BR102017022037A2

BR102017022037A2 - Melhoria em processo de hidrólise do amido na indústria alcooleira

Info

Publication number: BR102017022037A2
Application number: BR102017022037-0A
Authority: BR
Inventors: 6° § 4° Da Lpi 9279/96 Art
Original assignee: Leonardo Garnica
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2019-05-07
Also published as: WO2019071328A1

Abstract

"melhoria em processo de hidrólise do amido na indústria alcooleira", cuja etapa compreende a produção do mosto de fermentação pela hidrólise enzimática da celulose, acarretando no aumento no rendimento da produção de açúcar convertido e na produtividade, com aumento na velocidade da reação de hidrólise. nessa referida etapa produtiva a mistura em reação de hidrólise é submetida a, pelo menos, uma intervenção de energia capacitiva, de forma contínua ou intermitente, que é entregue ao sistema em reação.

Description

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MELHORIA EM PROCESSO DE HIDRÓLISE DO AMIDO NA INDÚSTRIA ALCOOLEIRA.

[001]-Refere-se o presente relatório a uma invenção para melhoria em processo de hidrólise do amido na indústria alcooleira e, mais especificamente, a melhorias aplicadas nas fases do processo de produção de álcool a partir de amiláceos como no caso dos grãos milho, arroz e trigo e feculentos, como mandioca e batata. A melhoria é implementada na etapa de produção do mosto, ou sacarificação, com a hidrólise de polissacarídeos, em processo separado ou executado simultaneamente com a fermentação de açúcares produzidos na sacarificação.

[002]-O processo simultâneo tem como objetivo, além de reduzir o tempo de processamento, impactando na produtividade do processo, permite a minimização de perdas de açúcares provenientes da sacarificação, na separação dos produtos de hidrólise. A fermentação simultânea, ou seja, a aplicação de microrganismo fermentativo ao sistema em reação enzimática, envolvendo as operações conjuntas de sacarificação com fermentação, é fato presente na produção alcoólica a partir do milho.

[003]-Esse relatório, a partir dessa possibilidade de fermentação simultânea, segue considerando que o processo objeto da invenção estende-se à sacarificação como processo isolado e, à sacarificação e fermentação como processo simultâneo.

[004]-Como é sabido pelos técnicos no assunto, os biocombustíveis destacam-se como componentes da matriz energética no âmbito mundial, suportada pelas necessidades

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2/8 ambientais. O etanol segue sua longa história como combustível e tem sido largamente produzido pela fermentação de açúcares diretamente fermentáveis como sacarose, glicose e frutose. Esses açúcares são facilmente obtidos de culturas como cana-de-açúcar, beterraba, frutos, etc.

[005]-Com o processo de hidrólise do amido, desde o mais remoto tempo como na produção de cerveja, a hidrólise de amiláceos, na sacarificação, permite a produção de açúcares fermentáveis a partir do milho como outra importante matéria prima na produção de etanol combustível.

[006]-Na fase de preparação do mosto, líquido açucarado, ocorre a conversão dos polissacarídeos amilose e amilopectina do malte em glicídios menores, maltose e glicose, sob ação de enzimas, como a- e β-amilase, celulase e a-glicosidase, conforme adequado cronograma termo-mássico, na manutenção do processo, típico para o processo de sacarificação. Dependendo da temperatura de processo, acima de 40^oC, caracteriza-se a conversão de polissacarídeos em açúcares fermentáveis ou misturas açucaradas com não fermentáveis. A eventual neutralização da ação enzimática pode ser feita por aquecimento do mosto em temperatura mais elevada, acima de 70^oC. Em sequência o mosto é clarificado, resfriado e preparado na temperatura de fermentação.

[007]-O amido pode ser hidrolisado termoquimicamente ou por enzimas. A hidrólise química requer o uso de reatores especiais, de ácido concentrado a altas temperaturas e, consequentemente, de custo elevado. A hidrólise enzimática é mais demorada, mas é conduzida em

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3/8 condições moderadas. Isso torna o processo de hidrólise enzimática mais atraente na indústria de bioenergia.

[008]-A hidrólise enzimática do amido, usualmente processada com o complexo enzimático amilolítico, apesar de largamente utilizada na indústria mundial de etanol, tem seu custo elevado fundamentalmente pelo custo das enzimas envolvidas. A melhoria proposta para este processo visa implementação em larga escala da produção de etanol combustível de origem amilácea, de custo moderadamente compatível.

[009]-O tratamento com campo de energia capacitiva, durante a hidrólise enzimática do amido, é a abordagem técnica para aumentar a conversão de amido em açúcares.

[010]-Como já dito, essa aplicação pode ser feita em processo isolado ou simultâneo, de sacarificação e fermentação.

[011]-O processamento refere-se à aplicação controlada de um campo elétrico ou da modulação de energia capacitiva fornecida ao sistema em reação, com o objetivo de melhorar os processos bioquímicos e enzimáticos. Campos elétricos moderados podem melhorar a transferência de massa, aumentando a mobilidade de moléculas carregadas através da aplicação de forças eletrostáticas.

