BR112019024641B1

BR112019024641B1 - Método para alterar uma ou mais propriedades do asfalto, composição de mistura de asfalto e composição de mistura de aglutinante de asfalto

Info

Publication number: BR112019024641B1
Application number: BR112019024641-0A
Authority: BR
Inventors: Alexander T. Mccurdy; Matthew D. Reiners; Bradley M. Heggeseth; Bruce G. Pierson; David D. Bushong
Original assignee: Poet Research, Inc
Priority date: 2017-05-24
Filing date: 2017-05-24
Publication date: 2023-01-10
Also published as: US10899928B2; US20210206973A1; US20230374308A1; WO2018217198A1; EP3630880A1; US11760879B2; US20210206974A1; CA3064549A1; BR112019024641A2; US11421109B2; CA3064549C; CA3196057A1; US20180340067A1

Abstract

Composições de óleo vegetal, como um exemplo, óleo de milho, tendo um teor de éster alquílico inferior elevado acima cerca de 7 % por cento em peso do peso total da composição de óleo, e usos das mesmas são fornecidos.

Description

Fundamentos

[001] O etanol pode ser produzido a partir de matérias-primas à base de grãos (por exemplo, milho, sorgo/milo, cevada, trigo, sojas, etc.), de açúcar (por exemplo, cana-de-açúcar, açúcar de beterraba, etc.) ou de biomassa (por exemplo, matérias- primas lignocelulósicas, tais como switchgrass, espigas e palha de milho, madeira ou outro material vegetal).

[002] Em uma usina de etanol convencional, o milho é usado como um matéria-prima e o etanol é produzido a partir do amido contido dentro do milho. Os grãos de milho são limpos e moídos para preparar o material contendo amido para o processamento. Os grãos de milho também podem ser fracionados para separar o material contendo amido (por exemplo, endosperma) de outra matéria (tal como fibra e semente). O material contendo amido é empastado com água e liquefeito para facilitar a sacarificação, onde o amido é convertido em açúcar (por exemplo, glicose), e a fermentação, onde o açúcar é convertido por um etanologeno (por exemplo, levedura) em etanol. O produto da fermentação é cerveja, que compreende um componente líquido, incluindo etanol, água e componentes solúveis e um componente sólido, incluindo matéria particulada não fermentada (dentre outras coisas). O produto da fermentação é enviado para um sistema de destilação onde o produto da fermentação é destilado e desidratado em etanol. A matéria residual (por exemplo, vinhaça) compreende água, componentes solúveis, óleo e sólidos não fermentados (por exemplo, o componente sólido da cerveja com substancialmente todo o etanol removido, que pode ser seco em destiladores secos de grãos (DDG) e vendidos, por exemplo, como um produto de ração para animais). Outros co-produtos (por exemplo, xarope e óleo contido no xarope), também podem ser recuperados da vinhaça. A água removida do produto da fermentação na destilação pode ser tratada para reutilização na usina.

[003] Vários processos para recuperar o óleo de um produto da fermentação são atualmente conhecidos na técnica. Esses processos, entretanto, podem ser caros, ineficientes ou mesmo perigosos.

[004] Os processos convencionais para recuperar o óleo de um produto da fermentação podem sacrificar a qualidade do óleo de tal modo que o óleo contenha um alto nível de ácidos graxos livres. A presença de um alto nível de ácidos graxos livres pode prejudicar a produção dos produtos finais. Os processos para produzir etanol, tais como o processo apresentado em WO 2004/081193, produzem subprodutos de fermentação que contêm níveis aumentados de óleos enquanto mantêm um baixo nível de ácidos graxos livres.

Sumário

[005] A divulgação fornece uma composição de óleo compreendendo óleo vegetal compreendendo um teor de éster alquílico inferior (éster metílico, etílico, propílico ou butílico ou qualquer combinação destes) que é superior a 7 %, por exemplo, um éster alquílico inferior que é superior a 18 % (p/p) com base no peso total da composição de óleo e, opcionalmente, um ou mais de: um valor de iodo não superior a 125 e/ou um teor combinado de umidade e insolubilidade não superior a 1,5 % (p/p) com base no peso total da composição; e também, opcionalmente, um componente adicional selecionado do grupo consistindo em: um teor de luteína de pelo menos 50 μ/g, um teor de cis-luteína/zeaxantina de pelo menos 10 μg/g, um teor de alfa-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de beta-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de alfa-caroteno de pelo menos 0,5 μg/g e um teor de cis-beta- caroteno de pelo menos 0,1 μg/g. Em uma modalidade, o óleo vegetal compreende um teor de ácido graxo livre não superior a 5 % (p/p) com base no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o óleo vegetal compreende pelo menos um ácido graxo selecionado do grupo consistindo em C16 palmítico, C18 esteárico, C181 oleico, C18-2 linoleico e C18-3 linolênico. Em uma modalidade, a composição de óleo compreende ainda um teor insaponificável não superior a 3 % (p/p) com base no peso total da composição. Em uma modalidade, a composição de óleo compreende ainda um teor insaponificável não superior a 2,5 % (p/p) com base no peso total da composição. Em uma modalidade, o componente adicional compreende um teor de luteína de pelo menos 50 μg/g, um teor de zeaxantina de pelo menos 30 μg/g, um teor de cis-luteína/zeaxantina de pelo menos 10 μg/g, um teor de alfa-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de beta-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de alfa- caroteno de pelo menos 0,5 μg/g, um teor de beta-caroteno de pelo menos 1 μg/g, um teor de cis-beta-caroteno de pelo menos 0,1 μg/g, um teor de alfa-tocoferol de pelo menos 50 μg/g, um teor de beta-tocoferol de pelo menos 2 μg/g, um teor de gama- tocoferol de pelo menos 300 μg/g, um teor de delta-tocoferol de pelo menos 15 μg/g, um teor de alfa-tocotrienol de pelo menos 50 μg/g, um teor de beta-tocotrienol de pelo menos 5 μg/g, um teor de gama-tocotrienol de pelo menos 80 μg/g, um teor de delta- tocotrienol de pelo menos 5 μg/g ou qualquer combinação destes. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior é superior a cerca de 20 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior é superior a cerca de 30 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior é superior a cerca de 40 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior é superior a cerca de 50 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior é superior a cerca de 60 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior é superior a cerca de 70 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior é superior a cerca de 80 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, a composição de óleo é uma composição de combustível. Em uma modalidade, a composição de óleo é um aditivo de combustível. Em uma modalidade, a composição de óleo é um rejuvenescedor de asfalto. Em uma modalidade, a composição de óleo é um realçador de desempenho de asfalto.

[006] O asfalto reciclado em pavimentos e telhas é frequentemente muito rígido e viscoso o que pode causar rachaduras prematuras devido à falta de durabilidade bem como perda de trabalhabilidade em seu uso. O asfalto reciclado pode ser rejuvenescido reduzindo-se a viscosidade, amolecimento e aumentado a durabilidade de misturas de asfalto pela adição de óleo vegetal intensificado com ésteres de ácido graxo tais como ésteres etílicos (FAEE). Adicionalmente, esse material pode ser usado para modificar o grau de vários asfaltos com grau de desempenho (PG) de modo a melhorar as propriedades de baixa temperatura. É mostrado aqui um éster etílico alto contendo óleo vegetal para rejuvenescer asfalto reciclado e melhorar as propriedades de baixa temperatura do asfalto virgem nos modos anteriormente mencionados, melhor que o óleo vegetal com um teor de éster etílico mais baixo.

[007] Além disso, é fornecido um método para alterar uma ou mais propriedades do asfalto, por exemplo, asfalto reciclado, asfalto virgem ou asfalto com grau de desempenho. O método inclui, em uma modalidade, a combinação de asfalto reciclado, asfalto com grau de desempenho ou asfalto reciclado e asfalto virgem, e uma quantidade de uma composição de óleo vegetal eficaz para alterar pelo menos uma propriedade do asfalto, formando assim uma composição de mistura de asfalto (se os agregados estão presentes, por exemplo, do asfalto reciclado), ou uma composição de mistura de aglutinante de asfalto (se os agregados estão ausentes), em que o óleo vegetal tem um teor de éster alquílico inferior que é superior a 7 %, por exemplo, éster teor que é superior a 18 % (p/p) com base no peso total da composição de óleo. Opcionalmente o óleo vegetal tem um valor de iodo não superior a 125 e/ou um teor combinado de umidade e insolubilidade não superior a 1,5 % (p/p) com base no peso total da composição; e também, opcionalmente, um componente adicional selecionado do grupo consistindo em: um teor de luteína de pelo menos 50 μg/g, um teor de cis-luteína/zeaxantina de pelo menos 10 μg/g, um teor de alfa-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de beta-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de alfa-caroteno de pelo menos 0,5 μg/g e um teor de cis-beta-caroteno de pelo menos 0,1 μg/g. Em uma modalidade, o óleo vegetal tem um teor de ácido graxo livre não superior a 5 % (p/p) com base no peso total da composição. Em uma modalidade, o teor de ácido graxo livre da composição de óleo compreende pelo menos um ácido graxo selecionado do grupo consistindo em C16 palmítico, C18 esteárico, C18-1 oleico, C18-2 linoleico e C18-3 linolênico. Em uma modalidade, a composição de óleo compreende ainda um teor insaponificável não superior a 3 % (p/p) com base no peso total da composição. Em uma modalidade, a composição de óleo compreende ainda um teor insaponificável não superior a 2,5 % (p/p) com base no peso total da composição. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior é superior a cerca de 30 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior é superior a cerca de 50 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior é superior a cerca de 20 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior é superior a cerca de 60 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, a composição de óleo é de cerca de 0,5 % (p/p) a cerca de 50 % (p/p) do peso total do betume sem agregados (referidos como uma composição de aglutinante de asfalto) ou um peso combinado do betume e da composição de óleo (uma mistura aglutinante de asfalto). Em uma modalidade, a composição de óleo é de cerca de 1 % (p/p) a cerca de 50 % (p/p) do peso total da composição de aglutinante de asfalto, ou um peso combinado da composição de aglutinante de asfalto e da composição de óleo. Em uma modalidade, a composição de óleo é de cerca de 1 % (p/p) a cerca de 25 % (p/p) do peso total da composição de aglutinante de asfalto ou um peso combinado da composição de aglutinante de asfalto e da composição de óleo. Em uma modalidade, a composição de óleo é de cerca de 1 % (p/p) a cerca de 10 % (p/p) do peso total da composição de aglutinante de asfalto, ou um peso combinado da composição de aglutinante de asfalto e da composição de óleo.

[008] Também é fornecida uma composição de mistura de aglutinante de asfalto compreendendo uma composição de betume (sem agregados; uma composição de aglutinante de asfalto) e uma composição de óleo vegetal tendo um teor de éster alquílico inferior que é superior a 7 %, por exemplo, um teor de éster etílico que é superior a 18 % (p/p) com base no peso total da composição de óleo; e, opcionalmente, um valor de iodo não superior a 125 e/ou um teor combinado de umidade e insolubilidade não superior a 1,5 % (p/p) com base no peso total da composição; e também, opcionalmente, um componente adicional selecionado do grupo consistindo em: um teor de luteína de pelo menos 50 μg/g, um teor de cis- luteína/zeaxantina de pelo menos 10 μg/g, um teor de alfa-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de beta-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de alfa- caroteno de pelo menos 0,5 μg/g e um teor de cis-beta-caroteno de pelo menos 0,1 μg/g. Em uma modalidade, o óleo vegetal é cerca de 0,5 % em peso a cerca de 25 % em peso do peso da composição de aglutinante de asfalto (betume sem agregados), ou um peso combinado da composição de aglutinante de asfalto e da composição de óleo. Em uma modalidade, o óleo vegetal é cerca de 4 % em peso a cerca de 12 % em peso do peso da composição de betume (sem agregados), ou um peso combinado da composição de aglutinante de asfalto e da composição de óleo (mistura de aglutinante de asfalto). Em uma modalidade, o óleo vegetal é cerca de 5 % em peso a 10 % em peso do peso da composição de aglutinante de asfalto (betume sem agregados), ou um peso combinado da composição de aglutinante de asfalto e da composição de óleo. Em uma modalidade, o óleo vegetal é cerca de 0,5 % em peso a cerca de 50 % em peso do peso da composição de aglutinante de asfalto, ou um peso combinado da composição de aglutinante de asfalto e da composição de óleo. Em uma modalidade, o óleo vegetal é cerca de 1 % em peso a cerca de 25 % em peso do peso da composição de aglutinante de asfalto (betume sem agregados), ou um peso combinado da composição de aglutinante de asfalto e da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior é superior a cerca de 18 % e até cerca de 80 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior é superior a cerca de 20 % até cerca de 60 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior é superior a cerca de 30 % e até cerca de 50 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o óleo vegetal tem um teor de ácido graxo livre não superior a 5 % (p/p) com base no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o asfalto compreende asfalto reciclado. Em uma modalidade, o asfalto compreende asfalto virgem. Em uma modalidade, o asfalto compreende asfalto com grau de desempenho. Em uma modalidade, o asfalto compreende asfalto reciclado. Em uma modalidade, a composição de aglutinante de asfalto compreende uma emulsão, por exemplo, que também inclui água e um emulsificador.

[009] Além disso, é fornecida uma composição de pavimento ou pavimentação (mistura de asfalto) compreendendo agregado, por exemplo, agregado virgem, e de cerca de 1,0 % a cerca de 10,0 % de uma composição de aglutinante de asfalto e uma composição de óleo vegetal tendo: um teor de éster alquílico inferior que é superior a cerca de 7 %, tal como superior a 18 % (p/p) com base no peso total da composição; e, opcionalmente, um valor de iodo não superior a 125 e/ou um teor combinado de umidade e insolubilidade não superior a 1,5 % (p/p) com base no peso total da composição; e também, opcionalmente, um componente adicional selecionado do grupo consistindo em: um teor de luteína de pelo menos 50 μg/g, um teor de cis-luteína/zeaxantina de pelo menos 10 μg/g, um teor de alfa-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de beta-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de alfa-caroteno de pelo menos 0,5 μg/g e um teor de cis-beta-caroteno de pelo menos 0,1 μg/g. Também são fornecidos métodos para fabricação de uma composição de pavimentação. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior é superior a cerca de 20 % e até cerca de 60 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior é superior a cerca de 30 % até cerca de 50 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior é superior a cerca de 30 % e até cerca de 70 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o óleo vegetal tem um teor de ácido graxo livre não superior a 5 % (p/p) com base no peso total na composição de óleo.

[010] Além disso, é fornecida uma composição de mistura de asfalto compreendendo: betume, agregado e uma composição de óleo vegetal tendo um teor de éster alquílico inferior que é superior a 7 %, por exemplo, superior a cerca de 18 % (p/p) com base no peso total da composição de óleo; e, opcionalmente, um valor de iodo não superior a 125 e/ou um teor combinado de umidade e insolubilidade não superior a 1,5 % (p/p) com base no peso total da composição; e também, opcionalmente, um componente adicional selecionado do grupo consistindo em: um teor de luteína de pelo menos 50 μg/g, um teor de cis-luteína/zeaxantina de pelo menos 10 μg/g, um teor de alfa-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de beta- criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de alfa-caroteno de pelo menos 0,5 μg/g e um teor de cis-beta-caroteno de pelo menos 0,1 μg/g. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior no óleo vegetal é superior a cerca de 20 % e até cerca de 60 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior no óleo vegetal é superior a cerca de 30 % até cerca de 70 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster alquílico inferior no óleo vegetal é superior a cerca de 40 % e até cerca de 80 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o óleo vegetal tem um teor de ácido graxo livre não superior a 5 % (p/p) com base no peso total da composição. Em uma modalidade, o agregado compreende uma pluralidade de sólidos compreendendo areia, cascalho, pedra britada, concreto triturado, vidro triturado, escória industrial ou qualquer combinação destes. Em uma modalidade, a mistura de asfalto é uma combinação de asfalto virgem e asfalto reciclado. Em uma modalidade, o óleo vegetal é cerca de 0,5 % em peso a cerca de 25 % em peso do peso da composição de aglutinante de asfalto (betume sem agregados), ou um peso combinado da composição de aglutinante de asfalto e da composição de óleo. Em uma modalidade, o óleo vegetal é cerca de 4 % em peso a cerca de 12 % em peso do peso da composição de aglutinante de asfalto (betume sem agregados), ou um peso combinado da composição de aglutinante de asfalto e da composição de óleo. Em uma modalidade, o óleo vegetal é cerca de 5 % em peso a 10 % em peso do peso da composição de aglutinante de asfalto, ou um peso combinado da composição de aglutinante de asfalto e da composição de óleo. Em uma modalidade, o óleo vegetal é cerca de 0,5 % em peso a cerca de 50 % em peso do peso da composição de aglutinante de asfalto, ou um peso combinado da composição de aglutinante de asfalto e da composição de óleo.

Breve Descrição das Figuras

[011] A Figura 1 é um diagrama de fluxo de bloco esquemático de um processo para produzir etanol a partir do milho.

[012] A Figura 2 é um diagrama de fluxo esquemático de um processo para produzir etanol a partir do milho.

[013] A Figura 3 mostra o efeito do pH no teor de ácido graxo da composição de óleo.

[014] A Figura 4 mostra um diagrama de fluxo de processo exemplar.

[015] As Figuras 5A-E mostram vários diagramas de fluxo exemplares para fornecer a composição de óleo e os grãos secos dos destiladores.

[016] A Figura 6 mostra que a fermentação de etanol convencional, incluindo uma etapa de liquefação antes da fermentação, diminui o teor de éster etílico do óleo extraído após a fermentação em comparação com uma composição de milho controle (BPX). N = 5 fermentações para convencional e BPX.

[017] A Figura 7 mostra que a adição de lipase no início da fermentação com BPX aumenta o nível de FAEE no óleo de milho extraído ao final da fermentação. As várias doses de enzima de controle (0,0 %), 0,04 %, 0,4 % e 4,0 % são fundamentadas no peso da lipase adicionado ao peso da gordura do milho disponível no fermentador. Cada dose foi realizada em duplicado.

[018] A Figura 8 mostra a redução da viscosidade em função do teor de éster etílico no óleo de milho. A viscosidade dinâmica da óleo de milho a 25 °C é reduzida na medida em que a concentração de éster etílico é aumentada. Os dados foram obtidos com um viscosímetro Brookfield.

[019] A Figura 9 mostra o efeito de rejuvenescedores de óleo de milho com 3 % e 100 % de teor de ésteres etílicos (EE) em ΔTc do asfalto envelhecido. Um aumento em ΔTc é favorável e é uma medida da durabilidade relativa do asfalto. Os valores foram obtidos do teste do reômetro de feixe de flexão (AASHTO T313).

[020] A Figura 10 mostra os testes de grau de desempenho que demonstram a modificação de um asfalto 64-22 para um 58-28 e 52-34 com 4 e 7 porcento de inclusão de óleo de milho do destilador (DCO), respectivamente.

[021] A Figura 11 mostra que o DCO a 4 porcento de inclusão aumenta significativamente a resistência a rachaduras da mistura de asfalto contendo 50 % de RAP. Os testes foram realizados pelo testador de sobreposição (TxDOT Tex-248-F).

[022] A Figura 12 mostra o efeito na deformação permanente (rutting) pela inclusão de 4 porcento de DCO em uma mistura de 50 % de RAP em comparação com 50 % de RAP controle. A linha mostrada no gráfico indica a especificação máxima da deformação permanente de 12,5 mm em 10.000 passagens de roda. Os testes foram realizados pelo Hamburg Wheel Track (AASHTO T-324).

Descrição Detalhada

[023] Esta divulgação refere-se a uma composição de óleo vegetal, por exemplo, óleo de milho, com teor intensificado de éster alquílico inferior e um método para produzir a mesma, bem como a utilização de composições de óleo vegetal, por exemplo, óleo de milho, por exemplo, para realçar as propriedades de grau de desempenho ou asfalto rejuvenescido.

[024] Deve ser observado que, como aqui usado e nas reivindicações anexas, as formas singulares “o/a” e “um/uma” incluem os referentes plurais, a menos que o contexto indique claramente de outro modo. Assim, por exemplo, a referência a “um íon de metal álcali” inclui uma pluralidade de íons de metal álcali.

Definições

[025] A menos que definido de outro modo, todos os termos técnicos e científicos aqui usados têm o mesmo significado como comumente entendidos por alguém de habilidade comum na técnica à qual esta invenção pertence. Como aqui usado, os seguintes termos têm os seguintes significados.

