BRPI0818887B1

BRPI0818887B1 - Processo de produção de açúcares

Info

Publication number: BRPI0818887B1
Application number: BRPI0818887-4A
Authority: BR
Inventors: Juha Anttila; Juha Tanskanen; Pasi Rousu; Keijo Hytönen; Päivi Rousu
Original assignee: Chempolis Oy
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2024-01-09
Also published as: JP2011504098A; EP2215273A1; WO2009060126A1; AU2008324070A1; CN101855368B; KR20100086499A; BRPI0818887A2; CA2705125A1; US20100240112A1; CN101855368A; FI121885B; EP2215273A4; FI20075795A; AU2008324070B2; MY149011A; FI20075795A0

Abstract

processo de produção de açúcares. a invenção se refere a um método de produção de açúcares, tal como glicose, pelo fracionamento da biomassa contendo lignocelulose. o produto de açúcar assim obtido é útil na fabricação de bioetanol e outros produtos químicos.

Description

Fundamentos da Invenção

A invenção se refere a um método de produção de açúcares, tal como glicose a partir de biomassa contendo lignocelulose. O produto de açúcar assim obtido é útil para o preparo de bioetanol e outros produtos químicos.

No momento, existem várias razões para se produzir etanol a partir de matéria prima contendo lignocelulose. Primeiramente, há uma demanda por biocombustível para transporte, e, segundamente, há a necessidade por soluções de segunda geração, isto é, técnicas que possibilitem a utilização de toda a biomassa, isto é, lignocelulose, de uma planta, não apenas uma determinada parte da planta, tal como o grão, os açúcares ou o óleo, por exemplo. Adicionalmente, o etanol produzido a partir de carboidratos é no momento o biocombustível mais comumente utilizado no trânsito e também uma das alternativas futuras de maior potencial.

Além do etanol, houve tentativas de se produzir outros produtos químicos a partir de lignocelulose, os quais são atualmente produzidos de fontes naturais não renováveis. Açúcares hidrolisados a partir de lignocelulose são potenciais materiais de partida para tal produção. Hamelinck et al. /I/ comparou extensivamente presentes métodos de produção de etanol de segunda geração com os métodos futuros em potencial. Esses métodos mostram uma pluralidade de desafios.

De modo a tornar os métodos de produção de etanol de segunda geração conhecidos lucrativos, todos os carboidratos (celulose e hemicelulose) de lignocelulose tentou-se hidrolisar lignocelulose em açúcares e ainda fermentá-los com um alto rendimento em etanol. A hidrólise de celulose e hemicelulose em açúcares requer diferentes condições de pré-tratamento e hidrólise. A fermentação da glicose, gerada a partir de celulose, em etanol é conhecida na arte, mas a fermentação de pentoses tipicamente geradas a partir de hemicelulose não é ainda uma técnica madura. Adicionalmente, uma parte significativa dos açúcares em hemicelulose é tipicamente perdida no pré-tratamento, o que afeta o rendimento em etanol.

Nos métodos conhecidos, o pré-tratamento geralmente não remove a lignina, lignina está presente na hidrólise da celulose, o que complica a operação da hidrólise enzimática 72/.

Em muitos métodos, o ácido sulfúrico, tanto diluído 121 quanto concentrado 71, 37, é utilizado no pré-tratamento e na hidrólise. Se o ácido sulfúrico é usado diluído, este não é recuperado, mas neutralizado, onde um efluente de gesso 71/ é gerado. Se ácido sulfúrico concentrado é usado, este precisa ser recuperado e reciclado, mas a recuperação requer uma separação cromatográfica complexa 71, 3/.

Em alguns métodos de pré-tratamento, por exemplo, a explosão de vapor, a alta temperatura (cerca de 200°C) e altas pressões geram desafios especiais 717.

Tipicamente, a hidrólise da celulose é proposta para ser enzimaticamente implementada. Além do rendimento de etanol, a lucratividade dos métodos é vitalmente afetada pela quantidade de enzima utilizada e o custo de investimento na etapa de hidrólise, que, por sua vez, depende do tempo de residência necessário para a hidrólise 717.

