由酒精生产过程中的釜馏物生产高价值动物饲料添加剂的方法和系统与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求35u.s.c.§119(e)下2015年6月25日提交的标题为“amethodofandsystemforproducingahighvalueanimalfeedadditivefromastillageinanalcoholproductionprocess”的美国第62/184768号临时专利申请的优先权，此处为所有目的以整体内容通过引用并入。

本发明涉及动物饲料生产领域。更具体地，本发明涉及具有增强的营养价值的动物饲料生产。

背景技术：

图1图示了一种用于酒精生产的典型湿磨过程。图2图示了一种具有后端油回收系统的典型干磨过程。图3图示了一种具有后端油和蛋白质回收系统的典型干磨过程。图4图示了一种具有前研磨和前油回收系统的典型干磨过程。图5图示了一种具有前研磨、前油回收以及前脱纤维系统的典型干磨过程。图6图示了一种具有后端研磨和后端油回收系统的典型干磨过程。

由谷物生产酒精的传统方法通常取决于过程是在湿磨设施中还是在干磨设施中操作而遵循类似的程序。湿磨玉米加工厂将玉米粒转换成多种不同的副产品(诸如胚芽(用于油萃取)、麸质饲料(高纤维动物饲料)、面筋粉(高蛋白动物饲料)以及基于淀粉的产品(诸如乙醇、高果糖玉米糖浆或食用和工业淀粉))。干磨乙醇厂将玉米转换成两种产品，即乙醇和具有可溶性的蒸馏器的谷物。如果产品作为湿动物饲料销售，则具有可溶性的蒸馏器的湿谷物被称为dwgs。如果产品作为被干燥的动物饲料销售，则具有可溶性的蒸馏器的干谷物被称为ddgs。在标准干磨乙醇过程中，一蒲式耳玉米除了产生大约10.3升(大约2.75加仑)的乙醇之外还产生大约8.2kg(大约17磅)的ddgs。这些副产品提供弥补总乙醇生产成本一部分的重要辅助收益流。

通常，即使ddgs含有10％-13％的油和28％-33％的蛋白质，ddgs也作为低价值动物饲料销售。一些工厂已经改进典型的干磨过程，以将有价值的油和蛋白质与ddgs分离。存在具有后端油回收系统的大约100家工厂，该后端油回收系统具有美国专利no.7601858中公开的过程(如图2所示)，一家工厂使用具有在pct/us09/45163(标题为“methodsforproducingahighproteincornmealfromawholestillagebyproductandsystemtherefore”)中公开的过程(如图3中显示的)的蛋白质回收系统，并且二十五家工厂使用前研磨机来提高酒精产量，该前研磨机使用在pct/us12/30337(标题为“drygrindethanolproductionprocessandsystemwithfrontendmillingmethod”)中公开的过程(参见图4)，为所有目的以引用的方式将上述专利全文并入。这些工厂被改造为提高工厂的酒精产量并在前端回收有价值的油。还存在四家工厂从允许生产高蛋白蒸馏器和更高油回收的煮过的醪液中回收高纤维馏分(参见图5)。

典型湿磨和干磨过程拥有共同的发酵过程。产生农业酒精的这种类型的发酵使用并转换在谷物中发现的基于淀粉的碳水化合物，并且使用公知的酶处理将这些碳水化合物转换成葡萄糖。酿酒酵母(酵母)将葡萄糖分子转换成乙醇和二氧化碳，连同包括甘油和酵母体的其他产品一起。利用传统蒸汽蒸馏将乙醇从发酵液中去除，并且作为有价值的运输燃料和工业酒精销售。用于使用一次发酵生产基于谷物的农业酒精的方法遵循使用分批发酵或连续发酵的公知方法。在淀粉转换和发酵之后剩余的材料取决于所使用的过程而不同。如图1所示的(湿磨过程)，在酒精回收之后剩余的材料是废酵母、非挥发酵母代谢产物以及来自谷物的可溶解的固体。如图2所示的(典型的简单干磨过程)，在酒精回收之后剩余的材料是包含蛋白质、纤维、酵母、油、酵母代谢产物、非可发酵糖、未发酵糖、有机酸、矿物质以及其他成分的废弃谷物的混合物。在乙醇回收之后，这些残留物处于半液体形式，被称为酒糟。酒糟通过离心作用被分成湿固体，被称为湿蒸馏器的谷物(主要为纤维和蛋白质)，以及液体，被称为酒精废液(主要含有油、酵母体、可溶解化合物以及细悬浮谷物颗粒)。

该酒精废液通常转到蒸发器系统，以被浓缩至包含30-50％的干固体(70％-50％水)(被称为糖浆)。可选过程可以将油作为分离产品从糖浆回收，图2中示出了该过程。在典型的干磨工厂中，离心机固体(wdg)和糖浆被混合在一起并被干燥，以生产ddgs，该ddgs被销售到世界各地用于反刍动物和单胃动物两种动物的动物饲料市场中。ddgs通常具有多于30％的蛋白质。然而，因为纤维的高浓度，所以不适合作为用于鸡饲料和鱼饲料的高包含物产品。

为了提高ddgs的价值和用途，已经开发了许多过程。在图3中，从ddg中去除/回收蛋白质。在图4中，向前端添加前研磨，以提高油和蛋白质回收。在图5中，可以在发酵器之前分离纤维。这些过程允许用于作为ddgs销售的材料被分成四部分：a)纤维、b)蛋白质、c)糖浆以及d)油。图6中图示的过程除了研磨步骤和纤维去除/回收步骤在后端而不是在前端之外类似于图5的过程。

通常，所有湿磨和干磨过程在过程结束时产生糖浆。糖浆包含来自谷物的可溶解矿物质，并且具有“未识别的生长因子”。未识别的生长因子是在发酵步骤中来自酵母的营养成分(诸如维生素)。

酒精废液通常含有5％-8％的固体(95％-92％水)，并且通过蒸发器系统来处理，使得随后在釜馏物与来自离心机(wdg)的湿饼混合以产生低成本ddgs之前，釜馏物被浓缩至含有30-50％的固体(70％-50％水)。ddgs由于其高纤维含量和霉菌毒素浓度而主要用于反刍动物饲料。

