ES2874903T3 - Procedimientos que utilizan alternativas a antibióticos en la producción de bioetanol - Google Patents
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Abstract
Un método de producción de etanol con fermentación que comprende: a) fermentar un mosto fermentable en presencia de cloramina estabilizada y una levadura en un recipiente para producir etanol y un contenido de sólidos; y b) destilar el mosto fermentado para separar al menos una porción del etanol del contenido de sólidos del mosto fermentado.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimientos que utilizan alternativas a antibióticos en la producción de bioetanol
Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere a procedimientos de control del crecimiento de bacterias en procesos de fermentación con alternativas a antibióticos. Más particularmente, la presente invención se refiere a procesos de fermentación para producir etanol con control bacteriano utilizando la alternativa a los antibióticos cloramina estabilizada.
La demanda mundial de etanol industrial está aumentando en vista de su utilidad como combustible o un suplemento de combustible, p. ej., mezclado con gasolina, y debido a su disponibilidad a partir de numerosas fuentes renovables y materiales de desecho.
El etanol se puede producir mediante fermentación utilizando una amplia variedad de materias primas que contienen almidón. La producción de etanol a base de almidón incluye generalmente preparar una masa de materia prima con almidón que contiene o puede degradarse en azúcares fermentables, añadir agua para preparar un mosto, sacarificación de celulosa u otros carbohidratos complejos en azúcares fermentables y añadir levadura que fermente el azúcar en etanol y dióxido de carbono. El etanol se recupera sometiendo el mosto fermentado a destilación. Un coproducto de destilación en la producción de etanol son sólidos no amiláceos que contienen proteínas, fibras y aceites, que pueden procesarse para producir "granos secos de destilería con solubles" o "GSDS". Los GSDS son ricos en nutrientes y se venden comercialmente como pienso, complemento alimenticio o fertilizante para plantas.
Un problema en la industria de producción de etanol es que el equipo de proceso de fermentación de etanol y/o el mosto puede contaminarse con bacterias que reducen los rendimientos de producción. "Bacteria del ácido láctico" es una clase de bacterias que plantea un problema a este respecto. Las bacterias del ácido láctico incluyen, por ejemplo, especies Lactobacillus, Pediococcus, Leuconostocy Weissella. Las bacterias del ácido acético, p. ej., Acetobactersp., también pueden causar problemas produciendo ácido acético u otros ácidos orgánicos que contaminan el proceso y reducen los rendimientos de etanol. La levadura convierte los azúcares en etanol, pero las bacterias también convierten esos mismos azúcares en ácido láctico o acético en lugar de etanol, dando lugar a reducciones en el rendimiento de producción de etanol. Para controlar el brote de tales bacterias, se han utilizado antibióticos en los procesos de fermentación de bioetanol. Los antibióticos utilizados para estos tratamientos pueden incluir, por ejemplo, virginiamicina, penicilina, eritromicina y tilosina. Estos antibióticos también se utilizan en medicina veterinaria y humana. El riesgo de que las bacterias desarrollen resistencia farmacológica a los antibióticos debido a su uso o uso excesivo es una preocupación conocida y creciente. Cambiar los antibióticos o aumentar las dosificaciones de antibióticos puede no proporcionar una solución a largo plazo y puede agravar el problema de resistencia a los antibióticos. Además, se han planteado preguntas sobre la no especificidad del antibiótico para las bacterias diana y los productos de fermentación. También se han expresado preocupaciones sobre la presencia de residuos de antibióticos en los GSDS destinados a piensos. Se pueden promulgar controles legislativos y reguladores más estrictos sobre el uso de antibióticos en las aplicaciones de fermentación de etanol. Se necesitan alternativas a los antibióticos para los procesos de fermentación de etanol.
El dióxido de cloro (es decir, C O 2) se ha propuesto como un biocida oxidante. Sin embargo, el dióxido de cloro es un agente oxidante fuerte que tiene una acción antimicrobiana no selectiva. El dióxido de cloro ataca bacterias y levaduras no deseadas cruciales para el proceso de fermentación. La pérdida de levadura se traduce en una pérdida de rendimiento de etanol y/o una fermentación "lenta" y/o una fermentación "parada". El dióxido de cloro también genera iones cloruro, que pueden corroer el equipo y provocar depósitos de hierro o corrosión por picaduras en el equipo del procedimiento, así como liberar hierro y cromo en el sistema del procedimiento, lo que puede requerir costosas reparaciones.
Los presentes investigadores han reconocido la necesidad de estrategias de fermentación de etanol que puedan reemplazar a los antibióticos para el control bacteriano con un mínimo impacto ambiental negativo propio.
El uso de dióxido de cloro para el control bacteriano en la fermentación de etanol se conoce por el documento WO-A-2007/149450, mientras que los biocidas orgánicos y los compuestos de amonio cuaternario se utilizan en el documento WO-A-2009/10836. La cloramina para su uso en el control del crecimiento de microorganismos en el agua corriente se genera a partir de sales de amonio y un oxidante en el documento EP-A-1391430. La cloramina también se divulga para el tratamiento de agua de procesos en el documento WO-A-2009/101089.
Sumario de la invención
Una característica de la presente invención es proporcionar un método que utiliza una alternativa a los antibióticos para el control de bacterias en la fermentación de etanol.
Una característica adicional de la presente invención es proporcionar un método que utiliza una alternativa a los antibióticos para el control de bacterias en procesos utilizados en fermentaciones de etanol, tales como el control de
bacterias en fermentaciones de mosto, tanques pulmón, o combinaciones de los mismos.
Otra característica de la presente invención es proporcionar un método que aumente el rendimiento de etanol en fermentaciones de etanol utilizando un tratamiento no antibiótico que tenga un bajo o nulo impacto ambiental adverso. Otra característica de la presente invención es proporcionar un método para el control de bacterias en fermentaciones de etanol en que la alternativa a los antibióticos esta esencialmente ausente de los productos finales del procedimiento y no daña el equipo del procedimiento.
Una característica adicional de la presente invención es proporcionar un método que introduce un biocida no antibiótico para el control de bacterias en fermentaciones de etanol añadiendo el biocida a al menos una fuente de agua de proceso posterior a la fermentación que se recicla en el fermentador.
Las características y ventajas adicionales de la presente invención se expondrán en parte en la siguiente descripción, y en parte resultarán evidentes a partir de la descripción, o pueden aprenderse mediante la práctica de la presente invención. Los objetivos y otras ventajas de la presente invención se realizarán y obtendrán por medio de los elementos y combinaciones señalados particularmente en la descripción escrita y en las reivindicaciones adjuntas.
Para lograr estas y otras ventajas y según los fines de la presente invención, como se realiza y se describe ampliamente en la presente memoria, la presente invención, en parte, se refiere a un método de producción de etanol por fermentación. El método incluye fermentar un mosto fermentable en presencia de cloramina estabilizada y una levadura en un recipiente para producir etanol y un contenido de sólidos, en el que el oxidante estabilizado controla el crecimiento de bacterias en el mosto, y destilar el mosto fermentado para separar al menos una porción del etanol del contenido de sólidos.
