集成的玉米加工的制作方法

专利名称:集成的玉米加工的制作方法
发明领域本发明要求2004年11月15日提交的美国临时申请号60/628,069的优先权，其全文纳入本文作参考。
本发明涉及可用于生产粗粉、乙醇、能量、淀粉、甜味剂、面筋、发酵产品、玉米粉和油的集成的玉米加工模式和设备，其加工方式允许操控者根据工艺的经济性和可获得的输入物改变输出物。
发明背景通常用以下两种方法之一加工玉米湿磨法和干磨法。湿磨法需要更多的资金和能量。然而，湿磨法能够更好地分离玉米中的组分，进而可以制备纯度更高的产品，如高果糖玉米糖浆、淀粉和玉米油。通常将干磨法描述为机械研磨玉米籽粒。然后，可将研磨的玉米进一步分离成研磨后的玉米组分，如粗粉、麸皮、去壳晒干的玉米饲料和胚(germ)。特别适用于完全干磨玉米的应用是(例如)全玉米食品和发酵原料。
干磨法和湿磨法之间的差异导致以下共同的习惯做法将玉米干磨机安放在紧靠乙醇发酵装置旁边，从而可用最便宜的原料生产乙醇。然而，湿磨机和干磨机加工过程需要消耗能量，这可能是这二种方法生产产品的主要成本。还有，由于市场状况的改变(即乙醇价格下跌、能量价格上升或淀粉价格上升)，需要能够改变所用原料，以制备替代产品。
因此，需要有一种选择用干磨法和湿磨法制备产品以降低生产成本和实现利润最大化的方法。
发明概述本文提供了将玉米分级成一个或多个部分并由这些部分制备产品的方法，以这种方式提供了制备何种产品和制备它们采用何种方法有关的灵活性。该分级步骤允许由全玉米籽粒制备多种产品，以便实现最佳经济性。操控者(即人、人员组或计算机程序)可在任何给定时间内生产何种产品之间作出变化从而获得最大的经济效益。
在一个实施方式中，描述了由全玉米籽粒的一个或多个部分生产能量的方法。这些方法包括将一种或多种全玉米籽粒分成一个或多个部分，氧化所述一个或多个部分中的至少一个产生一种或多种类型的能量。产生的能量形式可以是热能、电能和其混合能。在一个实施方式中，所述全玉米籽粒的一个或多个部分选自低淀粉组分(LSF)和高淀粉组分(HSF)。本文所用的LSF也称为高油组分(HOF)和高脂组分(HFF)。此外，HSF也称为低油组分(LOF)和低脂组分(LFF)。
在另一实施方式中，该方法包括采用全玉米籽粒的一个或多个部分中的至少一个制备一种或多种其它产品(除能量外)，这种产品包括例如淀粉、高果糖玉米糖浆、玉米糖浆、甜味剂、发酵原料(原料可用于生产乙醇、柠檬酸、衣康酸、乳酸等)、榨过油的LSF(也可用作发酵原料)、动物饲料、麸皮、粗粉、面筋粉和其组合。也包括制备副产品(在生产目标产品同时生产的产品)的方法。这些产品和副产品可(例如通过气化或燃烧)氧化产生能量。在其它实施方式中，所述全玉米籽粒的一个或多个部分是LSF，其中LSF含有50％以下的完整胚。
本文提供的其它方法是分割玉米籽粒的方法，所述方法包括将含水量约为8-22重量％的至少一种玉米籽粒分级成高淀粉组分和低淀粉组分，其中高淀粉组分的淀粉浓度高于玉米籽粒，低淀粉组分的淀粉浓度低于玉米籽粒，低淀粉组分含有50％以下的完整胚。得到的组分或部分可用于其它处理加工，如能量生产、发酵、油生产、湿磨、动物饲料生产、甜味剂生产、淀粉生产和其组合。在一些实施方式中，可用脱麸机如Buhler L机器或经设置的机器进行分级以提供低淀粉组分和高淀粉组分(其中与全玉米籽粒中的完整胚相比，高淀粉组分含有50％以下的完整胚)。在其它实施方式中，可膨胀低淀粉组分，或形成更容易榨取其中所含油的形状。
本发明提供的其它方法是由玉米研磨设备(湿磨、干磨设备或其组合)生产一种或多种产品的方法。这些方法包括将至少一种全玉米籽粒分级成至少两部分，并由这至少两部分产生能量和至少一种其它产品。产生的至少一种其它产品可以是任何玉米衍生的产品。例如，可用所述方法制备淀粉、高果糖玉米糖浆、玉米糖浆、甜味剂、发酵原料(可用于生产乙醇、柠檬酸、衣康酸、乳酸等的原料)、榨过油的LSF(也可用作发酵原料)、动物饲料、麸皮、粗粉、面筋粉和其组合。
通过阅读以下详述，应能理解这些和其它实施方式。
附图简要说明
图1是显示本文所述各种方法之间关系的工艺流程图。