已经在提高酒精废液的价值方面进行了重要的研究和开发工作，包括通过使用需氧发酵来提高蛋白质含量。来自乙醇生产的酒精废液包含用于真菌培养(诸如小孢根霉变体)的可生物降解的有机化合物和足够的微量营养物。真菌去除大约60％的有机材料，包括悬浮固体甚至更多的不期望再循环的一些特定物质。然后，真菌球可以作为食品级有机体(ro)而容易地收获，该有机体脂肪和蛋白质(具体为氨基酸，诸如赖氨酸和蛋氨酸)丰富。然而，对于该系统所需的整个系统的成本和能量较高，并且在商业规模上无法证明合法。同样，在系统可以进行商业运行之前对于真菌需要usda批准。

技术实现要素：

在一些情况下，向有机饲料材料添加能够合成一种或更多种预定营养物(特别是类胡萝卜素)的各种酵母。对饲料材料和酵母发酵，这产生合成预定营养物的酵母。然后发酵混合物可以被干燥或以其他方式处理成含有在发酵过程期间合成的营养物的动物饲料产品。在一些情况下，二次发酵需花费5天来由酒糟产生天然的类胡萝卜素。

在一些其他情况下，在干磨过程的分批发酵系统上再循环酵母用于缩短大约10小时的发酵时间，并且玉米内部的微生物通过使用再循环建立系统而缓慢地生长，这在发酵结束时产生乳酸。在这种情况下，在四批再循环操作之后，乳酸从通常地少于0.2％变为多于1％。即使乳酸的百分比高达1％或更多，酒精产量的百分比也随着再循环建立而增大。该微生物可以产生具有dp4(四糖)或其他碳水化合物(诸如没有葡萄糖的甘油)的乳酸。

在一些实施例中，提供了制作价值增加的产品的途径/方法，包括产生价值增加的产品的乳酸(例如，使用谷物)、酶、酵母以及细菌。所有种类的谷物都可以用于基于谷物的乙醇。玉米能够作为原料。世界各地生长的玉米在其生长季节期间易受霉菌毒素污染的影响。这些霉菌毒素由土壤中的天然霉菌产生，霉菌随着玉米的生长和成熟过程而在玉米粒的表面上生长。玉米后期生长和成熟期间的一些天气条件在霉菌毒素生成中起关键作用。另外，谷物的一些存储条件也可能生成霉菌毒素。谷物和其他动物饲料产品上的霉菌毒素产生通常限制各种动物的体重增重和动物健康的严重的消化问题。

这些霉菌毒素在玉米粒的表面上随着玉米进入处理设施。霉菌毒素通过完整的乙醇生产过程。进一步地，发酵过程处的质量减少导致ddgs中霉菌毒素的初始浓度增加三倍。该浓度增加三倍是处理设施的主要问题。由于霉菌毒素增加的浓度，在乙醇设施生成的动物饲料产品变得对动物更有毒。在这些设施生产的动物饲料是用于削减经营成本的经济模型的非常重要的一部分。然而，霉菌毒素的高浓度限制这些谷物的销售地点，并且降低为饲料支付的市场价格。

许多研究已经显示高蛋白低碳水化合物饲料的益处。该材料用于饲料配给大幅提高了用于所有种类动物的营养价值。霉菌毒素污染的动物饲料迫使生产商对它们的产品大打折扣或支付用于无霉菌毒素玉米原料的额外费用。

本文描述的各种实施例提供了一种在处理之前从玉米粒去除霉菌毒素的方法。本文公开的方法显著减少在基于玉米的乙醇工厂生产的动物饲料中霉菌毒素的浓缩效应。由过程生产的无霉菌毒素动物饲料现在可以在不考虑与霉菌毒素关联的负健康效应的情况下喂给动物。

此外，本文描述的过程产生能够作为年幼动物的合适饲料的低不溶物、低纤维、有营养的可溶流。该可溶流包含玉米和酵母化合物的混合物，该混合物高度可消化且优选地适于幼小的动物。该流包含氨基酸、矿物质以及酵母化合物的混合物。混合物能够用于制作动物饲料，该动物饲料包含许多高度可消化营养物连同有用浓度的未识别的生长因子。

一种或多种未识别的生长因子可以是用于描述该可溶流的大量益处的术语。增强的可溶流具有被浓缩以包含80％固体(20％水)的能力，其通过限制糖浆中有机体的生长(由于低水活性)来增加它的保质期，并且(在与传统处理的糖浆相比时由于存在的水量低而)降低运输成本。

幼小的猪和水产养殖喂食系统能够使用该高度营养可溶流来增强增重并且激励观赏鱼和藻类这两部分的生长。藻类本身变成用于水产养殖系统中的更大有机体(即，鱼、甲壳类动物和虾)的优秀饲料。包含蛋白质、纤维、脂肪以及矿物质的藻类生长增强整个水产养殖生态系统。

而且，已经证实有益微生物提高牲畜的总体健康。益生菌能够用于与针对营养和环境的病原体竞争。在一些实施例中，益生菌用于释放对病原体有毒的化合物，这刺激胃肠区域的免疫系统，导致动物的更高的生长性能、更高的可消化性以及更强的免疫力。在一些实施例中，有机酸用作增加摄入并且防止被沙门氏菌和乳腺炎污染的饲料添加剂。在一些实施例中，使用有机酸和活益生菌的连续摄入，这在动物饲料配给中的持续供给中起重要作用。

通常，酒糟作为来自使用酵母的乙醇发酵的液体副产品而产生。在通过离心作用去除蛋白和纤维之后产生酒精废液。糖浆是由蒸发去除水之后酒精废液的浓缩。酒精废液和糖浆包含蛋白质、脂肪、矿物质、氨基酸、酵母代谢产物、纤维、单糖、二糖、寡糖、钾、磷以及其他未识别的生长因子。将酒精废液用作替代动物饲料由于其低成本和高营养价值而是有益的。

酒精废液由于其营养含量而对于培养微生物是理想的。理想益生菌已经被选择为使糖浆与酒精废液这两者中的乳酸浓度最大化。隔离种群将碳水化合物和其他成分转换成糖浆中的乳酸，并且在被喂给牲畜时充当益生菌。一旦拾取并且识别隔离种群，则它通常还可以是基因工程宿主，以产生从其他细菌找到的黄曲霉素降解酶。以这种方式，隔离种群可以在一个发酵步骤期间产生乳酸并降解黄曲霉素。

