Proceso para la producción de una solución de glucosa acuosa a partir de maíz.

Proceso para la producción de una solución acuosa de glucosa de maíz,

el cual comprende:

a) molienda en seco, fraccionante de granos de maíz, en cuyo caso los granos de maíz se separan en una fracción de endosperma que contiene almidón de maíz y una fracción de germen rica en aceite y opcionalmente una fracción de salvado;

b) licuefacción y sacarificación enzimáticas del almidón de maíz en una suspensión acuosa de la fracción de endosperma, en cuyo caso se obtiene una solución acuosa de glucosa que contiene gluten de maíz; y

c) reducción de la concentración del gluten de maíz y opcionalmente del salvado presente en la solución acuosa de glucosa, en cuyo caso, en el paso b) se emplea una suspensión acuosa de la harina de maíz obtenida en el paso a), la cual contiene la fracción de endosperma y opcionalmente la fracción de salvado, y la cantidad de la harina de maíz se selecciona de tal manera que la suspensión acuosa contiene 30 a 45 % en peso de almidón, respecto del peso total de la suspensión.

Proceso para la producción de una solución de glucosa acuosa a partir de maíz

La presente invención se refiere a un proceso para la producción de una solución de glucosa acuosa a partir de maíz

o granos de maíz.

La glucosa, principalmente las soluciones de glucosa acuosa, es una fuente de carbono básica para muchos procesos químicos y de fermentación para la preparación de productos orgánicos. Por ejemplo, durante la fermentación las moléculas de glucosa se metabolizan por los microorganismos empleados y de esta manera se convierten en el producto orgánico deseado. La gama de productos orgánicos preparados de esta manera comprende, por ejemplo, compuestos volátiles de bajo peso molecular, tales como etanol, ácidos carboxílicos alifáticos, aminoácidos, vitaminas, carotenoides, alcoholes de azúcar, ácidos de azúcar y polioles, pero también enzimas y polímeros orgánicos.

Para tales procesos de fermentación conocidos a nivel general se utilizan diferentes fuentes de carbono, dependiendo de las condiciones del proceso y de los productos que van a producirse. Estas fuentes de carbono van desde la sacarosa pura a través de melazas de remolacha y melazas de caña de azúcar, glucosa de hidrolizados de almidón, hasta glicerina.

En la producción convencional de glucosa a partir de almidón, el almidón se obtiene primero a partir de una fuente natural de almidón, como patatas, yuca, cereales, por ejemplo, trigo, maíz, cebada, centeno, tritical o arroz, y posteriormente se hidroliza, por lo regular a través de licuefacción enzimática, seguida de una sacarificación enzimática.

En la producción de glucosa a través de la licuefacción y sacarificación de almidón, por lo regular se parte de un almidón prepurificado, es decir, las fuentes naturales de almidón como patatas, yuca, y cereales, por ejemplo, trigo, maíz, cebada, centeno, tritical o arroz, se descomponen en constituyentes de almidón y no constituyentes de almidón.

En los cereales, principalmente en el caso del maíz, la obtención del almidón prepurificado se efectúa a través de un procedimiento de molienda húmeda de múltiples etapas. Para esto, en un primer paso los granos de cereal se hinchan en agua. En una segunda etapa, los granos hinchados se trituran con la adición de agua, con la que se retira el germen. Después de retirar el germen, se efectúa una molienda fina de los constituyentes restantes, es decir del almidón del gluten y del salvado (constituyentes de fibra) . En etapas adicionales, se retiran el salvado y el gluten de tal modo que, al final, se obtiene una suspensión de almidón acuosa que para producir glucosa a continuación se introduce a una licuefacción/sacarificación. De esta manera se obtiene glucosa altamente pura.

No obstante, la molienda húmeda de granos de cereal es comparativamente engorrosa. Puesto que los granos de cereal se remojan primero en agua, los productos secundarios y los productos de desecho que se generan en la producción del almidón, tales como proteínas (gluten) , componentes de germen y componentes de fibra, deben secarse antes de seguir procesando o ante de eliminarlos, lo cual está ligado con un gasto de energía considerable. Además, el despliegue de aparatos es alto y, por lo tanto, las plantas correspondientes implican una inversión de capital muy alta. Por otro lado, dado que los cereales y, en particular. El maíz, son fuentes importantes de almidón, se han realizado varios intentos para proporcionar alternativas más favorables para recuperar glucosa a partir de estas fuentes de almidón.

Un método más económico para aprovechar los componentes de almidón de los cereales, principalmente maíz, es moler en seco los granos de cereal. Para esto se muelen los granos de cereal, opcionalmente después de haber sido humectados con pequeñas cantidades de agua para mejorar la suavidad del germen y el material molido obtenido se conduce en su totalidad, a una licuefacción/sacarificación enzimática. De esta manera se obtiene una glucosa acuosa que contiene grandes cantidades de sólidos insolubles que resultan de los componentes del cereal que no son de almidón, a saber: fibras de las cáscaras, aceite de germen y proteínas, es decir, gluten. Los procesos para la preparación de glucosa mediante la molienda en seco de cereales seguidos por licuefacción/sacarificación se conocen y describen, por ejemplo, en "The Alcohol Textbook - A reference for the beverage, fuel and industrial alcohol industries", Jaques et al. (editor) , Nottingham Univ. Press 1995, ISBN 1-8977676-735, capítulo 2, páginas 7 a 23, y en McAloon et al., "Determining the cost of producing ethanol from corn starch and lignocellulosic feedstocks", NREL/TP-580-28893, National Renewable Energy Laborator y , October 2000.

