JP2015523088A - Method and system for production of fermentation products - Google Patents

Method and system for production of fermentation products Download PDF

Info

Publication number
JP2015523088A
JP2015523088A JP2015524372A JP2015524372A JP2015523088A JP 2015523088 A JP2015523088 A JP 2015523088A JP 2015524372 A JP2015524372 A JP 2015524372A JP 2015524372 A JP2015524372 A JP 2015524372A JP 2015523088 A JP2015523088 A JP 2015523088A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oil
aqueous solution
separation
wet cake
certain embodiments
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015524372A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ステファン・フランソワ・バザーナ
キース・エイチ・バール
ダンカン・コフィ
ジェイムズ・ティモシー・クローニン
ベンジャミン・フックス
ジョン・ダブル・ハラム
デイビッド・ジェイ・ロウ
ブライアン・マイケル・ロッシュ
マティアス・イー・ストラスキ
ジェイムズ・グレゴリー・ウッド
ジョセフ・ジェイ・ザハー
Original Assignee
ビュータマックス・アドバンスド・バイオフューエルズ・エルエルシー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US13/828,353 external-priority patent/US9605281B2/en
Priority claimed from US13/836,115 external-priority patent/US20140024064A1/en
Application filed by ビュータマックス・アドバンスド・バイオフューエルズ・エルエルシー filed Critical ビュータマックス・アドバンスド・バイオフューエルズ・エルエルシー
Publication of JP2015523088A publication Critical patent/JP2015523088A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23DEDIBLE OILS OR FATS, e.g. MARGARINES, SHORTENINGS, COOKING OILS
    • A23D9/00Other edible oils or fats, e.g. shortenings, cooking oils
    • A23D9/007Other edible oils or fats, e.g. shortenings, cooking oils characterised by ingredients other than fatty acid triglycerides
    • A23D9/013Other fatty acid esters, e.g. phosphatides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D21/00Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/26Separation of sediment aided by centrifugal force or centripetal force
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C11ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11BPRODUCING, e.g. BY PRESSING RAW MATERIALS OR BY EXTRACTION FROM WASTE MATERIALS, REFINING OR PRESERVING FATS, FATTY SUBSTANCES, e.g. LANOLIN, FATTY OILS OR WAXES; ESSENTIAL OILS; PERFUMES
    • C11B13/00Recovery of fats, fatty oils or fatty acids from waste materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/12Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing fuels or solvents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/26Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of pH
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/30Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
    • C12M41/34Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of gas
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M45/00Means for pre-treatment of biological substances
    • C12M45/04Phase separators; Separation of non fermentable material; Fractionation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M45/00Means for pre-treatment of biological substances
    • C12M45/05Means for pre-treatment of biological substances by centrifugation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/10Separation or concentration of fermentation products
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06Ethanol, i.e. non-beverage
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/08Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/08Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
    • C12P7/10Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate substrate containing cellulosic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/16Butanols
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D21/00Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/02Settling tanks with single outlets for the separated liquid
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P2203/00Fermentation products obtained from optionally pretreated or hydrolyzed cellulosic or lignocellulosic material as the carbon source
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/74Recovery of fats, fatty oils, fatty acids or other fatty substances, e.g. lanolin or waxes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

本発明は、アルコールなどの発酵産物の生成のための方法およびシステムに関する。本発明は、改良されたバイオマスの処理および生産性のために原料流成分を分離するための方法も提供する。The present invention relates to a method and system for the production of fermentation products such as alcohol. The present invention also provides a method for separating feed stream components for improved biomass processing and productivity.

Description

本出願は、2012年7月23日に出願された米国仮特許出願第61/674,607号;2012年9月12日に出願された米国仮特許出願第61/699,976号;2012年10月11日に出願された米国仮特許出願第61/712,385号;2013年3月14日に出願された米国特許出願第13/828,353号;および2013年3月15日に出願された米国特許出願第13/836,115号の利益を主張するものであり、それぞれの内容全体が、参照により本明細書に援用される。   This application is based on US Provisional Patent Application No. 61 / 674,607, filed July 23, 2012; US Provisional Patent Application No. 61 / 699,976, filed September 12, 2012; US Provisional Patent Application No. 61 / 712,385, filed on October 11, US Patent Application No. 13 / 828,353, filed March 14, 2013; and filed on March 15, 2013 No. 13 / 836,115, the entire contents of each of which are hereby incorporated by reference.

本出願に関連する配列表は、EFS−Webを介して電子書式で提出され、全体が参照により本明細書に援用される。   The sequence listing relevant to this application is submitted in electronic form via EFS-Web, which is incorporated herein by reference in its entirety.

本発明は、アルコールなどの発酵産物の生成のための方法およびシステムに関する。本発明は、改良されたバイオマスの処理生産性のために原料流成分を分離するための方法も提供する。   The present invention relates to a method and system for the production of fermentation products such as alcohol. The present invention also provides a method for separating feed stream components for improved biomass processing productivity.

アルコールには、燃料、試薬、および溶媒などの様々な産業的および科学的な用途がある。例えば、ブタノールは、燃料添加剤として、プラスチック産業における原料化学物質として、ならびに食品および香料産業における食品グレードの抽出剤としての使用を含む様々な用途を有する重要な産業用化学物質である。したがって、ブタノールなどのアルコールならびに例えば、発酵プロセスおよびこれらのプロセスのための原料としてのバイオマスの使用を含む効率的でかつ環境に優しい生成方法に対する高い需要がある。   Alcohols have a variety of industrial and scientific uses such as fuels, reagents, and solvents. For example, butanol is an important industrial chemical with a variety of uses including as a fuel additive, as a raw chemical in the plastics industry, and as a food grade extractant in the food and fragrance industry. Accordingly, there is a high demand for efficient and environmentally friendly production methods including alcohols such as butanol and, for example, fermentation processes and the use of biomass as a feedstock for these processes.

発酵によるアルコールの生成は、1つのこのような環境に優しい生成方法である。高収率でアルコールを生成するいくつかの微生物は、低い毒性閾値も有するため、アルコールは、生成されるにつれて発酵装置から除去される必要がある。原位置生成物除去(ISPR)という一方法を用いて、アルコールが生成されるにつれて発酵装置からアルコールを除去し、それによって、微生物が、高収率でアルコールを生成することが可能になり得る。当該技術分野で説明されているISPRの例が、液液抽出(例えば、特許文献1を参照)である。技術的および経済的に実行可能であるために、液液抽出は、効率的な物質移動のための抽出剤と発酵ブロスとの接触;発酵ブロスからの抽出剤の相分離;抽出剤の効率的な回収および再利用;および長期間の運転にわたる抽出剤の劣化および/または汚染が最小限であることを必要とする。   The production of alcohol by fermentation is one such environmentally friendly production method. Some microorganisms that produce alcohol in high yields also have a low toxicity threshold, so the alcohol needs to be removed from the fermentor as it is produced. One method, in situ product removal (ISPR), may be used to remove alcohol from the fermentor as it is produced, thereby allowing the microorganism to produce alcohol in high yield. An example of ISPR described in the technical field is liquid-liquid extraction (see, for example, Patent Document 1). Because it is technically and economically feasible, liquid-liquid extraction is the contact of the extractant with the fermentation broth for efficient mass transfer; phase separation of the extractant from the fermentation broth; efficient extraction agent Recovery and reuse; and minimal degradation and / or contamination of the extractant over long periods of operation.

発酵装置に入る水流が、原料からの非溶解固体を含有するとき、非溶解固体は、液液抽出を妨げることがあり、抽出方法は、技術的および経済的に実行可能でなくなり、例えば、資本コストおよび運転コストの増加につながり得る。抽出発酵中の非溶解固体の存在は、物質移動係数を低下させ、相分離を妨げ、抽出剤中の非溶解固体からの油の蓄積を生じ、時間の経過とともに抽出効率の低下を招くことがあり、抽出剤が、固体に捕捉され、可溶物含有乾燥穀類蒸留粕(DDGS)として最終的に除去されるため、抽出剤の損失を増加することがあり、発酵ブロスからの抽出剤液滴の離脱を遅くすることがあり、および/または発酵装置体積効率を低下させることがある。したがって、固体除去は、発酵プロセスからアルコールを生成し、それを回収するための効率的な手段を提供する。   When the water stream entering the fermentor contains undissolved solids from the raw material, the undissolved solids can interfere with liquid-liquid extraction, and the extraction method becomes technically and economically not feasible, for example, capital This can lead to increased costs and operating costs. The presence of undissolved solids during extractive fermentation reduces the mass transfer coefficient, impedes phase separation, causes oil accumulation from undissolved solids in the extractant, and can lead to a decrease in extraction efficiency over time. Yes, because the extractant is trapped in a solid and eventually removed as solubles-containing dry cereal distillers (DDGS), it may increase the loss of extractant, and extractant droplets from the fermentation broth May be delayed and / or fermenter volumetric efficiency may be reduced. Thus, solids removal provides an efficient means for producing and recovering alcohol from the fermentation process.

