用于从生物质生产动物饲料的工艺的制作方法

用于从生物质生产动物饲料的工艺的制作方法
【专利摘要】在此披露了用于从生物质生产动物饲料的工艺。还披露了这些加工的生物质以及任选地工业副产物作为动物饲料的用途。
【专利说明】用于从生物质生产动物饲料的工艺

【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及动物饲料。更具体地说，本发明涉及将木质纤维素生物质制造 为更易消化的动物饲料的方法，以及用于从生物质生产更有营养的动物饲料的工艺。 发明背景
[0002] 用粗粮例如玉米饲喂牛和单胃畜禽（猪，家禽）来提供能量、蛋白质、和矿物质。玉 米中的淀粉易于经由在动物体内的水解和酶解过程而被代谢，从而产生适合于从胃肠道吸 收的有机酸和糖类。当膳食中含有易于消化的谷物时，消化过程是高度进化且能量高效的。
[0003] 然而，全球对食物和可再生能源的日益上升的需求对于可用的粮食储备造成压 力，尤其是工业加工导致了许多问题。例如，存在来自家畜饲料淀粉的能量损失并且存在另 外产生的谷物干磨副产品，其为动物提供了充足的蛋白质供应，但是存在着可消化能的缺 乏。
[0004] 木质纤维素生物质如玉米秸杆、小麦秸杆、和生物能源作物（例如，柳枝稷）主要 包含纤维素、半纤维素、和具有最大部分为纤维素的木质素部分。这些生物质主要包括碳水 化合物，其在理论上可以与富含蛋白质的副产品例如酒糟相组合以形成平衡的动物饲料产 品。
[0005] 然而，将这些生物质转化成可用的碳水化合物是一种挑战。纤维素包括具有高度 处理结晶度的β糖苷残基的长链。半纤维素是一种无定形异质聚合物，并且木质素主要是 散布且连接在植物纤维内的纤维素和半纤维素之间的芳族聚合物。纤维素和半纤维素经由 家畜胃肠道中的酶解过程部分地分解到不同的程度，其中反刍动物物种更适于在扩大的前 胃或瘤胃中发酵这样的碳水化合物源。然而，由于此类物质的部分不溶性、结晶性质、和木 质化，动物得不到的潜在可消化的纤维内容物保留在这些物质中。
[0006] 存在着某些方法来获取储存在这些物质中的潜能、以及在研究与商业开发活动区 中的生物质的积累。可以将农业残余物或生物质，例如玉米秸杆或小麦秸杆耙拢并打捆，以 产生圆形或方形的捆包。可以收集这样的捆包并可将储存在其中的生物质研磨成更小的颗 粒。一种处理这样的生物质的方法是批量处理。批量处理包括研磨生物质且将研磨的生物 质加载到一个可以混合该研磨的生物质的容器中（例如饲料混合车），可以向其中加水以 便使该研磨的生物质均匀润湿。在这种混合过程中，可以将一种无机水解剂（例如氧化钙 粉末）加到该润湿的研磨的生物质中，以便充分地将该无机水解剂与该润湿的研磨的生物 质混合。所得的混合物可以从该容器中排出到贮藏器或塑料袋中，并且进行厌氧储存。然 而，这样的批量处理需要相当可观的时间、设备、和劳动。
[0007] 因而，对于发现从能够替代家畜日粮中的谷物和淀粉的生物质形成动物饲料的途 径存在着需要。对于使木质纤维素能够被加工以提高包含在其中的纤维的可消化性以改进 动物可用能源的途径也存在着需要。 概述
[0008] 在它的每一不同实施例中，本发明实现了这些需要并且披露了改进的处理生物质 以使其中的碳水化合物对于动物饲料的可消化性而言是更可及的方法。
[0009] 在一个实施例中，一种用于将生物质转化为更易消化的动物饲料的连续工艺包括 将生物质粉碎成更小的部分并使这些更小的部分在25% -55 %的含湿量下在环境温度和 环境压力下与一种水解剂和水接触，从而产生处理过的生物质。
[0010] 在一个另外的实施例中，一种用于生产动物饲料的连续工艺包括将生物质粉碎成 更小的部分并使这些更小的部分与一种包含无机水解剂和水的浆料接触，使得这些被接触 的更小的部分的含湿量在25% -55%之间，从而产生处理过的生物质。该工艺进一步包括 储存该处理过的生物质持续至少24小时并且用该储存的生物质饲喂动物。
[0011] 在另一个实施例中，一种将生物质转化为更易消化的动物饲料的系统包括：一个 将生物质粉碎成更小的部分的装置、用于移动这些更小的部分离开该装置的输送带、以及 用于将包含一种无机水解剂的水溶液喷雾到该输送带上的这些更小的部分上的工具。 附图简要说明
[0012] 图1展示了用来使一种水解剂与本发明的生物质接触的系统的一个实施例。
[0013] 图2展示了用于使一种水解剂与本发明的生物质接触的喷雾棒的一种配置的实 施例。 详细说明
[0014] 一直以来都在致力于制备更易消化的动物饲料。美国专利申请公开案2008220125 披露了制造更易消化的动物饲料的方法。诸位发明人已经发现一种用于处理含有纤维的木 质纤维素生物质以增加该木质纤维素部分的可消化性的工艺，从而提供用于反刍动物和单 胃动物的动物饲料。该工艺可以连续运行并且处理高容量的生物质。