[026] Como aqui usado, o termo “compreendendo” ou “compreende” é intencionado a significar que as composições e métodos incluem os elementos narrados, mas não excluem outros. “Que consiste essencialmente de” quando usado para definir composições e métodos, significa que exclui outros elementos de qualquer significado essencial para a combinação para o propósito estabelecido. Assim, uma composição que consiste essencialmente dos elementos como aqui definidos não excluiria outros materiais ou etapas que não afetam materialmente as características básicas e novas da invenção reivindicada. “Consistindo em” deve significar excluir elementos residuais de outros ingredientes e etapas substanciais do método. As modalidades definidas por cada um desses termos de transição estão dentro do escopo desta invenção.

[027] Como aqui usado, o termo “cerca de” modificando qualquer quantidade refere-se à variação na quantidade encontrada nas condições do mundo real de produção de açúcares e etanol, por exemplo, no laboratório, planta piloto ou instalação de produção. Por exemplo, uma quantidade de um ingrediente utilizado em uma mistura quando modificada por “cerca de” inclui a variação e grau de cuidado tipicamente utilizados na medição de uma usina ou laboratório de produção de etanol. Por exemplo, a quantidade de um componente de um produto quando modificado por “cerca de” inclui a variação entre lotes em uma usina ou laboratório de produção de etanol e a variação inerente ao método analítico. Se modificada ou não por “cerca de”, as quantidades incluem equivalentes àquelas quantidades. Qualquer quantidade estabelecida aqui e modificada por “cerca de” também pode ser utilizada na presente invenção como a quantidade não modificada por “cerca de”. Por exemplo, o termo “cerca de” quando usado antes de uma designação numérica, por exemplo, temperatura, tempo, quantidade e concentração, incluindo faixa, indica aproximações que podem variar para (+) ou (-) 10 %, 5 % ou 1 %.

[028] Como aqui usado, o termo “óleo vegetal não refinado” refere-se ao óleo vegetal que não foi submetido a um processo de refinamento, tal como refinamento de álcalis ou refinamento físico (isto é, destilação, desodorização, branqueamento, etc.).

[029] Como aqui usado, o termo “ácido graxo livre” (FFA) refere-se um ácido graxo não esterificado, ou mais especificamente, a um ácido graxo tendo uma cabeça de ácido carboxílico e uma cauda alifática não ramificada saturada ou insaturada (grupo) de 4 a 28 carbonos. O termo “alifático” tem um significado geralmente reconhecido e refere-se um grupo contendo apenas átomos de carbono e hidrogênio que são de cadeia linear, cadeia ramificada, cíclica, saturada ou insaturada, mas não aromática. Ao contrário, um éster de ácido graxo, tal como um éster etílico de ácido graxo (FAEE), é um ácido graxo esterificado (não livre). Por exemplo, o FAEE é um ácido graxo esterificado com etanol.

[030] Como aqui usado, o termo “teor de umidade” refere-se à quantidade de água e outros componentes solúveis na composição de óleo. A umidade na composição de óleo vegetal contém o metal álcali e/ou alcalino, e podem conter outros componentes solúveis, tal como material volátil incluindo hexano, etanol, metanol e semelhantes.

[031] Como aqui usado, o termo “um íon de metal álcali” refere-se a um ou mais íons de metais do Grupo 1 da tabela periódica (por exemplo, lítio (L+), sódio (Na+), potássio (K+), etc.).

[032] Como aqui usado, o termo “um íon de metal alcalino” refere-se um íon de metal do Grupo 2 da tabela periódica (por exemplo, magnésio (Mg2+), cálcio (Ca2+), etc.).

[033] Como aqui usado, o termo “insolúvel” refere-se ao material no óleo que não é solvatado pela porção aquosa, o óleo ou o teor de umidade dentro do óleo.

[034] Como aqui usado, o termo “insaponificável” refere-se aos componentes do óleo que não formam sabões quando misturados com uma base, e inclui qualquer variedade de materiais não triglicerídeos possíveis. Esse material pode atuar como contaminante durante a produção de biodiesel. O material insaponificável pode reduzir significativamente os rendimentos de produto final da composição de óleo e pode, por sua vez, reduzir os rendimentos de produto final dos métodos aqui divulgados.

[035] Como aqui usado, o termo “valor de peróxido” refere-se à quantidade de oxigênio peróxido (em milimoles) por 1 quilograma de gordura ou óleo e é um teste da oxidação das ligações duplas dos óleos. O valor de peróxido é determinado medindose a quantidade de iodo (I-) via colorimetria que é formada pela reação de peróxidos (ROOH) formados no óleo com iodeto por meio da seguinte equação: 2 I-+H2O+ROOH->ROH+20H-+I2.

[036] Como aqui usado, o termo “valor do índice de estabilidade oxidativa” refere-se ao comprimento de tempo em que o óleo resiste à oxidação e uma dada temperatura. Tipicamente, a oxidação de óleo é lenta, até que a resistência natural (devido ao grau de saturação, antioxidantes naturais ou adicionados, etc.) seja superada, momento em que a oxidação acelera e se torna muito rápida. A medição deste tempo é o valor do índice de estabilidade oxidativa.

[037] Como aqui usado, o termo “resíduo de fermentação vegetal” refere-se aos componentes residuais de um processo de fermentação vegetal depois que o etanol foi recuperado, tipicamente por meio de destilação. Tipicamente, o resíduo de fermentação vegetal compreende água, qualquer amido residual, enzimas, etc.

[038] Como aqui usado, o termo “xarope” refere-se à composição viscosa que é fornecida pela evaporação da vinhaça fina.

[039] Como aqui usado, o termo “base” refere-se um composto ou composição que aumenta o pH de uma solução aquosa. Bases adequadas para o uso nesta invenção incluem, mas são se limitam a hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de cálcio ou solução de lavagem álcali consumida.

[040] Como aqui usado, o termo “solução de lavagem álcali” refere-se à solução básica que é usada para desinfetar o fermentor depois que o processo de fermentação foi concluído. A solução de lavagem álcali tipicamente compreende hidróxido de sódio.

[041] Como aqui usado, a frase “sem cozimento” refere-se um processo para converter amido em etanol sem tratamento térmico para gelatinização e dextrinização de amido usando alfa-amilase. Geralmente, para o processo da presente invenção, “sem cozimento” refere-se à manutenção de uma temperatura abaixo das temperaturas de gelatinização de amido, de modo que a sacarificação ocorre diretamente a partir do amido insolúvel nativo bruto para glicose solúvel, ignorando as condições de gelatinização de amido convencionais. As temperaturas de gelatinização de amido são tipicamente em uma faixa de 57 °C a 93 °C dependendo da fonte de amido e tipo de polímero. No método da presente invenção, a dextrinização de amido usando técnicas de liquefação convencionais não é necessária para a fermentação eficiente do carboidrato no grão.

[042] Como aqui usado, a frase “material vegetal” refere-se a toda ou parte de qualquer planta (por exemplo, grão de cereal), tipicamente um material incluindo amido. Material vegetal adequado inclui grãos, tal como milho (milho, por exemplo, milho moído), sorgo (milo), cevada, trigo, centeio, arroz e painço; e culturas de raízes com amido, tubérculos ou raízes tal como batata doce e mandioca. O material vegetal pode ser uma mistura desses materiais e subprodutos desses materiais, por exemplo, fibra de milho, espigas de milho, forragem ou outros materiais contendo celulose e hemicelulose tal como madeira ou resíduos de plantas. Materiais vegetais adequados incluem milho, milho padrão ou milho ceroso.

[043] Como aqui usado, os termos “sacarificar” e “sacarificação” refere-se ao processo de converção de amido em polissacarídeos menores e, eventualmente em monossacarídeos, tal como glicose. A sacarificação convencional utiliza liquefação de amido gelatinizado para criar substrato dextrinizado solúvel que a enzima glucoamilase hidroliza em glicose. No presente método, a sacarificação refere-se à converção do amido bruto em glicose com enzimas, por exemplo, glucoamilase e amilase fúngica ácida (AFAU). De acordo com o presente método, o amido bruto não é submetido a liquefação e gelatinização convencionais para criar um substrato dextrinizado convencional.

[044] Como aqui usado, uma unidade de atividade de amilase fúngica ácida (AFAU) refere-se às unidades padrão da Novozymes para medir a atividade de amilase fúngica ácida. As unidades da Novozymes são descritas em um boletim técnico da Novozymes SOP No: EB-SM-0259.02/01. Essas unidades podem ser medidas detectando-se os produtos da degradação de amido por titulação de iodo. 1 unidade é definida como a quantidade de enzima que degrada 5,260 mg de matéria de amido seco por hora sob condições padrão.

[045] Como aqui usado, uma unidade de atividade de glucoamilase (GAU) refere-se às unidades padrão da Novozymes para medir a atividade da glucoamilase. As unidades e ensaios da Novozymes para determiner a atividade da glucoamilase são descritas em um boletim técnico publicamente disponível da Novozymes.

[046] Como aqui usado, uma unidade de atividade da amiloglucosidase (AGU) refere-se às unidades padrão da Novozymes para medir a atividade da amiloglucosidase. As unidades da Novozymes são descritas em um boletim técnico da Novozymes SOP No: EB-SM-0131.02/01. Essas unidades podem ser medidas detectando-se a conversão de maltose em glicose. A glicose pode ser determinada usando a reação de desidrogenase de glicose. 1 unidade é definida como a quantidade de enzima que cataliza a conversão de 1 mmol de maltose por minuto sob dadas condições.

[047] Unidades de lipase de cadeia longa (LCLU) referem-se às unidades padrão da Novozymes para medir atividade da lipase. Essas unidades são descritas no pedido de patente WO 2015181308 A1. Essas unidades podem ser medidas detectando-se o produto da hidrólise, p-nitrofenol (PNP) do PNP-palmitato e medindo-se sua absorvância resultante a 405 nm. 1 unidade é definida como a quantidade de enzima par aliberar 1 μmol de PNP por minuto. Entretanto, como aqui usado, a quantidade de lipase dosada na fermentação foi fundamentada no peso total de gordura dentro do milho presente na fermentação (por exemplo, 0,4 % de lipase em peso de gordura de milho).

[048] Betume, como aqui usado, pode ser ou incluir qualquer tipo de betume ou material betuminoso, mas não inclui agregados. Por exemplo, o betume pode incluir betume que ocorre na natureza, betume recuperado durante o processamento de óleo bruto e/ou outros hidrocarbonetos pesados e/ou betume sinteticamente produzido. Como aqui usado, e a menos que de outro modo especificado, “asfalto” pode referir- se a uma composição tendo betume (sem agregados) ou tendo asfalto reciclado (tendo agregados), ou uma combinação destes, por exemplo, uma combinação do asfalto virgem (betume) e asfalto reciclado.

Método Exemplar para Converter Amido em Etanol

[049] A presente divulgação fornece métodos para produzir altos níveis de ésteres alquílicos inferiores em óleo vegetal, por exemplo, durante a fermentação de material vegetal, e para a composição de óleo vegetal produzida desse modo. O teor de éster alquílico inferior pode ser o resultado da fermentação, por exemplo, uma fermentação/transesterificação simultânea, que pode ser aprimorada adicionando-se uma esterase, ou pode ser o resultado da adição de ésteres alquílicos inferiores a uma composição de óleo vegetal ou utilização de uma enzima catalisada ou reação de transesterificação catalisada por ácido/base química, para aumentar o teor de éster alquílico inferior. A presente divulgação também refere-se a métodos para usar as composições de óleo vegetal.

[050] O método converte amido de material vegetal em etanol. Em uma modalidade, o presente método pode incluir a preparação do material vegetal para sacarificação, convertendo o material vegetal preparado em açúcares sem cozimento e fermentação dos açúcares.

[051] O material vegetal pode ser preparado para sacarificação por qualquer um de uma variedade de métodos, por exemplo, por moagem, para tornar o amido disponível para sacarificação e fermentação. Em uma modalidade, o material vegetal pode ser moído de modo que uma porção substancial, por exemplo, a maioria, do material moído caiba através de uma peneira com uma tela de 0,1 a 0,5 mm. Por exemplo, em uma modalidade, cerca de 70 % ou mais, do material vegetal moído possa caber através de uma peneira com uma tela de 0,1 a 0,5 mm. Em uma modalidade, o material vegetal reduzido pode ser misturado com líquido a cerca de 20 a cerca de 50 % em peso ou cerca de 25 a cerca de 45 % em peso de material vegetal reduzido seco.

[052] O processo pode incluir a conversão do material vegetal reduzido em açúcares que podem ser fermentados por um micro-organismo tal como levedura. Essa conversão pode ser efetuada sacarificando-se o material vegetal reduzido com uma preparação enzimática, tal como uma composição enzimática sacarificante. Uma composição enzimática sacarificante pode incluir qualquer uma de uma variedade de enzimas conhecidas adequadas para converter o material vegetal reduzido em açúcares fermentáveis, tal como amilases (por exemplo, α-amilase e/ou glucoamilase). Em uma modalidade, a sacarificação é conduzida a um pH de cerca de 6,0 ou menos, por exemplo, cerca de 4,5 a cerca de 5,0.

[053] O processo inclui a fermentação de açúcares a partir do material vegetal reduzido em etanol. A fermentação pode ser efetuada por um micro-organismo, tal como levedura. Em uma modalidade, a fermentação é conduzida a um pH de cerca de 6 ou menos, por exemplo, cerca de 4,5 a cerca de 5. Em uma modalidade, o presente método pode incluir a variação do pH. Por exemplo, a fermentação pode incluir o enchimento do fermentador no pH de cerca de 3 a cerca de 4,5 durante a primiera metade do enchimento e a um pH de cerca de 4,5 a cerca de 6 durante a segunda metade do ciclo de enchimento do fermentador. Em uma modalidade, a fermentação é conduzida a uma temperatura de cerca de 25 a cerca de 40 °C ou cerca de 30 a cerca de 35 °C. Em uma modalidade, durante a fermentação a temperatura é diminuída de cerca de 40 °C a cerca de 30 °C ou cerca de 25 °C, ou de cerca de 35 °C a cerca de 30 °C, durante a primiera metade da fermentação, e a temperatura é mantida na temperatura mais baixa para a segunda metade da fermentação. Em uma modalidade, a fermentação é conduzida por cerca de 25 (por exemplo, 24) a cerca de 150 horas, por exemplo, por cerca de 48 (por exemplo, 47) a cerca de 96 horas.

[054] O processo pode incluir simultaneamente a converção do material vegetal reduzido a açúcares e a fermentação desses açúcares com um micro- organismo tal como levedura.

[055] O produto do processo de fermentação é aqui referido como “cerveja”. O etanol pode ser recuperado da mistura de fermentação, da cerveja, por qualquer um de uma variedade de processos conhecidos, tal como por destilação. A vinhaça remanescente inclui material líquido e sólido. O líquido e sólido podem ser separados por, por exemplo, centrifugação.

A preparação do material vegetal

[056] O método converte amido de material vegetal em etanol e óleo vegetal. O material vegetal pode ser reduzido por um de uma variedade de métodos, por exemplo, por moagem, para tornar o amido disponível para sacarificação e fermentação. Outros métodos de redução de material vegetal estão disponíveis. Por exemplo, material vegetal, tal como grãos de milho, pode ser moído com um moinho de esferas, um moinho de rolos, um moinho de martelo ou outro moinho conhecido para a moagem material vegetal e/ou outros materiais para os propósitos de redução do tamanho de partícula. A utilização de tecnologia de emulsão, pulsação rotativa e outros meios de redução do tamanho de partícula podem ser utilizados para aumentar a área de superfície de material vegetal enquanto aumenta a efetividade de fluxo do meio liquefeito. O material vegetal preparado pode ser referido como sendo ou incluindo “amido bruto”.

[057] Uma moagem fina expõe mais área de superfície do material vegetal e pode facilitar a sacarificação e fermentação. Em uma modalidade, o material vegetal é moído de modo que uma porção substancial, por exemplo, a maioria, do material moído caiba através de uma peneira com uma tela de 0,1 a 0,5 mm. Em uma modalidade, cerca de 35 % ou mais do material vegetal moído pode caber através de uma peneira com uma tela de 0,1 a 0,5 mm. Em uma modalidade, cerca de 35 a cerca de 70 % do material vegetal moído pode caber através de uma peneira com uma tela de 0,1 a 0,5 mm. Em uma modalidade, cerca de 50 % ou mais do material vegetal moído pode caber através de uma peneira com uma tela de 0,1 a 0,5 mm. Em uma modalidade, cerca de 90 % do material vegetal moído pode caber através de uma peneira com uma tela de 0,1 a 0,5 mm. Em uma modalidade, todo o material vegetal moído pode caber através de uma peneira com uma tela de 0,1 a 0,5 mm.

Fracionamento

[058] Em uma modalidade, o material vegetal pode ser fracionado em um ou mais componentes. Por exemplo, um material vegetal tal como um grão de cereal ou milho pode ser fracionado em componentes tal como fibra (por exemplo, fibra de milho), semente (por exemplo, semente de milho) e uma mistura de amido e proteína (por exemplo, uma mistura de amido de milho e proteína de milho). Um ou uma mistura desses componentes pode ser fermentada como aqui descrito. O fracionamento de milho ou outro material vegetal pode ser realizado por qualquer um de um de uma variedade de métodos ou aparelhos. Por exemplo, um sistema fabricado pela Satake pode ser usado para fracionar material vegetal tal como milho.

Sacarificação

[059] O processo pode incluir a conversão do material vegetal reduzido em açúcares que podem ser fermentados por um micro-organismo tal como levedura. Essa conversão pode ser efetuada sacarificando-se o material vegetal reduzido com qualquer uma de uma variedade de composições enzimáticas sacarificantes conhecidas. Em uma modalidade, a composição enzimática sacarificante inclui uma amilase, tal como uma alfa amilase (por exemplo, amilase fúngica ácida). A preparação enzimática também pode incluir glucoamilase. A preparação enzimática não precisa e, em uma modalidade, não inclui protease. Entretanto, os métodos de produção de etanol podem conservar água reutilizando-se as águas do processo (backset) que podem conter protease. Em uma modalidade, o método emprega amilase fúngica ácida para hidrolisar o amido bruto.

[060] A sacarificação pode ser conduzida sem cozimento. Por exemplo, a sacarificação pode ser conduzida misturando-se a fonte de composição enzimática sacarificante (por exemplo, enzima comercial), levedura e ingredientes de fermentação com grão moído e águas do processo sem cozimento.

[061] Em uma modalidade, a sacarificação pode incluir misturar o material vegetal reduzido com um líquido, que pode formar uma pasta fluida ou suspensão e adicionar a composição enzimática sacarificante (por exemplo, pelo menos uma de amilase fúngica ácida e glucoamilase) ao líquido. Em uma modalidade, o método inclui misturar o material vegetal reduzido e o líquido e então adicionar a composição enzimática sacarificante (por exemplo, pelo menos uma de amilase fúngica ácida e glucoamilase). Alternativamente, adicionar a composição enzimática pode preceder ou ocorrer simultaneamente à mistura.

[062] Em uma modalidade, o material vegetal reduzido pode ser misturado com líquido a cerca de 20 a cerca de 50 % em peso, cerca de 25 a cerca de 45 (por exemplo, 44) % em peso, cerca de 30 a cerca de 40 (por exemplo, 39) % em peso, ou cerca de 35 % em peso de material vegetal reduzido seco. Como aqui usado, % em peso de material vegetal reduzido em um líquido refere-se à porcentagem de material vegetal reduzido em substância seca ou sólidos secos. Em uma modalidade, o método pode converter amido bruto ou nativo (por exemplo, em material vegetal reduzido seco) em etanol a uma taxa mais rápida em níveis de sólidos secos mais altos em comparação com a sacarificação convencional com cozimento. O método pode ser praticado em níveis de sólidos secos mais altos porque, diferentemente do processo convencional, não inclui gelatinização, que aumenta a viscosidade.

[063] Os líquidos adequados incluem água e uma mistura de água e águas do processo, tal como vinhaça (backset), água de lavagem, condensado ou destilado do evaporador, água do extrator lateral da destilação ou outras águas do processo da usina de etanol. Em uma modalidade, o líquido inclui água. Em uma modalidade, o líquido inclui água em uma mistura com cerca de 1 a cerca de 70 % de vol. de vinhaça, cerca de 15 a cerca de 60 % de vol. de vinhaça, cerca de 30 a cerca de 50 % de vol. de vinhaça ou cerca de 40 % de vol. de vinhaça.

[064] Em uma modalidade, o método emprega uma preparação de material vegetal que fornece quantidade e qualidade suficientes de nitrogênio para fermentação eficiente sob condições de alta gravidade (por exemplo, na presença de altos níveis de material vegetal reduzido). Assim, em uma modalidade, nenhum ou apenas baixos níveis de vinhaça podem ser suficientes.

