BRPI0408215B1 - processo para a produção de etanol usando amido bruto - Google Patents

Abstract

"método para a produção de etanol usando amido bruto". a presente invenção se refere a métodos para a produção de altos níveis de álcool durante a fermentação de um material vegetal, e a uma cerveja produzida com alto teor de álcool. a presente invenção se refere também a métodos para a produção de grãos secos de alto teor protéico para destilação a partir da fermentação de um material vegetal, e aos grãos secos de alto teor protéico para destilação produzidos. a presente invenção adicionalmente se refere a reduzidas emissões de amido a partir da secagem dos produtos de destilação a partir da produção de etanol.

Description

"PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE ETANOL USANDO AMIDO BRUTO" Campo da Invenção A presente invenção se refere a processos para a produção de altos níveis de álcool durante a fermentação de um material vegetal, e a uma cerveja produzida com alto teor de álcool. A presente invenção se refere também a processos para a produção de grãos secos de alto teor protéico para destilação a partir da fermentação de um material vegetal, e aos grãos secos de alto teor protéico para destilação produzidos. A presente invenção adicíonalmente se refere a reduzidas emissões de amido a partir da secagem dos produtos de destilação decorrente da produção de etanol.

Antecedentes da Invenção Numerosos processos convencionais existem para a conversão de um material vegetal em etanol. Entretanto, os referidos processos sofrem de diversos inconvenientes. Há ainda uma necessidade de processos adicionais mais eficazes para a conversão de um material vegetal em etanol e para a produção de produtos de fermentação aprimorados.

Sumário da Invenção A presente invenção se refere a processos para a produção de altos níveis de álcool durante a fermentação de um material vegetal, e a uma cerveja com alto teor de álcool produzida pelo mesmo. A presente invenção se refere também a processos para a produção de grãos secos de alto teor pro-téico para destilação a partir da fermentação de um material vegetal, e aos grãos secos de alto teor protéico para desti- lação produzidos.

Em uma modalidade, a presente invenção se refere a um processo para a produção de etanol a partir de um material vegetal. 0 referido processo inclui triturar um material vegetal para produzir um material vegetal triturado incluindo amido; sacarificar o amido, sem cocção; fermentar o amido incubado; e recuperar o etanol a partir da fermentação. 0 presente processo pode incluir variar a temperatura durante a fermentação. 0 presente processo pode incluir empregar um material vegetal com um tamanho de partícula, de modo que mais de 50% do material seja dimensionado para passar através de uma peneira com 0,5 mm de malha. 0 presente processo pode produzir uma composição que inclui pelo menos 18% volume de etanol.

Em uma modalidade, a presente invenção se refere a um processo para a produção de grãos secos de alto teor pro-téico para destilação a partir de um material vegetal. O referido processo inclui triturar o material vegetal para produzir um material vegetal triturado incluindo amido; produzir açúcares a partir do amido sem cocção; fermentar os açúcares não cozidos para produzir a composição incluindo etanol; e recuperar o grão seco para destilação a partir da fermentação. O grão seco para destilação pode incluir pelo menos cerca de 30% de proteína. O grão seco para destilação pode incluir níveis mais altos de zeína protéica.

Em uma modalidade, a presente invenção se refere a um processo para a produção de etanol a partir do milho. 0 referido processo inclui a produção de amido a partir do mi- lho e etanol a partir do amido; produzir emissões de fumaça mais secas incluindo um nível significativamente mais baixo de compostos orgânicos voláteis do que os produzidos por tecnologias convencionais.

Breve Descrição das Figuras As Figuras IA - 1E, ilustram de forma esquemática uma comparação do rendimento do processo da presente invenção, em comparação ao processo convencional.

As Figuras 2A - 2C ilustram de forma esquemática o efeito das dosagens de glicoamilase e de amilase fúngica á-cida no presente processo.

As Figuras 3A - 3D ilustram de forma esquemática o efeito do tamanho de trituração e da dosagem enzimãtica na eficácia da fermentação no presente processo.

As Figuras 4A - 4C ilustram de forma esquemática o efeito do tamanho de trituração, do tipo de glicoamilase, e da dosagem de amilase fúngica ácida na eficácia da fermentação no presente processo.

As Figuras 5A - 5J ilustram de forma esquemática o efeito dos sólidos secos iniciais e da temperatura no desempenho da fermentação no presente processo.

As Figuras 6A e 6B ilustram de forma esquemática os altos níveis de produção de etanol a partir do processo da presente invenção, por meio da utilização simultânea de sacarificação e de fermentação (SSF) em modos de operação em batelada ou contínuo. A Figura 7 ilustra de forma esquemática que o presente processo manteve baixos níveis de glicerol durante as operações em batelada de SSF. A 8 ilustra de forma esquemática que o presente processo manteve baixos níveis de álcoois amílicos durante as operações em batelada de SSF.

As Figuras 9A e 9B ilustram de forma esquemática que o presente processo manteve baixos níveis de glicose durante os modos de operação de fermentação em batelada ou contínuo de SSF.

As Figuras 10A e 10B ilustram de forma esquemática que o presente processo manteve baixos níveis de maltose durante os modos de operação de fermentação em batelada ou contínuo de SSF.

As Figuras 11A e 11B ilustram de forma esquemática que o presente processo manteve baixos níveis de maltotriose (DP3) durante os modos de operação de fermentação em batelada ou contínuo de SSF.

As Figuras 12A e 12B ilustram de forma esquemática que o presente processo manteve baixos níveis de dextrinas (DP4+) durante os modos de operação de fermentação em batelada ou contínuo de SSF. A Figura 13 ilustra de forma esquemática que o presente processo proporciona impacto na qualidade de DDGS de forma favorável com base na tendência de formação de cobertura.

As Figuras 14A e 14B ilustram de forma esquemática o equilíbrio de massa do presente processo com relação às separações próximas durante a etapa de centrifugação da produção de etanol.

As Figuras 15A - 15D ilustram de forma esquemática que o presente processo proporciona fermentação vantajosa de estoques de alimentos não tradicionais.

As Figuras 16A - 16C ilustram de forma esquemática que o processo da presente invenção é capaz de operação estável em um modo de operação contínuo, sem perda significativa em virtude dc ácido produzir contaminantes bacterianos. A Figura 17 ilustra de forma esquemática que o presente processo é capaz de alcançar baixos níveis de amido residual em um modo de operação contínuo.

Descrição Detalhada da Invenção Definições Como usado aqui, a frase "sem cocção" se refere a um processo para converter amido em etanol sem tratamento de calor para a gelatinização e dextrinização do amido usando alfa-amilase. Em geral, para o processo da presente invenção, "sem cocção" se refere à manutenção da temperatura a-baixo das temperaturas de gelatinização do amido, de modo que a sacarificação ocorre diretamente a partir do amido insolúvel nativo bruto para glicose solúvel enquanto passa por sobre as condições de gelatinização de amido convencionais. As temperaturas de gelatinização de amido estão tipicamente na faixa de 57°C a 93°C, dependendo da fonte do amido e do tipo de polímero. No processo da presente invenção, a dextrinização do amido por meio da utilização de técnicas de liquefação convencionais, não é necessária para a fermentação eficiente do carboidrato no grão.

Como usado aqui, a frase "material vegetal" se re- fere ao total ou parte de qualquer vegetal (por exemplo, grão de cereal), tipicamente um material que inclui amido. Material vegetal adequado inclui grãos tais como mais (milho, por exemplo, milho total triturado), sorgo (milo), cevada, trigo, centeio, arroz, e painço; e colheitas de raízes amilosas, túberos ou raízes tais como batata doce e cassava. 0 material vegetal pode ser uma mistura dos referidos materiais e subprodutos dos referidos materiais, por exemplo, fibras de milho, sabugo de milho, sobras e resíduos de plantas, ou outras celuloses e hemiceluloses que contêm materiais tais como madeira ou resíduos vegetais. Os materiais vegetais adequados incluem milho, seja o milho padrão ou o milho ceroso.

Como usado aqui, os termos "sacarificação" e "sa-carificar" se referem ao processo de converter amido em po-lissacarídeos menores e eventualmente em monossacarídeos, tais como glicose. A sacarificação convencional usa a lique-fação de amido gelatinizado para criar substrato dextriniza-do solúvel cuja enzima glicoamilase se hidrolisa em glicose. No presente processo, a sacarificação se refere à conversão de amido bruto em glicose com enzimas, por exemplo, glicoamilase e amilase fúngica ácida (AFAU). De acordo com o presente processo, o amido bruto não está submetido à liquefa-Ção e à gelatinização convencionais para criar um substrato dextrinizado convencional.

Como usado aqui, uma unidade de atividade de amilase fúngica ácida (AFAU) se refere às unidades padrão No-vozymes para a medição de atividade de amilase fúngica áci- da. As unidades Novozymes são descritas no boletim técnica Novozytnes SOP No.: EB-SM-0259.02/01. As referidas unidades podem ser medidas por meio da detecção de produtos da degradação de amido pela titulação do iodo. Uma unidade é definida como a quantidade de enzima que degrada 5.260 mg de matéria de amido seco por hora sob condições padrão.

Como usado aqui, a unidade de atividade de glicoa-milase (GAU) se refere a unidades Novozymes padrão para a medição da atividade de glicoamilase. As unidades de Novozy-me e os testes de determinação de atividade de glicoamilase são descritos em um boletim técnico de Novozymes disponível ao público.

Como usado aqui, uma unidade de atividade de ami-loglicosidase (AGU) se refere ao padrão de unidades Novozyme para a medição de atividade de amiloglicosidase. As unidades de Novozymes são descritas no boletim técnico Novozymes SOP No.: EB-SM-0131.02/01. As referidas unidades podem ser medidas por detecção de conversão de maltose em glicose. A glicose pode ser determinada ao se usar a reação de desidroge-nase de glicose. 1 unidade é definida como a quantidade de enzima que catalisa a conversão de 1 mmol de maltose por minuto sob determinadas condições.

Como usado aqui, o termo "cerca de" modificando qualquer quantidade, se refere à variação na quantidade encontrada em condições gerais e reais de produção de açúcares e etanol, por exemplo, em um laboratório, em uma instalação piloto, em uma instalação de produção. Por exemplo, uma quantidade de um ingrediente empregada em uma mistura quando modificada por "cerca de" inclui a variação e o grau de cuidado tipicamente empregado na medição da produção de etanol em um laboratório ou instalação. Por exemplo, a quantidade de um componente de um produto quando modificada por "cerca de" inclui a variação entre as bateladas na produção de etanol em laboratório ou instalação, e a variação inerente no processo analítico. Sejam ou não modificadas por "cerca de" as quantidades incluem as equivalentes àquelas quantidades. Qualquer quantidade aqui determinada e modificada por "cerca de" pode também ser empregada na presente invenção como a quantidade não modificada por "cerca de".

Conversão de Amido em Etanol A presente invenção se refere a processos para a produção de altos níveis de álcool durante a fermentação de um material vegetal, e a uma cerveja de alto teor alcoólico sendo produzida. A presente invenção se refere também a processos para a produção de grãos secos de alto teor protéico para destilação a partir da fermentação de um material vegetal, e aos grãos secos de alto teor protéico para destilação produzidos e às emissões mais limpas e secas de fumaça. 0 presente processo converte amido a partir de um material vegetal em etanol. Em uma modalidade, o presente processo pode incluir a preparação de um material vegetal para sacarificação, converter o material vegetal preparado em açúcares sem cocção e fermentar os açúcares. 0 material vegetal pode ser preparado por sacarificação por meio de qualquer um de uma variedade de processos, por exemplo, por trituração, para tornar o amido dispo- nível para sacarificação e fermentação. Em uma modalidade, o material vegetal pode ser triturado de modo a que uma porção substancial, por exemplo, a maioria do material triturado, penetra através de uma peneira com um tamanho de malha de 0,1 mm - 0,5 mm. Por exemplo, em uma modalidade, cerca de 70% ou mais, do material vegetal triturado pode passar por uma peneira de 0,1 mm - 0,5 mm de tela. Em uma modalidade, o material vegetal reduzido pode ser misturado com líquido em cerca de 20% em peso a cerca de 50% em peso ou de cerca de 25% em peso a cerca de 45% em peso de material vegetal reduzido. O presente processo pode incluir a conversão de um material vegetal reduzido em açúcares que podem ser fermentados por um microorganismo tal como levedura. A referida conversão pode ser efetuada por meio de sacarificação de um material vegetal reduzido com uma preparação enzimãtica, tal como uma composição enzimãtica de sacarificação. Uma composição enzimãtica de sacarificação pode incluir qualquer uma de uma variedade de enzimas conhecidas, adequadas para a conversão de um material vegetal reduzido em açúcares de fermentação, tais como amilases (por exemplo, α-amilase e/ou glicoamílase). 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. O presente processo inclui os açúcares de fermentação provenientes de materiais vegetais reduzidos em eta-nol. A fermentação pode ser efetuada por meio de microorganismos, tais como leveduras. Em uma modalidade, a fermenta- ção é conduzida a um pH de cerca de 6 ou menos, por exemplo, de cerca de 4,5 a cerca de 5. Em uma modalidade, o presente processo pode incluir a variação do pH. Por exemplo, a fermentação pode incluir o preenchimento do fermentador em um pH de cerca de 3 a cerca de 4,5 durante a primeira metade do preenchimento, e a um pH de cerca de 4,5 a cerca de 6 durante a segunda metade do ciclo de preenchimento do fermentador. Em uma modalidade, a fermentação é conduzida a uma temperatura de cerca de 25°C a cerca de 40°C ou de cerca de 30°C a cerca de 35°C. Em uma modalidade, durante a fermentação, a temperatura é reduzida 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 primeira 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 horas (por exemplo, 24) a cerca de 150 horas, por exemplo, por cerca de 48 horas (por exemplo, 47) a cerca de 96 horas. O presente processo pode incluir simultaneamente converter um material vegetal reduzido em açúcares e fermentar os referidos açúcares com um microorganismo tal como levedura . O produto do processo de fermentação com é referido aqui como "cerveja". Etanol pode ser recuperado a partir da mistura de fermentação, a partir da cerveja, por qualquer um de uma variedade de processos conhecidos, tais como por destilação. O resíduo restante inclui tanto material sólido quanto líquido. O líquido e o sólido podem ser separados, por exemplo, por centrifugação.