[0015] 本发明有助于促进农业的可持续性。由于本发明的工艺产生了可取代玉米和草 料（例如未经处理的玉米秸杆）的包含处理过的生物质和农业副产物的动物饲料产品，本 发明有助于减轻有关从玉米生产乙醇的碳强度的担忧。此外，与已知的生物质加工技术相 t匕，本发明是能源密集程度较低的，并且由于经过处理的生物质具有液体保持能力，本发明 能够利用处于其湿润形式的液体饲料成分，从而缓和干燥过程的能源密集的程度。
[0016] 在一个实施例中，本发明披露了用于从改进的木质纤维素生物质生产动物饲料的 工艺。在另一个实施例中，本发明的工艺可以与农业加工的副产物相结合。
[0017] 在一个实施例中，本发明描述了一种用于处理生物质的连续工艺，其包括减小该 生物质的尺寸并使该生物质与一种水解剂接触。本发明的工艺将设备要求和处理每吨生物 质的劳动降低到最低限度，因而产生了更低的加工成本。该连续工艺还产生了一致且均匀 的产品。
[0018] 在一个实施例中，一种用于将生物质转化为更易消化的动物饲料的工艺包括将生 物质粉碎成更小的部分并使这些更小的部分在25% -55 %的含湿量下在环境温度和环境 压力下与一种水解剂接触，从而产生处理过的生物质。
[0019] 在一个实施例中，一种用于将生物质转化为更易消化的动物饲料的连续工艺包括 将生物质粉碎成更小的部分并使这些更小的部分在25% -55%的含湿量下在环境温度和 环境压力下与一种水解剂和水接触，从而产生处理过的生物质。
[0020] 该处理过的生物质可以储存至少24小时并且可以在有氧条件下储存。粉碎生物 质可以包括研磨、剪切、或研磨并剪切该生物质。使生物质与该水解剂接触可以在粉碎该生 物质的装置中进行。该含湿量可以在45%-55%之间。该水解剂可以是一种选自下组的无 机水解剂，该组的组成为：氧化物、氢氧化物、过氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、过碳酸盐、氧化 钙、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化镁、氢氧化镁、石灰、碳酸钠、碳酸氢钠、过碳酸钠、 碳酸钾、碳酸氢钾、过碳酸钾，以及它们任何一种的组合。
[0021] 该连续工艺还可以包括将生物质置于一个装置中用于将该生物质粉碎成更小的 部分并且用一个移动这些更小的部分的运载装置从用于粉碎该生物质的装置移除这些更 小的部分。用该运载装置上的水溶液对这些更小的部分进行喷雾。该连续工艺可进一步包 括将一种农业副产物与该处理过的生物质混合。
[0022] 该生物质可以选自下组，该组的组成为：生物燃料作物、生物能源作物、多年生草、 作物残余物、食物废物、藻块、甘蔗、玉米芯、玉米皮、玉米秸杆、小麦秸杆、小麦壳、柳枝稷、 芒草（miscanthus)、玉米纤维、大豆纤维、大豆皮、大豆秸杆、可可豆皮、干酒糟、带有可溶物 的干酒糟、大麦杆、稻草、亚麻壳、小麦胚芽粉、玉米胚芽粉、棉籽壳、棉籽废弃物、谷物秸杆、 高粱、草、以及它们的任何组合。
[0023] 该连续工艺还可以包括将这些更小的部分分离成细部分和粗部分。分离这些更小 的部分可以包括使这些更小的部分穿过一个表面中的至少一个开口，收集穿过该至少一个 开口的这些更小的部分，从而产生该细部分，并且收集没有穿过该至少一个开口的这些更 小的部分，从而产生该粗部分。
[0024] 与这些更小的部分比较，该细部分具有改进的液体保持特征、改进的可消化性或 它们的组合。
[0025] 分离这些更小的部分可包括使这些更小的部分通过一个空气流，并且可以在这些 更小的部分与该水解剂接触之后进行。
[0026] 该连续工艺还可以包括用该细部分饲喂第一种动物，并且用该粗部分饲喂不同于 第一种动物的第二种动物。第一种动物可以是肉牛。第二种动物可以是奶牛或猪。
[0027] 该连续工艺可能每分钟加工至少350千克的生物质，或者能够每分钟加工至少 450千克的生物质。
[0028] 该连续工艺还可以包括使该处理过的生物质致密化，并且在该致密化之前可以将 该处理过的生物质与一种液体饲料成分混合。使该处理过的生物质致密化可以包括选自下 组的行动，该组的组成为：将该处理过的生物质造粒，将该处理过的生物质压块，和它们的 组合。
[0029] 该水解剂可以包括选自下组的矿物质，该组的组成为：钙、钠、钾、镁、和它们的任 何组合。在这样的情况下，该工艺可以进一步包括用该处理过的生物质饲喂一种动物，并且 将一定量的矿物质置于喷雾到这些更小的部分上的水溶液中，使得由该动物消费的矿物质 的量与该动物的膳食指导方针相对应。
[0030] 使这些小的部分与该水溶液接触可以包括用该水溶液对这些更小的部分进行喷 雾。可以在一台联合收割机中进行将该生物质粉碎成更小的部分。该水解剂和水可以在水 溶液中，或者该水解剂可以是一种固体。该水解剂可以按重量计大约2 %到大约10 %的量 存在。