展示纤维素酶和半纤维素活性的细菌能够在用于共同发酵过程的细菌隔离种群之前或与该细菌隔离种群一起引入，该共同发酵过程将纤维素和半纤维素分解成单糖或二糖，该单糖或二糖能够作为用于乳酸产生细菌的可进入碳源，使得乳酸生产率能够最大化。

进一步地，可以在纤维素酶处理之后引入展示蛋白酶活性的细菌。细菌用于将蛋白质和肽链分解成包括氨基酸的更小分子。更小的氨基酸分子更可进入具有较低效率的消化系统的动物。例如，鸡是具有在消化期间仅吸收来自ddgs的50％的供给营养的差可消化性的典型示例动物。

在一些实施例中，由于高钾和磷含量，最终产品还适于培养藻类，藻类是鱼市中的有价值的产品。有机酸和益生菌有益于类似于其他地面动物的鱼。在一些实施例中，高端营养产品直接喂给鱼或在培养之后专门喂给吃藻类的鱼。在一些实施例中，高端营养产品与要喂给鱼的藻类组合。

在一个方面中，一种生产营养增加的动物饲料的方法包括：清洁原料，直到去除原料表面上的大部分霉菌毒素为止；磨碎原料，以形成被磨碎的原料；液化被磨碎的原料，以形成液化原料；执行液化原料的第一发酵；向第二发酵添加新培养基；以及形成营养增加的动物饲料。

在一些实施例中，清洁包括用水清洗。在其他实施例中，原料包括玉米。在一些其他实施例中，第二发酵使生成营养物的微生物生长。在一些实施例中，营养物包括乳酸、类胡萝卜素、抗氧化物或其组合。在其他实施例中，新培养基被添加到发酵池。在一些其他实施例中，发酵池中的第二发酵在第一发酵之后且在蒸馏之前。在一些实施例中，新培养基被添加到酒精废液。在其他实施例中，添加新培养基在蒸馏之后。在其他实施例中，添加新培养基在蒸发之前并且在去除纤维和蛋白质之后。在一些其他实施例中，新培养基被添加到在贮存罐中的半浓缩糖浆。在一些实施例中，第二发酵发生在蒸发期间。在一些实施例中，第二发酵发生在蒸发之前。在一些实施例中，第二发酵发生在蒸发之后。

在另一个方面中，一种营养增加的动物饲料生产系统包括玉米冲洗设备，被配置为去除玉米表面上的大部分霉菌毒素；磨碎设备，被配置为将玉米转换成被磨碎的玉米；液化罐，被配置为转换被磨碎的玉米，以形成液化物质；第一发酵罐，被配置为执行第一发酵，使得液化物质变成第一发酵物质；以及第二发酵罐，被配置为接收新培养基，并且执行第二发酵。

在一些实施例中，第二发酵使生成营养物的微生物生长。在其他实施例中，营养物包括乳酸、类胡萝卜素、抗氧化物或其组合。在一些其他实施例中，新培养基被添加到发酵池。在一些其他实施例中，发酵池中的第二发酵在第一发酵之后并且在蒸馏之前。在其他实施例中，新培养基被添加到酒精废液。在一些其他实施例中，新培养基在蒸馏之后添加。在一些其他实施例中，新培养基被添加在蒸发器之前和纤维和蛋白质去除设备之后。在一些实施例中，新培养基被添加到保持罐中的半浓缩糖浆。在其他实施例中，第二发酵处于蒸发器中。在一些实施例中，第二发酵发生在蒸发之前。在一些实施例中，第二发酵发生在蒸发之后。

在另一个方面中，一种生产营养增加的动物饲料的方法包括：磨碎玉米，以形成被磨碎的玉米；液化被磨碎的玉米，以形成液化物质；执行液化物质的第一发酵；执行第二发酵；以及形成营养增加的动物饲料。

在一些实施例中，该方法还包括添加新培养基。在其他实施例中，新培养基被添加到第二发酵。在一些其他实施例中，第二发酵在第一发酵之后且在蒸馏之前。在一些实施例中，第二发酵在纤维和蛋白质分离以及蒸馏之后。在其他实施例中，第二发酵处于酒精废液罐中。在一些其他实施例中，第二发酵处于半浓缩糖浆罐中。

在一个方面中，一种生产营养增加的动物饲料的方法包括：执行第一发酵以及在第二发酵中生成有机酸、益生菌或这两者。在一些实施例中，该方法还包括向第二发酵添加微生物。在其他实施例中，微生物包括乳酸杆菌属、双岐杆菌属、链球菌属或其组合。在一些其他实施例中，微生物包括芽孢杆菌属、肠球菌属或其组合。在一些实施例中，微生物产生蛋白酶，该蛋白酶打破乳剂，以提高油回收。在一些实施例中，微生物包括苛求芽胞杆菌(bacillusfastidiosus)、绳状曲霉属真菌(aspergillusfuniculosus)或其组合。在其他实施例中，该方法还包括提供适于益生菌微生物生长的环境。在一些其他实施例中，有机酸包括乳酸或乙酸。在一些实施例中，该方法还包括将来自第一发酵的液体酵素用作培养基来生长益生菌。在一些实施例中，第一发酵在第二发酵之前串行地执行，其中，第一发酵包括不同于第二发酵中的第二类型或数量的微生物的第一类型或数量的微生物。

在另一个方面中，一种生产营养增加的动物饲料的方法包括：执行第一发酵；向第二发酵添加微生物；以及生产益生菌动物饲料。在一些实施例中，第一发酵包括用于酒精产生的发酵步骤。在其他实施例中，第二发酵处于发酵池中。在一些其他实施例中，发酵池在第一发酵之后并且在蒸馏之前。在一些实施例中，第二发酵处于酒精废液处。在其他实施例中，酒精废液在分离纤维和蛋白质之后。在一些其他实施例中，第二发酵处于蒸馏之后的酒糟处。在一些实施例中，第二发酵处于半浓缩糖浆罐中。在一些其他实施例中，第二发酵在多级蒸发期间执行。在一些实施例中，第二发酵在油分离之前。在一些其他实施例中，第二发酵在油分离之后。在一些实施例中，第二发酵在蒸发之后。在一些其他实施例中，第二发酵包括蛋白质、脂肪、矿物质、氨基酸、酵母代谢产物、纤维、单糖、二糖、寡糖、钾、磷或生长因子。