Métodos conhecidos, também o tratamento da fração não hidrolisada (lignina principalmente) requer investimentos altos e consumos de energia altos /l/. O uso de ácidos orgânicos, tal como ácido fórmico e ácido acético, por exemplo, para fracionamento de lignocelulose para a fabricação de polpa e papel é conhecido 74 a 97. Neste caso, a celulose da matéria prima e parte da hemicelulose permanecem na fração da polpa, enquanto a lignina e o restante das hemiceluloses estão dissolvidos no caldo de cozimento. Para facilitar o branqueamento, a tentativa é remover a lignina da polpa o mais cuidadosamente possível sem a lignina começar a condensar. Hemiceluloses permanecem na polpa e melhoram as propriedades técnicas do papel da polpa 7127. Um uso correspondente do etanol como um produto químico de produção de polpa é conhecido 7107, e etanol pode ser usado como um pré-tratamento químico quando os açúcares e, ainda, etanol são produzidos a partir de lignocelulose 7117.

Breve Descrição da Invenção

Inesperadamente encontrou-se que um produto de açúcar solúvel em água pode ser vantajosamente produzido a partir de biomassa contendo lignocelulose por um método que compreende ácidos orgânicos. Isto resulta em um produto de carboidrato sólido que possui uma melhor hidrolisação, que é então enzimaticamente hidrolisado em oligossacarídeos e monossacarídeos solúveis em água, tal como glicose, por exemplo. As características do produto de carboidrato sólido obtido como um intermediário difere daqueles de polpa manufaturada para a produção de papel, mas é excelentemente adequado como matéria prima para glicose e, ainda etanol ou outros produtos químicos. A capacidade de hidrolisação da fração de carboidrato pode ainda ser melhorada submetendo a fração a tratamentos adicionais com um reagente contendo ácidos orgânicos nas etapas seguintes ao fracionamento.

Quando a biomassa é fracionada do modo descrito na presente invenção, lignina e hemiceluloses contidas na biomassa são principalmente dissolvidas na mistura ácida utilizada no fracionamento. Ácidos de cozimento orgânicos pode ser recuperados desta mistura simplesmente pelos métodos conhecidos, e furfural, ácido acético, ácido fórmico, produtos químicos e biocombustível podem ser produzidos a partir de lignina e hemiceluloses. A combinação de uma recuperação simples de ácidos orgânicos e a produção de produtos químicos com a produção de uma excelente fração de carboidratos resulta em um biorrefinamento extremamente produtivo.

Descrição Detalhada da Invenção

A invenção se refere a um método de produção de açúcares, tais como glicose, a partir de biomassa contendo lignocelulose. O método é caracterizado por (A) tratamento da biomassa com um reagente contendo um ou mais ácidos orgânicos, produzindo uma fração de carboidratos sólidos que possui uma melhorada hidrolisação, e uma fração/frações contendo matéria orgânica dissolvida da biomassa e ácidos orgânicos usados, e (B) hidrolisação enzimática de pelo menos parte da fração de carboidrato sólida obtida em monossacarídeos e oligossacarídeos solúveis em água, gerando um produto de açúcar. Após o tratamento da etapa (A), o método compreende etapas de separação convencionais, em que o produto de carboidrato sólido é separado das outras frações obtidas.

A biomassa utilizada como material de partida do método pode ser qualquer material de planta contendo lignocelulose. Este pode ser madeira, tal como coníferas ou madeira decídua. Também pode ser material que não madeira, a base de plantas de caule de grama, fibras de caule, fibras de folhas ou fibras de frutas. Exemplos de materiais adequados baseados em plantas com caule de grama incluem palha, por exemplo, palha de cereal (trigo, centeio, aveia, cevada, arroz), juncos, por exemplo, caniço malhado, caniço, papiros, cana de açúcar, isto é, bagaço e bambu, e gramas, por exemplo, esparto, “sabai” e capim limão. Exemplos de fibras de caule incluem linho comum e caules de linho oleaginoso, cânhamo, cânhamo do leste da índia, cânhamo de hibiscus, juta, rami, amoreira do papel, fibra de “gampi” e fibra de “mitsumata”. Exemplos de fibras de folha incluem cânhamo de manilha e sisal, entre outros. Exemplos de fibras de frutas incluem cabelo de junco de algodão e fibras de línter de algodão, fibra de “capoc” e cairo.