[065] O método pode produzir vinhaça de baixa viscosidade. Portanto, em uma modalidade, os níveis aumentados de vinhaça podem ser utilizados sem aumentos prejudiciais na viscosidade da mistura de fermentação ou vinhaça resultante.

[066] O presente processo pode evitar Reações de Maillard induzidas pela temperatura e fornecer níveis aumentados de FAN no material vegetal reduzido, que são eficazmente utilizados pela levedura na fermentação.

[067] A sacarificação pode utilizar qualquer uma de uma variedade de fontes de enzima conhecidas (por exemplo, um micro-organismo) ou composições para produzir açúcares fermentáveis a partir do material vegetal reduzido. Em uma modalidade, a composição enzimática sacarificante inclui uma amilase, tal como uma alfa amilase (por exemplo, amilase fúngica ácida) ou uma glucoamilase.

[068] Em certas modalidades, o método emprega uma esterase definida por EC 3.1.1.1 (uma hidrolase de éster carboxílico) ou 3.1.1.3 (uma lipase de triacilglicerol).

[069] Em certas modalidades, a sacarificação é conduzida sem ajuste de pH.

[070] Em uma modalidade, a sacarificação é conduzida a um pH de cerca de 6,0 ou menos, pH de cerca de 3,0 a cerca de 6,0, cerca de 3,5 a cerca de 6,0, cerca de 4,0 a cerca de 5,0, cerca de 4,0 a cerca de 4,5 ou cerca de 4,5 a cerca de 5,0. O pH inicial da mistura de sacarificação pode ser ajustado pela adição de, por exemplo, amônia, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, águas do processo (por exemplo, vinhaça (backset), condensado do evaporador (destilado), fundos laterais do extrator e semelhantes) e semelhantes. Atividade de certas composições enzimáticas sacarificantes (por exemplo, pelo menos uma de amilase fúngica ácida e glucoamilase) pode ser aprimorada a um pH menor que as faixas acima.

[071] Em uma modalidade, a sacarificação é conduzida a uma temperatura de cerca de 25 a cerca de 40 °C ou cerca de 30 a cerca de 35 °C.

[072] Em uma modalidade, a sacarificação pode ser realizada utilizando quantidades de composição enzimática sacarificante (por exemplo, pelo menos uma de amilase fúngica ácida e glucoamilase) selecionadas para manter baixas concentrações de dextrina no caldo de fermentação. Por exemplo, o processo pode utilizar quantidades de composição enzimática sacarificante (por exemplo, pelo menos uma de amilase fúngica ácida e glucoamilase) selecionadas para manter a maltotriose (DP3) em níveis iguais ou inferiores a cerca de 0,2 % em peso ou iguais ou inferiores cerca de 0,1 % em peso. Por exemplo, o presente processo pode utilizar quantidades de composição enzimática sacarificante (por exemplo, pelo menos uma de amilase fúngica ácida e glucoamilase) selecionadas para manter a dextrina com um grau de polimerização de 4 ou mais (DP4+) em níveis iguais ou inferiores a cerca de 1 % em peso ou iguais ou inferiores cerca de 0,5 % em peso. Para manter baixos níveis de maltotriose e/ou DP4+, níveis adequados de amilase fúngica ácida e glucoamilase incluem cerca de 0,3 a cerca de 3 AFAU/grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC) de amilase fúngica ácida e cerca de 1 a cerca de 2,5 (por exemplo, 2,4) de AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC) de glucoamilase. Em uma modalidade, a mistura de reação inclui cerca de 1 a cerca de 2 AFAU/grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC) de amilase fúngica ácida e cerca de 1 a cerca de 1,5 AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC) de glucoamilase.

[073] Em uma modalidade, a sacarificação pode ser realizada utilizando quantidades de composição enzimática sacarificante (por exemplo, pelo menos uma de amilase fúngica ácida e glucoamilase) selecionadas para manter baixas concentrações de maltose no caldo de fermentação. Por exemplo, o presente processo pode utilizar quantidades de composição enzimática sacarificante (por exemplo, pelo menos uma de amilase fúngica ácida e glucoamilase) selecionadas para manter maltose em níveis iguais ou inferiores a cerca de 0,3 % em peso. Para manter baixos níveis de maltose, níveis adequados de amilase fúngica ácida e glucoamilase incluem cerca de 0,3 a cerca de 3 AFAU/grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC) de amilase fúngica ácida e cerca de 1 a cerca de 2,5 (por exemplo, 2,4) AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC) de glucoamilase. Em uma modalidade, a mistura de reação inclui cerca de 1 a cerca de 2 AFAU/grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC) de amilase fúngica ácida e cerca de 1 a cerca de 1,5 AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC) de glucoamilase.

Amilase fúngica ácida

[074] Em certas modalidades, o método emprega um α-amilase. A α-amilase pode ser produzida por fungos. A α-amilase pode ser uma caracterizada por sua capacidade para hidrolizar carboidratos sob condições ácidas. Uma amilase produzida por fungos e capaz de hidrolizar carboidratos sob condições ácidas é aqui referida como amilase fúngica ácida, e também é conhecida como um α-amilase fúngica estável ácida. A amilase fúngica ácida pode catalizar a hidrólise de amido parcialmente hidrolizado e oligossacarídeos grandes em açúcares, tal como glicose. A amilase fúngica ácida que pode ser utilizada no processo pode ser caracterizada por sua capacidade de auxiliar a hidrólise de amido bruto ou nativo, melhorando a sacarificação fornecida pela glucoamilase. Em uma modalidade, a amilase fúngica ácida produz mais maltose que alfa-amilases convencionais (por exemplo, bacterianas).

[075] Amilase fúngica ácida adequada pode ser isolada de qualquer uma de uma variedade de espécies fúngicas, incluindo as espécies Aspergillus, Rhizopus, Mucor, Candida, Coriolus, Endothia, Enthomophtora, Irpex, Penicillium, Sclerotium e Torulopsis. Em uma modalidade, a amilase fúngica ácida é termicamente estável e é isolada da espécie Aspergillus, tal como A. niger, A. saitoi ou A. oryzae, da espécie Mucor tal como M. pusillus ou M. miehei, ou da espécie Endothia tal como E. parasitica. Em uma modalidade, a amilase fúngica ácida é isolada de Aspergillus niger. A atividade da amilase fúngica ácida pode ser fornecida como uma atividade em uma preparação de glucoamilase, ou pode ser adicionada como uma enzima separada. Uma amilase fúngica ácida adequada pode ser obtida da Novozymes, por exemplo, em combinação com glucoamilase.

[076] A quantidade de amilase fúngica ácida utilizada no presente processo pode variar de acordo com a atividade enzimática da preparação de amilase. As quantidades adequadas incluem cerca de 0,1 a cerca de 10 unidades de amilase fúngica ácida (AFAU) por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, milho sólido seco (DSC)). Em uma modalidade, a mistura de reação pode incluir cerca de 0,3 a cerca de 3 AFAU/grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC). Em uma modalidade, a mistura de reação pode incluir cerca de 1 a cerca de 2 AFAU/grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC).

Glucoamilase

[077] Em certas modalidades, o método pode utilizar uma glucoamilase. A glucoamilase também é conhecida como amiloglucosidase e tem o nome sistemático 1,4-alfa-D-glucan gluco-hidrolase (E.C. 3,2,1,3). A glucoamilase refere-se a uma enzima que remove sucessivas unidades de glicose das extremidades não redutoras de amido. Por exemplo, certas glucoamilases podem hidrolisar as ligações glucosídicas lineares e ramificadas de amido, amilose e amilopectina. Uma variedade de glucoamilases adequadas são conhecidas e comercialmente disponíveis. Por exemplo, fornecidas tal como Novozymes e Genencor forneceam as glucoamilases. A glucoamilase pode ser de origem fúngica.

[078] A quantidade de glucoamilase utilizada no presente processo pode variar de acordo com a atividade enzimática da preparação de amilase. As quantidades adequadas incluem cerca de 0,1 a cerca de 6,0 unidades de glucoamilase (AGU) por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC). Em uma modalidade, a mistura de reação pode incluir cerca de 1 a cerca de 3 AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC). Em uma modalidade, a mistura de reação pode incluir cerca de 1 a cerca de 2,5 (por exemplo, 2,4) AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC). Em uma modalidade, a mistura de reação pode incluir cerca de 1 a cerca de 2 AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC). Em uma modalidade, a mistura de reação pode incluir cerca de 1 a cerca de 1,5 AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC). Em uma modalidade, a mistura de reação pode incluir cerca de 1,2 a cerca de 1,5 AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC).

Fermentação

[079] O processo inclui fermentação de açúcares a partir do material vegetal reduzido em etanol. A fermentação pode ser efetuada por um micro-organismo, tal como levedura. A mistura de fermentação não precisa e, em uma modalidade, não inclui protease. Entretanto, as águas do processo podem conter protease. A quantidade de protease pode ser menor que a utilizada no processo convencional. Em uma modalidade, a fermentação é conduzida em uma composição de amido que não foi cozida. Em uma modalidade, o processo de fermentação produz álcool potável. O álcool potável tem apenas níveis não tóxicos aceitáveis de outros álcoois, tal como óleos fúseis. A fermentação pode incluir o contato de uma mistura incluindo açúcares do material vegetal reduzido com levedura sob condições adequadas para o crescimento da levedura e a produção de etanol. Em uma modalidade, a fermentação emprega a mistura de sacarificação.

[080] Qualquer uma de uma variedade de leveduras pode ser utilizada como o iniciador de levedura no presente processo. As leveduras adequadas incluem qualquer uma de uma variedade de leveduras comercialmente disponíveis, tal como cepas comerciais de Saccharomyces cerevisiae. As cepas adequadas incluem “Fali” (Fleischmann’s), Thermosac (Alltech), Ethanol Red (LeSafre), BioFerm AFT (North American Bioproducts) e semelhantes. Em uma modalidade, a levedura é selecionada para fornecer taxas de crescimento e fermentação rápidas na presença de alta temperatura e altos níveis de etanol. Em uma modalidade, verificou-se que a levedura Fali fornece bom desempenho como medido pelo teor de álcool final superior a 17 % em volume.

[081] A quantidade de iniciador de levedura utilizada é selecionada para produzir eficazmente uma quantidade comercialmente significativa de etanol em um tempo adequado, por exemplo, menos de 75 horas.

[082] A levedura pode ser adicionada à fermentação por qualquer um de um de uma variedade de métodos conhecidos para a adição de levedura aos processos de fermentação. Por exemplo, o iniciador de levedura pode ser adicionado como um lote seco ou por condicionamento/propagação. Em uma modalidade, o iniciador de levedura é adicionado como uma única inoculação. Em uma modalidade, a levedura é adicionada à fermentação durante o enchimento do fermentador a uma taxa de 5 a 100 libras de levedura seca ativa (ADY) por 100.000 galões de mistura de fermentação. Em uma modalidade, a levedura pode ser aclimatada ou condicionada incubando-se cerca de 5 a 50 libras de ADY por volume de 10.000 galões de volume de fermentador em um tanque de pré-fermentação ou propagação. A incubação pode ser de 8 a 16 horas durante o estágio de propagação, que também é areado para favorecer o crescimento da levedura. O pré-fermentador usado para inocular o fermentador principal pode ter de 1 a 10 % em capacidade de volume do fermentador principal, por exemplo, de 2,5 a 5 % em capacidade de volume em relação ao fermentador principal.

[083] Em uma modalidade, a fermentação é conduzida a um pH de cerca de 6 ou menos, pH de cerca de 3 a cerca de 6, cerca de 3,5 a cerca de 6, cerca de 4 a cerca de 5, cerca de 4 a cerca de 4,5 ou cerca de 4,5 a cerca de 5. O pH inicial da mistura de fermentação pode ser ajustado pela adição de, por exemplo, amônia, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, águas do processo (por exemplo, vinhaça (backset), condensado do evaporador (destilado), fundos laterais do extrator e semelhantes) e semelhantes.

[084] A levedura para destilaria cresce bem na faixa de pH de 3 a 6, mas são mais tolerantes em pH mais baixo, inferior a 3,0 que a maioria das cepas bacterianas contaminantes. As bactérias contaminantes do ácido lático e acético crescem melhor em pH de 5,0 e acima. Assim, na faixa de pH de 3,0 a 3,5, acredita-se que a fermentação de etanol predominará porque a levedura crescerá melhor que as bactérias contaminantes.

[085] Em uma modalidade, o método pode incluir a variação do pH. Acredita- se que a variação do pH pode ser conduzida para reduzir a probabilidade de contaminação no início da fermentação e/ou para aumentar o crescimento da levedura e a fermentação durante os últimos estágios de fermentação. Por exemplo, a fermentação pode incluir o enchimento do fermentador no pH de cerca de 3 a cerca de 4,5 durante a primiera metade do enchimento. A fermentação pode incluir o aumento do pH da pasta fluida para um pH de cerca de 4,5 a cerca de 6 durante a segunda metade do ciclo de enchimento do fermentador. A fermentação pode incluir manter o pH adicionando-se pasta fluida de substrato seco no pH desejado, como descrito acima. Em uma modalidade, durante a fermentação (depois do enchimento), o pH não é ajustado. Em vez disso, nessa modalidade, o pH é determinado pelo pH dos componentes durante o enchimento.

[086] Em uma modalidade, o pH é reduzido a cerca de cinco (5) ou menos nas águas de processo do milho. Em uma modalidade, o pH é cerca de pH 4 (por exemplo, 4,1) no início do enchimento da fermentação e é aumnetado a cerca de pH 5 (por exemplo, 5,2) no final do enchimento da fermentação. Em uma modalidade, o método inclui a interrupção do controle de pH da pasta fluida de mistura depois que a cultura da levedura se estabelece durante o processo inicial de enchimento do fermentador, e então permite que o pH suba nas águas de processo do milho durante os estágios finais de enchimento do fermentador.

[087] Em uma modalidade, a fermentação é conduzida por cerca de 25 (por exemplo, 24) a cerca de 150 horas, cerca de 25 (por exemplo, 24) a cerca de 96 horas, cerca de 40 a cerca de 96 horas, cerca de 45 (por exemplo, 44) a cerca de 96 horas, cerca de 48 (por exemplo, 47) a cerca de 96 horas. Por exemplo, a fermentação pode ser conduzida por cerca de 30, cerca de 40, cerca de 50, cerca de 60 ou cerca de 70 horas. Por exemplo, a fermentação pode ser conduzida por cerca de 35, cerca de 45, cerca de 55, cerca de 65 ou cerca de 75 horas.

[088] Em uma modalidade, a fermentação é conduzida a uma temperatura de cerca de 25 a cerca de 40 °C ou cerca de 30 a cerca de 35 °C. Em uma modalidade, durante a fermentação a temperatura é diminuída de cerca de 40 °C a cerca de 30 °C ou cerca de 25 °C, ou de cerca de 35 °C a cerca de 30 °C, durante a primiera metade da fermentação, e a temperatura é mantida na temperatura mais baixa para a segunda metade da fermentação. Em uma modalidade, a temperatura pode ser reduzida na medida em que o etanol é produzido. Por exemplo, em uma modalidade, durante a fermentação a temperatura pode ser tão alta quanto cerca de 99 °F (37 °C) e então é reduzida a cerca de 79 °F (26 °C). Essa redução de temperatura pode ser coordenada com os títulos de etanol aumentados (%) no fermentador.

[089] Em uma modalidade, o método inclui a preparação de sólidos. A preparação de sólidos inclui o enchimento a um nível desproporcionalmente mais alto de sólidos durante a fase inicial do ciclo de enchimento do fermentador para aumentar taxas de fermentação iniciais. A concentração de sólidos da mistura que entra no fermentador pode então ser diminuída à medida em que os títulos de etanol aumentam e/ou à medida em que o ciclo de enchimento do fermentador se aproxima da conclusão. Em uma modalidade, a concentração de sólidos pode ser cerca de 40 % (por exemplo, 41 %) durante a primiera metade do enchimento da fermentação. Isso pode ser reduzido para cerca de 25 % depois que o fermentador estiver 50 % cheio e continuar até que o ciclo de enchimento do fermentador seja concluído. No exemplo acima, essa estratégia resulta em um fermentador cheio com sólidos a 33 %.

[090] Acredita-se que a preparação de sólidos possa acelerar as taxas de hidrólise enzimática e favorecer um rápido início da fermentação usando-se sólidos de enchimento iniciais mais altos. Acredita-se que a redução de sólidos na última metade do enchimento pode reduzir a pressão osmótica relacionada aos efeitos do estresse na levedura. Mantendo-se os sólidos globais de enchimento do fermentador dentro de uma faixa especificada de fermentabilidade, a preparação de sólidos melhora a capacidade da levedura para fermentar misturas de alta gravidade no final da fermentação.

Esterase

[091] Em certas modalidades, o método emprega uma esterase atribuída a IUB EC 3.1.1.1 ou EC 3.1.1.3. Em certas modalidades, o método emprega uma esterase tal como uma lipase.

[092] Esterases exemplares incluem, mas não estão limitadas a lipases tais como aquelas de plantas, fungos, leveduras ou bactérias, por exemplo, lipases de fungos filamentosos, tais como aquelas dos gêneros Rhizopus, Mucor, Geotrichum, Aspergillus, Fusarium e Penicillium, bem como bactérias tais como Bacillus coagulans, Bacillus stearothermophilus, Bacillus alcalophilus Pseudomonas sp., Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia multivorans, Burkholderia cepacia, Staphylococcus caseolyticus e leveduras tais como Candida rugosa, Candida tropicalis, Candida antarctica, Candida cylindracea, Candida parapsilopsis, Candida deformans, Candida curvata, Candida valida, Yarrowia lipolitica, Rhodotorula glutinis, Rhodotorula pilimornae, Pichia bispora, Pichia mexicana, Pichia sivicola, Saccharomyces cerevisiae, Candida wickerhamii, Williopsis californica e Candida boidinii. A quantidade de esterase pode ser de cerca de 0,01 % a cerca de 20 % (p/p) de gordura vegetal, por exemplo, de cerca de 0,02 % a cerca de 0,2 % (p/p) de gordura vegetal, cerca de 0,04 % a cerca de 4 % (p/p) de gordura vegetal, cerca de 2 % a cerca de 20 % (p/p) de gordura vegetal ou cerca de 0,03 % a cerca de 0,5 % (p/p) de gordura vegetal.

[093] Em uma modalidade, a esterase é adicionada quando a fermentação é iniciada, depois a fermentação ser iniciada, quando fermentação está completa ou qualquer combinação destes. Em uma modalidade, a esterase está em uma quantidade que é pelo menos 0,01 % (p/p) do peso de gordura vegetal na composição aquosa antes da fermentação. Em uma modalidade, a esterase está em uma quantidade que é pelo menos 0,4 % (p/p) do peso de gordura vegetal na composição aquosa antes da fermentação. Em uma modalidade, a esterase está em uma quantidade que é pelo menos 1 % (p/p) do peso de gordura vegetal na composição aquosa antes da fermentação. Em uma modalidade, a esterase está em uma quantidade que é pelo menos 4 % (p/p) do peso de gordura vegetal na composição aquosa antes da fermentação. Em uma modalidade, a sacarificação anterior à fermentação não é ajustada ao pH.

Sacarificação e Fermentação Simultâneas

[094] O processo pode incluir simultaneamente converção do material vegetal reduzido a açúcares e fermentação desses açúcares com um micro-organismo tal como levedura. A sacarificação e a fermentação simultâneas podem ser conduzidas usando os reagentes e condições descritas acima para a sacarificação e fermentação.

[095] Em uma modalidade, a sacarificação e a fermentação são conduzidas a uma temperatura de cerca de 25 a cerca de 40 °C ou cerca de 30 a cerca de 35 °C. Em uma modalidade, durante a sacarificação e fermentação, a temperatura é diminuída de cerca de 40 a cerca de 25 °C ou de cerca de 35 a cerca de 30 °C durante a primiera metade da sacarificação, e a temperatura é mantida na temperatura mais baixa para a segunda metade da sacarificação.

[096] Temperaturas mais altas precocemente durante a sacarificação e a fermentação podem aumentar a conversão de amido em açúcar fermentável quando concentrações de etanol são baixas. Isso pode auxiliar no aumento da produção de etanol. Em concentrações mais altas de etanol, esse álcool pode afetar adversamente a levedura. Assim, acredita-se que as temperaturas mais baixas posteriores durante a sacarificação e a fermentação são benéficas para diminuir o estresse na levedura. Isso pode auxiliar no aumento da produção de etanol.

[097] As temperaturas mais altas precocemente durante a sacarificação e a fermentação podem reduzir a viscosidade durante pelo menos uma porção da fermentação. Isso pode auxiliar no controle de temperatura. As temperaturas mais baixas posteriores durante a sacarificação e a fermentação podem ser benéficas para reduzir a formação de glicose após a levedura interromper a fermentação. A formação tardia de glicose na fermentação pode ser prejudicial para a cor dos co-produtos de grãos secos dos destiladores.

