MXPA06010826A - Extraccion con etanol de fitosteroles a partir de fibra de maiz. - Google Patents

Abstract

La presente invencion proporciona un proceso para extraer esteroles a partir de una fibra de maiz termoquimicamente hidrolizada, con alto contenido de solidos, utilizando etanol como el extrayente. El proceso incluye obtener una suspension de fibra de maiz que tiene un contenido de humedad de aproximadamente 20% hasta aproximadamente 50% en peso de solidos (alto contenido de solidos), procesar termoquimicamente la suspension de fibra de maiz que tiene el alto contenido de solidos de 20% a 50%, para producir una suspension de fibra de maiz hidrolizada, desaguar al suspension de fibra de maiz hidrolizada para obtener una fibra de maiz residual que tiene un contenido de humedad de aproximadamente 30 a 80% en peso de solidos, lavar la fibra de maiz residual, desaguar la suspension de fibra de maiz hidrolizada, lavada, para obtener una fibra de maiz residual que tiene un contenido de humedad de aproximadamente 30 a 80% en peso de solidos, y extraer la fibra de maiz residual con etanol y separar al menos un esterol.

Description

EXTRACCIÓN CON ETANOL DE FITOSTEROLES A PARTIR DE FIBRA DE MAÍZ CAMPO D? LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a un método de extracción de etanol de fibra de maíz «que ha sido termoquímicamente tratada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La "molienda en húmedo" .es un proceso mediante l cual el maíz puede ser convertido en etanol, endulzantes de maíz y almidones. Como se utiliza en la presente "fibra de maíz" es definido como "el producto obtenido a partir del proceso de molienda húmeda, que involucra una extracción inicial de los granos de maíz en dióxido de azufre acuoso a una temperatura elevada, seguido por la molienda suave y separación física de las capas de fibra externas -del almidón, proteínas y otros componentes". La fibra -de maíz es producida mediante la molienda en húmedo del maíz a la proporción de 13% por 35.23 litros (1 fanega) ole aíz procesado. Más de 15,000 toneladas de fibra ole maíz son producidas por día en los molinos húmedos de acuerdo a la Asociación de Refinadores de Maíz de Estados Unidos. Junto con la fibra ole maíz, porciones de proteina, aceite y almidón provenientes - l maíz son separadas de la REF.: 175895 corriente de fibra y, con el licor de extracción del maíz y los sedimentos que son rociados sobre la fibra junto con la harina ole germen de maíz, que se mezcla dentro de la corriente, un total de aproximadamente 15% del maíz procesado se vuelve parte de la corriente de alimentación de gluten de maíz . El licor d extracción del maíz es el líquido que es •derivado de la extracción inicial de los granos de maíz, y los sedimentos son los residuos provenientes de la destilación del caldo de fermentación de etanol, que comprende principalmente agua, materiales no volátiles y sólidos derivados principalmente de la masa de células de levadura. El licor de extracción del maíz y los resi-duos proporcionan nutrientes y proteína al alimento del gluten ole maíz, que es una corriente de un subproducto de bajo valor que es vendida como alimento para animales . En la presente invención es proporcionado un método de bajo costo que mejora la corriente de fibra de maíz en componentes más valiosos y utilizables. La fibra de maíz está compuesta -de aproximadamente 15-25% -de almidón, 10-13% de proteína, 33-42% ole he icelulosa, 15-1"8% de -celulosa, 3-6% -de cenizas, 3-6% de aceite, y 1-2% de otros componentes. La hemicelulosa está compuesta -de 50-55% de xiloea, 30-35% de arabinoea, 4-6% de galactosa, 3-5% de ácido D-glucuróni-co y 2-5% de otros componentes que incluyen mañosa, ácido cumárico, y áci?lo ferúlico. La corriente de fibra de maíz en la planta que viene de las prensas -de deshidratación contiene 30-50% de sólidos . Durante el tratamiento termoquímico de la fibra -de maíz, la fibra es calentada a 130-lß0a Centígrados (C) , lo cual solubiliza al almidón y las fracciones de hemicelulosa, mientras que deja intacta a la celulosa. El almidón está compuesto de dos tipos de polímeros de glucosa, la anulosa y la amilopectina. La amilosa es un polímero lineal con las moléculas de glucosa enlazadas por enlaces a-1,4-glucosídicos, y la amilopectina es un polímero altamente ramificado con las moléculas -de glucosa enlazadas por enlaces a-1, 4-glucosídicos con ramificaciones a-1, 6-enlazadas. La hemicelulosa en la fibra -de maíz está compuesta de la cadena principal de xilosa "ß-1, 4-enlazada, con cadenas laterales compuestas de arabinosa, xilosa, galactosa, ácido glucurónico, mañosa, ácido ferúlico, y ácido cumárico. El almidón puede ser removido de la fibra mediante hidrólisis con una combinación -de -calor y enzimas degradadoras del almidón o ácido sulfúrico. Bajo estas condiciones, el polímero de almidón -es hidrolizado primeramente para solubilizar los oligosacáridos, que pueden ser además hidrolizados a glucosa mediante un paso de hidrólisis secundario con acido o con enzima. La hemicelulosa puede ser parcialmente hidrolizada mediante tratamiento de la fibra de maíz a temperaturas por arriba de 121aC, pero la hidrólisis completa de la cadena principal de xilano a los monómeros requiere tratamiento adicional con ácido o enzimas . La hidrólisis del almidón y la hemicelulosa puede ser también combinada en un paso simple. La fibra de maíz nativa, que contiene dióxido de azufre residual proveniente del proceso de extracción puede ser tratada a altas temperaturas con la adición opcional de ácido. Este tratamiento provocará la hidrólisis simultánea del almidón y la hemicelulosa. Los monosacáridos a partir del almidón hidrolizable y la hemicelulosa pueden ser utilizados en muchas diferentes aplicaciones industriales que incluyen fermentaciones y la conversión catalítica a alcoholes de azúcar y subsecuentemente polioles. La glucosa proveniente del almidón puede ser