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WO1994000589A1 - Method for cofermenting glucose and xylose into ethanol using a mixed micro-organism culture - Google Patents

Method for cofermenting glucose and xylose into ethanol using a mixed micro-organism culture

Info

Publication number
WO1994000589A1
WO1994000589A1 PCT/FR1993/000592 FR9300592W WO9400589A1 WO 1994000589 A1 WO1994000589 A1 WO 1994000589A1 FR 9300592 W FR9300592 W FR 9300592W WO 9400589 A1 WO9400589 A1 WO 9400589A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
glucose
ethanol
xylose
yeast
converting
Prior art date
Application number
PCT/FR1993/000592
Other languages
French (fr)
Inventor
Jean-Philippe Delgenes
Jean-Marie Laplace
Renatto Moletta
Original Assignee
Institut National De La Recherche Agronomique
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut National De La Recherche Agronomique filed Critical Institut National De La Recherche Agronomique
Publication of WO1994000589A1 publication Critical patent/WO1994000589A1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06Ethanol, i.e. non-beverage
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing ethanol by co-fermentation of glucose and xylose by a pair of microorganisms comprising a microorganism fermenting glucose and a microorganism fermenting xylose.
  • the object of the present invention is to provide a process for biologically converting glucose and xylose into ethanol simultaneously in a single reaction zone.
  • the biomass from agricultural and agro-food products and / or co-products constitutes a considerable reservoir for the production of molecules of industrial interest.
  • This renewable deposit is in fact estimated at 10 tonnes of coal equivalent per year worldwide.
  • ethanol occupies a very interesting place.
  • This molecule can on the one hand offer massive and diversified outlets for agriculture and on the other hand constitute a substitute for petroleum products whose market is fragile (price, supply).
  • Ethanol can be used in the energy sector (fuels or additives to fossil fuels as octane donors) and in the food sector.
  • it can constitute a basic molecule for carbochemistry and can therefore have outlets in plastics, paints, rubbers, fibers, films.
  • lignocelluloses for the production of ethanol can on the one hand relate to the co-products (stalks, straws, bagasse) in the case of production of ethanol from agricultural products such as cereals or cane molasses and on the other hand, exclusively concern certain agricultural products (short rotation coppice).
  • the scheme is dependent on the alcoholic conversion of xylose, a sugar derived from hemicelluloses and representing the second sugar in quantitative terms, after glucose of cellulosic origin, of lignocellulosic materials.
  • yeasts fermenting xylose can also convert glucose to ethanol, it is preferable to carry out this conversion with a microorganism with high fermentative potential for glucose of the genus Saccharomyces or Zymomonas, whose alcoholic yields and the productivities from this sugar are higher than those obtained from glucose with yeasts like Pichia stipitis, Candida shehatae or Pachysolen tannophilus.
  • Simultaneous fermentation processes for glucose and xylose using a glucose-fermenting microorganism associated with a xylose-fermenting microorganism must take into account the need for oxygen supply to achieve an efficient increased conversion of xylose to ethanol by yeasts such as Pichia stipitis, Candida shehatae or Pachysolen tannophilus.
  • yeasts The imperative for these yeasts to maintain a balance between the production and consumption of redox cofactors as well as the metabolic characteristics of the conversion of xylose to ethanol are at the origin of the need for a NAD + generator system such as respiratory chain for rapid fermentation of xylose into ethanol (Prior BA, Kilian SG, Du Preez JC, Process Bioche istry, 24 (1), 21-32, (1989).
  • the object of the present invention is to provide a process which makes it possible, by co-cultivating a glucose-fermenting microorganism with a xylose-fermenting microorganism, to obtain effective co-fermentation of glucose and xylose into ethanol.
  • microorganisms which can be used in the invention are yeasts belonging to species effectively fermenting glucose into ethanol and for example the species Saccharomyces cerevisiae for the fermentation of glucose and yeasts other than the above capable of converting xylose into ethanol, and by example of the species Pichia stipitis and Candida shehatae for the fermentation of xylose.
  • the subject of the invention is a process for producing ethanol by fermentation, in the presence of oxygen, of a culture medium supplied with nutrients and with a mixture of sugars containing glucose and xylose as major sugars, constituting the essential source of carbon for fermentation, and in the simultaneous presence of at least one first yeast capable of converting glucose into ethanol and of at least one second yeast not belonging to the same genus as the first yeast, capable of converting xylose to ethanol, under culture conditions allowing the development of said yeasts, characterized in that the first yeast is a respiratory deficient mutant of said first yeast capable of converting glucose into ethanol.
  • sugars it is preferably carried out with continuous or periodic additions of said mixture of sugars, with additional nutrients if necessary, said additions being carried out only when at least 8% and preferably at least 98% of the glucose previously introduced has already been converted.
  • nutrients is meant the well known elements necessary; to the growth of yeasts, and for example of yeast extract, malt extract and m or more mineral salts, in particular ammonium sulfate. These elements do not constitute the essential source of carbon, this being constituted by the abovementioned sugar intake.
  • yeast cells are retained in the fermenter, and this for example with immobilized cells, with flocculated cells or with cells recycled by a technique using a membrane.
  • the fact of operating at a high glucose conversion rate results in the maintenance of a low value of the glucose concentration in the fermentation medium; this is made possible, despite the continuous or periodic supply of a mixture of glucose and xylose, by the fact that the rate of conversion of glucose by the first yeast is high. It is thus possible to lift or reduce the inhibition exerted by glucose on the xylose conversion yeast.
  • the fact of using a first strain with zero or negligible oxygen requirement makes it available for yeast converting xylose.
  • the invention will be described in the case where the first yeast is Saccharomyces cerevisiae or Saccharomyces diastaticus, which constitute the species whose use is preferred in the invention. However, it should be understood that any other yeast with good power to convert glucose into ethanol may be suitable after undergoing treatment to transform it into a respiratory deficient mutant.
  • the operation is preferably carried out with continuous or periodic supply and withdrawal, so as to maintain a substantially constant reaction volume.
  • a feed rate is maintained in the mixture of sugars such that the determination of glucose by HPLC or high performance liquid chromatography in the effluent of the fermenter gives a zero value, that is to say a concentration below the accuracy limit of the assay, estimated at 0.1 g of glucose / liter. It is thus ensured that at any given moment more than 80% of the glucose has been converted.
  • respiratory-deficient mutant of a certain yeast is meant a mutant which is essentially incapable of assimilating glycerol or which assimilates it only weakly.
  • a respiratory deficient mutant of Saccharomyces cerevisiae does not assimilate glycerol or practically does not, unlike conventional strains such as CBS 1200 or NCYC 625.
  • a simple test to determine whether or not a strain is able to assimilate glycerol consists in culturing the strain in petri dishes on solid medium at 30 ° C. for 48 hours.
  • the culture on a Petri dish with 20 g / l of glucose serves as a reference culture. On this dish after 48 hours of incubation at 30 ° C the colonies have a diameter of about 2mm.
  • the boxes containing lg / 1 of glucose and those containing lg / 1 of glucose + 20 g / 1 of glycerol allow to reveal the respiratory deficient character. Indeed, glycerol is a substrate whose metabolism is only respiratory. As a result, respiratory impaired mutants are unable to use glycerol for their growth.
  • CBS 1200 or NCYC 625 cultured on glucose lg / 1 + glycerol 20 g / 1, gives colonies with a diameter of approximately 2 mm, indicating the use of glycerol.
  • Saccharomyces cerevisiae into a respiratory deficient mutant can be carried out according to the method derived from that described by Sionimski et al. (Biochemical and Biophysical Research Communications, 1968, vol.30, N ° 3, pages 232-239) for example as follows: The cells are cultured in a petri dish on a complete agar medium. A drop of 10 mg / l ethydium bromide is placed in the center of the dish. It is found that the cells located in the center of the box have been killed (no development). Colonies are taken from the edge of the area where the cells have been killed by ethydium bromide. A biomass growth test is then carried out on a differential medium (absence of glycerol assimilation).
  • yeast converting xylose into ethanol it is possible to use, for example, a yeast of the genus Pichia or of the genus Candida, preferably chosen from the species Pichia stipitis, Candida shehatae, Pachysolen tannophilus, Candida utilis, Candida tropicalis, Candida tenuis or Pichia segobiensis.
  • the yeast used to convert xylose to ethanol must have growth compatibility with the strain used to ferment glucose, in particular the respiratory deficient mutants of Saccharomyces cerevisiae, for example those obtained from Saccharomyces cerevisiae CBS 1200 or NCYC 625. This compatibility can be easily determined by a simple preliminary test.
  • All substrates containing D-glucose and D-xylose as major sugars are suitable in the process described provided that they do not contain any constituent which is a potent inhibitor for the process.
  • Any lignocellulosic material containing cellulose and hemicellulose such as wood, straw, bagasse, corn cobs can be used as raw material to provide the sweet hydrolysates usable in the process to which the additional nutritive elements can be provided. necessary for fermentation and which have been defined above.
  • the process described involves alcoholic fermentation in aqueous medium of D-glucose and D-xylose.
  • the chemical and physical conditions of the medium must also be such that the viability of the two associated microorganisms is maintained. Fermentation is maintained in the temperature range of 15-40 "C, the range of 26-34 ° C being optimum for the rate of ethanol production.
  • Yeast development takes place in the pH range from 3 to 7, optimal development being observed at pH 5.
  • an important element in the preferred embodiment of the process consists in carrying out, continuously or periodically, additions of the sugar mixture only when it has been verified that 80% (or preferably 98%) at least previously introduced glucose has been converted. It is possible to use a mixture of the glucose and xylose sugars composed for example of 10 to 90% of glucose and 90 to 10% of xylose, by weight, and preferably of 50 to 80% of glucose and 50 to 20% of xylose, weight.
  • a dilution rate D will advantageously be adopted. , namely a ratio of the hourly volume flow rate of the feed solution to the reaction volume of 0.0001 to 2 h -1 and preferably from 0.001 to 1 h -1 .
  • the aeration rate must be sufficient to allow the fermentation of the sugars, and in particular the xylose, but not excessive, which would reduce the ethanol yield as a result of increased cell production and oxidation of the ethanol produced.