[0031] 一种用于生产动物饲料的连续工艺包括将生物质粉碎成更小的部分并使这些更 小的部分与一种包含无机水解剂和水的浆料接触，使得这些被接触的更小的部分的含湿量 在25% -55%之间，从而产生处理过的生物质。该工艺进一步包括储存该处理过的生物质 持续至少24小时并且用该储存的生物质饲喂动物。
[0032] 该生物质可以是玉米秸杆。粉碎生物质可以包括研磨、撕碎、或研磨并撕碎该生物 质。该工艺可以进一步包括移动这些更小的部分离开用于粉碎该生物质的一个装置，并且 移动到被配置为用于使这些更小的部分与该浆料接触的装置上。
[0033] 使这些小的部分与该浆料接触可以包括将该浆料从一个容器泵送到用于喷雾该 浆料到这些更小的部分上的装置，并且将该浆料喷雾到该这些更小的部分上。
[0034] 该工艺可以进一步包括从田野收集该生物质。收集该生物质可以包括从田野耙拢 并捆包该生物质，或者可以包括从一台联合收割机捆包该生物质。
[0035] 该无机水解剂可以选自下组，该组的组成为：氧化物、氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢 盐、过碳酸盐、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化镁、氢氧化镁、石灰、碳酸钠、碳 酸氢钠、过碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾、过碳酸钾，以及它们任何一种的组合。
[0036] 该生物质可以在有氧或厌氧条件下储存。
[0037] 该连续工艺可进一步包括将一种酸性农业副产物与该处理过的生物质混合。该酸 性农业副产物可以是液体。
[0038] 该无机水解剂可以是石灰。该含湿量可以在45%-55%之间。该工艺可以在环境 压力和环境温度下进行。该工艺可能每分钟加工至少350千克的玉米秸杆，或者能够每分 钟加工至少450千克的生物质。
[0039] 该工艺可以进一步包括将这些更小的部分分离成细部分和粗部分。
[0040] 在一个实施例中，一种将生物质转化为更易消化的动物饲料的系统包括：一个将 生物质粉碎成更小的部分的装置、用于移动这些更小的部分离开该装置的输送带、以及用 于将包含一种无机水解剂的水溶液喷雾到该输送带上的这些更小的部分上的工具。该系统 可以进一步包括用于将这些更小的部分分离成细部分和粗部分的设备。
[0041] 在另一个实施例中，一种用于生产动物饲料的连续工艺包括将生物质粉碎成更小 的部分并使这些更小的部分与一种包含无机水解剂和水的浆料接触，使得这些被接触的更 小的部分的含湿量在25% -55%之间，从而产生处理过的生物质。该工艺还包括储存该处 理过的生物质持续至少24小时并且用该储存的生物质饲喂动物。
[0042] 在又一个另外的实施例中，一种用于从玉米秸杆生产动物饲料的工艺包括将玉米 秸杆粉碎成更小的部分，并且使一种无机水解剂与这些更小的部分和水接触，使得这些更 小的部分和该无机水解剂的含湿量在25% -55%之间，从而产生处理过的玉米秸杆。该工 艺进一步包括储存该处理过的玉米秸杆持续至少24小时并且用该储存的处理过的玉米秸 杆饲喂一种反刍动物。
[0043] 在另一个实施例中，通过向该生物质加水，该生物质的含湿量被提高到至少35%， 并且在另一个实施例中，该含湿量被提高到大约50%。可以将该水解剂悬浮在水中以形成 一种浆料，该浆料可以与该生物质接触。因而，在该水解剂与该生物质接触的同时，该生物 质的含湿量被调节。在该生物质被研磨之后，可以将水和/或水解剂施用到该生物质上，从 而导致该生物质的连续研磨和处理。
[0044] 在另一个实施例中，本发明的工艺产生了在储存期间均匀改进且稳定的处理过的 生物质。该加工的生物质可以在有氧条件下储存而没有分解，并且出人意料的是，这样的有 氧储存实际上提高了饲料价值。
[0045] 这些处理过的生物质可以与农业副产物组合，例如，来自发酵工艺的副产物，包括 但不限于酒糟、玉米蛋白饲料、玉米酒糟可溶物、浓缩的发酵的玉米提取物、和赖氨酸发酵 可溶物。该副产物可以源于食品制备、乙醇发酵或生物燃料生产过程。这些处理过的生物 质与这样的副产物的组合可以用作谷物饲料的替代物，其中相比于谷物产品，该组合与肉 制品和奶制品具有相似的且可能更好的组合转化。
[0046] 这些农业副产物含有对动物有益的蛋白质、维生素、和矿物质。需要注意的是保证 某些营养素不被过量饲喂，过量饲喂可能损害动物的生产性能。例如，喂食过多的硫可导致 牛的硫化氢中毒，喂食过多的氮和/或磷可能具有负面环境影响，并且喂食过多的钠和/或 钾可能增加土壤盐化的风险。然而，当与农业副产物组合时，本发明的改进的生物质可以有 助于建立更有利的营养素平衡，从而改进动物饲料混合物的整体利用。
