用于保存碳水化合物原料的稳定化的二氧化氯的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于保存碳水化合物原料的稳定化的二氧化氯，更具体地涉及用于抗污染微生物以保存碳水化合物原料的方法，所述方法包括以下步骤：在至少2.6的pH下使所述碳水化合物原料与稳定化的二氧化氯接触。所述碳水化合物原料优选地包含天然存在的碳水化合物，尤其是具有还原端基的碳水化合物。所述方法尤其适于处理用于生物精炼过程如乙醇发酵中的原料。
【专利说明】
用于保存碳水化合物原料的稳定化的二氧化氯
[0001 ]本申请是一项发明专利申请的分案申请，其母案的申请日为2010年9月27日、申请 号为201080042917.8(PCT/US2010/050342)、发明名称为"用于保存碳水化合物原料的稳定 化的二氧化氯"。
技术领域
[0002] 本发明涉及在贮藏或运输期间基本上防止碳水化合物原料中的微生物生长的方 法，包括其中所述溶液或悬浮液旨在用于燃料乙醇生产的原料的方法。
【背景技术】
[0003] 最近一体化生物精炼已经发生了显著的增长，其中可将任意数量的农业原料转化 成可再生的燃料以及价值较高的化学品、材料和药物。生物精炼的工作原理类似于石化精 炼。用于生物精炼的进料包括传统农业产品如玉米、蜀黍、小麦、大麦、小米、稻草、高粱、甘 蔗、糖用甜菜、糖蜜、乳清、水果和马铃薯，以及当前归类为废物流的其它产品如废木材废 料、蔗渣、废纸和市政固体垃圾。此类原料的价值在于其内含碳水化合物，可开发碳水化合 物作为生物精炼中的反应物。生物精炼的产品可旨在用于人类消费，例如用甘蔗或产自糖 用甜菜的糖蜜制备的糖，或者用作燃料或用于化学合成，例如用玉米制备的乙醇和琥珀酸。
[0004] 生物精炼的一个特定应用是制备燃料乙醇。由于石油储量逐渐耗竭并且其价格越 来越昂贵，对替代的并且优选可持续的能源的需求增加。乙醇是部分或完全取代不同用途 的石油基燃料的一个选项。乙醇动力汽车已经成为现实。作为可再生的燃料源，乙醇比常规 汽油更有优势。
[0005]目前工业乙醇（例如燃料)和食用乙醇均通过发酵方法从农业(天然）原料中大规 模制备，其中通过接种酵母将糖转化成乙醇和二氧化碳。许多原料可用于提供发酵糖，包括 潜在的任何淀粉或纤维素材料，它们包括几乎所有植物，因为任何淀粉或纤维素可为糖前 体。一些尤其适用于制备燃料乙醇的常见原料包括玉米、蜀黍、高粱、甘蔗、糖用甜菜和糖 蜜。
[0006]对于生物精炼来说一个显著问题是在贮藏和运输期间的原料腐败。作为农业原 料，这些原料通常包含高水平的有害微生物如细菌、真菌和有害酵母，它们能够在原料进行 生物精炼之前使其降解(腐败）。这些微生物可作为原料的初始来源的一部分被带入，或者 来自玉米原料的预制备步骤。有害微生物可包含多种酶，它们将原料转化成糖，所述微生物 代谢这些糖以促进自身生长。因此，由于微生物的消耗，原料的价值丧失。这些微生物的生 长降低了进料的价值。在一个具体实例中，贮藏糖蜜和甘蔗或糖用甜菜汁的一个显著问题 是由于腐败微生物如明串珠菌属(Leuconos toe)或乳杆菌(Lactobacillus)的作用导致糖 含量降低。虽然生物杀灭剂一般适用于处理包含不可取的微生物的材料，它们是非特定的 并且作用于材料本身和非目标微生物。生物杀灭剂在发酵系统中作用有限，因为它们会杀 灭接种酵母。二氧化氯是一种生物杀灭剂，其已经被用于发酵体系以处理微生物感染。可向 适宜的二氧化氯发生器中以二氧化氯气体的形式加入二氧化氯。作为另外一种选择，稳定 化的二氧化氯(S⑶)可通过与酸接触被活化。WO 2007/149450公开了在酸的存在下使用S⑶ 防止微生物感染的方法。
[0007] Ziegler在W0 2007/097874中公开了一种减少发酵过程中的有害微生物如细菌、 酵母污染菌或杀伤酵母的方法，该方法利用二氧化氯(C10 2)气体。这个方法需要发生设备 和必要的反应物以生成C102气体。生成的C102必须在其产生时被用掉，因为当它暴露于光照 或接触任何有机物质时发生降解，其将保存在发酵过程中。Ziegler对使用稳定化的二氧化 氯提出反对，因为它的使用是困难的和不精确的，并且潜在地会杀灭需要的酵母和/或抑制 需要的酶。