发明详述本文所述集成的玉米加工模式和工厂包括生产各种产品如粗粉、乙醇、能量、淀粉、面筋、玉米粉和油用的部件和方法。本领域普通技术人员应理解，由于经济状况和可获得的输入物改变，在提高一种或多种产品产量的同时宜降低其它产品的产量。例如，所述集成的玉米加工模式和工厂使操控者得以在能量生产的利润高于生产玉米油和玉米粉可获得的利润时转而生产能量。
提供图1是说明玉米加工模式和/或工厂的全部部件并显示该模式中各种子工序的总体关系。玉米的初步分离可以是随机分离或有目的的分离。在一些实施方式中，有目的的分离会产生低淀粉组分(LSF)和高淀粉组分(HSF)(此初步加工的基本步骤参见图1的机械脱麸部分(在整个说明书中也称为″I″)。相似地，图1的油回收部分显示了该模式的油生产方法，在整个说明书中将该部分也称为″II″。在整个说明书、图1以及正文中将图1的产能子系统部分或产能部分也称为″III″。在整个说明书中将图1的乙醇生产部分或发酵部分也称为″IV″，最后是湿磨部分或淀粉和面筋生产工艺，在整个说明书中也将其称为″V″。
控制与采用此模式的工厂运行相关的输入物和输出物有许多优点。这些优点是能够以对环境影响最小的方式运行该工厂。分离玉米，以便采用HSF生产发酵产品或其它淀粉和发酵产品，并可用LSF产生至少部分能量以提供该工厂运行所述工艺的能量需求。因此，生产过程的所有主要能量输入都来自玉米籽粒本身，减少或消除了对化石燃料的依赖。
I.分离A.输入分离工序玉米籽粒上覆盖有水不可渗透的角质膜。果皮是位于角质膜下方的成熟的子房壁，包括所有外部细胞层直到种皮。它富含非淀粉多糖，如纤维素和戊聚糖。由于其纤维含量高，所以果皮坚韧。玉米籽粒连接于穗轴处的尖端(tip cap)是果皮的延续部分，通常在去壳期间显露。它含有松散和海绵状的薄壁组织。
从几种不同类型的玉米植株收获的全玉米籽粒种子或谷粒可用于本发明。这些玉米植株类型是(例如)杂交植株、近交植株、转基因植株、遗传修饰的植株或特定的植株群。有用的玉米谷物类型包括例如硬质玉米、爆裂玉米、粉质玉米、马齿玉米、白玉米和甜玉米。本文所用术语″全玉米籽粒″或″整个玉米″指没有被分离成其组成部分如外壳、胚乳、尖端、种皮和胚的玉米籽粒。有目的地将一种玉米组分与另一种组分分离不包括在储存、处理、运输、粉碎、切片、胀裂、研磨或摩擦中可能发生的随机分离。有目的地分离组成部分是将一种组分如胚的至少50％与其余组分分离。本文所用术语″玉米材料″指整个玉米、胀裂玉米、过筛玉米和经抽吸的玉米，无论是否经过条件处理或软化处理。
如上所述，分离步骤的原料是玉米，基本上可采用任何类型的玉米。然而，实现分离的方式可能不得不依据玉米硬度、水分含量和油含量而改变。
分离后，以干重计，LSF的淀粉浓度低于初始玉米籽粒中的淀粉浓度。在一些实施方式中，以干重计，LSF的淀粉含量低于50％、40％、30％、20％或10％。在一些实施方式中，与初始玉米籽粒相比，LSF的油浓度也升高。在这些实施方式中，LSF也可称为高油组分HOF。以相同的计量方式，HOF的油浓度高于初始玉米籽粒。
在采用机械去胚的一些实施方式中，分离的胚并不完全完整。例如，在一些实施方式中，50％以下的胚是完整的，在其它实施例中，低于40％、30％、20％、10％或0.5％的胚是完整的。采用Buhler-L机器(AG，德国)或具有类似功能的机器进行的机械去胚过程可用于生产完整胚水平降低的HOF。
分离后，以干重计，HSF的淀粉浓度高于初始籽粒。例如，以干重计，HSF的淀粉含量可高于70％、80％或90％。在一些实施方式中，HSF也含有低浓度的油。在这种实施方式中，HSF也可称为低油组分(LOF)。
B.分离工序在一些情况下，可能需要在分离前软化玉米。本领域已知的任何软化方法都是可接受的，包括但不限于水或蒸汽喷雾。例如，叠层式蒸锅或旋转式蒸汽管道加热器可用于软化。或者，可采用带蒸汽夹套的混合器。通常，用合适量的水软化玉米合适的时间，如至少15秒、30秒、1分钟、2分钟、至少30分钟。在一些实施方式中，可软化或预处理玉米，以准备好分离玉米。可以在一定温度下软化足够的时间以提高玉米材料的胚组分和其余组分之间的硬度差别。
