利用生淀粉生产乙醇的方法

专利名称：利用生淀粉生产乙醇的方法
技术领域：
本发明涉及在植物材料发酵期间生产高水平乙醇的方法以及涉及生产的高乙醇发酵醪(beer)。本发明还涉及从植物材料的发酵中生产高蛋白干酒糟(Distillers Dried Grain)的方法；以及涉及生产的高蛋白干酒糟。本发明进一步涉及减少乙醇生产中由干燥蒸馏产物产生的烟囱排放(stack emissions)。
背景技术：
已有用于将植物材料转化为乙醇的许多常规方法。然而这些方法遭受多种低效的制约。仍然需要有将植物材料转化为乙醇以及用于生产改良的发酵产品的另外的更有效的方法。发明概述本发明涉及在植物材料发酵期间产生高水平乙醇的方法以及涉及生产的高乙醇发酵醪。本发明还涉及从植物材料的发酵中生产高蛋白干酒糟的方法，以及涉及生产的高蛋白干酒糟。在一个实施方案中，本发明涉及从植物材料生产乙醇的方法。该方法包括研磨植物材料以产生包括淀粉的磨碎的植物材料；不经蒸煮而糖化该淀粉；发酵该孵育的淀粉； 以及从发酵物中回收乙醇。本发明方法可以包括在发酵期间改变温度。本发明方法可以包括使用一定颗粒大小的植物材料，从而使得超过50%的材料大小合适通过具有0. 5mm网孔的筛子。本发明方法可生产包括至少18%体积乙醇的组合物。在一个实施方案中，本发明涉及从植物材料生产高蛋白干酒糟的方法。该方法包括研磨植物材料以生产包括淀粉的磨碎的植物材料；不经蒸煮而从淀粉产生糖类；发酵该未经蒸煮的糖类以生产包括乙醇的组合物；以及从发酵物中回收干酒糟。干酒糟可以包括至少约30%的蛋白质。干酒糟可以包括增高水平的玉米醇溶蛋白。在一个实施方案中，本发明涉及从玉米中生产乙醇的方法。该方法包括从玉米中生产淀粉以及从淀粉中生产乙醇；产生比常规技术含有明显更低水平的挥发性有机物的更干燥的烟 排放。附图简述图IA-E图解说明了本发明方法的产率与常规方法的比较。图2A-2C图解说明了在本发明方法中葡糖淀粉酶和酸性真菌淀粉酶的剂量效应。图3A-3D图解说明了在本发明方法中粉碎度(grind size)和酶剂量对发酵效率的作用。图4A-4C图解说明了在本发明方法中粉碎粒度(grind particle size)、葡糖淀粉酶类型和酸性真菌淀粉酶剂量对发酵效率的作用。图5A-5J图解说明了在本发明方法中初始干固形物和温度对发酵性能的作用。
图6A和6B图解说明了利用同时糖化和发酵(SSF)的分批或连续作业模式由本发
明方法产生高水平乙醇。图7图解说明了在SSF分批作业期间本发明方法维持低水平的甘油。图8图解说明了在SSF分批作业期间本发明方法维持低水平的杂醇油。图9A和9B图解说明了在SSF分批或连续发酵模式作业期间本发明方法维持低水平的葡萄糖。图IOA和IOB图解说明了在SSF分批或连续发酵模式作业期间本发明方法维持低水平的麦芽糖。图IlA和IlB图解说明了在SSF分批或连续发酵模式作业期间本发明方法维持低水平的麦芽三糖(DP3)。

图12A和12B图解说明了在SSF分批或连续发酵模式作业期间本发明方法维持低水平的糊精(DP4+)。图13图解说明了基于结块趋势本发明方法正面影响DDGS的质量。图14A和14B图解说明了在乙醇生产的离心步骤期间与近似分离(proximate separation)相关的本发明方法的物料平衡(mass balance)。图15A-D图解说明了本发明方法提供了有利的非传统原料发酵。图16A-C图解说明了本发明的方法能以连续作业模式稳定运行而没有因产酸细菌污染物造成的显著损耗。图17图解说明了本发明方法能在连续模式作业中实现低残留的淀粉水平。发明详述^X如此处使用的，短语“不经蒸煮”指利用α -淀粉酶将淀粉转化为乙醇而不用使淀粉糊化和糊精化的热处理的方法。通常，对于本发明的方法，"不经蒸煮"指维持温度在淀粉糊化温度以下，从而由天然不溶性生淀粉向可溶性葡萄糖直接发生糖化作用而绕过通常的淀粉糊化条件。根据淀粉来源和聚合物类型，淀粉糊化温度一般在57°C至93°C范围内。 在本发明的方法中，谷物中碳水化合物的有效发酵不需要利用常规液化技术进行淀粉糊精化。如此处使用的，短语"植物材料"指任何植物的全部或一部分(例如，谷物谷粒)，一般为包含淀粉的材料。合适的植物材料包括谷类如玉蜀黍(玉米，例如全部磨碎的玉米)、高粱(西非高梁(milo))、大麦、小麦、黑麦、稻和黍；以及富含淀粉的块根作物、块茎或根如甘薯和木薯。植物材料可以是上述材料的混合物以及上述材料的副产物，例如，玉米纤维、玉米穗轴、秸秆或其他包含纤维素和半纤维素的材料如木材或植物残余物。合适的植物材料包括玉米，或标准玉米或蜡质种玉米。如此处使用的，术语"糖化作用"和"糖化"指将淀粉转化为较小的多糖且最终转化为单糖，如葡萄糖的过程。传统的糖化通过液化糊化淀粉来生产可溶的糊精化底物，该底物被葡萄糖淀粉酶水解为葡萄糖。本发明方法中，糖化作用指用酶，例如葡糖淀粉酶和酸性真菌淀粉酶(AFAU)将生淀粉转化为葡萄糖。按照本发明方法，生淀粉不经过常规的液化和糊化而产生常规的糊精化底物。如此处使用的，酸性真菌淀粉酶(AFAU)活性单位指测定酸性真菌淀粉酶活性的标准 Novozymes 单位。该 Novozymes 单位在 Novozymes technical bulletin SOP No.EB-SM-0259.02/01中描述。上述单位可通过碘滴定检测淀粉降解的产物而测定。1单位定义为在标准条件下每小时降解5. 260mg淀粉干物质的酶量。如此处使用的，葡糖淀粉酶(GAU)活性单位指用于测定葡糖淀粉酶活性的标准 Novozymes单位。用于测定葡糖淀粉酶活性的Novozymes单位和测定法在公众可得的 Novozymes technical bulletin 中描述。如此处使用的，淀粉葡萄糖苷酶(AGU)活性单位指用于测定淀粉葡萄糖苷酶活性的标准 Novozymes 单位。该 Novozymes 单位在 Novozymes technical bullet in SOP No. EB-SM-0131. 02/01中描述。上述单位可通过检测麦芽糖向葡萄糖的转化而测定。可利用葡糖脱氢酶反应测定葡萄糖。1单位定义为在给定条件下每分钟催化Immol麦芽糖转化的酶量。如此处使用的，修饰任何量的术语"大约"指在生产糖和乙醇的实际条件中，例如在实验室、试验工场或生产设备中所遇到的量的改变。例如，混合物中所用组分的量经" 大约"进行修饰时包括一般在乙醇生产工厂或实验室中测量时的偏差和注意程度。例如， 产物中组分的量以"大约"进行修饰时包括乙醇生产工厂或实验室中批次间的偏差以及分析法内在的偏差。不管是否以"大约"修饰，所述量包括那些量的等同物。此处所述的经"大约"修饰的任何量也可以作为未经"大约"修饰的量而用于本发明中。