处理谷物的方法与流程

本申请要求于2016年4月4日提交的美国临时申请第62/317,807号的优先权，其全文在此以参引的方式纳入本文。

背景技术：

本申请公开了一种处理谷物(例如玉米)的方法，包括：磨制谷物以得到谷物胚芽保持完整的磨制谷物；然后通过将该磨制谷物与水和至少一种酶混合制成混合物，所述酶选自蛋白酶、阿尔法淀粉酶、葡糖淀粉酶、细胞壁降解酶中及其混合；所述混合物的ph任选地被调节至大约3.5至大约6.5；培养该混合物约1至3小时以制备培养混合物。

大部分当今的燃料乙醇工厂正使用相似的工艺制备干酒糟及其可溶物(ddgs)，其中一些生产液态二氧化碳，多数生产后发酵谷物油作为其唯一的副产物。若干工厂改进了工艺以在发酵前应用干磨分馏工艺，从而回收胚芽和果皮纤维。一些工厂使用湿分离工艺，生产一种富含蛋白质(约50％的蛋白质)并具有相对较低的纤维含量的饲料作为新的副产物。其他变化大部分严格地针对工艺改进并且不会产生额外的新副产物。

在乙醇发酵之前使用干磨蒸馏工艺去除胚芽和果皮纤维相对于传统工艺具有节约能量的优势，因为被去除的组分在分离和去除之前未被润湿。然而，不利的是，干蒸馏工艺会去除一些胚芽组分高效发酵所必须的营养物，且若工艺完成得不合适，会丢失大量的淀粉。胚芽的油分浓度也较低因为其保留了这些可溶组分；此外，果皮纤维本身并非特别有价值的副产物。

湿分馏工艺，例如快速胚芽/纤维工艺或e-磨工艺，需要较多的能量用以干燥，但是其相较于干分馏不会损失发酵营养物或与那样多的淀粉(singh,v.和s.r.eckhoff,cerealchemistry,73(6):716-720(1996)；singh,v.等,cerealchemistry,82(2):187-190(2005)；murthy,g.s.等,cerealchemistry,83(5):455-459(2006)；murthy,g.s.等,industrialbiotechnology,7(4):298-307(2011)；美国专利6,899,910)。胚芽的油分浓度相对于干磨胚芽较高，因此使其与产自湿磨工艺的胚芽同样有价值。两种胚芽回收工艺中，重要的是胚芽在磨制工艺中不被破坏，否则油会流失。

在干工艺中，在使用专用的磨进行磨制前，需要对谷粒软化(temper)(其提高谷粒中的水分含量)。还需要进行筛分和空气分级的步骤以分离磨制后的组分。在现有的湿分馏工艺中，在使用齿盘式磨粉机磨制前，整个谷粒需要被浸润在水中约3小时至约12小时。这阻止了磨制过程中胚芽的破坏，并且有助于从分离的组分中取出胚乳(和淀粉)。水合还会使得可溶组分从胚芽中滤出，其帮助发酵并且有助于浓缩胚芽内的油。在干分馏工艺中，这些可溶组分的流失导致发酵迟缓或停滞，并且迫使工厂使用干分馏不完全地回收胚芽并且/或者加入补充的营养物以减少这些问题。

一些将干分馏与湿磨结合了的工艺也以开发(美国专利3,597,274；美国专利4,181,748)。这些工艺的目标在于，首先通过干磨谷物分离淀粉，然后使用二氧化硫处理全部或部分的研磨谷粒以分离淀粉。这些工艺导致淀粉的显著流失，若其被应用在乙醇工艺中，从经济的角度来说是不能接受的。

我们实验室完成的关于开发e-磨(酶催湿磨)工艺的工作(美国专利6,566,125；johnston,d.b.和v.singh,cerealchemistry,78(4):405-411(2001))表明，蛋白酶的加入可以代替亚硫酸盐的化学加工并释放淀粉以便分离。我们随后在这种技术上进行扩展以开发胚芽和果皮纤维发酵工艺(e-磨)以用于能够利用除了蛋白酶之外的其他酶的乙醇生产(johnston,d.b.等,jaocs,82(8):603-608(2005)；singh等,2005)。对于这两种工艺，在酶处理生效之前打破谷物的谷粒而不损坏其胚芽是必须的。这就要求在使用齿盘式磨粉机磨制前先进行某谷物沉浸工艺。实施所述沉浸步骤的资金费用是湿分馏工艺未被广泛接受的原因之一。初始化资金费用的减少或者操作费用的显著减少可以使得湿分馏技术在燃料乙醇工业中得到广泛应用。

我们开发了一种简化的酶化胚芽和纤维(果皮和胚乳)回收工艺，用于乙醇生产系统中，其在实施时，相对于e-磨或快速胚芽/纤维工艺能够减少资金用量，并且其出人意料地相对于其他工艺无显著乙醇损失。

技术实现要素：

本申请公开了一种处理谷物(例如玉米)的方法，包括：磨制谷物以得到谷物胚芽保持完整的磨制谷物；然后通过将该磨制谷物与水和至少一种酶混合制成混合物，所述酶选自蛋白酶、阿尔法淀粉酶、葡糖淀粉酶、细胞壁降解酶及其混合；所述混合物的ph任选地被调节至大约3.5至大约6.5(例如3.5至6.5)，培养该混合物约1小时至约3小时(例如1至3小时)以制备培养混合物。

