Il wet milling

Con il sistema wet milling è possibile produrre grandi quantità di etanolo. E’ un processo che raggiunge i suoi migliori livelli di efficienza con grosse quantità di biomasse lavorate, ha un grande sviluppo negli Stati Uniti, nazione nella quale è possibile produrre quantitativi enormi di mais. Il mais infatti è il prodotto con il quale si riesce a sfruttare maggiormente tale tipo di impianto, anzi si può affermare che il processo “wet” è stato sviluppato per tale prodotto.

A differenza delle distillerie dry milling, la preparazione di un substrato fermentabile è solo una delle tante possibilità che si possono scegliere tra i tanti prodotti ottenibili.

Le frazioni non amidacee risultanti dal processo vengono vendute separatamente (olio raffinato, glutine, etc.) e da sole remunerano circa il 60% del valore della materia prima. Da questi dati comprendiamo la notevole redditività di questo tipo di lavorazione rispetto al processo dry milling. Di contro un grosso svantaggio della tecnologia “wet” è costituito dai rilevanti costi di investimento iniziale, necessari per la costruzione e messa a produzione dell’impianto, che risultano essere praticamente il doppio della tecnologia “dry”.

Il processo wet milling in linea di massima ha l’obiettivo di dividere il mais nei suoi componenti fondamentali: amido, proteine, gemma e fibra. Il vantaggio di tale lavorazione sta nel fatto che ognuno di questi componenti può essere venduto separatamente, quindi, oltre all’etanolo, alla fine del processo produttivo verranno prodotte anche tali sostanze. Ha però uno svantaggio abbastanza rilevante, soprattutto ai fini ambientali: l’utilizzo nel processo dell’acido solforico e la necessità di maggiori quantità di energia.

Il processo wet milling si divide in due sezioni: la prima ottiene un amido grezzo partendo dal mais, mentre la seconda consiste in un reparto di raffinazione, dove l’amido viene processato in una miriade di prodotti finali.

Le varie fasi di lavorazione sono:

Pulitura: prima di cominciare il processo di trasformazione, la biomassa viene fatta passare attraverso dei pulitori al fine di togliere tutte quelle sostanze che non sono funzionali al processo produttivo; i pulitori agitano la granella sopra una serie di lastre perforate attraverso le quali le piccole impurità cascano. Successivamente un soffio di aria pulisce la granella dalla polvere e un elettromagnete “cattura” la parti di metallo che possono essere presenti.

Bagnatura (stepping): la prima fase è la bagnatura. Essa viene effettuata a circa 50°C per un periodo di 30 ore aggiungendo al cereale macinato acqua e anidride solforosa al 1,6%. Questa fase è finalizzata all’aumento dell’umidità fino al 45%, permettendo un intenerimento della struttura del cereale con una conseguente maggiore facilità di rimozione del germe e separazione delle proteine. Le acque di lavaggio vengono concentrate e riutilizzate fino a ottener il “Condensed Fermented Corn Estractives”, da utilizzare come integratore nei mangimi zootecnici liquidi, mentre una parte dell’acqua residua viene anche venduta come nutriente nel processo di fermentazione.

Germ system: il cereale bagnato passa attraverso dei dischi dentati che ne separano il germe. Questo viene poi separato dal resto delle impurità mediante l’utilizzo di idrocicloni, in quanto essendo ricco di olio tende ad avere un peso specifico inferiore e quindi a galleggiare. Seguono alcune fasi di lavaggio in controcorrente con acqua e una fase di essiccazione in tamburi rotanti. Viene estratto l’olio dalle germe e viene venduto come farina o come parte per un mangime a base di glutine.

Fiber system: lo scarto della separazione precedente è una miscela di amido, proteine e fibre con particelle di varie forme e dimensioni.

Mentre i primi due hanno dimensioni più piccole, le fibre sono più grandi anche perché hanno adeso una notevole quantità di amido. Dopo la separazione con setacci delle fibre “sporche”, si ha una loro macinazione, un ulteriore lavaggio in controcorrente per separarne l’amido ancora presente e un’ulteriore fase di essiccazione della fibra stessa.

Gluten separation: le parti rimaste di questa miscela (amido e proteine) vengono disidratate utilizzando più centrifughe in serie che lavorano a circa 3000 giri, permettendo la separazione delle proteine.

Queste vengono ulteriormente concentrate da una successiva centrifuga e separate utilizzando un filtro sotto vuoto.

Queste proteine sono molto richieste dal mercato mangimistico in quanto contengono un lipide (xantofilla) molto apprezzato perché conferisce colore giallo alle uova, caratteristica fondamentale per certi mercati.