在另一个方面中，一种用于制作益生菌动物饲料的系统包括：第一发酵器，用于制作酒精；以及与第一发酵器耦合的第二发酵器，该第二发酵器具有添加的微生物。在一些实施例中，第二发酵器处于发酵池处。在其他实施例中，发酵池处于第一发酵器之后且在蒸馏器之前。在一些其他实施例中，第二发酵器处于酒精废液罐中。在一些实施例中，酒精废液在纤维和蛋白质回收设备之后。在一些其他实施例中，第二发酵器包括蒸馏器之后的酒糟。在一些实施例中，第二发酵器处于半浓缩糖浆罐处。在一些其他实施例中，第二发酵器在油回收设备之前。在一些实施例中，第二发酵器在油回收设备之前。在其他实施例中，第二发酵在蒸发器之后。

在一个方面中，一种生产营养增加的动物饲料的方法包括：用锤磨机之前的水洗系统从进入的谷物中去除黄曲霉素；执行第一发酵；以及在第二发酵中生成益生菌、抗氧化物、类胡萝卜素、氨基酸或其组合。

在一些实施例中，该方法还包括：向第二发酵添加微生物。在其他实施例中，微生物包括双歧杆菌属、链球菌属、芽孢杆菌属或其组合。在一些其他实施例中，微生物包括芽孢杆菌属、肠球菌属或其组合。在一些实施例中，微生物产生蛋白酶，该蛋白酶打破乳剂，以改进油回收。在一些实施例中，微生物包括苛求芽胞杆菌、绳状曲霉属真菌或其组合。在其他实施例中，权利要求34的方法还包括提供适于益生菌微生物生长的环境。在一些其他实施例中，有机酸包括乳酸或乙酸。在一些实施例中，该方法还包括将来自第一发酵的液体酵素用作培养基来生长益生菌。

在另一个方面中，一种用于制作具有低黄曲霉素浓度的益生菌动物饲料的系统包括：用锤磨机之前的水洗系统从进入的谷物中洗除黄曲霉素；第一发酵器，该第一发酵器用于制作酒精；以及与第一发酵器耦合的第二发酵器，该第二发酵器具有添加的微生物。

在一些实施例中，第二发酵器处于发酵池处。在其他实施例中，发酵池在第一发酵器之后且在蒸馏器之前。在一些其他实施例中，第二发酵器在酒精废液罐中执行。在一些实施例中，酒精废液在纤维和蛋白质回收设备之后。在其他实施例中，第二发酵器系统包括蒸馏之后的发酵。在一些其他实施例中，第二发酵器处于浓缩糖浆或半浓缩糖浆罐处。在一些实施例中，第二发酵器在油回收设备之前。在其他实施例中，第二发酵器在油回收设备之后。在一些其他实施例中，第二发酵在蒸发之后。

在另一个方面中，一种生产营养增加的动物饲料的方法包括：执行用于生产酒精的第一发酵；在第一发酵结束时取得微生物；以及将微生物添加到在蒸馏之后的第二发酵中，以繁殖并产生有机酸、益生菌或其组合。在一些实施例中，第二发酵包括在蒸馏设备之后具有酒糟罐的发酵器。在其他实施例中，第二发酵包括在分离纤维和蛋白质之后具有酒精废液罐的发酵器。在一些其他实施例中，第二发酵包括在多级蒸发的过程期间具有半浓缩糖浆罐的发酵器。在一些其他实施例中，第二发酵包括在蒸发之后具有糖浆罐的发酵器。在一些实施例中，该方法还包括将微生物作为培养基添加到第二发酵中。在一些实施例中，该方法还包括提供适于益生菌微生物生长的环境。在其他实施例中，该方法还包括提供适于一种类型的微生物生长的环境，该类型的微生物在第二发酵中分解霉菌毒素。在一些其他实施例中，第一发酵和第二发酵是单独的过程，并且串行地耦合，其中，第一发酵和第二发酵包括不同的微生物。

本发明的其他特征和优点将在审阅下面阐述的实施例的详细描述之后变得显而易见。

附图说明

现在将参照附图用示例的方式描述实施例，附图旨在示例性的而并非限制性的。对于这里提及的所有附图，同样的附图标记指示同样的元件。

图1图示了用于酒精生产的典型湿磨过程。

图2图示了具有后端油回收系统的典型干磨过程。

图3图示了具有后端油和蛋白质回收系统的典型干磨过程。

图4图示了具有前研磨和前油回收系统的典型干磨过程。

图5图示了具有前研磨、前油回收以及前脱纤维系统的典型干磨过程。

图6图示了具有后端研磨和后端油回收系统的典型干磨过程。

图7图示了根据一些实施例的、用于使用酒精生产过程生产增强的动物饲料的系统。

图8a、图8b以及图8c示出了根据一些实施例的连续回收建立系统的结果。

图9a、图9b、图9c以及图9d示出了根据一些实施例的、回收大多数活性酵母浆的系统的数据结果。

图10包括根据一些实施例的、示出了由短乳杆菌在不同基质中进行的乳酸生产的结果的表2。

图11包括根据一些实施例的、把要添加到第二发酵的、来自第一发酵的物质的一部分当作生长营养物的方法的实验结果。

具体实施方式

对本发明的实施例详细地进行参照，附图中图示了本发明的示例。虽然连同下面的实施例描述了本发明，但理解，它们不旨在将本发明限于这些实施例和示例。相反地，本发明旨在覆盖可以被包括在如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的替换、修改以及等同物。此外，在本发明的以下详细描述中，为了更完全地图示本发明，阐述了大量具体细节。然而，对得益于本公开的本领域普通技术人员显而易见的是，本发明可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在其他情况下，尚未详细描述公知方法和程序、部件以及过程，以免不必要的模糊本发明的各方面。当然，理解，在任意这种实际实现的开发中，为了实现开发者具体的目标(诸如与应用和商业相关限制的符合性)，必须进行大量特定实现的决策，并且理解，这些具体目标根据实现和开发者的不同而改变。而且，理解，这种开发努力可能是复杂的并且耗时的，但是对于得益于本公开的本领域普通技术人员而言，其仍然只是一项常规工程任务。