[0047] 在一个实施例中，一种用于生产改进的生物质的工艺包括使一种生物质源与一种 水解剂接触持续一段时间，该时间足以增加该生物质源的可消化性至少大约10%，或者该 时间足以溶解该生物质源中的至少15%的膳食纤维。在该过程中，当与该水解剂接触时，该 生物质源具有50%或更小的含湿量，或者在另一个实施例中具有大约50%的含湿量。
[0048] 在一个实施例中，本发明的工艺是在连续操作中进行的。该水解剂与该生物质的 接触与物理过程密切相关，该物理过程用来减小该生物质的尺寸，以便使该工艺更有效。例 如，可以例如通过研磨、剪切和/或撕碎将该生物质的尺寸减小，并且随后使其与该水解剂 接触，该生物质可以与该水解剂接触，并且随后其尺寸被减小，或者，可以同时使该生物质 尺寸减小并且与该水解剂接触。该尺寸减小过程和该生物质与水解剂接触的过程的密切物 理接近性减少了生物质加工所需要的机械操作数目。
[0049] 在另一个实施例中，可以将农业副产物添加到该生物质中，在物理上密切接近该 尺寸减小过程和/或该生物质与该水解剂接触的过程，以便实现高效。在减小该生物质的 尺寸之后，使该生物质与该水解剂接触，将该农业副产物与该生物质混合，或者它们的任何 组合，在饲喂一种动物之前，可以将该生物质在厌氧或有氧条件下储存。
[0050] 在一个另外的实施例中，在该生物质被减小尺寸之后，例如在尺寸减小60秒以内 之后，使该生物质与该水解剂接触。取决于所使用的水解剂，来自已经与该水解剂接触的该 生物质的水提取物的PH可以超过9或者可以超过10。
[0051] 该水解剂可以选自下组，该组包括：pH调节剂、氧化剂、或它们的组合。该水解剂 可以在大约2%到大约10%，或从大约2. 5%到大约8%之间的浓度存在。该水解剂可以是 一种选自下组的无机水解剂，该组的组成为：氧化物、氢氧化物、过氧化物、碳酸盐、碳酸氢 盐、过碳酸盐、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化镁、氢氧化镁、石灰、碳酸钠、碳 酸氢钠、过碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾、过碳酸钾，或者及它们任何一种的组合。可以选择或 配制该水解剂，以针对特异性矿物质实现改进的动物营养，从而降低由饲喂任何一种矿物 质引起的环境影响，和/或提高处理生物质中的特异性木质纤维素材料的效力。
[0052] 在另一个实施例中，该水解剂可以是一种包含在此披露的两种或更多种水解剂的 混合碱制剂。有时使用一种单一的碱可能遇到限制，例如可能的土壤盐渍化、水解剂的成 本、水解剂的活性，以及最终动物饮食的矿物质贡献，或其他限制。
[0053] 在又一个另外的实施例中，可以与水解剂结合使用一种表面活性剂来处理该生物 质。这样的表面活性剂将被选择为在选定的水解剂的PH下起作用和/或作为一种相转移 催化剂起作用。该表面活性剂可以包括一种季铵盐和/或叔琉（tertiary sulfonium)化 合物，例如甜菜碱和/或3-二甲基磺基异丙酸（DMSP)。该表面活性剂还可以是一种包含 卵磷脂、乳酸钠、聚山梨酯80、乳酸、大豆脂肪酸、和乳酸乙酯的组合物。在本发明的工艺之 内，该表面活性剂可以与该水解剂按顺序施用于该生物质，或者可以与该水解剂混合，使得 该表面活性剂和该水解剂与该生物质同时接触，从而改进在水性溶液中的该水解剂的处理 特征和悬浮性，并且改进该水解剂溶解该生物质内的物质的效力。
[0054] 在又另一个实施例中，该生物质可以与作为该水解剂的一种酶或者与该水解剂相 组合的一种酶接触。可以使用的酶包括但不限于，纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、酯酶、 蛋白酶、和它们的任何组合。这些酶也可以来自活生物体和/或具有酶活性的提取物。可 以使这些酶与该生物质接触持续一段时间，该时间足以使碳水化合物从该生物质内的纤维 源溶出。可以在使该水解剂、相转移催化剂、和/或表面活性剂与该生物质接触之前、之后、 或同时使该酶与该生物质接触。该酶可以在至少20°C的温度或在从(TC到80°C的范围被利 用。在另一个实施例中，在进一步加工并且饲喂动物之前，可以在有氧条件或厌氧条件下储 存该加工的生物质持续长达10天的一段时间。
