BR112014029529B1

BR112014029529B1 - método para a produção de um líquido de açúcar

Info

Publication number: BR112014029529B1
Application number: BR112014029529-8A
Authority: BR
Inventors: Hiroyuki Kurihara; Katsushige Yamada
Original assignee: Toray Industries, Inc
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2021-03-09
Also published as: AU2013272652B2; JPWO2013183617A1; EP2857528A4; BR112014029529A2; CA2875083C; EP2857528A1; US9765412B2; JP6330328B2; US20150147787A1; CA2875083A1; EP2857528B1; AU2013272652A1; WO2013183617A1; ES2682273T3

Abstract

MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE UM LÍQUIDO DE AÇÚCAR E MÉTODOS PARA A PRODUÇÃO DE UM PRODUTO QUÍMICO. A presente invenção fornece um método para a produção de um líquido de açúcar a partir de um material de biomassa celulósica, cujo líquido de açúcar tem fermentabilidade aprimorada. A presente invenção é um método para a produção de um líquido de açúcar que compreende as etapas de: adicionar: um álcali(s) a um líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrado para ajustar o pH para no mínimo 7, de modo a precipitar uma substância(s) insolúvel(is) que contém pelo menos magnésio; e realizar filtração através de uma membrana de microfiltração para remover a(s) substância(s) insolúvel(is), para obter um líquido de açúcar como um permeado.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção refere-se a um método para a produção de um líquido de açúcar a partir de biomassa.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[002] Nos últimos anos, os métodos para a produção de um líquido de açúcar pelo pré-tratamento de biomassa celulósica com um ácido, água aquecida, álcali ou similares e pela adição, em seguida, de celulase ao mesmo para executar a hidrólise foram amplamente estudados. O líquido de açúcar de açúcar obtido desse modo algumas vezes tem uma concentração de açúcar menor do que um líquido de açúcar convencional derivado de um material comestível tal como amido ou suco de cana.

[003] Em geral, em casos em que a concentração de açúcar é baixa, a concentração de açúcar pode ser aumentada destilando-se água no líquido de açúcar, por exemplo, por concentração sob pressão reduzida ou concentração por aquecimento. Por exemplo, um caso em que o melado de beterraba é concentrado em um evaporador foi revelado (consulte o Documento de Patente 1).

[004] Por outro lado, no tratamento de fermentação de metano de resíduos orgânicos, houve dificuldades causadas por precipitação de metais alcalino-terrosos incluindo cálcio e magnésio contidos nos resíduos, tais como obstrução de tubulações e deterioração de funções de membranas de separação devido à fixação das mesmas nas superfícies de membrana (consulte o Documento de Patente 2).

DOCUMENTOS DA TÉCNICA ANTERIOR DOCUMENTOS DE PATENTE

[005] [Documento de Patente 1] No JP 2005-27807 A.

[006] [Documento de Patente 2] No W02009/041009.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO PROBLEMAS A SEREM RESOLVIDOS PELA INVENÇÃO

[007] Os presentes inventores constataram problemas na cultura de micro-organismos que usam como uma matéria-prima de fermentação um líquido de açúcar de biomassa celulósica, especialmente, o líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrada, que a precipitação de uma substância insolúvel que contém magnésio como um componente principal pode causar a fixação de escala a um aparelho de fermentação, obstrução de tubulações, obstrução de uma membrana de separação, ocorrência de uma dificuldade em um sensor de pH/DO, fixação de escala a uma membrana de separação durante cultura contínua, e dificuldade na membrana de separação de um produto de fermentação do líquido de cultura.

[008] Um objetivo da presente invenção é fornecer um método para a produção de um líquido de açúcar, cujo método pode evitar os problemas acima, ou seja, a fixação de escala a um aparelho de fermentação, obstrução de tubulações, obstrução de uma membrana de separação, ocorrência de uma dificuldade em um sensor de pH/DO e fixação de escala a uma membrana de separação durante cultura contínua, e permite separação de membrana de um produto de fermentação do líquido de cultura.

MEIOS PARA RESOLVER OS PROBLEMAS

[009] A presente invenção visa resolver os problemas descritos acima, e o método para a produção de um líquido de açúcar da presente invenção compreende as etapas de: adicionar um álcali(s) a um líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrada para ajustar o pH para no mínimo 7, a fim de precipitar uma substância(s) insolúvel(is) que contém/contêm pelo menos magnésio; e executar filtração através de uma membrana de microfiltração para remover a(s) substância(s) insolúvel(is), para obter um líquido de açúcar como um permeado.

[0010] Em um modo preferencial do método para a produção de um líquido de açúcar da presente invenção, o líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrada é um líquido de açúcar preparado submetendo-se um hidrolisado obtido a partir de uma biomassa celulósica por qualquer um ou mais dos tratamentos selecionados a partir do grupo que consiste em tratamento hidrotérmico, tratamento ácido, tratamento alcalino e tratamento enzimático, a qualquer um ou mais dos tratamentos selecionados a partir do grupo que consiste em concentração de membrana, concentração sob pressão reduzida e concentração por aquecimento.

[0011] Em um modo preferencial do método para a produção de um líquido de açúcar da presente invenção, o pH do líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrada é ajustado para no mínimo 8 com o(s) álcali(s).

[0012] Em um modo preferencial do método para a produção de um líquido de açúcar da presente invenção, o tamanho de poro médio da membrana de microfiltração está dentro da faixa de 0,01 μm a 1 μm.

[0013] Em um modo preferencial do método para a produção de um líquido de açúcar da presente invenção, a membrana de microfiltração é uma membrana de microfiltração de fibra oca.

[0014] Em um modo preferencial do método para a produção de um líquido de açúcar da presente invenção, um ou mais aditivos selecionados a partir do grupo que consiste em fontes de nitrogênio, sais de metal, vitaminas, aminoácidos, açúcares, agentes antiespuma e tensoativos são adicionados adicionalmente.

[0015] Na presente invenção, vários tipos de produtos químicos podem ser produzidos com o uso do líquido de açúcar obtido pelo método de produção como uma matéria-prima de fermentação.

[0016] Na presente invenção, um micro-organismo é cultivado utilizando, como uma matéria-prima de fermentação, um líquido de açúcar obtido pelo método de produção acima para permitir a produção de um produto químico no líquido de cultura, enquanto o micro-organismo e o produto químico são filtrados de forma contínua ou intermitente através de uma membrana de separação. Através disso, o produto químico pode ser recuperado.

EFEITO DA INVENÇÃO

[0017] Pela presente invenção, o problema mencionado acima, ou seja, a fixação de escala a um fermentador ou uma membrana de separação, pode ser suprimido sem usar um método custoso tal como a cromatografia iônica. Isso pode ser alcançado por um método simples no qual as operações a seguir são realizadas: um álcali(s) é/são adicionados a um líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrada para ajustar o pH para no mínimo 7, a fim de precipitar uma substância(s) insolúvel(is) que contém/contêm pelo menos magnésio; e a(s) substância(s) insolúvel(is) é/são então removidas por filtração através de uma membrana de microfiltração, para obter um líquido de açúcar como um permeado. Adicionalmente, o aprimoramento do rendimento de fermentação pode ser alcançado como um efeito inovador executando-se as operações acima em casos em que um líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrada é usado como uma matéria-prima de fermentação.

[0018] O método para a produção de um líquido de açúcar da presente invenção pode ser usado para produzir um líquido de açúcar a ser usado como uma matéria-prima de fermentação a partir de uma biomassa que contém celulose. O líquido de açúcar produzido pela presente invenção pode ser usado como uma matéria-prima de fermentação para vários tipos de produtos químicos.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0019] A Figura 1 é um diagrama que ilustra o fluxo de bloco de um método para a produção de um líquido de açúcar da presente invenção.

[0020] A Figura 2 é um diagrama que ilustra o fluxo de bloco de outro método para a produção de um líquido de açúcar da presente invenção.

[0021] A Figura 3 é uma cromatografia obtida redissolvendo-se uma substância insolúvel em uma solução de ácido clorídrico aquoso e executando-se, então, a separação por cromatografia iônica.