La presente invención proporciona además un método para producir etanol con fermentación que incluye fermentar un mosto fermentable en presencia de una levadura y agua de proceso reciclada en un recipiente fermentador para producir un mosto fermentado que comprende etanol y un contenido de sólidos, opcionalmente depurar las emisiones gaseosas del recipiente fermentador con una solución acuosa y reciclar al menos una porción de la solución efluente depuradora al recipiente fermentador, opcionalmente almacenar al menos una porción del mosto fermentado en un tanque pulmón, alimentar mosto fermentado en una unidad de destilación, destilar el mosto fermentado en la unidad de destilación para separar al menos una porción del etanol de la vinaza, separar la vinaza en una fracción que contiene líquidos (vinaza ligera) y una fracción que contiene sólidos, opcionalmente reciclar al menos una porción de la vinaza ligera en el recipiente fermentador, recuperar la fracción que contiene sólidos al menos en parte como producto de granos de destilería en húmedo y/o secar al menos una porción de la fracción que contiene sólidos para producir un producto de granos secos de destilería y vapores evaporados, y opcionalmente condensar los vapores evaporados y reciclar al menos una porción de los vapores condensados en el recipiente fermentador, en el que la cloramina estabilizada para el control de bacterias en el recipiente fermentador se añade a (y/o está presente en) al menos una fuente de agua reciclada que comprende la solución efluente depuradora, la vinaza ligera y los vapores condensados del secado de granos, o cualquier combinación de los mismos, antes de la (re)introducción del agua reciclada en el recipiente fermentador.
Queda entendido que tanto la descripción general anterior como la siguiente descripción detallada son sólo ilustrativas y explicativas y sólo tienen por objeto proporcionar una explicación adicional de la presente invención, como se reivindica.
Como se utiliza en la presente memoria, "antibiótico" se refiere a una sustancia que controla el crecimiento de bacterias, hongos o microorganismos similares, en el que la sustancia puede ser una sustancia natural producida por bacterias u hongos, o una sustancia sintetizada químicamente/bioquímicamente (que puede ser un análogo de una sustancia natural) o una forma químicamente modificada de una sustancia natural. La sustancia puede ser, por ejemplo, un compuesto.
"Azúcar fermentable" se refiere a azúcares simples tales como monosacáridos y disacáridos (p. ej., glucosa (dextrosa), fructosa, galactosa, sacarosa, maltosa) que pueden utilizarse mediante levadura u otros microorganismos en conversiones a etanol u otros productos finales.
"Material celulósico" se refiere a un material que contiene celulosa. La celulosa se encuentra generalmente, por ejemplo, en tallos, hojas, vainas, cáscaras y mazorcas de plantas u hojas, ramas y madera de árboles. El material celulósico puede ser, pero no se limita a, material herbáceo, residuos agrícolas, residuos forestales, residuos sólidos municipales, papel desechado y residuos de fábricas de pasta y papel. Queda entendido en la presente memoria que la celulosa puede estar en forma de lignocelulosa, un material de pared celular de plantas que contiene lignina, celulosa y hemicelulosa en una matriz mixta.
"Biocida" se refiere a una sustancia química capaz de controlar bacterias de una manera selectiva.
"Controlar" el crecimiento de al menos una bacteria mantiene la población bacteriana a un nivel deseado, reduce la
población a un nivel deseado (incluso a límites no detectables), y/o inhibe al menos parcialmente el crecimiento de las bacterias. Además, también debe entenderse que "controlar" el crecimiento de al menos una bacteria puede incluir reducir y/o mantener bioestáticamente un nivel bajo de al menos una bacteria de manera que se mitigue la reacción de las bacterias con azúcares en un mosto de fermentación, es decir, la tasa de crecimiento bacteriano o tasa de ataque bacteriano en los azúcares de fermentación se ralentiza y/o se elimina.
"Granos secos de destilería" (GSD) se refiere generalmente a co-productos de producción de etanol por fermentación que puede comprender sólidos de grano residual secos, que pueden ser de calidad para pienso.
"Granos secos de destilería con solubles" (GSDS) se refiere a co-productos de producción de etanol por fermentación que pueden comprender sólidos de grano residual secos con un contenido de solubles, tal como jarabe del proceso u otros solubles, y que pueden ser de calidad para piensos.
"Granos de destilería en húmedo" (GDH) se refiere a co-productos de producción de etanol por fermentación que pueden comprender sólidos de granos residuales antes del secado, que pueden contener al menos una porción de jarabe del proceso y que pueden ser de calidad para pienso.
Los dibujos adjuntos, que se incorporan en la presente solicitud y constituyen una parte de la misma, ilustran algunas de las realizaciones de la presente invención y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la presente invención.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 ilustra un diagrama de flujo de procedimiento de un método de producción de etanol con introducción de un biocida no antibiótico para el control de bacterias según una realización de la presente invención.
La FIG. 2 ilustra otro diagrama de flujo de procedimiento de un método de producción de etanol en una planta de producción con introducción de un biocida no antibiótico para el control de bacterias según una realización de la presente invención.
La FIG. 3 ilustra otro diagrama de flujo de procedimiento de un método de producción de etanol en una planta de producción con introducción de un biocida no antibiótico para el control de bacterias según una realización de la presente invención.
Descripción detallada de la presente invención
La presente invención proporciona métodos de control del crecimiento de al menos una bacteria en la fermentación de etanol utilizando cloramina estabilizada. Esta alternativa a los antibióticos es selectiva para las bacterias en relación con las levaduras de fermentación, de modo que los rendimientos de etanol pueden aumentarse en los métodos de la presente invención, por ejemplo, aumentarse al menos aproximadamente 0,5 % en peso, o de aproximadamente 0,5 % a aproximadamente 5 % en peso, o de aproximadamente 1 % a aproximadamente 3,5 % en peso, o de aproximadamente 1,25 % a aproximadamente 2,5 % en peso, en comparación con el mismo proceso de fermentación sin la alternativa a los antibióticos. En la producción a escala industrial, incluso aumentos aparentemente pequeños en los rendimientos pueden ser significativos. Además, los granos secos de destilería (GSD), tales como granos secos de destilería con solubles (GSDS), producidos a partir de los métodos de la presente invención pueden estar exentos de antibióticos. Además, la alternativa a los antibióticos puede degradarse o reaccionar para formar otros materiales que tienen un menor impacto ambiental, si es que tiene alguno, durante el procesamiento de la fermentación y antes de las recuperaciones de etanol y GSD (p. ej., GSDS). No se cree que la alternativa a los antibióticos utilizada en los métodos de la presente invención, es decir, la cloramina estabilizada, sobreviva al procedimiento en el GSD, tal como GSDS (p. ej., el biocida se descompone y/o no está presente de otro modo). Por lo tanto, no se espera que el biocida no antibiótico termine en un pienso que tenga el GSD (p. ej., GSDS), y no en productos finales posteriores, tales como carnes comercializadas, obtenidas del ganado, aves o peces alimentados con GSD (p. ej., GSDS). Los co-productos de GSD y GSDS del proceso de fermentación, por ejemplo, pueden estar libres o esencialmente libres de la cloramina estabilizada utilizada para controlar las bacterias durante la fermentación. Por ejemplo, los co-productos de GSD, tales como los co-productos de GSDS, de los métodos de la presente invención, pueden contener la alternativa a los antibióticos utilizada en los métodos de fermentación de la presente invención en una cantidad de menos de aproximadamente 100 ppm, menos de aproximadamente 10 ppm o menos de aproximadamente 5 ppm, o menos de aproximadamente 1 ppm, o menos que las cantidades detectables (p. ej., de 0,01 ppm a 10 ppm, de 0,0001 ppm a 5 ppm, de 0,001 ppm a 1 ppm).
