FR3015519A1 - PROCESS FOR PRODUCTION OF ETHANOL USING SUGARS OF 5 AND 6 CARBON ATOMS - Google Patents
PROCESS FOR PRODUCTION OF ETHANOL USING SUGARS OF 5 AND 6 CARBON ATOMS Download PDFInfo
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de production d'éthanol utilisant des sucres à 5 et 6 atomes de carbone.The present invention relates to a process for the production of ethanol using sugars with 5 and 6 carbon atoms.
Description
PROCEDE DE PRODUCTION D'ETHANOL UTILISANT DES SUCRES A 5 ET 6 ATOMES DE CARBONE La présente invention concerne un procédé de production d'éthanol utilisant des sucres à 5 et 6 atomes de carbone. L'utilisation des ressources fossiles et plus particulièrement du pétrole depuis l'avènement de l'ère industrielle au début du vingtième siècle, s'accompagne d'une libération continue et croissante de nombreux éléments dans l'atmosphère. La conséquence directe de ces rejets est notamment l'augmentation de la teneur en dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère. Cette élévation du taux de CO2 participe au réchauffement climatique mondial dont l'impact sur l'environnement est patent et durable. La part du pétrole utilisée dans les moyens de transport est majoritaire par rapport aux autres utilisations, c'est pourquoi de nombreux acteurs du monde économique ont cherché à substituer une part, voire la totalité, du pétrole et de ses dérivés dans les carburants destinés aux véhicules. L'éthanol produit par fermentation de sucres est d'ores et déjà une molécule utilisée à grande échelle comme carburant dans de nombreux pays et notamment au Brésil. L'éthanol carburant dit de première génération produit à l'heure actuelle provient quasi exclusivement de la fermentation de sucres, glucose et saccharose, issus de l'exploitation agricole des sols. Les plantes saccharifères que sont la betterave à sucre ou la canne à sucre et les plantes amylacées telles que le blé ou le maïs, principales sources de sucres, sont des plantes cultivées principalement en vue de nourrir les populations. La conséquence principale de l'essor de l'éthanol de gère génération est la compétition entre la filière carburant et celle alimentaire en ce qui concerne la destinée des sucres produits et par ricochet, une compétition quant à l'usage des sols.The present invention relates to a process for the production of ethanol using 5- and 6-carbon sugars. The use of fossil resources, especially oil since the advent of the industrial era in the early twentieth century, is accompanied by a continuous and increasing release of many elements in the atmosphere. The direct consequence of these discharges is in particular the increase of the carbon dioxide (CO2) content in the atmosphere. This rise in CO2 levels contributes to global warming, which has a clear and lasting impact on the environment. The share of oil used in the means of transport is in majority compared to the other uses, that is why many actors of the economic world sought to substitute a part, or even all, of the oil and its derivatives in the fuels intended for the vehicles. Ethanol produced by fermentation of sugars is already a molecule widely used as fuel in many countries and especially in Brazil. The first-generation fuel ethanol produced today comes almost exclusively from the fermentation of sugars, glucose and sucrose, derived from the agricultural exploitation of the soil. Succulent plants such as sugar beet or sugar cane and starchy plants such as wheat or maize, the main sources of sugars, are plants grown mainly to feed the populations. The main consequence of the growth of managed generation ethanol is the competition between the fuel and food sectors as far as the destiny of the produced sugars is concerned and indirectly, a competition as for the use of the grounds.
Pour pallier cette dualité, a émergé l'idée de l'utilisation de plantes ou des coproduits agricoles non destinés à l'alimentation humaine pour la production de biocarburants. Alors que l'éthanol de première génération provient de la fermentation du saccharose et du glucose provenant de l'amidon, ces « nouvelles » matières premières sont caractérisées par une forte productivité à l'hectare et une teneur en sucres totaux importante. Ces sucres sont majoritairement constitués de glucose provenant de la cellulose et des sucres issus des hémicelluloses. La cellulose et les hémicelluloses sont donc les sources de sucres alternatives à l'amidon et au saccharose. On parle alors d'éthanol de seconde génération.To overcome this duality, emerged the idea of the use of plants or agricultural co-products not intended for human consumption for the production of biofuels. While first-generation ethanol comes from the fermentation of sucrose and glucose from starch, these "new" raw materials are characterized by high productivity per hectare and a high total sugar content. These sugars consist mainly of glucose derived from cellulose and sugars from hemicelluloses. Cellulose and hemicelluloses are therefore sources of sugars alternatives to starch and sucrose. This is called second generation ethanol.
Cependant alors que les souches utilisées pour la fermentation alcoolique de 1 ère génération peuvent utiliser le glucose provenant de la cellulose, elles sont incapables de produire de l'éthanol à partir des hémicelluloses majoritairement composées de xylose et d'arabinose, sucres à cinq atomes de carbone. La proportion de sucres provenant des hémicelluloses est variable d'un végétal à un autre mais peut représenter jusqu'à 40% des sucres présents dans la plante. Ce sont donc autant de sucres non utilisés pour la production d' éthanol. Au niveau industriel, les procédés de production d'éthanol utilisant le glucose ou le saccharose comme source de carbone utilisent quasi exclusivement Saccharomyces cerevisiae cette dernière étant incapable d'utiliser naturellement les sucres à cinq atomes de carbone. La recherche de souches capables de transformer les pentoses en éthanol a débuté dans les années 1970. Les scientifiques se focalisent essentiellement sur le xylose car il constitue entre 10 et 40% des sucres présents dans la biomasse lignocellulosique, alors que l'arabinose constitue au maximum 3% de la biomasse lignocellulosique. Une souche capable de fermenter le xylose et le glucose permettrait d'augmenter d'environ 25% le rendement global de fermentation alcoolique. Il existe des microorganismes qui fermentent naturellement les sucres à cinq atomes de carbone en éthanol. Parmi ces micro-organismes on distingue les bactéries qui fermentent les C5 et les levures qui fermentent les C5.However, whereas the strains used for 1st generation alcoholic fermentation can use glucose from cellulose, they are unable to produce ethanol from hemicelluloses mainly composed of xylose and arabinose, five-atom sugars. carbon. The proportion of sugars from hemicelluloses is variable from one plant to another but can represent up to 40% of the sugars present in the plant. So these are so many sugars not used for the production of ethanol. At the industrial level, the processes of producing ethanol using glucose or sucrose as a carbon source almost exclusively use Saccharomyces cerevisiae, the latter being unable to use naturally occurring sugars with five carbon atoms. The search for strains capable of transforming pentoses into ethanol began in the 1970s. Scientists mainly focus on xylose because it constitutes between 10 and 40% of the sugars present in lignocellulosic biomass, while arabinose is at most 3% of the lignocellulosic biomass. A strain capable of fermenting xylose and glucose would increase the overall yield of alcoholic fermentation by about 25%. There are microorganisms that naturally ferment five-carbon sugars into ethanol. Among these microorganisms there are bacteria that ferment C5 and yeasts that ferment C5.
Plusieurs espèces de bactéries thermophiles comme Thermoanaerobacter ethanolicus, Clostridium thermohydrosulfuricum et Clostridium thermocellum sont capables de réaliser naturellement la fermentation alcoolique sur xylose. Un rendement de 0,42géthanol.exylose et une productivité de 0,5 g.L-1.11-1 ont été rapportés pour Thermoanaerobacter ethanolicus sur un milieu complexe à 4 g.L -1 de xylose.Several species of thermophilic bacteria such as Thermoanaerobacter ethanolicus, Clostridium thermohydrosulfuricum and Clostridium thermocellum are capable of carrying out naturally alcoholic fermentation on xylose. A yield of 0.42 ethanolylose and a productivity of 0.5 g.L-1.11-1 was reported for Thermoanaerobacter ethanolicus on a complex medium at 4 g.l -1 of xylose.
Leur utilisation présente l'avantage de diminuer les risques de contamination du fait de la température élevée utilisée, mais les performances sont trop faibles pour une application industrielle. D'autres bactéries telles que Escherichia coli, Klebsiella oxytoca, Erwinia chrysanthemi peuvent être utilisées pour la production d'éthanol, mais un inconvénient majeur des bactéries concerne le risque élevé de contamination du milieu lors de la fermentation. Les contaminations bactériennes sont courantes et difficilement maîtrisables en conditions non stériles et la mise en oeuvre de conditions stériles n'est pas toujours applicable en milieu industriel. En utilisant des levures pour la fermentation, les contaminations bactériennes exogènes sont plus facilement maîtrisables. En effet, les titres alcoolique élevés sont défavorables aux bactéries et il est plus facile, grâce aux conditions de fermentation, en particulier le pH, d'empêcher l'apparition d'une contamination bactérienne. L'alternative à l'utilisation de bactéries pour la production d'éthanol au stade industriel est donc la mise en oeuvre d'organismes fongiques : les levures.Their use has the advantage of reducing the risk of contamination due to the high temperature used, but the performance is too low for an industrial application. Other bacteria such as Escherichia coli, Klebsiella oxytoca, Erwinia chrysanthemi can be used for the production of ethanol, but a major disadvantage of bacteria is the high risk of contamination of the medium during fermentation. Bacterial contaminations are common and difficult to control in non-sterile conditions and the implementation of sterile conditions is not always applicable in industrial settings. By using yeasts for fermentation, exogenous bacterial contaminations are more easily controllable. In fact, the high alcoholic strengths are unfavorable to bacteria and it is easier, thanks to the fermentation conditions, in particular the pH, to prevent the appearance of a bacterial contamination. The alternative to the use of bacteria for the production of ethanol at the industrial stage is therefore the use of fungal organisms: yeasts.
Plusieurs espèces de levures, fermentant naturellement le xylose, ont été identifiées comme étant les plus efficaces : Pichia stipitis, Candida shehatae, Candida tropicalis et Pachylosen tannophilus. Tableau 1 : Performances fermentaires de trois levures sur xylose Aujourd'hui de nombreuses souches métabolisant les pentoses existent, mais ces levures de laboratoire ne sont pas adaptées à des conditions industrielles, car elles ne tolèrent pas la présence des inhibiteurs présents dans les hydrolysats de lignocellulose. De plus, la construction de souches de levures génétiquement modifiées capables de convertir efficacement le xylose et l'arabinose en éthanol est un objectif difficile, car il s'agit de modifier les flux métaboliques de la levure et ses équilibres énergétiques. De plus, lorsque les souches métabolisant, outre les hexoses, les pentoses, fermentent lesdits hexoses et pentoses pour donner de l'éthanol, lesdites souches, en présence des deux types de sucres, consomment toujours en premier les sucres en C6 et ensuite seulement les sucres en C5, qu'elles soient naturelles ou génétiquement modifiées. Ce mécanisme appelé diauxie aboutit dans le cadre d'une cofermentation C5/C6 à la présence de C5 en fin de fermentation qui, en raison de la présence d'alcool et de conditions lieu h .1 50 90 20 6,2 26 56 21.5 5.0 150 20 50 cocup4.2ce 14. de culture plutôt défavorables pour la souche (temps de séjour long en présence d'alcool, possibilité de présence d'acides organiques produits lors de la fermentation par une flore contaminante), ne seront pas consommés par la souche. Cela se traduit par une perte de sucres dans le vin allant à l'étape d'isolement de l'éthanol, notamment par distillation.Several yeast species, naturally fermenting xylose, have been identified as the most effective: Pichia stipitis, Candida shehatae, Candida tropicalis and Pachylosen tannophilus. Table 1: Fermentative performance of three yeasts on xylose Today many strains metabolizing pentoses exist, but these laboratory yeasts are not adapted to industrial conditions, because they do not tolerate the presence of inhibitors present in lignocellulose hydrolysates . In addition, the construction of genetically modified yeast strains capable of effectively converting xylose and arabinose into ethanol is a difficult goal, as it involves modifying yeast metabolic fluxes and energy equilibria. In addition, when the metabolizing strains, in addition to the hexoses, the pentoses, ferment said hexoses and pentoses to give ethanol, said strains, in the presence of both types of sugars, always consume the C6 sugars first and then only the C5 sugars, whether natural or genetically modified. This mechanism known as diauxie results in a C5 / C6 co-fermentation with the presence of C5 at the end of fermentation, which, because of the presence of alcohol and of conditions prevails. 1 50 90 20 6,2 26 56 21.5 5.0 150 20 50 cocup4.2ce 14. rather unfavorable for the strain (long residence time in the presence of alcohol, possibility of presence of organic acids produced during the fermentation by a contaminating flora), will not be consumed by strain. This results in a loss of sugar in the wine going to the ethanol isolation stage, especially by distillation.
Ainsi, un but de la présente invention est de fournir un procédé permettant une utilisation optimale des sucres provenant de la cellulose et des hémicelluloses provenant de biomasses lignocellulosiques ou de coproduits agro-industriels pour produire de l'éthanol. L'invention a par conséquent pour objet l'utilisation d'un moût de propagation comprenant une population microbienne pour préparer de l'éthanol à partir d'une matière première générant au moins un pentose, en particulier le xylose et/ou l'arabinose, et au moins un hexose, en particulier le glucose, par fermentation desdits pentose et hexose par ladite population microbienne, ladite matière première étant extraite pour donner un jus d'extraction contenant du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, et un marc, ledit marc donnant, après avoir été liquéfié, un liquéfiat, ledit liquéfiat étant une source du susdit hexose, en particulier du glucose, ledit moût de propagation étant obtenu par prolifération d'un inoculat de ladite population microbienne à l'aide dudit jus d'extraction, en présence d'air, ledit moût de propagation ne contenant pas d'éthanol, ladite population microbienne étant utilisée à la fois: - pour la préparation d'une première source d'éthanol, par fermentation du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, contenu dans ledit jus d'extraction par ladite population microbienne et - pour la préparation d'une deuxième source d'éthanol, par fermentation du susdit hexose, en particulier du glucose, généré par ledit liquéfiat, par ladite population microbienne, ledit éthanol étant isolé des première et/ou deuxième sources d'éthanol, en particulier par distillation desdites première et/ou deuxième sources d'éthanol. Ainsi, comme illustré par la figure 2 relative à une utilisation selon la présente invention, la matière première, en particulier une biomasse lignocellulosique, est extraite après avoir en particulier été imprégnée et prétraitée. Ladite extraction permet d'obtenir un liquide riche en pentoses (jus riche en sucres C5) et un solide riche en hexoses (marc riche en sucres C6).Thus, an object of the present invention is to provide a method for optimal use of sugars from cellulose and hemicelluloses from lignocellulosic biomasses or agro-industrial co-products to produce ethanol. The subject of the invention is therefore the use of a propagation must comprising a microbial population for preparing ethanol from a raw material generating at least one pentose, in particular xylose and / or arabinose. , and at least one hexose, in particular glucose, by fermentation of said pentose and hexose by said microbial population, said raw material being extracted to give an extraction juice containing said pentose, in particular xylose and / or arabinose, and a marc, said marc giving, after having been liquefied, a liquéfiat, said liquéfiat being a source of the aforesaid hexose, in particular glucose, said propagation must being obtained by proliferation of an inoculum of said microbial population to of said extraction juice, in the presence of air, said propagation wort containing no ethanol, said microbial population being used both: - for the preparation of a first source of ethanol, by fermentation of the aforesaid pentose, in particular xylose and / or arabinose, contained in said extraction juice by said microbial population and - for the preparation of a second source of ethanol, by fermenting the aforesaid hexose, in particular glucose, generated by said liquefied by said microbial population, said ethanol being isolated from the first and / or second sources of ethanol, in particular by distillation of said first and / or second sources of ethanol. Thus, as illustrated by FIG. 2 relating to a use according to the present invention, the raw material, in particular a lignocellulosic biomass, is extracted after having been in particular impregnated and pretreated. Said extraction makes it possible to obtain a liquid rich in pentoses (a juice rich in C5 sugars) and a solid rich in hexoses (a marc rich in C6 sugars).
Ledit liquide permet la propagation de microorganismes, en particulier des levures : il s'agit d'une étape de prolifération desdits microorganismes, majoritairement sur les sucres C5 contenus dans ledit liquide. Après la propagation, lesdits microorganismes fermentent les pentoses dudit liquide en alcool, obtenu sous forme de vin (issu des sucres C5) correspondant à une première source d' éthanol. Ledit solide est soumis à une liquéfaction (pour obtenir un liquéfiat) et à une fermentation à l'aide des microorganismes obtenus après la propagation et/ou ceux isolés après la fermentation des pentoses, pour obtenir la deuxième source d'éthanol (vin final).Said liquid allows the propagation of microorganisms, in particular yeasts: it is a step of proliferation of said microorganisms, mainly on the C5 sugars contained in said liquid. After propagation, said microorganisms ferment the pentoses of said liquid into alcohol, obtained in the form of wine (derived from C5 sugars) corresponding to a first source of ethanol. Said solid is subjected to liquefaction (to obtain a liquifate) and to a fermentation using the microorganisms obtained after propagation and / or those isolated after the fermentation of the pentoses, to obtain the second source of ethanol (final wine) .