[0022] A Figura 4 é uma vista de corte transversal esquemática para a explicação da constituição de um módulo simplificado para o método para a produção de um líquido de açúcar da presente invenção, cujo módulo usa uma membrana de fibra oca.

[0023] A Figura 5 é uma vista lateral que ilustra um exemplo do aparelho usado no método para a produção de um líquido de açúcar da presente invenção.

[0024] A Figura 6 é uma vista lateral que ilustra outro exemplo do aparelho usado no método para a produção de um líquido de açúcar da presente invenção.

[0025] A Figura 7 é uma vista lateral que ilustra um exemplo de um aparelho para a produção de um produto químico com o uso do líquido de açúcar da presente invenção como uma matéria-prima de fermentação.

MODO PARA A REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO

[0026] Os modos para a realização da presente invenção são descritos abaixo.

[0027] O método para a produção de um líquido de açúcar da presente invenção compreende as etapas de: adicionar um álcali(s) a um líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrada para ajustar o pH para no mínimo 7, a fim de precipitar uma substância(s) insolúvel(is) que contém/contêm pelo menos magnésio; e executar filtração através de uma membrana de microfiltração para remover a(s) dita(s) substância(s) insolúvel(is), para obter um líquido de açúcar como um permeado.

[0028] A Figura 1 é um diagrama que ilustra o fluxo de bloco de um método para a produção de um líquido de açúcar da presente invenção.

[0029] Primeiro, a etapa de adicionar um álcali(s) a um líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrada para ajustar o pH para no mínimo 7, a fim de precipitar uma substância(s) insolúvel(is) que contém/contêm pelo menos magnésio [Etapa (1)], da presente invenção é descrita.

[0030] O líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrada a ser usada na presente invenção significa um líquido de açúcar que é uma solução aquosa que contém um açúcar obtido por hidrólise de uma biomassa celulósica material e foi processado através de uma etapa de concentração por uma ou mais operações de concentração. A biomassa celulósica no presente documento significa uma biomassa que contém celulose.

[0031] Exemplos específicos da biomassa celulósica incluem biomassas herbáceas tais como bagaço, painço amarelo, capim napier, Erianthus, restos de milho, palha de arroz, palha de trigo, palhiço e casca de coco; biomassas de madeira tais como árvores, álamo e materiais de construção residuais; e biomassas derivadas de ambiente aquático tais como algas e sargaço.

[0032] Tais biomassas contêm, além da celulose e hemicelulose (que pode ser denominada doravante como “celulose” como um termo geral para celulose e hemicelulose), lignina como macromoléculas aromáticas, e similares.

[0033] O líquido de açúcar no presente documento significa um líquido de açúcar obtido submetendo-se a biomassa celulósica a um ou mais tratamentos selecionados a partir do grupo que consiste em tratamento ácido, tratamento enzimático, tratamento alcalino e tratamento com pulverização para executar hidrólise do componente de celulose e/ou componente de hemicelulose contido na biomassa celulósica. O líquido de açúcar não é limitado ao líquido de açúcar imediatamente após a hidrólise, e uma solução aquosa obtida depois de adicionar um micro-organismo ao hidrolisado e a realização de fermentação também pode ser relacionado como o líquido de açúcar desde que a solução aquosa contenha um açúcar e possa ser usado na presente invenção.

[0034] Os componentes de açúcar principal do hidrolisado são hexoses tais como glicose, e pentoses tais como xilose. O líquido de açúcar concentrado significa um líquido de açúcar preparado concentrando-se o líquido de açúcar de biomassa celulósica por um método conhecido tal como concentração evaporativa ou concentração de membrana. O método de concentração pode ser uma combinação de uma pluralidade de métodos. O líquido de açúcar concentrado também pode ser uma diluição preparada adicionando-se água ou similares a um liquido concentrado pelo método de concentração acima, ou a um açúcar no estado sólido preparado pela remoção de água por concentração.

[0035] Na presente invenção, a operação de adicionar um álcali(s) a um líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrada para ajustar o pH para no mínimo 7, a fim de precipitar uma substância(s) insolúvel(is) que contém/contêm pelo menos magnésio, é realizada.

[0036] Exemplos preferenciais do(s) álcali(s) a serem adicionados incluem amônia, amônia aquosa, hidróxido de sódio e hidróxido de potássio.

[0037] Embora um álcali tal como hidróxido de cálcio também possa ser usado, o cálcio pode causar a produção de escala de modo similar a magnésio, de modo que o uso de tal álcali não é vantajoso. Assim como o álcali, a amônia é usada especial e preferencialmente.

[0038] Em casos em que ácido sulfúrico é usado na hidrólise de biomassa celulósica, o hidrolisado obtido, assim como o líquido de açúcar concentrado, contêm frequentemente íons de sulfato. Adicionando-se amônia ao mesmo, o sulfato de amônio pode ser produzido como um sal. Conforme é conhecido, o sulfato de amônio pode ser usado de forma eficaz como uma fonte de nitrogênio por micro-organismos durante o crescimento dos mesmos, a produção de fermentação e similares. Ou seja, o álcali a ser usado para o ajuste de pH com maior preferência é amônia. Ajustando-se o pH para no mínimo 7, o magnésio dissolvido no líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrada pode ser transformado em hidróxido de magnésio, que pode ser precipitado como cristais insolúveis. O pH é ajustado preferencialmente para no mínimo 8, mais preferencialmente no mínimo 9, com maior preferência no mínimo 10. O limite superior do pH não é limitado desde que o pH seja menor do que 14, mas, visto que um pH maior do que 12 não aumenta especialmente o efeito, o pH é estabelecido preferencialmente a no máximo 12 em vista de reduzir a quantidade do(s) álcali(s) usado(s). Ou seja, o pH está preferencialmente dentro da faixa de 8 a 12, mais preferencialmente dentro da faixa de 9 a 12, com maior preferência dentro da faixa de 10 a 12.

[0039] Exemplos do método para alimentar o(s) álcali(s) para ajustar o pH incluem um método no qual o líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrada é submetido de modo preliminar à titulação com o(s) álcali(s) a serem usados, e quantidade(s) predeterminada(s) do(s) álcali(s) é/são alimentada(s); e um método no qual o(s) álcali(s) é/são alimentado(s) durante o aumento no pH é monitorado com um sensor de pH ou similares até que um pH predeterminado seja alcançado.

[0040] Para a homogeneização do(s) álcali(s) adicionado(s), uma operação, tal como o agitamento ou a mistura pode ser realizada. Após o ajuste ao pH alcalino, a precipitação de hidróxido de magnésio pode ser realizada, se for necessário, por uma operação tal como incubação ou resfriamento. O tempo da precipitação pode ser estabelecido arbitrariamente, e a precipitação é realizada por preferencialmente no mínimo 1 minuto, mais preferencialmente no mínimo 5 minutos, com maior preferência no mínimo 3 horas.

[0041] Quanto maior o tempo da precipitação após o ajuste ao pH alcalino, maior será o efeito para precipitar de forma eficiente o hidróxido de magnésio. Esse tratamento também tem um efeito de desinfecção, eliminação e/ou esterilização por exposição de micro-organismos, moldes, esporos e/ou similares contidos no líquido de açúcar em condições alcalinas.

[0042] A Figura 2 é um diagrama que ilustra o fluxo de bloco de outro método para a produção de um líquido de açúcar da presente invenção. Na Figura 2, o diagrama mostra um fluxo que utiliza, na etapa de precipitação de hidróxido de magnésio, um período tal como transporte, manutenção/armazenamento, ou transporte/manutenção/armazenamento do líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrada. Visto que a precipitação da(s) substância(s) insolúvel(is) exige um determinado período de tempo, os períodos acima podem ser utilizados de forma eficaz para o propósito. Visto que, na presente invenção, o pH é ajustado com um álcali(s) conforme descrito acima, uma qualidade de manutenção aprimorada devido à prevenção de contaminação microbiana e similares pode ser alcançada.

