Proceso para prevenir el crecimiento bacteriano en procesos de fermentación.

Un procedimiento para prevenir sustancialmente el crecimiento de bacterias en un sistema de fermentación,

quecomprende introducir en un sistema de fermentación un azúcar fermentable, un inoculante y un dióxido de cloroestabilizado, en donde el inoculante convierte el azúcar en etanol y dióxido de carbono; en el que se agrega eldióxido de cloro estabilizado, en una cantidad eficaz para prevenir sustancialmente el crecimiento de bacterias, auno o múltiples azúcares fermentables, el inoculante o el sistema de fermentación, a concentraciones en el sistemade fermentación de ácido acético no mayores que 0,30% (peso/volumen) y de ácido láctico no mayores que 0,60%(peso/volumen) y, adicionalmente, en el que la cantidad de dióxido de cloro estabilizado que se agrega es de 0,0001hasta 5% en base al peso de dióxido de cloro activado que se puede producir y al peso total del sistema defermentación.

Proceso para prevenir el crecimiento bacteriano en procesos de fermentación Campo de la invención La presente invención se refiere a un proceso de fermentación para producir etanol y, de manera específica, a un proceso en el que se evita sustancialmente la infección bacteriana.

Antecedentes de la invención A medida que se agotan las reservas de petróleo y se eleva su precio, se incrementa la necesidad de fuentes de energía alternativas y, preferentemente, sostenibles. Desde hace algunos años, se considera y se utiliza el etanol como una opción para la sustitución parcial o completa de los combustibles basados en el petróleo en diferentes aplicaciones. Los automóviles impulsados por etanol son una realidad. El etanol tiene ventajas sobre el uso de la gasolina convencional como fuente de combustibles renovables.

El etanol es un importante producto químico, que ha sido producido por el hombre durante milenios a partir de fuentes naturales. Actualmente, el etanol se produce a gran escala a partir de fuentes naturales a través de un proceso de fermentación en el que levaduras convierten el azúcar en etanol y dióxido de carbono. Pueden usarse numerosas materias primas para suministrar el azúcar que se va a fermentar. Fuentes naturales actuales incluyen maíz, milo (variedad africana del sorgo) , trigo, avena, mijo, paja, sorgo, caña de azúcar, remolacha, melaza, suero de leche y patatas. De hecho, cualquier almidón o material celulósico, lo cual incluye prácticamente todas las plantas, se puede utilizar como fuente de azúcar usado en la producción de etanol, dado que el almidón o la celulosa pueden ser precursores de azúcar.

Un problema importante de los sistemas de fermentación convencionales es la dificultad para prevenir la contaminación microbiana, en especial la infección bacteriana. Desgraciadamente, la atmósfera óptima para la fermentación también es extremadamente propicia para el crecimiento de bacterias. Las bacterias pueden convertir azúcar (glucosa) en ácidos orgánicos tales como ácido acético y ácido láctico más que en etanol. Además, las bacterias crecen rápidamente en el ambiente rico en nutrientes de un sistema de fermentación, y muchas de ellas consumen azúcar (glucosa) más rápidamente que las levaduras. Por otra parte, los ácidos orgánicos producidos por las bacterias inhiben el rendimiento y el crecimiento de las levaduras. De este modo, la infección bacteriana tiene como consecuencia un rendimiento menor de etanol y el proceso de fermentación pierde rentabilidad económica.

Las estrategias industriales actuales para combatir la infección bacteriana en los sistemas de fermentación incluyen la supervisión de la presencia de ácidos orgánicos (por ejemplo, ácido acético y ácido láctico) , seguida de un tratamiento para corregirla. Es decir, cuando se detectan ácidos, se pueden agregar antibióticos o biocidas para controlar el crecimiento bacteriano. Sin embargo, el crecimiento y las infecciones bacterianas son un problema recurrente. Cualquier elemento que se suministre a un sistema de fermentación tal como agua, macerado, enzimas y levaduras, así como el propio tanque de fermentación (si no se desinfecta entre lotes) puede ser una fuente de bacterias. Por lo tanto, se requiere una supervisión frecuente y puede ser necesario introducir antibióticos repetidamente.

