BR102020011157A2

BR102020011157A2 - ALCOHOLIC AND ACETIC ACID FERMENTED MANUFACTURING TECHNOLOGY WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATION PROCESS

Info

Publication number: BR102020011157A2
Application number: BR102020011157-4A
Authority: BR
Inventors: Keiti Lopes Maestre; Mônica Lady Fiorese; Edson Antonio Da Silva; Fernanda Rengel Dos Passos; Juliana Cristina Chiamenti; Bianca Peron Schlosser
Original assignee: Universidade Estadual Do Oeste Do Paraná
Priority date: 2020-06-03
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2021-12-14

Abstract

tecnologia de fabricação de fermentado alcoólico e ácido acético com cultura mista em um único processo fermentativo. a presente patente de invenção refere-se a tecnologia de fabricação de fermentado alcoólico e ácido acético com cultura mista em um único processo fermentativo. o processo biotecnológico inovador consiste em unificar as etapas de fabricação de fermentado alcoólico e acético durante uma única fermentação, visando produção de etanol e ácido acético (fermentado acético ou produto acético), além do produto secundário biomassa com características simbiótica (prebiótica e probiótica). assim, durante o consumo do substrato e conforme o etanol vai sendo formado pela levedura fermentativa, simultaneamente o mesmo (etanol) é oxidado em ácido acético pela bactéria acética. esta invenção pertence ao campo da biotecnologia da área de processos químicos e bioquímicos, e tem como intuito, reduzir os custos e o tempo de processamento industrial, sendo facilmente implantado nas indústrias já existentes e em novas indústrias que possam surgir com esta aplicabilidade, visto que o etanol como combustível e o ácido acético nos segmentos industriais de alimentos, química, farmacêutica, sanitizante e de cosméticos. a biomassa microbiana (prebiótica e probiótica) pode ser comercializada na forma íntegra ativa ou inativa, lisada ou extrato, liofilizada ou encapsulada, tanto para alimentação humana quanto para alimentação animal, ou ainda, ser empregada como constituintes proteicos em formulações industriais diversas.technology for manufacturing fermented alcoholic and acetic acid with mixed culture in a single fermentation process. The present invention patent refers to the technology for manufacturing fermented alcoholic and acetic acid with mixed culture in a single fermentation process. The innovative biotechnological process consists of unifying the stages of manufacturing alcoholic and acetic fermented products during a single fermentation, aiming to produce ethanol and acetic acid (acetic fermented product or acetic product), in addition to the secondary product biomass with symbiotic characteristics (prebiotic and probiotic). Thus, during the consumption of the substrate and as ethanol is formed by the fermentative yeast, it (ethanol) is simultaneously oxidized into acetic acid by the acetic bacteria. This invention belongs to the field of biotechnology in the area of chemical and biochemical processes, and is intended to reduce costs and industrial processing time, being easily implemented in existing industries and in new industries that may arise with this applicability, since ethanol as fuel and acetic acid in the food, chemical, pharmaceutical, sanitizing and cosmetics industrial segments. microbial biomass (prebiotic and probiotic) can be sold in full active or inactive form, lysate or extract, freeze-dried or encapsulated, for both human and animal food, or even be used as protein constituents in various industrial formulations.

Description

ALCOHOLIC AND ACETIC ACID FERMENTED MANUFACTURING TECHNOLOGY WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATION PROCESS

FIELD OF THE INVENTION

[001] A presente solicitação de Patente de Invenção se refere a um método intitulado “TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO DE FERMENTADO ALCOÓLICO E ÁCIDO ACÉTICO COM CULTURA MISTA EM UM ÚNICO PROCESSO FERMENTATIVO” cujo campo de aplicação é a área de Processos Químicos e Bioquímicos, o qual consiste em unificar as etapas de fabricação de fermentado alcoólico e acético durante uma única fermentação, visando produção de etanol e ácido acético (vinagre ou produto acético ou fermentado acético), além do produto secundário biomassa com características simbiótica (prebiótica e probiótica).[001] This invention patent application refers to a method entitled "ALCOHOLIC AND ACETIC ACID FERMENTED MANUFACTURING TECHNOLOGY WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATIVE PROCESS" whose field of application is the area of Chemical and Biochemical Processes, which consists of unifying the manufacturing steps of alcoholic and acetic fermented during a single fermentation, aiming at the production of ethanol and acetic acid (vinegar or acetic product or acetic fermented product), in addition to the secondary product biomass with symbiotic characteristics (prebiotic and probiotic).

[002] Particularmente, se refere a um método “TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO DE FERMENTADO ALCOÓLICO E ÁCIDO ACÉTICO COM CULTURA MISTA EM UM ÚNICO PROCESSO FERMENTATIVO”, inovação esta que tem por intuito reduzir o tempo e os custos de processo, uma vez que pelo método tradicional para se obter o ácido acético são necessários duas etapas de fermentações (alcoólica e acética).[002] In particular, it refers to a method "MANUFACTURING TECHNOLOGY OF ALCOHOLIC FERMENTED AND ACETIC ACID WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATIVE PROCESS", an innovation that aims to reduce the time and costs of the process, since by the method In order to obtain acetic acid, two fermentation steps are required (alcoholic and acetic).

FUNDAMENTALS OF THE INVENTION AND STATE OF THE ART

[003] Processos fermentativos são técnicas antigas conhecidas pela humanidade a milhares de anos para a obtenção de diversos alimentos tradicionais, como pão, vinagre, vinho, cerveja entre outros (SHREVE,1997; BARUFFALDI & OLIVEIRA, 1998; LIMA et al., 2001; GAVA, 2002; AMORIM & LEÃO, 2005).[003] Fermentation processes are ancient techniques known to mankind for thousands of years to obtain different traditional foods, such as bread, vinegar, wine, beer, among others (SHREVE, 1997; BARUFFLALDI & OLIVEIRA, 1998; LIMA et al., 2001). ; GAVA, 2002; AMORIM & LEÃO, 2005).

[004] Nessa premissa, reações podem ser desenvolvidas com substratos oriundos de matérias-primas orgânicas complexas até compostos considerados mais simples, esta conversão é realizada pela ação de microrganismos, os quais podem ser leveduras, fungos ou bactérias, no recipiente denominado fermentador, em que o microrganismo é o agente promotor/responsável da fermentação, ou seja, a obtenção (produção) do produto de interesse (EVANGELISTA, 2000; BORZANI et al., 2001; SACHS, 2001; SPINOSA, 2002).[004] In this premise, reactions can be developed with substrates from complex organic raw materials to compounds considered simpler, this conversion is carried out by the action of microorganisms, which can be yeasts, fungi or bacteria, in the container called fermenter, in that the microorganism is the promoter/responsible agent of fermentation, that is, the obtaining (production) of the product of interest (EVANGELISTA, 2000; BORZANI et al., 2001; SACHS, 2001; SPINOSA, 2002).

[005] Para tanto, as reações devem ocorrer em condições processuais favoráveis como, pH, temperatura, agitação, aeração, concentração e tipo de substrato sendo esta fonte açucarada, seja ela advinda de frutas, cereais, vegetais, mel, mistura de vegetais, xaropes, molasses, vinhos, subprodutos ou coprodutos industriais, entre outras matérias-primas, buscando o menor número de interferentes ao processo, para que ocorra a multiplicação e crescimento celular, a fim de obter produtos desejáveis (HASHIZUME, 2001; GAVA, 2002; HADIYANTO et al., 2014).[005] To do so, the reactions must occur under favorable procedural conditions such as pH, temperature, agitation, aeration, concentration and type of substrate, this source being sugary, whether it comes from fruits, cereals, vegetables, honey, vegetable mixture, syrups, molasses, wines, industrial by-products or co-products, among other raw materials, seeking the lowest number of interferences to the process, so that cell multiplication and growth occurs, in order to obtain desirable products (HASHIZUME, 2001; GAVA, 2002; HADIYANTO et al., 2014).

[006] Por definição, para a produção de etanol e ácido acético pelos métodos tradicionais, são necessárias duas etapas fermentativas, a fermentação alcoólica seguida da acética.[006] By definition, for the production of ethanol and acetic acid by traditional methods, two fermentation steps are necessary, alcoholic followed by acetic fermentation.

[007] Assim, a fermentação alcoólica é a biotransformação que ocorre pela ação da conversão dos açúcares por meio de um processo anaeróbio para obtenção de energia, após os microrganismos metabolizarem os carboidratos, formando na via primária o etanol e dióxido de carbono (BORZANI et al., 2001).[007] Thus, alcoholic fermentation is the biotransformation that occurs by the action of converting sugars through an anaerobic process to obtain energy, after microorganisms metabolize carbohydrates, forming ethanol and carbon dioxide in the primary pathway (BORZANI et al. al., 2001).

