专利名称：：乙醇发酵的补料和包括补充组分的方法乙醇发酵的补料和包括补充组分的方法相关申请的交叉参考根据35U.S.C.§120，本申请要求享有2006年6月29日提交的美国临时申请号60/806,192的优先权，其所有内容在这里引作参考。
背景技术：
：发明领域本发明总体涉及乙醇生产，更具体地，涉及用于提高从分级分离的和其它低营养的底物生产乙醇的补充组分。背景信息在乙醇发酵工艺中，酵母和酶与淀粉谷类或植物(例如，玉米)混合，产生用于饮料、燃料和工业用途的乙醇。国内的燃料乙醇生产主要使用玉米作为干研磨工艺中的发酵底物，该工艺包含研磨玉米，并与水混合，产生料浆。加热料浆，得到料浆淀粉。将淀粉液化、糖化和发酵，生成乙醇。在工艺结束时，可以回收剩余的胚芽、纤维和蛋白，并用作动物食物产品，后者称作蒸馏器干燥的含有可溶物的谷物(DDGS)。玉米分级分离技术可用于降低蒸馏器干燥的含有可溶物的谷物的量，并通过产生有附加值的副产物，提高工艺的收益率。在分级分离工艺中，从果皮纤维分离胚芽。对胚乳部分进行发酵，但是结果与完整磨碎的玉米相比在乙醇生产的速度和乙醇产率方面较差，因为在发酵过程中酵母不再能得到在分级分离过程中去除的营养物的损失。仍然需要能从已经在分级分离工艺中丧失营养物的植物材料生产增加量乙醇、同时降低低价值的副产物的量的方法。还仍然需要能从缺乏营养物的植物材料生产乙醇的方法。发明概述简单地描述，根据本发明的一个方面，在一个实施方案中，生产乙醇的工艺包括下述步骤(a)用fractionated(分级分离的)植物材料的slurry(料浆)制备mash(糊状物)；(b)糖化该糊状物；(c)向该糊状物中加入选自下述的添加物粗维生素B来源，脂质，植物油馏出物，有机氮，和它们的混合物；(d)用微生物发酵糊状物，制备发酵液；和(e)从发酵液回收乙醇。根据本发明的另一个方面，在另一个实施方案中，生产乙醇的工艺包括下述步骤(a)用缺乏营养物的植物材料的料浆制备糊状物；(b)糖化该糊状物；(c)向该糊状物中加入选自下述的添加物粗维生素B来源，脂质，植物油馏出物，有机氮，和它们的混合物；(d)用微生物发酵糊状物，制备发酵液；和(e)从发酵液回收乙醇。发明详述根据本发明的一个方面，在一个实施方案中，生产乙醇的工艺包括下述步骤(a)用分级分离的植物材料的料浆制备糊状物；(b)糖化该糊状物；(c)向该糊状物中加入选自下述的添加物粗维生素B来源，脂质，植物油馏出物，有机氮，和它们的混合物；(d)用微生物发酵糊状物，制备发酵液；和(e)从发酵液回收乙醇。分级分离的植物材料可以选自玉米和高粱属的植物。分级分离的植物材料包括玉米的胚乳部分。添加物可以是粗维生素B来源。粗维生素B来源可以是苜蓿、香蕉、马铃薯、酵母的提取物，和它们的混合物。粗维生素B来源可以包括B1，B2,B6，烟酰胺，泛酸，PABA，肌醇和叶酸。粗维生素B来源的加入量可以是10ppm至5%(w/w)。添加物也可以包括脂质。添加物可以包括脂质和粗维生素B来源。添加物也可以包括脂质和有机氮，且还可以包括蛋白酶。脂质可以选自脂肪酸酯，一元醇和多元醇的酯，脱水山梨糖醇酯，脱水山梨糖醇酯乙氧基化物，烷基苯基乙氧基化物，甘油三酯乙氧基化物，甲基和乙基酯，和它们的混合物。脂质的加入量是50ppm至5000ppm。添加物也可以包括植物油馏出物。添加物也可以包括粗维生素B可以包括蛋白酶。植物油馏出物的加入量是50ppm至5000ppm。添加物也可以包括脂质和植物油馏出物。添加物也可以包括有机氮，且还可以包括蛋白酶。添加物也可以包括粗维生素B来源，脂质，和有机氮，且还可以包括蛋白酶。添加物也可以包括粗维生素B来源，植物油馏出物，和有机氮，且还可以包括蛋白酶。添加物也可以包括粗维生素B来源和有机氮且还可以包括蛋白酶。微生物可以是酵母，例如，酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)。微生物可以是细菌，例如，大肠杆菌(Escherichiacoli)或运动发酵单胞菌(Zymomonasmobilis)。步骤(b)，(c)和(d)可以连续地和同时地进行，且步骤(c)可以与步骤(d)同时进行。