将淀粉转化为乙醇本发明涉及在植物材料发酵期间产生高水平乙醇的方法以及涉及生产的高乙醇发酵醪。本发明还涉及从植物材料的发酵中生产高蛋白干酒糟的方法，以及涉及生产的高蛋白干酒糟和更干净更干燥的烟 排放。本发明方法将植物材料的淀粉转化为乙醇。在一个实施方案中，本发明方法可包括制备用于糖化作用的植物材料、将制备的植物材料不经蒸煮而转化为糖以及发酵该糖。可经任意的多种方法，例如经研磨而制备用于糖化作用的植物材料，以便使淀粉可以用于糖化作用和发酵。在一个实施方案中，可研磨植物材料以使磨碎材料的相当大部分，例如大部分适于通过具有0. 1-0. 5mm筛孔的筛子。例如，在一个实施方案中，磨碎的植物材料有大约70%或以上可通过具有0. 1-0. 5mm筛孔的筛子。在一个实施方案中，粉碎的植物材料可以与液体以大约20至大约50wt%或大约25至大约45wt%粉碎干植物材料的比率混合。该方法可以包括将粉碎的植物材料转化为糖，该糖可经微生物如酵母发酵。可用酶制剂，如糖化酶组合物(saccharifying enzyme composition)糖化粉碎的植物材料来进行该转化。糖化酶组合物可包括各种适于将粉碎的植物材料转化为可发酵糖的已知酶，如淀粉酶(例如，α -淀粉酶和/或葡糖淀粉酶)。在一个实施方案中，糖化作用在PH约6. O 或更低，例如，约4. 5至约5. O进行。本发明方法包括将来自粉碎的植物材料的糖发酵为乙醇。发酵可由微生物，如酵母进行。在一个实施方案中，发酵在PH约6或更低，例如，约4.5至约5进行。在一个实施方案中，本发明方法包括改变ΡΗ。例如，发酵可以包括在前一半加料期间在ρΗ约3至约4. 5 充填(filling)发酵罐以及在发酵罐加料周期的后一半期间在ρΗ约4. 5至约6加料。在一个实施方案中，发酵在约25至约40°C或约30至约35°C温度下进行。在一个实施方案中， 发酵期间温度从约40°C降至约30°C或约25°C，或者在发酵的前一半期间从约35°C降至约30 0C，而在发酵的后一半温度保持在此较低的温度。在一个实施方案中，发酵进行约25 (例如，24)至约150小时，例如，进行约48 (例如，47)至约96小时。本发明方法可以包括同时将粉碎的植物材料转化为糖以及用微生物如酵母发酵这些糖。发酵过程的产物此处称作"发酵醪"(beer)。乙醇可通过各种已知方法，例如通过蒸馏从发酵混合物、从发酵醪中回收。残留的釜馏物(Stillage)包括液体和固体材料。 该液体和固体可通过例如离心等分离。制备棺物材料本发明方法将植物材料的淀粉转化为乙醇。植物材料可经各种方法粉碎，例如经研磨粉碎从而获得可用于糖化和发酵的淀粉。也可以获得用于粉碎植物材料的其他方法。例如，植物材料如玉米粒可用球磨机、轧制机、锤磨机或已知为了降低颗粒大小的目的而用于研磨植物材料和/或其他材料的其他粉碎机研磨。乳化技术、旋转脉动(rotary pulsation)及其他减小颗粒大小的方法的利用均可用于增加植物材料的表面积同时提高使该液化后介质流动的效率。制备的植物材料可以称为“生淀粉”或者包括"生淀粉"。精细研磨暴露出植物材料或植物性材料更多的表面积，而促进糖化作用和发酵。 在一个实施方案中，可研磨植物材料从而使磨碎材料的相当部分，例如大部分大小合适通过具有0. 1-0. 5mm筛孔的筛子。在一个实施方案中，磨碎的植物材料的大约35%或以上大小合适通过具有0. 1-0. 5mm筛孔的筛子。在一个实施方案中，磨碎的植物材料的大约35% 至约70%大小合适通过具有0. 1-0. 5mm筛孔的筛子。在一个实施方案中，磨碎的植物材料的大约50%或以上可大小合适通过具有0. 1-0. 5mm筛孔的筛子。在一个实施方案中，磨碎的植物材料的大约90%大小合适通过具有0. 1-0. 5mm筛孔的筛子。在一个实施方案中，所有磨碎的植物材料均大小合适通过具有0. 1-0. 5mm筛孔的筛子。分级分离在一个实施方案中，植物材料可分级分离为一个或多个组分。例如，植物材料如禾谷类谷粒或玉米可分级分离为诸如纤维(例如，玉米纤维)、胚芽(例如，玉米胚芽)以及淀粉和蛋白质的混合物(例如，玉米淀粉和玉米蛋白质的混合物)等组分。这些组分的一种或混合物可按照本发明的方法发酵。玉米或其它植物材料的分级分离可通过各种方法或装置完成。例如，由Satake生产的系统可用于分级分离植物材料如玉米。糖化和发酵Mt本发明方法包括将粉碎的植物材料转化为糖，该糖可经微生物如酵母发酵。可通过用任何已知的多种糖化酶组合物之任一种糖化该粉碎的植物材料而进行转化。在一个实施方案中，糖化酶组合物包括淀粉酶，如α淀粉酶(例如酸性真菌淀粉酶)。该酶制剂还可以包括葡糖淀粉酶。该酶制剂不必，且在一个实施方案中，不包括蛋白酶。然而，按照本发明的乙醇生产方法可通过再利用可能包含蛋白酶的工艺用水(回糟)而节约用水。在一个实施方案中，本发明方法使用酸性真菌淀粉酶水解生淀粉。糖化作用可不经蒸煮而进行。例如，可通过将研磨的谷物和工艺用水与糖化酶组合物源(例如，工业酶)、酵母和发酵组分混合，不经蒸煮而进行糖化。在一个实施方案中，糖化过程包括将粉碎的植物材料和液体混合(其可形成浆液或悬浮液)，以及向液体中添加糖化酶组合物(例如，酸性真菌淀粉酶和葡糖淀粉酶的至少一种)。在一个实施方案中，该方法包括将粉碎的植物材料和液体混合，随后添加糖化酶组合物(例如，酸性真菌淀粉酶和葡糖淀粉酶的至少一种)。或者，添加酶组合物可在混合之前或混合时进行。在一个实施方案中，粉碎的植物材料可以以约20至约50wt%、约25至约45 (例如，44) wt %、约30至约40 (例如，39) wt %，或以约35wt %粉碎的干植物材料的比率与液体混合。如此处使用的，液体中粉碎植物材料的指干燥物质粉碎的植物材料或干固形物的百分比。在一个实施方案中，相比用蒸煮的常规糖化作用，本发明的方法可将生淀粉或天然淀粉(例如，在干的粉碎的植物材料中)以更高的干固形物水平以更快的速率转化为乙醇。虽然不限制本发明，但认为本发明方法可以以更高的干固形物水平进行，因为不同于常规方法，本发明方法不包括增加粘度的糊化作用。合适的液体包括水以及水和工艺用水(process waters)的混合物，所述工艺用水为例如釜馏物(回糟)、气体洗涤水(scrubber water)、蒸发器冷凝液或馏出液、来自蒸馏的侧线汽提塔(side stripper)水或其他乙醇工厂的工艺用水。在一个实施方案中，液体包括水。在一个实施方案中，液体包括与约1至约70%体积釜馏物、约15至约60%体积釜馏物、约30至约50%体积釜馏物，或约40%体积釜馏物混合的水。在应用糊化作用和液化作用的常规方法中，釜馏物提供酵母有效发酵的养分，尤其是酵母所需的自由氨基氮(FAN)。本发明可在提供降低水平的釜馏物以及甚至不添加釜馏物的情况下实现有效发酵。