BR112013013552B1 - método para separação frontal de subproduto de óleo a partir de grãos usados em processo de produção de álcool - Google Patents

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Abstract

Método e Sistemas Contínuos Para Separar Subprodutos a Partir de Grãos Usados na Produção de Álcool. A presente invenção refere-se a sistemas e métodos para separar subprodutos, como óleo e/ou gérmens, de alta qualidade a partir de grãos usados na produção de álcool. Em uma concretização, um método para separar subprodutos a partir de grãos usados na produção de álcool inclui submeter grãos moídos a liquefação para obter uma solução de amido liquefeito que inclui fibras, proteínas e gérmens. Separam-se os gérmens da solução de amido liquefeito. Trituram-se os gérmens separados, por exemplo, a um tamanho de partícula inferior a 50 micra, para liberar, obtendo assim uma mistura gérmens/óleo. A seguir, antes da fermentação, separa-se o óleo da mistura gérmens/óleo para produzir um subproduto de óleo. É possível ajustar o pH da mistura gérmens/óleo em cerca de 8 a cerca de 10,5 e/ou adicionar enzimas ou produtos químicos que rompam a parede celular à mistura gérmens/óleo para ajudar na liberação de óleo dos gérmens. Em um exemplo, a produção de óleo ultrapassa 1,0 Ib/bu.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO Referência Remissiva a Pedidos Relacionados
[0001] O presente Pedido reivindica o benefício do pedido de patente provisório dos Estados Unidos na 61/419.426, depositado no dia 3 de dezembro de 2010, cuja revelação incorpora-se ao presente documento por referência na íntegra.
Campo Técnico
[0002] Em termos gerais, a presente invenção refere-se a um sistema e método para separar subprodutos a partir de grãos usados na produção de álcool.
Antecedentes
[0003] Um álcool de grande interesse hoje é o etanol, que pode ser produzido a partir de praticamente qualquer tipo de grão, mas que é mais frequentemente produzido a partir do milho. A maior parte do etanol combustível nos Estados Unidos é produzida por um processo de moagem úmida ou trituração a seco. Embora seja possível usar praticamente qualquer tipo e qualidade de grãos para produzir etanol, a matéria-prima desses processos costuma ser o milho conhecido como “milho dentado amarelo ne 2”. O “na 2” refere-se a uma qualidade de milho com determinadas características, conforme definidas pela Associação Nacional de Inspeção de Grãos dos Estados Unidos, como é de conhecimento na técnica. “Dentado amarelo” refere-se a um tipo específico de milho, como é de conhecimento na técnica.
[0004] Em termos gerais, os métodos convencionais para produzir vários tipos de álcool a partir de grãos seguem procedimentos semelhantes, dependendo de se o processo é realizado a seco ou umidamente. Usinas de processamento do milho por moagem úmida convertem os grãos de milho em vários coprodutos diferentes, como gérmens (para extração do óleo), ração de glúten (ração animal com alto teor de fibras), farinha de glúten (ração animal com alto teor de proteínas) e produtos à base de amido como etanol, xarope de milho com alto teor de frutose ou amido alimentar e industrial. As usinas de produção de etanol por trituração a seco convertem o milho em dois produtos, a saber, o etanol e grãos de destilaria com solúveis. Se vendidos como ração animal úmida, os grãos de destilaria úmidos com solúveis são chamados de DWGS. Se secados para a ração animal, são chamados de DDGS. No processo padrão de produção de etanol por trituração a seco, um alqueire de milho rende cerca de 8,2 kg de grãos de destilaria secos com solúveis, além de cerca de 10,5 litros de etanol. Esse coproduto proporciona um fluxo de receita secundária importante que contrabalança parte do custo total para a produção do etanol.
[0005] No que se refere ao processo de moagem úmida, a Figura 1 ilustra um fluxograma de um típico processo de produção de etanol por moagem úmida 10. O processo 10 começa com uma etapa de maceração 12, na qual deixa-se o milho de molho durante 24 a 48 horas em uma solução de água e dióxido de enxofre a fim de amolecer os grãos para trituração, lixiviar componentes solúveis na água de maceração e desatar a matriz de proteínas com o endoesperma. Os grãos de milho contêm amido, fibras, proteínas e óleo. Em seguida, alimenta-se a mistura de milho macerado com água a uma etapa de moagem para degerminação (primeira trituração) 14, quando se tritura o milho de modo a dilacerar os grãos e liberar os gérmens a fim de produzir uma pasta de massa específica pesada (de 8,5 a 9,5 Be) dos componentes triturados, essencialmente uma pasta de amido. Segue-se a etapa de separação dos gérmens 16, que ocorre por flotação e uso de hidrociclones para separar os gérmens do restante da pasta. O gérmen é a parte do grão que contém o óleo encontrado no milho. O fluxo de gérmens separados, que contém alguma parcela de amido, proteínas e fibras, passa à lavagem dos gérmens para remover o amido e as proteínas e, então, a uma secadora para produzir cerca de 2,7 a 3,2 libras (em base seca) de gérmens por alqueire de milho. Os gérmens secos contêm cerca de 50% de teor de óleo em base seca.
[0006] A seguir, a pasta remanescente, agora, isenta de gérmens, mas contendo fibras, glúten (isto é, proteína) e amido, é submetida a uma etapa de trituração fina (segunda trituração) 20, quando ocorre a ruptura total do endoesperma e a liberação dos componentes do endoesperma, a saber, glúten e amido, em relação às fibras. Segue-se uma etapa de separação das fibras 22, na qual passa-se a pasta por uma série de peneiradores a fim de separar as fibras do amido e do glúten e lavá-las do glúten e do amido. O estágio de separação das fibras 22 normalmente faz uso de peneiradores de pressão estática ou de espátulas giratórias instaladas em um peneirador cilíndrico (peneiradores com espátulas). Mesmo após lavar, as fibras advindas de um típico moinho de trituração úmida contêm de 15% a 20% de amido. Esse amido é vendido junto com as fibras como ração animal. A pasta remanescente, agora, isenta de fibras, é submetida a uma etapa de separação do glúten 24, na qual centrífugas ou hidrociclones separam o amido do glúten. O fluxo de glúten passa a um filtro a vácuo e uma secadora para produzir farinha de glúten (proteína).
[0007] Depois disso, o coproduto de amido purificado resultante é submetido a uma etapa de pré-tratamento contínuo 26 para iniciar o processo de conversão do amido em açúcar. Pré-tratamento contínuo refere-se a um processo de cozimento realizado a temperaturas e pressões elevadas, embora as temperaturas e pressões específicas variem amplamente. Com mais frequência, o pré-tratamento contínuo ocorre a uma temperatura de cerca de 120° a 150° Cea uma pressão de cerca de 8,4 a 10,5 kg/cm2, embora a temperatura possa ser tão baixa quanto de 104° a 107° C quando do uso de pressões de cerca de 8,4 kg/cm2. Seguem-se a liquefação 28, sacarificação 30, fermentação 32, reciclagem da levedura 34 e destilação/desidratação 36. A liquefação ocorre enquanto a mistura, ou “massa”, é mantida de 90° a 95° C a fim de que a alfa-amilase hidrólise o amido gelatinizado em maltodextrinas e os oligossacarídeos (cadeias de moléculas de açúcar da glicose) produzam uma massa ou pasta liquefeita. Na etapa de sacarificação 30, resfria-se a massa liquefeita a cerca de 50° C e acrescenta-se uma enzima comercial conhecida como glicoamilase. A glicoamilase hidrolisa as maltodextrinas e os oligossacarídeos de cadeia curta em moléculas simples de açúcar da glicose a fim de produzir uma massa liquefeita. Na etapa de fermentação 32, acrescenta-se uma linhagem comum de levedura (Saccharomyces cerevisiae) para metabolizar os açúcares da glicose em etanol e CO2.
[0008] Quando da conclusão, a massa fermentada (“cerveja”) contém cerca de 17% a 18% de etanol (volume/volume básico) mais sólidos solúveis e insolúveis de todos os componentes remanescentes dos grãos. Os sólidos e algum líquido remanescentes após a fermentação passam a um estágio de evaporação, no qual é possível recuperar a levedura como subproduto. Como opção, é possível reciclar a levedura em uma etapa de reciclagem da levedura 34. Em alguns casos, o CO2 é recuperado e vendido como produto primário. Após a etapa de fermentação 32, vem a etapa de destilação e desidratação 36, na qual bombeia-se a cerveja a colunas de destilação onde ela é fervida a fim de vaporizar o etanol. O vapor de etanol é condensado nas colunas de destilação, e o álcool líquido (neste caso, o etanol) deixa o topo das colunas de destilação com uma pureza de cerca de 95% (190 proofs). Em seguida, passa-se o etanol com 190 proofs por uma coluna de desidratação com peneira molecular, a qual remove a água residual remanescente do etanol para produzir um produto final que consiste essencialmente em 100% de etanol (199,5 proofs). Agora, esse etanol anídrico está pronto para uso como combustível motor.
[0009] Não é necessária uma etapa de centrifugação ao fim do processo de produção do etanol por moagem úmida 10 já que os gérmens, as fibras e o glúten já foram removidos nas etapas de separação 16, 22 e 24 anteriores. A “vinhaça” produzida após a destilação e desidratação 36 no processo de moagem úmida 10 é geralmente chamada de “vinhaça completa”, embora não seja tecnicamente o mesmo tipo de vinhaça completa produzida pelo processo por trituração a seco descrito na Figura 2 abaixo, visto que não há sólidos insolúveis presentes. Algumas produtoras de álcool por moagem úmida chamam esse tipo de vinhaça de vinhaça “diluída”.
[0010] O processo de moagem úmida 10 gera um produto de amido de alta qualidade para conversão em álcool, além de fluxos separados de gérmens, fibras e proteínas, que podem ser vendidos como subprodutos para gerar fluxos de receita adicionais. No entanto, a produção total dos vários subprodutos pode ser menor que o desejável; e o processo de moagem úmida é complicado e oneroso, exigindo alto investimento de capitais além de altos custos de energia para operação.
[0011] Por o custo capital dos moinhos de trituração úmida ser tão proibitivo, algumas usinas de álcool preferem usar o processo por trituração a seco, mais simples. A Figura 2 ilustra um fluxograma de um típico processo de produção de etanol por trituração a seco 100. O processo 100 começa com uma etapa de moagem 102, na qual grãos de milho secos e inteiros passam por moinhos de martelo a fim de triturá- los em farinha ou em pó fino. Mistura-se a farinha triturada com água, formando assim uma pasta, e acrescenta-se uma enzima comercial chamada de alfa-amilase (não-ilustrado). Em seguida, aquece-se essa pasta a cerca de 120° C durante cerca de 0,5 a 3 minutos em um processo de pré-tratamento contínuo pressurizado 104 a fim de gelatinizar (solubilizar) o amido na farinha triturada. Vale salientar que alguns processos excluem o pré-tratamento contínuo e, em seu lugar, fazem uso de um tempo de armazenamento mais longo da pasta em um tanque de pasta a uma temperatura de cerca de 50° C a 95° C.
