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埃瓦尔维戈塞尔塔狮威: 從乙醇生產中產生可食用殘留物.pdf

摘要
申請專利號:

维戈塞尔塔vs皇家社会 www.vmyqew.com.cn CN201510869956.X

申請日:

20101012

公開號:

CN105341355A

公開日:

20160224

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:
IPC分類號: A23K10/38 主分類號: A23K10/38
申請人: 希樂克公司
發明人: M·米多夫
地址: 美國馬薩諸塞
優先權: 61/251,610
專利代理機構: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 代理人: 韓威威
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510869956.X

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明涉及從乙醇生產中產生可食用殘留物。具體而言,本發明涉及產生乙醇生產的可食用殘留物,例如酒糟和可溶物,其是低含量或者基本上不含抗生素殘留物。由乙醇生產得到的可食用殘留物中存在的抗生素或細菌通過照射可食用殘留物而被失活。

權利要求書

1.一種生產經照射的可食用殘留物的方法,其包括:使用電子束照射來照射包括纖維素材料和/或木質纖維素材料的原料;使用纖維分解酶來對經照射的原料進行生物加工,其中所述生物加工產生糖和可食用殘留物;以及使用電子束照射來照射所述可食用殘留物。2.權利要求1的方法,其中生物加工包括發酵。3.權利要求2的方法,其中所述可使用殘留物包含酒糟和可溶物(DGS)。4.權利要求1的方法,其中所述可使用殘留物包含抗生素,并且在選擇用于失活或破壞抗生素的條件下進行照射所述可食用殘留物的步驟。5.權利要求4的方法,其中在照射后,所述可食用殘留物含有少于100ppm重量的活性抗生素。6.權利要求5的方法,其中所述可食用殘留物基本上無活性抗生素。7.權利要求4的方法,其中在照射前,所述可食用殘留物含有大約500ppm-大約10,000ppm重量的活性抗生素。8.權利要求1的方法,其中在照射前,所述可食用殘留物含有細菌,并且在破壞細菌的條件下照射所述可食用殘留物。9.權利要求8的方法,其中所述生物加工在不添加抗生素的情況下進行。10.權利要求3的方法,其中所述的酒糟和可溶物已經進行干燥,產生干燥的酒糟和可溶物(DDGS)。11.權利要求10的方法,其中在照射之前進行干燥。12.權利要求1的方法,其中以大于大約0.5MRad的劑量遞送照射。13.權利要求1的方法,其中以小于大約5Mrad的劑量遞送照射。14.權利要求1的方法,其中以大約1-大約3Mrad的劑量遞送照射。15.一種制備可食用殘留物的方法,其包括:對纖維素原料或木質纖維素原料進行生物加工以產生糖和可食用殘留物,其中生物加工包括使所述原料與酶接觸;以及以至少0.5Mrad的電子束照射來照射所獲得的可食用殘留物。16.權利要求15的方法,其中所述酶為纖維素酶。17.權利要求15的方法,其中生物加工包括發酵。18.權利要求15、16或17的方法,其中所述可使用殘留物包含酒糟和可溶物。19.權利要求15-18任一項的方法,其中所述可使用殘留物包含抗生素,并且在選擇用于失活或破壞抗生素的條件下進行照射。20.權利要求19的方法,其中在照射后,所述可食用殘留物含有少于100ppm重量的活性抗生素。21.權利要求19的方法,其中所述可食用殘留物基本上無活性抗生素。22.權利要求19的方法,其中在照射前,所述可食用殘留物含有大約500ppm-大約10,000ppm重量的活性抗生素。23.權利要求15-19任一項的方法,其中在照射前,所述可食用殘留物含有細菌,并且在破壞細菌的條件下進行照射。24.權利要求23的方法,其中所述生物加工在不添加抗生素的情況下進行。25.權利要求18的方法,其中所述的酒糟和可溶物已經進行干燥,產生干燥的酒糟和可溶物(DDGS)。26.權利要求25的方法,其中在照射之前進行干燥。27.權利要求15-26任一項的方法,其中以小于大約5Mrad的劑量遞送照射。28.權利要求15-26任一項的方法,其中以1-3Mrad的劑量遞送照射。

