico sozinho a pH 2 ou em combinação com dióxido de cloro a 0, 200 e 500 ppm. Crescimento de levedura seletivo foi capacitado por diluição em série do creme em salina estéril (0,9% de NaCI p/v) e colocação em placas de YM (10 g/L de glicose, 5 g/L de peptona, 3 g/L de extrato de levedura, 3 g/L de extrato de malte, 20 g/L de ágar) contendo 34 mg/L de cloramfenicol para inibir crescimento bacterial.A sample of the yeast cream of Example 1.1 was placed for yeast growth after the treatments outlined therein. That is, contaminated yeast creams were treated at 20 ° C with sulfuric acid alone at pH 2 or in combination with chlorine dioxide at 0, 200 and 500 ppm. Selective yeast growth was enabled by serial dilution of the cream in sterile saline (0.9% NaCl w / v) and plating YM (10 g / L glucose, 5 g / L peptone, 3 g / L L yeast extract, 3 g / L malt extract, 20 g / L agar) containing 34 mg / L chloramphenicol to inhibit bacterial growth.

Os resultados são mostrados na Figura 4. As barras de erro re- presentam o desvio padrão da média de experimentos duplicata, cada uma colocada em triplicata. A figura indica claramente que a viabilidade da cultura de levedura de fermentação é não-afetada por nem tratamento de ácido nem a combinação de ácido e dióxido de cloro. Conforme pode ser visto, o au- mento da dose de dióxido de cloro tem um efeito desprezível nas popula- ções de levedura de fermentação indiferente do pH do tratamento.The results are shown in Figure 4. Error bars represent the standard deviation of the mean of duplicate experiments, each placed in triplicate. The figure clearly indicates that the viability of the fermentation yeast culture is unaffected by neither acid treatment nor the combination of acid and chlorine dioxide. As can be seen, increasing the chlorine dioxide dose has a negligible effect on fermentation yeast populations regardless of the treatment pH.

O desempenho de fermentação de levedura foi avaliado por ino- culação da levedura de controle contaminada, levedura tratada com ácido e combinação de cremes de levedura tratados com ácido-dióxido de cloro (tra- tado como colocado no Exemplo 1.1) em 400 mL de hidrolisato lignocelulósi- co. O hidrolisato lignocelulósico foi produzido conforme colocado no Exem- plo 1.1. Antes da inoculação, o meio foi aspergido com CO2 puro por dois minutos para assegurar anaerobicidade. As células foram permitidas fermen- tarem a 30°C, 150 rpm até exaustão de açúcar. A produção de CO2 foi moni- torada para o curso da fermentação e as amostras foram tomadas para peso de célula seco e análise de HPLC.Yeast fermentation performance was assessed by inoculating the contaminated control yeast, acid treated yeast and chlorine dioxide-treated yeast creams (treated as placed in Example 1.1) in 400 mL hydrolysate. lignocellulosic. Lignocellulosic hydrolyzate was produced as set forth in Example 1.1. Prior to inoculation, the medium was sprayed with pure CO2 for two minutes to ensure anaerobicity. Cells were allowed to simmer at 30 ° C, 150 rpm until sugar exhaustion. CO2 production was monitored for the course of fermentation and samples were taken for dry cell weight and HPLC analysis.