固体除去に加えて、原料からの油の除去は、アルコールの生成に対する有益な効果ならびに商業的な利益も提供し得る。例えば、トウモロコシ油および大豆油などのいくつかの油が、バイオディーゼルの原料として使用され得るため、アルコール製造業者のための追加の収入源になり得る。さらに、油の除去は、より効率的な発酵による生産工場のエネルギー節約、油の除去による汚損の減少、発酵装置体積効率の向上、およびエネルギー必要量、例えば、穀類蒸留粕を乾燥させるのに必要なエネルギーの減少をもたらし得る。   In addition to solids removal, the removal of oil from the feedstock can also provide a beneficial effect on alcohol production as well as commercial benefits. For example, some oils, such as corn oil and soybean oil, can be used as biodiesel feedstock and can therefore be an additional source of income for alcohol manufacturers. In addition, oil removal is necessary to save production plant energy through more efficient fermentation, reduce fouling through oil removal, improve fermenter volumetric efficiency, and dry energy requirements such as cereal distillers Can result in significant energy reduction.

米国特許出願公開第2009/0305370号明細書US Patent Application Publication No. 2009/030305370

エタノールおよびブタノールなどのアルコールを生成するためのより効率的な方法およびシステムを開発することが引き続き必要とされている。本発明は、この必要性を満たし、発酵の前に原料流成分を分離し、発酵プロセスにおける非溶解固体および/または油の量を制御するための方法およびシステムを含む、アルコールを生成するための方法およびシステムを提供する。   There is a continuing need to develop more efficient methods and systems for producing alcohols such as ethanol and butanol. The present invention meets this need and provides a method for producing alcohol, including methods and systems for separating raw stream components prior to fermentation and controlling the amount of undissolved solids and / or oils in the fermentation process. Methods and systems are provided.

本発明は、原料流成分を分離し、発酵産物の生成の際に発酵装置原料流における非溶解固体および/または油の量を制御するための方法およびシステムに関する。分離された成分は、アルコール発酵副産物プロファイルを向上させることを含む、バイオマス処理生産性を向上させるための機構を提供する。(1)発酵性炭素源を含む水流、(2)油を含む原料流、および(3)非溶解固体を含む原料流を含む特定の成分へと原料流を分離することによって、これらの成分が、制御された方法で再度組み合わされ、または他の用途のためにシステムから除去され得る。これは、より高タンパク質またはより高脂肪の飼料を必要とする動物飼料市場などの様々な市場のニーズのための副産物組成物を開発するための機構を提供する。   The present invention relates to a method and system for separating feed stream components and controlling the amount of undissolved solids and / or oil in the fermenter feed stream during the production of fermentation products. The separated components provide a mechanism for improving biomass processing productivity, including improving the alcohol fermentation byproduct profile. By separating the feed stream into specific components comprising (1) a water stream containing a fermentable carbon source, (2) a feed stream containing oil, and (3) a feed stream containing undissolved solids, these components are Can be recombined in a controlled manner, or removed from the system for other uses. This provides a mechanism for developing by-product compositions for various market needs, such as animal feed markets that require higher protein or higher fat feeds.

本発明は、発酵産物の生成の際に発酵装置原料流から油を除去するための方法およびシステムにも関する。ある実施形態において、非溶解固体および油が、発酵装置原料流から除去され得る。   The present invention also relates to a method and system for removing oil from a fermenter feed stream during the production of a fermentation product. In certain embodiments, undissolved solids and oils can be removed from the fermenter feed stream.

本発明は、生成物アルコールを生成するための方法であって、発酵性炭素源、非溶解固体、および油を含む原料スラリーを提供する工程と;原料スラリーから非溶解固体および油の一部を分離し、それによって、発酵性炭素源を含む水溶液、固体を含むウェットケーキおよび油流が形成される工程と;水溶液を、微生物を含む発酵ブロスに加え、それによって、生成物アルコールが生成される工程とを含む方法に関する。ある実施形態において、本方法は、油流を回収する工程をさらに含む。ある実施形態において、本方法は、ウェットケーキを洗浄して、炭水化物を含む水流を得る工程をさらに含む。ある実施形態において、本方法は、水流を発酵ブロスに加える工程をさらに含む。ある実施形態において、水溶液は、約5重量%以下の非溶解固体を含有する。ある実施形態において、油は、トウモロコシ油であり、トリグリセリド、脂肪酸、ジグリセリド、モノグリセリド、およびリン脂質のうちの1つ以上を含む。ある実施形態において、本方法は、ウェットケーキの一部および油の一部を組み合わせて、トリグリセリド、遊離脂肪酸、ジグリセリド、モノグリセリド、およびリン脂質を含むウェットケーキを生成する工程をさらに含む。ある実施形態において、本方法は、水溶液を、ウェットケーキの一部と組み合わせて、水溶液とウェットケーキとの混合物を生成し、混合物を発酵ブロスに加える工程をさらに含む。ある実施形態において、原料スラリーを分離する工程は、単一工程プロセスである。ある実施形態において、非溶解固体および油は、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、膜ろ過、クロスフローろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子(grating)、多孔質格子、浮遊法(flotation)、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器(vortex separator)、またはそれらの組合せによって、原料スラリーから分離される。ある実施形態において、分離デバイスの1つ以上の制御パラメータが、原料スラリーの分離を向上させるように調整される。ある実施形態において、1つ以上の制御パラメータは、差速、ボウル速度、流量、羽根車の位置、せきの位置、スクロールピッチ、滞留時間、および排出体積から選択される。ある実施形態において、生成物アルコールは、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、およびフーゼルアルコールから選択される。ある実施形態において、微生物は、ブタノール生合成経路を含む。ある実施形態において、ブタノール生合成経路は、1−ブタノール生合成経路、2−ブタノール生合成経路、またはイソブタノール生合成経路である。ある実施形態において、リアルタイム測定が、原料スラリーの分離を監視するのに使用される。ある実施形態において、分離は、フーリエ変換赤外分光法、近赤外分光法、ラマン分光法、高圧液体クロマトグラフィー、粘度計、密度計、張力計、液滴径分析器、粒子分析器、またはそれらの組合せによって監視される。   The present invention is a method for producing a product alcohol comprising providing a raw slurry comprising a fermentable carbon source, an undissolved solid, and an oil; and removing a portion of the undissolved solid and oil from the raw slurry. Separating, thereby forming an aqueous solution containing a fermentable carbon source, a wet cake containing solids and an oil stream; and adding the aqueous solution to a fermentation broth containing microorganisms, thereby producing a product alcohol And a method including the steps. In certain embodiments, the method further comprises recovering the oil stream. In certain embodiments, the method further comprises washing the wet cake to obtain a water stream comprising carbohydrates. In certain embodiments, the method further comprises adding a water stream to the fermentation broth. In certain embodiments, the aqueous solution contains no more than about 5% by weight of undissolved solids. In certain embodiments, the oil is corn oil and includes one or more of triglycerides, fatty acids, diglycerides, monoglycerides, and phospholipids. In certain embodiments, the method further comprises combining a portion of the wet cake and a portion of the oil to produce a wet cake comprising triglycerides, free fatty acids, diglycerides, monoglycerides, and phospholipids. In certain embodiments, the method further comprises combining the aqueous solution with a portion of the wet cake to form a mixture of the aqueous solution and the wet cake, and adding the mixture to the fermentation broth. In certain embodiments, the step of separating the raw slurry is a single step process. In certain embodiments, the undissolved solids and oils are decanter bowl centrifuge, three-phase centrifuge, disk stack centrifuge, filtration centrifuge, decanter centrifuge, filtration, vacuum filtration, belt filter, pressure filtration, membrane filtration, Cross-flow filtration, filtration with sieve, sieving separation, grating, porous grid, flotation, hydroclone, filter press, screw press, gravity settling, vortex separator, or By their combination, they are separated from the raw slurry. In certain embodiments, one or more control parameters of the separation device are adjusted to improve the separation of the raw slurry. In some embodiments, the one or more control parameters are selected from differential speed, bowl speed, flow rate, impeller position, cough position, scroll pitch, dwell time, and discharge volume. In certain embodiments, the product alcohol is selected from ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, and fusel alcohol. In certain embodiments, the microorganism comprises a butanol biosynthetic pathway. In certain embodiments, the butanol biosynthetic pathway is a 1-butanol biosynthetic pathway, a 2-butanol biosynthetic pathway, or an isobutanol biosynthetic pathway. In certain embodiments, real-time measurements are used to monitor the separation of the raw slurry. In certain embodiments, the separation is performed by Fourier transform infrared spectroscopy, near infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, high pressure liquid chromatography, viscometer, density meter, tension meter, droplet size analyzer, particle analyzer, or Monitored by their combination.

本発明は、発酵性炭素源および非溶解固体を含む原料スラリーを提供する工程と;原料スラリーから非溶解固体の少なくとも一部を分離し、それによって、発酵性炭素源を含む水溶液および固体を含むウェットケーキが生成される工程と;ウェットケーキを液体と接触させて、ウェットケーキ混合物を形成する工程と;ウェットケーキ混合物から非溶解固体の少なくとも一部を分離し、それによって、発酵性炭素源を含む第2の水溶液および固体を含む第2のウェットケーキが生成される工程とを含む方法にも関する。ある実施形態において、液体は、新鮮な水(fresh water)、逆流(backset)、調理水(cook water)、プロセス水、蒸留残留水(lutter water)、蒸発水、またはそれらの組合せから選択される。ある実施形態において、接触工程および分離工程が繰り返され得る。   The invention includes providing a raw slurry comprising a fermentable carbon source and an undissolved solid; and separating at least a portion of the undissolved solid from the raw slurry, thereby including an aqueous solution and a solid comprising the fermentable carbon source. Contacting the wet cake with a liquid to form a wet cake mixture; separating at least a portion of undissolved solids from the wet cake mixture, thereby producing a fermentable carbon source; A second aqueous solution containing and a step of producing a second wet cake containing solids. In certain embodiments, the liquid is selected from fresh water, backset, cooking water, process water, distilled water, evaporating water, or combinations thereof . In certain embodiments, the contacting and separating steps can be repeated.