根据本发明的一个方面，在另一个实施方案中，生产乙醇的工艺包括下述步骤(a)用缺乏营养物的植物材料的料浆制备糊状物；(b)糖化该糊状物；(c)向该糊状物中加入选自下述的添加物粗维生素B来源，脂质，植物油馏出物，有机氮，和它们的混合物；(d)用微生物发酵糊状物，制备发酵液；和(e)从发酵液回收乙醇。添加物可以包括粗维生素B来源。粗维生素B来源可以是苜蓿、香蕉、马铃薯、酵母的提取物，和它们的混合物。粗维生素B来源可以包括B1，B2，B6，烟酰胺，泛酸，PABA，肌醇和叶酸。粗维生素B来源的加入量可以是10ppm至5%(w/w)。缺乏营养物的植物材料可以选自小麦、小米、大麦、黑麦、生物质和它们的混合物。脂质可以选自脂肪酸酯，一元醇和多元醇的酯，脱水山梨糖醇酯，脱水山梨糖醇酯乙氧基化物，烷基苯基乙氧基化物，甘油三酯乙氧基。添加物也可以包括植物油馏出物和有机氮，且还化物，甲基和乙基酯，和它们的混合物。脂质的加入量是50ppm至5000ppm。植物油馏出物的加入量是50ppm至5000ppm。添加物可以包括有机氮，且还可以包括蛋白酶.微生物可以是酵母，例如，酿酒酵母。微生物可以是细菌，例如大肠杆菌或运动发酵单胞菌。步骤(b)，(c)和(d)可以连续地和同时地进行，且步骤(c)可以与步骤(d)同时进行。定义如本文所使用的，术语"包含"，"含有"，"包括"，"具有"，或它们的任何其它变体，意在涵盖非排它的内含。例如，包含一列元素的工艺、方法、物品或装置不必定仅限于这些元素，而可以包括未特别列出的或这样的工艺、方法、物品或装置内在固有的其它元素。另外，除非另有相反的特别说明，术语"或"指包含性的"或"，不是指排它性的"或"。例如，下面的任一种情况都满足条件A或B:A是正确的(或存在)且B是错误的(或不存在)；A是错误的(或不存在)且B是正确的(或存在)；以及A和B都是正确的(或存在)。如本文使用的术语"一种"或"一个"用于描述本发明的元素和组分。这仅仅是为了方便，和提供本发明的一般含义。除非另有相反说明，本文的描述应当解读成包括一个(种)或至少一个(种)，且单数也包括复数。术语"糊状物"指与水混合在一起产生料浆的磨碎的植物材料。术语"分级分离的植物材料"指能被分级分离的植物材料，包括但不限于玉米和高粱属的植物，例如，蜀黍。分级分离的植物材料包括胚芽，果皮纤维，和胚乳。胚乳用于发酵工艺中。术语"缺乏营养物的植物材料"指可能缺少完成发酵工艺所必需的营养物的植物材料，包括但不限于小麦，小米，大麦，黑麦和生物质，例如，柳枝稷。术语"微生物"指发酵工艺的催化剂，包括但不限于酵母和细菌。术语"发酵"指提供发酵物质的化学途径。广义上，"发酵"是酶促控制的有机化合物的转化。在乙醇发酵(使用酵母和酶和可能的其它微生物)中，存在富能化合物的厌氧分解(碳水化合物分解成二氧化碳和醇，或分解成有机酸)。更具体地，从丙酮酸(通过糖酵解从葡萄糖分子形成)去除离子化的羧基，产生二氧化碳分子，且形成的分子(乙醛)接受氢离子，形成乙醇。术语糖酵解指通过糖酵解的酶将葡萄糖(在糊状物中形成)转化成丙酮酸。术语"脂质"包括但不限于脂肪酸酯(包括但不限于甲基和乙基酯)，一元醇和多元醇的酯，脱水山梨糖醇酯，脱水山梨糖醇酯乙氧基化物，烷基苯基乙氧基化物，和甘油三酯乙氧基化物，和它们的混合物。术语"植物油馏出物，，(VOD)指在植物油精制过程中，通过高温、低压、汽提植物油产生的化学脂肪流。VOD含有不皂化物和脂肪物质。在制备糊状物的全玉米粒干磨工艺中，将整个玉米粒或其它淀粉谷粒首先磨碎成粉(称作"粗粉")，并在不分离谷粒的各种不同部分的情况下进行加工。将粗粉与水一起拌浆，制成糊状物。加入糊状物的酶将淀粉转化成右旋糖，这是一种简单的糖。加入氨进行pH控制，并作为酵母的营养物。在分级分离的乙醇糊状物中，将玉米粗磨料(胚乳碎片，通过分级分离去除胚芽和果皮纤维)与60'C的水混合，得到具有25%固体的料浆。在90X:，使用G.13%(w/w)a淀粉酶液化料浆9Q分钟。将液化的糊状物冷却至301C，使用10N硫酸将pH调节至4.2。通过加入0.1%葡萄糖淀粉酶(w/w固体计)，糖化经液化的糊状物，向其中加入0.008g/g(干固体)硫酸铵，以提供游离的氨基氮。