[012]-O uso de tratamentos com energia capacitiva para melhorar a hidrólise enzimática é uma abordagem inovadora que pode aliviar as relações de custos e receitas e estimular a implementação de tecnologias de produção alcoólica a partir de amido.

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4/8 [013]-Nessa etapa produtiva, da hidrólise do amido, aplicam-se sistemas de energia capacitiva, especialmente concebidos e desenhados para as condições operacionais compreendidas pelo processo.

Atuando como aceleradores e/ou atenuadores do processo objeto, esses acumuladores energéticos atuam sobre o sistema químico e bioquímico, conferindo energia adicional à manifestação das transformações físico-químicas da mistura em processo. Essas aplicações podem ser feitas em processos de regime de produção na condição de batelada, semi-contínua e contínua, empregando-se o complexo enzimático amilase ou diferentes tipos de enzimas e suas eventuais combinações, ditos coquetéis.

[014]-Na fase de preparação do mosto, sacarificação, líquido açucarado, especificamente seguindo a quebra enzimática da celulose, ocorre a conversão desse polissacarídeo em glicose, sob ação do complexo enzimático amilase, conforme adequado cronograma termo-mássico, na manutenção do processo. Dependendo da temperatura de processo, acima de 40^oC, caracteriza-se a conversão de polissacarídeos em açúcares fermentáveis ou misturas açucaradas com não fermentáveis. A eventual neutralização da ação enzimática pode ser feita por aquecimento do mosto em temperatura mais elevada, acima de 70^oC.

[015]-Diversos trabalhos vêm sendo desenvolvidos para melhorar a produtividade do processo de produção de etanol a partir de amido, sendo que tais esforços têm estado circunscritos a melhorias nas atividades próprias de enzimas e mesmo na composição de coquetéis

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5/8 enzimáticos, e nos processos produtivos que envolvam o controle e manutenção dos constituintes durante o processo isolado ou simultâneo. O presente processo ora melhorado, no entanto, é novo e busca a maximização mássica e cinética da conversão hidrolítica do amido, empregando energia capacitiva na função catalítica da atividade enzimática em conjunção com comportamento induzido à estrutura amilácea. A presente invenção estende-se à ação conjunta da energia capacitiva, às reações simultâneas que ocorrem na hidrólise do amido e na fermentação dos açúcares fermentáveis.

[016]-Observando as condições do estado da técnica e as limitações para se obter alto rendimento e produtividade, foi desenvolvido um aperfeiçoamento compreendido pela aplicação de energia capacitiva na etapa de hidrólise do amido, caracterizando-se na obtenção do mosto de fermentação para a produção de etanol a partir do amido e, especial do amido de milho; porém podendo ser outros amidos, tais como, arroz e trigo e feculentos, como mandioca e batata de mandioca, malte, entre outros; em processo de sacarificação isolada ou em processo simultâneo de sacarificação com fermentação. Aliam-se a maximização e a aceleração na produção seletiva de açúcares fermentáveis pela ação da hidrólise enzimática combinada e catalisada pela energia capacitiva entregue à mistura em processo para a produção do mosto.

[017]-Assim, a presente invenção se refere a melhoria em processo de hidrólise do amido na indústria alcooleira, que traz um aumento de produção e de produtividade no processo de produção de etanol a partir de

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6/8 milho. Essa melhoria é aplicada na etapa de hidrólise do amido, tanto em processo isolado de sacarificação como simultaneamente com a fermentação, empregando energia capacitiva na função catalítica da atividade enzimática em conjunção com o comportamento induzido às estruturas das partes amiláceas.

[018]-Essa energia capacitiva atua como acelerador e/ou atenuador do processo de produção de mosto, objeto da presente invenção, sendo que esses capacitores energéticos atuam sobre o sistema químico e bioquímico, conferindo energia adicional à manifestação das transformações físico-químicas e bioquímicas da mistura em processo.

[019]-Nessa etapa do processo de produção do etanol a partir de amido, os capacitores energéticos, também entendidos como conversores energéticos, necessariamente devem portar condições operacionais e construtivas diferenciadas, com relação aos objetivos funcionais e características da mistura que qualificam o meio.

Para a eficácia de suas funcionalidades, esses conversores são capazes de fornecer ao meio em reações a energia capacitiva por metro cúbico do conversor de 20J/h.m³ a 1.500KJ/h.m³ e, mais tipicamente, de 2,5KJ/h.m³ a 1.000KJ/h.m³, energia essa transferida a reações redox nessa etapa do processo produtivo. Esses valores são monitorados e adequados, automaticamente, ao respectivo conversor, mantendo em níveis especificamente adequados ao processo sobre o qual atua.

[020]-A presente invenção é constituída por aperfeiçoamento no processo de produção de etanol a partir

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7/8 do amido com benefícios na maximização de obtenção de açúcares desejados ao mosto e redução no tempo de preparo do mesmo. A energia capacitiva, entregue ao sistema em reação, atua cataliticamente na hidrólise dos polissacarídeos, maximizando a formação de açúcares, fermentáveis e não fermentáveis, e reduzindo o tempo de hidrólise com a consequente redução do tempo de sacarificação, em processo isolado ou simultaneamente com fermentação, impactando na produtividade dessa fase. A redução desse tempo é função das características envolvidas pelas qualidades e propriedades desejadas para o mosto final que será levado à fermentação, ou processado na fermentação simultânea.