La deuxième source d'éthanol, et éventuellement la première source d'éthanol, est (sont) traitées, en particulier distillées pour donner l'éthanol. En effet, ladite première source d'éthanol peut être distillée avec la deuxième source d'éthanol et/ou utilisée lors de la liquéfaction. Le liquide (vinasses clarifiées) isolé par clarification du résidu de distillation (vinasses brutes) est éventuellement joint à ladite matière première lors de l'extraction. De manière intéressante, les sucres à cinq atomes de carbone que sont notamment le xylose et l'arabinose sont utilisés pour la production des cellules de levures en présence d'air, puis pour la production d'éthanol, préservant ainsi les sucres facilement fermentescibles que sont les sucres à six atomes de carbone et notamment le glucose pour la production d'éthanol.The second source of ethanol, and possibly the first source of ethanol, is (are) processed, in particular distilled to give ethanol. Indeed, said first source of ethanol can be distilled with the second source of ethanol and / or used during liquefaction. The liquid (clarified vinasse) isolated by clarification of the distillation residue (raw vinasse) is optionally joined to said raw material during the extraction. Interestingly, the sugars with five carbon atoms that are notably xylose and arabinose are used for the production of yeast cells in the presence of air, then for the production of ethanol, thus preserving the easily fermentable sugars that are sugars with six carbon atoms and in particular glucose for the production of ethanol.
La séparation des flux C5 et C6 et leur utilisation en deux étapes distinctes permettent de maximiser l'efficacité des sucres pour la production de l'éthanol en limitant notamment les phénomènes de diauxie. En outre, avec l'utilisation d'une seule et même souche de microorganisme capable à la fois de croître sur C5, de fermenter les C5 en éthanol et de fermenter ensuite les C6 en éthanol, il n'est plus nécessaire de disposer de deux infrastructures fermentaires distinctes (l'une pour la fermentation des C5 à l'aide d'une première souche, l'autre pour la fermentation des C6, à l'aide d'une seconde souche) et de ce fait, la contamination croisée de deux lignes de production éthanol C5 et éthanol C6 est inexistante. Par « moût de propagation », on entend une composition comprenant une population microbienne ayant proliféré et un milieu de culture approprié à ladite population microbienne. On entend par « milieu de culture approprié» une solution aqueuse contenant des éléments nutritifs, en particulier une source de carbone, une source d'azote, une source d'oligoéléments et une source de facteurs de croissance, nécessaires au métabolisme et à la prolifération de ladite population microbienne.The separation of the C5 and C6 streams and their use in two distinct stages make it possible to maximize the effectiveness of the sugars for the production of ethanol, in particular by limiting the diauxis phenomena. In addition, with the use of a single strain of microorganism capable of both growth on C5, ferment C5 to ethanol and then ferment C6 ethanol, it is no longer necessary to have two fermental infrastructures (one for the fermentation of C5 using a first strain, the other for the fermentation of C6, with the aid of a second strain) and as a result, the cross contamination of two C5 ethanol and C6 ethanol production lines are non-existent. By "propagation must" is meant a composition comprising a proliferated microbial population and a culture medium appropriate to said microbial population. "Appropriate culture medium" means an aqueous solution containing nutrients, in particular a source of carbon, a source of nitrogen, a source of trace elements and a source of growth factors necessary for metabolism and proliferation. of said microbial population.
Ledit milieu de culture comprend dudit jus d'extraction contenant du pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, ainsi qu'une teneur résiduelle en glucose inférieure à 10 g/l. Le moût de propagation comprend ainsi la population microbienne ayant proliféré et le milieu de culture à l'issue de l'étape de croissance de ladite population microbienne, c'est-à- dire une solution aqueuse dans laquelle sont présents les éléments nutritifs non consommés par ladite population microbienne et des métabolites éventuellement excrétés par la souche, ladite solution comprenant dudit jus d'extraction. Par « population microbienne » on entend un ensemble de microorganismes d'une même souche, la masse dudit ensemble étant susceptible d'évoluer au cours de son utilisation. Par « matière première générant au moins un pentose et au moins un hexose », on entend une matière première susceptible de fournir, après transformation(s), ledit pentose et ledit hexose sous une forme permettant leur assimilation par ladite population microbienne. Par « extraction », on entend l'action de mélanger ladite matière première à un solvant d'extraction, en particulier de l'eau, ledit mélange étant suivi d'une séparation liquide/solide : on parle ainsi d'extraction liquide/solide Par « jus d'extraction », on entend le liquide obtenu à l'issue de ladite séparation liquide/solide relative à ladite extraction. De 50 à 98% des sucres à cinq atomes de carbone susceptibles d'être générés par ladite matière première se trouvent dans ledit jus d'extraction.Said culture medium comprises said extraction juice containing pentose, in particular xylose and / or arabinose, as well as a residual glucose content of less than 10 g / l. The propagation wort thus comprises the microbial population having proliferated and the culture medium at the end of the growth step of said microbial population, that is to say an aqueous solution in which the nutrients not consumed are present. by said microbial population and metabolites possibly excreted by the strain, said solution comprising said extraction juice. By "microbial population" is meant a set of microorganisms of the same strain, the mass of said set being likely to change during its use. By "raw material generating at least one pentose and at least one hexose" is meant a raw material capable of providing, after transformation (s), said pentose and said hexose in a form permitting their assimilation by said microbial population. By "extraction" is meant the action of mixing said raw material with an extraction solvent, in particular water, said mixture being followed by a liquid / solid separation: this is called liquid / solid extraction By "extraction juice" is meant the liquid obtained at the end of said liquid / solid separation relative to said extraction. From 50 to 98% of the sugars with five carbon atoms that can be generated by said raw material are in said extraction juice.
En effet, la majorité des pentoses, issus de la déstructuration des chaines d'hémicelluloses, migrent dans le solvant d'extraction, en particulier l'eau. Ledit jus d'extraction contient de 1 à 50% en masse de C5. Par « marc », on entend le solide obtenu à l'issue de ladite séparation liquide/solide relative à ladite extraction. De 80 à 99% des sucres à six atomes de carbone susceptibles d'être générés par ladite matière première se trouvent dans ledit marc, majoritairement sous la forme de cellulose présente dans ledit marc. En effet, la cellulose reste majoritairement insoluble et se concentre dans la fraction solide qu'est le marc. Ladite séparation liquide-solide est par exemple réalisée sur pressoir à paquets ou sur une presse à bandes.Indeed, the majority of pentoses, resulting from the destructuration of hemicellulose chains, migrate into the extraction solvent, in particular water. Said extraction juice contains from 1 to 50% by weight of C5. By "marc" is meant the solid obtained at the end of said liquid / solid separation relative to said extraction. From 80 to 99% of the six-carbon sugars likely to be generated by said raw material are in said pomace, mainly in the form of cellulose present in said pomace. In fact, cellulose remains largely insoluble and is concentrated in the solid fraction that is marc. Said liquid-solid separation is for example carried out on packet press or on a belt press.
Par « liquéfaction », on entend une opération de première hydrolyse du marc permettant de réduire la viscosité dudit marc d'une valeur comprise entre 40 000 à 25 000 Pa.s à une valeur de moins de 100 Pa.s (Rhéomètre TA Instrument AR1000, 33°C, vitesse 1s1, géométrie : plan de 40 mm, hauteur de confinement (« gap ») de 1 mm), souhaitable pour la fermentation subséquente de l'hexose, en particulier du glucose, généré par ledit liquéfiat.By "liquefaction" is meant an operation of first hydrolysis of the marc making it possible to reduce the viscosity of said marc with a value of between 40,000 and 25,000 Pa.s at a value of less than 100 Pa.s. (AR Instrumentation Rheometer) , 33 ° C, speed 1s1, geometry: 40 mm plane, 1 mm gap), desirable for the subsequent fermentation of hexose, in particular glucose, generated by said liquéfiat.
Une viscosité inférieure ou égale à cette valeur permet une meilleure disponibilité de l'eau pour la population microbienne, d'éviter la formation de mousse, et de limiter les besoins en agitation. Ladite liquéfaction est en particulier effectuée en présence d'enzymes ligno- cellulolytiques, lesdites enzymes permettant une première hydrolyse dudit marc, lesdites enzymes étant plus particulièrement des enzymes ligno-cellulolytiques contenues dans des produits commerciaux tels que Celic Cetec 2 (Genencor®) ou Celluclast (Novozymes®). Par « inoculat », on entend un milieu de préculture comprenant une population microbienne et un milieu de culture approprié à ladite population microbienne, ledit milieu de préculture permettant d'inoculer un milieu de culture tel que décrit précédemment pour obtenir ledit moût de fermentation. Par « le moût de propagation ne contient pas d'éthanol », on entend que ledit moût de propagation contient moins d'environ 1 g.1-1 d'éthanol. on entend un liquide ou une suspension solide-liquide Par « source d'éthanol » contenant de l' éthanol. Par « première source d'éthanol » on entend une source d'éthanol obtenue par fermentation de pentoses, c'est-à-dire des sucres à 5 atomes de carbone. Par « deuxième source d'éthanol » on entend une source d'éthanol obtenue par fermentation d'hexoses, c'est-à-dire des sucres à 6 atomes de carbone.A viscosity less than or equal to this value allows a better availability of water for the microbial population, to avoid the formation of foam, and to limit the need for agitation. Said liquefaction is in particular carried out in the presence of lignocellulolytic enzymes, said enzymes allowing a first hydrolysis of said marc, said enzymes being more particularly ligno-cellulolytic enzymes contained in commercial products such as Celic Cetec 2 (Genencor®) or Celluclast (Novozymes®). By "inoculum" is meant a preculture medium comprising a microbial population and a culture medium appropriate to said microbial population, said preculture medium for inoculating a culture medium as described above to obtain said fermentation must. By "the wort of propagation does not contain ethanol" is meant that said wort of propagation contains less than about 1 g.1-1 ethanol. is meant a liquid or a solid-liquid suspension By "ethanol source" containing ethanol. By "first source of ethanol" is meant a source of ethanol obtained by fermentation of pentoses, that is to say sugars with 5 carbon atoms. By "second source of ethanol" is meant a source of ethanol obtained by fermentation of hexoses, that is to say sugars with 6 carbon atoms.
En particulier, lesdites première et/ou deuxième sources d'éthanol sont substantiellement dépourvues de micro-organismes provenant de ladite population microbienne. Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne l'utilisation d'un moût de propagation tel que décrit précédemment, dans laquelle ladite matière première est une biomasse lignocellulosique, notamment choisie parmi : - la paille de céréales, lesdites céréales étant en particulier choisies parmi le blé, l'orge, le triticale, le sorgo et le maïs, - le son de céréales, lesdites céréales étant en particulier choisies parmi le blé, l'orge, le triticale, le sorgo et le maïs, - les cultures dites énergétiques, choisies en particulier parmi le switchgrass, le miscanthus et l'arundo donax, et - les cultures forestières, choisies en particulier parmi le bois, les taillis courte rotation, les taillis très courte rotation, et les plaquettes forestières.In particular, said first and / or second sources of ethanol are substantially free of microorganisms from said microbial population. According to an advantageous embodiment, the invention relates to the use of a propagation wort as described above, wherein said raw material is a lignocellulosic biomass, in particular chosen from: - cereal straw, said cereals being in particular selected from wheat, barley, triticale, sorghum and maize, - cereal bran, said cereals being selected in particular from wheat, barley, triticale, sorghum and maize, - crops so-called energetics, chosen in particular from switchgrass, miscanthus and arundo donax, and - forest crops, chosen in particular from wood, short rotation coppices, very short rotation coppices, and forest chips.
Selon un mode de réalisation avantageux, ladite matière première est, préalablement à ladite extraction, prétraitée. Avantageusement elle est imprégnée puis prétraitée. Tout moyen de prétraitement, en particulier d'imprégnation puis de prétraitement, connu de l'homme du métier peut convenir, dans la mesure où il peut fournir un liquide et un solide séparables, le liquide contenant la majeure partie des C5 et le solide la majeure partie des C6. L'imprégnation consiste à préparer ladite matière première en vue de son prétraitement en faisant par exemple pénétrer au sein de sa matrice, en particulier lignocellulosique, un agent catalytique chimique acide ou basique, en particulier un catalyseur acide, notamment l'acide sulfurique.According to an advantageous embodiment, said raw material is, prior to said extraction, pretreated. Advantageously it is impregnated and then pretreated. Any means of pretreatment, in particular impregnation and pretreatment, known to those skilled in the art may be suitable, insofar as it can provide a liquid and a separable solid, the liquid containing most of the C5 and the solid the most of the C6. The impregnation consists in preparing said raw material with a view to its pretreatment by, for example, penetrating into its matrix, in particular lignocellulosic, an acidic or basic chemical catalytic agent, in particular an acidic catalyst, in particular sulfuric acid.
Le prétraitement de ladite matière première consiste par exemple en une cuisson ou une explosion à la vapeur en présence dudit catalyseur acide ou basique, en particulier le catalyseur acide, notamment l'acide sulfurique, ayant préalablement imprégnée ladite matière première. Ledit prétraitement permet en particulier l'hydrolyse des hémicelluloses contenus dans ladite matière première ainsi que la préparation à l'hydrolyse de la cellulose également contenue dans ladite matière première. Les pentoses, issus en particulier de la déstructuration des chaines d'hémicelluloses de ladite matière première, sont rendus solubles par le prétraitement, et sont ainsi susceptibles de migrer dans le solvant d'extraction, en particulier l'eau, pendant ladite extraction.The pretreatment of said raw material consists, for example, of steam cooking or explosion in the presence of said acidic or basic catalyst, in particular the acid catalyst, in particular sulfuric acid, having previously impregnated said raw material. Said pretreatment allows in particular the hydrolysis of the hemicelluloses contained in said raw material as well as the preparation for the hydrolysis of the cellulose also contained in said raw material. The pentoses, resulting in particular from the destructuration of the hemicellulose chains of said raw material, are rendered soluble by the pretreatment, and are thus capable of migrating into the extraction solvent, in particular water, during said extraction.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne l'utilisation d'un moût de propagation tel que décrit précédemment, dans laquelle ledit éthanol est isolé soit de la première source d'éthanol, soit de la deuxième source d'éthanol, soit des première et deuxième sources d'éthanol, par distillation desdites première et/ou deuxième sources d' éthanol.According to an advantageous embodiment, the invention relates to the use of a propagation wort as described above, wherein said ethanol is isolated either from the first source of ethanol, or from the second source of ethanol, or first and second sources of ethanol, by distillation of said first and / or second sources of ethanol.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne l'utilisation d'un moût de propagation tel que décrit précédemment, dans laquelle ladite liquéfaction dudit marc est effectuée en présence de tout ou partie de ladite première source d'éthanol. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, l'invention concerne l'utilisation d'un moût de propagation tel que décrit précédemment, dans laquelle ladite liquéfaction dudit marc est effectuée en présence de tout ou partie de ladite première source d'éthanol, ladite première source d'éthanol étant substantiellement dépourvue de microorganismes provenant de ladite population microbienne. En effet, les levures peuvent être séparées de ladite première source d'éthanol avant recyclage, en raison de leur intolérance aux températures utilisées en liquéfaction.According to an advantageous embodiment, the invention relates to the use of a propagation must as described above, wherein said liquefaction of said grounds is carried out in the presence of all or part of said first source of ethanol. According to a particularly advantageous embodiment, the invention relates to the use of a propagation wort as described above, in which said liquefaction of said marc is carried out in the presence of all or part of said first source of ethanol, said first ethanol source being substantially free of microorganisms from said microbial population. Indeed, the yeasts can be separated from said first source of ethanol before recycling, because of their intolerance to the temperatures used in liquefaction.