一方面，软化玉米材料，含水量最高提高1％。一方面，软化使玉米材料的含水量提高至多约2％、约3％或约4％。在一个实施方式中，软化包括直接或间接加热玉米材料，通过水、水溶液和/或蒸汽喷雾给玉米材料增加水分。通常，当进行植物处理时需要软化，其重要性在于更好地分离含油的胚与HSF。生产玉米油比生产其它可能的产品的利润更高时需要这种处理。如果不需要软化，那么可将玉米直接进行分离加工。
可采用本领域普通技术人员已知的任何分离工艺。例如，可采用能将籽粒分成一种以上部分(随机部分或有目的的不同部分)的现有干磨或湿磨技术。例如，将玉米至少分离成LSF和HSF的方法可以是本领域已知的任何方法，例如研磨后筛选分离LSF与HSF、采用例如Buhler-L设备机械脱麸(也参见下述实施例1)、碎裂后筛选、冷冻玉米、机械分离和其组合。
HSF含有胚乳组分。此流动成分在食品、化学品和工业产品工业中有许多应用。由于其淀粉含量高和油与纤维浓度较低，此流动成分是许多发酵工艺的理想原料来源，这些发酵工艺包括但不限于生产乙醇、羧酸、氨基酸和丁醇。其它应用包括将其用作原料来生产甜味剂、塑料以及化妆品和食品。
进行破碎分离时，将玉米籽粒传送到破碎装置中。破碎后，通过(例如)筛子将大尺寸的碎玉米和中等尺寸的碎玉米与小尺寸的碎玉米分开。可用于本发明工艺的一种筛子是筛磨等级为4、具有5.46mm孔洞的Rotex筛(Rotex，Inc.，Cincinnati，OH，型号#201GP)。其它分离方法包括但不限于本领域技术人员已知的大小分离或重力分离等其它方法，例如但不限于抽吸和气旋分离。
中等尺寸和大尺寸的碎玉米留在筛子中。用磨机研磨留下的中等尺寸和大尺寸碎玉米，或用切片机切片。可用的磨机是装有1/4英寸筛子的Fitzmill粉碎机(Fitzpatrick Company，Elmhurst，DL)。可用的工业规模油籽切片机可获自French OilMill Machinery Company，Piqua，OH；Roskamp Champion，Waterloo，IA；Buhler AG，Germany；Bauermeister，Inc.，Memphis TN；Consolidated Process Machinery RoskampCompany，网址http://www.cpmroskamp.com和CrownIron Works，Minneapolis，MN。
通常，大尺寸碎玉米含有约11-22重量％的油。中等和小尺寸的碎玉米含有约4.5-8重量％的油。用磨机研磨后，将研磨后的玉米加入流动成分输入膨胀器或制粒磨机(pellet mill)中。切片后，将切片的碎玉米加入流出膨胀器或制粒磨机的流动成分中。
任选地，可抽吸过筛的小尺寸碎玉米片以分离得到细料(麸皮)。在一个实施方式中，将麸皮加入榨油机的进料装置中。在一个实施方式中，将麸皮与其它玉米组分分别榨油。在一个实施方式中，将麸皮用作原料从中榨取一种或多种麸皮组分如植物甾醇。在一个实施方式中，将麸皮用作发酵原料。在另一实施方式中，将麸皮用于牛饲料。在另一实施方式中，直到分级步骤后才抽吸得到麸皮。在此实施方式中，抽吸LSF以分离得到麸皮。
在两种抽吸实施方式中，都产生了分离的麸皮(纤维)流动组分。与纤维或种皮结合的糖一般是半纤维素，它是5碳糖，如阿拉伯糖和木糖。这些糖在食品、工业化学品和燃料市场上有许多应用。因为此流动成分中这些关键糖的浓度升高，所以可将此流动成分用作分离感兴趣的糖的原料。此外，可将此流动成分直接进料到乙醇发酵工序，用其中的糖生产乙醇。此麸皮(纤维)流动成分也含有有价值的组分如植物甾醇。
无麸皮的LSF是没有纤维流动成分(或含量很少)的高油组分。此流动成分所含的油和蛋白质浓度高，是工业应用的理想原料，并具有独特的食品用途。由于其蛋白质水平较高，所以此流动成分是用水、盐、pH、膜和/或醇提取蛋白质的良好原料。可用它产生用于食品和工业化学品工业的蛋白质浓缩物。此外，还可用溶剂抽提和/或用水和超声处理加工此流动成分制备蛋白质、氨基酸或新型化合物。含有麸皮的LSF可用作动物饲料来源或食品添加剂。