  • the optimum value for air flow can be determined by simple tests. Expressed as the oxygen transfer rate, it is, for example from 0.0001 to 500 and preferably 0.001 to 100 millimoles of oxygen per liter of fermentation medium and per hour. To measure it, it suffices to differentiate between the oxygen introduced into the fermenter and the oxygen discharged from the latter, therefore to make the oxygen balance, and to report the result to the volume unit of fermentation medium. and by the hour unit.
  • Saccharomyces cerevisiae strains CBS 1200 (described by Hoppe et al., Biotechnology. Letters, 1982, vol.4 (1 ) page 39 and Maiorella et al., Biotechnology and Bioengineering, 1984, 26, page 1155, obtained from the Central Bureau Voor Schimmelculture, Delft; strain NCYC 525 (described by Spencer et al., Current Ge ⁇ etics, 1983, 7, page 159 and Kleinman MJ et al., Biochem J, 1988, 249, page 163 obtained from the National Council Yeast Collection, Norwich, Great Britain.
  • Candida shehatae ATCC 22984 (described by Dupreez JC et Coll., Biotechnology Letters, 1985, 7, page 241 and Laplace JM et Coll., Applied Microbiology and Biotechnology, 1991, 36, page 158) was obtained from the American Type Culture Collection Rockville, Midland. The strains were maintained on slants of glucose at 30 ° C. The inciinated culture medium contained 10 g / l of glucose, 5 g / l of pancreatic peptone, 3 g / l of yeast extract, 3 g / l of malt extract and 20 ç / 1 of agar.
  • the liquid media for the propagation of yeasts contained 5 g / l of ammonium sulphate, 3 g / l of malt extract, 3 g / l of yeast extract for the time necessary for significant consumption of the substrate.
  • the carbon source consisted of glucose alone for Saccharomyces and xylosa alone for yeasts of the genus Pichia and Candida at a concentration of 50 ç / 1.
  • the composition of the fermentation medium differed only in the carbon source, which consisted of a mixture of lucose / xylose at respective concentrations of 35 g / 1 and 15 g / 1, proportions which simulate a total hydrolyzate of lignocelluloses.
  • the carbon source is provided by a total hydrolyzate of poplar wood obtained enzymatically and diluted so as to have an overall sugar concentration of 50 g / 1.
  • the liquid medium containing 5 g / l of ammonium sulphate, 3 g / l of malt extract and 3 g / l of yeast extract was introduced into an aerated fermenter and the mixture was fed with sugar mixture (50 g / 1 solution of the sugar mixture additionally providing 5 ç / 1 of ammonium sulphate, 3 ç / 1 of malt extract and 3 ç / 1 of yeast extract) at a rate positive but limited so as to permanently have a glucose conversion in the fermenter greater than 90% and preferably close to 100%, this in the case of continuous operation.
  • the ethanol produced was measured by gas chromatography.
  • D-glucose and D-xylose were quantified by HPLC (high performance liquid chromatography).
  • HPLC high performance liquid chromatography
  • the total cell development expressed in g / 1 (dry weight) was measured by gravimetry.
  • the respective cell proportions of the yeast used to ferment glucose and the yeast used to ferment xylose, expressed as a percentage of the total number of cells present in the fermenter, were determined in Petri dishes on the basis of the inability of the respiratory deficient mutant to use glycerol as a carbon source for its growth.
  • the total hydrolyzate had the following composition:
  • This hydrolyzate was diluted with water to obtain an initial sugar concentration of 50 g / l (41 g / 1 of glucose and 9 g / 1 of xylose).
  • Candida shehatae ATCC 22984 by Candida shehatae CSIR 599 replace Pichia stipitis NRRL 7124 by Pichia stipitis ATCC 58376 or CBS 577 and Pichia stipitis NRRL 11545 by Pichia stipitis ATCC 58785 or CBS 6054 in order to obtain substantially equivalent results.
  • respiratory mutants can be replaced. Saccharomyces cerevisiae CBS 1200 and NCYC 625 by respiratory deficient mutants of ATCC 4126 and IFO 1958.
  • the respiratory deficient mutant obtained from Saccharomyces cerevisiae CBS 1200 and bearing the internal reference CD 2304 has been deposited in the Collections of the Institut Pasteur under the number 1-1216.
  • TN 1809 has been deposited in the Collections of the Institut Pasteur under the number 1-1217.

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Abstract

A method for producing ethanol by fermenting a culture medium provided with a supply of nutrients and a sugar mixture containing glucose and xylose as the major sugars, and acting as the essential carbon source for fermentation, said fermentation being carried out in the presence both of oxygen and of at least one first yeast for converting glucose into ethanol, as well as at least one second yeast of a different genus from the first, for converting xylose into ethanol, and under conditions suitable for development of the yeasts. The method is characterized in that the first yeast is a respirationally deficient mutant of said first yeast for converting glucose into ethanol.

Description

Procédé de cofer entation du glucose et du xylose en ethanol par culture mixte de microorganismesProcess for cofer entation of glucose and xylose in ethanol by mixed culture of microorganisms
La présente invention concerne un procédé de production d'ethanol par cofermentation du glucose et du xylose par un couple de microorganismes comprenant un microorganisme fermentant le glucose et un microorganisme fermentant le xylose . Le but de la présente invention est de fournir un procédé pour transformer , par voie biologique , le glucose et le xylose en ethanol, de façon simultanée dans une seule zone de réaction .The present invention relates to a method for producing ethanol by co-fermentation of glucose and xylose by a pair of microorganisms comprising a microorganism fermenting glucose and a microorganism fermenting xylose. The object of the present invention is to provide a process for biologically converting glucose and xylose into ethanol simultaneously in a single reaction zone.
La biomasse issue des produits et/ou coproduits agricoles ou agro-alimentaires constitue un réservoir considérable pour la production de molécules d'intérêt industriel . Ce gisement à caractère renouvelable est en effet estimé à 10 tonnes équivalent charbon par an à l'échelle mondiale . Parmi ces molécules , l'ethanol occupe une place très intéressante . Cette molécule peut d'une part offrir des débouchés massifs et diversifiés à l'agriculture et d'autre part constituer un substitut aux produits pétroliers dont le marché est fragile ( prix , offre ) . L'ethanol peut être utilisé dans le domaine énergétique ( carburants ou additifs aux carburants fossiles comme donneurs d'octane ) et dans le domaine alimentaire . Par ailleurs, il peut constituer une molécule de base pour la carbochimie et peut donc avoir des débouchés dans les plastiques , peintures, caoutchoucs , fibres , films . Concernant l'utilisation de l1ethanol dans le domaine énergétique , le marché est estimé à 12 millions d'hectolitres par an au niveau français . Il faut souligner que les biocarburants sont favorables à la qualité de l'environnement , en limitant les émissions toxiques (monoxyde de carbone , composés azotés ) .The biomass from agricultural and agro-food products and / or co-products constitutes a considerable reservoir for the production of molecules of industrial interest. This renewable deposit is in fact estimated at 10 tonnes of coal equivalent per year worldwide. Among these molecules, ethanol occupies a very interesting place. This molecule can on the one hand offer massive and diversified outlets for agriculture and on the other hand constitute a substitute for petroleum products whose market is fragile (price, supply). Ethanol can be used in the energy sector (fuels or additives to fossil fuels as octane donors) and in the food sector. In addition, it can constitute a basic molecule for carbochemistry and can therefore have outlets in plastics, paints, rubbers, fibers, films. Regarding the use of 1 ethanol in the energy sector, the market is estimated at 12 million hectoliters per year at French level. It should be emphasized that biofuels are favorable to the quality of the environment, by limiting the toxic emissions (carbon monoxide, nitrogen compounds).
La transformation du carbone agricole en ethanol (notamment les hexoses ) par voie fermentaire peut être considérée comme techniquement maîtrisée . Néanmoins une limitation importante subsiste au niveau des coûts de production, compte tenu du fait que le prix de la matière première entre pour 40 à 70 % dans le coût du produit final. Il est donc impératif d'un point de vue économique d'utiliser du carbone fermentescible à faible coût . Dans ce cadre, l'utilisation des sucres dérivés des lignocelluloses apparaît favorable pour lever cette limitation . De plus , parmi les sources de carbone fermentescible , les lignocelluloses sont bien placées pour leur teneur en sucres par rapport à la matière sèche et au niveau de disponibilité . L'utilisation des lignocelluloses pour la production d'ethanol peut d'une part concerner les coproduits ( rafles , pailles, bagasse ) dans le cas d'une production d'ethanol à partir de produits agricoles comme les céréales ou les mélasses de canne et d'autre part concerner exclusivement certains produits agricoles ( taillis à courte rotation) . Le schéma est dépendant de la conversion alcoolique du xylose , sucre dérivé des hémicelluloses et représentant le second sucre en termes quantitatifs, après le glucose d'origine cellulosique , des matériaux lignocellulosiques .The transformation of agricultural carbon into ethanol (especially hexoses) by fermentation can be considered technically controlled. However, a significant limitation remains in terms of production costs, given that the price of the raw material accounts for 40 to 70% of the cost of the final product. It is therefore imperative from an economic point of view to use fermentable carbon at low cost. In this context, the use of sugars derived from lignocelluloses appears favorable to remove this limitation. In addition, among the sources of fermentable carbon, lignocelluloses are well placed for their sugar content compared to the dry matter and the level of availability. The use of lignocelluloses for the production of ethanol can on the one hand relate to the co-products (stalks, straws, bagasse) in the case of production of ethanol from agricultural products such as cereals or cane molasses and on the other hand, exclusively concern certain agricultural products (short rotation coppice). The scheme is dependent on the alcoholic conversion of xylose, a sugar derived from hemicelluloses and representing the second sugar in quantitative terms, after glucose of cellulosic origin, of lignocellulosic materials.