Das plantas de caule de grama que crescem na Finlândia e úteis na presente invenção, o caniço, caniço malhado, rabo de gato, panasco, meliloto, cevadinha, festuca, meliloto branco, trevo vermelho, arruda de bode e alfafa podem ser mencionados.

A biomassa a base de plantas de caule de grama, tal como palha de cereais, é usada particularmente e vantajosamente. Numa realização, a biomassa a base de plantas de caule de grama anuais é utilizada. Numa outra realização, a biomassa a base de plantas que não de madeira perenes é utilizada. De acordo com a invenção, material de rejeito agrícola também pode ser utilizado, incluindo, inter alia, as palhas de cereais acima mencionados.

No tratamento da etapa (A), um reagente a base de ácidos orgânicos, tal como ácido fórmico, acético e/ou propiônico é usado. Um reagente contendo ácido fórmico e/ou ácido acético é preferivelmente utilizado. A quantidade de ácido fórmico e ácido acético pode variar dentro da faixa de 0 a 95%. Em adição ao ácido fórmico, e ácido acético, o reagente tipicamente contém água, tipicamente dentro da faixa de 5 a tampa da garrafa 50%. Numa realização preferida, o reagente de tratamento contém menos de 60% de ácido acético, o restante sendo ácido fórmico e água. Numa outra realização preferida, o reagente de tratamento contém menos de 60% de ácido acético e pelo menos 20%, tipicamente 40 a 95% de ácido fórmico. Ainda numa outra realização, o reagente de tratamento contém menos de 40% de ácido acético e pelo menos 40% de ácido fórmico.

Se desejado, outros ácidos, tais como ácido sulfúrico ou ácido clorídrico ou ácidos peróxido orgânicos, por exemplo, também podem ser usados.

A temperatura de tratamento da etapa (A) é tipicamente na faixa de 60 a 220°C. Numa realização preferida, a temperatura está dentro da faixa de 100 a 180°C, 130 a 170°C, por exemplo. O tempo de tratamento pode ser na faixa de 5 minutos a 10 horas, tipicamente de 15 minutos a 4h.

Na etapa (A) do método da invenção, uma fração de carboidrato sólido que possui melhorada hidrolisação é obtida e foi encontrado ser hidrolisada em açúcares solúveis em água mais rápidos e com menores quantidades de enzima do que a polpa convencional produzida para a produção de papel.

Os carboidratos da fração de carboidrato sólido obtida na etapa (A) do método da invenção contém principalmente (tipicamente pelo menos 80%) polissacarídeos compostos de unidades formadas por glicose e outras hexoses, e, adicionalmente, preferivelmente menos de 10%, por exemplo, menos de 5% de polissacarídeos compostos de unidades de pentoses. Essas pentoses são tipicamente principalmente xilose e arabinose. A fração de carboidrato contém tanto fibras quanto material não fibroso.

O teor de lignina da fração de carboidrato sólida obtida na etapa (A) do método da invenção é pequeno, isto é, o número kappa é tipicamente menor do que 50.

Na etapa (A) de fracionamento do método da invenção, uma fração ou frações são também obtidas contendo matéria orgânica dissolvida da biomassa e ácidos orgânicos utilizados no tratamento. A matéria orgânica dissolvida da biomassa tipicamente contém lignina e açúcares de hemiceluloses, tais como hexoses e pentoses. A matéria orgânica dissolvida, separada é útil, inter alia, como biocombustível ou matéria prima para gaseificação, por exemplo.

A fração de carboidrato sólida obtida é separada das outras frações obtidas, tal como a matéria orgânica dissolvida, por métodos conhecidos, filtração, lavagem ou prensagem, por exemplo. Nesses métodos, os ácidos orgânicos circulantes no processo ou misturas destes podem ser utilizados como agentes auxiliares. Os ácidos orgânicos remanescentes na fração de carboidrato sólida podem ser separados pelos mesmos métodos conhecidos, em que a água pode ser utilizada como agente auxiliar na separação.

Quando as diferentes frações são separadas por lavagem, a lavagem pode tipicamente ser realizada em duas etapas, a saber, pela realização da primeira lavagem com um ácido concentrado e então com água. O ácido concentrado usado na primeira etapa de lavagem pode ser o mesmo da mistura ácida usada no fracionamento.

