BR112021009702A2 - produção de etanol e coprodutos aprimorados usando-se coprodutos como matéria-prima - Google Patents

Abstract

PRODUÇÃO DE ETANOL E COPRODUTOS APRIMORADOS USANDO-SE COPRODUTOS COMO MATÉRIA-PRIMA. Tratam-se de métodos para a produção de etanol, óleo de milho de destilaria e coprodutos aprimorados. Os métodos incluem a obtenção de uma mistura de um ou mais coprodutos de um processo de produção de álcool, que pode incluir bolo úmido, realizar hidrólise de polissacarídeos na mistura para gerar açúcares fermentáveis,fermentar os açúcares fermentáveis na mistura para produzir álcool, destilar a misturapara remover álcool da mistura, produzindo, assim, destilado que contém álcool e vinhaça íntegra aprimorada, remover o óleo liberado da mistura fermentada antes da destilação e/ou da vinhaça íntegra aprimorada após a destilação e recuperar grãos de destilaria úmidos aprimorados, vinhaça fina aprimorada e/ou grãos de destilaria secos aprimorados. As composições divulgadas no presente documento incluem grãos de destilaria secos aprimorados com um teor de proteína bruta de pelo menos 45% com base no peso seco e com um teor de gordura total de menos de 10% com base no peso seco.

Description

“PRODUÇÃO DE ETANOL E COPRODUTOS APRIMORADOS USANDO-SE COPRODUTOS COMO MATÉRIA-PRIMA” CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se, em geral, à produção de etanol, óleo de milho de destilaria e coprodutos aprimorados por hidrólise e fermentação. Em particular, a mesma se refere a processos que usam coprodutos de processos de produção de etanol como matéria-prima para a produção de tais produtos.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Nos Estados Unidos, a produção comercial de etanol à base de milho foi realizada tanto por moagem a úmido quanto por moedura a seco. O processo de moedura a seco tem um menor investimento de capital, mas o mesmo sofre com o baixo valor do coproduto. No processo de moedura a seco, o milho não é separado em frações individuais. Em vez disso, todo o milho é processado para a produção de etanol de 1G (1ª geração). Como resultado, não fermentáveis, como gérmen, proteínas, vitaminas, minerais e fibras, são transportados pelo processo de fermentação. Esses coprodutos não fermentáveis são recuperados como matéria- prima para animais, comumente conhecidos como grãos de destilaria secos com solúveis (DDGS), que costumam apresentar valor inferior ao do milho bruto. Além dos DDGS, o óleo de milho de destilaria (DCO) é outro coproduto importante para a produção de etanol de milho. O DCO tem desempenhado um papel significativo na sustentação da viabilidade econômica da indústria do milho durante os períodos de queda nos preços do etanol. Existe uma necessidade de processos que proporcionem uma recuperação aprimorada de coprodutos valiosos para a produção de etanol de milho, como DDGS e DCO.

[003] O valor de DDGS, como uma ração animal, depende muito de seu teor de proteína. Um maior teor de proteína fornece um maior benefício nutricional para os animais. Além disso, é desejável, em algumas circunstâncias, ter um teor de gordura relativamente baixo. Enquanto a gordura nos DDGS aumenta a densidade energética da ração, o alto teor de gordura pode impactar negativamente a produção de leite em bovinos alimentados com DDGS e a textura da carne em suínos alimentados com DDGS. Assim, também existe a necessidade de processos que aumentem o valor de DDGS e outros coprodutos dos processos de produção de etanol, como uma ração animal.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[004] Esta divulgação inclui composições e métodos que atendem às necessidades identificadas acima. Em particular, são divulgados processos que usam coprodutos de processos de produção de etanol como matéria-prima para a produção de etanol adicional, DCO e coprodutos aprimorados. Os coprodutos aprimorados têm um valor mais alto que os coprodutos convencionais devido ao maior teor de proteínas e menor teor de gordura, entre outras propriedades. O processo também pode melhorar o desempenho econômico do processo de produção de etanol de milho, visto que o mesmo aumenta o rendimento total de etanol e de DCO da matéria-prima de milho.

[005] Em uma modalidade, é divulgada uma composição que compreende grãos de destilaria secos aprimorados (E-DDG). A composição tem um teor de proteína bruta total de pelo menos 45% com base no peso seco e um teor de gordura total de menos de 10% com base no peso seco. Em algumas modalidades, o teor de proteína total dos E-DDG é de pelo menos 55% com base no peso seco. Em algumas modalidades, o teor de proteína total dos E-DDG é de pelo menos 60 ou 65% com base no peso seco. Em algumas modalidades, o teor de fibra dos E-DDG é inferior a 5% com base no peso seco. Em algumas modalidades, o teor de amido dos E-DDG é inferior a 1% com base no peso seco. Em algumas modalidades, o teor de amido dos E-DDG é inferior a 0,2% com base no peso seco. Em algumas modalidades, o teor de umidade dos E-DDG está entre 5 e 15% em peso. Em algumas modalidades, o teor de cinzas dos E-DDG é inferior a 2%. Em algumas modalidades, a composição está compreendida em uma ração animal.

[006] Também é divulgada uma composição que compreende E-DDG com um teor de proteína bruta total de pelo menos 45% com base no peso seco, um teor de gordura total de menos de 10% com base no peso seco, um teor de fibra de menos de 5% com base no peso seco, um teor de umidade entre 5 e 15% em peso e um teor de cinzas de menos de 2%.

[007] Também é divulgado um método de processamento de coprodutos que contêm fibras de um processo de produção de álcool, em que o método compreende: (a) obter uma mistura que compreende um ou mais dentre os seguintes coprodutos de um processo de produção de álcool: (i) grãos de destilaria úmidos; (ii) vinhaça fina; (iii) vinhaça íntegra e (iv) ração com glúten; em que os coprodutos compreendem fibras de polissacarídeo; (b) colocar em contato as fibras de polissacarídeo com um ácido α-hidroxissulfônico para hidrolisar pelo menos uma porção das fibras de polissacarídeo, gerando, assim, açúcares fermentáveis e liberando óleo das fibras de polissacarídeo; (c) aumentar o pH da mistura adicionando-se uma base à mistura; (d) colocar em contato as fibras de polissacarídeo presentes na mistura com enzimas para hidrolisar as fibras de polissacarídeo, gerando, assim, açúcares fermentáveis adicionais; (e) fermentar os açúcares fermentáveis na mistura para produzir álcool; (f) destilar a mistura para remover o álcool da mistura, produzindo, assim, um destilado que contém álcool e uma vinhaça íntegra aprimorada; (g) remover o óleo liberado da mistura fermentada produzida na etapa (e) e/ou da vinhaça íntegra aprimorada produzida na etapa f; (h) separar a vinhaça íntegra aprimorada para produzir grãos de destilaria úmidos aprimorados e vinhaça fina aprimorada; e (i) secar os grãos de destilaria úmidos aprimorados para remover a umidade, produzindo, assim, grãos de destilaria secos aprimorados (E-DDG).

[008] Em algumas modalidades, o processo de produção de álcool que gera os coprodutos usados na etapa (a) do método é um processo de produção de etanol a partir de milho moído a seco ou milho moído a úmido. Em algumas modalidades, a mistura da etapa (a) tem um teor de água de 60 a 90% em peso.

[009] Em algumas modalidades, o ácido α-hidroxissulfônico está entre 1 e 10% em peso da mistura na etapa (b). Em algumas modalidades, a etapa (b) compreende, ainda, manter a mistura a uma temperatura entre 90 °C e 140 °C. Em algumas modalidades, o método compreende, ainda, a remoção de pelo menos uma porção, preferencialmente pelo menos 70%, do ácido α-hidroxissulfônico da mistura antes da etapa (d). Em algumas modalidades, o ácido α-hidroxissulfônico removido é reutilizado para hidrolisar fibras de polissacarídeo em outro lote da mistura da etapa (a).

[010] Em algumas modalidades, a base adicionada na etapa (c) é hidróxido de magnésio, amônia, cal apagada, hidróxido de cálcio ou hidróxido de potássio.

[011] Em algumas modalidades, pelo menos 98% dos monômeros de açúcar fermentáveis na mistura são consumidos na etapa (e). Em algumas modalidades, após a etapa (e), a concentração de etanol é de pelo menos 30 g/l.

[012] Em algumas modalidades, a etapa (g) compreende, ainda, a centrifugar a mistura fermentada para separar o óleo da mistura fermentada, permitindo que a mistura fermentada assente sem agitação para permitir que o óleo se separe da mistura fermentada, centrifugar a vinhaça íntegra aprimorada para separar o óleo da vinhaça íntegra aprimorada, permitindo que a vinhaça íntegra aprimorada assente sem agitação para permitir que o óleo se separe da vinhaça íntegra aprimorada, ou uma combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, o peso do óleo removido na etapa (g) é de pelo menos 5% do peso total da mistura antes da remoção do óleo.

[013] Em algumas modalidades, os grãos de destilaria úmidos aprimorados têm um teor de umidade de não mais do que 70% em peso. Em algumas modalidades, a vinhaça fina aprimorada tem um teor de umidade de 85 a 95% em peso, um teor de proteína bruta de pelo menos 60% com base no peso seco ou qualquer combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, o método compreende, ainda, secar a vinhaça fina aprimorada para produzir um xarope aprimorado com um teor de umidade de 50 a 75% em peso e adicionar o xarope aprimorado aos grãos de destilaria úmidos aprimorados antes ou durante a secagem da etapa (i). Em algumas modalidades, a vinhaça fina aprimorada produzida na etapa (h) é filtrada através de uma ou mais membranas para produzir um retentado enriquecido com proteína com um teor de enxofre reduzido em comparação com a vinhaça fina aprimorada. Em algumas modalidades, o retentado enriquecido com proteína é seco para formar um xarope aprimorado enriquecido com proteína. Em algumas modalidades, a vinhaça fina aprimorada produzida na etapa (h) é misturada com um solvente orgânico para precipitar proteínas na vinhaça fina aprimorada. Em algumas modalidades, o solvente orgânico é etanol, THF ou acetona. Em algumas modalidades, a razão entre solvente e vinhaça fina aprimorada está entre 1:1 e 10:1 ou é, preferencialmente, de cerca de 3:1. Em algumas modalidades, o precipitado é separado do sobrenadante e misturado com os grãos de destilaria úmidos aprimorados produzidos na etapa (h) antes ou durante a etapa (i). Em algumas modalidades, os E-DDG produzidos na etapa (i) têm: um teor de umidade de 5 a 15% em peso; um teor de proteína total de pelo menos 60% com base no peso seco, preferencialmente pelo menos 65% com base no peso seco; um teor de gordura total não superior a 10% com base no peso seco; um teor de fibra inferior a 5% com base no peso seco; um teor de amido inferior a 1% com base no peso seco; um teor de cinzas inferior a 2% com base no peso seco; ou uma combinação dos mesmos.