在一个实施方案中，本发明方法使用植物材料制备物，该制备物在高比重条件下(例如，在高水平粉碎的植物材料存在时)提供足够数量以及质量的氮用于有效发酵。因此，在一个实施方案中，不需要釜馏物或仅低水平的釜馏物就足够了。然而，如果需要的话，本发明方法提供使用高水平釜馏物的机动性。本发明方法不使用常规的液化作用。常规的液化作用增加发酵混合物以及所得釜馏物的粘度。本发明方法产生较低粘度的釜馏物。因此，在一个实施方案中，本发明方法可采用提高的釜馏物水平而不引起发酵混合物和所得釜馏物的粘度的不利增加。此外，虽然不限制本发明，但认为由于在高温糊化作用和液化作用期间发生不期望的〃美拉德反应(Maillard Reactions)“，常规的糖化以及发酵过程需要加入FAN。美拉德反应在蒸煮期间消耗FAN。因此，常规方法需要添加釜馏物以在发酵中提高FAN的水平。本发明方法被认为可以避免温度诱导的美拉德反应并且在粉碎的植物材料中提供增高水平的FAN，这些FAN在发酵中能被酵母有效利用。糖化可使用各种已知酶源(例如，微生物)或组合物之任一种进行，以从粉碎的植物材料中产生可发酵糖。在一个实施方案中，糖化酶组合物包括淀粉酶，如α淀粉酶(例如，酸性真菌淀粉酶)或葡糖淀粉酶。在一个实施方案中，糖化作用在ρΗ约6. 0或更低、ρΗ约3. 0至约6. 0、约3. 5至约6. 0、约4. 0至约5. 0、约4. 0至约4. 5，或约4. 5至约5. 0时进行。可通过添加例如，氨、 硫酸、磷酸、工艺用水(例如，釜馏物(回糟)、蒸发器冷凝液(馏出液)、侧线汽提塔下残液 (bottom)等等)等等而调节糖化作用混合物的初始ρΗ。某些糖化酶组合物(例如，酸性真菌淀粉酶和葡糖淀粉酶的至少一种)的活性可在低于上述范围的PH时得到提高。在一个实施方案中，糖化作用在约25至约40°C或约30至约35°C温度下进行。
在一个实施方案中，糖化过程使用所选量的糖化酶组合物(例如，酸性真菌淀粉酶和葡糖淀粉酶的至少一种)进行以维持发酵液中糊精的低浓度。例如，本发明方法可使用为达到如下目的而选择的糖化酶组合物(例如，酸性真菌淀粉酶和葡糖淀粉酶的至少一种)量，所述目的为维持麦芽三糖(DP3)水平等于或低于约0. 2wt%或者等于或低于约 0. lwt%。例如，本发明方法使用所选大量的糖化酶组合物(例如，酸性真菌淀粉酶和葡糖淀粉酶的至少一种)以维持具有4或以上聚合度的糊精(DP4+)等于或低于约或者等于或低于约0. 5衬％的水平。为维持低水平的麦芽三糖和/或DP4+，合适的酸性真菌淀粉酶和葡糖淀粉酶水平包括酸性真菌淀粉酶约0. 3至约3AFAU/g干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)以及葡糖淀粉酶约1至约2. 5 (例如，2. 4) AGU/克干固形的粉碎植物材料(例如， DSC)。在一个实施方案中，反应混合物包括酸性真菌淀粉酶约1至约2AFAU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)以及葡糖淀粉酶约1至约1. 5AGU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)。在一个实施方案中，糖化过程使用所选量的糖化酶组合物(例如，酸性真菌淀粉酶和葡糖淀粉酶的至少一种)进行以维持发酵液中麦芽糖的低浓度。例如，本发明方法可以使用所选量的糖化酶组合物(例如，酸性真菌淀粉酶和葡糖淀粉酶的至少一种)以维持麦芽糖等于或低于约0. 3衬％的水平。为维持低水平的麦芽糖，合适的酸性真菌淀粉酶和葡糖淀粉酶水平包括酸性真菌淀粉酶约0. 3至约3AFAU/克干固形的粉碎植物材料(例如， DSC)以及葡糖淀粉酶约1至约2. 5(例如，2. 4) AGU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)。 在一个实施方案中，反应混合物包括约1至约2AFAU酸性真菌淀粉酶/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)以及约1至约1. 5AGU葡糖淀粉酶/克干固形的粉碎植物材料(例如， DSC)。酸性真菌淀粉酶在某些实施方案中，本发明方法使用α-淀粉酶。该α-淀粉酶可以是由真菌产生的。该α-淀粉酶的特征可以为其具有在酸性条件下水解碳水化合物的能力。由真菌产生且在酸性条件下能水解碳水化合物的淀粉酶此处称为酸性真菌淀粉酶，且亦称酸稳定的真菌α-淀粉酶。酸性真菌淀粉酶可催化已部分水解的淀粉以及大的寡糖水解为诸如葡萄糖等糖。可用于本发明方法的酸性真菌淀粉酶可以以其能够帮助生淀粉或天然淀粉水解从而增强葡糖淀粉酶提供的糖化作用的能力为特征。在一个实施方案中，该酸性真菌淀粉酶比常规的(例如，细菌的)α -淀粉酶产生更多的麦芽糖。合适的酸性真菌淀粉酶可从各种真菌物种中分离，包括曲霉属(Aspergillus)、 根霉属(Rhizopus)、毛霉属(Mucor)、念珠菌属(Candida)、革盖菌属(Coriolus)、疫病霄属(Endothia)、Enthomophtora、奉巴菌属(Irpex)、青霄属(Penicillium)、小核菌属(Sclerotium)和球拟酵母属(Torulopsis)。在一个实施方案中，酸性真菌淀粉酶是热稳定的且分离自曲霉属(Aspergillus)物种，如黑曲霉(A. niger)、A. saitoi或米曲霉(A.oryzae)，分离自毛霉属(Mucor)物种，如微小毛霉(M.pusillus)或米赫毛霉 (M.miehei)，或分离自疫病霉属(Endothia)，如寄生疫病霉(E. parasitica)。在一个实施方案中，酸性真菌淀粉酶分离自黑曲霉(Aspergillus niger)。酸性真菌淀粉酶活性可以作为葡糖淀粉酶制剂中的一种活性而提供，或其可以作为单独的酶而添加。合适的酸性真菌淀粉酶可从Novozymes获得，例如与葡糖淀粉酶一起。