[0008] 稳定化的二氧化氯是可商购获得的。虽然也存在其它来源的二氧化氯，但稳定化 的二氧化氯一般来讲是亚氯酸钠缓冲溶液(例如使用碳酸盐缓冲液得到碱性pH)。亚氯酸钠 缓冲溶液是长期稳定的。亚氯酸钠缓冲溶液当活化时能够生成二氧化氯，例如通过化学氧 化(例如用臭氧或氯进行氧化）、电化学氧化、或酸化(例如使用强酸如HC1)进行活化。参见 例如 "Chlorine Oxygen Acids and Salts，Chlorous Acid，Chlorites and Chlorine Dioxide" Jerry J.Kaczur 和 David W.Cawlfield，在线公布于：2000 年 12 月04 日，Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology〇
[0009] 需要减少原料中的酵母污染菌含量的方法，所述原料旨在在生物精炼方法范围内 使用。包含碳水化合物的原料包括糖类作物和纤维素原料，其易于发生微生物导致的腐败。 生物精炼方法包括制造燃料乙醇、降解包含生物质的纤维素、制备糖(从甘蔗和/或糖用甜 菜中制备）、提炼甘蔗、加工淀粉如马铃薯淀粉和玉米淀粉等等。进一步需要预防原料在贮 藏和运输期间腐败的方法，所述原料如碳水化合物溶液或悬浮液。
[0010] 期望有一种简便的和经济的方法以稳定贮藏和运输期间的碳水化合物原料。期望 有一种不会将非必需的和/或不可取的试剂、尤其是对生物精炼产品如乙醇的质量有不利 影响的试剂带入原料的方法。
[0011] 本发明满足这些需要。
【发明内容】
[0012] 用于抗污染微生物以保存碳水化合物原料的方法，所述方法包括以下步骤或基本 上由以下步骤组成或由以下步骤组成：在至少2.6的pH下使所述碳水化合物原料接触稳定 化的二氧化氯。原料中的碳水化合物浓度基于原料总重量为至少1 %，并且优选地在1-70% 的范围内。稳定化的二氧化氯的量基于原料总重量为l〇-l〇〇〇〇mg/kg的可用二氧化氯。碳水 化合物原料优选地包含天然存在的碳水化合物。令人惊讶地是，所述方法在不加入用于生 成二氧化氯的酸或氧化剂的情况下仍然有效。
【具体实施方式】
[0013] 本文商标用大写体指示。
[0014] 本发明包括保存原料免于污染微生物导致的劣化的方法。碳水化合物原料可为在 含水介质中的碳水化合物溶液或悬浮液。如本文所用，术语"含水介质"是指基本上是水的 介质，例如大于80%，优选地大于90%，更优选地大于95%的含水量。含水介质可为大于 99%的水。
[0015] 所述方法包括以下步骤或基本上由以下步骤组成或由以下步骤组成:在pH为至少 2.6，优选地至少3，优选地至少pH3.5，优选地至少pH4，优选地至少pH4.5，并且优选地不大 于PH9的情况下使所述碳水化合物溶液或悬浮液接触稳定化的二氧化氯。在原料中所述碳 水化合物的浓度基于原料总重量为至少1 %，优选地1-70%，并且加入的稳定化的二氧化氯 的量基于原料总重量为l〇-l〇〇〇〇mg/kg的可用二氧化氯含量
[0016] 魅
[0017] 本文应用于碳水化合物原料的术语"保存"指预防由污染微生物如细菌导致的反 应或碳水化合物消耗。保存提供经过至少一个月的一段时间的稳定的碳水化合物原料，其 不经过较大的改变，所述改变将来自于由微生物代谢导致的反应或消耗。改变的一个量度 是保存原料的微生物种群。当恰当保存时，所述碳水化合物原料不发生大于ll〇g 1QCFU/ml或 110g1QCFU/g的原料中的微生物种群增加。通常微生物种群用l 〇g1QCFU/ml(用于液体原料） 和logioCFU/g (用于固体/半固体原料)表示。logioCFU/g的表达方式也可用于液体原料。
[0018] 改变的第二个量度是保存原料的pH，其改变不应大于0.5个pH单位。虽然与微生物 种群量度相比，pH量度提供了对保存效果的更快评估，本领域的技术人员应当理解pH的改 变可能不足以在所有情况下监控碳水化合物原料的保存（即不改变）。例如，就pH小于约pH6 的缓冲原料或原料而言，在pH改变0.5个pH单位之前可发生可观的微生物污染。