[014] Em algumas modalidades em que o óleo é separado do caldo de fermentação antes de a destilação ser realizada, a separação é obtida por meio de um sedimentador gravitacional e etapas de processamento subsequentes alternativas são realizadas. Em tais modalidades, o óleo decantado é evaporado para remover qualquer água e/ou etanol presente no óleo, e a água e/ou etanol são recuperados e combinados com a fração de líquido pesado do sedimentador e são direcionados para a coluna de destilação. O caldo de fermentação combinado é, então, destilado, e a vinhaça íntegra aprimorada a partir da destilação é direcionada a um evaporador de vários estágios para produzir um xarope, que é posteriormente seco para produzir E- DDGS. Em algumas modalidades, o xarope é seco por secagem por aspersão. Essas etapas de processamento também podem ser usadas em qualquer uma das outras modalidades divulgadas no presente documento.

[015] Também é divulgado um método de processamento de coprodutos que contêm fibras de um processo de produção de álcool, em que o método compreende: (a) colocar em contato as fibras de polissacarídeo presentes em uma mistura que compreende um ou mais coprodutos de um processo de produção de álcool com um ácido α-hidroxissulfônico para hidrolisar pelo menos uma porção das fibras de polissacarídeo, gerando, assim, açúcares fermentáveis e liberando óleo das fibras de polissacarídeo, em que o um ou mais coprodutos de um processo de produção de álcool compreendem um ou mais dentre os seguintes: (i) grãos de destilaria úmidos; (ii) vinhaça fina; (iii) vinhaça íntegra e (iv) ração com glúten; (b) aumentar o pH da mistura adicionando-se uma base à mistura; (c) colocar em contato fibras de polissacarídeo na mistura com enzimas para hidrolisar as fibras de polissacarídeo, gerando, assim, açúcares fermentáveis adicionais e liberando mais óleo das fibras de polissacarídeo, em que a temperatura da mistura está entre 50 e 55 °C; (d) incubar a mistura com levedura sob condições anaeróbicas para produzir álcool por meio da fermentação de açúcares fermentáveis produzidos nas etapas (a) e (c), em que a temperatura da mistura está entre 25 e 35 °C; (e) destilar a mistura para remover o álcool da mistura, produzindo, assim, um destilado que contém álcool e uma vinhaça íntegra aprimorada; (f) remover o óleo liberado da mistura fermentada produzida na etapa (d) e/ou da vinhaça íntegra aprimorada; (g) separar a vinhaça íntegra aprimorada para produzir grãos de destilaria úmidos aprimorados e vinhaça fina aprimorada; e (h) secar os grãos de destilaria úmidos aprimorados para remover a umidade, produzindo, assim, grãos de destilaria secos aprimorados (E-DDG).

[016] Também é divulgado um método de processamento de coprodutos que contêm fibras de um processo de produção de álcool, em que o método compreende: (a) colocar em contato as fibras de polissacarídeo presentes em uma mistura que compreende grãos de destilaria úmidos com ácido α-hidroxietanossulfônico a uma concentração de 2,5 a 3,5 % em peso da mistura, preferencialmente 3% em peso, a uma temperatura de 130 a 140 °C, preferencialmente 135 °C, por um período de pelo menos 50 minutos para hidrolisar pelo menos uma porção das fibras de polissacarídeo, gerando, assim, açúcares fermentáveis e liberando óleo das fibras de polissacarídeo; (b) aumentar o pH da mistura para entre 5,0 e 5,5, preferencialmente 5,3, adicionando-se uma base à mistura; (c) colocar em contato fibras de polissacarídeo na mistura com enzimas a uma concentração de 4 a 6% com base no peso seco, preferencialmente 5%, a uma temperatura entre 50 e 55 °C, preferencialmente 53 °C, para hidrolisar as fibras de polissacarídeo, gerando, assim, açúcares fermentáveis adicionais e liberando mais óleo das fibras de polissacarídeo; (d) incubar a mistura com levedura sob condições anaeróbias por pelo menos 24 horas, preferencialmente pelo menos 48 horas, para produzir álcool por meio da fermentação de açúcares fermentáveis produzidos nas etapas (a) e (c), em que a temperatura da mistura está entre 25 e 35 °C, preferencialmente 32 °C; (e) destilar a mistura para remover o álcool da mistura, produzindo, assim, um destilado que contém álcool e vinhaça íntegra aprimorada; (f) remover o óleo liberado da mistura fermentada produzida na etapa (d) e/ou da vinhaça íntegra aprimorada produzida na etapa (e); (g) separar a vinhaça íntegra aprimorada para produzir grãos de destilaria úmidos aprimorados e vinhaça fina aprimorada; e (h) secar os grãos de destilaria úmidos aprimorados para reduzir o teor de umidade para entre 5 e 15%, produzindo, assim,

grãos de destilaria secos aprimorados (E-DDG). Os E-DDG produzidos na etapa (h) têm, preferencialmente, uma ou mais dentre as seguintes propriedades: um teor de proteína total de pelo menos 45% com base no peso seco, preferencialmente pelo menos 55% com base no peso seco; um teor de gordura total não superior a 10% com base no peso seco; um teor de fibra inferior a 5% com base no peso seco; um teor de amido inferior a 1% com base no peso seco e um teor de cinzas inferior a 2% com base no peso seco. Quando grãos de destilaria úmidos são usados como a ração para a etapa (a), o teor de proteína total dos E-DDG produzidos na etapa (h) pode ser de pelo menos 55% ou pelo menos 60% com base no peso seco.

[017] Os termos “um” e “uma” são definidos como um ou mais, a menos que esta divulgação exija explicitamente o contrário.

[018] As palavras "compreender" (e qualquer forma de compreender, como "compreendem" e "compreende"), "ter" (e qualquer forma de ter, como "têm" e "tem"), "incluir" (e qualquer forma de incluir, como "inclui" e "incluem") ou "conter" (e qualquer forma de conter, como "contém" e "contêm") são inclusivas ou em aberto e não excluem elementos adicionais não recitados ou etapas do método.

[019] Os termos “substancialmente”, “cerca de” e “aproximadamente” são definidos em grande parte, mas não necessária e totalmente o que é especificado - e inclui o que é especificado; por exemplo, substancialmente 90 graus inclui 90 graus e substancialmente paralelo inclui paralelo - conforme entendido por uma pessoa de habilidade comum na técnica. Em qualquer modalidade divulgada, os termos “cerca de” e “aproximadamente” podem ser substituídos por “dentro de [uma porcentagem] de” do que é especificado, em que a porcentagem inclui 0,1, 1, 5 e 10 por cento.

[020] Qualquer modalidade de qualquer um dos aparelhos, sistemas e métodos pode consistir em ou consistir essencialmente em - em vez de compreender/incluir/ter - qualquer uma das etapas, elementos e/ou recursos descritos. Assim, em qualquer uma das reivindicações, o termo "consistir em" ou

"consistir essencialmente em" pode ser substituído por qualquer um dos verbos de ligação abertos recitados acima, a fim de alterar o escopo de uma determinada reivindicação do que seria, de outra forma, estar usando o verbo de ligação aberto. Por exemplo, os métodos de introdução de substâncias nas células divulgados neste documento podem "compreender", "consistir essencialmente em" ou "consistir em" componentes, composições, ingredientes específicos, etc. divulgados ao longo do relatório descritivo.

[021] Outros objetos, recursos e vantagens da presente invenção tornar-se- ão evidentes a partir das Figuras e da descrição detalhada a seguir. Deve ser entendido, no entanto, que as Figuras e a descrição detalhada, embora indiquem modalidades específicas da invenção, são fornecidas apenas a título de ilustração e não se destinam a ser limitantes. Além disso, é contemplado que mudanças e modificações dentro do espírito e escopo da invenção se tornarão aparentes para as pessoas versadas na técnica a partir desta descrição detalhada.

[022] O recurso ou recursos de uma modalidade podem ser aplicados a outras modalidades, mesmo que não descritos ou ilustrados, a menos que expressamente proibido por esta divulgação ou pela natureza das modalidades. Alguns detalhes associados às modalidades são descritos acima e outros são descritos abaixo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[023] A Figura 1 ilustra esquematicamente um fluxograma de blocos de uma modalidade de um processo de tratamento divulgado no presente documento.

[024] A Figura 2 mostra a concentração (g/l) dos açúcares indicados durante a hidrólise enzimática da matéria-prima pré-tratada (Execução 111).

[025] A Figura 3 mostra a concentração das moléculas indicadas (g/l) durante a fermentação (Execução 111).

[026] A Figura 4 mostra a concentração (g/l) dos açúcares indicados durante a fermentação (Execução 111).

[027] A Figura 5 mostra a concentração total de aminoácidos com base no peso seco para os coprodutos indicados de um processo de produção de etanol (Execução 113).

[028] A Figura 6 mostra o teor de proteína bruta com base no peso seco para as amostras indicadas (Execuções 111 e 113).

[029] A Figura 7 mostra o teor de gordura com base no peso seco para os coprodutos indicados de um processo de produção de etanol (Execução 113).

[030] A Figura 8 mostra as concentrações (g/l) dos açúcares indicados durante a hidrólise enzimática da matéria-prima pré-tratada (Execução 116).

[031] A Figura 9 mostra as concentrações (g/l) das moléculas indicadas durante a fermentação (Execução 116).

[032] A Figura 10 mostra as concentrações (g/l) dos açúcares indicados durante a fermentação (Execução 116).

[033] A Figura 11 mostra o teor de proteína bruta com base no peso seco para as amostras indicadas (Execução 126).

[034] A Figura 12 mostra o teor total de aminoácidos com base no peso seco para as amostras indicadas (Execução 126).

[035] A Figura 13 mostra o teor de fibra NDF com base no peso seco para as amostras indicadas (Execução 126).

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES ILUSTRATIVAS A. VISÃO GERAL DOS PROCESSOS DE PRODUÇÃO DE ETANOL DE MILHO

[036] As modalidades divulgadas neste documento envolvem a produção de etanol e vários coprodutos, tais como grãos de destilaria secos aprimorados (E-DDG) e óleo de milho de destilaria (DCO), usando-se como matéria-prima grãos de destilaria úmidos e/ou outros coprodutos de um processo de produção de etanol de milho realizado anteriormente. O processo de produção anterior pode usar tanto a moagem a seco quanto a moagem a úmido de milho como uma etapa inicial na produção de etanol de milho.