[0055] 在不同的实施例中，该生物质选自下组，该组的组成为：生物燃料作物、生物能源 作物、多年生草、作物残余物、食物废物、玉米秸杆、玉米芯、玉米皮、玉米秸杆、籽粒以外的 材料（MOG)、玉米青小麦結杆、小麦壳、柳枝稷、芒草（miscanthus)、玉米纤维、大豆纤 维、大豆皮、大豆秸杆、可可豆皮、干酒糟、带有可溶物的干酒糟、藻生物质、大麦杆、稻草、 亚麻壳、小麦胚芽粉、玉米胚芽粉、棉籽壳、棉籽废弃物、谷物秸杆、高粱、高粱渣、高粱榨渣 (expressed sorghum residue)、甘鹿、草、或它们的任何组合。本发明的处理过的生物质也 可以与饲料成分、液体或固体混合，以提高动物饲料的营养质量。这些饲料成分可以选自下 组，该组的组成为：浓缩发酵提取物、浓缩蒸馏可溶物、基于植物的皂脚、糖蜜、玉米糖浆、发 酵可溶物、发酵液、发酵生物质、氨基酸、藻质、甘油、脂肪类、油类、卵磷脂、和任何它们的组 合。该饲料成分可以呈干燥的或固体的形式，并且可以用来与通过该纤维水解步骤或多个 步骤形成的不溶和可溶性碳水化合物的混合物形成湿润的或干燥的饲料混合物。
[0056] 在又一个另外的实施例中，一种用于生产更易消化的生物质的工艺包括使一种生 物质与一种纤维水解剂接触持续足以使碳水化合物的第一部分从该生物质中的木质纤维 素材料溶出的一段时间，并且任选地使该生物质与一种酶接触持续足以使碳水化合物的第 二部分从该生物质中的木质纤维素材料溶出的一段时间。具有不溶性纤维部分和可溶性碳 水化合物部分的经接触或处理的生物质可以"照原样"用来饲喂一种动物，而不需进一步处 理，或者在另一个实施例中，可以被干燥。这样的工艺是有利的，因为它可以在环境温度和 环境压力下实施。
[0057] 在另一个实施例中，可以使一种生物质与该酶和该水解剂以任何顺序接触，S卩，通 过首先与该酶接触、首先与该水解剂接触，或者该生物质可以与该酶和该水解剂同时接触。 此外，也可以将在此描述的一种表面活性剂添加到这个工艺中。
[0058] 在又一个另外的实施例中，该生物质被减小成颗粒或具有大约6mm到大约76mm的 最长平均大小、维度的尺寸，以便与该水解剂和/或酶接触。该颗粒尺寸在其最长维度上也 可以是大约50mm。
[0059] 在一个另外的实施例中，一种用于处理生物质的工艺包括将一种生物质的颗粒尺 寸减小，使该减小颗粒尺寸的生物质与一种水解剂接触，并且储存该减小颗粒尺寸的已经 与该水解剂接触的生物质。该生物质可以储存大约24小时到大约240小时。该工艺可以 是连续的并且可以在环境温度和环境压力下进行。与该水解剂接触使碳水化合物的第一部 分从该生物质溶出。任选地，该生物质也可以与一种酶接触以使碳水化合物的第二部分从 该生物质溶出。可以将已经与该水解剂和/或该酶接触的生物质压实（即，致密化）并将 其在塑料袋、贮藏器、或筒仓中在厌氧条件下储存，或者可以在有氧条件下在没有被压实的 情况下储存。可以例如通过添加乙醇、生物燃料副产物、无机酸（例如硫酸或磷酸）、或有机 酸（例如甲酸、乙酸、乳酸或柠檬酸）调节该接触过的生物质的pH。源或酶或有机酸也可以 是保留生物活性的微生物质、活的微生物添加剂、和微生物接种剂。
[0060] 在一个实施例中，还披露了通过在此描述的工艺生产的动物饲料。这样的动物饲 料包括不溶性纤维部分和可溶性碳水化合物部分，各自源于处理过的生物质。该动物饲料 可以任选地包括补充成分，以便为动物提供改进的营养。该动物饲料可以包括具有大约 0. 5mm到大约76mm之间的最长维度、或者最长维度为大约25mm的不溶性纤维部分。该动物 饲料还可以包括该处理过的生物质中的总碳水化合物的百分比的至少大约45 %的可溶性 碳水化合物。该动物饲料还可以包括如在此所述的一种酶。
[0061] 在另一个实施例中，通过在与该水解剂和/或该酶接触之前或之后减小该生物质 到大约0. 5_到大约12_的平均粒径，可以制成一种通过本发明的工艺生产的更致密的动 物饲料。还可以将水添加到该生物质中并且作为游离水或蒸汽与其混合，并且可以在处理 该生物质的过程中或者在处理之后的一个致密化过程（例如造粒或压块）中加入。在另一 个实施例中，一种另外的饲料成分、液体或固体可以与该处理过的生物质混合，并且与该处 理过的生物质一起致密化。
[0062] 在一个实施例中，在处理该生物质的工艺过程中该生物质的含湿量可以受到控 制，以便引出可能的碳水化合物的最有效溶出。可以在与该水解剂接触之前、在该水解剂与 该生物质接触的同时、或者在该生物质与该水解剂接触之后将水加入到该生物质中。
[0063] 在一个另外的实施例中，该处理过的生物质可以是湿润的或者可以是干燥的，这 取决于所希望的用途。如果是干燥的，含湿量可以是10% -14%的水分。
[0064] 在又一个另外的实施例中，可以基于尺寸、密度和/或液体保持能力将已经与该 水解剂接触过的生物质或者在用该水解剂处理之前的生物质分开。该处理过的生物质的物 理分离可以通过风选、使用筛子、使用滚筒筛、或其他手段来完成，并且可使得能够形成源 于一个单处理工艺的优化配置的湿润和/或干燥的动物饲料混合物。这样的物理分离可以 产生更小的细部分和较大的粗部分。