Preparação do Material Vegetal 0 presente processo converte amido a partir de um material vegetal em etanol. 0 material vegetal pode ser reduzido por uma variedade de processos, por exemplo, por tri-turação, para tornar o amido disponível para sacarificação e fermentação. Outros processos de redução de material vegetal são também disponíveis. Por exemplo, o material vegetal, tal como grãos de milho, podem ser triturados com um moinho tipo esfera, laminador, um moinho tipo martelo, ou outro moinho conhecido por triturar material vegetal, e/ou outros materiais com o objetivo de redução de tamanho de partícula. 0 uso de tecnologia de emulsão, pulsação rotatória, e de outros meios de redução de tamanho de partícula podem ser empregados para aumentar a área de superfície do material vegetal e ainda elevar a eficácia de fluxo do meio liquefeito. 0 material vegetal preparado pode ser referido como sendo ou incluindo "amido bruto".

Uma trituração fina expõe mais área de superfície do material de planta, ou material vegetal, e pode facilitar a sacarificação ou fermentação. Em uma modalidade, o material vegetal é triturado de modo a que uma porção substancial, por exemplo, uma grande maioria, do material triturado passa através de uma peneira com um tamanho de malha de 0,1 mm -0,5 mm. Em uma modalidade, cerca de 35% ou mais do material vegetal triturado pode passar através de uma peneira com um tamanho de tela de 0,1 mm - 0,5 mm. Em uma modalidade, cerca de 35% a cerca de 70% do material vegetal triturado pode passar através de uma peneira com um tamanho de malha de 0,1 mm - 0,5 mm. Em uma modalidade, cerca de 50% ou mais do material vegetal triturado pode passar através de uma peneira com um tamanho de malha de 0,1 mm - 0,5 mm. Em uma modalidade, cerca de 90% do material vegetal triturado pode passar através de uma peneira com um tamanho de malha de 0,1 mm -0,5 mm. Em uma modalidade, todo o material vegetal triturado pode passar através de uma peneira com um tamanho de malha de 0,1 mm - 0,5 mm.

Fracionamento Em uma modalidade, o material vegetal pode ser fracionado em um ou mais componentes. Por exemplo, o material vegetal tal como um grão de cereal ou milho pode ser fracionado em componentes tais como fibra (por exemplo, fibra de milho), germe (por exemplo, germe de milho), e uma mistura de amido e proteína (por exemplo, uma mistura de amido de milho e de proteína de milho). Um ou uma mistura dos referidos componentes pode ser fermentada em um processo de acordo com a presente invenção. O fracionamento do milho ou de outro material vegetal pode ser realizado por qualquer um de uma variedade de processos e aparelhos. Por exemplo, um sistema fabricado pela Satake pode ser usado para fracionar o material vegetal tal como milho.

Sacarificação e Fermentação Sacarificação 0 presente processo pode incluir a conversão de um material vegetal reduzido em açúcares que podem ser fermentados por um microorganismo chamado de levedura. A referida conversão pode ser efetuada pela sacarificação do material vegetal reduzido com qualquer um de uma variedade de composições enzimãticas de sacarificação conhecidas. Em uma modalidade, a composição enzimãtica de sacarificação inclui uma amilase, tal como uma alfa amilase (por exemplo, amilase fúngica ácida). A preparação enzimática pode também incluir glicoamilase. A preparação enzimática não precisa incluir, e em uma modalidade, não inclui protease. Entretanto, processos de produção de etanol de acordo com a presente invenção, podem conservar água por meio da reutilização de água de processamento (contracorrente) o que pode conter protease. Em uma modalidade, o presente processo emprega amilase fúngica ácida para a hidrolização do amido bruto. A sacarificação pode ser conduzida sem cocção. Por exemplo, a sacarificação pode ser conduzida ao se misturar uma fonte de composição enzimática de sacarificação (por e-xemplo, enzima comercial), levedura e ingredientes de fermentação com grão triturado e águas de processamento sem cocção. Por exemplo, a sacarificação pode ser conduzida ao se misturar uma fonte de composição enzimática de sacarificação, (por exemplo, uma enzima comercial), levedura, e ingredientes de fermentação com um grão triturado e águas de processamento sem cocção.

Em uma modalidade, a sacarificação pode incluir a mistura de material vegetal reduzido com líquido, o que pode formar uma pasta ou suspensão e adicionar a composição enzimática de sacarificação (por exemplo, pelo menos um de amilase fúngica ácida e glicoamilase) ao líquido. Em uma moda- lidade, o processo inclui uma mistura de material vegetal reduzido e líquido, e então adicionar a composição enzimáti-ca de sacarificação (por exemplo, pelo menos um de amilase fúngica ácida e glicoamilase), de forma alternativa, a adição da composição enzimática pode preceder ou ocorrer simultaneamente com a mistura.

Em uma modalidade, o material vegetal reduzido pode ser misturado com líquido, em cerca de 20% em peso a cerca de 50% em peso, de cerca de 25% em peso a cerca de 45% (por exemplo, 44) em peso, de cerca de 30% em peso a cerca de 40% (por exemplo, 39) em peso, ou cerca de 35% em peso de material vegetal reduzido e seco. Como usado aqui, % em peso de um material vegetal reduzido em um líquido, se refere a um percentual de material vegetal reduzido a substância seca ou sólidos secos. Em uma modalidade, o processo da presente invenção pode converter amido bruto ou nativo (por exemplo, em um material vegetal reduzido) em etanol em uma taxa mais rápida com níveis mais elevados de sólidos secos, em comparação à sacarificação convencional com cocção. Embora não limitando a presente invenção, diferente dos processos convencionais, a mesma não inclui a gelatinização, o que aumenta a viscosidade. Líquidos adequados incluem água e uma mistura de água e água de processamento, tal como resíduo (contracor-rente), água de esfregação, condensado ou destilado do eva-porador, água de retirada lateral da destilação, ou outras águas de processamento de uma instalação de etanol. Em uma modalidade, o líquido inclui água. Em uma modalidade, o li- quido inclui agua em uma mistura com cerca de 1% em volume a cerca de 70% em volume de resíduo, de cerca de 15% em volume a cerca de 50% em volume de resíduo, de cerca de 30% em volume a cerca de 50% em volume de resíduo, ou cerca de 40% em volume de resíduo.

Em um processo convencional que emprega gelatíni-zação e liquefação, os resíduos proporcionam nutrientes para a eficiente fermentação de leveduras, em especial nitrogênio livre de amino (FAN) exigido pela levedura. A presente invenção pode proporcionar fermentação eficaz com níveis reduzidos de resíduos e mesmo sem resíduos adicionados. Em uma modalidade, o presente processo emprega a preparação de um material vegetal que fornece uma quantidade e qualidade suficiente de nitrogênio para a fermentação eficaz sob condições de alta gravidade (por exemplo, na presença de altos níveis de material vegetal reduzido). Assim, em uma modalidade, nenhum ou apenas níveis baixos de resíduos podem ser suficientes.

Entretanto, o presente processo proporciona flexibilidade de empregar altos níveis de resíduo se necessário. O presente processo não emprega liquefação convencional. A liquefação convencional aumenta a viscosidade da mistura de fermentação e dos resíduos resultantes. O presente processo produz resíduos de viscosidade mais baixa. Portanto, em uma modalidade, níveis mais elevados de resíduos podem ser empregados no presente processo sem aumentos de forma prejudicial na viscosidade da mistura de fermentação ou do resíduo resultante.

Ademais, embora não limitando a presente invenção, acredita-se que os processos de sacarificação e de fermentação convencionais necessitem de FAN adicionada, em virtude das indesejáveis "Reações de Maillard" que ocorrem durante a gelatinização e liquefação de alta temperatura. As Reações de Maillard consomem FAN durante a cocção. Como um resultado, o processo convencional necessidade da adição de resíduos para aumentar os níveis de FAN na fermentação. Acredi-ta-se que o presente processo evite as Reações de Maillard induzidas à temperatura e proporcione níveis mais elevados de FAN no material vegetal reduzido, os quais são utilizados de forma eficiente pela levedura na fermentação. A sacarificação pode empregar qualquer um de uma variedade de fontes de enzimas (por exemplo, um microorganismo) , ou composições para produzir açúcares fermentáveis a partir do material vegetal reduzido. Em uma modalidade, a composição enzimãtica de sacarificação inclui uma amilase, tal como uma alfa amilase (por exemplo, amilase fúngica ácida) ou uma glicoamilase.

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, de cerca de 3,5 a cerca de 6,0, de cerca de 4,0 a cerca de 5,0, de cerca de 4,0 a cerca de 4,5, ou de cerca de 4,5 a cerca de 5,0. O pH inicial da mistura de sacarificação pode ser ajustada pela adição, por exemplo, de amônia, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, águas de processamento (por e-xemplo, resíduos (contracorrente), condensados do evaporador (destilado), decantação de decapagem lateral, e semelhante), e semelhante. Atividade de determinadas composições enzimã-tícas de sacarificação (por exemplo, pelo menos uma de ami-lase fúngica ácida e glicoamilase) pode ser aumentada em um pH mais baixo do que as faixas acima.

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

Em uma modalidade, a sacarificação pode ser realizada ao se empregar quantidades de composição enzimãtica de sacarificação (por exemplo, pelo menos um de amilase fúngica ácida e glicoamilase), selecionada para manter baixas concentrações de dextrina na fermentação do caldo. Por exemplo, o presente processo pode empregar quantidades de composição enzimática de sacarificação (por exemplo, pelo menos um de amilase fúngica ácida e glicoamilase), selecionado para manter maltotriose (DP3) em níveis de ou inferiores a cerca de 0,2% em peso ou em um de ou inferior a 0,1% em peso. Por e-xemplo, o presente processo pode empregar quantidades de composição enzimãtica de sacarificação (por exemplo, pelo menos um de amilase fúngica ácida e glicoamilase), selecionada para manter dextrina com um grau de polimerização de 4 ou mais (DP4 + ) a níveis em ou inferiores a cerca de 1% em peso ou em ou inferiores a 0,5% em peso. De modo a manter baixos os níveis de maltotriose e/ou DP4+, níveis adequados de amilase fúngica ácida e de glicoamilase incluem cerca de 0,3 AFAU/grama a cerca de 3 AFAU/grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) de amilase fúngica ácida e cerca de 1 AGU por grama a cerca de 2,5 (por exemplo, 2,4) AGU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) de glicoamilase. Em uma modalidade, a mistura de reação inclui de cerca de 1 AFAU/grama a cerca de 2 AFAU/grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) de amilase fúngica ácida e cerca de 1 AGU por grama a cerca de 1,5 AGU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) de glicoamilase.

Em uma modalidade, a sacarificação pode ser realizada ao se empregar quantidades de composição enzimãtica de sacarificação (por exemplo, pelo menos um de amilase de fúngica ácida e glicoamilase), selecionadas para manter baixas concentrações de maltose na fermentação do caldo. Por exemplo, o presente processo pode empregar quantidades de composição enzimãtica de sacarificação (por exemplo, pelo menos um de amilase fúngica ácida e glicoamilase) selecionada para manter maltose em níveis de ou inferiores a 0,3% em peso. Para manter baixos os níveis de maltose, níveis adequados de amilase fúngica ácida e de glicoamilase incluem de cerca de 0,3 AFAU/grama a cerca de 3 AFAU/grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) de amilase fúngica ácida e cerca de 1 AGU por grama a cerca de 2,5 (por exemplo, 2,4) AGU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) de glicoamilase. Em uma modalidade, a mistura de reação inclui de cerca de 1 AFAU/grama a cerca de 2 AFAU/grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) de amilase fúngica ácida e cerca de 1 AGU por grama a cerca de 1,5 AGU por gra- ma de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) de glicoamilase.

Amilase Fúngica Ácida Em determinadas modalidades, o presente processo emprega uma α-amilase. A α-amilase pode ser uma caracterizada por sua capacidade de hidrolisar carboidratos sob condições acídicas. Uma amilase produzida pelos fungos e capaz de hidrolisar carboidratos sob condições acídicas, é referida aqui como uma amilase fúngica ácida, e é também conhecida como uma a-amilase fúngica estável em ácido. Amilase fúngica ácida pode catalisar a hidrólise do amido parcialmente hi-drolisado e dos grandes oligossacarídeos em açúcares tais como glicose. A amilase fúngica ácida que pode ser empregada no presente processo pode ser caracterizada por sua capacidade de ajudar na hidrólise do amido bruto ou nativo, intensificando a sacarificação proporcionada pela glicoamilase. Em uma modalidade, a amilase fúngica ácida produz mais mal-tose do que as a-amilases convencionais (por exemplo, bacte-riana).

Amilase fúngica ácida adequada pode ser isolada a partir de qualquer uma de uma variedade de espécies fúngi-cas, incluindo, as espécies Aspergillus, Rhizopus, Mucor, Candida, Coriolus, Endothia, Enthomophtora, Irpex, Penicil-lium, Sclerotium e Torulopsis. Em uma modalidade, a amilase fúngica ácida é termicamente estável e é isolado das espécies Aspergillus, tais como A. niger. A. saitoi ou A. ory-zae, a partir das espécies Mucor tais como M. pusillus ou M. miehei, ou a partir das espécies Endothia tais como E. parasítíca. Em uma modalidade, a amílase fúngica ácida é isolada a partir de Aspergillus niger. A atividade de ami-lase fúngica ácida pode ser fornecida como uma atividade na preparação da glicoamilase, ou a mesma pode ser adicionada como uma enzima separada. Uma amilase de amilase fúngica ácida adequada pode ser obtida a partir de Novozymes, por exemplo, em combinação com glicoamilase. A quantidade de amilase fúngica ácida empregada no presente processo pode variar de acordo com a atividade enzimática da preparação da amilase. Quantidades adequadas incluem de cerca de 0,1 unidade de amilase fúngica ácida (AFAU) por grama a cerca de 10 AFAU/grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, sólidos secos de milho (DSC)). Em uma modalidade, a mistura de reação pode incluir de cerca de 0,3 unidade de AFAU por grama a cerca de 3 AFAU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) . Em uma modalidade, a mistura de reação pode incluir de cerca de 1 unidade de AFAU por grama a cerca de 2 AFAU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC).