[037] Em contraste com a moagem a úmido, que produz uma variedade de coprodutos a partir dos vários constituintes do miolo de milho antes que a produção de etanol seja realizada, a moagem a seco concentra-se na conversão do amido em miolos de milho íntegros em álcool e na recuperação, após a fermentação, de coprodutos, como proteína para ração animal. A principal diferença entre a moagem a úmido e a seco está na etapa inicial de processamento do grão. Na moagem a úmido, o milho é macerado e depois separado em suas partes componentes, que são recuperadas antes da fermentação. Na moagem a seco, o milho é moído até se tornar farinha e fermentado sem separação prévia das partes componentes.

[038] Na primeira etapa de um processo típico de moagem a seco, o milho é moído a marteladas e moído até se tornar um pó fino chamado farinha. A farinha de milho é misturada com água, que pode ser derivada de grãos de milho, água de reposição, água reciclada, condensado de água de evaporadores e/ou água do purificador de CO2, produzindo mosto de milho. α-amilase é adicionada ao misturador de pasta fluida para iniciar a degradação do amido em dextrina. A pasta fluida de milho é, então, cozida em um aquecedor elétrico. O vapor entra no sistema de cozimento para aquecer a pasta fluida e uma queda de pressão é aplicada para facilitar o cisalhamento mecânico das moléculas de amido. A pasta fluida é, então, aquecida sob pressão, o que quebra ainda mais a fibra e reduz os níveis bacterianos no mosto de milho (K.A. Rosentrater & K. Muthukumarappan, Int. Sugar J., 108: 648 a 657 (2006)).

[039] O mosto cozido é liquefeito, o que converte parcialmente o amido gelatinizado em dextrina solúvel, diminuindo significativamente a viscosidade. Adiciona-se mais α-amilase a essa etapa, uma vez que o processo de cozimento desnatura a maioria das enzimas previamente adicionadas. O processo de propagação da levedura começa aerobicamente para induzir o cultivo celular no tanque de levedura. Simultaneamente, os tanques de fermentação são enchidos com mosto liquefeito e a glicoamilase é adicionada ao processo para influenciar o processo de sacarificação, isto é, para hidrolisar a dextrina em açúcares fermentáveis. Quando a levedura propagada está pronta, ela é adicionada ao fermentador e, durante essa etapa, a levedura fermenta a glicose em etanol e CO2. Uma planta típica de milho para etanol tem três ou mais fermentadores operando em um modo de lote em ciclos escalonados. Esse processo anaeróbio é operado em temperaturas que variam, geralmente, de 30 a 35 °C, uma vez que temperaturas mais altas podem diminuir a atividade metabólica da levedura. O CO2 do processo é removido por meio de purificadores. O mosto fermentado, conhecido como “cerveja”, pode conter aproximadamente 16% em v de etanol, junto com sólidos não fermentáveis das células de milho e levedura. A cerveja é bombeada para colunas de destilação contínua, nas quais o etanol é separado dos sólidos e da maior parte da água como um azeótropo. As primeiras colunas de destilação produzem etanol em concentrações que variam normalmente de 60 a 80% em, e a água desse processo é normalmente reciclada para o tanque de α-amilase. A mistura etanol-água é destilada até o ponto de concentração azeotrópica de 95,6% na segunda coluna, no qual a mesma é enviada para um sistema de peneira molecular TSA, produzindo etanol anidro.

[040] Em uma planta típica de moagem a seco, a recuperação do coproduto começa com o pós-processamento da fração inferior da destilação do etanol a partir do mosto fermentado, que é referido como "vinhaça íntegra". A vinhaça íntegra, normalmente, contém de 6 a 16% total de sólidos e é um fluido quente, levemente ácido e viscoso, com vida útil limitada. A vinhaça íntegra é, normalmente, seca para facilitar o manuseio, armazenamento e uso final. A prática mais comum para lidar com vinhaça íntegra é transformá-la em um produto estável usando-se uma série de operações unitárias; primeiro, usando-se uma centrífuga para a separação sólido-

líquido. A fração sólida dessa separação é conhecida como "grãos de destilaria úmidos" (WDG) ou comumente "bolo úmido", e a fração líquida, que normalmente contém cerca de 90 a 95% de umidade, é chamada de "vinhaça fina". A vinhaça fina é, normalmente, seca a um teor de umidade de 50 a 75% para produzir "solúveis de destilaria condensados" (CDS), ou comumente "xarope". Uma porção do xarope é, frequentemente, combinada com o bolo úmido para produzir um material rico em nutrientes, que é seco para produzir "grãos de destilaria secos com solúveis" (DDGS) (G.C. Shurson, Ann. Rev. Anim. Biosci., 5: 229 a 254 (2016)).

[041] Uma porção significativa da vinhaça fina pode ser “restaurada” como fonte de água e nutrientes para a etapa de cozimento, o que gera economia de água e energia térmica. Essa restauração costuma ser associada a uma série de digestores anaeróbios. A vinhaça fina por si só tem sido reconhecida como uma excelente fonte de energia e proteína para vários animais diferentes, como bovinos em crescimento e lactantes. Portanto, a mesma é usada para alimentar os animais em combinação com rações de baixa qualidade, nas quais a mesma atua como um suplemento energético e proteico. Em dietas bem balanceadas, a vinhaça fina pode melhorar a eficiência alimentar, reduzindo o consumo de matéria seca.

[042] Além dos DDGS, o óleo de milho de destilaria (DCO) é outro coproduto importante que desempenhou um papel significativo na sustentação da viabilidade econômica da indústria durante os períodos de queda nos preços do etanol. O DCO é diferente do óleo de milho bruto obtido no processo de moagem a úmido do milho. O óleo de milho bruto é comercializado como óleo de milho de qualidade alimentar e o DCO é voltado para biodiesel e ração animal. O DCO pode ser extraído a partir da vinhaça fina. A energia necessária para criar esse DCO se mostra muito menor do que a de uma usina de moinho a úmido, pois o mesmo é feito pós-fermentação e deve exigir muito menos capital e menores custos operacionais devido às condições de fermentação aplicadas, permitindo, assim, ser uma matéria-prima viável para a produção de biodiesel. A recuperação de DCO em usinas de etanol de moagem a seco, geralmente, é realizada colocando-se a etapa de separação dentro dos evaporadores de vinhaça fina. A vinhaça fina é enviada para um primeiro evaporador, o DCO é recuperado e, em seguida, a vinhaça fina desengordurada é posteriormente concentrada em xarope. A utilização de auxiliares de separação, como sílica precipitada e hidrofóbica, tem sido descrita como uma alternativa adicional para diminuir a necessidade de unidades de separação adicionais, que podem ser adicionadas na entrada ou na saída de um evaporador (Patente nº U.S. 9.353.332). A recuperação de óleo a partir de vinhaça fina após evaporação usando-se uma centrífuga de pilha de discos também foi divulgada (Patente nº U.S. 12/130.399). Esse processo inclui o aquecimento da vinhaça fina a uma temperatura >100 °C e a uma pressão maior que sua pressão de vapor, seguido por uma fase de resfriamento que ajuda a separar o óleo da vinhaça fina. Centrífugas contínuas, centrífugas decantadoras trifásicas e centrífugas de pilha de discos podem ser usadas para separar o DCO; as centrífugas de pilha de discos são particularmente adequadas para remover óleo ligado e emulsionado (R.A. Moreau et al., Green Veg. Oil Process. Revis. Primeira Ed., 90:53 (2013)).

[043] Embora um alto teor de óleo nos DDG aumente a densidade energética dos DDG para alimentação de gado, ele também pode impactar negativamente a produção de leite pelo gado leiteiro e a textura da carne suína em suínos alimentados com DDG. Portanto, DDG com teor de gordura reduzido, que podem ser produzidos usando-se métodos divulgados no presente documento, podem melhorar a qualidade da ração animal. Isso pode ser realizado através da liberação e da recuperação do óleo presente nas fibras dos DDG convencionais. Isso tem a vantagem de reduzir o teor de gordura nos E-DDG, além de produzir DCO adicional. B. PRODUÇÃO DE ETANOL E COPRODUTOS APRIMORADOS USANDO-SE COPRODUTOS DA PRODUÇÃO DE ETANOL DE MILHO DE 1G

COMO MATÉRIAS-PRIMAS

[044] Uma instalação de etanol de 1G produz bioetanol fermentando-se açúcares formados a partir de amido facilmente hidrolisável no milho, conforme descrito acima. As modalidades dos métodos divulgados no presente documento tiram vantagem dos açúcares celulósicos escondidos na fibra do miolo de milho para a produção de etanol celulósico e coprodutos aprimorados, como E-DDG. Os miolos de milho consistem, principalmente, em amido, mas os mesmos também contêm 10 a 12% de fibra, bem como certa porção de proteína e gordura. A fibra é composta por paredes celulares que contêm celulose e hemicelulose, juntamente com uma pequena quantidade de lignina. Ela também contém certa porção de amido. A fibra do miolo de milho está presente em coprodutos de processos de etanol de milho de 1G, como vinhaça integral, grãos de destilaria úmidos e grãos de destilaria secos. Para produzir etanol celulósico a partir da fibra presente em tais coprodutos, a celulose e as hemiceluloses devem ser quebradas em açúcares fermentáveis. O principal obstáculo para o uso da fibra no bolo úmido é uma etapa de "pré-tratamento" dispendiosa para que esses açúcares sejam liberados e tornem a celulose e outros polissacarídeos na matéria-prima acessíveis para hidrólise enzimática. Uma possível estratégia de pré- tratamento é a hidrólise de ácido mineral diluído. As condições de um pré-tratamento bem-sucedido na hidrólise de ácido diluído são determinadas por uma combinação de três fatores: tempo, temperatura e concentração de ácido. O aumento das temperaturas aumenta a taxa de quebra das fibras e a liberação de celulose, mas também resulta em maior perda de açúcares e proteínas para produtos de degradação e incrustação. Além disso, o aumento da concentração de ácido (para permitir uma temperatura mais baixa) ocorre às custas do ácido empregado e dos sais neutralizados no equipamento a jusante. Uma solução eficaz para esse dilema é fornecida pelo uso de ácidos α-hidroxissulfônicos reversíveis para o pré-tratamento, conforme descrito na Patente nº U.S. 9.428.816, que é incorporada ao presente documento a título de referência. Esse pré-tratamento é eficaz a temperaturas relativamente baixas, por exemplo, cerca de 110 a 130 °C, e os ácidos α- hidroxissulfônicos são reversíveis e podem ser facilmente removidos da pasta fluida de pré-tratamento e reciclados.