[0065] 将该生物质分离成细部分和粗部分还具有附加的操作益处，因为该细部分可更易 于随着输送带移动、被放入转鼓式干燥机中、或其他益处。该细部分和粗部分每一者还可具 有营养益处，可基于动物的生产性能、动物种类、动物的生产阶段、和/或动物的营养需求 用这些部分饲喂不同的动物。例如，该粗部分可以用来饲喂生长期乳用小母牛，并且该细部 分可以用来饲喂对于纤维摄入具有更多限制的泌乳动物。
[0066] 在一个实施例中，一种处理本发明生物质的工艺包括施用一种氢氧化钙浆料溶 液，其中以该生物质的干物质的5%添加氧化钙，并且具有一定量的水，使得该处理过的生 物质具有大约50%的含湿量。本发明使用的含湿量小于用于处理生物质的其他工艺的含湿 量，因此允许更少的水用量。此外，在本发明中使用的水量需考虑到当氧化钙与水反应时出 现的放热反应的足够吸热能力。 实例
[0067] 提供了以下示例性的非限制性实例以进一步描述在此呈现的实施例。本领域的普 通技术人员将理解的是这些实例的变化可能在本发明的范围内。
[0068] 实例1.整合的尺寸减小和接触工艺。
[0069] 进行了 一系列研究来评估用于同时进行尺寸减小和生物质处理的装备和方法。开 发了在这些研究中使用的玉米秸杆的吨数以及用于处理生物质和生产动物饲料的高容量 工艺。
[0070] 设计了一种连续剪切与接触系统，以便在典型的商业规模的生物质加工的条件下 运行。该剪切/接触系统在可变的原料质量以及正如从收集自田野的生物质所预期的包含 可见碎片和污染物的原料的条件下运行。
[0071] 包括茎、叶、皮和芯在内的籽粒被去除的玉米残留物（即，玉米秸杆）被用作木质 纤维素材料源或生物质。使用可商购的滚筒研磨机（黑巴斯特（HAYBUSTER)型1150)将 玉米秸杆剪切，并且使剪切的玉米秸杆与一种在该滚筒研磨机的卸料带上的无机水解剂接 触。
[0072] 用来施用该无机水解剂的装备包括一个计量所添加的溶液的量的进料系统以及 被配置为带有被设计为均匀湿润生物质的喷嘴的喷雾棒。用来向该生物质施用该水解剂的 系统的图解显示在图1中。该系统包括含有该水解剂的容器10、用于从该容器10移除该水 解剂的软管12、用于泵送该水解剂和水的泵14、用于运送该水解剂和水以便施用给该生物 质例如玉米秸杆的软管16、用于使该水解剂和水与该生物质接触的U形歧管18、以及用于 移动该玉米秸杆离开该粉碎机（未显示）的输送带20。
[0073] 该容器10可以是一个带有混合装置的混合槽，用于搅拌在水中的水解剂以保持 这样的浆料在稠度上是均匀的。
[0074] 该U形歧管18包括两个喷雾棒19,各自将该水解剂和水喷雾到该生物质上。当该 生物质移动通过输送带20上的U形歧管18时，喷雾棒19相对于该输送带20横向安装。一 个喷雾棒包括八个孔洞，所述孔洞的最大直径为6. 4mm，并且这些孔洞以大约76mm间隔开。 另一个喷雾棒包括九个孔洞，所述孔洞的最大直径为6. 4mm，并且这些孔洞以大约76mm间 隔开。在这两个喷雾棒19上的孔洞的位置是交错的，使得当这两个喷雾棒19串联操作时， 该水解剂以大约37mm的距离跨过760mm的输送带20的宽度而被施用到输送带20上的玉米 秸杆上。将一种双重过滤机制（未显示）整合到该系统中，以从该水解剂和水中过滤出任 何碎片，并且使该系统能够被净化，甚至当该系统以恒定的容量正在进行加工时也是如此。
[0075] 这些喷雾棒19具有精确大小并定位的孔洞，使得能够用在水中的该水解剂的浆 料适当且完全地润湿经研磨的生物质，以使化学反应快速且完全。
[0076] 第二U形歧管18被构建，其具有在直径上为9. 5mm的相似地间隔开的孔洞。具有 更大的孔洞的该第二U形歧管与该第一 U形歧管以相似的方式进行操作，并且彼此邻近地 操作这两个U形歧管。出料口钻在底部中，S卩，这些喷雾棒19的面向该输送带20的部分， 并且坚向朝下成角度，以便促进该水解剂和水以穿透流与该生物质接触。将该水解剂和水 以一定的压力施用于该生物质，该压力足以引起该水解剂穿透在该输送带20上的生物质 的全深度。通过使用两套U形歧管18,可以增加生物质的量的容量，但是本领域的普通技 术人员清楚的是，可以使用两个以上的U形歧管中的一个。将多个阀22添加到该U形歧管 18中，与每个喷雾棒19对齐，以改进该水解剂流率的控制，并且使得能够针对输送带20的 不同速度以及在输送带20上的生物质的量和尺寸确定该水解剂的施用速率。在每个喷雾 棒19上也可以存在一个清洗排放阀24,使得在该工艺过程中在需要时能够进行清洗。
[0077] 该U形歧管与该滚筒研磨机的（未显示）出料输送带20配合。该滚筒研磨机安装 有76mm (3英寸）的圆孔筛。使用这种设置，研磨了 75个玉米結杆包（每个大约重545kg), 并且将大约7000个加仑的水解剂（石灰悬浮液）在80分钟内不停地施用到研磨的玉米秸 杆上。这样的设置使得能够用该水解剂每小时处理10公吨的干玉米秸杆。在又一个另外 的实施例中，用于运送该水解剂和水的软管16、U形歧管18、和阀22可以配置有四个喷雾 棒19,如在图2中所示。
