谷物加工的制作方法
【专利说明】谷物加工 发明领域
[0001] 本发明提供了一种由废固体物料生产沼气和/或甲烷的方法，所述废固体物料包 括源自由麦芽和谷物蒸馏进行的酒精生产和/或燃料酒精生产的那些。本文还提供了一种 从如源自由麦芽和谷物蒸馏进行的酒精生产和/或燃料酒精生产的固体物料生产沼气和/ 或甲烷的系统。
[0002] 发明背景
[0003] 由能源作物如玉米青贮饲料或草青贮饲料的厌氧消化生产沼气是在欧洲已经良 好建立的实践。仅德国就有多于7000个厌氧消化池，主要操作能源作物生产沼气。通常能 源作物可以具有介于8-15% (基于干重）蛋白质浓度，使它们适用于厌氧消化。通过厌氧 消化这种方法产生的沼气通常用于经由燃气发动机和废热锅炉产生电、蒸汽和热水。许多 这些装置是大规模的并能够产生20至40Mff/h之间的电力。围绕绿色电价的政府补贴使能 源作物转化成沼气在欧洲和英国都成为一个真正的商业命题。
[0004] 虽然这种消化池已经用于能源作物废料的消化，但是很少有人注意到来自酒厂和 其它源的废弃产物。此外，包括酿酒厂的一些行业具有固体和液体废料，而能够同时加工固 体和液体废料将会是合乎需要的。
[0005] W02102/001417描述了一种由各种初始酒厂和/或啤酒厂副产物生产丁醇或丙酮 的方法，然而，没有建议如何由所述起始原料生产沼气和/或甲烷。然而，该专利申请教导 了，结合糟柏使用的酒糟应该稀释，因为它可能包含抑制量的铜。此外，该专利申请教导了， 碳水化合物源可能需要通过水解/或加酶进行预处理。此外，当糟柏结合酒糟进行消化时， 该专利申请教导了，所述糟柏要首先用酸和酶进行预处理。因此，所教导的用于碳水化合物 与糟柏特别是与酒糟共发酵的方法是相当复杂和劳动密集的。
[0006] 消除和/或减轻上述缺点之一是本发明众多目的之一。
[0007] 发明概沐
[0008] 本发明基于本发明人所进行的利用来自麦芽/谷物蒸馏过程的废弃产物而生产 沼气/甲烷和可选的其它商业上有用的产物的工作。具体而言，本发明人已经能够利用各 种蒸馏过程期间获得的许多废弃固体和任选的液体副产物。
[0009] 因此，在第一方面中，提供了一种用于制备沼气和/或甲烷的方法，所述方法包 括：
[0010] (a)提供浆料，所述浆料包含一种或多种固体废谷物产物；
[0011] (b)在pH 6. 6-7. 6的pH下对所述浆料进行包含产甲烷作用的厌氧消化，从而获得 沼气和液体消化物，并任选地进一步加工所述沼气而获得甲烷.
[0012] 应当理解的是，本发明能够以连续或半连续的方式运行。即可以连续添加和消化 新浆料物料，或可以在特定的时间点添加各批浆料。
[0013] 所述一种或多种固体废谷物（spent cereal)产物通常包括这样的固体物质：所 述固体物质获得自麦芽和/或谷物蒸馏、或蒸馏其它物质的生产，或获得自其它过程（包括 燃料酒精生产）。可以使用各种废谷物固体物质，包括谷物酿酒厂的废谷物，糟柏，啤酒谷 物，玉米等。除了所述废谷物之外，可能还有大量的蛋白质物质，如酵母，其在发酵过程期间 增加。事实上，合乎需要的是，除了富含碳水化合物的废物料之外，具有蛋白质物质，如存在 的酵母。这种废固体物质可能具有相对高的蛋白质值。例如，残渣是基于干重约22%的蛋 白质，而Vitagold? (废谷物材料，见下文）可以具有最多44%的蛋白质。
[0014] 谷物酿酒厂废谷物固体获得自废发酵酒醪（wash)。这是通常包含约5%的总悬浮 固体的废谷物和酵母浆料，其从连续蒸馏车间的发酵酒醪塔底部排出，或备选地，是由所有 在麦芽浆（mash)工艺中的谷物发酵酒醪罐式蒸馏罐蒸馏后留下的残余物。在废发酵酒醪 中悬浮固体的百分比是由具体的酒厂采用的最初浓度（original gravity)决定的。
[0015] 废发酵酒醪物料具有可溶性固体组分通常为约4%。最初浓度越高，悬浮的和可溶 性的固体浓度就越大。包含5%悬浮固体和4%可溶性固体的废发酵酒醪物料对于在65度 最初浓度操作的谷物酿酒厂是典型的。
