BR102012019454A2 - SEPARATION AND SELECTION PROCESS FOR ALCOHOLIC FERMENTATION Yeast - Google Patents

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Anderson Ferreira Da Cunha
Glycon Duarte Santos
Maria Augusta Sabadine
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Icc Ind Com Exportacao E Imp Acao
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Abstract

PROCESSO DE SEPARAÇÃO E SELAÇÃO DE LEVEDURAS PARA FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA. É descrito um processo de separação e seleção de leveduras para fermentação alcoólica que compreende, após a primeira centrifugação em (6), enviar o vinho separado para um tanque pulmão (13) e daí via L14 para o processo (14) de centrifugações em série com pelo menos duas centrifugações crescentes de pelo menos 400 rpm até 5000 rpm onde o sobrenadante de cada centrifugação se torna a carga da centrifugação seguinte e o precipitado é coletado, obtendo leveduras jovens sendo retornadas após diluição com água e fermentação, as leveduras jovens separadas e selecionadas e produtos de fermentação, as leveduras jovens sendo retornadas após diluição com água e tratamentos convencionais para os tanques de fermentação (Fr). Após destilação, a vinhaça (17) separada apresenta teor de material orgânico inferior ao teor da vinhaça resultante de processos de produção de etanol industrial do estado da técnica que utilizam uma única centrifugação.YEAST SEPARATION AND SEALING PROCESS FOR ALCOHOLIC FERMENTATION. A yeast separation and selection process for alcoholic fermentation is described, which comprises, after the first centrifugation in (6), sending the separated wine to a lung tank (13) and from there via L14 to the process (14) of series centrifugations with at least two centrifugations increasing from at least 400 rpm to 5000 rpm where the supernatant from each centrifugation becomes the next centrifugation load and the precipitate is collected, obtaining young yeasts being returned after dilution with water and fermentation, the young yeasts separated and selected and fermentation products, young yeasts being returned after dilution with water and conventional treatments for fermentation tanks (Fr). After distillation, the separated vinasse (17) has a lower organic material content than the vinasse resulting from state of the art industrial ethanol production processes that use a single centrifugation.

Description

PROCESSO DE SEPARAÇÃO E SELEÇÃO DE LEVEDURAS PARAYeast Separation and Selection Process for

FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF ALCOHOLIC INVENTION FIELD

A presente invenção pertence ao campo dos processos de 5 separação e seleção de leveduras úteis para a produção de etanol industrial, mais especificamente, a um processo de separação e seleção de leveduras que emprega centrifugações em série para o melhor aproveitamento de leveduras jovens, que são inseridas no sistema fermentativo da fermentação alcoólica destinada à produção de álcool 10 industrial em vez de serem misturadas à corrente de vinhaça a ser descartada.The present invention belongs to the field of yeast sorting and selection processes useful for the production of industrial ethanol, more specifically to a yeast sorting and selection process which employs serial centrifugations for the best use of young yeasts which are inserted into the fermentation system of alcoholic fermentation for the production of industrial alcohol 10 rather than being mixed with the stream of vinasse to be discarded.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

O etanol vem sendo utilizado durante os últimos anos como uma importante fonte de energia alternativa e renovável na substituição dos 15 combustíveis fósseis. Este biocombustível pode ser produzido a partir da fermentação do milho, cevada, trigo, beterraba e cana-de-açúcar. Entre estes, a cultura de cana de açúcar, largamente cultivada no Brasil, desponta como a matéria-prima mais economicamente viável, pois além de ser rica em açúcares fermentáveis, é muito favorecida pelas 20 condições climáticas e geográficas de nosso país.Ethanol has been used in recent years as an important alternative and renewable energy source to replace the 15 fossil fuels. This biofuel can be produced from the fermentation of maize, barley, wheat, sugar beet and cane. Among these, the sugarcane crop, widely cultivated in Brazil, emerges as the most economically viable raw material, because besides being rich in fermentable sugars, is greatly favored by the 20 climatic and geographical conditions of our country.

O Brasil foi pioneiro na adoção de um programa nacional de produção de etanol de cana-de-açúcar (Proálcool) como fonte alternativa de energia após o primeiro choque na oferta de petróleo durante os anos 70. Hoje o Brasil desponta como principal país a se beneficiar com a 25 expectativa de que vários outros países venham a adotar o etanol de cana de açúcar como um dos substitutos dos combustíveis fósseis.Brazil pioneered the adoption of a national sugarcane ethanol production program (Proálcool) as an alternative energy source after the first oil supply shock during the 1970s. Today Brazil is emerging as the main country to benefit from the expectation that several other countries will adopt sugarcane ethanol as a substitute for fossil fuels.

A obtenção do etanol industrial se dá principalmente pela via fermentativa, que ocorre em dornas de fermentação após a adição de uma mistura composta de mosto (caldo de cana-de-açúcar ou xarope diluído) e leveduras. Após o término da fermentação, o caldo fermentado é centrifugado para separação do vinho (mosto fermentado) do leite de leveduras, nome dado ao caldo de leveduras que sai da centrifugação,. O primeiro segue para as torres de destilação enquanto as leveduras 5 retornam ao processo fermentativo. Após a destilação, a vinhaça (resíduo da destilação do etanol) é distribuída na cultura de cana de açúcar, pois tem um importante valor como adubo (fonte de potássio) nas plantações de cana.Industrial ethanol is obtained mainly through fermentation, which occurs in fermentation vats after the addition of a mixture composed of must (sugar cane juice or diluted syrup) and yeast. After the fermentation is finished, the fermented broth is centrifuged to separate the wine (fermented must) from the yeast milk, the name given to the yeast broth leaving the centrifugation. The first goes to the distillation towers while yeasts 5 return to the fermentation process. After distillation, the vinasse (ethanol distillation residue) is distributed in the sugarcane crop, as it has an important value as a fertilizer (potassium source) in the sugarcane plantations.

Já o leite de levedura passa por tratamento com ácido sulfúrico para diminuir o número de bactérias contaminantes e retorna à dorna de fermentação, na qual será adicionada uma nova carga de mosto para um novo ciclo fermentativo.Already the yeast milk undergoes treatment with sulfuric acid to reduce the number of contaminating bacteria and returns to the fermentation vessel, in which will be added a new load of must for a new fermentation cycle.

Este processo pode acontecer tanto de forma contínua quanto na forma de batelada.This process can happen both continuously and in batch form.

Na fermentação contínua o volume de levedura e mosto sãoIn continuous fermentation the volume of yeast and must is

controlados no início e no fim do processo, para que se mantenha uma relação de equilíbrio entre a quantidade de açúcar fermentável e a população de leveduras.controlled at the beginning and end of the process so as to maintain a balance between the amount of fermentable sugar and the yeast population.

Já no processo de batelada, todo o mosto é fermentado e em seguida centrifugado.In the batch process, all the must is fermented and then centrifuged.

A Figura 1 é um fluxograma que ilustra o processo contínuo de produção industrial conforme é atualmente praticado na técnica.Figure 1 is a flow chart illustrating the continuous process of industrial production as currently practiced in the art.

Conforme esta Figura, a primeira dorna (1) é alimentada (Fa) com melaço diluído (Fo) para aproximadamente 10% de sacarose. Na mesma dorna são adicionadas as leveduras (Fr) que farão a conversão da sacarose em etanol.According to this Figure, the first furnace (1) is fed (Fa) with diluted molasses (Fo) to approximately 10% sucrose. In the same oven are added yeasts (Fr) that will convert sucrose into ethanol.

Conforme a fermentação ocorre, todo o líquido é transportado para outras dornas, nas quais a fermentação segue diminuindo a concentração de açúcar e aumentando a concentração de etanol (L2aL4a). Em todas as etapas a temperatura das dornas deve ser controlada para permanecer próxima a 30°C (1a-4a).As fermentation occurs, all liquid is transported to other vats, where fermentation continues to decrease sugar concentration and increase ethanol concentration (L2aL4a). At all stages the temperature of the drums must be controlled to remain close to 30 ° C (1a-4a).