[008] Os carboidratos que contenham açúcares são usados como fontes de energia (substrato fermentativo), sendo classificados como matérias-primas açucaradas e amiláceas (LIMA et al., 2001; GAVA, 2002; LIU, 2020). As matérias-primas açucaradas podem ser fermentescíveis (monossacarídeos) e não fermentescíveis (constituída por dissacarídeos) (LIMA et al., 2001; LIU, 2020).[008] Carbohydrates containing sugars are used as energy sources (fermentative substrate), being classified as sugary and starchy raw materials (LIMA et al., 2001; GAVA, 2002; LIU, 2020). Sugary raw materials can be fermentable (monosaccharides) and non-fermentable (consisting of disaccharides) (LIMA et al., 2001; LIU, 2020).

[009] Destaca-se que para a fermentação ocorrer são primordiais a ação dos microrganismos produtores de etanol. Para tanto, nota-se que para esta conversão as leveduras são os microrganismos mais empregados. Define-se leveduras como fungos unicelulares (GAVA, 2002), estes são considerados como agentes de fermentação.[009] It is noteworthy that for fermentation to occur, the action of ethanol-producing microorganisms is essential. Therefore, it is noted that for this conversion yeasts are the most used microorganisms. Yeasts are defined as unicellular fungi (GAVA, 2002), they are considered as fermentation agents.

[0010] Os agentes de fermentação são classificados de acordo com as possibilidades metabólicas na conversão dos açúcares e geração de energia, sendo conhecidas pelo efeito Crabtree. Este efeito refere-se à inibição do metabolismo respiratório pela ação de glicose. Dessa forma, leveduras denominadas por Crabtree positivas, fermentam em condições aeróbicas obtendo menor produção de biomassa celular e maior concentração do composto etanol, enquanto as Crabtree negativas, produzem mais biomassa a partir da glicose presente no meio de reacional (LIMA et al., 2001; SUZART & DIAS, 2007; DASHKO et al., 2014).[0010] Fermenting agents are classified according to the metabolic possibilities in the conversion of sugars and energy generation, being known for the Crabtree effect. This effect refers to the inhibition of respiratory metabolism by the action of glucose. Thus, positive Crabtree yeasts ferment under aerobic conditions, obtaining less cell biomass production and higher concentration of the ethanol compound, while negative Crabtree yeasts produce more biomass from the glucose present in the reaction medium (LIMA et al., 2001). ; SUZART & DIAS, 2007; DASHKO et al., 2014).

[0011] Para a fermentação alcoólica (formação de etanol) as leveduras do gênero Saccharomyces são as mais empregadas, destacando-se as subespécies Saccharomyces cerevisiae (LIMA et al., 2001; SUZART & DIAS, 2007; BACH et al., 2014; GABARDO et al., 2016).[0011] For alcoholic fermentation (ethanol formation) yeasts of the genus Saccharomyces are the most used, especially the subspecies Saccharomyces cerevisiae (LIMA et al., 2001; SUZART & DIAS, 2007; BACH et al., 2014; GABARDO et al., 2016).

[0012] As leveduras deste gênero são classificadas como Crabtree positivas, por desempenharam a respiração de modo aeróbico (DASHKO et al., 2014).[0012] Yeasts of this genus are classified as Crabtree positive, as they performed aerobic respiration (DASHKO et al., 2014).

[0013] A levedura Saccharomyces boulardii é classificada como não patogênica, por não apresentar riscos à saúde, tampouco, toxicidade, por isso é conhecida por ser uma levedura probiótica por proporcionar propriedades que favoreçam a atuação no trato gastrointestinal (McFARLAND & BERNASCONI, 1993; MARTINS et al., 2005; MULLER, 2006; MULLER et al., 2007). Desenvolve-se em pH ácido entre 4,5-6,5 e sua temperatura ótima é 37 ºC (CZERUCKA et al., 2010).[0013] The yeast Saccharomyces boulardii is classified as non-pathogenic, as it does not present health risks, nor toxicity, so it is known to be a probiotic yeast for providing properties that favor the performance in the gastrointestinal tract (McFARLAND & BERNASCONI, 1993; MARTINS et al., 2005; MULLER, 2006; MULLER et al., 2007). It develops in acidic pH between 4.5-6.5 and its optimal temperature is 37 ºC (CZERUCKA et al., 2010).

[0014] A levedura Kluyveromyces marxianus, é classificada como Crabtree negativa, capaz de realizar, concomitantemente, fermentação e respiração, dessa forma, altas concentrações de açúcares associado com elevadas taxas de crescimento em meio aeróbico (FONSECA et al., 2008; LANE & MORRISSEY, 2010).[0014] The yeast Kluyveromyces marxianus is classified as negative Crabtree, capable of concomitantly carrying out fermentation and respiration, thus, high concentrations of sugars associated with high growth rates in an aerobic medium (FONSECA et al., 2008; LANE & MORRISSEY, 2010).

[0015] Esta levedura K. marxianus desenvolve-se na faixa de temperatura de 30 a 52°C (ROSSI et al., 2009; LANE & MORRISSEY, 2010) e pH de 4,5 a 6,5 (FONSECA et al., 2008; YADAV et al., 2015; FASOLI et al., 2016). Ademais, tem sido aplicado na área da biotecnologia com expansão de aplicabilidade quando comparada com outras espécies, em decorrência devido a sua variabilidade metabólica, apresentar taxa mais acentuada de crescimento celular, amplo espectro de termotolerância e capacidade de metabolizar uma diversidade de açúcares (FONSECA et al., 2008; LANE & MORRISEY, 2010; LANE et al., 2011; FERREIRA et al., 2015; NACHAIWIENG et al., 2015; FASOLI et al., 2016). Apresenta capacidade natural de produzir enzimas com propriedades diversificadas como no processo de downstream em fermentações, ou seja, enzimas com capacidade de realizar etapas de separação, purificação de produtos e subprodutos fermentativos (HENSING et al., 1995).[0015] This K. marxianus yeast develops in the temperature range of 30 to 52°C (ROSSI et al., 2009; LANE & MORRISSEY, 2010) and pH of 4.5 to 6.5 (FONSECA et al. , 2008; YADAV et al., 2015; FASOLI et al., 2016). Furthermore, it has been applied in the area of biotechnology with expansion of applicability when compared to other species, due to its metabolic variability, presenting a higher rate of cell growth, broad spectrum of thermotolerance and ability to metabolize a variety of sugars (FONSECA et al. al., 2008; LANE & MORRISEY, 2010; LANE et al., 2011; FERREIRA et al., 2015; NACHAIWIENG et al., 2015; FASOLI et al., 2016). It has a natural ability to produce enzymes with diversified properties, such as in the downstream process in fermentations, that is, enzymes capable of carrying out steps of separation, purification of fermentation products and by-products (HENSING et al., 1995).

[0016] Além disso, tratam-se de leveduras não patogênicas (Saccharomyces boulardii Kluyveromyces marxianus), ou seja, seguras para uso em alimentos. Segundo LANE & MORRISSEY (2010) apresentam espectro de restrições pouco significativo, sendo reconhecidas como GRAS (Generally Regarded As Safe) e QPS (Qualified Presumption of Safety) nos Estados Unidos e Europa. Na atualidade tem potencial de aplicações nos segmentos industriais farmacêutico, cosméticos e de alimentos.[0016] In addition, they are non-pathogenic yeasts (Saccharomyces boulardii Kluyveromyces marxianus), that is, safe for use in food. According to LANE & MORRISSEY (2010) they present a negligible spectrum of restrictions, being recognized as GRAS (Generally Regarded As Safe) and QPS (Qualified Presumption of Safety) in the United States and Europe. Currently, it has potential applications in the pharmaceutical, cosmetics and food industries.

[0017] A via preferencial da reação de fermentação visa a formação do composto etanol. Contudo, outro produto também obtido por meio do processo fermentativo e conhecido desde a antiguidade é o vinagre, ou seja, produto conhecido por fermentado acético ou produto acético ou ácido acético. O fermentado acético antigamente era denominado apenas de fermentado, sabe-se que dependendo do teor de ácido acético este produto é conhecido por vinagre (THACKER, 1995; SACHS, 2001; COSTA et al., 2006; MAESTRE, 2017).[0017] The preferential pathway of the fermentation reaction aims at the formation of the ethanol compound. However, another product also obtained through the fermentation process and known since antiquity is vinegar, that is, a product known as acetic fermented product or acetic product or acetic acid. The acetic fermented product was formerly just called fermented, it is known that depending on the acetic acid content this product is known as vinegar (THACKER, 1995; SACHS, 2001; COSTA et al., 2006; MAESTRE, 2017).