Des procédés de production d'ethanol à partir d'une substance contenant du xylose , comprenant la fermentation de cette substance avec une levure ont été décrits , notamment dans les brevets US-A- 4.359.534 et 4.368.268 dans lesquels la fermentation utilise les levures appartenant aux espèces Pachysolen tannophilus ou Pichia stipitis ou Pichia segobrensis ou Candida shehatae ou des mutants de levures de la souche Candida sp. La description de ces procédés a suscité un regain d'intérêt pour la conversion des lignocelluloses en ethanol . En effet, la conversion du sucre majeur dérivé de la fraction hémicellulosique ( xylose ) en plus de celle du sucre majeur dérivé de la fraction cellulosique ( glucose ) permettrait d'augmenter le rendement global de conversion des lignocelluloses en ethanol.Methods for producing ethanol from a substance containing xylose, comprising fermentation of this substance with yeast have been described, in particular in US Pat. Nos. 4,359,534 and 4,368,268 in which the fermentation uses yeasts belonging to the species Pachysolen tannophilus or Pichia stipitis or Pichia segobrensis or Candida shehatae or yeast mutants of the Candida sp. The description of these processes has sparked renewed interest in the conversion of lignocelluloses to ethanol. Indeed, the conversion of major sugar derived from the hemicellulosic fraction (xylose) in addition to that of the major sugar derived from the cellulosic fraction (glucose) would increase the overall yield of conversion of lignocelluloses to ethanol.
Le procédé de conversion alcoolique du glucose par des microorganismes du genre Saccharomyces ou Zymomonas ainsi que le procédé de conversion alcoolique du xylose par les levures décrites ci- dessus ont été largement étudiés individuellement aux points de vue cinétique, stoechiométrique et physiologique. Maintenant , il s'agit de développer des schémas de production d'ethanol par fermentation des lignocelluloses qui utilisent à la fois le glucose dérivé de la cellulose et le xylose dérivé des hémicelluloses.The process of alcoholic conversion of glucose by microorganisms of the genus Saccharomyces or Zymomonas as well as the process of alcoholic conversion of xylose by yeasts described above have been widely studied individually from the kinetic, stoichiometric and physiological points of view. Now, it is a question of developing patterns of production of ethanol by fermentation of lignocelluloses which use both glucose derived from cellulose and xylose derived from hemicelluloses.
Bien que les levures fermentant le xylose puissent également convertir le glucose en ethanol, il est préférable de réaliser cette conversion avec un microorganisme à haut potentiel fermentaire du glucose du genre Saccharomyces ou Zymomonas, dont les rendements alcooliques et les productivités à partir de ce sucre sont plus élevés que ceux obtenus à partir du glucose avec des levures comme Pichia stipitis, Candida shehatae ou Pachysolen tannophilus . En utilisant des microorçanismes spécifiques de chacun des deux sucres , il est possible de concevoir deux types de procédés de conversion du glucose et du xylose en ethanol: a) Procédés de fermentations parallèles du glucose et du xylose faisant suite à une séparation de ces deux sucres au stade de l'hydrolyse ( hydrolysats hémicellulosique et cellulosique respectivement ) . b) Procédés de fermentation simultanée du glucose et du xylose par coculture de deux microorganismes, l'un fermentant le glucose , l'autre le xylose ( hydrolysat lignocellulosique total ) .Although yeasts fermenting xylose can also convert glucose to ethanol, it is preferable to carry out this conversion with a microorganism with high fermentative potential for glucose of the genus Saccharomyces or Zymomonas, whose alcoholic yields and the productivities from this sugar are higher than those obtained from glucose with yeasts like Pichia stipitis, Candida shehatae or Pachysolen tannophilus. Using specific microorganisms of each of the two sugars, it is possible to design two types of processes for converting glucose and xylose to ethanol: a) Processes of parallel fermentation of glucose and xylose following a separation of these two sugars at the hydrolysis stage (hemicellulosic and cellulosic hydrolysates respectively). b) Simultaneous fermentation processes for glucose and xylose by coculture of two microorganisms, one fermenting glucose, the other xylose (total lignocellulosic hydrolyzate).
Les procédés de fermentation simultanée du glucose et du xylose utilisant un microorganisme fermentant le glucose associé à un microorganisme fermentant le xylose doivent prendre en compte la nécessité d'un apport d'oxygène pour l'obtention d'une conversion accrue efficace du xylose en ethanol par des levures telles que Pichia stipitis, Candida shehatae ou Pachysolen tannophilus . L'impératif pour ces levures de maintenir un équilibre entre la production et la consommation des cofacteurs d'oxydoréduction ainsi que les caractéristiques métaboliques de la conversion du xylose en ethanol sont à l'origine de la nécessité d'un système générateur de NAD+ comme la chaîne respiratoire pour une fermentation rapide du xylose en ethanol ( Prior B.A., Kilian S.G., Du Preez J.C., Process Bioche istry, 24 (1) , 21-32, (1989).Simultaneous fermentation processes for glucose and xylose using a glucose-fermenting microorganism associated with a xylose-fermenting microorganism must take into account the need for oxygen supply to achieve an efficient increased conversion of xylose to ethanol by yeasts such as Pichia stipitis, Candida shehatae or Pachysolen tannophilus. The imperative for these yeasts to maintain a balance between the production and consumption of redox cofactors as well as the metabolic characteristics of the conversion of xylose to ethanol are at the origin of the need for a NAD + generator system such as respiratory chain for rapid fermentation of xylose into ethanol (Prior BA, Kilian SG, Du Preez JC, Process Bioche istry, 24 (1), 21-32, (1989).
De préférence aussi , on s'efforcera de lever ou réduire la répression catabolique exercée par le glucose sur l'utilisation du xylose chez les levures telles que Pichia stipitis, Candida shehatae et Pachysolen tannophilus lorsqu'elles sont cultivées sur un mélange glucose/xylose. Des essais de cofermentation du glucose et du xylose avec des cellules immobilisées de Pichia stipitis CBS 5573 et de Saccharomyces cerevisiae CBS 8066 ont été décrits par Grootjen D.R.J. Meijlink L.K.H.M., Vleesenbeek R. Van der_.Lans R.G.J.M., Luyben K.Ch.M., Enzyme and Microbial Technology, 13, 530-536 (1991). Avec ces souches de levures co-immobilisées dans un même réacteur et en utilisant des conditions de culture continue et aérobie , un faible taux de conversion du xylose est obtenu en dépit de l'utilisation d'une forte concentration cellulaire de Pichia stipitis . Ces auteurs rapportent que le phénomène observé est dû au fait que Pichia stipitis est privée d'oxygène , celui-ci étant consommé par la levure Saccharomyces cerevisiae qui fermente le glucose du mélange de sucre étudié . Le même phénomène a été observé en utilisant ces deux souches de levures dans deux réacteurs en série ( voir : Grootjen D.R.J. Jansen M.L., Van der Lans R.G.J. and Luyben K . C:. . Λ . , Enzyme and Microbial Technology, 13, 828-833,(1991).Preferably also, efforts will be made to remove or reduce the catabolic repression exerted by glucose on the use of xylose in yeasts such as Pichia stipitis, Candida shehatae and Pachysolen tannophilus when they are cultivated on a glucose / xylose mixture. Glucose and xylose co-fermentation tests with immobilized cells of Pichia stipitis CBS 5573 and Saccharomyces cerevisiae CBS 8066 have been described by Grootjen DRJ Meijlink LKHM, Vleesenbeek R. Van der_.Lans RGJM, Luyben K.Ch.M., Enzyme and Microbial Technology, 13, 530-536 (1991). With these yeast strains co-immobilized in the same reactor and using continuous and aerobic culture conditions, a low conversion rate of xylose is obtained despite the use of a high cell concentration of Pichia stipitis. These authors report that the phenomenon observed is due to the fact that Pichia stipitis is deprived of oxygen, this being consumed by the yeast Saccharomyces cerevisiae which ferments the glucose of the sugar mixture studied. The same phenomenon was observed using these two yeast strains in two reactors in series (see: Grootjen DRJ Jansen ML, Van der Lans RGJ and Luyben K. C :. Λ., Enzyme and Microbial Technology, 13, 828- 833, (1991).
D'autres essais de cofermentation du glucose et du xylose par Saccharomyces cerevisiae associée à Pachysolen tannophilus cultivées en système discontinu et en microaérobiose ont été décrits par Beck M.J. Johnson R.D., Baker C.S., Applied Biochemistry and Biotechnology, 24/25, 415-424 , 1990. Dans ces essais, les auteurs observent , à défaut d'une cofermentation ces deux sucres , une utilisation séquentielle du glucose et du xylose. Ainsi les essais réalisés jusqu'à ce en laboratoire n'ont pas permis la mise au point d'un procédé efficace pour la cofermentation alcoolique du glucose et du xylose dans une même zone de réaction, l'obstacle majeur étant la non disponibilité de l'oxygène transféré à la culture pour la levure utilisée pour la fermentation du xylose en ethanol.Other tests of co-fermentation of glucose and xylose with Saccharomyces cerevisiae associated with Pachysolen tannophilus cultivated in a discontinuous system and in microaerobiosis have been described by Beck MJ Johnson RD, Baker CS, Applied Biochemistry and Biotechnology, 24/25, 415-424, 1990. In these trials, the authors observe, in the absence of a co-fermentation of these two sugars, a sequential use of glucose and xylose. Thus the tests carried out so far in the laboratory have not allowed the development of an effective process for the alcoholic co-fermentation of glucose and xylose in the same reaction zone, the major obstacle being the unavailability of the oxygen transferred to the culture for the yeast used for the fermentation of xylose into ethanol.
Le but de la présente invention est de fournir un procédé qui permet en cocultivant un microorganisme fermentant le glucose avec un microorganisme fermentant le xylose , d'obtenir la cofermentation efficace du glucose et du xylose en ethanol.The object of the present invention is to provide a process which makes it possible, by co-cultivating a glucose-fermenting microorganism with a xylose-fermenting microorganism, to obtain effective co-fermentation of glucose and xylose into ethanol.
Les microorganismes utilisables dans l'invention sont des levures appartenant à des espèces fermentant efficacement le glucose en ethanol et par exemple l'espèce Saccharomyces cerevisiae pour la fermentation du glucose et des levures autres que les précédentes capables de convertir le xylose en ethanol, et par exemple des espèces Pichia stipitis et Candida shehatae pour la fermentation du xylose.The microorganisms which can be used in the invention are yeasts belonging to species effectively fermenting glucose into ethanol and for example the species Saccharomyces cerevisiae for the fermentation of glucose and yeasts other than the above capable of converting xylose into ethanol, and by example of the species Pichia stipitis and Candida shehatae for the fermentation of xylose.