Ao término do processo fermentativo, o meio fermentado (L5, 5) é enviado a centrifugação (L6, 6) para a separação do leite de levedura 5 (L10) do vinho delevedurado (L7, 7) e será levado para as torres de destilação (L9) nas quais ocorre a destilação do etanol (9) e a produção da vinhaça (L8, 8) que é utilizada como produto para fertilização de áreas plantadas.At the end of the fermentation process, the fermented medium (L5, 5) is centrifuged (L6, 6) for the separation of yeast milk 5 (L10) from the delured wine (L7, 7) and will be taken to the distillation towers. (L9) in which ethanol distillation occurs (9) and vinasse production (L8, 8) which is used as a product for fertilization of planted areas.

O leite de levedura é enviado para tanques de tratamento (10) no LO qual sofre uma diluição com água (H2O) e um tratamento ácido (H+), antes de retornar ao processo (Fr).The yeast milk is sent to treatment tanks (10) in the LO which is diluted with water (H2O) and an acid treatment (H +) before returning to the process (Fr).

O reaproveitamento de leveduras é um procedimento economicamente importante para a usina e um dos principais diferenciais entre a produção do Brasil e outros produtores mundiais, que 15 normalmente não operam com o reciclo da cultura de leveduras. Isto porque a produção de um novo fermento iniciador com a quantidade de massa celular adequada resultaria em um grande consumo de açúcar, o que torna o processo demorado e eleva os custos de produção.The reuse of yeast is an economically important procedure for the mill and one of the main differentials between Brazil's production and other world producers, which do not normally operate with the yeast crop recycling. This is because the production of a new starter yeast with the proper amount of cell mass would result in high sugar consumption, which makes the process slow and increases production costs.

Uma observação importante é que apesar de a levedura original 20 ser inoculada em altas concentrações, em algumas usinas ela pode ser substituída por leveduras selvagens durante o processo de fermentação, que se mantêm até o final da safra. Em muitos casos, essa substituição não era nem mesmo notada, não havendo queda na produtividade da usina, possivelmente por serem as leveduras “invasoras” mais bem 25 adaptadas às condições de fermentação.An important observation is that although the original yeast 20 is inoculated at high concentrations, in some plants it can be replaced by wild yeast during the fermentation process, which remains until the end of the season. In many cases, this substitution was not even noticed, and there was no drop in plant productivity, possibly because the “invasive” yeasts were better adapted to fermentation conditions.

Durante os últimos anos diversos grupos de pesquisa se empenharam em isolar linhagens de leveduras que se mantêm ao longo da fermentação. Uma característica comum entre cepas de leveduras selecionadas e cepas de leveduras selvagens e dominantes é que estas têm uma taxa de multiplicação celular mais intensa que as outras cepas de levedura eventualmente presentes na dorna de fermentação, o que favorece o domínio do meio fermentativo por estas cepas.Over the past few years, several research groups have endeavored to isolate yeast strains that persist throughout fermentation. A common feature between selected yeast strains and wild and dominant yeast strains is that they have a higher cell multiplication rate than the other yeast strains that may be present in the fermentation vessel, which favors the dominance of the fermentative medium by these strains. .

Este aumento na proliferação de leveduras, aliado à 5 implementação de técnicas de assepsia, refletiu em um aumento significativo de massa de leveduras ao final do processo fermentativo, e na obtenção de leite de leveduras muito mais concentrado, fazendo com que se tornasse comum o procedimento de “sangria”, no qual uma quantidade de leveduras é retirada para manter a concentração celular 10 ideal de leveduras durante o processo fermentativo.This increase in yeast proliferation, coupled with the implementation of asepsis techniques, reflected in a significant increase in yeast mass at the end of the fermentation process, and in obtaining much more concentrated yeast milk, making the procedure common. "bleed", in which a quantity of yeast is removed to maintain the optimal cellular concentration of yeast during the fermentation process.

Quando “sangrado”, este excedente de leveduras é seco e comercializado como ingrediente para ração animal. Dados coletados em diversas usinas mostram que para cada 1,0 m3 de etanol produzido é possível a produção de 20,0 kg de levedura seca.When “bled”, this surplus of yeast is dried and marketed as an ingredient for animal feed. Data collected from various plants show that for each 1.0 m3 of ethanol produced it is possible to produce 20.0 kg of dry yeast.

A centrifugação do mosto fermentado ainda permite a perda deThe centrifugation of the fermented must still allows the loss of

importantes quantidades de levedura para o vinho a ser destilado. Análises realizadas no vinho “delevedurado” (centrifugado) evidenciam que, mesmo após a centrifugação, ainda é possível encontrar um número elevado de leveduras neste líquido, com uma contagem de células viáveis de aproximadamente 107 células por ml de vinho.important amounts of yeast for the wine to be distilled. Analyzes performed on “delugurated” (centrifuged) wine show that even after centrifugation, a high number of yeasts can still be found in this liquid, with a viable cell count of approximately 107 cells per ml of wine.

Outra observação importante diz respeito ao tamanho das leveduras presentes no vinho “delevedurado”. As células destas leveduras são menores do que as presentes no leite de levedura oriundo da primeira centrifugação.Another important observation concerns the size of the yeasts present in the “delugurated” wine. The cells of these yeasts are smaller than those present in yeast milk from the first centrifugation.

Esta informação leva à suposição de que as levedurasThis information leads to the assumption that yeast

encontradas no vinho são mais jovens que as do leite de levedura originado na primeira centrifugação.found in wine are younger than yeast milk originated in the first centrifugation.

Como amplamente conhecido na literatura, as leveduras podem se dividir de forma sexuada ou assexuada. Na reprodução assexuada, que é a principal forma de reprodução encontrada nas dornas de fermentação, as células se dividem por brotamento (Figura 2A). Neste contexto, sua idade pode ser mensurada de acordo com as cicatrizes observadas em sua parede celular (Figura 2B).As widely known in the literature, yeast can divide sexually or asexually. In asexual reproduction, which is the main form of reproduction found in fermentation vats, cells divide by budding (Figure 2A). In this context, your age can be measured according to the scars observed on your cell wall (Figure 2B).

Assim, quanto maior for o número de cicatrizes, mais velho é oThus, the greater the number of scars, the older the

microrganismo e consequentemente menor é seu potencial fermentativo.microorganism and, consequently, its fermentative potential.

Desta forma, a levedura “filha” que brota da levedura “mãe”, após a citocinese ativa diversas vias de metabolismo celular que desencadeiam processos intracelulares que ativarão o crescimento e proliferação celular Ό tornando essa célula ávida pelo processo fermentativo.Thus, the daughter yeast that springs from the mother yeast after cytokinesis activates several pathways of cellular metabolism that trigger intracellular processes that will activate cell growth and proliferation - making this cell eager for the fermentative process.

Esta diferença de tamanho faz com que ocorra uma diferença na separação durante o processo de centrifugação, levando as leveduras maiores e, portanto mais velhas, a sedimentarem com maior facilidade.This size difference causes a difference in separation during the centrifugation process, causing larger and therefore older yeasts to settle more easily.

Além disso, ao final do processo fermentativo, onde as condições L5 de estresse são altas, algumas células começam a se agregar em um processo conhecido como floculação. Esse fenômeno, que é um dos problemas mais graves e prejudiciais ao rendimento fermentativo durante a fermentação do etanol, ocorre devido à produção de uma proteína de membrana chamada floculina, que tem a capacidade de se ligar a 20 carboidratos presentes na membrana de todas as leveduras, denominada Iectina (vide Figura 3A, levedura não floculante, e Figura 3B, levedura floculante).Also, at the end of the fermentation process, where stress conditions are high, some cells begin to aggregate in a process known as flocculation. This phenomenon, which is one of the most serious and detrimental problems to fermentative yield during ethanol fermentation, is due to the production of a membrane protein called floculin, which has the ability to bind to 20 carbohydrates present in the membrane of all yeast. , called Iectin (see Figure 3A, non-flocculant yeast, and Figure 3B, flocculant yeast).