La glucosa que se ha obtenido a través de procesos de molienda en seco a escala industrial hasta ahora sólo se ha utilizado para la producción de bioetanol. La razón para ello son varias desventajas inherentes a este proceso: en primer lugar, la consecuencia de la alta participación de componentes no solubles en la glucosa acuosa producida de esta manera es que la viscosidad de la solución de glucosa acuosa es elevada, incluso en bajas concentraciones de glucosa y, además, la solución de glucosa acuosa es pseudoplástica. Por lo tanto, la concentración de glucosa máxima en una glucosa acuosa producida de esta manera por lo regular permanece restringida a 30 a 33% en peso. Mientras que no sean necesarias altas concentraciones de glucosa para la producción fermentativa de bioetanol o incluso problemáticas debido a la toxicidad del etanol formado durante la fermentación, una baja concentración de glucosa en la producción de otras sustancias químicas conduce a un incremento no deseado de la corriente de volumen. Además, los componentes no solubles pueden tener un efecto negativo en una fermentación, por ejemplo, con respecto al índice de transferencia de oxígeno o a la demanda de oxígeno de los microorganismos empleados para la fermentación. Además, estos sólidos pueden dificultar de manera no considerable el procesamiento subsiguiente y el aislamiento del producto obtenido por fermentación. Estos problemas sólo desempeñan un papel menor en la producción de bioetanol por fermentación anaeróbica seguida de separación mediante destilación.

En años recientes, se reportó de diferentes maneras sobre el empleo de una glucosa, producida mediante un proceso de molienda en seco, en la producción fermentativa de sustancias químicas (véanse WO 2005/116228 y WO2007/028804) . El proceso descrito en estas solicitudes de moler en seco con la licuefacción/sacarificación subsiguiente permite la producción de una glucosa acuosa con una alta concentración de azúcar sin que se necesite una separación de los sólidos insolubles contenidos en la fuente de almidón. Sin embargo, en algunos casos el empleo de una glucosa preparada de esta manera conduce a una inhibición o a un retraso en la multiplicación de los microorganismos.

Como ya se ha explicado arriba, la glucosa acuosa producida por un proceso de molienda en seco con la licuefacción/sacarificación subsiguiente además de los componentes de azúcar fermentables, contiene también grandes cantidades de sólidos insolubles que no pueden fermentarse. Al emplear tal glucosa acuosa en una fermentación, ya sea para producción de bioetanol o para la producción de sustancias químicas refinadas, estos sólidos pasan a través de un proceso de fermentación e incrementan así la corriente de volumen. Después de la separación del producto de fermentación, éste permanece como sólido, el cual debe desecharse o en el mejor de los casos puede utilizarse como pienso. Sin embargo, puesto que los mismos componentes no fermentables representan parcialmente sustancias valiosas, se reportó de manera diferente la separación de una parte o de todos estos componentes antes de la fermentación.

De esta manera, en el contexto de la producción de bioetanol, las US 2005/0233030 y US 2005/0239181, así como N. Jakel in Biofuels Journal (http://www.renessen.com/news_release/Renessen_ethanol_art.pdf) describen una molienda en seco de maíz en la que el material molido se separa en una fracción de endosperma rica en almidón y una fracción de germen/fibra pobre en almidón y esencialmente solo la fracción de endosperma se introduce a una licuefacción/sacarificación. De esta manera, puede reducirse la cantidad del subproducto que se genera en la producción fermentativa de etanol. Además, la fracción de germen/fibra puede utilizarse para la producción... [Seguir leyendo]

1. Proceso para la producción de una solución acuosa de glucosa de maíz, el cual comprende:

a) molienda en seco, fraccionante de granos de maíz, en cuyo caso los granos de maíz se separan en una fracción de endosperma que contiene almidón de maíz y una fracción de germen rica en aceite y opcionalmente una fracción de salvado;

b) licuefacción y sacarificación enzimáticas del almidón de maíz en una suspensión acuosa de la fracción de endosperma, en cuyo caso se obtiene una solución acuosa de glucosa que contiene gluten de maíz; y c) reducción de la concentración del gluten de maíz y opcionalmente del salvado presente en la solución acuosa de glucosa, en cuyo caso, en el paso b) se emplea una suspensión acuosa de la harina de maíz obtenida en el paso a) , la cual contiene la fracción de endosperma y opcionalmente la fracción de salvado, y la cantidad de la harina de maíz se selecciona de tal manera que la suspensión acuosa contiene 30 a 45 % en peso de almidón, respecto del peso total de la suspensión.

2. Proceso según la reivindicación 1, donde la molienda se realiza en el paso a) en presencia de 1 a 30 % en peso de agua respecto de la masa de los granos de maíz empleados.

3. Proceso según la reivindicación 1 o 2, donde en el paso a) se separan esencialmente solo la fracción de germen y la fracción de salvado de la fracción de endosperma.

4. Proceso según la reivindicación 1 o 2, donde en el paso a) se separan la fracción de salvado y la fracción de germen de la fracción de endosperma y una parte de la fracción de salvado se reintroduce a la fracción de endosperma.

5. Proceso según una de las reivindicaciones precedentes, donde el gluten de maíz se retira de la solución acuosa de glucosa en al menos 90 %, respecto de todos los componentes de glucosa contenidos en la solución de glucosa.

6. Proceso según una de las reivindicaciones precedentes, donde la reducción de la concentración del gluten de maíz y de los componentes de salvado opcionalmente presentes se efectúa de tal manera que la solución de glucosa obtenida después de la reducción de concentración contiene menos de 10 % en volumen de sólidos.