图7图示了根据一些实施例的动物饲料生产过程70。过程70包括：将微生物物质添加到酒精生产过程中，以由可溶固体生产营养增强的动物饲料。在过程70中，谷物(例如，玉米)通过冲洗74来发送，以在将谷物供给到锤磨机以便磨碎21之前去除霉菌毒素。在一些实施例中，基本上所有的霉菌毒素被从玉米的表面去除。在磨碎21(例如，锤磨机)之后，没有霉菌毒素的面粉被发送到液化22，该液化被执行为产生液化醪液。然后液化醪液被供给到发酵23。在一些实施例中，发酵23是用于制作酒精的发酵过程。

在步骤71，在被在蒸馏24的蒸馏塔中处理以回收乙醇之前，向作为贮存罐的大发酵池供给来自发酵23的发酵器的啤酒发酵液。可以向发酵23的发酵器罐或发酵池的最后一个阶段添加新型的培养基，并且将发酵池用作二次发酵过程，以生产高价值饲料添加剂成分，包括用于饲料行业的乳酸、类胡萝卜素以及所有类型的抗氧化物。

在一些实施例中，具有足够高活性的所选培养基用于在料斗(drop)的正常发酵条件(诸如多于12％w/v(120g/l)的酒精、ph为4至5以及温度85至90度华氏温度)下以最高速率生产高价值成分。利用本文公开的该生物培养基，可以在不增加大量资金成本的情况下生产增强的饲料。

在一些实施例中，在新型培养基不适于上述操作条件时，在方法70中的不同步骤处添加有机体。将引起生物问题的情况包括新培养基无法在12％w/v(120g/l)的酒精处维持足够活性或充分耐受存在于系统中的纤维和蛋白质或在酸性环境(例如，ph4-5)中茁壮成长。

在一些实施例中，在二次发酵72(在蒸馏24和离心去除纤维和蛋白质的分离/回收25之后)处向酒精废液添加新培养基，其中，主要地仅可溶固体和细悬浮固体存在于酒精废液中。在一些实施例中，处于二次发酵72处的酒精废液罐足够大，以给予生产期望浓度的期望成分(例如，细菌素和乳酸)的足够贮存时间。在一些实施例中，连续回收的培养基方法用作连续发酵过程，该连续发酵过程能够在一定程度(诸如1/8、1/6、1/4或1/2)上切割罐尺寸。

在一些实施例中，在新培养基类型具有太低的生长率/生产率并且不喜欢系统中的油时，向二次发酵73的半浓缩糖浆添加新培养基。

在一些实施例中，在新型培养基可以在如在蒸发器之后的糖浆中找到的更高营养浓度(例如，60％的ds)生长并繁殖时，二次发酵75在蒸发20之后执行。

在一些实施例中，包括二次发酵71、72以及73的二次发酵过程通过在酵母用于将葡萄糖转换成乙醇的同一反应容器中激励并生长所选有机体来制作价值增加的饲料成分。在一些实施例中，第一发酵过程和第二发酵过程在同一罐或设备中执行，而反应条件能够分别针对第一发酵和第二发酵而不同。

在一些实施例中，基于作为动物饲料添加剂的预定种类的成分来选择并培养有机体。在一些实施例中，一个或多个二次发酵发生在初次发酵完成之后。二次培养基被引入到诸如二次发酵71、72以及73的二次发酵过程的发酵液，并且消耗非可发酵糖、剩余可发酵糖、其他碳水化合物、氨基酸以及纤维，以生产有价值的代谢物。有价值的代谢物在分离过程中被捕获，该分离过程用于产生上面提及的动物饲料产品。

在一些实施例中，二次发酵产生具有所选饲料添加剂(包括乳酸、类胡萝卜素、抗氧化物以及维生素中的一个或多个)的动物饲料。能够在同一反应容器中使用未发酵的谷物化合物来生产饲料添加剂，这能够显著降低生产成本。在一些实施例中，所选有机体缩短玉米的长氨基酸链，使得减小氨基酸的尺寸，并且提高动物的消化性。在一些实施例中，使用回收的有机体和酶。

在一些实施例中，糖浆是有营养的，并且对于生长微生物是理想的。像芽孢杆菌属、乳酸杆菌以及双歧杆菌属的益生菌帮助动物的免疫和消化性。不像可以以最少碳供应而非常高效地生长的一些细菌，大多数益生菌为了高效生长而需要必要的营养物和元素(诸如维生素以及一些氨基酸)。因为糖浆是来自酵母-玉米发酵的浓缩液，所以糖浆含有酵母细胞碎片以及动物所需的所有必要氨基酸。

在一些实施例中，玉米用作饲料源。玉米提供支持益生菌生长的各种维生素和不同种类的糖源。在一些实施例中，益生菌隔离种群(短乳杆菌菌株(wyc))非常健康地生长，并且产生多于初始乳酸的量的四倍且多达半浓缩糖浆的四倍(如表2中显示的)。因此，在一些实施例中，糖浆用作用于益生菌生长的所选环境，这使得整个最终产品作为动物饲料更有益于动物并且更有价值。

在一些实施例中，微生物具有被使用的黄曲霉素降解或者解毒能力，包括绿脓杆菌、糙皮侧耳菌、红串红球菌等。在一些实施例中，测试结果已经显示由胞外酶进行由这些培养基执行的降解反应。因为胞外酶通常肽链较短且尺寸较小(这使得它适于作为基因工程工具)，所以该特性使得对于工业应用更容易。在一些实施例中，黄曲霉素降解酶由所选宿主细胞诱导并分泌。例如，对于分泌淀粉酶的嗜热芽孢杆菌，淀粉酶的基因可以被切换为黄曲霉素降解酶。该改性的嗜热芽孢杆菌能够使用它用于分泌淀粉酶的相同分泌机制来分泌黄曲霉素降解酶，并且表达可以由淀粉酶诱导物来调节。可选地，黄曲霉素降解酶的基因连接在质粒上的放大器基因(amplifiergene)之后，然后插入所选宿主。

在一些实施例中，在糖浆的生产期间，玉米油与天然水溶性表面活性剂被大量混合。该混合物形成一层厚的乳液，该乳液基本上为蛋白质涂覆的油滴。由于该乳液，所以可以在接近过程结束时仅回收70％的玉米油。乳液由于乳化蛋白质的特性而形成。蛋白质是由氨基酸链折叠的大分子。由于不同的特性，不同的蛋白质具有不同比例的亲水侧和疏水侧。在混合过程期间，油滴形成在蛋白质丰富的水基溶液中。当油滴与蛋白质的疏水部分接触时，该蛋白质用作亲水侧在水基溶液中和疏水侧在油滴中的表面活性剂。该相互作用产生被蛋白质和水包围的油滴，这使得液滴难以与水基溶液分离。分离仅依赖于密度差别。