As amostras foram analisadas para massa de célula usando peso de célula seco (Rice etal. (1980) Am. Soe. Brew. Chem. J. 38:142-45, que é incorporado aqui por referência). Para a análise de fermentabilidade, as a- mostras foram tomadas a partir de biorreatores usando uma seringa de 10 mL. DE cada amostra, volumes de 2 mL foram centrifugados e o sobre- nadante decantado e filtrado através de um filtro de seringa de 0,2 μηι. Cada amostra de sobrenadante foi diluída com ácido sulfúrico a 5 mM. Todas as diluições foram analisadas para teor de glicose, xilose, xilitol, glicerol, e eta- nol no Agilent 1100 Series Refractive Index Detector HPLC1 enquanto ácido acético e láctico foram analisados concorrentemente usando um Agilent 1200 Series Variable Wavelength Detector HPLC. A coluna usada para se- paração foi a coluna Varian Metacarb 87H Organic Acid, mantida a 50°C com fase móvel de ácido sulfúrico a 5 mM a uma taxa de fluxo de 0,6 mL/min. A unidade foi equipada com o Auto-Amostrador 1100 Séries e Sistema de Bombeio e controlada com o software Chemstation.Samples were analyzed for cell mass using dry cell weight (Rice etal. (1980) Am. Soc. Brew. Chem. J. 38: 142-45, which is incorporated herein by reference). For fermentability analysis, samples were taken from bioreactors using a 10 mL syringe. From each sample, 2 mL volumes were centrifuged and the supernatant was decanted and filtered through a 0.2 μηι syringe filter. Each supernatant sample was diluted with 5 mM sulfuric acid. All dilutions were analyzed for glucose, xylose, xylitol, glycerol, and ethanol content in the Agilent 1100 Series Refractive Index Detector HPLC1 while acetic and lactic acid were analyzed concurrently using an Agilent 1200 Series Variable Wavelength Detector HPLC. The column used for separation was the Varian Metacarb 87H Organic Acid column, maintained at 50 ° C with 5 mM sulfuric acid mobile phase at a flow rate of 0.6 mL / min. The unit was equipped with the 1100 Series Autosampler and Pump System and controlled with Chemstation software.

Taxas de entrada de xilose e rendimentos em etanol de glicose e xilose para a fermentação de hidrolisatos lignocelulósicos são mostradas na Figura 5. Usando-se concentrações de célula equivalente, a taxa de consu- mo de xilose no hidrolisato lignocelulósico exibe uma diminuição relativa com ambos o tratamento de ácido e combinação de tratamento de ácido-dióxido de cloro. Segue que a taxa de consumo de xilose seria mais alta no controle não-tratado à medida que os micróbios de contaminação consomem xilose. Isto é adicionalmente suportado pela mudança observada em rendimento de etanol de xilose. As taxas diminuídas indicam que as bactérias não estão mais consumindo xilose e permitem que muito deste açúcar seja convertido em etanol pela fermentação da levedura, aumentando, desse modo, o ren- dimento. Pode também ser observado que a diminuição nas taxas, acoplada com o aumento nos rendimentos é maior com a combinação de tratamento de ácido-dióxido de cloro do que com tratamento de ácido sozinho.Xylose entry rates and glucose and xylose ethanol yields for the fermentation of lignocellulosic hydrolysates are shown in Figure 5. Using equivalent cell concentrations, the xylose consumption rate in lignocellulosic hydrolysate exhibits a relative decrease with both. acid treatment and chlorine dioxide-acid treatment combination. It follows that the rate of xylose consumption would be higher in untreated control as contamination microbes consume xylose. This is further supported by the observed change in xylose ethanol yield. Decreased rates indicate that bacteria are no longer consuming xylose and allow much of this sugar to be converted to ethanol by yeast fermentation, thereby increasing yield. It may also be observed that the decrease in rates coupled with the increase in yields is greater with the combination of acid chlorine dioxide treatment than with acid treatment alone.

Exemplo 3: Efeito antibacterial de dióxido de cloro e pH em operações de escala industrial.Example 3: Antibacterial effect of chlorine dioxide and pH in industrial scale operations.