[0019] 本领域的技术人员还应理解，可使用其它的改变量度。例如，检测到非期望化合物 (例如来自碳水化合物原料代谢的产物)的存在可指示改变。检测方法可包括分光光度测定 法、色谱法、以及本领域的技术人员已知的其它方法。其它量度可包括碳水化合物原料的物 理性能如比重或粘度的改变。
[0020] 本发明涉及在单元操作中保存碳水化合物原料的方法。"单元操作"是指涉及碳水 化合物原料的任何操作，具体地讲指贮藏、运输、预处理和生产。"预处理"本文是指在使用 原料之前采取的任何步骤。在使用原料之前的预处理包括例如在用于制备乙醇的生物精炼 过程中将原料从一个器皿如贮藏罐转移到第二器皿如发酵罐。生产操作包括生产为非发酵 产物如糖的碳水化合物原料的过程。保存防止或延缓与原料中的微生物活性相关联的劣 化。所述原料随后用于经发酵或相似的过程转化成最终产物，或者加入用于制备最终产物 的其它过程。
[0021] 碳水化合物原料
[0022] 如本文所用，"碳水化合物"是单糖、二糖、低聚糖、或多糖。如本文所用，碳水化合 物可为单糖、二糖、低聚糖、多糖、或它们中的两种或更多种的混合物。单糖、二糖、低聚糖和 多糖的实例是本领域的技术人员已知的。所述碳水化合物优选地是天然存在的碳水化合 物。天然存在的碳水化合物可具有或可不具有还原端基。此类碳水化合物较易于代谢，并且 因此较易于被微生物劣化。
[0023] 取决于预期的用途，包含非单糖碳水化合物的碳水化合物原料可需要预处理如水 解以将非单糖碳水化合物转化成可发酵糖。例如碳水化合物原料可由水中的玉米淀粉组 成。玉米淀粉是由单个单位的葡萄糖连接在一起组成的多糖。可预处理(例如用酶处理）玉 米淀粉以将多糖连续转化成较小的(较短的）多糖(糊精)和葡萄糖(单糖）。
[0024] 碳水化合物原料也可为醪的形式。如本文所用，术语"醪"是包含可发酵糖或可发 酵糖前体的组合物。一般来讲，醪包括谷物或用于制备乙醇的其它在水中的碳水化合物的 任何混合物。醪可指包含碳水化合物的组合物，其在乙醇发酵的任何阶段使用，从在蒸煮 和/或糖化可发酵糖前体之前发生的混合到当发酵完成时制备组合物。醪在JacqUeS，K.A.， Lyons，T.P.，Kelsall，D.R，"The Alcohol Textbook"，2003,426-424,Nottingham University Press，UK中被进一步定义。
[0025] 碳水化合物原料可为可发酵糖的溶液或悬浮液。更具体地讲，如本文所用的可发 酵糖是碳水化合物的溶液或悬浮液，所述碳水化合物基本上来源于任何植物来源，包括糖、 淀粉和/或纤维素。即，淀粉和/或纤维素可通过本领域已知的方法例如使用酶转化成可发 酵糖。可发酵糖可来源于任何基于谷物的产物中的一种或多种，例如玉米、木肩、小麦秸杆、 玉米秸杆、柳枝稷。作为另外一种选择，可发酵糖可来源于蜀黍、大麦、小米、高粱、甘蔗、糖 用甜菜、糖蜜、乳清、马铃薯、藻类、海藻和其它生物来源。将植物来源转化成可发酵糖的方 法是本领域技术人员已知的。可发酵糖方便地来源于玉米，使用湿磨或干磨方法制备液化 淀粉。液化淀粉经过糖化，其中所述淀粉接触酶以将淀粉转化成葡萄糖，从而形成可发酵 糖。
[0026] 碳水化合物原料按重量计可包含至多100 %的碳水化合物。一般来讲，碳水化合物 原料基于原料总重量包含1 %至70 %的碳水化合物，优选地介于2-40 %之间的碳水化合物。 原料中的碳水化合物量和组成可根据期望的最终用途而变化。例如玉米浆，它是得自湿磨 方法的碳水化合物溶液，其可包含16.5 %的碳水化合物。在湿磨方法中，将玉米浸渍或浸 泡，然后分成多个组分。玉米浆是已将玉米长期浸泡后获得的含水液体，在此期间从玉米固 体中提取用于发酵的可溶解组分，其溶于浸泡水中。来自湿磨方法的淀粉组分按重量计可 包含至多40 %的碳水化合物。