El uso de antibióticos para reducir el crecimiento bacteriano en un sistema de fermentación está siendo cuestionado. Determinados antibióticos se mantienen y acumulan en los productos sólidos de fermentación si no son desactivados por la reacción con las bacterias diana. Los productos sólidos incluyen granos secos de destilador con solubles (DDGS, por sus siglas en inglés) y granos húmedos de destilador con solubles (DWGS, por sus siglas en inglés) . DDGS y DWGS son valiosos productos secundarios de la fermentación que se usan en la alimentación animal. En muchos países, la cantidad de antibióticos en la nutrición animal se encuentra bajo control regulatorio o se está considerando su inclusión.

Por lo general, los biocidas tienen un rendimiento bajo en los sistemas de fermentación porque carecen de especificidad y también pueden atacar las levaduras. El dióxido de cloro estabilizado (SCD) es un biocida que se ha utilizado en sistemas de fermentación para tratar infecciones bacterianas. En tanto que las levaduras parecen no verse afectadas, este tratamiento es correctivo, es decir, se aplica solo después de que el sistema haya desarrollado una infección. Tal como se ha indicado anteriormente, pueden ser necesarias adiciones repetidas.

La Patente de EE.UU. 4.929.365 describe un proceso de tratamiento correctivo para eliminar microorganismos y biopelículas producidas por los mismos que, seguidamente, colonizan la biopelícula desde un sustrato sumergido en un ambiente acuoso. El proceso utiliza dióxido de cloro estabilizado (SCD) que se introduce en el sustrato y se hace penetrar a través de la biopelícula de protección y en la capa de microorganismos. Para crear un ambiente ácido en el interior de la biopelícula se requiere una fuente de nutrientes. El ambiente ácido activa el SCD que, por su parte, mata y destruye los microorganismos y la biopelícula desde el sustrato sumergido.

El documento WO 2004/072291 describe un procedimiento de reducción del crecimiento de bacterias en un proceso de fermentación, que comprende introducir ácidos de lúpulo en un sistema de fermentación que comprende un inoculador (levadura) y melaza de remolacha a una concentración de ácido acético y ácido láctico entre 0, 1 y 0, 2% (p/v) y entre 0, 6 y 0, 8%, respectivamente.

Una alternativa al tratamiento correctivo es la prevención del crecimiento bacteriano. Se ha utilizado la adición de antibióticos en cantidades capaces de impedir el crecimiento de bacterias. No obstante, persiste el problema de la acumulación de antibióticos en los sólidos de fermentación. El desarrollo de resistencia bacteriana es también una consecuencia bien conocida del uso de antibióticos.

Existe, por consiguiente, la necesidad de prevenir el crecimiento bacteriano en el proceso de fermentación, reduciendo o eliminando al mismo tiempo el uso de antibióticos. La presente invención satisface esta necesidad.

Resumen de la invención La presente invención ofrece un procedimiento para prevenir sustancialmente el crecimiento de bacterias en un sistema de fermentación, que comprende la introducción de un azúcar fermentable, un inoculante y un dióxido de cloro estabilizado en un sistema de fermentación en el que el inoculante convierte el azúcar en etanol y dióxido de carbono; y en el que se agrega dióxido de cloro estabilizado, en una cantidad eficaz para prevenir sustancialmente el crecimiento de bacterias, a uno o más de los elementos consistentes en el azúcar fermentable, el inoculante, o el sistema de fermentación, en concentraciones en el sistema de fermentación de ácido acético no mayores que 0, 30% (peso/volumen) y de ácido láctico no mayores que 0, 60% (peso/volumen) . El dióxido de cloro estabilizado comprende al menos un complejo de oxi-cloro que contiene dióxido de cloro, un componente que contiene clorita, o un elemento capaz de formar dióxido de cloro en un medio líquido cuando se expone a un ácido. La cantidad de dióxido de cloro estabilizado agregada es de aproximadamente 0, 0001 hasta aproximadamente 5%, basada en el peso de dióxido de cloro activado que se puede producir y el peso total del sistema de fermentación.

El dióxido de cloro estabilizado se puede agregar a uno o más de los elementos consistentes en el azúcar fermentable, el inoculante, o el sistema de fermentación, en una cantidad eficaz para prevenir sustancialmente el crecimiento de bacterias y, por lo tanto, la formación de ácidos orgánicos en el sistema. Preferentemente, el dióxido de cloro estabilizado se agrega al sistema de fermentación antes de la adición del azúcar fermentable o antes de la adición del inoculante al sistema de fermentación, más preferentemente antes de la adición del inoculante.