所述方法可以进一步包括：将所述培养混合物分离为胚芽和液体浆料，通过研磨减小所述液体浆料中的颗粒尺寸，向所述液体浆料中加入酵母和淀粉酶，发酵大约30小时至大约72小时(例如30至72小时)，从所述液体浆料中去除乙醇(例如通过蒸馏)，并将所述液体浆料分离(例如筛分)为纤维和去纤维的液体浆料，并且分离(例如离心分离)所述去纤维液体浆料以制备蛋白质固体。

所述方法可以进一步包括：将所述培养混合物分离为胚芽和液体浆料，通过研磨减小所述液体浆料中的颗粒尺寸，向所述液体浆料中加入淀粉酶以水解所述液体浆料中的淀粉，并将所述液体浆料分离(例如筛分)为纤维和去纤维的液体浆料，并且将所述去纤维液体浆料分离(例如离心分离)为蛋白质固体和含糖溶液。

所述方法可以进一步包括：将所述培养混合物分离为胚芽和液体浆料，通过研磨减小所述液体浆料中的颗粒尺寸，向所述液体浆料中加入淀粉酶并加热(例如大约60℃至大约130℃(60-130℃)，优选大约75℃至大约105℃(75-105℃))大约15分钟至大约2小时(例如15分钟至2小时)(液化)，向所述液体浆料中加入葡糖淀粉酶以水解所述液体浆料中的淀粉(糖化)，并将所述液体浆料分离(例如筛分)为纤维和去纤维的液体浆料，并且将所述去纤维液体浆料分离(例如离心分离)为蛋白质固体和含糖溶液。

所提供的以上概述用于以一种简单的形式介绍概念，将在以下的发明详述中进一步阐述。以上简述并非意在限定本发明请求保护的主题的关键技术特征或者必要技术特征，也并非试图帮助确定本发明请求保护主题的范围。

附图说明

图1示出按照下文筛分之前未软化(阴影)、软化后研磨并湿筛分(点)以及软化后研磨并干燥(斜条纹)的玉米的粒径分析。条状图为重复磨制的平均值，数据标签标示每个组分中油的总百分含量。

图2a和图2b为示出下文所述去胚芽工艺以及传统工艺的主要步骤的流程图。进料在左边示出，出料在右边示出。图2c和图2d为示出用于制备下文所述糖溶液的去胚芽工艺的主要步骤的流程图。图2c示出不含淀粉热凝胶化的工艺，图2d示出含有热处理并分别加入阿尔法淀粉酶和葡糖淀粉酶的工艺。

图3示出下文所述含有胚芽回收的发酵(虚线)和常规发酵(实线)中的平均理论重量损失。

图4示出下文所述的相对于起始谷物量的各组分收率。图中示出了ddgs等价物(ddgseq.)(点)、胚芽(深阴影)和蛋白质组分(浅阴影)基于干重的平均值。误差条表示平均值±一个标准偏差。

图5a示出了下文所述的相对于回收的总重量的组分油产率，图5b示出下文所述的相对于回收的总重量的组分蛋白质产率。图中示出了ddgs等价物(点)、胚芽(深阴影)和蛋白质组分(浅阴影)基于干重的平均值。误差条表示平均值±一个标准偏差。

具体实施方式

本申请公开了一种处理谷物(例如玉米)的方法，包括：磨制谷物以得到谷物胚芽保持完整的磨制谷物；然后通过将该磨制谷物与水和至少一种酶混合制成混合物，所述酶选自蛋白酶、阿尔法淀粉酶、葡糖淀粉酶、细胞壁降解酶及其混合混合；所述混合物的ph任选地被调节至大约3.5至大约6.5(例如3.5至6.5)；培养该混合物约1小时至3小时(例如1至3小时)以制备培养混合物。

所述方法可以进一步包括：将所述培养混合物分离为胚芽和液体浆料；通过研磨减小所述液体浆料中的颗粒尺寸；向所述液体浆料中加入酵母和淀粉酶，发酵大约30小时至大约72小时(例如30至72小时)；从所述液体浆料中去除乙醇(例如通过蒸馏)；并将所述液体浆料分离(例如筛分)为纤维和去纤维的液体浆料；并且分离(例如离心分离)所述去纤维液体浆料以制备蛋白质固体。

所述方法可以进一步包括：将所述培养混合物分离为胚芽和液体浆料；通过研磨减小所述液体浆料中的颗粒尺寸；向所述液体浆料中加入淀粉酶以水解所述液体浆料中的淀粉；并将所述液体浆料分离(例如筛分)为纤维和去纤维的液体浆料，并且将所述去纤维液体浆料分离(例如离心分离)为蛋白质固体和含糖溶液。