Glicoamilase Em determinadas modalidades, o presente processo pode empregar uma glicoamilase. A glicoamilase é também conhecida como amiloglicosidase e apresenta um nome sistemático de 1,4-alfa-D-glican glicoidrolase (E.C. 3.2.1.3). Glicoamilase se refere a uma enzima que remove sucessivas unidades de glicose a partir de extremidades de não redução de amido. Por exemplo, determinadas glicoamilases podem hidro- lisar tanto as ligações lineares como as ramificadas glico-sídicas de amido, amilose e amilopectina. Uma variedade de glicoamilases adequadas são conhecidas e comercialmente o-ferecidas. Por exemplo, fornecedores tais como Novozymes e Genencor proporcionam glicoamilases. As glicoamilases podem ser de origem fúngica. A quantidade de glicoamilase empregada no presente processo pode variar de acordo com a atividade enzimãti-ca da preparação de amilase. Quantidades adequadas incluem de cerca de 0,1 unidades de glicoamilase por grama (AGU) a cerca de 6,0 AGU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) . Em uma modalidade, a mistura de reação pode incluir de cerca de 1 AGU por grama a cerca de 3 AGU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) . Em uma modalidade, a mistura de reação pode incluir de cerca de 1 AGU por grama a cerca de 2,5 (por exemplo, 2,4) AGU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) . Em uma modalidade, a mistura de reação pode incluir de cerca de 1 AGU por grama a cerca de 2 AGU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC), Em uma modalidade, a mistura de reação pode incluir de cerca de 1 AGU por grama a cerca de 1,5 AGU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC). Em uma modalidade, a mistura de reação pode incluir de cerca de 1,2 AGU por grama a cerca de 1,5 AGU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) .

Fermentação 0 presente processo inclui a fermentação de açúcares provenientes de material vegetal reduzido em etanol. A fermentação pode ser efetuada por um microorganismo, tal como levedura. A mistura de reação não precisa, e em alguma modalidade não inclui protease. Entretanto, as águas de processamento podem conter protease. A quantidade de protease pode ser inferior àquela usada nos processos convencionais. De acordo com a presente invenção, a fermentação é conduzida em uma composição de amido que não foi cozida. Em uma modalidade, o presente processo de fermentação produz álcool potável. Álcool potável apresenta apenas níveis não tóxicos aceitáveis de outros álcoois, tais como ãlcoois a-milicos. A fermentação pode incluir colocar em contato uma mistura que inclui açúcares a partir de um material vegetal reduzido, com levedura em condições adequadas para o desenvolvimento de leveduras e de produção de etanol. Em uma modalidade, a fermentação emprega a mistura de sacarificação.

Qualquer uma de uma variedade de leveduras pode ser empregada como a levedura de partida no presente processo. Leveduras adequadas incluem qualquer uma de uma variedade de leveduras comercialmente oferecidas, tais como as cepas comerciais de Sacchãromyces cerevísiae. Cepas adequadas incluem "Fali" (Fleischmann1s), Thermosac (Alltech), Ethanol Red (LeSafre), BioFerm AFT (North American Biopro-ducts), e semelhante. Em uma modalidade, a levedura é selecionada para proporcionar taxas de rápido desenvolvimento e de fermentação na presença de alta temperatura e altos níveis de etanol. Em uma modalidade, foi observado que as le- veduras Fali, proporcionam bom desempenho como medido pelo teor de álcool final superior a cerca de 17% por volume. A quantidade de levedura de partida empregada é selecionada de modo a produzir de forma eficaz uma quantidade de etanol comercialmente significativa em um tempo a-dequado, por exemplo, menos de 75 horas. A levedura pode ser adicionada à fermentação por qualquer um de uma variedade de processos conhecidos para a adição de levedura em processos de fermentação. Por exemplo, leveduras de partida podem ser adicionadas como uma batelada seca, ou por condicionamento/propagação. Em uma modalidade, a levedura de partida é adicionada como uma simples inoculação. Em uma modalidade, a levedura é adicionada à fermentação durante o preenchimento do fermentador a taxas de 2,26 kg (5 libras) a 45,35 kg (100 libras) de levedura seca ativa (ADY) por 454,6 litros (100.000 galões) de massa de fermentação. Em uma modalidade, a levedura pode ser aclimatada ou condicionada para incubação em cerca de 2,26 kg (5 libras) a 22,68 kg (50 libras) de (ADY) por volume de 45,46 litros (10.000 galões)do volume do fermentador em um tanque de pré-fermentação ou de propagação. A incubação pode ser de 8 hora a 16 horas durante o estágio de propagação, o que é também aerado para incentivar o desenvolvimento da levedura. 0 pré-fermentador usado para inocu-lar o fermentador principal pode ser de cerca de 1% a 10% por capacidade de volume do fermentador principal, por e-xemplo, de cerca de 2,5% a 5% por capacidade de volume com relação ao fermentador principal.

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, de cerca de 3,5 a cerca de 6, de cerca de 4 a cerca de 5, de cerca de 4 a cerca de 4,5, ou de cerca de 4,5 a cerca de 5. O pH inicial da mistura de reação pode ser ajustado pela adição, por exemplo, de amônia, ácido sulfúrico, ácido fos-fórico, águas de processamento, (por exemplo, resíduos (contracorrente), condensados do evaporador (destilado}, decantação de decapagem lateral, e semelhante), e semelhante.

Embora não limitando a presente invenção, acredita-se que as leveduras de destilação conhecidas, se desenvolvam bem em uma faixa de pH de cerca de 3 a cerca de 6, mas são mais tolerantes em pH's inferiores a 3,0 do que a maioria das cepas bacterianas contaminantes.

Em uma modalidade, o presente processo pode incluir a variação do pH. Acredita-se que a variação do pH pode ser conduzida para reduzir a probabilidade da contaminação precoce em fermentação e/ou para aumentar o desenvolvimento e fermentação durante os estágios posteriores de fermentação. Por exemplo, a fermentação pode incluir o preenchimento do fermentador a um pH de cerca de 3 a cerca de 4,5 durante a primeira metade do preenchimento. A fermentação pode incluir aumentar a pasta de pH a um pH de cerca de 4,5 a cerca de 6 durante a segunda metade do ciclo de preenchimento do fermentador. A fermentação pode incluir manter o pH ao se adicionar uma pasta de substrato fresco no pH desejado como descrito acima. Em uma modalidade, durante a fermentação Capôs o preenchimento) , o pH não é ajustado. Em vez disto, na presente modalidade, o pH é determinado pelo pH dos componentes durante o preenchimento.

Em uma modalidade, o pH é reduzido a cerca de cinco (5) ou inferior nas águas de processamento de milho. Em uma modalidade, o pH é de cerca de 4 (por exemplo, 4,1) no início do preenchimento de fermentação e é aumentado a cerca de pH 5 (por exemplo, 5,2) em direção ao final do preenchimento de fermentação. Em uma modalidade, o processo inclui interromper o controle de pH da massa de pasta após a cultura de levedura se tornar estabelecida durante o processo i-nicíal de preenchimento do fermentador, e então permitir que o pH se desvie para cima nas águas de processamento de milho durante os estágios finais do preenchimento do fermentador.

Em uma modalidade, a fermentação é conduzida por cerca de 25 horas (por exemplo, 24) a cerca de 150 horas, de cerca de 25 horas (por exemplo, 24) a cerca de 96 horas, de cerca de 40 horas a cerca de 96 horas, de cerca de 45 (por exemplo, 44) a cerca de 96 horas, de cerca de 48 horas (por exemplo, 47), a cerca de 96 horas. Por exemplo, a fermentação pode ser conduzida por cerca de 30 horas, cerca de 4 0 horas, cerca de 50 horas, cerca de 60 horas, 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.

Em uma modalidade, a fermentação é conduzida a uma temperatura de cerca de 25°C acerca de 40°C, ou de cerca de 30°C a cerca de 35°C. Em uma modalidade, durante a fermentação a temperatura é reduzida 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 fermentação, a temperatura pode ser tão alta quanto 37,22°C (99 °F) e então reduzida a cerca de 26,11°C (79°F). Esta redução de temperatura pode ser coordenada com maiores titulações de etanol {%} no fermentador.

Em uma modalidade, o presente processo inclui a preparação de sólidos. A preparação dos sólidos inclui o preenchimento a um nível desproporcionalmente maior de sólidos durante a fase inicial do ciclo de preenchimento do fermentador, para aumentar as taxas de fermentação iniciais. A concentração de sólidos da massa que entra no fermentador pode então ser reduzida na medida em que a titulação de etanol aumenta e/ou na medida em que o ciclo de preenchimento do fermentador se aproxima da conclusão. Em uma modalidade, a concentração de sólidos pode ser de cerca de 40% (por e-xemplo, 41%) durante a primeira metade do preenchimento de fermentação. Esta pode ser reduzida a cerca de 25% após o fermentador estar a 50% cheio e prosseguindo até o ciclo de preenchimento de fermentador seja concluído. No exemplo acima, a referida estratégia resulta em um fermentador completo com teor de sólidos a 33%.

Acredita-se que a preparação dos sólidos pode acelerar as taxas de hidrólise de enzima e encorajar o rápido início para a fermentação ao usar sólidos de preenchimento inicial mais rápidos. Acredita-se que a redução de sólidos na última metade de preenchimento possa reduzir os efeitos da tensão relacionada à pressão osmótica na levedura. Ao manter os sólidos de preenchimento de fermentador total den- tro de uma faixa especificada de capacidade de fermentação, a preparação dos sólidos aprimora a capacidade da levedura de fermentar massas de alta gravidade em direção ao final da fermentação.

Sacarificação e Fermentação Simultâneas 0 presente processo pode incluir simultaneamente converter material vegetal reduzido em açúcares e fermentar os referidos açúcares com um microorganismo tal como levedura. Sacarificação e fermentação simultâneas pode ser realizada ao se usar os reagentes e as condições descritas acima para a sacarificação e a fermentação.

Em uma modalidade, a sacarificação e a fermentação são conduzidas a uma temperatura de cerca de 25°c a cerca de 40°C ou de cerca de 30°C a cerca de 35°C. Em uma modalidade, durante a sacarificação e a fermentação, a temperatura é reduzida de cerca de 40°C a cerca de 25°C ou de cerca de 35°C a cerca de 30°C durante a primeira metade da sacarificação, e a temperatura é mantida a uma temperatura mais baixa para a segunda metade da sacarificação.

Embora não limitando a presente invenção, acredita-se que temperaturas mais altas no início durante a sacarificação e a fermentação, pode aumentar a conversão do amido em açúcar fermentãvel quando as concentrações de etanol são baixas. Isto pode ajudar no aumento do rendimento do e-tanol. Em concentrações de etanol mais altas, o referido álcool pode afetar adversamente a levedura. Assim, acredita-se que temperaturas mais baixas mais tarde durante a sacarificação e a fermentação, sejam benéficas para reduzir a tensão na levedura. Isto pode ajudar a aumentar o rendimento do e-tanol.

Ainda não limitando a presente invenção, acredita-se que as altas temperaturas cedo durante a sacarificação e a fermentação possam reduzir a viscosidade durante pelo menos uma porção da fermentação. Isto ode ajudar no controle da temperatura. Acredita-se também que temperaturas mais baixas posteriores durante a sacarificação e a fermentação sejam benéficas para reduzir a formação de glicose após a levedura ter parado a fermentação. A formação tardia da glicose pode ser prejudicial â cor dos subprodutos de grão seco de destilação.

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, de cerca de 3,5 a cerca de 6, de cerca de 4 a cerca de 5, de cerca de 4 a cerca de 4,5, ou de cerca de 4,5 a cerca de 5. 0 pH inicial da mistura de sacarificação e fermentação pode ser ajustado pela adição, por exemplo de amônia, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, águas de processamento (por exemplo, resíduos (contracorrente), condensados do evaporador (destilado), decantação de decapagem lateral, e semelhante), e semelhante.

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

Em uma modalidade, a sacarificação e a fermentação simultâneas podem ser realizadas ao se empregar quantidades de enzimas e leveduras selecionadas para manter altas concentrações de levedura e altos níveis de germinação de levedura no caldo de fermentação. Por exemplo, o presente processo pode empregar quantidades de enzimas e leveduras selecionadas para manter a levedura em ou acima de cerca de 300 células/mL ou em ou em cerca de 300 a cerca de 600 célu-las/mL.

Em uma modalidade, a sacarificação e fermentação simultâneas podem ser realizadas ao se empregar quantidades de enzimas e leveduras para efetuar a fermentação sem nitrogênio exógeno adicionado; sem protease adicionada; e/ou sem adição de contracorrente. Contracorrente pode ser adicionada, se desejado, para consumir água de processamento e para reduzir a quantidade de água de refugo produzida pelo processo. Ademais, o presente processo mantém baixa viscosidade durante a sacarificação e fermentação.

Por exemplo, sacarificação e fermentação simultâneas podem empregar amilase fúngica ácida em cerca de 0,1 AFAU a cerca de 10 AFAU por grama de material vegetal redu- zido a sólidos secos (por exemplo, DSC) e glicoamilase era cerca de 0,5 AGU a cerca de 6 AGU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC). Por exemplo, a sacarificação e fermentação simultâneas pode empregar amilase fúngica ácida em cerca de 0,3 AFAU a cerca de 3 AFU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) e glicoamilase em cerca de 1 AGU a cerca de 3 AGU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC). Por exemplo, a sacarificação e fermentação simultâneas podem empregar amilase fúngica ácida em cerca de 1 AFAU a cerca de 2 AFU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) e glicoamilase em cerca de 1 AGU a cerca de 1,5 AGU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) .