[0012] Segue-se uma etapa de liquefação 106, quando é possível acrescentar mais alfa-amilase. O fluxo após essa etapa de liquefação contém um teor de cerca de 30% de sólidos secos (DS) com todos os componentes contidos nos grãos de milho, incluindo açúcares, proteínas, fibras, amido, gérmens, óleo e sais. Seguem-se etapas separadas de sacarificação 108 e fermentação 110, embora, na maioria dos processos comerciais de produção de etanol por trituração a seco, a sacarificação e a fermentação ocorram ao mesmo tempo. Essa etapa é chamada na indústria de “sacarificação e fermentação simultâneas” (SSF). Tanto a sacarificação quanto a SSF podem chegar a levar cerca de 50 a 60 horas. A fermentação converte o açúcar em álcool. Como opção, pode-se reciclar a levedura em uma etapa de reciclagem da levedura 112. Após a etapa de fermentação 110, vem uma etapa de destilação e desidratação 114, como no processo de moagem úmida, para recuperar o álcool.
[0013] Por fim, uma etapa de centrifugação 116 envolve centrifugar os resíduos produzidos na etapa de destilação e desidratação 114, isto é, a “vinhaça completa”, a fim de separar os sólidos insolúveis (“massa úmida”) do líquido (“vinhaça diluída”). O líquido que deixa a centrífuga contém cerca de 8% a 10% de sólidos secos. A vinhaça diluída entra em evaporadores em uma etapa de evaporação 118 a fim de remover a umidade por ebulição, obtendo assim um xarope espesso que contém os sólidos solúveis (dissolvidos) oriundos da fermentação (de 25% a 35% de sólidos secos). A pasta concentrada pode ser enviada a uma centrífuga para separar o óleo do xarope. O óleo pode ser vendido como um produto distinto de alta qualidade. A produção de óleo costuma ser de cerca de 6,427 g/L (0,5 lb/bu) de milho com alto teor de ácidos graxos livres. Os ácidos graxos livres sáo gerados quando o óleo é mantido no fermentador durante cerca de 50 horas. O teor de ácidos graxos livros diminui a qualidade do óleo. A centrífuga de remoção do óleo remove menos de 50% porque as proteínas e o óleo formam uma emulsão que não pode ser separada de maneira satisfatória.
[0014] O xarope, que possui mais de 10% de óleo, pode ser misturado à massa úmida centrifugada, e a mistura vendida para currais de bife e lacticínios na forma de grãos de destilaria úmidos com solúveis (DWGS). Como alternativa, a mistura da massa úmida com o xarope concentrado pode ser seca em uma etapa 120 e vendida na forma de grãos de destilaria secos com solúveis (DDGS) para currais de bife e lacticínios. Esses grãos de destilaria secos com solúveis contêm todas as proteínas e 75% do óleo no milho. Porém, a qualidade dos grãos de destilaria secos com solúveis é baixa em razão da alta porcentagem de fibras e, em alguns casos, o óleo é um obstáculo à digestão dos animais.
[0015] Como o processo por moagem a seco 100 só produz etanol e grãos de destilaria secos com solúveis de baixa qualidade, muitas empresas começaram a desenvolver um processo de fracionamento a seco. Nele, o milho passa por uma etapa de pré-tratamento, como tratamento por vapor, e, em seguida, utilizam-se vários tipos de equipamentos de separação mecânica para separar frações secas do milho, incluindo as fibras, o amido e uma fração óleo/gérmens. Embora esses processos de separação produzam certo nível de separação dos componentes, esta geralmente é incompleta. Por exemplo, a fração de fibras normalmente contém mais de 30% de amido em base seca, e os gérmens contêm mais de 25% de amido e 35% de óleo em base seca. Ademais, nesses processos, recuperam-se menos de 30% do total do óleo nos grãos de milho e as frações de gérmens e fibras devem passar por estágios de purificação antes de ser vendidas por um preço razoável.
[0016] Após o fracionamento a seco, o amido (com proteínas) passa por outra etapa de trituração, depois por liquefação, fermentação, destilação e evaporação, para produzir álcool e xarope, como no processo de trituração a seco 100. Porém a produção de álcool costuma ser de meros 0,2467 L/L (2,3 gal/bu) de milho em razão da perda de amido para as frações de gérmens e fibras. Além disso, as etapas de purificação supramencionadas dos gérmens e das fibras são complexas e onerosas. Como se pode perceber, o processo de fracionamento a seco não oferece uma boa separação e gera subprodutos de baixa pureza, o que complica as etapas de purificação a jusante. Em razão dos altos custos e das baixas produções, esses processos de fracionamento a seco acabaram por não ser largamente aceitos pela indústria.
[0017] Foram feitas outras tentativas na indústria da trituração a seco a fim de recuperar desejavelmente subprodutos, como o óleo, de alta qualidade. No entanto, as tentativas de separar o óleo da pasta “moída por martelo” falharam por causa da alta concentração de sólidos e porque o óleo não é liberado das partículas sólidas. Obteve-se algum êxito com processos que recuperam óleo nos estágios de evaporação do processo de moagem a seco. Todavia, a produção é relativamente baixa, e o óleo deve passar por todo o processo, inclusive fermentação, antes da evaporação. A presença do óleo nessas etapas do processo pode ser prejudicial à eficiência das demais partes do processo. Tentou-se recuperar o óleo diretamente após a fermentação. Entretanto, o processo de mistura e fermentação emulsifica o óleo, o que dificulta em demasia sua remoção. Foram feitas outras tentativas para recuperar óleo diretamente do milho por extração dos solventes, mas o custo, por exemplo, é alto demais para o uso comercial.
[0018] Seria, portanto, vantajoso desenvolver um sistema e método aprimorados para separar subprodutos a partir de grãos usados na produção de álcool que superassem as várias desvantagens supramencionadas a fim de gerar subprodutos de alta qualidade com rendimento desejável.
Sumário da Invenção
[0019] A presente invenção refere-se a um sistema e método para separar subprodutos a partir de grãos usados na produção de álcool. Os referidos sistema e método oferecem uma melhor separação entre óleo, proteínas, fibras e/ou amido e geram um subproduto mais puro graças a várias alterações ao longo da rota de produção do álcool.
[0020] Em uma concretização, um método para separar subprodutos a partir de grãos usados na produção de álcool inclui submeter grãos moídos usados na produção de álcool a liquefação a fim de obter uma solução de amido liquefeito que inclui fibras, proteínas e gérmens. Os gérmens são separados da solução de amido liquefeito e depois triturados, por exemplo, a um tamanho de partícula inferior a 150 micra (ou inferior a 50 micra) para liberar óleo a fim de obter uma mistura gérmens/óleo. Antes da fermentação, separa-se o óleo da mistura gérmens/óleo para produzir um subproduto de óleo. Ê possível ajustar o pH da mistura gérmens/óleo em cerca de 8 a cerca de 10,5 e/ou adicionar enzimas à mistura para ajudar na liberação do óleo. Também é possível submeter a mistura gérmens/óleo a uma temperatura de cerca de 180° F a cerca de 200° F. Em um exemplo, a produção de óleo ultrapassa 12,85 g/L (1.0 lb/bu).
[0021] Em outra concretização, um método para separar subprodutos a partir de grãos usados na produção de álcool inclui submeter grãos moídos usados na produção de álcool a liquefação para obter uma solução de amido liquefeito que inclui fibras, proteínas, gérmens e óleo. Os gérmens e o óleo são separados individualmente da solução de amido liquefeito para produzir um subproduto de óleo. Em seguida, trituram-se os gérmens separados para liberar óleo a fim de obter uma mistura gérmens/óleo. Antes da fermentação, separa-se o óleo da mistura gérmens/óleo para produzir um subproduto de óleo.
[0022] Em ainda outra concretização, um método para separar subprodutos a partir de grãos usados na produção de álcool inclui submeter grãos moídos usados na produção de álcool a liquefação para obter uma solução de amido liquefeito que inclui fibras, proteínas, gérmens e óleo. Os sólidos, que incluem fibras e gérmens, são separados da solução de amido liquefeito. Depois e antes da fermentação, separa-se o óleo da mistura gérmens/óleo para produzir um subproduto de óleo.
[0023] Em outra concretização, um sistema contínuo para separar subprodutos a partir de grãos usados na produção de álcool inclui um dispositivo de moagem, que mói os grãos usados na produção de álcool, e um aparelho de liquefação, que ajuda a converter o amido dos grãos moídos em açúcar para obter uma solução de amido liquefeito, a qual inclui fibras, proteínas e gérmens. O sistema inclui ainda um separador de gérmens, que separa os gérmens da solução de amido liquefeito, e um triturador de gérmens, que tritura os gérmens separados para liberar óleo a fim de obter uma mistura gérmens/óleo. Um separador gérmens/óleo separa o óleo da mistura gérmens/óleo para produzir um subproduto de óleo. Depois disso, um fermentador e um destilador fermentam e destilam, respectivamente, a solução de amido liquefeito para produzir álcool.
[0024] Ainda noutra concretização, um sistema contínuo para separar subprodutos a partir de grãos usados na produção de álcool inclui um dispositivo de moagem, que mói os grãos usados na produção de álcool, e um aparelho de liquefação, que ajuda a converter o amido dos grãos moídos em açúcar para obter uma solução de amido liquefeito, a qual inclui fibras, proteínas, gérmen e óleo. O sistema inclui ainda um separador, que separa individualmente os gérmens e o óleo da solução de amido liquefeito para produzir um subproduto do óleo, e um triturador de gérmens, que tritura os gérmens separados para liberar o óleo a fim de obter uma mistura gérmens/óleo. Um separador gérmens/óleo separa o óleo dos gérmens para produzir um subproduto de óleo. Depois disso, um fermentador e um destilador fermentam e destilam, respectivamente, uma mistura que inclui os gérmens separados e a solução de amido liquefeito para produzir álcool.
[0025] Ainda noutra concretização, um sistema contínuo para separar subprodutos a partir de grãos usados na produção de álcool inclui um dispositivo de moagem, que separa os grãos usados na produção de álcool, e um aparelho de liquefação, que ajuda a converter o amido dos grãos moídos em açúcar para obter uma solução de amido liquefeito, a qual inclui fibras, proteínas, gérmens e óleo. O sistema inclui ainda um separador de sólidos/líquidos, que separa sólidos, que incluem as fibras e os gérmens, da solução de amido liquefeito. Depois disso, um separador de óleo separa o óleo da solução de amido liquefeito para produzir um subproduto de óleo. E, em seguida, um fermentador e um destilador fermentam e destilam, respectivamente, uma mistura que inclui a solução de amido liquefeito, a qual inclui as proteínas e os sólidos, que incluem as fibras e os gérmens, para produzir álcool.
[0026] Neste contexto, proporcionam-se um sistema e método aprimorados para separar subprodutos a partir de grãos usados na produção de álcool; sistema e método esses que produzem subprodutos de alta qualidade com rendimento desejável.
Breve Descrição dos Desenhos
[0027] Os desenhos anexos, que se incorporam e constituem parte do presente Relatório Descritivo, ilustram concretizações da invenção e, junto com a descrição detalhada das concretizações apresentada abaixo, servem para explicar os princípios da invenção.