本発明は、発酵性炭素源、非溶解固体、および油を含む原料スラリーを提供する工程と;原料スラリーから油および非溶解固体の少なくとも一部を分離し、それによって、発酵性炭素源を含む水溶液、油流;および固体を含むウェットケーキが生成される工程と;ウェットケーキを液体と接触させて、ウェットケーキ混合物を形成する工程と;ウェットケーキ混合物から非溶解固体および油の少なくとも一部を分離し、それによって、発酵性炭素源を含む第2の水溶液、第2の油流;および固体を含む第2のウェットケーキが生成される工程とを含む方法に関する。ある実施形態において、原料スラリーを分離する工程は、単一工程プロセスである。ある実施形態において、非溶解固体および油は、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、膜ろ過、クロスフローろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せによって、原料スラリーから分離される。ある実施形態において、分離デバイスの1つ以上の制御パラメータが、原料スラリーの分離を向上させるように調整される。ある実施形態において、1つ以上の制御パラメータは、差速、ボウル速度、流量、羽根車の位置、せきの位置、スクロールピッチ、滞留時間、および排出体積から選択される。ある実施形態において、リアルタイム測定が、原料スラリーの分離を監視するのに使用される。ある実施形態において、分離は、フーリエ変換赤外分光法、近赤外分光法、ラマン分光法、高圧液体クロマトグラフィー、粘度計、密度計、張力計、液滴径分析器、粒子分析器、またはそれらの組合せによって監視される。   The present invention provides a raw slurry comprising a fermentable carbon source, an undissolved solid, and an oil; separating at least a portion of the oil and the undissolved solid from the raw slurry, thereby including the fermentable carbon source Producing a wet cake comprising an aqueous solution, an oil stream; and a solid; contacting the wet cake with a liquid to form a wet cake mixture; and removing at least a portion of the undissolved solid and oil from the wet cake mixture; Separating a second aqueous solution comprising a fermentable carbon source, a second oil stream; and a second wet cake comprising a solid. In certain embodiments, the step of separating the raw slurry is a single step process. In certain embodiments, the undissolved solids and oils are decanter bowl centrifuge, three-phase centrifuge, disk stack centrifuge, filtration centrifuge, decanter centrifuge, filtration, vacuum filtration, belt filter, pressure filtration, membrane filtration, Separated from raw slurry by cross-flow filtration, filtration through sieve, sieving separation, grid, porous grid, flotation method, hydroclone, filter press, screw press, gravity settler, vortex separator, or combinations thereof The In certain embodiments, one or more control parameters of the separation device are adjusted to improve the separation of the raw slurry. In some embodiments, the one or more control parameters are selected from differential speed, bowl speed, flow rate, impeller position, cough position, scroll pitch, dwell time, and discharge volume. In certain embodiments, real-time measurements are used to monitor the separation of the raw slurry. In certain embodiments, the separation is performed by Fourier transform infrared spectroscopy, near infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, high pressure liquid chromatography, viscometer, density meter, tension meter, droplet size analyzer, particle analyzer, or Monitored by their combination.

本発明は、発酵性炭素源、非溶解固体、および油を含む原料スラリーを提供する工程と;原料スラリーを分離し、それによって、(i)発酵性炭素源を含む第1の水溶液、(ii)固体を含む第1のウェットケーキ、および(iii)油、固体、および発酵性炭素源を含む水流を含む流れが形成される工程と;第1の水溶液を、微生物を含む発酵ブロスに加え、それによって、発酵産物が生成される工程とを含む方法に関する。ある実施形態において、本方法は、油、固体、および発酵性炭素源を含む水流を含む流れを分離し、それによって、(i)発酵性炭素源を含む第2の水溶液、(ii)固体を含む第2のウェットケーキ、および(iii)油流が形成される工程をさらに含み得る。ある実施形態において、第1および第2の水溶液は、発酵ブロスへの添加の前に組み合わされ得る。ある実施形態において、第2の水溶液は、油をさらに含み得る。ある実施形態において、第2の水溶液の油またはその一部は、抽出剤を生成するように処理され得る。ある実施形態において、油は、化学的にまたは酵素的に処理され得る。ある実施形態において、分離は、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せによって行われ得る。   The present invention provides a raw slurry comprising a fermentable carbon source, an undissolved solid, and oil; and separating the raw slurry, thereby (i) a first aqueous solution comprising a fermentable carbon source, (ii) A) a first wet cake containing solids, and (iii) a stream comprising a water stream comprising oil, solids, and a fermentable carbon source is formed; adding the first aqueous solution to the fermentation broth containing microorganisms; Thereby producing a fermentation product. In certain embodiments, the method separates a stream comprising an oil, a solid, and a water stream comprising a fermentable carbon source, thereby (ii) a second aqueous solution comprising a fermentable carbon source, (ii) a solid. A second wet cake comprising, and (iii) a step in which an oil stream is formed. In certain embodiments, the first and second aqueous solutions may be combined prior to addition to the fermentation broth. In certain embodiments, the second aqueous solution can further comprise an oil. In certain embodiments, the second aqueous oil or portion thereof may be treated to produce an extractant. In certain embodiments, the oil can be treated chemically or enzymatically. In certain embodiments, the separation is performed by decanter bowl centrifugation, three-phase centrifugation, disk stack centrifugation, filtration centrifugation, decanter centrifugation, filtration, vacuum filtration, belt filter, pressure filtration, filtration using a sieve, sieving. Separation, grids, porous grids, flotation methods, hydroclones, filter presses, screw presses, gravity settlers, vortex separators, or combinations thereof can be performed.

本発明は、発酵性炭素源、非溶解固体、および油を含む原料スラリーを提供する工程と;原料スラリーを分離し、それによって、(i)発酵性炭素源および固体を含む第1の水溶液、(ii)固体を含む第1のウェットケーキ、および(iii)第1の油流が形成される工程と;油を前記第1の水溶液に加え、それによって、固体を含む油層および発酵性炭素源を含む第2の水溶液が形成される工程とを含む方法に関する。ある実施形態において、固体を含む油層は、分離されて、(i)第2の油流、(ii)固体を含む第2のウェットケーキ、および(iii)発酵性炭素源を含む第3の水溶液が形成され得る。ある実施形態において、第2の水溶液および〆第3の水溶液は、微生物を含む発酵ブロスに加えられてもよく、それによって、発酵産物が生成される。ある実施形態において、第2の水溶液および第3の水溶液は、油をさらに含み得る。ある実施形態において、第2の水溶液および第3の水溶液は、組み合わされてもよく、第2の水溶液および第3の水溶液の油またはその一部は、抽出剤を生成するように処理される。ある実施形態において、油は、化学的にまたは酵素的に処理され得る。ある実施形態において、分離は、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せによって行われ得る。   The present invention provides a raw slurry comprising a fermentable carbon source, an undissolved solid, and an oil; separating the raw slurry, thereby (i) a first aqueous solution comprising a fermentable carbon source and a solid; (Ii) a first wet cake comprising solids, and (iii) a first oil stream is formed; adding oil to said first aqueous solution, thereby providing an oil layer and fermentable carbon source comprising solids A second aqueous solution containing is formed. In certain embodiments, the oil layer comprising solids is separated into (i) a second oil stream, (ii) a second wet cake comprising solids, and (iii) a third aqueous solution comprising a fermentable carbon source. Can be formed. In certain embodiments, the second aqueous solution and the third aqueous solution may be added to a fermentation broth containing microorganisms, thereby producing a fermentation product. In certain embodiments, the second aqueous solution and the third aqueous solution may further comprise an oil. In certain embodiments, the second aqueous solution and the third aqueous solution may be combined, and the oil of the second aqueous solution and the third aqueous solution, or a portion thereof, is treated to produce an extractant. In certain embodiments, the oil can be treated chemically or enzymatically. In certain embodiments, the separation is performed by decanter bowl centrifugation, three-phase centrifugation, disk stack centrifugation, filtration centrifugation, decanter centrifugation, filtration, vacuum filtration, belt filter, pressure filtration, filtration using a sieve, sieving. Separation, grids, porous grids, flotation methods, hydroclones, filter presses, screw presses, gravity settlers, vortex separators, or combinations thereof can be performed.