在一些实施例中，由于蛋白质乳化剂而出现的乳液能够被乳化蛋白质上的蛋白酶作用打碎。蛋白酶是可以将蛋白质消化成水溶性氨基酸分子的酶。氨基酸是水溶性的。通过将蛋白质打碎成氨基酸，可以消除蛋白质的表面活性剂特性，这有助于从水基溶液释放油滴并打破乳剂。因为更多的液滴可以从乳液状态释放且可以由离心作用与水基溶液容易地分离，所以打破乳剂对于提高玉米油的回收率是必要的。

因为氨基酸是蛋白质的结构单元并且与粗蛋白相比更容易被吸收，所以使用蛋白酶来将蛋白质水解为氨基酸在被喂给动物时还可以提高可消化性。本领域普通技术人员将理解，任意蛋白酶源可以用于实现这些目标。蛋白酶可以由所选的发酵微生物、大量产生蛋白酶或浓缩或纯化商业蛋白酶的工程微生物来产生。

在一些实施例中，发酵在微生物和/或不同酶的不同组合中进行。这些微生物和酶可以为具有增强能力(像更强的环境耐受性、更高的生长速度、更高的酶生产效率、更强的酶稳定性和/或更高的酶动力学)的天然菌株或工程菌株。另外，微生物和/或酶可以单独使用或以任意组合使用，以满足处于不同年龄的不同种类的动物的目标要求。

例如，苏云金芽胞杆菌可以经历与紫红曲霉的共同发酵，以产生用于动物的红色酵母米，并且同时使养殖场本地的蝇类最小化。表现出更高纤维素酶动力学的工程化枯草杆菌可以经历与具有更高乳酸生产率的工程化短乳杆菌的共同发酵，以使转换效率最大化。工程化蛋白酶展示更高的动力学，并且利用德氏乳杆菌保加利亚亚种来增加耐热性，以将蛋白质简单地分解为氨基酸，氨基酸对于动物更可进入，并且使小猪的益生菌群最大化。

在一些实施例中，提供了在生产动物饲料时避免细菌污染的方法和设备。在正常的分批干磨发酵系统中，发酵早期期间(填充时段期间)的酵母细胞数较低，并且葡萄糖的浓度更高。在该时段期间，存在细菌污染超过酵母并且产生包括乳酸和乙酸的有毒最终产品而且消耗必要营养物的自然危险。该活性消极地影响酵母，这抑制它们产生期望酒精的能力。

在相关专利申请(美国第62/044092号临时申请，为所有目的以引用的方式将该申请全文并入)中，从分批发酵系统上前面设置的罐将有效酵母回收到当前填充罐加快发酵速率，并且避免在发酵的早期存在为超过酵母的细菌污染。在一些实施例中，使用从一批依次到若干下一批连续回收活性酵母的过程，这增加了缓慢生长的细菌污染超过酵母的机会。

在图8a中，该图示出了使用根据一些实施例的系统的、在连续持续回收的％乳酸对时间图。在连续回收系统的第一和第二批发酵结束时乳酸的浓度小于0.2％。然而，乳酸的浓度随着连续的回收批次而增大至在9个连续回收批次后观察的2％的浓度。

图8b显示了根据一些实施例的、具有连续回收批次的酒精对时间图。这显示了在早期和中间回收批次期间，％酒精随着连续回收酵母系统较早的发酵批次而增大，但是在最后一些回收批次中％酒精增加速率减缓。

图8c显示了根据一些实施例的、料斗中的％酒精在最后几个回收批次中降低。

在一些实施例中，市场上可获得的抗生素和抗微生物剂产品用于控制干磨过程中的发酵期间的细菌感染。在发酵阶段早期添加适量的这些抗菌或抗微生物产品的情况下，可以有效地控制不期望的细菌生长，使得在不损耗太多酒精产量的情况下，在用于酒精生产的发酵器的第一发酵阶段(例如，图7处的一次发酵23)和用于在发酵池上的乳酸生产的第二发酵阶段(例如，图7处的二次发酵71、72和/或73)生产预定/正确数量的乳酸。

在根据一些实施例的表1a-表1d(图9a-图9d)中，执行将18％最具活性酵母转移到新填充发酵器的四批次连续回收系统。如表1a中显示的，批次6696在没有回收的情况下正常运行，在来自批次6696的最具活性酵母在批次6697的填充时段的前三个小时上的情况下，批次6697接收来自前一个发酵器的18％的体积。对于批次6698和6699重复该回收步骤，将含有最具活性酵母的、来自前一个发酵器的18％体积从批次6697回收到批次6698，并且从批次6698回收到批次6699回收。

在表1b中，针对上述四批次测试示出了％乳酸对时间图。如显示的，％乳酸随着时间增加，并且％乳酸还随着循环批次的数量的每一次增加而增加。

在表1c中，针对该同一组批次示出了％酒精对时间图。酒精随着时间增加，并且酒精随着回收批次的数量增加，直到最后批次(批次6699)为止。下降时的料斗处的酒精浓度随着最后一些几个批次而开始减慢并趋平。数据还显示出了针对对于所有四个批次在时间过程期间随着时间推移的％葡萄糖、％麦芽糖、％dp3、％dp4以及％甘油。

在表1d中，示出了料斗处的实验数据。数据显示了存在从主要用于酒精生产的第一发酵切换到主要用于乳酸生产的第二发酵的最佳点。

在表1b和表1c中，显示了％酒精增加率在早期从每小时0.5％酒精增加开始，但增加率在发酵结束时(料斗处)降至每小时增加大约0.05％酒精。％乳酸增加率在早期期间以零开始，并且在发酵结束时(料斗处)逐渐增加至每小时大约0.04％。因此，它能够作为在％酒精生产率大约与接近发酵器料斗的％乳酸生产率相同时，从第一发酵阶段(该阶段生产作为主要产品的酒精)切换到第二发酵阶段(该阶段(在发酵池上或在蒸馏之后)生产作为主要产品的乳酸)的切换的最佳点。可选地，添加预定量的抗微生物剂或抗生素，以将料斗处的％乳酸维持在大约0.4％至0.8％，以确保细菌不过早地超过酵母。