A fração de carboidrato sólida assim obtida na etapa (B) do método da invenção ou uma parte desta fração é enzimaticamente hidrolisada em monossacarídeos e oligossacarídeos solúveis em água, e, se desejado, ainda em monossacarídeos, onde o produto de açúcar de acordo com a invenção é obtido. Em conexão com a presente invenção, os oligossacarídeos solúveis em água se referem a oligossacarídeos de cadeia curta, também incluem os dissacarídeos. A hidrólise enzimática é realizada por métodos conhecidos per se utilizando enzimas degradadoras de celulose, isto é, celulases.

O produto de açúcar da invenção pode ser um produto de glicose, por exemplo.

O produto de açúcar assim obtido é útil como matéria prima para a fabricação de produtos químicos industriais diferentes.

Numa realização da invenção, o produto de açúcar assim obtido é submetido a fermentação etanólica por métodos conhecidos per se. A fermentação pode ser realizada, por exemplo, como se segue: o produto de açúcar é alimentado como uma solução aquosa em um fermentador, em que a levedura Saccharomyces cerevisiae converte os açúcares solúveis em etanol e dióxido de carbono. O tempo de residência no fermentador é tipicamente de 48 horas e a temperatura é de 32°C.

Em conexão com as separações acima mencionadas, a fração de carboidrato pode estar em uma suspensão junto com uma mistura de ácidos orgânicos. A concentração total de ácido desta mistura pode variar entre 0 e 98% sem a suspensão contendo praticamente qualquer matéria orgânica dissolvida. Tal suspensão pode ser levada a reagir, onde os polissacarídeos da fração de carboidrato são convertidos numa forma mais facilmente hidrolisável, mas os polissacarídeos, contudo, não reagem muito gerando oligossacarídeos ou monossacarídeos ou dissolvem. Ao mesmo tempo, os ácidos orgânicos que estavam quimicamente ligados a fração de carboidrato sólida como ésteres são liberados da fração de carboidrato. A liberação dos ácidos ligados como ésteres reduz significativamente as perdas de ácido do método. Devido à suspensão conter apenas uma pequena quantidade de matéria orgânica dissolvida, praticamente nenhum produto de degradação é gerado no tratamento, tal como furfural ou hidroxi-metilfurfural, que poderia complicar a hidrólise enzimática e a fermentação.

Assim, o tratamento da fração de carboidrato obtida na etapa (A) de acordo com o método da invenção pode continuar, facilitando ainda o tratamento da fração de carboidrato sólida, e alguns polissacarídeos reagem gerando oligossacarídeos e monossacarídeos solúveis em água.

Numa realização adicional da invenção, o método pode assim incluir também uma ou mais etapas, onde a fração de carboidrato sólida é ainda tratada com um reagente contendo um ou mais ácidos orgânicos, onde uma fração de carboidrato adicionalmente tratada, uma fração/frações contendo ácidos orgânicos usados e possivelmente uma fração contendo matéria orgânica dissolvida são obtidas. O reagente utilizado no tratamento adicional pode ser o mesmo utilizado no primeiro fracionamento. Num tratamento adicional, a mistura de reação a ser tratada é tipicamente aquecida numa faixa de 60 a 220°C. O tempo de tratamento pode ficar dentro de uma faixa de 1 minuto a 72 horas. A fração de carboidrato adicionalmente tratada assim obtida é então separada da fração contendo ácidos orgânicos usados.

O tratamento adicional pode ser realizado, por exemplo, sob as seguintes condições: reagente de tratamento - uma mistura de ácido fórmico contendo de 1 a 50% de ácido fórmico, temperatura de 100 a 180°C, tempo de residência de 10 minutos a 24 horas, teor de material sólido da mistura de reação de 2 a 40%.

O tratamento adicional é realizado após a etapa (A), antes das frações obtidas no fracionamento serem separadas uma das outras ou junto com a separação das frações ou depois. Numa realização, o tratamento adicional é realizado junto com uma separação das frações em duas etapas pela adição de ácido de lavagem concentrado na primeira etapa de lavagem à fração de carboidrato obtida, gerando uma suspensão composta da fração de carboidrato e do ácido de lavagem, a temperatura da suspensão é elevada até uma temperatura de 60 a 220°C, a suspensão é deixada reagir nesta temperatura, por exemplo, por 10 minutos a 24 horas, seguido da lavagem da fração de carboidrato adicionalmente tratada com água na segunda etapa de lavagem. O ácido de

lavagem concentrado pode ser o mesmo da mistura ácida usado no primeiro fracionamento.