同时，以O.035g/g干固体，给糊状物接种活性干酵母。应当理解，尽管例示了分级分离的玉米，本发明的该方面不限于玉米，且可以包括高粱属的植物，例如，蜀黍，和其它合适的植物材料来源。在分级分离工艺中，胚芽与果皮纤维分离。这些组分可以用作附加产物的来源，例如，胚芽油，和来自果皮和胚乳纤维的纤维油。玉米中的脂质通常存在于胚芽和糊粉层(在果皮下)中。从分级分离工艺得到并进行发酵的胚乳可能缺少营养物、离子、维生素和有机氮。营养物可以包括但不限于氧、磷酸盐、硫酸盐、镁、钙、锌和其它离子、维生素、和有机氮。尽管这些营养物、离子和维生素可能存在于糊状物中，各单种营养物的浓度可能不足，并导致较低的发酵率，从而导致较低的乙醇产量。有利地，在本发明的一个方面，已经发现向糊状物加入粗维生素B来源，会导致从分级分离的植物材料或缺乏营养物的植物材料生产乙醇增加。另外，通过使用分级分离的植物材料，例如，玉米的胚乳，还有另一个优点，因为剩下较少的废产物。分级分离工艺的目的是回收有附加值的副产物(胚芽和果皮纤维)，根据本发明的一个方面，乙醇的生产有利地不再需要它们。有利地，在本发明的另一个方面，向糊状物加入脂质或脂质混合物，会使酵母(或细菌)保持代谢活性尽可能长的时间，以得到提高的乙醇产率。脂质的添加有助于稳定酵母膜。脂质的添加也会提高乙醇耐受性。令人惊奇地，发现在本发明的一个方面，使用乙氧基化的化合物是有用的，它可以赋予对升高的乙醇浓度的有害作用的顺应性。通过向糊状物加入脂质，会增加对酵母有毒的乙醇的生产。脂质的添加也可以替代分级分离工艺损失的营养物，所述营养物是发酵工艺必需的，或为缺乏营养物的植物材料提供必要的营养物。在本发明的另一个方面，植物油馏出物的添加，会有利地提供必要的营养物，后者是当使用分级分离的植物材料或当植物材料缺乏营养物时所不能得到的。尽管可以将粗维生素B的其它合适的来源加入糊状物中，合适的粗维生素B来源(包括富含短链肽的有机氮)是AGRIMULNSV20,可从CognisCorporation,0hio得到。AGRIMULNSV20源自祠料作物，且可以以提取物形式得到。饲料作物包括苜蓿，三叶草，和巢菜属植物。AGRIMULNSV20包括生物素，胆碱，叶酸，肌醇，烟酸，泛酸，维生素Bl，B2和B6，和对氨基苯甲酸(PABA)。在糊状物中AGRIMULNSV20的典型装载量是500ppm。粗维生素B的其它合适的来源包括香蕉、马铃薯、酵母的提取物，和它们的混合物。适用于本发明的酵母包括但不限于可商业得到的酿酒酵母。合适的细菌包括但不限于大肠杆菌。合适的VOD可以在世界范围内从许多商品供应商得到。可以从Genencor得到的一种合适的蛋白酶是GC106。该蛋白酶来源是黑曲霉(Aspergillusniger)。蛋白酶的典型装载量是500-1000ppm。除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解相同的含义。尽管与本文所述的方法和材料相似或等同的方法和材料可以用于实施或测试本发明，下面描述了合适的方法和材料。另外，材料、方法和实施例仅仅是解释例示性的，无意进行限制。实施例实施例1'在合适的容器中的发酵工艺中，微生物的合适的培养基可以包括下面的组分和量，尽管也可以得到其它合适的培养基:合成培养基(酿酒酵母)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>加上痕量的硼酸，Co，Cu，Zi，Mn，I，Fe，Al，生物素，泛酸，肌醇，硫胺，维生素B6，PABA，烟酸半合成培养基(运动发酵单胞菌<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>乙醇发酵条件<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>使用上面定义的参数，可以将下面的组分加入分级分离的玉米的糊状物中，得到提高的乙醇产量(1)粗维生素B来源；(2)脂质；(3)植物油馏出物；(4)粗维生素B来源和脂质；(5)粗维生素B来源和植物油馏出物；(6)粗维生素B来源，脂质，和植物油馏出物；(7)脂质和植物油馏出物；(8)任何上述组分和有机氮源；和(9)有机氮源，和加入任何上述组分(包括有机氮)中的蛋白酶。