說明書

本申請是申請日為2010年10月12日、申請號為201080046116.9、發明名稱為“從乙醇生產中產生可食用殘留物”的發明專利申請的分案申請。

相關申請

本申請要求在2009年10月14日提交的美國臨時申請序列號61/251.610的優先權。

技術領域

本發明涉及從乙醇生產中產生可食用殘留物,例如從纖維素乙醇生產中產生酒糟和殘留物。

背景技術

加工工廠用于從谷物(grain)例如玉米(corn)和從糖中生產乙醇。在許多資料中討論了乙醇加工,例如在TheAlcoholTextbook,第4版,K.A.Jacques等人編輯,NottinghamUniversityPress,2003。酒糟(也成為酒糟和可溶物(DGS)或干酒糟(DDGS))是乙醇生產的副產物。酒糟是有價值的副產物,因為它們是低成本牲畜飼料的重要來源。然而,最近注意到酒糟中存在的抗生素。酒糟中的抗生素一般因為乙醇加工過程中使用抗生素所產生的。例如青霉素和維吉尼霉素的抗生素用于控制在發酵期間與酵母競爭的細菌,這些細菌將糖轉化為乳酸而不是乙醇。如果因為關心抗生素含量而加強對銷售或使用酒糟的限制,這將會進一步損害乙醇生產商的利潤率,并使得牲畜農場主不能使用牲畜飼料的良好來源。

美國專利申請號20060127999,“Processforproducingethanolfromcorndrymilling”,和美國專利申請號20030077771,“Processforproducingethanol”各自通過引用將其全部并入本文。另外,美國專利號7,351,559“Processforproducingethanol”,美國專利號7,074,603“Processforproducingethanolfromcorndrymilling”和美國專利號6,509,180“Processforproducingethanol”各自通過引用將其全部并入本文。

發明內容

一般地,本發明涉及來自乙醇生產的可食用殘留物,和產生低抗生素含量,或在優選的實施方式中基本上無抗生素的可食用殘留物的方法?!暗涂股睪俊被頡盎舊銜蘅股亍筆侵縛墑秤貌辛粑錆瀉萇倩蠣揮謝钚鑰股?,例如少于100ppm;可食用殘留物含有失活的抗生素,如下文所討論的。

可食用殘留物可以是例如在玉米乙醇生產中的酒糟干料(distillersdrygrains,DDG),或木質素、未發酵糖(例如木糖、阿拉伯糖)、礦物質(例如粘土、二氧化硅、硅酸鹽)的混合物,以及在某些情況下是未消化的纖維素。

在一些實施方式中,可食用殘留物包含少于50ppm重量的活性抗生素,例如少于25ppm,少于10ppm,或甚至少于1ppm。

在一方面,本發明的特征在于包括照射可食用殘留物的方法,所述可食用殘留物是作為乙醇加工過程的副產物產生的。

一些實施方式包括一種或多種以下特征。所述可食用殘留物包含酒糟和可溶物,例如來自玉米乙醇加工。備選地,所述可食用殘留物包含木質素、木糖和礦物質,并且在一些情況下是未消化的纖維素,例如當乙醇加工過程使用纖維素原料和/或木質纖維素原料。

在一些情況下,所述可食用殘留物包含抗生素,并且在選擇用于失活或破壞抗生素的條件下進行照射,例如通過改變抗生素的分子結構。在某些情況下,在照射后,所述可食用殘留物可以含有少于100ppm,例如少于50、25、10或1ppm重量的活性抗生素,或者基本上無活性抗生素。在一些實施方式中,在照射前,所述可食用殘留物含有大約500ppm-大約10,000ppm重量的活性抗生素。