[0028] A Fig. 1 ilustra um fluxograma de um típico processo de produção de etanol por moagem úmida;
[0029] A Fig. 2 ilustra um fluxograma de um típico processo de produção de etanol por trituração a seco;
[0030] A Fig. 3 ilustra um fluxograma de um sistema e método para separar subprodutos de alta qualidade a partir de grãos usados na produção de álcool de acordo com uma concretização da invenção;
[0031] A Fig. 3A ilustra um fluxograma de uma variação do sistema e método da Figura 3;
[0032] A Fig. 4 ilustra um fluxograma de um sistema e método para separar subprodutos de alta qualidade a partir de grãos usados na produção de álcool de acordo com outra concretização da invenção;
[0033] A Fig. 4A ilustra um fluxograma de uma variação do sistema e método da Figura 4;
[0034] A Fig. 5 ilustra um fluxograma de um sistema e método para separar subprodutos de alta qualidade a partir de grãos usados na produção de álcool de acordo com outra concretização da invenção;
[0035] A Fig. 5A ilustra um fluxograma de uma variação do sistema e método da Figura 5; e
[0036] A Fig. 5B ilustra um fluxograma de outra variação do sistema e método da Figura 5.
Descrição Detalhada de Concretizações Específicas
[0037] As Figuras 1 e 2 foram discutidas acima e representam fluxogramas de típicos processos de produção de etanol por moagem úmida e trituração a seco, respectivamente.
[0038] As Figuras de 3 a 5B ilustram várias concretizações de um sistema e método para separar subprodutos, como óleo, fibras colágenas e farinha de proteína, de alta qualidade a partir de grãos usados na produção de álcool; sistema e método esses que constituem avanços em relação aos procedimentos típicos e outros. Doravante, discutir-se-ão esses sistemas e métodos em detalhes.
[0039] Como uma visão geral das concretizações ilustradas nas Figuras de 3 a 5B, cada sistema e processo inclui, após moer o milho e antes de fermentar, a separação dos gérmens de uma solução de amido liquefeito graças a diferenças de massa específica entre os diferentes componentes dessa solução. A solução de amido liquefeito contém, após a liquefação, óleo, gérmens, grânulos, proteínas e partículas de fibra com tamanhos de partícula que vão de menos de 50 micra a mais de 2 mm. A massa específica do óleo geralmente é de cerca de 0,9 g/cm3, de uma partícula de gérmen de cerca de 1 g/cm3 e dos grânulos, proteínas e fibras de cerca de 1,1 a 1,15 g/cm3. Durante a embebição/cozimento e a liquefação, a solução líquida tem uma massa específica de cerca de 10,5 a 1,12 g/cm3 (por exemplo, cerca de 15 a 28 Brix de solução de açúcar). Essa massa específica pesada da solução de amido liquefeito pode servir para separar os gérmens e o óleo dos grânulos, proteínas e fibras. Ademais, o pH da pasta quando da liquefação é de cerca de 5 a 6.
[0040] Há duas formas principais de preparar os gérmens antes de separá-los da solução de amido liquefeito. A primeira delas, conforme ilustram as Figuras 3 e 3A, envolve embeber e cozer o milho e, depois, dilacerar os grãos de milho usando um moinho de trituração ou moinho de rolos, ao que segue a liquefação. Como alternativa, conforme ilustram as Figuras de 4 a 5B, elimina-se a etapa de embebição e cozimento e, como no processo de trituração a seco existente hoje, submete-se o milho diretamente a um moinho de martelo, por exemplo, ao que segue a liquefação.
[0041] A etapa de trituração visa dilacerar os gérmens e grânulos e romper as ligações entre amido e proteínas sem cortar as fibras de modo que fiquem muito finas. Há três tipos de fibra: (1) o pericarpo, com tamanhos de partícula médios geralmente entre cerca de 1 mm e 5 mm; (2) a ponta, com tamanhos de partícula médios de cerca de 500 micra; (3) e a fibra fina, com tamanhos de partícula médios de cerca de 250 micra. Um dispositivo de filtragem, como uma centrífuga de fibras, pode ser usado para separar os diferentes tipos de fibra valendo de uma ou mais peneiras com aberturas de tamanhos diferentes. O pericarpo e a ponta são mantidos em tamanhos superior a 300 micra, ao passo que os gérmens e os grânulos são menores que isso. Além disso, as fibras finas podem trazer problemas à separação fibras/proteínas a jusante e podem produzir uma massa de fibras (grãos de destilaria secos) muito úmida, a qual é muito cara de secar. Como opção, também é possível adicionar enzimas, como uma enzima que degrade a parede celular, incluindo a amilase, a protease ou combinações dessas, durante a etapa de moagem por trituração/impacto, por exemplo, para ajudar a romper as ligações entre proteínas, amido e fibras. Durante ou depois da embebição/cozimento ou liquefação, a solução de amido liquefeito passa pelos mais diversos dispositivos de separação possíveis, como um ciclone ou decantador trifásico, para separar, por exemplo, os gérmens e o óleo dela, os quais podem ser adicionalmente processados conforme discutir-se-á em mais detalhes abaixo, tal como para produzir um subproduto de óleo e/ou de fibras desejável.
[0042] Com referência, agora, à Figura 3, ilustra-se um sistema e método 200, que correspondem substancialmente a um sistema e processo do tipo úmido, sistema e método esses que separam subprodutos, como gérmens e proteínas de alta qualidade, a partir de grãos usados na produção de álcool a fim de produzir, por exemplo, fibras colágenas desejáveis (por exemplo, pericarpos) para uso industrial e óleo de alta qualidade. Neste sistema e método 200 específicos, submete-se o milho a uma etapa de embebição/cozimento 202, na qual se embebe o milho durante 4 a 12 horas em tanques de embebição preenchidos com água com uma temperatura em torno de 55° a 95° C. Como opção, pode-se incluir uma enzima, tal como a alfa- emilase, nos tanques de embebição, bem como cerca de 50 a 100 ppm de sulfito de sódio, dióxido de enxofre ou seus semelhantes. Em seguida, submete-se o milho embebido a uma etapa de trituração 204 usando um ou mais moinhos de trituração e/ou moinhos de rolos para moer os grãos de milho e liberar os gérmens. Como opção, pode-se adicionar uma enzima, tal como a alfa-amilase, antes ou durante a etapa de trituração 204. Depois disso, submete-se a pasta, que inclui amido, a uma etapa de liquefação 206, a qual gera uma solução de amido liquefeito com massa específica de cerca de 1,05 g/cm3 a 1,15 g/cm3. Na etapa de liquefação 206, o amido começa a se converter em uma solução de amido liquefeito. Ê possível utilizar qualquer aparelho de liquefação adequado que seja familiar na técnica.
[0043] A seguir, em uma etapa de separação dos gérmens 208, separam-se os gérmens da solução de amido liquefeito, bem como das fibras, proteínas e grânulos, tirando proveito das diferenças de massa específica entre os diferentes componentes na solução de amido liquefeito usando, por exemplo, um ciclone de gérmens bifásico ou uma centrífuga em disco ou decantador projetado para tanto, em série. Mais especificamente, a solução de amido liquefeito é usada como meio líquido pesado para suspender os gérmens, que são, em seguida, separados dela. Depois disso, alimentam-se os gérmens a um dispositivo de trituração em uma etapa de trituração 209 para triturá- los a fino a um tamanho de partícula inferior a 150 micra (ou, em outro exemplo, inferior a 50 micra) sem criar fibras finas e para liberar o óleo dos gérmens, obtendo, assim, uma mistura óleo/gérmens.
[0044] Transportam-se os gérmens triturados (ou mistura óleo/gérmens) a um tanque de armazenamento de gérmens 210, onde o pH dos gérmens é ajustado em cerca de 8 a cerca de 10,5 (ou em cerca de 8 a cerca de 9,5), tal como adicionando-se produtos químicos, por exemplo, hidróxido de sódio, óxido de cálcio, carbonato de sódio, fosfato trissódico ou algo do gênero, para ajudar na liberação de óleo dos gérmens. Além disso, enzimas que rompam a parede celular, por exemplo, a protease ou seus semelhantes, e/ou produtos químicos que igualmente rompam a parede celular, por exemplo, sulfito de sódio ou seus semelhantes, podem ser adicionados aqui para ajudar a liberar óleo dos gérmens. Em um exemplo, os gérmens são mantidos no tanque durante cerca de 1 hora a uma temperatura de cerca de 140° F a cerca de 200° F (ou de cerca de 180° F a cerca de 200° F).
[0045] A seguir, submete-se a mistura óleo/gérmens finos a uma etapa de separação óleo/gérmens 211, na qual se separa o óleo dos gérmens finos tirando-se proveito das diferenças de massa específica entre os diferentes componentes na solução de amido liquefeito residual usando, por exemplo, um decantador trifásico ou uma centrífuga em disco trifásica. O óleo recuperado nesse estágio do processo possui uma qualidade muito mais desejável em termos de cor e teor de ácidos graxos livres (de cerca de 2% a cerca de 5%) em comparação ao óleo recuperado a jusante, mais especificamente ao óleo recuperado após a fermentação. Mais especificamente, o óleo recuperado antes da fermentação é mais claro e apresenta menor teor de ácidos graxos. A produção de óleo pode incluir 12,85 g/L (1.0 lb/bu) ou mais. Em um exemplo, a produção de óleo é de cerca de 12,85 a cerca de 15,42 g/L (1,0 a cerca de 1,2 lb/bu). Em aditamento, ou como alternativa, às operações de recuperação de óleo antes da fermentação, é possível realizar métodos semelhantes de recuperação de óleo após a fermentação.
[0046] A solução de amido liquefeito remanescente advinda da etapa de separação dos gérmens 208, a qual inclui fibras, proteínas e grânulos, é submetida a uma etapa de redução do tamanho 212 usando um moinho de trituração, moinho de pinos ou fogareiro de alta pressão, por exemplo, para adicionalmente romper a ligação entre fibras, amido e proteínas. Embora não ilustrado especificamente, como opção, várias enzimas (e tipos de enzimas), como glicoamilase, fungai, celulose, celobiose, protease e seus semelhantes, podem ser adicionadas durante a etapa de redução do tamanho 212 e depois dela, inclusive durante a fermentação, para intensificar a separação dos componentes.
[0047] Na etapa de fermentação 213, os sólidos, que incluem os gérmens finos separados (dos quais foi removido óleo), e a solução de amido liquefeito residual advindos da etapa de separação óleo/gérmens 211 reúnem-se à solução de amido liquefeito advinda da etapa de redução do tamanho 212. Os gérmens finos podem ser separados dos componentes de fibras e proteínas a jusante na forma de gérmens finos de alta qualidade. Em um exemplo alternativo, os gérmens separados enviados à etapa de trituração 209 podem ser triturados a um tamanho de partícula inferior a 500 micra, mas não tão pequeno que libere óleo deles e sem produzir fibras finas. Em um exemplo, o tamanho de partícula dos gérmens é de 50 a 500 micra, com um tamanho médio de 250 micra. Depois disso, os gérmens finos voltariam à solução de amido liquefeito após a etapa de redução do tamanho 212 e antes da etapa de fermentação 213 para a separação a jusante na forma de gérmens finos de alta qualidade. Nesse exemplo alternativo, o tanque de armazenamento de gérmens 210 e/ou a etapa de separação óleo/gérmens 211 seriam removidos do método.