Com a produção destas proteínas, as leveduras se agregam, sedimentando com maior facilidade durante o processo fermentativo e diminuindo a eficiência do processo.With the production of these proteins, yeasts aggregate, settling more easily during the fermentation process and decreasing the efficiency of the process.

Além disso, durante a transferência entre os tanques no processo de produção de etanol industrial, estas leveduras formam aglomerados que causam entupimentos nos canos de transferência, fazendo com que muitas vezes o processo fermentativo tenha que ser interrompido, todos os tanques submetidos a assepsia e só após esta limpeza, o processo pode ser reiniciado.In addition, during transfer between tanks in the industrial ethanol production process, these yeasts form clumps that cause clogging in the transfer pipes, often causing the fermentation process to be interrupted, all tanks subjected to asepsis and only After this cleaning process can be restarted.

Como as usinas no Brasil trabalham com reciclo de leveduras, o processo atualmente empregado favorece que leveduras mais velhas e 5 floculadas sejam as leveduras selecionadas para retornarem a um novo ciclo fermentativo, enquanto as células mais jovens e com potencial fermentativo superior, por serem menores, sejam levadas juntamente com o vinho a ser destilado, sendo mortas com o calor durante o processo de destilação para a obtenção do etanol e posteriormente 10 descartadas juntamente com a vinhaça.As mills in Brazil work with yeast recycling, the process currently employed favors that older and 5-flocculated yeasts are the yeasts selected to return to a new fermentative cycle, while younger cells with higher fermentative potential are smaller. they are taken along with the wine to be distilled, being killed in the heat during the distillation process to obtain ethanol and then discarded with the vinasse.

Observa-se que o montante de levedura presente na vinhaça é de cerca de 40,0 e 50,0 kgs de levedura (base seca) por m3 de etanol destilado.It is observed that the amount of yeast present in the vinasse is about 40.0 and 50.0 kg of yeast (dry basis) per m3 of distilled ethanol.

A presença de leveduras no vinho a ser destilado, e por conseqüência, na vinhaça após a destilação, causa um severo agravamento da deposição de material orgânico na vinhaça, contribuindo para o aumento significativo do DBO (Deficiência Bioquímica de Oxigênio).The presence of yeast in the wine to be distilled, and consequently in the vinasse after distillation, causes a severe aggravation of the deposition of organic material in the vinasse, contributing to a significant increase in BOD (Biochemical Oxygen Deficiency).

Os níveis de produção de vinhaça são muito elevados, superando a necessidade de adubação nos campos, e por isso, este composto passa a ter um alto potencial poluidor, sendo cerca de cem vezes maior que o esgoto doméstico se lançada diretamente nos corpos d’água.The levels of vinasse production are very high, exceeding the need for fertilization in the fields, so this compost has a high pollutant potential, being about one hundred times higher than domestic sewage if discharged directly into water bodies. .

Na literatura de patentes os processos que fazem uso de uma segunda centrifugação o fazem com o objetivo de secagem de leveduras para comercialização, como por exemplo, o encontrado no pedido brasileiro publicado BR9100062-9 A2.In the patent literature processes that make use of a second centrifugation do so for the purpose of drying yeast for commercialization, such as that found in published Brazilian application BR9100062-9 A2.

Além disso, o processo de centrifugação é feito utilizando a vinhaça, o que inviabiliza o re-uso uesxe miururyanismo que foi morto durante o processo de destilação. Outros processos utilizam a filtração como meio de concentração de vinhaça (vide pedido brasileiro publicado BR0805597-1A), no entanto novamente na vinhaça, o mesmo argumento explicitado acima sendo aplicável.In addition, the centrifugation process is done using the vinasse, which makes it impossible to reuse the ex-miururyanism that was killed during the distillation process. Other processes use filtration as a means of concentrating vinasse (see Brazilian published application BR0805597-1A), however again in vinasse, the same argument explained above being applicable.

Na patente U.S. 4.287.303 os inventores propõem o uso daIn U.S. Patent 4,287,303 the inventors propose the use of

centrifugação seriada para separar resíduos sólidos provenientes da fermentação e enriquecer o substrato que volta ao fermentador. Nesse caso as centrifugações são feitas sempre nas mesmas velocidades e não ocorre uma separação das leveduras por 10 tamanho/viabilidade/idade/atividade celular tal como proposto na presente invenção.Serial centrifugation to separate solid residues from the fermentation and enrich the substrate returning to the fermenter. In this case centrifugations are always performed at the same speeds and no separation of yeast by size / viability / age / cell activity as proposed in the present invention occurs.

Seria interessante portanto que a técnica dispusesse de processo de separação e seleção de leveduras para a produção de etanol industrial com reaproveitamento de leveduras jovens através de 15 centrifugação seriada, com expressivas vantagens tanto do ponto de vista econômico para a usina quanto para o meio ambiente, pela redução do requisito de DBO da vinhaça a ser descartada no ambiente.It would be interesting, therefore, that the technique had a yeast separation and selection process for the production of industrial ethanol with reuse of young yeasts through 15 serial centrifugation, with significant economic and environmental advantages for the plant, by reducing the BOD requirement of vinasse to be discarded in the environment.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

De um modo amplo, o processo aperfeiçoado de separação e seleção de leveduras para a produção de etanol industrial a partir de uma carga de sacarose fermentada com auxílio de leveduras compreende as etapas de:Broadly, the improved yeast sorting and selection process for the production of industrial ethanol from a yeast-aided sucrose feedstock comprises the steps of:

a) após a primeira centrifugação (6), separar e armazenar em tanques (11, 12), as leveduras mais velhas ea) after the first centrifugation (6), separate and store in tanks (11, 12) the oldest yeasts and

floculadas para secagem, obtendo um vinho;flocculated for drying, obtaining a wine;

b) enviar via a linha (L13) o vinho da etapa a) para um Tanque pulmão (13);____(b) send the wine from step (a) via line (L13) to a lung tank (13);

c) a partir do Tanque (13) dirigir o vinho via (L14) para o processo de centrifugações em série (14), com pelo menos duas centrifugações de rotações crescentes de pelo menos 400 rpm até 5000 rpm onde o sobrenadante de cada centrifugação se torna a carga da centrifugação seguinte e o precipitado é coletado, obtendo leveduras jovens separadas e selecionadas e produtos de fermentação;c) from the tank (13) direct the wine via (L14) to the series centrifugation process (14), with at least two centrifugations of increasing speed of at least 400 rpm to 5000 rpm where the supernatant of each centrifugation is makes the next centrifugation load and the precipitate collected, obtaining separate and selected young yeast and fermentation products;

d) dirigir ditas leveduras jovens e de alta capacidade fermentativa da etapa c) para o tanque de tratamento (10) via (1-15) para diluição com água e tratamento ácido convencionais;d) directing said young and high fermentative capacity yeast from step c) to the treatment tank (10) via (1-15) for dilution with conventional water and acid treatment;

e) retornar via (L19) as ditas leveduras diluídas e tratadas da etapa d) para os tanques de fermentação (Fr);e) returning via (L19) said diluted and treated yeasts from step d) to the fermentation tanks (Fr);

f) separar, por destilação, os produtos de fermentação em vinho (15), álcool industrial (16) e vinhaça (17) com teor de material orgânico inferior ao teor da vinhaça resultante de processos de produção de etanol industrial do estado da técnica que utilizam uma única centrifugação; e(f) by distilling off the fermentation products into wine (15), industrial alcohol (16) and vinasse (17) with an organic material content lower than that of vinasse resulting from state-of-the-art industrial ethanol production processes; use a single spin; and

g) secar adicionalmente leveduras no tanque (13) e embalar o excedente da levedura proveniente das diversas centrifugações.g) additionally drying yeast in the tank (13) and wrapping the yeast surplus from the various centrifugations.