Em uma modalidade, a sacarificação e fermentação simultâneas podem ser realizadas ao se empregar quantidades de enzima e de leveduras selecionadas de modo a manter baixa a concentração de glicose no caldo de fermentação. Por exemplo, o presente processo pode empregar quantidades de enzimas e leveduras selecionadas para manter os níveis de glicose em níveis de ou inferiores a cerca de 2% em peso, em níveis de ou inferiores a 1% em peso, em níveis de ou inferiores a 0,5% em peso, ou em níveis de ou inferiores a 0,1% em peso. Por exemplo, o presente processo pode empregar quantidades de enzima e de levedura selecionadas para manter a glicose em níveis de ou inferiores a cerca de 2% em peso durante a sacarificação e fermentação. Por exemplo, o presente processo pode empregar quantidades de enzima e de levedura selecionadas para manter a glicose em níveis de ou inferiores a cerca de 2% em peso a partir de 0 - 10 horas (ou a partir de 0 a cerca de 15% do tempo) de sacarificação e fermentação. Por exemplo, o presente processo pode empregar quantidades de enzimas e leveduras selecionadas para manter a glicose em níveis de ou inferiores a cerca de 1% em peso, em níveis de ou inferiores a 0,5% em peso, ou em níveis de ou inferiores a 0,1% em peso, a partir de 12 - 54 horas (ou de cerca de 15% a cerca de 80% do tempo) de sacarificação e fermentação. Por exemplo, o presente processo pode empregar quantidades de enzimas e leveduras selecionadas para manter a glicose em níveis de ou inferiores a cerca de 1% em peso, a partir de 54 - 66 horas (ou de cerca de 80% a cerca de 100% do tempo) de sacarificação e fermentação. Níveis adequados de enzima incluem amilase fúngica ácida em cerca de 0,3 AFAU a cerca de 3 AFAU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) e glicoamilase de cerca de 1 AGU a cerca de 3 AGU de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC). Por exemplo, a sacarificação e fermentação simultâneas podem empregar amilase fúngica ácida em cerca de 1 AFAU a cerca de 2 AFAU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) e glicoamilase de cerca de 1 AGU a cerca de 1,5 AGU de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC).

Em uma modalidade, a sacarificação e fermentação simultâneas podem ser realizadas ao se empregar quantidades de enzima e levedura selecionadas para manter baixas as concentrações de maltose (DP2) no caldo de fermentação. Por exemplo, o presente processo pode empregar quantidades de enzimas e leveduras selecionadas para manter a maltose em níveis de ou inferiores a cerca de 0,5% em peso, ou em níveis de ou inferiores a 0,2% em peso. Níveis adequados de enzima incluem amilase fúngica ãcida em cerca de 0,3 AFAU a cerca de 3 AFAU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) e glicoamilase de cerca de 1 AGU a cerca de 3 AGU de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC). Por exemplo, a sacarificação e fermentação simultâneas podem empregar amilase fúngica ãcida em cerca de 1 AFAU a cerca de 2 AFAU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) e glicoamilase de cerca de 1 AGU a cerca de 1,5 de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC).

Em uma modalidade, a sacarificação e fermentação simultâneas pode ser realizada ao se empregar quantidades de enzima e levedura selecionadas para manter baixas as concentrações de maltotriose (DP3) em níveis de ou inferiores a cerca de 0,5% em peso, ou em níveis de ou inferiores a 0,2% em peso, ou em níveis de ou inferiores a 0,1% em peso. Por exemplo, o presente processo pode empregar quantidades de enzimas e leveduras selecionadas para manter a dextrina com um grau de polimerização de 4 ou mais (DP4+) em níveis de ou inferiores a 1% em peso ou em níveis de ou inferiores a 0,5% em peso. Níveis adequados de enzima incluem amilase fúngica ácida em cerca de 0,3 AFAU a cerca de 3 AFAU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por e-xemplo, DSC) e glicoamilase de cerca de 1 AGU a cerca de 3 AGU de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC). Por exemplo, a sacarificação e fermentação simultâneas podem empregar amilase fúngica ácida em cerca de 1 AFAU a cerca de 2 AFAU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) e glicoamilase de cerca de 1 AGU a cerca de 1,5 AGU de sólidos secos de material vegetal reduzido (por exemplo, DSC).

Em uma modalidade, a sacarificação e fermentação simultâneas podem ser realizadas ao se empregar quantidades de enzima e levedura selecionadas para manter baixas as concentrações de ãlcoois amílicos no caldo de fermentação. Por exemplo, o presente processo pode empregar quantidades de enzimas e leveduras selecionados para manter os álcoois amílicos em níveis de ou inferiores a 0,4% em peso a cerca de 0,5% em peso. Níveis adequados de enzima incluem amilase fúngica ácida em cerca de 0,3 AFAU a cerca de 3 AFAU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por e-xemplo, DSC) e glicoamilase de cerca de 1 AGU a cerca de 3 AGU de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC). Por exemplo, a sacarificação e fermentação simultâneas podem empregar amilase fúngica ácida em cerca de 1 AFAU a cerca de 2 AFAU por grama de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) e glicoamilase de cerca de 1 AGU a cerca de 1,5 AGU de material vegetal reduzido a sólidos secos (por exemplo, DSC) .

Ingredientes Adicionais para a Sacarificação e/ou Fermentação A mistura de sacarificação e/ou fermentação pode incluir ingredientes adicionais para aumentar a eficácia do processo. Por exemplo, a mistura pode incluir nutrientes a-dicionais (por exemplo, micro nutrientes de levedura), antibióticos, sais, enzimas adicionadas e semelhante. Os nutrientes podem ser derivados de resíduos ou de contracorrente adicionados ao líquido. Sais adequados podem incluir sais de zinco ou de magnésio, tais como sulfato de zinco, sulfato de magnésio, e semelhante. Enzimas adicionadas adequadas incluem aquelas adicionadas aos processos convencionais, tais como protease, fitase, celulase, hemicelulase, enxo- e endo-glicanase, xilanase, e semelhante.

Recuperação do Etanol a partir da Cerveja 0 produto do processo de fermentação é referido aqui como "cerveja". Por exemplo, a fermentação do milho produz "cerveja de milho". 0 etanol pode ser recuperado a partir da mistura de fermentação, a partir da cerveja, por meio de qualquer um de uma variedade de processos conhecidos. Por exemplo, o etanol pode ser recuperado por destilação. 0 resíduo restante inclui tanto o material líquido como o sólido. 0 líquido e o sólido podem ser separados, por exemplo, por centrifugação. 0 líquido recuperado, resíduo magro, pode ser empregado pelo menos como parte do líquido para a formação da mistura de sacarificação e fermentação para rodadas ou bateladas subseqüentes.

Os sólidos recuperados, grãos secos de destilação, incluem os grãos sólidos não fermentados, e os sólidos de leveduras usados. 0 resíduo magro pode ser concentrado em um xarope, o qual pode ser adicionado aos grãos secos de desti-lação e a mistura então é seca para formar os grãos secos de destilação mais solúveis. Os grãos secos de destilação e/ou os grãos secos de destilação mais solúveis podem ser comercializados como alimentação para animais.

Queima dos Resíduos de Amido para Fermentação Subsequente Em uma modalidade, o presente processo pode incluir o tratamento a quente da cerveja ou do resíduo, por exemplo, entre o deposito de cerveja e a destilação. 0 referido tratamento a quente pode converter amidos em dextrinas e a-çúcares para a fermentação subseqüente em um processo conhecido como queima. A referida etapa de tratamento pode também reduzir incrustações das bandejas de destilação e das superfícies de troca de calor do evaporador. Em uma modalidade, o estágio de tratamento a quente pode ser realizado no resíduo total. Seguindo o tratamento enzimãtíco dos amidos residuais, em uma modalidade, as dextrinas e os açúcares resultantes podem ser fermentados dentro do processo de fermentação principal como uma contracorrente reciclada ou processada em um trem de fermentação separado para produção de etanol.

Fracionamento de Sólidos a partir da Fermentação Grandes peças de germe e de fibra podem fermentar o amido residual no fermentador. Após a fermentação, as frações podem ser removidas antes ou após a destilação. A remoção pode ser efetuada com um "desnatador" de superfície antes da destilação. Em uma modalidade, peneiração pode ser realizada na cerveja. 0 material peneirado pode então ser separado a partir da mistura de etanol/água, por exemplo, por centrifugação e secagem em um tambor de vapor giratório, que pode remover os resíduos de etanol a partir da pasta. Em modalidades nas quais as fibras grandes e peças de germe são removidas antes da destilação do volume de cerveja, uma coluna de retirada separada para a.corrente de fibra/germe pode ser utilizada. De forma alternativa, a fibra e o germe podem ser removidos por peneiração do resíduo total após a destilação.

Em uma modalidade, todos os componentes são misturados e secos juntos. As fibras e os germes podem ser removidos a partir do produto acabado por aspiração e/ou classificação de tamanho. A fibra proveniente de DDGS pode ser aspirada. A remoção da fibra por aspiração após a secagem aumentou a quantidade de óleo e de proteína no DDGS residual de 0,2% a 1,9% e de 0,4% a 1,4%, respectivamente. A quantidade de NDF no DDGS residual diminuiu de 0,1% a 2,8%.

Em uma modalidade, o fracionamento pode empregar as fibras grandes e as pecas de germe para aumentar o tamanho de partícula daquela parte do DDGS derivada do endosper-ma, assim como aprimorar a capacidade de carregamento do xarope. Um anel desintegrador secador pode proporcionar alguma redução de tamanho de partícula e homogeneização.

Fermentação Contínua O presente processo pode ser operado por meio de um processo em etapas ou contínuo. Um processo contínuo envolve mover (bombear) as misturas de sacarificação e/ou fermentação através de uma série de recipientes (por exemplo, tanques) para proporcionar a duração suficiente do processo. Por exemplo, um sistema de fermentação de múltiplos estágios pode ser empregado para um processo continuo com 48 horas -96 horas de tempo de estadia. Por exemplo, um material vegetal reduzido pode ser alimentado na parte superior do primeiro recipiente para sacarificação e fermentação. A mistura incubada e parcialmente fermentada pode então ser arrastada para fora pelo fundo do primeiro recipiente e alimentada pela parte superior do segundo recipiente, e assim por diante.

Embora não limitando a presente invenção, acredita-se que o presente processo seja mais adequado do que os processos convencionais para funcionamento como um processo contínuo. Acredita-se que o presente processo proporciona uma oportunidade reduzida de desenvolvimento de organismos de contaminação em um processo contínuo. Atualmente, a maioria das instalações de etanol triturado e seco, emprega a tecnologia de fermentação por etapas. Isto ocorre em parte em virtude da dificuldade de evitar perdas em função de contaminação dos referidos processos convencionais. Para uma fermentação contínua eficiente com o uso de tecnologia de liquefação tradicional, a crença convencional é de que um estágio de sacarificação separado antes da fermentação é necessário, para pré-sacarificar a malha para fermentação. A referida pré-sacarificação garante que haja glicose fermen-tável adequada para o processo de fermentação contínuo. 0 presente processo alcança uma produção eficiente de altas concentrações de etanol sem o estágio de liquefação ou de sacarificação antes da fermentação. Isto é surpreen- dente uma vez que a prática convencional ensina que é necessário se ter níveis adequados de açúcares fermentáveis durante o processo de fermentação quando praticado em modo contínuo. De modo diferente, o presente processo pode proporcionar baixas concentrações de glicose e uma fermentação eficiente. No presente processo, parece que a glicose seja rapidamente consumida pelas células de levedura de fermentação. Acredita-se que os referidos baixos níveis de glicose reduzam a tensão na levedura, tal como a tensão provocada pela inibição osmótica e pelas pressões de contaminação bac-teriana. De acordo com a presente invenção, os níveis de e-tanol superiores a 18% em volume podem ser alcançados em cerca de 45 horas a cerca de 96 horas.

Cerveja de Alto Teor Alcoólico A presente invenção se refere a uma cerveja de alto teor alcoólico. Em uma modalidade, o processo da presente invenção produz cerveja contendo mais de 18% em volume de etanol. 0 presente processo pode produzir a referida cerveja de alto teor de álcool em cerca de 4 0 horas a cerca de 96 horas ou em cerca de 45 horas a cerca de 96 horas. Em uma modalidade, a cerveja inclui 18% em volume a cerca de 23% em volume de etanol. Por exemplo, o presente processo pode produzir um teor de álcool no fermentador de 18% a 23% em volume em cerca de 45 horas a 96 horas.

Apenas como exemplo, o presente processo pode produzir um teor de álcool no fermentador de 18% a 23% em volume em cerca de 45 horas a 96 horas. Em determinadas modalidades, a maior parte do álcool (80% ou mais da concentração final) é produzida nas primeiras 45 horas. Então, de 2% em volume a 5% em volume adicionais de álcool podem ser produzidos nas 12 horas - 48 horas finais. As concentrações de etanol de cerca de 23% em volume podem ser alcançadas com um tempo de fermentação de até 96 horas. Pode ser economicamente vantajoso se coletar após 48 horas a 72 horas de fermentação para aumentar a produtividade do fermentador. A presente cerveja pode inclui o referido alto teor de etanol, mesmo quando inclui altos níveis de amido residual. Por exemplo, a presente cerveja pode incluir etanol de 18% em volume a 23% em volume quando contém de 0% a 30% de amido residual. A presente cerveja pode conter amidos residuais tão baixos quanto 0% a tão alto quanto 20% de amido residual.

Por medidas convencionais, altos níveis de amido residuais indicam uma fermentação ineficaz, o que produz a-penas baixos níveis de etanol. De forma diferente, embora não limitando a presente invenção, acredita-se que o presente processo resulte em menos produtos de reação do tipo de Maillard e em uma fermentação de levedura mais eficiente (por exemplo, níveis reduzidos de metabólitos secundários). Acredita-se que isto ocorra em virtude dos baixos níveis de glicose e das baixas temperaturas do presente processo em comparação â sacarificação e liquefação convencionais. Assim, o presente processo pode produzir mais álcool mesmo com níveis mais altos de amido residual.