Numa realização da invenção, o dito tratamento adicional é realizado sob condições em que mais de 90% da fração de carboidrato sólida permanece na forma sólida. Tais condições podem ser, por exemplo, as seguintes: reagente de tratamento - uma mistura de ácido fórmico contendo de 1 a 50% de ácido fórmico, temperatura de 100 a 180°C, tempo de residência de 1 a 8 horas, teor de material sólido da mistura de reação de 2 a 40%.

As frações obtidas no tratamento adicional são então separadas uma das outras pelos métodos conhecidos acima mencionados, tal como filtração, lavagem ou prensagem.

A fração obtida e contendo monossacarídeos e oligossacarídeos solúveis em água e ácidos orgânicos pode ser ainda fracionado em uma fração contendo monossacarídeos e oligossacarídeos solúveis em água e uma fração contendo os ácidos orgânicos usados. Uma vez que os ácidos orgânicos são facilmente evaporados, esta separação pode ser adequadamente realizada por operações de separação térmica, tais como evaporação, por exemplo.

A fração de carboidrato sólida adicionalmente tratada é então hidrolisada enzimaticamente na etapa (B) em monossacarídeos e oligossacarídeos solúveis em água da mesma maneira acima mencionada. A fração concentrada de sacarídeo obtida no tratamento adicional e contendo monossacarídeos e oligossacarídeos solúveis em água não necessariamente requer uma hidrólise enzimática, mas é utilizável como uma melhoria. Alternativamente, a fração de sacarídeos concentrada pode ser ainda hidrolisada em monossacarídeos. Os monossacarídeos e oligossacarídeos hidrolisados podem ser transformados em etanol, por exemplo.

Os produtos de monossacarídeo e oligossacarídeo obtidos no tratamento adicional são também utilizáveis como matéria prima na fabricação de diferentes produtos químicos industriais da mesma maneira como acima. Numa realização da invenção, os oligossacarídeos e monossacarídeos são hidrolisados em etanol.

Os ácidos orgânicos usados e filtrados da lavagem são recuperados e purificados. No método, ácido acético e furfural também podem ser formados, os quais são separados e úteis como produtos industriais.

Entre as etapas (A) e (B), o método da invenção pode também incluir uma etapa em que os materiais fibrosos e não fibrosos na fração de carboidrato obtida na etapa (A) são separados uma da outra, gerando uma fração contendo material fibroso e uma fração contendo material não fibroso. Numa realização da invenção, a hidrólise enzimática da etapa (B) é realizada apenas numa dessas frações.

Antes da etapa (A), o método da invenção também pode incluir uma etapa em que os ácidos orgânicos usados como reagente de lavagem são absorvidos pela biomassa que está sendo tratada.

Quando a fração de carboidrato é tratada com uma mistura de ácidos orgânicos, as hemiceluloses são mais facilmente hidrolisadas do que a celulose. Pelo método da invenção, as hemiceluloses podem ser hidrolisadas sem se dissolver como oligossacarídeos e monossacarídeos que podem ser recuperados dos filtrados de lavagem e usados como matéria prima na fabricação de furfural, por exemplo.

Numa realização prática, o método da invenção tipicamente inclui as seguintes etapas: tratamento de biomassa com uma mistura de ácidos orgânicos, separação de material dissolvido a partir da fração de carboidrato sólida obtida, separação dos ácidos de cozimento a partir da fração de carboidrato sólida pela lavagem com água, hidrólise enzimática da fração de carboidrato, fermentação da glicose e dos oligossacarídeos obtidos como produtos de hidrólise e separação dos produtos de fermentação (etanol), recuperação dos ácidos de lavagem, purificação dos ácidos de lavagem e água, recuperação dos produtos químicos gerados no processo, tais como ácido acético e furfural, e recuperação da matéria orgânica dissolvida.

