专利名称：从乙醇生产中产生可食用残留物的制作方法
技术领域：
本发明涉及从乙醇生产中产生可食用残留物，例如从纤维素乙醇生产中产生酒糟和残留物。背景加工工厂用于从谷物(grain)例如玉米(corn)和从糖中生产乙醇。在许多资料中讨论了乙醇加工，例如在iThe Alcohol Textbook，第4版，K. A. Jacques等人编辑， Nottingham University Press，2003。酒糟(也成为酒糟和可溶物(DGS)或干酒糟(DDGS)) 是乙醇生产的副产物。酒糟是有价值的副产物，因为它们是低成本牲畜饲料的重要来源。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为乙醇加工过程中使用抗生素所产生的。例如青霉素和维吉尼霉素的抗生素用于控制在发酵期间与酵母竞争的细菌， 这些细菌将糖转化为乳酸而不是乙醇。如果因为关心抗生素含量而加强对销售或使用酒糟的限制，这将会进一步损害乙醇生产商的利润率，并使得牲畜农场主不能使用牲畜饲料的良好来源。美国专利申请号20060127999，“Process for producing ethanol from corn dry milling”，和美国专利申请号 20030077771，“Process for producing ethanol”各自通过引用将其全部并入本文。另外，美国专利号7，351，559“Process for producing ethanol”， 美国专利号 7，074，603 "Process for producing ethanol from corn dry milling”禾口美国专利号6，509，180“Process for producing ethanol”各自通过引用将其全部并入本文。概述一般地，本发明涉及来自乙醇生产的可食用残留物，和产生低抗生素含量，或在优选的实施方式中基本上无抗生素的可食用残留物的方法。“低抗生素含量”或“基本上无抗生素”是指可食用残留物含有很少或没有活性抗生素，例如少于IOOppm ；可食用残留物含有失活的抗生素，如下文所讨论的。可食用残留物可以是例如在玉米乙醇生产中的酒糟干料(distillers dry grains, DDG)，或木质素、未发酵糖(例如木糖、阿拉伯糖)、矿物质(例如粘土、二氧化硅、 硅酸盐)的混合物，以及在某些情况下是未消化的纤维素。在一些实施方式中，可食用残留物包含少于50ppm重量的活性抗生素，例如少于 ^ppm,少于lOppm，或甚至少于Ippm0在一方面，本发明的特征在于包括照射可食用残留物的方法，所述可食用残留物是作为乙醇加工过程的副产物产生的。一些实施方式包括一种或多种以下特征。所述可食用残留物包含酒糟和可溶物， 例如来自玉米乙醇加工。备选地，所述可食用残留物包含木质素、木糖和矿物质，并且在一些情况下是未消化的纤维素，例如当乙醇加工过程使用纤维素原料和/或木质纤维素原料。在一些情况下，所述可食用残留物包含抗生素，并且在选择用于失活或破坏抗生素的条件下进行照射，例如通过改变抗生素的分子结构。在某些情况下，在照射后，所述可食用残留物可以含有少于lOOppm，例如少于50、25、10或Ippm重量的活性抗生素，或者基本上无活性抗生素。在一些实施方式中，在照射前，所述可食用残留物含有大约500ppm-大约 10，OOOppm重量的活性抗生素。在其他情况下，乙醇加工过程可以在不添加抗生素的情况下进行。在这种情况下， 在照射前，所述可食用残留物含有细菌，并且在破坏细菌的条件下进行照射。在一些实施方式中，以大于大约0. 5MRad，和/或小于大约5Mrad的剂量，例如以大约1-大约3Mrad的剂量递送照射。如果所述可食用残留物是酒糟和可溶物，那么可以干燥所述酒糟和可溶物，产生干燥的酒糟和可溶物(DDGQ。可以在照射之前、期间或之后进行干燥。本文提到的或所附的所有文献、专利申请、专利和其他参考都通过引用将其全部并入本文。附图描述