Breve descripción del dibujo Figura 1 muestra la densidad óptica de células bacterianas suspendidas en medio de cultivo líquido; se agregó dióxido de cloro estabilizado a concentraciones crecientes al medio de cultivo que contenía las células y se monitorizó la densidad óptica durante un periodo de 22 horas.

Descripción detallada de la invención La presente invención se refiere a la producción industrial de etanol por medio de fermentación. A continuación, se describe la forma en que este proceso se puede llevar a cabo usando maíz como materia prima. El experto en la técnica entenderá que este proceso se puede variar usando, por ejemplo,... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para prevenir sustancialmente el crecimiento de bacterias en un sistema de fermentación, que comprende introducir en un sistema de fermentación un azúcar fermentable, un inoculante y un dióxido de cloro estabilizado, en donde el inoculante convierte el azúcar en etanol y dióxido de carbono; en el que se agrega el dióxido de cloro estabilizado, en una cantidad eficaz para prevenir sustancialmente el crecimiento de bacterias, a uno o múltiples azúcares fermentables, el inoculante o el sistema de fermentación, a concentraciones en el sistema de fermentación de ácido acético no mayores que 0, 30% (peso/volumen) y de ácido láctico no mayores que 0, 60% (peso/volumen) y, adicionalmente, en el que la cantidad de dióxido de cloro estabilizado que se agrega es de 0, 0001 hasta 5% en base al peso de dióxido de cloro activado que se puede producir y al peso total del sistema de fermentación.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que el dióxido de cloro estabilizado se agrega antes de la adición del azúcar fermentable, o antes de la adición del inoculante al sistema de fermentación.

3. El procedimiento según las reivindicaciones 1 o 2, en el que el dióxido de cloro estabilizado se agrega en una cantidad dentro del intervalo de aproximadamente 0, 01% hasta aproximadamente 3% en base al peso de dióxido de cloro activado que se puede producir y al peso total del contenido del fermentador.

4. El procedimiento según la reivindicación 3, en el que el dióxido de cloro estabilizado se agrega en una cantidad dentro del intervalo de aproximadamente 0, 1% hasta aproximadamente 2% en base al peso de dióxido de cloro activado que se puede producir y al peso total del contenido del fermentador.

5. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el dióxido de cloro estabilizado es un complejo de oxi-cloro que contiene dióxido de cloro, que es un complejo de dióxido de cloro con carbonato, dióxido de cloro con bicarbonato, o una mezcla de los mismos.

6. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dióxido de cloro estabilizado es un componente que contiene clorita, que es una o múltiples cloritas metálicas.

7. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el azúcar fermentable se obtiene a partir de uno o múltiples de los siguientes elementos: maíz, astillas de madera, paja de trigo, rastrojo de maíz, brotes de hierba, milo (sorgo africano) , avena, mijo, sorgo, azúcar de caña, remolacha, melaza, suero de leche, patatas.

8. El procedimiento según la reivindicación 7, en el que el azúcar fermentable deriva del maíz.

9. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el azúcar fermentable está presente en el sistema de fermentación en una concentración de aproximadamente 5 hasta aproximadamente 40% (peso/volumen) .

10. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que el azúcar fermentable deriva del maíz y está presente en el sistema de fermentación en una concentración dentro del intervalo de aproximadamente 10 a 35% (peso/volumen) ; el inoculante es levadura; el dióxido de cloro estabilizado se agrega al sistema de fermentación antes de la adición del azúcar fermentable o antes de la adición del inoculante al sistema de fermentación; el dióxido de cloro estabilizado se agrega en una cantidad dentro del intervalo de aproximadamente 0, 01% hasta aproximadamente 3% en base al peso de dióxido de cloro activado que se puede producir y al peso total del contenido del fermentador; el dióxido de cloro estabilizado es una clorita de metal alcalino o una clorita de metal alcalino-térreo, que se suministra en un medio líquido a una concentración que muestra una concentración potencial de dióxido de cloro estabilizado dentro del intervalo de aproximadamente 2% hasta aproximadamente 25% en peso, basada en el peso total del medio líquido.