Numa realização prática, a separação dos ácidos de cozimento a partir da fração de carboidrato sólida pode compreender duas etapas de lavagem, entre as quais a mistura contendo a fração de carboidrato é aquecida. Numa outra realização prática, parte dos ácidos de cozimento é primeiro separada por lavagem, seguido do aquecimento da mistura contendo a fração de carboidrato sob condições em que parte dos sacarídeos é dissolvida, seguido da separação do ácido e dos sacarídeos restantes por lavagem, e finalmente, separação dos sacarídeos dissolvidos por evaporação.

Numa terceira realização prática associada à separação dos ácidos de cozimento, parte dos ácidos é primeiro separada por lavagem, seguido do aquecimento da mistura contendo a fração de carboidrato, separação dos sacarídeos dissolvidos por evaporação, aquecimento da fração de carboidrato sólida assim obtida sob condições em que parte dos sacarídeos está dissolvida, e finalmente separação do ácido e dos sacarídeos restantes por lavagem, e finalmente, separação do ácido e dos sacarídeos dissolvidos por lavagem.

A seguir, a invenção será descrita por exemplos ilustrativos e não restritivos. Nos exemplos e em toda descrição e reivindicações, as teores em porcentagens são porcentagens em peso (%p), a menos de outro modo estabelecido.

Exemplo 1

Três fracionamentos A, B e C foram realizados com ácidos orgânicos pelo uso de palha de trigo como material de partida.

O teor de pentosanas e o teor de lignina (número kappa) foram medidos nas frações de carboidrato sólidas obtidas no fracionamento. A capacidade de hidrolisação enzimática das diferentes frações foi comparada com uma dose de celulase de 60 UPF (Unidade de Papel de Filtro). A enzima celulase utilizada foi a celulase comercial GC 200 (fabricante Genencor). O rendimento do produto de hidrólise, isto é, glicose, foi calculado como se segue: (1) o teor de celulose da amostra foi estimado com base no número kappa, o teor de pentosana e o teor de cinzas, (2) a quantidade de glicose obtida na hidrólise enzimática foi dividida pelo teor de celulose estimado, e (3) a razão obtida foi multiplicada pela razão da unidade de celulose por massa molar de glicose (162/180).

As condições de fracionamento e os resultados são apresentados na tabela seguinte.

Dos resultados, pode-se concluir que a capacidade de hidrolisação da fração de carboidrato obtida pode ser afetada pelas condições de fracionamento. Encontrou-se que as frações de carboidrato B e C são fracamente adequadas para uso como polpa, uma vez que o teor de pentosana destas é menor e o teor de lignina é maior do que aqueles da 5 fração A. O teor maior de lignina é parcialmente resultado da condensação da lignina dissolvida que retorna a fração sólida.

As frações de carboidrato B e C contém apenas uma pequena quantidade de pentosanas e lignina em relação à biomassa original, e estas são deste modo, bastante adequadas à hidrólise enzimática e a adicional fermentação em etanol.

Exemplo 2

A fração de carboidrato B do exemplo 1 foi ainda tratada com uma mistura ácida contendo 10%p de ácido fórmico e 90%p de água, a uma temperatura de 130°C, 90 min. No início do tratamento, a suspensão continha 7,5% de matéria sólida.

Os teores de ácidos ligados antes e depois do tratamento foram medidos. A capacidade de hidrolisação enzimática das frações de carboidrato foi comparada (dose de enzima de 60 UPF).

Os resultados são apresentados na tabela seguinte. Podemos concluir que a capacidade de hidrolisação pode ser melhorada e os ácidos ligados liberados pelo tratamento adicional sem praticamente hidrolisar a fração de carboidrato.

Exemplo 3

A fração de carboidrato B do exemplo 1 foi ainda tratada com uma mistura 10 ácida contendo 30%p de ácido fórmico e 70%p de água, a uma temperatura de 160°C, 90 min. No início do tratamento, a suspensão continha 7,5% de matéria sólida.

A capacidade de hidrolisação enzimática das frações de carboidrato foi comparada (dose de enzima de 60 UPF). Os teores da parte líquida da suspensão foram medidos como glicose e hidroximetilfur furai, que é o principal produto de degradação da glicose sob condições ácidas. 5 Os resultados são apresentados na tabela seguinte. No tratamento adicional, 23% da fração de carboidrato sólida reagiu tornando-se solúvel.