图1是举例说明制备乙醇和酒糟的示例图。详述参考图1，用于加工乙醇的工厂包括例如，一种或多种操作单元(10)用于接收并物理处理原料，其是典型的基于谷物(例如玉米或谷物)的乙醇工厂，一般包括谷物接收设备和锤磨机。如果待使用的原料是非谷物的纤维素或木质纤维素材料，那么操作单元10可以配置为以暴露原料的内部纤维的方式降低原料的尺寸，例如美国专利号7，470，463所公开的内容，其全部公开内容通过引用并入本文。在某些情况下，例如如果原料包括很难通过发酵进行处理的材料，例如农作物 (crop)残留物或其他木质纤维素原料，工厂可以包括配置以处理原料来降低其不顺应性的任选操作单元。在某些实施方式中，不顺应性被降低至少5%，或至少10、15、20、25、30、35、 40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90或95%。在某些情况下，不顺应性基本被完全消除。 不顺应性降低操作单元所使用的处理加工可以包括照射、超声处理、氧化、热解和蒸汽爆炸中的一种或多种。处理方法可以以这些技术中的2、3、4或甚至所有的组合(任何次序)进行使用。预处理原料以降低不顺应性的操作单元描述在WO 2008/03186中，其全部公开内容通过引用并入本文。随后可以在一系列蒸煮装置(12)中加工原料，如所熟知的，进行液化(14)并冷却(16)到合适的温度，用于与例如酵母的微生物接触。冷却的流随后流入生物加工系统 (18)，在其中被进行生物加工，例如发酵，以产生粗乙醇混合物，其流入贮存槽00)。所述生物加工系统在某些情况下使用抗生素以预防混合物中细菌造成的过多乳酸产生。例如，以浓度为大约500ppm-大约10，OOOppm重量的原料加入抗生素。备选地，可以避免使用抗生素，例如通过清洗原料和加工设备，在低PH水平下进行加工，以及在浸泡、磨碎和发酵期间维持高通量。也可以使用非抗生素添加物，例如以商标IsoStab 由BetaTec Hop Products销售的啤酒花浸膏。如果使用这些备选材料，需要对加工的可食用残留物进行灭菌，以确保其安全性。使用汽提塔0 从粗乙醇混合物去除水或其他溶剂以及其他非乙醇组分，并且随后使用蒸馏单元04)例如精馏器对乙醇进行蒸馏。最终，使用份子筛06)对乙醇进行干燥，如果需要进行变性，并输出到所需的运输方法。另外一个流从汽提塔0 的底部流出并通过离心机08)。液体级分或“酒糟水 (thin stillage)(回流)”随后返回至加工过程，通常在蒸煮装置(12)之前。固体(“湿饼”)进行进一步的加工，包括干燥，在蒸发器/干燥器操作单元(30)中，产生可食用残留物，例如如果原料是玉米的话，是干燥的酒糟和可溶物(DDGS)。随后使用照射单元(32)对所述可食用残留物进行照射。照射有两个作用例如通过改变抗生素的分子结构来失活由于发酵加工存在于所述可食用残留物中的任何抗生素， 和对所述可食用残留物进行灭菌，杀死在所述可食用残留物中存在的任何不希望的细菌或其他微生物。可以使用任何合适的装置进行照射。如果所述可食用残留物是薄片的形式，例如小团，那么优选使用电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残留物是厚饼的形式，可以使用Y辐射。可以以足以失活抗生素和/或破坏细菌和不希望微生物，而不有害地影响所述可食用残留物的营养有效性的任何剂量递送辐射。例如，剂量可以是大约0. 5MRad-大约 5MI ad，例如大约 IMRad-大约 3MRad。可以在照射之前(所示)、期间或之后进行所述可食用残留物的干燥，或者在需要时省略干燥。一般地，在上文描述的加工中使用的所有加工设备通常在现有的乙醇加工工厂中使用，除了任选的不顺应性降低操作单元和用于照射所述可食用残留物的装置。在一些情况下，原料可以是纤维素或木质纤维素材料，其已经在远处地点被物理处理或任选地预处理并随后运输至工厂，例如通过铁路、卡车、轮船(例如驳船或超级油轮)或空运。在这些情况下，为了容积效率可以将材料以致密状态进行运输。例如，原料可以例如使用如下描述的尺寸降低技术进行物理处理达到堆密度小于大约0. 35g/cc，并然后致密化以具有堆密度为至少大约0. 5g/cc。在一些实施方式中，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。纤维材料可以使用任何合适的加工方法进行致密化， 例如在WO 2008/073186中公开的。原料在某些情况下在性质上是纤维性的。