所述方法可以进一步包括：将所述培养混合物分离为胚芽和液体浆料；通过研磨减小所述液体浆料中的颗粒尺寸；向所述液体浆料中加入淀粉酶并加热(例如大约60℃至大约130℃(60-130℃)，优选大约75℃至大约105℃(75-105℃))大约15分钟至大约2小时(例如15分钟至2小时)(液化)；向所述液体浆料中加入葡糖淀粉酶以水解所述液体浆料中的淀粉(糖化)；并将所述液体浑浊也分离(例如筛分)为纤维和去纤维的液体浆料，并且将所述去纤维液体浆料分离(例如离心分离)为蛋白质固体和含糖溶液。

通过使用干磨系统，玉米(或其他谷物)可以被研磨而其胚芽不被破坏或损坏。这可以使用软化或未软化的谷物完成；软化通常在小于等于60℃下进行大约15分钟至大约3小时。谷物随后在水中，于低于淀粉凝胶化温度(谷物淀粉凝胶化的温度通常为大约70℃，但是其可以根据所使用的特定谷物类别而变高或变低；通常，其范围可以为低至62℃高至78℃)的温度下混合，并且调节ph至所使用的特定酶的激活范围。随后谷物被培养大约1小时至大约6小时(例如1至6小时)，以使悬浊液的特定重力能够满足使胚芽漂浮并被回收。若特定重力被足够地增加，下面的纤维也能够与胚芽一同漂浮并被回收。这一回收可以使用旋液分离器或通过浮选完成。一旦胚芽(以及潜在的下面的纤维)被去除，使用适当的研磨设备减小浆料中残余固体的颗粒尺寸。该浆料可以被进一步培养或使用其他酶处理，并被用以制备若干不同的产品。

常规的乙醇生产工艺在本领域内众所周知。乙醇可以通过与天然淀粉降解酶或与热稳定淀粉降解酶在高于淀粉凝胶化温度的高温下培养得到。该溶液随后使用酵母发酵以制备乙醇。发酵后，通过蒸馏去除乙醇。蒸馏后，使用细筛网回收细纤维。不溶的蛋白质和酵母细胞可以随后通过离心或精细过滤例如真空带过滤或微孔滤膜分别回收。任选地，无胚芽油可以通过高速离心回收。

如果所使用的酶是能够分解环绕在淀粉颗粒周围的蛋白质基质的蛋白酶，则淀粉可以被分离，精细研磨的浆料被进一步培养以释放淀粉颗粒(酶催湿磨工艺)。这一处理后，悬浮液可以随后使用用于淀粉、谷蛋白和纤维回收的标准湿磨分离系统分离。

还可以使用天然淀粉降解酶结合物处理以及用能够水解淀粉并释放葡萄糖、麦芽糖的酶结合物处理或用寡糖结合物处理以通过淀粉水解制备糖溶液。在上述水解后，纤维和不溶蛋白可以分离如上，并洗涤纤维和不溶蛋白以去除残余的糖。该糖溶液可以随后用于乙醇生产或其他目的。该溶液还可以在随后通过离心或精细过滤例如真空带过滤或微孔滤膜处理以去除不溶性蛋白质。

通过使用该系统，玉米和其他谷物(例如高粱，小麦，大麦，黑麦和黑麦)可以被酶促加工而无需在研磨前对谷物进行沉浸。这可以显著地节约用于实施的资金费用并减少加工时间。

“任选的”或“任选地”意指，其后描述的事件或情况可能出现也可能不出现，并且该描述包括所述事件或情况出现的实例和不出现的实例。例如，短语“任选地包含消泡剂”意指组合物可能含有或可能不含有消泡剂，并且这种描述包括含有和不含有消泡剂的组合物。

文中提供的化合物或性质的术语“有效量”意指该用量能够展现出有效用量能够表达出的该化合物或性质的功能。如下文中所指出，对准确用量的需求是随不同工艺而改变的，取决于已知的变量例如所使用的化合物，以及所观测到的工艺条件。因此，不可能确切地给出某一准确的“有效量”。然而，合适的有效量可以由本领域普通技术人员通过常规实验确定。

除非另外限定，本文使用的所有技术和科学术语与本发明所属的领域内的普通技术人员所理解的含义相同。本文中所使用的术语“大约”指的是某一用数量、等级、数值或用量在相应的数量、等级、数值或用量的最多10％内变化。虽然任意相似或等价于本文中所描述的方法和材料可以在本发明的实践或测试中使用，本文现仅描述优选的方法和材料。

以下实施例仅仅为了用于进一步阐述本发明而并非意在限制本发明的权利要求所限定的保护范围。

实施例

材料和酶：所使用的酶为dupontindustrialbiosciences(paloalto,ca)的赠品。spezyme(热稳定α-淀粉酶)、l-400(葡糖淀粉酶)、(蛋白酶)和(酸性蛋白酶)均为可商购产品，并且按照生产商限定的活性用量使用。redstar乙醇red酵母为lesaffre(milwaukee,wi)的赠品。尿素产自ibiscienific(peosta,ia)。玉米为于2014农事年成长的#2黄色马齿种商品玉米。

谷物研磨和分析：使用常规定制的胚芽磨机研磨未经软化的谷物以用于胚芽回收实验；然而，可商购的磨(现成的)可以容易地应用。所述磨使用旋转安装的研磨机械装置，该装置被直径为9.65mm(0.38”)的圆孔的筛网环绕。brekke,o.l.等人详细描述了该磨(cerealchemistry48(5):499-511(1971))。我们的磨是在usdaeasternregionalresearchcenter,wyndmoor,pa制造的。