La presente invención también proporciona métodos de introducción del biocida no antibiótico para el control de bacterias en fermentaciones de etanol añadiendo el biocida a al menos una fuente de agua de proceso posterior a la fermentación que se recicla en un fermentador. El tratamiento de las fuentes de agua posteriores a la fermentación con los biocidas no antibióticos indicados antes de que estas fuentes de agua se reciclen en el fermentador puede proporcionar control de las bacterias que pueden haber contaminado la fuente de agua durante el procesamiento de fermentación o posterior a la fermentación. El tratamiento del agua reciclada con el biocida indicado para controlar las bacterias en el mismo antes de la (re)introducción al fermentador puede evitar o reducir el riesgo de infecciones del fermentador u otras unidades de procedimiento por el agua reciclada.
En general, los procedimientos para convertir un carbohidrato complejo o almidón en azúcar fermentare incluyen generalmente una serie de etapas. En un procedimiento típico tal como el utilizado para granos y cereales que contienen almidón granular, por ejemplo, se utilizan generalmente dos procedimientos de molienda, que se denominan en la técnica como molienda en húmedo y molienda en seco. El material que contiene almidón molido se mezcla a continuación con una solución acuosa para producir una suspensión. En un procedimiento de molienda en seco, la solución acuosa que se mezcla con el material que contiene almidón molido incluye normalmente no solo agua, sino también cantidades variables de vinazas ligeras y/u otras fuentes de agua reciclada en el sistema de procedimiento. Las vinazas ligeras y/u otras fuentes de agua reciclada se pueden utilizar para conservar el uso de agua en el procesamiento de azúcares fermentables y/o alcohol. A continuación, el almidón se convierte en dextrinas menos viscosas de cadena corta mediante un procedimiento de licuefacción, que implica generalmente la gelatinización del almidón simultáneamente con, o seguido de, la adición de una enzima adecuada para ese fin. El almidón licuado se convierte luego en azúcares de bajo peso molecular mediante una etapa de sacarificación, que normalmente incluye de manera enzimática el uso de otra enzima adecuada. Los azúcares de bajo peso molecular pueden purificarse adicionalmente (p. ej., a dextrosa purificada) y metabolizarse mediante un microorganismo en fermentación, tal como levadura, en etanol. Como se indica, las etapas de sacarificación y fermentación se pueden llevar a cabo de forma secuencial o simultánea. La masa fermentada resultante puede destilarse para separar el producto de etanol de la vinaza, que puede procesarse adicionalmente para formar co-producto(s) de granos secos de destilería.
Las especies Lactobacillus, tales como Lactobacillus plantarum, con frecuencia, son un problema en los fermentadores de etanol. Otras bacterias pueden atacar los sustratos en los fermentadores; por ejemplo, anaerobios obligados, tales como bacterias de ácido acético. Las condiciones se vuelven anaeróbicas en el proceso de fermentación debido a la concentración insuficiente de oxígeno, fomentan el crecimiento de bacterias de ácido acético (p. ej., Acetobacter) y superan a las bacterias aeróbicas en nutrientes, y las hacen crecen, produciendo ácido acético por catabolismo. El ácido acético producido puede ser otro problema en la fermentación de etanol. La levadura puede ser aproximadamente diez veces más sensible al ácido acético que los lactobacilos. Por lo tanto, la fermentación de etanol con levadura se ve afectada negativamente por las bacterias del ácido acético, así como por los lactobacilos. El ácido acético puede causar un fermento contaminado en un tanque pulmón de una unidad de destilación. Un tanque pulmón es un depósito de materias primas de mosto fermentado para una unidad de destilación. En la presente invención, se utiliza cloramina estabilizada en los métodos de la presente invención para controlar selectivamente lactobacilos, bacterias de ácido acético y/u otras bacterias que reducirían los rendimientos de etanol o perjudicarían el proceso de fermentación, y no la levadura beneficiosa. Por consiguiente, el uso de cloramina estabilizada en los presentes métodos para controlar las bacterias pero no dañar las levaduras, permite que la levadura fermente apropiadamente sin impedimentos por la presencia o crecimiento de bacterias, particularmente las bacterias que crecen anaeróbicamente y/o forman ácido acético nocivo para el procedimiento(procesamiento) (p. ej., el biocida no reduce ni destruye la levadura). Las bacterias diana pueden ser, por ejemplo, una especie de Lactobacillus, un anaerobio obligado o cualquier combinación de los mismos. El mosto fermentado puede tener al menos aproximadamente 5 veces (5x), o al menos aproximadamente 10 veces (10x), o al menos aproximadamente 25 veces (25x), menos ácido láctico, o ácido acético, o ambos, en una base de % en peso que el mismo mosto fermentado procesa en ausencia de la cloramina estabilizada, que refleja el control mejorado de las bacterias logrado en los métodos de la presente invención. Se mejoran los rendimientos de etanol y la calidad del producto, especialmente con respecto a los GSDS, está libre o esencialmente libre de antibióticos y biocidas que pueden ser no deseados en el medio ambiente o en la cadena alimentaria. Para los fines de la presente invención, queda entendido que "sin reducir la población de levaduras" significa ninguna reducción significativa en la población de levaduras (p. ej., menos de una reducción del 10 % en la población de levadura dentro de los 30 minutos de introducir el biocida).
La FIG. 1 muestra un diagrama de flujo que ilustra un método no limitante de la presente invención. La producción de etanol a base de almidón de los procedimientos de la presente invención incluye generalmente etapas de procedimiento u operaciones de preparación de celulosa cruda o material almidonado (p. ej., molienda) (1), mezcla/cocción (licuefacción) (2), sacarificación (3), fermentación (4) en presencia de la cloramina estabilizada, almacenamiento opcional en tanques pulmón (5') con tratamiento de cloramina estabilizada, destilación (5) para producir un producto de etanol, filtración de vinaza (6) y secado de granos (7) para recuperar el co-producto de GSDS Dependiendo del tipo de materia prima, el material de materia prima puede someterse a una o más operaciones previas de la unidad, tales como molienda, corte, cribado y/u otros métodos para facilitar el procedimiento del material y hacer que las superficies materiales sean más accesibles a los agentes de tratamiento, indicado generalmente como etapa 1 en la figura. El material de materia prima preparado (p. ej., materia prima triturada) puede mezclarse con agua (21) y un agente solubilizante (22), y cocerse, indicado como etapa 2. En la etapa 2, "licuefacción" se refiere a un procedimiento de solubilización e hidrolización de celulosa u otros carbohidratos complejos en la materia prima. Se puede utilizar una enzima o un ácido solubilizante estable al calor adecuado para hidrolizar el material de almidón crudo, proporcionando un mosto licuado. Se pueden añadir otros aditivos, tales como agentes de ajuste del pH, en la etapa 2. En la etapa 3, se puede añadir un agente sacarificante (31), tal como una enzima sacarificante, al producto de la etapa 2 para convertir el mosto licuado en azúcares fermentables (p. ej., monosacáridos fermentables). Los azúcares fermentables pueden ser metabolizados por un organismo fermentador, tal como levadura. Como se ha indicado, se pueden necesitar múltiples tratamientos enzimáticos para convertir la celulosa de partida o el carbohidrato complejo en un almidón menos complejo, y finalmente en un azúcar fermentable. La levadura (41) y el biocida (cloramina estabilizada) (42) se pueden añadir al mosto en un recipiente de fermentación, indicado como etapa 4, que
fermenta el azúcar en etanol y dióxido de carbono (43). Las levaduras se cultivan en semilleros (no mostrados), por ejemplo, se pueden añadir al mosto para comenzar el procedimiento de conversión de azúcares fermentables en etanol. La cloramina estabilizada se puede añadir al mosto para controlar cualquier bacteria problemática presente durante la fermentación. Como se entiende en la industria de fermentación, las etapas de licuefacción y/o sacarificación se pueden llevar a cabo simultáneamente con, o por separado de, la etapa de fermentación. Por ejemplo, los procedimientos de sacarificación y fermentación de levadura pueden realizarse en zonas de procedimiento separadas, o simultáneamente, al menos en parte, en la zona de fermentación. La sacarificación, por ejemplo, puede ocurrir mientras el mosto está llenando el fermentador en preparación para la etapa de fermentación, aunque no se limita a ello. Como también se entiende en la industria, las reacciones de sacarificación pueden producirse necesariamente antes de que puedan tener lugar las reacciones de fermentación de levadura, en las que el respectivo agente sacarificante y una levadura están presentes con mosto en el mismo recipiente de fermentación.