Em uma modalidade, a presente cerveja inclui menos subprodutos residuais do que as cervejas convencionais, em- bora o amido residual possa ser mais alto. Por exemplo; a glicose, maltose residuais e dextrinas superiores (DP3+) podem ser tanto quanto 0,8% em peso mais baixo do que nas cervejas convencionais produzidas sob condições de fermentação similares. Apenas como exemplo adicional, glicerol residual pode ser tanto quanto 45% em peso ou menos. Ácido lãctico e óleos inferiores podem também ser significativamente reduzidos. Por exemplo, a presente cerveja pode incluir menos do que ou igual a cerca de 0,2% em peso de glicose, cerca de 0,4% em peso, cerca de 0,1% em peso de DP3, DP4+ indetectã-vel, 0,45% em peso de glicerol, cerca de 0,01% em peso de ácido láctico, e/ou cerca de 0,4% em peso de óleos inferiores.

Grãos Secos de Destilação Grãos Secos de Destilação de Alto Teor Protéico A presente invenção se refere também a um produto de grão seco de destilação. O grão seco de destilação pode também incluir níveis elevados de uma ou mais proteínas, gordura, fibra (por exemplo, fibra detergente neutra (NDF)), e amido. Por exemplo, o grão seco de destilação pode incluir 34% ou mais em peso de proteína ou de cerca de 30% em peso a cerca de 45% em peso de proteína, ou de cerca de 1% em peso a cerca de 2% em peso a mais de proteína do que o produzido por processos convencionais. Por exemplo, o grão seco de destilação pode incluir 15% em peso ou mais de gordura, de cerca de 13% em peso a cerca de 17% em peso de gordura, ou de cerca de 1% em peso a cerca de 6% em peso a mais de gordura do que o produzido pelo processo convencional. Por e- xemplo, o grão seco de destilação pode incluir 31% em peso ou mais de fibra, de cerca de 23% em peso a cerca de 37% em peso de fibra, ou de cerca de 3% em peso a cerca de 13% em peso a mais de fibra do que o produzido por processos convencionais. Por exemplo, o grão seco de destilação pode incluir de 12% em peso a mais de amido, de cerca de 1% em peso a cerca de 23% em peso, ou de cerca de 1% em peso a cerca de 18% em peso a mais de amido do que o produto pelo processo convencional.

Em uma modalidade, o presente grão seco de destilação inclui níveis elevados de vitaminas B, vitamina C, vitamina E, ácido fólico, e/ou vitamina A, em comparação aos produtos de grão seco de destilação convencionais. 0 presente grão seco de destilação apresenta uma coloração ouro mais rica em comparação aos produtos de grais secos de destilação convencionais.

Grão Seco de Destilação com Características Físicas Aprimoradas A presente invenção também se refere a um grão seco de destilação com uma ou mais características físicas a-primoradas, tais como reduzida formação de pasta ou compactação ou aumento da capacidade de fluxo. 0 presente processo pode produzir um grão seco de destilação aprimorado.

Embora não limitando a presente invenção, acredita-se que o presente processo possa produzir sólidos de fermentação que incluem formas de peso molecular mais elevado de carboidratos. Acredita-se que os referidos sólidos de fermentação sejam capazes de exibir temperatura de transição de vidro mais elevada (isto é, Valores de Tg mais elevados). Por exemplo, os amidos residuais apresentam um elevado valor de Tg. Assim, através do controle do teor de amido em DDG e DDGS, o presente processo pode fabricar DDG e DDGS com valores alvo de Tg.

Ademais, de acordo com a presente invenção, a adição de uma mistura de xarope alcalino (por exemplo, xarope mais cal ou outro material alcalino adicionado) aos sólidos de fermentação (por exemplo, grãos secos de destilação) pode proporcionar redução de pasta ou de compactação ou aumentar a capacidade de fluxo ao grão seco de destilação com os solúveis (DDGS).

Embora não limitando a presente invenção, acredi-ta-se que os ácidos orgânicos tais como ácido lãctico, ácido acético e ácido succínico, que são produzidos na fermentação, apresentam um valor de Tg mais baixo do que os seus sais de cálcio correspondentes. A manutenção do carboidrato residual em uma forma de peso molecular mais alto, ou a adição de cal para formar sais de cálcio de ácidos orgânicos, são duas estratégias para formar co-produtos com um valor de Tg mais alto que serão menos prováveis de sofrer transição de vidro, resultando em um fenômeno prejudicial conhecido como pasta.

Embora não limitando a presente invenção, acredita-se que o processo da presente invenção não necessite de destruir proteínas no material vegetal fermentado. 0 milho contém prolaminas, tais como zeína. Os grãos de sorgo, por exemplo, contêm uma classe de proteínas similares a zeína conhecidas como cafirinas, as quais se assemelham à zeína na composição do amino ácido. A degradação térmica que ocorre durante a liquefação, destilação, e secagem a alta temperatura, produz DDG e DDGS incluindo quantidades significativos de proteína degradada. Acredita-se que o processo da presente invenção possa proporcionar níveis aprimorados de fração de prolamina dos grãos de cereais.

Acredita-se que a exposição estendida a alta concentrações de álcool que pode ser alcançada pelo presente processo, possa condicionar as proteínas no material vegetal. Isto pode solubilizar algumas das proteínas. Por exemplo, acredita-se que na destilação, a concentração de etanol alcance níveis que possam solubilizar as prolaminas (por e-xemplo, zeína) na cerveja. Com a remoção ou "retirada" do etanol da cerveja, as prolaminas (tais como a zeína) possam ser recuperadas concentradas em DDG e DDGS. 0 alto teor pro-téico resultante de DDG e DDGS pode ser vantajoso para diversos usos finais de DDG e DDGS, por exemplo, no processamento ou composição adicional.

Em uma modalidade, a fermentação eficaz do presente processo remove a partir de DDG e DDGS componentes não zeína, tal como amido. 0 fracionamento do material vegetal, por exemplo, milho, pode também aumentar os níveis de proteínas, tais como zeína, em DDG ou DDGS. Por exemplo, ao se remover farelo e frações de germe antes da fermentação, se pode concentrar zeína no substrato. A zeína no milho é isolada no endosperma. A fermentação do endosperma enriquecido por zeína, resulta na concentração da zeína nos resíduos a partir da fermentação.

Em uma modalidade, o processo da presente invenção pode proporcionar DDG e DDGS com diferentes valores predeterminados de Tg. 0 processo da presente invenção pode fermentar frações que contêm níveis altos, médios ou baixos de zeína, variando assim a temperatura de transição de vidro de DDG ou DDGS resultante. 0 co-produto resultante Tg, pode ser diretamente proporcionar ao teor de proteína prolamina (tal como zeína). 0 processo da presente invenção é desejável para a fermentação de milho de alto teor protéico. Isto também permite a produção de DDG e DDGS com um teor mais alto de prolamina (zeína). 0 amido residual que permanece no fim da fermentação, de forma preferida se segrega na fração de resíduo magro, o qual é subseqüentemente evaporado para produzir xarope. A fração de pasta úmida produzida pelo presente processo, que pode ser seca em separado para produzir DDG, pode ser dotada de um teor mais alto de proteína prolamina (tal como zeína) do que o DDG convencional. 0 presente processo permite que as proporções de mistura de xarope e pasta úmida possam ser variadas. Isto resulta em DDG/DDGS com proporções variáveis de proteína prolamina (tal como zeína) e de amido residual. Na medida em que o amido residual na pasta úmida é reduzido, a proteína na pasta úmida aumenta. Isto indica uma relação inversa. Uma resposta similar ocorre na fração de xarope.

Acredita-se que amido possa se segregar dentro da fração líquida. A quantidade de amido no DDGS pode ser vari- ada ao se misturar xarope em taxas que variam de 0 kg (0 libras) de peso seco de sólidos de xarope a 0,545 kg (1,2 libras) de sólidos de xarope por 0,454 kg (1 libra) de sólidos de pasta úmida antes, e várias horas para durante a secagem para criar o produto DDGS final. A segregação desproporcional dos amidos residuais na contracorrente ou na fração de resíduo magro pode fazer com que tanto a queima acima mencionada quanto a fermentação secundária possam ser realizadas nas referidas frações. Uma vez que o resíduo magro seja evaporado para produzir xarope, o equilíbrio da massa centrífuga também permite a produção de DDGS em diversos valores de Tg, dependendo das propriedades desejadas e da dependência dos mesmos na Tg.

Emissões A presente invenção apresenta o benefício de emissões. Os benefícios das emissões resultam na redução de subprodutos criados no processo de fabricação de etanol. Há uma redução acentuada na extração de gorduras e óleos na massa a partir da fração de germe de grãos de cereais. Há uma redução de subprodutos a partir das reações de Maíllard tipicamente formadas durante a cocção e a liquefação. E há uma redução nos subprodutos da fermentação. As referidas observações resultam em emissão reduzida durante a recuperação dos co-produtos. As taxas de concentração e de emissão dos compostos orgânicos voláteis (VOC), monóxido de carbono (CO), compostos de óxido nítrico (NOx), óxidos de enxofre (S02), e outras emissões são consideravelmente mais baixas. Ver tabela 1. Observar que outros fabricantes tentaram reduzir as emissões ao se fabricar uma pasta úmida em vez de secar o DDG ou DDGS. A presente invenção também se refere a compostos orgânicos voláteis (VOC), tais como aqueles produzidos pela secagem dos produtos de um processo de fermentação. 0 presente processo inclui a produção de etanol, grão seco de destilação, e de produtos de fermentação úteis adicionais com a produção de níveis mais baixos de VOC em comparação aos processos convencionais. Por exemplo, no presente processo, a secagem dos produtos de destilação (por exemplo, grãos usados), produz níveis reduzidos de VOC.

Os processos de fermentação convencionais usando milho, por exemplo, produzem cerca de 0,953 kg (2,1 libras) de VOC a partir da secagem dos produtos de destilação a partir de cada tonelada de milho processado. As referidas reduções de emissões são inesperadas ainda que altamente significativas, e proporcionam um uso mais eficaz da tecnologia de controle para redução de emissões, tais como oxidases térmicas.

Os VOC produzidos pelos processos de fermentação incluem etanol, ácido acético, formaldeído, metanol, acetal-deído, acroleína, furfural, ácido láctico, ácido fórmico e glicerol. A presente invenção se refere também a monóxido de carbono (CO), tal como aqueles produzidos pela secagem dos produtos de um processo de fermentação. O presente processo inclui a produção de etanol, de grãos secos de destilação, e de produtos de fermentação úteis adicionais com a produção de níveis inferiores de CO em comparação aos processos convencionais. Por exemplo, no presente processo, a secagem dos produtos de destilação (por exemplo, grãos usados) produz altos níveis de CO.

Os processos de fermentação convencionais que usam milho, por exemplo, produzem cerca de 0,635 kg (1,4 libras) de CO a partir da secagem dos produtos de destilação para cada tonelada de milho processado. As emissões de fumaça podem ser menores em virtude do equipamento de controle de poluição. O presente processo resulta em uma redução de 30% na produção de CO a cerca de 0,445 kg (0,98 libras) ou menos por tonelada de milho processado. As referidas reduções de emissões são inesperadas ainda que altamente significativas, e proporcionam um uso mais eficaz da tecnologia de controle de redução de emissões, tais como oxidantes térmicos.

Tabela 1: Redução de Emissões A presente invenção pode ser mais bem entendida com referência aos exemplos a seguir. Os referidos exemplos pretendem ser representativos de modalidades especificas da invenção, e não pretendem limitar o âmbito da invenção.

EXEMPLOS

Exemplo 1: Produção grão seco de destilação aprimorado a partir do milho Um processo de acordo com a presente invenção foi empregado para produzir grão seco de destilação a partir do milho. Comparação com o processo de sacarificação e fermentação convencional, indica o desempenho superior do presente processo.

Materiais e Processos Fermentação do Amido Bruto Inoculação de levedura foi preparada ao se adicionar glicoamilase da Novozyme (0,088 mL de glicoamilase Spi-rizyme Plus da Novozyme a 400 AGU/g) e protease (0,018 mL de protease da Genencor International GC 106 1000 SAPU/g) a 400 mL de resíduos contendo 70 gramas de maltodextrina. Resíduo (contracorrente) usado foi preparado a partir da técnica anterior convencional ou de fermentação de amido bruto, ao se destilar o álcool e submeter o resíduo total resultante à separação centrífuga para produzir contracorrente. 1,07 gramas de uréia, 0,13 gramas de sulfato de zinco, e 0,00067 mL de uma diluição a 1:1000 de antibiótico (Alletech Lactocide. [quantidade?]mg) foi também adicionado. Cerca de 300-400 milhões de células/mL de células viáveis de levedura (Saccha- romyces cervisiae) (0,48 g de levedura de Fleischmann Fali) foram adicionadas à referida mistura e a propagação foi conduzida sem movimento, ou agitação por 8 horas a uma temperatura de incubação de 32,22°C (900F). Frascos foram periodicamente girados sob condições gentis para efetuar a mistura dos conteúdos. A cultura de levedura resultante (10,8 mL) foi adicionada diretamente em cada fermentador para inoculação.

Milho foi obtido a partir dos fornecedores convencionais de semente de milho e foi triturado através de uma peneira de 0,5 mm usando um moinho tipo martelo antes da fermentação. Diversas variedades de milho dentado amarelo número 2 convencional foram comparadas, e em diversas experiências, a sua equivalência isogênica ao milho ceroso foi também testada. Diferentes variedades de milho foram testadas para demonstrar que os presentes processos produzem DDG aprimorados usando qualquer uma de uma variedade de híbridos de milho.