[0043] O tratamento de membrana de microfiltração pode ser precedido pela adição de um ou mais de nutrientes e materiais auxiliares exigidos para uso de um líquido de açúcar como uma matéria-prima de fermentação, tal como fontes de nitrogênio, sais de metal, vitaminas, aminoácidos, açúcares, antibióticos, tensoativos e agentes antiespuma.

[0044] Exemplos das fontes de nitrogênio incluem sulfato de amônio, fosfato de amônio, caseína, extrato de carne, extrato de levedura, peptona, peptona de soja e milhocina.

[0045] Exemplos dos sais de metal incluem aqueles de molibdênio, cobalto, ferro, cobre, zinco, manganês, níquel, croma, selênio, iodeto, flúor, silício e vanádio. Exemplos das vitaminas incluem vitamina B12, tiamina, biotina e vitamina B1.

[0046] Exemplos dos açúcares incluem glicose, arabinose, xilose, frutose, psicose, galactose, manose, xilulose, treose, eritrose e ribose. Exemplos dos aminoácidos incluem alanina, arginina, asparagina, ácido aspártico, cisteína, glutamina, ácido glutâmico, glicina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, prolina, serina, treonina, triptofano, tirosina e valina.

[0047] Exemplos dos antibióticos incluem antibióticos de tetraciclina, antibióticos de 13-lactam, antibióticos de aminoglicosida, antibióticos de macrolida e antibióticos de cloramfenicol.

[0048] Exemplos dos tensoativos incluem tensoativos não iônicos, tensoativos aniônicos e tensoativos catiônicos.

[0049] Em termos de adição de tais componentes em casos de uso de um líquido de açúcar como a matéria-prima de fermentação, componentes necessários em quantidades exigidas são adicionados de forma preferencial e preliminar nesse estágio. Isso é realizado para o propósito de evitar que a(s) substância(s) insolúvel(is) sejam geradas novamente durante o estágio de fermentação devido à adição desses componentes ao líquido de açúcar.

[0050] O líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrada usado na presente invenção é preferencialmente um líquido de açúcar preparado por concentração com o uso de uma membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa. A membrana de nanofiltração também é chamada de nanofiltro (membrana de nanofiltração, membrana de NF), e geralmente definida como uma “membrana que permite permeação de íons monovalentes, mas bloqueia íons divalentes”. A membrana é considerada como tendo cavidades finas que têm tamanhos de cerca de diversos hodômetros, e usada principalmente para bloquear partículas finas, moléculas, íons, sais e similares em água.

[0051] Uma osmose reversa também é chamada na membrana de RO, e geralmente definida como uma “membrana que tem uma função de dessalinização também para íons monovalentes”. A membrana é considerada como tendo cavidades ultrafinas que tem tamanhos de cerca de diversos angstroms a diversos nanômetros, e usada principalmente para a remoção de componentes de íon tais como a dessalinização de água marítima e a produção de água ultrapura.

[0052] O material da membrana de nanofiltração ou membrana de osmose reversa usada na presente invenção pode ser composto de um composto macromolecular, e exemplos do composto macromolecular incluem celulose polímeros de acetato, poliamidas, poliésteres, poliimidas, polímeros de vinila e polissulfonas. A membrana não é limitada a uma membrana constituída por um dos materiais, e pode ser uma membrana que compreende uma pluralidade dos materiais de membrana.

[0053] Assim como a membrana de nanofiltração a ser usada na presente invenção, um elemento de membrana enrolado em espiral é preferencial. Exemplos específicos de elementos preferenciais de membrana de nanofiltração incluem um elemento de membrana de nanofiltração de acetato de celulose GE Sepa, fabricado junto à GE Osmonics; elementos de membrana de nanofiltração NF99 e NF99HF, fabricados junto à Alfa-Laval, que têm camadas funcionais de poliamida; elementos de membrana de nanofiltração NF-45, NF- 90, NF-200, NF-270 e NF-400, fabricados junto à FilmTec Corporation, que têm camadas funcionais de poliamida de piperazina reticulada; e elementos de membrana de nanofiltração SU-210, SU-220, SU-600 e SU-610, fabricados junto à Toray Industries, Inc., que compreendem a membrana de nanofiltração UTC60, fabricada junto ao mesmo fabricante, que compreende uma poliamida de piperazina reticulada como um componente principal. O elemento de membrana de nanofiltração é mais preferencialmente NF99, NF99HF; NF-45, NF-90, NF- 200, NF-400, SU-210, SU-220, SU-600 ou SU-610. O elemento de membrana de nanofiltração é ainda mais preferencialmente SU-210, SU-220, SU-600 ou SU-610.

[0054] Os exemplos da membrana de osmose reversa usada na presente invenção incluem as membranas compósitas que compreendem um polímero de acetato de celulose como uma camada funcional (doravante também denominadas como membranas de osmose reversa de acetato de celulose) e as membranas compósitas que compreendem uma poliamida como camada funcional doravante também denominadas como membranas de osmose reversa de poliamida).

[0055] Exemplos do polímero de acetato de celulose no presente documento incluem polímeros preparados com um dentre, ou uma mistura ou éster misturado de dois ou mais dentre ésteres de ácido orgânico de celulose tais como acetato de celulose, diacetato de celulose, triacetato de celulose, propionato de celulose e butirato de celulose. Exemplos da poliamida incluem polímeros lineares e polímeros reticulados compostos de monômeros de diamina alifática e/ou aromática.

[0056] Exemplos específicos da membrana de osmose reversa usados na presente invenção incluem módulos de membrana de osmose reversa de poliamida fabricados junto à TORAY INDUSTRIES, INC. SUL-G10 e SUL- G20, que são módulos de tipo de pressão ultrabaixa, e SU-710, SU-720, SU- 720F, SU-710L, SU-720L, SU-720LF, SU-720R, SU-710P e SU-720P, que são módulos de tipo de pressão baixa, assim como SU-810, SU-820, SU-820L e SU- 820FA, que são módulos de tipo de pressão alta que contêm UTC80 como uma membrana de osmose reversa; membranas de osmose reversa de acetato de celulose fabricados junto ao mesmo fabricante SC-L100R, SC-L200R, SC-1100, SC-1200, SC-2100, SC-2200, SC-3100, SC-3200, SC-8100 e SC-8200; NTR- 759HR, NTR-729HF, NTR-70SWC, ES10-D, ES20-D, ES20-U, ES15-D, ES15- U e LF10-D, fabricados junto à Nitto Denko Corporation; RO98pHt, R099, HR98PP e CE4040C-30D, fabricados junto à Alfa-Laval; GE Sepa, fabricados junto à GE; BW30-4040,XLE-4040,LP-4040, LE-4040, SW30-4040 e SW3OHRLE-4040, fabricados junto à FilmTec Corporation; TFC-HR e TFC-ULP, fabricados junto à KOCH; e ACM-1, ACM-2 e ACM-4, fabricados junto à TRISEP.

[0057] O uso da membrana de nanofiltração e/ou membrana de osmose reversa para concentrar o líquido de açúcar tem uma vantagem de que a concentração de açúcar no líquido de açúcar pode ser aumentada e que inibidores de fermentação podem ser removidos como um permeado. O termo “inibidores de fermentação” no presente documento significa componentes, além de açúcares, que inibem a fermentação na etapa de fermentação em um estágio posterior, e exemplos específicos dos inibidores de fermentação incluem compostos aromáticos, compostos de furano, ácidos orgânicos e sais inorgânicos monovalentes. Exemplos representativos de tais inibidores de fermentação incluem compostos aromáticos e compostos de furano tais como furfural, hidroximetilfurfural, vanilina, ácido vanílico, ácido siríngico, aldeído de coniferila, ácido cumárico e ácido ferúlico.

[0058] Exemplos dos ácidos orgânicos e sais inorgânicos incluem ácido acético e ácido fórmico; e sais de potássio, sódio e similares.