[0027] 碳水化合物原料可包含其它组分，它们一般行使溶液和/或悬浮液助剂的功能。例 如碳水化合物原料可包含酶、表面活性剂、分散剂、消泡组合物、矿物质、痕量元素、以及它 们中两种或更多种的组合。这些组分以及作为助剂的其它组分是本领域的技术人员熟知 的。基于原料总重量，碳水化合物原料按重量计可包含至多70 %的其它组分，优选地碳水化 合物原料按重量计包含2-40%，更优选地按重量计包含2-35%的一种或多种组分。
[0028] 微生物
[0029] 在本发明的上下文中微生物分两种，即期望的和非期望的微生物。期望的微生物 如啤酒糖酵母(Saccharomyces cerevisiae)用于将葡萄糖发酵成乙醇和二氧化碳。其它期 望的微生物在其它生物精炼方法中使用。期望的微生物提出不存在于碳水化合物原料中。
[0030] 非期望的微生物包括细菌、真菌、野生的或污染的酵母、以及能够代谢碳水化合物 原料组分以维持所述微生物生存的其它微生物。非期望的微生物污染碳水化合物原料，利 用原料作为食物来源，繁殖，并因此消耗原料。
[0031] 非期望的微生物如酵母污染菌常存在于工业和食用乙醇生产中，并且能够引起严 重的污染事件，导致乙醇产量降低。这些非期望的微生物通过原料、工艺用水、空气、操作人 员和多种其它来源被带入到过程中。
[0032] 非期望的微生物如细菌利用葡萄糖原料生成产物如乙酸和乳酸，它们不仅消耗原 料并因此阻止原料转化成期望的产物，而且不利地影响生物精炼过程中期望的微生物。例 如，乙酸和乳酸不利地影响啤酒糖酵母(Saccharomyces cerevisiae)将萄萄糖转化成乙醇 的速率。本发明例如在贮藏和运输期间利用SCD控制非期望的微生物，保存原料。
[0033]碳水化合物原料是能够维持多种微生物生长的丰富营养物质来源。有利的是，碳 水化合物原料既作为期望微生物如发酵过程中的酵母的营养物质，又作为用于制备乙醇的 原料。然而，非期望的微生物在发酵或其它最终用途之前的贮藏和运输期间在营养碳水化 合物原料中增殖，导致原料劣化。此外，通常与碳水化合物原料的劣化相关联的非期望微生 物可天然存在于用于生物精炼过程的任何原料中，或者可从外部来源如加工设备、原料本 身的杂质等等被加入。
[0034]碳水化合物原料的"劣化"是指碳水化合物原料中的碳水化合物的化学转化，其由 碳水化合物与非期望的微生物的反应引起或由非期望的微生物消耗所述碳水化合物引起。 例如，非期望的微生物可消耗碳水化合物作为它们增殖所需的微生物代谢营养来源。作为 另外一种选择，非期望的微生物能够与碳水化合物反应并将碳水化合物转化成不同的化学 化合物，无需代谢碳水化合物。例如，肠膜明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)，一种天 然存在于甘蔗榨汁中的细菌，将蔗糖(一种二糖)转化成葡聚糖(一种多糖）。当使用甘蔗汁 制造结晶糖时，将蔗糖转化成葡聚糖导致产量降低。类似地，当受到肠膜明串珠菌 (L. mesenteroides)污染的甘鹿汁用于乙醇发酵时，发酵产率降低。
[0035] 稳定化的二氧化氯
[0036]术语"稳定化的二氧化氯"，本文也称为"SCD"，是指一种或多种含二氧化氯的氧-氯络合物、一种或多种含亚氯酸根的化合物、当暴露于酸时能够形成二氧化氯的一种或多 种其它物质、以及它们的组合。因此，稳定化的二氧化氯包含至少一种含二氧化氯的氧-氯 络合物、含亚氯酸根的化合物、或当暴露于酸时能够在液体基质中形成二氧化氯的物质。 S⑶是可商购获得的。
[0037]优选的含二氧化氯的氧-氯络合物选自二氧化氯与碳酸盐的络合物、二氧化氯与 碳酸氢盐的络合物、以及它们的混合物。含亚氯酸根的化合物的实例包括金属亚氯酸盐，具 体地讲包括碱金属亚氯酸盐和碱土金属亚氯酸盐。用作二氧化氯前体的、含亚氯酸根的化 合物的具体实例是亚氯酸钠，其可用作技术等级亚氯酸钠。
[0038] S⑶优选地是碱金属亚氯酸盐或碱土金属亚氯酸盐、通常是亚氯酸钠(NaC102)的 水溶液。溶液中的亚氯酸钠在高于7的pH下一般是稳定的，但是当pH低于中性(pH 7)时释放 活性二氧化氯(ClOlSCD活化速率，即活性C102从稳定形式释放的速率随着pH降低而提高。