Como se indica mediante la trayectoria del procedimiento 50A, el mosto fermentado se puede dirigir directamente desde el recipiente de fermentación a una columna de destilación u otra unidad de destilación. Como se indica mediante la trayectoria del procedimiento 50B, el mosto fermentado puede almacenarse en un tanque(s) pulmón, indicado en la etapa 5', antes de conducir el mosto a una columna de destilación u otra unidad de destilación. El tanque pulmón puede almacenar el vino fermentado entre lotes y puede suministrar una corriente continua de mosto fermentado a las operaciones de recuperación de etanol, incluida la destilación. Se puede utilizar una o ambas trayectorias del flujo de procedimiento 50A y 50B para los mostos fermentados. El biocida (cloramina estabilizada) (53) se puede añadir al mosto fermentado en el tanque pulmón para controlar cualquier bacteria problemática presente en el tanque pulmón. Se puede utilizar un solo tanque pulmón o una pluralidad de tanques pulmón y tratarlos con biocida. El etanol (51) generado por la reacción de fermentación se recupera sometiendo el mosto fermentado a destilación, indicado en la etapa 5. Dependiendo del tipo de destilación, la corriente de etanol (51) puede tamizarse o procesarse adicionalmente (no se muestra) para separar eliminar el contenido de agua y purificar aún más el producto de etanol recuperado. El co-producto de vinaza (52) de destilación en la producción de etanol contiene sólidos no amiláceos que contienen proteínas, fibras y aceites, que pueden procesarse para producir los GSDS que pueden estar libres de antibióticos y libres o esencialmente libres de la cloramina estabilizada. Esta vinaza (52) se puede denominar "vinaza completa" en la que se trata el material que contiene los sólidos que quedan después de la fermentación y la destilación inicial del alcohol ("fondos de la columna de vino"). Como se ilustra, la vinaza (52) se puede filtrar, como se indica en la etapa 6, para separar líquidos (61), tales como vinaza ligera, que pueden reutilizarse en el procedimiento de sólidos (52) que se pueden secar, como se indica en la etapa 7, para producir GSDS (71). La vinaza puede ser, por ejemplo, centrifugada, prensada, tamizada o filtrada por malla, o procesada de otro modo para separar fracciones líquidas y sólidas en la etapa de separación 6.
Para los fines de la presente invención, la cloramina estabilizada se puede introducir antes y/o durante la fermentación. El biocida se puede introducir de cualquier manera, como un sólido o líquido o incluso como gas. El biocida se puede introducir de forma continua o como un lote. El biocida se puede introducir antes y/o durante la fermentación. El biocida puede incluso aplicarse al recipiente (p. ej., a las paredes del recipiente) antes de que se introduzca el mosto en el recipiente de fermentación. El biocida se introduce preferentemente al menos justo antes de añadir la levadura y/o aproximadamente al mismo tiempo (o inmediatamente después) de añadir la levadura (p. ej., en un plazo de 6 horas, en un plazo de 3 horas, en un plazo de 1 hora, en un plazo de 30 minutos, en un plazo de 10 minutos tras añadir la levadura). El biocida se puede introducir en el recipiente de fermentación, y/o en una línea que va al recipiente de fermentación, y/o en un recipiente aguas arriba del recipiente de fermentación (p. ej., recipiente de sacarificación) y/o en una fuente o fuentes de agua reciclada directamente en el recipiente de fermentación o indirectamente en el mismo (p. ej., aguas arriba). El biocida se puede introducir como un solo lote, lotes múltiples, como una línea de goteo, y similares.
Como se indica, el biocida (cloramina estabilizada) se puede añadir en un tanque(s) pulmón, si se utiliza, que almacena el mosto fermentado. El biocida se puede introducir antes y/o durante y/o después de la introducción del mosto en el tanque pulmón, y/o en una línea que va al tanque pulmón, tal como un mosto de suministro de línea al tanque pulmón. El biocida se puede introducir de forma continua o como un lote al tanque pulmón. El biocida se puede aplicar al tanque pulmón (p. ej., a las paredes del tanque pulmón) antes de que el mosto fermentado se introduzca en el tanque pulmón. El biocida se puede introducir en el tanque pulmón como un solo lote, lotes múltiples, como una línea de goteo, y similares. El biocida se puede añadir antes, durante y/o después de cualquier otro procedimiento en la producción de etanol para controlar bacterias problemáticas.