Aproximadamente de 129 gramas a 134 gramas de milho apropriado foram misturadas em cerca de 225 mL de água. Gramas atuais de farelo (milho triturado) e volumes de água foram ajustadas para cada fermentador, com base no teor de umidade do farelo, de modo que todas as fermentações foram executadas em aproximadamente 33,4 gramas de sólidos secos de milho por 100 gramas de água (33,4% de DSC). Todos os fermentadores de amido bruto foram ajustados a um pH 5,0 com ácido sulfúrico.

As fermentações foram conduzidas a 27,77°C (82°F).

Antibiótico (Alltech Lactocide. 3 mg) foi adicionado a cada batelada de fermentação. As fermentações de amido bruto empregaram uma preparação de glicoamilase comercialmente oferecida (Spirizyme Plus da Novozyme 0,317 mL de GAU/mL) que também incluiu atividade de amilase fúngica ácida.

As fermentações foram conduzidas por 72 horas com a amostragem conduzida em aproximadamente intervalos de 24 (por exemplo, 25) horas. Todas as amostras forma analisadas por HPLC. No final da fermentação, amostras de cerveja foram dispostas em panelas de metal, o pH foi reduzido a <3,5 para desativar atividade enzimãtica residual, e secas.

Fermentação Convencional A preparação de inoculação de levedura e de tri-turação do milho para formar farelo de milho, foi realizada como descrito acima para a fermentação do amido bruto.

Para as fermentações que empregam um processo convencional, o ajuste de pH não foi necessário; o pH natural da água e do farelo de milho foi de 5,8 a 6,0. As fermentações convencionais iniciaram com um estágio de sacari-ficação ou de cocção para liquefazer o amido na mistura. 0 estágio de cocção foi conduzido por 60 minutos a uma temperatura de 85°C. 0,044 mL de Novozymes Liquozyme SC Alpha-amylase (0,044 mL de Novozymes Liquozyme SC 120 AFAU (KNU)/mL) foi adicionado para liquefazer a malha de milho.

Fermentações convencionais foram também realizadas a 27,77°C (82°F) e incluiu antibiótico (3 mg de antibiótico da Alltech Lactocide). Protease (0,0047 mL de protease GC 106 (1000 SAPU/g/mL) e 0,64 mL de (50% de uréia de catego- ria industrial), forma adicionados aos fermentadores usando o processo convencional. Uma glicoamilase comercialmente oferecida (0,095 mL de glicoamilase da Genencor International GC 480 a 400 AGU/ml) foi adicionada para fermentação. De outra forma, as fermentações foram em geral conduzidas como descrito acima para as fermentações de amido bruto.

Resultados e Discussão Os resultados da fermentação são mostrados na Tabela 1 e resumidos na Tabela 2.

Tabela IA: Comparação dos Impactos do Processo na Análise Aproximada de DDGS

Tabela 1B: Comparação dos Impactos do Processo em. Análise Aproximada de DDGS

Tabela 2: Comparação dos Impactos do Processo na análise Aproximada de DDGS (Sumário) Uma característica interessante do processo de a-mido bruto é que o mesmo resulta em grão seco de destilação com solúveis (DDGS) com níveis iguais ou superiores dos diversos componentes, mesmo quando aparece que a eficácia da fermentação, como medido pelo amido residual, foi reduzida para o processo de amido bruto. Podería ser esperado que, com a eficácia mais baixa, os outros componentes de DDGS poderíam ser mais baixos com base no equilíbrio de massa. 0 processo de amido bruto aparentemente resulta em menos danos aos constituintes do grão.

Outra característica interessante do processo de amido bruto é o aprimoramento do desempenho realizado usando híbridos de milho ceroso. 0 milho ceroso é quase inteiramente compreendido de amido amilopectina, enquanto que o milho amarelo #2 normal é dotado de cerca de 25% a cerca de 28% de ! amido amilose com o restante sendo amilopectina. 0 milho ce-roso em geral não é usado no processo convencional pelo fato da viscosidade de alto pique e da taxa mais rápida de desenvolvimento de viscosidade em comparação ao milho regular. A alta viscosidade inicial torna a pasta de milho mais difícil de bombear durante a liquefação de alta temperatura primária inicial. Variedades de milho ceroso, entretanto, podem ser prontamente empregadas no presente processo. Pelo fato de nenhum estágio de cocção ser empregado, a viscosidade de alto pique não é um item de processamento.

Exemplo 2-0 Presente Processo Proporciona Potencial de Rendimento Aprimorado 0 potencial de rendimento do processo da presente invenção foi comparado ao processo convencional. 0 presente processo exibiu rendimento aprimorado usando escalonamento de temperatura. 0 presente processo exibiu um rendimento máximo de maior potencial para a produção de etanol. Comparação com o processo de sacarificação e fermentação convencional, indica um desempenho superior do presente processo.

Materiais e Processos As fermentações foram preparadas de uma maneira similar as do exemplo 1, exceto pelas diferenças de intenção em tamanho de partícula, da dose da enzima alfa amilase, da dose da enzima glicoamilase, ou da dose de enzima de amilase fúngica ácida. As condições para a experiência são descritas na tabela 3. 0 milho para todos os testes foram obtidos da Broin Enterprises (BEI), Scotland, Dacota dão Sul, EUA. 0 milho que representa um tamanho de partícula bruto por pa- drões de amido bruto foi triturado em BEI. 0 milho finamente triturado foi produzido por meio da utilização de um moinho tipo martelo de laboratório com uma peneira de 0,5 mm. O processo convencional utilizado indicou níveis de Liquozima SC e GC 480. O processo de amido bruto usado indicou níveis de amilase fúngica ácida Spirizyme Plus e SP 288 em 1700 AFAU por grama. As dosagens de licor de uréia, de sulfato de zinco e de antibiótico foram ajustadas de a-cordo com o processo convencional. O resíduo (contracorren-te) usado foi preparado a partir da técnica convencional anterior ou a partir de fermentações de amido bruto, ao se destilar o álcool e submeter o resíduo total resultante à separação centrífuga para produzir a contracorrente. As temperaturas de fermentação foram escalonadas de acordo com os pontos de ajuste a seguir: 0-18 horas a 32,22°C (90°F), 18 horas - 42 horas a 30°C (86°F) , e 42 horas - 72 horas a 27,77°C (82°F). Amostras foram obtidas em 65 horas para representar o final da fermentação.

Resultados e Discussão O objetivo dos referidos experimentos foi de ilustrar as sensibilidades dos dois processos às mudanças na taxa de dosagem enzimática e comparar as diferença no % de e-tanol e no amido residual. Os resultados são mostrados na tabela 3 e nas Figuras IA, 1B, 1C, 1D e ΙΕ. O impacto do tamanho do grão e da dose de enzima nos dois processos é aparente. Observar que a amilase fúngica ácida SP 288 é eficaz para a avaliação do amido bruto. A amilase fúngica ácida parece aprimorar a capacidade de acessar o amido, de modo que o tamanho do grão apresenta menos efeito no rendimento quando a SP 288 se encontra presente. 0 presente processo alcançou rendimentos de álcool significativamente melhores com níveis equivalentes ou superiores de amido residual. A Figura 1B ilustra um efeito similar do tamanho do grão no rendimento do etanol no processo convencional, e demonstra a importância do nível de dosagem de GA no acesso do amido nas partículas de grão bruto. A extrapolação dos resultados tanto para o processo convencional como para o de amido bruto, mostrado nas Figuras IA e 1B para amido residual zero, revela uma modalidade do processo de amido bruto. Os níveis de amido residual reduzem com base no aprimoramento das eficiências de conversão, o referido processo pode alcançar um percentual de etanol mais alto do que o processo convencional. Por exemplo, na ausência de amido residual, o presente processo no referido exemplo produzirá 21,3% em volume de etanol, mas o processo convencional produzirá apenas 20,6% em volume de etanol. Tal incremento é significativo. 0 presente processo potencial do novo processo comparado ao processo existente, é mostrado nas Figuras 1C e 1D. As referidas Figuras resumem os resultados para ambos os processos sob as combinações de variação de tamanho de grão e de dosagem enzimãtica. A Figura 1C ilustra o potencial para o novo processo para produzir mais álcool do que o processo convencional, mesmo quando os níveis de amido residual são mais elevados. O senso convencional sugere que o processo de amido bruto seja menos eficiente em virtude dos níveis mais elevados de amido residu- al, entretanto, este não é o caso. 0 presente processo é superior ao processo convencional. Observar que a eficácia da fermentação pode também ser acessada ao se examinar a queda de sólidos de fermentação. Isto é mostrado nos dados compostos que comparam ambos os processos na Figura 1D. Uma vez que todas as fermentações no exemplo acima foram iniciadas no mesmo conjunto inicial de sólidos, uma queda mais baixa de sólidos sugere uma conversão mais eficaz de amido em eta-nol. 0 potencial do presente processo é também indicado pelo alcance de um nível igual ou inferior de queda de sólidos, apesar da observação de um teor mais elevado de amidos residuais. A Figura 1E mostra o escalonamento de temperatura realizado durante o presente processo. As temperaturas de fermentação foram escalonadas de acordo com os pontos de a-juste a seguir: 0 hora - 18 horas em aproximadamente 32,22°C (90°F) (variando de cerca de 35°C (95°F) a 32,22°C (900F)), 18 - 24 horas em aproximadamente 30°C (86°F) (variando de cerca de 32,22°C (90°F) a 30°C (86°F)), e 42 - 72 horas em cerca de 27,77°C (82°F) (variando de cerca de 30°C (86°F) a 28,88°C (840F)). 0 escalonamento da temperatura ajuda a aumentar o processo de produção de etanol ao se reduzir a tensão sobre a levedura. A temperatura é reduzida na medida em que o etanol é produzido para reduzir a tensão na levedura provocada pela produção do etanol.

Tabela 3 : Comparaçao do Potencial de Rendimento dos Processos Convencional x Amido Bruto Exemplo 3-0 Presente Processo Exibe Resultados Aprimorados com Níveis Aumentados de Amilase Fúngica Ácida e Níveis Aumentados de Glicoamilase.

Os resultados de uma modalidade do processo da presente invenção foram avaliados com níveis aumentados de amilase fúngica ácida e níveis aumentados de glicoamilase. Níveis aumentados de amilase fúngica ácida aprimoraram os resultados com o presente processo. Os níveis aumentados de glicoamilase aprimoraram os resultados com o presente processo.

Materiais e Processos Glicoamilase (Spirizyme Plus da Novozyme) e amilase fúngica ácida (Novozymes SP 288) foram ambas testadas em fermentações de amido bruto em uma maneira similar à do e-xemplo 2, usando um triturador bruto.

Resultados e Discussão 0 objetivo do presente teste foi de examinar o e-feito de uma faixa de dosagens de glicoamilase e de amilase fúngica ácida na produção de etanol e de outros produtos das fermentações de hidrólise de amido bruto. Em particular, as dosagens acima de 0,3 AFAU por grama de milho de sólidos secos para amilase fúngica ácida e dosagens acima de 0,3 AGU por grama de milho de sólidos secos produz álcool superior e consistentemente, glicose residual superior. A glicose con- sistentemente superior indica que as referidas fermentações apresentam um potencial para um rendimento ainda mais elevado de etanol.

Os resultados sugerem que a glicoamilase e a ami-lase fúngica ácida agiram sinergisticamente para acessar o amido bruto e para converter o amido em açúcar fermentável. \ Ver Figuras 2A, 2B e 2C.

Exemplo 4 - Impacto da Trituração ou Redução de Tamanho de Partícula de Grão na Eficácia da Fermentação.

Eficácia Os resultados de uma modalidade do processo da presente invenção foram avaliados com um tamanho de partículas variáveis do material vegetal triturado. Tamanhos de partícula menores aprimoraram os resultados com o presente processo.

Materiais e Processos Uma série de triturações com moinhos tipo martelo de escala laboratorial foi realizada para gerar farelo que variou de tamanhos de partícula de bruto a relativamente fino. As fermentações de amido bruto foram ajustadas de maneira similar à do exemplo 2. Farelo de milho usado como um substrato foi triturado através de um moinho tipo martelo de escala laboratorial para passar através de peneiras de aberturas de 0,5 mm, 2,0 mm e 2,4 mm. As condições de teste são mostradas na tabela 4.

Tabela. 4: Impacto da Trituração do Tamanho de Partícula e da Dosagem de glicoamilase na Eficácia da Fermentação Resultados e Discussão Os resultados são mostrados na tabela 4, e nas Figuras 3A, 3B, 3C e 3D. Os dados ilustram que os tamanhos menores triturados proporcionaram maiores rendimentos de eta-nol e menor amido residual. Em doses mais baixas de glicoa-milase, o tamanho da trituração foi um 'fator de maior influência. Na media em que o tamanho de partícula aumentou, uma dose de enzima mais alta foi necessária para alcançar os mesmos resultados relativos.

Exemplo 5 - Impacto do Tamanho de Partícula Triturado, tipo de glicoamilase, e dosagem de amilase fúngica á-cida na eficácia do fermentador.

Os resultados de uma modalidade do processo da presente invenção foram avaliados com tamanhos de partícula variáveis do material vegetal triturado, tipo de glicoamilase variável, e dosagem de amilase fúngica ácida.

Materiais e Processos Milho total e farelo de milho foram obtidos a partir da Dakota Ethanol LLC em Wentworth, S.D. 0 milho total foi triturado através de uma peneira de 2 mm como nos exemplos da técnica anterior, usando um moinho tipo martelo de escala laboratorial. As fermentações foram ajustadas em uma forma similar que nos exemplos anteriores de acordo com o delineado na tabela 5.

Tabela 5: Impacto do Tamanho de Partícula, Tipo de Glicoarailase, e Dosagem de Amila- se Fúngica Ácida na Eficácia da Fermentação.

Resultados e Discussões Os resultados finais da fermentação são mostrados nas Figuras 4A, 4B e 4C. Enzimas glicoamilase convencionais tais como Distillase da Genecor International continha um 'nível muito baixo de atividade de amilase fúngica ácida. A Spirizyma Plus continha cerca de 2,5 vezes a mais de atividade de AFAU por mL de enzima e exibiu um desempenho aprimorado para a hidrolização do referido amido. Amilase fúngica ácida SP288 continha um nível relativamente baixo de glicoamilase.