[0039] 多种SCD组合物，具体地讲包含二氧化氯的氧-氯络合物的确切化学组成尚未被完 全理解。某些二氧化氯前体的制造或制备在Gordon，美国专利公开3，585，147和Lovely，美 国专利公开3,591，515中进行了描述。可商购获得的并且可用的稳定化的二氧化氯的具体 实例包括例如ANTHIUM DI0XCIDE和FERMASURE，得自E.I.du Pont de Nemours and Company，Wihnington DE;0XINE和PUR0GENE，得自Bio-Cide International，Inc.，Norman， 0K〇
[0040] 可通过以下物质的溶液的形式提供SCD:-种或多种包含二氧化氯的氧-氯络合 物、一种或多种含亚氯酸根的化合物、当暴露于酸时能够形成二氧化氯的一种或多种其它 物质、以及它们的组合。所述溶液提供在液体介质中具有预先确定浓度的活性物质的SCD， 它是可利用的二氧化氯(C10 2)。优选地，液体介质具有足够的SCD以具有有效的二氧化氯浓 度，基于液体介质的总重量，所述浓度按重量计在约0.002%至约40%的范围内，优选地按 重量计在约2%至约25%的范围内，更优选地按重量计在约5%至约15%的范围内，所述液 体介质包括包含二氧化氯的氧-氯络合物、含亚氯酸根的化合物、当暴露于酸时能够形成二 氧化氯的其它物质、以及它们的组合。
[0041] SCD可以固体材料形式提供，例如包含碱或碱土金属亚氯酸盐粉末、惰性成分、以 及任选的干燥激活因子如干酸的组合物。
[0042] S⑶也可以混合物(或浆液)形式提供，所述混合物包含碱或碱土金属亚氯酸盐粉 末和附加固体碱或碱土金属亚氯酸盐粉末的饱和溶液。此类浆液提供液体SCD，其具有比溶 液形式中的活性成分更高的活性成分水平。
[0043]本发明在下文中将SCD描述为稳定化的碱金属亚氯酸盐，更具体地讲亚氯酸钠 (NaCl〇2)。通常亚氯酸钠以水溶液形式使用，其基于溶液重量按重量计包含5-22%的亚氯 酸钠。在下文中将SCD浓度描述为当将亚氯酸化学当量地转化成二氧化氯时的有效二氧化 氯的浓度，"有效的C10 2"。在lg亚氯酸钠中的潜在二氧化氯含量为0.597g。按重量计包含5-22%的亚氯酸钠的亚氯酸钠溶液因此包含2.98-13.13%的有效二氧化氯。通过以下公式示 出C10 2的生成（1):
[0044] 5NaCl〇2+4H+-4Cl〇2(g)+2H2〇+Cl-+5Na+(l)
[0045] 其中一个NaCl〇2分子提供0.8个Cl〇2分子。
[0046] 本发明包括使用SCD作为碳水化合物原料中的防腐剂以抑制碳水化合物与微生物 的反应或微生物引起的碳水化合物消耗。此类污染可在碳水化合物原料生产来源发生或在 原料使用前的贮藏、运输或其它转移期间发生。因此保存的碳水化合物原料保持用于例如 生物精炼或贮藏和运输后的其它消耗的碳水化合物含量。
[0047]将SCD加到碳水化合物溶液中，其含量在10ng/kg至10000mg/kg有效二氧化氯的范 围内，优选地在l〇mg/kg至5000mg/kg，更优选地在50mg/kg至1000mg/kg，最优选地在100-500mg/kg有效二氧化氯的范围内。当碳水化合物溶液的pH-般在2.6和9之间的范围内时， S⑶是有效的。
[0048] pH 限制
[0049] 本文所述的SCD包含至少一种含二氧化氯的氧-氯络合物、含亚氯酸根的化合物、 或当暴露于酸时能够在液体基质中形成二氧化氯的物质。当SCD是亚氯酸钠水溶液时，所述 SCD具有大于pH7的pH。当pH降低时，亚氯酸钠溶液释放活性二氧化氯(C102)。当pH从pH约5-6降低至2.6时，从SCD水溶液中释放二氧化氯的速率提高。这个速率可取决于多个因素而改 变。例如，不同的C10 2前体在相同或相似pH内释放C102的速率可不同。其它因素如溶液缓冲 能力可影响C10 2从SCD溶液中释放的速率。这些因素是本领域技术人员熟知的。
