BR112017027884B1 - Método e sistema para produzir um aditivo de ração animal de alto valor a partir de uma vinhaça em um processo de produção de álcool - Google Patents

Abstract

MÉTODO E SISTEMA PARA PRODUZIR UM ADITIVO DE RAÇÃO ANIMAL DE ALTO VALOR A PARTIR DE UMA VINHAÇA EM UM PROCESSO DE PRODUÇÃO DE ÁLCOOL. Trata-se de um método e um sistema para controlar o crescimento de cultura de organismos para ração de alto valor em um sistema cofermentado que produz etanol e para a cultura para consumir produtos à base tanto de nanoproteína como de carboidrato. O método e o sistema produzem produtos que aprimoram o valor nutricional dos coprodutos. O método fornece adicionalmente um sistema para cultivar coprodutos adicionados de valor único, incluindo uma ração de animal livre de micotoxina, para os mercados de ração animal monogástrico e ruminante, que incluem animais de cultura aquática, aves, suínos, animais de companhia e animais de fazenda. O método inclui a produção de ácidos orgânicos para enriquecer a ração animal para um desempenho animal aprimorado com componentes antibióticos reduzidos na ração. O método inclui a produção e a incorporação de probióticos no produto de ração animal.

Description

REFERÊNCIA REMISSIVA AOS PEDIDOS DE DEPÓSITO CORRELATOS

[001] O presente pedido reivindica prioridade sob o Título 35 do Código dos Estados Unidos § 119(e) do Pedido de Patente Provisório com número de série U.S. 62/184.768, depositado em 25 de junho de 2015 e intitulado, “A Method of a System for Producing a High Value Animal Feed Additive from a Stillage in an Alcohol Production Process,” estando incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência para todos os propósitos.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002] A presente invenção refere-se ao campo da produção de ração animal. De modo mais específico, a presente invenção se refere à produção de ração animal com um valor nutricional acentuado.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[003] A Figura 1 ilustra um processo de moagem a úmido típico para produção de álcool. A Figura 2 ilustra um processo de moagem a seco típico com um sistema de recuperação de óleo de extremidade traseira. A Figura 3 ilustra um processo de moagem a seco típico com um sistema de recuperação de óleo e proteína de extremidade traseira. A Figura 4 ilustra um processo de moagem a seco típico com um sistema de moagem por trituração de extremidade frontal e recuperação de óleo de extremidade frontal. A Figura 5 ilustra um processo de moagem a seco típico com um sistema de moagem por trituração de extremidade frontal, de recuperação de óleo de extremidade frontal e de desfibração de extremidade frontal. A Figura 6 ilustra um processo de moagem a seco típico com um sistema de trituração de extremidade traseira e de recuperação de óleo de extremidade traseira.

[004] Os métodos convencionais para produzir álcoois a partir de grãos seguem, geralmente, procedimentos semelhantes dependendo da possibilidade de o processo ser operado em uma instalação de moagem a úmido ou trituração a seco.

[005] As instalações de processamento de milho de moagem a úmido convertem grão de milho em diversos coprodutos diferentes, tais como gérmen (para extração de óleo), ração com glúten (ração animal com alto teor de fibra), refeição com glúten (ração animal com alto teor de proteína) e produtos à base de amido, tais como etanol, xarope de milho com alto teor de frutose ou amido alimentício e industrial. As instalações de etanol de trituração a seco convertem milho em dois produtos, a saber etanol e grãos de destilador com substância solúvel. Se os produtos forem vendidos como ração animal úmida, os grãos úmidos de destilador com substância solúvel são denominados como DWGS. Se os produtos foram vendidos secos como uma ração animal, os grãos secos de destilador com substância solúvel são denominados como DDGS. No processo de etanol por trituração a seco padrão, um alqueire de milho rende aproximadamente 8,2 kg (aproximadamente 17 lbs.) de DDGS, além dos aproximadamente 10,3 litros (aproximadamente 2,75 gal) de etanol. Esses coprodutos fornecem um fluxo de rendimento secundário crítico que desvia uma porção dos custos de produção de etanol gerais.

[006] Geralmente, DDGS é vendido como uma ração animal de baixo valor, embora o DDGS contenha 10 a 13% de óleo e 28 a 33% de proteína. Algumas instalações modificaram o processo de moagem a seco típico para separar o óleo e a proteína valiosos do DDGS. Existem cerca de 100 instalações com um sistema de recuperação de óleo de extremidade traseira que tem um processo (conforme mostrado na Figura 2) revelado na Patente no U.S. 7.601.858, uma instalação usa um sistema de recuperação de proteína que tem um processo (conforme mostrado na Figura 3) revelado no documento no PCT/US09/45163 (intitulado “METHODS FOR PRODUCING A HIGH PROTEIN CORN MEAL FROM A WHOLE STILLAGE BYPRODUCT AND SYSTEM THEREFORE”) e vinte e cinco instalações usam uma moagem de trituração frontal para aumentar o rendimento de álcool que usa um processo (consultar Figura 4) revelado no documento no PCT/US 12/30337 (intitulado “DRY GRIND ETHANOL PRODUCTION PROCESS AND SYSTEM WITH FRONT END MILLING METHOD,” os quais estão incorporados a título de referência em sua totalidade para todos os propósitos. Essas instalações são modificadas para aumentar um rendimento de álcool das instalações e para recuperar óleo valioso na extremidade frontal. Existem também quatro instalações que recuperam uma fração com alto teor de fibra a partir do mosto cozido que permite a produção de recuperações de maior teor de óleo e de alto teor de proteína de destilador (consultar Figura 5).

[007] Os processos de moagem a úmido e moagem a seco típicos têm processos de fermentação comuns. Esse tipo de fermentação para produzir um álcool agrícola utiliza e converte os carboidratos à base de amido encontrados em grãos e converte esses em glicose com o uso de processos enzimáticos bem conhecidos. Saccharomyces cerevisiae (levedura) converte a molécula de glicose em etanol e dióxido de carbono em conjunto com outros produtos que incluem corpos de glicerol e levedura. O etanol é removido do caldo de fermentação com destilação a vapor convencional e vendido como um combustível de transporte valioso e álcool industrial. O método para produzir álcool agrícola à base de grãos com o uso de uma fermentação segue um método bem conhecido que usa fermentação em batelada ou contínua. O que resta após a conversão e a fermentação de amido é diferente dependendo dos processos usados. Conforme mostrado na Figura 1 (um processo de moagem a úmido), o material que permanece após a recuperação de álcool é levedura consumida, metabólitos de levedura não voláteis e sólidos solúveis de grão. Conforme mostrado na Figura 2 (um processo de moagem a seco simples típico), o material que permanece após a recuperação de álcool é uma mistura de grãos consumidos que contêm proteínas, fibra, levedura, óleo, metabólitos de levedura, açúcares não fermentáveis, açúcares não fermentados, ácidos orgânicos, minerais e outros constituintes. Após a recuperação de etanol, esses resíduos estão em uma forma semilíquida, a qual é chamada vinhaça completa. A vinhaça completa é separada por meio de centrifugação em um sólido úmido, o qual é chamado de grãos de destilador úmidos (principalmente fibra e proteína), e líquido, o qual é chamado de vinhaça fina (que contém principalmente óleo, corpos de levedura, compostos solúveis e partículas finas de grão suspensas).

[008] Essa vinhaça fina vai normalmente para um sistema de evaporador para ser concentrada para conter 30 a 50% de sólidos secos (70 a 50% de água), os quais são chamados de xarope. Processos opcionais podem recuperar óleo a partir do xarope como um produto separado, o qual é mostrado na Figura 2. Em uma instalação de moagem a seco típica, os sólidos centrifugados (WDG) e o xarope são misturados e são secos para produzir DDGS, os quais são vendidos nos mercados de ração animal para animais tanto ruminantes quanto monogástricos por todo o mundo. O DDGS tem, geralmente, mais de 30% de proteína. Entretanto, devido à alta concentração de fibra, o mesmo não é adequado como um produto de alta inclusão para dietas de galinhas e peixes.

[009] Muitos processos foram desenvolvidos para aperfeiçoar a valor e o uso de DDGS. Na Figura 3, a proteína é removida/recuperada de DDG. Na Figura 4, a moagem frontal é adicionada à extremidade frontal para aperfeiçoar a recuperação de óleo e proteína. Na Figura 5, a fibra pode ser separada antes do fermentador. Esses processos permitem que o que é usado seja vendido como DDGS a ser separado em quatro porções: a) fibra, b) proteína, c) xarope e d) óleo. O processo ilustrado na Figura 6 é semelhante ao processo da Figura 5, exceto pelo fato de que a etapa de moagem e a etapa de remoção/recuperação de fibra está na extremidade traseira em vez de na extremidade frontal.

[0010] Geralmente, todos os processos de moagem a úmido e moagem a seco produzem xarope no fim dos processos. O xarope contém os minerais solúveis a partir de grãos e tem “fatores de crescimento não identificados”. Os fatores de crescimento não identificados são ingredientes de nutriente, tais como vitamina, os quais são a partir de levedura na etapa de fermentação.