可将过筛的小尺寸碎玉米片和/或过筛和吸出的小尺寸碎玉米片进料到分级器，分级器将它们分离成高油碎片组分和低油碎片组分。在一个实施方式中，低油碎片组分用作发酵、玉米湿磨、宠物食品、动物饲料、食品应用和/或其它加工方法的原料。在一个实施方式中，将低油碎片组分与提取的玉米粉混合。该混合物可用作发酵、玉米湿磨、宠物食品、动物饲料、食品应用和/或其它加工方法的原料。
在其它实施方式中，所述预处理可包括使玉米进一步干燥，以有利于LSF与HSF的分离。可通过加热玉米或仅空气干燥玉米完成干燥。
在一些实施方式中，不需要软化步骤，因为需要LSF和/或HSF水分含量低。当一种或多种组分用于能量生产时尤其如此。通常，如果原材料含有最少量的水分，那么该工艺的能量生产部分更有效。
C.分离输出物分离工艺可产生玉米的按物质百分比分离的随机部分，这需要按操控者选择的工艺运作。例如，如果经济状况表明，乙醇产品和能量产品是利润最高的产品，那么只需要根据这两种工艺分离玉米的各部分。
有目的地分离可产生以下一种或多种产品HSF、LSF和高麸皮组分(HBF)。
高麸皮组分可用于食品，包括动物饲料。高麸皮组分也可用作燃烧室或气化器的能量来源。在一些实施方式中，能量生产的方式是整个工厂自身满足或几乎自身满足型，这意味着该工厂不需要依赖于石油化学品或外部能源就能生产产品(参见实施例III)。
在一个实施方式中，HSF用作发酵、玉米湿磨、宠物食品、动物饲料、食品应用和/或其它加工方法的原料。在另一实施方式中，将HSF与经榨油和去除溶剂的粗粉(榨过油的LSF)混合，用作发酵、玉米湿磨、宠物食品、动物饲料、食品应用和/或其它加工方法的原料。在本发明的一个方面，经榨油和去除溶剂的粗粉可用作发酵、玉米湿磨、宠物食品、动物饲料、食品应用和/或其它加工方法的原料。
还可加工分离过程的输出物，以制备用于下一加工步骤的物质。例如，可将它们切片而有利于去除油或酶处理。也可条件处理输出物，然后将它们输送到膨胀器或制粒磨机中。然后，可从单独或混有碎玉米片和/或研磨的碎玉米的膨胀碎玉米高油组分中榨油。
II.能量生产A.能量生产工艺的输入物耗能成本可能占玉米研磨工厂和/或发酵工厂产品生产成本中的一个最大部分。因此，可用玉米籽粒本身生产能量，这能降低最终产品的成本。可将玉米籽粒分离成随机部分，该随机部分的一定分数或百分数可氧化产生能量，以运行该工厂或其一部分。在一些情况下，产生的能量可能超过该工厂的需求，可将能量本身作为该工厂的一种产品出售。
可随机产生分离步骤产生的玉米籽粒各部分，即与第二部分相比完全不管一部分中是否会有较多的淀粉、油或蛋白质。当该工厂制备湿润粉糊产品如玉米粉圆饼等时可能需要如此。然而，通常，该分离步骤会提供两种或多种有目的地分开的不同部分，如HSF、HBF或LSF。然后，这些组分中的一种或多种可用于生产能量。未用于生产能量的其余部分可出售或进一步加工产生玉米相关产品和副产品，如淀粉、高果糖玉米糖浆、玉米糖浆、甜味剂、发酵原料(可用于生产乙醇、柠檬酸、衣康酸、乳酸等的原料)、榨过油的LSF、动物饲料、麸皮、粗粉、面筋粉和其组合。
此外，可加工HSF和/或LSF以生产各种产品，如油、淀粉、发酵原料、甜味剂等，生产这些各种产品后，剩余/留下的物质(副产品)可用于生产能量。例如DDG、榨过油的LSF、麸皮等可用于生产能量和/或热量。
本领域普通技术人员应理解，任何玉米均可用于此工艺，根据操控者想要在此工厂中生产何种产品，可能需要某些类型的玉米。操控者的选择受输入物成本和该工厂可能生产的各种产品的市场价格的影响。更具体说，如果高果糖玉米糖浆价格高，操控者可采用黄色马齿玉米，以获得淀粉，剩余的LSF可用于生产能量和/或热量。当该工厂在一些加工步骤(如榨油、浸渍、发酵和/或蒸馏)中采用较高温度和/或消耗蒸汽时，热量的产生特别有用。
B.处理可用本文所述各种工艺的一种或多种组分和/或副产品来生产能量。可通过诸如燃烧和/或气化等方法生产能量。合适的燃烧装置的例子是固体燃料锅炉如HurstHybrid PF和Hurst Hybrid UF锅炉(Hurst Boiler and Welding Co.，Coolidge，GA)。合适的气化装置的例子是Host BV(Hengelo，NL)和Ferco Enterprises LLC(Norcross，GA)设计的。