[0050] 原料的？!1通常为至少?!12.6。？!1优选地在?!13至?!19的范围内，优选地在3.5-8的范 围内，更优选地在4-7的范围内，最优选地在4.5-7的范围内。如果需要，可通过加入碱如碱 或碱土氢氧化物或碳酸盐来提高pH至期望的范围。类似地，如果需要，可通过加入酸如柠檬 酸、盐酸、或磷酸来降低pH至期望的范围。例如，常把玉米醪的pH调节到介于4.5和5.8之间 以分别促进淀粉酶和葡萄糖淀粉酶的功效。
[0051] 本发明下文中将SCD描述为稳定化的碱金属亚氯酸盐，更具体地讲最常见的并且 可商购获得的碱金属亚氯酸盐，亚氯酸钠(NaC10 2)。稳定化的碱金属亚氯酸盐指在高于7的 pH，优选地9-10的pH下的亚氯酸缓冲溶液。所述溶液通常包含溶于水的5-22%重量/重量的 亚氯酸钠，但是亚氯酸钠浓度也可为更高或更低的。在下文中将SCD浓度描述为当将亚氯酸 化学当量地转化成二氧化氯时的有效二氧化氯C102的浓度。
[0052]
[0053] 本发明是保存碳水化合物原料的方法，所述方法包括以下步骤或基本上由以下步 骤组成或由以下步骤组成:使所述碳水化合物原料接触稳定化的二氧化氯（"SCD"）ACD包 括碱和碱土金属亚氯酸盐。稳定化的二氧化氯包含至少一种含二氧化氯的氧-氯络合物、含 亚氯酸根的化合物、或当暴露于酸时能够在液体基质中形成二氧化氯的物质。基于原料总 重量加入一定量的S⑶以提供10-10000mg/kg的总有效二氧化氯。优选地，加入一定量的S⑶ 以提供l〇 -5000mg/kg的总有效二氧化氯，更优选地50mg/kg至1000mg/kg，最优选地100-500mg/kg的有效二氧化氯。
[0054] 在本发明的方法中，SCD与有效量的碳水化合物原料如醪接触以保护碳水化合物 不发生非期望的微生物生长，并因此防止原料劣化。原料劣化可通过存在的污染微生物种 群或微生物代谢物浓度如有机酸进行测定，所述微生物代谢物一般指示原料中非预期的或 非期望的微生物活性。因此在加入SCD后基本上防止了贮藏或运输原料中的微生物增殖。
[0055] 令人惊讶地是，根据本发明处理的碳水化合物原料在至少一个月内保持稳定。本 文"稳定"是指加入的SCD保存碳水化合物原料，其中上文将"保存"定义为通过污染微生物 防止碳水化合物的反应或消耗。稳定的碳水化合物原料不发生大于ll〇g 1QCFU/mL或 llogioCFU/g的原料中的微生物种群增加。CFU是菌落形成单位的缩写，它是原料中的微生物 种群的量度。CFU用于测定每单位体积或每单位质量样品中活体细胞的数量或样品的微生 物污染程度。改变的第二个量度是保存原料的pH，其改变不应大于0.5个pH单位。然而，如上 文所述，pH改变可能不足以在所有情况下监测碳水化合物原料的保存。
[0056] 碳水化合物原料可为包含单糖、二糖、低聚糖、多糖、或它们的混合物的水溶液或 悬浮液。碳水化合物原料可包含可发酵糖，具体地讲当原料旨在用于制备糖产物(例如蔗糖 或糖蜜）时以供人类消费或者用于燃料乙醇发酵。碳水化合物原料按重量计可包含至多 100%的碳水化合物。一般来讲，碳水化合物原料基于原料总重量包含1%至70%的碳水化 合物，优选地介于2-40 %之间的碳水化合物。
[0057]令人惊讶地是，所述方法在不加入用于生成二氧化氯的酸的情况下仍然有效。"不 加入酸"本文指不加入酸或不通过其它方法如氧化以生成二氧化氯。所述方法通常在至少 2.6的pH下进行。pH优选地在pH3至pH9范围内，优选地在3.5-8范围内，更优选地在4-7范围 内，最优选地在4.5-7范围内。
[0058]在第二实施方案中，SCD在单元操作中与碳水化合物原料接触，其中微生物已经开 始劣化原料。虽然碳水化合物的损失是不可逆的，但能够中断劣化并保存原料用于随后的 碳水化合物加工。在这个实施方案中，基于原料总重量加入一定量的SCD以提供50-10000mg/kg的总有效二氧化氯。优选地，基于原料总重量加入一定量的SCD以提供100-5000mg/kg，更优选地100-1000mg/kg的总有效二氧化氯。
[0059] 根据本发明方法与SCD-起保存的碳水化合物原料可用于发酵和其它生物精炼过 程。SCD含量、碳水化合物浓度和pH可取决于特定期望工艺参数而不同。这些变型是本领域 技术人员熟知的。