[0048] Como alternativa, é possível substituir a etapa de separação óleo/gérmens 211 por uma etapa de extração de solvente 214, etapa de separação álcool/gérmens 215 e etapa de evaporação do álcool 216 para recuperar óleo da mistura óleo/gérmens finos no tanque de armazenamento 210. Mais especificamente, a mistura óleo/gérmens finos pode passar do tanque de armazenamento 210 à etapa de extração de solvente 214, na qual acrescenta-se o álcool recuperado na etapa de destilação 217 à mistura óleo/gérmens finos para extrair óleo desta. A seguir, envia-se a mistura álcool/óleo/gérmens à etapa de separação álcool/gérmens 215 para separar o álcool, que inclui o óleo extraído, dos gérmens finos usando-se, por exemplo, um decantador ou centrífuga em disco. Na etapa de fermentação 213, os sólidos (ou fase pesada), que incluem os gérmens finos separados (dos quais foi removido óleo), e a solução de amido liquefeito residual advindos da etapa de separação álcool/gérmens 214 reúnem-se à solução de amido liquefeito advinda da etapa de redução do tamanho 212. Além disso, a solução álcool/óleo separada (ou fase leve) é enviada à etapa de evaporação do álcool 214, na qual um evaporador separa o óleo e o álcool para a recuperação de ambos. Um evaporador pequeno pode ser incluído como parte da torre de destilação. Os gérmens dos quais foi removido óleo normalmente contém cerca de 10% a 20% de óleo. Porém, com a etapa de extração de solvente 214, os gérmens dos quais foi removido óleo incluem cerca de 4% a 10% de óleo. A produção de óleo pode incluir 12,85 g/L (1,0 lb/bu) ou mais. Em um exemplo, a produção de óleo é de cerca de 12,85 g/L (1,0 lb/bu) a cerca de 17,99 g/L (1,4 lb/bu) (ou de 15,42 g/L (1,2 lb/bu) a cerca de 17,99 g/L (1,4 lb/bu)).
[0049] Na etapa de fermentação 213, a solução de amido liquefeito, que inclui as fibras, as proteínas, os grânulos e, agora, as partículas finas de gérmen, é submetida a fermentação, seguida por destilação na etapa de destilação 217. Os gérmens finos terão seu óleo parcialmente removido durante a fermentação, o que pode ajudar na separação e produção posteriores de óleo de alta qualidade com pouca ou nenhuma proteína de gérmen. Na torre de destilação, os açúcares da solução de amido liquefeito são separados da vinhaça, que inclui fibras, proteínas e partículas finas de gérmen, para produzir álcool.
[0050] As fibras são separadas dos gérmens finos, das fibras finas e das proteínas (glúten) em uma etapa de separação fibras/proteínas 218 graças às diferenças nos tamanhos de partícula por meio de um dispositivo de peneiração, como um peneirador com espátulas/centrífuga de filtragem, para remover a fibra colágena, isto é, o pericarpo, delas. Aqui, as aberturas de peneiração normalmente têm cerca de 1 mm, mas podem variar de cerca de 0,3 mm a 1,5 mm. Ainda quanto aos tamanhos de partícula, o tamanho de partícula médio das proteínas é de cerca de 1 a 5 micra, dos germens finos de cerca de 10 a 500 micra e das várias fibras de cerca de 50 micra a 3 mm. As fibras separadas são lavadas e secas para produzir fibras colágenas de alta qualidade para uso industrial com um rendimento de cerca de 25,70 g/L (2,0 lb/bu). As fibras separadas também podem ser usadas como matéria-prima na produção secundária de álcool com um rendimento de cerca de 38,55 g/L (3,0 lb/bu). As fibras colágenas são compostas principalmente por pericarpo e contêm menos de 10% de proteínas, menos de 2% de óleo e menos de 2% de amido. Em um exemplo, as fibras colágenas incluem 85% ou mais de pericarpo, em outro exemplo, 90% ou mais de pericarpo e, em outro exemplo, 95% ou mais de pericarpo.
[0051] Com referência contínua à Figura 3, o filtrado da centrífuga de filtragem, o qual inclui fibras finas residuais e pontas com tamanhos de cerca de 30 micra a 300 micra e de cerca de 300 micra a 500 micra, além de gérmens finos e glúten (proteína), passa a uma etapa de separação dos gérmens finos e fibras 219, na qual gérmens finos e fibras são removidos da solução de glúten por um dispositivo de peneiração fina, como um peneirador com espátulas ou um peneirador por pressão com tamanho de abertura de cerca de 45 micra. Transportam-se os gérmens finos e as fibras finas a um tanque de armazenamento de gérmens finos/fibras 220, onde o pH dos gérmens finos/fibras é ajustado em cerca de 8 a cerca de 10,5 (ou cerca de 8 a cerca de 9,5), tal como adicionando-se produtos químicos, por exemplo, hidróxido de sódio, óxido de cálcio, carbonato de sódio, fosfato trissódico ou algo do gênero, para ajudar a liberar mais óleo dos gérmens. Ademais, enzimas que rompam a parede celular, por exemplo, a protease ou seus semelhantes, e/ou produtos químicos que igualmente rompam a parede celular, por exemplo, sulfito de sódio ou seus semelhantes, podem ser adicionados aqui para ajudar a liberar mais óleo dos gérmens. Em seguida, submete-se a mistura gérmens finos/fibras a uma etapa de separação das fibras finas 221, na qual as fibras finas são separadas dos gérmens finos por um decantador, por exemplo, e secas para produzir grãos de destilaria secos. Em um exemplo, as fibras finas incluem menos de 15% de proteínas e 4% de óleo.
[0052] O centrado advindo da etapa de separação dos gérmens finos e fibras 219 e o centrado advindo da etapa de separação das fibras finas 221 reúnem-se e passam por uma etapa de recuperação/desidratação das proteínas 222, que usa, por exemplo, um decantador, uma centrífuga com tubulação de descarga ou um decantador em disco para recuperar os gérmens finos e as proteínas (bem como a levedura usada). Como alternativa, o centrado advindo da etapa de separação das fibras finas 221 pode ser desidratado usando-se, por exemplo, um decantador, uma centrífuga com tubulação de descarga ou um decantador em disco e enviado de volta à etapa de trituração dos gérmens 209 para extrair mais óleo. Enviam-se os componentes advindos da etapa de recuperação/desidratação 222 a uma secadora 223 para produzir uma mistura glúten/gérmens/levedura de alta qualidade (farinha de proteína) com cerca de 60% de glúten e cerca de 40% de gérmens/levedura. O fluxo remanescente advindo da etapa de desidratação das proteínas 222 passa a um evaporador 226 para separar o óleo dele e produzir xarope, que pode ser misturado aos grãos de destilaria secos e seco, conforme representa o número 228, para produzir grãos de destilaria secos com solúveis com baixo teor de proteínas (cerca de 20%)/baixo teor de óleo (cerca de 7%), tal como para bovinos e suínos. Em um exemplo, as proteínas não ultrapassam 20% e o óleo não ultrapassa 7%. Em outro exemplo, é possível adicionar sulfito de sódio, dióxido de enxofre ou seus semelhantes em qualquer etapa no processo entre a etapa de embebição/cozimento 202 e a etapa de secagem 228. Como se pode perceber, nesse sistema e método 200, recupera-se a maior parte do subproduto após a fermentação.
[0053] Quanto à recuperação do óleo, sempre que houver recuperação do óleo, geralmente há a tendência de que uma camada de emulsão se forme nos tanques de coleta. Nos tanques onde o óleo é armazenado, este flutua naturalmente e a camada de emulsão acomoda-se no fundo, junto com quaisquer outros sólidos. Há um teor significativo de xantofila na camada de emulsão, e isso é bom para dar coloração amarela às gemas dos ovos de galinha. Com uma etapa de centrifugação opcional (não-ilustrada), é possível recuperar o teor de xantofila na camada de emulsão e misturá-lo ao subproduto de farinha de proteína antes de secar as proteínas a fim de aumentar a qualidade da ração. É possível adicionar sulfito de sódio, dióxido de enxofre e seus semelhantes à massa úmida de proteínas, por exemplo, de modo a manter mais de 20 ppm de nível de dióxido de enxofre, antes de enviá-la à secadora de proteínas 223. O dióxido de enxofre impede que as xantofilas se decomponham na secadora de proteínas 223. O óleo (fase leve) que deixa a centrífuga pode retornar aos tanques de armazenamento de óleo.
[0054] Com referência, agora, à Figura 3A, esta ilustra um fluxograma de uma variação do sistema e método 200 da Figura 3. Neste sistema e método 200a, removem-se a farinha de glúten (proteína) e as fibras colágenas (isto é, o pericarpo) antes da fermentação 213. Brevemente, como informação extra, vale salientar que há de 0,221 a 0,442 g/kg (100 a 200 mg/lb) de xantofila na farinha de glúten originária de um típico processo de moagem úmida do milho. A recuperação da farinha de glúten antes da fermentação 213 reduz a perda de xantofila durante a fermentação 213 e as etapas posteriores de destilação 217 e recuperação das proteínas 222. Além do mais, vale frisar que o tamanho de partícula do pericarpo é importante para usos industriais, como na indústria do papel. Partículas de pericarpo maiores, como com cerca de 1 mm a cerca de 5 mm, podem entupir o trocador de calor usado durante a fermentação. Portanto, a remoção do pericarpo antes da fermentação 213 evita esses problemas de entupimento e aumenta a capacidade de fermentação em cerca de 15% graças à remoção prévia do pericarpo.
[0055] Conforme ilustra a Figura 3A, após a separação dos gérmens e a etapa subsequente de redução do tamanho 212, a solução de amido liquefeito, junto com as fibras, proteínas e grânulos, é submetida a uma etapa de separação glúten/fibras 230 usando um dispositivo de peneiração, como uma centrífuga de filtragem, para remover as fibras colágenas, isto é, os pericarpos, dela. As aberturas de peneiração normalmente têm cerca de 1,5 mm, mas podem variar de cerca de 1 mm a 2 mm. As fibras separadas são lavadas e secas, conforme representa o número 232, para produzir fibras colágenas de alta qualidade para uso industrial com um rendimento de cerca de 25,70 g/L (2 lb/bu). As fibras separadas também podem ser usadas como matéria-prima na produção secundária de álcool. No caso de fibras colágenas usadas como matéria-prima na indústria do papel, por exemplo, elas são compostas principalmente por pericarpo, ao passo que, no caso da produção secundária de álcool, elas são compostas principalmente por pericarpos, pontas e fibras finas, têm um rendimento de 38,55 a 51,40 g/L (3 a 4 lb/bu) e contêm menos de 14% de proteínas e menos de 5% de óleo. Em um exemplo, as fibras colágenas incluem 85% ou mais de pericarpo, em outro exemplo, 90% ou mais de pericarpo e, em outro exemplo, 95% ou mais de pericarpo.