[0011] A vinhaça fina contém normalmente 5 a 8% de sólidos (95 a 92% de água) e é processada através de um sistema de evaporador, de forma que a vinhaça seja subsequentemente concentrada para conter 30 a 50% de sólidos (70 a 50% de água) antes de a vinhaça ser misturada com uma torta úmida a partir da centrífuga (WDG) para produzir DDGS de baixo custo. O DDGS é principalmente usado para ração animal ruminante devido ao seu alto teor de fibra e à sua concentração de micotoxina.

[0012] Pesquisa significativa e trabalho de desenvolvimento foram feitos para aperfeiçoar o valor da vinhaça fina, incluindo aumentar o teor de proteína usando- se uma fermentação aeróbica. A vinhaça fina a partir da produção de etanol contém compostos biodegradáveis orgânicos e micronutrientes suficientes para cultivo fúngico, tal como a variante oligosporus de Rhizopus microsporus. O fundo remove cerca de 60% do material orgânico, incluindo os sólidos suspensos e ainda mais das mesmas substâncias específicas que são indesejadas para reciclagem. Então, os péletes fúngicos podem ser facilmente coletados como um organismo de grau alimentício (RO), o qual é rico em gordura e proteína (especificamente os aminoácidos, tais como lisina e metionina). Entretanto, o custo de todo o sistema e a quantidade de energia que é necessária para esse sistema é alto e não pode ser justificado em uma escala comercial. Além disso, uma aprovação de USDA é exigida para o fungo antes de o sistema pode estar em uma operação comercial.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0013] Em alguns casos, diversas espécies de levedura que têm capacidade para sintetizar um ou mais nutrientes predeterminados, especialmente carotenoides, são adicionadas a um material de carga orgânica. O material de carga e levedura são fermentados, o que resulta na sintetização dos nutrientes predeterminados por meio da levedura. A mistura de fermentação pode ser, então, seca ou processada de outro modo em um produto de ração animal que contém os nutrientes sintetizados durante o processo de fermentação. Em alguns casos, a fermentação secundária leva até 5 dias para produzir Carotenoides naturais a partir da vinhaça completa.

[0014] Em alguns casos, a reciclagem da levedura em um sistema de fermentação em batelada de um processo de moagem a seco é usada para reduzir o tempo de fermentação para cerca de 10 horas e o microrganismo dentro do milho cresce lentamente usando-se um sistema de definição de reciclagem, o qual produz ácido lático próximo ao fim da fermentação. Nesse caso, o ácido lático altera de normalmente menos que 0,2% para mais que 1% após uma operação de reciclagem de quatro bateladas. A porcentagem do rendimento de álcool aumenta com uma definição de reciclagem mesmo quando a porcentagem do ácido lático é tão alta quanto 1% ou mais. Esse microrganismo pode produzir ácido lático com DP4 (tetrassacarídeo) ou outro carboidrato, tal como glicerol sem glicose.

[0015] Em algumas modalidades, proporcionam-se trajetos/métodos para fabricar produtos com valor adicionado, incluindo ácido lático (por exemplo, com o uso de grãos), enzimas, levedura (ou leveduras) e bactérias para criar produtos com valor adicionado. Grãos de todos os tipos podem ser usados para etanol à base de grão. O maiz (milho) tem capacidade para ser uma matéria-prima. O milho cultivado por todo o mundo é suscetível a contaminação de micotoxina durante sua temporada de cultivo. Essas micotoxinas são produzidas por meio de moldes naturais no solo, os quais crescem na superfície do núcleo ao longo dos processos de crescimento e maturação dos milhos. Algumas condições climáticas durante o crescimento e a maturação posterior da cultura têm um papel-chave na geração de micotoxina. Além disso, algumas condições de armazenamento do grão também podem gerar micotoxinas. As micotoxinas no grão e outros produtos de ração animal cria problemas digestivos graves para animais de todos os tipos que limitam o ganho de peso e a saúde do animal em geral.

[0016] Essas micotoxinas estão na superfície do núcleo do milho conforme os milhos entram na instalação de processamento. As micotoxinas passam pelo processo de produção de etanol intactas.

[0017] Além disso, a redução de massa no processo de fermentação resulta em um aumento triplo na concentração original das micotoxinas no DDGS. Esse aumento triplo na concentração é um problema principal para as instalações de processamento. Com a concentração aumentada das micotoxinas, os produtos de ração animal gerados na instalação de etanol se tornam mais tóxicos para os animais. A ração de animais produzida nessas instalações é uma parte muito importante do modelo econômico, o qual é usado para subsidiar os custos operacionais.

[0018] Entretanto, altas concentrações de micotoxinas limitam os locais de vendas para esses grãos e reduzem o preço de mercado pago pela ração.

[0019] Muitos estudos mostraram os benefícios de uma ração com alto teor de proteína e baixo teor de carboidrato. O uso desse material em razões de ração aprimora muito o valor nutricional para animais de todos os tipos. A ração animal contaminada com micotoxina força o produtor a descontar fortemente seus produtos ou pagar um prêmio para matéria-prima de milho livre de micotoxina.

[0020] Diversas modalidades descritas no presente documento fornecem um método para remover as micotoxinas do grão de milho antes do processamento. Os métodos revelados no presente documento reduzem significativamente os efeitos de concentração de micotoxinas na ração de animais, as quais são produzidas em uma instalação de etanol à base de milho. A ração de animais livre de micotoxina produzida a partir dos processos pode ser, agora, alimentada a animais sem preocupação sobre os efeitos de saúde negativos associados a micotoxinas.

[0021] Além disso, o processo descrito no presente documento produz uma corrente solúvel nutritiva e com baixo teor de fibra, a qual tem capacidade para ser uma ração adequada para animais jovens. Essa corrente solúvel contém uma mistura de componentes de milho e levedura, os quais são altamente digestíveis e perfeitamente adequados para animais bebês. Essa corrente contém uma mistura de componentes de aminoácidos, minerais e levedura. A mistura tem capacidade para ser usada para fazer ração animal, a qual contém muitos nutrientes altamente digestíveis em conjunto com concentrações úteis de fator (ou fatores) de crescimento não identificado.

[0022] O fator (ou fatores) de crescimento não identificado pode ser um termo usado para descrever os diversos benefícios dessa corrente solúvel. A corrente solúvel aprimorada tem a capacidade para ser concentrada para conter 80% de sólidos (20% de água), o que aumenta tanto sua vida útil limitando-se o crescimento de organismos no xarope (devido a atividade de baixo teor de água) e custos de transporte mais baixos (devido à baixa quantidade de água presente em comparação com um xarope tradicionalmente processado).

[0023] Os sistemas de ração de suínos bebês e cultura aquática têm capacidade para usar essa corrente solúvel altamente nutritiva para aprimorar o ganho de peso e encorajar o crescimento tanto de peixes aquáticos quanto de algas. As algas se tornam uma ração excelente por si próprias para os organismos maiores no sistema de cultura aquática, a saber peixes, crustáceos e camarões. O crescimento de algas que contém proteínas, fibras, gorduras e minerais aprimora todo o ecossistema de cultura aquática completa.

[0024] Além disso, provou-se que microrganismos benéficos aperfeiçoam a saúde geral na pecuária. Os probióticos têm capacidade para ser usados para competir com patógenos para nutrição e ambiente. Em algumas modalidades, probióticos são usados para liberar compostos que são tóxicos a patógenos, os quais estimulam o sistema imunológicos na área gastrointestinal, resultam em desempenho de crescimento maior, digestão maior e imunidade mais forte dos animais. Em algumas modalidades, os ácidos orgânicos são usados como um aditivo de ração para aumentar ingestão e impedir a contaminação por salmonela e mastite. Em algumas modalidades, a ingestão contínua de ácidos orgânicos e probióticos vivos são usados, os quais têm um papel importante no suprimento contínuo na ração de ração animal.

[0025] Geralmente, a vinhaça completa é produzida como um subproduto líquido a partir de uma fermentação de etanol com o uso de leveduras. A vinhaça fina é produzida após remoção de proteína e fibra por meio de centrifugação. O xarope é um concentrado da vinhaça fina após a remoção de água por meio de evaporação. A vinhaça fina e o xarope contêm proteína, gordura, minerais, aminoácido, metabólitos de levedura, fibra, monossacarídeos, dissacarídeos, oligossacarídeos, potássio, fósforo e outros fatores de crescimento não identificados. A mesma é benéfica para uso da vinhaça fina como uma ração animal substituta, devido a seu baixo custo e alto valor nutricional.

[0026] A vinhaça fina é ideal para cultivar microrganismos devido a seu teor nutricional. Os probióticos ideais foram selecionados para maximizar a concentração de ácido lático tanto em xarope quanto na vinhaça fina. O isolado converte carboidratos e outros componentes em ácido lático em xarope e serve como probióticos quando alimentado a pecuária. Uma vez que o isolado foi escolhido e identificado, o mesmo também pode ser um hospedeiro geneticamente projetado para produzir uma enzima de degradação de aflatoxina encontrada a partir de outras bactérias. Dessa forma, o isolado pode produzir ácido lático e degradar aflatoxina durante uma etapa de fermentação.