Assim, a invenção provê um processo aperfeiçoado de separação e seleção de leveduras para fermentação alcoólica que através de múltiplas centrifugações em velocidades crescentes após o processo fermentativo inicial otimiza a separação das leveduras jovens que retornam ao processo fermentativo, ficando nas primeiras centrifugações as leveduras mais velhas e floculadas que serão secas e comercializadas.Thus, the invention provides an improved process of yeast sorting and selection for alcoholic fermentation which through multiple centrifugations at increasing speeds after the initial fermentation process optimizes the separation of young yeasts returning to the fermentation process, with older yeasts being left in the first centrifugations. and flocculated to be dried and marketed.

A invenção provê ainda um processo aperfeiçoado de separação e seleção de leveduras para fermentação alcoólica que contempla a adição de leveduras provindas de várias centrifugações para manter a concentração celular de leveduras adequada ao processo.The invention further provides an improved yeast sorting and selection process for alcoholic fermentation which comprises the addition of yeasts from various centrifugations to maintain the appropriate yeast cell concentration.

A invenção provê também um processo de separação e seleção de leveduras para fermentação alcoólica que permite que a vinhaça 5 resultante do processo de fermentação alcoólica utilizando as leveduras separadas e selecionadas tenha teor de material orgânico inferior àquele produzido através de processos de fermentação alcoólica do estado da técnica.The invention also provides a yeast separation and selection process for alcoholic fermentation which allows the vinasse 5 resulting from the alcoholic fermentation process using the separated and selected yeasts to have lower organic material content than that produced by state-of-the-art alcoholic fermentation processes. technique.

A invenção provê ainda um processo de separação e seleção de 10 leveduras para fermentação alcoólica que permite que a vinhaça resultante do processo de fermentação alcoólica utilizando as leveduras separadas e selecionadas tenha poder de poluição de corpos d’água reduzido, por conter menor teor de material orgânico que a vinhaça produzida por processos do estado da técnica.The invention further provides a process for sorting and selecting 10 yeasts for alcoholic fermentation which allows the vinasse resulting from the alcoholic fermentation process using the separated and selected yeasts to have reduced water body pollution power because it contains less material content. organic than vinasse produced by state of the art processes.

A invenção provê adicionalmente um processo de separação eThe invention further provides a process of separation and

seleção de leveduras para fermentação alcoólica de grande economicidade para a fermentação alcoólica destinada à produção de álcool industrial pela recuperação das células jovens de leveduras, reduzindo o custo global em relação a processos fermentativos do estado da técnica que praticam uma única centrifugação.Highly economical yeast selection for alcoholic fermentation for alcoholic fermentation for the production of industrial alcohol by the recovery of young yeast cells, reducing the overall cost compared to state of the art fermentative processes that practice a single centrifugation.

A invenção provê ainda um processo de separação e seleção de leveduras para fermentação alcoólica que compreende separar células floculantes de não floculantes.The invention further provides a yeast sorting and selection process for alcoholic fermentation comprising separating flocculant from non-flocculant cells.

A invenção provê também um processo de separação e seleção de leveduras para fermentação alcoólica dirigido para a seleção de leveduras com alto potencial fermentativo.The invention also provides a yeast separation and selection process for alcoholic fermentation directed to the selection of yeasts with high fermentative potential.

A invenção provê adicionalmente um orocesso de separação e seleção de leveduras para fermentação alcoólica capaz de limpar/reduzir (selecionar somente as células não floculantes) as células floculantes e indesejáveis para o processo.The invention further provides a yeast separation and selection process for alcoholic fermentation capable of cleaning / reducing (selecting non-flocculant cells only) flocculant and undesirable cells for the process.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

A FIGURA 1 anexa é um fluxograma que mostra o processo de produção de álcool industrial por fermentação de um caldo de melaço conforme o estado da técnica.The accompanying FIGURE 1 is a flowchart showing the process of industrial alcohol production by fermentation of molasses broth according to the state of the art.

A FIGURA 2 anexa é uma microfotografia que mostra as células de levedura que se dividem por brotamento. Figura 2A: divisão das células. Figura 2B, cicatrizes da parede celular da levedura.The attached FIGURE 2 is a microphotograph showing the budding yeast cells. Figure 2A: cell division. Figure 2B, Yeast cell wall scars.

A FIGURA 3 anexa é uma representação esquemática daThe attached FIGURE 3 is a schematic representation of the

agregação (floculação) de células de levedura. Figura 3A: levedura não floculante. Figura 3B: levedura floculante.aggregation (flocculation) of yeast cells. Figure 3A: Non-flocculant yeast. Figure 3B: Flocculant yeast.

A FIGURA 4 anexa é um fluxograma do processo da invenção para um processo fermentativo dirigido para a seleção de leveduras com alto potencial fermentativo.The accompanying FIGURE 4 is a flowchart of the process of the invention for a fermentative process directed to the selection of yeasts with high fermentative potential.

A FIGURA 5 anexa é um diagrama de blocos mostrando, para a técnica atualmente empregada (1) e para as várias velocidades de centrifugação (2- 400rpm; 3- 1000 rpm e 4-4000 rpm), a porcentagem de leveduras precipitadas e sobrenadantes. A: leveduras precipitadas. B: 20 leveduras sobrenadantes. Figura 5A: para leveduras floculantes. Figura 5B: para leveduras não floculantes. Figura 5C: para leveduras floculantes e não floculantes (mistura 1:1 p/p).The accompanying FIGURE 5 is a block diagram showing for the currently employed technique (1) and for the various centrifugation speeds (2-400rpm; 3-1000rpm and 4-4000rpm) the percentage of precipitated yeasts and supernatants. A: precipitated yeasts. B: 20 supernatant yeasts. Figure 5A: For flocculant yeast. Figure 5B: For non-flocculant yeasts. Figure 5C: For flocculant and non-flocculant yeasts (1: 1 w / w mixture).

A FIGURA 6 anexa é uma série de micrografias que mostra o aspecto do precipitado e sobrenadante de leveduras para a condição 25 controle de uma centrifugação a 3000 rpm e o aspecto do precipitado e sobrenadante para as condições de centrifugação seriada da invenção. As micrografias se referem a misturas 50:50 de leveduras floculantes e não floculantes. Figura 6A e Figura 6B precipitado e sobrenadante para a condição controle. As Figuras 6C e 6D são micrografias respectivamente de sobrenadante e precipitado para leveduras centrifugadas a 400 rpm na primeira de uma série de três centrifugações conforme a invenção. As Figuras 6E e 6F são micrografias respectivamente de sobrenadante e precipitado para leveduras centrifugadas a 1000 rpm na 2a centrifugação 5 conforme a invenção e as Figuras 6G e 6H são micrografias respectivamente de sobrenadante e precipitado para leveduras centrifugadas a 4000 rpm na 3a centrifugação serial conforme a invenção.The accompanying FIGURE 6 is a series of micrographs showing the appearance of the yeast precipitate and supernatant for the control condition of a 3000 rpm centrifugation and the appearance of the precipitate and supernatant for the serial centrifugation conditions of the invention. The micrographs refer to 50:50 mixtures of flocculant and non-flocculant yeasts. Figure 6A and Figure 6B precipitated and supernatant for the control condition. Figures 6C and 6D are micrographs of supernatant and precipitate respectively for yeast centrifuged at 400 rpm in the first of a series of three centrifugations according to the invention. Figures 6E and 6F are respectively micrographs of supernatant and precipitate for yeast centrifuged at 1000 rpm in 2nd centrifugation 5 according to the invention and Figures 6G and 6H are respectively micrographs of supernatant and precipitate for yeast centrifuged at 4000 rpm in 3rd serial centrifugation according to the invention. invention.