[0056] Como opção, as proteínas no fluxo excedente da solução de amido liquefeito advindo da etapa de separação glúten/fibras 230 podem ser separadas por métodos conhecidos na técnica em que o glúten passa por uma etapa de lavagem e secagem 234 para produzir farinha de glúten de alta qualidade com uma porcentagem desejável de xantofila, isto é, de cerca de 0,221 g/kg (100 mg/lb) a cerca de 0,442 g/kg (200 mg/lb). Do contrário, a fração de fluxo excedente da solução de amido liquefeito encontra-se com as partículas finas de gérmen na etapa de fermentação 213. O restante do processo é substancialmente o mesmo que na Figura 3, salvo que a farinha de glúten e as fibras colágenas foram recuperadas no início do processo, antes da fermentação 213. Mais especificamente, quando as fibras colágenas são previamente separadas das proteínas, das fibras finas e das partículas finas de gérmen e recuperadas no sistema e método 200 da Figura 3, as fibras finas e partículas finas de gérmen maiores que 50 micra são separadas da proteína residual (glúten) na etapa de separação dos gérmens finos e fibras 219 usando-se um dispositivo de peneiração fina, como um peneirador com espátulas ou um peneirador por pressão com tamanho de abertura de cerca de 45 micra.
[0057] Em seguida, transportam-se os gérmens finos e as fibras ao tanque de armazenamento de gérmens finos/fibras 220, onde o pH dos gérmens finos/fibras é ajustado em cerca de 8 a cerca de 10,5 (ou em cerca de 8 a cerca de 9,5), tal como adicionando-se produtos químicos, por exemplo, hidróxido de sódio, óxido de cálcio, carbonato de sódio, fosfato trissódico ou algo do gênero, para ajudar a liberar óleo dos gérmens. Ademais, enzimas que rompam a parede celular, por exemplo, a protease ou seus semelhantes, e/ou produtos químicos que igualmente rompam a parede celular, por exemplo, sulfito de sódio ou seus semelhantes, podem ser adicionados aqui para ajudar a liberar óleo dos gérmens. Em seguida, submete-se a mistura gérmens/fibras a uma etapa de separação das fibras finas 221, na qual as fibras finas são separadas dos gérmens finos por um decantador, por exemplo, e secas para produzir grãos de destilaria secos. Em um exemplo, as fibras finas incluem menos de 15% de proteínas e 4% de óleo a fim de produzir grãos de destilaria secos. O centrado advindo da etapa de separação dos gérmens finos e fibras 219 e o centrado advindo da etapa de separação das fibras finas 221 reúnem-se e passam por uma etapa de recuperação/desidratação das proteínas 222, que usa, por exemplo, um decantador, uma centrífuga com tubulação de descarga ou um decantador em disco para recuperar os gérmens finos e as proteínas residuais, bem como a levedura usada. Como alternativa, o centrado advindo da etapa de separação das fibras finas 221 pode ser desidratado usando, por exemplo, um decantador, uma centrífuga com tubulação de descarga ou um decantador em disco e enviado de volta à etapa de trituração dos gérmens 209 para extrair mais óleo. Enviam-se os componentes advindos da etapa de recuperação/desidratação das proteínas 222 a uma secadora 223 para produzir essencialmente uma mistura gérmens/levedura com cerca de 60% de glúten e cerca de 40% de gérmens/levedura.
[0058] Com referência, agora, à Figura 4, esta ilustra um fluxograma de outra concretização de um sistema e método 300 para separar subprodutos de alta qualidade a partir de grãos usados na produção de álcool. Este sistema e método 300, que correspondem substancialmente a um sistema e processo de produção de etanol por trituração a seco, separam vários subprodutos para produzir, por exemplo, material celulósico para a produção secundária de álcool e óleo de alta qualidade. Para tanto, neste processo e método 300 específicos, em primeiro lugar, submete-se o milho a um moinho de martelo 302, por exemplo, que pode ser usado para triturar o milho em tamanhos de partícula inferiores a cerca de 2,78 mm (7/64 pol.) e ajudar na liberação de óleo dele. Em um exemplo, o tamanho de partícula é de cerca de 50 micra a 3 mm. A trituração ajuda a romper as ligações entre fibras, proteínas, amido e gérmens. Em outro exemplo, uma fração de gérmens, tal como advinda de um processo de fracionamento a seco, pode substituir o milho inicialmente não-triturado aqui. O milho triturado é misturado com água e enviado a uma etapa de liquefação 304, a qual provém uma solução de amido liquefeito com massa específica de cerca de 1,05 a 1,15 g/cm3. Na etapa de liquefação 304, o amido começa a se converter em uma solução de amido liquefeito. Enzimas, como a alfa-amilase, podem ser adicionadas à etapa de liquefação 304. Ê possível utilizar qualquer aparelho de liquefação adequado que seja familiar na técnica.
[0059] O fluxo advindo da etapa de liquefação 304 contém cerca de 12,85 g/L (1 lb/bu) isento de óleo e cerca de 19,27 g/L (1,5 lb/bu) de partículas de gérmen (o tamanho varia de menos de cerca de 50 micra a cerca de 1 mm), 12,85 g/L (1 lb/bu) de grânulos (o tamanho varia de cerca de 50 micra a cerca de 1 mm) e 64,25 g/L (5 lb/bu) de fibras (o tamanho de partícula varia de cerca de 50 micra a cerca de 3 mm). Esse fluxo passa a uma etapa de separação gérmens/óleo 306, que usa equipamentos de separação trifásicos (por exemplo, um decantador trifásico, uma centrífuga em disco trifásica, um hidrociclone e seus semelhantes) para separar individualmente o óleo e os gérmens da solução de amido liquefeito, que inclui fibras mais pesadas, proteínas e grânulos, tirando proveito das diferenças de massa específica entre os diferentes componentes nela. Mais especificamente, usa-se a solução de amido liquefeito como meio líquido pesado para suspender os gérmens e o óleo, que têm massa específicas de cerca de 1,0 a 1,05 g/cm3 e 0,9 a 0,92 g/cm3, respectivamente. Deve-se ter em mente que, caso use-se uma centrífuga em disco trifásica na etapa de separação gérmens/óleo 306, pode ser necessária uma etapa pré-triagem (não-ilustrada) para remover partículas de fibra grandes, como com mais de 750 micra, por exemplo. Se essa etapa pré-triagem for usada, a fração de sólidos desvia da etapa de separação gérmens/óleo 306 e passa diretamente a uma etapa de trituração 310, que discutiremos em mais detalhes abaixo. O óleo recuperado nesse estágio do processo, isto é, na etapa de separação gérmens/óleo 306, possui uma qualidade muito mais desejável em termos de cor e teor de ácidos graxos livres (de cerca de 2% a cerca de 5%) em comparação ao óleo recuperado a jusante, mais especificamente ao óleo recuperado após a fermentação. Mais especificamente, o óleo recuperado antes da fermentação é mais claro e apresenta menor teor de ácidos graxos. A produção de óleo pode incluir 12,85 g/L (1 lb/bu) ou mais. Em um exemplo, a produção de óleo é de cerca de 12,85 g/L (1 lb/bu) a cerca de 15,42 g/L (1.2 lb/bu).
[0060] Depois disso, alimentam-se os gérmens separados a um dispositivo de trituração em uma etapa de trituração 307 para triturá- los a fino a um tamanho de partícula entre cerca de 10 e 300 micra para ajudar a liberar mais óleo, obtendo, assim, uma mistura óleo/gérmens. Em outro exemplo, o tamanho de partícula é inferior a 50 micra. Transportam-se os gérmens triturados (ou mistura óleo/gérmens) a um tanque de armazenamento de gérmens 308, onde o pH destes é ajustado em cerca de 8 a cerca de 10,5 (ou em cerca de 8 a cerca de 9,5), tal como adicionando-se produtos químicos, por exemplo, hidróxido de sódio, óxido de cálcio, carbonato de sódio, fosfato trissódico ou algo do gênero, para ajudar a liberar óleo dos gérmens. Ademais, enzimas que rompam a parede celular, por exemplo, a protease ou seus semelhantes, e/ou produtos químicos que igualmente rompam a parede celular, por exemplo, sulfito de sódio ou seus semelhantes, podem ser adicionados aqui para ajudar a liberar óleo dos gérmens. Em um exemplo, os gérmens finos são mantidos no tanque durante cerca de 1 hora a uma temperatura de cerca de 60° C (140° F) a cerca de 93,33° C (200° F) (ou de cerca de 82,22° C (180° F) a cerca de 93,33° C (200° F)).
[0061] A seguir, submete-se a mistura óleo/gérmens a uma etapa de separação óleo/gérmens 309, na qual separa-se o óleo dos gérmens finos tirando-se proveito das diferenças de massa específica entre os diferentes componentes na solução de amido liquefeito residual usando, por exemplo, um decantador trifásico ou uma centrífuga em disco trifásica. O óleo recuperado nesse estágio do processo possui uma qualidade muito mais desejável em termos de cor e teor de ácidos graxos livres (de cerca de 2% a cerca de 5%) em comparação ao óleo recuperado a jusante, mais especificamente ao óleo recuperado após a fermentação. Em aditamento, ou como alternativa, às operações de recuperação de óleo antes da fermentação, é possível realizar métodos semelhantes de recuperação de óleo após a fermentação.
[0062] A solução de amido liquefeito remanescente advinda da etapa de separação dos gérmens 306, que inclui fibras, proteínas e grânulos, passa por uma etapa de trituração 310, tal como um moinho de trituração, para adicionalmente romper a ligação entre fibras, amido e proteínas. Embora não ilustrado especificamente, como opção, várias enzimas (e tipos de enzimas), como glicoamilase, fungai, celulose, celobiose, protease e seus semelhantes, podem ser adicionadas durante a etapa de trituração 310 e depois dela, inclusive durante a fermentação, para intensificar a separação dos componentes.
[0063] Os sólidos, que incluem os gérmens finos separados, e a solução de amido liquefeito residual advindos da etapa de separação óleo/gérmens 309 reúnem-se á solução de amido liquefeito advinda da etapa de redução do tamanho 310 e, então, são submetidos à etapa de fermentação 311. As partículas finas de gérmen podem ser separadas dos componentes de fibras e proteínas a jusante na forma de partículas finas de gérmen de alta qualidade (das quais o óleo foi removido parcialmente). Em um exemplo alternativo, enviam-se os gérmens separados à etapa de trituração 307 e, em seguida, retornam-se as partículas finas de gérmen à solução de amido liquefeito após a etapa de redução do tamanho 310 na etapa de fermentação 311 para separação a jusante na forma de partículas finas de gérmen de alta qualidade. Nesse exemplo alternativo, o tanque de armazenamento de gérmens 308 e/ou a etapa de separação óleo/gérmens 309 seriam removidos do método.