La FIG. 2 muestra un diagrama de flujo que ilustra un método no limitante de la presente invención en el que la adición de biocida puede realizarse en al menos una fuente de agua reciclada del procedimiento en el recipiente de fermentación. El flujo del procedimiento y el diseño de las unidades de procedimiento en la FIG. 2 es esencialmente similar al de la FIG. 1, y se hace referencia a los mismos con respecto a elementos y unidades numerados de forma similar que pueden tener un significado esencialmente similar al mostrado para la FIG. 1. Para la conservación del agua y/u otros fines, se pueden reciclar diferentes fuentes de agua posteriores a la fermentación a un punto de entrada o puntos aguas arriba del fermentador (p. ej., en las etapas 1,2 y/o 3) y/o directamente al fermentador o fermentadores utilizados para la fermentación (4). Por ejemplo, la vinaza ligera (61) se puede reciclar al fermentador(es) utilizado(s) para la fermentación. La vinaza ligera se puede reciclar en un punto de introducción o puntos aguas arriba del fermentador(es), como se ilustra de forma no limitativa en la FIG. 2, o directamente en el mismo. De aproximadamente
10 % a aproximadamente 90 %, o de aproximadamente 25 % a aproximadamente 75 %, o de aproximadamente 40 % a aproximadamente 60 %, o aproximadamente 50 %, por ejemplo, u otras cantidades volumétricas de vinaza ligera puede reciclarse para su uso en la preparación de una suspensión de maíz. La cantidad relativa puede variar entre diferentes plantas y operaciones, y puede cambiar con el tiempo, por ejemplo, para mantener los balances de agua y sólidos. Como se describe infra, por ejemplo, cualquier porción no reciclada de vinaza ligera puede tener otro procesamiento aplicado, tal como la evaporación en el procedimiento de fabricación de jarabe que puede añadirse a los sólidos antes o después del secado en la producción del co-producto de GSDS. El agua en el tanque pulmón, la columna de destilación o ambos pueden estar contaminados con bacterias, p. ej., bacterias de ácido acético, que si no se tratan con biocidas antes de reciclarse, tal como residuos de destilación reciclados, podrían provocar una situación de llenado del fermentador(es) con agua contaminada y arriesgarse a la (re)infección de las operaciones de fermentación a condiciones de pre-tratamiento o no tratamiento. Para eliminar o al menos reducir este riesgo, la vinaza ligera, en una opción, puede tratarse con biocida (63) en la corriente de retorno (61) antes de reintroducirse en el sistema de procedimiento aguas arriba o en el fermentador(es), o en otras ubicaciones del procedimiento. Normalmente, no toda el agua u otros líquidos volátiles transportados con sólidos (62) que van a los GSDS (71) a través de la etapa de secado de granos (7) se pierde en el sistema. Una porción predominante, p. ej., aproximadamente 80 % o más u otros porcentajes, de agua en sólidos (62) puede recuperarse como condensado del evaporador (secador) y devolverse al sistema de suspensión como agua reciclada. Una corriente de vapor (72) producida a partir de la etapa de secado (7) puede enfriarse en una etapa de condensación de vapor (9) para proporcionar una corriente de vapor condensado (73), que también puede reciclarse y utilizarse como fuente de agua del procedimiento suministrada al fermentador(es) En otra opción, la corriente de vapor condensado (73) puede tratarse con un biocida (74) antes de reintroducirse en el sistema de procedimiento aguas arriba o en el fermentador(es), o en otras ubicaciones del procedimiento. Al igual que una gran proporción del contenido de agua de la vinaza puede devolverse al sistema de suspensión de una forma u otra, tal como, por ejemplo, de aproximadamente 50 % a aproximadamente 95 % en volumen, o de aproximadamente 75 % a aproximadamente 92 % en volumen, o aproximadamente 90 % en volumen, u otros porcentajes, el tratamiento de estas fuentes de agua reciclada del proceso con los biocidas indicados puede proporcionar un enfoque eficaz para prevenir o reducir el riesgo de infección bacteriana y/o problemas de crecimiento en el fermentador, tanque pulmón, u otras unidades o líneas de procedimiento. Otra opción de entrada de agua al sistema de suspensión suministrado al fermentador(es) directamente puede ser agua de depuración. A medida que la levadura fermenta el azúcar, el gas de dióxido de carbono (43) puede liberarse con otros gases de fermentación, tales como compuestos orgánicos volátiles y vapor de agua. El dióxido de carbono se puede liberar directamente a la atmósfera o, como se muestra, se puede purificar con un depurador en una etapa de depuración (8) antes de liberarse. La etapa de depuración se puede utilizar para eliminar compuestos orgánicos volátiles (que incluyen, p. ej., etanol) de los gases de fermentación que contienen dióxido de carbono. El agua (44) se suministra a través de un depurador en la etapa de depuración (8) y entra en contacto con los gases de fermentación para eliminar los contaminantes y recuperar el etanol que de otro modo se perdería debido a la evaporación del fermentador. El efluente acuoso (45) de la etapa de depuración también se puede reciclar como fuente de agua del proceso para la fermentación. Como otra opción, el efluente del depurador (45) se puede tratar con un biocida (46) antes de reintroducirlo en el sistema de procedimiento aguas arriba o en el(los) fermentador(es), o en otras ubicaciones del procedimiento. Cualquier fuente de agua adicional que pueda desearse o utilizarse para los requisitos de agua del proceso de fermentación u otro procesamiento puede provenir, por ejemplo, directamente del suministro de agua de la planta (p. ej., aguas municipales, pozos, etc.), cuya cantidad puede ser una cantidad relativamente pequeña o no. Estas otras posibles fuentes de agua para el sistema pueden no necesitar tratamiento con el biocida, aunque tal tratamiento puede aplicarse si así lo desea o si es necesario.
Con la presente invención, los niveles de bacterias (p. ej., bacterias del ácido láctico) (p. ej., en el mosto, mosto fermentado o etanol recuperado o GSDS recuperados o fuentes de agua reciclada en el fermentador) durante y/o después de la fermentación que pueden ser tratados con la cloramina estabilizada pueden estar por debajo de aproximadamente 109 UFC/ml (unidades formadoras de colonias por ml), o por debajo de aproximadamente 108 UFC/ml, o por debajo de aproximadamente 107 UFC/ml, o por debajo de aproximadamente 106 UFC/ml, o por debajo de aproximadamente 104 UFC/ml, o de aproximadamente 1 UFC/ml a aproximadamente 109 UFC/ml, o de aproximadamente 10 UFC/ml a aproximadamente 108 UFC/ml, o de aproximadamente 102 UFC/ml a aproximadamente 107 UFC/ml, o de aproximadamente 103 UFC/ml a aproximadamente 106 UFC/ml, u otros niveles.
Queda entendido que el uso de la cloramina estabilizada en los métodos de la presente invención abarca la producción de etanol utilizando cualquier material de materia prima que contenga una fuente de azúcar fermentable. El material de materia prima puede ser de cualquier variedad de carbohidratos que se pueda descomponer mediante fermentación microbiana. Por ejemplo, el material de materia prima para el método de la presente invención puede ser cualquier material de carbohidrato o almidón que sea una fuente de azúcar fermentable, ya sea como fuente directa de azúcar fermentable, o como un material que puede proporcionar azúcar fermentable por degradación o conversión del almidón original o intermedio, celulosa o componente polisacárido del mismo. Ejemplos de fuentes adecuadas de materiales de materia prima son cultivos agrícolas, tales como granos (p. ej., maíz, trigo, sorgo de grano (milo)), cebada, arroz, centeno, caña de azúcar, remolacha azucarera, remolachas forrajeras, melazas, patatas, zanahorias, mandioca, ruibarbo, chirivías y sorgo dulce. Se pueden utilizar residuos agrícolas asociados con cultivos. El etanol puede producirse por fermentación con métodos de la presente invención utilizando otros materiales de materia prima con almidón tales como biomasa, por ejemplo, virutas de madera, serrín, pasto varilla (Panicum virgatum), rastrojo de maíz, mazorcas de maíz, paja, vainas de grano, así como materiales y productos de papel reciclado y desperdicios de
papel, o cualquier combinación de los mismos. El material de biomasa puede ser material de biomasa lignocelulósica, tal como materiales leñosos, o puede ser un material herbáceo, tal como el pasto varilla, que tiene un contenido muy bajo en lignina. Materiales de materias primas adicionales pueden incluir frutas y/o zumos de fruta (p. ej., uvas, ciruelas, bayas, manzanas, peras, cerezas), enea, azúcar refinada (p. ej., sacarosa), miel, savia de árbol (arce, palma), flores (diente de león), hibisco), o cualquier combinación de los mismos. Queda entendido en la industria que estas y/u otras materias primas diferentes para la fermentación de etanol pueden tener diferentes rendimientos de etanol, tales como debido a diferentes contenidos de almidón y composiciones, y diferentes co-productos. Como se indica, se cree que los métodos de la presente invención que utilizan la cloramina estabilizada para el control de bacterias en la producción de etanol pueden utilizarse sin limitación con respecto a la materia prima con almidón.