[0018] Os primeiros relatos deste produto são reportados como oxidação natural gerando o avinagramento de vinhos. Sua principal aplicação desde os tempos primórdios foi como condimento alimentar, entretanto, atualmente também é utilizado em cosméticos, medicamentos, bebidas, conservação de alimentos, sanitizantes entre outras aplicações em decorrência as propriedades nutritivas, antioxidantes e adstringentes (THACKER, 1995; SACHS, 2001; COSTA et al., 2006).[0018] The first reports of this product are reported as natural oxidation generating wine vinegar. Its main application since ancient times was as a food condiment, however, it is currently also used in cosmetics, medicines, beverages, food preservation, sanitizers, among other applications due to its nutritional, antioxidant and astringent properties (THACKER, 1995; SACHS, 2001). ; COSTA et al., 2006).

[0019] Nas fabricações tradicionais de fermentado acético, as matérias-primas comumente utilizadas são frutas, cereais, vegetais, mel, mistura de vegetais (BRASIL, 1977; BRASIL, 1999; BRASIL, 2012; GUIDICI et al., 2015; MAESTRE, 2017).[0019] In the traditional manufacture of acetic fermented, the raw materials commonly used are fruits, cereals, vegetables, honey, vegetable mixture (BRASIL, 1977; BRASIL, 1999; BRASIL, 2012; GUIDICI et al., 2015; MAESTRE, 2015; MAESTRE, 2019; 2017).

[0020] Vinagre é definido pela Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura (FAO), como produto produzido a partir de duas fermentações consecutivas. A primeira fermentação é a alcoólica originada pela ação de leveduras, seguida da segunda fermentação, a acética, processo de fermentação com oxidação do etanol e consumo de oxigênio, com liberação de energia (MORETTO et al., 1988; EVANGELISTA, 2000; SACHS, 2001; SPINOSA, 2002; KRUSONG et al., 2014; KRUSONG & TANTRATIAN, 2014; GUIDICI et al., 2015; KRUSONG et al., 2015; MOUNIR et al., 2015; SAMUEL et al., 2016), emprega como microrganismo as bactérias acéticas, sejam elas de cepas puras ou selvagens, do gênero Acetobacter.[0020] Vinegar is defined by the Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) as a product produced from two consecutive fermentations. The first fermentation is the alcoholic one originated by the action of yeasts, followed by the second fermentation, the acetic one, fermentation process with ethanol oxidation and oxygen consumption, with energy release (MORETTO et al., 1988; EVANGELISTA, 2000; SACHS, 2001; SPINOSA, 2002; KRUSONG et al., 2014; KRUSONG & TANTRATIAN, 2014; GUIDICI et al., 2015; KRUSONG et al., 2015; MOUNIR et al., 2015; SAMUEL et al., 2016), uses as microorganism the acetic bacteria, whether pure or wild strains, of the genus Acetobacter.

[0021] Destaca-se neste gênero a bactéria gram negativa a Acetobacter aceti (GAVA, 2002; RIZZON, 2006; SAMUEL et al., 2016). São bactérias tolerantes às condições ácidas, e a maioria das linhagens dessa espécie é capaz de crescer em pH menor que 5,0 (BARUFFALDI & OLIVEIRA, 1998; GAVA, 2002; RIZZON, 2006; SAMUEL et al., 2016).[0021] The gram-negative bacterium Acetobacter aceti stands out in this genus (GAVA, 2002; RIZZON, 2006; SAMUEL et al., 2016). They are bacteria tolerant to acidic conditions, and most strains of this species are able to grow at a pH lower than 5.0 (BARUFFALDI & OLIVEIRA, 1998; GAVA, 2002; RIZZON, 2006; SAMUEL et al., 2016).

[0022] Em vista disso, durante o processo fermentativo há a produção da biomassa com características simbiótica (prebiótica e probiótica), sendo está uma proteína unicelular alimentar obtida por fontes de proteína não-convencionais, podendo ser utilizada para a finalidade de alimento humano ou animal.[0022] In view of this, during the fermentation process there is the production of biomass with symbiotic characteristics (prebiotic and probiotic), being a unicellular food protein obtained by non-conventional protein sources, and can be used for the purpose of human food or animal.

[0023] A biomassa celular microbiana proteica formada a partir de fermentações com a levedura K. marxianus pode proporcionar ações prebióticas ao produto (SMITH et al., 2016). Além disso, também tem sido classificada como levedura probiótica (SMITH et al., 2016; PENDÓN et al., 2020), dessa forma, podendo então ser definida como biomassa proteica prebiótica e probiótica, ou seja, características simbióticas. Enquanto que a biomassa oriunda da levedura S. boulardii é considerada como biomassa proteica probiótica.[0023] The protein microbial cell biomass formed from fermentations with the yeast K. marxianus can provide prebiotic actions to the product (SMITH et al., 2016). In addition, it has also been classified as probiotic yeast (SMITH et al., 2016; PENDÓN et al., 2020), thus, it can be defined as prebiotic and probiotic protein biomass, that is, symbiotic characteristics. While the biomass from the yeast S. boulardii is considered as probiotic protein biomass.

[0024] Nessa vertente, os prebióticos são responsáveis por estimular o crescimento de bactérias bífidas no organismo, de modo que, está bioconversão diminui o pH intestinal e consequente ação bactericida, reduzindo os microrganismos patógenos e demandando função anticarcinogênicas (SCHOLZ-AHRENS et al., 2001; RODRIGUES et al., 2012). Em vista disso, provocam melhorias no sistema imunológico por cooperar com a renovação das células epiteliais intestinais, facilitando o processo de absorção de macro e micronutrientes, como os minerais, cálcio (Ca), magnésio (Mg), zinco (Zn) e ferro (Fe) (SCHOLZ-AHRENS et al., 2001; RODRIGUES et al., 2012).[0024] In this aspect, prebiotics are responsible for stimulating the growth of bifid bacteria in the body, so that this bioconversion decreases intestinal pH and consequent bactericidal action, reducing pathogenic microorganisms and demanding anticarcinogenic function (SCHOLZ-AHRENS et al. , 2001; RODRIGUES et al., 2012). In view of this, they cause improvements in the immune system by cooperating with the renewal of intestinal epithelial cells, facilitating the process of absorption of macro and micronutrients, such as minerals, calcium (Ca), magnesium (Mg), zinc (Zn) and iron ( Fe) (SCHOLZ-AHRENS et al., 2001; RODRIGUES et al., 2012).

[0025] Enquanto os probióticos, referem-se aos microrganismos vivos que ao serem administrados em concentrações corretas, proporcionam benefícios à saúde do hospedeiro (MARTINS et al., 2005; HUGO et al., 2016). Pois, são microrganismos que após passarem pelo sistema digestivo até o intestino grosso, são capazes de continuar ativos, por resistem às enzimas que atuam no trato gastro intestinal (NAGPAL et al., 2012).[0025] While probiotics refer to live microorganisms that, when administered in correct concentrations, provide benefits to the health of the host (MARTINS et al., 2005; HUGO et al., 2016). They are microorganisms that, after passing through the digestive system to the large intestine, are able to remain active, as they resist the enzymes that act in the gastro-intestinal tract (NAGPAL et al., 2012).

[0026] Salienta-se que a produção de biomassa microbiana, biomassa celular e/ou proteína de biomassa microbiana, auxiliam as questões sociais que envolvem problema relacionadas à escassez mundial de proteínas (ASHY et al.,1982) e nutricional, em detrimento a composição (UGALDE & CASTRILLO, 2002).[0026] It should be noted that the production of microbial biomass, cellular biomass and/or protein from microbial biomass, help social issues that involve problems related to the world shortage of proteins (ASHY et al., 1982) and nutritional, to the detriment of composition (UGALDE & CASTRILLO, 2002).

[0027] Na busca de anterioridade verificou-se que existem patentes que envolvem processos de fermentação alcoólica ou acética tradicionais, contudo nada consta para os processos empregando os microrganismos citados acima com a mesma aplicação, ou seja, unificação das etapas de fabricação de fermentado alcoólico e acético durante uma única fermentação, visando produção de etanol e ácido acético, além do produto secundário biomassa com características simbiótica (prebiótica e probiótica). Assim citam-se as patentes.[0027] In the search for prior art, it was found that there are patents that involve traditional alcoholic or acetic fermentation processes, however, there is nothing for the processes using the microorganisms mentioned above with the same application, that is, unification of the steps of manufacturing alcoholic fermented and acetic acid during a single fermentation, aiming at the production of ethanol and acetic acid, in addition to the secondary product biomass with symbiotic characteristics (prebiotic and probiotic). That's how patents are cited.