Le fait de consacrer une partie de ladite première source d'éthanol à la liquéfaction permet en particulier de réduire le volume total de la cuverie nécessaire à la deuxième fermentation. Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne l'utilisation d'un moût de propagation tel que décrit précédemment, dans laquelle ladite distillation, outre ledit éthanol, génère un résidu, lequel ne contient substantiellement pas d'éthanol, dont tout ou partie des éléments solubles, de l'eau et des insolubles est ajouté à ladite matière première lors de ladite extraction de ladite matière première. Le recyclage de tout ou partie desdits éléments solubles lors de ladite extraction permet en particulier de minimiser la quantité de solvant d'extraction, en particulier l'eau, utilisée lors de ladite extraction. Ledit résidu comprend en particulier la première et/ou deuxième sources d'éthanol, épuisées en alcool, des non sucres et la population microbienne à l'issue de la deuxième fermentation.The fact of devoting part of said first source of ethanol to liquefaction makes it possible in particular to reduce the total volume of the vat room required for the second fermentation. According to an advantageous embodiment, the invention relates to the use of a propagation wort as described above, wherein said distillation, in addition to said ethanol, generates a residue, which contains substantially no ethanol, all or part of the soluble elements, water and insolubles is added to said raw material during said extraction of said raw material. The recycling of all or part of said soluble elements during said extraction makes it possible in particular to minimize the amount of extraction solvent, in particular water, used during said extraction. Said residue comprises in particular the first and / or second sources of ethanol, exhausted in alcohol, non-sugars and the microbial population at the end of the second fermentation.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne l'utilisation d'un moût de propagation tel que décrit précédemment, dans laquelle: - ladite liquéfaction dudit marc est effectuée en présence de tout ou partie de ladite première source d'éthanol, - ladite distillation, outre ledit éthanol, génère un résidu, lequel ne contient substantiellement pas d'éthanol, dont tout ou partie des éléments solubles, de l'eau et des insolubles est ajouté à ladite matière première lors de ladite extraction de ladite matière première. Les flux décrits ci-après, ont été numérotés conformément au schéma 3, présentant une utilisation selon la présente invention. Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne l'utilisation d'un moût de propagation (13) tel que décrit précédemment, comprenant une population microbienne pour préparer de l'éthanol à partir d'une matière première générant au moins un pentose, en particulier le xylose et/ou l'arabinose, et au moins un hexose, en particulier le glucose, par fermentation desdits pentose et hexose par ladite population microbienne, ladite matière première étant extraite pour donner un jus d'extraction (9) contenant du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, et un marc (10), ledit marc donnant, après avoir été liquéfié, un liquéfiat (23), ledit liquéfiat étant une source du susdit hexose, en particulier du glucose, ledit moût de propagation (13) étant obtenu par prolifération d'un inoculat de ladite population microbienne à l'aide dudit jus d'extraction (11), en présence d'air, ledit moût de propagation ne contenant pas d'éthanol, ledit moût de propagation (13) est soumis à une séparation solide/liquide pour donner un jus de propagation (16) et une population microbienne fraîche (17), ladite population microbienne fraîche (17) est séparée en deux parties, pour obtenir une première partie (17a) et une deuxième partie (17b) de ladite population microbienne fraîche (17), ladite première partie de ladite population microbienne fraîche (17a) est utilisée pour la préparation d'un moût de fermentation (18) par fermentation du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, contenu dans ledit jus d'extraction (12), par ladite première partie de la population microbienne fraîche (17a), ledit moût de fermentation (18) donnant après séparation liquide/solide ladite première source d'éthanol (19) et toute ou partie de la population microbienne recyclable (20), ladite deuxième source d'éthanol (24) est obtenue par fermentation du susdit hexose, en particulier du glucose, généré par ledit liquéfiat (23), par tout ou partie de ladite population microbienne recyclable (20) et de ladite deuxième partie de la population microbienne fraîche (17b). Ladite séparation liquide/solide permettant d'obtenir la première source d'éthanol et une population microbienne recyclable est telle que ladite première source d'éthanol est substantiellement dépourvue de microorganismes issus de ladite population microbienne.According to an advantageous embodiment, the invention relates to the use of a propagation wort as described above, in which: said liquefaction of said marc is carried out in the presence of all or part of said first source of ethanol; said distillation, in addition to said ethanol, generates a residue, which contains substantially no ethanol, all or part of the soluble elements, water and insolubles is added to said raw material during said extraction of said raw material. The flows described hereinafter have been numbered according to Scheme 3, having use according to the present invention. According to an advantageous embodiment, the invention relates to the use of a propagation wort (13) as described above, comprising a microbial population for preparing ethanol from a raw material generating at least one pentose , in particular xylose and / or arabinose, and at least one hexose, in particular glucose, by fermentation of said pentose and hexose by said microbial population, said raw material being extracted to give an extraction juice (9) containing of the aforesaid pentose, in particular xylose and / or arabinose, and a marc (10), said marc giving, after having been liquefied, a liquéfiat (23), said liquéfiat being a source of the aforesaid hexose, in particular glucose, said propagation must (13) being obtained by proliferation of an inoculum of said microbial population using said extraction juice (11), in the presence of air, said propagation wort containing no ethanol , said propagation must (13) is subjected to a solid / liquid separation to give a propagation juice (16) and a fresh microbial population (17), said fresh microbial population (17) is separated into two parts, to obtain a first part (17a) and a second portion (17b) of said fresh microbial population (17), said first portion of said fresh microbial population (17a) is used for the preparation of a fermentation broth (18) by fermentation of the aforesaid pentose, in particular xylose and / or arabinose, contained in said extraction juice (12), by said first part of the fresh microbial population (17a), said fermentation wort (18) giving after liquid / solid separation said first source of ethanol (19) and all or part of the recyclable microbial population (20), said second source of ethanol (24) is obtained by fermentation of the aforesaid hexose, in particular glucose, generated by said liquéfiat (23), all or part of said recyclable microbial population (20) and said second portion of the fresh microbial population (17b). Said liquid / solid separation making it possible to obtain the first source of ethanol and a recyclable microbial population is such that said first source of ethanol is substantially free of microorganisms originating from said microbial population.
Par « substantiellement dépourvu de microorganismes », on entend que la concentration en microorganismes de ladite première source d'éthanol (19) est de moins de 10% de celle dudit moût de fermentation (18). Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne l'utilisation d'un moût de propagation tel que décrit précédemment, ledit moût de propagation ne contenant pas d'éthanol, dans laquelle ladite population microbienne comprend des levures de souche Candida shehatae, Pichia stipitis, Pichia guilliermondii, Candia tropicalis ou Pachysolen tannophilus, ladite population microbienne comprenant en particulier des levures de souche Candida shehatae. Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne l'utilisation d'un moût de propagation (13) tel que décrit précédemment, comprenant une population microbienne comprenant des levures de souche Candida shehatae, Pichia stipitis, Pichia guilliermondii, Candia tropicalis ou Pachysolen tannophilus, en particulier Candida shehatae, pour préparer de l'éthanol à partir d'une biomasse lignocellulosique générant au moins un pentose, en particulier le xylose et/ou l'arabinose, et au moins un hexose, en particulier le glucose, par fermentation desdits pentose et hexose par ladite population microbienne, ladite biomasse lignocellulosique étant extraite pour donner un jus d'extraction (9) contenant du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, et un marc (10), ledit marc donnant, après avoir été liquéfié, un liquéfiat (23), ledit liquéfiat étant une source du susdit hexose, en particulier du glucose, ledit moût de propagation (13) étant obtenu par prolifération d'un inoculat de ladite population microbienne à l'aide dudit jus d'extraction (11), en présence d'air, ledit moût de propagation ne contenant pas d'éthanol, ladite population microbienne étant utilisée à la fois: - pour la préparation d'une première source d'éthanol (19), par fermentation du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, contenu dans ledit jus d'extraction (12) par ladite population microbienne et - pour la préparation d'une deuxième source d'éthanol (24), par fermentation du susdit hexose, en particulier du glucose, généré par ledit liquéfiat, par ladite population microbienne, ledit éthanol étant isolé des première (19) et/ou deuxième (23) sources d'éthanol par distillation desdites première et/ou deuxième sources d'éthanol, ladite liquéfaction dudit marc (10) étant effectuée en présence de tout ou partie de ladite première source d'éthanol (19), ledit moût de propagation (13) étant soumis à une séparation solide/liquide pour donner un jus de propagation (16) et une population microbienne fraîche (17), ladite population microbienne fraîche (17) étant séparée en deux parties, pour obtenir une première partie (17a) et une deuxième partie (17b) de ladite population microbienne 25 fraîche, ladite première partie de ladite population microbienne fraîche (17a) étant utilisée pour la préparation d'un moût de fermentation (18) par fermentation du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, contenu dans ledit jus d'extraction (12), par ladite première partie de la population microbienne fraîche (17a), ledit moût de fermentation (18) 30 donnant après séparation liquide/solide ladite première source d'éthanol (19) et toute ou partie de la population microbienne recyclable (20), ladite deuxième source d'éthanol (24) est obtenue par fermentation du susdit hexose, en particulier du glucose, généré par ledit liquéfiat, par tout ou partie de ladite population microbienne recyclable (20) et de ladite deuxième partie de la population microbienne fraîche (17b). Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne l'utilisation d'un moût de propagation (13) tel que décrit précédemment, comprenant une population microbienne comprenant des levures de souche Candida shehatae, Pichia stipitis, Pichia guilliermondii, Candia tropicalis ou Pachysolen tannophilus, en particulier Candida shehatae, pour préparer de l'éthanol à partir d'une biomasse lignocellulosique générant au moins un pentose, en particulier le xylose et/ou l'arabinose, et au moins un hexose, en particulier le glucose, par fermentation desdits pentose et hexose par ladite population microbienne, ladite biomasse lignocellulosique étant extraite pour donner un jus d'extraction (9) contenant du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, et un marc (10), ledit marc donnant, après avoir été liquéfié, un liquéfiat (23), ledit liquéfiat étant une source du susdit hexose, en particulier du glucose, ledit moût de propagation (13) étant obtenu par prolifération d'un inoculat de ladite population microbienne à l'aide dudit jus d'extraction (11), en présence d'air, ledit moût de propagation ne contenant pas d'éthanol, ladite population microbienne étant utilisée à la fois: - pour la préparation d'une première source d'éthanol (19), par fermentation du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, contenu dans ledit jus d'extraction (12) par ladite population microbienne et - pour la préparation d'une deuxième source d'éthanol (24), par fermentation du susdit hexose, en particulier du glucose, généré par ledit liquéfiat, par ladite population microbienne, ledit éthanol étant isolé des première (19) et/ou deuxième (23) sources d'éthanol par distillation desdites première et/ou deuxième sources d'éthanol, ladite distillation, outre ledit éthanol, générant un résidu (26), lequel ne contient substantiellement pas d'éthanol, dont tout ou partie des éléments solubles, de l'eau et de insolubles est ajouté à ladite biomasse lignocellulosique lors de ladite extraction de ladite biomasse lignocellulosique, ladite liquéfaction dudit marc (10) étant effectuée en présence de tout ou partie de ladite première source d'éthanol (19), ledit moût de propagation (13) étant soumis à une séparation solide/liquide pour donner un jus de propagation (16) et une population microbienne fraîche (17), ladite population microbienne fraîche (17) étant séparée en deux parties, pour obtenir une première partie (17a) et une deuxième partie (17b) de ladite population microbienne fraîche, ladite première partie de ladite population microbienne fraîche (17a) étant utilisée pour la préparation d'un moût de fermentation (18) par fermentation du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, contenu dans ledit jus d'extraction (12), par ladite première partie de la population microbienne fraîche (17a), ledit moût de fermentation (18) donnant après séparation liquide/solide ladite première source d'éthanol (19) et toute ou partie de la population microbienne recyclable (20), ladite deuxième source d'éthanol (24) est obtenue par fermentation du susdit hexose, en particulier du glucose, généré par ledit liquéfiat, par tout ou partie de ladite population microbienne recyclable (20) et de ladite deuxième partie de la population microbienne fraîche (17b). Etant donné que ladite première source d'éthanol est substantiellement dépourvue de microorganismes issus de ladite population microbienne, ladite liquéfaction dudit marc est effectuée en l'absence de microorganismes issus de ladite population microbienne. Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne l'utilisation d'un moût de propagation tel que décrit précédemment, dans laquelle ledit jus d'extraction contenant du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, est détoxifié avant ladite prolifération et la préparation de ladite première source d'éthanol. Le traitement de détoxification permet une réduction des inhibiteurs de fermentation que sont en particulier le 5-HMF, le furfural et surtout les produits de dégradation de la lignine. Ladite détoxification est en particulier : - un traitement alcalin, plus particulièrement à l'hydroxyde de calcium ou à l' ammoniaque, - l'ajout d' acétaldéhyde, permettant de réduire la phase de latence et le taux de mortalité des levures, - une extraction des inhibiteurs sur résine échangeuse d'ions ou sur charbon actif, - des traitements biologique et enzymatique, - des extractions à l'éther ou à l'acétate d'éther, ou - un traitement par ajout de gaz ou de vapeur dans le produit (« stripping »).By "substantially free of microorganisms" is meant that the microorganism concentration of said first source of ethanol (19) is less than 10% of that of said fermentation must (18). According to an advantageous embodiment, the invention relates to the use of a propagation wort as described above, said wort of propagation containing no ethanol, wherein said microbial population comprises yeasts of Candida shehatae strain, Pichia stipitis, Pichia guilliermondii, Candia tropicalis or Pachysolen tannophilus, said microbial population including in particular yeasts of Candida shehatae strain. According to an advantageous embodiment, the invention relates to the use of a propagation wort (13) as described above, comprising a microbial population comprising yeasts of Candida shehatae, Pichia stipitis, Pichia guilliermondii, Candia tropicalis or Pachysolen strain. tannophilus, in particular Candida shehatae, for preparing ethanol from a lignocellulosic biomass generating at least one pentose, in particular xylose and / or arabinose, and at least one hexose, in particular glucose, by fermentation said pentose and hexose by said microbial population, said lignocellulosic biomass being extracted to give an extraction juice (9) containing the aforesaid pentose, in particular xylose and / or arabinose, and a pomace (10), said pomace. giving, after having been liquefied, a liquéfiat (23), said liquéfiat being a source of the aforesaid hexose, in particular glucose, said propagation must (13) being obtained p proliferation of an inoculum of said microbial population using said extraction juice (11), in the presence of air, said propagation wort containing no ethanol, said microbial population being used at the same time: for the preparation of a first source of ethanol (19), by fermentation of the aforesaid pentose, in particular xylose and / or arabinose, contained in said extraction juice (12) by said microbial population and - for the preparation of a second source of ethanol (24), by fermentation of the aforesaid hexose, in particular glucose, generated by said liquéfiat by said microbial population, said ethanol being isolated from the first (19) and / or second (23) ) sources of ethanol by distillation of said first and / or second ethanol sources, said liquefaction of said pomace (10) being carried out in the presence of all or part of said first source of ethanol (19), said propagation mash (13). ) being subject to a solid / liquid paration to provide a propagation juice (16) and a fresh microbial population (17), said fresh microbial population (17) being split into two parts to obtain a first portion (17a) and a second portion (17b) of said fresh microbial population, said first part of said fresh microbial population (17a) being used for the preparation of a fermentation broth (18) by fermentation of the aforesaid pentose, in particular xylose and / or arabinose, contained in said extraction juice (12), by said first portion of the fresh microbial population (17a), said fermentation wort (18) giving after said liquid / solid separation said first source of ethanol (19) and all or part of the recyclable microbial population (20), said second source of ethanol (24) is obtained by fermentation of the aforesaid hexose, in particular glucose, generated by said liquéfiat, by all or part of said recyclable microbial population (20) and said second portion of the fresh microbial population (17b). According to an advantageous embodiment, the invention relates to the use of a propagation wort (13) as described above, comprising a microbial population comprising yeasts of Candida shehatae, Pichia stipitis, Pichia guilliermondii, Candia tropicalis or Pachysolen strain. tannophilus, in particular Candida shehatae, for preparing ethanol from a lignocellulosic biomass generating at least one pentose, in particular xylose and / or arabinose, and at least one hexose, in particular glucose, by fermentation said pentose and hexose by said microbial population, said lignocellulosic biomass being extracted to give an extraction juice (9) containing the aforesaid pentose, in particular xylose and / or arabinose, and a pomace (10), said pomace. giving, after having been liquefied, a liquéfiat (23), said liquéfiat being a source of the aforesaid hexose, in particular glucose, said propagation must (13) being obtained p proliferation of an inoculum of said microbial population using said extraction juice (11), in the presence of air, said propagation wort containing no ethanol, said microbial population being used at the same time: for the preparation of a first source of ethanol (19), by fermentation of the aforesaid pentose, in particular xylose and / or arabinose, contained in said extraction juice (12) by said microbial population and - for the preparation of a second source of ethanol (24), by fermentation of the aforesaid hexose, in particular glucose, generated by said liquéfiat by said microbial population, said ethanol being isolated from the first (19) and / or second (23) ) sources of ethanol by distillation of said first and / or second sources of ethanol, said distillation, in addition to said ethanol, generating a residue (26), which contains substantially no ethanol, all or part of the soluble elements, water and i nsolubles is added to said lignocellulosic biomass during said extraction of said lignocellulosic biomass, said liquefaction of said pomace (10) being carried out in the presence of all or part of said first source of ethanol (19), said propagation mash (13) being subjected to solid / liquid separation to provide a propagation juice (16) and a fresh microbial population (17), said fresh microbial population (17) being separated into two parts, to obtain a first portion (17a) and a second portion (17b) of said fresh microbial population, said first portion of said fresh microbial population (17a) being used for the preparation of a fermenting must (18) by fermentation of the aforesaid pentose, in particular xylose and / or arabinose, contained in said extraction juice (12), by said first portion of the fresh microbial population (17a), said fermentation wort (18) giving after sep liquid / solid ation said first source of ethanol (19) and all or part of the recyclable microbial population (20), said second source of ethanol (24) is obtained by fermentation of the aforesaid hexose, in particular glucose, generated by said liquefied, all or part of said recyclable microbial population (20) and said second portion of the fresh microbial population (17b). Since said first source of ethanol is substantially free of microorganisms from said microbial population, said liquefaction of said pomace is carried out in the absence of microorganisms from said microbial population. According to an advantageous embodiment, the invention relates to the use of a propagation wort as described above, wherein said extraction juice containing said pentose, in particular xylose and / or arabinose, is detoxified before said proliferation and the preparation of said first source of ethanol. The detoxification treatment allows a reduction of the fermentation inhibitors that are in particular 5-HMF, furfural and especially the products of degradation of lignin. Said detoxification is in particular: - an alkaline treatment, more particularly with calcium hydroxide or with ammonia, - the addition of acetaldehyde, making it possible to reduce the lag phase and the yeast mortality rate, - a extraction of inhibitors on ion exchange resin or activated carbon, - biological and enzymatic treatments, - extractions with ether or ether acetate, or - a treatment by adding gas or steam in the product ("stripping").
Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne l'utilisation d'un moût de propagation tel que décrit précédemment, dans laquelle ladite matière première fait l'objet, après ladite imprégnation et ledit prétraitement, d'un traitement d'hydrolyse supplémentaire. Ledit traitement d'hydrolyse supplémentaire fait suite au prétraitement permettant en particulier l'hydrolyse des hémicelluloses contenus dans ladite matière première. Ledit traitement d'hydrolyse supplémentaire est en particulier thermique ou enzymatique, et permet l'hydrolyse des oligomères de C5 en sucres monomériques. Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne l'utilisation d'un moût de propagation tel que décrit précédemment, dans laquelle ledit liquéfiat est hydrolysé avant ladite fermentation du susdit hexose, en particulier du glucose, généré par l'hydrolyse dudit liquéfiat. Ladite hydrolyse dudit liquéfiat constitue ainsi une deuxième hydrolyse, la première étant la liquéfaction, c'est-à-dire une première hydrolyse, dudit marc, pour donner ledit liquéfiat.According to an advantageous embodiment, the invention relates to the use of a propagation wort as described above, in which said raw material is subjected, after said impregnation and said pretreatment, to an additional hydrolysis treatment. . Said additional hydrolysis treatment follows the pretreatment allowing in particular the hydrolysis of the hemicelluloses contained in said raw material. Said additional hydrolysis treatment is in particular thermal or enzymatic, and allows the hydrolysis of C5 oligomers to monomeric sugars. According to an advantageous embodiment, the invention relates to the use of a propagation wort as described above, in which said liquefier is hydrolysed before said fermentation of the aforesaid hexose, in particular glucose, generated by the hydrolysis of said liquefier . Said hydrolysis of said liquéfiat thus constitutes a second hydrolysis, the first being the liquefaction, that is to say a first hydrolysis, said marc, to give said liquéfiat.
La population microbienne est ainsi mise en contact avec le susdit hexose, généré par l'hydrolyse dudit liquéfiat : ce type de fermentation découplée de l'hydrolyse est appelé : hydrolyse et fermentation séparée (SHF : separate saccharification and fermentation). Ladite hydrolyse est en particulier effectuée en présence d'enzymes lignocellulolytiques, plus particulièrement des enzymes ligno-cellulolytiques contenues dans des 20 produits commerciaux tels que Celic Cetec 2 (Genencor®) ou Celluclast (Novozymes®). En particulier, ladite hydrolyse permet à la fois de transformer la cellulose dudit liquéfiat en cellobiose, puis en hexose, plus particulièrement en glucose. Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne l'utilisation d'un moût de propagation tel que décrit précédemment, dans laquelle ledit liquéfiat est hydrolysé, ladite 25 hydrolyse et ladite fermentation du susdit hexose, en particulier du glucose, généré par l'hydrolyse dudit liquéfiat étant concomitantes. Ce type de fermentation couplée à l'hydrolyse est appelé : Saccharification et Fermentation Simultanées (SSF : Simultaneous Saccharification and Fermentation). Ainsi, ladite population microbienne est mise en contact avec le liquéfiat, lors de 30 l'hydrolyse dudit liquéfiat. Selon un mode de réalisation avantageux, la liquéfaction dudit marc (c'est-à-dire une première hydrolyse, dudit marc) pour obtenir ledit liquéfiat et l'hydrolyse dudit liquéfiat (c'est-à-dire une deuxième hydrolyse) sont réalisées par l'action des mêmes enzymes, en particulier à action cellulolytique.The microbial population is thus brought into contact with the aforesaid hexose, generated by the hydrolysis of said liquéfiat: this type of fermentation decoupled from hydrolysis is called: hydrolysis and separate fermentation (SHF: separate saccharification and fermentation). Said hydrolysis is in particular carried out in the presence of lignocellulolytic enzymes, more particularly ligno-cellulolytic enzymes contained in commercial products such as Celic Cetec 2 (Genencor®) or Celluclast (Novozymes®). In particular, said hydrolysis makes it possible at the same time to transform the cellulose of said liquéfiat into cellobiose, then into hexose, more particularly into glucose. According to an advantageous embodiment, the invention relates to the use of a propagation wort as described above, in which said liquefier is hydrolysed, said hydrolysis and said fermentation of the aforesaid hexose, in particular glucose, generated by the hydrolysis of said liquéfiat being concomitant. This type of fermentation coupled with hydrolysis is called Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF). Thus, said microbial population is brought into contact with the liquefier, during the hydrolysis of said liquefied liquor. According to an advantageous embodiment, liquefaction of said grounds (that is to say a first hydrolysis of said grounds) to obtain said liquéfiat and hydrolysis of said liquéfiat (that is to say a second hydrolysis) are carried out by the action of the same enzymes, in particular with cellulolytic action.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, la liquéfaction dudit marc (c'est-à-dire une première hydrolyse, dudit marc) pour obtenir ledit liquéfiat et l'hydrolyse dudit liquéfiat (c'est-à-dire une deuxième hydrolyse) sont réalisées par l'action des mêmes enzymes, en particulier à action cellulolytique, ladite population microbienne étant mise en contact avec le liquéfiat, lors de l'hydrolyse dudit liquéfiat. L'invention concerne également un procédé de préparation d'éthanol à partir d'une matière première générant au moins un pentose, en particulier le xylose et/ou l'arabinose, et au moins un hexose, en particulier le glucose, comprenant: a) une étape d'extraction de ladite matière, pour obtenir un jus d'extraction contenant du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, et un marc, b) une étape de liquéfaction dudit marc obtenu à l'étape précédente, pour obtenir un liquéfiat, ledit liquéfiat étant une source du susdit hexose, en particulier du glucose, c) une étape de prolifération d'un inoculat d'une population microbienne à l'aide dudit jus d'extraction contenant du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, en présence d'air, pour obtenir un moût de propagation comprenant ladite population microbienne, ledit moût de propagation ne contenant pas d'éthanol, d) une première étape de fermentation du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, contenu dans ledit jus d'extraction, par ladite population microbienne, pour obtenir une première source d'éthanol, e) une deuxième étape de fermentation du susdit hexose, en particulier du glucose, généré par ledit liquéfiat, par ladite population microbienne, pour obtenir une deuxième source d'éthanol, f) une étape d'isolement dudit éthanol des première et/ou deuxième sources d'éthanol, en particulier par distillation desdites première et/ou deuxième sources d'éthanol.According to another advantageous embodiment, the liquefaction of said grounds (that is to say a first hydrolysis of said grounds) to obtain said liquéfiat and the hydrolysis of said liquéfiat (that is to say a second hydrolysis) are performed by the action of the same enzymes, in particular cellulolytic action, said microbial population being brought into contact with the liquefied, during the hydrolysis of said liquefied. The invention also relates to a process for preparing ethanol from a raw material generating at least one pentose, in particular xylose and / or arabinose, and at least one hexose, in particular glucose, comprising: ) a step of extracting said material, to obtain an extraction juice containing the aforesaid pentose, in particular xylose and / or arabinose, and a marc, b) a liquefaction step of said marc obtained at preceding step, to obtain a liquéfiat, said liquéfiat being a source of the aforesaid hexose, in particular glucose, c) a step of proliferation of an inoculum of a microbial population with the aid of said extraction juice containing the aforesaid pentose , in particular xylose and / or arabinose, in the presence of air, in order to obtain a propagation must comprising said microbial population, said propagation wort containing no ethanol, d) a first fermentation step of the aforesaid pentose, in particular of xylose and / or arabinose, contained in said extraction juice, by said microbial population, to obtain a first source of ethanol, e) a second fermentation step of the aforesaid hexose, in particular glucose, generated by said liquéfiat, by said microbial population, to obtain a second source of ethanol, f) a step of isolating said ethanol from the first and / or second sources of ethanol, in particular by distillation of said first and / or second sources of ethanol. ethanol.
Lors de ladite extraction, la séparation liquide-solide est par exemple réalisée sur pressoir à paquets, en particulier lorsque la masse de matière première à traiter est de l'ordre de la dizaine de kg, ou sur une presse à bandes, en particulier lorsque la masse de matière première à traiter est de l'ordre de la centaine de kg. L'extraction fournit un jus d'extraction dont la composition varie en fonction de la matière première traitée et du prétraitement. Un exemple de composition est donné dans l'exemple ci-après. Ces modes de préparation et les jus obtenus sont largement décrits dans la littérature. La séparation liquide-solide est de préférence réalisée sur une presse à bandes.During said extraction, the liquid-solid separation is for example carried out on a package press, in particular when the mass of raw material to be treated is of the order of about ten kg, or on a belt press, in particular when the mass of raw material to be treated is of the order of a hundred kg. The extraction provides an extraction juice whose composition varies according to the raw material treated and pretreatment. An example of composition is given in the example below. These modes of preparation and the juices obtained are widely described in the literature. The liquid-solid separation is preferably carried out on a belt press.
Selon un mode de réalisation avantageux, la température du moût de propagation varie d'environ 20°C à environ 40°C, en particulier d'environ 28 à environ 32°C. Selon un autre mode de réalisation avantageux, le pH du moût de propagation est régulé de façon à varier d'environ 4 à environ 7, en particulier d'environ 5 à environ 6.According to an advantageous embodiment, the temperature of the wort varies from about 20 ° C to about 40 ° C, in particular from about 28 to about 32 ° C. In another advantageous embodiment, the pH of the wort is controlled to vary from about 4 to about 7, in particular from about 5 to about 6.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, le moût de propagation est tel que la pression partielle en oxygène dans ledit moût est supérieure ou égale à environ 20%, en particulier supérieure ou égale à environ 30%. Par pression partielle en oxygène, on entend la concentration en oxygène (02) dissous dans la phase liquide. Cette pression partielle s'exprime en % de la concentration saturante en oxygène dans les conditions de travail considérées, telles que, de façon non limitative, la température, la pression, l'agitation. Selon un mode de réalisation avantageux, la température lors de ladite première fermentation varie d'environ 20°C à environ 40°C, en particulier d'environ 28 à environ 32°C.According to another advantageous embodiment, the wort of propagation is such that the oxygen partial pressure in said wort is greater than or equal to about 20%, in particular greater than or equal to about 30%. By oxygen partial pressure is meant the oxygen concentration (O 2) dissolved in the liquid phase. This partial pressure is expressed in% of the saturating oxygen concentration in the working conditions under consideration, such as, without limitation, temperature, pressure, agitation. According to an advantageous embodiment, the temperature during said first fermentation varies from about 20 ° C to about 40 ° C, in particular from about 28 to about 32 ° C.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, le pH lors de ladite première fermentation est régulé de façon à varier d'environ 4 à environ 7, en particulier d'environ 5 à environ 6. Selon un autre mode de réalisation avantageux, la pression partielle en oxygène lors de ladite première fermentation est d'environ 0%.According to another advantageous embodiment, the pH during said first fermentation is regulated so as to vary from about 4 to about 7, in particular from about 5 to about 6. According to another advantageous embodiment, the partial pressure in oxygen at said first fermentation is about 0%.
Cette pression partielle en oxygène d'environ 0% peut en particulier être obtenue malgré un débit d'aération d'environ 0,2 VVM. Selon un mode de réalisation avantageux, la température lors de ladite liquéfaction varie d'environ 25 à environ 75°C, en particulier d'environ 40 à environ 60°C, la température étant plus particulièrement d'environ 50°C.This oxygen partial pressure of about 0% can in particular be obtained despite an aeration flow of about 0.2 VVM. According to an advantageous embodiment, the temperature during said liquefaction ranges from about 25 to about 75 ° C., in particular from about 40 to about 60 ° C., the temperature being more particularly about 50 ° C.
Selon un mode de réalisation avantageux, la température lors de ladite deuxième fermentation varie d'environ 20°C à environ 40°C, en particulier d'environ 28 à environ 3 5°C. Selon un autre mode de réalisation avantageux, le pH lors de ladite deuxième fermentation est régulé de façon à varier d'environ 4 à environ 7, en particulier d'environ 5 à environ 6. Selon un autre mode de réalisation avantageux, la pression partielle en oxygène lors de ladite deuxième fermentation est d'environ 0%. Cette pression partielle en oxygène d'environ 0% peut en particulier être obtenue malgré un débit d'aération d'environ 0,4 VVM.According to an advantageous embodiment, the temperature during said second fermentation ranges from about 20 ° C to about 40 ° C, in particular from about 28 to about 35 ° C. According to another advantageous embodiment, the pH during said second fermentation is regulated so as to vary from about 4 to about 7, in particular from about 5 to about 6. According to another advantageous embodiment, the partial pressure in oxygen during said second fermentation is about 0%. This oxygen partial pressure of about 0% can in particular be obtained despite a ventilation rate of about 0.4 VVM.
Selon un mode de réalisation avantageux, ladite liquéfaction est effectuée en présence d'enzymes ligno-cellulolytiques, à une concentration variant d'environ 5 à environ 500 mg/g de cellulose, en particulier d'environ 10 à environ 80 mg/g de cellulose, plus particulièrement à environ 40 mg/g de cellulose.According to an advantageous embodiment, said liquefaction is carried out in the presence of lignocellulolytic enzymes, at a concentration varying from approximately 5 to approximately 500 mg / g of cellulose, in particular from approximately 10 to approximately 80 mg / g of cellulose, more particularly at about 40 mg / g of cellulose.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé de préparation d'éthanol tel que décrit précédemment, dans lequel ladite matière première est, préalablement à ladite extraction, imprégnée et prétraitée. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, ladite imprégnation est réalisée en présence d'un agent catalytique chimique acide ou basique, en particulier un catalyseur acide, notamment l'acide sulfurique, ledit agent catalytique imprégnant ladite matière première. Selon un autre mode de réalisation particulièrement avantageux, ladite imprégnation est effectuée à une température d'environ 50 à environ 80°C, en particulier d'environ 60 à environ 70°C, plus particulièrement à environ 65°C.According to an advantageous embodiment, the invention relates to a process for preparing ethanol as described above, wherein said raw material is, prior to said extraction, impregnated and pretreated. According to a particularly advantageous embodiment, said impregnation is carried out in the presence of an acidic or basic chemical catalytic agent, in particular an acidic catalyst, especially sulfuric acid, said catalytic agent impregnating said raw material. According to another particularly advantageous embodiment, said impregnation is carried out at a temperature of approximately 50 to approximately 80 ° C, in particular of approximately 60 to approximately 70 ° C, more particularly to approximately 65 ° C.
Selon un mode de réalisation avantageux, ledit prétraitement est effectué par injection de vapeur d'eau à une température d'environ 120 à environ 250°C, en particulier d'environ 170 à environ 190°C, plus particulièrement à environ 180°C et à une pression d'environ 5 à environ 15 bars, en particulier d'environ 8 à environ 10 bars, plus particulièrement à environ 9 bars.According to an advantageous embodiment, said pretreatment is carried out by injecting steam at a temperature of about 120 to about 250 ° C., in particular about 170 to about 190 ° C., more particularly to about 180 ° C. and at a pressure of about 5 to about 15 bar, particularly about 8 to about 10 bar, more preferably about 9 bar.
