DDGS: conhecer a produção para otimizar a aplicação

Distillers Dried Grain with Solubles – DDGS: conhecer a produção para otimizar a aplicação

Os movimentos de empresas globais e governos para geração de energias limpas e renováveis é inegociável e reversível para redução do aquecimento global, atraindo olhares da sociedade e investimentos para processos fermentativos de produção de etanol. Diversos produtos podem ser utilizados para a obtenção do etanol, entre eles a

• Biomassa;
• Cana-de-açúcar e
• O milho. 

Os processos de produção de etanol de cana-de-açúcar são de fato considerados renováveis e sustentáveis, uma vez que o bagaço da cana é capaz de suprir toda a energia necessária para a fase industrial da produção do etanol. Produzindo cerca de sete mil litros de etanol por hectare, o milho produz apenas quatro mil litros.  

No entanto, a cana-de-açúcar não pode ser armazenada para processamento no período de entressafra, o que não ocorre com o milho, que pode ser estocado ao longo do ano mantendo a produção do etanol. 

O Brasil é referência mundial na produção sustentável e eficiente do etanol a base de cana-de-açúcar, diferente dos EUA que utilizam principalmente milho. Entretanto, investimentos exponenciais em novas indústrias, implementando tecnologias inovadoras com aproveitamento completo da biomassa permitem atingir produção de etanol à base de milho com: 

• Carbono neutro; 
• Geração de energia elétrica; 
• Retenção e aplicação do CO2 das fermentações e 
• Produção de Distillers Dried Grain with Solubles (DDGS) ou Distillers Dried Grain (DDG). 

O processamento convencional ou via úmida de amido para produção de etanol está bem estabelecido e com alto custo comparado à via seca. O processamento por via úmida utiliza somente o amido para a fermentação, por isso resulta em variados coprodutos, tais como: fibra, glúten e gérmen.  [cadastrar]

O gérmen é removido e o óleo de milho é extraído do gérmen. A farinha de gérmen restante é adicionada à fibra e glúten de milho. O glúten também pode ser separado para se tornar farinha de glúten de milho. O óleo é o produto de maior importância, obtendo-se um total de 34 a 38 kg para cada tonelada de milho.  

O amido é a fração de maior volume utilizado principalmente na produção de bioetanol. Para promover a hidrólise do amido, a massa é aquecida a 105°C rompendo fisicamente os grânulos e abrindo a estrutura cristalina do amido para a ação das enzimas α-amilase e glucoamilase, o que aumenta a viscosidade da pasta em 20 vezes, tornando a mistura e o bombeamento difíceis.  

Na etapa de hidrólise, os processos tecnológicos que utilizam cozimento do amido a temperaturas de 30 a 105°C requerem o uso de cal, soda cáustica e ácido sulfúrico para controle de pH, demandando energia e representando de 10 a 20% o preço do bioetanol. 

As indústrias brasileiras vêm predominantemente utilizando o processo via seca, que reduz o consumo de energia com a diminuição da temperatura de processamento na conversão do amido à glicose, baixando no início da gelatinização, por exemplo, a 65°C para o amido de milho.  

No método de moagem a seco, nada é feito para separar o amido de milho do grão. Todo o grão de milho é moído em uma farinha grossa por meio de um moinho de martelo ou rolo, para passar por uma tela de 30 mesh, e então misturado com água para formar uma pasta.  

Conforme avança a hidrólise enzimática, pequenas cavidades são formadas e ocorre a difusão das enzimas nos poros e nos canais dos grânulos, permitindo a difusão de amilases.  

Convencionalmente, a massa é cozida a 100°C com injeção de vapor, a mistura é bombeada para tanques de retenção e a temperatura pode cair para 80-90°C. Alfa-amilase adicional é incorporada à pasta liquefeita. Para melhor ação da enzima nesta etapa, o pH da mistura é ajustado para 6,0 por pelo menos 30 minutos.  

A liquefação reduz bastante o tamanho do polímero de amido. O mosto dextrinizado é então resfriado, ajustado para pH 4,5 e a enzima glucoamilase é adicionada. A glucoamilase converte o amido liquefeito em glicose. 

Na fermentação, a glicose é transformada em álcool e dióxido de carbono pela ação da levedura Saccharomyces cerevisiae. O amido não convertido a glicose não é fermentado, permanecendo íntegro.  

Componentes e produtos do processo fermentativo

O mosto é resfriado a 32 °C e transferido para fermentadores, onde o fermento é adicionado. Frequentemente, sulfato de amônio ou ureia são adicionados como fonte de nitrogênio para o crescimento da levedura. Recentemente, os moinhos de etanol a seco também começaram a adicionar enzimas acessórias como proteases.  