[0028] A patente US 3 888 737 intitulada por “Process of producing L-LYSINE using mixed microorganisms”, datada de 10/06/1975 (inclusive é considerada como expirada, pois já se passaram 20 anos), a qual tinha como intuito obter L-lisina com cultivo aeróbico e cultura mista de bactérias que assimilam carbonos a partir de uma mistura de hidrocarbonetos. Já a patente nomeada de “Mixed cultures for improved fermentation and aerobic stability of silage”, US 6 403 084 B1 de 11/06/2002, objetivou empregar cultura mista (hetero fermentação de bactérias produtoras de ácido láctico) em composições para o tratamento de alimentos para animais ou silagem. E, a patente intitulada por “Metodologia para uso de uma cultura iniciadora mista de leveduras nãoSaccharomyces e Saccharomyces cerevisiae na fermentação do caldo de cana-deaçúcar.” BR 102013026750-3 A2, de 17/10/2013 que consistiu em empregar a cultura mista para produção de aguardente e cachaça.[0028] US patent 3 888 737 entitled "Process of producing L-LYSINE using mixed microorganisms", dated 06/10/1975 (it is even considered expired, as 20 years have passed), which was intended to obtain L-lysine with aerobic culture and mixed culture of bacteria that assimilate carbons from a mixture of hydrocarbons. The patent named “Mixed cultures for improved fermentation and aerobic stability of silage”, US 6 403 084 B1 of 06/11/2002, aimed to use mixed culture (hetero fermentation of lactic acid-producing bacteria) in compositions for the treatment of animal feed or silage. And, the patent entitled “Methodology for the use of a mixed starter culture of non-Saccharomyces and Saccharomyces cerevisiae yeasts in the fermentation of sugarcane juice.” BR 102013026750-3 A2, of 10/17/2013, which consisted of using mixed culture for the production of brandy and cachaça.

[0029] O artigo intitulado“Acetic acid production from whey lactose by the co-culture of Streptococcus lactis and CIostridium formicoaceticum”, escrito por TANG. I-C. YANG, S-T. OKOS, M. R., publicado em Applied Microbiology and Biotechnology, v. 28, p. 138-143, 1988. Analisaram a produção de ácido acético a partir do substrato lactose do soro de leite por Streptococcus lactis e CIostridium formicoaceticum, em associação e/ou co-cultivo. Os autores observaram que a lactose do soro pode ser convertida em ácido acético, obtendo em 20 h de fermentação 20 g L -1 de ácido acético (35°C e pH 7,6).[0029] The article entitled “Acetic acid production from whey lactose by the co-culture of Streptococcus lactis and CIostridium formicoaceticum”, written by TANG. I-C YANG, S-T. OKOS, M.R., published in Applied Microbiology and Biotechnology, v. 28, p. 138-143, 1988. They analyzed the production of acetic acid from the lactose substrate of whey by Streptococcus lactis and CIostridium formicoaceticum, in association and/or co-culture. The authors observed that the lactose from the whey can be converted into acetic acid, obtaining 20 g L -1 of acetic acid in 20 h of fermentation (35°C and pH 7.6).

[0030] No artigo nomeado por “Efficient Production of Acetic Acid from Glucose in a Mixed Culture of Zymomonas mobilis and Acetobacter sp.” com autoria KONDO, T.; KONDO, M., publicado no Journal of Fermentation na Bioenoineering, v. 81, n. 1, p. 42-46, 1996. Em que averiguaram a produção de ácido acético em cultura mista de Zymomonas mobilis e Acetobacter sp. a partir da glicose. Os cultivos foram elaborados com baixa aeração e 250 rpm de agitação, de modo a obter-se em 18 h 45,3 g L-1 de etanol. Ao detectar produção de ácido acético, a aeração e agitação passaram a ser 1vvm e 800 rpm, respectivamente, produzindo em 60 h, 62, 3 g L-1 de ácido acético na melhor condição processual. Os autores relataram que o controle adequado das condições aeróbicas durante a fase inicial é importante para a produção eficiente de ácido acético por cultura mista.[0030] In the article named by “Efficient Production of Acetic Acid from Glucose in a Mixed Culture of Zymomonas mobilis and Acetobacter sp.” authored KONDO, T.; KONDO, M., published in the Journal of Fermentation in Bioenoineering, v. 81, no. 1, p. 42-46, 1996. In which they investigated the production of acetic acid in a mixed culture of Zymomonas mobilis and Acetobacter sp. from glucose. The cultures were prepared with low aeration and 250 rpm of agitation, in order to obtain 45.3 g L-1 of ethanol in 18 h. Upon detecting acetic acid production, aeration and agitation became 1vvm and 800 rpm, respectively, producing in 60 h, 62.3 g L-1 of acetic acid in the best process condition. The authors reported that adequate control of aerobic conditions during the initial phase is important for efficient production of acetic acid by mixed culture.

[0031] Já o artigo intitulado “Anaerobic thermophilic fermentation for acetic acid production from milk permeate” cuja autoria é TALABARDON, M.; SCHWITZGUÉBEL, J-P.; PÉRINGER, P., publicado na revista Journal of Biotechnology, v. 76, p.83–92, 2000. Avaliaram o uso da uma cultura mista de bactérias Moorella thermoautotrophica e Moorella thermoacetica no efeito da fermentação termofílica anaeróbia visando a produção de ácido acético a partir do permeado de soro de leite hidrolisado. Os autores, destacaram que inicialmente há a conversão da lactose do permeado em (M. thermoautotrophica), simultaneamente, o processo é continuado pela conversão do ácido lático em ácido acético (M. thermoacetica). Em 100 h, a 58°C, pH 7,68 e 100 rpm, produziram 2,5 mols de ácido acético por mol de galactose consumida apresentando rendimento de 0,93 g g-1.[0031] The article entitled “Anaerobic thermophilic fermentation for acetic acid production from milk permeate” authored by TALABARDON, M.; SCHWITZGUÉBEL, J-P.; PERINGER, P., published in the Journal of Biotechnology, v. 76, p.83–92, 2000. Evaluated the use of a mixed culture of Moorella thermoautotrophica and Moorella thermoacetica bacteria in the effect of anaerobic thermophilic fermentation targeting the production of acetic acid from hydrolyzed whey permeate. The authors highlighted that initially there is the conversion of lactose from the permeate into (M. thermoautotrophica), simultaneously, the process is continued by the conversion of lactic acid into acetic acid (M. thermoacetica). In 100 h, at 58°C, pH 7.68 and 100 rpm, they produced 2.5 mol of acetic acid per mol of galactose consumed, showing a yield of 0.93 g g-1.

[0032] E, o artigo intitulado por “Mixed culture of Saccharomyces cerevisiae and Acetobacter pasteurianus for acetic acid production.” de WANG, Z.; YAN, M.; CHEN, X.; LI, D.; QIN, L.; LI, Z.; YAO, J.; LIANG, X., publicado na revista internacional Biochemical Engineering Journal, v.79, p. 41– 45, 2013. Empregaram cultura mista de Saccharomyces cerevisiae e Acetobacter pasteurianus em meio sintético, a glicose. O processo foi iniciado com 4% de etanol, glicose a 90 g L-1 , 32°C, aeração de 0,2 vvm, inóculo de A. pasteurianus (16%) e S. cerevisiae (0,06%), e batelada alimentada em 20 h e 40 h com glicose a 120 g L-1. O rendimento médio obtido para o ácido acético foi de 66,0 g L-1.[0032] And, the article entitled “Mixed culture of Saccharomyces cerevisiae and Acetobacter pasteurianus for acetic acid production.” de WANG, Z.; YAN, M.; CHEN, X.; LI, D.; QIN, L.; LI, Z.; YAO, J.; LIANG, X., published in the international journal Biochemical Engineering Journal, v.79, p. 41– 45, 2013. They used mixed culture of Saccharomyces cerevisiae and Acetobacter pasteurianus in synthetic glucose medium. The process was started with 4% ethanol, glucose at 90 g L-1 , 32°C, aeration of 0.2 vvm, inoculum of A. pasteurianus (16%) and S. cerevisiae (0.06%), and batch fed for 20 h and 40 h with glucose at 120 g L-1. The average yield obtained for acetic acid was 66.0 g L-1.

[0033] Enquanto, o artigo “Mixed culture of Kluyveromyces marxianus and Candida krusei for single-cell protein production and organic load removal from whey.”, YADAV, J. S. S. BEZAWADA, J. AJULA, C. M. YAN, D. TYAGI, R.D. SURAMPALLI, R.Y., publicado em Bioresource Technology, v. 164, p. 119–127, 2014. Os autores, avaliaram os cultivos mistos pelas leveduras K. marxianus e Candida krusei em soro de leite, com o intuito de identificar o potencial de formação de proteína microbiana e remoção de carga orgânica após os cultivos. Identificaram em 6 h uma remoção de demanda química do oxigênio de 34% e em 24 h, uma produtividade máxima de proteína microbiana de 0,38 g L-1 h-1 , em temperaturas maiores que 40°C e pH menor que 3,5.[0033] While, the article “Mixed culture of Kluyveromyces marxianus and Candida krusei for single-cell protein production and organic load removal from whey.”, YADAV, JSS BEZAWADA, J. AJULA, CM YAN, D. TYAGI, RD SURAMPALLI, RY, published in Bioresource Technology, v. 164, p. 119–127, 2014. The authors evaluated mixed cultures by the yeasts K. marxianus and Candida krusei in whey, in order to identify the potential for microbial protein formation and removal of organic load after the cultures. They identified in 6 h a chemical oxygen demand removal of 34% and in 24 h, a maximum productivity of microbial protein of 0.38 g L-1 h-1 , at temperatures higher than 40°C and pH lower than 3, 5.