A FIGURA 7 anexa mostra duas micrografias de leveduras obtidas no precipitado (Figura 7A) e no sobrenadante (Figura 7B) de células não floculantes centrifugadas a 400 rpm.The accompanying FIGURE 7 shows two micrographs of yeast obtained in the precipitate (Figure 7A) and supernatant (Figure 7B) of non-flocculant cells centrifuged at 400 rpm.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

A invenção trata pois de um processo de separação e seleção de leveduras para fermentação alcoólica a partir da fermentação de mosto 15 em presença de leveduras de Saccharomyces cerevisiae através de centrifugações em série do caldo fermentativo que já sofreu uma primeira centrifugação em um processo de produção de álcool industrial, para a separação de leveduras jovens e reinserção das mesmas na fermentação para obter álcool com rendimento elevado enquanto menos 20 leveduras são perdidas para a vinhaça.The invention is therefore a process for the separation and selection of yeasts for alcoholic fermentation from the fermentation of mash 15 in the presence of Saccharomyces cerevisiae yeasts by serial centrifugations of the fermentation broth which has already undergone a first centrifugation in a process for industrial alcohol, for the separation of young yeasts and their reinsertion in fermentation to obtain high-yield alcohol while 20 fewer yeasts are lost to the vinasse.

O presente pedido visa uma alteração no Iayout do processo fermentativo atualmente utilizado nas usinas de produção de etanol industrial, através da agregação de processo de centrifugação em série, iniciando por centrifugações de menor velocidade seguidas de 25 centrifugações de velocidades maiores, anteriores ao envio do vinho ao processo de destilação.The present application aims at a change in the Iayout of the fermentation process currently used in industrial ethanol production plants, by aggregating a series centrifugation process, starting with lower speed centrifugations followed by 25 higher speed centrifugations prior to wine shipment. to the distillation process.

A centrifugação em série do caldo fermentado permite: (i) a separação das leveduras maiores e floculadas nos primeiros passos de centrifugação, limpando o sistema destes microrganismos e os enviando para secagem; (ii) seleção de leveduras jovens e com alta capacidade fermentativa; e (iii) redução do material orgânico na vinhaça contribuindo para diminuição do DBO.Serial centrifugation of the fermented broth allows: (i) the separation of larger and flocculated yeasts in the first centrifugation steps, cleaning the system of these microorganisms and sending them for drying; (ii) selection of young yeasts with high fermentative capacity; and (iii) reduction of organic material in vinasse contributing to a decrease in BOD.

Assim o processo é capaz de segregar a população de leveduras 5 por “tamanho/peso/idade/atividade fermentativa”.Thus the process is able to segregate the yeast population 5 by "size / weight / age / fermentative activity".

Por ser mais jovem, a levedura originada a partir da segunda centrifugação apresenta características de performance fermentativa superiores à da levedura originada da primeira centrifugação.As it is younger, yeast originated from the second centrifugation presents superior fermentative performance characteristics than yeast originated from the first centrifugation.

Esta levedura é enviada aos tanques de tratamento e em seguida 10 às dornas de fermentação, aumentando a eficiência fermentativa das usinas, reduzindo o nível de infecção na dorna, e evitando os processos de floculação da levedura, além de diminuir de modo significativo a presença de leveduras no vinho fermentado.This yeast is sent to the treatment tanks and then to the fermentation vats, increasing the fermentative efficiency of the mills, reducing the level of infection in the vat, avoiding yeast flocculation processes, and significantly reducing the presence of yeasts. yeast in fermented wine.

Como conseqüência desse processo, o DBO da vinhaça é 15 reduzido, uma vez que as leveduras estão em número reduzido nesse liquido, diminuindo o impacto negativo da vinhaça sobre o meio ambiente.As a consequence of this process, the vinasse BOD is reduced, since yeasts are reduced in this liquid, reducing the negative impact of the vinasse on the environment.

A centrifugação em série é aplicada com a adição de pelo menos mais uma linha de centrífugas em relação ao número usual deSerial centrifugation is applied with the addition of at least one further line of centrifuges over the usual number of centrifuges.

ff

20 centrífugas (pelo menos duas centrifugações em série).20 centrifuges (at least two centrifuges in series).

Na primeira centrifugação, lenta (pelo menos 400 rotações por minuto), são separadas as leveduras mais velhas e floculadas e portanto menos eficientes, seguida de centrifugações mais aceleradas (1000 e 2000 rpm consecutivamente), até a última centrifugação que, conforme 25 uma modalidade do presente pedido, é de 4000 rpm nos experimentos efetuados. Velocidades centrifugação de até 5000 rpm são aceitáveis para o presente processo.In the first slow centrifugation (at least 400 revolutions per minute), the older and less efficient flocculated yeasts are separated, followed by more rapid centrifugations (1000 and 2000 rpm consecutively), until the last centrifugation which, according to one mode. of this order is 4000 rpm in the experiments performed. Spin speeds of up to 5000 rpm are acceptable for the present process.

Deve ficar claro para os especialistas que os valores exatos das velocidades de centrifugação podem variar dentro de amplos limites e que tais valores não são restritos aos valores experimentais citados no presente relatório.It should be clear to those skilled in the art that the exact values of spin speeds may vary within wide limits and that such values are not restricted to the experimental values cited in this report.

A concentração de leveduras jovens é incrementada de acordo com o aumento da velocidade, sendo que na última centrifugação as 5 leveduras jovens são selecionadas para retornarem ao processo fermentativo e caso necessário incrementadas com leveduras retiradas nas centrifugações anteriores, sob a condição de isto ser efetuado a partir da centrifugação de maior velocidade para a de menor velocidade.The concentration of young yeasts is increased according to the speed increase, and in the last centrifugation the 5 young yeasts are selected to return to the fermentative process and if necessary increased with yeasts removed in the previous centrifugations, under the condition that this should be done. from the highest to the lowest speed centrifugation.

. Como as leveduras jovens da ultima centrifugação são em numero reduzido, se não forem suficientes serão complementadas por leveduras provenientes de outras centrifugações, sempre mais jovens do que as leveduras descartadas.. As the young yeasts from the last centrifugation are small in number, if not enough will be complemented by yeasts from other centrifugations, always younger than the discarded yeasts.

Vantajosamente, o reaproveitamento das leveduras presentes no vinho após o processo fermentativo contribui em dois aspectos importantes, o econômico (maior rendimento fermentativo e maior produção de levedura seca) e o ambiental (redução do DBO da vinhaça).Advantageously, the reuse of yeasts present in the wine after the fermentation process contributes to two important aspects, the economic one (higher fermentative yield and higher production of dry yeast) and the environmental one (reduction of the vinasse BOD).

Do ponto de vista econômico, essas leveduras retornam aos tanques de fermentação, sendo usadas no processo de fermentação de forma isolada, ou mesmo mescladas com as leveduras de centrifugações 20 anteriores, sempre da centrifugação de maior velocidade para a de menor velocidade, caso seja necessário adequar a concentração celular. Vale salientar que as leveduras mais velhas e floculadas são em sua maioria retiradas na primeira centrifugação.From the economic point of view, these yeasts are returned to the fermentation tanks, being used in the fermentation process in isolation, or even mixed with the previous centrifugation yeasts, always from the highest to the lowest speed, if necessary. adjust cell concentration. It is noteworthy that the older and flocculated yeasts are mostly removed in the first centrifugation.

Conforme um aspecto inovador do presente processo, o novo ciclo fermentativo é iniciado com muito mais vigor, uma vez que estas leveduras são células mais jovens e com maior atividade fermentativa do que as atualmente utilizadas.As an innovative aspect of the present process, the new fermentative cycle is started much more vigorously, as these yeasts are younger cells with greater fermentative activity than currently used.