[098] Em uma modalidade, a sacarificação e a fermentação são conduzidas a um pH de cerca de 6 ou menos, pH de cerca de 3 a cerca de 6, cerca de 3,5 a cerca de 6, cerca de 4 a cerca de 5, cerca de 4 a cerca de 4,5 ou cerca de 4,5 a cerca de 5. O pH inicial da mistura de sacarificação e fermentação pode ser ajustado pela adição de, por exemplo, amônia, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, águas do processo (por exemplo, vinhaça (backset), condensado do evaporador (destilado), fundos laterais do extrator e semelhantes) e semelhantes.

[099] Em uma modalidade, a sacarificação e a fermentação são conduzidas por cerca de 25 (por exemplo, 24) a cerca de 150 horas, cerca de 25 (por exemplo, 24) a cerca de 72 horas, cerca de 45 a cerca de 55 horas, cerca de 50 (por exemplo, 48) a cerca de 96 horas, cerca de 50 a cerca de 75 horas ou cerca de 60 a cerca de 70 horas. Por exemplo, a sacarificação e a fermentação podem ser conduzidas por cerca de 30, cerca de 40, cerca de 50, cerca de 60 ou cerca de 70 horas. Por exemplo, a sacarificação e a fermentação podem ser conduzidas por cerca de 35, cerca de 45, cerca de 55, cerca de 65 ou cerca de 75 horas.

[0100] Em uma modalidade, a sacarificação e a fermentação simultâneas podem ser realizadas utilizando quantidades de enzima e levedura selecionadas para manter altas concentrações de levedura e altos níveis de brotamento da levedura no caldo de fermentação. Por exemplo, o presente processo pode utilizar quantidades de enzima e levedura selecionadas para manter a levedura igual ou superior a cerca de 300 células/mL ou a cerca de 300 a cerca de 600 células/mL.

[0101] Em uma modalidade, a sacarificação e a fermentação simultâneas podem ser realizadas utilizando quantidades de enzima e levedura selecionadas para a fermentação eficaz sem a adição de nitrogênio exógeno; sem a adição de protease; e/ou sem a adição de backset. Backset pode ser adicionado, se desejado, para consumir a água do processo e reduzir a quantidade de água residual produzida pelo processo. Além disso, o presente processo mantém baixa viscosidade durante a sacarificação e fermentação.

[0102] Por exemplo, a sacarificação e a fermentação simultâneas podem utilizar amilase fúngica ácida a cerca de 0,1 a cerca de 10 AFAU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC), glucoamilase a cerca de 0,5 a cerca de 6 AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC) e uma esterase como aqui descrita. Por exemplo, a sacarificação e a fermentação simultâneas podem utilizar amilase fúngica ácida a cerca de 0,3 a cerca de 3 AFAU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC), glucoamilase a cerca de 1 a cerca de 3 AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC) e uma esterase como aqui descrita. Por exemplo, a sacarificação e a fermentação simultâneas podem utilizar amilase fúngica ácida a cerca de 1 a cerca de 2 AFAU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC), glucoamilase a cerca de 1 a cerca de 1,5 AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC) e uma esterase como aqui descrita.

[0103] Em uma modalidade, a sacarificação e a fermentação simultâneas podem ser realizadas utilizando quantidades de enzima e levedura selecionadas para manter baixas concentrações de glicose no caldo de fermentação. Por exemplo, o presente processo pode utilizar quantidades de enzima e levedura selecionadas para manter a glicose em níveis iguais ou inferiores a cerca de 2 % em peso, iguais ou inferiores cerca de 1 % em peso, iguais ou inferiores cerca de 0,5 % em peso, ou iguais ou inferiores cerca de 0,1 % em peso. Por exemplo, o presente processo pode utilizar quantidades de enzima e levedura selecionadas para manter a glicose em níveis iguais ou inferiores a cerca de 2 % em peso durante a sacarificação e fermentação. Por exemplo, o presente processo pode utilizar quantidades de enzima e levedura selecionadas para manter a glicose em níveis iguais ou inferiores a cerca de 2 % em peso a partir das horas 0 a 10 (ou de 0 a cerca de 15 % do tempo) da sacarificação e fermentação. Por exemplo, o presente processo pode utilizar quantidades de enzima e levedura selecionadas para manter a glicose em níveis iguais ou inferiores a cerca de 1 % em peso, iguais ou inferiores cerca de 0,5 % em peso, ou iguais ou inferiores cerca de 0,1 % em peso a partir das horas 12 a 54 (ou de cerca de 15 % a cerca de 80 % do tempo) da sacarificação e fermentação. Por exemplo, o presente processo pode utilizar quantidades de enzima e levedura selecionadas para manter a glicose em níveis iguais ou inferiores a cerca de 1 % em peso a partir das horas 54 a 66 (ou cerca de from 80 % a cerca de 100 % do tempo) da sacarificação e fermentação. Níveis adequados de enzima incluem amilase fúngica ácida a cerca de 0,3 a cerca de 3 AFAU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC) e glucoamilase a cerca de 1 a cerca de 3 AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC). Por exemplo, a sacarificação e a fermentação simultâneas podem utilizar amilase fúngica ácida a cerca de 1 a cerca de 2 AFAU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC), glucoamilase a cerca de 1 a cerca de 1,5 AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC) e uma esterase como aqui descrita.

[0104] Em uma modalidade, a sacarificação e a fermentação simultâneas podem ser realizadas utilizando quantidades de enzima e levedura selecionadas para manter baixas concentrações de maltose (DP2) no caldo de fermentação. Por exemplo, o presente processo pode utilizar quantidades de enzima e levedura selecionadas para manter maltose em níveis iguais ou inferiores a cerca de 0,5 % em peso ou iguais ou inferiores cerca de 0,2 % em peso. Níveis adequados de enzima incluem amilase fúngica ácida a cerca de 0,3 a cerca de 3 AFAU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC), glucoamilase a cerca de 1 a cerca de 3 AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC) e uma esterase como aqui descrita. Por exemplo, a sacarificação e a fermentação simultâneas podem utilizar amilase fúngica ácida a cerca de 1 a cerca de 2 AFAU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC), glucoamilase a cerca de 1 a cerca de 1,5 AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC) e uma esterase como aqui descrita.

[0105] Em uma modalidade, a sacarificação e a fermentação simultâneas podem ser realizadas utilizando quantidades de enzima e levedura selecionadas para manter baixas concentrações de dextrina no caldo de fermentação. Por exemplo, o presente processo pode utilizar quantidades de enzima e levedura selecionadas para manter maltotriose (DP3) em níveis iguais ou inferiores a cerca de 0,5 % em peso, iguais ou inferiores cerca de 0,2 % em peso, ou iguais ou inferiores cerca de 0,1 % em peso. Por exemplo, o presente processo pode utilizar quantidades de enzima e levedura selecionadas para manter dextrina com um grau de polimerização de 4 ou mais (DP4+) em níveis iguais ou inferiores a cerca de 1 % em peso ou iguais ou inferiores cerca de 0,5 % em peso. Níveis adequados de enzima incluem amilase fúngica ácida a cerca de 0,3 a cerca de 3 AFAU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC), glucoamilase a cerca de 1 a cerca de 3 AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC) e uma esterase como aqui descrita. Por exemplo, a sacarificação e a fermentação simultâneas podem utilizar amilase fúngica ácida a cerca de 1 a cerca de 2 AFAU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC), glucoamilase a cerca de 1 a cerca de 1,5 AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC) e uma esterase como aqui descrita.

[0106] Em uma modalidade, a sacarificação e a fermentação simultâneas podem ser realizadas utilizando quantidades de enzima e levedura selecionadas para manter baixas concentrações de óleos fúseis no caldo de fermentação. Por exemplo, o presente processo pode utilizar quantidades de enzima e levedura selecionadas para manter óleos fúseis em níveis iguais ou inferiores a cerca de 0,4 a cerca de 0,5 % em peso. Níveis adequados de enzima incluem amilase fúngica ácida a cerca de 0,3 a cerca de 3 AFAU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC), glucoamilase a cerca de 1 a cerca de 3 AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC) e uma esterase como aqui descrita. Por exemplo, a sacarificação e a fermentação simultâneas podem utilizar amilase fúngica ácida a cerca de 1 a cerca de 2 AFAU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC), glucoamilase a cerca de 1 a cerca de 1,5 AGU por grama de material vegetal reduzido em sólidos secos (por exemplo, DSC) e uma esterase como aqui descrita.

Ingredientes Adicionais para Sacarificação e/ou Fermentação

[0107] A mistura de sacarificação e/ou fermentação pode incluir ingredientes adicionais para aumentar a efetividade do processo. Por exemplo, a mistura pode incluir nutrientes adicionados (por exemplo, micronutrientes de levedura), antibióticos, sais, enzimas adicionadas e semelhantes. Os nutrientes podem ser derivados de vinhaça ou backset adicionado ao líquido. Sais adequados podem incluir sais de zinco ou magnésio, tal como sulfato de zinco, sulfato de magnésio e semelhantes. Enzimas adequadas adicionadas incluem aquelas adicionadas aos processos convencionais, tal como protease, fitase, celulase, hemicelulase, exo- e endo-glucanase, xilanase e semelhantes.

Recuperando o Etanol da Cerveja

[0108] O produto do processo de fermentação é aqui referido como “cerveja”. Por exemplo, a fermentação do milho produz “cerveja de milho”. O etanol pode ser recuperado da mistura de fermentação, da cerveja, por qualquer um de uma variedade de processos conhecidos. Por exemplo, o etanol pode ser recuperado por destilação.

[0109] A vinhaça remanescente inclui material líquido e sólido. O líquido e sólido podem ser separados por, por exemplo, centrifugação. O líquido recuperado, vinhaça fina, pode ser utilizado como pelo menos parte do líquido para formar a mistura de sacarificação e fermentação para lotes ou rodadas subsequentes.

[0110] Os sólidos recuperados, grãos secos do destilador, incluem grãos sólidos não fermentados e sólidos de levedura utilizada. A vinhaça fina pode ser concentrada em um xarope, que pode ser adicionado aos grãos secos do destilador e a mistura então seca para formar grãos secos do destilador mais solúveis. Os grãos secos do destilador e/ou grãos secos do destilador mais solúveis podem ser vendidos como ração animal.

Combustão de Amidos Residuais para Fermentação Subsequente

[0111] Em uma modalidade, o presente método pode incluir o tratamento térmico da cerveja ou vinhaça, por exemplo, entre o reservatório de cerveja e a destilação. Este tratamento térmico pode converter amidos em dextrinas e açúcares para fermentação subsequente em um processo conhecido como combustão. Essa etapa de tratamento também pode reduzir a incrustação das bandejas de destilação e superfícies de troca de calor do evaporador. Em uma modalidade, a preparação do tratamento térmico pode ser realizada em toda a vinhaça. Após o tratamento enzimático dos amidos residuais, em uma modalidade, as dextrinas e açúcares resultantes podem ser fermentados dentro do processo principal de fermentação como backset reciclado ou processados em uma série de fermentação separada para produzir etanol.

Fracionamento de Sólidos a partir da Fermentação

[0112] Grandes pedaços de semente e fibra podem fermentar o amido residual no fermentador. Depois da fermentação, as frações podem ser removidas antes ou depois da destilação. A remoção pode ser efetuada com uma escumadeira de superfície antes da destilação. Em uma modalidade, o peneiramento pode ser realizado na cerveja. O material peneirado pode então ser separado da mistura de etanol/água por, por exemplo, centrifugação e secagem em tambor rotativo a vapor, que pode remover o etanol residual do bolo. Em modalidades em que os grandes pedaços de fibra e semente são removidos antes da destilação em massa de cerveja, uma coluna de extrator separada para a corrente de fibra/semente pode ser utilizada. Alternativamente, a fibra e a semente podem ser removidas pelo peneiramento de toda a vinhaça depois da destilação.

[0113] Em uma modalidade, todos os componentes são misturados e secos juntos. A fibra e semente podem ser removidas do produto acabado por aspiração e/ou classificação de tamanho. A fibra dos DDGS pode ser aspirada. A remoção de fibra por aspiração depois da secagem aumenta a quantidade de óleo e proteína nos DDGS residuais em 0,2 a 1,9 % e 0,4 a 1,4 %, respectivamente. A quantidade de NDF nos DDGS residuais diminui em 0,1 a 2,8 %.

[0114] Em uma modalidade, o fracionamento pode utilizar os grandes pedaços de fibra e semente para aumentar o tamanho de partícula daquela parte dos DDGS derivadas do endosperma, bem como melhorar a capacidade de carga de xarope. Um desintegrante secador de anel pode fornecer alguma redução do tamanho de partícula e homogeneização.

Fermentação Contínua

[0115] O processo pode ser conduzido através de um processo em lote ou contínuo. Um processo contínuo inclui mover (bombear) a misturas de sacarificação e/ou fermentação através de uma série de recipientes (por exemplo, tanques) para fornecer uma duração suficiente para o processo. Por exemplo, um sistema de fermentação de múltiplos estágios pode ser utilizado para um processo contínuo com 48 a 96 horas de tempo de permanência. Por exemplo, o material vegetal reduzido pode ser alimentado na parte superior de um primeiro recipiente para a sacarificação e fermentação. A mistura parcialmente incubada e fermentada pode então ser retirada do fundo do primeiro recipiente e alimentada na parte superior de um segundo recipiente, e assim por diante.

[0116] O método alcança uma produção eficiente de altas concentrações de etanol sem um estágio de liquefação ou sacarificação antes da fermentação. O método pode fornecer baixas concentrações de glicose e fermentação eficiente. No presente método, parece que a glicose é consumida rapidamente pela célula da levedura de fermentação. Acredita-se que esses baixos níveis de glicose reduzem o estresse na levedura, tal como o estresse causado por inibição osmótica e pressões de contaminação bacteriana. Os níveis de etanol superiores a 18 % em volume podem ser obtidos em cerca de 45 a cerca de 96 horas.

Composições Exemplares de Óleo Vegetal

[0117] As composições de óleo contêm certos níveis de ésteres alquílicos inferiores, tornando-as valiosas para o uso em aplicações incluindo, mas sem se limitar a aplicações de rejuvenescimento de asfalto, biodiesel, comestíveis e nutracêuticos. As composições de óleo podem ser recuperadas de um processo de fermentação, por exemplo, um que incluiu uma esterase adicionada (exógena), e podem conter níveis elevados de ésteres alquílicos inferiores, ou os ésteres alquílicos inferiores podem ser adicionados às composições de óleo ou catalisados por enzima, ou reações químicas de transesterificação catalisadas por ácido/base podem ser utilizadas para aumentar o nível de ésteres alquílicos inferiores nas composições de óleo.

[0118] Em uma modalidade, um óleo vegetal tal como óleo de milho, óleo de soja, óleo de sorgo ou óleo de trigo é fornecido pela fermentação de milho, soja, sorgo ou trigo na produção de etanol. Com referência à Figura 1, em um típico processo de produção etanol exemplar, o milho, por exemplo, pode ser preparado para tratamento adicional em um sistema de preparação. O sistema de preparação pode compreender uma etapa de limpeza ou peneiramento para remover material estranho, tal como pedras, sujeira, areia, pedaços de espiga e talo de milho e outro material não fermentável. Depois de limpeza/peneiramento, o tamanho da partícula de milho pode ser reduzido por moagem para facilitar ainda mais o processamento. Os grãos de milho também podem ser fracionados em endosperma contendo amido e fibra e semente. O milho moído ou endosperma é então empastado com água, enzimas e agentes para facilitar a conversão de amido em açúcar (por exemplo, glicose). O açúcar pode então ser convertido em etanol por um etanologeno (por exemplo, levedura) em um sistema de fermentação. Em uma modalidade, a fermentação é realizada sem criar uma pasta fluida quente (isto é, sem cozimento). Nessa modalidade, a fermentação inclui a etapa de sacarificação da composição de amido com uma composição enzimática para formar uma composição sacarificada (por exemplo, sem cozimento). Em uma modalidade, a composição de amido compreende água e de 5 % a 60 % de amido granular sólido seco, com base no peso total da composição de amido. Em outra modalidade, a composição de amido compreende 10 % a 50 % de amido granular sólido seco, ou 15 % a 40 % de amido granular sólido seco, ou 20 % a 25 % de amido granular sólido seco, com base no peso total da composição de amido.

[0119] O produto da fermentação é cerveja, que compreende etanol, água, óleo, componentes solúveis adicionais, matéria particulada não fermentada, etc. O produto da fermentação pode então ser destilado para fornecer etanol, deixando os componentes remanescentes como a vinhaça. A vinhaça pode então ser separada para fornecer um componente líquido (isto é, vinhaça fina) e um componente sólido. O componente sólido pode ser seco para fornecer o grão seco para os destiladores, enquanto a vinhaça fina pode ser utilizada para fornecer as composições de óleo.

[0120] Um aspecto fornece uma composição de óleo de milho não refinada que compreende um teor de ácido graxo livre inferior a cerca de 5 por cento em peso; um teor de umidade de cerca de 0,2 a cerca de 1 por cento em peso; e um teor de íon de metal álcali e/ou íon de metal alcalino superior a 10 ppm até cerca de 1.000 ppm. O óleo de milho não refinado não foi submetido a um processo de refinamento. Esses processos de refinamento incluem refinamento de álcalis e/ou refinamento físico (isto é, destilação, desodorização, branqueamento, etc.), e são usados para diminuir o teor de ácido graxo livre, o teor de umidade, o teor de conteúdo insolúvel e/ou insaponificável.

[0121] O teor de ácido graxo livre da composição de óleo de milho não refinada é inferior a cerca de 5 por cento em peso. A composição de óleo aqui descrita tem um nível de teor de ácido graxo livre que pode reduzir a quantidade de refinação front-end ou processamento para o uso em várias aplicações. Em algumas modalidades, o teor de ácido graxo livre compreende pelo menos um ácido graxo selecionado do grupo consistindo em C16 palmítico, C18 esteárico, C18-1 oleico, C18-2 linoleico e C18-3 linolênico (onde o número depois de “-” reflete o número de locais de insaturação). Em algumas modalidades, o teor de ácido graxo livre é inferior a 5 por cento em peso. Por exemplo, em algumas modalidades, o teor de ácido graxo livre é inferior a cerca de 4 por cento em peso ou, alternativamente, inferior a cerca de 3 por cento em peso ou, alternativamente, inferior a cerca de 2 por cento em peso ou, alternativamente, inferior a cerca de 1 por cento em peso.

[0122] A manutenção de baixos níveis de umidade é vantajosa, pois a umidade pode resultar na formação de ácidos graxos livres. A composição de óleo de milho não refinada pode ter um teor de umidade inferior a cerca de 1 por cento em peso. A umidade na presente composição de óleo de milho pode compreender água junto com outros componentes solúveis, tal como um ou mais metais álcalis e/ou alcalinos, e pode ainda conter outros componentes solúveis, tal como material volátil incluindo hexano, etanol, metanol e semelhantes. O pH da água que compõe o teor de umidade é, em geral, alcalino (isto é, >7) e compreende um ou mais metais álcali e/ou alcalino. Em algumas modalidades, o teor de umidade da composição de óleo de alternativamente, cerca de 0,2 por cento em peso. Em certas modalidades, a concentração de íon de metal do teor de umidade é cerca de 2.000 ppm. Consequentemente, uma composição de óleo de milho não refinada tendo de cerca de 0,2 a cerca de 1 por cento em peso teria uma concentração de íon de metal de cerca de 4 ppm a cerca de 20 ppm. Tipicamente, o teor de umidade da composição de óleo de milho não refinada é cerca de 0,5 por cento em peso tendo uma concentração de íon de metal de cerca de 2.000 ppm, resultando em uma concentração de íon na composição de óleo de cerca de 10 ppm. Em algumas modalidades, a composição de óleo de milho não refinada tem uma concentração de íon de metal superior a cerca de 0,4 ppm, ou superior a cerca de 0,5 ppm, ou superior a cerca de 0,6 ppm, ou superior a cerca de 0,7 ppm, ou superior a cerca de 0,8 ppm ou 20 ppm.

[0123] Como é estabelecido acima, o teor de umidade é, em geral, alcalino (isto é, >7). Consequentemente, o teor de água no óleo compreende um teor de íon de metal álcali e/ou íon de metal alcalino igual ou superior a cerca de 10 ppm. O íon de metal álcali presente na composição pode ser qualquer íon de metal álcali e/ou qualquer íon de metal alcalino e é, em algumas modalidades, qualquer combinação de lítio (Li+), sódio (Na+), magnésio (Mg2+), potássio (K+) e/ou cálcio (Ca2+).