Starch washing: l’amido grezzo proveniente dalla fase precedente necessita infine di alcune rilavorazioni al fine di diminuire la percentuale di proteine residue (2%), caratteristica necessaria al buon andamento delle fasi successive. Vengono quindi realizzati un gran numero di lavaggi in controcorrente (fino a 15) utilizzando diverse tipologie di idrocicloni e impiegando infine acqua pulita. Le acque luride da questi step di lavorazione vengono rinviate all’uscita del fiber system; l’amido risultante dalla lavorazione contiene al massimo 0,3% di proteine residue. Esiste la possibilità della presenza di lipidi nascosti tra le spirali dell’amido, ma questi possono essere rilasciati solo dopo l’idrolisi dello stesso. Buona parte dell’amido viene convertito in sciroppo di grano, destrosio e in uno sciroppo con alta quantità di fruttosio.

Syrup conversion: l’amido viene sospeso in acqua e liquefatto con acidi e/o enzimi. Il prodotto risultante è una soluzione a basso contenuto di destrosio. La soluzione viene trattata con gli enzimi al fine di continuare il processo di conversione dell’amido in sciroppo. Durante il processo, i raffinatori possono interrompere l’azione degli enzimi o degli acidi ai punti necessari per produrre la miscela adeguata di zuccheri per gli sciroppi. Lo sciroppo viene raffinato in filtri, centrifughe e nella colonna di scambio ionico così che l’acqua in eccedenza evapora. Gli sciroppi possono essere venduti direttamente così come sono, cristallizzati in destrosio puro, o vengono ripromessati per creare uno sciroppo con un alto contenuto di fruttosio.

Fermentation: l’amido inoltre è usato come materia prima nel tradizionale processo di fermentazione con lieviti o batteri e attraverso l’utilizzo di enzimi è possibile fare in modo che l’amido diventi la materia prima da far fermentare: il risultato finale del processo di fermentazione è l’etanolo.

L’etanolo prodotto poi viene distillato per rimuovere l’acqua in eccesso e quindi pronto per il mercato.

Un altro prodotto della fermentazione è il biossido di carbonio, anch’esso venduto sul mercato, solitamente alle imprese del settore delle bibite per la creazione delle bevande gassate55.

Figura 2 schema del processo wet milling (fonte www.ethanol.org).

I co-prodotti: nel processo wet milling i co-prodotti sono un elemento importantissimo, infatti tutti questi prodotti insieme risultano essere il 20-30% del prodotto finale del processo. Inoltre questi prodotti hanno importanti proprietà nutrizionali che aggiungono valore alle razioni di mangime nei programmi nutrizionale di allevamento. Essi consentono che il bilancio totale del processo sia in attivo; senza la possibilità di riutilizzo dei materiali di scarto della produzione, questo processo risulterebbe essere troppo oneroso e poco remunerativo.

Andiamo a vedere nel dettaglio quali sono questi prodotti:

• Condensed Corn Fermented Extractives (Corn Steep Liquor) è un liquido altamente energetico. Questo prodotto può essere combinato con la semola glutinata o può essere anche venduto separatamente come un liquido proteico, utilizzato per le mucche da latte o da carne. Comunque può avere anche altri campi di applicazione;

• Corn Germ Meal tipicamente contiene il 20% di proteine, il 2% di grassi e il 9,5% di fibre. Ha una giusta quantità di aminoacidi che lo fa essere particolarmente adatto per la nutrizione del pollame e dei maiali. Viene anche utilizzato diluito sempre nell’alimentazione animale.

• Corn Gluten Feed è un prodotto mediamente proteico composto da fibre e crusca. Questo prodotto può essere venduto sia secco che umido. La crusca e gli estratti condensati vengono combinati e fatti seccare in appositi essiccatori. La sostanze seccata viene prodotta in piccoli cilindretti per facilitarne la maneggevolezza e contiene di solito il 21% di proteine, il 2,5% di grassi e l’8% di fibre. E’ un prodotto che viene solitamente utilizzato per l’alimentazione animale di tutti i generi: pollame, bovini,suini e animali domestici.

• Corn Gluten Meal è un concentrato altamente proteico e contiene il 60% di proteine il 2,5% di grassi e l’1% di fibre. Ha grandi quantità di metionina, e sono presenti anche dei buoni livelli di xantofilla, che offrono ai formulatori di mangime per polli un efficiente ingrediente. Infatti il corn gluten meal è anche un eccellente alimento per il bestiame in quanto fornisce un elevato livello della proteina di esclusione del rumine.