A partir do experimento podemos concluir que a capacidade de hidrolisação pode ser melhorada pelo tratamento adicional sem praticamente qualquer perda de glicose 10 devida às reações de degradação. O material dissolvido é principalmente glicose e oligossacarídeos formados por unidades de glicose (por exemplo, celubiose).

Exemplo 4

A fração de carboidrato C do exemplo 1 foi ainda tratada com uma mistura ácida contendo 30%p de ácido fórmico e 70%p de água, a uma temperatura de 130°C, 15 180 min. No início do tratamento, a suspensão continha 7,5% de matéria sólida.

A capacidade de hidrolisação enzimática das frações de carboidrato foi comparada (dose de enzima de 15 UPF). Os resultados são apresentados na tabela seguinte. Podemos concluir que a capacidade de hidrolisação pode ser melhorada pelo tratamento adicional, e que a hidrólise enzimática também opera rápido com uma dosagem de enzima menor, isto é, após o tratamento, os carboidratos estão numa forma mais 5 facilmente hidrolisável.

Exemplo 5

A fração de carboidrato B do exemplo 1 foi ainda tratada com uma mistura ácida contendo 30%p de ácido fórmico e 70%p de água, a uma temperatura de 160°C, 30 min. No início do tratamento, a parte líquida da suspensão continha 1,7 g/1 de xilose e 0,6 10 g/1 de glicose. Consequentemente, as xilanas contidas na fração de carboidrato podem ser hidrolisadas em xilose praticamente sem hidrólise da parte de glicose da fração.

Exemplo 6

A matéria fina foi separada da polpa não branqueada feita de Miscanthus sinensis e tratada com uma mistura ácida sob as seguintes condições: 80%p de ácido 15 fórmico e 20%p de água, temperatura de 160°C, tempo de reação de 240 min. Assim, embora as condições fossem claramente mais agressivas do que no exemplo 3, apenas 7% da fração de carboidrato sólida reagiu tornando-se solúvel. Consequentemente, a hidrólise da matéria fina foi significativamente mais difícil do que a hidrólise da fração de carboidrato do exemplo 3, isto é, as diferentes frações de carboidrato sólidas reagiram de formas muito diferentes no tratamento ácido. Referências: 1. Hamelinck, C.N, van Hooijdonk, G. & Faaij, A.P.C, Ethanol from lignocellulosic biomass: techno-economic performance in short-, middle- and long-term, Biomass and Bioenergy 28: 384-410, 2005. 2. Yang, B. & Wyman, C.E., Effect of Xylan and Lignin Removal by Batch and Flowthrough Pretreatment on the Enzymatic Digestibility of Corn Stover Cellulose, Biotechnology and Bioengineering 86(1): 88-95, 2004. 3. Patente US5726046 (publicada em 10 de Março de 1998), Farone, W. &Cuzens, J., Method of producing sugars using strong acid hydrolysis. 4. Patente US4904342 (publicada em 27 de Fevereiro de 1990), Arnoldy, P. & Petrus, L, Process for pulping lignocellulose containing material. 5. Bucholtz, M. & Jordan, R.K., Formic acid woodpulping could yield valuable chemical products, Pulp & Paper 57(9): 102-104, 1983. 6. Patente DE3445132 (publicada em 12 de Junho de 1986), Nimz, H.H. & Casten, R., Holzaufschluss mit Essigsaure. 7. W003/006737 Al (publicada em 23 de Janeiro de 2003), Rousu E.,Rousu P., Anttila J. & Rousu, P., Process for producing pulp. 8. W098/20198 (publicada em 14 de Maio de 1998), Rousu, P., Rousu, P. & Rousu, E., Method for producing pulp using single-stage cooking with formic acid and washing with performic acid. 9. WO86/05529 (publicada em 25 de Setembro de 1986), Laamanen, A.K., Sundquist, J.J., Wartiovaara, I.Y.P., Kauliomaki, S.V.M., Poppius, K.J., Process for preparing bleached pulp out of lignocellulosic raw material. 10. Patente US5681427 (publicada em 28 de Outubro de 1997), Lora J.H., Maley, P., Greenwood, F., Phillips, J.R., Lebel, D.J., Apparatus for treating pulp produced by solvent pulping. 11. Pan, X., Gilkes, N., Kadi, J., Pye, K., Saka, S., Gregg, D., Ehara, K., Xie, D., Lam, D. & Saddler, J., Byconversion of hybrid poplar to ethanol and coproducts using an organosolv fractionation process: Optimization of process yields, 5 Biotechnology and Bioengineering 94(5): 851-861, 2006. 12. Rousu P, Rousu P & Pohjola VJ (2000). Nonwood fibres made by formic acid based pulping method - holistic characterization of paper product. Proc. Fourth International Nonwood Fibre Pulping and Papermaking Conference, September 18-21, 2000, Jinan, P.R. China, CTAPI 2000, 1: p. 140-151. 10 13. WO02/053829 Al (publicada em 11 de Julho de 2002), Rousu, E., Rousu P., Anttila, J., Tanskanen, J. & Rousu, P., Method for producing furfural, acetic acid and formic acid from spent pulp-cooking liquor. 14. Rousu, P.P, Rousu, P., Anttila, J.R., & Tanskanen, J.P., A novel biorefinery- production of pulp, bioenergy and green chemicals from nonwood 15 materials. Proceedings of TAPPI Engineering, Pulping & Environmental Conference, 2006.