[0027] As bactérias, que demonstram atividade de celulase e hemicelulose, têm capacidade para ser introduzidas antes ou com o isolado de bactérias para um processo de cofermentação para quebrar celulose e hemicelulose em monossacarídeos ou dissacarídeos, os quais têm capacidade para serem fontes de carbono acessíveis para bactérias de produção de ácido lático, de forma que a produtividade de ácido lático tenha capacidade para ser maximizada.

[0028] Adicionalmente, as bactérias, que demonstram atividade de protease, podem ser introduzidas após tratamento com celulase. As bactérias são usadas para quebrar cadeias de proteína e peptídeo em moléculas menores que incluem os aminoácidos. As moléculas de aminoácido menores são mais acessíveis a animais que têm sistemas digestivos menos eficientes. Por exemplo, a galinha é um animal exemplificativo típico com digestão ruim com apenas 50% de nutrientes supridos a partir de DDGS absorvidos durante a digestão.

[0029] Em algumas modalidades, devido ao alto teor de potássio e fósforo, os produtos finais também são adequados para cultivar algas, as quais são produtos valiosos no mercado de peixes. O ácido orgânico e os probióticos são benéficos a peixes semelhantes a outros animais terrestres. Em algumas modalidades, os produtos finais com alto teor de nutriente são diretamente alimentados a peixes ou especificamente a peixes que se alimentam de algas após cultivados. Em algumas modalidades, os produtos finais com alto teor de nutriente são combinados com algas a serem alimentadas aos peixes.

[0030] Em um aspecto, um método para produzir uma ração animal com adição de nutrientes compreende limpar uma matéria-prima até que uma maioria de micotoxina em uma superfície da matéria-prima seja removida, moer a matéria- prima para formar uma matéria-prima moída, liquefazer a matéria-prima moída para formar uma matéria-prima liquefeita, realizar uma primeira fermentação da matéria- prima liquefeita, adicionar nova cultura a uma segunda fermentação e formar a ração animal com adição de nutrientes.

[0031] Em algumas modalidades, a limpeza compreende lavagem com o uso de água. Em outras modalidades, a matéria-prima compreende milhos. Em algumas outras modalidades, a segunda fermentação cultiva microrganismos que geram o nutriente. Em algumas modalidades, o nutriente compreende ácido lático, carotenoides, antioxidantes ou uma combinação dos mesmos. Em outras modalidades, a nova cultura é adicionada a um tanque para fermentação de cerveja. Em algumas outras modalidades, a segunda fermentação no tanque para fermentação de cerveja ocorre após a primeira fermentação e antes da destilação. Em algumas modalidades, a nova cultura é adicionada a uma vinhaça fina. Em outras modalidades, a adição da nova cultura ocorre após a destilação. Em outras modalidades, a adição da nova cultura ocorre antes da evaporação e após a remoção de fibra e proteína. Em algumas outras modalidades, a nova cultura é adicionada a um xarope semiconcentrado em um tanque de retenção. Em algumas modalidades, a segunda fermentação ocorre durante uma evaporação. Em algumas modalidades, a segunda fermentação ocorre antes de uma evaporação. Em algumas modalidades, a segunda fermentação ocorre após uma evaporação.

[0032] Em outro aspecto, um sistema de produção de ração animal com adição de nutrientes compreende um dispositivo de lavagem de milho configurado para remover uma maioria de micotoxina em uma superfície de milhos, um dispositivo de moagem configurado para converter os milhos em milhos moídos, um tanque de liquefação configurado para converter os milhos moídos para formar uma substância liquefeita, um primeiro tanque de fermentação configurado para realizar uma primeira fermentação, de forma que a substância liquefeita se torne uma primeira substância fermentada e um segundo tanque de fermentação configurado para receber uma nova cultura e realizar uma segunda fermentação.

[0033] Em algumas modalidades, a segunda fermentação cultiva microrganismos que geram o nutriente. Em outras modalidades, o nutriente compreende ácido lático, carotenoides, antioxidantes ou uma combinação dos mesmos. Em algumas outras modalidades, a nova cultura é adicionada a um tanque para fermentação de cerveja. Em algumas modalidades, a segunda fermentação no tanque para fermentação de cerveja ocorre após da primeira fermentação e antes da destilação. Em outras modalidades, a nova cultura é adicionada a uma vinhaça fina. Em algumas outras modalidades, a nova cultura é adicionada após a destilação. Em algumas outras modalidades, a nova cultura é adicionada antes do evaporador e após um dispositivo de remoção de fibra e proteína. Em algumas modalidades, a nova cultura é adicionada a um xarope semiconcentrado em um tanque de retenção. Em outras modalidades, a segunda fermentação é em um evaporador. Em algumas modalidades, a segunda fermentação ocorre antes de uma evaporação. Em algumas modalidades, a segunda fermentação ocorre após uma evaporação.

[0034] Em outro aspecto, um método para produzir uma ração animal com adição de nutrientes compreende moer milhos para formar milhos moídos, liquefazer os milhos moídos para formar uma substância liquefeita, realizar uma primeira fermentação da substância liquefeita, realizar uma segunda fermentação e formar a ração animal com adição de nutrientes.

[0035] Em algumas modalidades, o método compreende adicionalmente adicionar uma nova cultura. Em outras modalidades, a nova cultura é adicionada à segunda fermentação. Em algumas outras modalidades, a segunda fermentação ocorre após da primeira fermentação e antes da destilação. Em algumas modalidades, a segunda fermentação ocorre após a separação e a destilação de fibra e proteína. Em outras modalidades, a segunda fermentação ocorre em um tanque de vinhaça fina. Em algumas outras modalidades, a segunda fermentação ocorre em um tanque de xarope semiconcentrado.

[0036] Em um aspecto, um método para produzir uma ração animal com adição de nutrientes compreende realizar uma primeira fermentação e gerar ácido orgânico, probióticos ou ambos em uma segunda fermentação. Em algumas modalidades, o método compreende adicionalmente adicionar microrganismos à segunda fermentação. Em outras modalidades, os microrganismos compreendem Lactobacillus spp., Bifidobacterium spp., Streptococcus spp. ou uma combinação dos mesmos. Em algumas outras modalidades, os microrganismos compreendem Bacillus spp., Enterococcus spp. ou uma combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, os microrganismos produzem proteases que quebram a emulsão para aperfeiçoar a recuperação de óleo. Em algumas modalidades, os microrganismos compreendem Bacillus fastidiosus, Aspergillus funiculosus ou uma combinação dos mesmos. Em outras modalidades, o método compreende adicionalmente fornecer um ambiente adequado para um crescimento de microrganismos probióticos. Em algumas outras modalidades, o ácido orgânico compreende ácido lático ou ácido acético. Em algumas modalidades, o método compreende adicionalmente cultivar probióticos com o uso de um fermento líquido a partir da primeira fermentação como uma cultura. Em algumas modalidades, a primeira fermentação é realizada em série antes da segunda fermentação, em que a primeira fermentação compreende um primeiro tipo ou uma quantidade de microrganismo diferente a partir de um segundo tipo ou uma segunda quantidade de microrganismo na segunda fermentação

[0037] Em outro aspecto, um método para produzir uma ração animal com adição de nutrientes compreende realizar uma primeira fermentação, adicionar microrganismos a uma segunda fermentação e produzir ração animal probiótica. Em algumas modalidades, a primeira fermentação compreende uma etapa de fermentação para produção de álcool. Em outras modalidades, a segunda fermentação ocorre em um tanque para fermentação de cerveja. Em algumas outras modalidades, o tanque para fermentação de cerveja ocorre após da primeira fermentação e antes da destilação. Em algumas modalidades, a segunda fermentação é em uma vinhaça fina. Em outras modalidades, a vinhaça fina ocorre após a separação de fibra e proteína. Em algumas outras modalidades, a segunda fermentação é em uma vinhaça completa após destilação. Em algumas modalidades, a segunda fermentação é em um tanque de xarope semiconcentrado. Em algumas outras modalidades, a segunda fermentação é realizada durante uma evaporação de múltiplos estágios. Em algumas modalidades, a segunda fermentação ocorre antes da separação de óleo. Em algumas outras modalidades, a segunda fermentação ocorre após a separação de óleo. Em algumas modalidades, a segunda fermentação ocorre após a evaporação. Em algumas outras modalidades, a segunda fermentação compreende proteína, gordura, minerais, aminoácido, metabólitos de levedura, fibra, monossacarídeos, dissacarídeos, oligossacarídeos, potássio, fósforo ou fatores de crescimento.