[0060] 在本发明中，SCD用作碳水化合物原料的防腐剂以阻止污染微生物的活性以及随 后的碳水化合物原料的劣化。污染微生物包括细菌和酵母污染菌，它们分别公开于W0 2007/149450和提交于2009年5月18目的美国专利公开申请12/467,728中。SCD抑制某些细 菌的生长，所述细菌引起碳水化合物的非期望分解，例如单糖分解成有害的酸并且还选择 性地降低酵母污染菌的活性。
[0061]可使用SCD控制碳水化合物原料如糖基原料和纤维素原料的微生物污染。纤维素 原料包括未经处理的植物材料如柳枝稷或者农业副产物如玉米秸杆或蔗渣。糖基原料包括 甘蔗汁和糖蜜。
[0062]在某些生物精炼过程中，新加工的甘蔗汁或糖蜜的pH为大约5(通常介于pH4.5和 PH5.5之间）。甘蔗汁包含10-15%的蔗糖，而糖蜜包含至多50%的蔗糖。在这个实施方案中， SCD与甘蔗汁或糖蜜接触。这种接触可紧接生产进行，如果产品旨在贮藏或运输，其对阻止 微生物活性是有益的。甘蔗汁和糖蜜趋于具有天然存在的高水平微生物污染，这导致甘蔗 汁或糖蜜易于腐败。因此，根据本发明与SCD接触通过减少腐败微生物的容量延长这些产品 的有用贮藏寿命，所述微生物在榨汁或糖蜜中生长并劣化它们。取决于pH和蔗糖(碳水化合 物)浓度，200-1500mg/kg的SCD作为有效C10 2(例如基于原料总重量335-2510mg/kg的亚氯 酸钠)剂量足以防止甘蔗汁或糖蜜中的微生物生长。
[0063] 因此，在本发明的方法中，通过减少劣化从而改善下游操作如发酵改善了碳水化 合物原料的贮藏和运输。
[0064] 实施例
[0065] 所述实施例展示了在SCD的存在下贮藏的碳水化合物的保存。在这些实施例中， SCD是亚氯酸钠(21%重量/重量）的缓冲溶液，其具有9.2的pH，从E.I.du Pont de Nemours and Company (Wi lmington，DE)商购获得。
[0066] 实施例1
[0067] 在这个实施例中，使用SCD控制糖蜜中的腐败细菌的生长。用3.1份水稀释糖蜜(得 自B&G Foods，Inc.，Roseland，NJ，碳水化合物含量为约50 % )以模拟工业条件。稀释糖蜜溶 液通过高压灭菌法在121°C的温度下灭菌。灭菌溶液的pH为5.32。然后将所述溶液分成7个 单个75ml样品，置于单个125mL烧瓶中。将SCD加入到每个烧瓶中以提供基于有效C10 2的0-450mg/kg的浓度范围。
[0068] 短乳杆菌（Lactobacillus brevis)和植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum)是 已知污染工业乙醇生产的细菌，它们在这个实施例中使用。所述细菌分别在32°C的deMan Rogosa或Sharpe (MRS)肉汤（得自 Dif co Laboratories，Inc ·，Sparks，MD)中生长过夜。然后 把细菌混合到一起并接种到单个样品中以提供大约l〇5个细菌/mL(用菌落形成单位数/ml 表示为 "51ogioCFU/mL"）。
[0069] 测量本文样品中的总活体细菌，用每单位体积样品的菌落形成单位数(CFU)浓度 (即，CFU/mL)表示。在样品中的细菌浓度和CFU测量值之间存在直接的关联。因此，细菌浓度 越高，CFU将越高，反之亦然。习惯上将CFU数学上转化成对数值(L 〇g1QCFU)以简化不同处理 间的比较。
[0070] SO)抑制短乳杆菌(L · brevi s)和植物乳杆菌(L · plantarum)生长的能力通过从每 个烧瓶中取出样品来测量。在24小时(h)的间隔，从每个烧瓶中取出样品，用无菌磷酸盐缓 冲液(得自 Sigma-Aldrich，Inc ·，St · Louis，M0)稀释并置于（0 · lmL)MRS平板表面上。在32°C 下培养平板并给所得菌落计数，结果在表1中显示。
[0071] 表1:在稀释糖蜜中的短乳杆菌(L · brevis)和植物乳杆菌(L · Dlantarum)对用稳定 化的二氧化氯在32°C下处理的响应