[0124] Em algumas modalidades, o teor de umidade alcalina pode compreender uma base orgânica, tal como íons de amônia e/ou amônio. Consequentemente, em uma modalidade, uma composição de óleo de milho não refinada compreende um teor de ácido graxo livre inferior a cerca de 5 por cento em peso; um teor de umidade de cerca de 0,2 a cerca de 1 por cento em peso; e um teor de íons de amônia e/ou amônio superior a cerca de 10 ppm, ou de cerca de 4 ppm a cerca de 20 ppm.

[0125] Em algumas modalidades, o óleo de milho não refinado tem um teor insolúvel inferior a cerca de 1,5 por cento em peso. O teor insolúvel não é solvatado pela porção aquosa, pelo óleo ou pela umidade dentro do óleo, e pode incluir material tal como sólido residual (por exemplo, fibra de milho).

[0126] Em algumas modalidades, o óleo de milho não refinado tem um teor insaponificável inferior a cerca de 3 por cento em peso, ou inferior a cerca de 2 por cento em peso ou inferior a cerca de 1 por cento em peso. A matéria insaponificável pode reduzir significativamente os rendimentos de produto final da composição de óleo e pode, por sua vez, reduzir os rendimentos de produto final dos métodos aqui divulgados. O teor insaponificável do óleo não forma sabões quando misturado com uma base, e inclui qualquer variedade de materiais não triglicerídeos possível que atuam como contaminantes durante a produção de biodiesel.

[0127] O óleo de milho não refinado pode ainda compreender vários outros componentes solúveis em óleo. É considerado que a quantidade desses componentes não seria tão grande de modo que a composição de óleo de milho não refinada exigiria refinação antes de ser usada. Esses componentes podem incluir, por exemplo, um ou mais de luteína, cis-luteína, zea-xantina, alfa-criptoxantina, beta-criptoxantina, alfa- caroteno, beta-caroteno, cis-beta-caroteno, alfa-tocoferol, beta-tocoferol, deltatocoferol ou gama-tocoferol, alfa-tocotrienol, beta-tocotrienol, gama-tocotrienol e/ou delta-tocotrienol. Em algumas modalidades, a composição de óleo de milho não refinada tem um teor de tocoferol inferior a cerca de 1 mg/g. Em algumas modalidades, a composição de óleo de milho não refinada tem um teor de tocotrienol inferior a cerca de 1,3 mg/g. Em algumas modalidades, a composição de óleo de milho não refinada tem um teor de beta-caroteno superior a cerca de 2 μg/g. Esses componentes são conhecidos antioxidantes e podem assim fornecer uma estabilidade oxidativa para a composição de óleo de milho não refinada.

[0128] A composição de óleo de milho não refinada exibe um nível mais alto de estabilidade oxidativa que óleos de milho preparados por meio dos métodos convencionais. Isso pode ocorrer devido a qualquer combinação de fatores, tal como, o grau de saturação do óleo, antioxidantes naturais e semelhantes, e pode facilmente ser determinado usando métodos bem conhecidos na técnica. Em algumas modalidades, a estabilidade oxidativa da composição de óleo de milho não refinada é superior a cerca de 4 horas a uma temperatura de cerca de 110 °C. Além disso, a estabilidade oxidativa pode ser avaliada usando seu valor de peróxido. Em algumas modalidades, a composição de óleo de milho não refinada exibe um valor de peróxido inferior a cerca de 2 partes por milhão ou inferior a1 parte por milhão.

Métodos Exemplares de Fornecimento de Composições de Óleo Contendo Éster Alquílico Inferior a partir de Resíduos de Fermentação

[0129] Um aspecto é dirigido a um método para fornecer uma composição de óleo vegetal de um vegetal, por exemplo, resíduo de fermentação de milho compreendendo as etapas de: ajustar o pH do vegetal, por exemplo, resíduo de fermentação de milho para fornecer um vegetal, por exemplo, camada de óleo de milho e uma camada aquosa; e separar o vegetal, por exemplo, camada de óleo de milho, da camada aquosa para fornecer o vegetal, por exemplo, composição de óleo de milho.

[0130] Um aspecto é dirigido a um método para fornecer um vegetal, por exemplo, composição de óleo de milho a partir de um vegetal, por exemplo, resíduo de fermentação de milho compreendendo: separar o vegetal, por exemplo, resíduo de fermentação de milho para fornecer uma camada de emulsão e uma primeira camada aquosa; ajustar o pH da camada de emulsão para fornecer um vegetal, por exemplo, camada de óleo de milho e uma segunda camada aquosa; e separar o vegetal, por exemplo, camada de óleo de milho, da segunda camada aquosa para fornecer o vegetal, por exemplo, composição de óleo de milho.

[0131] Em algumas modalidades, o vegetal, por exemplo, resíduo de fermentação de milho compreende toda a vinhaça. Em um processo de fermentação, a vinhaça é os componentes remanescentes do fermentor depois que etanol foi destilado. A vinhaça compreende um componente sólido e um componente líquido. O componente líquido da vinhaça é aqui referido como vinhaça fina. Em uma modalidade, a vinhaça pode ser submetida a etapas de processamento adicionais para produzir vinhaça fina. A vinhaça fina pode ser recuperada do componente sólido da vinhaça por separação e decantação da fase natural, ou pode ser acelerada usando métodos tal como centrifugação. Em uma modalidade, o componente sólido da vinhaça pode ser submetido a secagem para fornecer grão seco para os destiladores e vendido como um produto de ração para animais. Em algumas modalidades, o vegetal, por exemplo, resíduo de fermentação de milho compreende vinhaça fina. Em uma modalidade, a umidade pode ser removida da vinhaça fina para criar um produto fermentado concentrado, aqui referido como xarope. A umidade pode ser removida de várias maneiras tal como, por exemplo, por evaporação sob vácuo que, por sua vez, pode evitar incrustação. Consequentemente, em algumas modalidades, o vegetal, por exemplo, resíduo de fermentação de milho, compreende xarope. Em algumas modalidades, o vegetal, por exemplo, resíduo de fermentação de milho, tem um teor de umidade entre cerca de 95 % e cerca de 60 % por cento em peso. Em algumas modalidades, o vegetal, por exemplo, resíduo de fermentação de milho, tem um teor de umidade de cerca de 95 % ou cerca de 90 % ou cerca de 85 % ou cerca de 80 % ou cerca de 75 % ou cerca de 70 % ou cerca de 65 % ou cerca de 60 % por cento em peso.

[0132] O método opcionalmente inclui a etapa de separar o vegetal, por exemplo, resíduo de fermentação de milho (toda a vinhaça, vinhaça fina ou xarope) para fornecer uma camada de emulsão e uma primeira camada aquosa. A etapa de separação pode ser realizada simplesmente permitindo-se que a separação de fases ocorra com o passar do tempo e a camada de óleo decante ou utilizando-se uma centrífuga ou uma combinação destes, incluindo, mas não se limitado a, por exemplo, uma prensa, extrusora, uma centrífuga decantadora, uma centrífuga de pilha de discos, uma centrífuga de tela ou uma combinação destas. Em algumas modalidades, a separação não compreende aquecimento. Em uma modalidade, um fluxo contínuo a cerca de 4000 g é mantido. Alguém com habilidade comum na técnica avaliará que a velocidade ou quantidade de força centrífuga aplicada dependerá de vários fatores tais como tamanho da amostra, e pode ser ajustada apropriadamente dependendo desses fatores. Separadores e centrífugas adequados estão disponíveis de vários fabricantes.

[0133] Em uma modalidade, a camada de emulsão resultante contém de cerca de 20 % (p/p) a cerca de 70 % (p/p) de óleo. Em outra modalidade, a camada de emulsão contém de cerca de 30 % (p/p) a cerca de 60 % (p/p) de óleo. Ainda em uma outra modalidade, a camada de emulsão contém de cerca de 40 % (p/p) a cerca de 50 % (p/p) de óleo. A fração de óleo também pode compreender quantidades variáveis do volume global de resíduos de fermentação. Em uma modalidade, a camada de emulsão compreende cerca de 20 % (p/p) do volume inicial de produto fermentado.

[0134] Em uma modalidade, a etapa de separar o vegetal, por exemplo, resíduo de fermentação de milho é realizada logo após a produção inicial do etanol de modo a manter a qualidade da composição de óleo e evitar a exposição ao calor e oxigênio, que contribuem para a formação de ácidos graxos livres. A camada de emulsão, que compreende a composição de óleo, é em uma modalidade separada da primeira camada aquosa. Toda ou uma fração da primeira camada aquosa pode ser ainda processada ou aplicada a sólidos tais como, por exemplo, grãos secos para os destiladores.

[0135] Em uma modalidade, uma vez separada da primeira camada aquosa, o pH da camada de emulsão é ajustado de tal modo que a emulsão seja suficientemente quebrada, fornecendo assim a composição de óleo e uma segunda camada aquosa. O ajuste de pH permite a separação seletiva de óleo de alta qualidade enquanto deixa os ácidos graxos livres em uma fração aquosa, saponificando os ácidos graxos tornando-os mais solúveis em água. Assim, uma porção do ácido graxo livre é removida resultando em um óleo que contém baixos níveis de ácido graxo livre. A idade do produto fermentado e o teor de ácido orgânico do produto fermentado podem afetar o pH ideal para a separação, entretanto, a fração de óleo é tratada com o pH mais alto possível para reduzir o teor global de ácido graxo livre no óleo separado sem sacrificar a qualidade do óleo. Tipicamente, o pH adequado varia de cerca de 7,5 a cerca de 10. A mistura da composição de óleo livre e fração de óleo pode ser removida para processamento adicional.

[0136] Em outra modalidade, a primeira camada aquosa não é removida da camada de emulsão, mas em vez disso é submetida a tratamento de base para formar a camada de óleo e a segunda camada aquosa que compreende a primeira camada aquosa e a água resultante da quebra da emulsão. A camada de óleo é então separada da segunda camada aquosa. Consequentemente, em algumas modalidades, o método compreende as etapas de a) ajustar o pH do resíduo de fermentação vegetal para fornecer uma camada de óleo de milho e uma segunda camada aquosa; e b) separar a camada de óleo vegetal da segunda camada aquosa para fornecer a composição de óleo vegetal. Em algumas modalidades, as etapas de separação não compreendem aquecimento.

[0137] Em algumas modalidades, o pH da camada de emulsão é diminuído adicionando-se um ácido. Em uma dessas modalidade, o pH pode ser ajustado para baixo para cerca de 1 unidade de pH ou cerca de 2 unidades de pH ou cerca de 3 unidades de pH. É considerado que qualquer ácido inorgânico ou mineral pode ser usado para ajustar o pH da camada de emulsão.

[0138] Em algumas modalidades, o pH da camada de emulsão é aumentado adicionando-se base. Em uma dessas modalidade, o pH pode ser ajustado para cima para cerca de 1 unidade de pH ou cerca de 2 unidades de pH ou cerca de 3 unidades de pH ou cerca de 4 unidades de pH ou cerca de 5 unidades de pH ou cerca de 6 unidades de pH. Em algumas modalidades, o pH da camada de emulsão é inferior a cerca de 4 ou cerca de 3,5, antes da etapa de ajustar o pH da camada de emulsão. É considerado que qualquer base inorgânica ou mineral pode ser usado para ajustar o pH da camada de emulsão. Bases adequadas incluem, mas são se limitam a uma base selecionada do grupo consistindo em hidróxido de sódio, metóxido de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de cálcio ou solução de lavagem álcali consumida. Em algumas modalidades, a base pode ser base orgânica, tal como amônia. A separação eficiente de fases da camada de emulsão pode ser obtida ajustando-se o pH da camada de emulsão a cerca de 7,5 a cerca de 10, ou de cerca de 8 a cerca de 9 ou a um pH de cerca de 8,2.

[0139] Uma vez que a emulsão tenha sido suficientemente quebrada, uma camada de óleo de milho e uma segunda camada aquosa são fornecidas. A camada de óleo de milho compreende o óleo de milho não refinado como aqui divulgado.

[0140] Em alguns casos, pode ser que uma camada de interface esteja presente entre a camada de óleo e a camada aquosa, o que é conhecido na técnica como uma rag layer. A camada de interface pode compreender óleo, água, fosfolipídeos, ácidos graxos livres, sólidos, etc. Em algumas modalidades, a camada de interface é substancialmente removida da camada de óleo com a camada aquosa. Entretanto, visto que a camada de interface pode compreender uma quantidade significativa de óleo, pode ser vantajoso extrair o óleo da camada de interface. Consequentemente, em algumas modalidades, a camada de interface é mantida com a camada de óleo e submetida à etapa de ajuste de pH. O volume da camada de interface pode ser diminuido em cerca de 50 % ou mais utilizando-se um maior volume de solução aquosa em comparação com o volume da camada de óleo. Portanto, pode ser vantajoso usar um maior volume de solução aquosa adicionando-se água e/ou usando solução de lavagem álcali consumida. Esses métodos podem fornecer um óleo tendo uma concentração fosfolipídica menor.

[0141] Consequentemente, o vegetal não refinado, por exemplo, óleo de milho como aqui divulgado, pode ser fornecido separando-se o vegetal, por exemplo, camada de óleo de milho, da segunda camada aquosa. A etapa de separar o vegetal, por exemplo, camada de óleo de milho, da segunda camada aquosa pode ser realizado simplesmente permitindo-se que a separação de fases ocorra com o passar do tempo e a camada de óleo decante ou utilizando-se centrífuga ou uma combinação destes, incluindo, mas não se limitado a, por exemplo, uma prensa, extrusora, uma centrífuga decantadora, uma centrífuga de pilha de discos, uma centrífuga de tela ou uma combinação destas. Em algumas modalidades, a separação não compreende aquecimento. Em uma modalidade, um fluxo contínuo a cerca de 4000 g é mantido. Alguém com habilidade comum na técnica avaliará que a velocidade ou quantidade de força centrífuga aplicada dependerá de vários fatores, tais como tamanho da amostra, e pode ser ajustado apropriadamente dependendo desses fatores. Separadores e centrífugas adequados estão disponíveis de vários fabricantes.

[0142] Em uma modalidade, a segunda porção aquosa compreende 60 % a 80 % umidade, com base no peso total da segunda porção aquosa. Em uma modalidade, a segunda porção aquosa compreende 10 % a 40 % de proteína, com base no peso total da segunda porção aquosa. Em uma modalidade, a segunda porção aquosa compreende até 50 % de óleo, com base no peso total da segunda porção aquosa. O restante da segunda porção aquosa tipicamente compreende amido, fibra detergente neutro e semelhantes. A segunda porção aquosa pode ser usada para tratar o grão seco para os destiladores ou outros sólidos onde um nível aumentado desses componentes é desejável.

Usos

[0143] A composição de óleo pode ser usada em uma ampla variedade de aplicações. Essas aplicações exemplares incluem as áreas de oleoquímicos, alimento (por exemplo, ração animal) bem como óleos adequados para consumo humano, rejuvenescimento de asfalto, realçamento do grau de desempenho (PG) de asfalto e/ou biodiesel. Consequentemente, uma modalidade é uma composição de asfalto reciclado ou composição de grau de desempenho compreendendo a composição de óleo de milho não refinada como aqui descrita que pode diminuir a viscosidade da mistura resultante e/ou realçar as propriedades dos pavimentos feitos a partir dela, por exemplo, resistência realçada a rachaduras incluindo, mas sem se limitar a rachaduras transversais e rachaduras superficiais induzidas pelo envelhecimento.

[0144] Oleoquímicos incluem produtos químicos de matéria-prima que são adequados para a produção de biodiesel (ésteres metílicos de ácido graxo). Os oleoquímicos industriais são úteis na produção de sabões, detergentes, isolamento de fios, lubrificantes industriais, tratamentos de couro, óleos de corte, agentes de mineração para perfuração de poços de petróleo, remoção de tinta, estabilizadores de plástico, produção de tinta e borracha. Outras aplicações industriais incluem ceras, shampoos, produtos de higiene pessoal e emulsificadores ou aditivos alimentares.

[0145] Uma modalidade é dirigida a um grão seco para os destiladores compreendendo cerca de 4 % ou menos de gordura. Em algumas modalidades, o grão seco para os destiladores compreende ainda cerca de 30 % de proteína.

[0146] Em uma modalidade, uma composição de mistura de aglutinante de asfalto é fornecida contendo uma composição de óleo de milho aqui divulgada e asfalto virgem ou uma composição de mistura de asfalto contendo uma composição de óleo de milho aqui divulgada e material de asfalto contendo asfalto reciclado. A adição de uma composição de óleo de milho ao asfalto virgem é referida como “modificação de asfalto”, enquanto a adição de uma composição de óleo de milho a um material de asfalto contendo asfalto reciclado, tal como pavimentos de asfalto reciclado (RAP) ou telhas de asfalto reciclado (RAS) que podem conter agregados, é referida como “rejuvenescimento de asfalto”. Uma mistura aglutinante de asfalto contendo asfalto virgem inclui óleo de milho contendo, em uma modalidade, menos que 5 % de ácido graxo livre (FFA) e entre cerca de, por exemplo, mais que cerca de 18 % de ésteres alquílicos inferiores de ácido graxo, cerca de 20 a cerca de 40 % de ésteres alquílicos inferiores ou cerca de 40 a cerca de 80 % ou mais de ésteres alquílicos inferiores, em peso do óleo de milho. Uma mistura de asfalto contendo asfalto reciclado inclui, em uma modalidade, óleo de milho contendo, em uma modalidade, menos que 5 % de ácido graxo livre (FFA) e entre cerca de, por exemplo, mais que cerca de 18 % de ésteres alquílicos inferiores de ácido graxo, cerca de 20 a cerca de 40 % de ésteres alquílicos inferiores de ácido graxo ou cerca de 40 a cerca de 80 % ou mais de ésteres alquílicos inferiores de ácido graxo, em peso do óleo de milho. A mistura de aglutinante ou mistura de asfalto também pode conter outros modificadores de asfalto incluindo, mas não se limitado a várias frações de petróelo, polímeros, ácido polifosfórico, cal, ceras e/ou agentes antiderrapantes. A faixa de inclusão de DCO no asfalto é 1 % a 25 % em peso da mistura total de aglutinante.

[0147] O asfalto virgem ou reciclado pode ter uma faixa de viscosidade, penetração, rigidez e propriedades viscoelásticas que resultam em graus de desempenho Superpave (PGs) variando de uma alta temperatura de 46 °C a 172 °C e uma baixa temperatura de -46 °C a 2 °C. O PG final da mistura de aglutinante resultante contendo o asfalto, composição de óleo de milho e outros modificadores pode variar de uma alta temperatura de 46 °C a 82 °C e uma baixa temperatura variando de -46 °C a -10 °C. A mistura de uma composição de óleo de milho com asfalto reciclado deve aumentar a ΔTc-, que é diminuída durante o processo de envelhecimento indicando uma perda na durabilidade do asfalto. A ΔTcédefinda como a diferença entre a temperatura de rigidez contínua e temperatura de relaxamento contínua como medida pelo teste de reômetro de feixe de flexão (BBR) (AASHTO T313).

[0148] Para a modificação de asfalto do asfalto virgem, a quantidade de uma composição de óleo de milho adicionada na mistura final de aglutinante depende das propriedades do asfalto virgem. Um asfalto mais rígido, definido como tendo um grande módulo complexo G* (AASHTO T315), exigiria uma maior inclusão de DCO ou um DCO com teor mais alto de ácido graxo de éster alquílico inferior. Por exemplo, um resíduo de refinação com um G* de 30,08 kPa a 64oC requer 10 % de inclusão de DCO para reduzir para 1,07 kPa na mesma temperatura de medição. Um asfalto virgem com um valor de G* de 1,21 kPa a 64 °C pode ser misturado com 4 % de inclusão de DCO para reduzir o valor de G* a 0,57 kPa na mesma temperatura. Como um resultado da modificação, a propriedade de baixa temperatura da mistura de aglutinante também é melhorada. A baixa temperatura da mistura de aglutinante é determinada pela rigidez e valor m medido pelo teste de BBR.