O aproveitamento das leveduras presentes no vinho centrifugado causa um aumento do excedente de leveduras “aproveitáveis” geradas no processo de fermentação, o que acarreta no incremento da quantidade de levedura “sangrada” do processo.The utilization of the yeasts present in the centrifuged wine causes an increase of the surplus of “usable” yeasts generated in the fermentation process, which increases the amount of “bled” yeast in the process.

Este volume adicional pode ser enviado para secagem e vendido como matéria prima para diferentes segmentos industriais. Esta já é uma prática rotineira e lucrativa nas usinas de etanol, e o incremento de volume de creme de leveduras sangrado do processo de fermentação permite que esta fonte de renda torne-se ainda mais importante.This additional volume can be sent for drying and sold as raw material to different industrial segments. This is already a routine and lucrative practice in ethanol mills, and the increased volume of bled yeast cream from the fermentation process makes this source of income even more important.

Experimentalmente, os primeiros ensaios mostram a presença de um número elevado de leveduras no vinho após a centrifugação utilizada no procedimento atualmente empregado (aproximadamente 25% do total de células (vide Figuras 6 A-C e centrifugação 1, Figura 5A, B e C) com uma viabilidade de aproximadamente 90%.Experimentally, the first trials show the presence of a high number of yeasts in the wine after centrifugation used in the procedure currently employed (approximately 25% of total cells (see Figures 6 AC and centrifugation 1, Figure 5A, B and C) with a viability of approximately 90%.

Ao exame microscópico essas leveduras apresentam-se menores e com um alto grau de brotamento, vide Figura 6B, evidenciando que estão em multiplicação, ao contrário das leveduras provindas da primeira centrifugação, vide Figura 6A, que se apresentam com a parede mais espessa e com uma viabilidade de aproximadamente 70%.On microscopic examination these yeasts are smaller and with a high degree of budding, see Figure 6B, showing that they are multiplying, unlike the yeasts coming from the first centrifugation, see Figure 6A, which are thicker and thicker. a viability of approximately 70%.

EXEMPLOSEXAMPLES

Para testar a eficiência do processo proposto em (i) segregar 20 células mais jovens e consequentemente com um maior potencial fermentativo e (ii) separar células floculantes de não floculantes, foram conduzidos experimentos utilizando leveduras floculantes e leveduras não floculantes tanto separadamente como juntas, utilizando a situação atualmente empregada para a produção de etanol, ou seja após a 25 fermentação as células foram centrifugadas a 3000 rpm (controle) e utilizando o processo de separação e seleção de leveduras por centrifuqação serial proposto na invenção.To test the efficiency of the proposed process in (i) secreting 20 younger cells and consequently with higher fermentative potential and (ii) separating flocculant and non-flocculant cells, experiments were conducted using flocculant yeast and non-flocculant yeast both separately and together using The situation currently employed for ethanol production, ie after fermentation, the cells were centrifuged at 3000 rpm (control) and using the serial centrifugation yeast separation and selection process proposed in the invention.

Para a obtenção dos dados experimentais, leveduras floculantes e não floculantes foram crescidas independentemente a 30°C por aproximadamente 12 horas e isoladas através do processo atualmente empregado e do processo da invenção, tanto separadamente quanto misturadas na proporção de 1:1 (p/p).To obtain the experimental data, flocculant and non-flocculant yeasts were independently grown at 30 ° C for approximately 12 hours and isolated by the process currently employed and the process of the invention, either separately or mixed at a ratio of 1: 1 (w / w ).

EXEMPLOS DE CONTROLE Na condição controle em que somente uma centrifugação éCONTROL EXAMPLES In the control condition where only one spin is

efetuada a 3000 rpm, o perfil é parecido seja a linhagem floculante ou não floculante. Nestes testes cerca de 25% das leveduras ficam no sobrenadante após a centrifugação.performed at 3000 rpm, the profile is similar whether flocculant or non-flocculant. In these tests about 25% of the yeast remains in the supernatant after centrifugation.

O Exemplo de Controle do Exemplo 1 diz respeito a leveduras floculantes.The Control Example of Example 1 relates to flocculant yeast.

O Exemplo de Controle do Exemplo 2 diz respeito a leveduras não floculantes.The Control Example of Example 2 concerns non-flocculant yeasts.

O Exemplo de Controle do Exemplo 3 diz respeito à mistura 50:50 de leveduras floculantes e não floculantes.The Control Example of Example 3 concerns the 50:50 mixture of flocculant and non-flocculant yeasts.

As Tabelas 1, 2 e 3 a seguir listam os resultados obtidos para asThe following Tables 1, 2 and 3 list the results obtained for the

centrifugações controle e as centrifugações seriais conforme a invenção.control centrifugations and serial centrifugations according to the invention.

Como já mencionado acima no presente relatório, as leveduras que constituem o sobrenadante são em sua maioria leveduras mais jovens e que acabam sendo desperdiçadas.As already mentioned above in this report, the yeasts that make up the supernatant are mostly younger yeasts that end up being wasted.

Note-se que na centrifugação seriada conforme a invenção, oNote that in serial centrifugation according to the invention, the

sobrenadante da centrifugação de menor velocidade é re-centrifugado e por isso a soma das porcentagens encontradas em 3 e 4 nos gráficos de barra das Figuras 5A, 5B e 5C referem-se a valores inferiores a 100%, ou seja o total de células refere-se ao total do sobrenadante da centrifugação anterior.The supernatant of the lower speed centrifugation is re-centrifuged and therefore the sum of the percentages found in 3 and 4 in the bar graphs of Figures 5A, 5B and 5C refer to values below 100%, ie the total number of cells refers. total supernatant from previous centrifugation.

As Figuras 6A e 6B são micrografias do aspecto das leveduras precipitadas e sobrenadantes respectivamente após centrifugação de 3000 rpm para uma mistura 50:50 para leveduras floculantes e não floculantes. Como pode ser observado, as leveduras presentes no sobrenadante são menores e em franco processo de brotamento, sendo portanto mais jovens.Figures 6A and 6B are micrographs of the appearance of the precipitated yeasts and supernatants respectively after centrifugation of 3000 rpm for a 50:50 mixture for flocculant and non-flocculant yeasts. As can be seen, the yeast present in the supernatant is smaller and in a budding process and is therefore younger.

EXEMPLOSEXAMPLES

Os Exemplos conforme o presente processo envolvem centrifugações seriadas a 400, 1000 e 4000 rpm, para leveduras floculantes (Exemplo 1), não floculantes (Exemplo 2), e mistura 50:50 de ambas (Exemplo 3).Examples according to the present process involve serial centrifugations at 400, 1000 and 4000 rpm for flocculant (Example 1), non-flocculant yeast (Example 2), and 50:50 mixture of both (Example 3).

As leveduras floculantes e não floculantes foram crescidas independentemente a 30°C por aproximadamente 12 horas e isoladas através do processo da invenção.Flocculant and non-flocculant yeasts were independently grown at 30 ° C for approximately 12 hours and isolated by the process of the invention.

Conforme a Tabela 1, relativa ao Exemplo 1, o perfil observado para as leveduras floculantes mostra 41% das células que precipitam na primeira centrifugação de 400 rpm.According to Table 1, relating to Example 1, the observed profile for flocculant yeast shows 41% of the cells that precipitate in the first 400 rpm centrifugation.