[0038] Em outro aspecto, um sistema para fazer ração animal probiótica compreende um primeiro fermentador para fazer álcool e um segundo fermentador com microrganismos adicionados acoplados ao primeiro fermentador. Em algumas modalidades, o segundo fermentador está em um tanque para fermentação de cerveja. Em outras modalidades, o tanque para fermentação de cerveja está após o primeiro fermentador e antes do destilador. Em algumas outras modalidades, o segundo fermentador está em um tanque de vinhaça fina. Em algumas modalidades, a vinhaça fina ocorre após um dispositivo de recuperação de fibra e proteína. Em algumas outras modalidades, o segundo fermentador compreende uma vinhaça completa após o destilador. Em algumas modalidades, o segundo fermentador está em um tanque de xarope semiconcentrado. Em algumas outras modalidades, o segundo fermentador está antes de um dispositivo de recuperação de óleo. Em algumas modalidades, o segundo fermentador está antes de um dispositivo de recuperação de óleo. Em outras modalidades, a segunda fermentação ocorre após o evaporador.

[0039] Em um aspecto, um método para produzir uma ração animal com adição de nutrientes compreende remover aflatoxinas de milho entrante com um sistema de lavagem com água antes de um moinho de martelos, realizar uma primeira fermentação e gerar probióticos, antioxidantes, carotenoides, aminoácidos ou uma combinação dos mesmos em uma segunda fermentação.

[0040] Em algumas modalidades, o método compreende adicionalmente adicionar microrganismos à segunda fermentação. Em outras modalidades, os microrganismos compreendem Bifidobacterium spp., Streptococcus spp., Bacillus spp. ou uma combinação dos mesmos. Em algumas outras modalidades, os microrganismos compreendem Bacillus spp., Enterococcus spp. ou uma combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, os microrganismos produzem emulsão de quebra de proteases para aperfeiçoar a recuperação de óleo. Em algumas modalidades, os microrganismos compreendem Bacillus fastidiosus, Aspergillus funiculosus ou uma combinação dos mesmos. Em outras modalidades, o método, de acordo com a reivindicação 34, que compreende adicionalmente fornecer um ambiente adequado para um crescimento de microrganismos probióticos. Em algumas outras modalidades, o ácido orgânico compreende ácido lático ou ácido acético. Em algumas modalidades, o método compreende adicionalmente cultivar probióticos com o uso de um fermento líquido a partir da primeira fermentação como uma cultura.

[0041] Em outro aspecto, um sistema para fazer ração animal probiótica com baixa concentração de aflatoxina compreende remover por lavagem aflatoxinas de milho entrante com um sistema de lavagem com água antes do moinho de martelos, um primeiro fermentador para fazer álcool, um segundo fermentador com microrganismos adicionados acoplados ao primeiro fermentador.

[0042] Em algumas modalidades, o segundo fermentador é um tanque para fermentação de cerveja. Em outras modalidades, o tanque para fermentação de cerveja está após o primeiro fermentador e antes da destilação. Em algumas outras modalidades, o segundo fermentador é realizado no tanque de vinhaça fina. Em algumas modalidades, a vinhaça fina ocorre após um dispositivo de recuperação de fibra e proteína. Em outras modalidades, o segundo sistema de fermentador compreende fermentação após destilação. Em algumas outras modalidades, o segundo fermentador está em um tanque de concentrado de xarope ou xarope semiconcentrado. Em algumas modalidades, o segundo fermentador está antes de um dispositivo de recuperação de óleo. Em outras modalidades, o segundo fermentador está após um dispositivo de recuperação de óleo. Em algumas outras modalidades, a segunda fermentação ocorre após a evaporação.

[0043] Em outro aspecto, um método para produzir uma ração animal com adição de nutrientes compreende realizar uma primeira fermentação para produzir um álcool, retirar microrganismos em um fim da primeira fermentação e adicionar os microrganismos em uma segunda fermentação após a destilação para propagar e produzir ácido orgânico, probiótico ou uma combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, a segunda fermentação compreende um fermentador que tem um tanque de vinhaça completa após um dispositivo de destilação. Em outras modalidades, a segunda fermentação compreende um fermentador que tem um tanque de vinhaça fina após separar a fibra e a proteína. Em algumas outras modalidades, a segunda fermentação compreende um fermentador que tem um tanque de xarope semiconcentrado durante um processo de evaporação de múltiplos estágios. Em algumas outras modalidades, a segunda fermentação compreende um fermentador que tem um tanque de xarope após a evaporação. Em algumas modalidades, o método compreende adicionalmente adicionar os microrganismos como uma cultura à segunda fermentação. Em algumas modalidades, o método compreende adicionalmente fornecer um ambiente adequado para um crescimento de microrganismos probióticos. Em outras modalidades, o método compreende adicionalmente fornecer um ambiente adequado para um crescimento de um tipo de microrganismo, o qual quebra uma micotoxina na fermentação secundária. Em algumas outras modalidades, a primeira fermentação e a segunda fermentação são processos separados e acoplados em série, em que a primeira fermentação e a segunda fermentação compreendem microrganismos diferentes.

[0044] Outros recursos e vantagens da presente invenção se tornarão evidentes após revisar a descrição detalhada das modalidades apresentadas abaixo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0045] As modalidades serão agora descritas por meio de exemplos, com referência aos desenhos anexos, os quais são destinados a serem exemplificativos e não limitantes. Para todas as Figuras mencionadas no presente documento, elementos numerados de modo semelhante se referem a elementos semelhantes por todo o relatório.

[0046] A Figura 1 ilustra um processo de moagem a úmido típico para a produção de álcool.

[0047] A Figura 2 ilustra um processo de moagem a seco típico com um sistema de recuperação de óleo de extremidade traseira.

[0048] A Figura 3 ilustra um processo de moagem a seco típico com um sistema de recuperação de óleo e proteína de extremidade traseira.

[0049] A Figura 4 ilustra um processo de moagem a seco típico com um sistema de moagem por trituração de extremidade frontal e recuperação de óleo de extremidade frontal.

[0050] A Figura 5 ilustra um processo de moagem a seco típico com um sistema de moagem por trituração de extremidade frontal, de recuperação de óleo de extremidade frontal e de desfibração de extremidade frontal.

[0051] A Figura 6 ilustra um processo de moagem a seco típico com um sistema de moagem traseira e recuperação de óleo de extremidade traseira.

[0052] A Figura 7 ilustra um sistema para produzir ração animal aprimorada com o uso de um processo de produção de álcool de acordo com algumas modalidades.

[0053] As Figuras 8A, 8B e 8C mostram resultados de um sistema de definição de reciclagem contínuo de acordo com algumas modalidades.

[0054] As Figuras 9A, 9B, 9C e 9D mostram resultados datados de um sistema que recicla a pasta fluida de levedura mais ativa de acordo com algumas modalidades.

[0055] A Figura 10 compreende uma Tabela 2 que mostra resultados de produção de ácido lático por Lactobacillus brevis em meio diferente de acordo com algumas modalidades.

[0056] A Figura 11 compreende resultados experimentais para tomar uma porção da substância a partir da primeira fermentação para ser adicionado à segunda fermentação como um método para cultivar nutrientes de acordo com algumas modalidades.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERENCIAL

[0057] Faz-se referência em detalhes às modalidades da presente invenção, cujos exemplos são ilustrados nos desenhos anexos. Embora a invenção seja descrita em conjunto com as modalidades abaixo, entende-se que as mesmas não são destinadas a limitar a invenção a essas modalidades e esses exemplos. Pelo contrário, a invenção é destinada a abranger alternativas, modificações e equivalentes, os quais podem ser incluídos no âmbito e no escopo da invenção, conforme definido pelas reivindicações anexas. Além disso, na descrição detalhada a seguir da presente invenção, diversos detalhes específicos são apresentados a fim de ilustrar mais completamente a presente invenção. Entretanto, é evidente para um indivíduo de habilidade comum na técnica anterior que tem o benefício desta revelação que a presente invenção pode ser praticada sem esses detalhes específicos. Em outros casos, métodos e procedimentos, componentes e processos bem conhecidos não foram descritos em detalhes a fim de não obscurecer de modo desnecessário aspectos da presente invenção. Observa-se, obviamente, que, no desenvolvimento de qualquer tal implantação real, diversas decisões de implantação específica precisam ser feitas a fim de alcançar os objetivos específicos do desenvolvimento, tais como cumprimento com a restrições relacionadas à aplicação e ao negócio, e que esses objetivos específicos variam de uma implantação para outra e de um desenvolvedor para outro. Além disso, observa-se que tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas é, ainda assim, uma tarefa rotineira de projeto para os indivíduos de habilidade comum na técnica que têm o benefício desta revelação.

[0058] A Figura 7 ilustra um processo de produção de ração animal 70 de acordo com algumas modalidades. O processo 70 compreende adicionar substâncias microbiológicas em um processo de produção de álcool para produzir uma ração animal de nutriente aprimorada a partir do sólido solúvel. No processo 70, os grãos (por exemplo, milhos) são enviados através de lavagem 74 para remover micotoxinas antes de alimentar os grãos a um moinho de martelos para moagem 21. Em algumas modalidades, substancialmente todas as micotoxinas são removidas da superfície de milhos. Após a moagem 21 (por exemplo, um moinho de martelos), a farinha desprovida de micotoxinas é enviada para liquefação 22, a qual é realizada para produzir um mosto liquefeito. O mosto liquefeito é, então, alimentado para fermentação 23. Em algumas modalidades, a fermentação 23 é um processo de fermentação para fazer álcoois.