Hidrolisato de um estoque de alimentação lignocelulósico pré- tratado de ácido diluto foi produzido conforme colocado na Patente U.S. No. 4.461.648 (incorporada aqui por referência). O hidrolisato foi fermentado pa- ra produzir etanol com a cepa de levedura colocada no N° de Série dos Es- tados Unidos co-pendente de propriedade da mesma requerente 61/291.011 (incorporada aqui por referência). Um volume de 100.000 L de caldo de fermentação total foi sepa- rado em uma fração de cerveja e um creme de levedura após completação da fermentação. O creme de levedura foi concentrado para aproximadamen- te 170 g em peso de célula seco/L. Antes de reciclo na próxima batelada de fermentação, o creme de levedura contaminado com bactéria foi tratado a 20°C com ácido sozinho (batelada 1) ou tratado com ácido em combinação com dióxido de cloro (batelada 2). Durante tratamento com ácido para cada uma das duas bateladas, o pH do creme de levedura concentrado foi abai- xado para 2,0 usando adição em linha de 93% (p/v) de ácido sulfúrico. Dió- xido de cloro foi gerado na forma concentrada a uma concentração nominal de 2700 ppm usando um sistema comercialmente disponível de Pureline, Palatine, IL. No tratamento de combinação, a acidez do creme de levedura foi primeiro abaixada para pH 2,0 (como por Exemplo 1.1) e subseqüente- mente tratada a uma dose de massa de 200 ppm de dióxido de cloro com um tempo de residência de aproximadamente 45 segundos. Após tratamen- to, o creme de levedura foi realimentado na fermentação.Hydrolysate from a pretreated dilute acid lignocellulosic feedstock was produced as set forth in U.S. Patent No. 4,461,648 (incorporated herein by reference). The hydrolyzate was fermented to produce ethanol with the yeast strain placed in the co-pending United States Serial No. 61 / 291,011 (incorporated herein by reference). A volume of 100,000 L of total fermentation broth was separated into a beer fraction and a yeast cream upon completion of fermentation. The yeast cream was concentrated to approximately 170 g dry cell weight / L. Prior to recycling at the next batch of fermentation, the bacterially contaminated yeast cream was treated at 20 ° C with acid alone (batch 1) or treated with acid in combination with chlorine dioxide (batch 2). During acid treatment for each of the two batches, the pH of the concentrated yeast cream was lowered to 2.0 using inline addition of 93% (w / v) sulfuric acid. Chlorine dioxide was generated in concentrated form at a nominal concentration of 2700 ppm using a commercially available system from Pureline, Palatine, IL. In the combination treatment, the acidity of the yeast cream was first lowered to pH 2.0 (as per Example 1.1) and subsequently treated at a mass dose of 200 ppm chlorine dioxide with a residence time of approximately 45 ° C. seconds After treatment, the yeast cream was fed back into the fermentation.

As colônias bacteriais foram enumeradas através de métodos de contagem de placa padrão. De modo a colocar seletivamente colônias bacte- riais e inibir crescimento de levedura, placas Ágar de soja trípticas (15 g/L de digestão pancreática de caseína, 5 g/L de digestão enzimática de farinha de feijão-soja, 5 g/L de cloreto de sódio e 15 g/L de agar) com 100 mg/L de ci- clo-heximida foram usados. As amostras foram diluídas em série em salina estéril (NaCI p/va 0,9%) antes da colocação.Bacterial colonies were enumerated by standard plaque counting methods. In order to selectively place bacterial colonies and inhibit yeast growth, tryptic soy agar plates (15 g / l pancreatic casein digestion, 5 g / l enzymatic digestion of soybean flour, 5 g / l sodium chloride and 15 g / l agar) with 100 mg / l cycloheximide were used. Samples were serially diluted in sterile saline (NaCl w / v 0.9%) prior to placement.

A Figura 6 ilustra a eficiência de tratamento de ácido combinado e uso de dióxido de cloro de baixo pH. O abaixamento do pH através da adição de ácido sulfúrico reduziu contagens de contaminação bacterial por 100 vezes, enquanto tratamento de ácido em combinação com a adição de dióxido de clo- ro foi capaz de diminuir contagens de combinação bacterial por 104 CFU/mLFigure 6 illustrates the efficiency of combined acid treatment and use of low pH chlorine dioxide. Lowering pH by the addition of sulfuric acid reduced bacterial contamination counts 100-fold, while acid treatment in combination with chlorine dioxide addition was able to decrease bacterial combination counts by 104 CFU / mL.