[0059] A concentração de açúcar no líquido de açúcar concentrado pode ser estabelecida de forma arbitrária dentro da faixa de 50 g/l a 400 g/l dependendo, por exemplo, do uso do líquido de açúcar concentrado. Em casos em que a remoção mais completa dos inibidores de fermentação é desejada, a água pode ser adicionada ao líquido de açúcar ou o líquido de açúcar concentrado, concentrando-se em seguida a diluição resultante através de uma membrana de nanofiltração e/ou uma membrana de osmose reversa a uma concentração desejada de açúcar. Através disso, os inibidores de fermentação podem ser removidos como um permeado. O uso de uma membrana de nanofiltração é mais preferencial do que o uso de uma membrana de osmose reversa, visto que uma membrana de nanofiltração tem maior efeito de remoção de inibidores de fermentação. O uso de uma membrana de nanofiltração ou o uso uma membrana de osmose reversa podem ser selecionados em consideração da concentração de inibidores de fermentação contidos no líquido de açúcar misturado, ou de como a fermentação em um estágio posterior é influenciada pelos inibidores de fermentação.

[0060] A etapa de filtração através de uma membrana de microfiltração para remover a(s) substância(s) insolúvel(is), para obter um líquido de açúcar como um permeado [Etapa (2)], é descrita abaixo.

[0061] O precipitado que contém hidróxido de magnésio produzido na etapa acima é filtrado com o uso de uma membrana de microfiltração, para obter um líquido de açúcar como um permeado.

[0062] As membranas de microfiltração também são chamadas filtração de membrana, e são membranas de separação que podem separar e remover partículas que têm tamanhos de cerca de 0,01 a 10 μm de uma suspensão de particulado com o uso de uma diferença de pressão como uma força de acionamento. As membranas de microfiltração têm poros que têm tamanhos dentro da faixa de 0,01 a 10 μm em suas superfícies, e componentes de particulado maiores do que os poros podem ser separados/removidos ao lado de membrana.

[0063] Exemplos do material da membrana de microfiltração incluem, porém sem limitação, acetato de celulose, poliamida aromática, álcool de polivinila, polissulfona, fluoreto de polivinilideno, polietileno, poliacrilonitrila, cerâmica, polipropileno, policarbonato e politetrafluoroetileno (Teflon (marca registrada)). A membrana é preferencialmente uma membrana de microfiltração de fluoreto de polivinilideno em vista da resistência à contaminação, resistência química, força, desempenho de filtração e similares.

[0064] O tamanho de poro médio da membrana de microfiltração usado na presente invenção é preferencialmente 0,01 μm a 1 μm. Isso se deve ao fato de que o tamanho da(s) substância(s) insolúvel(is) no líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrada a ser precipitado pela precipitação alcalina é cerca de 2 μm, e, portanto, a(s) substância(s) insolúvel(is) de precipitado pode(m) ser quase completamente removida por filtração com o uso de uma membrana de microfiltração em casos em que a membrana de microfiltração tem um tamanho de poro médio de 1 μm. Por outro lado, em casos em que o tamanho de poro médio da membrana de microfiltração é menor do que 0,01 μm, a remoção completa da(s) substância(s) insolúvel(is) de precipitado é, evidentemente, teoricamente possível, mas a taxa de fluxo de filtração (fluxo) é baixa, e a filtração exige alta pressão em tais casos, que são problemáticos. Ademais, o uso de tal membrana induz frequentemente à ocorrência de obstrução (incrustação) na superfície da membrana, dentro da membrana, ou em cavidades de minuto no módulo, devido à(s) substância(s) insolúvel(is). Desse modo, é preferencial usar uma membrana com um tamanho de poro médio de no mínimo 0,01 μm, ou seja, uma membrana de microfiltração.

[0065] O tratamento de membrana de microfiltração pode ser precedido pelo pré-tratamento por separação de sólido-líquido conhecida, por exemplo, a centrifugação com o uso de um decantador centrífugo ou similares; filtração tal como pressão ou filtração por sucção; ou filtração de membrana tal como microfiltração. O pré-tratamento pode ser por meios eficazes especialmente em casos em que o líquido de açúcar celulósico concentrado contém uma grande quantidade de sólidos orgânicos, lignina, celulose não degradada, xilano, oligossacarídeos e/ou similares independente do ajuste de pH. Deve-se observar que, mesmo em casos em que tal separação de sólido- líquido é realizada, a(s) substância(s) insolúvel(is) que contém hidróxido de magnésio não pode(m) ser removida(s) sem executar a filtração através de uma membrana de microfiltração.

[0066] Exemplos do modo da filtração através de uma membrana de ultrafiltração incluem a filtração de fluxo cruzado e a filtração sem saída. Em vista da prevenção de incrustação e garantia do fluxo, a filtração de fluxo cruzado é preferencial. As membranas de microfiltração podem ser classificadas em membranas planas e membranas de fibra oca. Uma membrana de fibra oca é preferencial. Em casos em que uma membrana de fibra oca é usada, a lavagem reversa pode ser realizada para remover a sujeira ou componentes de escala fixados à superfície de membrana, aplicando-se pressão a partir do lado secundário da membrana com o uso de uma solução que contém um agente. As membranas de fibra oca podem ser classificadas em dois tipos: membranas de fibra oca de tipo de pressão interna (para filtração do lado interno ao lado externo) e membranas de fibra oca de tipo de pressão externa (para filtração do lado externo ao lado interno). Em casos de membranas de fibra oca de tipo de pressão interna, as substâncias insolúveis que contêm magnésio são produzidas dentro da parte oca, e isso pode causar a obstrução de membrana, o que não é preferencial. Desse modo, uma membrana de fibra oca de tipo de pressão externa pode ser preferencialmente usada. Visto que, em particular, o componente precipitado sob condições alcalinas na presente invenção é hidróxido de magnésio, a lavagem reversa é realizada preferencialmente com o uso de um agente ácido. Exemplos do agente ácido que podem ser preferencialmente usados incluem aqueles que têm um pH dentro da faixa de 0,4 a 4 que contêm ácido sulfúrico, ácido clorídrico ou similares. MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE PRODUTO QUÍMICO COM O USO DE AÇÚCAR LÍQUIDO COMO MATÉRIA PRIMA DE FERMENTAÇÃO

[0067] Cultivando-se micro-organismos que têm capacidades para a produção de vários produtos químicos que usam, como uma matéria-prima de fermentação, o líquido de açúcar obtido pela presente invenção, os produtos químicos podem ser fabricados. “Cultivar um micro-organismo que usa líquido de açúcar como uma matéria-prima de fermentação” no presente documento significa que um ou mais dos componentes de açúcar e as fontes de amino contidas no líquido de açúcar são utilizadas como nutrientes para um micro- organismo para permitir o crescimento do micro-organismo e a conversão metabólica dos açúcares.

[0068] Exemplos específicos dos produtos químicos incluem álcoois, ácidos orgânicos, aminoácidos, ácidos nucleicos e enzimas, que são substâncias produzidas em massa na indústria de fermentação. Tais produtos químicos são produzidos e acumulados dentro e fora do corpo vivo no processo de metabolismo com o uso de componentes de açúcar contidos no líquido de açúcar como fontes de carbono. Exemplos específicos dos produtos químicos que podem ser produzidos pelos micro-organismos incluem álcoois tal como etanol, 1,3-propanediol, 1,4-propanediol e glicerol; ácidos orgânicos tais como ácido acético, ácido lático, ácido pirúvico, ácido succínico, ácido málico, ácido itacônico e ácido cítrico; nucleosídeos tais como inosina e guanosina; nucleotídeos tais como ácido inosínico e ácido guanílico; e compostos de amina tal como cadaverina. O líquido de açúcar da presente invenção também pode ser aplicado à produção de enzimas, antibióticos, proteínas recombinantes e similares. Os micro-organismos a serem usados para produção de tais produtos químicos não são limitados desde que os micro-organismos tenham capacidade para produzir de forma eficiente os produtos químicos de interesse. Os exemplos dos micro-organismos incluem E. coli, leveduras, fungos filamentosos e Basidiomicetos.