本発明は、原料スラリーを生成するために原料を液化するように構成される1つ以上の液化ユニットであって、原料を受け入れるための入口;および原料スラリーを排出するための出口を含み、ここで、原料スラリーが、発酵性炭素源、油、および非溶解固体を含む液化ユニットと;原料スラリーから油および非溶解固体を除去して、発酵性炭素源を含む水溶液、油流、および非溶解固体の一部を含むウェットケーキを生成するように構成される1つ以上の分離ユニットであって、遠心分離機が、原料スラリーを受け入れるための入口;水溶液を排出するための第1の出口;ウェットケーキを排出するための第2の出口;および油を排出するための第3の出口を含む分離ユニットとを含むシステムにも関する。ある実施形態において、システムは、ウェットケーキから発酵性炭素源を回収するように構成される1つ以上の洗浄システムであって、1つ以上の混合ユニット;および1つ以上の分離ユニットを含む洗浄システムをさらに含む。ある実施形態において、分離ユニットは、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、膜ろ過、クロスフローろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、およびそれらの組合せから選択される。ある実施形態において、本システムは、生成物アルコールを生成するために水溶液を発酵するように構成される1つ以上の発酵装置であって、水溶液および/またはウェットケーキを受け入れるための入口;および生成物アルコールを含む発酵ブロスを排出するための出口を含む発酵装置をさらに含む。ある実施形態において、本システムは、オンライン測定デバイスをさらに含む。ある実施形態において、オンライン測定デバイスは、粒度分析器、フーリエ変換赤外線分光器、近赤外線分光器、ラマン分光器、高圧液体クロマトグラフィー、粘度計、密度計、張力計、液滴径分析器、pH計、溶解された酸素プローブ、またはそれらの組合せから選択される。   The present invention includes one or more liquefaction units configured to liquefy a raw material to produce a raw slurry, including an inlet for receiving the raw material; and an outlet for discharging the raw slurry And a liquefaction unit in which the raw slurry includes a fermentable carbon source, oil, and non-dissolved solids; an aqueous solution, oil stream, and non-dissolved containing the fermentable carbon source by removing the oil and non-dissolved solids from the raw slurry One or more separation units configured to produce a wet cake containing a portion of solids, wherein the centrifuge has an inlet for receiving the raw slurry; a first outlet for discharging the aqueous solution; It also relates to a system comprising a second outlet for discharging the wet cake; and a separation unit including a third outlet for discharging the oil. In certain embodiments, the system is one or more wash systems configured to recover fermentable carbon source from wet cake, the wash comprising one or more mixing units; and one or more separation units Further includes a system. In certain embodiments, the separation unit is decanter bowl centrifuge, three-phase centrifuge, disc stack centrifuge, filtration centrifuge, decanter centrifuge, filtration, vacuum filtration, belt filter, pressure filtration, membrane filtration, crossflow filtration. , Filtration through a sieve, sieving separation, grid, porous grid, flotation method, hydroclone, filter press, screw press, gravity settler, vortex separator, and combinations thereof. In certain embodiments, the system is one or more fermenters configured to ferment an aqueous solution to produce product alcohol, an inlet for receiving the aqueous solution and / or wet cake; and production It further includes a fermentation apparatus including an outlet for discharging the fermentation broth containing the product alcohol. In certain embodiments, the system further includes an online measurement device. In certain embodiments, the online measurement device is a particle size analyzer, Fourier transform infrared spectrometer, near infrared spectrometer, Raman spectrometer, high pressure liquid chromatography, viscometer, density meter, tension meter, droplet size analyzer, pH Selected from a total, a dissolved oxygen probe, or a combination thereof.

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を成す添付の図面は、本発明を例示し、さらに、本明細書とともに、本発明の原理を説明し、関連技術分野の当業者が本発明を行い、使用できるようにする働きを果たす。   The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate the invention and, together with the description, explain the principles of the invention and allow those skilled in the relevant art to understand the invention. And make it available for use.

液化の後かつ発酵の前に、非溶解固体が分離によって除去される、本発明の例示的な方法およびシステムを概略的に示す。Figure 2 schematically illustrates an exemplary method and system of the present invention where undissolved solids are removed by separation after liquefaction and prior to fermentation. 原料が粉砕される、本発明の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。1 schematically illustrates an exemplary alternative method and system of the present invention in which raw materials are ground. 非溶解固体および油が分離によって除去される、本発明の別の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。Fig. 3 schematically illustrates another exemplary alternative method and system of the present invention in which undissolved solids and oil are removed by separation. ウェットケーキが1回以上の洗浄サイクルに供される、本発明の別の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。Fig. 4 schematically illustrates another exemplary alternative method and system of the present invention in which a wet cake is subjected to one or more wash cycles. 非溶解固体および油が分離によって除去され、ウェットケーキが1回以上の洗浄サイクルに供される、本発明の別の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。FIG. 4 schematically illustrates another exemplary alternative method and system of the present invention in which undissolved solids and oil are removed by separation and the wet cake is subjected to one or more wash cycles. 水溶液およびウェットケーキが組み合わされ、発酵に送られる、本発明の別の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。Fig. 4 schematically illustrates another exemplary alternative method and system of the present invention in which an aqueous solution and a wet cake are combined and sent to fermentation. 水溶液が発酵前に糖化される、本発明の別の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。Fig. 4 schematically illustrates another exemplary alternative method and system of the present invention in which an aqueous solution is saccharified prior to fermentation. 原料スラリーが分離前に糖化される、本発明の別の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。Fig. 4 schematically illustrates another exemplary alternative method and system of the present invention in which the raw slurry is saccharified prior to separation. 追加の分離ユニットが非溶解固体および油を除去するのに用いられる、本発明の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。Figure 3 schematically illustrates an exemplary alternative method and system of the present invention in which an additional separation unit is used to remove undissolved solids and oil. 追加の分離ユニットが非溶解固体および油を除去するのに用いられる、本発明の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。Figure 3 schematically illustrates an exemplary alternative method and system of the present invention in which an additional separation unit is used to remove undissolved solids and oil. 追加の分離ユニットが非溶解固体および油を除去するのに用いられる、本発明の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。Figure 3 schematically illustrates an exemplary alternative method and system of the present invention in which an additional separation unit is used to remove undissolved solids and oil. 追加の分離ユニットが非溶解固体および油を除去するのに用いられる、本発明の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。Figure 3 schematically illustrates an exemplary alternative method and system of the present invention in which an additional separation unit is used to remove undissolved solids and oil. 発酵プロセスを監視するためにオンライン、インライン、アットライン、および/またはリアルタイム測定を用いる例示的な発酵プロセスを概略的に示す。Fig. 3 schematically illustrates an exemplary fermentation process that uses online, in-line, at-line, and / or real-time measurements to monitor the fermentation process. 下流の処理を含む本発明の例示的な発酵プロセスを概略的に示す。1 schematically illustrates an exemplary fermentation process of the present invention including downstream processing. 液化されたトウモロコシでんぷんの水溶液から、2.03mmの内径を有するノズルを用いてオレイルアルコールを分配するときに気泡塔を通って上方に流れるオレイルアルコール液滴の分散体へのi−BuOHの移動についての全体積物質移動係数、kaに対する非溶解トウモロコシマッシュ固体の存在の影響を示す。Transfer of i-BuOH from an aqueous solution of liquefied corn starch to a dispersion of oleyl alcohol droplets flowing upward through a bubble column when dispensing oleyl alcohol using a nozzle having an inner diameter of 2.03 mm total volume mass transfer coefficient, indicating the effect of the presence of undissolved corn mash solids for k L a. 液化されたトウモロコシでんぷんの水溶液から、0.76mmの内径を有するノズルを用いてオレイルアルコールを分配するときに気泡塔を通って上方に流れるオレイルアルコール液滴の分散体へのi−BuOHの移動についての全体積物質移動係数、kaに対する非溶解トウモロコシマッシュ固体の存在の影響を示す。Transfer of i-BuOH from an aqueous solution of liquefied corn starch to a dispersion of oleyl alcohol droplets flowing upward through a bubble column when dispensing oleyl alcohol using a nozzle having an inner diameter of 0.76 mm total volume mass transfer coefficient, indicating the effect of the presence of undissolved corn mash solids for k L a. (重力)沈降時間に応じた、発酵試料管における液液界面の位置を示す。実行時間:5.3時間、29.3時間、53.3時間、および70.3時間の実行時間について示される相分離データ。固体がマッシュ原料から除去され、オレイルアルコールが溶媒であった場合の抽出−発酵からの試料データ。(Gravity) Indicates the position of the liquid-liquid interface in the fermentation sample tube according to the sedimentation time. Run time: Phase separation data shown for run times of 5.3 hours, 29.3 hours, 53.3 hours, and 70.3 hours. Sample data from extraction-fermentation where solids were removed from the mash feed and oleyl alcohol was the solvent. (重力)沈降時間に応じた、最終的な発酵ブロスの液液界面の位置を示す。固体がマッシュ原料から除去され、オレイルアルコールが溶媒であった場合の抽出−発酵からのデータ。The position of the liquid-liquid interface of the final fermentation broth according to the (gravity) sedimentation time is shown. Data from extraction-fermentation where solids were removed from the mash feed and oleyl alcohol was the solvent. バッチ1およびバッチ2についての、時間に応じたスラリーの水相中のグルコースの濃度を示す。The concentration of glucose in the aqueous phase of the slurry as a function of time for Batch 1 and Batch 2 is shown. バッチ3およびバッチ4についての、時間に応じたスラリーの水相中のグルコースの濃度を示す。The concentration of glucose in the aqueous phase of the slurry as a function of time for Batch 3 and Batch 4 is shown. でんぷんの転化に対する、酵素充填および+/−高温段階が液化中のある時点で適用されたか否かの影響を示す。Figure 5 shows the effect of whether enzyme loading and +/- high temperature steps were applied at some point during liquefaction on starch conversion. 原料スラリーの分離に対する、三相遠心分離条件の影響を示す。The influence of the three-phase centrifugation conditions on the separation of the raw slurry is shown. 原料スラリーの分離に対する、三相遠心分離条件の影響を示す。The influence of the three-phase centrifugation conditions on the separation of the raw slurry is shown. 原料スラリーの分離に対する、三相遠心分離条件の影響を示す。The influence of the three-phase centrifugation conditions on the separation of the raw slurry is shown. 原料スラリーの分離に対する、三相遠心分離条件の影響を示す。The influence of the three-phase centrifugation conditions on the separation of the raw slurry is shown. 原料スラリーの分離に対する、三相遠心分離条件の影響を示す。The influence of the three-phase centrifugation conditions on the separation of the raw slurry is shown.