在其他情況下,乙醇加工過程可以在不添加抗生素的情況下進行。在這種情況下,在照射前,所述可食用殘留物含有細菌,并且在破壞細菌的條件下進行照射。

在一些實施方式中,以大于大約0.5MRad,和/或小于大約5Mrad的劑量,例如以大約1-大約3Mrad的劑量遞送照射。

如果所述可食用殘留物是酒糟和可溶物,那么可以干燥所述酒糟和可溶物,產生干燥的酒糟和可溶物(DDGS)??梢栽謖丈渲?、期間或之后進行干燥。

本文提到的或所附的所有文獻、專利申請、專利和其他參考都通過引用將其全部并入本文。

附圖說明

圖1是舉例說明制備乙醇和酒糟的示例圖。

具體實施方案

參考圖1,用于加工乙醇的工廠包括例如,一種或多種操作單元(10)用于接收并物理處理原料,其是典型的基于谷物(例如玉米或谷物)的乙醇工廠,一般包括谷物接收設備和錘磨機。如果待使用的原料是非谷物的纖維素或木質纖維素材料,那么操作單元10可以配置為以暴露原料的內部纖維的方式降低原料的尺寸,例如美國專利號7,470,463所公開的內容,其全部公開內容通過引用并入本文。

在某些情況下,例如如果原料包括很難通過發酵進行處理的材料,例如農作物(crop)殘留物或其他木質纖維素原料,工廠可以包括配置以處理原料來降低其不順應性的任選操作單元。在某些實施方式中,不順應性被降低至少5%,或至少10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90或95%。在某些情況下,不順應性基本被完全消除。不順應性降低操作單元所使用的處理加工可以包括照射、超聲處理、氧化、熱解和蒸汽爆炸中的一種或多種。處理方法可以以這些技術中的2、3、4或甚至所有的組合(任何次序)進行使用。預處理原料以降低不順應性的操作單元描述在WO2008/03186中,其全部公開內容通過引用并入本文。

隨后可以在一系列蒸煮裝置(12)中加工原料,如所熟知的,進行液化(14)并冷卻(16)到合適的溫度,用于與例如酵母的微生物接觸。冷卻的流隨后流入生物加工系統(18),在其中被進行生物加工,例如發酵,以產生粗乙醇混合物,其流入貯存槽(20)。

所述生物加工系統在某些情況下使用抗生素以預防混合物中細菌造成的過多乳酸產生。例如,以濃度為大約500ppm-大約10,000ppm重量的原料加入抗生素。

備選地,可以避免使用抗生素,例如通過清洗原料和加工設備,在低pH水平下進行加工,以及在浸泡、磨碎和發酵期間維持高通量。也可以使用非抗生素添加物,例如以商標IsoStabTM由BetaTecHopProducts銷售的啤酒花浸膏。如果使用這些備選材料,需要對加工的可食用殘留物進行滅菌,以確保其安全性。

使用汽提塔(22)從粗乙醇混合物去除水或其他溶劑以及其他非乙醇組分,并且隨后使用蒸餾單元(24)例如精餾器對乙醇進行蒸餾。最終,使用份子篩(26)對乙醇進行干燥,如果需要進行變性,并輸出到所需的運輸方法。

另外一個流從汽提塔(22)的底部流出并通過離心機(28)。液體級分或“酒糟水(thinstillage)(回流)”隨后返回至加工過程,通常在蒸煮裝置(12)之前。固體(“濕餅”)進行進一步的加工,包括干燥,在蒸發器/干燥器操作單元(30)中,產生可食用殘留物,例如如果原料是玉米的話,是干燥的酒糟和可溶物(DDGS)。

隨后使用照射單元(32)對所述可食用殘留物進行照射。照射有兩個作用:例如通過改變抗生素的分子結構來失活由于發酵加工存在于所述可食用殘留物中的任何抗生素,和對所述可食用殘留物進行滅菌,殺死在所述可食用殘留物中存在的任何不希望的細菌或其他微生物。

可以使用任何合適的裝置進行照射。如果所述可食用殘留物是薄片的形式,例如小團,那么優選使用電子束照射以提供高通量。如果需要更深的穿透性,例如如果所述可食用殘留物是厚餅的形式,可以使用γ輻射。