本发明方法中使用的酸性真菌淀粉酶量可根据淀粉酶制剂的酶活性而改变。合适的量包括约0. 1至约10酸性真菌淀粉酶单位(AFAU) /克干固形的粉碎植物材料(例如，干固形的玉米(DSC))。在一个实施方案中反应混合物可包括约0. 3至约3AFAU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)。在一个实施方案中反应混合物可包括约1至约2AFAU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)。葡糖淀粉酶在某些实施方案中，本发明方法可使用葡糖淀粉酶。葡糖淀粉酶亦称淀粉葡萄糖苷酶且分类名称为l，4-a -D-葡聚糖葡糖水解酶(Ε. C. 3. 2. 1. 3)。葡糖淀粉酶指从淀粉的非还原端除去连续的葡萄糖单元的酶。例如，某些葡糖淀粉酶可水解淀粉、直链淀粉和支链淀粉的直链和支链糖苷键。各种合适的葡糖淀粉酶是已知的且是市场上可买到的。例如， 如Novozymes和Genencor等供应商提供葡糖淀粉酶。葡糖淀粉酶可以是真菌来源的。本发明方法中使用的葡糖淀粉酶量可根据淀粉酶制剂的酶活性而改变。合适的量包括约0. 1至约6. 0葡糖淀粉酶单位(AGU)/克干固形的粉碎的植物材料(例如，DSC)。在一个实施方案中反应混合物可包括约1至约3AGU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)。 在一个实施方案中反应混合物可包括约1至约2. 5 (例如，2. 4) AGU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)。在一个实施方案中反应混合物可包括约1至约2AGU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)。在一个实施方案中，反应混合物可包括约1至约1. 5AGU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)。在一个实施方案中，反应混合物可包括约1. 2至约1. 5AGU/ 克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)。鍾本发明方法包括将来自粉碎植物材料的糖发酵为乙醇。发酵可由微生物，如酵母进行。该发酵混合物不必，且在一个实施方案中，不包括蛋白酶。然而，工艺用水可能包含蛋白酶。该蛋白酶的量可低于常规方法中所用的量。根据本发明，发酵对未经蒸煮的淀粉组合物进行。在一个实施方案中，该发酵方法产生可饮用的醇。可饮用的醇具有仅仅可接受的无毒水平的其他醇，如杂醇油。发酵可包括将包含来自粉碎植物材料的糖的混合物与酵母在适于酵母生长和乙醇生产的条件下接触。在一个实施方案中，发酵使用糖化混合物。各种酵母都可作为酵母起子(starter)用于本发明方法中。合适的酵母包括各种市场上可买到的酵母，如商业化的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)菌株。合适的菌株包括“Fali "(Fleischmann' s)、Thermosac (Alltech)、Ethanol Red (LeSafre)、BioFerm AFT (North American Bioproducts)，等等。在一个实施方案中，选择在高温和高乙醇水平存在时提供快速生长和发酵速度的酵母。在一个实施方案中，发现Fali酵母提供据测量大于17%体积的最终乙醇含量的良好性能。选择所用酵母起子的量以在合适的时间，例如小于75小时内有效生产商业上有
意义的乙醇量。可通过各种用于添加酵母至发酵过程的已知方法将酵母加入发酵物。例如，酵母起子可以作为一批干原料，或经过调理(conditioning)/增殖而加入。在一个实施方案中， 酵母起子作为单一接种物加入。在一个实施方案中，酵母以每100，000加仑发酵醪5至100 磅活的干酵母(ADY)的速率在充填发酵罐期间加入发酵物。在一个实施方案中，酵母可通过在预发酵罐或繁殖罐中以每10，000加仑发酵罐体积孵育约5至50磅的ADY进行适应或调理。在繁殖阶段，孵育可为8至16小时，其中也经通气以刺激酵母生长。用于接种主发酵罐的预发酵罐可以是主发酵罐的1至10%容积，例如，相对于主发酵罐的2. 5至5%的容积。在一个实施方案中，发酵在pH约6或更低、pH约3至约6、约3. 5至约6、约4至约5、约4至约4. 5或约4. 5至约5时进行。发酵混合物的初始pH可通过添加例如，氨、硫酸、磷酸、工艺用水(例如，釜馏物(回糟)、蒸发器冷凝液(馏出液)、侧线汽提塔下残液等等)等等而调节。尽管不限制本发明，但认为已知的酒精酵母在pH 3至6的范围生长良好，但相比大多数污染性细菌菌株其更耐受低至3. 0的较低pH。污染性乳酸和醋酸细菌在pH 5. 0及更高时生长最好。因此，认为在PH 3.0至3. 5的范围内，由于酵母比污染细菌生长得更好， 乙醇发酵占主导地位。在一个实施方案中，本发明方法可包括改变pH。进行pH的改变被认为可在发酵早期降低污染的可能性和/或在发酵后期阶段增强酵母的生长和发酵。例如，发酵可以包括在前一半加料期间于PH约3至约4. 5充填发酵罐。发酵可以包括在发酵罐加料周期的后一半期间提高浆液的PH至pH约4. 5至约6。发酵可以包括通过添加如上所述所需pH的新鲜底物浆液而维持pH。在一个实施方案中，发酵期间(加料后)不调节pH。相反，在该实施方案中，PH由加料期间组分的pH确定。在一个实施方案中，在玉米工艺用水中pH降低至约五(5)或以下。在一个实施方案中，PH在发酵加料起始时为大约pH 4(例如，4. 1)且朝着发酵加料结束，pH提高至约pH 5(例如，5. 2)。在一个实施方案中，该方法包括在发酵罐的加料初期建立酵母培养物后停止糖化醪浆液的PH控制，随后在发酵罐的加料末期允许玉米工艺用水中pH上浮。在一个实施方案中，发酵进行约25 (例如，24)至约150小时、约25 (例如，24)至约 96小时、约40至约96小时、约45 (例如，44)至约96小时、约48 (例如，47)至约96小时。 例如，发酵可进行约30、约40、约50、约60或约70小时。例如，发酵可进行约35、约45、约 55、约65或约75小时。在一个实施方案中，发酵在约25至约40°C或约30至约35°C温度下进行。在一个实施方案中，发酵期间温度从约40°C降至约30°C或约25°C，或在发酵的前一半期间从约 35 °C降至约30 V，而在发酵的后一半温度保持在该较低的温度。在一个实施方案中，温度可随乙醇产生而降低。例如，在一个实施方案中，发酵期间温度可高达约99° F随后降为约 79° F。此温度下降可与发酵罐中提高的乙醇滴度(％ )相协调。在一个实施方案中，本发明方法包括固形物分段(solids staging)。固形物分段包括在发酵罐加料周期的初始阶段以不成比例的更高固形物水平加料以提高初始发酵速度。加入发酵罐的糖化醪(mash)的固形物浓度可随后随着乙醇滴度提高和/或发酵罐加料周期接近完成而降低。在一个实施方案中，固形物浓度在前一半发酵加料期间可为约40% (例如，41% )。在发酵罐装满50%后可降低至约25%且持继直至发酵罐加料周期结束。在以上实例中，上述策略导致整个发酵罐具有33 %的固形物。固形物分段被认为可通过利用更多的初始加料固形物而促进酶水解速率以及促使发酵的快速启动。此外认为在加料的后一半减少固形物可降低对酵母的渗透压相关的胁迫效应。