在一些实施例中，从第一发酵阶段切换到第二发酵阶段的最佳点能够由包括酵母和酶的类型(耐受乳酸的能力)以及操作条件的各种因素确定和影响。

在一些实施例中，调节抗生素或抗微生物剂的量，以用于发酵器的早期控制细菌生长和料斗处存在的％乳酸，以确保细菌在第一(酒精)发酵料斗之前不接管并且超过酵母。添加抗生素或抗微生物剂的时刻能够是使得在发酵池中执行第二发酵(乳酸生产)，以尽可能快且尽可能高浓度的产生乳酸。

在一些实施例中，尽可能多地产生发酵池中的乳酸，以优化反应条件。因素包括：a)用连续发酵系统建立发酵池，该发酵系统具有利用新鲜啤酒的连续进料和连续出料，以实现发酵池中的最大微生物群；b)使发酵池液位尽可能高，以增加贮存时间，这在给定罐体积中给予细菌尽可能多的转换时间；c)将微生物群从发酵池回收到最后一个发酵器罐，以增加乳酸生产微生物群，其中，需要维持平衡，以防止乳酸细菌超过产生酒精的酵母；d)如果用于细菌生长的碳水化合物(食物)是限制因素，则向发酵池添加其他预定废碳水化合物源，以加快乳酸生产；e)如果微生物群是限制因素，则从外部向发酵池添加生产微生物的浓缩的乳酸；f)添加可以消耗除了葡萄糖(诸如甘油)之外的不同类型的碳水化合物的、可以在更快产生乳酸的情况下在更高的酒精浓度中有效生长的新型微生物。

在一些实施例中，能够在高酒精浓度是用于在发酵池中生产乳酸的限制因素时，使用针对第二发酵阶段(二次发酵72，图7)的酒精废液贮存罐。将酒精废液贮存罐用作第二发酵阶段具有以下优点：a)在没有酒精浓度的抑制压力的情况下产生乳酸；b)能够设置能够与针对第一酒精发酵阶段(一次发酵23，图7)的所需条件不同的各种预定理想操作条件(ph值和温度)；c)高度浓缩的乳酸不通过制动装置回收回到前端，因为这种程序将减慢第一发酵酒精产品的速率。

在一些实施例中，在乳酸生产速率太低或需要更高的乳酸浓度时，第二发酵阶段(诸如图7的第二发酵75)用于多阶段蒸发器系统的中间。在蒸发器(例如，图7的蒸发20)之后/处取出糖浆，糖浆(该糖浆具有中等浓度)产生具有更高食物浓度的发酵基质，该基质能够产生更高的微生物生长速率。该更高的生产率使得较小的第二发酵罐能够由具有中等浓度的糖浆产生更高浓度的乳酸(例如，在图7的蒸发20之前蒸发一半的水)。

在一些实施例中，从如上所述的干磨过程中的第二发酵阶段生产更高浓度的乳酸。作为动物饲料中的饲料添加剂而有益的一些其他更高值的化学剂或营养物能够使用其他微生物来生成。例如，红法夫酵母和掷孢酵母属能够产生具有更高浓度的类胡萝卜素的饲料。

在一些实施例中，该方法包括：控制共同发酵系统中的高价值饲料有机体的培养生长，该共同发酵系统产生用于燃料和工业用途且允许培养基消耗基于非蛋白质和碳水化合物这两者的产品。该方法产生增强饲料副产品及其关联的营养价值的产品。本文公开的方法生长独特的价值增加的副产品，诸如用于单胃和反刍饲料市场的无霉菌毒素的动物饲料。这些市场包括水产养殖、家禽、猪、宠物以及牲畜。

在一些实施例中，所引入的培养基使用来自所处理玉米和酵母代谢产物的非可发酵和可发酵化合物这两者。培养基产生有价值的代谢物，该代谢物使用典型的设备被进一步处理，并且包含在设施产生的副产品饲料中。这些专门设计的饲料由培养基和酵母的代谢物来增强，并且具有更高的可消化性和独特的营养价值。

在一些实施例中，系统和方法以受控方式培养连续接种体。系统使用支持生长培养基的、恒定接收新鲜原料的反应器(具体为发酵池)。接着，该系统用于播种用于制作乙醇的、可发酵糖之后的分批发酵容器。在特定时间并且以特定接种速率从连续发酵池反应器，利用培养基来接种容器(现有发酵器)。所培养的有机体和传统的酿酒酵母在共享反应器中共同发酵预定时长，然后被转移到连续反应器(发酵池)，以为新的批次让出空间。这作为提高共同发酵速率和生产率的一种方式，该方式也为序列中的下一批次提供培养基。

在一些实施例中，该方法包括根据市场情况和饲料规范而在任意时间改变培养基的能力。增强的饲料产品包括营养物(包括乳酸、抗氧化物、类胡萝卜素以及氨基酸)中的一个或多个。上面提及的营养物在动物饲料中可被高度消化并且是可期望的。在一些实施例中，该方法能够通过去除霉菌毒素并且共同发酵生物有机体以生产具有更高价值的动物饲料来增强动物饲料。

实施例

示例1：向糖浆罐引入乳酸细菌的隔离种群。发生允许该隔离种群在糖浆中复制并消耗作为碳源的碳水化合物的发酵过程，并且在预定条件下产生作为代谢物的乳酸。最终产品含有高水平(比开始高4倍)的乳酸和乳酸细菌这两者，以及存在于未处理糖浆中的必要营养物。

示例2：在浓缩之前将隔离种群引入到酒精废液罐，以耗尽碳水化合物并产生乳酸。由蒸发浓缩过程中的热量杀死隔离种群，以产生糖浆。作为经浓缩的营养丰富的液体，糖浆用作像益生菌激发剂的基质来培养由养畜生产者选择的益生菌。在使用期间，稀释糖浆，以增加益生菌群并提高益生菌的活性。

示例3：在浓缩之前将隔离种群引入到酒精废液罐，以耗尽碳水化合物并产生乳酸。由浓缩过程中的热量杀死隔离种群，以产生糖浆。根据预定要喂什么动物而将所选益生菌引入到糖浆中。在最佳存储条件下贮存具有益生菌的糖浆，以保持益生菌活着但不强迫活跃生长。随着产品到达用户，用户能够添加预定比例的水来稀释糖浆，并且使细菌益生菌恢复活力。具有益生菌的被稀释糖浆能够在短时段内被存储，这允许益生菌复制到期望的浓度，以使性能最大化。