特に定義されない限り、本明細書において使用される全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾が生じた場合、定義を含めて本出願が優先するものとする。また、文脈上異なる解釈を要する場合を除き、単数形の用語は複数形を含み、複数形の用語は単数形を含むものとする。本明細書に記載される全ての刊行物、特許、および他の参照文献は、あらゆる目的のために、全体が参照により本明細書に援用される。   Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In case of conflict, the present application, including definitions, will control. Also, unless otherwise required by context, singular terms shall include pluralities and plural terms shall include the singular. All publications, patents, and other references mentioned herein are hereby incorporated by reference in their entirety for all purposes.

本発明をさらに定義するために、以下の用語および定義が、本明細書において提供される。   In order to further define the invention, the following terms and definitions are provided herein.

本明細書において使用される際の「含む(comprises)」、「含む(comprising)」、「含む(includes)」、「含む(including)」、「有する(has)」、「有する(having)」、「含有する(contains)」、または「含有する(containing)」という用語、またはそれらの任意の他の活用形は、記載される整数または整数の群を包含するが、任意の他の整数または整数の群を除外しないことを意味することが理解されよう。例えば、要素の列挙を含む組成物、混合物、プロセス、方法、物品、または装置は、必ずしもそれらの要素のみに限定されるわけではなく、明示的に列挙されていないかあるいはこのような組成物、混合物、プロセス、方法、物品、または装置に固有の他の要素を含み得る。さらに、相反する明示的な記載がない限り、「または」は、排他的な「または」ではなく包括的な「または」を指す。例えば、条件AまたはBは、以下のうちの1つによって満たされる:Aが真であり(または存在する)かつBが偽である(または存在しない)、Aが偽であり(または存在しない)かつBが真である(または存在する)、AおよびBの両方とも真である(または存在する)。   As used herein, “comprises”, “comprising”, “includes”, “including”, “has”, “having” , “Contains”, or “containing”, or any other conjugation thereof, includes the integer or group of integers described, but any other integer or It will be understood that it means not to exclude groups of integers. For example, a composition, mixture, process, method, article or device that includes an enumeration of elements is not necessarily limited to only those elements, but is not explicitly recited or such a composition, It may include mixtures, processes, methods, articles, or other elements specific to the device. Further, unless expressly stated to the contrary, “or” refers to an inclusive “or” rather than an exclusive “or”. For example, condition A or B is satisfied by one of the following: A is true (or exists) and B is false (or does not exist), A is false (or does not exist) And B is true (or exists), both A and B are true (or exist).

また、本発明の要素または構成要素の前にある不定冠詞「a」および「an」は、事例の数、すなわち、要素または構成要素の出現の数に関して限定されないことが意図される。したがって、「a」または「an」は、1つまたは少なくとも1つを含むものと読まれるべきであり、要素または構成要素の単数語形は、数値が単数であることを明白に意味しない限り、複数も含む。   Also, the indefinite articles “a” and “an” preceding an element or component of the invention are not intended to be limited regarding the number of instances, ie, the number of occurrences of the element or component. Thus, “a” or “an” should be read to include one or at least one, and the singular form of an element or component is plural unless the number is explicitly meant to be singular. Including.

本明細書において使用される際の「発明」または「本発明」の用語は、非限定的な用語であり、特定の発明の任意の1つの実施形態を指すことは意図されず、本出願に記載される考えられる全ての実施形態を包含する。   The terms “invention” or “invention” as used herein are non-limiting terms and are not intended to refer to any one embodiment of a particular invention, Includes all possible embodiments described.

本明細書において使用される際の、用いられる本発明の成分または反応剤の量を修飾する「約」という用語は、例えば、現実の世界で濃縮物または溶液を作製するのに使用される典型的な測定および液体処理手順によって;これらの手順における不注意による誤りによって;組成物を作製するかまたは方法を行うのに用いられる成分の製造、供給源、または純度の差などによって起こり得る数量の変動を指す。「約」という用語は、特定の初期混合物から得られる組成物のための平衡条件が異なるために異なる量も包含する。「約」という用語によって修飾されているか否かにかかわらず、特許請求の範囲は、量に対する均等物を含む。一実施形態において、「約」という用語は、報告される数値の10%以内、あるいは報告される数値の5%以内を意味する。   As used herein, the term “about”, which modifies the amount of the inventive component or reactant used, is typical of, for example, used to make concentrates or solutions in the real world. Due to physical measurements and liquid processing procedures; due to inadvertent errors in these procedures; the quantity of components that can occur due to differences in the manufacture, source, or purity of the components used to make the composition or perform the method Refers to fluctuations. The term “about” encompasses different amounts due to different equilibrium conditions for compositions obtained from a particular initial mixture. Whether or not modified by the term “about”, the claims include equivalents to the quantities. In one embodiment, the term “about” means within 10% of the reported numerical value, or within 5% of the reported numerical value.

本明細書において使用される際の「バイオマス」は、トウモロコシ、サトウキビ(またはトウ)、小麦、セルロース系またはリグノセルロース系材料ならびにセルロース、ヘミセルロース、リグニン、でんぷん、オリゴ糖、二糖類および/または単糖類、およびそれらの混合物を含む材料などの天然資源に由来する任意の糖類およびでんぷんを含む発酵性糖を提供する加水分解性多糖類を含有する天然産物を指す。バイオマスは、タンパク質および/または脂質などのさらなる成分も含み得る。バイオマスは、1つの供給源に由来してもよく、またはバイオマスは、2つ以上の供給源に由来する混合物を含み得る。例えば、バイオマスは、トウモロコシの穂軸とトウモロコシの茎葉との混合物、または草と葉との混合物を含み得る。バイオマスとしては、以下に限定はされないが、バイオエネルギー作物、農業残渣、都市固形廃棄物、産業固形廃棄物、製紙からの汚泥、庭ごみ、木くずおよび林業廃棄物(例えば、森林間伐材)が挙げられる。バイオマスの例としては、以下に限定はされないが、トウモロコシの穀粒、トウモロコシの穂軸、トウモロコシの皮、トウモロコシの茎葉などの作物残渣、草、小麦、ライ麦、小麦のわら、スペルト小麦、ライ小麦、大麦、大麦のわら、オート麦、牧草、稲、稲わら、スイッチグラス、ジャガイモ、サツマイモ、キャッサバ、キクイモ、サトウキビの絞りかす、ソルガム、サトウキビ、テンサイ、飼料用ビート、大豆、ヤシ、ココナツ、ナタネ、ベニバナ、ヒマワリ、アワ、ユーカリ、茅、古紙、穀類の粉砕から得られる成分、樹木、枝、根、葉、木質チップ、おがくず、潅木および低木、野菜、果物、花、動物の糞尿、およびそれらの混合物が挙げられる。マッシュ、絞り汁、糖蜜、または加水分解物が、粉砕、(例えば、酵素的、化学的)処理、および/または液化などの発酵のためにバイオマスを処理するための当該技術分野において公知の任意の方法によって、バイオマスから形成され得る。処理されるバイオマスは、発酵性糖および/または水を含み得る。セルロース系および/またはリグノセルロース系バイオマスは、当業者に公知の任意の方法によって発酵性糖を含有する加水分解物を得るように処理され得る。例えば、低アンモニア前処理が、内容全体が参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2007/0031918A1号明細書に開示されている。セルロース系および/またはリグノセルロース系バイオマスの酵素的糖化は、通常、セルロースおよびヘミセルロースを加水分解して、グルコース、キシロース、およびアラビノースを含む糖類を含有する加水分解物を生成するために酵素混合物を利用する。セルロース系および/またはリグノセルロース系バイオマスに適した糖化酵素は、Lynd,et al.(Microbiol.Mol.Biol.Rev.66:506−577,2002)に概説されている。   “Biomass” as used herein refers to corn, sugarcane (or tow), wheat, cellulosic or lignocellulosic materials and cellulose, hemicellulose, lignin, starch, oligosaccharides, disaccharides and / or monosaccharides. , And natural products containing hydrolyzable polysaccharides that provide fermentable sugars, including any sugars and starches, derived from natural resources such as materials including mixtures thereof. Biomass can also include additional components such as proteins and / or lipids. The biomass may be derived from one source, or the biomass may include a mixture derived from two or more sources. For example, the biomass may comprise a mixture of corn cobs and corn stover, or a mixture of grass and leaves. Biomass includes, but is not limited to, bioenergy crops, agricultural residues, municipal solid waste, industrial solid waste, paper sludge, garden waste, wood waste and forestry waste (eg, forest thinning) It is done. Examples of biomass include, but are not limited to, corn kernels, corn cobs, corn hulls, crop residues such as corn stover, grass, wheat, rye, wheat straw, spelled wheat, rye wheat , Barley, barley straw, oat, pasture, rice, rice straw, switchgrass, potato, sweet potato, cassava, chrysanthemum, sugar cane pomace, sorghum, sugar cane, sugar beet, feed beet, soy, palm, coconut, rape , Safflower, sunflower, millet, eucalyptus, persimmon, waste paper, ingredients obtained from grinding cereals, trees, branches, roots, leaves, wood chips, sawdust, shrubs and shrubs, vegetables, fruits, flowers, animal manure, and them Of the mixture. Any mash, juice, molasses, or hydrolyzate known in the art for treating biomass for fermentation, such as grinding, (eg, enzymatic, chemical) processing, and / or liquefaction. Depending on the method, it can be formed from biomass. The biomass to be treated can include fermentable sugars and / or water. Cellulosic and / or lignocellulosic biomass can be treated to obtain a hydrolyzate containing fermentable sugars by any method known to those skilled in the art. For example, low ammonia pretreatment is disclosed in US Patent Application Publication No. 2007/0031918 A1, the entire contents of which are incorporated herein by reference. Enzymatic saccharification of cellulosic and / or lignocellulosic biomass typically utilizes an enzyme mixture to hydrolyze cellulose and hemicellulose to produce a hydrolyzate containing sugars including glucose, xylose, and arabinose To do. Saccharifying enzymes suitable for cellulosic and / or lignocellulosic biomass are described in Lynd, et al. (Microbiol. Mol. Biol. Rev. 66: 506-577, 2002).