A l'issue de cette étape de prétraitement, la matrice ligno-cellulosique impactée par ledit prétraitement est alors réactive aux enzymes de liquéfaction. La combinaison du traitement thermique, chimique et éventuellement mécanique implique une forte augmentation de la digestibilité de la cellulose. Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé de préparation d'éthanol tel que décrit précédemment, dans lequel l'éthanol est isolé soit de la première source d'éthanol, soit de la deuxième source d'éthanol, soit des première et deuxième sources d'éthanol, par distillation desdites première et/ou deuxième sources d' éthanol. Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé de préparation d'éthanol tel que décrit précédemment, dans lequel ladite étape de liquéfaction dudit marc est effectuée en présence de tout ou partie de ladite première source d'éthanol obtenue à l'issue de la première étape de fermentation du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, contenu dans ledit jus d'extraction.At the end of this pretreatment step, the lignocellulosic matrix impacted by said pretreatment is then reactive to the liquefaction enzymes. The combination of thermal, chemical and possibly mechanical treatment implies a strong increase in the digestibility of the cellulose. According to an advantageous embodiment, the invention relates to a process for preparing ethanol as described above, in which the ethanol is isolated either from the first source of ethanol, or from the second source of ethanol, or from first and second sources of ethanol, by distillation of said first and / or second sources of ethanol. According to an advantageous embodiment, the invention relates to a process for the preparation of ethanol as described above, in which said step of liquefying said grounds is carried out in the presence of all or part of said first source of ethanol obtained from the from the first fermentation step of the aforesaid pentose, in particular xylose and / or arabinose, contained in said extraction juice.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé de préparation d'éthanol tel que décrit précédemment, dans lequel ladite étape de liquéfaction dudit marc est effectuée en présence de tout ou partie de ladite première source d'éthanol obtenue à l'issue de la première étape de fermentation du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, contenu dans ledit jus d'extraction, ladite première source d'éthanol étant substantiellement dépourvue de micro-organismes provenant de ladite population microbienne. En effet, les levures peuvent être séparées de ladite première source d'éthanol avant recyclage, en raison de leur intolérance aux températures utilisées en liquéfaction.According to an advantageous embodiment, the invention relates to a process for the preparation of ethanol as described above, in which said step of liquefying said grounds is carried out in the presence of all or part of said first source of ethanol obtained from the from the first fermentation step of the aforesaid pentose, in particular xylose and / or arabinose, contained in said extraction juice, said first source of ethanol being substantially free of microorganisms from said microbial population. Indeed, the yeasts can be separated from said first source of ethanol before recycling, because of their intolerance to the temperatures used in liquefaction.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé de préparation d'éthanol tel que décrit précédemment, dans lequel ladite distillation génère, outre ledit éthanol, un résidu, lequel ne contient substantiellement pas d'éthanol, dont tout ou partie des éléments solubles, de l'eau et des éléments insolubles, est ajouté à ladite matière première lors de ladite extraction de ladite matière première.According to an advantageous embodiment, the invention relates to a process for preparing ethanol as described above, wherein said distillation generates, in addition to said ethanol, a residue, which contains substantially no ethanol, all or part of which soluble elements, water and insoluble elements, is added to said raw material during said extraction of said raw material.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé de préparation d'éthanol tel que décrit précédemment, dans lequel : - ladite liquéfaction dudit marc est effectuée en présence de tout ou partie de ladite première source d'éthanol, - ladite distillation, outre ledit éthanol, génère un résidu, lequel ne contient substantiellement pas d'éthanol, dont tout ou partie des éléments solubles, de l'eau et des éléments insolubles, est ajouté à ladite matière première lors de ladite extraction de ladite matière première. Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé de préparation d'éthanol tel que décrit précédemment, dans lequel ladite matière première est une biomasse lignocellulosique, notamment choisie parmi : - la paille de céréales, lesdites céréales étant en particulier choisies parmi le blé, l'orge, le triticale, le sorgo et le maïs, - le son de céréales, lesdites céréales étant en particulier choisies parmi le blé, l'orge, le triticale, le sorgo et le maïs, - les cultures dites énergétiques, choisies en particulier parmi le switchgrass, le miscanthus et l'arundo donax, et - les cultures forestières, choisies en particulier parmi le bois, les taillis courte rotation, les taillis très courte rotation, et les plaquettes forestières.According to an advantageous embodiment, the invention relates to a process for the preparation of ethanol as described above, in which: said liquefaction of said grounds is carried out in the presence of all or part of said first source of ethanol, said distillation , in addition to said ethanol, generates a residue, which contains substantially no ethanol, all or part of the soluble elements, water and insoluble elements, is added to said raw material during said extraction of said raw material. According to an advantageous embodiment, the invention relates to a process for preparing ethanol as described above, wherein said raw material is a lignocellulosic biomass, in particular chosen from: - cereal straw, said cereals being in particular chosen from wheat, barley, triticale, sorghum and maize, - cereal bran, said cereals being chosen in particular from wheat, barley, triticale, sorghum and maize, - so-called energetic crops , selected in particular from switchgrass, miscanthus and arundo donax, and - forest crops, chosen in particular from wood, short rotation coppices, very short rotation coppices, and forest chips.
Les flux décrits ci-après ont été numérotés conformément au schéma 3, présentant un procédé selon la présente invention. Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé de préparation d'éthanol tel que décrit précédemment, comprenant une population microbienne pour préparer de l'éthanol à partir d'une matière première générant au moins un pentose, en particulier le xylose et/ou l'arabinose, et au moins un hexose, en particulier le glucose, par fermentation desdits pentose et hexose par ladite population microbienne, ladite matière première étant extraite pour donner un jus d'extraction (9) contenant du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, et un marc (10), ledit marc donnant, après avoir été liquéfié, un liquéfiat (23), ledit liquéfiat étant une source du susdit hexose, en particulier du glucose, ledit moût de propagation (13) étant obtenu par prolifération d'un inoculat de ladite population microbienne à l'aide dudit jus d'extraction (11), en présence d'air, ledit moût de propagation ne contenant pas d'éthanol, ledit moût de propagation (13) étant soumis à une séparation solide/liquide pour donner un jus de propagation (16) et une population microbienne fraiche (17), ledit moût de propagation ne contenant pas d'éthanol, ladite population microbienne fraiche (17) étant séparée en deux parties, pour obtenir une première partie (17a) et une deuxième partie (17b) de ladite population microbienne fraiche (17), ladite première partie de ladite population microbienne fraiche (17a) étant utilisée pour la préparation d'un moût de fermentation (18) par fermentation du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, contenu dans ledit jus d'extraction (12), par ladite population microbienne fraiche, ledit moût de fermentation (18) donnant après séparation liquide/solide ladite première source d'éthanol (19) et toute ou partie de la population microbienne recyclable (20), ladite deuxième source d'éthanol (24) étant obtenue par fermentation du susdit hexose, en particulier du glucose, généré par ledit liquéfiat (23), par tout ou partie de ladite population microbienne recyclable (20) et de ladite deuxième partie de la population microbienne fraiche 30 (17b). Ladite séparation liquide/solide permettant d'obtenir la première source d'éthanol et une population microbienne recyclable est telle que ladite première source d'éthanol est substantiellement dépourvue de microorganismes issus de ladite population microbienne.The flows described hereinafter were numbered according to Scheme 3, showing a method according to the present invention. According to an advantageous embodiment, the invention relates to a process for preparing ethanol as described above, comprising a microbial population for preparing ethanol from a raw material generating at least one pentose, in particular xylose and / or arabinose, and at least one hexose, in particular glucose, by fermentation of said pentose and hexose by said microbial population, said raw material being extracted to give an extraction juice (9) containing the aforesaid pentose, in particular xylose and / or arabinose, and a marc (10), said marc giving, after being liquefied, a liquefied (23), said liquéfiat being a source of the aforesaid hexose, in particular glucose, said wort of propagation (13) being obtained by proliferation of an inoculum of said microbial population with the aid of said extraction juice (11), in the presence of air, said propagation wort containing no ethanol, said moû t of propagation (13) being subjected to a solid / liquid separation to give a propagation juice (16) and a fresh microbial population (17), said propagation wort containing no ethanol, said fresh microbial population (17) being separated into two parts, to obtain a first portion (17a) and a second portion (17b) of said fresh microbial population (17), said first portion of said fresh microbial population (17a) being used for the preparation of a must fermenting (18) by fermentation of the aforesaid pentose, in particular xylose and / or arabinose, contained in said extraction juice (12), by said fresh microbial population, said fermentation wort (18) giving after separation liquid / solid said first source of ethanol (19) and all or part of the recyclable microbial population (20), said second source of ethanol (24) being obtained by fermentation of the aforesaid hexose, in particular the glucose, generated by said liquéfiat (23), all or part of said recyclable microbial population (20) and said second portion of the fresh microbial population (17b). Said liquid / solid separation making it possible to obtain the first source of ethanol and a recyclable microbial population is such that said first source of ethanol is substantially free of microorganisms originating from said microbial population.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé de préparation d'éthanol tel que décrit précédemment, dans lequel ladite population microbienne comprend des levures de souche Candida shehatae, Pichia stipitis, Pichia guilliermondii, Candia tropicalis ou Pachysolen tannophilus, ladite population microbienne comprenant en particulier des levures de souche Candida shehatae. Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé de préparation d'éthanol tel que décrit précédemment, comprenant: a) une étape d'extraction d'une biomasse lignocellulosique, pour obtenir un jus d'extraction (9) contenant du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, et un marc (10), b) une étape de liquéfaction dudit marc (10) obtenu à l'étape précédente en présence de tout ou partie de ladite première source d'éthanol (19) obtenue à l'issue de la première étape de fermentation f), pour obtenir un liquéfiat (23), ledit liquéfiat étant une source du susdit hexose, en particulier du glucose, c) une étape de prolifération d'un inoculat comprenant des levures de souche Candida shehatae, Pichia stipitis, Pichia guilliermondii, Candia tropicalis ou Pachysolen tannophilus, en particulier Candida shehatae, à l'aide dudit jus d'extraction (11) contenant du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, en présence d'air, pour obtenir un moût de propagation (13) comprenant une population desdites levures, ledit moût de propagation ne contenant pas d'éthanol, d) une étape de séparation solide/liquide relative au dit moût de propagation (13), pour donner un jus de propagation (16) et une population desdites levures, fraîches (17), e) une étape de séparation de ladite population de levures fraîches en deux parties, pour obtenir une première partie (17a) et une deuxième partie (17b) de ladite population de levures fraîches, f) une première étape de fermentation du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, contenu dans ledit jus d'extraction (12), par ladite première partie de la population desdites levures fraîches (17a), pour obtenir après séparation liquide/solide une première source d'éthanol (19) et une population desdites levures, recyclables (20), g) une deuxième étape de fermentation du susdit hexose, en particulier du glucose, généré par ledit liquéfiat (23), par ladite population desdites levures recyclables (20) et ladite deuxième partie de ladite population desdites levures fraîches (17b), pour obtenir une deuxième source d'éthanol (24), h) une étape d'isolement dudit éthanol des première (19) et/ou deuxième sources (24) d'éthanol par distillation desdites première et/ou deuxième sources d'éthanol.According to an advantageous embodiment, the invention relates to a process for preparing ethanol as described above, in which said microbial population comprises yeasts of the Candida shehatae, Pichia stipitis, Pichia guilliermondii, Candia tropicalis or Pachysolen tannophilus strain, said population microbial including in particular yeasts of Candida shehatae strain. According to an advantageous embodiment, the invention relates to a process for preparing ethanol as described above, comprising: a) a step of extracting a lignocellulosic biomass, to obtain an extraction juice (9) containing said pentose, in particular xylose and / or arabinose, and a marc (10), b) a step of liquefying said marc (10) obtained in the preceding step in the presence of all or part of said first source of ethanol (19) obtained at the end of the first fermentation step f), to obtain a liquéfiat (23), said liquéfiat being a source of the aforesaid hexose, in particular glucose, c) a step of proliferation of a inoculum comprising yeasts of Candida shehatae, Pichia stipitis, Pichia guilliermondii, Candia tropicalis or Pachysolen tannophilus strain, in particular Candida shehatae, with the aid of said extraction juice (11) containing the aforesaid pentose, in particular xylose and / or arabinose, in pr lack of air, to obtain a propagation must (13) comprising a population of said yeasts, said propagation wort containing no ethanol, d) a solid / liquid separation step relative to said propagation wort (13), to give a propagation juice (16) and a population of said fresh yeasts (17), e) a step of separating said fresh yeast population into two parts, to obtain a first portion (17a) and a second portion (17b) ) of said population of fresh yeasts, f) a first fermentation step of the aforesaid pentose, in particular xylose and / or arabinose, contained in said extraction juice (12), by said first part of the population of said fresh yeasts (17a), to obtain after liquid / solid separation a first source of ethanol (19) and a population of said yeasts, recyclable (20), g) a second fermentation step of the aforesaid hexose, in particular glucose, generated by said liquefier (23), said population of said recyclable yeasts (20) and said second portion of said population of said fresh yeasts (17b), to obtain a second source of ethanol (24), h) a step of isolating said ethanol first (19) and / or second sources (24) of ethanol by distillation of said first and / or second sources of ethanol.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé de préparation d'éthanol tel que décrit précédemment, comprenant: a) une étape d'extraction d'une biomasse lignocellulosique et de tout ou partie des éléments solubles, de l'eau et des éléments insolubles, du résidu (26) obtenu à l'issue de l'étape de distillation h), pour obtenir un jus d'extraction (9) contenant du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, et un marc (10), b) une étape de liquéfaction dudit marc (10) obtenu à l'étape précédente en présence de tout ou partie de ladite première source d'éthanol (19) obtenue à l'issue de la première étape de fermentation f), pour obtenir un liquéfiat (23), ledit liquéfiat étant une source du susdit hexose, en particulier du glucose, c) une étape de prolifération d'un inoculat comprenant des levures de souche Candida shehatae, Pichia stipitis, Pichia guilliermondii, Candia tropicalis ou Pachysolen tannophilus, en particulier Candida shehatae, à l'aide dudit jus d'extraction (11) contenant du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, en présence d'air, pour obtenir un moût de propagation (13) comprenant une population desdites levures, ledit moût de propagation ne contenant pas d'éthanol, d) une étape de séparation solide/liquide relative au dit moût de propagation (13), pour donner un jus de propagation (16) et une population desdites levures, fraîches (17), e) une étape de séparation de ladite population de levures fraîches en deux parties, pour obtenir une première partie (17a) et une deuxième partie (17b) de ladite population de levures fraîches, f) une première étape de fermentation du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, contenu dans ledit jus d'extraction (12), par ladite première partie de la population desdites levures fraîches (17a), pour obtenir après séparation liquide/solide une première source d'éthanol (19) et une population desdites levures, recyclables (20), g) une deuxième étape de fermentation du susdit hexose, en particulier du glucose, généré par ledit liquéfiat (23), par ladite population desdites levures recyclables (20) et ladite deuxième partie de ladite population desdites levures fraîches (17b), pour obtenir une deuxième source d'éthanol (24), h) une étape d'isolement dudit éthanol des première (19) et/ou deuxième sources (24) d'éthanol par distillation desdites première et/ou deuxième sources d'éthanol, ladite distillation générant, outre ledit éthanol, un résidu (26), lequel ne contient substantiellement pas d'éthanol.According to an advantageous embodiment, the invention relates to a process for preparing ethanol as described above, comprising: a) a step of extracting a lignocellulosic biomass and all or part of the soluble elements, water and insoluble elements, the residue (26) obtained at the end of the distillation step h), to obtain an extraction juice (9) containing the above pentose, in particular xylose and / or arabinose , and a marc (10), b) a step of liquefying said marc (10) obtained in the preceding step in the presence of all or part of said first source of ethanol (19) obtained at the end of the first step fermentation f), to obtain a liquéfiat (23), said liquéfiat being a source of the aforesaid hexose, in particular glucose, c) a step of proliferation of an inoculat comprising yeasts of the strain Candida shehatae, Pichia stipitis, Pichia guilliermondii , Candia tropicalis or Pachysolen tannophilus, in particular Candida shehatae, using said extraction juice (11) containing said pentose, in particular xylose and / or arabinose, in the presence of air, to obtain a propagation wort (13) comprising a population of said yeasts, said propagation wort containing no ethanol, d) a solid / liquid separation step relative to said propagation wort (13), to give a propagation juice (16) and a population of said yeasts, fresh (17), e) a step of separating said population of fresh yeasts into two parts, to obtain a first portion (17a) and a second portion (17b) of said population of fresh yeasts, f) a first fermentation step of said pentose, in particular xylose and / or arabinose, contained in said extraction juice (12), by said first portion of the population of said fresh yeasts (17a), to obtain after liquid / solid separation a first source ethanol (19) and a population of said yeasts, recyclable (20), g) a second fermentation step of the aforesaid hexose, in particular glucose, generated by said liquéfiat (23), said population of said recyclable yeasts (20) and said second part of said population said fresh yeasts (17b), to obtain a second source of ethanol (24), h) a step of isolating said ethanol from the first (19) and / or second sources (24) of ethanol by distillation of said first and / or or second sources of ethanol, said distillation generating, in addition to said ethanol, a residue (26), which contains substantially no ethanol.