Cuando se utilizan materias primas que contienen celulosa u otras materias primas que contienen carbohidratos complejos que no son directamente azúcares fermentables, normalmente se utilizan varias reacciones para convertir el carbohidrato complejo en etanol. Como se ha indicado, la "licuefacción" y la "sacarificación" se utilizan generalmente junto con la "fermentación", en la que se utiliza una materia prima para la producción de etanol que contiene un carbohidrato complejo que no es un azúcar directamente fermentable con levadura, pero puede degradarse para liberar o proporcionar azúcares fermentables.
La licuefacción y la sacarificación pueden realizarse con enzimas o ácidos. La primera reacción puede ser, por ejemplo, una hidrólisis enzimática o ácida de celulosa u otro carbohidrato complejo en azúcares fermentables o precursores más pequeños de los mismos. La hidrólisis enzimática, por ejemplo, puede conducir a sacáridos intermedios que requieren catálisis enzimática adicional para conseguir azúcares fermentables. La sacarificación por adición de ácidos, tales como ácidos minerales diluidos, se describe, por ejemplo, en las patentes de Estados Unidos n.° 1.323.540 y 4.201.596. La sacarificación por hidrólisis catalizada por enzimas, tal como el uso de enzimas celulíticas o celulasas, por ejemplo, para materias primas que contienen celulosa, se describe, por ejemplo, en las patentes de Estados Unidos n.° 3.764.475 y 3.642.580. Agentes microbianos o enzimáticos adicionales para inducir la sacarificación microbiológica de celulosa pueden incluir, por ejemplo, el mutante de Aspergillus niger 817, y sporocytophaga celulolítica termófila, como se describe en la patente de Estados Unidos n.° 4.094.742. Con el maíz, por ejemplo, los almidones se descomponen generalmente en dextrinas y dextrosas con enzimas antes de la fermentación. La licuefacción y la sacarificación, respectivamente, del maíz, por ejemplo, pueden realizarse por etapas con la enzima alfa-amilasa, por ejemplo, utilizada para descomponer el almidón de maíz en dextrinas de cadena corta, y la enzima glucoamilasa, por ejemplo, puede utilizarse para descomponer las dextrinas para formar azúcares fermentables. La producción de etanol de trigo no es significativamente diferente de la producción de etanol de maíz y se puede utilizar en lugar de maíz con ajustes operacionales menores conocidos y utilizados en la industria. Además, el trigo tiene un mayor contenido proteico que el maíz, pero con un contenido de almidón ligeramente más bajo, más fibra y pentosanos, que son hemicelulosas que tienen una gran viscosidad y son más difíciles de descomponer en almidón. Debido al menor contenido de almidón, el trigo generalmente producirá menos etanol pero más granos de destilería que el maíz. La porción de fibra de la caña de azúcar (p. ej., ejemplo, bagazo) puede tratarse enzimáticamente para degradar la celulosa a azúcares fermentables. Los zumos de caña de azúcar (y algunos zumos de frutas) pueden ser adecuados para la fermentación directa. En general, los expertos en la industria de la fermentación conocen muchas soluciones intermedias en términos de rendimientos de etanol y tipos de co-productos, así como la facilidad del procedimiento, en función del tipo de materia prima seleccionada y utilizada. El uso de la cloramina estabilizada para el control de bacterias durante la fermentación en el método de la presente invención se puede adaptar a diversas posibilidades y opciones a este respecto. La cantidad de cada enzima (p. ej., enzima(s) celulítica(s)) añadida(s) para sacarificación de material celulósico puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 0,001 % a aproximadamente 2 % en peso de enzima, o de aproximadamente 0,01 % a aproximadamente 1 % en peso de enzima o de aproximadamente 0,015 % a aproximadamente 0,5 % en peso de enzima, o de aproximadamente 0,2 % a aproximadamente 0,75 % en peso de enzima, o de aproximadamente 0,1 % en peso a aproximadamente 0,5 % en peso de enzima, o de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 0,4 % en peso de enzima, basándose en el material fermentable sobre la base de peso de sólidos, aunque se pueden utilizar otras cantidades. La cantidad de enzima solubilizante añadida para una etapa de licuefacción puede ser en cantidades de intervalo similares. Cualquier cantidad de enzima indicada en el presente documento puede basarse en la enzima activa.
La fermentación puede implicar la conversión de los azúcares fermentables a etanol, y esto se hace habitualmente mediante una fermentación con levadura en los métodos de la presente invención. La formación de etanol a partir de los azúcares puede conseguirse mediante levaduras tales como Saccharomyces cerevisiae, tal como se describe en la patente de Estados Unidos n.° 2.802.774 y Futilizarium oxysporum. Otros microorganismos útiles son los bacilos productores de etanol descritos, por ejemplo, en la patente de Estados Unidos n.° 4.094.742. La concentración de enzima (p. ej., Saccharomyces cerevisiae) añadida para fermentar azúcares puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 0,001 % a aproximadamente 2 % en peso de enzima, o de aproximadamente 0,01 % a aproximadamente 1 % en peso de enzima, o de aproximadamente 0,015 % a aproximadamente 0,5 % en peso de enzima, o de aproximadamente 0,2 % a aproximadamente 0,75 % en peso de enzima, o de aproximadamente 0,1 % en peso a aproximadamente 0,5 % en peso de enzima, o de aproximadamente 0,2 % a aproximadamente 0,4 % en peso de enzima, basándose en el material fermentable en base al peso de sólidos, aunque se pueden utilizar otras cantidades.
La cloramina estabilizada puede formularse como preparaciones del tipo que retardan la tasa de liberación de
subproductos de oxidación del material, tales como, por ejemplo, microgránulos o compuestos tamponados. En los líquidos, los estabilizadores pueden ser a base de ácido sulfámico o a base de sal de amonio.
Las tasas de tratamiento de la cloramina estabilizada en el mosto deberían ser una concentración suficiente para controlar las bacterias problemáticas de las fermentaciones sin reducir la levadura. La concentración generalmente no está limitada de otra manera. La concentración de cloramina estabilizada no oxidante utilizada para tratar un mosto de fermentación puede ser, por ejemplo, al menos aproximadamente 0,1 ppm, o al menos aproximadamente 1 ppm, o al menos aproximadamente 10 ppm, o de aproximadamente 0,1 ppm a aproximadamente 1.000 ppm, o de aproximadamente 50 ppm a aproximadamente 500 ppm, o de aproximadamente 75 ppm a aproximadamente 250 ppm, o de aproximadamente 100 ppm a aproximadamente 200 ppm, basándose en el material fermentable, sobre una base de sólidos secos en peso/peso, aunque se pueden utilizar otras concentraciones. La concentración de cloramina estabilizada utilizada para tratar un mosto fermentado en el tanque pulmón puede igual o similar a los niveles indicados utilizados en el mosto de fermentación en el recipiente de fermentación u otras concentraciones. La concentración de cloramina estabilizada utilizada para tratar el agua reciclada del proceso al fermentador, tal como la vinaza ligera reciclada, el efluente de depuración reciclado y/o los vapores condensados reciclados del secado del grano, puede ser igual o similar a los niveles indicados en el mosto de fermentación en el recipiente de fermentación u otras concentraciones.