utilizada en una fermentación con levadura para producir etanol, o puede eer fermentada a otros productos . La xilosa puede también ser similarmente fermentada a un número de productos derivados de la fermentación, conocidos por aquellas personas expertas en la técnica. El ácido ferúlico puede ser utilizado como un material de alimentación para la producción de vainillina. La fibra de maíz remanente después del paso de la hidrólisis puede ser puesta -en contacto luego con un solvente para extraer el aceite presente. Por ejemplo, la Patente de los Estadoe Unidos No. 5,543,499 (Moreau et al.) describe que la fracción de aceite, que contiene fitosteroles, puede eer extraída de la fibra de maíz, utilizando hexano en presencia del antioxidante BHT. El proceso descrito en Moreau et al., fue completado sobre fibra de maíz triturada, seca a temperatura ambiente con agitación. La extracción descrita en Moreau et al., dio como resultado aceites mixtos que contenían triglicéridos (TAG) , ésteree de ácido graso de fitosteroles (St-FA) , ácidos grasos libres (FFA) , tocoferoles, fitosteroles libres (St) , y esteres de ácido ferúlico de fitosteroles (St-F). Moreau et al., reporta que el porcentaje total de aceite en la fibra de maíz normal es tan alto como de 3.33% en peso. Además, Moreau et al., reportaron que aproximadamente 18% (p/p) del contenido total de esterol {St-FA, St y St-F) en el aceite extraído con 8% como St-FA. Los fitosteroles, incluyendo el beta-sitosterol y su beta-sitoeterolina glucosídica, se asemejan estrechamente a la molécula de colesterol. Estae moléculas interfieren -con la absorción del :olesterol en humanoe . La absorción disminuida del colesterol a partir de los intestinos disminuye la lipoproteína de baja densidad {LDL) , ' ue reduce los niveles plasmáticos de coleeterol. Para los propósitos de la presente invención, los fitoeteroles incluyen, por ejemplo, pero no están limitados a, beta-sitosterol, sitostanol, campeeterol, campestanol, estigmasterol, eetigmaetanol, braeicaeterol, y otroe compueetos que contienen el sistema de anillo esterol. Como se utiliza en la presente, "esteróles totales" incluyen, por ejemplo pero no están limitados a, todos los fitosteroles descritos en la preeente. Como ee utiliza en la presente, los fitosterolee también incluyen glucóeidos de esterol, steres de ácido graso de esterol y -esteres de ferulato de esterol . El método descrito en Moreau et al., difiere significativamente de la presente invención en que las extracciones descritas en la presente invención son contempladas sobre fibra de maíz termoquímicamente tratada, con alto contenido de sólidos . También, las extraccionee del proceso de la presente invención pueden eer llevadas a -cabo ya sea mediante fibra de maíz eeca o fibra de maíz no triturada, húmeda. La falta de necesidad para secar completamente la fibra de maíz es una ventaja en el proceso de la presente invención, debido a que la energía necesaria para reducir la fibra desde 65% de agua (típi-co para la fibra de maíz mecánicamente deehidratada) haeta 0% de agua no enlazada, es alta. Además, lae explosiones por polvo de grano son un peligro potencial para las operaciones de almacenamiento y molienda de granos . Al procesar la fibra de maíz no triturada, húmeda, ee -reduce al mínimo la probabilidad de una explosión por polvo de grano. Son utilizadas en el proceso de la presente invención concentraciones de 0%/100% de agua/etanol al 30%/70% de agua/etanol del extractor para extraer los fitosterolee . Si el contenido de agua de la fibra de maíz después del tratamiento termoquímico es de 65%, entonces 35% del peso de la corriente de fibra de maíz total necesitará eer agregado en etanol anhidro para alcanzar un eolvente de 80%/20%. Por lo tanto, ei la cantidad de agua preeente en la fibra de maíz puede eer reducida antee de la -extracción, el ueo del etanol eerá dieminuido en gran medida. Etanol y mezclae de etanol/agua eon máe compatibles con las plantae actuales de molienda en húmedo del maíz, que producen etanol, ya que el etanol es disponible para el uso en tales plantas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un proceso para extraer esteróles de la fibra del maíz «que comprende obtener. una suspensión de fibra de maíz que tiene un contenido de humedad de aproximadamente 20 por ciento en peso hasta 50 por •ciento -en peso de sólidos (por ejemplo, alto contenido de sólidos) , procesando termoquímicamente la suspensión de fibra de maíz para producir una suspensión de fibra de maíz hidrolizada, deshidratando la suspensión de fibra de maíz hidrolizada para obtener una fibra de maíz reeidual que tiene un contenido de humedad desde aproximadamente 30 haeta 80% en peeo de sólidoe, lavando (al menoe una vez) la fibra de maíz reeidual con agua, deshidratando la suspeneión de fibra de maíz hidrolizada, lavada, para obtener una fibra de maíz residual «que tiene un contenido de humedad de aproximadamente 30 a 80% en peso de sólidos, y extrayendo (al menos una vez) la fibra de maíz residual con etanol y eeparando al menoe un eeterol del miemo. En una modalidad máe preferida de eete proceso, el eeterol extraído es un fitosterol que se selecciona del grupo que' coneiete de las formas alfa, beta, y gamma del sitosterol, sitostanol, estigmasterol, estigmaetanol, campesterol, campestanol, espinasterol, esteres de fitosterol, esteres de fitostanol, y mezclas de los mismoe. En otra modalidad máe de la presente invención como se describe en la presente, el proceso incluye procesar termoquímicamente la suspensión de fibra de maíz mediante calentamiento de la suspeneión de fibra de maíz, deede aproximadamente 130 gradoe Centígrados haeta aproximadamente 180 gradoe Centígrados, y más preferentemente de aproximadamente 130 grados Centígrados haeta aproximadamente T90 gradoe Centígradoe, por al menoe aproximadamente un minuto, y más preferentemente de aproximadamente 2 a 60 minutos .