[0059] Em uma Etapa 71, o caldo de cerveja do fermentador da fermentação 23 é alimentado a um tanque para fermentação de cerveja grande como um tanque de retenção antes de ser processado na torre de destilação da destilação 24 para recuperar etanol. O novo tipo de cultura pode ser adicionado a um último estágio do tanque de fermentador ou do tanque para fermentação de cerveja da fermentação 23 e o uso do tanque para fermentação de cerveja como um processo de fermentação secundário para produzir ingredientes de alto valor aditivo de ração, incluindo ácido lático, carotenoides e todos os tipos de antioxidantes que são usados na indústria de ração.

[0060] Em algumas modalidades, uma cultura selecionada com atividade alta o suficiente é usada para produzir os ingredientes de alto valor na maior taxa sob condições de fermentação normais em queda, tal como mais que álcool a 12% p/v (120 g/l), pH 4 a 5 e temperatura de 29,55 °C a 32,22 °C (85 a 90 graus Fahrenheit). Com essa cultura biológica revelada no presente documento, uma ração aprimorada pode ser produzida sem adição de custo capital significativo.

[0061] Em algumas modalidades, o organismo é adicionado em uma etapa diferente no método 70 quando o novo tipo cultura não é adequado às condições operacionais acima. As condições que causariam problemas biológicos incluem a incapacidade para a nova cultura manter atividade suficiente a 12% p/v (120 g/l) de álcool ou tolerar suficientemente a fibra e a proteína que existem no sistema ou prosperar no ambiente ácido (por exemplo, pH 4 a 5).

[0062] Em algumas modalidades, a nova cultura é adicionada à vinhaça fina em uma fermentação secundária 72 (após destilação 24 e remoção centrífuga deseparação/recuperação de fibra e proteína 25), em que, primariamente, apenas sólidos solúveis e sólidos finos suspensos estão presentes na vinhaça fina. Em algumas modalidades, o tanque de vinhaça fina na fermentação secundária 72 é grande o suficiente para gerar tempo de retenção suficiente para produzir os ingredientes desejados (por exemplo, bacteriocina e ácido lático) na concentração desejada. Em algumas modalidades, um método de cultura continuamente reciclado é usado como um processo de fermentação contínuo, o qual tem capacidade para diminuir o tamanho do tanque em alguns graus, tais como, 1/8, 1/6, ¼ ou 1/2.

[0063] Em algumas modalidades, a nova cultura é adicionada a um xarope semiconcentrado de uma fermentação secundária 73 quando o novo tipo de cultura tem uma taxa de crescimento/taxa de produção muito menor e não tem óleo no sistema.

[0064] Em algumas modalidades, uma fermentação secundária 75 é realizada após a evaporação 20 quando o novo tipo de cultura pode crescer e se propagar em uma concentração de nutriente maior (por exemplo, 60% de DS) conforme encontrado no xarope após o evaporador.

[0065] Em algumas modalidades, o processo de fermentação secundários, incluindo a fermentação secundária 71, 72 e 73, produz ingredientes de ração de valor adicionado encorajando-se e cultivando-se organismos selecionados nos mesmos vasos de reação que a levedura usa para converter glicose em etanol. Em algumas modalidades, o primeiro e o segundo processos de fermentação são realizados no mesmo tanque ou dispositivo, enquanto as condições de reação têm capacidade para serem diferentes para a primeira e a segunda fermentações respectivamente.

[0066] Em algumas modalidades, os organismos são selecionados e cultivados com base nos tipos predeterminados de ingredientes como aditivos de ração animal. Em algumas modalidades, um ou mais fermentações secundárias ocorrem após a conclusão da fermentação primária. A cultura secundária é introduzida no caldo de fermentação do processo de fermentação secundário, tal como a fermentação secundária 71, 72 e 73, e consome açúcares não fermentáveis, açúcares fermentáveis residuais, outros carboidratos, aminoácidos e fibras para produzir um metabólito valioso. O metabólito valioso é capturado em um processo de separação, o qual é usado para produzir os produtos de ração animal mencionados acima.

[0067] Em algumas modalidades, a fermentação secundária produz ração de animais com aditivos de ração selecionados, incluindo um ou mais de ácidos láticos, carotenoides, antioxidantes e vitaminas. Os aditivos de ração têm capacidade para serem produzidos com o uso dos componentes de grão não fermentados no mesmo vaso de reação, o qual tem capacidade para diminuir os custos de produção significativamente. Em algumas modalidades, os organismos selecionados encurtam a cadeia longa de aminoácidos de milhos, de forma que os tamanhos dos aminoácidos são reduzidos e a digestão é aumentada para animais. Em algumas modalidades, organismos e enzimas são reciclados para serem usados.

[0068] Em algumas modalidades, o xarope é nutricional e é ideal para o crescimento de microrganismos. Os probióticos, tais como Bacillus sp., Lactobacillus sp. e Bifidobacterium sp., ajudam a imunidade e a digestão dos animais. Diferente de bactérias, as quais podem crescer de modo extremamente eficiente com suprimento de carbono mínimo, a maioria dos probióticos precisa de nutrientes e elementos essenciais, tais como vitaminas e alguns aminoácidos, a fim de crescer eficientemente. Uma vez que o xarope é uma forma concentrada de uma fermentação de levedura e milho, o xarope contém resíduos celulares de levedura e todos os aminoácidos essenciais necessitados pelos animais.

[0069] Em algumas modalidades, os milhos são usados como uma fonte de ração. Milhos fornecem diversas vitaminas e tipos diferentes de fonte de açúcar que suporta o crescimento de probióticos. Em algumas modalidades, um isolado probiótico (filamento WYC de Lactobacillus brevis) cresce de modo muito saudável e produz mais do que o quadruplo da quantidade do ácido lático original e até quatro vezes em xarope semiconcentrado (conforme mostrado na Tabela 2). Consequentemente, em algumas modalidades, o xarope é usado como um ambiente selecionado para que os probióticos cresçam, o que torna o produto final geral mais benéfico para animais e mais valioso como ração animal.

[0070] Em algumas modalidades, os microrganismos que têm capacidades de degradação ou detoxificação de aflatoxina são usados, incluindo Pseudomonas aeruginosa, Pleurotus ostreatus, Rhodococcus erythropolis, dentre outros. Em algumas modalidades, resultados de teste mostraram que a reação de degradação realizada por essas culturas é feita por meio de enzima (ou enzimas) extracelular. Essa característica torna mais fácil a aplicação industrial, devido ao fato de que enzimas extracelulares têm normalmente cadeia de peptídeo curta e tamanho curto, o que as torna adequadas para serem uma tarefa de projeto genético. Em algumas modalidades, a enzima de degradação de aflatoxina é induzida e excretada pelas células hospedeiras selecionadas. Por exemplo, para uma amilase de secreção de Bacillus thermophilus, o gene de amilase pode ser trocado para enzima de degradação de aflatoxina. Esse Bacillus thermophilus modificado tem capacidade para usar o mesmo mecanismo de excreção que é usado para excretar amilase para excretar enzima de degradação de aflatoxina, e a expressão pode ser regulada por meio de indutor de amilase. Alternativamente, o gene de enzima de degradação de aflatoxina é conectado após um gene amplificador em um plasmídeo e, então, inserido em um hospedeiro selecionado.

[0071] Em algumas modalidades, durante a produção de xarope, óleo de milho e tensoativos solúveis de água naturais são vigorosamente misturados. Essa mistura forma uma camada espessa de emulsão, a qual é essencialmente gotículas de óleo revestidas com proteína. Devido a essa emulsão, apenas 70% do óleo de milho pode ser recuperado próximo ao fim do processo. A emulsão é formada devido às propriedades da proteína emulsificante. As proteínas são moléculas grandes noveladas de cadeias de aminoácido. Devido a propriedades diferentes, proteínas diferentes têm uma proporção diferente de lados hidrofílico e hidrofóbico. Durante o processo de mistura, a gotícula de óleo é formada na solução à base de água que é rica em proteína. Quando a gotícula de óleo entra em contato com a parte hidrofóbica de uma proteína, essa proteína atua como um tensoativo com seu lado hidrofílico na solução à base de água e seu lado hidrofóbico na gotícula de óleo. Essa interação produz uma gotícula de óleo cercada por proteínas e água, o que torna a gotícula difícil de separar da solução à base de água. A separação depende unicamente do diferencial de densidade.

[0072] Em algumas modalidades, emulsões que ocorrem devido aos emulsificantes de proteína têm capacidade para serem quebradas por uma ação de protease nos emulsificantes de proteína. As proteases são enzimas que podem digerir proteínas em moléculas de aminoácido solúveis em água. Os aminoácidos são solúveis em água. Quebrando-se proteínas em aminoácidos, as propriedades de tensoativo da proteína podem ser eliminadas, o que ajuda a liberar a gotícula de óleos da solução à base de água e quebrar a emulsão. A quebra da emulsão é essencial para aumentar a taxa de recuperação do óleo de milho devido ao fato de que mais gotículas podem ser liberadas do estado de emulsão e podem ser facilmente separadas da solução à base de água por meio de centrifugação.