[0034] E, diante do explanado, nota-se que as duas etapas reacionais distintas (fermentação alcóolica e acética) desenvolvidas em uma única etapa, além do produto secundário a biomassa com características simbiótica (prebiótica e próbiótica) produzidas em um único meio reacional (fermentação em um único fermentador), de acordo com a busca de anterioridade não é relatado na literatura e não é patenteado por nenhum pesquisador a inovação aqui apresentada. Dessa forma, a presente inovação traz como benefícios a redução de custos e tempo operacionais, além de minimizar as perdas processuais e aumentar a produção de ácido acético.[0034] And, in view of the above, it is noted that the two distinct reaction steps (alcoholic and acetic fermentation) developed in a single step, in addition to the secondary product the biomass with symbiotic characteristics (prebiotic and probiotic) produced in a single reaction medium (fermentation in a single fermenter), according to the prior art search, the innovation presented here is not reported in the literature and the innovation presented here is not patented by any researcher. In this way, the present innovation brings the benefits of reducing operating costs and time, in addition to minimizing process losses and increasing the production of acetic acid.

DESCRIPTION OF APPROACHING THE TECHNICAL PROBLEM AND INNOVATIVE DIFFERENTIAL

[0035] Dessa forma, a fim de solucionar os problemas abordados acima, por meio da “Tecnologia de fabricação de fermentado alcoólico e ácido acético com cultura mista em um único processo fermentativo”, o diferencial da invenção consiste na produção de etanol e ácido acético ou fermentado acético ou produto acético, obtendo como produto secundário do processo fermentativo a biomassa com características simbiótica (prebiótica e próbiótica), em uma única etapa, minimizando os interferentes do processo de produção, bem como custos e tempo operacionais.[0035] Thus, in order to solve the problems discussed above, through the "Technology of manufacturing alcoholic and acetic acid fermented with mixed culture in a single fermentation process", the differential of the invention consists in the production of ethanol and acetic acid or acetic fermented or acetic product, obtaining as a secondary product of the fermentation process the biomass with symbiotic characteristics (prebiotic and probiotic), in a single step, minimizing the interference of the production process, as well as operational costs and time.

[0036] Destaca-se que os processos existentes para a fabricação de ácido acético ou fermentado acético ou produto acético, nos quais, são necessárias duas fermentações individuais, sendo estas a alcoólica e a acética. Nessa premissa, o método inovador aqui apresentado pelo novo meio reacional proposto almeja desenvolver a fermentação de uma única vez. Ou seja, ao invés de realizar uma fermentação para a etapa alcoólica e outra para a fermentação acética, realiza-se em um único processo a produção de todos os produtos de interesse (etanol e ácido acético ou fermentado acético ou produto acético). O processo inicia-se com a produção de etanol e após certa quantidade produzida o microrganismo conversor de etanol em acido acético é adicionado ao meio e dá-se início ao processo de produção de ácido acético.[0036] It is noteworthy that the existing processes for the manufacture of acetic acid or acetic fermented or acetic product, in which two individual fermentations are necessary, these being the alcoholic and the acetic. On this premise, the innovative method presented here by the proposed new reaction medium aims to develop the fermentation in one go. That is, instead of carrying out a fermentation for the alcoholic stage and another for the acetic fermentation, all the products of interest (ethanol and acetic acid or acetic fermented or acetic product) are produced in a single process. The process begins with the production of ethanol and after a certain amount is produced, the microorganism converting ethanol into acetic acid is added to the medium and the process of producing acetic acid begins.

[0037] Em comparação aos inventos já disponíveis, pretende-se implantar o referido sistema de produção de ácido acético inovador, o qual tem como diferencial dos sistemas convencionais, a redução dos custos processuais, bem como o tempo de processo, assim sendo, destaca-se que não existe documento público que permita inferir esta solução, assim como a produção de etanol e ácido acético (fermentado acético ou produto acético), obtendo como produto secundário ou subproduto do processo fermentativo a biomassa com características simbiótica (prebiótica e probiótica).[0037] Compared to the inventions already available, it is intended to implement the aforementioned innovative acetic acid production system, which has, as a differential from conventional systems, the reduction of procedural costs, as well as the process time, therefore, highlights It should be noted that there is no public document that allows inferring this solution, as well as the production of ethanol and acetic acid (fermented acetic or acetic product), obtaining as a secondary product or by-product of the fermentation process the biomass with symbiotic characteristics (prebiotic and probiotic).

[0038] Do ponto de vista econômico, favorecem a economia, pois com a redução de custos, diminuição dos “tempos” mortos na produção (carga e descarga dos reatores, lavagem e secagem dos equipamentos ocorridos entre as trocas de fermentação), minimização dos interferentes processuais advindos de 2 processos sequenciais e melhoria no tempo de processamento, provocará aumento dos lucros visto que, os produtos de interesse citados, já apresentam aplicabilidade consolidada no mercado mundial.[0038] From the economic point of view, they favor the economy, because with the reduction of costs, reduction of the "time" dead in the production (loading and unloading of the reactors, washing and drying of the equipments that occur between the fermentation changes), minimization of the procedural interferences arising from 2 sequential processes and improvement in processing time, will increase profits since the products of interest mentioned already have consolidated applicability in the world market.

[0039] Do ponto de vista ambiental, devido a eliminação de uma etapa fermentativa, a produção de resíduos sólidos, líquidos e gasosos serão reduzidos, de modo, a minimizar os impactos ambientais causados pelos resíduos, assim como, os custos de tratamentos destes. Promovendo qualidade de vida, garantindo os recursos naturais para as próximas gerações, sem comprometer a natureza buscando alternativas viáveis e seguras para produções sustentáveis e conscientes.[0039] From an environmental point of view, due to the elimination of a fermentation stage, the production of solid, liquid and gaseous waste will be reduced, in order to minimize the environmental impacts caused by the waste, as well as the costs of their treatment. Promoting quality of life, guaranteeing natural resources for the next generations, without compromising nature, seeking viable and safe alternatives for sustainable and conscious productions.

[0040] A presente invenção consiste em um processo concomitante de produção de etanol e ácido acético ou fermentado acético ou produto acético, obtendo como produto secundário do processo a biomassa com características simbiótica (prebiótica e probiótica). Destacando o papel da produção de etanol de segunda geração a ser empregado como biocombustível frente a demanda, identificada pela política energética em todo o mundo, por considerar a produção de bioetanol como processo energeticamente eficiente e sem agredir o meio ambiente. Seguidamente do produto acético, o qual dispõe de aplicações desde o surgimento da humanidade como condimento alimentar, tendo notória aplicação em processos que almejam propriedades adstringentes, antioxidantes e nutritivas, além de aplicabilidade como sanitizante e/ou desinfetantes. E ainda, ao final do processo tem-se a biomassa microbiana com características simbiótica (prebiótica e probiótica), tanto de origem de leveduras como de bactérias o que pode ser utilizado para alimentação humana e/ou animal, como fonte proteica. Por isso, o presente documento objetiva a proteção da inovação.[0040] The present invention consists of a concomitant process of production of ethanol and acetic acid or fermented acetic or acetic product, obtaining as a secondary product of the process the biomass with symbiotic characteristics (prebiotic and probiotic). Emphasizing the role of second-generation ethanol production to be used as a biofuel in the face of demand, identified by energy policy around the world, for considering the production of bioethanol as an energy efficient process and without harming the environment. Then the acetic product, which has applications since the emergence of humanity as a food condiment, with notorious application in processes that aim for astringent, antioxidant and nutritional properties, in addition to applicability as a sanitizer and/or disinfectants. And yet, at the end of the process, there is microbial biomass with symbiotic characteristics (prebiotic and probiotic), both from yeast and bacteria origin, which can be used for human and/or animal food, as a protein source. Therefore, this document aims to protect innovation.

DESCRIPTION OF DRAWINGS

[0041] A invenção será, a seguir, descrita em uma forma de realização, sendo que, para melhor entendimento, referências serão feitas ao desenho anexo, no qual está representada:
FIGURA 1: Vista geral do método segundo a invenção “Tecnologia de fabricação de fermentado alcoólico e ácido acético com cultura mista em um único processo fermentativo”.[0041] The invention will be described below in an embodiment, and, for better understanding, references will be made to the attached drawing, in which it is represented:
FIGURE 1: Overview of the method according to the invention “Technology for manufacturing alcoholic and acetic acid fermented with mixed culture in a single fermentation process”.