对于不进行胚芽回收的实验，使用bunn(springfield,il)g2锯齿磨豆咖啡研磨机研磨玉米。设置空隙，从而所生产的研磨玉米能够穿过1mm的筛。

使用553克玉米完成发酵，玉米在研磨之前称重，并全部收集置于去皮重的烧杯中。同一批玉米中的一小部分被研磨并收集以测定含水量。对于每一谷物使用根据aoacofficialmethod930.15(aoacinternational,2005)每天进行含水量的测定。测得的干重用于所有质量平衡和产率测定。

额外颗粒尺寸减小的传统醪液制备：在去皮重的2l烧杯中混合研磨玉米(仍含有玉米胚芽但为研磨保持完整的)和水，总的浆料调节至1500克。使用具有18g分散元件的ika(wilmington,nc)t25分散器，在16,000rpm的条件下分散3至5分钟直至所述浆料均匀，从而进一步减小浆料的颗粒尺寸。使用机械混合器，并且使用1nhcl调节ph至5.8。阿尔法淀粉酶(spezyme)以0.5ml/kg的醪液加入，浆料在热盘上加热并在95℃保持60分钟。在浆料粘度改变时有必要调节机械混合器的速度，以保持良好混合的浆料。醪液在30℃水浴中冷却并且补充的n(400ppm)以尿素的形式添加。使用1nhcl调节ph至4.5并以0.4ml/kg醪液的用量添加葡糖糖化酶(l-400)。加入活性酵母(redstarethanolred；1.1g/kg醪液)以启动发酵，全部浆料转移至去皮重的2l锥形瓶中。以0.67ml/kg醪液的加入量加入酸性蛋白酶随后使用水将总浆料的重量重新调节至1500g以补偿蒸发损耗。在整个工艺中，为了冲洗，需要少量的水，用于冲洗探针和混合器以及用于向培养烧瓶内的最终转移；然而，这些比在加热中通过蒸发损失的少。烧瓶用塞塞住，插入21-表针以释放产生的co2。

胚芽回收醪液的制备：在去皮重的2l烧杯中将去胚芽研磨谷物(含有完整谷物胚芽)与水混合，并使用1nhcl调整ph至4.5。以0.67g/kg醪液的量加入将总浆料的重量调节至1500克。烧杯随后在48℃的水浴中培养并使用机械混合器混合2小时。培养之后，移除烧杯，使用2mm金属丝网筛(#10目)的一小部分撇除以回收漂浮的胚芽。浆料周期性地混合以使得更多胚芽漂浮并在此被撇除。重复进行此操作至不再有胚芽能够被回收(约20分钟)。使用100ml水冲洗胚芽，冲洗用水加入去胚芽浆料。收集到的胚芽在55℃下于送风烘箱内干燥。用水将去胚芽的谷物浆料重新调节至1500g而不调节ph值(当前ph为约4.9)。使用含有18g分散元件的ika(wilmington,nc)t25分散器，在16,000rpm的条件下分散3至5分钟直至所述浆料均匀从而进一步缩减悬浮液的颗粒尺寸。使用机械混合器，并以0.5ml/kg的醪液加入阿尔法淀粉酶(spezyme)，悬浮液在热盘上加热并在95℃保持60分钟。在浆料的粘度改变时，有必要调节机械混合器的速度，以维持良好混合的悬浮液。醪液在30℃水浴中冷却并且补充的n(400ppm)以尿素的形式添加。以0.4ml/kg醪液的加入剂量加入葡糖蛋白酶(l-400)。加入活性酵母(redstarethanolred；1.1g/kg醪液)以启动发酵，全部悬浮液转移至去皮重的2l锥形瓶中。随后使用水将总悬浮液的重量重新调节至1500g以补偿蒸发损耗。在整个工艺中，为了冲洗，需要少量的水，以冲洗探针和混合器以及用于向培养烧瓶内的最终转移；然而，这些比在加热中通过蒸发损失的少。烧瓶用塞塞住，插入21-表针以释放产生的co2。

发酵率和hplc分析：在30℃、摇速200rpm下，使用newbrunswickscientific44培养器培养烧瓶。周期性地移除烧瓶并称重以测定由于产生co2带来的重量损耗并用于发酵率的分析。培养烧瓶至多72小时。在发酵结束时，取小样用于麦芽糊精(dp4+)、麦芽三糖(dp3)、麦芽糖、葡萄糖、果糖、琥珀酸、乳酸、乙酸、丙三醇、甲醇和乙醇的hplc检测(johnston,d.b.和a.j.mcaloon,bioresourcetechnology,154:18-25(2014))。使用aacc方法76-13(aaccinternational2000)测定谷物的淀粉含量，其还用于测定乙醇产率。