可以在燃烧炉中燃烧某组分和/或副产品，热量可用于产生蒸汽。根据蒸汽压力，该系统会递送低压蒸汽和/或高压蒸汽。低压蒸汽主要用于给HSF蒸煮、浸渍、发酵和蒸馏加工提供热能。当需要生产电能时，更需要高压蒸汽，然而，高压蒸汽也可用作热能来源。
在一些实施方式中，需要采用高压锅炉。在蒸汽轮机中高压蒸汽膨胀变成低压而产生电能。剩余的低压蒸汽仍可用于递送热能(HSF蒸煮、浸渍、发酵和蒸馏)。此工艺所采用的锅炉是适合处理作为原料的固体材料的任何类型锅炉。
预计本文所述能量生产工艺的一些输入物燃烧后会产生灰渣。熔点低于燃烧温度的燃料灰可烧结产生灰渣。灰渣是不良产物，因为它们倾向于在燃烧区域外侧固化并常常在锅炉壁和管道上产生附着的坚硬沉积物。这些沉积物常常导致相当大的操作和维护问题，使锅炉的总体使用寿命降低。而且，灰分经历的液化和冷却后的固化过程造成灰分中的矿物质粘结，使矿物质材料不能用作肥料。
在灰渣成为问题的实施方式中，可用气化法产生能量。在气化过程中，高温下使含碳材料与耗氧环境接触。氧气用量低于完全燃烧的化学计算量需求，因此，该燃烧过程含碳材料只部分氧化生成一氧化碳，而非完全氧化生成二氧化碳。此过程的产物是主要由CO组成的可燃气体(称为合成气)，它可用作大多数天然气锅炉中的天然气替代品而无需改造燃烧炉或仅需小改造。通过限制部分氧化生成CO的反应程度，可以在大大低于燃烧的温度下(750-800℃)进行气化。这进而防止了大部分灰烧结成渣，使它们保持用作肥料的高价值。生物来源材料的气化方法是本领域熟知的。
C.能量生产工艺的输出物玉米籽粒部分氧化产生灰分。生物物质的灰分集中了该物质残留的不含碳和不可燃组分。灰分中常见金属和无机盐。在野外生长的植物吸收植物来源物质灰分中所含的矿物质作为营养物。故灰分中所含的矿物质常常具有很高的肥料价值，因为它们含有植物生长所需的物质。农民使用合成肥料补偿土地营养物质的不断流失，而合成肥料的生产采用不可再生的化石燃料。对用乙醇生产(能量)的评论常常引用合成肥料的使用，因为它对可持续发展和乙醇的总能量平衡有害。本文所述实施方式提供的总能量平衡优于以前所示的乙醇产品。这主要是因为氧化LSF产生的灰分含有玉米籽粒中的大部分矿物质并且可以重新返回散播于玉米来源处的土地中。此外，这为操控者增加了潜在的收入。
除了加工所需的能量以外，能量生产中还可产生额外电能可在能量市场上出售，可视作该工厂产生的另一产品。在正确的市场状况下，操控者可选择燃烧玉米籽粒中富含能量的部分(HOF、LSF、SEM等)，而不生产传统的玉米相关产品。
III.工艺I-V的集成可以想像集成的玉米加工工厂中所述所有操作都有工序I-V。在原理上，这种工厂类似于炼油厂，操作者可根据市场需求和原料类型改变产品组合。在集成的玉米加工工厂中，操作者会面临几个机会，可根据输送给该工厂的玉米质量和数量以及产品的市场需求和/或产品的市场价格来优化工艺流程。例如，在玉米油价格高时，操作者可决定榨油和/或购买特别富含油的玉米品种，而通过氧化SEM继续为该工厂生产热能。后一决策应根据饲料市场上SEM的价格和能量价格之间的价差作出。如果前者超过后者，操作者可决定转而采用购买的燃料(如天然气)并将SEM转投饲料市场。为了实现这个目的，应该小心设计能够利用各种燃料进行操作的产能子系统，这些燃料包括内部产生的或购买的燃料或任何可能的混合物(共燃烧)。
在另一种情况下，由于能量价格高和对油的需求较低，操作者可决定购买油含量较低的玉米，以跳过榨油步骤，将所有未处理的LSF转头产能应用。可想像，这种情况向该工厂输送的能量比其操作所需的能量多。在这种情况下，该工厂可输出能量获取利润。另一相似选择可以是将HSF糖化和直接发酵或者将其短暂浸泡使淀粉与蛋白质分离然后进行糖化和随后发酵淀粉。在前一种情况下，回收HSF中的蛋白质作为DDG，而在第二种情况下，回收蛋白质作为玉米面筋(CGM)。传统上，CGM要求的补贴高于DDG。然而，生产CGM的加工步骤更昂贵。这两种途径之间的选择取决于两种产品的不同价值能否抵消CGM粉回收的较高加工成本，进而涉及能量成本以及自产能量与外购能量。此选择的另一种可能变化取决于与未加工的LSF相比，淀粉作为发酵原料的灵活性较高。前者可能更适合用作各种复杂发酵的原料，对它的需求与乙醇市场需求相反取决于它们产品的市场需求。