[045] Os ácidos α-hidroxissulfônicos parecem ser tão fortes quanto, senão mais fortes do que, HCl, uma vez que foi relatado que uma solução aquosa do aduto reage com NaCl, liberando o ácido mais fraco, HCl. O ácido reversível pode, geralmente, ser preparado pela reação de pelo menos um composto de carbonila ou precursor de composto de carbonila com dióxido de enxofre e água. Por exemplo, o acetaldeído reagirá com o dióxido de enxofre para formar o ácido α- hidroxietanossulfônico (HESA) de acordo com a seguinte equação: Como pode ser visto, o equilíbrio pode ser totalmente deslocado para os componentes da ração aumentando-se a temperatura e/ou reduzindo-se a pressão para afastar o SO2. Como nesse caso do acetaldeído, se a carbonila for volátil, também é facilmente removida em uma fase de vapor. O ácido é, portanto, reversível em materiais prontamente removíveis e recicláveis, ao contrário dos ácidos minerais, como o ácido sulfúrico, fosfórico ou clorídrico. Os métodos divulgados no presente documento podem usar ácidos α-hidroxissulfônicos para o pré-tratamento de matérias-primas de acordo com os métodos descritos na Patente nº U.S. 9.428.816.

[046] A Figura 1 ilustra um exemplo não limitativo de um método de produção de etanol, óleo de milho de destilaria e coprodutos aprimorados de uma ração que compreende grãos de destilaria úmidos. Na modalidade ilustrada, o milho 10 é submetido à moagem 20 para produzir a farinha 22. A farinha 22 é, então, tratada 30 para produzir um hidrolisado 32 que contém açúcares fermentáveis. Em uma etapa de tratamento típica, a farinha é misturada com água e o amido é convertido em açúcares por meio da reação com enzimas em várias configurações possíveis conhecidas pelos especialistas na técnica e descritas em, por exemplo, W.M. Ingledrew et al., The Alcohol Textbook, Quinta Ed., Nottingham University Press, 2009. Em um processo típico de produção de etanol, duas enzimas principais auxiliam na quebra catalítica do amido em glicose. A primeira é a endoenzima α-amilase, que atua para quebrar a ligação α-1,4 glicosídica do amido para produzir oligossacarídeos de pesos moleculares variados chamados de "dextrinas". A quebra das dextrinas é, geralmente, realizada no fermentador com o uso de uma segunda enzima, a amiloglucosidase, que hidrolisa as dextrinas em monômeros de glicose, que são açúcares fermentáveis. Em uma modalidade, o processo de tratamento envolve cozimento/liquefação com um tanque de pasta fluida, no qual o grão moído é misturado com água e hidrolisado na presença de enzimas para produzir açúcares fermentáveis, como glicose. O processo pode envolver cozimento ou, dependendo da enzima, cozimento a frio, em que a hidrólise é conduzida à temperatura de fermentação, ou não cozimento, em que a enzima é agitada abaixo da temperatura de gelatinização do amido. Essa etapa de tratamento pode ser conduzida em processos em lote, contínuos ou semicontínuos.

[047] A levedura é adicionada ao hidrolisado 32 para converter os açúcares fermentáveis em etanol e dióxido de carbono em um primeiro processo de fermentação 40, produzindo, assim, um primeiro caldo de fermentação 42 que contém cerca de 15% de etanol, água e sólidos do grão. O caldo de fermentação 42 é, então, destilado em um primeiro processo de destilação 50, produzindo uma solução de etanol 52 e vinhaça íntegra 54. A vinhaça íntegra é, então, separada 60 em vinhaça fina 64 e grãos de destilaria úmidos (WDG) 62. A separação 60 pode ser realizada,

por exemplo, por meio da decantação, centrifugação ou qualquer outro método que possa separar convenientemente o líquido dos sólidos. Uma parte da vinhaça fina pode ser encaminhada de volta para o processo de cozimento como água de reposição (não mostrado), reduzindo a quantidade de água limpa necessária para o processo de cozimento. A vinhaça fina também pode ser concentrada para produzir solúveis de destilaria condensada (não mostrado).

[048] Os grãos de destilaria úmidos 62, que podem ser misturados com vinhaça fina, vinhaça íntegra ou grãos de destilaria condensados, são, então, introduzidos em uma reação de pré-tratamento de hidrólise de ácido 70 para produzir hidrolisado ácido 72, em que fibras de celulose, hemicelulose e amido são liberadas a partir da fibra de milho para os grãos de destilaria úmidos 62 e se tornam mais acessível à hidrólise enzimática. A reação de hidrólise de ácido 70 pode compreender uma série de componentes, incluindo ácido α-hidroxissulfônico. O hidrolisado ácido 72 (matéria-prima pré-tratada) é, então, submetido a um processo de remoção de ácido 80, no qual o ácido é removido em sua forma de componente e é recuperado (e opcionalmente purificado) como componentes ou em sua recombinação e reciclado por meio de corrente de reciclagem 84 para a reação de pré-tratamento de hidrólise de ácido 70. A matéria-prima pré-tratada 82 com ácido removido é, então, submetida à hidrólise enzimática 90, produzindo um hidrolisado 92 que contém açúcares fermentáveis. A levedura é adicionada ao hidrolisado 92 para converter os açúcares fermentáveis em etanol e dióxido de carbono em um segundo processo de fermentação 100, produzindo, assim, um segundo caldo de fermentação 102 que contém cerca de 15% de etanol, água e sólidos do grão. O caldo de fermentação 102 é, então, destilado em um segundo processo de destilação 110, produzindo uma solução de etanol 112 e vinhaça íntegra aprimorada 114. A vinhaça íntegra aprimorada 114 é, então, separada 120 em vinhaça fina aprimorada 124 e grãos de destilaria úmidos aprimorados (E-WDG) 122. Os grãos de destilaria úmidos aprimorados são, então, secos 140 para produzir grãos de destilaria secos aprimorados (E-DDG). A vinhaça fina aprimorada 124 pode ser concentrada, como por evaporação sob vácuo, para produzir solúveis de destilaria condensados aprimorados (Xarope apr.), que podem ser misturados com E-DDG 142 para produzir grãos de destilaria secos aprimorados com solúveis (E-DDGS) (não mostrado). O processo de separação 124 também pode produzir óleo de milho de destilaria (DCO) 126 separado da vinhaça íntegra. Por exemplo, uma centrífuga tricanter pode ser usada para separar líquidos, sólidos e gorduras para produzir vinhaça fina aprimorada 124, grãos de destilaria úmidos aprimorados 122 e DCO 126.

[049] Etapas de processamento opcionais adicionais para remoção de enxofre podem ser realizadas na vinhaça fina apr. 124 após a separação 120. Isso pode ser realizado por meio da separação por membrana e/ou precipitação de proteínas. Um processo de separação por membrana envolve a passagem da vinhaça fina apr. 124 através de uma membrana ou série de membranas com tamanhos de poros que variam de 0,2 a 100 KDa. Isso produz um retentado que é enriquecido em proteínas e com baixo teor de enxofre e um fluxo de permeado que é relativamente baixo em proteínas e alto em enxofre. A corrente de retentado rica em proteínas pode, então, ser posteriormente seca, preferencialmente em um secador por aspersão para produzir xarope apr. com baixo teor de enxofre. Um processo de precipitação de proteínas para a remoção de enxofre envolve a adição de solventes, como etanol, THF ou acetona da vinhaça fina apr. 124 (ou, opcionalmente, um Xarope apr.) em razões entre solvente e ração que estão na faixa de 1 a 10 e, preferencialmente, de cerca de 3. O precipitado rico em proteínas e com baixo teor de enxofre pode ser separado do sobrenadante com alto teor de enxofre por meio de filtração ou centrifugação e, em seguida, combinado com E-WDG 122.

[050] Algumas modalidades dos métodos divulgados no presente documento não incluem as etapas de processamento inicial de moagem 20, tratamento 30,

fermentação 40, destilação 50 e separação 60. Em vez disso, algumas modalidades começam com a hidrólise de ácido 70 de matérias-primas produzidas anteriormente na mesma usina ou em uma usina diferente. Essa matéria-prima pode ser grãos de destilaria úmidos, vinhaça íntegra ou vinhaça fina produzida em uma usina de etanol de milho, ou misturas dos mesmos. A matéria-prima para a produção de etanol e coprodutos aprimorados também pode incluir a ração com glúten úmido ou seco feita em um processo de moagem a úmido. O processo de produção por moagem a úmido para a ração com glúten, que é usada como uma matéria-prima em algumas modalidades divulgadas no presente documento, funciona da seguinte forma: primeiro, miolos de milho íntegros são embebidos em ácido. A milhocina resultante contém proteínas, minerais, vitaminas e fontes de energia. O amido e o óleo são extraídos do miolo protuberante. A fibra ou farelo restante é misturado com a milhocina, formando ração com glúten úmido que, em algumas modalidades, pode conter cerca de 30 a 50% de matéria seca. A ração com glúten seca é feita por meio da secagem da ração com glúten úmido e, em algumas modalidades, pode conter aproximadamente 90% de matéria seca. A matéria-prima para os métodos divulgados no presente documento pode incluir qualquer combinação de grãos de destilaria úmidos, vinhaça íntegra, vinhaça fina e glúten úmido ou seco. A matéria-prima pode incluir apenas uma dessas substâncias ou pode conter uma mistura de 2, 3, 4 ou 5 dessas substâncias. Em algumas modalidades, uma ou mais dessas substâncias são excluídas da matéria-prima. Em algumas modalidades, a mistura de matéria-prima tem um teor de água de pelo menos cerca de, no máximo cerca de ou cerca de 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 ou 95%, ou entre quaisquer dois dentre esses valores.

[051] Algumas modalidades de métodos de produção de etanol incluem colocar em contato as fibras de polissacarídeo presentes em uma matéria-prima com ácido α-hidroxissulfônico para hidrolisar pelo menos uma porção das fibras de polissacarídeo, gerando, assim, açúcares fermentáveis e liberando óleo das fibras de polissacarídeo. Isso pode ser concretizado misturando-se a matéria-prima com uma solução de ácido α-hidroxissulfônico, tal como por meio da impregnação da matéria- prima com ácido α-hidroxissulfônico usando-se um impregnador. Em algumas modalidades, durante uma etapa de pré-tratamento de hidrólise de ácido, a concentração de ácido α-hidroxissulfônico na mistura com a matéria-prima é de pelo menos cerca de, no máximo cerca de ou cerca de 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5, 5,0, 5,5, 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0, 8,5, 9,0, 9,5, 10,0, 10,5, 11,0, 11,5, 12,0% em peso, preferencialmente 2,5 a 3,5% em peso da mistura. A temperatura durante essa etapa de hidrólise de ácido pode ser mantida pelo menos cerca de, no máximo cerca de ou cerca de 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135 ou 140 °C por um período de tempo, preferencialmente 130 a 140 °C. Em algumas modalidades, o referido período de tempo é de cerca de 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5 ou 5,0 horas, ou entre quaisquer dois dentre esses valores. O pH durante essa etapa de hidrólise de ácido pode ser de pelo menos cerca de, no máximo cerca ou cerca de 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3,0, 3,1, 3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9 ou 4,0, ou entre quaisquer dois dentre esses valores. Em algumas modalidades, pelo menos uma porção do ácido α-hidroxissulfônico é removida da mistura com a matéria- prima. Em algumas modalidades, pelo menos cerca de 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89 ou 90% do ácido α-hidroxissulfônico é removido da mistura, ou qualquer faixa derivável da mesma. A remoção pode ser realizada, por exemplo, conforme descrito na Patente nº U.S. 9.428.816. O ácido α-hidroxissulfônico removido pode ser reutilizado para realizar a hidrólise de ácido de outra porção ou outro lote de matéria-prima.