Foi possível se obter um entendimento com relação à importância do tamanho da trituração, do nível de dosagem de glicoamilase e do nível de dosagem de amilase fúngica á-cida no desempenho da fermentação. Os resultados aprimorados foram obtidos quando uma trituração "mais fina" foi combinada com glicoamilase contendo níveis aumentados de amilase fúngica ácida. Com uma trituração mais bruta, níveis de dosagem mais altos de glicoamilase, incluindo amilase fúngica ácida, produziram desempenho de fermentação aprimorado. A glicoamilase incluindo a amilase fúngica ácida proporcionou benefícios na medida em que o tamanho da trituração foi reduzido.

Exemplo 6 - Impacto da Carga de Sólidos Secos no Fermentador e da Temperatura nas cinéticas do Fermentador e Desempenho do Etanol Uma modalidade da presente invenção foi empregada para produzir etanol a partir do milho. 0 referido processo produziu uma cerveja de milho de alto teor alcoólico, alto teor protéico, alto teor de gordura e com alto teor de fibra de grão seco de destilação. Em comparação com a sacarifica-ção e líquefação convencionais, o processo indica um desempenho superior do presente processo.

Materiais e Processos 0 exemplo 6 foi ajustado de uma maneira similar aos exemplos anteriores, exceto em que os sólidos de fermentação e a temperatura inicial foram variados como descrito na apresentação dos resultados.

Resultados Uma característica interessante do presente processo de fermentação de amido bruto, é a capacidade de aumentar a taxa de fermentação através do aumento do teor de sólidos ou da temperatura de fermentação inicial. A carga de sólidos, a temperatura, o tamanho do grão, a dosagem de gli-coamilase, a dosagem de amilase fúngica ácida, e a dosagem de levedura podem ser combinadas de modo a aumentar o desempenho da fermentação do amido bruto. As Figuras 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G, 5H, 51 e 5J, ilustram a influência da temperatura em diferentes cargas de sólidos.

Os valores de amido residual para o presente exemplo, sugerem que a temperatura pode ser usada para aprimorar a eficácia das fermentações de amido bruto em gravidades de fermentação intermediarias, as quais são definidas como os níveis de sólidos de fermentação, que pode render entre 15% a 18% de etanol. A temperatura de fermentação pode ser usada para acelerar as fermentações de amido bruto, de modo que elas terminam em menos de 48 horas, e ainda alcançam níveis de álcool de 15% a 18%, com níveis aceitáveis de amido residual. 0 ponto de ajuste de fermentação aumentado ajudará a acelerar a conversão enzimática do amido nativo em glicose, o que parede ser a etapa de limitação de taxa no processo de amido bruto. 0 desempenho da fermentação usando pontos de ajuste de alta temperatura, é um aspecto do processo para faixas intermediarias de etanol, em especial, quando visto sob a perspectiva dos exemplos anteriores, que estabelecem que as fermentações de amido bruto podem tolerar um nível mais alto de amido residual nos grais secos de destilação residuais e com os grãos secos de destilação solúveis, e a-inda produzir DDG ou DDGS de excelente qualidade, de acordo com a análise aproximada. De forma alternativa, a substância seca das fermentações de amido bruto pode ser aumentada em aproximadamente 20% para aumentar a taxa de fermentação, e ainda produzir um teor mais elevado de álcool no fermentador e mais DDGS com excelente qualidade mesmo se os níveis de amido residual sejam altos. Ao se equilibrar as entradas a-cima, uma otimização econômica do rendimento com relação à produtividade pode ser realizada, com uma redução significativa da dificuldade. A facilidade de operação de um processo de alta produtividade e alta gravidade e ainda produzir um DDGS vendável é aumentada de forma significativa pelo processo de amido bruto.

Exemplo 7 - Aspectos Vantajosos da Produção de E-tanol pelo Presente Processo Uma variedade de realizações de fermentações foi conduzida e os resultados foram avaliados e compilados para demonstrar a produção de álcool aumentada e a produção de grão seco de destilação pelo presente processo.

Produção de Etanol 0 processo presente produziu cerveja de milho contendo etanol com mais de 18% em volume de etanol. As realizações produziram pelo menos 18% em volume de etanol e até cerca de 23% em volume de etanol em um período de 48 horas a 96 horas de incubação e fermentação. A cerveja conteve os referidos altos níveis de etanol, mesmo quando a mesma incluiu níveis mais altos de amido residual. Após 24 horas de incubação e fermentação, a cerveja de milho conteve 9% - 16,5 % em volume ou 12% - 15% em volume de etanol. Após 48 horas de incubação e fermentação, a cerveja de milho conteve 13% - 20% em volume de etanol. A produção de etanol foi linear até o nível de 14$ - 16% em volume. Uma compilação dos resultados de produção de etanol a partir de diversas realizações, é ilustrada pelo menos nas Figuras 6A e 6B. A cerveja conteve aproximadamente 0,4% a 0,5% em volume a menos de glicerol do que a fermentação convencional em condições idênticas de fermentação (Figura 7) . A cerveja conteve menos óleo extraído a partir da fração de germe, resultando em menos cinzas e emissões de VOC mais baixas no vapor de água durante a secagem do produto de alimentação animal residual (Tabela 1). A cerveja conteve menos óleo extraído a partir da fração de germe, o que resultou em cinza reduzida e em emissões mais baixas de CO no vapor de água durante a secagem do produto de alimentação animal residual (Tabela 1). A cerveja conteve menos álcool amílico (Figura 8), o que inibiu o desenvolvimento de células de levedura e a fermentação nos referidos compostos alcoólicos é reciclada sem intenção nas correntes de fundo da extração lateral de destilação. Os álcoois amílicos são também um componente indesejável das operações de fabricação de álcool potável, de modo que o presente processo oferece um processo aprimorado de produção de álcool potável. A cerveja também conteve menos ácido acético e ácido lãctico com relação ao processo convencional. A cerveja também conteve contagens mais elevadas de células de levedura, o que contribuiu para produtos de alimentação aprimorados.

Ademais, o presente processo manteve a levedura em ou acima de 300 células/mL nas referidas numerosas realizações. O brotamento da levedura foi observado em pelo menos 40% das leveduras de 0 hora - 20 horas de incubação e fermentação e/ou pelo menos 15% a 20% de levedura após 50 horas de incubação e fermentação. A referida contagem de levedura e de brotamento são maiores do que as observadas nos processos convencionais.

Exemplo 8-0 Presente Processo Mantém Baixos Níveis de Glicose, Maltose (DP2), Maltotriose (DP3) e Dextrina (ΡΡ4+).

Os níveis de glicose, maltose (DP2), maltotriose (DP3), e dextrinas (DP4+) produzidos por uma modalidade da presente invenção foi comparada a um processo convencional. 0 presente processo exibiu níveis reduzidos de glicose, maltose (DP2), maltotriose (DP3), e dextrinas (DP4+) respectivamente. A comparação do nível de glicose com o processo convencional indica o desempenho superior do presente processo.

Materiais e Processos Experimento 1 Milho total e farelo de milho foram obtidos da Da-kotaEthanol LLC em Wentworth, S.D. 0 milho total a partir dos exemplos de fermentação de etanol contínua foi triturado através de uma peneira de 0,5 mm, como nos exemplos anteriores, usando um moinho tipo martelo de escala laboratorial. O milho total para os exemplos SSF foi triturado através de uma tela #4 usando um moinho tipo martelo Bliss de escala comercial, o que alcançou aproximadamente 50% do farelo triturado que passa através de uma peneira de ,5 mm, como medido, em um teste de peneira de farelo.

Fermentações em batelada foram ajustadas em uma maneira similar a do exemplo 1. A fermentação do etanol contínua foi avaliada em um sistema de topo de bancada que consiste de um tanque de pasta fria refrigerado seguido de cinco (5) fermentadores que operam em modo contínuo e concluindo com um recipiente de cerveja que coleta a cerveja fermentada. O volume de cada estágio de fermentação foi de aproximadamente dois (2) litros. Quando operado com uma taxa de fluxo de massa de 1,5 mL a 2,0 mL por minuto, o tempo médio de fermentação foi de aproximadamente noventa e seis (96) horas. Os sólidos de preenchimento médios de fermentador foram de aproximadamente 30% a 35% de sólidos secos de milho, dependendo do teor de amido do substrato. A massa de pasta para a alimentação da fermentação foi preparada a cada 3 a 4 dias e foi mantida entre 6 graus e 12 graus centígrados para desencorajar o desenvolvimento bacteriano no tanque de alimentação.

Os procedimentos de preparação de massa não esterilizam a massa antes da fermentação, e o trem de fermentação foi operado sem a adição de antibiótico para inibir os contaminantes bacterianos. A massa foi armazenada em baixa temperatura para reduzir a quantidade de trabalho necessária para a preparação do substrato. De 15 mL a 20 mL de licor de uréia a 50% foram adicionados ao tanque de pasta fria, que apresentou um volume de massa final de aproximadamente 9000 litros.

Cada fermentador em uma série contínua foi alimentada a partir do fermentador anterior, enquanto o primeiro fermentador foi mantido a uma temperatura constante de 27,77°6C {820F) através de cinco (5} estágios de fermentação. A glicoamilase foi dosada em um primeiro fermentador para proporcionar a dosagem de aproximadamente 2,0 a 2,4 AGU por grama de substância seca de milho. Levedura Fali, obtida da Fleischmann Yeast, foi adicionada a uma taxa de aproximadamente 0,65 gramas por litro de uma pasta, e foi dosada dentro da pasta fria a cada vez que uma massa fresca foi preparada.

Experimento 2 Uma realização de fermentação contínua foi ajustada ao se empregar o procedimento descrito acima para o experimento 1. Medições de ácido acético e de ácido láctico foram obtidas em diversos foram obtidas em diversos momentos e estágios durante o processo de fermentação contínuo de múltiplos estágios. No final da realização, o pH inicial da pasta foi aumentado de propósito, como mostrado, para desafiar o sistema microbiológico. Em determinadas circunstancias, o pH da pasta foi íntermitentemente reduzido para manter a contaminação sob controle (ver, por exemplo, Figuras 16A, 16B e 16C).

Experimento 3 Os dados do experimento 3 foram criados a partir de exemplos de sistema de fermentação contínua descritos nos Exemplos 1, 2 e 8. 0 amido residual foi medido usando um teste de amido comercialmente oferecido (o teste de amido Megazyme®). 0 referido teste funciona para amostras em cujo teor de amido varia de 0% - 100%, o que o torna aplicável para análise de amido residual, assim como para testes em grão bruto. 0 referido processo é um teste baseado em conversão enzimática que usa alfa amilase e amiloglicosidase para converter o amido em glicose. A glicose resultante é então medida por meio de HPLC e o teor de amido é calculado.

Resultados e Discussão As Figuras 9A e 9B ilustram que o presente processo manteve baixos níveis de glicose durante a sacarificação e fermentação simultâneas (SSF) e fermentações de amido bruto contínuas. Embora não limitando a presente invenção, a-credita-se que o referido baixo nível de glicose reduza reações potenciais tais como reações de reversão, de condensação ou de Maillard Browning. As referidas reações, por sua vez, reduzem o rendimento do etanol. Os dados compilados no presente exemplo, demonstram que o processo manteve a glicose em níveis de ou inferiores a 3% em peso, para toda a realização e em ou inferior a 1% em peso para cerca de 90% da realização. Em particular, o processo manteve o nível de glicose em ou abaixo de 1% em peso de 12 horas a 54 horas de incubação e fermentação.

As Figuras 10 - 12 ilustram que o presente processo manteve os baixos níveis de dextrina durante a SSF e contínua fermentação de amido bruto. As Figuras 10A e 10B ilustram que o presente processo manteve maltose (DP2) em níveis de ou inferiores a cerca de 0,2% em peso durante a sacarifi-cação e fermentação simultâneas e abaixo de cerca de 0,34% em peso durante a fermentação contínua de amido bruto. Os dados mostrados na Figura 11A demonstram que o processo manteve baixos níveis de maltotriose (DP3) durante a sacarifi-cação e fermentação simultâneas em níveis de ou inferiores a 0,2% em peso, e em ou inferior a 0,1% em peso. Os dados mostrados na Figura 11B demonstram que o presente processo manteve baixos os níveis de maltotriose (DP3) durante a fermentação contínua de amido bruto em níveis a ou inferiores a 0,25% em peso.

Os dados mostrados na Figura 12A demonstram que o processo manteve baixo os níveis de (DP4+) durante a sacari-ficação e fermentação simultâneas, em níveis de ou inferiores a 1% em peso e em ou inferior a 0,5% em peso. Os dados mostrados na Figura 12B demonstram que o processo manteve baixo os níveis de dextrinas (DP4+) durante o sistema contínuo de amido bruto em níveis de ou inferiores a 0,3% em pe- so.

Os resultados do experimento 2 mostram que os níveis de pH da pasta inicial se nivelam em cerca de 5,8 no presente processo (Figura ISA), o que resultou em rendimentos aceitáveis de etanol e manteve os contaminantes de fermentação acídica dentro de uma faixa tolerável (por exemplo, a fermentação não foi inibida). 0 percentual de ácido lácti-co permaneceu inferior a 0,45 (na maioria dos casos inferior a ,06) (Figura 16C). A presente modalidade do presente processo resultou em níveis consistentemente baixos de ácido acético e de ácido lãctico e em níveis de pH estáveis. Isto resultou em uma produção de etanol mais alta, o que, pelo menos em parte, foi em virtude de menos tensão na levedura.

Os resultados do experimento 3 demonstram que uma modalidade contínua do presente processo produziu níveis de amido residual inferiores aos produzidos pelo processe convencional (Figura 17). Os níveis de amido residual produzidos usando a referida modalidade do presente processo, permaneceram inferiores aos níveis de amido residual do processo convencional (Figura 17). 0 percentual de amido produzido usando a presente modalidade do presente processo permaneceu em cerca de vinte (por exemplo, 21) ou menos (Figura 17), enquanto que o percentual de amido produzido usando o processo convencional foi tão alto quanto 27 (Figura 17).