以下实施例为说明性，但不仅限于集成玉米加工工厂的生产操作灵活性类型和效率。集成玉米加工工厂使操作者有机会在任何时间优化工艺和选择加工途径，根据外部市场需求，能量价格和玉米的类型、可否买到和价格综合考虑而生产最高利润的产品，从玉米产品中取得最大经济价值。
实施例I-分离分离高油玉米和低油玉米HOF与LOF，或HSF与LSF的基本步骤基本相同。以下提供的具体实施例是用于高油玉米的实施例。
计量装在带有蒸汽夹套的叶片式搅拌机中贮存的高油玉米粒1(LH310(近交，Holdens Foundation Seeeds)x HOI 001，参见美国专利公开号2003/018269和2003/0172416，纳入本文作参考)和高油玉米粒2(Top Cross Blend种子玉米，2003年春季购买，2003年秋季收获谷粒，Indiana)，保留时间约为7分钟。90加热软化玉米。然后，将软化的玉米输送至Buhler-L装置(Buhler GmbH，德国)，在其中将外壳和较软的组织研磨成低油组分(″LOF″)并与高油组分(″HOF″)分离。谷粒、HOF和LOF的分析结果见表I-1。
表I-1
这些结果表明，占玉米材料一半以上的LOF的油含量降低至2.5重量％以下，这使该组分可避免昂贵的榨油步骤。
实施例II-榨油A.高油玉米用DFEA-220型膨胀器(Buhler GmbH，德国)使黄色马齿品种#2玉米的HOF膨胀产生膨胀颗粒(collet)。以蒸汽形式将水分加入膨胀桶。加入蒸汽的速率为6.0-6.8％。在水平的环境空气冷却器中冷却膨胀的HOF将水分含量降低到10.13-12.45％。HOF膨胀到使其适合递送至完全规模的溶剂榨取器。
对两货车装载量的膨胀HOF进行完全规模的榨取加工，货车中装有23-32％HOF。剩余物是湿磨的压榨过的胚饼。用3.5小时将货车中的装载物卸下至湿磨的胚流中。用床体浅的Crown III型榨油机压榨该混合物。榨油机的处理能力为1000T/天。
下表显示了实验期间不同取样点的结果表II-1
实施例III-能量生产利用实施例IIA所述榨油工序得到的数据为玉米加工(包括玉米发酵)和利用玉米各部分生产能量的工厂提供了能量生产模式。该模式包括假定(已知)初始玉米中各组分的相对百分数以及假定用该工厂的产品来生产能量。
计算出2号黄色马齿玉米进料速率55,000蒲式耳/天时采用分离步骤和将籽粒分成HSF和LSF的质量比例(见表III 1-17)。这些表提供的质量比例交替提供，例如提供淀粉值时假定没有制备乙醇。也计算根据质量比例的能量生产，结果见表III 18-21。最后，各种乙醇产品加工的能量消耗见表III 22-24。
质量比例数据表III-1显示了假设的用于能量生产模式所估计的各种玉米组分所占的％质量。表III-2提供了推定的加入该工序的水用量，它等于加入该工序的玉米重量的3％。表III-3显示了包含抽吸HSF回收的麸皮组分的LSF中各组分所占比例的分析。表III-4显示了去除麸皮后HSF组成分析。表III-5显示了胚对能量生产模式的贡献。胚来自玉米湿磨工厂，在LSF膨胀形成膨胀颗粒后将胚加入LSF。将胚加入LSF膨胀颗粒达到使用工业级榨油工厂所需的体积。该模式中LSF膨胀颗粒与胚的比例为4∶6。表III-6提供了LSF膨胀颗粒和胚混合物产生的粗制油的总体估计值。表III-7显示了溶剂提取粉各组分的分析。表III-7中提供了湿磨LSF膨胀颗粒和胚产生的溶剂提取粉各数值。最后，表III 8-16显示了各种产品以及工厂生产的乙醇或淀粉和面筋的相对组成。
表III-1
表III-2
表III-3
表III-4
表III-5
表III-6
表III-7
表III-8
表III-9
表III-10
表III-11
表III-12
表III-13
表III-14
表III-15
表III-16
表III-17
该模式假定研磨水、所用酶和SO2与研磨工业通常所用的相一致。
为了小结，该工厂从HSF制备乙醇时该模式的总输出物是14.52LB/蒲式耳乙醇、7.98lb/蒲式耳油(包括胚的贡献)、14.52lb/蒲式耳DDG、13.88lb/蒲式耳CO2，和30.51lb/蒲式耳SEM(包括胚的贡献)。