[0069] Conforme descrito acima, o líquido de açúcar obtido pelo método para a produção de um líquido de açúcar da presente invenção é um líquido de açúcar do qual o componente de magnésio foi removido. Desse modo, o líquido de açúcar pode ser usado preferencialmente em um método para a produção de um produto químico por filtração intermitente ou contínua com o uso de uma membrana de separação. A membrana de separação a ser usada no presente documento pode ser qualquer uma dentre as membranas de polímero orgânico, tais como PVDF membranas; e membranas de separação inorgânica tais como membranas de zeólito. Visto que o líquido de açúcar processado pela presente invenção é um líquido de açúcar do qual o componente de magnésio foi removido, o líquido de açúcar tem excelente filtrabilidade a longo prazo, o que é vantajoso. APARELHO PARA A PRODUÇÃO DE LÍQUIDO DE AÇÚCAR

[0070] O aparelho para a produção do líquido de açúcar da presente invenção é descrito abaixo.

[0071] A Figura 5 é uma vista lateral que ilustra um exemplo do aparelho usado no método para a produção de um líquido de açúcar da presente invenção.

[0072] Na Figura 5, o líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrada é retido em um tanque de precipitação 1. O pH no tanque de precipitação 1 é ajustado em seguida. Exemplos do método para o ajuste de pH incluem um método no qual um álcali é adicionado a partir de um tanque de armazenamento de álcali 6, e um método no qual um álcali no estado gasoso tal como gás de amônia é abastecido a partir de um tubo difusor 3. Durante a adição do álcali, a quantidade do álcali a ser adicionada pode ser controlada monitorando-se o pH no tanque de precipitação 1 com um sensor de pH 4 enviando ao mesmo tempo um sinal do sensor a uma bomba de controle de abastecimento de álcali 5. Além disso, nos casos em que o gás de amônia é usado, o pH pode ser ajustado de modo similar enquanto a quantidade do gás é controlada com uma válvula. O ar pode ser abastecido do tubo difusor 3 enquanto o líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrada retido no tanque de precipitação 1 é misturado, de modo a alcançar um pH uniforme e promover a precipitação de hidróxido de magnésio.

[0073] O tanque de precipitação 1 pode ser equipado com um termostato 2. A incubação ou o resfriamento podem ser realizados pelo termostato 2, e o resfriamento é realizado preferencialmente a fim de tornar a precipitação de hidróxido de magnésio mais provável de ocorrer. A temperatura para o resfriamento não é limitada desde que o líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrado não seja congelado. O tanque de precipitação 1 é conectado a um módulo de membrana de microfiltração 8 através de uma bomba de membrana de microfiltração 7. A membrana de microfiltração mencionada acima é disposta no módulo de membrana de microfiltração 8. O módulo de membrana de microfiltração 8 pode ser dotado de um fornecedor de ar comprimido 9 colocado dentro do módulo, para a lavagem da superfície de membrana por aeração. Ao usar periodicamente o fornecedor de ar comprimido 9, componentes de pó fixados à superfície da membrana de microfiltração, ou depositados na mesma, podem ser removidos.

[0074] O componente de filtrado do módulo de membrana de microfiltração 8 é coletado em um tanque de filtrado de MF 11. O componente sólido separado no lado primário do módulo de membrana de microfiltração 8 é descarregado conforme apropriado. Em casos em que o módulo de membrana de microfiltração 8 é uma membrana de fibra oca de tipo de pressão externa, a lavagem reversa da membrana de fibra oca pode ser realizada com o filtrado armazenado no tanque de filtrado de MF 11, aplicando-se pressão do lado do filtrado com o uso de uma bomba de lavagem reversa 10. Em tal caso, a membrana de fibra oca de tipo de pressão externa pode ser lavada com uma solução ácida aquosa abastecida de uma linha de abastecimento de ácido 12, abastecendo-se o ácido da linha de abastecimento de ácido 12 para a tubulação, fechando uma válvula de lavagem 13, e então aplicando-se pressão com a bomba de lavagem reversa 10. Pelo abastecimento do ácido, o hidróxido de magnésio e similares precipitados na superfície de membrana do módulo de membrana de microfiltração 8 e nos canais podem ser removidos por dissolução. Através disso, o fluxo de filtração do módulo de membrana de microfiltração 8 pode ser recuperado. Um material auxiliar pode ser abastecido no tanque de precipitação 1. Quando um material auxiliar é adicionado no líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrado, a geração de um precipitado insolúvel ocorre em alguns casos. Por adição preliminar do material auxiliar ao tanque de precipitação 1, tal precipitado pode ser removido pelo módulo de membrana de microfiltração 8. Um gás pode ser abastecido no tanque de precipitação 1. Em casos em que o gás de amônia, que está no estado gasoso, é alimentado como o álcali, o gás de amônia é especialmente abastecido preferencialmente a partir do tubo difusor 3.

[0075] A Figura 6 é uma vista lateral que ilustra outro exemplo do aparelho usado no método para a produção de um líquido de açúcar da presente invenção. Esse aparelho é igual ao aparelho mostrado na Figura 5, exceto que uma linha de retorno de fluxo cruzado 14 é incluída. Nesse aparelho, um fluxo de líquido é gerado na superfície de membrana do módulo de membrana de microfiltração 8 por uma bomba de membrana de microfiltração 7, para permitir a filtração de fluxo cruzado.

[APARELHO DE FERMENTAÇÃO]

[0076] Um aparelho para produzir um produto químico com o uso do líquido de açúcar da presente invenção como uma matéria-prima de fermentação é descrito abaixo.

[0077] A Figura 7 é uma vista lateral que ilustra um exemplo de um aparelho para produzir um produto químico com o uso do líquido de açúcar da presente invenção como uma matéria-prima de fermentação.

[0078] Na Figura 7, um aparelho de fermentação 15 é dotado de um fermentador 21 e um agitador 19. No fermentador 15, uma incubadora 18 é colocada para o ajuste da temperatura até uma temperatura ótima para cultivar o micro-organismo usado. Em particular, em casos em que a produção de fermentação do produto químico é realizada em condições aeróbicas, a quantidade do gás alimentado ao fermentador 21 através de uma tubulação de ventilação 16 pode ser controlada colocando-se um sensor de DO 17 no fermentador 21 e medindo-se o nível de oxigênio dissolvido durante a fermentação, enquanto usa um sinal do sensor para controlar uma válvula. O gás é selecionado a partir de nitrogênio, oxigênio, ar e similares. Um sensor de pH 20 pode ser fornecido, e sinais do sensor podem ser usados para controlar o abastecimento de um ácido de um tanque de abastecimento de ácido 22 e alimentação de um álcali de um tanque de abastecimento de álcali 23. O fermentador 21 pode ser dotado de um módulo de membrana de microfiltração 24 para a separação de células microbianas de um produto químico produzido no líquido de cultura. No módulo de membrana de microfiltração 24, a filtração de fluxo cruzado é realizada preferencialmente com o uso de uma bomba de fluxo cruzado 25. O filtrado do módulo de membrana de microfiltração 24 é coletado em um tanque de armazenamento de filtrado de cultura 26. A taxa de fluxo de líquido de açúcar é controlada preferencialmente por um controlador de taxa de fluxo de líquido de açúcar 27 de modo que a quantidade do líquido de açúcar alimentado no fermentador 21 seja igual à quantidade do filtrado da membrana de microfiltração.