[0073] O uso de protease para hidrolisar proteínas em aminoácidos também pode aumentar a digestão quando alimentado a animais, devido ao fato de que aminoácidos são os blocos de construção de proteína e são mais fáceis de serem absorvidos em comparação com proteínas brutas. Uma pessoa de habilidade comum na técnica observaria que qualquer fonte de protease pode ser usada para alcançar esses objetivos. A mesma pode ser produzida por meio de microrganismos de fermentação selecionados, microrganismos projetados que 'produzem massivamente protease ou protease comercial concentrada ou purificada.

[0074] Em algumas modalidades, a fermentação é feita em uma combinação diferente de microrganismos e/ou enzimas diferentes. Esses microrganismos e essas enzimas podem ser filamentos naturais ou filamentos projetados com capacidade aprimoradas como tolerâncias ambientais mais fortes, velocidade de crescimento maior, eficiência de produção enzimática maior, estabilidades de produção enzimática maiores e/ou cinética enzimática maior. Além disso, os microrganismos e/ou as enzimas podem ser usados individualmente ou em qualquer combinação para corresponder a exigências-alvo de tipos diferentes de animais em idades diferentes.

[0075] Por exemplo, Bacillus thuringiensis pode ser submetido a cofermentação com Monascus purpureus para produzir arroz de levedura vermelho para animais e minimizar a população de moscas localmente na fazenda ao mesmo tempo. O Bacillus subtilis projetado que exibe cinética de celulase maior pode ser submetido a cofermentação com Lactobacillus brevis projetado com taxa de produção de ácido lático maior para maximizar a eficiência de conversão. A protease projetada demonstra cinética maior e resistência a calor é adicionada com subespécie bulgaricus de Lactobacillus delbrueckii para simplificar a quebra da proteína para aminoácidos, os quais são mais acessíveis para animais, e maximizar a população probiótica para leitões.

[0076] Em algumas modalidades, proporcionam-se métodos e dispositivos para evitar contaminação bacteriana na produção de ração animal. Em um sistema de fermentação em batelada normal e de moagem a seco, a contagem de célula de levedura durante o estágio inicial de fermentação (durante o período de preenchimento) é baixa e a concentração de glicose é maior. Durante esse período, existe um perigo natural de a contaminação bacteriana exceder a levedura e produzir produtos finais tóxicos, incluindo ácido lático e ácido acético, assim como consumer nutrientes essenciais. Essa atividade impacta negativamente a levedura, inibindo sua capacidade para produzir álcool desejado.

[0077] Em um pedido de patente relacionado (pedido provisório no U.S. 62/044.092, o qual está incorporado a título de referência em sua totalidade para todos os propósitos), a reciclagem de levedura ativa de um tanque anteriormente definido para o tanque de preenchimento atual no sistema de fermentação em batelada acelera a taxa de fermentação e evita que a contaminação bacteriana presente exceda a levedura no estágio inicial de fermentação. Em algumas modalidades, processo de reciclagem contínuo da levedura ativa de uma batelada para as diversas próximas bateladas em sequência é usado, o que aumenta a chance de o contaminante de crescimento bacteriano lento exceder a levedura.

[0078] Na Figura 8A, a plotagem mostra a % de ácido lático vs. o tempo em reciclagem contínua sucessiva com o uso do sistema de acordo com algumas modalidades. A concentração de ácido lático no fim da fermentação é menor que 0,2% na primeira e na segunda bateladas do sistema de reciclagem contínuo. Entretanto, a concentração de ácido lático aumenta com bateladas de reciclagem sucessivas para concentrações de 2% observadas após 9 bateladas de reciclagem sucessivas.

[0079] A Figura 8B mostra a plotagem de álcool vs. tempo com as bateladas de reciclagem sucessivas de acordo com algumas modalidades. Isso mostra que a % de álcool aumenta com o sistema de levedura de reciclagem contínua antecipadamente na batelada de fermentação durante bateladas de reciclagem antecipadas e intermediárias, mas a taxa de aumento de álcool em % diminui nas últimas bateladas de reciclagem.

[0080] A Figura 8C mostra a % de álcool em diminuições em queda nas últimas diversas bateladas de reciclagem de acordo com algumas modalidades.

[0081] Em algumas modalidades, produtos antibacterianos e antimicrobianos disponíveis no mercado são usados para controlar infecções bacterianas durante a fermentação no processo de moagem a seco. Com a quantidade apropriada desses produtos antibacterianos e antimicrobianos adicionados no estágio precoce de fermentação, o crescimento bacteriano indesejado pode ser eficazmente controlado, de forma que uma quantidade predeterminada/correta de ácido lático no primeiro estágio de fermentação no fermentador (por exemplo, a primeira fermentação 23 na Figura 7) para a produção de álcool e o estágio de fermentação secundário (por exemplo, a fermentação secundária 71, 72 e/ou 73 na Figura 7) para a produção de ácido lático no tanque para fermentação de cerveja sem muita perda dos rendimentos de álcool.

[0082] Nas Tabelas 1A a 1D (Figuras 9A a 9D), de acordo com algumas modalidades, um sistema de reciclagem contínuo de quatro bateladas com a maior parte da levedura ativa a 18% transferida para o fermentador de preenchimento recente é realizado. Conforme mostrado na Tabela 1A, a batelada 6696 é normalmente operada sem reciclagem, a batelada 6697 recebe 18% de volume do fermentador anterior com a maior parte da levedura ativa da batelada 6696 nas primeiras três horas do período de preenchimento na batelada 6697. Essa etapa de reciclagem é repetida para a batelada 6698 e 6699, 18% do volume do fermentador anterior que contém a maior parte da levedura ativa é reciclado da batelada 6697 para a 6698 e da batelada 6698 para a 6699.

[0083] Na Tabela 1B, o ácido lático em % vs. tempo é mostrado para os quatro testes em batelada acima. Conforme mostrado, a % de ácido lático aumenta com o tempo e a % de ácido lático também aumenta com cada aumento em número de bateladas de reciclagem.

[0084] Na Tabela 1C, o álcool em % vs. tempo é mostrado para esse mesmo conjunto de bateladas. O álcool aumenta com o tempo e o álcool aumenta com o número de bateladas de reciclagem até a última batelada (batelada 6699). A concentração de álcool na queda começou a diminuir e se nivelar com as últimas bateladas. Os dados também mostram a % de glicose, % de maltose, % de DP3, % de DP4 e % de glicerol ao longo do curso de tempo para todas as quatro bateladas.

[0085] Na Tabela ID, os dados experimentais na queda são mostrados. Os dados mostrados que existem são um ponto ideal para alterar da primeira fermentação principalmente para a produção de álcool para a fermentação secundária principalmente para a produção de ácido lático.

[0086] Na Tabela IB e 1C, mostra-se que a taxa de aumento de álcool em % é de aumento de 0,5% de álcool por hora na hora inicial, mas a taxa de aumento é cerca de aumento de 0,05% de álcool por hora no fim da fermentação (na queda). A taxa de aumento de ácido lático em % começa com zero durante as horas iniciais e aumenta gradualmente para taxa de produção de cerca de 0,04% por hora no fim da fermentação (na queda). Dessa forma, a mesma tem capacidade de ser um ponto otimizado para alterar do primeiro estágio de fermentação (o que produz álcool como o produto primário) para o segundo estágio de fermentação (o que produziu ácido lático como o produto primário (no tanque para fermentação de cerveja ou após a destilação)) quando a taxa de produção de álcool em % é cerca da mesma que a taxa da produção de ácido lático em % próxima à queda do fermentador. Alternativamente, a quantidade predeterminada de substância antimicrobiana ou antibiótica é adicionada para manter o ácido lático em % na queda em cerca de 0,4% a 0,8% para assegurar que a substância bacteriana não exceda prematuramente a levedura.

[0087] Em algumas modalidades, o ponto ideal para alterar do primeiro estágio de fermentação para o segundo estágio de fermentação tem capacidade para ser determinado e afetado por diversos fatores, incluindo os tipos de leveduras (capacidade para tolerar ácido lático) e enzimas e as condições de operação.

[0088] Em algumas modalidades, a quantidade de substância antibacteriana ou antimicrobiana é ajustada para ser usada no estágio inicial de um fermentador para controlar o crescimento bacteriano e a % de ácido lático presente na queda para assegurar que as bactérias não dominem e não excedam a levedura antes da primeira queda de fermentação (álcool). A temporização de substância antibacteriana ou antimicrobiana adicionada tem capacidade para ser forma que a segunda fermentação (produção de ácido lático) seja realizada no tanque para fermentação de cerveja para produzir ácido lático tão rápido e em uma concentração tão alta quanto possível.

