MÉTODO DE PRODUCCIÓN DE ETANOL CON LA AYUDA DE LEVADURA LÍQUIDA.

Método de producción de etanol con la ayuda de levadura líquida [0001] La presente invención se refiere a un método de producción de etanol por el uso de una preparación de levadura líquida estabilizada que contiene un compuesto de polihidroxi, preferiblemente glicerol, y una goma, que comprende algarroba, guar, tragacanto, goma arábiga o xantana, preferiblemente goma xantana. [0002] La producción de combustible de etanol ha ganado popularidad significativamente en los últimos pocos años. Hoy en día más de 80 de tales plantas están en funcionamiento sólo en los USA. Este entusiasmo ha sido impulsado por la necesidad de un reemplazo para el MTBE y el deseo de convertirse menos dependientes de la energía de otros países. Una planta de producción de etanol típica usa levadura (típicamente Saccharomyces) para producir una media de 189 millones de litros (50 millones de galones) de etanol puro por año, mayormente pero no exclusivamente de almidón de maíz hidrolizado en grandes fermentadores de más de 2 millones de litros. [0003] Las fuentes de carbono y energía básicas para el crecimiento de la levadura son los azucares. El almidón no modificado no puede ser usado porque la levadura con contiene los enzimas apropiados para hidrolizar este sustrato en azucares fermentables. Las melazas de remolacha y caña son usadas normalmente como materia prima en la fermentación porque los azucares presentes en las melazas, una mezcla de sacarosa, fructosa y glucosa, son fácilmente fermentables. Además del azúcar la levadura también requiere ciertos minerales, vitaminas y sales para crecer. Algunos de estos pueden ser añadidos a la mezcla de melazas de remolacha y caña antes de la esterilización flash mientras otros son añadidos separadamente a la fermentación. Alternativamente, un tanque de alimentación de nutrientes separado puede ser usado para mezclar y repartir algunas de las vitaminas y minerales necesarios. El nitrógeno requerido es suministrado en forma de amoniaco y el fosfato es suministrado en forma de ácido fosfórico. Cada uno de estos nutrientes es añadido separadamente a la fermentación para permitir un mejor control del pH del proceso. La melaza esterilizada, referida comúnmente como pasta o fermento, es almacenada en un tanque de acero inoxidable separado. La pasta almacenada en este tanque es después usada para añadir azúcar y otros nutrientes a los recipientes de fermentación apropiados. [0004] En la producción de etanol comercial de alto volumen, el sustrato de elección es el almidón de maíz, por su bajo coste y por su disponibilidad. Al usar almidón de maíz, a menudo un primer paso de hidrólisis parcial (usando alfa-amilasa) precede un paso de fermentación por co-sacarificación (en presencia de glucoamilasa) que es después seguido por destilación. [0005] Un preparado de levadura es usado para inocular varios fermentadores, incluyendo los llamados propagadores, normalmente esto ocurre en la etapa de fermentación por co-sacarificación. La fermentación por cosacarificación asegura una hidrólisis controlada y progresiva de las dextrinas producidas en el paso previo de hidrólisis parcial. Esta hidrólisis y fermentación simultanea proporciona una liberación lenta de los azucares y asegura que la levadura es es expuesta a una presión osmótica puntual, muy grande, que podría existir si todas las dextrinas hubiesen sido ya hidrolizadas al principio de la fermentación y antes de la inoculación de la levadura. [0006] La producción de levadura para el uso en la fermentación comercial es, en sí misma, un proceso multietapa. En muchos casos, la producción comercial requiere que la levadura sea empaquetada, almacenada y transportada en grandes cantidades de una manera que garantice la pureza y viabilidad del producto de levadura final. [0007] La producción de levadura de panadería, por ejemplo, a menudo empieza con un tubo de cultivo puro o vial congelado de la cepa de levadura apropiada. Esta levadura sirve como el inóculo para el tanque de cultivo prepuro, un recipiente de presión pequeño donde la semilla se cultiva en el medio bajo estrictas condiciones estériles. Siguiendo al crecimiento, los contenidos de este recipiente son transferidos a un fermentador de cultivo puro más grande donde la propagación es llevada a cabo con alguna aireación, de nuevo bajo condiciones estériles. Estas etapas tempranas son realizadas como fermentaciones por conjunto de lotes. En la fermentación por conjunto de lotes, todos los medios de cultivo y nutrientes son introducidos en el tanque antes de la inoculación. [0008] Del recipiente de cultivo puro, las células crecidas son transferidas a una serie de fermentadores de semillas y semi-semillas progresivamente más grandes. Estas etapas tardías son realizadas como fermentaciones por lotes alimentadas. Durante la fermentación por lotes alimentada, las melazas, el ácido fosfórico, el amoniaco y los minerales son añadidos a la levadura a una tasa controlada. Esta tasa está diseñada para añadir justo suficientes azucares y nutrientes a la levadura para maximizar la multiplicación y evitar la producción de alcohol. Además, estas fermentaciones por lotes alimentadas no son completamente estériles. No es rentable usar tanques presurizados para garantizar la esterilidad de los grandes volúmenes de aire requeridos en estos fermentadores para conseguir condiciones estériles durante todas las transferencias a través de las muchas tuberías, bombas y centrifugadoras. Se ejerce una limpieza extensiva del equipamiento, vaporización de las tuberías y tanques, y filtrado del aire para asegurar unas condiciones tan asépticas como sea posible. 