L'invention a pour objet un procédé de production d'ethanol par mise en fermentation, en présence d'oxygène, d'un milieu de culture alimenté en éléments nutritifs et en un mélange de sucres contenant du glucose et du xylose comme sucres majeurs , constituant la source essentielle de carbone pour la fermentation, et en présence simultanée d'au moins une première levure capable de convertir le glucose en ethanol et d'au moins une seconde levure n'appartenant pas au même genre que la première levure , capable de convertir le xylose en ethanol , dans des conditions de culture permettant le développement desdites levures, caractérisé en ce que la première levure est un mutant déficient respiratoire de ladite première levure capable de convertir le glucose en ethanol .The subject of the invention is a process for producing ethanol by fermentation, in the presence of oxygen, of a culture medium supplied with nutrients and with a mixture of sugars containing glucose and xylose as major sugars, constituting the essential source of carbon for fermentation, and in the simultaneous presence of at least one first yeast capable of converting glucose into ethanol and of at least one second yeast not belonging to the same genus as the first yeast, capable of converting xylose to ethanol, under culture conditions allowing the development of said yeasts, characterized in that the first yeast is a respiratory deficient mutant of said first yeast capable of converting glucose into ethanol.
On opère de préférence avec des additions continues ou périodiques dudit mélange des sucres, avec si nécessaire des éléments nutritifs additionnels , lesdites additions n'étant effectuées que lorsque au moins 8C% et de préférence au moins 98% du glucose précédemment introduit a déjà été converti. Par "éléments nutritif " , on entend les éléments bien connus nécessaire ; à la croissance des levures , et par exemple de l'extrait de levure, de l'extrait de malt et m ou plusieurs sels minéraux , notamment du sulfate d'ammonium. Ces éléments ne constituent pas la source essentielle de carbone, celle-ci étant constituée par l'apport en sucres précité.It is preferably carried out with continuous or periodic additions of said mixture of sugars, with additional nutrients if necessary, said additions being carried out only when at least 8% and preferably at least 98% of the glucose previously introduced has already been converted. By "nutrients" is meant the well known elements necessary; to the growth of yeasts, and for example of yeast extract, malt extract and m or more mineral salts, in particular ammonium sulfate. These elements do not constitute the essential source of carbon, this being constituted by the abovementioned sugar intake.
On peut opérer avec les cellules dispers. es en continu ou semi-continu ( fed-batch) trime décrit en détail ci-après.We can operate with dispersed cells. es continuous or semi-continuous (fed-batch) trime described in detail below.
On peut aussi opérer en culture à haute densité cellulaire . Dans ce cas les cellules de levures sont retenues dans le fermenteur , et cela par exemple avec des cellules immobilisées, avec des cellules floculées ou avec des cellules recyclées par une technique utilisant une membrane . Le fait d'opérer à taux élevé de conversion du glucose se traduit par le maintien d'une faible valeur de la concentration en glucose dans le milieu de fermentation; cela est rendu possible , malgré l'alimentation continue ou périodique en mélange de glucose et xylose, par le fait que la vitesse de conversion du glucose par la première levure est élevée . On parvient ainsi à lever ou réduire 1'inhibition exercée par le glucose sur la levure de conversion du xylose . Par ailleurs , le fait d'utiliser une première souche à besoin nul ou négligeable en oxygène rend celui-ci disponible pour la levure convertissant le xylose . Dans ce qui suit , on décrira l'invention dans le cas où la première levure est Saccharomyces cerevisiae ou Saccharomyces diastaticus , qui constituent les espèces dont l'emploi est préféré dans l'invention. Mais il doit être entendu que toute autre levure à bon pouvoir de conversion du glucose en ethanol pourra convenir après avoir subi un traitement pour la transformer en mutant déficient respiratoire .One can also operate in high cell density culture. In this case the yeast cells are retained in the fermenter, and this for example with immobilized cells, with flocculated cells or with cells recycled by a technique using a membrane. The fact of operating at a high glucose conversion rate results in the maintenance of a low value of the glucose concentration in the fermentation medium; this is made possible, despite the continuous or periodic supply of a mixture of glucose and xylose, by the fact that the rate of conversion of glucose by the first yeast is high. It is thus possible to lift or reduce the inhibition exerted by glucose on the xylose conversion yeast. Furthermore, the fact of using a first strain with zero or negligible oxygen requirement makes it available for yeast converting xylose. In what follows, the invention will be described in the case where the first yeast is Saccharomyces cerevisiae or Saccharomyces diastaticus, which constitute the species whose use is preferred in the invention. However, it should be understood that any other yeast with good power to convert glucose into ethanol may be suitable after undergoing treatment to transform it into a respiratory deficient mutant.
A titre d'exemples de telles souches , on peut mentionner :As examples of such strains, one can mention:
Saccharomyces eliipsoïdeus Saccharomyces carlberqensis Saccharomyces uvaru Saccharomyces fragilis Schizosaccharomyces po beSaccharomyces eliipsoïdeus Saccharomyces carlberqensis Saccharomyces uvaru Saccharomyces fragilis Schizosaccharomyces po be
Schizosaccharomyces species Kluyvero yces arxianus Zygosaccharo yces rouxii Saccharomyces bayanus. Schwanniomyces occidentalisSchizosaccharomyces species Kluyvero yces arxianus Zygosaccharo yces rouxii Saccharomyces bayanus. Schwanniomyces occidentalis
On opère de préférence avec alimentation et soutirage continus ou périodiques , de manière à maintenir un volume reactionnel sensiblement constant . De préférence, en marche continue , on maintient un taux d'alimentation en mélange des sucres tel que le dosage du glucose par HPLC ou chromatographie liquide à haute performance dans l'effluent du fermenteur donne une valeur nulle, c'est-à-dire une concentration inférieure à la limite de précision du dosage , estimée à 0,1 g de glucose/litre . On est ainsi assuré qu'à chaque instant plus de 80% du glucose a été converti.The operation is preferably carried out with continuous or periodic supply and withdrawal, so as to maintain a substantially constant reaction volume. Preferably, in continuous operation, a feed rate is maintained in the mixture of sugars such that the determination of glucose by HPLC or high performance liquid chromatography in the effluent of the fermenter gives a zero value, that is to say a concentration below the accuracy limit of the assay, estimated at 0.1 g of glucose / liter. It is thus ensured that at any given moment more than 80% of the glucose has been converted.
On peut aussi opérer avec une alimentation continue ou périodique sans soutirage (fed-batch) bien que ce soit moins avantageux . Dans ce cas également on ne procédera à une nouvelle addition du mélange de sucres que lorsque au moins 80% ( ou au moins 98%) du glucose précédemment introduit aura déjà été converti.We can also operate with a diet continuous or periodic without racking (fed-batch) although this is less advantageous. In this case also, a new addition of the sugar mixture will only be carried out when at least 80% (or at least 98%) of the glucose previously introduced has already been converted.
En pratique , si les taux de conversion tombent au-dessous de la valeur désirée, on réduira le taux d'alimentation en sucres ; inversement on pourra accroître ce taux d'alimentation si les taux de conversion très élevés le permettent .In practice, if the conversion rates fall below the desired value, the sugar supply rate will be reduced; conversely, this feed rate can be increased if the very high conversion rates allow it.
Par mutant déficient-respiratoire d'une certaine levure , on entend in mutant qui est essentiellement incapable d'assimiler le glycerol ou qui ne l'assimile que faiblement . Ainsi, par exemple , un mutant déficient respiratoire de Saccharomyces cerevisiae n'assimile pas ou pratiquement pas le glycerol, contrairement aux souches conventionnelles telles que CBS 1200 ou NCYC 625 .By respiratory-deficient mutant of a certain yeast is meant a mutant which is essentially incapable of assimilating glycerol or which assimilates it only weakly. Thus, for example, a respiratory deficient mutant of Saccharomyces cerevisiae does not assimilate glycerol or practically does not, unlike conventional strains such as CBS 1200 or NCYC 625.
Un test simple permettant de déterminer si une souche est capabl- ou non d'assimiler le glycerol consiste à cultive., la souche en boîtes de Pétri sur milieu solide à 30°C pendant 48 heures .A simple test to determine whether or not a strain is able to assimilate glycerol consists in culturing the strain in petri dishes on solid medium at 30 ° C. for 48 hours.
La culture sur boîte de Pétri à 20 g/1 de glucose sert de culture de référence . Sur cette boîte après 48 heures d'incubation à 30°C les colonies ont un diamètre de 2mm environ . Les boîtes contenant lg/1 de glucose et celles contenant lg/1 de glucose + 20 g/1 de glycerol permettent de révéler le caractère déficient respiratoire . En effet , le glycerol est un substrat dont le métabolisme est uniquement respiratoire . En conséquence , les mutants déficients respiratoires sont incapables d'utiliser le glycerol pour leur croissance . Cela se traduit sur la boîte contenant du glucose 1 g/1 + glycerol 20 g/1 par de petites colonies de 0,1mm de diamètre qui ne diffèrent pas sensiblement des colonies observées sur la boîte renfermant seulement lg/1 de glucose. Au contraire, une souche non-mutée telle queThe culture on a Petri dish with 20 g / l of glucose serves as a reference culture. On this dish after 48 hours of incubation at 30 ° C the colonies have a diameter of about 2mm. The boxes containing lg / 1 of glucose and those containing lg / 1 of glucose + 20 g / 1 of glycerol allow to reveal the respiratory deficient character. Indeed, glycerol is a substrate whose metabolism is only respiratory. As a result, respiratory impaired mutants are unable to use glycerol for their growth. This translates to the box containing glucose 1 g / 1 + glycerol 20 g / 1 by small colonies of 0.1 mm in diameter which do not differ significantly from the colonies observed on the dish containing only 1 g / 1 of glucose. On the contrary, a non-mutated strain such as
CBS 1200 ou NCYC 625 , cultivée sur glucose lg/1 + glycerol 20 g/1, donne des colonies d'un diamètre d'environ 2 mm , indiquant l'utilisation du glycerol .CBS 1200 or NCYC 625, cultured on glucose lg / 1 + glycerol 20 g / 1, gives colonies with a diameter of approximately 2 mm, indicating the use of glycerol.