Etant donné que ladite première source d'éthanol est substantiellement dépourvue de microorganismes issus de ladite population microbienne, ladite liquéfaction dudit marc est effectuée en l'absence de microorganismes issus de ladite population microbienne. Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé de préparation d'éthanol tel que décrit précédemment, dans lequel ledit jus d'extraction contenant du susdit pentose, en particulier du xylose et/ou de l'arabinose, est détoxifié avant ladite prolifération et la préparation de ladite première source d'éthanol. Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé de préparation d'éthanol tel que décrit précédemment, dans lequel ladite matière première fait l'objet, après ladite imprégnation et ledit prétraitement, d'un traitement d'hydrolyse supplémentaire. Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé de préparation d'éthanol tel que décrit précédemment, dans lequel ledit liquéfiat est hydrolysé avant ladite fermentation du susdit hexose, en particulier du glucose, généré par l'hydrolyse dudit liquéfiat. Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne un procédé de préparation d'éthanol tel que décrit précédemment, dans lequel ledit liquéfiat est hydrolysé, ladite hydrolyse et ladite fermentation du susdit hexose, en particulier du glucose, généré par l'hydrolyse dudit liquéfiat étant concomitantes.Since said first source of ethanol is substantially free of microorganisms from said microbial population, said liquefaction of said pomace is carried out in the absence of microorganisms from said microbial population. According to an advantageous embodiment, the invention relates to a process for the preparation of ethanol as described above, in which said extraction juice containing said pentose, in particular xylose and / or arabinose, is detoxified before said proliferation and the preparation of said first source of ethanol. According to an advantageous embodiment, the invention relates to a process for preparing ethanol as described above, wherein said raw material is subjected, after said impregnation and said pretreatment, to an additional hydrolysis treatment. According to an advantageous embodiment, the invention relates to a process for preparing ethanol as described above, in which said liquefier is hydrolysed before said fermentation of the aforesaid hexose, in particular glucose, generated by the hydrolysis of said liquefier. According to an advantageous embodiment, the invention relates to a process for the preparation of ethanol as described above, in which said liquefier is hydrolysed, said hydrolysis and said fermentation of the aforesaid hexose, in particular glucose, generated by the hydrolysis of said liquéfiat being concomitant.
Selon un mode de réalisation avantageux, la liquéfaction dudit marc (c'est-à-dire une première hydrolyse, dudit marc) pour obtenir ledit liquéfiat et l'hydrolyse dudit liquéfiat (c'est-à-dire une deuxième hydrolyse) sont réalisées par l'action des mêmes enzymes, en particulier à action cellulolytique. Selon un autre mode de réalisation avantageux, la liquéfaction dudit marc (c'est-à-dire une première hydrolyse, dudit marc) pour obtenir ledit liquéfiat et l'hydrolyse dudit liquéfiat (c'est-à-dire une deuxième hydrolyse) sont réalisées par l'action des mêmes enzymes, en particulier à action cellulolytique, ladite population microbienne étant mise en contact avec le liquéfiat, lors de l'hydrolyse dudit liquéfiat.According to an advantageous embodiment, liquefaction of said grounds (that is to say a first hydrolysis of said grounds) to obtain said liquéfiat and hydrolysis of said liquéfiat (that is to say a second hydrolysis) are carried out by the action of the same enzymes, in particular with cellulolytic action. According to another advantageous embodiment, the liquefaction of said grounds (that is to say a first hydrolysis of said grounds) to obtain said liquéfiat and the hydrolysis of said liquéfiat (that is to say a second hydrolysis) are performed by the action of the same enzymes, in particular cellulolytic action, said microbial population being brought into contact with the liquefied, during the hydrolysis of said liquefied.
DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 présente les voies métaboliques intervenant dans l'utilisation du glucose et du xylose par les microorganismes. La figure 2 présente le schéma général d'une utilisation ou d'un procédé selon l'invention.DESCRIPTION OF THE FIGURES Figure 1 shows the metabolic pathways involved in the use of glucose and xylose by microorganisms. Figure 2 shows the general diagram of a use or a method according to the invention.
La figure 3 présente le schéma détaillé d'une utilisation ou d'un procédé de l'invention. Dans la figure 3, les flux et les opérations sont les suivants : REF. DESIGNATIONS DESCRIPTIONS PT PRETRAITEMENT opération \disant à rendre disponible la cellulose à l'action d'enzymes cellulolytiques EXTC5 EXTRACTION DES C5 opération NAsant à séparer la fraction soluble de la fraction insoluble du produit sortie de l'opération de STEAM (opération séparée en 2 phases : 1ère : dilution ; 2ème séparation) SI SEPARATION LIQUIDE / SOLIDE opération lisant à séparer la fraction soluble de la fraction insoluble du produit sortie de l'opération de STEAM (opération séparée en 2 phase : 1ère : dilution ; 2ème séparation) N°1 PROPA PROPAGATION DE LA LEVURE opération permettant la croissance (multiplication de levures) de façon suffisante, afin de produire la levure pour la fermentation des sucres en C6 (glucose) d'un côté et la fermention des C5 (xylose) de l'autre côté. De l'éthanol est produit de façon conjoint durant cette étape de propagation. S2 SEPARATION LIQUIDE / SOLIDE opération de concentration des levures fraîches pour une utilisation en SSF N°2 FE C5 FERMENTATION ALCOOLIQUE DES C5 opération de fermentation des C5 (xylose) en éthanol. La présence de C6 (glucose) est non négligeable mais ils sont en présence minoritaire. Ceux-ci sont également fermentés en éthanol. S3 SEPARATION LIQUIDE / SOLIDE opération de concentration des levures recyclées pour une utilisation en fermentation alcoolique des C5 (xylose) et en SSF (glucose) N°3 ENZ PRODUCTIN D'ENZYMES opération transformant les jus de C5 en enzymes adaptées pour l'hydrolyse de la cellulose et de l'hemicellulose LQ LIQUEFACTION opération permettant de réduire la viscosité du marc C6 et d'amener un état d'écoulement suffisant pour la fermentation (disponibilité de l'eau pour la levure; éviter la formation de mousse, limiter les besoins en agitation...) SSF SACCHARIFICATION ET FERMENTATION DES C6 SIMULTANEES opération durant laquelle la cellulose est hydrolysée en glucose et le glucose est transformé majoritairement en éthanol et CO2 DIST DISTILLATION opération de séparation par distillation de l'éthanol et de la phase aqueuse S4 SEPARATION LIQUIDE / SOLIDE opération de clarification des vinasses brutes pour extraire les résidus ligno cellulosiques et valoriser les vinasses clarifiées en eau de dilution, d'extraction... N°4 REF. DESIGNATIONS DESCRIPTIONS 1 paille ou substrat ligno cellulosique (comprenant majoritairement cellulose, hemicellulose et lignine) et peu concentré en eau 7 marc non lavé le marc non lavé correspond à la biomasse lignocellulosique ayant subi le prétraitement themique et acide. Elle contient les hemicelluloses solubilisées, la cellulose plus disponible pour l'action des enzymes et les lignines (ainsi que les différents produits de dégradation). 8 marc dilué L'extraction des hémicelluloses solubilisées (C5) est effectuée par un apport de diluant allant à contre courant de l'avancée du marc. Pour simuler cette étape d'un point de vue bilan masse, on est obligé de la séparer en 2 phases (phase 1 : dilution; phase 2 : séparation). Dans le vrai procédé, ces 2 phases sont réalisées simultanément. Le marc dilué a la même répartition C5 C6 seul sa teneur en eau est plus élevée que le marc non lavé (différence possible liée au recyclage de vinasses en diluant d'extration des C5) 9 jus C5 le jus de C5 correspond à la fraction soluble extraite de l'étape d'extration des C5 et S1. Cette fraction est riche en C5 et pauvre en C6, mais des traces de C6 sont tout de même présentes. 10 marc lavé le marc lavé correspond aux insolubles qui sont restés dans le système d'extraction des C5. Le marc lavé est principalement composé de Cellulose et de lignines 11 jus C5 propa la composition du jus C5 propa est la même que le jus C5; ce flux correpond uniquement à une fraction volumique du flux de jus C5 qui est envoyé spécifiquement vers la propagation des levures 12 jus C5 FE la composition du jus C5 FE est la même que le jus C5; ce flux correpond uniquement à une fraction volumique du flux de jus C5 qui est envoyé spécifiquement vers la fermentation des C5 en éthanol 13 mout propa le moût propa correspond à la suspension de levures après croissance à partir de jus de C5 FE 14 mout propa A le moût propa A correspond à la fraction volumique envoyée directement en fermentation des C5 pour inoculer les fermenteurs pour la production d'éthanol à partir de jus C5 15 mout propa B le mout propa B correspond à la fraction volumique envoyée sur un atelier de séparation solide liquide (délevureuse, centrifugeuse) afin d'obtenir une crème de levures (17) pour l'inoculation du flux de C6 16 jus propa ce jus de propa correspond au surnageant de l'étape de séparation S2 (centrifugation); ce flux contient de l'éthanol et une concentration résiduelle en C5 ; il est envoyé en cuve de fermentation des C5 17 levures fraîches les le.urea f!aiches sont des crèmes de levures obtenues à partir de l'atelier e crocagation des levures à partir d'un jus de sucres en 05 et croissance -' - pie Elles sont emo, ees en fermentation alcoolique du fiu..! de 05 18 moût FEC5 Le mout FEC5 correspond au vin ex 05. ce flux contient des levures, de l'éthanol et de l'eau. Les C5 ont normalement été consommés et la concentration résiduelle en C5 doit être très faible 19 jus FEC5 Le jus FE C5 correspond au --out F '5.-.:élé.i.irê ::-..essé sur tine étao ;e. séparation W r , :en.. galion: on c ic est - tout ou parti en eau de dilution de la ll,-.:tiefacticr; i e !nitiale d ily rJrcl.ise enz--,. -aticue ce la cellulose, 20 levures recyclables les levures recyclables sont issues du moût FEC5 et de l'appareil de séparation S3. Elles sont réintroduites pour une première partie (21) en fermentation des C5 et pour une deuxième partie (22) en fermentation des C6 (SSF) 21 levures recyclées en FEC5 ces levures -:::.;c:ennent du moût FEC5 et ont ù!.é. concentrées par S3 (elles ont é été en contact avec un jus de C5 e ont cié:à pi!oduit de l'éthanol! Er- z: sont renvoyées en inoculation de. la ter-entation du jus de C6 FE . a :1 . ment prendre en cc: -. inc purge] 22 levures recyclées en SSF ces levures proviennent du moût FEC5 et ont été concentrées par 53 (elles ont déjà été en contact avec un jus de C5 et ont déjà produit de l'éthanol). Elles sont envoyées en inoculation de la fermentation des CG (SSF) [il faudra également prendre en compte une purge] 23 liquéfiat !e licitiéflat corres,Doncl au marc cellulosioue 4 lignine sur leouel on e fait agir un cocktail enzymatioue sc.écifioue oem"ettent de réduire la ..'sposité et d l-i.::-cL,.se:- la cellulose en --onc _. 1,, :-; .ost. Co -.., on a utilisé le jus FEC5 ::CLW lalic:uefaction :.-_, fLi-.: ie lio.,:efle:t contient égale --ent :de I éthanol alors que les le.ures no as enocfe agi 24 moût de fermentation SSF le mout de fermentation SSF correspond au vin C6. il contient l'éthanol ex C6, mais aussi l'éthanol ex C5 ,les lignines et les levures. 25 éthanol = ce flux comescond a I ethanol en sortie de I atelier oie distillat`_ i 26 vinasses brutes les vinasses brutes correspondent au mout de fermentation SSF (24) auquel on a extrait l'éthanol par distillation. Les vinasses contiennent de l'eau, des sucres résiduels. de résidus de cellulose n'ayant pas été hydrolysés. des résidus de lignines... Le fort taux de matière en suspension limite son recyclage tel quel. Il faudra le post traiter pour séparer les insolubles des solubles. 27 résidu ligno cellulosipue ce flt-: 0.-_::vesoonci au residu ligno cellulosique e:,: ..inasses brutes (partie insclu:It. ces masser ..!,_,,s séoar.Éiies car coeration centarfuge car e.,:e-d*: La i:15-: ole ce résidu sera augmentée par oressage afin da ----iiicrer son pop.cir calo.:-7' :7:ans e out de le valo:iser en chaudière o.co/ la génération oe ,,apeur et u électricité 28 vinasses claires les vinasses claires correspondent majoritairement à la partie solubles des vinasses brutes, Elle sont issues de la séparation 4 et peuvent être utilisées en eau de recylcage dans rextraction des C5 par exemple, 29 , Le flux 29 cc-esoonP à iapocint totie en diluant pour mener à bien l'extraction des 05 Sa valeur est fonction c ta Hcuoération des C5 appoint total pour extraction Cs dans les jus ::-:_i'"-.: .::ue I on snl-laite o :tenir 30 EFI Ce flux correspond à une partie des vinasses claires que l'on ne pourrait pas valoriser (si excès de production de vinasses par rapport au taux dincorporation dans le flux 29 de diluant pour l'extraction des C5) 31 soopin net pour excration 05 ce. flis,.: correspond à une entrée d'eau netr.e. oop.ant entrer dans la composition du flux 29 32 jus C6 pour la production d'enzymes la composition du jus CE pour la goduction d'enzymes est la mên-e que le jus C5: ce flux correpond uniquement à une fraction volumique du flux de jus C5 qui est envoyé spécifiquement vers l'atelier de production d'enzymes 33 'us PE C6 à Pistller ce fiu.: a la -e-e compostion que le flu, 19 I corresocnc à la P-ie Pe -5 Peie , que Fon renerat pas en eau ce :iIiion de la liqurfactio,- - :te. llE.i.---'anté :s.-.i,it ti - -. - -ient en cist,liàtcri i 01'7: , ' :.. 34 vinasses recyclées ce flux correspond à la fraction devinasses claires envoyées en Muant d'extration des 05 fraction volumique du flux 28) La figure 4 présente la cinétique d'hydrolyse de la cellulose de la paille imprégnée et prétraitée versus paille imprégnée sans acide et prétraitée. EXEMPLE Sauf indication contraire, les flux décrits ci-après ont été numérotés conformément au schéma 3, présentant un procédé selon la présente invention. Exemple 1 : Mise en pratique du procédé avec une souche ne produisant pas d'éthanol en phase de propagation : Candida shehatae : Le substrat utilisé est une paille de blé dont la composition est la suivante : Plante Pailles TMS/ha 3,0 Minéraux 7,0% Protéines 3,2% Cellulose 39,1% Lignine 17,9% Hémicellulose 25,5% Arabinane 2,9% Galactane 0,5% Mannane 0,3% Xylane 21,8% Uronates 1,9% Amidon Autres 5,3% MS 88,0% Tableau 2 : composition d'une paille Experte 2011 Imprégnation en phase diluée / procédé batch : Une paille Experte de composition telle que décrite dans le tableau 2 est imprégnée par trempage dans un réacteur de 10001. Le trempage s'effectue par immersion complète de la paille pendant 12 heures, après la mise en contact de la solution acide sulfurique préalablement portée à 65°C. La formule du mélange paille et solution d'acide sulfurique est telle que la matière sèche finale atteint 5%. Pour la préparation de la solution d'acide sulfurique, le ratio acide sulfurique (poids sec) pour 100g de solution final est de 0,51%. Après une nuit de trempe, la température qui n'a pas été régulée n'est plus que de 35°C. Le réacteur est alors vidé de son contenu liquide, cet égouttage est réalisé par l'ouverture de la vanne de fond, dont la sortie est garnie d'une grille de sélection. A l'issu de cet égouttage, la paille imprégnée est introduite dans le réacteur de prétraitement.Figure 3 shows the detailed diagram of a use or a method of the invention. In Figure 3, the flows and operations are as follows: REF. DESIGNATIONS DESCRIPTIONS PT PRETREATMENT operation \ saying to make cellulose available to the action of cellulolytic enzymes EXTC5 EXTRACTION OF C5 operation Nsant to separate the soluble fraction of the insoluble fraction of the product output of the STEAM operation (separate operation in 2 phases : 1st: dilution, 2nd separation) IF LIQUID / SOLID SEPARATION operation to separate the soluble fraction from the insoluble fraction of the product from the STEAM operation (separate operation in 2 phases: 1st: dilution, 2nd separation) N ° 1 PROPA PROPAGATION OF YEAST operation allowing the growth (yeast multiplication) sufficiently, in order to produce the yeast for the fermentation of sugars in C6 (glucose) on one side and the fermentation of C5 (xylose) on the other side . Ethanol is produced jointly during this propagation step. S2 SEPARATION LIQUID / SOLID concentration operation of fresh yeasts for use in SSF No. 2 FE C5 ALCOHOLIC FERMENTATION OF C5 fermentation operation of C5 (xylose) in ethanol. The presence of C6 (glucose) is not negligible but they are in the minority presence. These are also fermented in ethanol. S3 LIQUID / SOLID SEPARATION operation of concentration of recycled yeasts for use in alcoholic fermentation of C5 (xylose) and SSF (glucose) N ° 3 ENZ PRODUCTIN ENZYMES operation transforming C5 juice into suitable enzymes for the hydrolysis of cellulose and hemicellulose LQ LIQUEFACTION operation to reduce the viscosity of the C6 marc and to bring about a state of flow sufficient for the fermentation (availability of water for the yeast, to avoid the formation of foam, to limit the needs stirring ...) SSF SACCHARIFICATION AND FERMENTATION OF SIMULTANEOUS C6 operation during which the cellulose is hydrolysed to glucose and the glucose is mainly converted into ethanol and CO2 DIST DISTILLATION separation operation by distillation of ethanol and aqueous phase S4 SEPARATION LIQUID / SOLID Clarification operation of raw vinasse to extract ligno-cellulosic residues and valorise the vinasse cl arified in dilution water, extraction ... N ° 4 REF. DESCRIPTIONS DESCRIPTIONS 1 straw or lignocellulosic substrate (mainly comprising cellulose, hemicellulose and lignin) and little concentrated in water 7 unwashed marc the unwashed marc corresponds to the lignocellulosic biomass which has undergone the acidic and acid pretreatment. It contains solubilized hemicelluloses, cellulose more available for the action of enzymes and lignins (as well as various degradation products). 