[0089] Em algumas modalidades, o ácido lático no tanque para fermentação de cerveja é produzido o máximo possível para otimizar a condição de reação. Os fatores incluem a) definir o tanque para fermentação de cerveja com um sistema de fermentação contínuo com ração para dentro contínua com cerveja fresca e ração para fora contínua para alcançar a massa de microrganismo máxima no tanque para fermentação de cerveja, b) colocar o nível de tanque para fermentação de cerveja o mais alto possível para aumentar o tempo de retenção, o que dá as bactérias o máximo de tempo para conversão possível em um dado volume de tanque, c) reciclar a massa de microrganismo do tanque para fermentação de cerveja para o último tanque de fermentador para aumentar a massa de microrganismo de produção de ácido lático, em que um equilíbrio é necessário para ser mantido para impedir que as bactérias de ácido lático excedam a levedura que produz álcool, d) outras forças de carboidrato de refugo predeterminadas são adicionadas ao tanque para fermentação de cerveja para acelerar a produção de ácido lático se o carboidrato (alimento) para o crescimento bacteriano for o fator limitante, e) adicionar microrganismo de produção de ácido lático concentrado de fora do tanque para fermentação de cerveja se a massa de microrganismo for o fator limitante, f) adicionar um novo tipo microrganismo que pode consumir tipos diferentes de carboidrato diferente de glicose (tal como, glicerol) que podem crescer eficazmente na maior concentração de álcool com produção muito mais rápida de ácido lático.

[0090] Em algumas modalidades, o tanque de retenção de vinhaça fina para o estágio de fermentação secundário tem capacidade para ser usado (fermentação secundária 72, Figura 7) quando uma alta concentração de álcool é o fator limitante para produzir ácido lático no tanque para fermentação de cerveja. O uso do tanque de retenção de vinhaça fina como o estágio de fermentação secundário tem as vantagens de a) produzir ácido lático sem a pressão inibitória de concentração de álcool ; b) tem capacidade para definir diversas condições operacionais ideais predeterminadas (valores de pH e temperaturas) que têm capacidade para serem diferentes da condição exigida para o primeiro estágio de fermentação de álcool (primeira fermentação 23, Figura 7); c) o ácido lático altamente concentrado não é reciclado de volta para a extremidade frontal através do conjunto traseiro, uma vez que tal procedimento diminuiria a velocidade da primeira taxa de produto de álcool de fermentação.

[0091] Em algumas modalidades, um estágio de fermentação secundário (tal como a fermentação secundária 75 da Figura 7) é usado no meio do sistema de evaporador de múltiplos estágios quando a taxa de produção de ácido lático é muito lenta ou uma concentração de ácido lático maior é necessária.

[0092] Retirando o xarope após/no evaporador (por exemplo, evaporação 20 da Figura 7), o xarope (que tem concentração intermediária) produz um meio de fermentação que tem uma concentração muito maior de alimento, que tem capacidade para gerar uma taxa de crescimento de microrganismo maior. Essa produtividade maior torna um tanque de fermentação secundária relativamente pequeno capaz para produzir uma concentração de ácido lático muito maior do xarope com uma concentração intermediária (por exemplo, metade da água é evaporada antes da evaporação 20 da Figura 7).

[0093] Em algumas modalidades, concentrações maiores de ácido lático são produzidas a partir do estágio de fermentação secundário no processo de moagem a seco, conforme descrito acima. Algumas outras substâncias químicas ou nutrientes de valor maior que são benéficos como aditivo de ração na ração animal têm capacidade para serem gerados com o uso de outros microrganismos. Por exemplo, Phaffia rhodozyma e Sporobolomyces têm capacidade para criar uma ração com concentrações maiores de carotenoides.

[0094] Em algumas modalidades, o método inclui controlar crescimento cultivado de organismos de ração de alto valor em um sistema cofermentado que produz etanol para combustível ou uso industrial e possibilita que a cultura consuma produtos à base tanto de não proteína quanto de carboidrato. Os métodos produzem produtos que aprimoram coprodutos de ração e seu valor nutricional associado. Os métodos revelados no presente documento cultivam coprodutos adicionados de valor único, tais como ração animal livre de micotoxina para os mercados de ração de animais monogástricos e ruminantes. Esses mercados incluem cultura aquática, aves, suínos, animais de companhia e animais de pecuária.

[0095] Em algumas modalidades, a cultura introduzida utiliza componentes tanto não fermentáveis quanto fermentáveis de milho processado e metabólitos de levedura. As culturas produzem metabólitos valiosos que são adicionalmente processados com o uso de equipamento típico e são incorporados nas rações de coproduto que são produzidas na instalação. Essas rações de projeto são aprimoradas pelos metabólitos da cultura e da levedura e têm digestão maior e valor nutricional único.

[0096] Em algumas modalidades, os sistemas e os métodos cultivam um inóculo contínuo de uma forma controlada. O sistema utiliza um reator que está constantemente recebendo matéria-prima fresca, especificamente o tanque para fermentação de cerveja, que sustenta a cultura de crescimento. Após, o sistema é usado para semear os vasos de fermentação em batelada após açúcares fermentáveis, os quais são utilizados para fazer etanol. Os vasos (fermentadores existentes) são inoculados com cultura a partir do reator de tanque para fermentação de cerveja contínuo em um tempo específico e uma taxa de inóculo. Os organismos cultivados e Saccharomyces cerevisiae tradicional são cofermentados em um reator compartilhado por uma quantidade predeterminada de tempo e são, então, transferidos para o reator contínuo (o tanque para fermentação de cerveja) para criar espaço para uma nova batelada. Isso serve como uma forma para aprimorar a taxa de cofermentação e a produtividade, o que também fornece cultura para a próxima batelada na sequência.

[0097] Em algumas modalidades, o método inclui a capacidade para alterar a cultura em qualquer momento, dependendo das condições de mercado e especificações de ração. Os produtos de ração aprimorados incluem um ou mais dos nutrientes, incluindo ácido lático, antioxidantes, carotenoides e aminoácidos. Os nutrientes mencionados acima são altamente digeríveis e desejáveis na ração animal. Em algumas modalidades, o método tem capacidade para fortificar a ração de animais removendo-se micotoxinas e cofermentando-se organismos biológicos para produzir ração animal com um valor maior.

Experimentos

[0098] Exemplo 1: Um isolado de bactérias de ácido lático é introduzido no tanque de xarope. Um processo de fermentação ocorre, permitindo que esse isolado se replique no xarope e consuma hidrocarboneto como uma fonte de carbono e produza ácido lático como metabólitos sob condições predeterminadas. O produto final contém um alto nível (4 vezes maior que o inicial) tanto de ácido lático quanto de bactérias de ácido lático, assim como os nutrientes essenciais que existiram no xarope não tratado.

[0099] Exemplo 2: O isolado é introduzido no tanque de vinhaça fina antes da concentração para empobrecer hidrocarboneto e produzir ácido lático. O isolado é morto por calor no processo de concentração de evaporação para produzir xarope. Como um líquido rico em nutrição concentrado, o xarope é usado como um meio semelhante a amplificador probiótico para incubar probióticos selecionados por produtores de pecuária. Durante o uso, o xarope é diluído para aumentar a população de probióticos e aprimorar a atividade de probióticos.

[00100] Exemplo 3: O isolado é introduzido no tanque de vinhaça fina antes da concentração para empobrecer hidrocarboneto e produzir ácido lático. O isolado é morto por calor no processo de concentração para produzir xarope. Os probióticos selecionados são introduzidos no xarope de acordo com qual animal é predeterminado a ser alimentado. O xarope com probióticos é mantido sob condições de armazenamento ideais para manter probióticos vivos, mas sem forçar crescimento ativo. Uma vez que o produto alcança os usuários, os usuários têm capacidade para adicionar uma razão predeterminada de água para diluir xarope e reativar os probióticos bacterianos. O xarope diluído com probióticos tem capacidade para ser armazenado por um curto período, permitindo que os probióticos repliquem para a concentração desejada para maximizar o desempenho.

[00101] Exemplo 4: Um isolado de microrganismo benéfico, a saber probióticos, é introduzido diretamente no xarope e consome todos os hidrocarbonetos consumíveis para gerar ácido lático enquanto se propaga. Após a propagação alcançar saturação e o ácido lático alcançar conversão máxima, os probióticos entram em um estado vivo, mas sem crescimento (fase estacionária), e o fermento tem capacidade para ser vendido diretamente como um aditivo animal aprimorado de ácido lático e probióticos, ou como uma cultura probiótica líquida para tratamento de refugo de planta.

[00102] Exemplo 5: Após a fermentação do xarope, o fermento tem capacidade para ser separado em parte líquida do fermento e os sólidos insolúveis altamente concentrados semelhantes a lama, incluindo probióticos. O material semelhante a lama pode ser vendido como uma pasta de cultura probiótica concentrada ou pode adicionar excipientes para fazer pó probiótico para aditivo de ração animal e tratamento de refugo de planta. A parte líquida do fermento separada do xarope pode ser vendida como aditivo de ração animal enriquecido com ácido lático ou passa através do processo de concentração para produzir aditivo de ração animal enriquecido com ácido lático concentrado.