Claims

1. Processo de produção de açúcares tais como glicose a partir de biomassa contendo lignocelulose, CARACTERIZADO por: (A) tratar a biomassa a uma temperatura de 100 a 180°C com um reagente contendo pelo menos 40% de ácido fórmico e menos de 40% de ácido acético e 5% a 50% de água, gerando uma fração de carboidrato sólida contendo principalmente polissacarídeos compostos de unidades de glicose, e, adicionalmente menos de 10% de polissacarídeos compostos de unidades de pentoses que possui uma capacidade de hidrolisação melhorada, e uma fração/frações contendo matéria orgânica dissolvida a partir da biomassa e os ácidos usados, (B) tratar a fração de carboidrato sólida obtida da etapa (A) em uma ou mais etapas com um reagente contendo ácido fórmico e/ou ácido acético, pelo aquecimento da mistura de reação a uma temperatura de 60 a 220°C, para gerar uma fração de carboidrato sólida adicionalmente tratada, uma fração/frações contendo os ácidos usados e possivelmente uma fração contendo a matéria orgânica dissolvida, e (C) hidrolisar enzimaticamente pelo menos parte da fração de carboidrato sólida adicionalmente tratada obtida em monossacarídeos e oligossacarídeos solúveisem água, gerando um produto de açúcar.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pela fração de carboidrato sólida obtida na etapa (A) conter material fibroso e não fibroso.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo número kappa da fração de carboidrato sólida obtida na etapa (A) ser menor do que 50.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por realizar o tratamento adicional sob condições em que mais do que 90% da fração de carboidrato sólida permanece na forma sólida.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por realizar o tratamento adicional sob condições em que mais do que 10% dos polissacarídeos da fração de carboidrato sólida reage formando monossacarídeos eoligossacarídeos solúveis em água, gerando uma fração de carboidrato sólida adicionalmente tratada e uma fração/frações contendo oligossacarídeos e polissacarídeos solúveis em água e os ácidos usados.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fracionamento das fração/frações contendo monossacarídeos e oligossacarídeos solúveisem água e os ácidos usados, gerar, como um produto de açúcar, uma fração contendo monossacarídeos e oligossacarídeos solúveis em água, e uma fração contendo os ácidos usados.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6, CARACTERIZADO por hidrolisar enzimaticamente a fração de carboidrato sólidae/ou a fração contendo monossacarídeos e oligossacarídeos solúveis em água em monossacarídeos e oligossacarídeos solúveis em água ou monossacarídeos, gerando um produto de açúcar.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 6 ou 7, CARACTERIZADO por fermentar o produto de açúcar obtido, em álcool.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 5 ou 6, CARACTERIZADO por recuperar os ácidos usados.

10. Método de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por recuperar a matéria orgânica dissolvida.

11. Método de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo método ainda incluir, entre as etapas (A) e (C), uma etapa de separação de materiais fibrosos e não fibrosos um dos outros, gerando uma fração contendo material fibroso e uma fração contendo material não fibroso.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO por realizar a hidrólise enzimática de acordo com a etapa (C) apenas em uma das frações separadas.

13. Método de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo método ainda incluir, antes da etapa (A), uma etapa de absorção dos ácidos utilizados como reagentes de cozimento pela biomassa.