[052] Em algumas modalidades, o pH da mistura após a hidrólise de ácido ser realizada é aumentado pela adição de uma base. A base pode ser, por exemplo, hidróxido de magnésio, amônia, cal apagada, hidróxido de cálcio ou hidróxido de potássio, ou qualquer combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, o pH é aumentado pela adição de uma solução de NH4OH a 14%. Em algumas modalidades, o pH é ajustado para pelo menos cerca de, no máximo cerca de ou cerca de 4,0, 4,1, 4,2, 4,3, 4,4, 4,5, 4,6, 4,7, 4,8, 4,9, 5,0, 5,1, 5,2, 5,3, 5,4, 5,5, 5,6, 5,7, 5,8, 5,9 ou 6,0, ou entre quaisquer dois dentre esses valores, preferencialmente entre 5 a 5,5. O pH- alvo pode ser determinado pelas condições ideais para hidrólise enzimática de polissacarídeos e oligossacarídeos na matéria-prima pré-tratada. Em algumas modalidades, o pH é mantido no pH-alvo durante a hidrólise enzimática por meio da adição periódica de base.

[053] Em algumas modalidades, os polissacarídeos são, ainda, hidrolisados por enzimas, como celulases, hemicelulases e/ou pectinases para gerar açúcares fermentáveis adicionais e liberar mais óleo de polissacarídeos pré-tratados. Em modalidades em que a hidrólise enzimática é realizada, ela pode ser realizada como uma etapa separada após a hidrólise de ácido e antes da fermentação. Em algumas modalidades, a hidrólise enzimática é realizada por pelo menos uma porção do tempo durante o qual a fermentação está sendo realizada. Em algumas modalidades, a hidrólise enzimática é realizada por um tempo antes do início da fermentação e continua por um tempo após o início da fermentação. Em algumas modalidades, a temperatura e/ou o pH podem ser ajustados no início da fermentação. Isso pode ser feito, por exemplo, porque as condições ideais para a hidrólise enzimática podem diferir das condições ideais para a fermentação. Em algumas modalidades, a hidrólise enzimática é realizada a uma temperatura de cerca de 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59 ou 60 °C, ou entre quaisquer dois desses valores, antes do início da fermentação, e a uma temperatura de cerca de 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 ou 40 °C após o início da fermentação. Em algumas modalidades, o pH é ajustado para 5,0, 5,1, 5,2, 5,3, 5,4, 5,5, 5,6, 5,7, 5,8, 5,9, 6,0, 6,1, 6,2, 6,3, 6,4 ou 6,5, ou entre quaisquer dois desses valores, para fermentação. Em algumas modalidades, a hidrólise de ácido produz glicose a uma concentração de pelo menos cerca de 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 ou 15 g/l, ou entre quaisquer dois desses valores. Em algumas modalidades, a hidrólise enzimática produz glicose a uma concentração de pelo menos cerca de 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34 ou 35 g/l, ou entre quaisquer dois desses valores.

[054] A fermentação dos açúcares fermentáveis para produzir etanol pode ser realizada por uma variedade de microrganismos. Por exemplo, a fermentação pode ser realizada por Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces uvarum, Saccharomyces carlsbergensis, Saccharomyces chevalieri, Candida krusei, Candida guilliermondii, Candida tropicalis, Candida diddensiae, Candida fabianii, Candida intermedia, Candida maltosa, Candida santamariae, Candida colliculosa, Pichia membranaefaciens, Cryptococcus kuetzingii, Hansenula polymorpha, Kloeckera corticis, Rhodotorula pallida, Rhodotorula rubra, Rhodotorula minuta, Torulopsis norvegica ou Trichosporon cutaneum, ou qualquer combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, o microrganismo é capaz de fermentar açúcares de cinco carbonos, como xilose e arabinose.

[055] Em algumas modalidades, a fermentação é realizada a cerca de 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 ou 40 °C, ou entre quaisquer dois desses valores, preferencialmente 25 a 35 °C. Em algumas modalidades, a fermentação é realizada a um pH de 5,0, 5,1, 5,2, 5,3, 5,4, 5,5, 5,6, 5,7, 5,8, 5,9, 6,0, 6,1, 6,2, 6,3, 6,4 ou 6,5, ou entre quaisquer dois desses valores, preferencialmente 5 a 5,5. Em algumas modalidades, a fermentação é realizada por uma duração de 6, 12, 18, 24, 30, 36, 42, 48, 54, 60, 66 ou 72 horas, ou entre quaisquer dois desses valores, preferencialmente pelo menos 24 horas. Em algumas modalidades, a fermentação consome pelo menos cerca de 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 98, 98, 99 ou 99,9% dos açúcares fermentáveis presentes na mistura após a hidrólise estar completa, ou entre quaisquer dois desses valores. Em algumas modalidades, a fermentação consome pelo menos cerca de 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 98, 98, 99 ou 99,9% da glicose presente na mistura após a hidrólise estar completa, ou entre quaisquer dois desses valores. Em algumas modalidades, a fermentação produz etanol no caldo de fermentação a uma concentração de pelo menos cerca de ou cerca de 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 ou 40 g/l, ou entre quaisquer dois desses valores.

[056] Algumas modalidades incluem uma etapa de remoção do óleo do caldo de fermentação após a fermentação, mas antes da destilação ou da vinhaça íntegra aprimorada após a destilação. As modalidades podem incluir a remoção de óleo em um ou ambos os momentos. A separação do óleo pode ser concretizada, por exemplo, por meio da centrifugação, por um sedimentador gravitacional ou da permissão para que o caldo de fermentação ou a vinhaça íntegra assente sem agitação. Em algumas modalidades, o peso do óleo removido nessa etapa é de pelo menos cerca de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10% do peso total da vinhaça íntegra aprimorada antes da remoção do óleo.

[057] Em modalidades em que o óleo é removido do caldo de fermentação antes da destilação, o óleo removido pode ser evaporado para remover qualquer água ou etanol, que pode ser recuperado e combinado com a fração de líquido pesado do sedimentador para destilação subsequente. A vinhaça íntegra aprimorada produzida pela destilação pode, então, ser direcionada a um evaporador de múltiplos estágios para produzir um xarope, que pode, em seguida, ser seco em um secador por aspersão para produzir E-DDG.

[058] Algumas modalidades dos coprodutos aprimorados produzidos de acordo com métodos divulgados neste documento têm qualidades aprimoradas para usos, como em ração animal. Tal como utilizado neste documento, coprodutos "aprimorados", como vinhaça íntegra aprimorada (vinhaça íntegra apr.), vinhaça fina aprimorada (vinhaça fina apr.), solúveis de destilaria condensados aprimorados (E- CDS ou Xarope apr.), grãos de destilaria úmidos aprimorados (E-WDG), grãos de destilaria secos aprimorados (E-DDG) e grãos de destilaria secos aprimorados com solúveis (E-DDGS), são produtos de um processo de tratamento de coprodutos de um processo de produção de etanol realizado anteriormente. Tal como utilizado neste documento, grãos de destilaria secos aprimorados com solúveis (E-DDGS) referem- se a uma mistura de E-DDG e E-CDS que é seca até um teor de umidade desejado.

[059] Algumas modalidades de coprodutos aprimorados têm uma porcentagem maior de proteína do que os coprodutos convencionais, o que pode tornar os coprodutos aprimorados uma melhor fonte de nutrição do que os coprodutos convencionais. Em algumas modalidades, os coprodutos aprimorados, como E-CDS, E-WDG, E-DDG ou E-DDGS têm pelo menos cerca de 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69 ou 70% de proteína bruta com base no peso seco, ou entre quaisquer dois desses valores. A proteína bruta representa o nitrogênio dietético total (N) na dieta, que inclui não apenas a proteína verdadeira, como também o nitrogênio não proteico (por exemplo, ureia e amônia, mas não nitrato). O teor de proteína também pode ser medido como a porcentagem em peso de aminoácidos no coproduto aprimorado. Em algumas modalidades, um coproduto aprimorado tem um teor de aminoácidos total de 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59 ou 60% com base no peso seco, ou entre quaisquer dois desses valores. Em algumas modalidades, um coproduto aprimorado tem um teor total de aminoácidos de 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59 ou 60% em peso do coproduto.

[060] Algumas modalidades de coprodutos aprimorados têm uma porcentagem menor de gordura do que os coprodutos convencionais. Em algumas modalidades, os coprodutos aprimorados têm, no máximo, cerca de 5,0, 5,1, 5,2, 5,3, 5,4, 5,5, 5,6, 5,7, 5,8, 5,9, 6,0, 6,1, 6,2, 6,3, 6,4, 6,5, 6,6, 6,7, 6,8, 6,9, 7,0, 7,1, 7,2, 7,3, 7,4, 7,5, 7,6, 7,7, 7,8, 7,9, 8,0, 8,1, 8,2, 8,3, 8,4, 8,5, 8,6, 8,7, 8,8, 8,9, 9,0, 9,1, 9,2, 9,3, 9,4, 9,5, 9,6, 9,7, 9,8, 9,9, 10,0, 10,1, 10,2, 10,3, 10,4, 10,5, 10,6, 10,7, 10,8, 10,9 ou 11,0% de gordura com base no peso seco, ou entre quaisquer dois desses valores.

[061] Algumas modalidades de coprodutos aprimorados têm um teor de fibra reduzido devido à fibra nas matérias-primas ser quebrada em açúcares fermentáveis nos métodos divulgados no presente documento. Em algumas modalidades, os coprodutos aprimorados têm um teor de fibra que é de, no máximo, cerca de ou é de cerca de 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3,0, 3,1, 3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9, 4,0, 4,1, 4,2, 4,3, 4,4, 4,5, 4,6, 4,7, 4,8, 4,9 ou 5,0% com base no peso seco, ou está entre quaisquer dois desses valores. Conforme usado neste documento, o teor de fibra refere-se ao teor de fibra NDF, que inclui hemicelulose, celulose e lignina.

[062] Em algumas modalidades, os coprodutos aprimorados têm um teor de amido que é de, no máximo, cerca de 0,01, 0,05, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3,0, 3,1, 3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9 ou 4,0% com base no peso seco ou está entre quaisquer dois desses valores.