通过将发酵罐总体的充填固形物维持在指定的发酵能力范围内，固形物分段可以提高临近发酵结束，酵母发酵高比重糖化醪的能力。同时糖化和发酵本发明方法可以包括同时将粉碎的植物材料转化为糖以及用如酵母等微生物发酵那些糖。同时糖化和发酵可利用上述用于糖化和发酵的试剂和条件进行。在一个实施方案中，糖化和发酵在约25至约40°C或约30至约35°C温度下进行。 在一个实施方案中，糖化和发酵期间温度从约40°C降至约25°C，或在糖化的前一半期间从约35°C降至约30°C，而在糖化的后一半温度保持在该较低的温度。尽管不限制本发明，但认为在糖化和发酵早期当乙醇浓度低时较高的温度可提高淀粉向可发酵糖的转化，这可帮助提高乙醇产量。在较高的乙醇浓度时，乙醇可负面影响酵母。因此，认为糖化和发酵后期较低的温度有利于降低对酵母的胁迫，这可帮助提高乙醇产量。仍不限制本发明，认为糖化和发酵早期较高的温度可在至少一部分发酵期间降低粘度，这可帮助温度控制。还认为糖化和发酵后期较低的温度有利于在酵母终止发酵后减少葡萄糖的生成。发酵晚期葡萄糖的生成对干酒糟联产品(co-product)的颜色不利。在一个实施方案中，糖化和发酵在pH约6或更低、pH约3至约6、约3. 5至约6、 约4至约5、约4至约4. 5或约4. 5至约5时进行。糖化和发酵混合物的初始pH可通过添加例如，氨、硫酸、磷酸、工艺用水(例如，釜馏物(回糟)、蒸发器冷凝液(馏出液)、侧线汽提塔下残液等等)等等而调节。在一个实施方案中，糖化和发酵进行约25 (例如，24)至约150小时、约25 (例如， 24)至约72小时、约45至约55小时、约50 (例如，48)至约96小时、约50至约75小时或约60至约70小时。例如，糖化和发酵可进行约30、约40、约50、约60或约70小时。例如， 糖化和发酵可进行约35、约45、约55、约60或约75小时。在一个实施方案中，同时糖化和发酵可使用选择的酶和酵母的量进行以维持发酵液中高浓度的酵母和高水平的酵母出芽。例如，本发明方法可以使用为维持酵母等于或高于约300细胞/毫升或等于大约300至约600细胞/毫升而选择的酶和酵母的量。在一个实施方案中，同时糖化和发酵可使用选择量的酶和酵母进行，以在不添加外源氮；不添加蛋白酶和/或不添加回糟时有效发酵。如果需要，可以添加回糟，以消耗工艺用水和减少由本发明方法产生的废水量。另外，本发明方法在糖化和发酵期间维持低粘度。例如，同时糖化和发酵可使用约0. 1至约10AFAU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)的酸性真菌淀粉酶和约0. 5至约6AGU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)的葡糖淀粉酶。例如，同时糖化和发酵可使用约0. 3至约3AFAU/克干固形的粉碎植物材料 (例如，DSC)的酸性真菌淀粉酶和约1至约3AGU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)的葡糖淀粉酶。例如，同时糖化和发酵可使用约1至约2AFAU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)的酸性真菌淀粉酶和约1至约1. 5AGU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)的葡糖淀粉酶。在一个实施方案中，同时糖化和发酵可使用选择量的酶和酵母进行以维持发酵液中低浓度的葡萄糖。例如，本发明方法可以使用选择量的酶和酵母以维持葡萄糖等于或低于约2wt %、等于或低于约Iwt %、等于或低于约0. 5wt %，或等于或低于约0. Iwt %的水平。例如，本发明方法可以使用选择量的酶和酵母以维持糖化和发酵期间葡萄糖等于或低于约 2衬％的水平。例如，本发明方法可以使用选择量的酶和酵母以维持在糖化和发酵时间的 0-10小时(或0至该时间的约15% )葡萄糖在等于或低于约2衬％的水平。例如，本发明方法可以使用选择量的酶和酵母以维持在糖化和发酵时间的12-54小时(或该时间的约 15%至约80% )葡萄糖在等于或低于约、等于或低于约0. 5wt%或者等于或低于约 0. 1衬％的水平。例如，本发明方法可以使用选择量的酶和酵母以维持在糖化和发酵时间的 54-66小时(或该时间的约80%至约100% )葡萄糖在等于或低于约1衬％的水平。合适的酶水平包括约0. 3至约3AFAU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)的酸性真菌淀粉酶和约1至约3AGU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)的葡糖淀粉酶。例如，同时糖化和发酵可使用约1至约2AFAU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)的酸性真菌淀粉酶和约1至约1. 5AGU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)的葡糖淀粉酶。在一个实施方案中，同时糖化和发酵可使用选择量的酶和酵母进行以维持发酵液中低浓度的麦芽糖(DP2)。例如，本发明方法可使用选择量的酶和酵母以维持麦芽糖等于或低于约0. 5wt%或者等于或低于约0. 2衬％的水平。合适的酶水平包括约0. 3至约3AFAU/ 克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)的酸性真菌淀粉酶和约1至约3AGU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)的葡糖淀粉酶。例如，同时糖化和发酵可使用约1至约2AFAU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)的酸性真菌淀粉酶和约1至约1. 5AGU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)的葡糖淀粉酶。在一个实施方案中，同时糖化和发酵可使用选择量的酶和酵母进行以维持发酵液中低浓度的糊精。例如，本发明方法可以使用选择量的酶和酵母以维持麦芽三糖(DP3)等于或低于约0. 5wt%、等于或低于约0. 2wt%、或者等于或低于约0. Iwt%的水平。例如，本发明方法可以使用选择量的酶和酵母以维持具有4或以上聚合度的糊精(DP4+)等于或低于约lwt%或者等于或低于约0. 5衬％的水平。合适的酶水平包括约0. 