[0064] Como alternativa, é possível substituir a etapa de separação óleo/gérmens 309 por uma etapa de extração de solvente 312, etapa de separação álcool/gérmens 313 e etapa de evaporação do álcool 314 para recuperar óleo da mistura óleo/gérmens finos no tanque de armazenamento 308. Mais especificamente, a mistura óleo/gérmens finos pode ser enviada do tanque de armazenamento 308 à etapa de extração de solvente 312, na qual adiciona-se o álcool recuperado na etapa de destilação 315 à mistura óleo/gérmens finos para extrair óleo desta. A seguir, envia-se a mistura álcool/óleo/gérmens à etapa de separação álcool/gérmens 313 para separar o álcool, que inclui o óleo extraído, dos gérmens finos usando-se, por exemplo, um decantador ou centrífuga em disco. Os sólidos (ou fase pesada), que incluem os gérmens finos separados (dos quais foi removido óleo), e a solução de amido liquefeito residual advindos da etapa de separação álcool/gérmens 313 reúnem-se à solução de amido liquefeito advinda da etapa de redução do tamanho 310 na etapa de fermentação 311. Além disso, a solução álcool/óleo separada (ou fase leve) é enviada à etapa de evaporação do álcool 314, na qual um evaporador separa o óleo e o álcool para a recuperação de ambos. Um evaporador pequeno pode ser incluído como parte da torre de destilação. Os gérmens dos quais foi removido óleo normalmente contêm cerca de 10% a 20% de óleo. Porém, com a etapa de extração de solvente 312, os gérmens dos quais foi removido óleo incluem cerca de 4% a 10% de óleo. A produção de óleo pode incluir 12,85 g/L (1 lb/bu) ou mais. Em um exemplo, a produção de óleo é de cerca de 12,85 g/L (1 lb/bu) a cerca de 17,99 g/L (1,4 lb/bu) (ou de 15,42 g/L (1,2 lb/bu) a cerca de 17,99 g/L (1,4 lb/bu)).
[0065] Na etapa de fermentação 311, a solução de amido liquefeito, que inclui as fibras, as proteínas, os grânulos e, agora, as partículas finas de gérmen, é submetida a fermentação, seguida por destilação na etapa de destilação 315. Na torre de destilação, separa-se a solução fermentada (também chamada de cerveja) da vinhaça, que inclui fibras, proteínas e partículas finas de gérmen, para produzir álcool. As fibras podem ser separadas das partículas finas de gérmen e proteínas (glúten) em uma etapa de separação fibras/proteínas 316 graças às diferenças nos tamanhos de partícula usando-se um dispositivo de peneiração, como um peneirador com espátulas, uma centrífuga de filtragem ou um decantador, para remover fibras delas. As aberturas de peneiração normalmente têm cerca de 500 micra para capturar somas de pontas, pericarpos, bem como fibras finas, mas podem variar de cerca de 300 micra a cerca de 700 micra. As fibras separadas são lavadas e, como opção, secas para produzir celulose para a produção secundária de álcool, a qual é uma fibra de qualidade inferior às fibras colágenas produzidas pelo processo da Figura 3, por exemplo. O material celulósico resultante, que inclui os pericarpos e as pontas (e pode incluir fibras finas) e contém menos de cerca de 15% de proteínas, menos de cerca de 5% de óleo e menos de cerca de 4% de amido, pode ser enviado a um sistema secundário de álcool, como é conhecido na técnica, na qualidade de matéria-prima sem nenhum tratamento adicional.
[0066] Com referência contínua à Figura 4, o centrado advindo da etapa de separação fibras/proteínas 316, que inclui fibras finas residuais e pontas com tamanhos de 30 micra a 300 micra e de 300 micra a 500 micra, bem como gérmens finos e glúten, passa a uma etapa de separação dos gérmens finos e fibras 317, na qual os gérmens finos e fibras finas são removidos da solução de glúten por um dispositivo de peneiração fina, como um peneirador com espátulas ou peneirador por pressão com tamanho de abertura de cerca de 45 micra. Transportam-se os gérmens finos e as fibras finas a um tanque de armazenamento de gérmens finos/fibras 318, onde o pH dos gérmens finos/fibras é ajustado em cerca de 8 a cerca de 10,5 (ou em cerca de 8 a cerca de 9,5), tal como adicionando-se produtos químicos, por exemplo, hidróxido de sódio, óxido de cálcio, carbonato de sódio, fosfato trissódico ou algo do gênero, para ajudar a liberar mais óleo dos gérmens. Ademais, enzimas que rompam a parede celular, por exemplo, a protease ou seus semelhantes, e/ou produtos químicos que igualmente rompam a parede celular, por exemplo, sulfito de sódio ou seus semelhantes, podem ser adicionados aqui para ajudar a liberar mais óleo dos gérmens. Em seguida, submete-se a mistura gérmens/fibras a uma etapa de separação das fibras finas 319, na qual as fibras finas são separadas dos gérmens finos por um decantador, por exemplo. As fibras finas são recombinadas à vinhaça oriunda da destilação para que possam ser novamente submetidas à etapa de separação fibras/proteínas 316.
[0067] O centrado advindo da etapa de separação dos gérmens finos e fibras 317 e o fluxo excedente advindo da etapa de separação das fibras finas 319 reúnem-se e passam a uma etapa de recuperação/desidratação das proteínas 320, que usa, por exemplo, um decantador, uma centrífuga com tubulação de descarga ou um decantador em disco para recuperar os gérmens finos e as proteínas (bem como a levedura usada). Como alternativa, o fluxo excedente advindo da etapa de separação das fibras finas 319 pode ser desidratado usando-se, por exemplo, um decantador, uma centrífuga com tubulação de descarga ou um decantador em disco e enviado de volta à etapa de trituração dos gérmens 310 para extrair mais óleo. Enviam-se os componentes advindos da etapa de recuperação/ desidratação 320 a uma secadora 321 para produzir uma mistura glúten/gérmens/levedura de alta qualidade (farinha de proteína) com cerca de 60% de glúten e cerca de 40% de gérmens/levedura. O fluxo excedente advindo da etapa de desidratação das proteínas passa a um evaporador 324 para separar qualquer óleo dele e produzir um xarope altamente concentrado (mais de 65% de sólidos secos), que pode ser usado, entre outras coisas, (a) como nutriente para a produção secundária de álcool, (b) como ração animal, (c) como fertilizante e/ou (d) na digestão anaeróbica para produzir biogás.
[0068] Além disso, é possível incluir uma etapa de centrifugação opcional (não-ilustrada) para recuperar o teor de xantofila na camada de emulsão dos óleos recuperados, tanto antes quanto depois da fermentação 311, e misturá-lo ao subproduto de farinha de proteína antes de secar as proteínas a fim de aumentar a qualidade da ração. Podem-se acrescentar sulfito de sódio, dióxido de enxofre e seus semelhantes à massa úmida de proteínas, por exemplo, de modo a manter mais de 20 ppm de nível de dióxido de enxofre, antes de enviá-la à secadora de proteínas 321. O dióxido de enxofre impede que as xantofilas se decomponham na secadora de proteínas 321. O fluxo excedente das centrífugas pode voltar aos tanques de armazenamento de óleo.
[0069] Com referência, agora, à Figura 4A, esta ilustra um fluxograma de uma variação do sistema e método 300 da Figura 4. Neste sistema e método 300a, o material celulósico e a farinha de glúten (proteína) são removidos antes da fermentação 311. A recuperação da farinha de glúten antes da fermentação 311 reduz a perda de xantofila durante a fermentação 311 e as etapas posteriores de destilação 315 e recuperação das proteínas 320. Além disso, partículas de pericarpo maiores, como com cerca de 1 mm a cerca de 4 mm, podem entupir os trocadores de calor usados durante a fermentação 311. Portanto, a remoção do pericarpo antes da fermentação 311 evita esses problemas de entupimento e aumenta a capacidade de fermentação em cerca de 15% em comparação aos processos convencionais.
[0070] Conforme ilustra a Figura 4A, após a etapa de separação gérmens/óleo 306, a solução de amido liquefeito, junto com os grânulos, as fibras e as proteínas, é submetida à etapa de trituração 310, seguida por uma etapa de separação glúten/fibras 326 usando-se um dispositivo de peneiração, como uma centrífuga de filtragem, para remover fibras colágenas dela. As aberturas de peneiração normalmente têm cerca de 500 micra para capturar somas de pontas, pericarpos, bem como fibras finas, mas podem variar de cerca de 300 micra a cerca de 700 micra. As fibras separadas são lavadas e, como opção, secas, conforme representa o número 328, para produzir celulose para a produção secundária de álcool. O material celulósico resultante, que inclui pericarpos e pontas e contém até cerca de 15% de proteínas, até cerca de 5% de óleo e até cerca de 4% de amido, pode ser enviado a um sistema secundário de álcool na qualidade de matéria-prima sem nenhum tratamento adicional.
[0071] A fração de proteínas do centrado da solução de amido liquefeito após a etapa de separação glúten/fibras 326 pode, como opção, ser separada, conforme representa o número 330, usando-se uma centrífuga, como um decantador em disco, ou uma combinação centrífuga com tubulação de descarga/decantador. As proteínas separadas são adicionalmente submetidas a uma etapa de lavagem 332 e produzem farinha de proteína de alta qualidade com uma porcentagem desejável de xantofila, isto é, de cerca de 0,221 g/kg (100 mg/lb) a cerca de 0,442 g/kg (200 mg/lb), que pode ser combinada ainda a proteínas residuais separadas a jusante, conforme discutiremos em detalhes mais abaixo. Do contrário, o centrado da solução de amido liquefeito encontra-se com as partículas finas de gérmen na etapa de fermentação 311. Também como opção, as partículas finas de gérmen advindas da etapa de separação óleo/gérmens 309 podem ser adicionalmente processadas para separar e produzir proteínas de gérmen antes de se juntar à solução de amido liquefeito na etapa de fermentação 311.
[0072] O restante do processo é substancialmente o mesmo que na Figura 4, salvo que a farinha de glúten e as fibras foram recuperadas no início do processo, antes da fermentação 311. Mais especificamente, quando as fibras são separadas previamente das proteínas, das partículas finas de gérmen e das fibras finas, não há etapa de separação 316 (Figura 4). Em vez disso, as fibras finas e os gérmens finos maiores que 50 micra são separados das proteínas residuais (glúten) na etapa de separação dos gérmens finos e fibras 317. Aqui, os gérmens finos e as fibras finas são separados usando-se um dispositivo de peneiração fina, como um peneirador com espátulas ou por pressão com tamanho de abertura de cerca de 45 micra.