纤维来源包括纤维素纤维来源，包括纸和纸制品(例如多涂层纸和牛皮纸)，和木质纤维素纤维来源，包括木材和木材相关材料， 例如刨花板。其他合适的纤维来源包括天然纤维来源，例如草、稻壳、甘蔗渣、棉花、黄麻、 大麻、亚麻、竹、剑麻、马尼拉麻、稻草、玉米轴、稻壳、椰子毛；高α纤维素含量的纤维来源， 例如棉花。纤维来源可以得自未用过的废弃纺织品材料例如碎布，或它们可以是消费后的废物例如破布。当纸制品用作纤维来源时，它们可以是未用过的材料，例如废弃的未用过的材料，或它们可以是消费后的废物。除未用过的原始材料外，消费后、工业(例如，废料) 和加工废物(例如，来自纸加工的流出物)也可以用作纤维来源。此外，纤维来源可以得自或衍生自人(例如，污水)、动物或植物废物。另外的纤维来源已在美国专利号6，448，307、 6，258，876,6, 207，729,5, 973，035 和 5，952，105 中得到描述。
在生物加工中释放的糖可以被转化为多种产物，例如醇或有机酸。所获得的产物依赖于所使用的微生物和进行生物加工的条件。这些步骤可以使用基于谷物的乙醇加工设施的已有设备(有很小或没有改进)来进行。如果在原料中存在半纤维素时，在生物加工期间可以产生木糖(⑶)流，并且因此在某些情况下规定在汽提塔后移除该流。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，微生物可以是细菌，例如纤维分解细菌，真菌(例如酵母)，植物或原生生物(例如藻类)，原生动物或真菌样原生生物(例如粘液菌)。当多种微生物是相容的，可以使用微生物的混合物。微生物可以是需氧的或厌氧的。微生物可以是同型发酵微生物(产生单一或基本上单一的终产物)。微生物可以是同型产乙酸微生物，同型乳酸微生物，丙酸细菌，丁酸细菌、琥珀酸细菌或3-羟基丙酸细菌。微生物可以是选自梭菌属、乳杆菌属、穆尔氏菌属、嗜热厌氧菌属、丙酸杆菌属、I^ropionispera、厌氧螺菌属和拟杆菌属的属。在特定情况下，微生物可以是甲酸乙酸梭菌(Clostridium formicoaceticum)、丁酸梭菌(Clostridium butyricum)、
ZjM^B^· 1 lif (Moorella thermoacetica) > Thermoanaerobacter kivui> ^lif
(Lactobacillus delbrukii)、产丙酸丙酸杆菌(Propionibacterium acidipropionici) > Propionispera arboris、产玻拍酸厌氧螺菌(Anaerobiospirillum succinicproducens)、 嗜淀粉拟杆菌(Bacteriodes amylophiIus)或栖瘤胃拟杆菌(Bacteriodes ruminicola)。 例如微生物可以是经改造以产生所述产物的重组微生物，例如用一种或多种基因转染的重组大肠埃希杆菌(Escherichia coli)，所述基因能够编码指导所需产物产生的蛋白质(参见，例如美国专利号6，852,517，2005年2月8日公布)。可以使生物量发酵成乙醇和其他产物的细菌包括例如运动发酵单胞菌 (Zymomonas mobilis)禾口热纤梭菌(Clostridium thermocellum) (Philippidis，1996， 同上)ο Leschine 等人(International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 2002，52，1155-1160)分离了来自森林土壤的厌氧、嗜温、纤维分解细菌， Clostridium phytofermentans sp· ηον·，其使纤维素转变为乙酉享。生物量至乙醇和其他产物的生物加工例如发酵可以使用特定类型的嗜热或遗传改造的微生物来执行，例如嗜热厌氧杆菌属(ThermoanaercAacter)物种，包括T. mathranii，和酵母物种例如毕赤酵母属物种。T. mathranii菌株的例子是在 Sonne-Hansen 等人(Applied Microbiology and Biotechnology 1993,38,537-541)或 Ahring 等人(Arch. Microbiol. 