3至约3AFAU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)的酸性真菌淀粉酶和约1至约3AGU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)的葡糖淀粉酶。例如，同时糖化和发酵可使用约1至约2AFAU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)的酸性真菌淀粉酶和约1至约1. 5AGU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)的葡糖淀粉酶。在一个实施方案中，同时糖化和发酵可使用选择量的酶和酵母进行以维持发酵液中低浓度的杂醇油。例如，本发明方法可以使用选择量的酶和酵母以维持杂醇油等于或低于约0. 4至约0. 5wt%的水平。合适的酶水平包括约0. 3至约3AFAU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)的酸性真菌淀粉酶和约1至约3AGU/克干固形的粉碎植物材料(例如， DSC)的葡糖淀粉酶。例如，同时糖化和发酵可使用约1至约2AFAU/克干固形的粉碎植物材料(例如，DSC)的酸性真菌淀粉酶和约1至约1. 5AGU/克干固形的粉碎植物材料(例如， DSC)的葡糖淀粉酶。用于糖化和/或发酵的其它组分糖化和/或发酵混合物可包括其它组分以提高该方法的效率。例如，混合物可包括额外的养分(例如，酵母微量营养)、抗生素、盐、额外的酶，等等。养分可来源于加至该液体的釜馏物或回糟。合适的盐包括锌或镁盐，如硫酸锌、硫酸镁，等等。合适的额外的酶包括那些加至常规方法的酶，如蛋白酶、肌醇六磷酸酶、纤维素酶、半纤维素酶、外切-和内切_葡聚糖酶、木聚糖酶，等等。从发酵醪中回收乙醇此处发酵过程的产物称作〃发酵醪(beer)"。例如，发酵玉米产生〃玉米发酵醪"。乙醇可通过各种已知的方法从发酵混合物、从发酵醪中回收。例如，乙醇可通过蒸馏回收。残留的釜馏物包括液体和固体材料。该液体和固体可通过，例如离心分离。回收的液体——酒糟水(thin stillage)——可用作形成糖化和发酵混合物的液体的至少一部分，用于随后的发酵批次或运转。回收的固形物——干酒糟——包括未发酵的谷物固形物和消耗的酵母固形物。酒糟水(thin stillage)可浓缩为糖浆(syrup)，其可加至干酒糟而该混合物随后可以干燥以形成干酒糟加可溶物(distillers dried grain plus solubles)。干酒糟和/或干酒糟加可溶物可作为动物饲料出售。燃尽(burn-out)残留淀粉用于随后的发酵在一个实施方案中，本发明方法包括发酵醪或釜馏物的热处理，例如在发酵池 (beer well)和蒸馏之间。在称为燃尽(burn-out)的过程中，此热处理可将淀粉转化为糊精和糖用于随后的发酵。所述处理步骤还可以减少蒸馏塔板和蒸发器热交换表面的淤塞 (fouling) 0在一个实施方案中，可对整个釜馏物进行分段热处理。残留淀粉的酶处理后， 在一个实施方案中，所得的糊精和糖可作为再循环的回糟在主发酵过程中发酵或者在分开的发酵系列(fermentation train)中加工以产生乙醇。从发酵物分级分离固形物大块的胚芽和纤维可在发酵罐中发酵残留的淀粉。发酵后，这些级分可在蒸馏前或之后除去。可在蒸馏前用表面撇渣器实施去除。在一个实施方案中，可对发酵醪进行过筛。过筛后的材料随后可通过例如离心和旋转蒸汽锅干燥(rotary steam drum drying) 而从乙醇/水的混合物中分离，这可从该饼(cake)中除去残留的乙醇。在更大的纤维和胚芽块在大批发酵醪蒸馏前除去的实施方案中，可使用针对此纤维/胚芽流的分开的汽提塔。或者，可通过在蒸馏后将全部釜馏物过筛而除去纤维和胚芽。在一个实施方案中，将所有的组分混合且一起干燥。纤维和胚芽可通过风选 (aspiration)和/或筛分(size classification)而从最终产品中除去。可从DDGS中风选纤维。通过干燥后风选而去除纤维分别使残留的DDGS中油和蛋白质的量提高了 0. 2至 1. 9%禾口 0. 4至1. 4%。残留DDGS中NDF的量降低0. 1至2. 8%。在一个实施方案中，分级分离可使用更大的纤维和胚芽块以提高源于胚乳的DDGS的那部分的颗粒大小和提高糖浆承载能力。环形干燥器粉碎机(ring dryer disintegrator)可造成一定的粒度减小以及均质化作用。连续发酵本发明方法可通过分批或连续法运转。连续法包括使糖化和/或发酵混合物移动通过(泵过)一系列的容器(例如，槽)以使该过程持继足够的时间。例如，连续法可使用多阶段式发酵系统，48-96小时停留时间。例如，粉碎的植物材料可装进用于糖化和发酵的第一容器的顶端。部分孵育和发酵的混合物可以随后从第一容器的底部移出而送进第二容器的顶端，等等。
虽然不限制本发明，但认为本发明方法比常规方法更适于以连续工艺运转。认为本发明方法可以降低以连续方式运行时污染生物体的生长机会。目前，大多数干燥粉碎乙醇生产工厂使用分批发酵技术。部分原因为难于防止因这些常规方法中的污染引起的损耗。对于利用传统液化技术的有效的连续发酵，一般认为发酵前分开的糖化阶段对预_糖化用于发酵的发酵醪是必需的。这种预_糖化确保了有足够可发酵的葡萄糖用于连续发酵过程。本发明方法实现了高浓度乙醇的有效生产而在发酵前无液化作用和糖化作用阶段。由于常规知识教导在以连续方式进行发酵的过程中必须具有足够水平可用的可发酵糖，因此这是令人惊奇的。相反地，本发明方法可提供低浓度的葡萄糖和有效的发酵。在本发明方法中，葡萄糖看来是被正发酵的酵母细胞快速消耗了。这种低葡萄糖水平被认为减少了对酵母的胁迫，如由渗透压抑制和细菌污染压力引起的胁迫。根据本发明，在约45至约96小时中可达到大于18%体积的乙醇水平。高乙醇发酵醪本发明还涉及高乙醇发酵醪。在一个实施方案中，本发明的方法产生包含大于 18%体积乙醇的发酵醪。本发明方法可在约40至约96小时或约45至约96小时内产生此高乙醇发酵醪。在一个实施方案中，发酵醪包含18%体积至约23%体积的乙醇。例如，本发明方法可在约45至96小时内在发酵罐中产生18至23%体积的乙醇含量。作为另一实例，本发明方法可在约45至96小时内在发酵罐中产生18至23%体积的乙醇含量。在某些实施方案中，大多数乙醇(终浓度的80%或以上)在起始的45小时内产生。随后，另外的2至5%体积乙醇在最终的12-48小时内产生。在发酵时间达到96小时时可达到达到23%体积的乙醇浓度。在发酵48至72小时后收获以提高发酵罐的生产力，这可能是经济上有利的。本发明发酵醪可包含此高水平的乙醇，即使在其包含高水平残留淀粉时也如此。 例如，当包含0至30%残留淀粉时本发明发酵醪可包含18至23%体积的乙醇。该发酵醪可包含低达0%至高达20%的残留淀粉。