[0016] 以上详细描述的数字是基于以9. 0% -酒精体积/体积进料至蒸馏的发酵酒醪操 作的粮食酒厂。然而，如果所述发酵酒醪强度较高，则在废发酵酒醪中的悬浮的和可溶性的 部分也将会较高。
[0017] 本发明人已经证明，对包含这种起始原料的浆料进行厌氧消化是可能的。取决于 任何具体的物质及其蛋白质/碳水化合物/脂肪量，可以提供起始物料的混合物，以提供最 佳水平的用于厌氧消化的可消化底物。然而，必需小心操作，以确保所述浆料的内容物适于 高效厌氧消化并任选地适于产生具有高度碳酸氢盐碱度的液体消化物。例如，本发明人已 观察到，当浆料中的固体包含显著大量的蛋白（> 大于20%蛋白干重）时，可能需要加入更 多微量营养素或拮抗剂，以促进厌氧过程和在尽可能短的时间内产生沼气。此外，可能需要 厌氧消化池中的高缓冲能力或高水平的碳酸氢盐碱度，以中和在厌氧过程中产生的任何酸 性产物，如当使用酸性原料时。
[0018] 在本发明一个特别优选的实施方式中，高碳酸氢盐碱度或缓冲能力可以通过利 用获得自另一厌氧消化过程的起子培养物的方式提供，正如W02013104911(作为附录原 始附加到优先申请的说明书中）中所述。合适的起子培养物/浆料（通常所述消化池的 3% -10% v/v，如4% -7% v/v)，如可从TO2013104911中描述的所述过程（或多个）中获 得的起子培养物/浆料，将包含适合本文中所述物料的厌氧消化的微生物（包括产甲烷菌） 的混合物，以及高缓冲能力。通过提供包含高缓冲能力以及微生物混合物的起子培养物，本 发明人已经观察到，可以不需要所述方法的额外pH控制。因此，向所述浆料中加入起子培 养物可能导致达到所需的6. 6-7. 6的pH，或者，可能需要初始pH控制以达到所需的pH值范 围，但此后可能不需要进一步的额外的PH控制。不受理论所束缚，据认为，所述高缓冲能力 足够开始所述厌氧过程，并一旦开始则所述过程就能自持。也就是说，一旦开始，所述厌氧 过程能够继续产生进一步的碳酸氢盐碱度或缓冲能力，而使进一步添加浆料不会抑制或损 害所述厌氧过程。本发明人已观察到，一旦开始，随着所述沼气和液体消化物被移出，它们 能够连续地再向所述过程引入新鲜的浆料。因此，本发明可以作为连续方法提供。
[0019] 正如本发明人观察到的，蒸馏/酿造过程的某些固体废物产物各自可能不是厌氧 消化的最佳起始源，且可能适宜的是，将来自酒厂/酿造过程的固体废物与第二或其它固 体废物产物混合，来提供改进的可消化材料。例如，可能适宜的是，将来自谷物酒厂的废谷 物与另一种酒厂/酿造固体废物产物或农业废产物如青贮饲料混合。此外，虽然青贮饲料 已单独用于厌氧消化池中，但其与本发明的废谷物物料的组合，可以提供在厌氧过程自身 和/或导致此后的厌氧消化的后续固体物料方面的优势。
[0020] 谷物酒厂废谷物和废酵母固体（悬浮固体）通过机械装置从废发酵酒醪后连续蒸 馏或罐式蒸馏器蒸馏回收。根据所使用的机械分离装置，从谷物蒸馏回收的废谷物和酵母 的干物质含量通常将在28%至40%之间干固体范围内。用于从废发酵酒醪中分离出废酵 母和废谷物固体的典型机械设备有：
[0021] (a)压滤机、膜压滤机或带式压滤机。
[0022] (b)倾析式离心机。
[0023] 来自废弃发酵酒醪浆料中的总悬浮固体的操作效率和回收百分率的范围将为对 于倾析式离心机的70%至对于压滤机的98%回收的废谷物的水分含量也将随着用于回收 的机械设备的类型而变化。例如，倾析式离心机将以大约28%的干物质从废弃发酵酒醪中 收回悬浮固体，而过滤器则可以以最多40%的干物质从废弃发酵酒醪中回收悬浮固体。
[0024] 通常情况下，对于谷物酿酒厂，固体副产物是湿固体，或固体副产物可以与所述浓 缩的可溶组分（蒸发的）在初始机械分离之后合并并干燥。所述产物统称为酒厂干燥的谷 物。
[0025] 对于谷物酒厂的湿固体和干副产物都存在商标名。一种这样的湿固体物料是在主 要由小麦生产酒精中产生的Vitagold?。谷物与麦芽和水在压力蒸煮器操作中混合而从谷 物中释放糖。随后加入酵母而将所述糖发酵成酒精。这随后从混合物中在高温下蒸馏出来 而所有固体仍在原位。然后将固体加压而提取多余的水分使之留下易碎的