[0149] Uma composição de óleo de milho também pode ser usada no rejuvenescimento de asfalto do asfalto reciclado presente no RAP e RAS. À medida em que o asfalto envelhece, o aglutinante se torna oxidado e endurece diminuendo o valor de ΔTc indicando uma perda de durabilidade. De modo a rejuvenescer o asfalto envelhecido, uma composição de óleo de milho pode ser adicionada ao asfalto reciclado de modo a aumentar o valor de ΔTc. Além disso, a inclusão de uma composição de óleo de milho aumenta o desempenho da mistura de misturas de RAP conforme observado como um aumento na resistência baixa e intermediária a rachaduras sem causar que a mistura se torne suscetível à deformação permanente. A típica inclusão de RAP nas misturas de asfalto pode variar de 1 % a 50 %. A inclusão de uma composição de óleo de milho no RAP contendo misturas de asfalto pode variar de 1 % a 25 % com base no peso da composição de mistura de aglutinante de asfalto. Para uma mistura quente, RAP ou RAS pode ser rejuvenescido por vários métodos diferentes. Uma composição de óleo de milho pode ser adicionada aos estoques de RAP ou RAS, adicionada diretamente no tambor de mistura, ou injetada no asfalto virgem. O RAP/RAS pode ser pré-tratado pulverizando-se a corrente antes de sua adição ao tambor de mistura. Uma composição de óleo de milho também pode ser adicionada ao asfalto virgem nos tanques de armazenamento equipados com misturadores ou pode ser adicionada com um estático misturador em linha a jusante antes de atingir o tambor de mistura.

[0150] O nível de pH capaz de fornecer uma composição de óleo contendo um baixo nível de ácido graxo livre pode ser determinado (Figura 3). Primeiro, uma fração de óleo na forma de uma emulsão separada do produto fermentado pode ser ajustada aos níveis de pH de 7,7, 7,9, 8,0, 8,1, 8,2 e 8,3. As amostras podem então ser centrifugadas para separar a composição de óleo, e a composição de óleo foi analisada para o teor de ácido graxo livre.

[0151] Em resumo, essas amostras testadas em pH mais baixo (isto é, abaixo de 8,0) exibiram teores de ácido graxo livre acima de 3,5 % (p/p) enquanto aquelas testadas a um pH acima 8,1 exibiram um teor de ácido graxo livre abaixo de 2 % (p/p). TABELA 1

[0152] Uma série de frações de óleo, na forma de amostras de emulsões previamente separadas por uma primeira aplicação de uma força centrífuga, foi tratada com NaOH para ajustar o pH a vários níveis como mostrado na Tabela 2. Cada amostra continha a mesma quantidade de óleo antes de ajustar o pH. Depois de ajustar o pH para o valor alvejado, o volume de óleo livre foi medido.

[0153] Um pH a cerca de 8,2 pode resultar no valor mais alto de volume de óleo livre. O volume de óleo livre mostrou aumentar até este valor e então deteriorar- se a partir de então. Assim, existe um pH ideal para a separação para cada amostra de fração de óleo. TABELA 2

[0154] Experimentos podem ser conduzidos para demonstrar que a combinação de ajustar o pH e aplicar uma força centrífuga resultam em (a) composições de óleo de milho de alta qualidade e (b) maior rendimento da composição de óleo de milho em comparação com aquelas composições de óleo obtidas mediante a aplicação de uma força centrífuga sozinha. O teor de ácido graxo livre pode ser reduzido em até 3 % ajustando-se o pH em combinação com força centrífuga em oposição à força centrífuga sozinha. O rendimento da composição de óleo separada pode ser aumentado em 140 %. O experimento foi conduzido por cerca de 30 dias e inclui 3 amostras diárias.

[0155] Uma análise composicional dos produtos obtido de uma modalidade do sistema pode ser realizada. A fração de xarope obtida do processo de produção de etanol pode ser centrifugada para separar em uma fração leve (óleo emulsificado) e uma fração pesada (stickwater). O xarope obtido pode estar praticamente livre de óleo. A fração pesada pode retornar ao processo normal para ser adicionalmente evaporada e adicionada ao bolo úmido e seco.

[0156] O pH da fração leve pode ser elevado à aproximadamente 8,2 a partir de um pH de aproximadamente 3,5. O material emulsificado ajustado ao pH pode ser alimentado a uma segunda etapa de centrífuga. A fração pesada (pasta de neutralização) da segunda etapa de centrífuga pode ser alta em sabões e proteínas e pode ser misturada com stickwater e adicionada ao bolo úmido e seco. A fração leve da segunda centrífuga pode ser óleo. O óleo pode exibir uma alta qualidade e baixo teor de ácido graxo livre, insolúveis, umidade, fosfolipídeos e insaponificáveis. O óleo pode ser usado com ou sem refinação adicional. A composição de grãos secos do destilador, projetada para resultar da combinação do bolo úmido, pasta de neutralização e xarope de baixa gordura, pode exibir menos gordura e mais proteína que o típico para os grãos secos dos destiladores. TABELA 3

*= Experimentada, **= Projetada, ***= Inclui fibra, cinza, amido, etc.

[0157] Em um processo convencional de moagem a seco de etanol, todo o milho é moído em uma farinha, misturado com água e cozido a uma alta temperatura para gelatinizar o amido e para torná-lo mais disponível para subsequente liquefação e sacarificação por enzimas. A mistura cozida é então esfriada para facilitar a fermentação dos açúcares em etanol. A cerveja resultante inclui componentes solúveis e insolúveis, tal como proteínas, óleo, fibra, amido residual e glicerol. A cerveja é separada em etanol e toda a vinhaça em destilação. A vinhaça pode ser desidratada para produzir o bolo úmido removendo-se um componente de vinhaça fina por centrifugação. O óleo se divide de maneira bastante igual, em peso, entre a vinhaça fina e o bolo úmido. A vinhaça fina é tipicamente adicionalmente evaporada em xarope, que pode ser adicionado novamente ao bolo úmido durante um processo de secagem que produz grãos secos dos destiladores com solúveis (isto é, DDGS). O óleo de milho pode ser recuperado do xarope por uma simples etapa de centrifugação, como descrito por exemplo na Pat. U.S. No 7.601.858.

[0158] Algumas instalações de processamento de etanol de moagem a seco utilizam um processo de moagem a seco modificado conhecido como produção de etanol a partir de amido bruto. Nessas instalações, o milho é moído em farinha fina, misturado com água e enzimas, e fermentado em cerveja contendo etanol em uma reação de sacarificação e fermentação simultânea. O restante do processo de amido bruto é similar ao processo convencional. Entretanto, no processo de amido bruto o óleo não pode ser separado do xarope por uma simples etapa de centrifugação, mas requer uma etapa de tratamento adicional (ajuste de pH) e uma segunda etapa de centrifugação para recuperar o óleo. No geral, a produção de etanol a partir de amido bruto requer menos energia e água de resfriamento.

[0159] O óleo extraído dos DDGS de milho usando solventes e o óleo extraído centrifugamente da vinhaça fina têm concentrações similares ou levemente mais baixas de tocoferóis que o óleo de semente de milho, mas têm concentrações mais altas de fitoesteróis, tocotrienóis e esteril ferulatos, que o óleo de semente de milho.

[0160] A seguir, são fornecidos métodos e análises exemplares de composições de óleo vegetal.

Materiais e Métodos Produtos Químicos

[0161] Os produtos químicos secos (grau ACS ou melhor) foram obtidos da Sigma-Supelco (St. Louis, Mo.) a menos que de outro modo observado nos métodos referenciados. Os solventes foram de grau HPLC e foram obtidos da Fisher (Fairlawn, N.J.).

Óleos

[0162] Os cinco óleos que foram caracterizados incluíram extratos de hexano por Soxhlet de semente de milho (CG) e DDGS (DDGS), e três óleos que foram extraídos por centrifugação de instalações de produção de etanol por moagem a seco (CS-1, CS-2 e CS-3). A semente de milho foi obtida de uma instalação de produção de etanol que opera um processo de fracionamento a seco onde os grãos de milho são separados em frações de semente, fibra e endosperma antes da fermentação. DDGS de milho foram obtidos de uma instalação de produção de etanol de amido bruto operada pela POET, LLC (Sioux Falls, S.D.). CG e DDGS foram extraídos durante a noite (cerca de 20 hr) pela extração Soxhlet usando hexano. Quatro extratores Soxhlet paralelos com cerca de 100 g/dedal foram usados vários dias seguidos e os extratos foram combinados para obter óleo suficiente de semente e DDGS para análises e estudos de armazenamento. O hexano foi removido por evaporação rotativa a 40 °C, o óleo posteriormente agitado por 4 horas sob alto vácuo para remover qualquer excesso de hexano, após o que o óleo foi colocado em vários frascos de âmbar, cobertas com argônio para evitar a oxidação lipídica e congeladas a -20 °C até serem usadas para análises. O CS-1 foi obtido de uma usina de etanol de moagem a seco convencional. CS-2 e CS-3 foram obtidos de duas séries de produção diferentes de uma instalação de produção de etanol de amido bruto operada pela POET. CS-1, CS-2 e CS-3 foram enviados durante a noite, em gelo seco, par ao local da pesquisa, e imediatamente transferidos para frascos de vidro, cobertos com argônio e congelados a (-20 °C) até serem usados para análises.

Análise de Óleo Valor de Ácido

[0163] O Valor de Ácido foi determinado por titulação usando o método oficial AOCS Cd 3d-63 (AOCS, 1998). O valor de ácido foi usado para calcular a porcentagem de ácidos graxos livres (FFA) como porcentagem ácido oleico dividindose o valor de ácido por 1,99 como estabelecido no método. Cada óleo foi analisado em triplicado para o Valor de Ácido e a média é relatada.

Composição de Ácido Graxo e Valor de Iodo

[0164] Os triacilgliceróis oleosos foram transesterificados usando o método descrito por Ichihara (1996). Ésteres metílicos de ácido graxo foram analisados em triplicado por GC. Os valores de iodo foram calculados com base na composição de ácido graxo de acordo com o Método AOCS Cd 1c-85 (AOCS, 1998).

Tocoferóis, Fitoesteróis e Análise de Esteril Ferulato

[0165] Os teores de tocoferóis, tocotrienóis e esteril ferulatos foram analisados em triplicado nos óleos brutos por HPLC com uma combinação de detecção de UV e fluorescência como previamente descrito (Winkler et al., 2007). De modo a analisar teor e composição total de fitoesterol, os óleos foram saponificados e os fitoesteróis foram extraídos e derivatizados como previamente descrito (Winkler et al., 2007). Os fitoesteróis foram quantificados por GC como descrito por Winkler e Vaughn (2009). A identidade dos picos de fitoesterol foi confirmada por análise de GC-MS realizada em um GC-MS 6890 da Agilent (Santa Clara, Calif., EUA) equipado com uma coluna capilar HP-5MS (30 m 9 0,25 mm 9 0,25 lm), um detector seletivo de massa 5973 e um amostrador automático 7683. A linha de transferência do GC para o MSD foi ajustada para 280 °C. Os programas de temperatura do injetor e do forno foram os mesmos descritos acima para o instrumento GC-FID. Os parâmetros de MSD foram os seguintes: modo de varredura, 50-600 amu, voltagem ionizante, 70 eV e voltagem EM, 1.823 V. A identificação espectral da massa foi realizada usando o banco de dados Wiley MS combinado com a comparação para valores da literatura para RT relativa (em comparação com β-sitosterol) e espectro de massa (Beveridge et al., 2002).

Análise de Carotenoide

[0166] A análise e quantificação de carotenoide foram conduzidas por HPLC como descrito por Winkler e Vaughn (2009).

Índice de Estabilidade Oxidativa

[0167] O OSI a 110 °C foi determinado em triplicado seguindo o Método Oficial AOCS Cd 12b-92 (AOCS, 1998). Um Rancimat 743 Metrohm (Herisau, Suíça) com controle de software controlou automaticamente o fluxo de ar e a temperatura e calculau os valores de OSI com base no tempo de indução.

Estudo de Armazenamento Acelerado

[0168] O protocolo de estudo seguiu a Prática Recomendada AOCS Cg 5 - 97 (AOCS, 1998). As amostras de óleo (5 g) foram pesadas em frascos de vidro âmbar de 40 ml que foram frouxamente tampados. Para cada tratamento e dia, frascos triplicados foram preparados. Os frascos foram armazenados em ordem completamente aleatória em um forno escuro mantido a 40 ± 1 °C. Para cada óleo, três frascos foram removidos nos dias a seis e no dia oito. As amostras de óleo de CG também foram removidas nos dias 10 e 12. Entretanto, à medida em que o estudo progrediu, foi determinado que os óleos de DDGS e CS-2 estavam oxidando mais lentamente que o óleo de CG, então as amostras foram removidas nos dias 12 e 14 para estender seu armazenamento por mais dois dias. Após a remoção do forno, os frascos foram imediatamente cobertos com argônio, bem tampados e congelados (-20 °C) até a análise. As análises foram conduzidas no mesmo dia ou dentro de 2 dias da remoção do forno. Os valores de peróxido foram determinados usando o método descrito por Shantha e Decker (1994). Cada óleo replicado dos estudos de armazenamento foi analisado em duplicado. O hexanal no headspace de óleo de cada replicado foi quantificado em duplicado por microextração em fase sólida (SPME) e análise de GC como descrito por Winkler e Vaughn (2009).

Estudo de Armazenamento em Temperatura Ambiente

[0169] O óleo CS-2 foi colocado em três frascos de âmbar de 4L. Cada frasco foi enchido com o mesmo nível de volume de 3,4 L. A quantidade de headspace acima das amostras de óleo totalizou 0,9 L. Os frascos foram bem tampados e armazenados no escuro a 20 °C ± 3 °C, a temperatura foi monitorada diariamente e a temperatura alta e baixa foram registradas. As amostras foram coletadas uma vez por semana por 13 semanas. Para a amostra, os frascos foram primeiro suavemente agitados por 30 segundos para misturar os conteúdos. Então, uma pipeta de vidro foi inserida no centro do frasco e 5 ml óleo foram coletados e colocados em um frasco com tampa de rosca, coberto com argônio e congelado (-20 °C) até a análise. O valor do peróxido e a análise de headspace de hexanal foram realizados nas amostras de óleo como descrito acima, e foram tipicamente conduzidos np mesmo dia ou dentro de 1 a 2 dias da amostragem.

Composição de Ácido Graxo e Ácidos Graxos Livres

[0170] As composições de ácidos graxos (Tabela 4) de todos os cinco óleos eram típicas de óleo de milho. Os valores de iodo variaram de 122,4 a 124,3. Esses resultados concordam com outros relatos de que a composição de ácido graxo de óleo extraído de DDGS e vinhaça fina são similares ao óleo de milho. Os dois óleos (CS-1 e CS-2) que foram extraídos por centrifugação do xarope das instalações de produção de etanol a partir de amido bruto tinham % de FFA mais baixa (2,03 % e 2,48 %, respectivamente). O óleo recuperado por centrifugação de xarope da usina de produção de etanol de moagem a seco tradicional tinha o valor de ácido mais alto, com 10,1 % de FFA. Outros estudos relataram teor de FFA de óleo recuperado por centrifugação de vinhaça fina variando de 11,2 a 16,4 %. Esses resultados indicam que a eliminação da etapa de cozimento no processo de amido bruto reduz a produção de FFA. O óleo extraído de DDGS usando hexano tinha o segundo valor mais alto de ácido (7,42 % de FFA). Winkler-Moser e Vaughn (2009) relataram teor de FFA de 6,8 % (p/p) em hexano Soxhlet extraído de óleo de DDGS, enquanto Moreau et al. (2010) relataram teor de FFA variando de 8 a 12 % em DDGS que foi extraído com hexano usando extração acelerada por solvente. O teor de FFA de extratos de DDGS demonstrou variar amplamente dependendo das condições e método de extração e do solvente usado. O DDGS usado neste estudo também veio de uma usina de etanol de amido bruto, portanto, era esperado que tivesse um menor FFA. Entretanto, as altas temperaturas usadas para secar os grãos úmidos podem ter contribuído para o aumento no FFA. Em um experimento, Moreau et al. (2010) demonstraram que o óleo extraído da vinhaça fina e grãos secos dos destiladores (antes de misturar os grãos com o xarope) tinham alto teor de FFA que era transportado para o DDGS. O teor de FFA de semente de milho extraída com hexano foi 3,8 %, que é levemente maior que a média de 2,5 % de FFA tipicamente encontrada em óleo de semente de milho bruto. Para a produção de biodiesel, o óleo com um Valor de Ácido superior a um requer pré- tratmento, pois os ácidos graxos livres formam sabões durante a esterificação catalisada por base, que interfere com a separação do glicerol dos ésteres metílicos de ácido graxo. Assim, os óleos brutos com ácidos graxos livres mais baixos terão menos perda de óleo devido ao pré-tratamento. Os ácidos graxos livres diminuem a estabilidade oxidativa de óleos e também podem precipitar às temperaturas ambiente, o que pode impactar negativamente o desempenho do combustível. TABELA 4

Teor e Composição de Tocoferóis, Tocotrienóis e Carotenoides

[0171] Os tocoferóis são comuns em óleos vegetais e são os principais antioxidantes que protegem a maioria do óleos. Com o milho e outras plantas, o teor de tocoferol e tocotrienol vai variar com base em fatores incluindo híbrido, condições de crescimento, condições de pós-colheita e processamento, bem como o tipo de solvente usado para a extração. Portanto, neste estudo pouco se pode inferir sobre como as práticas de processamento afetam os níveis de tocoferol visto que cada instalação de produção e mesmo cada ciclo de produção terão iniciado com diferentes lotes de milho inteiro. Gama- e alfa-tocoferol foram os homólogos mais prominentes detectados em todos os cinco óleos (Tabela 5), junto com uma pequena quantidade de delta-tocoferol, que é o perfil de tocoferol típico para óleo de milho. O óleo de CG teve concentração total mais alta de tocoferóis (1433,6 μg/g de óleo) seguido por DDGS extraído com hexano (1104,2). Os níveis no óleo de DDGS são similares aos que foram previamente relatados em DDGS extraído com hexano de uma instalação de produção convencional de moagem a seco. Os tocoferóis no milho estão localizados na porção germinativa do grão, de modo que o restante do grão de milho contribui pouco para o teor de tocoferol. CS-1, CS-2 e CS-3 foram todos mais baixos em alfa-tocoferol em comparação com óleos de CG e DDGS, mas foram similares aos níveis relatado no óleo extraído centrifugamente da vinhaça fina (Moreau et al., 2010). TABELA 5

aNão detectado

[0172] Os tocotrienóis são comuns no óleo de farelo de arroz e óleo de palma, mas não são abundantes na maioria dos óleos vegetais comerciais. Sua atividade antioxidante é similar aos tocoferóis em sistemas de óleo em massa, mas eles também parecem ter propriedades hipocolesterocêmicas, anti-câncer e neuroprotetoras. Os óleos de milho pós-fermentação (DDGS, CS-1, CS-2 e CS-3) tiveram maiores concentrações de tocotrienol em comparação com o óleo de CG, porque os tocotrienóis são encontrados nas frações do endosperma, que são removidas principalmente durante o fracionamento da semente de milho. Assim, apesar de ter concentração mais baixa de tocoferol, todos os óleos pós-fermentação foram maiores em concentração de tocol total em comparação com o óleo de CG.

[0173] Os óleos de milho pós-fermentação foram muito mais altos em carotenoides que o óleo de semente de milho extraído. Entretanto, a concentração de carotenoides foi substancialmente mais baixa que os tocóis em cinco óleos (Tabela 5). Assim como os tocotrienóis, os carotenoides estão localizados na fração do endosperma dos grãos de milho. Os principais carotenoides nos óleos foram luteína e zeaxantina, bem como quantidades mais baixas de beta-criptoxantina e beta- caroteno. O teor e composição de carotenoide foram similares às quantidades encontradas no óleo de DDGS em um estudo anterior, entretanto, Moreau et al. (2010) relataram teor carotenoide em óleo de vinhaça fina extraído por centrifugação variando de 295 a 405 μg/g de óleo. Os carotenoides são substancialmente afetados pelo milho híbrido, o que pode explicar a discrepância. O beta-caroteno e beta- criptoxantina são precursores da Vitamina A, enquanto a luteína e zeaxantina são protetoras contra degeneração macular e catarata relacionadas à idade. Os carotenoides também têm mostrado possuir várias ações fisiológicas benéficas além da atividade de Vitamina A, incluindo atividade antioxidante, resposta imunológica intensificada e atividade quimioprotetora contra vários tipos de câncer.