[0073] Transportam-se os gérmens finos e as fibras ao tanque de armazenamento de gérmens finos/fibras 318, onde o pH dos gérmens finos/fibras é ajustado em cerca de 8 a cerca de 10,5 (ou em cerca de 8 a cerca de 9,5), tal como adicionando-se produtos químicos, por exemplo, hidróxido de sódio, óxido de cálcio, carbonato de sódio, fosfato trissódico ou algo do gênero, para ajudar a liberar mais óleo dos gérmens. Ademais, enzimas que rompam a parede celular, por exemplo, a protease ou seus semelhantes, e/ou produtos químicos que igualmente rompam a parede celular, por exemplo, sulfito de sódio ou seus semelhantes, podem ser adicionados aqui para ajudar a liberar mais óleo dos gérmens. Em seguida, submete-se a mistura gérmens/fibras a uma etapa de separação das fibras finas 319, na qual as fibras finas são separadas dos gérmens finos por um decantador, por exemplo. Em seguida, as fibras finas podem ser combinadas às fibras separadas que foram lavadas e, como opção, secas, conforme representa o número 328, para produzir celulose para a produção secundária de álcool. Em um exemplo, as fibras finas incluem menos de 15% de proteínas e 4% de óleo.
[0074] O centrado advindo da etapa de separação dos gérmens finos e fibras 317, o fluxo excedente advindo da etapa de separação das fibras finas 319 e o fluxo excedente advindo da etapa prévia opcional de lavagem do glúten 332 reúnem-se e passam a uma etapa de recuperação/desidratação das proteínas 320, que usa, por exemplo, um decantador, uma centrífuga com tubulação de descarga ou um decantador em disco para recuperar os gérmens finos e as proteínas (bem como a levedura usada). Como alternativa, o fluxo excedente advindo da etapa de separação das fibras finas 319 pode ser desidratado usando-se, por exemplo, um decantador, uma centrífuga com tubulação de descarga ou um decantador em disco e enviado de volta à etapa de trituração dos gérmens 307 para extrair mais óleo. Os componentes advindos da etapa de recuperação/desidratação 320 são enviados à secadora 321 e combinados ao glúten opcionalmente separado advindo da extremidade dianteira para produzir uma mistura glúten/gérmens/levedura de alta qualidade (farinha de proteína) com cerca de 60% de glúten e cerca de 40% de gérmens/levedura. O fluxo excedente advindo da etapa de desidratação das proteínas 320 passa ao evaporador 324 para separar qualquer óleo dele e produzir o xarope altamente concentrado (mais de 65% de sólidos secos), que pode ser usado mais uma vez, entre outras coisas, (a) como nutriente para a produção secundária de álcool, (b) como ração animal, (c) como fertilizante e/ou (d) na digestão anaeróbica para produzir biogás.
[0075] Com referência, agora, à Figura 5, esta ilustra um fluxograma de outra concretização de um sistema e método 400 para separar subprodutos de alta qualidade a partir de grãos usados na produção de álcool. Este sistema e método 400, que correspondem substancialmente a um sistema e processo de produção de etanol por trituração a seco, separam vários subprodutos para produzir, por exemplo, grãos de destilaria secos com baixo teor de proteínas (menos de 20%)/baixo teor de óleo (menos de 8%), tal como para bovinos e suínos, e óleo de alta qualidade. Para tanto, neste processo e método 400 específicos, em primeiro lugar, submete-se o milho a um moinho de martelo 402, por exemplo, que pode ser usado para triturar o milho em tamanhos de partícula inferiores a cerca de 2,78 mm (7/64 pol.) e ajudar na liberação de óleo dele. Em um exemplo, o tamanho de partícula é de 50 micra a 3 mm. A trituração ajuda a romper as ligações entre fibras, proteínas, amido e gérmens. Em outro exemplo, uma fração de gérmens, tal como advinda de um processo de fracionamento a seco, pode substituir o milho inicialmente não-triturado aqui. O milho triturado é misturado com água e enviado a uma etapa de liquefação 404, a qual produz uma solução de amido liquefeito com massa específica de cerca de 1,05 a 1,15 g/cm3. Na etapa de liquefação 404, o amido começa a se converter em uma solução de amido liquefeito. Enzimas, como a alfa-amilase, podem ser adicionadas à etapa de liquefação 404. Ê possível utilizar qualquer aparelho de liquefação adequado que seja familiar na técnica.
[0076] O fluxo advindo da etapa de liquefação 404 contém cerca de 12,85 g/L (1 lb/bu) isento de óleo e cerca de 19,27 g/L (1,5 lb/bu) de partículas de gérmen (o tamanho varia de menos de cerca de 50 micra a cerca de 1 mm), 12,85 g/L (1 lb/bu) de grânulos (o tamanho varia de cerca de 50 micra a cerca de 1 mm) e 64,25 g/L (5 lb/bu) de fibras (o tamanho de partícula varia de cerca de 50 micra a cerca de 3 mm). Esse fluxo passa a uma etapa de separação sólido/líquido 406, que usa qualquer dispositivo de filtragem adequado, por exemplo, um pré- concentrador, um peneirador com espátulas, um peneirador por pressão, uma centrífuga de fibras ou algo do gênero, para separar o material líquido do material sólido. As aberturas de peneiração podem variar de cerca de 50 micra a cerca de 500 micra e são selecionadas para separar desejavelmente as fibras, grânulos e partículas de gérmen do líquido, o qual inclui essencialmente a solução de amido liquefeito com baixas quantidades de óleo, proteínas livres (principalmente glúten) e amido. Em um exemplo, as aberturas de peneiração têm cerca de 50 micra.
[0077] A fração líquida passa a uma etapa de separação óleo/solução de amido liquefeito 408, na qual submete-se a fração líquida a uma centrífuga, tal como uma centrífuga em disco, para separar o óleo antes de enviar a solução de amido liquefeito para reunir à fração de sólidos tratados antes da fermentação, que discutiremos abaixo. Na etapa de separação óleo/solução de amido liquefeito 408, usa-se a solução de amido liquefeito como meio líquido pesado para suspender o óleo, cuja massa específica é de cerca de 1,05 a 1,15 g/cm3. O óleo recuperado nesse estágio do processo possui uma qualidade muito mais desejável em termos de cor e teor de ácidos graxos livres (de cerca de 2% a cerca de 5%) em comparação ao óleo recuperado a jusante, mais especificamente ao óleo recuperado após a fermentação. Mais especificamente, o óleo recuperado antes da fermentação é mais claro e apresenta menor teor de ácidos graxos. A produção de óleo pode incluir 10,28 g/L (0,8 lb/bu) ou mais. Em um exemplo, a produção de óleo é de cerca de 10,28 g/L (0,8 lb/bu) a cerca de 12,85 g/L (1 lb/bu).
[0078] A fração de sólidos separados advinda da etapa de separação sólido/líquido 406 é submetida a uma etapa de redução do tamanho 410 usando-se um moinho de trituração, moinho de pinos ou fogareiro de alta pressão, por exemplo, para adicionalmente romper a ligação entre fibras, amido e proteínas. Como opção, várias enzimas (e tipos de enzimas), como glicoamilse, fungai, celulose, celobiose, protease e seus semelhantes, também podem ser adicionadas para melhorar a separação. Em seguida, combinam-se a fração de sólidos tratados advinda da etapa de redução do tamanho 410 e a solução de amido liquefeito advinda da etapa de separação óleo/solução de amido liquefeito 408. A solução de amido liquefeito, que, agora, inclui fibras, grânulos, gérmens e proteínas, é submetida a uma etapa de fermentação 412, seguida por destilação 414. Na torre de destilação, separa-se a solução fermentada da vinhaça, que inclui fibras, proteínas e partículas de gérmen, para produzir álcool. As fibras podem ser separadas das partículas de gérmen e proteínas (glúten) em uma etapa de separação fibras/proteínas 416 graças às diferenças nos tamanhos de partícula usando um dispositivo de peneiração, como uma centrífuga de filtragem, para remover as fibras delas. As aberturas de peneiração normalmente têm cerca de 500 micra para capturar somas de pontas, pericarpos, bem como fibras finas, mas podem variar de cerca de 300 micra a cerca de 700 micra. As fibras separadas são usadas para produzir grãos de destilaria secos com baixo teor de proteínas (menos de 20%)/baixo teor de óleo (menos de 8%).
[0079] Se um baixo teor de proteínas e óleo nas fibras for necessário ou desejado, elas podem ser enviadas a um tanque de armazenamento (não-ilustrado), por exemplo, onde seu pH é ajustado em cerca de 8 a cerca de 10,5 (ou cerca de 8 a cerca de 9,5), tal como adicionando-se produtos químicos, por exemplo, hidróxido de sódio, óxido de cálcio, carbonato de sódio, fosfato trissódico ou algo do gênero, para ajudar a liberar mais óleo dos gérmens. Ademais, enzimas que rompam a parede celular, por exemplo, a protease ou seus semelhantes, e/ou produtos químicos que igualmente rompam a parede celular, por exemplo, sulfito de sódio ou seus semelhantes, podem ser adicionados aqui para ajudar a liberar mais óleo dos gérmens. Em um exemplo, as fibras são mantidas no tanque durante cerca de 1 hora a uma temperatura de cerca de 140° F a cerca de 200° F (ou de cerca de 180° F a cerca de 200° F). Depois disso, as fibras podem ser submetidas a uma etapa de trituração para liberar mais óleo e proteínas delas. As fibras produzidas por essas etapas de tratamento adicionais produzem um teor muito menor de óleo (inferior a 2%) e proteínas (inferior a 10%) e podem ser usadas na produção secundária de álcool.
[0080] O centrado advindo da etapa de separação fibras/proteínas 416 passa a uma etapa de recuperação/desidratação das proteínas 418, que usa, por exemplo, um decantador, uma centrífuga com bocal ou um decantador em disco para recuperar os gérmens finos e proteínas (bem como a levedura usada). Enviam-se esses componentes a uma secadora 420 para produzir uma mistura glúten/gérmens/levedura de alta qualidade (farinha de proteína) com cerca de 60% de glúten e cerca de 40% de gérmens/levedura. Esse sistema e método 400 proporcionam um rendimento de proteínas de 70,68 g/L (5,5 lb/bu) com uma pureza das proteínas de cerca de 45%. Como alternativa, antes da etapa de recuperação/desidratação das proteínas 418, o centrado advindo da etapa de separação fibras/proteínas 416 pode ser enviado a uma etapa de separação gérmens/glúten 422, na qual se separam os gérmens do glúten usando-se, por exemplo, um peneirador com espátulas ou por pressão. Enviam-se os gérmens de volta à etapa de trituração dos gérmens 410 para extrair mais óleo. Envia-se o glúten à etapa de recuperação/desidratação das proteínas 418 e, então, à secadora de proteínas 420.
[0081] O fluxo excedente advindo da etapa de desidratação das proteínas 418 passa a um evaporador 424 para separar qualquer óleo dele e produzir xarope, que pode ser misturado aos grãos de destilaria secos e seco, conforme representa o número 426, para produzir grãos de destilaria secos com solúveis com baixo teor de proteínas (menos de 20%)/baixo teor de óleo (menos de 8%), tal como para bovinos e suínos, em especial gado leiteiro. Os grãos de destilaria secos com solúveis contêm menos de cerca de 20% de proteínas, menos de cerca de 8% de óleo e menos de 4% de amido.