上面定义的参数可以可选地用于缺乏营养物的植物材料，联合上面的(1)至(9)。当缺乏营养物的植物材料包括生物质时，可以用纤维素酶处理糊状物，以提高乙醇产量。应当理解，可以通过离散注入或通过连续的或半连续的分批补料操作，在整个发酵过程中加入上面的组分。基于起始的植物材料，发酵过程所需的营养物可能不存在，或在活性发酵过程中丧失。例如，营养物可被耗尽，或者酵母或细菌的生存力可在发酵过程中下降。为了得到最大的产率，加入营养物来继续该过程或提高反应速率。实施例2在本实施例中，与对照品相比测试了4种脂质添加物(A-D)。A:25%来自以VOD开始的生育酚精制过程的废液和75。yi菜籽油乙氧基化物；B:25%来自以VOD开始的生育酚精制过程的废液和75%聚乙二醇(PEG)400单硬脂酸酯；C:■;D:脱水山梨糖醇单油酸酯；和E:对照(无脂质)。以500ppm和1000ppm的装载量，加入脂质添加物。在0，24，48和72小时，得到样品点。在200mL实验室装置中，进行发酵操作。维生素添加物包括常规的B族维生素和粗维生素B和有机氮源，后者可从俄玄俄州的CognisCorp.以商品名AgrimulNSV20得到。B族维生素的加入量为500ppm。表1和2给出了实验的结果。表l对于500ppm水平的脂质添加物的乙醇浓度乙醇浓度(％v/v)时间(小时)0244872无B族维生素/有机氮A0.166.338.4613.01B0.206.6212.3913.48C0.145.078.5313.83D0.126.109.9413.21E0.186.3510.7012.90B族维生素A0.247.2812.6515.14B0.146.7212.8015.27C0.187.9312.4314.99D0.327.5013.1214.88E0.187.899.8815.14有机氮和蛋白酶A0.187.4813.4915.22B0.228.4312.0314.96C0.168.2113.2515.30D0.178.7713.9815.53E0.208.6313.8115.57表2对于IOOOppm水平的脂质添加物的乙醇浓度乙醇(％v/v)时间(小时)0244872无B族维生素/有机氮A0.106.6010.7713.21B0.116.7010.9213.36C0.116.6510.3613.53D0.106.7110.7012.59E0.116.7310.7513.18B族维生素A0.107.5912.3914.87B0.107.2912.8415.04C0.107.6512.4314.80D0.117.8113.1315.18E0.107.9613.8315.65有机氮和蛋白酶A0.118.7114.5815.47B0.098.3114.4715.48C0.108.4813.5515.66D0.098.3914.0715.64E0.118.7015.0415.63如上面的表1和2所示，意料不到的结果是，当将对照处理(E)与加入B族维生素或粗B-维生素/有机氮源(Agrimul⑧NSV20)+蛋白酶的结果相对于"无B-维生素/有机氮"亚组进行比较时，乙醇产率的显著提高。作为加入25%来自以V0D开始的生育酚精制过程的废液和75i聚乙二醇(PEG)400单硬脂酸酯(B)或V0D(C)的结果，当对比无添加的对照(E)时，在"无B-维生素/有机氮"亚组内也可观察到乙醇产率的提高。还测量了这些实验中的葡萄糖浓度。下面的表3和4给出了结果。表3对于500ppm水平的脂质添加物的葡萄糖浓度<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表4对于IOOOppm水平的脂质添加物的葡萄糖浓度<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>如上面的表3和4所示，作为加入B族维生素或粗B-维生素/有机氮源(AgrimulNSV20)+蛋白酶的结果，当与"无B-维生素/有机氮"亚组相比较时，在对照处理(E)中可以看到的葡萄糖利用的显著提高，证实了表1和2的乙醇产率的显著提高。