2 [0009] Al final de la fermentación de las semi-semillas, los contenidos del recipiente son bombeados a una serie de separadores que separan la levadura de las melazas gastadas. La levadura es después lavada con agua fría y bombeada a tanque de almacenamiento de levadura de semi-semilla donde la crema de levadura es mantenida a aproximadamente 1,1º C (34 grados Fahrenheit) hasta que es usada para inocular los tanques de fermentación 5 comerciales. Estos fermentadores comerciales son la etapa final en el proceso de fermentación y son referidos a menudo como fermentación final o comercial.   [0010] Las fermentaciones comerciales son llevadas a cabo en grandes fermentadores con volúmenes de trabajo de hasta 189.000 litros (50.000 galones). Para comenzar la fermentación comercial, un volumen de agua, referido como agua establecido, es bombeado en el fermentador. Después, en un proceso referido como pitcheo, la levadura de semi-semilla del tanque de almacenamiento es transferida al fermentador. Después de la adición de la levadura de semilla, se comienza la aireación, enfriamiento y adición de nutrientes para empieza la fermentación de 15-20 horas. En el comienzo de la fermentación, la levadura de semilla liquida y el agua adicional puede ocupar sólo alrededor de un tercio a un medio del volumen del fermentador. Las adiciones constantes de nutrientes durante el curso de la fermentación llevan al fermentador a su volumen final. La tasa de adición de nutriente aumenta durante la fermentación porque se tienen que suministrar más nutrientes para apoyar el crecimiento de la población de células en aumento. El número de células de levadura aumenta alrededor de cinco a ocho veces durante esta fermentación. [0011] El aire es proporcionado al fermentador a través de una serie de tubos perforados localizados en la parte de abajo del recipiente. La tasa del flujo de aire es de alrededor de un volumen de aire por volumen de fermentador por minuto. Una gran cantidad de calor es generado durante el crecimiento de la levadura y el enfriamiento es realizado por serpentines de refrigeración internos o bombeando el líquido de fermentación, también conocido como caldo, a través de un intercambiador de calor externo. La adición de nutrientes y la regulación del pH, la temperatura y el flujo de aire son monitorizados cuidadosamente y controlados por sistemas informáticos durante todo el proceso de producción. A lo largo de la fermentación, la temperatura es mantenida a aproximadamente 30º C (86 grados Fahrenheit) y el pH está generalmente en el rango de 4,5-5,5. [0012] Al final de la fermentación, el caldo del fermentador es separado por centrifugadoras del tipo boquilla, lavado con agua y re-centrifugado para producir una crema de levadura con una concentración de sólidos del 15 al 24%, y a menudo en el intervalo del 18%. La crema de levadura es enfriada a alrededor de 45 grados Fahrenheit y almacenada en un tanque de crema de acero inoxidable refrigerado, separado. La crema de levadura puede ser cargada directamente en camiones cisterna y entregada a clientes equipados con un sistema de tratamiento de crema de levadura apropiado. Alternativamente, la crema... [Seguir leyendo]

1. Un método de producción de etanol que comprende combinar una composición que comprende (a) levadura (b) una o más gomas y (c) uno o más compuestos de polihidroxi con una sustancia fermentable, en donde la levadura es de un género seleccionado de: Saccharomyces, Kluyveromyces y Torulaspora y está en forma de levadura en crema, la goma está presente en alrededor de ,03 a alrededor del 1% por peso y es seleccionada del grupo consistente de algarroba, tragacanto, goma arábiga, guar y xantana, y el compuesto de polihidroxi está presente en alrededor de un 1 a un 5% por peso y es seleccionado del grupo consistente de glicerol, propilengicol, monosacaridos no fermentables, oligosacáridos no fermentables, alcoholes de azúcar no fermentables, oligocarbohidratos solubles, carbohidratos poliméricos solubles y polietilenglicol, y mezclas de los mismos. 2. El método de la reivindicación 1, que comprende pitchear la composición directamente al fermentador de producción. 3. El método de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la crema en la composición está compuesta de alrededor del 15-24% de sólidos. 4. El método de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en done la levadura en la composición es Saccharomyces. 5. El método de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde le monosacárido no fermentable en la composición es xilosa. 6. El método de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el alcohol de azúcar no fermentable en la composición es seleccionado del grupo consistente de manitol y sorbitol. 7. El método de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el carbohidrato polimérico en la composición es seleccionado del grupo consistente de almidón hidrolizado, celulosa y agarosa. 8. El método de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la levadura en la composición es seleccionada del grupo que comprende levadura de alta actividad, levadura de alta germinación, levadura de nitrógeno alto y levadura de proteínas altas. 9. El método de la reivindicación 8, en donde la levadura es levadura de alta germinación. 12   13   14