8 diluted marc The extraction of solubilized hemicelluloses (C5) is carried out by a diluent supply counter-current to the advance of the marc. To simulate this step from a mass balance point of view, it is necessary to separate it into two phases (phase 1: dilution, phase 2: separation). In the real process, these two phases are carried out simultaneously. The diluted marc has the same distribution C5 C6 only its water content is higher than the unwashed marc (possible difference related to the recycling of vinasse by diluting the extraction of C5) 9 jus C5 the juice of C5 corresponds to the soluble fraction extracted from the extraction step of C5 and S1. This fraction is rich in C5 and poor in C6, but traces of C6 are still present. 10 washed marc washed marc corresponds to the insolubles which remained in the C5 extraction system. The washed marc is mainly composed of Cellulose and lignin 11 juice C5 propa the composition of the juice C5 propa is the same as the juice C5; this flow corresponds only to a volume fraction of the flow of juice C5 which is sent specifically towards the propagation of the yeasts 12 juice C5 FE the composition of the juice C5 FE is the same as the juice C5; this flow corresponds only to a volume fraction of the flow of C5 juice which is sent specifically to the fermentation of the C5 in ethanol. 13 ml propa the wort propa corresponds to the suspension of yeasts after growth from juice C5 FE 14 mout propa A the Propa wort A corresponds to the volume fraction directly fed to C5 fermentation for inoculating fermentors for the production of ethanol from C5 juice. 15 propa propa B propa B is the volume fraction sent to a solid liquid separation plant (disinfector, centrifuge) to obtain a yeast cream (17) for inoculation of the flow of C6 16 propa juice propa juice corresponds to the supernatant of the separation step S2 (centrifugation); this stream contains ethanol and a residual concentration of C5; It is sent in a fermentation tank of C5 17 fresh yeasts the le.urea f! aiches are creams of yeasts obtained from the workshop and crocagation of yeasts from a juice of sugars in 05 and growth - '- They are emo, in alcoholic fermentation of fiu ..! of 05 18 must FEC5 The FEC5 must corresponds to wine ex 05. this stream contains yeasts, ethanol and water. The C5s were normally consumed and the residual C5 concentration should be very low. FEC5 juice The C5 FE juice corresponds to the F05. e. separation W r,: in .. galleon: this is all or part of dilution water of the ll: - tiefacticr; The e nnual d ity rjrcl.ise enz-- ,. -the cellulose, 20 recyclable yeasts recyclable yeasts are derived from the must FEC5 and the separating apparatus S3. They are reintroduced for a first part (21) in fermentation of C5 and for a second part (22) in fermentation of the C6 (SSF) 21 yeasts recycled to FEC5 these yeasts - ::: c: enent wort FEC5 and have ù! .E. Concentrated by S3 (they were in contact with a C5 juice), and then they were returned with inoculation of the C6 FE juice. 1) to take in cc: -. Inc purge] 22 yeasts recycled in SSF these yeasts come from the must FEC5 and were concentrated by 53 (they have already been in contact with a juice of C5 and have already produced ethanol) They are sent inoculation of the fermentation of the CG (SSF) [it will also be necessary to take into account a purge] 23 liquefied! L liciteflat corres, Doncl to the marc cellulosioue 4 lignine on leel it is made to act a cocktail enzymatioue sc.écifioue oem The purpose of this experiment was to reduce the spe- cies and to remove the cellulose in the form of the FEC5 juice. :: CLW lalic: uefaction:.-_, FLi- .: ie lio.,: Efle: t also contains ethanol while the leeks have acted as 24 fermentation must SSF SSF fermentation corresponds to the wine C6, it contains ethanol ex C6, but also ethanol ex C5, lignins and yeasts. Ethanol = this edible ethanol flow at the outlet of the distillate mill 26 raw vinasse the raw vinasse corresponds to the SSF fermentation broth (24) from which the ethanol was distilled off. The vinasses contain water, residual sugars. of cellulose residues that have not been hydrolysed. lignin residues ... The high rate of suspended matter limits its recycling as it is. It will be necessary to post-treat it to separate the insolubles from the solubles. The lignocellulosulphide residue corresponds to the lignocellulosic residuum of the crude fraction (the inset part of which is massaged). e.,: ed *: The i: 15-: ole this residue will be increased by oressage so da ii iiier his pop.cir calo.:- 7 ': 7: years e out of the valo: iser in boiler o.co/ generation oe, fear and u electricity 28 clear vinasses the clear vinasses mainly correspond to the soluble part of the raw vinasses, They come from the separation 4 and can be used in recylcage water in extraction of the C5 for example , 29, The flow 29 cc-esoonP to iapocint totie by diluting to carry out the extraction of the 05 Its value is function c ta C5 total C5 extraction for extraction Cs in the juices: -: -: -: . :: ue I on snl-laite o: hold 30 EFI This flow corresponds to a part of the clear vinasse that could not be valorized (if excess of vinasse production compared to u rate of incorporation into the flow of diluent for the extraction of C5) 31 net soopin for excration 05 ce. flis,.: corresponds to a net entry of water. To enter the composition of the flow 32 32 C6 juice for the production of enzymes The composition of the EC juice for the enzyme de-activation is the same as the C5 juice: this flow corresponds only to a volume fraction of the flow. C5 juice which is sent specifically to the laboratory of production of enzymes 33 'us PE C6 to Pistler this fiu .: a -ee the composition that the flu, 19 I Corresocnc the P-ie Pe -5 Peie, that Do not return to water this way of liquorice. IIE.i .--- ante: s .-. i, it ti - -. In this case, the flux corresponds to the fraction of the light spirits sent as the extrusion mud of the volume fraction of the stream. FIG. 4 shows the kinetics of hydrolysis of the cellulose of the straw impregnated and pretreated versus straw impregnated without acid and pretreated. EXAMPLE Unless otherwise indicated, the flows described below were numbered according to Scheme 3, showing a method according to the present invention. Example 1: Implementation of the process with a strain not producing ethanol in the propagation phase: Candida shehatae: The substrate used is a wheat straw whose composition is as follows: Plant straws TMS / ha 3.0 Minerals 7 , 0% Protein 3.2% Cellulose 39.1% Lignin 17.9% Hemicellulose 25.5% Arabinane 2.9% Galactan 0.5% Mannane 0.3% Xylane 21.8% Uronates 1.9% Starch Others 5.3% MS 88.0% Table 2: composition of a straw Experte 2011 Impregnation in dilute phase / batch process: An expert straw of composition as described in Table 2 is impregnated by soaking in a reactor of 10001. The soaking is carried out by completely immersing the straw for 12 hours, after contacting the sulfuric acid solution previously heated to 65 ° C. The formula of the straw mixture and sulfuric acid solution is such that the final dry matter reaches 5%. For the preparation of the sulfuric acid solution, the ratio sulfuric acid (dry weight) per 100 g of final solution is 0.51%. After one night of tempering, the temperature that has not been regulated is only 35 ° C. The reactor is then emptied of its liquid content, this draining is achieved by the opening of the bottom valve, the output is filled with a selection gate. At the end of this dripping, the impregnated straw is introduced into the pre-treatment reactor.
Prétraitement : La paille imprégnée est mise dans un réacteur chauffé par injection de vapeur à 180°C et maintenue sous pression à 9bars pendant 5 minutes.Pretreatment: The impregnated straw is put in a reactor heated by steam injection at 180 ° C and maintained under pressure at 9 bar for 5 minutes.
La température intérieure mesurée au début de la réaction est de 167°C, et 174°C en fin de réaction. A l'issue de cette étape de prétraitement, le réacteur est ramené à pression atmosphérique. La matrice ligno-cellulosique impactée par ce prétraitement, est alors réactive aux enzymes de liquéfaction. La combinaison des traitements thermique, chimique et mécanique implique une forte augmentation de la digestibilité de la cellulose. Ainsi au terme de la liquéfaction 90% du glucose constitutif de la cellulose est disponible pour une conversion en éthanol. La figure 4 présente la cinétique d'hydrolyse de la cellulose de la paille imprégnée et prétraitée versus paille imprégnée sans acide et prétraitée.The internal temperature measured at the beginning of the reaction is 167 ° C., and 174 ° C. at the end of the reaction. At the end of this pretreatment step, the reactor is brought back to atmospheric pressure. The lignocellulosic matrix impacted by this pretreatment, is then reactive to liquefaction enzymes. The combination of thermal, chemical and mechanical treatments implies a strong increase in the digestibility of cellulose. Thus, at the end of the liquefaction, 90% of the constituent glucose of the cellulose is available for conversion to ethanol. FIG. 4 shows the kinetics of hydrolysis of the cellulose of the impregnated and pretreated straw versus straw treated without acid and pretreated.
Extraction des C5 : A l'issu du prétraitement, le produit est mélangé avec de l'eau (solvant d'extraction dans cet exemple) pour permettre la diffusion puis l'extraction des C5. Une fois hydratée, la paille prétraitée (flux 8) peut subir une extraction liquide-solide. Celle-ci a pour but de séparer les sucres en 5 carbones (majoritairement solubilisés) des sucres en 6 carbones (majoritairement insolubles). Les pentoses, issus de la déstructuration des chaînes d'hémicelluloses, sont rendus solubles par le prétraitement, et migrent dans le solvant d'extraction. Quant à la cellulose, bien que hydrolysable, elle reste majoritairement insoluble, et se concentre dans la fraction solide. Pour de grande quantité de paille à traiter (250kg/h), la séparation liquide-solide est réalisée sur une presse à bandes. La paille prétraitée (flux 7, figure 3) est répartie uniformément sur la toile inférieure et avance progressivement d'une zone d'égouttage à une zone de pressage. Dans cette zone, La paille prétraitée subit une pression croissante et des forces de cisaillement. Sous l'action de ces deux facteurs, la fraction liquide est extraite du résidu solide qui voit sa matière sèche s'élevée.Extraction of C5: At the end of pretreatment, the product is mixed with water (extraction solvent in this example) to allow the diffusion and then the extraction of C5. Once hydrated, the pretreated straw (stream 8) can undergo a liquid-solid extraction. It aims to separate sugars into 5 carbons (mostly solubilized) sugars into 6 carbons (mostly insoluble). The pentoses, resulting from the destructuration of the hemicellulose chains, are rendered soluble by the pretreatment, and migrate into the extraction solvent. As for cellulose, although hydrolysable, it remains mostly insoluble, and is concentrated in the solid fraction. For a large quantity of straw to be treated (250kg / h), the liquid-solid separation is carried out on a belt press. The pretreated straw (stream 7, FIG. 3) is distributed uniformly over the lower fabric and progressively advances from a drainage zone to a pressing zone. In this area, pretreated straw is under increasing pressure and shear forces. Under the action of these two factors, the liquid fraction is extracted from the solid residue which sees its dry matter increased.
Exemple de bilan issu du prétraitement : 1 000 T de paille à 88% de MS (flux 1) permettent l'obtention de 1 754 T de marc brut à 50% de MS (flux 7) contenant 372 T de glucose potentiel et 177 T de xylose.Example of a balance sheet resulting from the pretreatment: 1000 T of straw at 88% DM (stream 1) makes it possible to obtain 1 754 T of crude marc at 50% of MS (stream 7) containing 372 T of potential glucose and 177 T of xylose.
L'extraction des C5 est maximisée afin de récupérer 95% des C5 dans le flux de jus de C5 (flux 9). Les 5% restant se retrouvent dans le marc C6 lavé (flux 10). Dans l'exemple, les 1 754 T de marc brut (flux 7) sont lavées avec 2 335 T de diluant (flux 29). Ce flux 29 peut être composé d'eau d'appoint (flux 31) et /ou de vinasses clarifiées flux 34. La séparation conduit à l'obtention de 2 643 T de jus de C5 (flux 9) contenant 95% des C5 (xylose) et présentant des concentrations en glucose et en xylose respectivement de 1,2% et de 6,4% (m/m). L'autre flux correspond à 1 446 T de marc lavé à 44% de MS (flux 10) et contient 5% des C5 ainsi que la majorité de C6 potentiels (355 T contre 33 T dans le jus de C5). Etape de préculture L'utilisation de levures dans des fermenteurs nécessite la mise en place d'une chaîne de précultures. La première préculture consiste à inoculer avec la souche désirée (ici Candida shehatae) un tube contenant le milieu suivant : - Extrait de levures 10 g/kg - Bacto peptone : 10 g/kg - Xylose : 30g/kg - NaC1 : 9g/kg Les conditions d'incubation de cette première préculture sont les suivantes : - Température : 30°C - pH : 5 - agitation : 130 rpm Après 12h d'incubation dans les conditions précédentes, la première préculture sert d'inoculum pour la deuxième préculture réalisée en flacon de type Erlenmeyer. Le milieu de la deuxième préculture est repris dans le tableau 3 suivant : Pantathern acid Pr a ,30 Le milieu contient également 30g/kg de xylose. Les conditions et la durée d'incubation sont identiques à celles suivies lors de la première préculture (30°C, pH 5, 130 RPM pendant 12h).C5 extraction is maximized to recover 95% of the C5 in the C5 juice stream (stream 9). The remaining 5% are found in the washed C6 marc (stream 10). In the example, the 1,754 T of crude marc (stream 7) are washed with 2,335 T of diluent (stream 29). This stream 29 can be composed of make-up water (stream 31) and / or clarified clarified stream 34. The separation leads to the production of 2643 T of C5 juice (stream 9) containing 95% of the C5 ( xylose) and having glucose and xylose concentrations of 1.2% and 6.4% (w / w), respectively. The other flow corresponds to 1 446 T of marc washed at 44% MS (stream 10) and contains 5% of the C5 as well as the majority of potential C6 (355 T versus 33 T in the C5 juice). Preculture stage The use of yeasts in fermenters requires the establishment of a chain of precultures. The first preculture consists of inoculating with the desired strain (here Candida shehatae) a tube containing the following medium: - Yeast extract 10 g / kg - Bacto peptone: 10 g / kg - Xylose: 30 g / kg - NaCl: 9 g / kg The incubation conditions of this first preculture are the following: - Temperature: 30 ° C - pH: 5 - agitation: 130 rpm After 12 hours of incubation under the previous conditions, the first preculture serves as inoculum for the second preculture performed in Erlenmeyer flask. The medium of the second preculture is shown in Table 3 below: Pantathern acid Pr a, The medium also contains 30 g / kg of xylose. The conditions and the duration of incubation are identical to those followed during the first preculture (30 ° C, pH 5, 130 RPM for 12 hours).
Etape de propagation des levures sur jus de C5 Les précultures effectuées précédemment permettent d'inoculer le fermenteur de propagation de levures. Le milieu de propagation correspond au flux 11. Celui-ci est complémenté en différents éléments repris dans le tableau 3 précédent. Les concentrations respectives en glucose et en xylose du flux 11 sont de 7 à 12g/kg et 45 à 64 g/kg. La fraction massique du flux 11 dédiée à la propagation est ici de 5%. Les conditions de culture de la propagation sont les suivantes : - Température 30°C - pH 5,5 régulé avec de la potasse (KOH) et de l'acide ortho-phoshorique - agitation et aération suffisantes pour maintenir la P02 à plus de 30% et ceci sans pression de dôme Après 48h de culture dans les conditions ci-dessus, la culture permet l'obtention de 22g/kg de levures à partir de 48,2g/kg de xylose. Le rendement de valorisation du substrat (xylose) en levure (Yx/s) atteint 46%/g). Des co-produits tels que de l'éthanol, du glycérol, du xylitol sont également présents aux concentrations suivantes : - Ethanol : 0,38 g/kg - Glycérol : 0,4 g/kg - Xylitol : 0,15 g/kg Le rendement de valorisation du substrat en éthanol est donc de 1,8%.Stage of propagation of yeasts on C5 juice The precultures carried out previously make it possible to inoculate the yeast propagation fermenter. The propagation medium corresponds to stream 11. The latter is complemented in various elements listed in Table 3 above. The respective glucose and xylose concentrations of stream 11 are 7 to 12 g / kg and 45 to 64 g / kg. The mass fraction of the flow 11 dedicated to propagation is here 5%. The culture conditions of the propagation are the following: - Temperature 30 ° C - pH 5.5 regulated with potash (KOH) and ortho-phoshoric acid - agitation and aeration sufficient to maintain P02 at more than 30 % and this without dome pressure After 48 hours of culture under the above conditions, the culture makes it possible to obtain 22 g / kg of yeasts from 48.2 g / kg of xylose. The recovery yield of the substrate (xylose) in yeast (Yx / s) reached 46% / g). Co-products such as ethanol, glycerol, xylitol are also present at the following concentrations: Ethanol: 0.38 g / kg Glycerol: 0.4 g / kg Xylitol: 0.15 g / kg The conversion efficiency of the substrate in ethanol is therefore 1.8%.