可以以足以失活抗生素和/或破壞細菌和不希望微生物,而不有害地影響所述可食用殘留物的營養有效性的任何劑量遞送輻射。例如,劑量可以是大約0.5MRad-大約5MRad,例如大約1MRad-大約3MRad。

可以在照射之前(所示)、期間或之后進行所述可食用殘留物的干燥,或者在需要時省略干燥。

一般地,在上文描述的加工中使用的所有加工設備通常在現有的乙醇加工工廠中使用,除了任選的不順應性降低操作單元和用于照射所述可食用殘留物的裝置。

在一些情況下,原料可以是纖維素或木質纖維素材料,其已經在遠處地點被物理處理或任選地預處理并隨后運輸至工廠,例如通過鐵路、卡車、輪船(例如駁船或超級油輪)或空運。在這些情況下,為了容積效率可以將材料以致密狀態進行運輸。例如,原料可以例如使用如下描述的尺寸降低技術進行物理處理達到堆密度小于大約0.35g/cc,并然后致密化以具有堆密度為至少大約0.5g/cc。在一些實施方式中,致密化的材料可以具有至少0.6、0.7、0.8或0.85g/cc的堆密度。纖維材料可以使用任何合適的加工方法進行致密化,例如在WO2008/073186中公開的。

原料在某些情況下在性質上是纖維性的。纖維來源包括纖維素纖維來源,包括紙和紙制品(例如多涂層紙和牛皮紙),和木質纖維素纖維來源,包括木材和木材相關材料,例如刨花板。其他合適的纖維來源包括天然纖維來源,例如草、稻殼、甘蔗渣、棉花、黃麻、大麻、亞麻、竹、劍麻、馬尼拉麻、稻草、玉米軸、稻殼、椰子毛;高α纖維素含量的纖維來源,例如棉花。纖維來源可以得自未用過的廢棄紡織品材料例如碎布,或它們可以是消費后的廢物例如破布。當紙制品用作纖維來源時,它們可以是未用過的材料,例如廢棄的未用過的材料,或它們可以是消費后的廢物。除未用過的原始材料外,消費后、工業(例如,廢料)和加工廢物(例如,來自紙加工的流出物)也可以用作纖維來源。此外,纖維來源可以得自或衍生自人(例如,污水)、動物或植物廢物。另外的纖維來源已在美國專利號6,448,307、6,258,876、6,207,729、5,973,035和5,952,105中得到描述。

在生物加工中釋放的糖可以被轉化為多種產物,例如醇或有機酸。所獲得的產物依賴于所使用的微生物和進行生物加工的條件。這些步驟可以使用基于谷物的乙醇加工設施的已有設備(有很小或沒有改進)來進行。如果在原料中存在半纖維素時,在生物加工期間可以產生木糖(C5)流,并且因此在某些情況下規定在汽提塔后移除該流。

在生物加工中使用的微生物可以是天然微生物或改造的微生物。例如,微生物可以是細菌,例如纖維分解細菌,真菌(例如酵母),植物或原生生物(例如藻類),原生動物或真菌樣原生生物(例如粘液菌)。當多種微生物是相容的,可以使用微生物的混合物。微生物可以是需氧的或厭氧的。微生物可以是同型發酵微生物(產生單一或基本上單一的終產物)。微生物可以是同型產乙酸微生物,同型乳酸微生物,丙酸細菌,丁酸細菌、琥珀酸細菌或3-羥基丙酸細菌。微生物可以是選自梭菌屬、乳桿菌屬、穆爾氏菌屬、嗜熱厭氧菌屬、丙酸桿菌屬、Propionispera、厭氧螺菌屬和擬桿菌屬的屬。在特定情況下,微生物可以是甲酸乙酸梭菌(Clostridiumformicoaceticum)、丁酸梭菌(Clostridiumbutyricum)、熱乙酸穆爾氏菌(Moorellathermoacetica)、Thermoanaerobacterkivui、德氏乳桿菌(Lactobacillusdelbrukii)、產丙酸丙酸桿菌(Propionibacteriumacidipropionici)、Propionisperaarboris、產琥珀酸厭氧螺菌(Anaerobiospirillumsuccinicproducens)、嗜淀粉擬桿菌(Bacteriodesamylophilus)或棲瘤胃擬桿菌(Bacteriodesruminicola)。例如微生物可以是經改造以產生所述產物的重組微生物,例如用一種或多種基因轉染的重組大腸埃希桿菌(Escherichiacoli),所述基因能夠編碼指導所需產物產生的蛋白質(參見,例如美國專利號6,852,517,2005年2月8日公布)。