或者，当该工厂从HSF制备淀粉而非乙醇时，经计算输出物是28.53lb/蒲式耳淀粉和6.60lb/蒲式耳面筋。
估计了生产这些产品所用的能量，见表III 18-20。表III-18显示与蒸馏相关的能量消耗，表III-19显示了与采用分子筛相关的能量消耗，表III-20显示了与采用玉米粗粉代替分子筛吸附水相关的能量消耗。可通过降低压力或使热空气流过分子筛上方来蒸发水，而再生分子筛(用于完成此过程的能量称为再生热，包括在表III-19的整体热负荷中)。
表III-18
表III-19
表III-20
如上所述，利用质量比例产生该工艺中各种产品的产能值。表III-21显示了各估计组分的推定BTU/lb。表III-22显示了可从氧化DDG获得的能量。表III-23显示了可从氧化LSF获得的能量，表III-24显示了可从氧化SEM获得的能量。
表III-21
表III-22
表III-23
表III-24
本领域普通技术人员将明白，这些产品(即DDG、SEM、LSF、HSF、粗油、麸皮、胚等)中的一种或多种可氧化成能量，可氧化所述一种或多种产品的一部分产能。上面提供的模式没有提供在所述工厂中进行其它加工处理所需的能量。例如，已知某些工序需要的但该模式不能解决的能量是研磨玉米、除去LSF膨胀颗粒和玉米胚中的油以及运行发酵罐的能量。然而，认为这些工序耗能只占该工厂所用总能量的一小部分，本领域普通技术人员不难估计运行这些工序所需的能量，与操作如蒸煮、发酵、蒸馏等所需的能量相比，它们在该工艺的总能量需求中所占比例很小。
该模式的结果显示，其优点是可利用玉米籽粒的一个或多个部分作为能源。哪部分用作能源取决于市场状况和能量价格。例如，采用本文提供的模式，估计蒸馏乙醇需要的能量为1821MMBTU/天，加上用分子筛吸附所需的能量274MMBTU/天，估计总共使用的能量为2095MMBTU/天。可通过氧化LSF提供这些能量；假定LSF中的含水值为19％，估计氧化LSF可产能4917MMBTU/天(是乙醇蒸馏和脱水实际所需能量的235％)。当多余能量的价值大于出售在相同情况下生产油和SEM获得的价值时，运行此工厂的操控者会决定氧化LSF。该决定也可能部分受到不运行膨胀器和榨油加工所节约的成本的影响。
实施例IV美国专利号6,313,328和6,388,110描述了加工油总含量至少约为8重量％的全玉米籽粒的工业规模方法，该方法包括玉米粒切片和榨取玉米粒切片中的玉米油的步骤。美国专利号6,610,867描述了榨取玉米油形成玉米粉的方法。该方法通常包括以下步骤破碎油总含量约为3-30重量％的全玉米籽粒，榨取碎玉米粒中的玉米油。(此方法不用切片)。对整个籽粒(任何形式)的所有组分进行榨取步骤，包括油含量较低的组分。相反，现有方法的分级过程产生高油组分和低油组分。低油组分避免了榨油工序，可直接进料或作其它应用。只对高油组分进行榨油和抽提。此工艺用非常小的投资能使工厂的生产量加倍。
实施例V计量装在带有蒸汽夹套的叶片式搅拌机中贮存的高油玉米粒1(LH310(近交，Holdens Foundation Seeeds)x HOI 001，参见美国专利公开号2003/018269和2003/0172416，纳入本文作参考)和高油玉米粒2(Top Cross Blend种子玉米，2003年春季购买，2003年秋季收获谷粒，Indiana)，保留时间约为7分钟。90加热软化玉米。然后，将软化的玉米输送至Buhler-L装置(Buhler GmbH，德国)，在其中将外壳和较软的组织研磨成低油组分(″LOF″)并与高油组分(″HOF″)分离。谷粒、HOF和LOF的分析结果见表4。
表4
这些结果表明，占玉米材料一半以上的LOF的油含量降低至2.5重量％以下，这使该组分可以避免昂贵的榨油步骤。
除非另有定义，本文所用的所有科技术语和缩略语的含义与本发明所属领域普通技术人员所共同理解的含义相同。虽然可采用与本文所述的方法和材料相似或等效的方法和材料实施本发明，但上面描述合适的方法和材料，并不意味着这些方法和材料限制了本文所述的本发明。将本文所述的所有公开专利和官方分析方法全部纳入本文作参考。通过对本发明的说明性实施方式和权利要求