A presente invenção foi descrita com relação a uma ou mais con- cretizações. Contudo, será aparente aos técnicos no assunto que um núme- ro de variações e modificações podem ser feitas sem fugir do escopo da in- venção conforme definido nas reivindicações.The present invention has been described with respect to one or more embodiments. However, it will be apparent to those skilled in the art that a number of variations and modifications may be made without departing from the scope of the invention as defined in the claims.

Claims (25)

1. Método para produção de um produto de fermentação de um hidrolisato de açúcar compreendendo: (i) fermentação do hidrolisato de açúcar em um sistema de fermen- tação com levedura para produzir um caldo de fermentação compreendendo um produto de fermentação; (ii) introdução de ácido e dióxido de cloro ao referido sistema de fermentação de modo a expor quaisquer contaminantes microbiais no referi- do sistema de fermentação em um ou mais estágios a dióxido de cloro a um pH de menor do que 3,0; e (iii) recuperação do produto de fermentação.A method for producing a sugar hydrolyzate fermentation product comprising: (i) fermenting the sugar hydrolyzate in a yeast fermentation system to produce a fermentation broth comprising a fermentation product; (ii) introducing chlorine acid and chlorine dioxide to said fermentation system to expose any microbial contaminants in said one or more stage fermentation system to chlorine dioxide at a pH of less than 3.0; and (iii) recovery of the fermentation product. 2. Método para obtenção de um produto de fermentação de um hidrolisato de açúcar compreendendo: (i) remoção de sólidos de fibra suspensos a partir do hidrolisato de açúcar para obter uma solução de açúcar clareada; (ii) fermentação de açúcar na solução de açúcar clareada em uma reação de fermentação usando levedura para produzir um caldo de fermen- tação compreendendo o produto de fermentação; (iii) separação da levedura do caldo de fermentação para produzir uma pasta fluida de levedura e um produto de fermentação; (iv) introdução de ácido e dióxido de cloro à pasta fluida de levedura de modo a expor quaisquer contaminantes microbiais e levedura na referida pasta fluida de levedura a dióxido de cloro a um pH de menos do que 3,0; (v) reintrodução de pelo menos uma porção da pasta fluida de Ieve- dura tratada com dióxido de cloro de volta para a etapa of fermentação para manter a concentração de levedura na reação de fermentação; e (vi) recuperação do produto de fermentação.A method for obtaining a sugar hydrolyzate fermentation product comprising: (i) removing suspended fiber solids from the sugar hydrolyzate to obtain a whitened sugar solution; (ii) sugar fermentation in the bleached sugar solution in a fermentation reaction using yeast to produce a fermentation broth comprising the fermentation product; (iii) separating the yeast from the fermentation broth to produce a yeast slurry and a fermentation product; (iv) introducing chlorine acid and chlorine dioxide to the yeast slurry to expose any microbial contaminants and yeast to said chlorine dioxide yeast slurry at a pH of less than 3.0; (v) reintroducing at least a portion of the chlorine dioxide-treated Yeast slurry back to the fermentation step to maintain the yeast concentration in the fermentation reaction; and (vi) recovery of the fermentation product. 3. Método, de acordo com a reivindicação 2, em que a etapa de fermentação (etapa ii) é conduzida em uma de uma série de reatores de fermentação e no qual na etapa de reintrodução (etapa v), a pasta fluida de levedura tratada com dióxido de cloro é reintroduzida de volta para o mesmo ou um reator de fermentação diferente nas séries.A method according to claim 2, wherein the fermentation step (step ii) is conducted in one of a series of fermentation reactors and in which in the reintroduction step (step v) the treated yeast slurry Chlorine dioxide is reintroduced back to the same or a different fermentation reactor in the series. 