可以使生物量發酵成乙醇和其他產物的細菌包括例如運動發酵單胞菌(Zymomonasmobilis)和熱纖梭菌(Clostridiumthermocellum)(Philippidis,1996,同上)。Leschine等人(InternationalJournalofSystematicandEvolutionaryMicrobiology2002,52,1155-1160)分離了來自森林土壤的厭氧、嗜溫、纖維分解細菌,Clostridiumphytofermentanssp.nov.,其使纖維素轉變為乙醇。

生物量至乙醇和其他產物的生物加工例如發酵可以使用特定類型的嗜熱或遺傳改造的微生物來執行,例如嗜熱厭氧桿菌屬(Thermoanaerobacter)物種,包括T.mathranii,和酵母物種例如畢赤酵母屬物種。T.mathranii菌株的例子是在Sonne-Hansen等人(AppliedMicrobiologyandBiotechnology1993,38,537-541)或Ahring等人(Arch.Microbiol.1997,168,114-119)中描述的A3M4。

為了幫助斷裂包括纖維素的材料(通過文本描述的任何方法處理或甚至未處理的),可以利用一種或多種酶,例如纖維分解酶。在某些實施方案中,包括纖維素的材料首先用酶進行處理,例如通過使材料和酶在水性溶液中相組合。這種材料隨后可以與本文描述的任何微生物相組合。在其他實施方案中,包括纖維素的材料、一種或多種酶和微生物可以同時相組合,例如通過在水性溶液中相組合。

這些產物中的羧酸基團一般降低發酵溶液的pH,傾向于抑制某些微生物的發酵,例如樹干畢赤酵母(PichiaStipitis)。因此,在某些情況下需要在發酵之前或期間添加堿和/或緩沖液,以提高溶液的pH。例如,向發酵培養基中添加氫氧化鈉或石灰以升高培養基的pH至所使用微生物最佳的范圍內。

發酵通常在水性生長培養基中進行,其可以含有氮源或其它營養來源,例如尿素,以及維生素和痕量礦物質和金屬。通常優選的生長培養基是無菌的,或者至少具有低微生物載量,例如細菌計數??梢砸勻魏渦枰姆絞酵瓿繕づ嘌拿鵓?。然而,在優選的實現方式中,通過照射生長培養基或在混合前照射生長培養基的單獨成分來完成滅菌。輻射的劑量通常盡量的低,同時仍能獲得足夠效果,從而使能量消耗和產生的費用最小化。例如,在許多情況下,可以用小于5Mrad,例如小于4、3、2或1Mrad的輻射處理生長培養基本身或生長培養基的組分。在某些情況下,用大約1-3Mrad的劑量處理生長培養基。

其他實施方案

本發明的許多實施方案已得到描述。然而,應當理解可以進行各種修飾而不背離本發明的精神和范圍。

例如,盡管干燥的酒糟和可溶物(DDGS)的生產如上文所描述,氮在某些情況下終產物可以是另外的濕酒糟和可溶物(WDGS)。盡管WDGS具有高水含量,通常對于運輸是昂貴的并且易于腐敗,但在某些情況下例如牲畜飼料在乙醇加工工廠附近使用時,可以使用WDGS。這些應用描述在美國專利號6,355,456中,其全部公開內容通過引用并入本文。

濕磨或干磨加工可以用在本文描述的方法中。

因此,其他實施方案在下述權利要求的范圍內。

關 鍵 詞:
乙醇 生產 產生 可食用 殘留物
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