示例4：将有利的微生物隔离种群，即益生菌，直接引入到糖浆并消耗所有可消耗的碳水化合物，以在繁殖的同时生成乳酸。在繁殖达到饱和且乳酸达到最大转换之后，益生菌进入活着但不生长状态(稳定期)，并且酵素能够作为乳酸和益生菌增强的动物添加剂或作为用于工厂废水处理的液体益生菌菌种直接销售。

示例5：在糖浆发酵之后，酵素能够被分成酵素的液体部分和泥状的高度浓缩的不溶固体，该不溶固体包括益生菌。泥状材料可以作为经浓缩的益生菌菌种膏直接销售，或者可以添加赋形剂，以制作用于动物饲料添加剂和工厂废水处理的益生菌粉。从糖浆分离的酵素的液体部分可以作为乳酸丰富的动物饲料添加剂销售，或者通过另外的浓缩处理，以产生经浓缩的乳酸丰富的动物饲料添加剂。

示例6：糖浆进一步通过浓缩处理，以产生经浓缩的糖浆。将具有动物饲料的特定功能的有益细菌隔离种群引入到经浓缩的糖浆中，以使细菌生长至稳定期。产品是功能增强的营养动物饲料。产品能够照原样销售或被进一步处理，以及作为用于动物饲料添加剂的浓缩液销售。

示例7：将产生乳酸的益生菌添加到经浓缩的糖浆中，以在复制的同时产生乳酸。在达到稳定期和最大转换率之后，产品是乳酸和益生菌丰富的动物饲料添加剂。产品照原样销售或被进一步处理为先前描述的普通糖浆酵素。

示例8：在第二发酵之前或之后添加蛋白酶，以进一步打破乳剂并提高玉米油的回收率。蛋白酶将蛋白质打碎成小分子，消除蛋白质的疏水和亲水特性，并且因此从乳液状态释放油滴。完成该步骤提高乳酸的重量百分比，并且还提高糖浆中活着的有益微生物的密度，产品能够作为经浓缩的动物饲料添加剂销售。

示例9：从图7的第一发酵23(用于酒精生产的过程)的最后取得用于第二发酵过程的培养基源。将来自第一发酵过程最后的材料的25％体积(100ml)添加到已经被冷却至90度华氏温度或更冷的半浓缩糖浆的75％体积(300ml)中。用苛性钠将糖浆调节至ph6，以允许微生物在葡萄糖、麦芽糖和剩余淀粉上生长。在90度华氏温度下培养混合物5天。在培养期间，乳酸浓度随着微生物生长而增加多于4倍。如图7的第二发酵73和75所显示的，这表明了来自第一发酵的一定体积的发酵材料能够被添加到一定体积的被冷却且调节了ph的半浓缩糖浆或经浓缩的糖浆，以产生乳酸。

图11包括根据一些实施例的、把要添加到第二发酵的、来自第一发酵的物质的一部分当作生长营养物的方法的示例9的实验结果。

在一些实施例中，本文公开的营养增强过程应用于产生有机废物的其他领域，能够用于产生高价值的动物饲料成分。例如，每年从蔬菜农场产生大量的蔬菜废物。这些蔬菜废物含有纤维素、半纤维素、淀粉、糖、蛋白质、维生素、抗氧化物以及必要的元素。纤维素和半纤维素能够被降解为生长益生菌并产生有机酸的单糖。它们中的剩余部分是用于动物的可容易获取的营养物，并且在合适的处理程序之后更可进入。

本文所描述的实施例提供了一种在处理之前从玉米粒去除霉菌毒素的方法，该方法降低了在基于玉米的乙醇工厂处生产的动物饲料中的霉菌毒素的浓度。使用本文公开的过程生产的无霉菌毒素动物饲料能够用于在不考虑与霉菌毒素关联的负健康效应的情况下喂动物。此外，本文描述的过程产生适于喂年幼动物的低不溶物、低纤维的营养可溶流。该可溶流含有玉米和酵母化合物的混合物，酵母化合物具有高可消化性且优选地适于幼小动物。该流含有氨基酸、矿物质以及酵母化合物的混合物，该混合物提供含有生长因子的饲料。可溶流可以被浓缩为具有大约80％的固体，这通过限制该阶段有机体的生长提高保质期，并且降低了世界各地的运输成本。在一些实施例中，幼小的猪和水产养殖喂料系统能够使用具有生长因子的该高营养的可溶流来加强增重并促进观赏鱼和藻类生长。藻类本身变成用于水产养殖系统中的更大有机体(即，鱼、甲壳类动物以及虾)的优秀饲料。藻类生长含有可以加强整个水产养殖生态系统的蛋白质、纤维、脂肪以及矿物质。

在一些实施例中，本文所使用的术语“培养”指的是细菌和/或组织细胞在含有营养物的人工基质中的培养法。在一些实施例中，本文所使用的术语“养殖”指的是将(组织细胞、细菌等)维持在适于生长的条件中。在一些实施例中，本文所使用的术语“培养基”指的是微生物(诸如酵母)。

在一些实施例中，方法包括：生产有机酸，以利用饲料中减少/避免的抗生化合物来丰富用于加强动物性能的动物饲料。该方法包括在动物饲料产品中生产并包含益生菌。

在使用时，本发明的方法和系统可以产生营养价值增强的动物食物。营养物包括动物饲料中可高度消化的并且可期望的乳酸、抗氧化物、类胡萝卜素以及氨基酸。进一步地，本文公开的方法和系统能够用于通过去除霉菌毒素来加强动物饲料。

在操作时，首先冲洗、液化并发酵作为原料的玉米。在一些实施例中，向第二发酵罐添加新培养基，作为二次发酵。在一些实施例中，第二发酵处于以下位置处：1)第一发酵与蒸馏之间的发酵池；2)蒸馏和纤维/蛋白质分离之后的酒精废液罐；3)酒精废液贮存罐之后的半浓缩糖浆罐；4)蒸发器之后的糖浆；和/或5)浓缩糖浆。

已经鉴于包含细节的具体实施例描述了本发明，以促进对本发明的构建原理和操作的理解。这里对具体实施例及其细节的这种参照不旨在限制所附权利要求的范围。本领域技术人员容易清楚的是，可以在不偏离如由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，在为图示选择的实施例中进行其他各种修改。