本明細書において使用される際の「発酵性炭素源」または「発酵性炭素基質」は、微生物によって代謝されることが可能な炭素源を指す。好適な発酵性炭素源としては、以下に限定はされないが、グルコースまたはフルクトースなどの単糖類;ラクトースまたはスクロースなどの二糖類;オリゴ糖;でんぷんまたはセルロースなどの多糖類;1つの炭素基質;およびそれらの混合物が挙げられる。   A “fermentable carbon source” or “fermentable carbon substrate” as used herein refers to a carbon source that can be metabolized by a microorganism. Suitable fermentable carbon sources include, but are not limited to, monosaccharides such as glucose or fructose; disaccharides such as lactose or sucrose; oligosaccharides; polysaccharides such as starch or cellulose; one carbon substrate; Of the mixture.

本明細書において使用される際の「発酵性糖」は、アルコールなどの発酵産物の生成のための、微生物によって代謝されることが可能な1種以上の糖類を指す。   As used herein, “fermentable sugar” refers to one or more sugars that can be metabolized by a microorganism for the production of fermentation products such as alcohol.

本明細書において使用される際の「原料」は、発酵プロセスにおける原料を指す。原料は、発酵性炭素源を含んでいてもよく、非溶解固体および/または油を含み得る。該当する場合、原料は、発酵性炭素源がでんぷんから遊離されたかまたは液化、糖化、または他のプロセスなどによるさらなる処理による複合糖類の加水分解から得られる前または後に発酵性炭素源を含み得る。原料は、バイオマスを含むかまたはバイオマスに由来し得る。好適な原料としては、以下に限定はされないが、ライ麦、小麦、トウモロコシ、トウモロコシマッシュ、サトウキビ、サトウキビマッシュ、大麦、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、またはそれらの混合物が挙げられる。「原料油」に言及される場合、この用語が、所与の原料から生成される油を包含することが理解されよう。   “Raw material” as used herein refers to a raw material in a fermentation process. The feedstock may include a fermentable carbon source and may include undissolved solids and / or oils. Where applicable, the feedstock may include a fermentable carbon source either before or after the fermentable carbon source has been released from starch or obtained from hydrolysis of a complex saccharide by further processing, such as by liquefaction, saccharification, or other processes. The feedstock can include or be derived from biomass. Suitable raw materials include, but are not limited to, rye, wheat, corn, corn mash, sugar cane, sugar cane mash, barley, cellulosic material, lignocellulosic material, or mixtures thereof. When referring to “feed oil”, it will be understood that this term encompasses oil produced from a given feed.

本明細書において使用される際の「発酵ブロス」は、水と、発酵性炭素源(例えば、糖類、でんぷん)と、溶解固体と、任意に発酵産物を生成する微生物と、任意に発酵産物(例えば、生成物アルコール)と、任意に非溶解固体と、発酵産物、水、および二酸化炭素(CO)を形成するための、微生物による発酵性炭素源の代謝によって発酵産物が作製される発酵装置中に保持される材料の他の成分との混合物を指す。場合により、本明細書において使用される際の「発酵培地」および「発酵された混合物」という用語は、「発酵ブロス」と同義に使用され得る。 As used herein, “fermentation broth” refers to water, fermentable carbon sources (eg, sugars, starch), dissolved solids, optionally microorganisms that produce fermentation products, and optionally fermentation products ( For example, a fermentation apparatus in which a fermentation product is made by metabolism of a fermentable carbon source by a microorganism to form a product alcohol), and optionally an undissolved solid, fermentation product, water, and carbon dioxide (CO 2 ). Refers to a mixture with other components of the material retained therein. In some cases, the terms “fermentation medium” and “fermented mixture” as used herein may be used interchangeably with “fermentation broth”.

本明細書において使用される際の「発酵装置」または「発酵槽」は、発酵反応が行われ、それによって、発酵産物(例えば、エタノールまたはブタノールなどの生成物アルコール)が発酵性炭素源から作製される槽、ユニット、またはタンクを指す。また、発酵装置は、微生物の増殖が起こる槽、ユニット、またはタンクを指すことがある。場合によっては、微生物増殖および発酵の両方が、発酵装置中で起こり得る。「発酵装置」という用語は、「発酵槽」と同義に使用され得る。   A “fermentor” or “fermentor” as used herein undergoes a fermentation reaction whereby fermented products (eg, product alcohols such as ethanol or butanol) are made from fermentable carbon sources. Refers to the tank, unit, or tank to be used. A fermenter may also refer to a tank, unit, or tank in which microbial growth occurs. In some cases, both microbial growth and fermentation can occur in the fermenter. The term “fermenter” may be used synonymously with “fermentor”.

本明細書において使用される際の「糖化槽」は、糖化(すなわち、オリゴ糖の単糖類への加水分解)が行われる槽、ユニット、またはタンクを指す。発酵および糖化が同時に行われる場合、糖化槽および発酵装置は、同じ槽であってもよい。   As used herein, a “saccharification tank” refers to a tank, unit, or tank in which saccharification (ie, hydrolysis of oligosaccharides to monosaccharides) takes place. When fermentation and saccharification are performed simultaneously, the saccharification tank and the fermentation apparatus may be the same tank.

本明細書において使用される際の「糖化酵素」は、多糖類および/またはオリゴ糖、例えば、グリコーゲン、またはでんぷんのα−1,4−グルコシド結合を加水分解することが可能な1種以上の酵素を指す。糖化酵素は、セルロース系またはリグノセルロース系材料を加水分解することが可能な酵素も含み得る。   As used herein, “saccharifying enzyme” refers to one or more polysaccharides and / or oligosaccharides such as glycogen or starch that can hydrolyze α-1,4-glucoside bonds. Refers to an enzyme. Saccharifying enzymes may also include enzymes capable of hydrolyzing cellulosic or lignocellulosic materials.

本明細書において使用される際の「液化槽」は、液化が行われる槽、ユニット、またはタンクを指す。液化は、オリゴ糖を得るために、でんぷんが、例えば、酵素プロセスによって加水分解されるプロセスである。原料がトウモロコシである実施形態において、オリゴ糖は、液化中にトウモロコシでんぷん含有物から加水分解される。   A “liquefaction tank” as used herein refers to a tank, unit, or tank in which liquefaction takes place. Liquefaction is a process in which starch is hydrolyzed, for example, by an enzymatic process to obtain oligosaccharides. In embodiments where the feedstock is corn, the oligosaccharide is hydrolyzed from the corn starch content during liquefaction.

本明細書において使用される際の「糖」は、オリゴ糖、二糖類、単糖類、および/またはそれらの混合物を指す。「糖」という用語は、でんぷん、デキストラン、グリコーゲン、セルロース、ペントサン、ならびに糖類を含む炭水化物も含み得る。   “Sugar” as used herein refers to oligosaccharides, disaccharides, monosaccharides, and / or mixtures thereof. The term “sugar” may also include starch, dextran, glycogen, cellulose, pentosan, and carbohydrates including sugars.

本明細書において使用される際の「非溶解固体」は、液相または水相に溶解されない原料の非発酵性部分、例えば、胚芽、繊維、およびグルテンを指す。原料の非発酵性部分は、原料の固体として残る部分を含み、発酵ブロスから液体を吸収し得る。場合により、本明細書において使用される際の「非溶解固体」という用語は、「固体」または「懸濁固体」と同義に使用され得る。   As used herein, “non-dissolved solid” refers to non-fermentable portions of the raw material that are not dissolved in the liquid or aqueous phase, eg, germs, fibers, and gluten. The non-fermentable portion of the feed includes the portion that remains as a solid of the feed and can absorb liquid from the fermentation broth. In some cases, the term “non-dissolving solid” as used herein may be used interchangeably with “solid” or “suspended solid”.