使用常规手段，高水平残留的淀粉显示低效的发酵，这仅产生低水平的乙醇。可是，虽然不限制本发明，但认为本发明方法产生较少的美拉德型反应产物以及更有效的酵母发酵(例如，降低的次级代谢产物水平)。这被认为是由于与常规糖化作用和液化作用相比本发明方法具有低葡萄糖水平和低温所引起的。因此，即使有较高水平的残留淀粉，本发明方法仍可产生更多的乙醇。在一个实施方案中，本发明发酵醪比常规发酵醪包含较少的残留副产物 (byproduct)，尽管残留的淀粉可能比较多。例如，残留的葡萄糖、麦芽糖和高级糊精(DP3+) 可达到0. 8wt%，低于在类似的发酵条件下产生的常规发酵醪中的量。作为另一个实例，残留的甘油可以达到0.45衬％或更低。乳酸和杂醇油也显著减少。例如，本发明发酵醪可以包含小于或等于约0. 2衬％的葡萄糖、约0. 4wt%、约0. Iwt%的DP3、检测不到的DP4+、 0. 45wt%的甘油、约0.乳酸和/或约0. 4wt%的杂醇油。干酒糟高蛋白干酒糟本发明还涉及干酒糟产物。干酒糟还可以包含提高水平的一种或多种蛋白质、脂肪、纤维(例如，中性去垢纤维(neatral detergent fiber,NDF))和淀粉。例如，干酒糟可包含或更高的蛋白质或约30至约45wt%的蛋白质或比通过常规方法生产的多约1 至约2wt%的蛋白质。例如，干酒糟可包含15wt%或更高的脂肪、约13至约17wt%的脂肪或比通过常规方法生产的多约1至约6wt%的脂肪。例如，干酒糟可包含31wt%或更高的纤维、约23至约37wt%的纤维或比通过常规方法生产的多约3至约13wt%的纤维。例如， 干酒糟可包含12wt%或更高的淀粉、约1至约23wt%的淀粉或比通过常规方法生产的多约 1至约18wt%的淀粉。在一个实施方案中，相比常规的干酒糟产物，本发明干酒糟包含水平提高的维生素B、维生素C、维生素E、叶酸和/或维生素A。本发明干酒糟相比常规的干酒糟产物具有更鲜艳的金色。具有改良的物理性质的干酒糟本发明还涉及具有一种或多种改良的物理性质的干酒糟，如减少结块(caking) 或压实(compaction)或增强流动性。本发明方法可产生这种改良的干酒糟。虽然不限制本发明，但认为本发明方法可产生包含更高分子量形式的碳水化合物的发酵固形物。该发酵固形物据认为可表现出较高的玻璃化转变温度(即，较高的！；值)。 例如，残留的淀粉具有高的Tg值。因此，通过控制DDG和DDGS中淀粉含量，本发明方法可制备具有靶Tg值的DDG或DDGS。此外，根据本发明，向发酵固形物(例如，干酒糟)中添加碱性糖浆混合物(例如， 糖浆加上添加的石灰或其他碱性材料)可使干酒糟加可溶物(DDGQ减少结块或压实或增强流动性。虽然不限制本发明，但认为发酵中产生的有机酸如乳酸、醋酸和琥珀酸比其相应的钙盐具有更低的Tg值。维持较高分子量形式的残留碳水化合物或添加石灰以形成有机酸的钙盐，为形成较高Tg值联产品的两种策略，该联产品将具有较低可能性发生玻璃化转变， 后者导致称为结块的有害现象。虽然不限制本发明，但认为本发明的方法不必破坏发酵的植物材料中的蛋白质。 玉米含有谷醇溶蛋白，如玉米醇溶蛋白。例如，高粱包含称为高梁醇溶蛋白的一类玉米醇溶蛋白样蛋白质，其氨基酸组成类似于玉米醇溶蛋白。液化、蒸馏和高温干燥期间发生的热降解导致包含相当大量的降解蛋白质的DDG和DDGS。本发明的方法被认为可改良粮谷 (cereal grain)的谷醇溶蛋白级分的水平。据认为，延长暴露于通过本发明方法实现的高醇浓度可调节植物材料中的蛋白质。这可溶解一些蛋白质。例如，据认为在蒸馏中乙醇浓度可以达到可溶解发酵醪中谷醇溶蛋白(例如，玉米醇溶蛋白)的水平。在从发酵醪中去除或"脱去(strip)"乙醇后，谷醇溶蛋白(如玉米醇溶蛋白)可回收浓缩于DDG和DDGS中。所得高蛋白含量的DDG和DDGS 对于DDG和DDGS的各种终用途是有益的，例如在另外的加工或配合(compounding)中。在一个实施方案中，本发明的有效发酵方法从DDG或DDGS中除去了非玉米醇溶蛋白的组分如淀粉。分级分离植物材料，例如玉米，也可以提高DDG或DDGS中蛋白质，如玉米醇溶蛋白的水平。例如，发酵前除去糠麸和胚芽(germ)级分可在底物中浓缩玉米醇溶蛋白。玉米中的玉米醇溶蛋白被隔离在胚乳中。玉米醇溶蛋白富集的胚乳的发酵引起发酵残留物中玉米醇溶蛋白的浓缩。
在一个实施方案中，本发明的方法可提供具有不同预定Tg值的DDG和DDGS。本发明的方法可发酵包含高、中或低水平玉米醇溶蛋白的级分，由此改变所得DDG或DDGS的玻璃化转变温度。所得联产品的Tg可以与谷醇溶蛋白(如玉米醇溶蛋白)的含量成正比。本发明的方法期望用于高蛋白玉米的发酵。这也允许具有较高谷醇溶蛋白(玉米醇溶蛋白) 含量的DDG和DDGS的生产。发酵末残留的淀粉优选分离在酒糟水级分中，该级分随后蒸发以产生糖浆。通过本发明方法产生的湿饼级分，其可单独干燥以产生DDG，并可比常规DDG具有更高的谷醇溶蛋白(如玉米醇溶蛋白)。本发明方法允许改变糖浆和湿饼的混合比。这产生具有不同比率的谷醇溶蛋白(如玉米醇溶蛋白)和残留淀粉的DDG/DDGS。当湿饼中残留淀粉减少，湿饼中蛋白质就增加。此指示一种反向关系。类似的效应发生在糖浆级分中。淀粉被认为可分离入液体级分中。DDGS中的淀粉量可通过在干燥前或干燥期间不同的时间以每磅湿饼固形物0磅糖浆固形物干重至1. 2磅糖浆固形物的比率混合糖浆而改变，从而产生最终的DDGS产品。残留淀粉不成比例的分离入回糟或酒糟水级分时可提供对这些级分进行上述烧尽和二次发酵。由于酒糟水蒸发产生糖浆，离心的质物料平衡也使得能根据所需特性及根据DDGS生产对Tg的依赖性而产生具有不同Tg值的DDGS。雌本发明具有排放优势。排放优势引起乙醇制造过程中所产生的副产物减少。在来自谷粒胚芽级分的糖化醪中油和脂的提取显著减少。一般在蒸煮和液化期间形成的美拉德反应的副产物减少。且还有发酵副产物的减少。这些现象引起联产品回收期间排放物的减少。挥发性有机物(VOC)、一氧化碳(CO)、氧化氮化合物(NOx)、氧化硫(SC^)及其他排放物的浓度和排放速率显著降低，参见表1。需要指出的是其它制造商试图通过生产湿饼代替干燥成DDG或DDGS而减少排放。本发明还涉及挥发性有机化合物(VOC)如由干燥发酵产物而产生的挥发性有机物(VOC)。本发明方法包括生产相比常规方法产生较低VOC水平的乙醇、干酒糟和其它有用的发酵产品。例如，本发明方法中干燥蒸馏产物(例如，用过的谷物)产生水平降低的V0C。例如，利用玉米的常规发酵方法按每吨加工的玉米计从干燥蒸馏产物中产生约 2. 1磅V0C。实际的烟囱排放量可因污染控制设备而更低。本发明方法产生至少30% VOC 产量的减少，至每吨加工的玉米约1.47磅或更低。该排放物的减少是出乎意料的却是非常有意义的，而且使得排放物减少控制技术如热氧化剂得以更有效的利用。由发酵过程产生的VOC包括乙醇、乙酸、甲醛、甲醇、乙醛、丙烯醛、糠醛、乳酸、蚁酸和甘油。本发明还涉及如由干燥发酵过程的产物而产生的一氧化碳(CO)。本发明方法包括生产相比常规方法产生较低CO水平的乙醇、干酒糟和其它有用的发酵产品。例如，本发明方法中干燥蒸馏产物(例如，用过的谷粒)产生水平降低的Co。例如，利用玉米的常规发酵方法按每吨加工的玉米计从干燥蒸馏产物中产生约 1.4磅CO。实际的烟囱排放量可因污染控制设备而更低。本发明方法产生30% CO产量的减少，达到每吨加工的玉米约0. 98磅或更低。该排放物的减少是出乎意料的而且非常有意义，且使得排放物减少控制技术，如热氧化剂得到更有效的利用。表1 排放物的减少