纤维、蛋白和ddgs回收：发酵后，烧瓶内的所有组分被转移至2l烧杯中并伴随混合加热至85℃以去除乙醇。乙醇去除后，使用325目(45微米)的筛网(dualmanufacturingco.chicago,il)通过筛分回收纤维。使用抹刀施压尽可能多地在筛网上对纤维除水。在此阶段完成时，不清洗纤维。测量筛分后废液的体积，取样用于总固体分析，并转移至离心瓶。在台式离心机上以2000xg的转速离心该瓶10分钟。转移该瓶，测定液体体积并且再次取样用于总固体分析。在离心瓶中回收主要的不溶性蛋白质和酵母细胞的颗粒，并使用少量用于冲洗的去离子水将其转移至去皮重的蒸发皿中，并在55℃下干燥。回收的纤维与废液混合，冻干混合物以得到ddgs等价物。无需蛋白质回收的发酵液在去乙醇步骤后冻干。

转移液重新加入纤维并使用325目筛网再次筛分的情况下，也评估清洗步骤。随后再次离心该液体并且将回收的颗粒加入至蛋白质固体。此步骤额外重复两次，随后使用500ml水清洗。

成分分析：根据aoacofficialmethod930.15完成水分分析。根据aoac99.03的燃烧分析法测定蛋白质。使用aoac945.16或如johnston等在2005年所述的用dionexase抽取器以测定脂质(aoacinternational，2012)。使用ankom纤维分析仪和标准生产规程进行纤维分析(adf和ndf)。使用aocs认证工序ba6a-05进行粗品纤维分析。使用aacc76-11，运用用于分析测定葡萄糖ysi分析仪分析淀粉。所有条件和分析测试进行多次，并且报告平均值。

结果和讨论。方法改进和研磨特征化：主要的发酵实验是使用去胚芽研磨谷物进行的，并与传统研磨对比。结果显示慢发酵需要5天完成。与经历传统研磨的谷物在72小时时相比，乙醇收率显著降低。这些实验带来使用如图2a所示的湿研磨工艺的二级尺寸减小步骤的实现。其也被并入传统工艺中以消除任何由于所加入颗粒尺寸减小带来的改变。

在干磨中，在研磨前完成谷粒的软化(其提高谷粒中的水分含量)。这帮助组分的分离和分馏。由于我们使用的磨仅打破谷粒而不损伤胚芽，因此我们在未软化的情况下进行发酵和回收实验时；然而，我们进行了对比实验以评估有无软化时的组分含油量，并用于颗粒尺寸分析。图1显示了未软化的(使用在胚芽回收实验中)、软化的和非干(湿)筛分和软化且在筛分前干燥的研磨谷物的颗粒分布。选用具有3.35mm、2.36mm、2.00mm和0.710mm开口的筛网以及盘(#6、#8、#10、#25和盘)以区分较大的颗粒尺寸。软化在60℃下进行60分钟。对于软化谷物，最终水分含量为25.75％，对于未软化谷物则是12.76％。颗粒分布清晰地表明该磨比常用在商业乙醇设备中的更粗糙(rausch,k.d.等,transactionsoftheasae,48(1):273-277(2005))。超过70％的组分为2mm或更大，而通常超过85％的将通过该筛网。软化谷物相对于未软化的样品具有显著较大片的果皮纤维。

每批100粒的谷粒被研磨并手工分类以从视觉上评估胚芽质量。出乎意料地，未发现完整无损的谷粒和具有明显小损伤的基本完整完整无损的胚芽。未损坏的胚芽对于在湿分馏中保持胚芽内油含量是重要的。油被认为出现在胚芽外部，谷粒的其他部分；然而，谷粒中的大部分油位于胚芽内部(80-85％；watson,s.a.,description,development,structure,andcompositionofthecornkernel,incornchemistryandtechnology,p.a.white和l.a.johnston,2003,pp.69-106)。

对筛分后的各组分进行油含量的分析，每个组分的总谷粒油含量以数据标签的形式在图1中的柱形顶部示出。结果表明谷粒总含油量中的超过85％出现在视觉可见地含有完整无损胚芽的两个尺寸最大的组分中(＞2.36mm)。在干燥前分馏的软化样品显示，总油量的86.1％在＞3.35mm的组分中，而仅8.7％在＞2.36mm的组分中。当软化谷物在研磨后、筛分前干燥时，两个最大组分的含油量出人意料地与未软化样品更为接近相等。这出人意料地表明，当使用这谷物类型的磨研磨时，不论软化或未软化，胚芽均仍然基本完整无损，并具有在胚芽组分中被回收的潜能。应注意的是，相对于任意软化样品，未软化的组分在两个最小的组分中的含油百分数较大，其可能表明一些胚芽已被损坏。

为了评估最优的胚芽回收所需的培养时间和蛋白酶剂量，同样进行了预备实验。测试培养时间1-6小时，温度40-60℃，酶剂量0.5-6g/kg谷物时胚芽回收的产率。出人意料地，在48℃下，酶剂量为2g/kg，培养时间为2小时时，达到可接受的胚芽产率。使用较长的培养时间可以某谷物程度上提高油含量；然而，因为工艺总时间的原因，会使实验复杂化。较低的ph和较高的温度可以降低酶的用量，但是需要在胚芽回收后加碱以提高ph，否则所使用的阿尔法淀粉酶会活性不足。未来使用低ph的阿尔法淀粉酶由于无需进行ph调节而具有显著的优点。