A fermentação requer 48-72 horas para obter uma concentração final de etanol de 10-12%. O pH do caldo diminui durante a fermentação para abaixo de pH 4,0 devido ao dióxido de carbono formado durante a fermentação do etanol.  

Plantas de moagem a seco podem reduzir a quantidade de glucoamilase adicionada por sacarificação do amido liquefeito a 65°C antes da fermentação. Muitas plantas, no entanto, utilizam a sacarificação e fermentação simultâneas pelos seguintes fatores: 

• Reduz a oportunidade de contaminação microbiana; 
• Diminui o estresse osmótico inicial da levedura, evitando uma solução concentrada de glicose; 
• Geralmente é mais eficiente em termos de energia; 
• Pode fornecer rendimentos de até 8% a mais de etanol.  

Após concluída a fermentação, o mostro é centrifugado e destilado através de colunas de destilação para ebulição do álcool. Nesta etapa é possível obter etanol a 95% e os materiais restantes separados da substância são denominados vinhaça.  

A vinhaça contendo água, óleo, proteína e componentes do grão e os resíduos de fermentação são centrifugados e em alguns casos, extrusada para separação dos grãos úmidos (sólidos) e vinhaça fina.  

Os solúveis são resultado da vinhaça fina após a evaporação e posteriormente serão incorporados aos grãos úmidos, formando uma mistura úmida chamada de WDGS (do inglês, Wet Distillers Grains with Solubles).  

Estes produtos com alta umidade são ofertados para a bovinocultura, com limitação devido aos custos do transporte do produto e adicionalmente à validade de apenas uma semana, podendo ser ainda menor em locais com alta temperatura.  

No entanto, as indústrias podem secar o WDGS à umidade de 10 a 12%, proporcionando maior viabilidade para o transporte a distâncias maiores e aumentando o prazo de validade. Enquanto isso, a adoção de tecnologias de destilação da vinhaça fina permite a extração de óleo, adicionando esse produto em seu portfólio.  

Este óleo de milho destilado contém acidez oleica entre 10 e 15% e não compondo mais os solúveis que serão adicionados ao WDGS, gera um coproduto chamado de WGDS ou DDGS, com composição reduzida em óleo. 

Tecnologias de desenvolvimento aplicando proteases (alcalase, papaína e tripsina) nos solúveis condensados de destilado de milho (CCDS) para clivagem de proteínas ou frações proteicas com aplicações farmacêuticas, domésticas e para nutrição animal e humana (como a purificação de aminoácidos), ampliam a possibilidade de geração de coprodutos nas indústrias.  

Variações de tecnologias de fermentação como a remoção da fração fibrosa do milho durante a moagem e adicionando solúveis a este produto, geram um material diferenciado com alta fibra. Enquanto a vinhaça deste processo fermentativo não tem adição dos solúveis (DDG), resultando em produto com proteína superior a 40%. 

Com a produção de etanol em larga escala, a exploração de DDGS e DDG como ingrediente na ração animal é uma realidade para garantir a sustentabilidade e a viabilidade da indústria do bioetanol.  

Embora a indústria tenha um acréscimo no custo de energia devido ao processo de secagem para alcançar 10% de umidade, este custo é diluído com a venda do coproduto, a qual reduz o custo da produção do etanol de milho. 

No Brasil, não são encontradas prospecções oficiais para produção de coprodutos de destilaria. Porém, estudos indicam aumento da produção entre 115% do ano de 2021 a 2025, com volume estimado em 4,9 milhões de toneladas por ano. 

Os volumes crescentes de ofertas de DDG e DDGS no Brasil, originados principalmente nos estados de Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Goiás e São Paulo e no Paraguai são importantes para a manutenção da oferta de insumos para a alimentação dos animais e para redução de custo de produção de carne.  

Entretanto, as matrizes nutricionais amplamente utilizadas em outros países, como Estados Unidos e Europa, não são adequadamente aplicadas nas dietas brasileiras de aves e suínos. 

Esta dificuldade de aplicação de matriz nutricional ao produto pode estar relacionada a ampla variação da composição do DDGS que é resultado de diferentes processos de produção entre as indústrias, associada às dificuldades de padronização do coproduto da fermentação alcoólica em escala industrial. 

Embora existam estudos abrangentes em relação à variabilidade do DDGS de milho dentro da planta com diferentes dosagens ou mesmo a remoção de produtos como óleo e solúveis, informações de impacto das variações dos produtos e entre lotes de produção sobre as características de disponibilidade de nutrientes como proteínas, energia e aminoácidos são escassos para aplicação rápida e eficaz na correção de matrizes nutricionais de aves e suínos.