排放物类型单位常规运作本发明的方法排放物减少％VOC浓度ppmv lb/dscf663459. 6530. 67排放速率lb/hr13. 357. 9140. 75CO浓度ppmv lb/dscf434234. 1346. 05排放速率lb/hr9. 14.9445. 71 本发明可根据下列实施例而更好地理解。这些实施例意图代表本发明具体的实施方案，而并不试图限制本发明的范围。
实施例实施例1-从玉米牛产改良的干酒糟使用本发明的方法从玉米生产干酒糟。该方法产生高蛋白、高脂肪和高纤维的干酒糟。与常规的糖化和液化方法的比较显示了本发明方法的优良性能。材料和方法牛淀粉发酵通过向400ml包含70克麦芽糖糊精的釜馏物中添加葡糖淀粉酶(0.088ml Novozyme ‘ s Spirizyme plus 葡糖-淀粉酶 400AGU/g)和蛋白酶(0. 018ml Genencor International' s GC106蛋白酶1000SAPU/g)而制备酵母接种物。由先前常规淀粉发酵或生淀粉发酵通过馏出乙醇以及将所得整个釜馏物离心分离以产生回糟而制备所用的釜馏物(回糟)。另外添加1. 07克尿素、0. 13克硫酸锌以及0. 00067ml 1 1000稀释的抗生素(Alltech Lactocide.[量？]毫克)。将约300-400百万细胞/毫升酵母(酿酒酵母) 活细胞(0. 48g Fleischmann' s Fali酵母)加入混合物且在90° F孵育温度下不经搅拌或摇动进行8小时增殖。在温和条件下周期性地旋动烧瓶以进行内容物的混合。将所得的酵母培养物(10.8ml)直接加至每个发酵罐用于接种。玉米从谷物种子(seed corn)的商业供应商处获得且在发酵前利用锤磨机研磨通过0. 5mm的筛子。比较了几种常规2号黄色马齿种玉米品种，且在一些试验中还测试了其等基因蜡质种玉米对等物。测试不同的玉米品种以证实本发明方法利用各种玉米杂种均可以产生改良的DDG。在约225毫升水中混合大约129至134克适当的玉米。面粉(磨碎的玉米)的实际克数和水体积针对每个发酵罐以面粉的含水量为基础进行调节以使所有的发酵在大约每100克水33. 4克干玉米固体(33. 4% DSC)下进行。所有生淀粉发酵罐用硫酸调节至pH 5. 0。发酵在82° F进行。将抗生素(Alltech Lactocide. 3毫克)加入每个发酵批次。生淀粉发酵使用市场上可买到的葡糖淀粉酶制剂(Novozyme s' Spirizyme plus 0.317毫升GAU/毫升)，其中该制剂还含有酸性真菌淀粉酶活性。发酵进行72小时，以大约24 (例如，25)小时为间隔采样。所有样品经HPLC分析。 发酵结束时发酵醪样品置于金属锅中，将PH降至< 3.5以灭活残留的酶活性并且干燥。常规发酵按如上所述用于生淀粉发酵的方式进行酵母接种物的制备以及将玉米研磨成玉米面粉。对于使用常规方法的发酵，pH调节是不必要的；水和玉米面粉的天然pH为5.8 至6.0。常规发酵以糖化或蒸煮阶段起始，以液化混合物中的淀粉。蒸煮阶段在85°C进行 60 分钟。力口入 0. 044 毫升 Novozymes Liquozyme SC α -淀粉醇(0. 044 毫升 Novozymes Liquozyme SC 120AFAU(KNU)/ml)以液化玉米糖化醪。常规发酵也在82° F进行且包含抗生素(3毫克Alltech Lactocide抗生素)。利用常规方法将蛋白酶(0.0047毫升GC 106蛋白酶(1000SAPU/g/ml)以及0. 64毫升50%的尿素溶液(50%工业级尿素)加至发酵罐。加入市场上可买到的葡糖淀粉酶(0.095毫升 Genencor International' s GC 480葡糖淀粉酶400AGU/ml)用于发酵。在其它方面，发酵按如上所述用于生淀粉发酵的方式进行。结果和讨论发酵结果列于表1中且总结在表2中。表IA 比较方法对DDGS的组分分析(proximate analysis)的影响
权利要求
1.包含约30-约40wt%蛋白质的干酒糟。
2.权利要求1的干酒糟，其包含至少约34衬％蛋白质。
3.权利要求1或2的干酒糟，其包含约13-约17wt%脂肪。
4.权利要求3的干酒糟，其包含约15wt%或更多脂肪。
5.权利要求1-4中任一项的干酒糟，其包含约23-约37wt%纤维。
6.权利要求5的干酒糟，其包含约31wt%或更多纤维。
7.权利要求1-6中任一项的干酒糟，其包含约1-约23wt%淀粉。
8.权利要求7的干酒糟，其包含约12wt%或更多淀粉。
9.包含约30-约45wt%蛋白质、约13-约17wt%脂肪、约23-约37 丨％纤维和约1-约 23衬％淀粉的干酒糟。
10.包含约25-约45wt%蛋白质的干酒糟。
11.包含比常规方法生产的多约1-约蛋白质的干酒糟。
12.包含比常规方法生产的多约1-约6衬％脂肪的干酒糟。
13.权利要求1或10的干酒糟，其包含约11-约19wt%脂肪。
14.权利要求1或10的干酒糟，其包含约11-约17wt%脂肪。
15.权利要求1-14中任一项的干酒糟，其中所述蛋白包含玉米醇溶蛋白。
16.权利要求1-15中任一项的干酒糟，其包含维生素B、维生素C、维生素E、叶酸和/ 或维生素A。
17.包含权利要求1-16中任一项的干酒糟的动物饲料。
18.权利要求1-16中任一项的干酒糟作为动物饲料的用途。
全文摘要
本发明涉及在植物材料发酵期间产生高水平乙醇的方法以及涉及生产的高乙醇发酵醪。本发明还涉及从植物材料的发酵中生产高蛋白干酒糟的方法以及涉及生产的高蛋白干酒糟。本发明进一步涉及减少干燥乙醇生产中蒸馏产物而产生的烟囱排放。
文档编号C12C7/04GK102210376SQ20111007924
公开日2011年10月12日 申请日期2004年3月10日 优先权日2003年3月10日
发明者S·M·刘易斯 申请人:波伊特研究股份有限公司