La mutation de Saccharomyces cerevisiae en mutant déficient respiratoire peut être réalisée selon la méthode dérivée de celle décrite par Sionimski et al. ( Biochemical and Biophysical Research Communications, 1968, vol.30,N°3, pages 232-239) par exemple comme suit : On cultive les cellules en boîte de Pétri sur un milieu gélose complet . On dépose une goutte de bromure d'éthydium à 10 mg/1 au centre de la boîte . On constate que les cellules situées au centre de la boîte ont été tuées (aucun développement ) . On prélève des colonies à la limite de la zone où les cellules ont été tuées par le bromure d'éthydium . On procède ensuite à un test de croissance de la biomasse sur milieu différentiel ( absence d'assimilation du glycerol ) . Comme levure convertissant le xylose en ethanol, on peut utiliser , par exemple , une levure du genre Pichia ou du genre Candida , choisies de préférence parmi les espèces Pichia stipitis , Candida shehatae , Pachysolen tannophilus, Candida utilis, Candida tropicalis, Candida tenuis ou Pichia segobiensis .The mutation of Saccharomyces cerevisiae into a respiratory deficient mutant can be carried out according to the method derived from that described by Sionimski et al. (Biochemical and Biophysical Research Communications, 1968, vol.30, N ° 3, pages 232-239) for example as follows: The cells are cultured in a petri dish on a complete agar medium. A drop of 10 mg / l ethydium bromide is placed in the center of the dish. It is found that the cells located in the center of the box have been killed (no development). Colonies are taken from the edge of the area where the cells have been killed by ethydium bromide. A biomass growth test is then carried out on a differential medium (absence of glycerol assimilation). As yeast converting xylose into ethanol, it is possible to use, for example, a yeast of the genus Pichia or of the genus Candida, preferably chosen from the species Pichia stipitis, Candida shehatae, Pachysolen tannophilus, Candida utilis, Candida tropicalis, Candida tenuis or Pichia segobiensis.
La levure utilisée pour convertir le xylose en ethanol doit présenter une compatibilité de croissance avec la souche utilisée pour fermenter le glucose, notamment les mutants déficients respiratoires de Saccharomyces cerevisiae, par exemple ceux obtenus à partir de Saccharomyces cerevisiae CBS 1200 ou NCYC 625 . Cette compatibilité peut être aisément déterminée par un essai préalable simple . Toutes les souches de Pichia stipitis essayées - NRRL Y7124, NRRL Y 11543, NRRL Y 11544, NRRL Y11545 - et toutes les souches de Candida shehatae essayées - NRRL Y12857, NRRL Y 17024, NRRL Y 12 858, NRRL Y 12856, ATCC 22984 - présentent cette caractéristique vis-à-vis de l'une au moins des souches de Saccharomyces cerevisiae précitées . L'utilisation de toutes ces souches à titre non-limitatif est donc envisagée dans le procédé décrit .The yeast used to convert xylose to ethanol must have growth compatibility with the strain used to ferment glucose, in particular the respiratory deficient mutants of Saccharomyces cerevisiae, for example those obtained from Saccharomyces cerevisiae CBS 1200 or NCYC 625. This compatibility can be easily determined by a simple preliminary test. All Pichia stipitis strains tested - NRRL Y7124, NRRL Y 11543, NRRL Y 11544, NRRL Y11545 - and all Candida shehatae strains tested - NRRL Y12857, NRRL Y 17024, NRRL Y 12 858, NRRL Y 12856, ATCC 22984 - have this characteristic with respect to at least one of the aforementioned strains of Saccharomyces cerevisiae. The use of all these strains without limitation is therefore envisaged in the process described.
Tous les substrats contenant du D-glucose et du D-xylose comme sucres majeurs conviennent dans le procédé décrit pourvu qu'ils ne contiennent aucun constituant qui soit un inhibiteur puissant pour le processus . N'importe quelle matière ligno- cellulosique contenant de la cellulose et de 1'hemicellulose telle que bois, paille , bagasse , rafles de maïs peut servir de matière première pour fournir les hydrolysats sucrés utilisables dans le procédé auxquels on peut apporter les éléments nutritifs additionnels nécessaires à la fermentation et qui ont été définis plus haut .All substrates containing D-glucose and D-xylose as major sugars are suitable in the process described provided that they do not contain any constituent which is a potent inhibitor for the process. Any lignocellulosic material containing cellulose and hemicellulose such as wood, straw, bagasse, corn cobs can be used as raw material to provide the sweet hydrolysates usable in the process to which the additional nutritive elements can be provided. necessary for fermentation and which have been defined above.
Le procédé décrit met en jeu la fermentation alcoolique en milieu aqueux du D-glucose et du D- xylose . Les conditions chimiques et physiques du milieu doivent par ailleurs être telles que la viabilité des deux microorganismes associés soit maintenue . La fermentation est entretenue dans l'intervalle de température de 15-40"C , l'intervalle de 26-34°C étant optimum pour la vitesse de production d'ethanol . Le développement des levures s'effectue dans l'intervalle de pH de 3 à 7 , un développement optimal étant observé au pH de 5.The process described involves alcoholic fermentation in aqueous medium of D-glucose and D-xylose. The chemical and physical conditions of the medium must also be such that the viability of the two associated microorganisms is maintained. Fermentation is maintained in the temperature range of 15-40 "C, the range of 26-34 ° C being optimum for the rate of ethanol production. Yeast development takes place in the pH range from 3 to 7, optimal development being observed at pH 5.
Comme on l'a vu plus haut, un élément important dans la forme de réalisation préférée du procédé consiste à n'effectuer, en continu ou périodiquement , des ajouts du mélange de sucres que lorsque l'on a vérifié que 80% ( ou de préférence 98 % ) au moins du glucose précédemment introduit a été converti . On pourra utiliser un mélange des sucres glucose et xylose composé par exemple de 10 à 90% de glucose et 90 à 10% de xylose , en poids , et de préférence de 50 à 80% de glucose et 50 à 20 % de xylose , en poids .As seen above, an important element in the preferred embodiment of the process consists in carrying out, continuously or periodically, additions of the sugar mixture only when it has been verified that 80% (or preferably 98%) at least previously introduced glucose has been converted. It is possible to use a mixture of the glucose and xylose sugars composed for example of 10 to 90% of glucose and 90 to 10% of xylose, by weight, and preferably of 50 to 80% of glucose and 50 to 20% of xylose, weight.
Si la concentration totale en ce mélange des sucres dans la solution aqueuse sucrée d'alimentation est comprise entre , par exemple , 5g/l et la saturation , et de préférence entre 10 et 150 g/1, on adoptera avantageusement un taux de dilution D, à savoir un rapport du débit volumique horaire de la solution d'alimentation au volume reactionnel de 0,0001 à 2 h-1 et de préférence de 0,001 à 1 h-1 .If the total concentration of this mixture of sugars in the aqueous sweetened feed solution is between, for example, 5 g / l and the saturation, and preferably between 10 and 150 g / 1, a dilution rate D will advantageously be adopted. , namely a ratio of the hourly volume flow rate of the feed solution to the reaction volume of 0.0001 to 2 h -1 and preferably from 0.001 to 1 h -1 .
Il est entendu que les autres éléments nutritifs peuvent être apportés en mélange avec les sucres ou séparément.It is understood that the other nutritive elements can be provided as a mixture with the sugars or separately.
Les valeurs ci-dessus ne sont toutefois données qu'à titre d'indication, du fait qu'un simple dosage de glucose dans l'effluent du fermenteur permettra de déterminer le taux de conversion du glucose et donc de savoir s'il satisfait les exigences ci-dessus . La culture continue des espèces définies plus haut se fait en présence d'oxygène dans un milieu de culture renfermant les éléments nutritifs classiques bien connus des biochimistes et qu'il est donc inutile d'indiquer en détail ici . Ce milieu renferme entre autres des sels minéraux essentiels , des vitamines et des oligo-éléments .The above values are however only given as an indication, since a simple dosage of glucose in the effluent from the fermenter will make it possible to determine the conversion rate of glucose and therefore to know whether it satisfies the above requirements. The continuous culture of the species defined above is done in the presence of oxygen in a culture medium containing the conventional nutrients well known to biochemists and which it is therefore unnecessary to indicate in detail here. This environment contains, among other things, essential mineral salts, vitamins and trace elements.
Le débit d'aération doit être suffisant pour permettre la fermentation des sucres, et notamment du xylose , mais non excessif, ce qui diminuerait le rendement en ethanol par suite d'une production cellulaire accrue et d'une oxydation de l'ethanol produit . La valeur optimale du débit d'air peut être déterminée par des essais simples . Exprimée comme la vitesse de transfert en oxygène, elle est , par exemple de 0,0001 à 500 et de préférence 0,001 à 100 millimoles d'oxygène par litre de milieu de fermentation et par heure . Pour la mesurer, il suffit de faire la différence entre l'oxygène introduit dans le fermenteur et l'oxygène déchargé de ce dernier, donc de faire le bilan en oxygène, et de rapporter le résultat à l'unité de volume de milieu de fermentation et à l'unité horaire.The aeration rate must be sufficient to allow the fermentation of the sugars, and in particular the xylose, but not excessive, which would reduce the ethanol yield as a result of increased cell production and oxidation of the ethanol produced. The optimum value for air flow can be determined by simple tests. Expressed as the oxygen transfer rate, it is, for example from 0.0001 to 500 and preferably 0.001 to 100 millimoles of oxygen per liter of fermentation medium and per hour. To measure it, it suffices to differentiate between the oxygen introduced into the fermenter and the oxygen discharged from the latter, therefore to make the oxygen balance, and to report the result to the volume unit of fermentation medium. and by the hour unit.
Les exemples suivants sont destinés à décrire plus complètement le procédé de l'invention mais ne doivent pas être considérés comme limitant le domaine de l'invention défini par les revendications. Procédure expérimentale générale ;The following examples are intended to more fully describe the process of the invention but should not be considered as limiting the scope of the invention defined by the claims. General experimental procedure;
Par traitement au bromure d'éthydium on a préparé tout d'abord un mutant déficient respiratoire de chacune des deux souches suivantes : Saccharomyces cerevisiae : souches CBS 1200 ( décrite par Hoppe et Coll., Biotechnology. Letters, 1982, vol.4 ( 1 ) page 39 et Maiorella et Coll., Biotechnology and Bioengineering, 1984, 26, page 1155 , obtenue auprès du Central Bureau Voor Schimmelculture, Delft ; souche NCYC 525 (décrite par Spencer et Coll., Current Geπetics, 1983, 7, page 159 et Kleinman M.J. et Coll., Biochem J, 1988, 249, page 163 obtenue auprès du National Council Yeast Collection, Norwich , Grande- Bretagne .By treatment with ethydium bromide, a respiratory deficient mutant of each of the following two strains was first prepared: Saccharomyces cerevisiae: strains CBS 1200 (described by Hoppe et al., Biotechnology. Letters, 1982, vol.4 (1 ) page 39 and Maiorella et al., Biotechnology and Bioengineering, 1984, 26, page 1155, obtained from the Central Bureau Voor Schimmelculture, Delft; strain NCYC 525 (described by Spencer et al., Current Geπetics, 1983, 7, page 159 and Kleinman MJ et al., Biochem J, 1988, 249, page 163 obtained from the National Council Yeast Collection, Norwich, Great Britain.