EXEMPLOS

[0079] O método para a produção de um líquido de açúcar da presente invenção é descrito abaixo concretamente através dos Exemplos. Entretanto, a presente invenção não é limitada a esses Exemplos. (EXEMPLO DE REFERÊNCIA 1) MEDIÇÃO DE CONCENTRAÇÃO DE AÇÚCAR

[0080] As concentrações de glicose e xilose contidas no líquido de açúcar foram medidas nas condições de HPLC descritas abaixo com base na comparação com amostras padrão: Coluna: Luna NH2 (fabricado por Phenomenex, Inc.) Fase móvel: MilliQ:acetonitrila = 25:75 (taxa de fluxo, 0,6 ml/minuto) Solução de reação: Nenhuma Método de detecção: RI (índice de refração diferencial) Temperatura: 30 °C (EXEMPLO DE REFERÊNCIA 2) PRODUÇÃO DE LÍQUIDO DE AÇÚCAR DE BIOMASSA CELULÓSICA CONCENTRADO

[0081] Como uma celulose, palha de arroz foi usada. A celulose foi submersa em água, e submetida a tratamento com o uso de um autoclave (fabricado por Nitto Koatsu Co., Ltd.) com agitação em uma temperatura de 180 °C por 20 minutos. Após isso, a centrifugação (3.000 G) foi realizada para separar o componente de solução (líquido tratado de modo hidrotérmico) do sólido (fração de celulose). Para cada um dentre o líquido tratado de modo hidrotérmico e a fração de celulose, “Accellerase DUET” (concentração de enzima, 40 g/l), fabricado por Genencor, foi adicionado (concentração final, 1 mg/l), seguido por realização da incubação em uma temperatura de 50 °C por 24 horas para realizar a hidrólise. Os produtos de decomposição obtidos do líquido tratado de modo hidrotérmico e da fração de celulose foram submetidos à separação entre sólido e líquido por centrifugação, e cada sobrenadante foi filtrado então através de uma membrana de microfiltração. A concentração de açúcar em cada um dos produtos de decomposição do líquido tratado de modo hidrotérmico e da fração de celulose foi medida de acordo com o Exemplo de Referência 1. Os resultados são resumidos na Tabela 1 e Tabela 2.

[0082] O enriquecimento de açúcar através de uma membrana de nanofiltração foi realizado com os produtos de decomposição da fração de celulose e do líquido tratado de modo hidrotérmico, para obter o líquido de açúcar concentrado 1 e o líquido de açúcar concentrado 2. Como a membrana de nanofiltração, uma membrana plana “UTC-60”, que é usada em uma membrana de nanofiltração fabricada por Toray Industries, Inc. “SU-610”, foi recortada e usada. A concentração de açúcar em cada um dos hidrolisados e dos líquidos de açúcar de biomassa celulósica concentrados foi medida de acordo com o Exemplo de Referência 1. Os resultados são mostrados na Tabela 1 e Tabela 2. A turbidez (Unidades de Turbidez Nefelométrica; NTU) de cada líquido de açúcar foi quantificada com o uso de um turbidímetro de laboratório de alto desempenho (2.100 N) fabricado por HACH. O pH do líquido de açúcar concentrado 1 foi de 4,8, e o pH do líquido de açúcar concentrado 2 foi de 3,8.

[0083] Os produtos de decomposição da fração de celulose e do líquido tratado de modo hidrotérmico preparados de acordo com o procedimento descrito no Exemplo de Referência 2 foram concentrados sob pressão reduzida, para obter o líquido de açúcar concentrado 3 e o líquido de açúcar concentrado 4. A concentração sob pressão reduzida foi realizada com o uso de um evaporador giratório (fabricado por As One Corporation) a 80 °C reduzindo-se a pressão para 200 hPa, para realizar o enriquecimento de açúcar. A concentração de açúcar e a turbidez de cada um dos líquidos de açúcar concentrados obtidos foram medidas de acordo com o Exemplo de Referência 2. Os resultados são mostrados na Tabela 3.

[0084] As turbidezes foram maiores do que aquelas observadas no Exemplo de Referência 2, no qual a concentração através de uma membrana foi realizada. Assume-se que isso seja devido à desnaturação de açúcar pelo aquecimento. (EXEMPLO 1) AJUSTE DE PH DE LÍQUIDO DE AÇÚCAR DE BIOMASSA CELULÓSICA CONCENTRADO PARA NO MÍNIMO 7 PELA ADIÇÃO DE ÁLCALI

[0085] O pH de cada um dos líquidos de biomassa celulósica concentrada 1 e 2 preparados no Exemplo de Referência 1 foi ajustado com o uso de hidróxido de sódio (1 N) para 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13. Os líquidos de açúcar após o ajuste até os pHs predeterminados foram deixados em repouso por 1 hora em uma temperatura de 25 °C. A turbidez (Unidades de Turbidez Nefelométrica; NTU) foi medida em seguida. A turbidez de cada líquido de açúcar foi quantificada com o uso de um turbidímetro de laboratório de alto desempenho (2.100 N) fabricado por HACH. Os resultados são mostrados na Tabela 4. A turbidez de cada líquido de açúcar antes do ajuste de pH foi de 0 (zero) NTU.

[0086] As turbidezes aumentadas consideravelmente foram encontradas em todos os líquidos de açúcar concentrados (1 a 4) nos pHs de no mínimo 7, especialmente nos pHs de no mínimo 8. Em particular, as turbidezes dos líquidos de açúcar concentrados 2 e 4, que foram obtidas de líquidos tratados de modo hidrotérmico, finalmente atingiram valores maiores em comparação às turbidezes dos líquidos de açúcar concentrados 1 e 3. Com base na comparação das turbidezes entre os líquidos de açúcar concentrados 1 e 2 e os líquidos de açúcar concentrados 3 e 4, constatou-se que a concentração por evaporação permite que a turbidez do líquido de açúcar finalmente atinja um valor maior. (EXEMPLO 2) ANÁLISE POR CROMATOGRAFIA IÔNICA DE SUBSTÂNCIA INSOLÚVEL

[0087] O pH do líquido de açúcar concentrado 1 obtido no Exemplo 1 foi ajustado para 10, e o líquido de açúcar resultante foi deixado em repouso por 1 hora, seguido por centrifugação (15.000 rpm, 5 minutos) de 1 ml da amostra para separar e coletar uma substância insolúvel como um precipitado. Para o precipitado obtido, 1 ml de solução de ácido sulfúrico a 1 N foi adicionado para redissolver a substância insolúvel. A solução resultante foi submetida então à análise por cromatografia iônica (análise catiônica) nas seguintes condições. Condições de análise: Coluna: Ion Pac AS22 (fabricado por DIONEX) Fase móvel: 4,5 mM de Na2CO3/1,4 mM de NaHCO3 (taxa de fluxo, 1,0 ml/minuto) Solução de reação: Nenhuma Método de detecção: Condutividade elétrica (por uso de um supressor) Temperatura: 30 °C

[0088] O gráfico cromatográfico obtido pela análise acima é mostrado na Figura 3. Como resultado da análise, os picos podem ser encontrados nas posições que correspondem a íon de sódio (íon de Na), íon de potássio (íon de K), íon de magnésio (íon de Mg) e íon de cálcio (íon de Ca), e dentre esses, íon de Mg foi constatado como estando contido em uma quantidade extremamente grande. Como álcalis e sais formados por íon de Na ou íon de K são conhecidos por terem alta solubilidade mesmo em condições alcalinas, assumiu-se que esses íons eram componentes dissolvidos no líquido de açúcar, que também conteve a substância insolúvel. Por outro lado, o íon de Mg é conhecido por formar hidróxido de magnésio (Mg(OH)2) em condições alcalinas, e o produto de solubilidade (Ksp) do mesmo é 1,2x1012. Assim, esse íon é insolubilizado especialmente em condições alcalinas. Isto é, confirmou-se que a substância insolúvel gerada após o ajuste de pH continha pelo menos magnésio (hidróxido de magnésio) como um componente. (EXEMPLO 3) ANÁLISE DE TAMANHO DE PARTÍCULA DE MAGNÉSIO QUE CONTÉM COMPONENTE INSOLÚVEL

[0089] Com o uso de 1 ml da amostra no Exemplo 3 preparada ajustando-se o pH do líquido de açúcar concentrado 1 para 10 e deixando o líquido de açúcar resultante repousar por 1 hora, a medição de tamanho de partícula da substância insolúvel foi realizada pelo método de difusão de luz dinâmica (Otsuka Electronics Co. Ltd.). O número cumulativo foi estabelecido em 100. Os resultados são mostrados na Tabela 5.