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0042] O processo de produção pela “Tecnologia de fabricação de fermentado alcoólico e ácido acético com cultura mista em um único processo fermentativo” conforme descrito na Figura 1, etapa (1) - Seleção da matéria - prima a ser empregada como fonte de carbono e nutrientes para o meio de cultivo. (2) - Recebimento e armazenamento da matéria-prima de forma adequada, se for líquida manter em refrigeração em torno de (4 a 7°C), caso seja sólida, armazenar em ambiente limpo, a temperatura ambiente, com ausência de umidade e luz excessiva, estes processos são realizados com o intuito de evitar a proliferação de contaminantes biológicos, assim como a degradação dos componentes nutritivos. (3) - Preparo da matéria - prima realização da caracterização da matéria-prima a ser empregada, com técnicas analíticas, espectrométricas e/ou cromatográficas conforme a natureza da amostra, para conhecer a composição nutricional e identificação da necessidade ou não da realização do processo hidrolítico. (4) - Hidrólise enzimática (se necessário) a hidrólise da matéria-prima consiste na liberação das moléculas de açúcares monossacarídeos contidas na fonte de carbono, assim como a liberação de peptídeos, vitaminas e aminoácidos, empregando enzimas adequadas de acordo com o tipo de matéria-prima, conduzindo a reação hidrolítica com temperatura, pH, agitação e tempo variável, de acordo com a especificação da ficha técnica da enzima, ao final do processo pode ou não haver o processo de interrupção da reação de hidrólise, ou seja, a enzima é desativada por aquecimento da solução (100ºC por 5 min). (5) - Suplementação nutricional do meio fermentativo (inóculo etanólico e/ou acético, processo fermentativo e meio de cultivo etanólico e/ou acético), se necessário realizar a suplementação do meio de cultivo com constituintes do tipo micro ou macro elementos promotores de crescimento, advindos de fontes como, extrato de levedura, extrato de levedo de cana inativada, extrato de levedura de cervejaria, peptona de carne, triptona de soja, sulfato de magnésio, sulfato de amônio, fosfato monobásico de potássio, fosfato dibásico de potássio, ureia, aminoácidos, vitaminas entre outros compostos, não restringindo-se apenas a estes. (6) - Ativação celular (6-a) da levedura, deve ser realizada baseado nas necessidades nutricionais pela levedura escolhida pra a aplicação, se forem obtidas de bancos de cepas nacionais ou internacionais, realizar o processo de ativação celular conforme ficha técnica do microrganismo, ativação celular (6-b) da bactéria, ao ativá-las respeitar as condições nutricionais, se for oriundas de bancos de cepas nacionais ou internacionais, ativar conforme ficha técnica do microrganismo, caso seja utilizado cepas selvagens, avaliar as condições nutricionais necessárias para sua ativação, o processo de ativação dos microrganismos devem ocorrer em agitação superior a 5 rpm até o necessário para promover homogeneização do meio reacional ou isenta de agitação (conforme a necessidade do microrganismo empregado), o pH, a temperatura e o tempo, devem ser de acordo com o microrganismos até haver crescimento celular. (7) - Inóculo/fermentação alcoólica da levedura (7-a) e da bactéria (7-b) (cada uma no seu meio específico e adequado), o inóculo ou pré-cuba tem como finalidade a eliminação do período de adaptação dos microrganismos ao meio de cultivo, dessa forma, deve ser composto pelo substrato escolhido a ser utilizado, com ou sem suplementação, desenvolver a etapa em condições processuais semelhantes ou idênticas às empregadas na fermentação mista ou processo por co- cultura, o meio do deve estar estéril a 121ºC/15 minutos, ou dependendo do substrato empregado passar por atenuação de contaminantes microbiológicos (processo não deve ser inferior a uma pasteurização), sendo que, a pasteurização pode ser feita por processo rápido (temperatura na faixa de 71 a 75ºC, durante 15 segundos e resfriado com água gelada a uma temperatura de 2 - 3ºC) ou processo lento (com agitação constante, a 65ºC por 30 minutos), a levedura ativada na etapa (6-a) é adicionada ao inóculo (7-a), o tempo de inóculo varia de acordo com a levedura empregada, o mesmo é feito para a bactéria ativada na etapa (6-b) é adicionada ao inóculo (7-b) de acordo com o tempo adequado para passar a bactéria, destaca-se que para conhecer o tempo adequado de transferência da levedura e da bactéria, faz- se necessário o acompanhamento celular da curva de crescimento, de modo a identificar o tempo que que antecede o final da fase exponencial de crescimento, a fim de evitar a transferência de células mortas ou danificadas, em relação a fonte de carbono empregar concentração variável a partir de 10 g L -1 até concentrações não inibitórias, armazenada de forma adequada com a etapa (2), preparada conforme descrito na etapa (3), com ou sem reação de hidrólise etapa (4), na presença ou ausência de suplementação como descrito na etapa (5) com concentrações variáveis e dependentes do tipo de matéria-prima processual aplicada, o meio de cultivo deve passar por processo de redução de contaminantes microbiológicos conforme decrito na etapa (7). As condições processuais aplicadas nos inóculos (7a-7b) com temperatura variável de 5 a 50ºC, agitação alterável a partir de 1 rpm até o necessário para haver homogeneização do meio reacional, com ou sem adição de oxigênio dissolvido estéril a partir de 1vvm até concentrações não inibitórias, pH variável compreendendo a faixa de 1 a 10, podendo este ser com ou sem tamponamento, e com tempo variável, devendo ser monitorado até que o mesmo atinja o máximo crescimento celular nos inóculos (7a-7b). (8) - Sistema reacional associado ou fermentação alcoólica mista ou fermentação associada ou fermentação por co - cultura (reator e/ou fermentador) corresponde à etapa de fermentação mista com adição nos tempos adequados do inóculos (7a) e (7b), conduzidos com agitação variável de no mínimo 5 rpm até o necessário para haver homogeneização do meio reacional, com ou sem adição de oxigênio dissolvido de 1vvm até concentrações não inibitórias, controle de pH manual ou automático, com faixa de pH variável de 1 a 10, ou tamponado, com controle de temperatura automático na faixa de 10 a 50ºC, com tempo variável de no mínimo 5 h, até obter concentrações desejadas para o etanol, ácido acético ou produto acético ou fermentado acético e biomassa microbiana (prebiótica e probiótica). E, concentração de substrato variável de no mínimo 5 g L - 1 até concentrações não inibitórias. Com ou sem adição de nutrientes, sendo estes, micro ou macro nutrientes agentes de crescimento, tais como minerais, vitaminas e aminoácidos, presença ou ausência de fonte de nitrogênio orgânica ou inorgânica, com composição definida ou não. Caso haja entrada de oxigênio ou ar comprimido, este deve ser feito de forma estéril e com controle de vazão, além de sistema estéril para exaustão de gases como o dióxido de carbono (CO2), e/ou liberação da pressão interna sistema (8), sistema reacional deve passar por processo de higienização, estar pasteurizado conforme etapa (7) e/ou estéril. Este processo associação/oxidativo pode ocorrer por Método Agitado ou por Métodos estáticos (Lento ou Francês), e suas variações. O processo fermentativo deve-se ser monitorado a fim de controlar e identificar concentração dos produtos de interesse e possíveis casos de contaminação. (9) - Produtos formados durante a fermentação/sistema reacional associado ou fermentação alcoólica mista ou fermentação associada ou fermentação por co-cultura, são formados etanol, ácido acético ou fermentado acético ou produto acético e biomassa microbiana (prebiótica e probiótica) e ainda, pode haver nutrientes residuais não metabolizados ao final do processo. (10) - Recuperação e purificação dos produtos formados, o meio cultivo/sistema reacional associado ou fermentação alcoólica mista ou fermentação associada ou fermentação por co-cultura depois de realizadas as etapas (1) a (9) passa pelos processos de filtração simples ou por membranas, clarificação e destilação para obtenção dos produtos, realizando a separação dos compostos que almejam serem comercializados, sendo o etanol como combustível e o ácido acético ou fermentado acético ou produto acético nos segmentos industriais de alimentos, química, farmacêutica, sanitizante e de cosméticos. A biomassa microbiana (prebiótica e probiótica) pode ser comercializada na forma íntegra ativa ou inativa, lisada ou extrato, liofilizada ou encapsulada, tanto para alimentação humana quanto para a alimentação animal, ou ainda, ser empregada como constituintes proteicos em formulações industriais diversas.[0042] The production process by “Technology for manufacturing alcoholic and acetic acid fermented with mixed culture in a single fermentation process” as described in Figure 1, step (1) - Selection of raw material to be used as a carbon source and nutrients to the culture medium. (2) - Receiving and storing the raw material properly, if it is liquid, keep it refrigerated at around (4 to 7°C), if it is solid, store it in a clean environment, at room temperature, with the absence of humidity and excessive light, these processes are carried out in order to avoid the proliferation of biological contaminants, as well as the degradation of nutritional components. (3) - Preparation of raw material - characterization of the raw material to be used, with analytical, spectrometric and/or chromatographic techniques according to the nature of the sample, to know the nutritional composition and identification of the need or not to carry out the process hydrolytic. (4) - Enzymatic hydrolysis (if necessary) the hydrolysis of the raw material consists of the release of monosaccharide sugar molecules contained in the carbon source, as well as the release of peptides, vitamins and amino acids, using appropriate enzymes according to the type of raw material, conducting the hydrolytic reaction with temperature, pH, agitation and variable time, according to the specification of the enzyme's technical sheet, at the end of the process there may or may not be the process of interruption of the hydrolysis reaction, that is, the enzyme is deactivated by heating the solution (100°C for 5 min). (5) - Nutritional supplementation of the fermentation medium (ethanolic and/or acetic inoculum, fermentation process and ethanolic and/or acetic culture medium), if necessary, supplement the culture medium with micro or macro constituents that promote growth , from sources such as yeast extract, inactivated cane yeast extract, brewery yeast extract, beef peptone, soy tryptone, magnesium sulfate, ammonium sulfate, monobasic potassium phosphate, dibasic potassium phosphate, urea , amino acids, vitamins and other compounds, not just restricted to these. (6) - Cell activation (6-a) of the yeast, must be performed based on the nutritional needs of the yeast chosen for the application, if obtained from national or international strain banks, carry out the cell activation process according to the microorganism's technical sheet , cell activation (6-b) of the bacteria, when activating them respecting the nutritional conditions, if they come from national or international strain banks, activate according to the microorganism's technical file, if wild strains are used, evaluate the nutritional conditions necessary for its activation, the microorganism activation process must occur in agitation greater than 5 rpm until necessary to promote homogenization of the reaction medium or without agitation (according to the need of the microorganism used), pH, temperature and time must be according to the microorganisms until there is cell growth. (7) - Inoculum/alcoholic fermentation of yeast (7-a) and bacteria (7-b) (each in its specific and suitable medium), the inoculum or pre-vat has the purpose of eliminating the adaptation period of the microorganisms to the culture medium, thus, it must be composed of the chosen substrate to be used, with or without supplementation, develop the step in similar or identical process conditions to those used in the mixed fermentation or co-culture process, the medium must be sterile at 121ºC/15 minutes, or depending on the substrate used, undergo attenuation of microbiological contaminants (the process must not be less than pasteurization), and pasteurization can be done by a fast process (temperature in the range of 71 to 75ºC, during 15 seconds and cooled with ice water at a temperature of 2 - 3ºC) or slow process (with constant stirring, at 65ºC for 30 minutes), the yeast activated in step (6-a) is added to the inoculum (7-a), inoculum time varies from according to the yeast used, the same is done for the bacteria activated in step (6-b) it is added to the inoculum (7-b) according to the appropriate time for the bacteria to pass, it is noteworthy that to know the appropriate time transference of yeast and bacteria, it is necessary to monitor the cell growth curve, in order to identify the time that precedes the end of the exponential growth phase, in order to avoid the transfer of dead or damaged cells, in In relation to carbon source, use a variable concentration from 10 g L -1 to non-inhibitory concentrations, stored properly with step (2), prepared as described in step (3), with or without hydrolysis reaction step (4 ), in the presence or absence of supplementation as described in step (5) with varying concentrations and depending on the type of process raw material applied, the culture medium must undergo a process to reduce microbiological contaminants as described in step (7). The procedural conditions applied to the inoculums (7a-7b) with a variable temperature from 5 to 50ºC, agitation changeable from 1 rpm until the necessary for homogenization of the reaction medium, with or without addition of sterile dissolved oxygen from 1vvm to concentrations non-inhibitory, variable pH ranging from 1 to 10, which can be with or without buffering, and with variable time, and must be monitored until it reaches maximum cell growth in the inoculum (7a-7b). (8) - Associated reaction system or mixed alcoholic fermentation or associated fermentation or fermentation by co-culture (reactor and/or fermenter) corresponds to the mixed fermentation stage with the addition of inoculum (7a) and (7b) at the appropriate times, conducted with variable agitation of at least 5 rpm until necessary for homogenization of the reaction medium, with or without addition of dissolved oxygen from 1vvm to non-inhibitory concentrations, manual or automatic pH control, with a variable pH range from 1 to 10, or buffered , with automatic temperature control in the range of 10 to 50ºC, with a variable time of at least 5 h, until obtaining desired concentrations for ethanol, acetic acid or acetic or acetic fermented product and microbial biomass (prebiotic and probiotic). E, variable substrate concentration from at least 5 g L - 1 to non-inhibitory concentrations. With or without addition of nutrients, these being micro or macro nutrients growth agents, such as minerals, vitamins and amino acids, presence or absence of organic or inorganic nitrogen source, with defined composition or not. If oxygen or compressed air enters, it must be done in a sterile way and with flow control, in addition to a sterile system for exhausting gases such as carbon dioxide (CO2), and/or releasing the internal pressure system (8) , reaction system must undergo a hygienization process, be pasteurized according to step (7) and/or sterile. This association/oxidative process can occur by Agitated Method or by Static Methods (Slow or French), and their variations. The fermentation process must be monitored in order to control and identify the concentration of the products of interest and possible cases of contamination. (9) - Products formed during the fermentation/associated reaction system or mixed alcoholic fermentation or associated fermentation or fermentation by co-culture, are formed ethanol, acetic acid or acetic fermented or acetic product and microbial biomass (prebiotic and probiotic) and also, there may be residual nutrients not metabolized at the end of the process. (10) - Recovery and purification of the products formed, the culture medium/associated reaction system or mixed alcoholic fermentation or associated fermentation or fermentation by co-culture after performing steps (1) to (9) passes through the processes of simple filtration or by membranes, clarification and distillation to obtain the products, performing the separation of the compounds that aim to be commercialized, with ethanol as fuel and acetic acid or acetic fermented or acetic product in the industrial segments of food, chemical, pharmaceutical, sanitizer and cosmetics . Microbial biomass (prebiotic and probiotic) can be commercialized in active or inactive form, lysed or extract, lyophilized or encapsulated, both for human and animal feed, or even be used as protein constituents in various industrial formulations.