Des cultures inclinées sur gélose de Pichia stipitis ; souches NRRL Y7124 ( décrite par Dellweg et Coll, Biotechnology Letters, 1934, 6, page 395 , et Delgenes et Coll., Biotechnology Bioengineering, 1989, 34, page 398 ) , NRRL Y11543 ( décrite par Dellweg et Coll., Biotechnology Letters, 1984 , 6, page 695) , NRRL Y11544 (décrite par Toivola et Coll., Applied Environ ental Microbiology, 1984, 47, page 1221) , NRRL Y 11545 ( décrite par Toivola et Coll., Applied Environmental Microbioloby, 1984 , 47, page 1221 ) et de Candida shehatae souches NRRL Y 12857 (décrite par Slininçer et Coll., Biotechnology Letters, 1985, 7, page 431), NRRL Y 12858 ( décrite par Bruinenberg et Coll., Applied Microbiology Biotechnology , 1984, 19, page 256) , NRRL Y 12856 ( décrite par Slininger et Coll., Biotechnology Letters, 1985, 7, page 431 ) , NRRL Y 17024 ( décrite par Kurtz an, Antonie Van Leeuwenhoek, 1990, 57, page 215 ) ont été obtenues auprès du Northern Régional Research Center, Peoria Illinois. Une culture inclinée de Candida shehatae ATCC 22984 ( décrite par Dupreez J.C. et Coll., Biotechnology Letters, 1985, 7, page 241 et Laplace J.M. et Coll., Applied Microbiology and Biotechnology, 1991, 36, page 158 ) a été obtenue auprès de l'American Type Culture Collection Rockville, Midland. Les souches ont été maintenues sur des cultures inclinées de glucose à 30*C . Le milieu de culture inciiné contenait 10 g/1 de glucose , 5 g/1 de peptone pancréatique , 3 g/1 d'extrait d~ levure , 3 g/1 d'extrait de malt et 20 ç/1 de gélose . Les milieux liquides pour la propagation des levures contenaient 5 g/1 de sulfate d'ammonium, 3 g/1 d'extrait de malt , 3 ç/1 d'extrait de levure pendant le temps nécessaire à une consommation significative du substrat . La source carbonée consistait en du glucose seul pour Saccharomyces et du xylosa seul pour les levures du genre Pichia et Candida à la concentration de 50 ç/1 . La composition du milieu de fermentation ne différait que par la source carbonée qui consistait en un mélange de çlucose/xylose aux concentrations respectives de 35 g/1 et 15 g/1, proportions qui simulent un hydrolysat total de lignocelluloses . Pour le milieu naturel , la source carbonée est apportée par un hydrolysat total de bois de peuplier obtenu par voie enzymatique et dilué de façon à avoir une concentration globale en sucres de 50 g/1.Slanted cultures on Pichia stipitis agar; strains NRRL Y7124 (described by Dellweg et Coll, Biotechnology Letters, 1934, 6, page 395, and Delgenes et Coll., Biotechnology Bioengineering, 1989, 34, page 398), NRRL Y11543 (described by Dellweg et Coll., Biotechnology Letters, 1984, 6, page 695), NRRL Y11544 (described by Toivola et Coll., Applied Environ ental Microbiology, 1984, 47, page 1221), NRRL Y 11545 (described by Toivola et Coll., Applied Environmental Microbioloby, 1984, 47, page 1221) and Candida shehatae strains NRRL Y 12857 (described by Slininçer et Coll., Biotechnology Letters, 1985, 7, page 431), NRRL Y 12858 (described by Bruinenberg et Coll., Applied Microbiology Biotechnology, 1984, 19, page 256), NRRL Y 12856 (described by Slininger et al., Biotechnology Letters, 1985, 7, page 431), NRRL Y 17024 (described by Kurtz an, Antonie Van Leeuwenhoek, 1990, 57, page 215) were obtained from Northern Regional Research Center, Peoria Illinois. An inclined culture of Candida shehatae ATCC 22984 (described by Dupreez JC et Coll., Biotechnology Letters, 1985, 7, page 241 and Laplace JM et Coll., Applied Microbiology and Biotechnology, 1991, 36, page 158) was obtained from the American Type Culture Collection Rockville, Midland. The strains were maintained on slants of glucose at 30 ° C. The inciinated culture medium contained 10 g / l of glucose, 5 g / l of pancreatic peptone, 3 g / l of yeast extract, 3 g / l of malt extract and 20 ç / 1 of agar. The liquid media for the propagation of yeasts contained 5 g / l of ammonium sulphate, 3 g / l of malt extract, 3 g / l of yeast extract for the time necessary for significant consumption of the substrate. The carbon source consisted of glucose alone for Saccharomyces and xylosa alone for yeasts of the genus Pichia and Candida at a concentration of 50 ç / 1. The composition of the fermentation medium differed only in the carbon source, which consisted of a mixture of lucose / xylose at respective concentrations of 35 g / 1 and 15 g / 1, proportions which simulate a total hydrolyzate of lignocelluloses. For the natural environment, the carbon source is provided by a total hydrolyzate of poplar wood obtained enzymatically and diluted so as to have an overall sugar concentration of 50 g / 1.
Pour réaliser la fermentation, on a introduit dans un fermenteur aéré le milieu liquide à 5 g/1 de sulfate d'ammonium, 3 g/1 d'extrait de malt et 3 g/1 d'extrait de levure et on a alimenté en mélange des sucres ( solution à 50 g/1 du mélange des sucres apportant en outre 5 ç/1 de sulfate d'ammonium, 3 ç/1 d'extrait de malt et 3 ç/1 d'extrait de levure ) à un débit positif mais limité de façon à avoir en permanence une conversion de glucose dans le fermenteur supérieure à 90% et de préférence voisine de 100%, ceci en cas d'opération en continu .To carry out the fermentation, the liquid medium containing 5 g / l of ammonium sulphate, 3 g / l of malt extract and 3 g / l of yeast extract was introduced into an aerated fermenter and the mixture was fed with sugar mixture (50 g / 1 solution of the sugar mixture additionally providing 5 ç / 1 of ammonium sulphate, 3 ç / 1 of malt extract and 3 ç / 1 of yeast extract) at a rate positive but limited so as to permanently have a glucose conversion in the fermenter greater than 90% and preferably close to 100%, this in the case of continuous operation.
Dans ces conditions on a pu obtenir une conversion du xylose supérieure à 40% et pouvant même atteindre 100%.Under these conditions we were able to obtain a xylose conversion greater than 40% and even up to 100%.
La solution à 50 g/1 du mélange des sucres était réalisée dans un milieu liquide de même composition que celui introduit initialement dans le fermenteur ( sulfate d'ammonium -5- extraits de malt et de levure), l'ensemble apportant tous les éléments nécessaires à la croissance des levures, en quantités non-limitantes . Sauf indication contraire , on a opéré à 30*C , pK= régulé à 5 et à un débit d'aération de 0,005 vol/vol/mn.The 50 g / l solution of the mixture of sugars was produced in a liquid medium of the same composition as that initially introduced into the fermenter (ammonium sulfate -5- malt and yeast extracts), the whole bringing all the elements necessary for the growth of yeasts, in non-limiting quantities. Unless otherwise indicated, one performed at 30 ° C, pK = regulated 5- and an aeration rate of 0.005 v / v / min.
L'ethanol produit était mesuré par chromatographie en phase gazeuse . Le D-glucose et le D-xylose ont été quantifiés par HPLC (chromatographie en phase liquide à haute performance) . Le développement cellulaire total exprimé en g/1 ( poids sec ) a été mesuré par gravimétrie . Les proportions cellulaires respectives de la levure utilisée pour fermenter le glucose et de la levure utilisée pour fermenter le xylose , exprimées en pourcentage du nombre total de cellules présentes dans le fermenteur, ont été déterminées en boîtes de Pétri sur la base de l'inaptitude du mutant déficient respiratoire à utiliser le glycerol comme source de carbone pour sa croissance .The ethanol produced was measured by gas chromatography. D-glucose and D-xylose were quantified by HPLC (high performance liquid chromatography). The total cell development expressed in g / 1 (dry weight) was measured by gravimetry. The respective cell proportions of the yeast used to ferment glucose and the yeast used to ferment xylose, expressed as a percentage of the total number of cells present in the fermenter, were determined in Petri dishes on the basis of the inability of the respiratory deficient mutant to use glycerol as a carbon source for its growth.
Dans les études décrites ci-après les différentes valeurs données dans les tableaux ont été calculées comme suit à partir des dosages effectués sur les prélèvements :In the studies described below, the different values given in the tables were calculated as follows from the dosages carried out on the samples:
* Rendement alcoolique , Yp/S ( g d'ethanol produit par g de sucre consommé ) Yp/S = où Ej = concentration en ethanol en sortie* Alcoholic yield, Y p / S (g of ethanol produced per g of sugar consumed) Y p / S = where E j = ethanol concentration at the outlet
SQ-Sf SQ = concentration en sucres en entrée et Sf = concentration en sucres en sortie . débit d'alimentationS Q -Sf S Q = sugar concentration at the inlet and Sf = sugar concentration at the outlet. feed rate
* Taux de dilution, D = , en h-1 volume reactionnel * Productivité volumétrique en ethanol , Qp ( g d'ethanol produit par litre de volume reactionnel par heure ) .* Dilution rate, D =, in h -1 reaction volume * Volumetric productivity in ethanol, Qp (g of ethanol produced per liter of reaction volume per hour).
Qp = Ef.D où D est le taux de dilution tel que défini ci-avant . Dans les exemples qui suivent , on a utilisé des mutants déficients respiratoires de Saccharomyces cerevisiae CBS liOO N"1-1216 et de Saccharomyces diastaticus (cerevisiae) NCYC 625 N°1-1217 qui ont été préparés à partir des souches mères par le procédé du bromure d'éthydium décrit plus haut . On a constaté ensuite que ces mutants n'assimilaient pas le glycerol en procédant selon le test décrit plus haut . EXEMPLE 1:Qp = E f .D where D is the dilution rate as defined above. In the examples which follow, respiratory deficient mutants of Saccharomyces cerevisiae CBS liOO N "1-1216 and of Saccharomyces diastaticus (cerevisiae) NCYC 625 N ° 1-1217 which were prepared from the mother strains were used by the method of ethydium bromide described above. It was then found that these mutants did not assimilate glycerol by proceeding according to the test described above.
Cofermentation du mélange modèle de sucres ( 35 g/1 de glucose + 15 g/1 de xylose) par le mutant déficient respiratoire de Saccharomyces cerevisiae CBS 1200 et Candida shehatae ATCC 22984. L'expérience a été effectuée conformément à la procédure exp*~ .mentale générale avec un débit d'aération de 0, vvm et une vitesse d'agitation de 800 tours/mn, correspondant à une vitesse de transfert en oxygène de 3,9 mmoles/1/h. Les paramètres de fermentation calculés au cours de l'état stationnaire sont reportés dans le tableau 1,Co-fermentation of the model sugar mixture (35 g / 1 of glucose + 15 g / 1 of xylose) by the respiratory deficient mutant of Saccharomyces cerevisiae CBS 1200 and Candida shehatae ATCC 22984. The experiment was carried out in accordance with the procedure exp * ~ general mental with an aeration flow of 0, vvm and a stirring speed of 800 revolutions / min, corresponding to an oxygen transfer speed of 3.9 mmol / l / h. The fermentation parameters calculated during the stationary state are reported in table 1,
TABLEAU 1TABLE 1
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Comme le montre le tableau 1 , le procédé de l'invention a permis d'obtenir la fermentation simultanée du glucose et du xylose en ethanol dans un même réacteur par le couple de levures comprenant le mutant déficient respiratoire de Saccharomyces cerevisiae associé à Candida shehatae . EXEMPLE 2:As shown in Table 1, the process of the invention made it possible to obtain the simultaneous fermentation of glucose and xylose into ethanol in the same reactor by the pair of yeasts comprising the respiratory deficient mutant of Saccharomyces cerevisiae associated with Candida shehatae. EXAMPLE 2:
Cofermentation du même mélange des sucres que dans l'exemple 1 par le mutant déficient respiratoire de Saccharomyces cerevisiae NCYC 625 et Pichia stipitis NRRL Y 7124 avec un réacteur du type gazosiphon . On a opéré à haute densité cellulaire en utilisant la floculation comme outil de rétention cellulaire .Co-fermentation of the same mixture of sugars as in Example 1 by the respiratory deficient mutant of Saccharomyces cerevisiae NCYC 625 and Pichia stipitis NRRL Y 7124 with a reactor of the gazosiphon type. We operated at high cell density using flocculation as a cell retention tool.
L'expérience a été effectuée conformément à la procédure expérimentale générale . Trois taux de dilution ont été testés . Pour chaque taux de dilution, les paramètres de fermentation ont été calculés au cours de l'état stationnaire. Ils sont présentés dans le tableau 2. TABLEAU 2The experiment was carried out in accordance with the general experimental procedure. Three dilution rates were tested. For each dilution rate, the fermentation parameters were calculated during the steady state. They are presented in Table 2. TABLE 2
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Pour les trois taux de dilution testés . la totalité du glucose et du xylose est consommée . Le rendement alcoolique de 0,41 g/g correspond à 80% du rendement théorique . Le meilleur rendement alcoolique obtenu avec le couple mutant déficient respiratoire de Saccharomyces cerevisiae NCYC 625 et Pichia stipitis NRRL Y 7124 par rapport au couple testé dans l'exemple 1 est relatif à une production moindre de xylitol par Pichia stipitis par rapport à Candida shehatae. EXEMPLE 3 :For the three dilution rates tested. all of the glucose and xylose is consumed. The alcoholic yield of 0.41 g / g corresponds to 80% of the theoretical yield. The best alcoholic yield obtained with the mutant respiratory deficient couple of Saccharomyces cerevisiae NCYC 625 and Pichia stipitis NRRL Y 7124 compared to the couple tested in Example 1 relates to a lower production of xylitol by Pichia stipitis compared to Candida shehatae. EXAMPLE 3:
Cofermentation du même mélange de sucres que dans l'exemple 1 par le mutant déficient respiratoire de Saccharomyces cerevisiae CBS 1200 et Pichia stipitis NRRL Y 11545. L'expérience a été effectuée conformément à la procédure expérimentale générale . Les paramètres rassemblés dans le tableau 3 sont calculés au cours de l'état stationnaire . Le débit d'aération était de 0,005 v/v/m avec agitation de 800 tours/ n soit une vitesse de transfert d'oxygène de 1,7 mmoles/1/h.Co-fermentation of the same mixture of sugars as in Example 1 by the respiratory deficient mutant of Saccharomyces cerevisiae CBS 1200 and Pichia stipitis NRRL Y 11545. The experiment was carried out in accordance with the general experimental procedure. The parameters gathered in table 3 are calculated during the steady state. The flow aeration was 0.005 v / v / m with stirring of 800 revolutions / n or an oxygen transfer speed of 1.7 mmol / 1 / h.
TABLEAU 3TABLE 3
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EXEMPLE 4:EXAMPLE 4:
Cofermentation du mélange modèle de sucres par le mutant déficient respiratoire de Saccharomyces cerevisiae CBS 1200 et Candida shehatae ATCC 22984 selon le procédé fed-batch c'est-à-dire sans soutirage et avec apports successifs de sucres ( 5 g à la fois). Chaque apport était effectué lorsque 90% au moins du glucose de l'apport précédent avait disparu . Ces apports se faisaient sous la forme d'une solution à 150 g/1 ( 112,5 g/1 de glucose et 37,5 g/1 de xylose) apportant en outre le sulfate d'ammonium et les extraits de levure et de malt aux concentrations indiquées plus haut ( respectivement 5g/l, 3 g/1 et 3g/l) . Le réacteur était aéré au débit de 0,01 vvm . L'agitation se faisait à 800 tours/ n . Les résultats obtenus figurent au Tableau 4. TABLEAU 4Co-fermentation of the model sugar mixture by the respiratory deficient mutant of Saccharomyces cerevisiae CBS 1200 and Candida shehatae ATCC 22984 according to the fed-batch process, that is to say without racking and with successive contributions of sugars (5 g at a time). Each intake was made when at least 90% of the glucose from the previous intake had disappeared. These contributions were made in the form of a 150 g / l solution (112.5 g / l of glucose and 37.5 g / l of xylose) additionally providing the ammonium sulphate and the yeast and malt at the concentrations indicated above (respectively 5g / l, 3 g / 1 and 3g / l). The reactor was aerated at a rate of 0.01 vvm. Agitation was done at 800 rpm. The results obtained are shown in Table 4. TABLE 4
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Les résultats expérimentaux ( exemples 1, 2 et
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Experimental results (examples 1, 2 and
3 ) ont montré que la mise en oeuvre de conditions de culture continue permet de lever l'effet glucose et par extension conduit à la cofermentation du glucose et du xylose par le couple de levures retenu . Le procédé fed-batch peut également créer ce type de conditions comme le montrent les résultats présentés dans le tableau 4 avec le mutant déficient respiratoire de Saccharomyces cerevisiae CBS 1200 et3) have shown that the implementation of continuous culture conditions makes it possible to lift the glucose effect and by extension leads to the co-fermentation of glucose and xylose by the pair of yeasts retained. The fed-batch process can also create this type of condition, as shown by the results presented in Table 4 with the respiratory deficient mutant of Saccharomyces cerevisiae CBS 1200 and
Candida shehatae ATCC 22984.Candida shehatae ATCC 22984.
EXEMPLE 5 :EXAMPLE 5:
Cofermentation d'un hydrolysat total de bois de peuplier par le mutant déficient respiratoire deCo-fermentation of a total poplar wood hydrolyzate by the respiratory deficient mutant of
Saccharomyces cerevisiae NCYC 625 et Pichia stipitis NRRL Y7124. L'hydrolysat total avait la composition suivante :Saccharomyces cerevisiae NCYC 625 and Pichia stipitis NRRL Y7124. The total hydrolyzate had the following composition:
Cellobiose 11 g/kgCellobiose 11 g / kg
Glucose 329 g/kgGlucose 329 g / kg
Xylose 72 g/kg Sucres totaux 412 g/kgXylose 72 g / kg Total sugars 412 g / kg
Cet hydrolysat a été dilué à l'eau pour obtenir une concentration initiale en sucres de 50 g/1 ( 41 g/1 de glucose et 9 g/1 de xylose ) .This hydrolyzate was diluted with water to obtain an initial sugar concentration of 50 g / l (41 g / 1 of glucose and 9 g / 1 of xylose).
L'expérience a été effectuée conformément à la procédure expérimentale générale , avec un réacteur gazosiphon. Le tableau 5 donne les résultats obtenus :The experiment was carried out in accordance with the general experimental procedure, with a gazosiphon reactor. Table 5 gives the results obtained:
TABLEAU 5TABLE 5
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Il est à noter que dans l'exemple 5 on a utilisé un hydrolysat brut et que des rendements plus élevés en ethanol peuvent être obtenus si l'on soumet 1'hydrolysat brut à un traitement préalable de purification , par exemple par résine échangeuse d'ions ou par extraction liquide - liquide avec un solvant .It should be noted that in example 5, a crude hydrolyzate was used and that higher yields of ethanol can be obtained if the crude hydrolyzate is subjected to a preliminary purification treatment, for example by exchange resin. ions or by liquid - liquid extraction with a solvent.