[021]-Uma realização preferida, a presente invenção tem como elemento novo e inovador nesse processo de produção de etanol a partir de amido a utilização de conversores de energia capacitiva que atuam na etapa de hidrólise, sendo dito conversor de energia constituído por unidades capacitivas, ou capacitores, que são imersos no interior dos reatores ou vasos onde se dá a hidrólise enzimática do amido, ou sacarificação. Processo de sacarificação isolado, ou simultâneo com a fermentação dos açúcares fermentáveis provenientes da sacarificação.

[022]-Esses capacitores são constituídos por armaduras especialmente projetadas e construídas com materiais e geometrias adequadas à etapa de fabricação e às características dos vasos do processo produtivo, como forma, volume, diâmetro interno e altura. Os materiais empregados na construção das armaduras podem ser, por exemplo, de aço inoxidável austenítico ou titânio (Ti) ou outros metais

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8/8 condutores, com aplicação e acabamento pertinente à aplicação. Parcialmente, as armaduras dos capacitores podem, ainda, ser revestidos com materiais eletricamente isolantes ou não.

[023]-Assim, o controle e regulação da energia capacitiva empregada nessa etapa do processo tem uma importância significativa no controle do processo produtivo, pois é esse controle que determina algumas características do produto a ser obtido (mosto para fermentação).

[024]-Esse controle objetiva a maximização de energia capacitiva transferida ao sistema em processamento, garantindo assim a eficácia da etapa produtiva. Sensores de pH, temperatura, oxigênio dissolvido, teor em sólidos solúveis, condutividade elétrica, tensão e corrente elétrica são utilizados e atuam diretamente nos conversores de energia. O processamento dos dados obtidos por esses sensores atuam sobre a conversor, pelo ajuste energia capacitiva transferida ao automático dos níveis de tensão elétrica aplicadas às armaduras, concomitantemente com ajustes nas características capacitivas dos mesmos.

realização adequações [025]-Apesar preferida para a no processo são de ter presente possíveis sido descrita uma invenção, alterações e e realizáveis sem que se fuja do escopo da presente invenção.

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Claims

Reivindicações

1- MELHORIA EM PROCESSO DE HIDRÓLISE DO AMIDO NA INDÚSTRIA ALCOOLEIRA, caracterizada pelo fato da mistura em processamento estar submetida a, pelo menos, uma intervenção de energia capacitiva, de forma contínua ou intermitente, que é entregue ao sistema em reação.
2- MELHORIA EM PROCESSO DE HIDRÓLISE DO AMIDO NA INDÚSTRIA ALCOOLEIRA”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de dita energia capacitiva atuar cataliticamente na hidrólise dos polissacarídeos, maximizando a formação de açúcares, fermentáveis e não fermentáveis, e reduzindo o tempo de hidrólise com a consequente redução do tempo de sacarificação, impactando na produtividade dessa fase.
3- MELHORIA EM PROCESSO DE HIDRÓLISE DO AMIDO NA INDÚSTRIA ALCOOLEIRA”, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato da energia capacitiva por metro cúbico do conversor ser de 20J/h.m³ a 1.500KJ/h.m³.
4- MELHORIA EM PROCESSO DE HIDRÓLISE DO AMIDO NA INDÚSTRIA ALCOOLEIRA”, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato da energia capacitiva por metro cúbico do conversor ser, mais tipicamente, de 2,5KJ/h.m³ a 1000KJ/h.m³, energia essa transferida a reações redox nesta fase do processo.
5- MELHORIA EM PROCESSO DE HIDRÓLISE DO AMIDO NA INDÚSTRIA ALCOOLEIRA”, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato do conversor capacitivo estar imerso no interior dos reatores ou vasos onde se dá a hidrólise enzimática do amido.

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6- MELHORIA EM PROCESSO DE HIDRÓLISE DO AMIDO NA INDÚSTRIA ALCOOLEIRA”, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato do conversor capacitivo possuir, alternativa e parcialmente, suas armaduras eletricamente isoladas.
7- MELHORIA EM PROCESSO DE HIDRÓLISE DO AMIDO NA INDÚSTRIA ALCOOLEIRA”, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizada pelo fato de sensores de pH, temperatura, oxigênio dissolvido, teor em sólidos solúveis, condutividade elétrica, tensão e corrente elétrica serem utilizados e atuarem diretamente nos conversores de energia capacitiva os quais tem seus valores energéticos monitorados e adequados, automaticamente, mantendo em níveis especificamente adequados ao processo sobre o qual atua.
8- MELHORIA EM PROCESSO DE HIDRÓLISE DO AMIDO NA INDÚSTRIA ALCOOLEIRA”, de acordo com a reivindicação de 7, caracterizado pelo fato da sacarificação ser processada de forma simultânea, ou seja, sacarificação com fermentação; sendo as duas etapas, que ocorrem simultaneamente, usufruem dos mesmos benefícios na assimilação da energia capacitiva.