Como una opción, cualquier procedimiento de la presente invención puede incluir uno o más péptidos antibacterianos, p. ej., péptidos antibacterianos policíclicos, tales como nisina. El(los) péptido(s) puede(n) estar presente(s) en cualquier cantidad, tal como de aproximadamente 0,01 ppm a 500 ppm o más, en el que esta cantidad es la concentración presente durante el inicio de la fermentación (p. ej., en el fermentador) o puede basarse en el peso de la composición general que se añade al procedimiento. Como una opción, uno o más péptidos antibacterianos policíclicos pueden estar presentes en una relación en peso de péptido antibacteriano policíclico a cloramina estabilizada de 1:2 a 1:1.000, tal como 1:5 a 1:500, o 1:10 a 1: 250 o 1:20 a 1:200 o 1:30 a 1:100 o 1:40 a 1:100 o 1:50 a 1:150 u otras relaciones dentro de estos intervalos o fuera de estos intervalos.
Como una opción, uno o más péptidos antibacterianos policíclicos cuando se combinan con el biocida como se describe en la presente memoria, pueden proporcionan resultados sinérgicos en la prevención o control de bacterias, especialmente en Lactobacillus sp. En otras palabras, la combinación puede ser eficaz, especialmente en una forma sinérgica, para prevenir o controlar el deterioro microbiano o la contaminación en sistemas o procesos de fermentación de etanol, como se ejemplifica en la presente memoria.
Un método según la presente invención se puede poner en práctica en plantas convencionales de producción de etanol con modificaciones que pueden realizarse fácilmente a la vista de la presente invención. Con referencia a la FIG. 3, se muestra una planta de producción de etanol (100) basada en un procedimiento de molienda en seco en la que se puede utilizar el método de la presente invención con adaptaciones. El grano se puede administrar en una planta de etanol en la que se puede cargar en tolvas (101) diseñadas para contener suficiente grano para abastecer a la planta durante al menos una tirada de producción. El grano se puede tamizar para eliminar los restos y se muele en harina gruesa, tal como por medio de molienda (102). La harina se puede cocinar y licuar. Durante el procedimiento de cocción (103), el almidón en la harina se prepara física y químicamente para la fermentación. El grano molido se puede mezclar con agua del proceso, el pH se puede ajustar a un pH ácido, tal como de aproximadamente 5,5 a aproximadamente 6,0, y se puede añadir una enzima alfa-amilasa. La suspensión se puede calentar a aproximadamente 180-190 °F (82-88 °C) durante aproximadamente 30-45 minutos para reducir la viscosidad. La suspensión resultante se puede bombear a continuación a través de un cocedor de chorro presurizado (104) a aproximadamente 221 °F (105 °C) y se mantiene durante aproximadamente 5 minutos. La mezcla puede enfriarse a continuación mediante un condensador rápido atmosférico o al vacío. Después del enfriamiento por condensación instantánea, la mezcla puede mantenerse en un tanque de licuefacción durante aproximadamente 1-2 horas a aproximadamente 180-190 °F (82-88 °C) para dar tiempo a que la enzima alfa-amilasa descomponga el almidón en dextrinas de cadena corta. Después del ajuste de pH y temperatura, se puede añadir una segunda enzima, la glucoamilasa, a medida que la mezcla se bombea a los tanques de fermentación. Una vez dentro de los tanques de fermentación, la mezcla se conoce como mosto. La enzima glucoamilasa descompone las dextrinas para formar azúcares simples adecuados para la reacción de fermentación. Para la fermentación (106), se añade levadura para convertir el azúcar en etanol y dióxido de carbono. La cloramina estabilizada se combina con el mosto en el primer tanque de fermentación. La cantidad de cloramina estabilizada puede variar dependiendo del agente particular. La cantidad añadida puede ser efectiva para erradicar o controlar una infección bacteriana existente de la planta o prevenir un brote de bacterias sin reducir la levadura. Se puede permitir que el mosto fermente durante aproximadamente 24 60 horas a una temperatura de aproximadamente 70 °F a aproximadamente 115 °F (21 °C a 46 °C), o de aproximadamente 80 °F a aproximadamente 100 °F (27 °C a 38 °C), dando como resultado una mezcla que contiene hasta aproximadamente 15 % de etanol, así como los sólidos del grano y la levadura añadida. Además, a medida que se inician las fermentaciones de levadura a un pH de 5,6 a 6,0 puede dar lugar a un mayor riesgo de contaminación microbiana, el pH después de la licuefacción puede ajustarse a un pH inferior a 5,0 utilizando, por ejemplo, ácido diluido (p. ej., ácido sulfúrico). El mosto fermentado se puede bombear a una unidad de destilación, tal como un sistema de destilación de múltiples columnas, en el que se añade calor adicional para la destilación (107). Se pueden utilizar uno o más tanques pulmón (126) como depósito para almacenar mosto fermentado como suministro de alimento a las columnas de destilación. Las columnas de destilación pueden utilizar las diferencias en los puntos de ebullición del
etanol y el agua para hervir y separar el etanol. En el momento en que la corriente de producto esté lista para salir de las columnas de destilación, puede contener aproximadamente 95 % de etanol en volumen (graduación alcohólica de 190). El residuo de este procedimiento, llamado vinaza, contiene sólidos no fermentables y agua y puede bombearse desde el fondo de las columnas a las centrifugadoras u otros medios de filtración. El etanol con una graduación alcohólica de 190 grados todavía puede contener aproximadamente 5 % de agua. Se puede pasar a través de un tamiz molecular (108) para separar físicamente el agua restante del etanol en función de los diferentes tamaños de las moléculas, o se puede procesar de otra manera convencional para separar el contenido de agua del etanol. Esta etapa puede producir etanol anhidro (sin agua) de graduación alcohólica de 200. Antes de enviar el etanol a los tanques de almacenamiento (110), se puede añadir una pequeña cantidad de desnaturalizante (109), por lo que no es apto para el consumo humano. El etanol combustible (111) no contiene biocida ni antibiótico. Durante el procedimiento de producción de etanol, se crean dos co-productos comercialmente valiosos: dióxido de carbono y granos de destilería. A medida que la levadura fermenta el azúcar, se liberan grandes cantidades de gas de dióxido de carbono (112), junto con otros gases de fermentación, tales como compuestos orgánicos volátiles y vapor de agua. Como se ha indicado, el dióxido de carbono puede liberarse a la atmósfera como dióxido de carbono directamente ventilado (112) (como una opción), o el dióxido de carbono (112A) puede purificarse con un depurador (123) antes de su liberación o captura (como otra opción). El depurador (123) se puede utilizar para eliminar compuestos orgánicos volátiles (que incluyen, p. ej., etanol) del gas de fermentación. Los depuradores entran en contacto con los gases de fermentación (normalmente, principalmente dióxido de carbono) con agua (125) para eliminar los contaminantes y recuperar el etanol que de lo contrario se perdería debido a la evaporación del fermentador. El efluente acuoso del depurador (123) se puede reciclar como fuente de agua del proceso para la fermentación. Como se ha indicado, si se recicla como una fuente de agua para