[0078] 在另一个实施例中，评估了研磨速率对玉米秸杆与该水解剂接触的影响。通过改 变该研磨机中的筛子尺寸，改变了该滚筒研磨机的研磨速率（kg/hr)，其中评估了 76mm、 127_、和178mm的筛子尺寸。该水解剂（悬浮的石灰）作为水化悬浮液施用，以实现在重 量：重量干物质基础上的5%石灰施用率。这样的评估还允许确定是否更精细的研磨将改 进该玉米秸杆与该水解剂的接触。针对每个筛子尺寸研磨了十个玉米秸杆包，并且使用图 1的系统施用了该水解剂（石灰悬浮液）。对于每个评估的筛子尺寸，经过研磨但是未用该 水解剂处理的五个秸杆包用作基线或对照。
[0079] 在从该滚筒研磨机的输送带排出之后，立即收集对照玉米秸杆样品和用水解剂处 理的玉米秸杆，并且通过用蒸馏水提取该玉米秸杆并测量提取液的PH，测量了 pH。这使得 具备查明该玉米秸杆是否已经与该水解剂接触的能力，正如以PH的增加为证据。这些结果 呈现在表1中并且表明，该施用装置能够成功地向该玉米秸杆施用该水解剂，正如以pH的 增加所指示的。该施用装置能够成功地每小时向11. 5到27公吨的干玉米秸杆施用水解剂。
[0080] 表1.在一个整合的剪切-加工系统中与水解剂（悬浮的石灰）接触的玉米秸杆 的特征。

【权利要求】
1. 一种用于将生物质转化为更易消化的动物饲料的连续工艺，该工艺包括： 将生物质粉碎成更小的部分；并且 使这些更小的部分在25% -55%的含湿量下在环境温度和环境压力下与一种水解剂 和水接触，从而产生处理过的生物质。
2. 如权利要求1所述的工艺，进一步包括将该处理过的生物质储存至少24小时。
3. 如权利要求1所述的工艺，其中粉碎该生物质包括研磨、剪切、或研磨并剪切该生物 质。
4. 如权利要求1所述的工艺，其中该接触在粉碎该生物质的一个装置中进行。
5. 如权利要求1所述的工艺，进一步包括： 将该生物质置于一个装置中用于将该生物质粉碎成更小的部分；并且 用一个移动这些更小的部分的运载装置从用于粉碎该生物质的装置移除这些更小的 部分； 其中对这些更小的部分用该运载装置上的水溶液进行喷雾。
6. 如权利要求1所述的工艺，进一步包括将一种农业副产物与该处理过的生物质混 合。
7. 如权利要求1所述的工艺，其中该含湿量在45% -55%之间。
8. 如权利要求1所述的工艺，其中该水解剂是一种选自下组的无机水解剂，该组的包 括：氧化物、氢氧化物、过氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、过碳酸盐、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化 钠、氢氧化钾、氧化镁、氢氧化镁、石灰、碳酸钠、碳酸氢钠、过碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾、过 碳酸钾，以及它们任何一种的组合。
9. 如权利要求1所述的工艺，其中该生物质选自下组，该组的组成为：生物燃料作物、 生物能源作物、多年生草、作物残余物、食物废物、藻块、甘蔗、玉米芯、玉米皮、玉米秸杆、小 麦秸杆、小麦壳、柳枝稷、芒草、玉米纤维、大豆纤维、大豆皮、大豆秸杆、可可豆皮、干酒糟、 带有可溶物的干酒糟、大麦杆、稻草、亚麻壳、小麦胚芽粉、玉米胚芽粉、棉籽壳、棉籽废弃 物、谷物秸杆、高粱、草、以及它们的任何组合。
10. 如权利要求2所述的工艺，其中该处理过的生物质在有氧条件下储存。
11. 如权利要求1所述的工艺，进一步包括将这些更小的部分分离成细部分和粗部分。
12. 如权利要求11所述的工艺，其中分离这些更小的部分包括： 使这些更小的部分穿过一个表面中的至少一个开口； 收集通过该至少一个开口的这些更小的部分，因而产生该细部分；并且收集未通过该 至少一个开口的这些更小的部分，因而产生该粗部分。
13. 如权利要求11所述的工艺，其中与这些更小的部分比较，该细部分具有改进的液 体保持特征、改进的可消化性或它们的组合。
14. 如权利要求11所述的工艺，其中分离这些更小的部分包括使这些更小的部分通过 一个空气流。
15. 如权利要求11所述的工艺，其中该分离在这些更小的部分与该水解剂接触之后进 行。
16. 如权利要求11所述的工艺，进一步包括： 用该细部分饲喂第一种动物；并且 用该粗部分饲喂不同于该第一种动物的第二种动物。
17. 如权利要求16所述的工艺，其中该第一种动物是肉牛。
18. 如权利要求17所述的工艺，其中该第二种动物是奶牛或猪。
19. 如权利要求1所述的工艺，其中该工艺能够每分钟加工至少350千克的生物质。