需要重点注意的是，除蛋白酶外，多谷物其他类型的酶也可以用于胚芽回收工艺。在美国专利6,899,910(johnston&singh(2005))中，我们阐述了一系列酶可以被用于水解内生组分并改变其比重以允许胚芽的回收。这些其他类型的酶包括淀粉酶、蛋白酶和细胞壁降解酶或这些酶的混合物以及其他能够水解内生组分以增加比重的酶。

工艺描述：图2a示出了实验用的胚芽回收工艺流程，图2b示出了当胚芽未被回收时使用的传统工艺。其各自还分别示出了未经纤维筛分或蛋白质回收的生产传统ddgs或去胚芽ddgs的可替代工艺。

发酵率对比：在先研究表明，在发酵过程中加入蛋白质会影响发酵率和乙醇产率(johnston和mcaloon2014；美国专利5,231,017(1991)；wang等人,cerealchem.84(1):10-14(2007))。本文描述的工艺还并入了次级研磨，其相对于普通工艺显著减小了颗粒尺寸并且能够令人吃惊地带来发酵率和/或收率的改变。为了将其作为变量而消除，次级研磨步骤同样被并入传统工艺，在图2b中示出。

在经历一段时间，烧瓶重量损失后，对比发酵率并用于总体质量平衡。图3以理论值百分比的形式的示出了传统工艺和我们的胚芽回收工艺(虚曲线)的平均重量损失曲线。我们的胚芽回收工艺相对于传统工艺，出人意料地更快开始发酵；这一部分是由于去除胚芽带来的发酵烧瓶中固体减少而导致的。使用胚芽回收步骤的最终重量损失相对于在发酵过程中仍然存在胚芽的传统工艺，出人意料地仅仅减少了2.3％；这可能是由于胚芽分馏中丢失了一些淀粉。对胚芽进行额外的清洗可以减少这谷物损失；然而，对于实验室规模的批处理工艺来说，不可能不显著减少最终的固体含量。在一个持续运转的乙醇工厂，工艺冷凝物可以在被加入研磨谷物中之前首先被用于清洗胚芽。胚芽回收时的部分淀粉损失无法避免，但是其出人意料地可以为低至1％。

级分产率：使用蛋白酶进行胚芽回收的平均产率出人意料地为基于起始谷物的干重的8.06％。使用更低浓度蛋白酶的预尝试，会降低产率或需要更长的培养时间。这谷物回收的数值出人意料地与湿磨工艺以及其他湿分馏工艺中的胚芽回收产率的数值相同(johnston等,2005；eckhoff,s.r.等,cerealchemistry,70(6):723-727(1993)；ramírez,e.c.等,“enzymaticcornwetmilling:engineeringprocessandcostmodel”,biotechnologyforbiofuels,2(2):articleno.2(2009)；singh等,1996；singh,v.等,cerealchem.,82:187-190(2005))。阿尔法淀粉酶(spezymersl)也被测试作为蛋白酶的替换用于胚芽回收。在这些实验中，胚芽回收出人意料地减少至7.2％；然而，由于未优化条件，产率可能被改进。液化前使用阿尔法淀粉酶能够出人意料地取出额外的蛋白酶消耗。

出人意料地，胚芽回收所需的时间相对于其他湿分馏工艺显著地较少(通常大约2小时，通过增加酶的用量实现时间的减少，但是胚芽质量会降低，较少可溶物从胚芽中滤出，因此含油量降低)。在胚芽能够被回收之前，传统的谷物湿磨需要24-36小时的浸泡，快速胚芽需要12小时沉浸，e-磨工艺需要6小时的沉浸和培养相结合(blanchard,p.h.,technologyofcornwetmillingandassociatedprocess,1992,industrialchemistrylibrary,elsevier,amsterdam,thenetherlands；singh等,1996,2005)。传统干磨(干分馏)较快，然而胚芽的低油浓度和高淀粉损失以及发酵率的降低使该工艺不受欢迎。

纤维的回收与胚芽的回收、蛋白质的回收和胚芽与蛋白质的回收结合，用以对比产率和最终的组合物。向纤维组分中加入回收的可溶物以制备ddgs等价物。产率与未经胚芽或蛋白质回收的对照值对比，产率如图4所示。出人意料地，单独去除胚芽将ddgs等价物的产率相对于对照减少24.5％，单独回收蛋白质将产率减少14.5％。去除胚芽与蛋白质的结合出人意料地将产率相对于对照减少了39.4％。如前文所述的对纤维的清洗出人意料地导致ddgs等价物相对于对照额外2％的降低，达到了41.5％的减少率。出人意料地，蛋白质级分相应地增加了。

相对于前述的在发酵前进行纤维回收的工艺，纤维的发酵后回收出人意料地降低了淀粉的损失量；然而，其不增加发酵器的空间，因为纤维仍旧在发酵过程中出现(通过在发酵前去除物质(与前文所述的胚芽回收一同)进入发酵器中的无发酵物质减少并因此增加发酵器的空间)。出人意料地，本工艺中，发酵前的胚芽回收确实显著地增加了发酵空间并减少了发酵后的纤维回收量。胚芽回收还出人意料地减少了纤维清洗和去水的难度。