Etape de fermentation du jus C5 Le jus de C5 (flux 9) est envoyé à près de 80% vers la fermentation alcoolique du jus C5 (flux 12). Le milieu est complémenté en suivant la même formule suivante : - Extrait de levures à 5g/kg, - Urée à 0,4g/kg Les conditions de culture de la fermentation du jus de C5 sont les suivantes : - Température : 30°C - pH : 5,5 - Aération : limitation en oxygène.Step of fermentation of juice C5 The juice of C5 (stream 9) is sent to about 80% to the alcoholic fermentation of juice C5 (stream 12). The medium is supplemented according to the following formula: - Yeast extract at 5 g / kg, - Urea at 0.4 g / kg The culture conditions for the fermentation of C5 juice are the following: - Temperature: 30 ° C - pH: 5.5 - Aeration: oxygen limitation.
Les conditions de culture décrites ci-dessus (limitation en oxygène), permettent à la population de levures de produire de l'éthanol avec un rendement de 28% à 33%. La concentration en éthanol atteint 18,3g/L (glucose : 7,2g/L ; xylose : 52,3g/L) après 46 à 63 heures de culture. Parallèlement à cela, il y a eu une production de levures avec un rendement de 6 à 8%. Enfin, des co-produits ont été générés avec les rendements suivants : - Yp(glycérol)/s) = 0,021g/g - Yp(xylitol)/s) = 0,111g/g - Yp(ribitol)/s) = 0,039g/g Suivi de la population de levures : L'atelier de fermentation éthanolique du jus de C5 est inoculé avec lg de levures par kg de milieu. En plus de cette population ajoutée lors de l'inoculation, le rendement de production de levures est compris entre 6 et 8% et permet de produire des levures parallèlement à la production d'éthanol. En sortie d'atelier de fermentation éthanolique du jus de C5, la concentration en levures atteint donc de 0,6%. Le moût correspond au flux 18 peut alors être envoyé directement en eau de dilution de l'étape de liquéfaction (hydrolyse 1) ou bien subir une étape de séparation S3 permettant de retirer les levures du vin (flux 18). Cette opération de séparation S3 permet d'obtenir un vin débarrassé de la majorité des levures (flux 19) et des crèmes de levures (flux 20). Dans l'exemple, la moitié de ces crèmes de levures sont recyclées dans l'étape de fermentation éthanolique du jus de C5 (flux 21). L'autre moitié peut être envoyée en fermentation du marc C6 après l'étape de liquéfaction (hydrolyse 1). Ce recyclage des levures permet d'augmenter sensiblement la concentration de levures dans le flux 18. En effet, lorsque le régime permanent est établi, la concentration en levures à la sortie de l'atelier de fermentation des C5 atteint 1,2% contre 0,6% sans ce recyclage. Suivi de la production d'éthanol : Le flux 12 (2 075 T de jus de C5) contient 26 T de glucose et 132 T de xylose. Le rendement Yp(EtOH)/s de 28% à 33% permet donc de produire 53,9 T d'éthanol. Dans l'exemple, le vin est débarrassé de ces levures et envoyé directement vers l'atelier de liquéfaction. Cette opération de séparation S3 est réalisée sans lavage des crèmes, ce qui engendre un flux 19 contenant 49,6 T d'éthanol (la différence de quantité d'éthanol correspond à l'éthanol contenu dans les crèmes recyclées : flux 21 et flux 22). La concentration massique en éthanol du flux 33 (vin C5 débarrassé des levures) est donc de 2,5%, ce qui correspond à un TAV de 3,2°.The culture conditions described above (oxygen limitation), allow the yeast population to produce ethanol with a yield of 28% to 33%. The ethanol concentration reaches 18.3 g / l (glucose: 7.2 g / l, xylose: 52.3 g / l) after 46 to 63 hours of culture. At the same time, there was yeast production with a yield of 6-8%. Finally, by-products were generated with the following yields: Yp (glycerol) / s) = 0.021 g / g-Yp (xylitol) / s) = 0.11 g / g-Yp (ribitol) / s) = 0.039 g / g Monitoring of the yeast population: The ethanolic fermentation workshop of C5 juice is inoculated with 1 g of yeast per kg of medium. In addition to this population added during inoculation, yeast yield is between 6 and 8% and allows yeasts to be produced in parallel with ethanol production. At the outlet of the ethanol fermentation workshop of C5 juice, the yeast concentration thus reaches 0.6%. The wort corresponds to the stream 18 can then be sent directly in dilution water of the liquefaction stage (hydrolysis 1) or undergo a separation step S3 to remove yeasts from the wine (stream 18). This separation operation S3 makes it possible to obtain a wine free from the majority of yeasts (stream 19) and yeast creams (stream 20). In the example, half of these yeast creams are recycled in the ethanolic fermentation step of the C5 juice (stream 21). The other half can be sent in fermentation of the C6 marc after the liquefaction stage (hydrolysis 1). This recycling of the yeasts makes it possible to substantially increase the yeast concentration in the stream 18. In fact, when the steady state is established, the yeast concentration at the outlet of the C5 fermentation plant is 1.2% against 0%. 6% without this recycling. Monitoring of ethanol production: Stream 12 (2075 T of C5 juice) contains 26 T of glucose and 132 T of xylose. The Yp (EtOH) / s yield of 28% to 33% thus makes it possible to produce 53.9 T of ethanol. In the example, the wine is rid of these yeasts and sent directly to the liquefaction workshop. This separation operation S3 is carried out without washing the creams, which generates a stream 19 containing 49.6 T of ethanol (the difference in the amount of ethanol corresponds to the ethanol contained in the recycled creams: stream 21 and stream 22 ). The mass concentration of ethanol flux 33 (C5 wine cleared yeasts) is 2.5%, which corresponds to a TAV of 3.2 °.
Etape de fermentation des C6 par hydrolyse et fermentation simultanée ou non Le lavage du marc a permis l'obtention d'un premier flux riche en sucres à 5 atomes de carbones (flux 9) et d'un second flux riche en sucres à 6 atomes de carbones (flux 10). Ce dernier flux contient un équivalent de 25% de glucose potentiel. Cependant, cet équivalent glucose se présente en très grande majorité sous la forme de cellulose. Il n'est donc pas utilisable tel quel par les levures. Il faut lui faire subir des étapes d'hydrolyse par action de cocktails enzymatiques à actions cellulolytiques, qui permet à la fois de réduire la viscosité du produit (étape de liquéfaction ou d'hydrolyse 1) et à la fois de transformer la cellulose en cellobiose, puis en glucose (hydrolyse 2). Ces étapes d'hydrolyse peuvent être menées soit de façon totalement séparée de la fermentation (on parle de SHF), soit de façon simultanée avec l'action des levures (on parle de SSF). Dans ce dernier cas, les levures peuvent être introduites soit directement lors de l'hydrolyse 1 (liquéfaction), soit lors de l'hydrolyse 2. Dans l'exemple, on a choisi de réaliser une étape d'hydrolyse 1 (liquéfaction) ) en l'absence de levures et une étape d'hydrolyse 2 en présence de levures (étape de SSF). Etape de liquéfaction L'étape de liquéfaction consiste à mettre en présence le marc lavé contenant la cellulose et le cocktail enzymatique à actions cellulolytiques. La dilution du flux de marc C6 est permise par l'intégration de la totalité du flux 19 (vin ex-05 débarrassé des levures). Cette mise en oeuvre permet d'obtenir une concentration en cellulose de 9,4%. Les conditions d'hydrolyse 1 (liquéfaction) sont les suivantes : - Température : 50°C - pH : 4,8 - concentration en enzyme : 40mg/g cellulose - durée de 2 à 12 h D'un point de vue du bilan masse, on a donc 1 446 T de marc lavé (flux 10) dilué avec 1 956 T de vin ex-05 débarrassé des levures (flux 19). Le flux de cocktail enzymatique est de 14,2T de protéines pour 355 T de glucose potentiel.C6 fermentation step by hydrolysis and simultaneous or non-simultaneous fermentation The washing of the marc made it possible to obtain a first stream rich in sugars with 5 carbon atoms (stream 9) and a second stream rich in sugars with 6 atoms. of carbon (stream 10). This latter stream contains an equivalent of 25% potential glucose. However, this glucose equivalent is in the vast majority in the form of cellulose. It is not usable as such by yeasts. It must be subjected to hydrolysis steps by action of enzymatic cocktails with cellulolytic actions, which allows both to reduce the viscosity of the product (liquefaction or hydrolysis step 1) and both to transform cellulose into cellobiose then glucose (hydrolysis 2). These hydrolysis steps can be carried out either totally separate from the fermentation (we speak of SHF), or simultaneously with the action of yeasts (we speak of SSF). In the latter case, the yeasts can be introduced either directly during hydrolysis 1 (liquefaction) or during hydrolysis 2. In the example, it has been chosen to carry out a hydrolysis step 1 (liquefaction). in the absence of yeasts and a hydrolysis step 2 in the presence of yeasts (SSF step). Liquefaction stage The liquefaction stage consists in bringing into contact the washed marc containing the cellulose and the cellulolytic enzyme enzymatic cocktail. Dilution of the C6 marc flux is allowed by the integration of the entire flow 19 (wine ex-05 free of yeasts). This implementation makes it possible to obtain a cellulose concentration of 9.4%. The conditions of hydrolysis 1 (liquefaction) are as follows: - Temperature: 50 ° C - pH: 4.8 - Enzyme concentration: 40 mg / g cellulose - Duration from 2 to 12 h From a mass balance point of view therefore, 1 446 T of washed marc (stream 10) diluted with 1 956 T of ex-05 wine freed from yeasts (stream 19). The enzymatic cocktail flow is 14.2 T protein for 355 T of potential glucose.
Etape de fermentation du marc C6 Pour faciliter la fermentation, le flux 23 est enrichi en éléments nutritifs (extrait de levures 5g/kg et urée 0,4g/kg). Les concentrations en glucose potentiel et en xylose sont respectivement de 10-12% et de 0,4-0,7%.Step fermentation of marc C6 To facilitate fermentation, the stream 23 is enriched in nutrients (yeast extract 5g / kg and urea 0.4g / kg). The potential glucose and xylose concentrations are 10-12% and 0.4-0.7%, respectively.
Après l'étape de liquéfaction (hydrolyse 1), le flux de liquéfiat (flux 23) est inoculé par la crème de levures correspondant au flux 17b (levures fraîches issues de l'atelier de propagation) et par la crème de levures correspondant au flux 22 (crème de levures obtenues à la sortie de l'atelier de fermentation du jus de C5 : levures recyclées). Les conditions de cultures mises en oeuvre sont les suivantes : - Température : 30°C - pH 5,5 - aération : limitation d'oxygène Les conditions de culture décrites ci-dessus, permettent à la population de levures de produire de l'éthanol avec un rendement de 28%-33%. Parallèlement à cela, il y a eu une production de levures avec un rendement Yx/s de 8,2%. Suivi de la population de levures : D'après le bilan masse, l'atelier de fermentation éthanolique du marc C6 correspond à un flux de 3 402 T de liquéfiat à 10,4% de glucose potentiel. Ces 3 402 T de jus sont inoculées avec 2,3 T MS de levures fraîches obtenue à partir de la propagation de levures sur jus de C5, mais aussi à partir des levures issues de la fermentation éthanolique du jus de C5 (flux 22) à hauteur de 12,8 T MS. Ceci revient à inoculer la fermentation du marc C6 par 4,3g de levures par kg de milieu (masse de crèmes compris).After the liquefaction stage (hydrolysis 1), the liquefied stream (stream 23) is inoculated by the yeast cream corresponding to stream 17b (fresh yeasts from the propagation workshop) and by the yeast cream corresponding to the stream 22 (yeast cream obtained at the end of the C5 juice fermentation workshop: recycled yeasts). The culture conditions used are the following: - Temperature: 30 ° C - pH 5.5 - aeration: oxygen limitation The culture conditions described above, allow the yeast population to produce ethanol with a yield of 28% -33%. At the same time, there was yeast production with Yx / s yield of 8.2%. Monitoring of the yeast population: According to the mass balance, the ethanol workshop of the C6 marc corresponds to a flow of 3 402 T liquefied with 10.4% potential glucose. These 3 402 T of juice are inoculated with 2.3 T MS of fresh yeasts obtained from the propagation of yeasts on C5 juice, but also from the yeasts resulting from the ethanol fermentation of C5 juice (stream 22) to height of 12.8 T MS. This amounts to inoculating the fermentation of the marc C6 with 4.3 g of yeast per kg of medium (including cream mass).
Suivi de la production d'éthanol : Le flux 23 (3 402 T) contient 355 T de glucose potentiel et 9 T de xylose. Le rendement d'hydrolyse de la cellulose en glucose est de 87% et le rendement de conversion du glucose en éthanol de 33,4%. Le xylose résiduel (9 T) est également fermenté en éthanol avec le même rendement. La production d'éthanol durant l'étape de SSF (ou durant la SHF) est donc de 106 T. Par ailleurs, le flux 24 contient également l'éthanol ayant été produit lors de la fermentation du jus C5 (49,6 T d'éthanol). Tout ceci permet d'atteindre une concentration massique en éthanol dans le vin (flux 24) de 4,66%, soit un TAV de 5,9°.Monitoring of ethanol production: Stream 23 (3,402 T) contains 355 T of potential glucose and 9 T of xylose. The yield of hydrolysis of cellulose to glucose is 87% and the conversion efficiency of glucose to ethanol is 33.4%. The residual xylose (9 T) is also fermented in ethanol with the same yield. The ethanol production during the SSF stage (or during the SHF) is therefore 106 T. Moreover, the stream 24 also contains the ethanol that was produced during the fermentation of the C5 juice (49.6 T d). ethanol). All this makes it possible to reach a mass concentration of ethanol in wine (stream 24) of 4.66%, a TAV of 5.9 °.
Etape de distillation Dans l'exemple, la distillation ne récupère plus qu'un seul flux qui correspond au flux 24. Le titre de ce vin entrant dans la colonne à distiller est de 5,9°. La consommation de vapeur associée à un vin présentant un TAV de 5,9° est d'environ 2,67 kg de vapeur par kg d'éthanol produit.Distillation step In the example, the distillation only recovers a single stream which corresponds to stream 24. The title of this wine entering the distillation column is 5.9 °. The vapor consumption associated with a wine having a TAV of 5.9 ° is about 2.67 kg of steam per kg of ethanol produced.
Etape de traitement des vinasses Les vinasses en sortie de colonne à distiller sont clarifiées (flux 26) par un atelier de séparation S4. Les résidus ligno-cellulosiques (flux 27) sont traités de façon à récupérer de l'énergie en réalisant leur combustion (génération de vapeur). La fraction de vinasses clarifiées (flux 28) est recyclée à hauteur de 100% vers l'atelier d'extraction des C5 (flux 34). Ce taux de recyclage permet de limiter au maximum les volumes d'eau introduit dans le système (flux 31=239T).Vinasse treatment stage The vinasses at the distillation column outlet are clarified (stream 26) by an S4 separation plant. The lignocellulosic residues (stream 27) are treated so as to recover energy by carrying out their combustion (steam generation). The fraction of clarified vinasse (stream 28) is 100% recycled to the C5 extraction plant (stream 34). This recycling rate makes it possible to limit as much as possible the volumes of water introduced into the system (stream 31 = 239T).
Etape de performance globale de l'exemple La performance globale de cette configuration est la suivante : Pour 1000 tonnes de paille à 87,7% de MS (soit 877kg de MS), le système produit 158,4 tonnes d'éthanol dont le deux tiers proviennent de la fermentation des C6 et le tiers restant de la fermentation des C5. Le rendement global de la valorisation de la matière sèche en éthanol est donc de 18,06% (m/m).Overall performance step of the example The overall performance of this configuration is as follows: For 1000 tons of straw at 87.7% of MS (or 877 kg of MS), the system produces 158.4 tons of ethanol, of which two third come from the fermentation of C6 and the remaining third from the fermentation of C5. The overall yield of the recovery of dry matter ethanol is 18.06% (m / m).
Cette configuration permet également de produire 4,7 tonnes de levures fraîches réparties en deux flux égaux vers la fermentation des C5 ou vers la fermentation des C6. Le TAV moyen des vins alimentant l'atelier de distillation est de 5,9°.This configuration also allows to produce 4.7 tons of fresh yeasts divided into two equal streams towards the fermentation of C5 or fermentation of C6. The average TAV of the wines supplying the distillation workshop is 5.9 °.
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