[0043] Sistema reacional associado ou fermentação alcoólica mista ou fermentação associada ou fermentação por co - cultura (reator e/ou fermentador), pode ocorrer por Método Agitado ou por Métodos estáticos (Lento ou Francês), e suas variações.[0043] Associated reaction system or mixed alcoholic fermentation or associated fermentation or fermentation by co-culture (reactor and/or fermenter), can occur by Agitated Method or by Static Methods (Slow or French), and their variations.

[0044] Todas as etapas citadas podem ser realizadas em sua totalidade conforme descritas, entretanto, não se restringindo a apenas ao citado, qualquer alteração inclusão, ou aperfeiçoamento, faz parte do escopo do estado da técnica.[0044] All the aforementioned steps can be performed in their entirety as described, however, not being restricted to just the aforementioned, any change, inclusion, or improvement, is part of the scope of the state of the art.

[0045] Nessa perspectiva, a produção dos produtos por meio do novo processo, objetiva reduzir os custos operacionais e/ou processuais para indústria, minimizar o tempo gasto para os processos tradicionais, possibilitando aumento de produção em detrimento a este tempo e propor melhorias nas etapas de produção, atuando diretamente no desenvolvimento econômico, bem como indústrias ambientalmente adequadas.[0045] From this perspective, the production of products through the new process, aims to reduce operational and / or procedural costs for the industry, minimize the time spent for traditional processes, allowing an increase in production to the detriment of this time and propose improvements in the production stages, acting directly on economic development, as well as environmentally appropriate industries.

DEMONSTRATIVE EXAMPLE

[0046] A fim de exemplificar a forma de utilização da invenção, são demonstrados dois exemplos.[0046] In order to exemplify how to use the invention, two examples are demonstrated.

[0047] Primeiro exemplo na condição processual. Empregou-se levedura produtora de etanol Kluyveromyces marxianus e a bactéria acética Acetobacter aceti (produtora de ácido acético), a 37°C, pH 4,5, em 88 g L-1 de lactose oriunda de permeado de soro de queijo desproteinizado, com adição 1vvm de oxigênio dissolvido e 110 rpm. Em 40 horas de reação mista por associação destes microrganismos, detectou-se formação de 7,01 g L- 1 do produto etanol e 4,20% de ácido acético.[0047] First example in the procedural condition. Ethanol-producing yeast Kluyveromyces marxianus and the acetic bacterium Acetobacter aceti (acetic acid-producing) were used at 37°C, pH 4.5, in 88 g L-1 of lactose from deproteinized whey permeate, with addition 1vvm of dissolved oxygen and 110 rpm. In 40 hours of mixed reaction by association of these microorganisms, the formation of 7.01 g L-1 of the ethanol product and 4.20% of acetic acid was detected.