Discussão Embora não limitando a presente invenção, acredita-se que na medida em que a glicose é formada durante a fermentação, a mesma é rapidamente metabolizada em levedura, o que resulta em baixos níveis de glicose. 0 relativo aumento na glicose observado no final da fermentação, sugere uma queda na viabilidade da levedura. Mais uma vez, não limitando a presente invenção, isto pode ser explicado por uma redução na viabilidade da levedura e da fermentação que resulta em taxas de produção de glicose que excedem as taxas de utilização metabólicas (a fermentação da glicose não se mantém por muito tempo com a produção).

De acordo com uma modalidade da presente invenção, o escalonamento da temperatura pode ser empregado para minimizar a prodjução residual de glicose. Ou seja, a temperatura da fermentação pode ser reduzida na medida em que progride a fermentação. Acredita-se, em geral, que para cada aumento de 10°C (180F) de temperatura, a taxa de uma reação enzimática, aproximadamente dobra. Em uma modalidade do presente processo, por exemplo, a ação enzimática pode ser reduzida ao se reduzir a temperatura da mistura de fermentação após um período de tempo, tal como após 30 horas. Acredita-se que o resfriamento também mantém a viabilidade da levedura, de modo que a fermentação pode continuar a utilizar a glicose que foi formada. Existem variações comerciais convencionais de processos de fermentação contínuos de múltiplos estágios. Um dos referidos processos convencionais inclui a realização de um estágio de sacarificação antes da fermentação para proporcionar glicose fermentável para uma fermentação de levedura mais rápida. O presente processo não necessita de um estágio de sacarificação antes da fermentação e produz melhores resultados. Outro processo contínuo convencional in- ciuí a aeração do primeiro fermentador, e possivelmente do segundo fermentador, para encorajar o desenvolvimento da levedura. 0 presente processo proporciona resultados aprimorados e não necessita de aeração do fermentador. Alguns sistemas contínuos convencionais empregam um processo de reciclagem de levedura. 0 presente processo não necessita de reciclagem de levedura e proporciona resultados aprimorados. A presente modalidade da presente invenção é superior aos referidos sistemas de fermentação contínuos convencionais. A presente invenção pode empregar a sacarificação e fermentação simultâneas do amido bruto e pode operar em alta gravidade. Em uma modalidade, o processo da presente invenção pode produzir etanol em taxas mais velozes apesar da aparente falta de substrato fermentável adequado.

Uma modalidade de produção contínua de etanol do presente processo manteve baixo os níveis de acidez através do ciclo de fermentação. Os referidos experimentos indicam que uma modalidade do presente processo que emprega a fermentação contínua, cria níveis baixos e manejáveis de ácido láctico e ácido acético. Os baixos níveis de ácido lãctico e ácido acético podem ser vantajosos para manter o pH estável na fermentação, e pode também reduzir a tensão na levedura e aumentar a produção de etanol.

Uma modalidade de produção contínua de etanol do presente processo manteve baixo os níveis de amido através do ciclo de fermentação. A comparação do presente nível de amido residual ao do processo convencional, proporciona uma indicação de desempenho vantajoso a partir do presente pro- cesso. 0 equilíbrio de massa do presente processo de amido bruto, sugere que os amidos residuais podem de fato ser mais elevados neste processo com relação ao processo convencional, embora ainda alcançar um alto rendimento de etanol e equilíbrio aprimorado de massa aproximada.

Exemplo 9-0 Presente Processo Produz DDGS com Menos Formaçao de Massa e Compactação A DDGS de acordo com uma modalidade da presente invenção foi comparada àquela produzida pelo processo convencional. 0 presente processo produz uma DDGS inventiva que exibe menos formação de massa em comparação à DDGS produzida pelo processo convencional. A presente DDGS com menos formação de massa é superior à DDGS convencional.

Materiais e Processos A DDGS foi coletada como um subproduto da produção de etanol a partir do processo de liquefação de alta temperatura convencional e a partir do processo da presente invenção. 0 teste de formação de massa/colapso foi realizado ac preencher um cilindro de 500 mL com aproximadamente 400 mL de DDGS. Foi dada atenção no sentido de se evitar a compactação física da DDGS quando se preenchia o cilindro. Após o preenchimento, um disco de 4,4 cm de diâmetro pesando 78 gramas foi disposto em cima da DDGS, seguido de colocação de uma injeção de chumbo (em um saco de plástico apropriadamente dimensionado1) em cima do disco. A preparação do teste foi concluída ao se cobrir cada cilindro com um saco plástico e vedar o aparelho com uma cinta de borracha para evitar perda de umidade. 0 peso aplicado à DDGS é usado para exagerar o efeito e aproximar as condições às quais a DDGS é exposta no inicio de armazenamento em diversos momentos durante o armazenamento a uma temperatura de 50°C. A altura medida de DDGS colabada (formada em pasta) foi comparada à altura inicial da DDGS. A altura medida foi comparada à altura inicial de uma estimativa de tendência do produto de colabar ou de formar pasta.

Resultados A DDGS da presente invenção mostra menos colaba-mento de formação de pasta com o tempo (Figura 13) quando comparada â DDGS do processo convencional. Com um tempo de compactação de vinte e cinco horas a DDGS de acordo com a presente invenção colabou apenas de 4% a 5% do volume inicial em comparação com de 10% a 14% do volume colabado para a DDGS do processo convencional.

Discussão A compactação da DDGS em condições controladas modela a formação de pasta da DDGS observada em recipientes para veículos de transporte, por exemplo, caminhões e auto-motrizes. A DDGS produzida usando o processo da presente invenção exibe menos formação de pasta relacionada ao colaba-mento do que aquela do processo convencional, o que indica o desempenho superior do presente processo.

Embora não limitando a presente invenção, acredita-se que a compactação observada seja consistente com aquela sugerida pela teoria de transição de vidro. Por exemplo, a temperatura de transição de vidro aumenta com o peso molecular para os polímeros tais como aqueles encontrados na DDGS. A presente DDG inclui níveis mais altos dos referidos polímeros, e deve exibir uma temperatura de transição de vidro mais elevada. Acredita-se que a.umidade do produto, a temperatura de armazenamento, e a composição química possam proporcionar impacto na transição de DDGS a partir de um vidro amorfo para uma fase de borracha amorfa. A DDGS na fase de borracha amorfa se compacta mais prontamente do que a DDGS na fase de vidro.

Bxemplo 10-0 Presente Processo pode Empregar Milho de alto Teor Protéico para Produzir DDGS de Alto Teor Protéico e Alto Nível de Etanol Em uma modalidade, a presente invenção pode incluir a fermentação de milho de alto teor protéico para produzir DDGS de alto teor protéico e altos níveis de etanol. Isto proporciona uma flexibilidade vantajosa para o processamento de milho de alto teor protéico.

Materiais e Processos A DDGS foi coletada como um subproduto da produção de etanol a partir da fermentação de diversos híbridos com fermentações ajustadas em uma forma similar a do exemplo 1. Todas as fermentações foram ajustadas usando condições idênticas. Diferentes milhos híbridos foram testados usando diversos tamanhos de trituração por meio da utilização de um moinho tipo martelo de escala laboratorial. 0 tamanho de tela do moinho tipo martelo foi variado de 0,5 mm a 4,0 mm para criar tamanhos de farelo de partícula que variam de fino (0,5 mm de tela) a bruto (4,0 mm de tela).

Resultados A Figura 15a ilustra a dependência do nível pro-téico na DDGS em tamanho original. A referida Figura ilustra a correlação inversa entre o tamanho do grão e a proteína: na medida em que o tamanho de partícula aumenta, o teor de DDGS diminui para cada híbrido de milho testado (Figura 15A) . A Figura 15B ilustra a dependência do nível de amido na DDGS no tamanho da trituração. A referida Figura ilustra uma correlação positiva entre o tamanho da trituração e o teor de amido, na medida em que o tamanho de partícula aumenta, o teor de amido de DDGS aumenta para cada híbrido de milho testado (Figura 15B). A Figura 15C ilustra a dependência da produção de etanol no tamanho do grão. A referida Figura ilustra que na medida em que o tamanho de partícula diminui, há um aumento da produção de etanol (Figura 15C).

Discussão 0 tamanho de partícula reduzido em função da trituração do milho permite que sejam criados rendimentos mais elevados de etanol e maior DDGS protéica. Uma forte correlação é também observada entre o teor protéico inicial do milho e o teor protéico resultante da DDGS. Em um processo convencional, o teor protéico mais elevado é indesejável em virtude do mesmo reduzir o teor de amido fermentável. 0 processo convencional, sendo mais restrito por sua viscosidade decorrente da liquefação, dos limites da capacidade do processador em manter os fermentáveis ao aumentar o nível de sólidos na fermentação. 0 presente processo é menos restrito pela viscosidade, de modo que os sólidos fermentáveis podem ser aumentados para manter as titulações de produção poten- ciais de etanol, e ainda simultaneamente, produzir uma DDGS de teor protéico mais elevado.

Deve ser observado que há um esforço significativo dentro da indústria atual no sentido de encorajar o uso de híbridos de "milho altamente fermentãvel". Os híbridos de "milho altamente fermentãvel" podem ser dotados de uma concentração de amido mais elevada e não de uma concentração protéica mais elevada. 0 referido exemplo demonstra que variedades de milho híbrido de teor protéico mais elevado do milho amarelo #2 padrão, podem ser usadas para se obter níveis elevados de produção de etanol. Apesar dos baixos teores de amido do milho amarelo #2 padrão, os sólidos secos do fermentador podem ser aumentados para manter os níveis percentuais do etanol e ainda produzir DDGS de alto teor protéico.

Exemplo 11 - Processo de Amido Bruto Permite a Produção de Co-produto com as Características da Invenção Em uma modalidade, a presente invenção proporciona acesso aprimorado â fração protéica prolamina (tal como zeí-na) dos grãos de cereais. 0 alto teor protéico de DDG e DDGS é útil na composição.

Resultados e Discussão 0 referido resulta em DDG/DDGS com proporções variáveis de proteína prolamina (tal como zeína) e amido residual. As Figuras 14A e 14B mostram a relação de: pasta úmida, amido de xarope, e níveis protéicos. Na medida em que o amido residual na pasta úmida é reduzida, a proteína na pasta úmida aumenta. Isto indica uma relação inversa. Uma res- posta similar ocorre na fração de xarope.

Deve ser observado que, como usado na presente especificação e nas reivindicações anexas, as formas singulares "o", "a", "um" e "uma" inclui também o plural referente, a não ser que o conteúdo claramente indique o contrário. Assim, por exemplo, referência a uma composição que contém "um composto" inclui uma mistura de dois ou mais compostos. Deve ser também observado que o termo "ou" é em geral empregado em seu sentido incluindo "e/ou", a não ser que o conteúdo indique claramente o contrário.

Todas as publicações e pedidos de patentes na presente especificação, são indicativos do nível da técnica comum â qual pertence a presente invenção. A presente invenção foi descrita com referência as diversas modalidades e técnicas preferidas e específicas. Entretanto, deve ser entendido que muitas variações e modificações podem ser feitas e ainda estando dentro do âmbito e espírito da presente invenção.

Claims (14)

1. Processo para a produção de etanol a partir de milho crescido CARACTERIZADO por compreender: fornecer uma composição aquosa compreendendo milho crescido de determinado tamanho tal que mais de 50% do milho crescido passa através de uma peneira de 0,5 mm, uma amilase fúngica ácida e uma glucoamilase, sob condições de sacarifi-cação para produzir açúcares fermentáveis incluindo um pH menor que 6,0, uma temperatura de 25°C a 40°C e um teor de sólidos de 20 a 50% em peso; e fermentar os açucares na presença de uma levedura sob condições as quais se produz etanol, onde tais condições incluem um pH menor que 6,0 e onde o método produz pelo menos 18% em volume de etanol.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da composição aquosa de milho crescido, amilase fúngica ácida e glucoamilase ser mantida em um pH de 4,0 a 5,0.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da quantidade de amilase fúngica á-cida para sólidos secos na composição estar entre 0,1 e 10 unidades de amilase fúngica ácida por grama de sólidos secos .

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da quantidade de glucoamilase para sólidos secos na composição estar entre 0,5 e 6 unidades de glucoamilase por grama de sólidos secos.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da produção de glicose e a fermentação de glicose a etanol serem conduzidas em um processo simultâneo .

6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato da composição aquosa de milho crescido, amilase fúngica ácida e glucoamilase ser mantida em um pH de 4,0 a 5,0.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato da quantidade de amilase fúngica á-cida para sólidos secos na composição estar entre 0,1 e 10 unidades de amilase fúngica ácida por grama de sólidos secos .

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato da quantidade de glucoamilase para sólidos secos na composição estar entre 0,5 e 6 unidades de glucoamilase por grama de sólidos secos.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato da concentração de glicose durante a fermentação ser mantida menor que 1% em peso.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de durante a produção de etanol, o pH é mantido a 3,0 a 4,5 durante a primeira metade do ciclo total e a 4,5 a 6,0 durante a segunda metade do ciclo total.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato das condições de sacarificação incluírem : uma temperatura de 30°C a 35°C, um teor de sólidos de 25 a 45% em peso, uma quantidade de amilase fúngica ácida para sólidos secos na composição que está entre 0,1 e 10 u-nidades de amilase fúngica ácida por grama de sólidos secos, e uma quantidade de glucoamilase para sólidos secos na composição que está entre 0,5 e 6 unidades de glucoamilase por grama de sólidos secos; e condições as quais produzem etanol compreendendo uma temperatura inicial de 35 °C que é diminuída durante a fermentação para uma temperatura de 30°C; e onde a produção de glicose e fermentação da glicose a etanol é conduzida em um processo simultâneo.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato do processo ser um processo contínuo .

13. Processo, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato do processo ser conduzido por um período de tempo entre 48 e até 96 horas.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato dos açucares serem fermentados na ausência da protease adicionada.