[0090] O tamanho de partículas da substância insolúvel foi constatado como apresentando uma distribuição centrada em cerca de 2.000 nm (2 μm). (EXEMPLO 4) TRATAMENTO DE MEMBRANA DE MICROFILTRAÇÃO DE LÍQUIDO DE AÇÚCAR DE BIOMASSA CELULÓSICA CONCENTRADO APÓS AJUSTE DE PH

[0091] Os pHs do líquido de açúcar concentrado 1, do líquido de açúcar concentrado 2, do líquido de açúcar concentrado 3 e do líquido de açúcar concentrado 4 preparados no Exemplo de Referência 2 e no Exemplo de Referência 3 foram ajustados para 10 com o uso de 28% de amônia aquosa (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), e os líquidos de açúcar resultantes foram deixados em repouso por 1 hora, para fornecer soluções de açúcar aquosas (líquido de açúcar concentrado 1A, o líquido de açúcar concentrado 2A, o líquido de açúcar concentrado 3A e o líquido de açúcar concentrado 4A). Com o uso de cada solução de açúcar aquosa como uma amostra de teste (1 l), a filtração foi realizada com o uso de membranas de microfiltração que têm tamanhos de poro médios diferentes. Os tipos e os diâmetros de poro médios das membranas usadas são resumidos na Tabela 6.

[0092] A filtração de fluxo cruzado foi realizada abastecendo-se cada um dos líquidos de açúcar concentrados 1A a 4A em uma pressão de 30 kPa em uma temperatura de 25 °C, e uma tentativa foi feita de coletar 0,5 l de uma solução de açúcar do lado permeado de membrana. A filtração de fluxo cruzado foi realizada estabelecendo-se cada membrana de microfiltração de modo que a velocidade linear de superfície de membrana seja 30 cm/seg. e o fluxo de permeação de membrana seja 0,1 m/dia. Como resultado, todos os líquidos de açúcar concentrados mostraram, apenas nos casos em que MF-250 foi usado, diminuições em taxas de filtração relativas àquelas observadas imediatamente após a filtração, e a filtração se tornou impossível após a coleta de cerca de 100 ml da solução de açúcar. Isso foi assumido por ser devido à entrada de partículas de substância insolúvel em poros da membrana de microfiltração para causar a incrustação, visto que o tamanho de poro médio de MF-250, 2,5 Jim, foi próximo do tamanho de partícula médio, 2 μm, da substância insolúvel gerada no líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrado. Por outro lado, com as membranas de microfiltração com tamanhos de partícula médios de 0,4 μm a 0,9 μm, nenhuma obstrução das membranas ocorreu, e a filtração de 0,5 l do líquido de açúcar pode ser completada. Como resultado da medição da turbidez de cada filtrado, a turbidez foi constatada como sendo 0 (zero) NTU para todas as membranas, exceto MF-250. (EXEMPLO 5) PRODUÇÃO DE FERMENTAÇÃO DE ETANOL COM O USO DE LÍQUIDO DE AÇÚCAR COMO MATÉRIA-PRIMA DE FERMENTAÇÃO

[0093] Os filtrados obtidos com o uso da membrana de microfiltração (HVLP) no Exemplo 4 (o líquido de açúcar 1 e o líquido de açúcar 3) foram usados para realizar testes de fermentação de etanol com o uso de uma levedura (Saccharomycecs cerevisiae OC-2: levedura de vinho).

[0094] A levedura acima foi pré-cultivada com o uso de meio de YPD (2% de glicose, 1% de extrato de levedura (Extrato de Bacto Levedura /BD) e 2% de polipeptona (Nihon Pharmaceutical Co., Ltd.)) por 1 dia em uma temperatura de 25 °C. Os pHs do líquido de açúcar concentrado 1 e do líquido de açúcar concentrado 3 foram ajustados para 6 com o uso de ácido sulfúrico em 1 N, e os líquidos de açúcar resultantes foram diluídos até as concentrações de açúcar mostradas na Tabela 7 com o uso de água estéril antes do uso. A esses líquidos de açúcar concentrados, o líquido de pré-cultura foi adicionado em 5%. Após a adição da levedura, a incubação foi realizada em uma temperatura de 25 °C por 35 horas. As concentrações de etanol acumulado nos líquidos de cultura obtidos por essa operação foram quantificadas por cromatografia gasosa. A avaliação foi realizada por detecção e cálculo com um detector de ionização de sal de hidrogênio com o uso de medidor Shimadzu GC- 2010 Capillary GC TC-1 (GL Science) 15 l. x 0,53 mm de I.D., df 1,5 pm. Os resultados de medição obtidos são mostrados na Tabela 7.

[0095] Constatou-se que etanol pode ser produzido com o líquido de açúcar 1 ou o líquido de açúcar 3. O líquido de açúcar 3 mostrou uma produtividade de etanol menor do que o líquido de açúcar 1. (EXEMPLO COMPARATIVO 1) PRODUÇÃO DE FERMENTAÇÃO DE ETANOL COM O USO DE LÍQUIDO DE AÇÚCAR COMO MATÉRIA-PRIMA DE FERMENTAÇÃO 2

[0096] Para fins de comparação, os líquidos de açúcar antes da filtração através da membrana de microfiltração no Exemplo 4 (o líquido de açúcar concentrado 1A e o líquido de açúcar concentrado 3A no Exemplo 4, para os quais apenas o ajuste de pH foi realizado) foram usados para realizar testes de fermentação de etanol de acordo com o Exemplo 5. Os resultados são mostrados na Tabela 8. As concentrações de etanol acumulado nos líquidos de cultura obtidos foram constatadas como sendo menores do que aquelas observadas com o uso dos líquidos de açúcar da presente invenção no Exemplo 5, que foram tratados com a membrana de microfiltração.

(EXEMPLO 6) PRODUÇÃO DE FERMENTAÇÃO DE ÁCIDO LÁTICO COM O USO DE LÍQUIDO DE AÇÚCAR COMO MATÉRIA-PRIMA DE FERMENTAÇÃO

[0097] Usando-se os filtrados obtidos no Exemplo 4 com o uso de uma membrana de microfiltração (HVLP) (o líquido de açúcar concentrado 1 e o líquido de açúcar concentrado 3) e a cepa de Lactococcus lactis JCM7638, a produção de fermentação de ácido lático foi estudada.

[0098] Para a bactéria de ácido lático acima, os pHs do líquido de açúcar concentrado 1 e do líquido de açúcar concentrado 3 foram ajustados para 6 com o uso de ácido sulfúrico em 1 N, e os líquidos de açúcar resultantes foram diluídos com água estéril até as concentrações de açúcar mostradas na Tabela 9. Para esses líquidos de açúcar, um líquido de pré-cultura que contém a bactéria de ácido lático foi adicionado a 5%. Após a adição de uma levedura, a incubação foi realizada em uma temperatura de 25 °C por 35 horas. Cultura estática foi realizada por 24 horas em uma temperatura de 37 °C. A concentração de ácido L-lático contida no líquido de cultura foi analisada nas seguintes condições. Coluna: Shim-Pack SPR-H (fabricado por Shimadzu Corporation) Fase móvel: 5 mM de ácido p-toluenossulfônico (taxa de fluxo, 0,8 ml/min.) Solução de reação: 5 mM de ácido p-toluenossulfônico, 20 mM de Bis-Tris, 0,1 mM de EDTA-2Na (taxa de fluxo, 0,8 ml/min.) Método de detecção: Condutividade elétrica Temperatura: 45 °C

[0099] Os resultados de fermentação de ácido L-lático com o uso do líquido de açúcar 1 e do líquido de açúcar 3 são mostrados na Tabela 9.

[00100] Constatou-se que ácido L-lático pode ser produzido com o líquido de açúcar 1 ou o líquido de açúcar 3. O líquido de açúcar 3 mostrou uma produtividade de ácido lático menor do que o líquido de açúcar 1. (EXEMPLO COMPARATIVO 2) PRODUÇÃO DE FERMENTAÇÃO DE ÁCIDO LÁTICO COM O USO DE LÍQUIDO DE AÇÚCAR COMO MATÉRIA-PRIMA DE FERMENTAÇÃO 2

[00101] Para fins de comparação, os líquidos de açúcar antes da filtração através da membrana de microfiltração no Exemplo 4 (o líquido de açúcar concentrado 1A e o líquido de açúcar concentrado 3A, para os quais apenas o ajuste de pH foi realizado) foram usados para realizar a cultura estática da cepa de Lactococcus lactis JCM7638 por 24 horas em uma temperatura de 37 °C. O procedimento foi igual àquele no Exemplo 6, exceto que os líquidos de açúcar concentrados não foram submetidos à microfiltração. Os resultados da fermentação com o uso do líquido de açúcar concentrado 1A e do líquido de açúcar concentrado 3A são mostrados na Tabela 10. Concentrações de ácido L- lático menores do que no Exemplo 6 foram observadas.