书的描述可以明白本发明的其它特征和优点。
将本文引用的所有参考文献，包括发表物、专利申请和专利纳入本文作参考，就像各参考文献被单独和特别地纳入本文作参考并以全文列出于此那样。
在描述本发明(尤其是权利要求
书)的语句中，使用术语″一个″和″一种″以及″这种″和相似形式包括单数和复数，除非本文另有说明或明显与内容矛盾。本文所述数值范围仅用于指属于该范围的所有单个值的简化方法，除非本文另有说明，将各个单个值纳入说明书，就像在本文中单个列出的那样。本文所述的所有方法可以任何合适顺序进行，除非本文另有说明或者明显与内容矛盾。采用本文提供的任何和所有实施例或示范性语句(例如″如″)仅为了更好地说明本发明，而不是限制本发明范围，除非另有声明。应认为，说明书中没有语句表明权利要求
书没有提到的任何元素是实施本发明必需的。
权利要求
1.一种用全玉米籽粒的一个或多个部分产生能量的方法，所述方法包括将一种或多种全玉米籽粒分离成为一个或多个部分；氧化所述一个或多个部分中的至少一个，以产生一种或多种类型的能量。
2.如权利要求
1所述的方法，其特征在于，所述一种或多种类型的能量选自热能或电能。
3.如权利要求
1所述的方法，其特征在于，所述全玉米籽粒的一个或多个部分选自LSF或HSF。
4.如权利要求
1所述的方法，还包括使用所述一个或多个部分中的至少一个来制备一种或多种产品。
5.如权利要求
3所述的方法，其特征在于，所述全玉米籽粒的一个或多个部分是LSF，其中所述LSF含有50％以下的完整胚。
6.如权利要求
4所述的方法，其特征在于，所述一种或多种产品选自淀粉、高果糖玉米糖浆、玉米糖浆、甜味剂、发酵原料、榨过油的LSF、DDG、动物饲料、麸皮、粗粉、面筋粉或其组合。
7.如权利要求
1所述的方法，还包括使用所述全玉米籽粒的一个或多个部分制备一种或多种副产品。
8.如权利要求
4所述的方法，其特征在于，氧化所述一种或多种副产品以产生能量。
9.如权利要求
1所述的方法，其特征在于，采用气化或燃烧法实现氧化。
10.一种分割玉米籽粒的方法，所述方法包括将含水量约为8-22重量％、还含有胚乳组分和胚组分的至少一种玉米籽粒分成高淀粉组分和低淀粉组分，其中所述高淀粉组分的淀粉浓度高于玉米籽粒，所述低淀粉组分的淀粉浓度低于玉米籽粒，所述低淀粉组分含有50％以下的完整胚。
11.如权利要求
10所述的方法，还包括利用高淀粉组分的至少一部分进行选自下组的一种或多种处理能量生产、发酵、油生产、湿磨、动物饲料生产、甜味剂生产和淀粉生产。
12.如权利要求
10所述的方法，还包括利用低淀粉组分的至少一部分进行选自下组的一种或多种处理能量生产、发酵、油生产、湿磨、动物饲料生产、甜味剂生产和淀粉生产。
13.如权利要求
10所述的方法，其特征在于，所述分级采用机械脱麸机完成。
14.如权利要求
12所述的方法，还包括使所述低淀粉组分膨胀然后榨油。
15.一种玉米研磨工厂生产一种或多种产品的方法，所述方法包括将至少一种全玉米籽粒分级成至少两部分；和用所述至少两部分生产能量和至少一种其它产品。
16.如权利要求
15所述的方法，其特征在于，所述至少一种其它产品选自淀粉、高果糖玉米糖浆、玉米糖浆、甜味剂、发酵原料、榨过油的LSF、DDG、动物饲料、麸皮、粗粉、面筋粉和其组合。
17.如权利要求
15所述的方法，其特征在于，采用干磨工艺、湿磨工艺或其组合完成分级。
专利摘要
本发明提供了可用于生产粗粉、乙醇、能量、淀粉、甜味剂、面筋、发酵产品、玉米粉和油的集成玉米加工模式和设备，其加工方式允许操控者根据工艺的经济性和可获得的输入物改变输出物。
文档编号B02B5/02GKCN101080483SQ200580043585
公开日2007年11月28日 申请日期2005年11月15日
发明者M·J·比弗, E·福克斯, J·英瓦尔森, D·科托维斯基, A·帕蒂斯特, I·C·珀特勒, M·J·图皮, C·泰勒, M·范豪滕, L·佐罗 申请人:嘉吉有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan