BRPI0704200A2 - processo para obtenção de etanol a partir de algas - Google Patents

Abstract

Idealiza um processo para produção de álcool a partir do hidrolisado de polímeros de carboidrato produzidos por algas cultivadas, pertencente ao campo da indústria alcooleira, sendo que, por razões económicas e principalmente ecológicas, as algas são cultivadas com auxílio de bóias, em áreas onde o vento e a correnteza não sejam fortes, entre as mais comumente utilizadas, estão as dos gêneros Gelidium, Gigardina, Gradilária, Encheuma e Pterocladia, trata-se, portanto,de um inédito processo desenvolvido com intuito de oferecer uma metodologia para transformar polissacarídios gelificantes obtidos de algas em etanol; basicamente o processo consiste em hidrolisar os polímeros de carboidrato das algas e utilizá-los como substrato para fermentação, obtendo-se baixo custo para sua exeqúibilidade industrial.

Description

"PROCESSO PARA OBTENÇÃO DE ETANOL A PARTIR DE ALGAS"

Campo da invenção

A presente patente de privilégio de invenção,"PROCESSO PARA OBTENÇÃO DE ETANOL A PARTIR DEALGAS", tem por objeto um processo para produção de álcool apartir do hidrolisado de polímeros de carboidrato produzidos poralgas cultivadas, pertencente ao campo da indústria alcooleira,sendo que, por razões econômicas e principalmente ecológicas, asalgas são cultivadas com auxílio de bóias, em áreas onde o vento ea correnteza não sejam fortes. Entre as mais comumente utilizadas,estão as dos gêneros Gelidium, Gigardina, Gracilária, Encheuma ePterocladia.

Trata-se, portanto, de um inédito processodesenvolvido com intuito de oferecer uma metodologia paratransformar polissacarídios gelificantes obtidos de algas em etanol.

O ineditismo no processo consiste em hidrolisar os polímeros decarboidrato das algas e utilizá-los como substrato para fermentação,obtendo-se baixo custo para sua exeqüibilidade industrial,agregando requisitos de economia, reafirmando sua praticidadeutilitária e oferecendo liberdade adicional e opção de escolha nomercado setorial.

É ainda, objetivo do presente pedido,apresentar um processo para obtenção de etanol a partir de algas,com baixos custos para sua exeqüibilidade industrial, porém aliadoaos requisitos de economia e preservação ambiental, oferecendoassim ao público consumidor, uma opção adicional no mercado decongêneres, que ao contrário das técnicas usuais, oferece inúmeraspossibilidades e benefícios a seus usuários, tornando-se umprocesso produtivo de álcool de grande aceitação no mercadosetorial.

Histórico da invenção

As algas na dieta alimentar são fontes deproteínas, oligoelementos, vitaminas e fibras, porém, pobres emlipídios. Destacam-se pela variedade de sabores, aromas etexturas.

Com interesse econômico e ecológico, asalgas são cultivadas com auxílio de bóias, em áreas onde o vento ea correnteza não sejam fortes. Entre as mais comumente utilizadas,estão as dos gêneros Gelidium, Gigardina, Gracilária, Encheuma ePterocladia.

Durante o crescimento as algas assimilam,seletivamente, muitos dos minerais contidos na água. Fazemfotossíntese e sintetizam o polímero de carboidrato que constitui oarcabouço estrutural do corpo da alga, que pode ser o agar-agar ououtros polímeros.

As substâncias mais conhecidas extraídasdas macro-aigas são de três tipos: os alginatos, extraídos das algascastanhas; o agar-agar e as carragenanas, extraídos de váriasespécies de algas vermelhas. O agar-agar é uma mucilagem(gelatina vegetal) constituída por polímeros de agarose eagaropectina.

Em termos alimentares, alginatos, agar-agare carragenanas são utilizados, sob a forma de polímeros, comoagentes espessantes de alimentos, em virtude da textura cremosaque lhes atribui.

No cardápio dos povos orientais, há muitosséculos, é habitual a utilização do polímero agar-agar como produtogelificante. Essa receita foi posteriormente incorporada, àmicrobiologia para solidificar meios de cultura destinados aocrescimento de micróbios. Na abrangência de aplicações até agoraconhecidas, o agar-agar é utilizado nos vários segmentos industriaisonde um agente gelificante se faz necessário.

Pontos deficientes do estado da técnicaApesar das substâncias extraídas das algasem geral serem largamente utilizadas na indústria alimentícia eoutras, até hoje não há emprego algas para a obtenção de etanol.

Atualmente o etanol é obtidopreferencialmente a partir de produtos agrícolas, tais como cana deaçúcar, milho, beterraba, entre outras. Porém, existem doisargumentos principais que são universalmente empregados contraa produção de etanol como combustível, quais sejam, o uso deterras agriculturáveis que de outra forma poderiam ser empregadaspara a produção de alimentos, e os efluentes, definidos por gases,líquidos e sólidos, considerados danosos quando descartados aomeio ambiente.

Sumário da invenção

Foi pensando nesses inconvenientes que,após inúmeras pesquisas e estudos, o inventor, pessoa ligada aoramo, criou e desenvolveu o objeto da presente patente, idealizandoo "PROCESSO PARA OBTENÇÃO DE ETANOL A PARTIR DEALGAS", o qual concebe um processo eficaz para transformarpolissacarídios gelificantes obtidos de algas em etanol.

Assim, a presente patente foi desenvolvidavisando obter uma metodologia com menor número de etapaspossível em sua concepção, convenientemente configuradas earranjadas para permitir que o "PROCESSO PARA OBTENÇÃO DEETANOL A PARTIR DE ALGAS" transforme polissacarídiosgelificantes em etanol com eficiência e versatilidade inigualáveis,sem os inconvenientes já mencionados.

Apresenta-se no presente pedido de patente,um prático e inovador processo para obtenção de etanol comeconomia, sem causar agressão ao meio ambiente.

O processo ora apresentado trata-se daobtenção de etanol a partir de polissacarídios gelificantes obtidos dealgas cultivadas com auxílio de bóias, sendo que as maiscomumente utilizadas, são as dos gêneros Gelidium, Gigardina,Graciláría, Encheuma e Pterocladia. A técnica consiste em hidrolisaros polímeros de carboidrato das algas e utilizá-los como substratopara fermentação.

É de se compreender assim que o processoem questão é extremamente simples em sua aplicação, sendo,portanto, de fácil exeqüibilidade, porém, são obtidos excelentesresultados práticos e funcionais, oferecendo uma alternativainovadora sobre os métodos conhecidos.

Idealizado com conceito inovador, resulta emum método seguro e confiável, de aplicação simplificada e,sobretudo econômico, sendo que, além do aspecto econômico, oprocesso para obtenção de etanol ora em questão destaca-se pelasua versatilidade e comodidade de aplicação.

Breve descrição dos desenhos da invenção

A seguir, para melhor entendimento ecompreensão de como se constitui o "PROCESSO PARAOBTENÇÃO DE ETANOL A PARTIR DE ALGAS", que aqui sepleiteia, apresenta-se um diagrama de blocos em anexo, onde sevê:A FIG. 1 - Mostra um diagrama de blocos doprocesso para obtenção de etanol a partir de algas.

Descrição detalhada da invençãoDe conformidade com o quanto ilustram asfiguras acima relacionadas, o "PROCESSO PARA OBTENÇÃO DEETANOL A PARTIR DE ALGAS", objeto da presente patente, foiconcebido para a obtenção de etanol a partir de polissacarídiosgelificantes obtidos ije algas, hidrolisando os polímeros decarboidrato das algas e utilizando-as como substrato parafermentação.

Segue abaixo a descrição completa edetalhada da seqüência do processo para obtenção de etanol apartir de algas:

a) Primeira etapa (1): Nesta etapa, as algasprodutoras de polímeros de carboidrato, cultivadas no ambienteaquático, marinho ou não, são coletadas, limpas e submetidas ounáo ao processo de secagem.

Na composição percentual das algas secasencontra-se, em média:

- 76% carboidrato;

- 9% de matéria nitrogenada;

- 5% de resíduos minerais e

-10% de umidade.

b) Segunda etapa (2): Nesta etapa, asporções, ainda úmidas ou secas, dos corpos das algasselecionadas, são levadas para fragmentação numa espécie detriturador.

c) Terceira etapa (3): Nesta etapa, aspreparações de algas já fragmentadas são transportadas parahidrólise dos polímeros de carboidrato. De acordo com a origem domaterial a hidrólise será efetuada por processo físico-químico oubiológico. Este último envolvendo atividade enzimática.A mistura para hidrólise físico-química deve ter, em média, oequivalente a:

- 20% de algas secas, com uma variaçãopara mais ou para menos de 2%;

- 5% de tampão ácido, com uma variaçãopara mais ou para menos de 2%;

- 75 % de água, com uma variação para maisou para menos de 2%.

Na hidrólise biológica, o tampão ácido ésubstituído pela preparação enzimática tamponada.

d) Quarta etapa (4): Nesta etapa, osmonômeros de carboidratos gerados pela hidrólise dos polímerossão separados, por filtração, dos não-hidrolisados e estes últimossubmetidos a processos de hidrólise seqüenciais diferenciados. Osresíduos que sobram após as várias hidrólises soo produtosorgânicos aproveitáveis para outras finalidades.

e) Quinta etapa (5): Nesta etapa, assoluções obtidas após o processo de hidrólise são analisadas noteor (Grau Brix) de carboidrato fermentável e outros componentesquímicos para que a concentração dos seus vários constituintesseja, adequadamente, padronizada como mosto para fermentaçãopelas leveduras selecionadas para o processo. Nesta fase ointeresse é transformar essa matéria prima, num líquido susceptívelde sofrer fermentação por leveduras. A população dessas levedurasé previamente amplificada, separadamente, sob condições decultivo adequadas.f) Sexta etapa (6): Nesta etapa, osmostos são descontaminados e, não necessariamente nesta ordem,acrescidos de outros componentes-químicos para que atenda asexigências metabólicas das leveduras selecionadas para osprocessos fermentativòs. Neste aspecto, a composição dos mostosdeve atender formulações relativas com os seguintes parâmetros:

- Teor cálcio: 0,15%;

- Teor fósforo: 196,708 ppm;

- Teor de vitamina: 0,2 a 0,5%;

- Teor de Nitrogênio: 0,26 a 0,90%;

- Teor de carboidrato fermentável: 13°Brix a

17°Brix.

g) Sétima etapa (7): Nesta etapa, asfermentações têm início quando mosto e leveduras são misturados,proporcionalmente, em condições de higiene, temperatura epressão adequadas ao volume líquido da mistura e condizentescom os princípios regidos pela microbiologia, definindo estes anecessidade de aerobiose ou não no início do processo, queprosseguirá em anaerobiose até o término.

h) Oitava etapa (8): Nesta etapa, osprocessos fermentativòs são analisados periodicamente e, quandonecessário, corrigidos físico-quimicamente para transcorrerem deacordo com os padrões microbianos previamente estabelecidos. Ogás carbônico ou outros gases gerados durante a fermentação sãorecolhidos e utilizados para vários fins industriais. A eficiência dafermentação é calculada multiplicando por 100, o quociente dadivisão do Volume de álcool produzido pelo Volume teórico deálcool que poderia ser produzido. Ou seja, para a avaliação daeficiência da fermentação emprega-se a seguinte fórmula:<formula>formula see original document page 9</formula>

i) Nona Etapa (9): As etapas seqüenciaisapós o término do processo fermentativo abrangem floculação dasleveduras seguida de sedimentação espontânea ou induzida damassa celular para separar, posteriormente, a solução alcoólica damassa de leveduras. Esta última pode ser utilizada em novafermentação ou como suplemento alimentar.

j) Décima etapa: Nesta etapa, as soluçõesalcoólicas obtidas são transferidas para destilação. No final destaetapa, de acordo com a metodologia utilizada, a solução de álcoolhidratado ou anidro pode ser estocada. As preparações hidratadasobtidas terão o teor alcoólico variando de 91 a 93°GL.

Observação: No processamento das etapasde hidrólise até o término da fermentação o trabalho será executadoexclusivamente por homens, como forma de precaver adisseminação de bactérias lácteas da microbiota feminina para oambiente onde carboidratos hidrolisados ou mosto estão sendotrabalhados.

Tratou-se, portanto, no presente relatóriodescritivo de uma nova concepção em obtenção de álcool,apresentando conforme pudemos evidenciar pela análise realizadae pelo diagrama mostrado inúmeras diferenças sobre os métodosconvencionais existentes no mercado setorial, além decaracterísticas técnicas produtivas completamente diferentesdessas pertinentes ao estado da técnica. Pelas vantagens queoferece, e ainda, por revestir-se de características verdadeiramenteinovadoras que preenchem todos os requisitos de novidade eoriginalidade no gênero, o presente "PROCESSO PARAOBTENÇÃO DE ETANOL A PARTIR DE ALGAS" reúne condiçõesnecessárias para merecer a patente de Privilégio de Invenção.

Claims (10)

1.

"PROCESSO

PARA

OBTENÇÃO DEETANOL A PARTIR DE ALGAS", caracterizado por ser constituídodas seguintes etapas:a) Primeira etapa (1); nesta etapa, as algasprodutoras de polímeros de carboidrato, cultivadas no ambienteaquático, marinho ou não, são coletadas, limpas e submetidas ounão ao processo de secagem; na composição percentual das algassecas encontra-se, em média:- 76% carboidrato;- 9% de matéria nitrogenada;- 5% de resíduos minerais e- 10% de umidade;b) Segunda etapa (2); nesta etapa, asporções,

ainda

úmidas

ou

secas,

dos

corpos das algasselecionadas, são levadas para fragmentação numa espécie detriturador;c) Terceira etapa (3); nesta etapa, aspreparações de algas já fragmentadas são transportadas parahidrólise dos polímeros de carboidrato; de acordo com a origem domaterial a hidrólise será efetuada por processo físico-químico oubiológico; este último envolvendo atividade enzimática; a misturapara hidrólise físico-química deve ter, em média, o equivalente a:- 20% de algas secas, com uma variaçãopara mais ou para menos de 2%;- 5% de tampão ácido, com uma variaçãopara mais ou para menos de 2%;- 75 % de água, com uma variação para maisou para menos de 2%;na hidrólise biológica, o tampão ácido é substituído pela preparaçãoenzimática tamponada; >9>d) Quarta etapa (4); nesta etapa, osmonômeros de carboidratos gerados Jpela hidrólise dos polímerossão separados, por filtração, dos não-hidrolisados e estes últimossubmetidos a processos de hidrólise seqüenciais diferenciados; osresíduos que sobram após as várias hidrólises são produtosorgânicos aproveitáveis para outras finalidades;e) Quinta etapa (5); nesta etapa, as soluçõesobtidas após o processo de hidrólise são analisadas no teor (GrauBrix) de carboidrato fermentável e outros componentes químicospara que a concentração dos seus vários constituintes seja,adequadamente, padronizada como mosto para fermentação pelasleveduras selecionadas para o processo; nesta fase o interesse étransformar essa matéria prima, num líquido susceptível de sofrerfermentação por leveduras; a população dessas leveduras épreviamente amplificada, separadamente, sob condições de cultivoadequadas;f) Sexta etapa (6); nesta etapa, os mostossão descontaminados e, não necessariamente nesta ordem,acrescidos de outros componentes químicos para que atenda àsexigências metabólicas das leveduras selecionadas para osprocessos fermentativos. Neste aspecto, a composição dos mostosdeve atender formulações relativas com os seguintes parâmetros:-teor cálcio: 0,15%;- teor fósforo: 196,708 ppm;- teor de vitamina: 0,2 a 0,5%;- teor de Nitrogênio: 0,26 a 0,90%;- teor de carboidrato fermentável: 13°Brix a17°Brix;g) Sétima etapa (7); nesta etapa, asfermentações têm início quando mosto e leveduras são misturados,proporcionalmente, em condições de higiene, temperatura epressão adequadas ao volume líquido da mistura e condizentescom os princípios regidos pela microbiologia, definindo estes anecessidade de aerobiose ou não no início do processo, queprosseguirá em anaerobiose até o término;h) Oitava etapa (8): nesta etapa, osprocessos fermentativos são analisados periodicamente e, quandonecessário, corrigidos físico-quimicamente para transcorrerem deacordo com os padrões microbianos previamente estabelecidos; ogás carbônico ou outros gases gerados durante a fermentação sãorecolhidos e utilizados para vários fins industriais; a eficiência dafermentação é calculada multiplicando por 100 o quociente dadivisão do Volume de álcool produzido pelo Volume teórico deálcool que poderia ser produzido.i) Nona Etapa (9); as etapas seqüenciaisapós o término do processo fermentativo abrangem floculação dasleveduras seguida de sedimentação espontânea ou induzida damassa celular para separar, posteriormente, a solução alcoólica damassa de leveduras; esta última pode ser utilizada em novafermentação ou como suplemento alimentar;j) Décima etapa (10); nesta etapa, assoluções alcoólicas obtidas são transferidas para destilação; no finaldesta etapa, de acordo com a metodologia utilizada, a solução deálcool hidratado ou anidro pode ser estocada; as preparaçõeshidratadas obtidas terão o teor alcoólico variando de 91 a 93°GL;observação; no processamento das etapas de hidrólise até otérmino da fermentação o trabalho será executado exclusivamentepor homens, como forma de precaver a disseminação de bactériaslácteas da microbiota feminina para o ambiente onde carboidratoshidrolisados ou mosto estão sendo trabalhados.