[063] Em algumas modalidades, os E-DDG ou E-DDGS divulgados neste documento têm um teor de umidade de pelo menos cerca de, no máximo cerca de ou de cerca de 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 ou 25%, ou entre quaisquer dois desses valores.

[064] Em algumas modalidades, os coprodutos aprimorados têm um teor de cinzas que é de, no máximo, cerca de 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3,0, 3,1,

3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9, 4,0, 4,1, 4,2, 4,3, 4,4, 4,5, 4,6, 4,7, 4,8, 4,9 ou 5,0% com base no peso seco, ou está entre quaisquer dois desses valores.

[065] Em algumas modalidades, a vinhaça fina aprimorada produzida de acordo com os métodos divulgados no presente documento tem um teor de umidade de 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94 ou 95%, ou entre quaisquer dois desses valores. Em algumas modalidades, a vinhaça fina aprimorada tem um teor de proteína bruta de pelo menos cerca de, no máximo cerca de ou de cerca de 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69 ou 70% com base no peso seco, ou entre quaisquer dois desses valores. A vinhaça fina aprimorada pode ser seca para produzir xarope aprimorado com um teor de umidade de pelo menos cerca de, no máximo cerca de ou de cerca de 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74 ou 75%, ou entre quaisquer dois desses valores. Em algumas modalidades, o xarope aprimorado tem um teor de proteína bruta de pelo menos cerca de, no máximo cerca de ou de cerca de 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69 ou 70% com base no peso seco, ou entre quaisquer dois desses valores.

[066] As modalidades dos coprodutos aprimorados divulgados neste documento podem ter qualquer combinação das propriedades descritas acima. Ou seja, os coprodutos aprimorados podem ter qualquer combinação de dois ou mais dos valores listados acima para teor de proteína, teor de aminoácidos, teor de gordura, teor de fibra, teor de amido, teor de umidade e/ou teor de cinzas.

EXEMPLOS

[067] As composições e métodos divulgados serão descritos em mais detalhes por meio de exemplos específicos. Os exemplos a seguir são oferecidos apenas para fins ilustrativos e não se destinam a limitar a invenção de qualquer maneira. As pessoas versadas na técnica reconhecerão prontamente uma variedade de parâmetros não críticos que podem ser alterados ou modificados para produzir essencialmente os mesmos resultados. EXEMPLO 1

PROCEDIMENTO PARA PRODUÇÃO DE ETANOL E COPRODUTOS

[068] Os inventores realizaram várias execuções de produção para processar matérias-primas de bolos úmidos (com ou sem a adição de vinhaça fina ou xarope) em vários graus. O processo geral dessas execuções incluiu pré-tratamento da matéria-prima, hidrólise enzimática, fermentação, destilação, separação líquido-sólido e secagem. Esses processos foram realizados em uma usina de biocombustível existente. As características da usina de biocombustível e os procedimentos gerais para o processamento de biomassa são os seguintes: biomassa (isto é, matéria-prima que contém fibra de milho, como bolo úmido ou uma mistura de bolo úmido e vinhaça fina) é colocada em um funil alimentador de biomassa e transferida usando-se um parafuso de transferência em uma caixa de vapor ATM (atmosférica), que tem um agitador montado na parte inferior que alimenta com biomassa um alimentador de tampão rosqueável (PSF). O PSF consiste em uma entrada de biomassa, zona de compressão cônica, telas acopladas a uma saída de prensagem e saída de cavacos na descarga em um impregnador de parafuso duplo. A expansão repentina da biomassa na entrada no impregnador permite que os produtos químicos (isto é, solução de cozimento HESA) penetrem na biomassa de maneira homogênea. A biomassa altamente comprimida é descarregada no impregnador por meio de um pistão de contrapressão (ou amortecedor). No caso de a integridade do tampão ser comprometida, o amortecedor de contrapressão atua como uma barreira primária impedindo que os vapores carregados de SO2 sejam descarregados de volta do digestor de alta pressão para a caixa ATM. A biomassa totalmente impregnada é elevada acima do nível do líquido por parafusos duplos de contrarrotação e é lançada em um digestor. O digestor tem um perfil cônico para desestressar os sólidos à medida que eles se nivelam a partir do fundo. O digestor tem um transmissor de nível nuclear (gama) para monitorar o nível e é montado com transmissores e controladores de temperatura. A temperatura no digestor é ajustada com o uso de vapor. O digestor tem um agitador inferior montado em espigão e um parafuso de transferência totalmente submerso acoplado a um descarregador de sopro frio. O descarregador de sopro frio tem uma pá oca acoplada a um misturador de coluna helicoidal. A descarga por sopro frio é acoplada a um tanque de purgação primário, que é acoplado em proximidade a uma válvula de purga.

[069] Durante o ponto de partida, um tampão é estabelecido no PSF usando- se a biomassa. A taxa de alimentação com biomassa seca é estabelecida a priori calibrando-se a quantidade usada para alimentar um digestor aberto alimentando-se um ou dois contêineres com biomassa. O vapor saturado nº 50 é usado para aquecer o digestor até que a temperatura-alvo típica seja alcançada. O fundo do digestor até a descarga por sopro frio, nesse processo, é preenchido com condensado, que é movido para o tanque de purgação primário conforme necessário. Uma vez que a temperatura-alvo no digestor é alcançada, HESA e água são introduzidos, seguidos pela biomassa (operando-se o parafuso de transferência conforme necessário para manter um nível suficiente na caixa ATM e operando-se o PSF) em proporções a fim de fornecer a razão-alvo entre líquido e biomassa (referida como a razão entre L/W (Licor/Madeira) ou a concentração de total de sólidos (% de TS)). A biomassa é preenchida até um nível a fim de alcançar o tempo de residência necessário no digestor de fluxo contínuo e ser mantida nesse nível. O agitador inferior no digestor é iniciado ~10 minutos antes que o nível de tempo-alvo de residência seja alcançado. Não foi necessário operar o parafuso de descarga para mover a polpa cozida até o descarregador de sopro frio. Depois de decorrido o tempo-alvo de residência, a válvula de purga é aberta para purgar a polpa pré-tratada no tanque de purgação. Uma vez que a válvula de purga é superdimensionada para a consistência da ração pré-tratada,

há uma pequena janela (normalmente 5 a 10% da abertura da válvula) em que um nível estável no digestor pode ser mantido. Portanto, o estouro é, essencialmente, pulsado de forma automática ou manual.

[070] Uma vez que o estouro da polpa pré-tratada é iniciado, um sistema de recuperação de ácido é colocado em linha com a temperatura necessária, aquecendo- se o teor do tanque de purgação que é recirculado usando-se uma bomba de PC (cavidade progressiva) inferior, conforme definido pela velocidade da bomba, para alcançar a taxa-alvo de recirculação. O vapor nº 50 é usado para aquecer essa corrente de recirculação indiretamente usando-se um trocador em espiral. A pressão do circuito de recirculação é regulada por meio de uma válvula de controle de reempuxo, que é posicionada na linha direcionada de volta ao tanque de purgação, de modo que a corrente lampeje o ácido novamente no tanque de purgação. Observe que o bocal de retorno (um tubo aberto, nesse caso) é orientado tangencialmente. O transmissor de nível do tanque de purgação acoplado à bomba de PC direciona uma porção da polpa purgada até um tanque de vaporização secundário através de uma válvula de controle, que é posicionada na linha de recirculação direcionada para o tanque de vaporização, e proporciona outra oportunidade para lampejar os componentes ácidos no tanque de vaporização secundário. A bomba de PC no fundo do tanque de vaporização, que é acoplada ao transmissor de nível do tanque de vaporização, é usada para descarregar a polpa pré-tratada (pobre em ácido) em um tanque de despejo até que o estado estacionário seja alcançado. Como a bomba de PC está superdimensionada, o controle de nível do tanque de vaporização foi operado de modo ATIVADO/DESATIVADO. O fundo do tanque de vaporização é direcionado até o tanque de despejo por 2 horas e, então, coletado em um tanque diário como material pré-tratado representativo (pobre em ácido). O tanque diário é equipado para ser capaz de neutralizar o material pré-tratado para ajustar o pH conforme necessário para a hidrólise enzimática usando-se amônia aquosa. Tanto o tanque de purgação quanto o tanque de vaporização têm agitadores montados na lateral no fundo para evitar a sedimentação de sólidos.

[071] Os vapores lampejados a partir do tanque de purgação são direcionados através de um sistema gerenciador de ventilação para o purificador cáustico acoplado a um instrutor e um sistema de circulação. Os componentes ácidos recuperados são capturados como seu sal no purificador (hidroxietanossulfonato de sódio).

[072] A hidrólise enzimática e a fermentação foram realizadas em um tanque giratório com um volume nominal de trabalho de 8.328 l (2.200 gal). Uma coluna de cerveja e uma coluna de retificação foram usadas para preparar a recuperação de etanol do caldo de fermentação, deixando para trás a vinhaça íntegra aprimorada. Uma centrífuga decantadora Sharples é acoplada ao fundo da coluna de cerveja para realizar a separação sólido-líquido da vinhaça íntegra aprimorada para fazer vinhaça fina aprimorada e bolo úmido aprimorado. Um evaporador a vácuo de MVR (compressão mecânica de vapor) foi usado para fazer xarope aprimorado a partir da vinhaça fina aprimorada.

[073] A matéria-prima de biomassa (bolo úmido e vinhaça fina) foi adquirida a partir de uma planta de etanol de milho de moagem a seco. O bolo úmido foi armazenado sob refrigeração e a vinhaça fina foi armazenada a 65 a 71 °C.