作为加入25%来自以V0D开始的生育酚精制过程的废液和？5。/。聚乙二醇(PEG)400单硬脂酸酯(B)或VOD(C)的结果，当对比无添加的对照(E)时，在"无B-维生素/有机氮"亚组内也可观察到葡萄糖利用的提高。已经参考具体实施方案描述了本发明。但是，本领域的普通技术人员会明白，可以进行多种改进和变化，而不脱离权利要求所述的本发明的范围。例如，已经描述了多种植物材料，但是也可以使用替代来源。另外，该过程用于胚乳发酵，但是全粒、千磨发酵也可能是合适的。因此，应当以解释例示性的方式(而不是限制性的观点)看待说明书和实施例，所有这样的修改都旨在包含在本发明的范围内。上面已经参考具体实施方案描述了益处、其它优点和问题的解决方案。所述益处、优点、问题的解决方案和可能造成任何益处、优点或解决方案发生或变得更显著的任何元素，都不应当理解为对任一项或全部权利要求而言关键性的、需要的或必需的特征或元素。权利要求1.生产乙醇的方法，其包含下述步骤(a)用分级分离的植物材料的料浆制备糊状物；(b)糖化该糊状物；(c)向该糊状物中加入选自下述的添加物粗维生素B来源，脂质，植物油馏出物，有机氮，和它们的混合物；(d)用微生物发酵糊状物，制备发酵液；和(e)从发酵液回收乙醇。2.根据权利要求1的方法，其中步骤(c)的添加物包含粗维生素B来源。3.根据权利要求1的方法，其中步骤(c)的添加物包含粗维生素B来源和脂质。4.根据权利要求1的方法，其中步骤(c)的添加物包含粗维生素B来源，脂质，和有机氮。5.根据权利要求4的方法，其中添加物还包含蛋白酶。6.根据权利要求1的方法，其中步骤(c)的添加物包含粗维生素B来源和植物油馏出物。7.根据权利要求1的方法，其中步骤(c)的添加物包含粗维生素B来源，植物油馏出物，和有机氮。8.根据权利要求7的方法，其中添加物还包含蛋白酶.9.根据权利要求1的方法，其中步骤(c)的添加物包含粗维生素B来源和有机氮。10.根据权利要求9的方法，其中添加物还包含蛋白酶。11.根据权利要求l的方法，其中步骤(c)的添加物包含脂质。12.根据权利要求1的方法，其中步骤(c)的添加物包含脂质和有机氮。13.根据权利要求12的方法，其中添加物还包含蛋白酶。14.根据权利要求1的方法，其中步骤(c)的添加物包含植物油馏出物。15.根据权利要求1的方法，其中步骤(c)的添加物包含植物油馏出物和有机氮。16.根据权利要求15的方法，其中添加物还包含蛋白酶。17.根据权利要求1的方法，其中步骤(c)的添加物包含脂质和植物油馏出物。18.根据权利要求l的方法，其中步骤(c)的添加物包含有机氮。19.根据权利要求18的方法，其中添加物还包含蛋白酶。20.生产乙醇的方法，其包含下述步骤(a)用缺乏营养物的植物材料的料浆制备糊状物；(b)糖化该糊状物；(c)向该糊状物中加入选自下述的添加物粗维生素B来源，脂质，植物油馏出物，有才几氮，和它们的混合物；(d)用微生物发酵糊状物，制备发酵液；和(e)从发酵液回收乙醇。21.根据权利要求20的方法，其中步骤(c)的添加物包含粗维生素B来源。22.根据权利要求20的方法，其中步骤(c)的添加物包含有机氮。23.根据权利要求22的方法，其中添加物还包含蛋白酶。全文摘要提供了一种生产乙醇的方法，包括(a)用分级分离的植物材料的料浆制备糊状物；(b)糖化该糊状物；(c)向该糊状物中加入选自下述的添加物粗维生素B来源，脂质，植物油馏出物，有机氮，和它们的混合物；(d)用微生物发酵糊状物，制备发酵液；和(e)从发酵液回收乙醇。还提供了一种生产乙醇的方法，包括(a)用缺乏营养物的植物材料的料浆制备糊状物；(b)糖化该糊状物；(c)向该糊状物中加入选自下述的添加物粗维生素B来源，脂质，植物油馏出物，有机氮，和它们的混合物；(d)用微生物发酵糊状物，制备发酵液；和(e)从发酵液回收乙醇。文档编号C12P7/10GK101096688SQ20071010427公开日2008年1月2日申请日期2007年5月23日优先权日2006年6月29日发明者D·奥斯特,J·D·温策尔申请人:科宁知识产权管理有限公司