1997，168，114-119)中描述的 A3M4。为了帮助断裂包括纤维素的材料(通过文本描述的任何方法处理或甚至未处理的)，可以利用一种或多种酶，例如纤维分解酶。在某些实施方案中，包括纤维素的材料首先用酶进行处理，例如通过使材料和酶在水性溶液中相组合。这种材料随后可以与本文描述的任何微生物相组合。在其他实施方案中，包括纤维素的材料、一种或多种酶和微生物可以同时相组合，例如通过在水性溶液中相组合。这些产物中的羧酸基团一般降低发酵溶液的pH，倾向于抑制某些微生物的发酵， 例如树干毕赤酵母(Pichia Mipitis)。因此，在某些情况下需要在发酵之前或期间添加碱和/或缓冲液，以提高溶液的PH。例如，向发酵培养基中添加氢氧化钠或石灰以升高培养基的PH至所使用微生物最佳的范围内。发酵通常在水性生长培养基中进行，其可以含有氮源或其它营养来源，例如尿素，以及维生素和痕量矿物质和金属。通常优选的生长培养基是无菌的，或者至少具有低微生物载量，例如细菌计数。可以以任何需要的方式完成生长培养基的灭菌。然而，在优选的实现方式中，通过照射生长培养基或在混合前照射生长培养基的单独成分来完成灭菌。辐射的剂量通常尽量的低，同时仍能获得足够效果，从而使能量消耗和产生的费用最小化。例如，在许多情况下，可以用小于5Mrad，例如小于4、3、2或IMrad的辐射处理生长培养基本身或生长培养基的组分。在某些情况下，用大约l-3Mrad的剂量处理生长培养基。其他实施方案本发明的许多实施方案已得到描述。然而，应当理解可以进行各种修饰而不背离本发明的精神和范围。例如，尽管干燥的酒糟和可溶物(DDGQ的生产如上文所描述，氮在某些情况下终产物可以是另外的湿酒糟和可溶物(WDGS)。尽管WDGS具有高水含量，通常对于运输是昂贵的并且易于腐败，但在某些情况下例如牲畜饲料在乙醇加工工厂附近使用时，可以使用 WDGS。这些应用描述在美国专利号6，355，456中，其全部公开内容通过引用并入本文。湿磨或干磨加工可以用在本文描述的方法中。因此，其他实施方案在下述权利要求的范围内。
权利要求
1.一种方法，其包括照射可食用残留物，所述可食用残留物是作为乙醇加工过程的副产物产生的。
2.权利要求1的方法，其中所述可食用残留物包含酒糟和可溶物。
3.权利要求1或2的方法，其中所述乙醇加工过程是玉米乙醇加工。
4.权利要求1的方法，其中所述可使用残留物包含木质素、木糖和矿物质。
5.权利要求4的方法，其中所述可使用残留物还包含未消化的纤维素。
6.权利要求1、4或5的方法，其中所述乙醇加工过程使用纤维素原料和/或木质纤维素原料。
7.上述权利要求中任一项的方法，其中所述可使用残留物包含抗生素，并且在选择用于失活或破坏抗生素的条件下进行照射。
8.权利要求7的方法，其中在照射后，所述可食用残留物含有少于lOOppm，例如少于 50、25、10或Ippm重量的活性抗生素。
9.权利要求8的方法，其中所述可食用残留物基本上无活性抗生素。
10.权利要求7的方法，其中在照射前，所述可食用残留物含有大约500ppm-大约 10，OOOppm重量的活性抗生素。
11.权利要求1-6中任一项的方法，其中在照射前，所述可食用残留物含有细菌，并且在破坏细菌的条件下进行照射。
12.权利要求11的方法，其中所述乙醇加工过程在不添加抗生素的情况下进行。
13.权利要求2的方法，其中所述的酒糟和可溶物已经进行干燥，产生干燥的酒糟和可溶物(DDGS)。
14.权利要求13的方法，其中在照射之前进行干燥。
15.上述权利要求中任一项的方法，其中以大于大约0.5MRad的剂量递送照射。
16.上述权利要求中任一项的方法，其中以小于大约5Mrad的剂量递送照射。
17.上述权利要求中任一项的方法，其中以大约1-大约3Mrad的剂量递送照射。
全文摘要
产生乙醇生产的可食用残留物，例如酒糟和可溶物，其是低含量或者基本上不含抗生素残留物。由乙醇生产得到的可食用残留物中存在的抗生素或细菌通过照射可食用残留物而被失活。
文档编号C12P7/10GK102573511SQ201080046116
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月12日 优先权日2009年10月14日
发明者M·米多夫 申请人:希乐克公司