[074] As condições específicas para execuções de processamento individuais são descritas nos Exemplos adicionais abaixo. Exceto quando indicado de outra forma, os procedimentos para os Exemplos subsequentes foram realizados no equipamento e seguindo os procedimentos descritos acima neste Exemplo 1. EXEMPLO 2 PRÉ-TRATAMENTO DE RAÇÃO DE BOLO ÚMIDO

[075] Execução 110: o bolo úmido foi pré-tratado, de acordo com o processo descrito no Exemplo 1. O bolo úmido foi impregnado com solução de HESA e o pré- tratamento foi realizado no digestor a uma temperatura de 135±1 °C e a uma pressão de 3,44 a 4,82 bar (50 a 70 psig), com um tempo de retenção de 60 a 75 min. A concentração de HESA no digestor foi mantida em ~3%. A porcentagem de total de sólidos na ração de bolo úmido estava entre 35 e 38%, e as porcentagens de total de sólidos na ração pré-tratada no tanque de purgação e no tanque de vaporização estavam entre 16 e 20%. EXEMPLO 3 PRÉ-TRATAMENTO DE RAÇÃO DE BOLO ÚMIDO, HIDRÓLISE

ENZIMÁTICA E FERMENTAÇÃO

[076] Execução 111: a mesma ração de bolo úmido usada na Execução 110 foi pré-tratada nas condições estabelecidas acima para a Execução 110. Uma porção do bolo úmido pré-tratado foi coletada e usada para hidrólise enzimática e fermentação. Dois reatores de 28 l foram preenchidos com 22,5 kg da pasta fluida pré- tratada. A temperatura foi aumentada para 52 °C e o pH foi ajustado para 5,3 usando- se 730 a 745 g de amônia a 14%. Lactrol foi, então, adicionado, junto com 5% (20,16 g) da enzima CTec3 HS, a cada reator de 28 l. Após 3 horas, certa liquefação foi observada. A temperatura foi mantida a 52 ± 1 °C por 72 horas (com exceção de 2 horas durante as quais o controle de temperatura apresentou mau funcionamento, e a temperatura variou de 48,5 a 55,6 °C (o que não afetou a estabilidade da enzima)), e o pH foi mantido em 5,3. A fermentação foi, então, realizada reduzindo-se o ponto de ajuste da temperatura para 32 ± 1 °C, ajustando-se o ponto de ajuste de pH para 5,8 ± 0,2 e inoculando-se o hidrolisado com levedura. A fermentação continuou por 48 horas, durante as quais a temperatura e o pH foram mantidos nos pontos de ajuste. O caldo de fermentação foi, então, aquecido a 70 °C durante 30 minutos para matar a levedura.

[077] A Figura 2 mostra que, durante a hidrólise do bolo úmido pré-tratado na Execução 111, a concentração de glicose aumentou de cerca de 12 g/l para cerca de 32 g/l. A Figura 3 mostra que, durante a fermentação, a concentração de Etanol aumentou para cerca de 32 g/l. A Figura 4 mostra que a glicose, xilose, arabinose e manose presentes no hidrolisado foram, substancial e totalmente, consumidas durante a fermentação. EXEMPLO 4 PRÉ-TRATAMENTO DE RAÇÃO DE BOLO ÚMIDO

[078] Execução 112: a mesma ração de bolo úmida usada na Execução 110 (Exemplo 2) foi pré-tratada nas condições estabelecidas para a Execução 110 acima, exceto que a concentração total de HESA na ração pré-tratada estava entre 1 e 1,4% em peso no tanque de purgação e entre 0,6 e 0,9% em peso no tanque de vaporização e as porcentagens de total de sólidos na ração pré-tratada no tanque de purgação e no tanque de vaporização estavam entre 20 e 26%. EXEMPLO 5 HIDRÓLISE, FERMENTAÇÃO E PRODUÇÃO EM LARGA ESCALA DE COPRODUTOS APRIMORADOS DE BOLO ÚMIDO PRÉ-TRATADO

[079] Execução 113: a pasta fluida de bolo úmido pré-tratado das Execuções 110, 111 e 112 (~1.514 a 1.703 l (~400 a 450 gal) de cada, para um total de 4.921 l (~1.300 gal)) foi agrupada em um tanque giratório de 7.571 l (2.000 galões). O tanque giratório foi ajustado para manter a temperatura em 53 ± 2 °C e o pH foi ajustado para ser mantido em 5,3 ± 0,2 por meio da adição de 14,5% de NH4OH, conforme necessário, ao longo da etapa de hidrólise enzimática. Foram necessários, aproximadamente, 132,5 l (35 gal) de 14,5% de NH4OH para aumentar inicialmente o pH para 5,3. Lactrol foi adicionado, seguido por 5% (5,553 kg) de um coquetel de enzimas, incluindo atividade de celulase e hemicelulase, adicionado gradualmente ao longo de 75 minutos. A hidrólise enzimática continuou nas mesmas condições durante 72 horas.

[080] Uma cultura de levedura Saccharomyces cerevisiae para fermentação foi preparada combinando-se 400 l de meio de cultivo de YPD esterilizado (10 g/l de extrato de levedura, 20 g/l de peptona, 50 g/l de glicose e 10 g/l de xilose), 5 mg/l de Lactrol e 1 kg de levedura líquida estabilizada e incubada com uma taxa de aeração de 0,2 vvm e agitação de 100 rpm em um reator por aproximadamente 15 horas.

[081] O hidrolisado de bolo úmido no tanque giratório foi ajustado para pH 5,8 usando-se NH4OH e foi resfriado a 32 °C, e os 400 l de cultura de levedura do propagador foram adicionados ao tanque giratório. A fermentação continuou com a temperatura mantida a 32 ± 1 °C e o pH a 5,8 durante 40 horas. O caldo de fermentação (cerveja) foi transferido para uma coluna de destilação e aquecido a 70 °C por 30 minutos para matar a levedura. Após a destilação, 76,20 kg (168 libras) de ~80% de etanol foram coletados e 4.921 l (1.300 gal) de vinhaça íntegra aprimorada foram coletados. Passou-se a vinhaça íntegra aprimorada por uma centrífuga Sharples, a qual não alcançou uma boa separação líquido-sólido. Deixou-se o concentrado de um dia para o outro, após o que o DCO se separou como uma camada no topo da vinhaça íntegra aprimorada (“vinhaça íntegra apr.”). O DCO foi retirado e passou-se a vinhaça íntegra aprimorada restante por uma centrífuga decantadora Flottweg a 4000 rpm (torque de 9%). A vinhaça íntegra aprimorada era de 8 a 10% de TS quando foi usada para alimentar a centrífuga e o bolo úmido aprimorado de retirada (grãos de destilaria úmidos aprimorados, ou "bolo úmido apr.") foi medido a 28,2% de TS. 3,785 l (1 galão) desse bolo úmido aprimorado foram secos ao ar a fim de produzir grãos de destilaria secos aprimorados (E-DDG). A vinhaça fina aprimorada do Flottweg foi enviada à MVR, foi evaporada e concentrada 4X para produzir o xarope aprimorado (“Xarope apr.”).

[082] A Figura 5 mostra o teor total de aminoácidos das amostras indicadas da Execução 113 com base no peso seco. A Figura 6 mostra o teor de proteína bruta das amostras indicadas da Execução 113 (incluindo a ração de bolo úmido da Execução 111) com base no peso seco. O teor de proteína bruta de uma amostra representa o nitrogênio dietético total (N) na dieta, o que inclui não apenas a proteína verdadeira, como também o nitrogênio não proteico (por exemplo, ureia e amônia, mas não nitrato). A Figura 7 mostra o teor de gordura total com base no peso seco das amostras indicadas da Execução 113, conforme medido por hidrólise de ácido. A Tabela 1 abaixo apresenta as propriedades de várias amostras de ração e coprodutos da Execução 113. TABELA 1: PROPRIEDADES DE RAÇÃO E COPRODUTOS PARA A EXECUÇÃO 113 Amostras Propriedades

A B C D E F G Umidade (% em peso) 62,4 90,0 33,6 89,3 89,2 13 57,3 Proteína bruta (% de DM) 33,2 66,2 64,7 68,9 62,3 61 60,2 Fibra - NDF (% de DM) 35,6 3,9 9,9 4,3 2,5 12,6 6,5 Fibra bruta (% de DM) 10,9 6,2 7,1 4,7 1 7,6 5,2 Gordura (% de DM) 12,6 2,7 6,5 2,6 11,8 9,66 13,3 Cinzas (% de DM) 3,1 3,95 2,35 5,84 4,95 1,62 4,19 Amido (% de DM) 1,6 0,1 0,8 0,1 0,1 0,1 0,1 A: Ração de bolo úmido usada para as Execuções 110, 111, 112, 113 e 116 B: Execução 113 de vinhaça fina apr. feita através da centrifugação da amostra do caldo de fermentação antes da destilação C: Execução 113 de E-DDG feita através da centrifugação e secagem da amostra do caldo de fermentação antes da destilação D: Execução 113 de vinhaça íntegra apr. E: Execução 113 de vinhaça fina apr. feita através da centrifugação da vinhaça íntegra apr. (após a destilação) F: Execução 113 de E-DDG feita através da centrifugação e secagem da vinhaça íntegra apr. (após destilação) G: Execução 113 de xarope apr. (vinhaça fina apr. concentrada 4x) % de DM: porcentagem em peso com base no peso seco EXEMPLO 6

PRODUÇÃO DE ETANOL A PARTIR DE BOLO ÚMIDO MISTURADO COM VINHAÇA FINA

[083] Execução 116: o bolo úmido (39% de TS) de uma usina de etanol de milho de moinho a seco foi impregnado com solução de HESA à medida que o mesmo era usado para alimentar o digestor. A vinhaça fina da mesma usina de etanol de milho também foi adicionada ao digestor. A ração mista no digestor tinha 22% de TS e 2,9% em peso de HESA. O pré-tratamento foi realizado no digestor a uma temperatura de 135 ± 1 °C e a uma pressão de 2,41 a 3,44 bar (35 a 50 psig), com tempo de retenção de 60 min. As porcentagens de total de sólidos da ração pré-tratada no tanque de purgação e no tanque de vaporização foram de ~21%. Uma porção do bolo úmido pré- tratado foi coletada e usada para hidrólise enzimática e fermentação. Dois reatores de 28 l foram preenchidos com 22,5 kg de pasta fluida pré-tratada e resfriada. A temperatura foi aumentada para 52 °C e o pH foi ajustado para 5,3 usando-se 14,5% de NH4OH. Lactrol foi, então, adicionado, junto com 5% (20,16 g) da enzima CTec3 HS, a cada reator de 28 l. A temperatura foi mantida a 52 ± 1 °C durante 72 horas e o pH foi mantido em 5,3. A fermentação foi, então, realizada reduzindo-se o ponto de ajuste da temperatura para 32 ± 1 °C, ajustando-se o ponto de ajuste de pH para 5,8 ± 0,2 e inoculando-se o hidrolisado com levedura. A fermentação continuou por 48 horas, durante as quais a temperatura e o pH foram mantidos nos pontos de ajuste. O caldo de fermentação foi, então, aquecido a 70 °C durante 30 minutos para matar a levedura.

[084] A Figura 8 mostra que, durante a hidrólise do bolo úmido pré-tratado na Execução 116, a concentração de glicose aumentou de cerca de 6 g/l para cerca de 26 g/l. A Figura 9 mostra que, durante a fermentação, a concentração de etanol aumentou para cerca de 28 g/l. A Figura 10 mostra que a glicose, xilose, arabinose e manose presentes no hidrolisado foram, substancial e totalmente, consumidas durante a fermentação.