[0082] Além disso, é possível incluir uma etapa de centrifugação opcional (não-ilustrada) para recuperar o teor de xantofila na camada de emulsão dos óleos recuperados, tanto antes quanto depois da fermentação 412, e misturá-lo ao subproduto de proteína antes da secagem a fim de aumentar a qualidade da ração. Podem-se acrescentar sulfito de sódio, dióxido de enxofre e seus semelhantes à massa úmida de proteínas, por exemplo, de modo a manter mais de 20 ppm de nível de dióxido de enxofre, antes de enviá-la à secadora de proteínas 420. O dióxido de enxofre impede que as xantofilas se decomponham na secadora de proteínas 420. O fluxo excedente das centrífugas pode retornar aos tanques de armazenamento de óleo. Além disso, embora não ilustrado, deve-se ter em mente que as fibras, proteínas, gérmens finos e fibras finas da vinhaça advinda da destilação podem ser tratados da maneira ilustrada na extremidade final dos métodos 300 e 400 das Figuras 3 e 4.
[0083] Com referência, agora, à Figura 5A, esta ilustra um fluxograma de uma variação do sistema e método 400 da Figura 5. Neste sistema e método 400a, a farinha de glúten é removida antes da fermentação 412. A recuperação da farinha de glúten antes da fermentação 412 reduz a perda de xantofila durante a fermentação 412 e as etapas posteriores de destilação 414 e recuperação das proteínas 418.
[0084] Conforme ilustra a Figura 5A, após a etapa de separação sólido/líquido 406, a fração líquida passa a uma etapa de separação óleo/solução de amido liquefeito/glúten 428, na qual é submetida a uma centrífuga em disco ou centrífuga decantadora em disco para separar individualmente o óleo e o glúten da solução de amido liquefeito, que é enviada para se reunir à fração de sólidos tratados antes da fermentação 412. Na etapa de separação óleo/solução de amido liquefeito/glúten 428, usa-se a solução de amido liquefeito como meio líquido pesado para suspender e separar o óleo, cuja massa específica é de cerca de 0,9 a 0,92 g/cm3. O glúten é descarregado na forma de uma massa a partir da etapa de separação 428 e passa a uma etapa de lavagem do glúten 430, seguida por uma etapa de secagem do glúten 432, para produzir farinha de glúten de alta qualidade com uma porcentagem desejada de xantofila, isto é, de cerca de 0,221 g/kg (100 mg/lb) a cerca de 0,442 g/kg (200 mg/lb).
[0085] O restante do processo é substancialmente o mesmo que na Figura 5, salvo que a farinha de glúten foi recuperada no início do processo, antes da fermentação 412. Mais especificamente, a etapa de separação gérmens/glúten opcional 422 (Figura 5), agora, passa a ser uma etapa de desidratação opcional dos gérmens 423, que usa, por exemplo, um peneirador com espátulas ou peneirador por pressão para recuperar os gérmens finos. Enviam-se os gérmens de volta à etapa de trituração dos gérmens 410 para extrair mais óleo. Envia-se o centrado adiante à etapa de recuperação/desidratação das proteínas 418 e, então, enviam-se os componentes recuperados à secadora de proteínas 420. A mistura glúten/gérmens/levedura resultante (farinha de proteína) contém menor porcentagem de glúten. O fluxo excedente advindo da etapa de recuperação/desidratação das proteínas 418 ainda passa pelo evaporador 424 para separar qualquer óleo dele e produzir xarope, que pode ser misturado aos grãos de destilaria secos e seco para obter grãos de destilaria secos com solúveis com baixo teor de proteínas (inferior a 20%)/baixo teor de óleo (inferior a 8%).
[0086] Com referência, agora, à Figura 5B, esta ilustra um fluxograma de uma variação do sistema e método 400 da Figura 5. Neste sistema e método 400b, envia-se a fração de sólidos tratados advinda da etapa de redução do tamanho 410, em primeiro lugar, a um tanque de armazenamento 434 e, em seguida, a uma etapa de separação sólido/líquido 436 antes de combiná-la, na etapa de fermentação 412, à solução de amido liquefeito advinda da etapa de separação óleo/ solução de amido liquefeito 408.
[0087] Mais especificamente, conforme ilustra a Figura 5B, mistura-se a fração de sólidos tratados com água de cozer no tanque de armazenamento 434, onde as ligações entre fibras, amido, proteínas e óleo dos gérmens finos e fibras finas podem ser adicionalmente rompidas. Além disso, o pH dos gérmens finos é ajustado em cerca de 8 a cerca de 10,5 (ou cerca de 8 a cerca de 9,5), tal como adicionando-se produtos químicos, por exemplo, hidróxido de sódio, óxido de cálcio, carbonato de sódio, fosfato trissódico ou algo do gênero, para ajudar a liberar óleo dos gérmens. Ademais, enzimas que rompam a parede celular, por exemplo, a protease ou seus semelhantes, e/ou produtos químicos que igualmente rompam a parede celular, por exemplo, sulfito de sódio ou seus semelhantes, podem ser adicionados aqui para ajudar a liberar óleo dos gérmens. Em um exemplo, os gérmens finos são mantidos no tanque durante cerca de 1 hora a uma temperatura de cerca de 140° F a cerca de 200° F (ou de cerca de 180° F a cerca de 200° F).
[0088] Depois do tanque de armazenamento 434, a pasta é enviada à etapa de separação sólido/líquido 436, na qual separam-se os sólidos e líquidos usando-se, por exemplo, um peneirador com espátulas ou por pressão. O tamanho das aberturas do peneirador é maior que nos peneiradores usados na etapa de separação sólido/líquido 406. Em um exemplo, as aberturas variam de cerca de 100 micra a 400 mm. Em outro exemplo, elas têm cerca de 250 micra. O centrado líquido, que inclui partículas gérmens finos e fibras finas menores que o tamanho das aberturas do peneirador, retorna de modo a se misturar aos grãos moídos após o moinho de martelo 402 e antes da etapa de liquefação 404 para formar uma pasta e para processamento adicional, tal como para recuperar subprodutos adicionais. Em seguida, a fração de sólidos advinda da etapa de separação sólido/líquido 436 e a solução de amido liquefeito advinda da etapa de separação óleo/solução de amido liquefeito 408 são combinadas e submetidas à etapa de fermentação 412, seguida por destilação 414. O restante do processo é substancialmente o mesmo que na Figura 5, incluindo, como opção, enviar os gérmens finos advindos da etapa de separação gérmens/glúten 422 de volta à etapa de trituração dos gérmens 410 para extrair mais óleo, que será adicionalmente submetido ao tanque de armazenamento 434 e à etapa de separação sólido/líquido 436. Com esse sistema e método 400b, a produção de óleo da etapa de separação óleo/solução de amido liquefeito 408 é de 12,85 g/L (1 lb/bu) ou mais. Em um exemplo, a produção de óleo é de cerca de 15,42 g/L (1,2 lb/bu) a cerca de 17,99 g/L (1,4 lb/bu). Além disso, deve-se ter em mente que as etapas adicionais 434 e 436 podem ser implementadas nos processos conforme ilustram as Figuras de 3 a 5A.
[0089] Sendo assim, é proporcionado um sistema e método aprimorados para separar subprodutos, como óleo, fibras colágenas e farinha de proteína, de alta qualidade a partir de grãos usados na produção de álcool; sistema e método esses que representam um avanço em relação aos processos típicos e outros, além de superar as desvantagens dos sistemas e métodos atuais.
[0090] Embora a presente invenção tenha sido ilustrada pela descrição de várias concretizações e embora essas concretizações tenham sido descritas em detalhes consideráveis, o Requerente não tenciona restringir ou limitar de maneira alguma o âmbito das reivindicações anexas a tais detalhes. Por exemplo, embora a descrição dos vários sistemas e métodos neste documento tenha focado no milho, pode-se usar praticamente qualquer tipo de grão, inclusive, entre outros, trigo, cevada, sorgo, centeio, arroz, aveia e seus semelhantes. Também se contempla o uso de qualquer subproduto, como proteínas de fibra dos processos atuais de moagem úmida do milho ou frações de gérmen ou de fibra dos processos atuais de fracionamento a seco. Outras vantagens e modificações transparecerão prontamente aos versados na técnica. Portanto, a invenção, em seus aspectos mais amplos, não se limita aos detalhes específicos, aparelhos e métodos representativos nem exemplos ilustrativos ilustrados e descritos. Logo, é possível divergir desses detalhes sem divergir, contudo, do âmbito nem da essência do conceito inventivo geral do Requerente.

Claims (7)

1. Método Para Separação Frontal de Subproduto de Óleo a Partir de Grãos Usados em Processo de Produção de Álcool, caracterizado pelo fato de que o método compreende: moer os grãos em partículas de grãos para liberar óleo a partir dos grãos; misturar as partículas de grãos com um líquido para formar uma pasta que inclui amido, fibra, proteína, gérmen e o óleo liberado definindo óleo livre na pasta; submeter a pasta para liquefação para fornecer uma solução de amido liquefeito incluindo açúcares e a fibra, proteína, gérmen e óleo livre; separar os sólidos incluindo a fibra e o gérmen da solução de amido liquefeito incluindo o óleo livre e açúcares; subsequentemente e antes da fermentação, separar o óleo livre da solução de amido liquefeito para produzir o subproduto de óleo; e após a separação do óleo livre da solução de amido liquefeito, rejuntar a solução de amido liquefeito incluindo os açúcares com os sólidos separados, submetendo, então, a mistura à fermentação para produzir álcool.
2. Método Para Separação Frontal de Subproduto de Óleo a Partir de Grãos Usados em Processo de Produção de Álcool, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a produção de óleo é de 10,28 g/L (0,8 lb/bu) a 12,85 g/L (1 lb/bu).
3. Método Para Separação Frontal de Subproduto de Óleo a Partir de Grãos Usados em Processo de Produção de Álcool, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que separar o óleo livre da solução de amido liquefeito compreende ainda separar individualmente o glúten e o óleo livre da solução de amido liquefeito para produzir o óleo e um subproduto de glúten.
4. Método Para Separação Frontal de Subproduto de Óleo a Partir de Grãos Usados em Processo de Produção de Álcool, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda moer os sólidos separados da solução de amido liquefeito para produzir fibra fina e gérmen fino, separar a fibra fina e o gérmen fino dos sólidos moídos antes da fermentação e submeter a fibra fina e o gérmen fino à liquefação com os grãos moídos, usados para a produção de álcool, para fornecer a solução de amido liquefeito incluindo fibra, proteína, gérmen e óleo livre.
5. Método Para Separação Frontal de Subproduto de Óleo a Partir de Grãos Usados em Processo de Produção de Álcool, de acordo com a Reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda combinar gérmen fino recuperado após destilação com os sólidos separados, incluindo fibra e gérmen da solução de amido liquefeito e moer os sólidos separados da solução de amido liquefeito e o gérmen fino recuperado após destilação para produzir a fibra fina e o gérmen fino.
6. Método Para Separação Frontal de Subproduto de Óleo a Partir de Grãos Usados em Processo de Produção de Álcool, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o álcool é etanol.
7. Método Para Separação Frontal de Subproduto de Óleo a Partir de Grãos Usados em Processo de Produção de Álcool, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os grãos incluem pelo menos um de milho, trigo, cevada, sorgo, centeio, arroz ou aveia.
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