本明細書において使用される際の「抽出剤」は、発酵産物を抽出するのに使用される溶媒を指す。場合により、本明細書において使用される際の「抽出剤」という用語は、「溶媒」と同義に使用され得る。   “Extractant” as used herein refers to a solvent used to extract a fermentation product. In some cases, the term “extractant” as used herein may be used interchangeably with “solvent”.

本明細書において使用される際の「原位置生成物除去(ISPR)」は、生成物が生成される際に、生物学的プロセスにおける生成物濃度を制御するための、発酵などの生物学的プロセスからの生成物の選択的な除去を指す。   As used herein, “in situ product removal (ISPR)” refers to biological, such as fermentation, to control product concentration in a biological process as the product is produced. Refers to the selective removal of product from the process.

本明細書において使用される際の「生成物アルコール」は、発酵性炭素源としてバイオマスを用いる発酵プロセスにおいて微生物によって生成され得る任意のアルコールを指す。生成物アルコールとしては、以下に限定はされないが、C〜Cのアルキルアルコールが挙げられる。ある実施形態において、生成物アルコールはC〜Cのアルキルアルコールである。他の実施形態において、生成物アルコールはC〜Cのアルキルアルコールである。C〜Cのアルキルアルコールとしては、以下に限定はされないが、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、およびそれらの異性体が挙げられることが理解されよう。同様に、C〜Cのアルキルアルコールとしては、以下に限定はされないが、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、およびそれらの異性体が挙げられる。「アルコール」という用語はまた、生成物アルコールに関連して本明細書において使用され得る。 “Product alcohol” as used herein refers to any alcohol that can be produced by a microorganism in a fermentation process that uses biomass as the fermentable carbon source. Product alcohols include, but are not limited to, C 1 -C 8 alkyl alcohols. In certain embodiments, the product alcohol is an alkyl alcohol of C 2 -C 8. In other embodiments, the product alcohol is an alkyl alcohol of C 2 -C 5. It will be appreciated that C 1 -C 8 alkyl alcohols include, but are not limited to, methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, and isomers thereof. Similarly, the alkyl alcohol C 2 -C 8, but are not limited to, ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, and isomers thereof. The term “alcohol” can also be used herein in relation to the product alcohol.

本明細書において使用される際の「ブタノール」は、ブタノール異性体:1−ブタノール(1−BuOH)、2−ブタノール(2−BuOH)、第3級−ブタノール(tert−BuOH)、および/またはイソブタノール(iBuOH、i−BuOH、またはI−BUOH)を、個々にまたはそれらの混合物として指す。   “Butanol” as used herein refers to butanol isomers: 1-butanol (1-BuOH), 2-butanol (2-BuOH), tertiary-butanol (tert-BuOH), and / or Isobutanol (iBuOH, i-BuOH, or I-BUOH) is referred to individually or as a mixture thereof.

本明細書において使用される際の「プロパノール」は、プロパノール異性体:イソプロパノールまたは1−プロパノールを、個々にまたはそれらの混合物として指す。   “Propanol” as used herein refers to the propanol isomers: isopropanol or 1-propanol, individually or as mixtures thereof.

本明細書において使用される際の「ペンタノール」は、ペンタノール異性体:1−ペンタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−1−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、3−ペンタノール、2−ペンタノール、3−メチル−2−ブタノール、または2−メチル−2−ブタノールを、個々にまたはそれらの混合物として指す。   “Pentanol” as used herein refers to pentanol isomers: 1-pentanol, 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-1-butanol, 2,2-dimethyl-1-propanol. , 3-pentanol, 2-pentanol, 3-methyl-2-butanol, or 2-methyl-2-butanol, individually or as a mixture thereof.

本明細書において使用される際の「有効力価」は、発酵によって生成される特定の発酵産物(例えば、生成物アルコール)の総量を指す。発酵産物が生成物アルコールである、ある実施形態において、有効力価は、発酵培地のリットル当たりの、アルコールエステル化によって生成されるアルコールエステルのアルコール当量を指す。   “Effective titer” as used herein refers to the total amount of a particular fermentation product (eg, product alcohol) produced by fermentation. In certain embodiments where the fermentation product is a product alcohol, the effective titer refers to the alcohol equivalent of the alcohol ester produced by alcohol esterification per liter of fermentation medium.

本明細書において使用される際の「水不混和性」または「不溶性」は、1つの液相を形成するように、発酵ブロスなどの水溶液と混合することができない抽出剤または溶媒などの化学成分を指す。   As used herein, “water immiscible” or “insoluble” is a chemical component such as an extractant or solvent that cannot be mixed with an aqueous solution such as a fermentation broth to form one liquid phase. Point to.

本明細書において使用される際の「水相」は、発酵ブロスを抽出剤、例えば、水不混和性有機抽出剤と接触させることによって得られる少なくとも二相の混合物の水相を指す。発酵抽出を含む本明細書に記載されるプロセスの一実施形態において、「発酵ブロス」という用語は、この場合、二相性発酵抽出における水相を指す。   “Aqueous phase” as used herein refers to the aqueous phase of a mixture of at least two phases obtained by contacting a fermentation broth with an extractant, eg, a water-immiscible organic extractant. In one embodiment of the process described herein that includes a fermentation extraction, the term “fermentation broth” in this case refers to the aqueous phase in a biphasic fermentation extraction.

本明細書において使用される際の「水相力価」は、水相中の発酵(例えば、生成物アルコール)の濃度を指す。   As used herein, “aqueous phase titer” refers to the concentration of fermentation (eg, product alcohol) in the aqueous phase.

本明細書において使用される際の「有機相」は、発酵ブロスを抽出剤、例えば、水不混和性有機抽出剤と接触させることによって得られる少なくとも二相の混合物の非水相を指す。   “Organic phase” as used herein refers to the non-aqueous phase of a mixture of at least two phases obtained by contacting a fermentation broth with an extractant, eg, a water-immiscible organic extractant.

プロセス流に関して本明細書において使用される際の「部分」は、流れ全体、ならびに流れの全ての成分を含む、流れの任意の1つまたは複数の成分を含む、流れの組成物を保持する流れの任意の分画部分を指す。   A “portion” as used herein with respect to a process stream is a stream that retains the composition of the stream, including the entire stream, as well as any one or more components of the stream, including all components of the stream. Refers to any fractional part.

本明細書において使用される際の「副生成物」または「副産物」は、別の生成物の生成中に生成される生成物を指す。場合によっては、「副産物」という用語は、「副生成物」という用語と同義に使用され得る。副産物としては、例えば、原料スラリーから回収される油、ウェットケーキ、およびDDGSが挙げられる。副産物は、価値を向上させるため、および/または油からのバイオディーゼルなどの、他の生成物の製造のための、油、ウェットケーキ、およびDDGSの改質物(modification)も含み得る。   A “byproduct” or “byproduct” as used herein refers to a product that is produced during the production of another product. In some cases, the term “byproduct” may be used interchangeably with the term “byproduct”. By-products include, for example, oil recovered from the raw slurry, wet cake, and DDGS. By-products may also include oil, wet cake, and DDGS modifications to enhance value and / or for the production of other products, such as biodiesel from oil.

本明細書において使用される際の「蒸留副産物」は、発酵の前または後に単離され得る、生成物アルコール生成プロセスからの副生成物を指す。蒸留副産物は、生成物アルコールが発酵されたマッシュから除去された後に残る非発酵性生成物およびマッシュから単離された固体を含む。本明細書において使用される際の蒸留副産物は、様々な動物飼料および非動物飼料用途に使用され得る。蒸留副産物の例としては、以下に限定はされないが、油の加水分解からの脂肪酸、希薄な蒸留廃液(thin stillage)の蒸発からの脂質、シロップ、穀類蒸留粕、可溶物含有穀類蒸留粕、発酵前のマッシュからの固体、および発酵後の全蒸留廃液(whole stillage)からの固体、バイオディーゼル、およびアシルグリセリドが挙げられる。   “Distillation byproduct” as used herein refers to a byproduct from the product alcohol production process that can be isolated before or after fermentation. Distillation by-products include non-fermentable products that remain after the product alcohol has been removed from the fermented mash and solids isolated from the mash. Distillation by-products as used herein can be used in a variety of animal and non-animal feed applications. Examples of distillation by-products include, but are not limited to, fatty acids from hydrolysis of oils, lipids from evaporation of thin distillation waste, syrups, cereal distillers, soluble distillers containing cereal distillers, Solids from the mash before fermentation, and solids from whole distillation waste after fermentation, biodiesel, and acylglycerides.

本明細書において使用される際の「動物飼料用の蒸留副産物」は、動物飼料中でまたは動物飼料として使用するのに適した蒸留副産物を指す。動物飼料用の蒸留副産物の例としては、以下に限定はされないが、油の加水分解からの脂肪酸、希薄な蒸留廃液の蒸発からの脂質、シロップ、穀類蒸留粕、可溶物含有穀類蒸留粕、発酵前のマッシュからの固体、および発酵後の全蒸留廃液からの固体が挙げられる。   “Distillation by-product for animal feed” as used herein refers to a distillation by-product suitable for use in or as animal feed. Examples of distillation by-products for animal feed include, but are not limited to, fatty acids from hydrolysis of oils, lipids from evaporation of dilute distillers, syrups, cereal distillers, soluble distillers containing cereal distillers, Solids from the mash before fermentation and solids from the total distillation waste after fermentation.