[0048] Segundo exemplo utilizando a associação da levedura K. marxianus e bactéria A. aceti, em meio reacional agitado a 100rpm, adição de 1,5vvm de oxigênio dissolvido, a 35°C, pH 4,5 e permeado de soro a 89 g L-1 de lactose. Quantificou- se a concentração de 5,86 g L-1 e 3,8% de etanol e ácido acético, respectivamente em 45 horas de fermentação em co-cultura[0048] Second example using the association of the yeast K. marxianus and the bacterium A. aceti, in a reaction medium stirred at 100rpm, addition of 1.5vvm of dissolved oxygen, at 35°C, pH 4.5 and permeate of serum at 89 g L-1 of lactose. The concentration of 5.86 g L-1 and 3.8% of ethanol and acetic acid, respectively, in 45 hours of fermentation in co-culture was quantified.

[0049] Embora, mesmo que a invenção tenha sido descrita em detalhes e apresentado exemplos demostrativos do mesmo. Fica evidente que mudanças e adaptações do processo inventivo aqui descrito, podem ocorrer aos peritos na arte. Entretanto, fica expressamente entendido que tais modificações e adaptações estão dentro do espírito e do escopo da presente invenção.[0049] Although, even though the invention has been described in detail and shown examples demonstrating the same. It is evident that changes and adaptations of the inventive process described herein may occur to those skilled in the art. However, it is expressly understood that such modifications and adaptations are within the spirit and scope of the present invention.

Claims

MANUFACTURING TECHNOLOGY OF FERMENTED ALCOHOLIC AND ACETIC ACID WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATIVE PROCESS characterized by fermenting in a single step by association between yeast and bacteria, that is, mixed process or process by co-culture, in which oxidative fermentation can occur by Agitated Method or by Static Methods (Slow or French), and their variations;

MANUFACTURING TECHNOLOGY OF ALCOHOLIC FERMENTED AND ACETIC ACID WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATIVE PROCESS, according to claim 1, characterized by acquisition and/or storage of raw material to be used as a fermentation substrate in any amount and concentration;

MANUFACTURING TECHNOLOGY OF ALCOHOLIC FERMENTED AND ACETIC ACID WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATIVE PROCESS, according to claims 1 and 2, characterized in that it consists of raw materials from any source sugary, which can be of vegetable or animal origin, or even from waste sources, such as industrial by-products or co-products in any quantity and concentration;

MANUFACTURING TECHNOLOGY OF ALCOHOLIC FERMENTED AND ACETIC ACID WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATIVE PROCESS, according to claims 2 to 3, characterized in that the raw materials, depending on the nutritional composition, pass or not through a specific enzymatic hydrolysis process;

MANUFACTURING TECHNOLOGY OF FERMENTED ALCOHOLIC AND ACETIC ACID WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATIVE PROCESS, characterized by using ethanol-producing yeasts, especially those of the genus Saccharomyces and Kluyveromyces, among others;

MANUFACTURING TECHNOLOGY OF ALCOHOLIC FERMENTED AND ACETIC ACID WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATIVE PROCESS, characterized by carrying out the cellular activation step of the yeast, in specific synthetic media for each yeast, according to claim (5), with the possibility of varying the agitation of the medium from 1 to 150 rpm, variable pH range from 1 to 12, buffered or not, temperature range from 5 to 50ºC and variable time until maximum yeast cells are obtained, medium free from microbiological contaminants (process must not be less than one pasteurization);

MANUFACTURING TECHNOLOGY OF FERMENTED ALCOHOLIC AND ACETIC ACID WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATIVE PROCESS, characterized by employing pure or mixed Acetobacter genus as oxidative bacteria;

MANUFACTURING TECHNOLOGY OF ALCOHOLIC FERMENTED AND ACETIC ACID WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATIVE PROCESS, characterized by carrying out the cellular activation of the acetic bacteria, which must occur in specific synthetic media according to claim 7, the culture medium can vary the agitation of 1 to 150 rpm, with variable pH range from 1 to 12, or buffered, temperature in the range of 5 to 50°C, and variable time until maximum obtaining of acetic products;

MANUFACTURING TECHNOLOGY OF ALCOHOLIC FERMENTED AND ACETIC ACID WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATIVE PROCESS, according to claims 5 and 6, characterized by preparing the yeast inoculum consisting of raw material according to claims 2 and 3, with or without addition of supplementation, and in concentrations and conditions equal or similar to the fermentation reaction medium, with raw material concentration varying from 10 g L-1 to non-inhibitory concentrations, with temperature between 10 to 50°C, pH range from 1 to 10 , with or without buffering, and agitation from 1 rpm until necessary for homogenization of the medium, addition or not of dissolved oxygen from 1 vvm to non-inhibitory concentrations, the culture medium must be free of microbiological contaminants, which must not be inferior to a pasteurization, the yeast already activated claim 6 is added to the reaction medium of the inoculum;

MANUFACTURING TECHNOLOGY OF ALCOHOLIC FERMENTED AND ACETIC ACID WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATIVE PROCESS, according to claims 7 and 8, characterized by preparing the inoculum of the acetic bacterium consisting of raw material according to claims 2 and 3, with addition or not of supplementation, and in concentrations and conditions equal or similar to the fermentation reaction medium, with a concentration of raw material varying from 10 g L-1 to non-inhibitory concentrations, and variable process conditions being, temperature between 10 to 50°C, pH from 1 to 12, with or without buffering, agitation from 1 rpm until necessary for homogenization of the medium, insertion or not of dissolved oxygen from 1 vvm to non-inhibitory concentrations, the culture medium must be free from contaminants microbiologicals, according to claim 6;

MANUFACTURING TECHNOLOGY OF FERMENTED ALCOHOLIC AND ACETIC ACID WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATIVE PROCESS, according to claims 9 and 10, characterized by carrying out or not the addition of nutrients to the inoculum of yeasts and/or bacteria, such as macro, micro , trace elements and cofactors, or sources of nitrogen or oxygen of organic or inorganic origin, with defined composition or not;

MANUFACTURING TECHNOLOGY OF ALCOHOLIC FERMENTED AND ACETIC ACID WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATIVE PROCESS, according to claims 9 and 10, characterized by carrying out or not the insertion of dissolved oxygen by means of forced aeration to the yeast and/or bacteria inoculum , if it is necessary to carry out the addition, it must be carried out in a sterile manner;

MANUFACTURING TECHNOLOGY OF ALCOHOLIC FERMENTED AND ACETIC ACID WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATIVE PROCESS, according to claims 9 and 10, characterized by adding or not to the inoculum of yeasts and/or bacteria nutrients at the beginning and if necessary during the development of the oxidative fermentation (feeding);

MANUFACTURING TECHNOLOGY OF ALCOHOLIC FERMENTED AND ACETIC ACID WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATIVE PROCESS, according to claims 1 and 13, characterized by reaction medium or associated reaction system or mixed alcoholic fermentation or associated fermentation or fermentation by co-culture (reactor and/or fermenter) to obtain ethanol, acetic acid or acetic or acetic fermented product and microbial biomass (prebiotic and probiotic), with raw material (claims 2 and 3) in concentrations ranging from 5 g L-1 to non-inhibitory concentrations, with or without nutritional supplementation, the reaction medium must undergo a reduction of microbiological contaminants of at least one pasteurization (claim 7), the process conditions, variable pH in the range 1 to 12 (with or without buffering), the variable temperature from 10 to 50°C, stirring starts at 1 rpm until the necessary for homogenization of the medium, finally, the inonium is added to the reaction medium yeast cell according to claim (9) and acetic bacterium according to claim (10);

MANUFACTURING TECHNOLOGY OF ALCOHOLIC FERMENTED AND ACETIC ACID WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATIVE PROCESS, according to claim 14, characterized by being fundamental in the process of recovery of ethanol (application in biofuel) and acetic acid or acetic or acetic fermented product by simple filtration and/or separation by membrane systems, centrifugation, distillation, or pasteurization with cell precipitation and subsequent filtration, or any other method that promotes the separation of the volatile compounds formed;

MANUFACTURING TECHNOLOGY OF ALCOHOLIC FERMENTED AND ACETIC ACID WITH MIXED CULTURE IN A SINGLE FERMENTATIVE PROCESS, according to claim 15, characterized by separating the protein cell biomass to be applied in active or inactive, lysed or extract, lyophilized or encapsulated, integral form, both for human and animal feed, or even to be used as protein constituents in various industrial formulations, among other forms of presentation.