出人意料地，蛋白质级分的产率为未收到加入胚芽回收的显著影响，为4.0％的初始谷物。在离心和蛋白质回收后加入使用澄清废液进行的纤维清洗出人意料地增加了25％的最终蛋白质级分，总产率达到5.1％。这谷物清洗可以被容易地并入至连续工艺中，而不需要增加任何的水用量。

副产物的成分分析：对胚芽组分、ddgs等价物和蛋白质组分的蛋白质和脂质含量进行分析并在图5a和图5b中以总回收百分比进行对比。蛋白质分布(图5a)出人意料地显示，大部分蛋白质留在ddgs等价物组分中。当胚芽和蛋白质组分的回收均完成时，ddgs等价物组分具有最低的蛋白质含量，其通过加入清洗步骤而进一步降低。清洗从纤维中去除了额外的高蛋白酵母细胞和不溶性蛋白质。基于干燥重量，回收的蛋白质组分的蛋白质浓度范围为56.3至60.8％，任何处理均对其无显著改变。若使用替代的酶进行胚芽回收则可能改变蛋白质浓度。

脂质分布(图5b)显示去胚芽工艺回收了胚芽组分中大约65％的总脂质。考虑到已报道的数值显示80-85％的脂质在胚芽内部(watson2003)，该数值由于某谷物程度上比预期低。该区别可能是由于胚芽内的脂质组分与胚乳内的不同脂质组分的溶剂类型或萃取效率造成的。还有可能是胚芽在浮选步骤中未被回收，或者在研磨操作中胚芽被损伤，油泄漏至水介质中。

对ddgs等价物组分也进行纤维和其他进料组分的分析，五谷物评估条件下的平均值如表1所示。当胚芽被回收时，ddgs等价物的蛋白质浓度出人意料地相对于传统对照增加；然而，油含量显著降低。去胚芽ddgs等价物的油浓度相对于对照减少约50％。出人意料地，除了脂质含量，ddgs等价物成分的总体组成与传统ddgs等价物非常相似。

总体经济性评价：为了评价我们的工艺的经济性，对每年1亿加仑的传统设备和生产我们的改良副产物的设备的副产物价值和产率进行对比。产率和价值的对比如表2所示。胚芽回收工艺中使用的谷物量相对于传统工艺较高的原因是稍低的乙醇产率，并且导致谷物总费用高370万美元。然而，副产品的总体价值出人意料地超过了谷物的额外费用，带来了接近1700万美元的额外收入。副产品的价值基于usda农业市场新闻给出的2015年8月的中西部价格。传统ddgs价值为140美元/吨，我们的ddgs等价物由于蛋白质和脂质浓度的减少，被估价为95美元/吨或稍低。基于油含量和萃取费用以及残余萃渣的价值，胚芽被估价为300美元/吨。高蛋白质级分被估价为$450/吨，介于玉米蛋白粉价格($550/吨)和大豆粉价格($350/吨)之间。

在未开发出全过程模型的情况下，不可能进行附加运行成本的详细评估。然而，我们预期，这会令人惊奇地低于5美分()/加仑。在不增加附加运行成本的情况下，令人惊奇的是，附加花费几乎为16.7美分/加仑产生的乙醇或约45美分/蒲式耳。由于工厂规模庞大，这对于4千万加仑每年的生产而言将耗资约6百万美元。

结论：使用改进的研磨策略，已经开发出基于酶的胚芽和纤维回收工艺，并已经在玉米乙醇生产过程中验证。验证了蛋白酶的使用，以产生相当于传统湿磨的胚芽回收物。同时验证了阿尔法淀粉酶以进行胚芽回收。然而，其他酶也可以用在这一方法中，如果其他酶可以充分改变比重。令人惊奇地发现，由于分级，乙醇产率的降低相对于常规比较组小于2.8％，并且可以使用连续工艺进一步降低。产生的ddgs等价物的液体含量显著降低，但略微高于蛋白质含量。相对于先前分级方法，资金花费的减少以及高副产物潜在价值应显著增加这一方法的经济可行性。此外，我们还验证了研磨方法的变化可用于生产糖溶液，所述糖溶液随后可用在其他方法中；另一变化使得能够产生淀粉颗粒，以在湿研磨中进行分离并回收。

糖溶液实例：将去胚芽机研磨的玉米与水在2l的烧杯中混合，并使用1nhcl调ph至4.5。以0.67g/kg麦芽浆加入并调节总浆料重量以得到25％或30％固体的固体浓度。烧杯随后在48℃的水浴中培养并使用机械混合器混合2小时。培养之后，移除烧杯，使用2mm金属丝网筛(#10目)的一小部分撇除以回收漂浮的胚芽。浆料周期性地混合以使得更多胚芽漂浮并在此被撇除。重复进行此操作至不再有胚芽能够被回收(约20分钟)。使用100ml水冲洗胚芽，冲洗用水加入去胚芽浆料。收集到的胚芽在55℃下于送风烘箱内干燥。用水将去胚芽的谷物浆料重新调节为含有25％或30％固体并处理而不调节ph值(当前ph大约为4.9)。使用含有18g分散元件的ika(wilmington,nc)t25分散器，在16,000rpm的条件下分散3至5分钟直至所述浆料均匀从而进一步减小浆料的颗粒尺寸。使用机械搅拌器，并以0.5ml/kg醪液的量加入阿尔法淀粉酶(spezyme)，以0.25ml/kg醪液的量加入葡糖淀粉酶(optidexl400)，浆料在60℃下培养36小时。培养后，可以通过筛分回收纤维，残余固体(主要是不溶性蛋白质)可通过离心回收。剩下的溶液为糖溶液。表3示出了制备的固体含量为25％和30％的溶液的糖浓度(葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖和至少4个葡萄糖单元(dp4+)的寡糖)。在每个示例中，所制备的糖浓度显示出高产率。