[0073]表1示出在所有样品中接种的初始细菌浓度为5.01〇g1QCFU/mL糖蜜，其类似于在工 业规模下可见的浓度。未受到s C D处理的对照样品允许细菌在3 2 °C下，在2 4小时内从 5 · OlogioCFU/mL 生长到 8 · 531ogi〇CFU/mL，并且在 48 小时后达到 9 · 31ogi〇CFU/mL。用 37 · 5mg/ kg S⑶处理限制生长，在48小时后达到8.881og1QCFU/mL。用75mg/kg S⑶处理降低样品中的 细菌浓度，在24小时后从5.0降至2.261og1QCFU/mL，并且在48小时后降至3.381og 1QCFU/mL。 在测试的所有高于l〇〇mg/kg的SCD浓度下，能从糖蜜样品中回收的短乳杆菌(L.brevis)和 植物乳杆菌(L.plantarum)的数量低于可检测界限。表1指示用SCD在这些浓度下进行处理 能够抑制细菌生长并因此减少旨在用作原料的糖蜜的细菌劣化。
[0074] 实施例2
[0075]通过使用乳酸进行活化以测定从SCD中释放(生成)二氧化氯的速率，乳酸是一种 通过存在于碳水化合物原料中的污染细菌制备的常见酸。在这个实施例中在环境温度下用 乳酸酸化250mg/L SCD溶液以生成C102。通过用水稀释FemiaSure@)(L原液制备大约 250mg/L的S⑶溶液。然后将部分250mg/L S⑶溶液用稀释至<2%的乳酸溶液酸化至pH介于 2.2和3.2之间。使用Accumet pH计25(得自Fischer Scientific Company，Fair Lawn，NJ) 监测溶液的pH。然后使用HACH DR/2000分光光度计(得自Hach C〇mpany，L〇Veland，C0)分析 酸化的250π^/1溶液的C10 2浓度，在400nm、420nm和445nm对其进行校准以用于C102。使用 DELL计算机和HACH Link 2000数据日志软件每隔10秒收集分光光度计的数据，持续至多24 小时。表2是C102生成数据的概述。
[0076] 表2:Cl〇2的释放速率对时间
[0078] *未测定的。
[0079] 表2显示从SCD中释放的二氧化氯是相当低的，甚至在低pH下也是如此。因此，当 SCD在至少2.6的pH下与碳水化合物原料接触时，无需加入酸，令人惊讶地是SCD具有防腐剂 效应。即，当C102的浓度期望非常低时，基本上阻止了通过消耗碳水化合物发生的细菌生 长。
【主权项】
1. 用于抗微生物以保存碳水化合物原料的方法，所述方法包括以下步骤:在将所述碳 水化合物原料作为可发酵糖使用之前且在不加入用于生成二氧化氯的酸的情况下，在单元 操作中在至少2.6的pH下使所述碳水化合物原料与稳定化的二氧化氯接触，其中单元操作 为贮藏或运输，所述碳水化合物原料中的所述碳水化合物的浓度按原料的重量计为至少 1%，并且作为ClO 2加入的稳定化的二氧化氯的量基于原料总重量为10-10000mg/kg。2. 权利要求1的方法，其中在所述原料中的碳水化合物的浓度基于原料总重量为1.0-70%，并且所述pH为至少3。3. 权利要求1的方法，其中所述碳水化合物是具有还原端基的天然存在的碳水化合物。4. 权利要求1的方法，其中所述碳水化合物原料为可发酵糖的溶液或悬浮液。5. 权利要求1的方法，其中所述碳水化合物原料为纤维素原料。6. 权利要求1的方法，其中所述稳定化的二氧化氯为一种或多种含亚氯酸根的化合物。7. 权利要求6的方法，其中所述一种或多种含亚氯酸根的化合物为碱金属亚氯酸盐的 水溶液。8. 权利要求7的方法，其中所述碱金属亚氯酸盐为亚氯酸钠。9. 权利要求6的方法，其中所述pH为4-7。10. 权利要求7的方法，其中加入的所述稳定化的二氧化氯的量基于原料总重量为50- 1000mg/kg。
【文档编号】A01P3/00GK105950671SQ201610292273
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2010年9月27日
【发明人】E.G.萨姆纳, D.奥库尔, E.B.所罗门
【申请人】纳幕尔杜邦公司