la fermentación, el efluente del depurador (124) se puede tratar opcionalmente con la cloramina estabilizada antes de la reintroducción en el sistema de procedimiento. El dióxido de carbono purificado del depurador opcionalmente puede capturarse y comercializarse en la industria de procesamiento de alimentos para su uso en bebidas carbonatadas y aplicaciones de congelación instantánea. La vinaza (113) (p. ej., vinaza completa) del fondo de los tanques de destilación contiene sólidos del grano y levadura añadida así como también líquido del agua añadida durante el procedimiento. Puede enviarse a centrifugadoras (114) para su separación en una vinaza ligera (115) (un líquido con aproximadamente 5-10 % de sólidos) y una fracción que contiene sólidos (116) que puede procesarse en granos de destilería. Una cantidad de la vinaza (115) puede enviarse nuevamente a los tanques de cocción/suspensión como agua de reposición, reduciendo la cantidad de agua dulce requerida por el procedimiento de cocción. Como se indica, si se recicla como una fuente de agua para la fermentación, la vinaza ligera (115) se puede tratar opcionalmente con la cloramina estabilizada antes de la reintroducción en el sistema del procedimiento. La adición de vinaza ligera a la suspensión requiere a menudo la necesidad de ajustar el pH de la suspensión. Por ejemplo, cuando se utiliza grano molido de maíz entero como material que contiene almidón y se mezcla con agua, el pH de la suspensión puede ser, por ejemplo, de aproximadamente pH 5,8 a aproximadamente pH 6,2. Sin embargo, el pH de la suspensión puede reducirse mediante la adición de vinaza ligera a un pH de aproximadamente 4,8 a un pH de 5,2, que puede desestabilizar los agentes de sacarificación. Por lo tanto, cuando se reutiliza la vinaza líquida, el pH de la suspensión puede ajustarse a aproximadamente pH 5,6 a 6,0 utilizando álcali adecuado (p. ej., hidróxido sódico o cálcico, carbonato sódico o amoníaco). El resto (117) de la vinaza se puede enviar a través de un sistema de evaporación de múltiples efectos (118) en el que se puede concentrar en jarabe (p. ej., 25-50 % de sólidos) (119). Este jarabe, que tiene un alto contenido de proteína y grasa, se puede mezclar de nuevo con sólidos que contienen la fracción (116) para proporcionar granos de destilería en húmedo (GDH) (120). Con el jarabe añadido, los GDH todavía contienen la mayor parte del valor nutritivo de la materia prima original más la levadura añadida, por lo que es una excelente ración para ganado de cebadero y lecherías locales u otros tipos de piensos. Después de añadir el jarabe, se puede transportar a una almohadilla de torta húmeda como GDH (120), en la que se puede cargar para el transporte. Muchas instalaciones de etanol no tienen suficiente ganado cercano para utilizar todo el GDH. Para evitar el deterioro, los GDH generalmente se utilizan poco después de producirse. Por lo tanto, se envían comúnmente a través de un sistema de secado (121) para eliminar la humedad y extender su vida útil. Las prácticas de secado convencionales que se pueden utilizar en este sentido comprenden vapor indirecto a una presión de 100 a 250 psia (690 a 1724 kPa) o gas de combustión caliente para proporcionar calor para el secado. Los vapores (127) producidos en el secador se pueden condensar, utilizando un condensador (128) (p. ej., un intercambiador térmico) para formar un subproducto acuoso, o, alternativamente, se pueden ventilar a la atmósfera (no se muestra). Como se ha indicado, los vapores condensados (129) se pueden utilizar como agua reciclada del proceso para el sistema de fermentación, tal como una fuente de agua para el(los) recipiente(s) de fermentación. Como también se indica, si se recicla como una fuente de agua para la fermentación, los vapores condensados (129) pueden tratarse opcionalmente con la cloramina estabilizada antes de la reintroducción en el sistema del procedimiento. Estos granos secos de destilería con solubles (GSDS) (122) se utilizan comúnmente como un ingrediente con un alto contenido proteico en el pienso, tal como alimento para ganado, cerdos, aves de corral y peces. Aunque es útil como un procedimiento continuo o semicontinuo con respecto a la FIG.
3, el proceso de fermentación de etanol de la presente invención también puede realizarse en forma discontinua.
La presente invención puede proporcionar, por ejemplo, la conversión libre de antibióticos de biomasa en alcohol de calidad combustible, que puede combinarse con gasolina sin plomo para producir combustible "gasohol" u otras combustiones de combustibles. Los métodos de la presente invención también son aplicables a la producción de etanol de calidad alimentaria. La actividad inesperada de los biocidas no antibióticos como se muestra en la presente memoria en los procesos de fermentación se ha confirmado utilizando técnicas de laboratorio convencionales como se ilustra en la presente memoria
Claims (4)
1. Un método de producción de etanol con fermentación que comprende:
a) fermentar un mosto fermentare en presencia de cloramina estabilizada y una levadura en un recipiente para producir etanol y un contenido de sólidos; y
b) destilar el mosto fermentado para separar al menos una porción del etanol del contenido de sólidos del mosto fermentado.
2. El método de la reivindicación 1, que comprende además la obtención de un producto de granos secos de destilería a partir de dichos contenidos de sólidos.
3. El método de la reivindicación 1, en el que el mosto fermentado en la etapa b) contiene no más de 10 ppm de antibiótico.
4. El método de la reivindicación 1 que comprende:
a) fermentar un mosto fermentable en presencia de una levadura y agua de proceso reciclada en un recipiente fermentador para producir mosto fermentado que comprende etanol y un contenido de sólidos;
b) opcionalmente depurar las emisiones gaseosas del recipiente fermentador con una solución acuosa y reciclar al menos una porción de la solución efluente depuradora al recipiente fermentador;
c) opcionalmente almacenar al menos una porción del mosto fermentado en al menos un tanque pulmón; d) alimentar mosto fermentado en una unidad de destilación;
e) destilar el mosto fermentado en la unidad de destilación para separar al menos una porción del etanol de la vinaza;
f) separar la vinaza en una fracción que contiene líquidos y una fracción que contiene sólidos;
g) opcionalmente reciclar al menos una porción de la fracción que contiene líquidos de f) en el recipiente fermentador,
h) recuperar la fracción que contiene sólidos de f) al menos en parte como producto de granos de destilería en húmedo y/o secar al menos una porción de la fracción que contiene sólidos para producir un producto de granos secos de destilería y vapores evaporados;
i) opcionalmente condensar los vapores evaporados de h) y reciclar al menos una porción de los vapores condensados en el recipiente fermentador, y
en el que la cloramina estabilizada se añade a o está presente en al menos una fuente de agua reciclada de la solución efluente depuradora de b), la fracción que contiene líquidos de la separación de la vinaza de f), y los vapores condensados del secado de granos de destilería de i), o cualquier combinación de los mismos, antes de que la fuente de agua se recicle en el recipiente fermentador.
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