该实施例使用了淀粉不首先胶凝化的淀粉水解过程；然而，该工艺也可以被有效应用。其可以通过在加入阿尔法淀粉酶后、在加入葡糖淀粉酶前进行热处理以胶凝淀粉来完成。在将浆料回复到60℃后，可以随后加入葡糖淀粉酶用于培养。两中方法在图2c和图2d中一般性示出。

本文中引用的所有文献，包括美国专利，均以参引的方式全文纳入本文。同样以参引方式全文纳入本文的还包括以下文件：美国专利7,829,680(sander,r.和l.d.fritz(2010)；美国专利5,231,017(lantero,o.j.和j.j.fish(1993))；lopes,j.f.等,cerealchemistry,74(5):633-638(1997)；aaccinternational,approvedmethodsofanalysis,11thed.(2000),aaccinternational,st.paul,mn,method76-13.01和76.11；aoac,officialmethodsofanalysisofaoacinternational(2012),19thed.,aoacinternational,gaithersburg,md,methods930.15,990.03,945.16,942.05,和985.01；aocs,officialmethodsandrecommendedpracticesoftheaocs,5thed.(1998),americanoilchemists’societypress,champaign,il,approvedprocedureba6a-05；wang,p.等,cerealchemistry,82(6):734-738(2005)。

因此，鉴于前文，以下内容(一部分)被描述：

一种处理谷物的方法，包括以下步骤(主要由以下步骤组成或由以下步骤组成)：磨制谷物以得到谷物胚保持完整的磨制谷物；然后通过将所述磨制谷物与水和至少一种谷物酶混合制成混合物，所述酶选自蛋白酶、阿尔法淀粉酶、葡糖淀粉酶、细胞壁降解酶及其混合；所述混合物的ph任选地被调节至大约3.5至大约6.5(例如3.5至6.5)，培养所述混合物约1小时至3小时(例如1至3小时，优选约2小时(2小时))以制备培养混合物(图2c的第一部分)。

上述方法进一步包括以下步骤(主要由以下步骤组成或由以下步骤组成)：将所述培养混合物分离为胚芽和液体浆料，通过研磨减小所述液体浆料中的颗粒尺寸，向所述液体浆料中加入酵母和淀粉酶，发酵大约30小时至大约72小时(例如30至72小时)，从所述液体浆料中去除乙醇(例如通过蒸馏)，并将所述液体浆料分离(例如筛分)为纤维和去纤维的液体浆料，并且分离(例如离心分离)所述去纤维液体浆料以制备蛋白质固体(图2a的剩余部分)。

上述方法进一步包括以下步骤(主要由以下步骤组成或由以下步骤组成)：将所述培养混合物分离为胚芽和液体浆料，通过研磨减小所述液体浆料中的颗粒尺寸，向所述液体浆料中加入淀粉酶以水解所述液体浆料中的淀粉，并将所述液体浆料也分离为纤维和去纤维的液体浆料，并且将所述去纤维液体浆料分离为蛋白质固体和含糖溶液(图2c)。

上述方法进一步包括(主要由以下步骤组成或由以下步骤组成)：将所述培养混合物分离为胚芽和液体浆料，通过研磨减小所述液体浆料中的颗粒尺寸，向所述液体浆料中加入淀粉酶并加热(例如大约60至大约130℃(60-130℃)、优选大约75至大约105℃(75-105℃))大约15分钟至大约2小时(例如15分钟至2小时)(液化)，向所述液体浆料中加入葡糖淀粉酶以水解所述液体浆料中的淀粉(糖化)，并将所述液体浑浊也分离(例如筛分)为纤维和去纤维的液体浆料，并且将所述去纤维液体浆料分离(例如离心分离)为蛋白质固体和含糖溶液(图2d)。

上述方法中，所述谷物是玉米。

术语“主要由……组成”不包括对本方法(或工艺)的目标行为产生实质性影响的额外的方法(或工艺)的步骤或组成组分，并且本领域技术人员(例如，通过在此公开的本说明书的想法或本发明的实践)可以容易地确定。

在此公开的内容用于合适地解释本发明，其可能在任意未在本文中具体描述的元素(例如，方法(或工艺)的步骤或组合物成分)的情况下实践。

基于在此公开的本说明书的想法或本发明的实践，本发明的其他实施方式对于本领域技术人员来说是明显的。本说明书和实施例的目的仅在于被认作示例，而本发明的实际范围和精神由以下权利要求给出。

表3