4. Método, de acordo com a reivindicação 2, em que na etapa de remoção (etapa i), a solução de açúcar clareada compreende um açúcar selecionado a partir do grupo consistindo em glicose, xilose galactose, ma- nose, arabinose, fucose e fructose.A method according to claim 2, wherein in the removal step (step i), the whitened sugar solution comprises a sugar selected from the group consisting of glucose, xylose galactose, mamose, arabinose, fucose and fructose. 5. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o hidro- lisato de açúcar compreende pelo menos xilose ou glicose.A method according to claim 1 or 2, wherein the sugar hydrolyzate comprises at least xylose or glucose. 6. Método, de acordo com a reivindicação 5, em que o hidrolisato de açúcar compreende xilose e glicose.The method according to claim 5, wherein the sugar hydrolyzate comprises xylose and glucose. 7. Método, de acordo com a reivindicação 6, em que na etapa de fermentação, o produto de fermentação é etanol e no qual a levedura é um sp. Saccharomyces que converte glicose e xilose em etanol.A method according to claim 6, wherein in the fermentation step the fermentation product is ethanol and in which the yeast is a sp. Saccharomyces that converts glucose and xylose to ethanol. 8. Método, de acordo com a reivindicação 5, em que o hidrolisato de açúcar compreende xilose.A method according to claim 5, wherein the sugar hydrolyzate comprises xylose. 9. Método, de acordo com a reivindicação 8, em que na etapa de fermentação, a levedura é uma sp. Candida que converte a xilose em xilitol.A method according to claim 8, wherein in the fermentation step the yeast is a sp. Candida that converts xylose to xylitol. 10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a -9, em que na etapa de introdução, o dióxido de cloro é adicionado a uma concentração de entre cerca de 0,5 e cerca de 1500 ppm.A method according to any one of claims 1 to 9 wherein in the introduction step the chlorine dioxide is added at a concentration of from about 0.5 to about 1500 ppm. 11. Método, de acordo com a reivindicação 10, em que na etapa de introdução, o dióxido de cloro é adicionado a uma concentração de entre cerca de 75 e cerca de 500 ppm.A method according to claim 10, wherein in the introduction step the chlorine dioxide is added at a concentration of between about 75 and about 500 ppm. 12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a -11, em que o hidrolisato de açúcar é derivado de um estoque de alimentação lignocelulósico.A method according to any one of claims 1 to 11, wherein the sugar hydrolyzate is derived from a lignocellulosic feedstock. 13. Método, de acordo com a reivindicação 2, em que na etapa de introdução, a concentração dos contaminantes microbiais na pasta fluida de levedura é reduzida para pelo menos 100 vezes mais baixa do que aque- la da levedura.The method according to claim 2, wherein in the introduction step, the concentration of microbial contaminants in the yeast slurry is reduced to at least 100 times lower than that of yeast. 14. Método, de acordo com a reivindicação 2, em que na etapa de introdução, a concentração de contaminantes microbiais na pasta fluida de levedura é reduzida abaixo de cerca de 103 CFU/mL.A method according to claim 2, wherein in the introduction step the concentration of microbial contaminants in the yeast slurry is reduced below about 103 CFU / mL. 15. Método, de acordo com a reivindicação 2, em que na etapa de introdução, a concentração de células de levedura na pasta fluida de le- vedura é de cerca de 10 g/L a cerca de 300 g/L em peso de célula seca.The method according to claim 2, wherein in the introduction step, the concentration of yeast cells in the yeast slurry is from about 10 g / l to about 300 g / l cell weight. dry. 16. Método, de acordo com a reivindicação 15, em que na etapa de introdução, a concentração de células de levedura na pasta fluida de Ie- vedura é de cerca de 20 g/L a cerca de 200 g/L em peso de célula seca.The method of claim 15, wherein at the introduction step, the concentration of yeast cells in the yeast slurry is from about 20 g / l to about 200 g / l cell weight. dry. 17. Método, de acordo com a reivindicação 2, em que na