Teor e Composição de Fitoesteróis

[0174] O teor de fitoesteróis totais nos três óleos variou de 1,5 a 2,0 % (p/p) (Tabela 6). Os óleos de milho pós-fermentação foram amiores em fitoesteróis totais em comparação com o óleo de CG, pois incluem fitoesteróis e ésteres de fitoesterol de ferulato do farelo e pericarpo, além dos fitoesteróis da porção germinativa do grão de milho. A composição de fitoesterol também é diferente entre o óleo de CG e os óleos de milho pós-fermentação. Os óleos de DDGS e CS-1, CS-2 e CS-3 tinham concentrações similares dos fitoesteróis comuns de campesterol, stigmasterol e sitosterol em comparação com óleo de CG. Entretanto, tinham uma concentração muito maior dos dois fitoesteróis saturados (fitoestanóis), campestanol e sitostanol. O alto teor desses fitoestanóis é devido à sua esterificação preferencial, no milho, para esteril ferulatos, cujos teores também são mostrados na Tabela 6. Esteril ferulatos são encontrados no pericarpo interno de milho e outros grãos. A presença de uma pequena quantidade desses compostos no óleo de semente de milho indica que pode ter havido alguma contaminação da semente por algum tecido interno de pericarpo, pois foi estabelecido que esses compostos são exclusivos da camada de aleurona do pericarpo. Os fitoesteróis são altamente valorizados como ingredientes em alimentos funcioanis devido à sua capacidade de reduzir o colesterol no sangue bloqueando a re-adsorção de colesterol no intestino. Os esteril ferulatos demonstraram reter a capacidade de redução de colesterol dos fitoesteróis, e também têm atividade antioxidante devido à porção de ácido ferúlico. TABELA 6

aA porcentagem em peso de fitoesteróis totais bNão detectado

Índice de Estabilidade Oxidativa (OSI)

[0175] A estabilidade oxidativa de óleos é afetada por muitos fatores, incluindo composição de ácido graxo, concentração e estabilidade de antioxidantes no óleo e a presença de compostos pró-oxidantes, tal como ácidos graxos livres, peróxidos lipídicos ou metais pró-oxidantes. O Rancimat é um teste acelerado (levando de várias horas a um dia, dependendo do óleo e da temperatura de teste) usado para estabelecer estabilidade oxidativa relativa de óleos (chamada índice de estabilidade oxidativa, OSI), como medida pelo tempo de indução para um óleo começar a oxidar sob condições de temperatura e fluxo de ar controladas. O OSI do óleo de CG foi mais baixo, enquanto o óleo de DDGS teve estabilidade mais alta (Tabela 5), que correspondem à concentração mais baixa e mais alta de tocoferóis antioxidantes. CS- 1 teve um OSI levemente mais baixo que CS-2 e CS-3, apesar de ter uma concentração mais alta de tocóis; isso pode ser explicado pelo seu teor mais alto de FFA e valor inicial mais alto de peróxido.

Conclusões

[0176] Este Exemplo comparou a composição e a estabilidade oxidativa de óleos extraídos de semente de milho, grãos de milho secos dos destiladores e de vinhaça fina de uma instalação convencional de produção de etanol de moagem a seco bem como de uma instalação de produção de etanol de amido bruto. As composições de ácidos graxos de todos os cinco óleos foram típicas de óleo de milho. O óleo extraído da vinhaça fina em um instalação de produção de amido bruto tem FFA menor que da vinhaça fina de uma instalação convencional de produção de etanol de moagem a seco. Provavelmente isso se deve ao processamento em temperaturas mais baixas usado no processo de amido bruto onde o estágio de cozimento é eliminado. Todos os óleos post-fermentação tinham concentrações mais altas de tocotrienóis, carotenoides, fitoesteróis e ésteres de fitoesterol de ferulato em comparação com o óleo de semente de milho. As concentrações aumentadas de antioxidantes tocotrienóis carotenoides, e ferulatos de esterila são provavelmente responsáveis pela estabilidade aumentada em comparação com óleo de semente de milho.

Outras Modalidades Exemplares

[0177] Também é fornecida uma composição de óleo de milho compreendendo óleo de milho não refinado tendo um teor de éster etílico que é superior a 7 por cento em peso, por exemplo, superior a 18 por cento em peso; e, opcionalmente, um teor de umidade de cerca de 0,02 a cerca de 1 por cento em peso e/ou um teor de íon de metal álcali e/ou íon de metal alcalino superior a 10 ppm até cerca de 1000 ppm. Em uma modalidade, o óleo de milho não refinado tem um teor de ácido graxo livre inferior a cerca de 5 por cento em peso. Em uma modalidade, o óleo de milho não refinado tem um teor de éster etílico que é superior a 30 por cento em peso. Em uma modalidade, o óleo de milho não refinado tem um teor insolúvel inferior a cerca de 1,5 por cento em peso. Em uma modalidade, o óleo de milho não refinado tem um teor de ácido graxo livre inferior a cerca de 3 ou inferior a cerca de 2 por cento em peso. Em uma modalidade, o óleo de milho não refinado tem um valor de peróxido inferior a cerca de 2 partes por milhão. A composição de óleo de milho pode incluir um teor de luteína de pelo menos 50 μg/g, um teor de zeaxantina de pelo menos 30 μg/g, um teor de cis-luteína/zeaxantina de pelo menos 10 μg/g, um teor de alfa-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de beta-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de alfa-caroteno de pelo menos 0,5 μg/g, um teor de beta-caroteno de pelo menos 1 μg/g, um teor de cis-beta-caroteno de pelo menos 0,1 μg/g, um teor de alfa-tocoferol de pelo menos 50 μg/g, um teor de beta-tocoferol de pelo menos 2 μg/g, um teor de gama-tocoferol de pelo menos 300 μg/g, um teor de delta-tocoferol de pelo menos 15 μg/g, um teor de alfa-tocotrienol de pelo menos 50 μg/g, um teor de beta- tocotrienol de pelo menos 5 μg/g, um teor de gama-tocotrienol de pelo menos 80 μg/g, um teor de delta-tocotrienol de pelo menos 5 μg/g ou qualquer combinação destes.

[0178] Em uma modalidade, para preparar uma composição de óleo vegetal, fermentação é utilizada. Por exemplo, um método para realçar as propriedades de óleo vegetal do material vegetal moído submetido a fermentação é fornecido. O método inclui fornecer uma composição aquosa compreendendo material vegetal moído, por exemplo, sementes, classificadas tais que mais de 50 % do material moído passa através de uma tela de 0,5 mm, uma amilase de ácido fúngico e uma glucoamilase sob condições que produz glicose incluindo um pH de 3 a 6, uma temperatura de cerca de 25 °C a cerca de 40 °C e um teor de sólidos na dita composição de cerca de 20 a 50 por cento em peso; e fermentar a glicose na presença de uma levedura e uma composição compreendendo uma esterase sob condições que produzem etanol e óleo vegetal tendo um teor de éster etílico que é superior a 18 % (p/p) com base no peso total da composição de óleo, em que as ditas condições incluem um pH de cerca de 3 a 6 e manter uma concentração de glicose na composição aquosa inferior a cerca de 2 por cento em peso depois de 12 horas de sacarificação e fermentação, em que o dito método produz pelo menos 18 porcento em volume de etanol. Em uma modalidade, o óleo vegetal tem um teor de ácido graxo livre não superior a 5 % (p/p) com base no peso total da composição. Em uma modalidade, o teor de éster etílico é superior a cerca de 20 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster etílico é superior a cerca de 30 % (p/p) no peso total da composição. Em uma modalidade, o teor de éster etílico é superior a cerca de 50 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster etílico é superior a cerca de 60 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, a esterase é uma planta ou uma esterase fúngica. Em uma modalidade, a esterase é uma hidrolase de éster carboxílico (EC 3.1.1.3). Em uma modalidade, a esterase é uma lipase. Em uma modalidade, a esterase está em uma quantidade que é pelo menos 0,01 % (p/p) do peso de gordura vegetal na composição aquosa antes da fermentação. Em uma modalidade, a esterase está em uma quantidade que é pelo menos 0,04 % (p/p) do peso de gordura vegetal na composição aquosa antes da fermentação. Em uma modalidade, a esterase está em uma quantidade que é pelo menos 0,4 % (p/p) do peso de gordura vegetal na composição aquosa antes da fermentação. Em uma modalidade, durante a produção de etanol, o pH é mantido entre 3 a 4,5 durante a primiera metade do ciclo de abastecimento e entre 4,5 a 6,0 durante a segunda metade do ciclo de abastecimento. Em uma modalidade, glicose é produzida a uma temperatura de cerca de 30° C a cerca de 35 °C, um teor de sólidos na dita composição de cerca de 25 a 45 por cento em peso, uma quantidade da dita amilase de ácido fúngico que varia de cerca de 0,1 a cerca de 10 unidades de amilase de ácido fúngico por grama dos ditos sólidos secos, e uma quantidade da dita glucoamilase para sólidos secos na dita composição que varia de cerca de 0,5 a cerca de 6 unidades de glucoamilase por grama dos ditos sólidos secos. Em uma modalidade, a glicose é fermentada sob condições compreendendo uma temperatura inicial de cerca de 35 °C, cuja temperatura é diminuída durante a fermentação para uma temperatura de cerca de 30 °C, e mantendo uma concentração de glicose na composição aquosa inferior a cerca de 1 por cento em peso depois de 12 horas de sacarificação e fermentação, em que a produção de glicose e a fermentação de glicose em etanol são conduzidas simultaneamente.

[0179] Em uma modalidade, para preparar uma composição de óleo vegetal, fermentação é utilizada. Por exemplo, um método para realçar as propriedades de óleo vegetal do material vegetal moído submetido a fermentação é fornecido. O método inclui fornecer uma composição aquosa compreendendo material vegetal moído, por exemplo, sementes, classificadas tais que mais de 50 % do material moído passa através de uma tela de 0,5 mm, uma amilase de ácido fúngico e uma glucoamilase sob condições que produzem glicose incluindo uma temperatura de cerca de 25 °C a cerca de 40 °C e um teor de sólidos na dita composição de cerca de 20 a 50 por cento em peso; e fermentar a glicose na presença de uma levedura e uma composição compreendendo uma esterase sob condições que produzem etanol e óleo vegetal tendo um teor de éster etílico que é superior a 18 % (p/p) com base no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o óleo vegetal tem um teor de ácido graxo livre não superior a 5 % (p/p) com base no peso total da composição. Em uma modalidade, o teor de éster etílico é superior a cerca de 20 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster etílico é superior a cerca de 30 % (p/p) no peso total da composição. Em uma modalidade, o teor de éster etílico é superior a cerca de 50 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, o teor de éster etílico é superior a cerca de 60 % (p/p) no peso total da composição de óleo. Em uma modalidade, a esterase é uma planta ou uma esterase fúngica. Em uma modalidade, a esterase é uma hidrolase de éster carboxílico (EC 3.1.1.3). Em uma modalidade, a esterase é uma lipase. Em uma modalidade, a esterase é adicionada quando a fermentação é iniciada, depois que a fermentação foi iniciada, quando a fermentação está completa ou qualquer combinação destes. Em uma modalidade, a esterase está em uma quantidade que é pelo menos 0,01 % (p/p) do peso de gordura vegetal na composição aquosa antes da fermentação. Em uma modalidade, a esterase está em uma quantidade que é pelo menos 0,04 % (p/p) do peso de gordura vegetal na composição aquosa antes da fermentação. Em uma modalidade, a esterase está em uma quantidade que é pelo menos 0,4 % (p/p) do peso de gordura vegetal na composição aquosa antes da fermentação. Em uma modalidade, glicose é produzida a uma temperatura de cerca de 30 °C a cerca de 35 °C, um teor de sólidos na dita composição de cerca de 25 a 45 por cento em peso, uma quantidade da dita amilase de ácido fúngico que varia de cerca de 0,1 a cerca de 10 unidades de amilase de ácido fúngico por grama dos ditos sólidos secos, e uma quantidade da dita glucoamilase para sólidos secos na dita composição que varia de cerca de 0,5 a cerca de 6 unidades de glucoamilase por grama dos ditos sólidos secos. Em uma modalidade, a glicose é fermentada sob condições compreendendo uma temperatura inicial de cerca de 35 °C cuja temperatura é diminuída durante a fermentação para uma temperatura de cerca de 30 °C.

[0180] Em uma modalidade, um método para fornecer uma composição de óleo de milho com níveis realçados de, em uma modalidade, éster etílico, inclui obter uma primeira camada aquosa de um resíduo de fermentação de milho; ajustar o pH da primeira camada aquosa para fornecer uma camada de óleo de milho e uma segunda camada aquosa; e separar a camada de óleo de milho da segunda camada aquosa para fornecer a composição de óleo de milho tendo um teor de ácido graxo livre inferior a cerca de 2 % ou inferior a cerca de 5 % e tem pelo menos 10 % (p/p) de éster etílico. Em uma modalidade, a primeira camada aquosa tem um teor de umidade entre cerca de 95 % e cerca de 60 %. Em uma modalidade, a primeira camada aquosa compreende vinhaça fina. Em uma modalidade, o método compreende ainda evaporar a vinhaça fina antes da etapa de ajustar o pH da primeira camada aquosa. Em uma modalidade, a primeira camada aquosa compreende xarope. Em uma modalidade, ajustar o pH compreende adicionar uma base. Em uma modalidade, ajustar o pH compreende addicionar uma base selecionada do grupo consistindo em hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de cálcio, ou solução de lavagem álcali consumida. Em uma modalidade, o pH da primeira camada aquosa é inferior a cerca de 4 antes da etapa de ajustar o pH da primeira camada aquosa. Em uma modalidade, o pH da primeira camada aquosa é cerca de 3,5 antes da etapa de ajustar o pH da primeira camada aquosa. Em uma modalidade, o pH da primeira camada aquosa é de cerca de 7,5 a cerca de 10 depois de ajustar o pH da primeira camada aquosa. Em uma modalidade, o pH da primeira camada aquosa é de cerca de 8 a cerca de 9 depois de ajustar o pH da primeira camada aquosa. Em uma modalidade, o pH da primeira camada aquosa é cerca de 8,2 depois de ajustar o pH da primeira camada aquosa. Em uma modalidade, obter a primeira camada aquosa do resíduo de fermentação de milho compreende centrifugar. Em uma modalidade, obter a primeira camada aquosa do resíduo de fermentação de milho compreende a) separar a primeira camada aquosa em uma camada de água e uma camada de emulsão; e b) ajustar o pH da camada de emulsão para fornecer uma camada de óleo de milho e uma segunda camada aquosa. Em uma modalidade, obter a primeira camada aquosa do resíduo de fermentação de milho para fornecer uma camada de emulsão e uma primeira camada aquosa compreende centrifugar. Em uma modalidade, separar a camada de óleo de milho da segunda camada aquosa compreende centrifugar. Em uma modalidade, a camada de óleo de milho compreende um teor de ácido graxo livre inferior a cerca de 2 por cento em peso. Em uma modalidade, a camada de óleo de milho compreende um teor de umidade de cerca de 0,2 a cerca de 1 por cento em peso. Em uma modalidade, a camada de óleo de milho compreende um teor de íon de metal álcali e/ou íon de metal alcalino superior a 10 partes por milhão. Em uma modalidade, a camada de óleo de milho tem um teor insolúvel inferior a cerca de 1,5 por cento em peso. Em uma modalidade, a camada de óleo de milho exibe um valor de peróxido inferior a cerca de 2 partes por milhão. Em uma modalidade, a camada de óleo de milho exibe uma estabilidade oxidativa superior a cerca de 4 horas a uma temperatura de cerca de 110 °C.

[0181] Também é fornecido um método para fabricar uma composição de pavimentação. O método inclui combinar uma pluralidade de sólidos (agregado) com uma composição de mistura de aglutinante de asfalto para produzir uma composição de pavimentação, em que a composição de mistura de aglutinante de asfalto compreende betume e uma composição de óleo de milho tendo: um teor de éster etílico superior a 7 %, por exemplo, superior a cerca de 18 % (p/p) com base no peso total da composição de óleo; e, opcionalmente, um valor de iodo não superior a 125 e/ou um teor combinado de umidade e insolubilidade não superior a 1,5 % (p/p) com base no peso total da composição; e também, opcionalmente, um componente adicional selecionado do grupo consistindo em: um teor de luteína de pelo menos 50 μg/g, um teor de cis-luteína/zeaxantina de pelo menos 10 μg/g, um teor de alfa- criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de beta-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de alfa-caroteno de pelo menos 0,5 μg/g e um teor de cis-beta-caroteno de pelo menos 0,1 μg/g. Em uma modalidade, a pluralidade de sólidos compreende areia, cascalho, pedra britada, concreto triturado, vidro triturado, escória industrial, ou qualquer mistura destes.

[0182] Além disso, é fornecida uma composição de mistura de asfalto compreendendo: asfalto reciclado e uma composição de óleo vegetal tendo um teor de éster etílico que é superior a cerca de 7 % tal como superior a cerca de 18 % (p/p) com base no peso total da composição de óleo; e, opcionalmente, um valor de iodo não superior a 125 e/ou um teor combinado de umidade e insolubilidade não superior a 1,5 % (p/p) com base no peso total da composição; e também, opcionalmente, um componente adicional selecionado do grupo consistindo em: um teor de luteína de pelo menos 50 μg/g, um teor de cis-luteína/zeaxantina de pelo menos 10 μg/g, um teor de alfa-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de beta-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de alfa-caroteno de pelo menos 0,5 μg/g e um teor de cis-beta- caroteno de pelo menos 0,1 μg/g. Em uma modalidade, o óleo vegetal é cerca de 1 % em peso a cerca de 25 % em peso com base no peso da composição de aglutinante de asfalto ou a composição de mistura de aglutinante de asfalto. Em uma modalidade, o óleo vegetal é cerca de 0,5 % em peso a cerca de 25 % em peso com base no peso da composição de aglutinante de asfalto ou a composição de mistura de aglutinante de asfalto. Em uma modalidade, a composição de mistura de asfalto compreende asfalto virgem e asfalto reciclado.

[0183] A invenção será ainda descrita com respeito aos exemplos seguintes.

Exemplo 1 Materiais e Métodos

[0184] Um processo de sacarificação e fermentação simultânea (SSF) é utilizado, onde matérias-primas à base de amido tais como milho (milho), sorgo (milo), e/ou trigo, são usados para a produção de etanol. Neste processo, enzimas hidrolizantes de amido bruto são usados para decompor o amido em glicose monomérica que é então metabolizada pelo micro-organismo (levedura, Saccharomyces cerevisiae) para produzir etanol. Este processo também pode ser denominado como hidrólise de amido bruto ou processo de cozimento a frio.

Análise Composicional de Materiais Brutos

[0185] Milho é primeiro processado com um moinho de martelo usando peneiras de 0,5 mm a 2,0 mm para moer a farinha ao tamanho de partícula requerido. A porcentagem de sólidos e porcentagem de umidade da farinha de milho e pré- mistura usada na fermentação são determinadas pela perda de massa na secagem em um forno a 100 °C. A pré-mistura é definida como uma fonte de nutrientes derivada de água constituída de planta reciclada composta de vinhaça fina diluída e parcialmente clarificada. O teor de gordura da farinha é determinado por extração de gordura acelerada utilizando um sistema de extração (Dionex ASE 350) com hexano como o solvente de extração.

Propagação e Condicionamento de Levedura

[0186] Primeiro, 1 a 3 colônias de levedura isolada de uma extrato de levedura e soja peptona contendo placa de ágar com glicose a 3 % (meio YP) ou, alternativamente levedura seca empastada ou levedura cremosa, foram usadas para inocular 50 mL de meios de cultura YP em um frasco de agitação. Este depois foi deixado agitar em um banho de água a 150 rpm durante a noite por aproximadamente 17 horas a 30 °C. O meio de condicionamento depois foi preparado em uma garrafa Pyrex de 1 L tampada com uma tampa com um orifício para liberar dióxido de carbono produzido durante a fermentação. À garrafa de fermentação, farinha de milho foi adicionada e empastada até um carregamento final de sólidos de 32 % usando pré- mistura. A pasta fluida foi ajustada a pH 4,5 usando ácido sulfúrico a 10 % (v/v). Além disso, uma quantidade apropriada de antibiótico, ureia, um coquetel de α-amilases e glucoamilases são adicionados à pasta fluida de acordo com Patente U.S. No 7.842.484. Cultura da levedura a aproximadamente 1,0E+07 mL-1 de células foi adicionada ao fermentador para fornecer um número final de 7,0E+08 células de levedura no fermentador. A fermentação de condicionamento foi deixada para fermentar em um lote de água agitando-se a 150 rpm entre 30 a 32,2 °C por oito horas.

Fermentação

[0187] A fermentação foi realizada como na etapa de condicionamento de acordo com a Patente U.S. No 7.842.484 a menos que estabelecido de outro modo. Para a fermentação, garrafas Pyrex de 500 mL foram usadas para um volume de fermentação total de 250 mL. O milho foi empastado com pré-mistura para uma porcentagem total de sólidos de 36,5 %. Além disso, uma esterase tal como uma lipase (Novozymes Eversa Transform 2.0), também foi adicionada à pasta fluida. A dose da enzima é com base no peso total de gordura de milho presente nos fermentadores. Uma dose típica é de 0,4 % (p/p), embora experimentos com 0,04 % e 4,0 % também foram realizados. A fermentação nas garrafas foi deixada progredir por 88 horas, em tal ponto que a cerveja foi experimentada e colhida para análise de óleo.