(EXEMPLO 7) FILTRAÇÃO ATRAVÉS DE MEMBRANA DE MICROFILTRAÇÃO DE FIBRA OCA E LAVAGEM DE MEMBRANA DE FIBRA OCA

[00102] O líquido de açúcar no Exemplo 4 antes da filtração através da membrana de microfiltração (o líquido de açúcar concentrado IAA) foi usado para realizar a filtração através de uma membrana de ultrafiltração de fibra oca que tem um tamanho de poro médio de 0,08 (“TORAYFIL” (marca registrada) HFS, fabricado por Toray Industries, Inc.). TORAYFIL HFS é uma membrana de fibra oca de tipo de pressão externa PVDF, na qual uma solução é filtrada do lado externo para o lado interno da fibra oca. TORAYFIL HFS foi cortado em um pedaço de 10 cm, e uma extremidade da membrana foi vedada com o uso de um adesivo de silicone. Para a outra extremidade, um tubo de silicone (Laboran, 2x4) foi fixado com o uso do adesivo acima, para fornecer um módulo de membrana simplificado (Figura 4). Na Figura 4, o tubo de silicone 28 é conectado à membrana de microfiltração de fibra oca 30 com o adesivo de silicone 29, de modo que uma solução fora da membrana de microfiltração de fibra oca possa ser filtrada, reduzindo-se a pressão na membrana de microfiltração de fibra oca 30. Uma extremidade da membrana de microfiltração de fibra oca 30 foi vedada com o adesivo de silicone 29.

[00103] O fluxo de filtração inicial foi estabelecido para 1 m/dia, e a filtração foi realizada por 24 horas. Como resultado, cerca de 100 ml de um filtrado foi obtido.

[00104] Como resultado da medição do fluxo de membrana após 24 horas da filtração, o fluxo de membrana foi constatado por ter diminuído para 0,2 m/dia. Ao tubo de silicone, a solução de ácido sulfúrico a 1 N foi conectada, e lavagem reversa foi realizada de dentro para fora da fibra oca em um fluxo de membrana de 0,1 m/dia. Em seguida, o módulo de membrana simplificado foi lavado bem com água de RO, e a filtração do líquido de açúcar concentrado foi novamente iniciada. Como resultado da medição do fluxo de filtração nesse momento, o fluxo de filtração pode ser confirmado como tendo recuperado a 1 m/dia. (EXEMPLO 8) FILTRAÇÃO DE LÍQUIDO DE CULTURA ATRAVÉS DE MEMBRANA DE MICROFILTRAÇÃO DE FIBRA OCA

[00105] Com o uso do módulo de fibra oca simplificado preparado no Exemplo 7, o líquido de cultura 1 obtido após cultivar o líquido de açúcar 1 do Exemplo 6, e o líquido de cultura 1A obtido após cultivar o líquido de açúcar 1A do Exemplo de Referência 2 foram filtrados, e o desempenho para separar o produto, uma solução aquosa de ácido lático, das células microbianas (bactéria de ácido lático) foi avaliado.

[00106] A separação foi realizada colocando-se o módulo de fibra oca simplificado do Exemplo 7 em um béquer que contém 100 ml de cada cultura, líquida, colocando-se uma barra de agitação magnética no béquer, e realizando-se a filtração com agitação a 100 rpm com o uso de um agitador. O fluxo de filtração inicial foi estabelecido para 0,5 m/dia quando a filtração foi iniciada. No caso do líquido de cultura 1A, a filtração se tornou impossível 20 minutos após o início. No caso do líquido de cultura 1, a filtração pode ser continuada por no mínimo 2 horas, e 8 ml de um filtrado (solução aquosa de ácido lático) podem ser obtidos. Isto é, foi mostrado que, na produção do produto químico (ácido lático), o uso do líquido de açúcar concentrado obtido pela presente invenção (líquido de açúcar concentrado 1) é mais preferencial para z separação (separação de membrana) do produto de fermentação (solução aquosa de ácido lático) do líquido de cultura após a fermentação. (EXEMPLO 9) FERMENTAÇÃO CONTÍNUA DE ÁCIDO L-LÁTICO

[00107] Ao usar o aparelho de cultura contínua descrito no documento JP 2008-237213 A (Figura 2) juntamente com o filtrado obtido com o uso da membrana de microfiltração (HVLP) no Exemplo 4 (líquido de açúcar 1) ou o líquido de açúcar concentrado antes da filtração através da membrana de microfiltração no Exemplo 5 (líquido de açúcar concentrado 1A), a fermentação contínua com a bactéria de ácido lático descrita no Exemplo 7 foi realizada. Como resultado, no caso do líquido de açúcar concentrado 1A, a obstrução da membrana foi constatada e a cultura se tornou impossível após 200 horas da cultura. Por outro lado, no caso do líquido de açúcar 1, que foi tratado com a membrana de microfiltração, a cultura contínua foi possível por no mínimo 500 horas. Isto é, pode-se confirmar que um líquido de açúcar produzido pela presente invenção pode ser usado preferencialmente como um líquido de açúcar a ser usado para a cultura contínua. DESCRIÇÃO DE SÍMBOLOS 1. Tanque de precipitação 2. Termostato 3. Tubo difusor 4. Sensor de pH 5. Bomba de abastecimento de álcali 6. Tanque de armazenamento de álcali 7. Bomba de membrana de microfiltração 8. Módulo de membrana de microfiltração 9. Fornecedor de ar comprimido 10. Bomba de lavagem reversa 11. Tanque de filtrado de MF 12. Linha de abastecimento de ácido 13. Válvula de lavagem 14. Linha de retorno de fluxo cruzado 15. Aparelho de fermentação 16. Tubulação de ventilação 17. Sensor de DO 18. Incubadora 19. Agitador 20. Sensor de pH (fermentação) 21. Fermentador 22. Tanque de abastecimento de ácido 23. Tanque de abastecimento de álcali 24. Módulo de membrana de microfiltração 25. Bomba de fluxo cruzado 26. Tanque de armazenamento de filtrado de cultura 27. Controlador de taxa de fluxo de líquido de açúcar 28. Tubo de silicone 29. Adesivo de silicone 30. Membrana de microfiltração de fibra oca

Claims

1. MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE UM LÍQUIDO DE AÇÚCAR, que compreende a etapa de obter um líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrado por meio de tratamento enzimático de uma biomassa celulósica; caracterizado por compreender adicionalmente as etapas de: adicionar um álcali(s) ao dito líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrado para ajustar o pH para 8 a 14, de modo a precipitar uma substância(s) insolúvel(is) que contém hidróxido de magnésio; e realizar filtração através de uma membrana de microfiltração para remover dita(s) substância(s) insolúvel(is), para obter um líquido de açúcar como um permeado.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo líquido de açúcar de biomassa celulósica concentrado ser um líquido de açúcar preparado por qualquer um ou mais de tratamentos selecionados a partir do grupo que consiste em concentração de membrana, concentração sob pressão reduzida e concentração por aquecimento.

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo tamanho de poro médio de dita membrana de microfiltração estar dentro da faixa de 0,01 μm a 1 μm.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por dita membrana de microfiltração ser uma membrana de microfiltração de fibra oca.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por um ou mais aditivos selecionados a partir do grupo que consiste em fontes de nitrogênio, sais metálicos, vitaminas, aminoácidos, açúcares, agentes antiespuma e tensoativos, serem adicionados.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender cultivar um micro-organismo utilizando, como uma matéria-prima de fermentação, um líquido de açúcar obtido pelo método para a produção de um líquido de açúcar, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por permitir a produção de um produto químico em um líquido de cultura, enquanto filtra de modo contínuo ou intermitente dito micro-organismo e dito produto químico através de uma membrana de separação para recuperar dito produto químico.