20. 如权利要求1所述的工艺，其中该工艺能够每分钟加工至少450千克的生物质。
21. 如权利要求1所述的工艺，进一步包括使该处理过的生物质致密化。
22. 如权利要求21所述的工艺，进一步包括在该致密化之前将该处理过的生物质与一 种液体饲料成分混合。
23. 如权利要求21所述的工艺，其中使该处理过的生物质致密化包括选自下组的行 动，该组的组成为：将该处理过的生物质造粒，将该处理过的生物质压块，和它们的组合。
24. 如权利要求1所述的工艺，其中该水解剂包括选自下组的矿物质，该组的组成为： 钙、钠、钾、镁、和它们的任何组合，进一步包括： 用该处理过的生物质饲喂一种动物；并且 将一定量的矿物质置于喷雾到这些更小的部分上的水溶液中，使得由该动物消费的矿 物质的量与该动物的膳食指导方针相对应。
25. 如权利要求1所述的工艺，其中使这些小的部分与该水溶液接触包括用该水溶液 对这些小的部分进行喷雾。
26. 如权利要求1所述的工艺，其中将该生物质粉碎成更小的部分在一台联合收割机 中进行。
27. 如权利要求1所述的工艺，其中该水解剂和水在一种水溶液中。
28. 如权利要求1所述的工艺，其中该水解剂是一种固体。
29. 如权利要求1所述的工艺，其中该水解剂以按重量计大约2%到大约10%的量存 在。
30. -种用于生产动物饲料的连续工艺，该工艺包括： 将生物质粉碎成更小的部分； 使这些更小的部分与一种包含无机水解剂和水的浆料接触，使得这些被接触的更小的 部分的含湿量在25% -55%之间，从而产生处理过的生物质； 储存该处理过的生物质持续至少24小时；并且 用该储存的生物质饲喂一种动物。
31. 如权利要求30所述的连续工艺，其中该生物质是玉米秸杆。
32. 如权利要求30所述的连续工艺，其中粉碎该生物质包括研磨、撕碎、或研磨并撕碎 该生物质。
33. 如权利要求30所述的连续工艺，进一步包括移动这些更小的部分离开用于粉碎该 生物质的一个装置，并且移动到被配置为用于使这些更小的部分与该浆料接触的装置上。
34. 如权利要求30所述的连续工艺，其中使这些小的部分与该浆料接触包括： 将该浆料从一个容器泵送到用于喷雾该浆料到这些更小的部分上的装置；并且 将该浆料喷雾到该这些更小的部分上。
35. 如权利要求30所述的连续工艺，进一步包括从田野收集该生物质。
36. 如权利要求35所述的连续工艺，其中所述的收集该生物质包括从田野耙拢并捆包 该生物质。
37. 如权利要求35所述的连续工艺，其中所述的收集该生物质包括从一台联合收割机 捆包该生物质。
38. 如权利要求30所述的连续工艺，其中该无机水解剂选自下组，该组的组成为：氧 化物、氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、过碳酸盐、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化 镁、氢氧化镁、石灰、碳酸钠、碳酸氢钠、过碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾、过碳酸钾，以及它们任 何一种的组合。
39. 如权利要求30所述的连续工艺，其中该生物质在有氧条件下储存。
40. 如权利要求30所述的连续工艺，其中该生物质在厌氧条件下储存。
41. 如权利要求30所述的连续工艺，进一步包括将一种酸性农业副产物与该处理过的 生物质混合。
42. 如权利要求30所述的连续工艺，其中该酸性农业副产物是液体。
43. 如权利要求30所述的工艺，其中该无机水解剂是石灰。
44. 如权利要求30所述的工艺，其中该含湿量在45% -55%之间。
45. 如权利要求30所述的工艺，其中该工艺是在环境压力和环境温度下进行的。
46. 如权利要求30所述的工艺，其中该工艺能够每分钟加工至少350千克的玉米秸杆。
47. 如权利要求30所述的工艺，其中该工艺能够每分钟加工至少450千克的生物质。
48. 如权利要求30所述的工艺，进一步包括将这些更小的部分分离成细部分和粗部 分。
49. 一种用于将生物质转化为更易消化的动物饲料的系统，该系统包括： 一个用于将生物质粉碎成更小的部分的装置； 用于移动这些更小的部分离开该装置的输送带；和 用于将包含一种无机水解剂的水溶液喷雾到该输送带上的这些更小的部分上的工具。
50. 如权利要求49所述的系统，进一步包括用于将这些更小的部分分离成粗部分和细 部分的设备。
【文档编号】B01J3/00GK104334030SQ201380029127
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年4月30日 优先权日:2012年4月30日
【发明者】M·塞卡瓦, 佩里·多恩, 艾伦·格鲁斯比, 格伦·D·金保尔 申请人:阿彻丹尼尔斯米德兰德公司