TABELA 1TABLE 1

LEVEDURAS FLOCULANTES (% DE CÉLULAS) CONTROLE PRECIPITADAS SOBRENADANTES 76 24 400 rpm 41 59 1000 rpm 45 14 4000 rpm 10 3 15FLAVORING Yeast (% OF CELLS) PRECIPITATED PRECIPITATED CONTROL 76 24 400 rpm 41 59 1000 rpm 45 14 4000 rpm 10 3 15

A Tabela 2, relativa ao Exemplo 2, mostra que apenas 20% precipitam quando são utilizadas células não floculadas na mesma velocidade de centrifugação utilizada para as leveduras floculantes.Table 2, relating to Example 2, shows that only 20% precipitate when non-flocculated cells are used at the same spin rate as that for flocculant yeasts.

20 TABELA 220 TABLE 2

LEVEDURAS NAO FLOCULANTES (% DE CÉLULAS) CONTROLE PRECIPITADAS SOBRENADANTES 73 27 400 rpm 20 80 1000 rpm 37 43 4000 rpm 36 7 Já para a centrifugação serial da mistura em partes iguais de leveduras floculantes e não floculantes, relativa ao Exemplo 3, Tabela 3, observa-se uma precipitação de 40% de células na primeira centrifugação (400 rpm) com predomínio de células floculantes.NON-FLOATING YeastS (% OF CELLS) PRECIPITATED PRECIPITATED CONTROL 73 27 400 rpm 20 80 1000 rpm 37 43 4000 rpm 36 7 For the serial centrifugation of the mixture in equal parts of flocculant and non-flocculant yeasts for Example 3, Table 3, 40% cell precipitation is observed in the first centrifugation (400 rpm) with a predominance of flocculant cells.

Dos 60% de células restantes, 30% sedimentam na segunda centrifugação (1000 rpm), sendo novamente em sua maioria células floculantes (Figura 6E), restando 30% de células do total para a próxima centrifugação.Of the remaining 60% of cells, 30% sediment in the second centrifugation (1000 rpm), again mostly being flocculant cells (Figure 6E), leaving 30% of the total cells for the next centrifugation.

TABELA 3TABLE 3

LEVEDURAS FLOCULANTES E NAO FLOCULANTES 50:50 (% DE CÉLULAS) CONTROLE PRECIPITADAS SOBRENADANTES 74 26 400 rpm 40 60 1000 rpm 30 30 4000 rpm 28 2 Os sobrenadantes re-centrifugados a 1000 rpm mostram o seguinte resultado: a. Células floculantes (Tabela 1)- Dos 59% de células restantes - 45% sedimentam nesta velocidade, restando apenas 14% de células do total para a próxima centrifugação;FLOATING AND NON-FLOATING Yeast 50:50 (% OF CELLS) PRECIPITATED SURVEY CONTROL 74 26 400 rpm 40 60 1000 rpm 30 30 4000 rpm 28 2 Supernatants re-centrifuged at 1000 rpm show the following result: a. Flocculant cells (Table 1) - Of the remaining 59% of cells - 45% sediment at this rate, with only 14% of cells remaining for the next centrifugation;

b. Células não floculantes (Tabela 2)- Dos 80% de células sobrenadantes, 37% sedimentam nesta velocidade, restandoB. Non-Flocculant Cells (Table 2) - Of the 80% of supernatant cells, 37% sediment at this rate, leaving

43% de células do total para a próxima centrifugação. Estas células são as células jovens que serão reaproveitadas no processo. Isso significa que mesmo que leveduras floculantes contaminem o processo elas sedimentariam nos primeiros passos de centrifugação. Portanto o processo43% of cells total for next centrifugation. These cells are the young cells that will be reused in the process. This means that even if flocculant yeasts contaminate the process they would settle in the first centrifugation steps. So the process

proposto é útil como um método de limpeza de linhagens indesejáveis no processo fermentativo Vale salientar que essas células restantes são essencialmente células não floculantes e mais jovens, mostrando que o processo de centrifugação seriada proposto, além de segregar (separar) as células por tamanho, segregando as mais jovens para recirculação, também é capaz de limpar (selecionar somente as células não floculantes) as células floculantes e indesejáveis para o processo (Figuras 6F e 6G).proposed is useful as a method of cleaning undesirable strains in the fermentation process It is noteworthy that these remaining cells are essentially non-flocculant and younger cells, showing that the proposed serial centrifugation process, besides segregating (separating) the cells by size, segregating the younger ones for recirculation, it is also able to clean (select non-flocculant cells only) flocculant and undesirable cells for the process (Figures 6F and 6G).

Em relação à análise das leveduras isoladas através do processo de centrifugação seriada tal como apresentado nas Tabelas 1, 2 e 3, Figura 5A, B e C e Figura 6 C a 6G, as leveduras foram testadas independentemente e misturadas em igual proporção após crescimento.Regarding the analysis of isolated yeasts through the serial centrifugation process as shown in Tables 1, 2 and 3, Figure 5A, B and C and Figure 6 C to 6G, the yeasts were independently tested and mixed in equal proportion after growth.

As leveduras foram centrifugadas a 400, 1000 e 4000 rpm consecutivamente. Para cada uma das fases - precipitado e sobrenadante - as células foram observadas em microscópio para avaliação da morfologia, bem como avaliadas quanto à quantidade de células presentes - vide gráficos de barras das Figuras 5A. 5B e 5C.The yeasts were centrifuged at 400, 1000 and 4000 rpm consecutively. For each of the phases - precipitated and supernatant - the cells were observed under a microscope for morphology evaluation, as well as the number of cells present - see bar graphs of Figures 5A. 5B and 5C.

As leveduras floculantes mostram uma capacidade maior de precipitação em velocidades inferiores (400 e 1000 rpm) quando testadas independentemente e também em conjunto com células não floculantes, vide Tabela 1 e 3 e Figura 6A, 6C, 6D e 6E.Flocculant yeasts show a higher precipitation capacity at lower speeds (400 and 1000 rpm) when tested independently and also in conjunction with non-flocculant cells, see Table 1 and 3 and Figure 6A, 6C, 6D and 6E.

Em relação às células não floculantes, as células precipitadas nas primeiras centrifugações apresentam morfologias diferentes entre as 5 células das primeiras centrifugações e nas posteriores. Assim, nas primeiras centrifugações as leveduras precipitadas são maiores e com pouco brotamento enquanto as sobrenadantes estão isoladas, menores e com um brotamento significativo, evidenciando que estas células estão em franco processo de proliferação. Como exemplo, em uma 10 centrifugação a 400 rpm a Figura 7A mostra a micrografia das leveduras precipitadas, de tamanho maior e a Figura 7B, a micrografia das leveduras sobrenadantes, menores e com brotamento significativo.Regarding non-flocculant cells, the cells precipitated in the first centrifugations show different morphologies between the 5 cells of the first and subsequent centrifugations. Thus, in the first centrifugations the precipitated yeasts are larger and with little budding while the supernatants are isolated, smaller and with a significant budding, showing that these cells are in a proliferating process. As an example, in a centrifugation at 400 rpm Figure 7A shows the micrograph of the larger sized precipitated yeasts and Figure 7B, the micrograph of the smaller, significantly sprouting supernatant yeasts.

Quando as leveduras floculantes e não floculantes são misturadas em iguais proporções, demonstram, quando observadas ao microscópio, 15 uma alta precipitação de células floculantes em velocidades menores, vide Figura 6C e 6E. Esses resultados evidenciam a potencialidade do processo de centrifugação em série em separar células com potencial fermentativo superior (menores e em brotamento) e não floculantes.When flocculant and non-flocculant yeasts are mixed in equal proportions, when observed under the microscope, 15 they show a high precipitation of flocculant cells at slower speeds, see Figure 6C and 6E. These results show the potential of the serial centrifugation process to separate cells with superior fermentative potential (smaller and budding) and non-flocculant.

O presente processo permite a segregação de população de leveduras por idade e atividade celular.The present process allows yeast population segregation by age and cell activity.

O presente processo permite igualmente limpar as células floculantes do processo.The present process also allows flocculant cells to be cleaned from the process.