Extração e Análise de Óleo Extração de Óleo

[0188] O óleo foi extraído de todo o volume de cerveja remanescente depois de amostragem. Primeiro, a cerveja foi centrifugada a aproximadamente 4 °C por 20 minutos a 4.500 rpm em uma centrífuga de bancada. A emulsão de óleo flutuante resultante depois foi removida. A emulsão foi colocada em tubos cônicos de 50 mL aos quais aproximadamente 10 a 20 mL de clorofórmio foram adicionados e agitados no vórtex. Depois, 10 a 20 mL de água deionizada também foram adicionados para ajudar na separação. Os tubos de 50 mL foram então centrifugados a 3.000 rpm por cinco minutos. A camada inferior (clorofórmio + óleo) foi retirada e colocada em frascos de vidro tarados e inserida em um vaporizador turbo para evaporar o solvente. O óleo seco resultante depois foi usado para quantificar ésteres etílicos de ácido graxo.

Determinação de Éster Etílico de Ácido Graxo por Cromatografia Gasosa

[0189] Aproximadamente 50 mg do óleo extraído foram adicionados a um frasco volumétrico de 10 mL ao qual xileno foi adicionado à graduação de 10 mL. Padrões externos incluindo palmitoleato de etila, oleato de etila e linoleato de etila foram usados para gerar curvas padrão para determinar a quantidade de cada éster etílico de ácido graxo individual presente no óleo extraído de milho. Concentrações padrão usadas variaram de 0,02 mg mL-1 a 0,40 mg mL-1. As amostras e os padrões foram conduzidos em uma cromatografia gasosa (GC) equipada com um injetor split/splitless (com revestimento de vidro splitless) e detector de ionização de chama (FID). Também, a GC foi equipada com uma coluna Phenomenex Zebron ZB-Waxplus (30 mL x 0,32 mm ID x 0,25 μm df). A análise foi conduzida injetando-se 1 μL da amostra na entrada mantida a 250 °C. O forno foi inicialmente ajustado a 170 °C e seguido por um gradiente de temperatura de forno de 2 °C min-1 até 200 °C mantendo por 15 minutos, seguido por um gradiente de temperatura de 5 °C min-1 até 230 °C mantendo por nove minutos. O detector foi mantido a uma temperatura de 250 °C. Hidrogênio foi usado como o gás de arraste e o fluxo foi controlado no modo de fluxo constante a 1,80 mL min-1.

[0190] Ésteres etílicos principais em óleo de milho são palmitato de etila, estearato de etila, oleato de etila, linoleato de etila e linolenato de etila. Em uma modalidade, os ésteres etílicos incluem cerca de 5 % (p/p) a cerca de 22 % (p/p) de palmitato de etila, cerca de 1 % (p/p) a cerca de 5 % (p/p) de estearato de etila, cerca de 23 % (p/p) a cerca de 30 % (p/p) de oleato de etila, cerca de 53 % (p/p) a cerca de 60 % (p/p) de linoleato de etila, e cerca de 1 % (p/p) a cerca de 2 % (p/p) de linolenato de etila de FAEE. Em uma modalidade, o palmitato de etila é cerca de 23 % (p/p) a cerca de 35 % (p/p), estearato de etila é cerca de 1 % (p/p) a cerca de 5 % (p/p), oleato de etila é cerca de 10 % (p/p) a cerca de 22 % (p/p), linoleato de etila é cerca de 40 % (p/p) a cerca de 52 % (p/p) e linolenato de etila é cerca de 2 % (p/p) a cerca de 3 % (p/p) de FAEE. Em uma modalidade, o palmitato de etila é cerca de 23 % (p/p) a cerca de 35 % (p/p), estearato de etila é cerca de 1 % (p/p) a cerca de 5 % (p/p), oleato de etila é cerca de 10 % (p/p) a cerca de 22 % (p/p), linoleato de etila é cerca de 40 % (p/p) a cerca de 61 % (p/p) e linolenato de etila é cerca de 2 % (p/p) a cerca de 3 % (p/p) de FAEE. Com os parâmetros de instrumento anteriormente mencionados, palmitato de etila eluiria em torno de 11 minutos, estearato de etila em torno de 16,5 minutos, oleato de etila em torno de 17 minutos, linoleato de etila em torno de 18 minutos e linolenato de etila em torno de 19,5 minutos. Uma curva padrão de cada éster etílico é obtida para fornecer a inclinação e intercepção de y para quantificação. A concentração de palmitato de etila é determinada pela curva padrão de palmitoleato de etila, as concentrações de estearato de etila e oleato de etila são determinadas pela curva padrão de oleato de etila e as concentrações de linoleato de etila e linolenato de etila são determinadas pela curva padrão de linoleato de etila. O teor total de FAEE de cada amostra é determinado usando a equação abaixo.

Onde: Ax = Área que corresponde aos picos para os ésteres individuais Yint = Intercepção y da regressão linear S = Inclinação da regressão linear m = Massa da amostra, em miligramas

Exemplo 2

[0191] Óleo de milho extraído da fermentação de etanol é na maioria das vezes na forma de triacilglicerídeo e é tipicamente vendido em mercados limitados (ração animal, grau alimentar ou biodiesel) devido à falta de utilidade industrial. De modo a aumentar a utilidade do óleo de milho, uma esterase pode ser adicionada diretamente à fermentação para facilitar a modificação química do óleo de milho para fornecer propriedades únicas, especificamente aumentando-se o teor de éster etílico. Teor de éster etílico aumentado proporciona viscosidade mais baixa que é desejável no rejuvenescimento de asfalto e composição de grau de desempenho. A transesterificação/esterificação de triacilglicerídeos de milho/ácidos graxos livres com etanol produzido durante a fermentação podem ter vários benefícios adicioais tais como rendimento de óleo aumentado, aumento da vitalidade de levedura devido à liberação de ácidos graxos livres e glicerol, bem como utilização de amido realçada.

[0192] Evitando uma etapa de liquefação de alta temperatura de milho antes da fermentação tem vários benefícios. Um tal benefício potencial é que o óleo de milho extraído após a fermentação tem uma concentração mais alta de ésteres etílicos de cadeia longa. A liquefação de alta temperatura semelhantemente destrói as enzimas endógenas de milho que contribuem para a formação de ésteres etílicos de ácido graxo (FAEE) (Figura 6). Com este conhecimento, a adição de exógeno esterase, por exemplo, uma lipase, foi adicionada à fermentação para demonstrar que o teor de éster etílico de óleo extraído pode ser aumentado ainda mais, por exemplo, superior a 60 % (p/p). A Figura 7 mostra que o teor de FAEE do óleo extraído de milho pode ser aumentado para mais de 80 % (p/p).

[0193] Assim, de modo a aumentar a utilidade do óleo de milho, uma esterase tal como uma lipase pode ser adicionada diretamente à fermentação para facilitar a modificação química do óleo de milho para fornecer propriedades únicas, especificamente aumentando-se o teor de éster etílico ou FAEE, respectivamente. A transesterificação/esterificação de triacilglicerídeos de milho/ácidos graxos livres com etanol produzido durante a fermentação podem ter vários benefícios adicionais tais como aumento do rendimento de óleo, vitalidade de levedura aumentada devido à liberação de ácidos graxos livres e glicerol, bem como utilização de amido realçada.

Exemplo 3

[0194] Asfalto reciclado em pavimentos e telhas é frequentemente muito rígido e viscoso o que pode causar rachaduras prematuras devido à falta de durabilidade bem como perda de trabalhabilidade em seu uso. De modo a rejuvenescer o asfalto reciclado reduzindo-se a viscosidade, amolecimento e durabilidade aumentada de misturas de asfalto, óleos vegetais tais como óleo de milho que são realçados com ésteres etílicos de ácido graxo (ver Exemplo 2) pode ser misturadom com aglutinante de asfalto ou misturas de asfalto contendo asfalto reciclado. Éster etílico alto contendo óleo de milho é mostrado aqui para rejuvenescer asfalto reciclado nos modos anteriormente mencionados melhor que o óleo de milho com um baixo teor de éster etílico.

[0195] Asfalto reciclado aumenta a rigidez e torna as misturas de asfalto propensas às rachaduras de baixa temperatura (Mogawar et al., 2013). A utilização de rejuvenescedores tais como óleos vegetais residuais, graxa residual, fundos de óleo de motor re-refinados, óleos altos brutos e óleos aromáticos se mostraram promissores para reduzir a rigidez e melhorar as características de rachaduras de baixa temperatura (Zaumanis et al., 2014). Embora se saiba que o óleo de milho possui inerentemente propriedades de baixa viscosidade devido à presença de ácidos graxos insaturados, como aqui descrito, a inclusão de ésteres etílicos ou ésteres etílicos de ácido graxo reduz a viscosidade ainda mais e aumenta sua efetividade como um rejuvenescedor.

[0196] Um aumento na durabilidade relativa do asfalto é determinado calculando-se o aumento em ΔTc de asfalto envelhecido depois do rejuvenescimento com um tal material. ΔTc é a diferença entre a temperatura de rigidez contínua e a temperatura de relaxamento contínua medida pelo teste do reômetro de feixe de flexão (AASHTO T313). Aglutinante de asfalto com valores de ΔTc mais baixos ou mais negativos extraído de pavimentos de asfalto reciclado mostrou-se experienciar rachaduras prematuras (Bennert et al., 2016).

[0197] A Figura 8 demonstra que óleo de milho contendo concentrações mais altas de ésteres etílicos leva a uma redução da viscosidade do óleo de milho. A Figura 9 mostra que misturar asfalto envelhecido com inclusão mais alta de ésteres etílicos em óleo de milho leva a um aumento desejável no valor de ΔTc de asfalto envelhecido. Concentrações mais altas de ésteres etílicos reduzem a temperatura de relaxação do aglutinante de asfalto envelhecido, e consequentemente melhora as propriedades de baixa temperatura.

Exemplo 4

[0198] Asfalto reciclado em pavimentos (RAP) é frequentemente muito rígido e viscoso o que pode causar rachaduras prematuras devido à falta de durabilidade bem como perda de trabalhabilidade em seu uso. Óleo de milho do destilador (DCO), por exemplo, produzido com esterase adicionada na fermentação, pode ser utilizada para reduzir a viscosidade, melhorar as propriedades de baixa temperatura, bem como aumentar a durabilidade do asfalto reciclado para o uso em misturas de asfalto. DCO pode ser usado com misturas de asfalto contendo 1 % a 50 % de RAP de modo a aumentar a resistência a rachaduras embora não exceda o limite da deformação permanente. Adicionalmente, o DCO pode ser usado para modificar o grau de vários asfaltos com grau de desempenho (PG) de modo a melhorar as propriedades de baixa temperatura. A composição do DCO anteriormente mencionado contém mais de 18 % de éster etílico de ácido graxo (FAEE) em peso.

[0199] Óleos vegetais residuais, graxa residual, fundos de óleo de motor re- refinados, óleos altos brutos e óleos aromáticos podem ser usados para modificar o PG de asfalto, reduzir a rigidez e melhorar as propriedades de baixa temperatura tornando seu uso mais favorável a climas particulares (Golalipour, 2013).

[0200] Asfalto reciclado e alguns asfaltos de PG são muito viscosos e rígidos que beneficiaria de um agente de rejuvenescimento ou amolecimento. DCO pode abaixar a rigidez do asfalto anteriormente mencionado e pode melhorar as propriedades de baixa temperatura tornando o asfalto menos suscetível a rachaduras. Além disso, DCO pode ser adicionado às misturas de asfalto contendo 1 % a 50 % de RAP de modo a amolecer o asfalto, aumentar a durabilidade do asfalto e melhorar a resistência a rachaduras embora não exceda a especificação da deformação permanente.

[0201] A Figura 10 mostra a modificação de PG de um asfalto 64-22 para um 58-28 e 52-34 com 4 e 7 porcento de inclusão de DCO, respectivamente. DCO também pode ser usado em aplicações de rejuvenescimento de asfalto. A Figura 11 demonstra que a utilização de DCO pode aumentar o valor deΔTc do asfalto envelhecido, que é uma medida da durabilidade do asfalto. Assim, a inclusão de 4 % de DCO em uma mistura de 50 % de RAP pode aumentar significativamente a resistência a rachaduras bem como passar a especificação para deformação permanente, respectivamente.

[0202] DCO também pode ser usado em rejuvenescimento de asfalto do asfalto reciclado presente no RAP e RAS. À medida que o asfalto é envelhecido, o aglutinante se torna oxidado e endurece diminuindo o valor de ΔTc indicando uma perda de durabilidade. De modo a rejuvenescer o asfalto envelhecido, DCO pode ser adicionado ao asfalto reciclado de modo a aumentar o valor de ΔTc. Além disso, a inclusão de DCO aumenta o desempenho da mistura de misturas de RAP conforme observado como um aumento na resistência baixa e intermediária a rachaduras sem causar que a mistura se torne suscetível à deformação permanente. A inclusão típica de RAP em misturas de asfalto pode variar de 1 % a 50 %. A inclusão de DCO no RAP contendo misturas de asfalto pode variar de 0,5 % a 50 %, por exemplo, 25 %, com base no peso do aglutinante que inclui o asfalto reciclado ou peso total do asfalto. Para uma mistura quente, RAP ou RAS pode ser rejuvenescido por vários métodos diferentes. DCO pode ser adicionado nos estoques de RAP ou RAS, adicionado diretamente no tambor de mistura ou injetado no asfalto virgem. RAP/RAS podem ser pré-tratados pulverizando-se a corrente antes de sua adição ao tambor de mistura. DCO também pode ser adicionado ao asfalto virgem em tanques de armazenamento equipados com misturadores ou pode ser adicionado com um misturador estático em linha a jusante antes de atingir o tambor de mistura.

[0203] Projeto de mistura típico de formulações de asfalto com e sem inclusão de RAP e uma composição de óleo de milho exemplar, DCO, são mostrados na Tabela 7. Tabela 7. Projeto de Mistura de Asfalto Típico para Virgem, 50 % de RAP, e 50 % de RAP com Inclusão de Composições Óleo d e Milho (“DCO”)

aDCO é incluído a 4 % com base no peso total da mistura de aglutinante (ou 8 % com base no aglutinante de asfalto reciclado (na mistura de 50 %) bVMA: Vazios no Agregado Mineral cVFA: Vazios Preenchidos com Asfalto Referências Bennert et al., Transp. Res. Rec. J. Transp. Res. Board, 2574:1 (2016). Cox, Asphalt Binders Containing a Glyceride and Fatty Acid Mixture and Methods for Making and Using Same. (2016). DiCosimo et al., In situ expression of lipase for enzymatic production of alcohol esters during fermentation (2014). Golalipour, Investigation of the Effect of Oil Modification on Critical Characteristics of Asphalt Binders. PhD Thesis (2013). Grichko, Fermentation processes and compositions (2004). Hughes et al., J. Assoc. Lab. Autom., 16:17 (2011). Lackey & James, Biodiesel cutback asphalt and asphalt emulsion. (2004). Mogawer et al., Road Mater. Pavement Des., 14:193 (2013). Moreau et al., J. Am. Oil Chem. Soc., 88:435 (2010) Seidel & Haddock, Constr. Build. Mater., 53:324 (2014). van den Berg et al., Biotechol. Bioeng., 110:137 (2013). Zaumanis et al., Constr. Build. Mater., 71:538 (2014). Winkler et al., J. Agric. Food Chem., 55:6482 (2007). Winkler-Moser and Vaughn, J. Am. Oil Chem. Soc., 86:1073 (2009).

Claims

1. Método para alterar uma ou mais propriedades do asfalto, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: combinar asfalto reciclado e opcionalmente asfalto virgem, e uma composição de óleo de milho, desse modo fornecendo uma composição de mistura de asfalto, ou combinar asfalto virgem e uma composição de óleo de milho, desse modo fornecendo uma composição de mistura de aglutinante de asfalto, em que a composição de óleo de milho está em uma quantidade eficaz para alterar pelo menos uma propriedade da composição de mistura de asfalto ou da composição de mistura de aglutinante de asfalto em relação a uma composição correspondente que não possui a composição de óleo de milho, em que a composição de óleo de milho tem um teor de éster etílico de ácido graxo que é superior a 7% p/p a 80% p/p com base no peso total da composição de óleo de milho e opcionalmente um valor de iodo não superior a 125 e/ou um teor combinado de umidade e insolubilidade não superior a 1,5% p/p com base no peso total da composição; e também opcionalmente um componente adicional selecionado dentre o grupo consistindo em: um teor de luteína de pelo menos 50 μg/g, um teor de cis-luteína/zeaxantina de pelo menos 10 μg/g, um teor de alfa-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de beta-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de alfa- caroteno de pelo menos 0,5 μg/g, e um teor de cis-beta-caroteno de pelo menos 0,1 μg/g; em que a uma ou mais propriedades inclui viscosidade, valor de ΔTc, deformação permanente (rutting) ou rachaduras térmicas, em que a composição compreende um teor de ácido graxo livre que compreende pelo menos um ácido graxo selecionado dentre o grupo que consiste em C16 palmítico, C18 esteárico, C18-1 oleico, C18-2 linoleico, e C18-3 linolênico.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a combinação ocorre a temperaturas entre 50 °C e 300 °C.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o teor de éster etílico de ácido graxo é superior a 20% p/p a 30% p/p com base no peso total da composição de óleo de milho.

4. Composição de mistura de aglutinante de asfalto CARACTERIZADA pelo fato de que compreende betume sem agregados e uma composição de óleo de milho, em que a composição de óleo de milho compreende um teor de éster etílico de ácido graxo que é superior a 7% p/p a 80% p/p com base no peso total da composição de óleo de milho; e opcionalmente um ou mais de: um valor de iodo não superior a 125; um teor combinado de umidade e insolubilidade não superior a 1,5% p/p com base no peso total da composição; e um componente adicional selecionado do grupo consistindo em: um teor de luteína de pelo menos 50 μg/g, um teor de cis- luteína/zeaxantina de pelo menos 10 μg/g, um teor de alfa-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de beta-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de alfa- caroteno de pelo menos 0,5 μg/g, e um teor de cis-beta-caroteno de pelo menos 0,1 μg/g, em que a composição compreende um teor de ácido graxo livre que compreende pelo menos um ácido graxo selecionado dentre o grupo que consiste em C16 palmítico, C18 esteárico, C18-1 oleico, C18-2 linoleico, e C18-3 linolênico.

5. Composição de mistura de aglutinante de asfalto, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o teor de éster etílico de ácido graxo é superior a 18% p/p a 30% p/p com base no peso total da composição de óleo de milho.

6. Composição de mistura de aglutinante de asfalto, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o óleo de milho é de 0,5% em peso a 25% em peso com base no peso do betume sem agregados ou um peso combinado do betume sem agregados e da composição de óleo de milho.

7. Composição de mistura de aglutinante de asfalto, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o óleo de milho é de 1% em peso a 50% em peso com base no peso do betume sem agregados ou um peso combinado do betume sem agregados e da composição de óleo de milho.

8. Composição de mistura de asfalto CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: betume, agregado e uma composição de óleo de milho tendo um teor de éster etílico de ácido graxo superior a 7% p/p a 80% p/p com base no peso total da composição de óleo de milho e opcionalmente um valor de iodo não superior a 125 e/ou um teor combinado de umidade e insolubilidade não superior a 1,5% p/p com base no peso total da composição; e também opcionalmente um componente adicional selecionado do grupo consistindo em: um teor de luteína de pelo menos 50 μg/g, um teor de cis-luteína/zeaxantina de pelo menos 10 μg/g, um teor de alfa- criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de beta-criptoxantina de pelo menos 5 μg/g, um teor de alfa-caroteno de pelo menos 0,5 μg/g, e um teor de cis-beta-caroteno de pelo menos 0,1 μg/g, em que a composição compreende um teor de ácido graxo livre que compreende pelo menos um ácido graxo selecionado dentre o grupo que consiste em C16 palmítico, C18 esteárico, C18-1 oleico, C18-2 linoleico e C18-3 linolênico.

9. Composição de mistura de asfalto, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende asfalto virgem e asfalto reciclado.

10. Composição de mistura de asfalto, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, CARACTERIZADA pelo fato de que o óleo de milho é de 1% em peso a 25% em peso com base no peso do betume sem agregados ou um peso combinado do betume sem agregados e da composição de óleo de milho ou em que o óleo de milho é 0,5% em peso a 50% em peso com base em um peso do betume sem agregados ou um peso combinado do betume sem agregados e da composição de óleo de milho.

11. Composição de mistura de asfalto, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que a mistura tem de 1,0% a 10,0% do betume e da composição de óleo de milho.

12. Composição de mistura de asfalto, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que o teor de éster etílico de ácido graxo é superior a 20% p/p no peso total da composição de óleo.