从乙醇生产中产生可食用残留物的制作方法
【专利说明】从乙醇生产中产生可食用残留物
[0001]本申请是申请日为2010年10月12日、申请号为201080046116.9、发明名称为“从乙醇生产中产生可食用残留物”的发明专利申请的分案申请。
[0002]相关申请
[0003]本申请要求在2009年10月14日提交的美国临时申请序列号61/251.610的优先权。
技术领域
[0004]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。
【背景技术】
[0005]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The 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。
[0006]美国专利申请号20060127999，“Processfor producing ethanol from corn drymilling”，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”和美国专利号6，509，180^Process for producing ethanol ”各自通过引用将其全部并入本文。
【发明内容】
[0007]—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lOOpprn ;可食用残留物含有失活的抗生素，如下文所讨论的。
[0008]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 drygrains，DDG)，或木质素、未发酵糖(例如木糖、阿拉伯糖)、矿物质(例如粘土、二氧化娃、硅酸盐)的混合物，以及在某些情况下是未消化的纤维素。
[0009]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25ppm，少于lOppm，或甚至少于lppm。
[0010]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。
[0011]—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。
[0012]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lppm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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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(DDGS)。可以在照射之前、期间或之后进行干燥。
[0016]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。
【附图说明】
[0017]图1是举例说明制备乙醇和酒糟的示例图。
具体实施方案
[0018]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。
[0019]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W02008/03186中，其全部公开内容通过引用并入本文。
[0020]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(20)。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]使用汽提塔(22)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(24)例如精馏器对乙醇进行蒸馏。最终，使用份子筛(26)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。
[0024]另外一个流从汽提塔(22)的底部流出并通过离心机(28)。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)。
[0025]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。
[0026]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γ辐射。
[0027]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5MRad，例如大约IMRad-大约3MRad。
[0028]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。
[0029]—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。
[0030]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W02008/073186中公开的。
[0031]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