EXEMPLO 7

PRODUÇÃO DE ETANOL E COPRODUTOS APRIMORADOS A PARTIR DA MISTURA DE BOLO ÚMIDO E XAROPE

[085] Execução 126: o etanol foi produzido a partir de uma ração de bolo úmido misturada com solúveis de destilaria condensados (xarope) seguindo o mesmo protocolo da Execução 113. Duas amostras de E-DDG foram preparadas a partir do bolo úmido aprimorado pós-centrifugação por meio da secagem em forno: uma amostra "de secagem prolongada" e uma amostra "de secagem normal". A Figura 11 mostra o teor de proteína bruta com base no peso seco para as amostras indicadas na Execução 126. A Figura 12 mostra o teor de total de aminoácidos com base no peso seco para as amostras indicadas na Execução 126. A Figura 13 mostra o teor de NDF (hemicelulose, celulose e lignina) com base no peso seco das amostras indicadas na Execução 126. A Tabela 2 abaixo apresenta as propriedades de várias amostras da Execução 126.

TABELA 2: PROPRIEDADES DE RAÇÃO E COPRODUTOS PARA A EXECUÇÃO 126 Amostras Propriedades

A B C D E F Umidade (% em peso) 51,6 79,3 84,4 86,6 4,7 11,6 Proteína bruta (% de DM) 31,4 29,5 34,5 38,5 50,4 53 Fibra - NDF (% de DM) 28,6 6,0 5,5 6,2 6,3 5,6 Fibra bruta (% de DM) 7,5 4,3 4,8 5,3 4,7 4,4 Gordura (% de DM) (hidrólise de 12,2 9,37 6,99 NT 5,93 5,97 ácido) Cinzas (% de DM) 5,78 7,51 12 18,9 16,8 10,4 Amido (% de DM) 1,8 0,4 0,1 0,2 0,1 0,3 A: Execução 126 de ração (bolo úmido misturado com solúveis de destilaria condensados) B: Execução 126 de pasta fluida pré-tratada após ajuste de pH C: Execução 126 de caldo de fermentação após 48 horas de fermentação D: Execução 126 de vinhaça íntegra apr. E: Execução 126 de E-DDG, amostra de secagem prolongada F: Execução 126 de E-DDG, amostra de secagem normal NT: Não testado % de DM: porcentagem em peso com base no peso seco

[086] O DCO foi coletado da vinhaça íntegra e analisado para determinar o perfil de ácidos graxos. Os resultados são os seguintes, dados em termos de percentagem em peso: total de ácido graxo: 90,8; ácido mirístico C14:0: 0,07; ácido palmítico C16:0: 11,2; ácido palmitoleico C16:1: 0,14; ácido heptadecanoico C17:0: 0,06; ácido esteárico C18:0: 1,71; ácido vacênico C18:1w7: 0,69; ácido oleico C18:1w9: 24,9; ácido linoleico C18:2w6: 49,5; ácido linolênico C18:3w3: 1,13; ácido araquídico C20:0: 0,34; ácido eicosenoico C20:1w9: 0,21; ácido beénico C22:0: 0,11; ácido nervônico C24:1: n/a; ácido lignocérico C24:0: 0,15; outros ácidos graxos: 0,71.

[087] O perfil de aminoácidos da proteína da amostra de secagem normal de E-DDG foi determinado como se segue, dado em termos de percentagem em peso dos aminoácidos indicados nos E-DDG com base no peso seco: cisteína: 0,8; metionina: 1,16; lisina: 1,41; alanina: 4,33; ácido aspártico: 2,97; ácido glutâmico: 10,53; glicina: 2,15; isoleucina: 2,34; leucina: 7,57; prolina: 4,48; treonina: 1,88; valina: 2,95; arginina: 1,98; histidina: 1,28; hidroxilisina: 0; hidroxiprolina: 0; lantionina: 0; ornitina: 0,05; fenilalanina: 2,8; serina: 2,62; taurina: 0,32; tirosina: 1,75; triptofano: 0,39; total de aminoácidos: 53,8.

[088] O relatório descritivo e os exemplos acima fornecem uma descrição completa da implementação e da estrutura de modalidades ilustrativas. Embora certas modalidades tenham sido descritas acima com um certo grau de particularidade, ou com referência a uma ou mais modalidades individuais, as pessoas versadas na técnica podem fazer inúmeras alterações nas modalidades divulgadas sem se afastar do escopo desta invenção. Dessa forma, as várias modalidades ilustrativas das composições, métodos e sistemas não se destinam a ser limitadas às formas particulares divulgadas. Em vez disso, elas incluem todas as modificações e alternativas que estão abrangidas pelo escopo das reivindicações, e as modalidades diferentes daquela mostrada podem incluir algumas ou todas as características da modalidade representada. Por exemplo, os elementos podem ser omitidos ou combinados como uma etapa ou estrutura unitária e/ou podem ser substituídos. Além disso, quando apropriado, os aspectos de qualquer um dos exemplos descritos acima podem ser combinados com aspectos de qualquer um dos outros exemplos descritos para formar outros exemplos com propriedades e/ou funções comparáveis ou diferentes e abordar os mesmos ou diferentes problemas. Da mesma forma, será entendido que os benefícios e vantagens descritos acima podem se referir a uma modalidade ou podem se referir a várias modalidades.

[089] As reivindicações não se destinam a incluir, e não devem ser interpretadas como incluindo, limitações de meios mais ou de etapa mais função, a menos que tal limitação seja explicitamente citada em uma determinada reivindicação com o uso da frase (ou frases) "meios para" ou "etapa de”, respectivamente.

Claims (11)

REIVINDICAÇÕES

1. Composição CARACTERIZADA pelo fato de que compreende grãos de destilaria secos aprimorados (E-DDG) com um teor de proteína bruta total de pelo menos 45% com base no peso seco e um teor de gordura total de menos de 10% com base no peso seco.

2. Composição, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que os E-DDG têm uma ou mais dentre as seguintes propriedades: um teor de fibra inferior a 5% com base no peso seco; um teor de amido inferior a 1% com base no peso seco, preferencialmente inferior a 0,2% com base no peso seco; um teor de umidade entre 5 e 15% em peso; e um teor de cinzas inferior a 2%.

3. Método de processamento de coprodutos que contêm fibras de um processo de produção de álcool, sendo que o método é CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: (a) colocar em contato as fibras de polissacarídeo presentes em uma mistura que compreende um ou mais coprodutos de um processo de produção de álcool com um ácido α-hidroxissulfônico para hidrolisar pelo menos uma porção das fibras de polissacarídeo, gerando, assim, açúcares fermentáveis e liberando óleo das fibras de polissacarídeo, em que o um ou mais coprodutos de um processo de produção de álcool compreendem um ou mais dentre os seguintes: (i) grãos de destilaria úmidos; (ii) vinhaça fina; (iii) vinhaça íntegra; e (iv) ração com glúten; (b) aumentar o pH da mistura adicionando-se uma base à mistura; (c) colocar em contato fibras de polissacarídeo na mistura com enzimas para hidrolisar as fibras de polissacarídeo, gerando, assim, açúcares fermentáveis adicionais e liberando mais óleo das fibras de polissacarídeo, em que a temperatura da mistura está entre 50 e 55 °C; (d) incubar a mistura com levedura sob condições anaeróbicas para produzir álcool por meio da fermentação de açúcares fermentáveis produzidos nas etapas (a) e (c), em que a temperatura da mistura está entre 25 e 35 °C; (e) destilar a mistura para remover o álcool da mistura, produzindo, assim, um destilado que contém álcool e uma vinhaça íntegra aprimorada; (f) remover o óleo liberado da mistura fermentada produzida na etapa (d) e/ou da vinhaça íntegra aprimorada produzida na etapa (e); (g) separar a vinhaça íntegra aprimorada para produzir grãos de destilaria úmidos aprimorados e vinhaça fina aprimorada; e (h) secar os grãos de destilaria úmidos aprimorados para remover a umidade, produzindo, assim, os grãos de destilaria secos aprimorados (E-DDG).

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o ácido α-hidroxissulfônico está entre 1 e 10% em peso da mistura na etapa (b).

5. Método, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a levedura é capaz de fermentar açúcares fermentáveis de cinco carbonos.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: filtrar a vinhaça fina aprimorada produzida na etapa (g) através de uma ou mais membranas para produzir um retentato enriquecido com proteína com um teor de enxofre reduzido em comparação com a vinhaça fina aprimorada; ou misturar a vinhaça fina aprimorada produzida na etapa (g) com um solvente orgânico para precipitar proteínas na vinhaça fina aprimorada, separando o precipitado do sobrenadante e misturando o precipitado com os grãos de destilaria úmidos aprimorados produzidos na etapa (g) antes ou durante a etapa (h).

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa (f) compreende, ainda, separar o óleo da mistura fermentada usando-se um sedimentador gravitacional, permitindo que a mistura fermentada assente sem agitação para permitir que o óleo se separe da mistura fermentada, centrifugar a vinhaça íntegra aprimorada para separar o óleo da vinhaça íntegra aprimorada, permitindo que a vinhaça íntegra aprimorada assente sem agitação para permitir que o óleo se separe da vinhaça íntegra aprimorada, ou uma combinação dos mesmos.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o peso do óleo removido na etapa (f) é pelo menos 5% do peso total da vinhaça íntegra aprimorada antes da remoção do óleo.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que: durante a etapa (a), a mistura compreende grãos de destilaria úmidos, a concentração de ácido α-hidroxissulfônico está entre 2,5 e 3,5% em peso da mistura, a temperatura da mistura está entre 130 e 140 °C, e a etapa (a) continua por pelo menos 50 minutos; a etapa (b) compreende aumentar o pH para entre 5,0 e 5,5; durante a etapa (c), a concentração de enzimas está entre 4 e 6% com base no peso seco, e a etapa (c) continua por pelo menos 24 horas; a etapa (d) continua por pelo menos 24 horas; e a vinhaça fina aprimorada produzida na etapa (g) tem um teor de proteína bruta de pelo menos 45% com base no peso seco.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende, ainda, secar a vinhaça fina aprimorada produzida na etapa (g) para produzir um xarope aprimorado com um teor de umidade de 50 a 75% em peso e adicionar o xarope aprimorado aos grãos de destilaria úmidos aprimorados antes ou durante a secagem da etapa (h).

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a secagem da etapa (h) continua até que o teor de umidade dos E-DDG seja de 5 a 15% em peso; e os E-DDG produzidos na etapa (h) têm uma ou mais dentre as seguintes propriedades: um teor de proteína total de pelo menos 45% com base no peso seco, preferencialmente pelo menos 65% com base no peso seco; um teor de gordura total não superior a 10% com base no peso seco; um teor de fibra inferior a 5% com base no peso seco; um teor de amido inferior a 1% com base no peso seco; e um teor de cinzas inferior a 2% com base no peso seco.