En otra modalidad más de la presente invención, el proceso incluye en donde la suspensión de fibra de maíz tiene un contenido de humedad de aproximadamente 20 a 50 por ciento en peso de sólidoe . En inclueo otra modalidad más de la presente invención, el proceso incluye además la repetición de la extracción de la fibra de maíz reeidual al menos una vez con etanol . Otra modalidad más - del proceso de la presente invención incluye llevar a cabo la extracción de la fibra de maíz residual a una temperatura de aproximadamente 25 grados Centígrados hasta 75 grados Centígrados por al menoe un minuto, y preferentemente de aproximadamente 30 a 120 minutos . En una modalidad preferida de eeta invención como ee describe en la presente, el proceso incluye en donde el contenido de etanol/agua en una base volumen/volumen es de aproximadamente 70%/30% hasta aproximadamente 100%/0%, y más preferentemente el .contenido de etanol/agua en una base volumen/volumen es de 95% de etanol y 5%. de agua. En otra modalidad más de esta invención, el proceso incluye además en donde el procesamiento termoquímico de la suspensión de fibra de maíz incluye además someter la suspensión de fibra de maíz a un ácido. 11 no requiere euspender el material en una suspensión acuosa, con la condición de -quQ el material sea calentado en un reactor mientras que se mezcla para asegurar la transferencia de calor adecuado. Por lo tanto, en el proceso detallado de la presente invención no existen requerimientoe de que la fibra de maíz eea preparada en una euepeneión acuoea que ee agitada, y por lo tanto no son necesarios grandes volúmenee de agua. Otro problema más "directamente relacionado de la cantidad de agua contenida en la suspensión de fibra de maíz es la concentración de los azúcaree monosacáridos que están presentes en el hidrolizado de fibra de maíz. Conforme se incrementa el contenido de agua, la euepensión de azúcar producida ee vuelve más diluida, de modo -que cuando el hidrolizado se fermenta, la concentración de etanol disminuye. Por debajo de 5% de etanol, se vuelve no económico destilar el etanol a partir del caldo de fermentación. Otras corrientes provenientes de la planta son a menudo utilizadas en lugar del agua del proceso. En otra modalidad más de la presente invención, corrientes de proceso alternativas, si el licor de .extracción de maíz y los residuoe, pueden ser utilizadoe en la preparación de la suepeneión de fibra de maíz. ?etae fuentes proporcionan agua, pero también contienen sólidos solubles e ineolublee a \2 nivelee hasta de 14%, con lo cual se influye el mezclado de lae suepensiones líquidas de fibras de maíz. La presente invención proporciona un proceso para extraer esteróles de la fibra de maíz, que incluye la hidrólisis de la fibra de maíz a altos contenidos de sólidos. Como ee utiliza en la presente, altos contenidos de eólidos eignifica una euspensión de fibra de maíz que tiene un contenido de humedad de aproximadamente 20 por ciento en peso hasta aproximadamente 50 por ciento en peso de sólidos. ?l proceso de esta invención incluye en donde la fibra de maíz es tomada de la planta a un nivel de humedad entre 50-70% e incrementado el nivel de humedad hasta 50-80%. La fibra de maíz puede ser termoquímicamente hidrolizada mediante la utilización de un reactor a presión. Eete tipo de reactor puede ser un reactor continúo o un reactor por lotes. El reactor continúo puede utilizar elevadoree de tornillo para transportar la fibra hacia el reactor y para mantener una sello a presión eobre el reactor. El reactor por otee puede ser un reactor giratorio eellado. El. calentamiento de la fibra puede eer logrado mediante la inyección de vapor dentro del reactor, para elevar la temperatura de la fibra de maíz haeta aproximadamente 130SC, preferentemente hasta aproximadamente l-80eC, y máe preferentemente' hasta aproximadamente 190=C, y preferentemente de aproximadamente 138£C hasta aproximadamente 1459C, y máe preferentemente de 13 aproximadamente 150SC hasta aproximadamente 1802C. La fibra de maíz es mantenida entre esae temperaturas por al menos aproximadamente 1 minuto y preferentemente de aproximadamente 2 minutos hasta aproximadamente 1 hora. La fibra es luego removida del reactor es luego desaguada para remover el oligosacárido que contiene el líquido. La hidrólisie termoquímica con alto contenido de sólidos de la fibra de maíz puede tener lugar «en un intervalo de contenidos de humedad en las euepeneiones desde 20 haeta 50% de sólidos, y un intervalo de temperaturae deede aproximadamente 130SC hasta aproximadamente 180SC, y preferentemente de aproximadamente 130SC hasta aproximadamente 190aC, por al menos aproximadamente un minuto y más preferentemente de aproximadamente 2 minutos hasta aproximadamente 1 hora. Una vez que la fibra de maíz «es termoquímicamente hidrolizada, ésta es desaguada utilizando una prensa o dispositivo de filtración, tal como por ej-emplo, pero no limitado a, una prensa de tornillo o un filtro a vacío. La fibra residual después del desaguado tiene un -contenido de humedad de aproximadamente 30% hasta aproximadamente 80% de - sólidoe . Este material puede necesitar luego opcionalmente ser parcialmente secado para reducir el ueo de etanol completo como ee discute en la preeente. La fibra es luego extraída con al menos uno, 14 preferentemente 3 , y más preferentemente 7 volúmenes de aproximadamente 70% hasta aproximadamente 100% de etanol a una temperatura de aproximadamente 25aC hasta aproximadamente 75aC por aproximadamente un minuto y máe preferentemente de aproximadamente 10 minutoe hasta aproximadamente 2 horas. La fibra de maíz puede ser, por ejemplo, agitada o revuelta mi-entrae es extraída, o éeta puede ser extraída con un extractor a contracorriente. Después de la -extracción, el etanol es procesado adicionalmente para separar el aceite.

EJEMPLOS Ejemplo 1: "Extracción con etanol de loe fitoeteroles de fibra de maíz no termoquímicamente tratada" y ejemplo 2 : "Extracción con etanol de los fitosteroles de fibra de maíz termoquímicamente tratado, con bajo contenido de sólidos" describen extracciones conocidas con etanol de la fibra de maíz nativa y termoquímicamente tratada a un bajo contenido de sólidos, respectivamente. Los ejemplos 1 y 2 y los resultados de las extraccionee del fitosterol se describen para dar una línea base para comparación. Ejemplo 3 "Extracción con etanol al 95% de la fibra de maíz termoquímicamente tratada, con alto -contenido de sólidos", describe el proceso de la presente invención. 15 EJEMPLO 1 Extracción -con etanol de fi tosteroles de fibra de maíz no termoquímicamente trata-da La fibra de maíz (49.1 kg total) fue mezclada con un exceso de agua y ajustada a pH 5.5 con hidróxido de sodio. Se agregó la enzima a-amilasa FRED de Genencor Spezyme a la suspeneión de fibra de maíz al doble de la doeificación recomendada. La suepensión con bajo contenido de eólidos fue tratada en una tina de media luna a 60-95aC por dos días (48 horas) . La temperatura fue llevada hasta 65aC y se agregaron la amiloglucosidasa Optidex L-400 de Genencor y la a-amilaea Fungamyl 8 OL de Novozymes a dos veces la dosis recomendada, y la suepensión fue mantenida a 65SC por 1 día (24 horas) . La fibra fue desaguada mediante procesamiento con una prensa de tornillo y lavada y desaguada nuevamente 3 veces. Las porciones de la fibra de maíz desalmidonada, húmeda fueron extraídas sin agitación utilizando etanol/agua (600 ml) en proporciones variantes (tabla 1) a 47SC por dos horas. La suspensión de etanol/fibra de maíz fue filtrada para -remover la fibra de maíz y el etanol -que -contenía aceite fue destilado bajo presión reducida para reducir el volumen. La mezcla de aceite-etanol residual fue extraída dos veces con hexano. Se agregó una solución saturada de cloruro de sodio durante la .extracción para promover la formación de un límite distinto entre los -solventes no miscibles . La capa de -agua 16 que contiene sal contenía cantidades significativas de precipitado y fue deeechada sin análisie. Las capas de hexano fueron combinadas, decoloradas -con carbón mineral activado, secadas con sulfato de magnesio y filtradas por gravedad. El hexano fue removido por medio de destilación simple bajo preeión reducida y lae mueetras resultantes fueron desecadas para producir las mezclas 111A, 111C, 111D y 111E en la tabla 1. La fibra de maíz nativa fue dividida en porciones de 100 g (36.8 g de peso seco) y -extraídas sin agitación utilizando etanol/agua en proporcionee variantes (tabla 1) a 47aC por dos horas. La suspensión de etanol/fibra de maíz fue filtrada para remover la fibra de maíz y el etanol que contenía aceite fue destilado bajo presión reducida para reducir el volumen. La mezcla de aceite/etanol residual fue extraída dos veces con hexano. La solución saturada de cloruro de sodio fue agregada durante la extracción para promover la formación de un límite distinto entre los solventes no mieciblee. La -capa acuoea que contenía sal, contenía cantidades significativas del precipitado y fue desechada ein análisis. Las capas de hexano fueron combinadas, «decoloradas con carbón mineral activado, secadas •con sulfato de magnesio, y filtradas por gravedad. El hexano fue removido por medio de destilación simple bajo presión reducida y las mues-trae reeultantee fueron desecadas para 17 producir las muestras 123A, 123B, 123C y 123D en la tabla 1. - EJEMPLO 2 Extracción con etanol de los fi tosteroles de fibra de maíz termoquímicamente trata-da, con bajo contenido de sólidos La fibra de maíz a un contenido de sólidos del 13% fue tratada en un reactor agitado a 150aC por 30 minutos sin adi-ción de ácido. Después de 30 minutos el reactor fue inmediatamente enfriado hasta 95SC y la fibra de maíz fue removida del reactor. La fibra fue luego desaguada mediante la filtración bajo presión reducida, lavada con agua desionizada, y desaguada nuevamente. Las porciones de la fibra de maíz termoquímioamente tratada, húmeda fueron extraídas sin agitación utilizando etanol/agua (750 ml) , en proporciones variantes (tabla 1) a 47SC por dos horas. -El primer extracto fue obtenido mediante la filtración de la fibra de maíz. Se completó una segunda extracción sobre la torta de filtro prensa resultante, utilizando la misma -concentración de etanol/agua, al mismo tiempo y temperatura que la primera extracción. Loe dos filtrados -de etanol fueron combinados y el etanol fue reducido por medio de destilación bajo presión reducida. Cuando la destilación disminuyó de velocidad significativamente, los -contenidos del recipiente f eron enfriados y extraídos dos veces con hexano . Se agregó una solución saturada de cloruro de sodio durante 18 la extracción para promover la formación de un límite distinto entre los eolventee no mieciblee . La capa acuoea que contenía sal contenía cantidades eignificativas del precipitado, y fue deeechada ein análieis. Las capas de hexano fueron combinadas, decoloradas con carbón mineral activado, secadas con sulfato de magnesio, y filtradas por gravedad. El exano fue removido por medio de destilación simple bajo presión reducida y las muestras resultantes fueron desecadas para roducir las muestrae 129A-D en la tabla 1. Los resultados son consi entes con otras extracciones etanol/agua de fibra de maíz (tabla 1) . La fibra de maíz a un contenido de sólidos de 13% (10-00 g totales) fue tratada en un reactor agitado a 150SC por treinta minutos . Después de 30 minutos, ee bombearon 11.13 ml de una solución de hidróxido de sodio 9.12 M dentro del reactor para efectuar un tratamiento alcalino. Despuée de 5 minutoe, se agregaron 3.71 ml de ácido sulfúrico al 50% al reactor, para neutralizar los contenidoe del reactor. El reactor fue inmediatamente enfriado haeta 95aC y la fibra de maíz fue removida del reactor. La fibra fue luego deeaguada mediante la filtración bajo preeión reducida, lavada con agua deeionizada y deeaguadamente nuevamente. La fibra de maíz termoquímicamente tratada, húmeda fue extraída ein agitación utilizando 70% de etanol/30% de agua (tabla 1) aproximadamente a 47-C por aproximadamente 2 horas. ?l 19 primer extracto fue obtenido mediante la filtración de la fibra de maíz. Una segunda extracción fue completada sobre la torta de filtro prensa resultante utilizando la misma concentración de etanol/agua y temperatura que la primera extracción por aproximadamente 1.75 horas. Los dos filtrados de etanol fueron combinadoe y el etanol fue reducido por medio de destilación bajo presión reducida. Cuando la destilación disminuyó de velocidad significativamente, los contenidos del recipiente fueron enfriados y extraídos dos vecee con hexanoe . Se agregó eolución saturada de cloruro de sodio durante la extracción para promover la formación de un límite distinto entre los eolventes no miscibles. La capa acuosa «que contenía eal, contenía cantidades significativas del precipitado y se deeechó ein análieie. La capa de hexano fue combinada, decolorada con carbón mineral activado, eecada con eulfato de magneeio, y filtrada por gravedad. El hexano fue removido por medio de deetilación eimple bajo preeión reducida y la mueetra reeultante fue eecada para producir la muestra 144 en la tabla 1. Los resultados son consistentes con otras extracciones «etanol/agua de fibra de maíz (tabla 1) . La fibra de maíz a 13% de sólidos (1077 g en total) fue ajustada -en el pH a aproximadamente 5.34 con hidróxido de sodio y se agregaron 2 ml de Genencor Spezyme FRED para deealmidonar la fibra de maíz. La euspeneión fue calentada a 20 aproximadamente 121aC por aproximadamente 30 minutos y luego se agregaron 4.4 ml de ácido sulfúrico al 50% para efectuar un tratamiento con ácido. Después de aproximadamente 5 minutos, se agregaron 12 ml de hidróxido de sodio 9.12 M para neutralizar la suepeneión, y la euepensión fue enfriada y filtrada bajo presión reducida. La mitad de la fibra de mayor reeidual fue extraída con etanol ein agitación utilizando 70% de etanol/30% de agua (tabla 1) a aproximadamente 47eC por aproximadamente dos horas. El primer extracto fue obtenido mediante filtración de la fibra de maíz. Se completó una segunda extracción sobre la torta de filtro prensa resultante con 70% de etanol/30% de agua aproximadamente a 4 aC por aproximadamente 2.5 horas. Los primeroe doe filtradoe de etanol fueron combinadoe y el etanol fue reducido por medio de deetilación reducida. Cuando la destilación disminuyó de velocidad significativamente, los contenidos del recipiente sedimentados fueron enfriados y extraídos dos veces con hexano. La solución saturada de cloruro de sodio fue agregada durante la extracción para promover la formación de un límite distinto -entre los solventes no miscibles. La capa acuosa que -contenía sal, -contenía cantidades significativas del precipitado, y fue desechada sin análisis. La capa de hexano fue combinada, decolorada con carbón mineral activada, secada con sulfato de magnesio, y filtrada por gravedad. El 21 hexano fue removido por medio de destilación eimple bajo preeión reducida y la muestra resultante fue desecada para producir la muestra 148 en la tabla 1. Loe resultados son consietentes con otras extracciones de etanol/agua de fibra de maíz (tabla 1) .

Tabla 1. Evaluación de las composiciones de etanol/agua sobre especies extraídas de fibra de maíz nativa húmeda 22 -nativa húmeda para la extracción Inicial, y fue el contenido de agua del solvente de re-extracción para la segunda etapa. 23 TAG = triglicéridos; FA-est = ésteres de ácido graso; FFA = ácidos grasos libres; St = fitosteroles; St-F = ferulatos de fitosterolee; St-FA = esteres de ácidos grasoe de fitoeteroles ?J?MPLO 3 Extracción con etanol al S'5% de la fibra de maíz termoquímicamente tratada, con alto contenido de sólidos Han sido conducidos experimentoe a gran .escala -en un r-eactor de tambor giratorio. Un tambor de reactor giratorio es un tanque a presión forrado con chaqueta, de 189 litros (50 galones) -que utiliza rotación del reactor completo para el mezclado, en vez de tener un agitador giratorio (impulsor) dentro del tanque. Mediante el uso de este método, la carga de los sólidos puede ser más alta que el límite de suepeneión de 15% de sólidos cuando se mezcla por un agitador. El método de hidrólisis ee la hidrólisis catalizada por S02 residual de los polisacáridos en la fibra de maíz, que incluyen almidón, hemicelulosa y una cantidad menor de celulosa. -El S02 residual presente en la fibra de maíz resulta del proceso -de extracción de maíz. Para las corridas # 4232-35, 4232-37, 4232-40 y 4232-43, la fibra fue -colocada en un reactor de tambor giratorio de 189 litros (150 galones) y la presión en el reactor y la chaqueta fue incrementada aproximadamente hasta 3.51 a 4.22 kg/cm2 (50 a 60 24 psi) , -que corresponde a aproximadamente 13 ?C haeta aproximadamente 145SC. El reactor fue mantenido a preeión y girado a un rpm por 30 minutos y luego despreeurizado y apagado. La euspeneión en fibra fue inmediatamente desaguada ya sea mediante procesamiento de la suspensión a través de una prenea de tornillo o mediante filtración bajo preeión reducida. El residuo de fibra fue luego lavado dos veces -con un exceso de agua caliente (que tenía una temperatura de aproximadamente 50aC hasta aproximadamente 100SC) y el agua de lavado fue eliminada por la prensa de tornillo o mediante filtración bajo presión r-educida y recolectada. El hidrolizado líquido de la corrida #4232-43 fue recolectado y sometido a un paso de hidrólisis acida secundaria {1% de H2SO a 121SC por 30 minutoe) en una autoclave para hidrolizar los oligosacáridos presentes en la solución a monosacáridos para producir un material de alimentación de la fermentación. Para el resto de las corridas, una mueetra pequeña del hidrolizado fue calentada en autoclave aproximadamente a 121-C por aproximadamente 30 minutos con 1% de ácido sulfúrico para fines de análisie) . Loe detallee de cada corrida ee muestran en la tabla 2 y los resultados analíticos eon mostrados en la tabla 3 siguiente. El "-1" en la tabla 3 se refiere al filtrado original, y "-2" se refiere al filtrado que ha sido tratado con ácido para hidrolizar los oligosacáridoe a monoeacáridoe . Lae pentoeas incluyen 25 xilosae y arabinosas y las hexosae incluyen glucosa y galactosa. La corrida # 4232-49 fue completada con el mismo procedimiento que lae corridae #4232-35 a 43, pero despuée del paso inicial de hidrólisis, el reactor fue despresurizado y se agregaron 300 ml de enzimas a la suepeneión de fibra. Lae enzimae agregadas fueron 50 ml de cada una de las hemicelulasas FoodGel Plus, ViscoStar 150L, ViscoStar CL CONC, de Dyadi-c Internacional, y la celulasa fúngica neutra, la a-amidasa fúngica eutra, la a-amilasa FR?D de Genencor Internacional Spezyme, y la amiloglucoeidasa Optidex L-400 de Novozymes. El reactor fue mantenido a aproximadamente a 6 aC por aproximadamente 48 horas y luego la fibra se desaguó y se lavó dos veces con desaguado entre etapas . La corrida #4232-52 fue completada con el mismo procedimiento que las corridas #4232-35 a 43, ero después del paeo de hidrólieis inicial, el reactor fue despreeurizado y se agregó 1% -en peso (% p) de ácido sulfúrico a la suepeneión de fibra. ?l reactor fue llevado a aproximadamente a 130aC y la suspeneión fue hidrolizada por aproximadamente 45 minutos . Esta corrida fue completada para determinar si los oligoeacáridoe eolublee generadoe en la hidrólisis inicial podrían ser hidrolizados a monosacáridoe por el ácido antee de -que .el líquido fuera eeparado de los eóli oe . 26 Tabla 2 . -Detalles de la corrida en el reactor de tambor giratorio .

Tabla 3. Resultados analíticos para los filtrados de reactor de tambor giratorio (corridas #4232-) (en g/litro) 27 Los filtrados y los doe lavadoe de lae corridas #4232-35, 4232-37 y 4232-40 fueron combinados y concentrados en un evaporador de -circulación natural, pequeño hasta una concentración de sólidos de 20%, y luego sometidoe a hidrólieis eecundaria -con ácido mediante calentamiento a aproximadamente a 130aC en un reactor de tambor giratorio por aproximadamente 1 hora con ácido sulfúrico al 1% p/p agregado. El líquido combinado ee designado más adelante •como ^corrida #4232-45. Loe azúcaree, lae proteínas, los fenólicos y los productos de degradación son mostrados en la tabla 4. El análisis elemental es moetrado en la tabla 5, y el análieie de aminoácidos es mostrado en la tabla 6. Los altos niveles de azufre son debidos al S02 presente más el ácido sulfúrico agregado durante el paso de hidrólisis leecundario, para finee de hidrolizar completamente loe oligoeacáridoe .

Tabla 4. Resultados analíticos para el hidrolizado concentrado, combinado (en g/litro) 28 Tabla 5: Análisis elemental para el filtrado de fibra de maíz hidrolizado con ácido, secundario, concentrado (en mg/kg) .

Corrida # Ca F re Mg Na s- K Cl 4232-45 116 11.8 469 498 1084 3369 1815 364 Tabla 6. Análisie de aminoácidoe antee y deepuée de la hidrólisis (en mg/kg) .

Para el paso de extracción de aceite, los residuos; húmedos de las corridas #4232-35, -37, 40, -43, -49 y -52 (en-el intervalo de aproximadamente 25% a aproximadamente 39% de' sólidos secos) fueron envasados de manera euelta dentro de un 29 reactor con chaqueta de 20 litros sin agitación, que tenía uní diámetro de aproximadamente 40.6 centímetros (16 pulgadas) y una altura de aproximadamente 76.2 centímetroe (30 pulgadae) , y etanol (95% de etanol/5% de agua) fue agregado (en la cantidad de aproximadamente uno a cinco litro) haeta que el diluyente emergió del fondo del reactor. ?l reactor fue mantenido a una temperatura eetablecida durante la extracción (ver tabla 7) . Se hizo pasar aire a través del reactor para forzar -el etanol a travée del reactor, y el eluyente fue recolectado . La fibra fue retirada del reactor y luego el eluyente fue colocado en el reactor y saponificado con KOH (1% en peso/volumen sobre las muestras 4232-35, 4232-37 y' 4232-40; 2% en peso/volumen de lae mueetras 4232-43, 4232-49 y 4232-52) por aproximadamente dos horas a aproximadamente. 56aC, 65aC ó 75aC, se apagó con ácido, y el volumen fue-reducido mediante evaporación bajo preeión reducida hasta que la espumación impidió la eliminación de etanol . Las solucionee r-eeultantee fueron extraídae doe vecee con un volumen igual -de hexanoe . Las capas concentradas de hexanos de 4232-40 y 4232-43 fueron nuevamente extraídas con un volumen igual de agua desionizada para .examinar el impacto de un paeo de extracción con agua sobre -el rendimiento de las.' muestras 'de aceite finalee. Cada capa de hexano fue secada con sulfato magnesio, filtrado y destilada, y las muestrae de aceite reeultantee fueron recuperadas, pesadae y sometidas y 30 enviadas para el análisie . Se encontró que las capas acuosae contenían esteróles y estañóles, de modo que el paso de retro-extracción con agua fue deecontinuado. Los resultados del aceite, el esterol y el estanol se dan en la tabla 7 y 8. La tabla 8 muestra los esterolee y -eetanolee individualee como un porcenta e del aceite extraído. Las muestras 4232-35, -37, -49 y -52 no fueron retro-extraídas con agua como lo fueron las muestras 4232-40 y 4232-43. Los -residuoe de fibra de maíz extraídos con -etanol {?tOH) fueron secadoe completamente y pesadoe nuevamente. Las pérdidas de maea de la fibra de maíz debida a la extracción ee dan en la tabla 7 y varían de aproximadamente 8 a 28 por ciento.

Tabla 7. Reeumen de loe rendimientoe de aceite y material extraído de lae -cantidadee en kilogramoe de la fibra de maíz nativa termoquímicamente tratada. 31 •(a) : ?eta mueetra de aceite fue disuelta -en la cantidad mínima de hexano y retro-extraída -con agua deeionizada tree vecee dejando detrás una emuleión de material eoluble en acetato de etilo en la capa acuoea.

Tabla 8 : Reeultadoe -del eterol para extraccionee -en kilogramoe de la fibra de maíz nativa termoquímicamente tratada en una base en peso del aceite extraído 32 ?J?MPLO 4 Extracción con et-anol de la fibra de maíz termoqaími camente tratada, con alto contenido de sólidos, en un extractor a contracorriente continua i Han sido conducidoe experimentos adicionales a gran escala en un tambor de reactor giratorio. ?l método d hidrólisis es la hidrólisis catalizada por SOa residual de los -polisacáridos en la fibra de maíz, -que incluyen almidón, hemicelulosa y una cantidad menor de celulosa. ?n las corridas número 4232-71 a la #4232-72-9, la fibra fue-colocada en un reactor de tambor giratorio de 189 litros (50 galones) y la presión en el reactor y la chaqueta se incrementó aproximadamente a 4.22 kg/cm2 (60 psi), que • corresponde a aproximadamente a 145aC. Para cada una de las [ nueve corridas, el reactor fue mantenido a preeión y girado a •" 1 rpm por 30 minutos y luego despresurizado y apagado. La suspensión de fibra fue inmediatamente desaguada mediante el procesamiento de la suspeneión a travée de una prensa de tornillo. ?l reeiduo de fibra fue luego lavado -dos veces con un exceso de agua caliente (que tenía una temperatura de aproximadamente 5 SC haeta aproximadamente 100aC) y el agua . del lavado fue removida por una prenea de tornillo recolectada. Los hidrolizados líquidos y los lavadoe de lae corridas #4232-72-1 a la #4232-72-9 fueron recolectadas y sometidas a un paso de hidrólisis acida secundaria (1% de- 33 H2S0 a 121SC por 30 inutoe) en un reactor agitado de 189 litroe (50 galonee) para hidrolizar loe oligoeacá idoe preeentee en la solución a monosacáridoe, para producir un material de alimentación de la fermentación. Loe detallee de cada corrida se muestran en la tabla 9.

Tabla 9: Detallee de las corridas #4232-72-1 a la #4232-72-9 ?l hidrolizado de fibra de maíz, hidrolizado con ácido secundario, combinado, fue concentrado en un evaporador vertical de tubo largo, de circulación forzada, hasta una 34 concentración de sólidos de 31%. Los resultadoe analíticos del hidrolizado combinado se muestran en la tabla 10 siguiente. ?l líquido combinado es designado más adelante como corrida #4232-72. Los altos niveles de cenizae son debidoe principalmente al azufre en el C02 más el ácido sulfúrico agregado durante el paso de hidrólisie secundaria para fines de hidrolizar completamente los oligosacáridos . Las pentosas incluyen xilosa, arabinosa y fructoea; y las hexoeae incluyen glucoea, manoea y galactoea. ?l reeiduo de fibra de maíz termoquímicamente hidrolizado de la corrida #4232-72 (44.8 kg de 56% de humedad, 25.09% kg de peeo eeco) se extrajo con etanol al 99.9% en un extractor a contracorriente Crown de seis etapas. ?l extractor fue operado con etanol a 65.6SC (150aF) , a una velocidad de alimentación de 200 ml/minuto de etanol, y una velocidad de arraetre de cadena de aproximadamente 3.61 cm/minuto (3.81 cm/minuto) . La fibra fue agregada a la cadena de arraetre hasta la parte superior de cada sección conforme la cadena pasaba la abertura de alimentación. Se utilizaron 189.2 litros (50 galones) de etanol para extraer la fibra. Después de que la fibra fue extraída, ésta entró inmediatamente a un desolventizador (DT) donde ésta fue calentada y agitada -con dos mezcladoree de listón para evaporar el etanol . ?l etanol entró a un condensador y fue bombeado nuevamente a la última etapa del extractor {donde 35 entró etanol fresco) . ?l DT fue mantenido a aproximadamente a 60SC (140aF) con calentamiento con vapor y eetuvo bajo preeión reducida, de modo que los vapores de etanol podrían entrar al condeneador. ?l etanol proveniente del extractor fue recolectado para el tratamiento posterior. ?l etanol que «contenía aceite, proveniente de la extracción fue concentrado en un evaporador lateral de tubo largo,.de circulación forzada, con bombas en la entrada y »en la salida para la operación continúa. Los 189.2 litros (50 galones) de etanol utilizado para la extracción absorbieron el agua presente en la fibra de maíz, de modo que el volumen ee incrementó a 208.2 litroe (55 galonee). ?l evaporador fue operado a una preeión de vapor de 108 kPa {1 PSIC-) , 20 k-Pa (-24 pulgada de Hg) , y una temperatura del líquido de aproximadamente 46-49aC (115-120aF) . Los 208.2 litros (55 galones) del extracto de etanol/aceite fueron alimentados al evaporador y evaporados hasta un total de 11.4 litros (3 galones) . ?l etanol evaporado fue recolectado y almacenado. ?l extracto de aceite concentrado fue alimentado dentro de un evaporador de circulación natural más pequeño. Los 11.4 litros (3 galonee) del extracto de aceite concentrado ee concentraron hasta 2.S4 kg del extracto de aceite. Las concentraciones -de eet rolee en el extracto de aceite ee muestran en la tabla 11, antee o despuée de la eaponificación. Lae más altas -concentraciones de los 36 fitosteroles libres son el sitosterol y sitostanol, como se esperaba. ?n las composiciones de aceite mostradas en la tabla 12, el componente prevalente es los triglicéridos, seguidos por los ácidos grasos libres . ?l análisis del aceite se utilizó para determinar el porcentaje de aceite extraído y el porcentaje de fitosterol extraído. La masa del concentrado de aceite «extraído fue de 2.42 kg, y la masa eetimada de la fibra nativa inicial, despuée de las pérdidas por procesamiento a través de la prensa de tornillo y el reactor, es de 40.6 kg. ?sto dio un rendimiento de aceite basado en la masa inicial de la fibra de maíz seca de 4.7% y un rendimiento de fitosterol basado en la masa inicial de la fibra de maíz seca, de 0.55%.

Tabla 10: Concentrado del hidrolizado de fibra de maí-z hidrolizada con ácido secundario, combinado, para la corrida #4232-72 Tabla 11: Concentraciones de esterol en la muestra de aceite de fibra de maíz (g/litro) Tabla 12. Concentraciones del -componente aceitoso (g/litro) Los ejemplos 1 y 2 anteriores describen las -extracciones de la fibra de maíz que no ha sido tratada, o tratada con enzimae . ?l ejemplo 2 describe el tratamiento termoquímico de la fibra de maíz a bajos nivelee de sólidos con extracción de los fitoesteroles . ?l tratamiento termoquímico con bajo contenido de sólidoe conduce a un 38 líquido de fermentación con bajas concentraciones de azúcar, que podría dar como reeultado bajas concentraciones de producto después de la fermentación o catálisis . Para el etanol específicamente, la concentración del etanol en el caldo de fermentación final necesita ser por arriba de 5% para una recuperación económica por destilación. ?l hidrolizado de la fibra de maíz puede ser intensamente concentrado mediante evaporación del agua antes de la fermentación, no obstante, esto también requiere un gran aporte de energía. En el proceso de la presente invención, la fibra de' maíz es termoquímicamente tratada con calor, y opcionalmente, con ácido a temperaturas de aproximadamente 130SC hasta aproximadamente 190aC por al menos un minuto, y preferentemente por aproximadamente 2 minutoe haeta 1 hora, a un nivel de sólidoe de aproximadamente 20% haeta aproximadamente 50%. Este tratamiento disminuye el volumen de la fibra de maíz y, por lo tanto, el volumen de etanol necesario para la extracción del aceite sin disminuir el rendimiento o alterar la composición del aceite. La presente invención deecribe un proceso para tratar termoquímicamenté una suspensión con alto contenido de sólidos de la fibra de maíz y luego la extracción de la fibra de maíz residual con etanol para separar los fitosteroles. Loe ejemplos descritoe en la presente muestran suspensi-onee de fibra de maíz con contenidoe de humedad de 50 a 80% -que pueden ser tratados para solubilizar el almidón y la hemicelulosa a un grado variante. También, los ejemplos anteriores ilustran el uso del etanol como un extrayente en el modo por lotes, por semi-lotes o continúo. Mientras que lae modalidades particularee de esta invención han sido descritas para fines de ilustración, será evidente para aquellas personas expertas en la técnica que pueden ser realizadas numerosas variaciones de los detalles de la presente invención, ein apartarse de la invención -co o se define en las reivindicaciones anexas. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención ee el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (8)

40 REIVINDICACION?S -Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Un proceso para extraer ester les de fibra de maíz, caracterizado porque comprende: obtener una suspensión de fibra de maíz que tiene un contenido de humedad de aproximadamente 20% en peso hasta 50% en peso de sólidoe; procesar termoquímicamente la suspensión de fibra de maíz a un nivel de sólidoe de 20 por ciento en peso a 50 • por ciento n peso de eólidoe, para - producir una euepensión de fibra de maíz hidrolizada; desaguar la suspensión de fibra de maíz hidrolizada para obtener una fibra de maíz residual que tiene un contenido de humedad de aproximadamente 30 a 80 por ciento en peso de sólidos; lavar la fibra de maíz residual; deeaguar la suspensión de fibra de maíz hidrolizada, lavada para obtener una fibra de maíz residual que tiene un contenido de humedad de aproximadamente 30 a 80 por ciento en peso de sólidos; y extraer la fibra de maíz residual con etanol y separar al menos un esterol . 41

2. ?l proceso de conformidad con la reivindicación JL, caracterizado porque incluye el procesamiento termoquímico de la suepeneión de fibra de maíz, que incluye el calentamiento de la euspensión de fibra de maíz deede aproximadamente 130 gradoe centígrados hasta aproximadamente 190 grados centígrados por al menos un minuto.

3. ?l proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la euepeneión de fibra de maíz tiene un contenido de humedad aproximadamente 30 a 80 por ciento en peeo de sólidoe durante el procesamiento termoquímico.

4. ?l proceeo de conformidad-con la reivindicación 1, caracterizado porque el eeterol es un fitosterol.

5. ?l proceso de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque los fitosteroles son seleccionadoe del grupo que coneiete de eitosterol, sitostanol, estigmaeterol, eetigmaetanol, campesterol, campestanol, eepinaeterol, esteres de fitosterol, ésteree de fitostanol, y mezclas de loe mismos.

6. ?l proceso de conformidad con la reivindicación 4, -caracterizado porque el rendimiento de los fitosteroles totales extraídos de la fibra de maíz está en el intervalo de 0.1 a 1% con base en la maea eeca inicial de la fibra de maíz .

7. El proceso de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el rendimiento de los fitosteroles 42 totales extraídos de la fibra de maíz está en el intervalo de 0.25 a 0.6% con base en la masa seca inicial de la fibra de maíz.

8. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la repetición de la extracción de la fibra de maíz reeidual al menos una vez con el etanol. . El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la extracción de la fibra de maíz residual es llevada a cabo a una temperatura de aproximadamente 25 grados centígrados hasta 75 grados centígrados por al menos un minuto . 10. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el procesamiento termoquímico es llevado( de aproximadamente 2 minutoe haeta aproximadamente 60 minutos. 11. El proceeo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido de etanol/agua en una base volumen/volumen es de aproximadamente 70%/30% hasta aproximadamente 100%/0%. 12. El proceso de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el contenido de etanol/agua en una base volumen/volumen es de 95% de etanol y 5% de agua. 13. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado ?or¡ue el procesamiento termoquími-co de la suspensión de fibra de maíz incluye además eometer la euepensión de fibra de maíz a un ácido.