etapa de introdução, a temperatura da pasta fluida de levedura é entre cerca de 4°C e cerca de 37°C.A method according to claim 2, wherein in the introduction step the temperature of the yeast slurry is between about 4 ° C and about 37 ° C. 18. Método, de acordo com a reivindicação 12, em que o hidroli- sato de açúcar é obtido por pré-tratamento do estoque de alimentação Iigno- celulósico com ácido ou álcali para produzir um estoque de alimentação pré- tratado.A method according to claim 12, wherein the sugar hydrolyzate is obtained by pretreatment of the lignocellulosic feedstock with acid or alkali to produce a pretreated feedstock. 19. Método, de acordo com a reivindicação 18, em que o pré- tratamento é com um ácido mineral.The method of claim 18, wherein the pretreatment is with a mineral acid. 20. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1- -19, em que durante referida exposição, o pH é maior do que cerca de 1, po- rém menor do que 2,5.A method according to any one of claims 1- -19, wherein during said exposure, the pH is greater than about 1, but less than 2.5. 21. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1- -20, em que durante a referida exposição, o ácido é adicionado antes ao dió- xido de cloro.A method according to any one of claims 1-20, wherein during said exposure, the acid is added before to the chlorine dioxide. 22. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que na etapa de introdução, a levedura no referido sistema de fermentação é exposta a dióxido de cloro a um pH de menor do que 3,0.A method according to claim 1, wherein in the introduction step the yeast in said fermentation system is exposed to chlorine dioxide at a pH of less than 3.0. 23. Método para produção de um produto de fermentação de um hidrolisato de açúcar compreendendo: (i) fermentação do hidrolisato de açúcar em um sistema de fermen- tação com levedura para produzir um caldo de fermentação compreendendo um produto de fermentação; (ii) introdução de ácido e um oxidante ao referido sistema de fer- mentação de modo a expor quaisquer contaminantes microbiais no referido sistema de fermentação em um ou mais estágios ao oxidante a um pH me- nor do que 3,0; e (iii) recuperação do produto de fermentação.A method for producing a sugar hydrolyzate fermentation product comprising: (i) fermenting the sugar hydrolyzate in a yeast fermentation system to produce a fermentation broth comprising a fermentation product; (ii) introducing acid and an oxidant into said fermentation system to expose any microbial contaminants in said fermentation system in one or more stages to the oxidant at a pH lower than 3.0; and (iii) recovery of the fermentation product. 24. Método para produção de um produto de fermentação de um hidrolisato de açúcar compreendendo: (i) fermentação do hidrolisato de açúcar em um sistema de fermen- tação com levedura para produzir um caldo de fermentação compreendendo um produto de fermentação; (ii) introdução continuamente de ácido e um oxidante no referido sistema de fermentação de modo a expor continuamente contaminantes mi- crobiais no referido sistema de fermentação em um ou mais estágios ao oxi- dante a um pH de menos do que 3,0; e (iii) recuperação do produto de fermentação.A method for producing a sugar hydrolyzate fermentation product comprising: (i) fermenting the sugar hydrolyzate in a yeast fermentation system to produce a fermentation broth comprising a fermentation product; (ii) continuously introducing acid and an oxidant into said fermentation system to continuously expose microbial contaminants in said fermentation system in one or more stages to the oxidizer at a pH of less than 3.0; and (iii) recovery of the fermentation product. 25. Método, de acordo com a reivindicação 23 ou 24, em que, na etapa de introdução, a levedura no referido sistema de fermentação é expos- ta a dióxido de cloro a um pH de menos do que 3,0.A method according to claim 23 or 24, wherein at the introduction step the yeast in said fermentation system is exposed to chlorine dioxide at a pH of less than 3.0.
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