A população de leveduras oriundas das centrifugações adicionais logo após a primeira centrifugação, por apresentar tamanho e peso menor, será mais jovem, apresentando maior atividade fermentativa.The population of yeasts coming from the additional centrifugations soon after the first centrifugation, due to its smaller size and weight, will be younger, presenting greater fermentative activity.

A população de leveduras oriunda da primeira centrifugação é mais pesada, por ser mais velha ou agregada pelo processo de floculação, e com menor atividade fermentativa. O processo de centrifugação do caldo fermentado com a disposição de centrífugas em série e anterior ao processo de destilação permite a recuperação de uma quantidade maior de leveduras em relação ao processo atual, com benefícios diretos sobre a qualidade da 5 vinhaça, que terá índices reduzidos de DBO por conter leveduras em número reduzido, podendo até mesmo estar ausentes em processos que usem centrifugações mais elevadas.The yeast population from the first centrifugation is heavier because it is older or aggregated by the flocculation process and with less fermentative activity. The centrifugation process of the fermented broth with the centrifugal arrangement in series and prior to the distillation process allows the recovery of more yeasts compared to the current process, with direct benefits on the quality of the vinasse, which will have reduced levels of BOD because it contains too few yeasts and may even be absent in processes using higher centrifugations.

As técnicas atuais não permitem essa segregação de leveduras por atuarem com a centrifugação em uma única velocidade.Current techniques do not allow this segregation of yeasts by acting on centrifugation at a single speed.

As técnicas atuais permitem que uma quantidade importante deCurrent techniques allow a significant amount of

levedura se perca no vinho e pela destilação deste, na vinhaça, agravando a nocividade da vinhaça sobre o meio ambiente.yeast is lost in the wine and its distillation in the vinasse, aggravating the harmfulness of vinasse on the environment.

Vantajosamente, a presente invenção permite que o leite de levedura ao ser retornado ao processo de fermentação seja composto por uma população previamente selecionada, mais jovem, e de maior capacidade fermentativa, traduzido em melhores índices de produtividade fermentativa.Advantageously, the present invention allows the yeast milk to be returned to the fermentation process to be composed of a previously selected, younger, higher fermentative capacity population, translated into improved fermentative productivity rates.

Além disso, no caso de leveduras floculadas que de alguma forma estejam presentes no processo fermentativo, o processo do presente 20 invento promove a remoção dessas leveduras durante as centrifugações de baixa velocidade, contribuindo para que essas leveduras não proliferem durante o processo, afetando a rendimento fermentativo. De fato como evidenciado na Tabela 3, quase que a totalidade de células floculadas seriam eliminadas nas primeiras centrifugações.In addition, in the case of flocculated yeasts that are present in some way in the fermentation process, the process of the present invention promotes the removal of these yeasts during low speed centrifugations, contributing to such yeasts not proliferating during the process, affecting the yield. fermentative. Indeed, as shown in Table 3, almost all flocculated cells would be eliminated in the first centrifugations.

Adicionalmente o presente processo proporciona um incrementoAdditionally the present process provides an increment

na possibilidade de sangria/secagem de leveduras, ampliando de modo significativo em relação aos processos do estado da técnica as possibilidades de aproveitamento comercial da levedura excedente gerada durante o processo de fermentação. A levedura “sangrada” (descartada) do processo de fermentação será prioritariamente oriunda da primeira centrifugação, ou seja, composta pela população de leveduras mais velhas e com menor atividade fermentativa e/ou floculadas.the possibility of bleeding / drying of yeasts, significantly increasing the possibilities of commercial use of surplus yeast generated during the fermentation process in relation to state of the art processes. The “bled” yeast (discarded) from the fermentation process will come primarily from the first centrifugation, that is, composed of the population of older yeasts with less fermentative and / or flocculated activity.

Claims (7)

1. Processo de separação e seleção de leveduras para fermentação alcoólica a partir de uma carga de sacarose fermentada com auxílio de leveduras, dito processo sendo caracterizado por compreender as etapas de: a) após a primeira centrifugação (6), separar e armazenar em tanques (11,12), as leveduras mais velhas e floculadas para secagem, obtendo um vinho; b) enviar via a linha (L13) o vinho da etapa a) para um Tanque pulmão (13); c) a partir do Tanque (13) dirigir o vinho via (L14) para o processo de centrifugações em série (14), com pelo menos duas centrifugações de rotações crescentes de pelo menos400 rpm até 5000 rpm onde o sobrenadante de cada centrifugação se torna a carga da centrifugação seguinte e o precipitado é coletado, obtendo leveduras jovens separadas e selecionadas e produtos de fermentação; d) dirigir via (L15) ditas leveduras jovens e de alta capacidade fermentativa da etapa c) para o tanque de tratamento (10) para diluição com água e tratamento ácido convencionais; e) retornar via (L19) as ditas leveduras diluídas e tratadas da etapa d) para os tanques de fermentação (Fr); f) separar, por destilação, os produtos de fermentação em vinho (15), álcool industrial (16) e vinhaça (17) com teor de material orgânico inferior ao teor da vinhaça resultante de processos de produção de etanol industrial do estado da técnica que utilizam uma única centrifugação; e g) secar adicionalmente leveduras no tanque (13) e embalar o excedente da levedura proveniente das diversas centrifugações.1. Process for the separation and selection of yeasts for alcoholic fermentation from a yeast-aided sucrose load, said process comprising the steps of: a) after the first centrifugation (6), sorting and storing in tanks (11,12), the older and flocculated yeast for drying, obtaining a wine; (b) send the wine from step (a) via line (L13) to a lung tank (13); c) from the Tank (13) direct the wine via (L14) to the serial centrifugation process (14), with at least two centrifugations of increasing rotations of at least 400 rpm to 5000 rpm where the supernatant of each centrifugation becomes the next centrifugation charge and precipitate are collected, obtaining separate and selected young yeast and fermentation products; d) directing via (L15) said young and high fermentative capacity yeasts from step c) to the treatment tank (10) for dilution with conventional water and acid treatment; e) returning via (L19) said diluted and treated yeasts from step d) to the fermentation tanks (Fr); (f) by distilling off the fermentation products into wine (15), industrial alcohol (16) and vinasse (17) with an organic material content lower than that of vinasse resulting from state-of-the-art industrial ethanol production processes; use a single spin; and g) further drying yeast in the tank (13) and wrapping the yeast surplus from the various centrifuges. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por na etapa c) as centrifugações ocorrerem entre 400 e 4000 rpm.Process according to Claim 1, characterized in that in step c) the centrifugations take place between 400 and 4000 rpm. 3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por na etapa c) a centrifugação ocorrer a 1000 rpm.Process according to Claim 2, characterized in that in step c) centrifugation takes place at 1000 rpm. 4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a concentração celular de leveduras ser mantida pela adição de leveduras provindas de várias centrifugações, sob a condição de a dita adição ser efetuada com leveduras obtidas a partir da centrifugação de maior velocidade para a de menor velocidade.Process according to Claim 1, characterized in that the cellular concentration of yeast is maintained by the addition of yeasts from various centrifugations, provided that said addition is made with yeasts obtained from the higher speed centrifugation to that of. slower speed. 5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por separar células floculantes de células não floculantes.Process according to Claim 1, characterized in that it separates flocculant cells from non-flocculant cells. 6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por reduzir a proporção de células floculantes indesejáveis em relação a processos análogos do estado da técnica utilizando uma única centrifugação.Process according to Claim 1, characterized in that it reduces the proportion of undesirable flocculant cells relative to prior art analogous processes using a single centrifugation. 7. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o excedente de leveduras aproveitáveis geradas no processo de fermentação ser superior ao de processos análogos do estado da técnica utilizando uma única centrifugação.Process according to Claim 1, characterized in that the excess of usable yeasts generated in the fermentation process is greater than that of prior art analogous processes using a single centrifugation.
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