Il convient aussi de noter que , dans les essais précédents , on peut remplacer Candida shehatae ATCC 22984 par Candida shehatae CSIR 599, remplacer Pichia stipitis NRRL 7124 par Pichia stipitis ATCC 58376 ou CBS 577 et Pichia stipitis NRRL 11545 par Pichia stipitis ATCC 58785 ou CBS 6054 afin d'obtenir des résultats sensiblement équivalents . De même on peut remplacer les mutants déficients respiratoires de Saccharomyces cerevisiae CBS 1200 et NCYC 625 par des mutants déficients respiratoires de ATCC 4126 et IFO 1958.It should also be noted that, in the previous tests, one can replace Candida shehatae ATCC 22984 by Candida shehatae CSIR 599, replace Pichia stipitis NRRL 7124 by Pichia stipitis ATCC 58376 or CBS 577 and Pichia stipitis NRRL 11545 by Pichia stipitis ATCC 58785 or CBS 6054 in order to obtain substantially equivalent results. Likewise, respiratory mutants can be replaced. Saccharomyces cerevisiae CBS 1200 and NCYC 625 by respiratory deficient mutants of ATCC 4126 and IFO 1958.
Le mutant déficient respiratoire obtenu à partir de Saccharomyces cerevisiae CBS 1200 et portant la référence interne CD 2304 a été déposé dans les Collections de l'Institut Pasteur sous le n° 1-1216.The respiratory deficient mutant obtained from Saccharomyces cerevisiae CBS 1200 and bearing the internal reference CD 2304 has been deposited in the Collections of the Institut Pasteur under the number 1-1216.
Le mutant déficient respiratoire obtenu à partir de Saccharomyces diastaticus ( = Saccharomyces cerevisiae ) NCY 625 et portant la référence interneThe respiratory deficient mutant obtained from Saccharomyces diastaticus (= Saccharomyces cerevisiae) NCY 625 and bearing the internal reference
TN 1809 a été déposé dans les Collections de l'Institut Pasteur sous le n° 1-1217.TN 1809 has been deposited in the Collections of the Institut Pasteur under the number 1-1217.
Ces nouvelles souches de mutants de Saccharomyces cerevisiae, respectivement inscrites dans la Collection de Cultures CNCM de l'Institut Pasteur à Paris sous les n° 1-1216 et 1-1217, ont permis d'obtenir de bons résultats lorsqu'elles sont mises en oeuvre dans le procédé de l'invention. These new strains of mutants of Saccharomyces cerevisiae, respectively listed in the Collection of Cultures CNCM of the Institut Pasteur in Paris under n ° 1-1216 and 1-1217, have allowed to obtain good results when they are used. work in the process of the invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de production d'ethanol par mise en fermentation en présence d'oxygène d'un milieu de culture alimenté en éléments nutritifs et en un mélange de sucres contenant du glucose et du xylose comme sucres majeurs , constituant la source essentielle de carbone pour la fermentation, et en présence simultanée d'au moins une première levure capable de convertir le glucose en ethanol et d'au moins une seconde levure n'appartenant pas au même genre que la première levure, capable de convertir le xylose en ethanol , dans des conditions de culture permettant le développement desdites levures , caractérisé en ce que la première levure est un mutant déficient respiratoire de ladite première levure capable de convertir le glucose en ethanol.1. Process for the production of ethanol by fermentation in the presence of oxygen of a culture medium supplied with nutrients and a mixture of sugars containing glucose and xylose as major sugars, constituting the essential source of carbon for fermentation, and in the simultaneous presence of at least a first yeast capable of converting glucose into ethanol and of at least a second yeast not belonging to the same genus as the first yeast, capable of converting xylose into ethanol, in culture conditions allowing the development of said yeasts, characterized in that the first yeast is a respiratory deficient mutant of said first yeast capable of converting glucose into ethanol.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on opère avec des additions continues ou périodiques dudit mélange de sucres, avec si nécessaire des éléments nutritifs additionnels , lesdites additions n'étant effectuées que lorsque au moins 80% du glucose précédemment introduit a déjà été converti.2. Method according to claim 1, in which one operates with continuous or periodic additions of said mixture of sugars, with if necessary additional nutritive elements, said additions being carried out only when at least 80% of the glucose previously introduced has already been converted.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel lesdites additions ne sont effectuées que lorsque au moins 98% du glucose précédemment introduit a déjà été converti.3. The method of claim 2, wherein said additions are only made when at least 98% of the glucose previously introduced has already been converted.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel en outre on soutire de manière continue ou périodique une partie du mélange présent dans la zone de fermentation de manière à maintenir un volume de milieu de fermentation sensiblement constant . 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel on alimente de façon continue ou périodique sans soutirer de milieu de fermentation.4. Method according to any one of claims 1 to 3, wherein further is withdrawn continuously or periodically a portion of the mixture present in the fermentation zone so as to maintain a volume of fermentation medium substantially constant. 5. Method according to one of claims 1 to 3 wherein it is fed continuously or periodically without withdrawing fermentation medium.
6. Procédé ^selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 , dans lequel le mutant déficient respiratoire capable de convertir le glucose en ethanol est un mutant déficient respiratoire de Saccharomyces cerevisiae ou Saccharomyces diastaticus et la levure capable de convertir le xylose en ethanol est du genre Pichia ou du genre Candida.6. Method ^ according to any one of claims 1 to 5, wherein the respiratory deficient mutant capable of converting glucose to ethanol is a respiratory deficient mutant of Saccharomyces cerevisiae or Saccharomyces diastaticus and the yeast capable of converting xylose to ethanol is of the genus Pichia or of the genus Candida.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 , dans lequel le mutant déficient respiratoire capable de convertir le glucose en ethanol est un mutant respiratoire de l'une des souches :7. Method according to any one of claims 1 to 5, in which the respiratory deficient mutant capable of converting glucose into ethanol is a respiratory mutant of one of the strains:
Saccharomyces ellipsoïdeus Saccharomyces carlberqensis Saccharomyces uvarum Saccharomyces fragilis Schizosaccharomyces pombeSaccharomyces ellipsoïdeus Saccharomyces carlberqensis Saccharomyces uvarum Saccharomyces fragilis Schizosaccharomyces pombe
Schizosaccharomyces species Kluyveromyces marxianus Zygosaccharomyces rouxii Saccharomyces bayanus Schwanniomyces occidentalis et la levure capable de convertir le xylose en ethanol est du genre Pichia du genre Candida ou du genre Pachysolen .Schizosaccharomyces species Kluyveromyces marxianus Zygosaccharomyces rouxii Saccharomyces bayanus Schwanniomyces occidentalis and the yeast capable of converting xylose to ethanol is of the genus Pichia of the genus Candida or of the genus Pachysolen.
8. Procédé selon la revendication 6 ou la revendication 7 , dans lequel la levure capable de convertir le xylose en ethanol est de l'espèce Pichia stipitis ou Candida shehatae , Pachysolen tannophilus, Candida utilis , Cndida tropicalis , Candida tenuis, ou Pichia segobiensis .8. The method of claim 6 or claim 7, wherein the yeast capable of converting xylose to ethanol is of the species Pichia stipitis or Candida shehatae, Pachysolen tannophilus, Candida utilis, Cndida tropicalis, Candida tenuis, or Pichia segobiensis.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 , dans lequel la levure convertissant le xylose en ethanol est choisie parmi les souches Pichia stipitis NRRL Y 7124, NRRL Y 11 543, NRRL Y 11544, NRRL Y 11545, ATCC 58376, CBS 577, ATCC 58785 ou CBS 6054 et les souches Candida shehatae NRRL Y 12857, NRRL Y 17024, NRRL Y 12858, NRRRL Y 12856, ATCC 22984 et CSIR 599. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 , dans lequel le mélange des sucres renferme de 10 à 90 % en poids de glucose et 90 à 10% en poids de xylose , et de préférence de 50 à 80% en poids de glucose et 50 à 20% en poids de xylose.9. Method according to any one of claims 1 to 8, in which the yeast converting xylose into ethanol is chosen from the Pichia stipitis strains NRRL Y 7124, NRRL Y 11 543, NRRL Y 11544, NRRL Y 11545, ATCC 58376, CBS 577, ATCC 58785 or CBS 6054 and the Candida shehatae strains NRRL Y 12857, NRRL Y 17024, NRRL Y 12858, NRRRL Y 12856, ATCC 22984 and CSIR 599. 10. Method according to any one of claims 1 to 9, in which mixture of sugars contains from 10 to 90% by weight of glucose and 90 to 10% by weight of xylose, and preferably from 50 to 80% by weight of glucose and 50 to 20% by weight of xylose.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 , dans lequel l'alimentation en mélange des sucres se fait sous forme d'une solution desdits sucres d'une concentration de 5 g/1 jusqu'à la saturation et de préférence 10 à 150 g/1 en mélange des sucres .11. Method according to any one of claims 1 to 10, in which the mixture of sugars is supplied in the form of a solution of said sugars with a concentration of 5 g / 1 until saturation and preferably 10 to 150 g / 1 in a mixture of sugars.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 , dans lequel le taux de dilution, exprimé comme rapport du débit volumique horaire d'alimentation au volume reactionnel, est de 0,0001 à 2 h-1 et de préférence de 0,001 à lh~ .12. Method according to any one of claims 1 to 11, in which the dilution rate, expressed as a ratio of the hourly volume flow rate of feed to the reaction volume, is from 0.0001 to 2 h -1 and preferably from 0.001 at l ~ .
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 , dans lequel le débit d'air fournissant l'oxygène nécessaire à la levure convertissant le xylose exprimé comme la vitesse de transfert en oxygène , est de 0,0001 à 500 et de préférence de 0,001 à 100 millimoles d'oxygène par litre de milieu de fermentation et par heure . i4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 , dans lequel on opère avec les levures dispersées dans le milieu de culture ou avec des cultures à haute densité cellulaire .13. Method according to any one of claims 1 to 12, in which the air flow supplying the oxygen necessary for the yeast converting the xylose expressed as the oxygen transfer rate, is from 0.0001 to 500 and from preferably 0.001 to 100 millimoles of oxygen per liter of fermentation medium per hour. i4. Process according to any one of Claims 1 to 13, in which the operation is carried out with yeasts dispersed in the culture medium or with cultures with high cell density.
15. Souche(s) de mutants de Saccharomyces cerevisiae respectivement déposées sous les numéros I- 1215 et 1-1217 dans la Collection CNCM. 15. Strain (s) of mutants of Saccharomyces cerevisiae respectively deposited under the numbers I-1215 and 1-1217 in the CNCM Collection.
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