[00103] Exemplo 6: O xarope passa adicionalmente por um processo de concentração para produzir um concentrado de xarope. Um isolado bacteriano benéfico que tem função específica para ração animal é introduzido no concentrado de xarope para cultivar as bactérias para uma fase estacionária. O produto é uma ração animal nutricional de função aprimorada. O produto tem capacidade para ser vendido uma vez que o mesmo é processado ou é adicionalmente processado e vendido como um concentrado para aditivo de ração animal.

[00104] Exemplo 7: Os probióticos que produzem ácido lático são adicionados no concentrado de xarope para produzir ácido lático enquanto se replica. Após alcançar a fase estacionária e a taxa de conversão máxima, o produto é ácido lático e aditivo de ração animal enriquecido com probiótico. O produto é vendido conforme é processado ou é adicionalmente processado como fermento de xarope regular anteriormente descrito.

[00105] Exemplo 8: As proteases são adicionadas antes ou após a fermentação secundária para quebrar adicionalmente emulsão e aumentar a taxa de recuperação de óleo de milho. As proteases quebram proteínas em moléculas pequenas, eliminam as propriedades hidrofóbicas e hidrofílicas de proteínas e, portanto, liberam gotícula de óleos de um estado de emulsão. A conclusão dessa etapa aumenta a porcentagem em peso de ácido lático e também aumenta a densidade de microrganismos vivos benéficos no xarope, o qual tem capacidade para ser vendido como aditivo de ração animal concentrado.

[00106] Exemplo 9: A fonte de cultura para o processo de fermentação secundário é tomada do fim da primeira fermentação 23 (um processo para produção de álcool) da Figura 7. Um volume de 25% (100 ml) do material do fim do primeiro processo de fermentação é adicionado a 75% de volume (300 ml) de xarope semiconcentrado que foi resfriado para 32,22 °C (90 graus Fahrenheit) ou mais frio. O xarope é ajustado para pH 6 com soda cáustica para permitir que o microrganismo cresça em glicose, maltose e amido residual. A mistura é incubada a 32,22 °C (90 graus Fahrenheit) por 5 dias. Durante a incubação, a concentração de ácido lático aumenta mais de 4 vezes uma vez que o microrganismo cresceu. Isso mostra que a mistura de um volume de material fermentado da primeira fermentação tem capacidade para ser adicionada a um volume de xarope semiconcentrado resfriado e ajustado em pH ou xarope concentrado para produzir ácido lático, conforme mostra a fermentação secundária 73 e 75 da Figura 7.

[00107] A Figura 11 compreende resultados experimentais do Exemplo 9, o que toma uma porção da substância da primeira fermentação para ser adicionada à segunda fermentação como um método de cultivar nutrientes, de acordo com algumas modalidades.

[00108] Em algumas modalidades, o processo de aprimoramento de nutriente revelado no presente documento se aplica a outros campos que produzem refugos orgânicos, o qual tem capacidade para ser usado para produzir ração animal ingredientes de alto valor. Por exemplo, a quantidade vasta de refugo de vegetal é produzida a partir de fazendas de vegetais todo ano. Esse refugo de vegetais contém celulose, hemicelulose, amido, açúcares, proteínas, vitaminas, antioxidantes e elementos essenciais. A celulose e a hemicelulose têm capacidade para serem degradadas para monossacarídeos para cultivar probióticos e produzir ácidos orgânicos. O restante dos mesmos são nutrientes prontamente disponíveis para animais e são mais acessíveis após os procedimentos de processamento apropriados.

[00109] As modalidades descritas no presente documento fornecem um método para remover micotoxinas do grão de milho antes do processamento, o que reduz a concentração das micotoxinas na ração de animais que são produzidas em uma instalação de etanol à base de milho. A ração de animais livre de micotoxina produzida com o uso do processo revelado no presente documento têm capacidade para ser usados para alimentar animais sem preocupações dos efeitos de saúde negativos associados às micotoxinas. Além disso, o processo descrito no presente documento produz uma corrente solúvel de insolubilidade baixa, baixo teor de fibra e corrente nutritiva que é adequada para alimentar animais jovens. Essa corrente solúvel contém uma mistura de componentes de milho e levedura que tem alta digestão e é perfeitamente adequada para animais bebês. Essa corrente contém uma mistura de componentes de aminoácidos, minerais e levedura que fornece uma ração que contém fatores de crescimento. A corrente solúvel pode ser concentrada para ter cerca de 80% de sólidos, o que aumenta uma vida útil limitando-se o crescimento de organismos nesse estágio e diminui os custos de transporte por todo o mundo. Em algumas modalidades, sistemas de ração de suínos bebês e cultura aquática têm capacidade para usar essa corrente solúvel altamente nutritiva com os fatores de crescimento para aprimorar um ganho de peso e facilitar o crescimento dos peixes e algas aquáticas. As algas se tornam uma ração excelente por si próprias para os organismos maiores no sistema de cultura aquática, a saber, peixes, crustáceos e camarões. O crescimento de algas contém proteínas, fibras, gorduras e minerais que podem aprimorar todo o ecossistema da cultura aquática.

[00110] Em algumas modalidades, o termo “cultura” usado no presente documento se refere ao cultivo de bactérias e/ou células de tecido em um meio artificial que contém nutrientes. Em algumas modalidades, o termo “cultura” usado no presente documento se refere à manutenção (células de tecido, bactérias, etc.) em condições adequadas para crescimento. Em algumas modalidades, o termo “cultura” usado no presente documento se refere aos microrganismos, tais como levedura.

[00111] Em algumas modalidades, o método inclui a produção de ácidos orgânicos para enriquecer ração animal para um desempenho de animal aprimorado com componentes antibióticos reduzidos/evitados na ração. O método inclui a produção e a incorporação de probióticos no produto de ração animal.

[00112] Na utilização, os métodos e os sistemas da presente invenção podem produzir alimentos de animal valor de nutriente aprimorado. Os nutrientes incluem ácido lático, antioxidantes, carotenoides e aminoácidos que são altamente digestivos e desejados na ração animal. Adicionalmente, o método e o sistema revelados no presente documento têm capacidade para serem usados para fortificar a ração de animais removendo-se micotoxinas.

[00113] Na operação, os milhos como matéria-prima são lavados, liquefeitos e fermentados a primeira vez. Em algumas modalidades, novas culturas são adicionadas a um segundo tanque de fermentação como uma fermentação secundária. Em algumas modalidades, a segunda fermentação está em 1) o tanque para fermentação de cerveja entre a primeira fermentação e a destilação, 2) tanque de vinhaça fina após a destilação e a separação de fibra/ proteína, 3) tanque de xarope semiconcentrado após tanque de retenção da vinhaça fina, 4) xarope após evaporador e/ou 5) xarope de concentrado.

[00114] A presente invenção foi descrita em termos de modalidades específicas que incorporam detalhes para facilitar o entendimento de princípios de construção e operação da invenção. Essa referência no presente documento a modalidades específicas e detalhes das mesmas não é destinada a limitar o escopo das reivindicações anexas ao presente documento. Torna-se prontamente evidente para um indivíduo versado na técnica que outras diversas modificações podem ser feitas na modalidade escolhida para ilustração sem divergir do espírito e do escopo da invenção conforme definido pelas reivindicações.

Claims (8)

1. Método para produzir uma ração animal com adição de nutrientes contendo nutrientes sintetizados durante o processo de fermentação, caracterizado por compreender: a. realizar uma primeira fermentação para produzir álcool; b. adicionar uma quantidade de microrganismos a uma segunda fermentação em um poço de cerveja, um tanque de vinhaça fina, um tanque de xarope semiconcentrado, ou um tanque de xarope concentrado, em que a segunda fermentação é realizada em sequência após a primeira fermentação; c. gerar uma vinhaça fina em uma centrífuga usando um processo de separação sólido-líquido, que é realizado após a primeira fermentação; d. gerar um xarope em um evaporador usando a vinhaça fina produzida na centrífuga, em que o xarope contém pelo menos um dentre um ácido orgânico, probióticos, antioxidantes, carotenoides e aminoácidos da segunda fermentação no poço de cerveja, no tanque de vinhaça fina, no tanque de xarope semiconcentrado ou no tanque de xarope concentrado; e e. usar o xarope como um meio selecionado para cultivar probióticos para produzir uma quantidade de ácido láctico.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos microrganismos compreenderem Lactobacillus spp., Bifidobacterium spp., Streptococcus spp. ou uma combinação destes.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos microrganismos compreenderem Bacillus spp., Enterococcus spp. ou uma combinação destes.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos microrganismos produzirem uma emulsão de quebra de proteases para aperfeiçoar a recuperação de óleo.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelos microrganismos compreenderem Bacillus fastidiosus, Aspergillus funiculosus ou uma combinação destes.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo ácido orgânico compreender ácido acético.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente cultivar probióticos usando um fermento líquido da primeira fermentação como uma cultura.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela primeira fermentação compreender um primeiro microrganismo de fermentação diferente de um segundo microrganismo na segunda fermentação.

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