本明細書において使用される際の「穀類蒸留粕」または「DG」は、生成物アルコーが発酵されたマッシュから除去された後に残る非発酵性生成物を指す。乾燥された穀類蒸留粕は、「乾燥穀類蒸留粕」または「DDG」として知られている。乾燥されていない穀類蒸留粕は、「湿潤穀類蒸留粕」または「WDG」として知られている。   As used herein, “cereal distiller” or “DG” refers to the non-fermentable product that remains after the product alcohol is removed from the fermented mash. Dried cereal distillers are known as “dry cereal distillers” or “DDG”. Undried cereal distillers are known as “wet cereal distillers” or “WDG”.

本明細書において使用される際の「可溶物含有穀類蒸留粕」または「DGS」は、可溶性物質と混合された、生成物アルコールが発酵されたマッシュから除去された後に残る非発酵性生成物を指す。乾燥された可溶物含有穀類蒸留粕は、「可溶物含有乾燥穀類蒸留粕」または「DDGS」として知られている。乾燥されていない可溶物含有穀類蒸留粕は、「可溶物含有湿潤穀類蒸留粕」または「WDGS」として知られている。   "Soluble-containing cereal distillers" or "DGS" as used herein is a non-fermentable product that remains after the product alcohol is removed from the fermented mash mixed with soluble material Point to. The dried soluble matter-containing cereal distillation lees are known as “soluble matter-containing cereal distillers” or “DDGS”. Soluble-containing cereal distillers that have not been dried are known as "soluble matter-containing cereal distillers" or "WDGS".

本明細書において使用される際の「可溶物含有乾燥穀類蒸留粕」(DDGS)は、原料またはバイオマスの発酵(例えば、生成物アルコールを生成する穀類または穀類混合物の発酵)からの副産物または副生成物を指す。ある実施形態において、DDGSは、生成物アルコールを作製するプロセスから生成される動物飼料も指すこともある。   “Soluble-containing dry cereal distillers” (DDGS) as used herein are by-products or by-products from fermentation of raw materials or biomass (eg, fermentation of cereals or cereal mixtures that produce product alcohol). Refers to the product. In certain embodiments, DDGS may also refer to animal feed produced from the process of making product alcohol.

本明細書において使用される際の「脂質」は、不水溶性でありかつ非極性溶媒に可溶である、脂肪ならびに脂肪酸、中性脂肪、ろう、およびステロイドを含む脂肪様の物質の不均一な群のいずれかを指す。脂質の例としては、モノグリセリド、ジグリセリド、トリグリセリド、およびリン脂質が挙げられる。   As used herein, a “lipid” is a heterogeneous form of fat and fat-like substances, including fatty acids, neutral fats, waxes, and steroids, that are water insoluble and soluble in nonpolar solvents. Refers to any group. Examples of lipids include monoglycerides, diglycerides, triglycerides, and phospholipids.

プロセス流に関して本明細書において使用される際の「蒸発からの脂質」は、生成物アルコール生成プロセスにおける発酵の後、希薄な蒸留廃液の蒸発および遠心分離によって生成される脂質副生成物を指す。   “Lipid from evaporation” as used herein with respect to a process stream refers to a lipid by-product produced by evaporation and centrifugation of dilute waste liquor after fermentation in the product alcohol production process.

プロセス流に関して本明細書において使用される際の「シロップ」または「濃縮蒸留可溶物(condensed distillers soluble)」(CDS)は、生成物アルコール生成プロセスにおける発酵の後、希薄な蒸留廃液の蒸発によって生成される副生成物を指す。   “Syrup” or “condensed distillers solubles” (CDS) as used herein with respect to process streams, is obtained by evaporation of dilute distillation waste after fermentation in the product alcohol production process Refers to the by-product produced.

本明細書において使用される際の「プロセス流」は、発酵産物生成プロセスによって形成される任意の副生成物または副産物を指す。プロセス流の例としては、以下に限定はされないが、COFA、蒸発からの脂質、シロップ、DG、DDG、WDG、DGS、DDGS、およびWDGSが挙げられる。プロセス流の別の例としては、発酵産物生成プロセスにおける発酵の前に、マッシュから(例えば、遠心分離によって)除去される固体(例えば、発酵前にトウモロコシマッシュから除去される固体)である。これらの固体は、それらが乾燥されていない場合、「ウェットケーキ」と呼ばれることがあり、それらが乾燥されている場合、「ドライケーキ」と呼ばれることがある。プロセス流の別の例は、発酵産物生成プロセスにおける発酵の後、全蒸留廃液から(例えば、遠心分離によって)除去される固体である。これらの固体は、それらが乾燥されていない場合、「WSウェットケーキ」と呼ばれることがあり、それらが乾燥されている場合、「WSドライケーキ」と呼ばれることがある。場合により、本明細書において使用される際の「プロセス流」という用語は、「流れ」と同義に使用され得る。   A “process stream” as used herein refers to any by-product or by-product formed by a fermentation product production process. Examples of process streams include, but are not limited to, COFA, lipids from evaporation, syrup, DG, DDG, WDG, DGS, DDGS, and WDGS. Another example of a process stream is a solid that is removed from the mash (eg, by centrifugation) prior to fermentation in the fermentation product production process (eg, a solid that is removed from corn mash before fermentation). These solids may be referred to as “wet cakes” if they are not dried, and may be referred to as “dry cakes” if they are dried. Another example of a process stream is a solid that is removed from the total distillation waste liquor (eg, by centrifugation) after fermentation in the fermentation product production process. These solids may be referred to as “WS wet cakes” if they are not dried, and may be referred to as “WS dry cakes” if they are dried. In some cases, the term “process stream” as used herein may be used interchangeably with “stream”.

本発明は、発酵を用いて生成物アルコールなどの発酵産物を生成するためのプロセスおよび方法を提供する。本明細書に記載されるプロセスおよび方法を用いて生成され得る他の発酵産物としては、プロパンジオール、ブタンジオール、アセトン、乳酸、酢酸、酪酸、およびプロピオン酸などの酸;水素、メタン、および二酸化炭素などのガス;アミノ酸;ビオチン、ビタミンB(リボフラビン)、ビタミンB12(例えば、コバラミン)、アスコルビン酸(例えば、ビタミンC)、ビタミンE(例えば、a−トコフェロール)、およびビタミンK(例えば、メナキノン)などのビタミン;エリスロマイシン、ペニシリン、ストレプトマイシン、およびテトラサイクリンなどの抗生物質;ならびにクエン酸、インベルターゼ、ソルビトール、ペクチナーゼ、およびキシリトールなどの他の生成物が挙げられる。 The present invention provides processes and methods for producing fermentation products such as product alcohol using fermentation. Other fermentation products that can be produced using the processes and methods described herein include acids such as propanediol, butanediol, acetone, lactic acid, acetic acid, butyric acid, and propionic acid; hydrogen, methane, and dioxide Gases such as carbon; amino acids; biotin, vitamin B 2 (riboflavin), vitamin B 12 (eg, cobalamin), ascorbic acid (eg, vitamin C), vitamin E (eg, a-tocopherol), and vitamin K (eg, Vitamins such as menaquinone); antibiotics such as erythromycin, penicillin, streptomycin, and tetracycline; and other products such as citric acid, invertase, sorbitol, pectinase, and xylitol.

本明細書において提供されるプロセスおよび方法の例として、原料が、液化されて、発酵性炭素源(例えば、可溶性糖)および非溶解固体を含む原料スラリーが生成され得る。場合によっては、「原料スラリー」および「マッシュ」という用語は、同義に使用され得る。ある実施形態において、原料スラリーは、可溶性糖、非溶解固体、および油を含む。原料スラリーが、発酵装置に直接供給される場合、非溶解固体および/または油は、生成物アルコールなどの発酵産物の効率的な除去および回収を妨げ得る。例えば、液液抽出が、発酵ブロスから生成物アルコールを抽出するのに用いられる場合、非溶解固体の存在は、抽出剤と発酵ブロスとの接触を妨げることによって、抽出剤への生成物アルコールの物質移動速度を低下させること;発酵装置中でエマルジョンを生成し、それによって、抽出剤および発酵ブロスの相分離を妨げること;発酵ブロスからの抽出剤の離脱を遅くすること;抽出剤および生成物アルコールの少なくとも一部が、固体に「捕捉される」ため、抽出剤を回収し、再利用する効率を低下させること;油による汚染によって、抽出剤の寿命が短縮されること;および発酵装置中の体積を占める固体があるため、発酵装置体積効率を低下させることを含むがこれらに限定されない、システムの非効率を招き得る。これらの影響は、資本コストおよび運転コストを増加させ得る。さらに、可溶物含有乾燥穀類蒸留粕(DDGS)を生成するのに使用される非溶解固体に「捕捉される」抽出剤は、DDGS値および動物飼料として販売するための必要条件から外れ得る。したがって、これらの問題を回避し、および/または最小限に抑えるために、非溶解固体の少なくとも一部が、原料スラリーを発酵装置に加える前に、原料スラリーから除去され得る。生成物アルコール生成の抽出活性および効率が、非溶解固体が除去されていない水溶液を含有する発酵ブロスにおいて行われる抽出と比べて、非溶解固体が除去された水溶液を含有する発酵ブロスにおいて抽出が行われる場合に高められ得る。   As an example of the processes and methods provided herein, the feed may be liquefied to produce a feed slurry that includes a fermentable carbon source (eg, soluble sugar) and undissolved solids. In some cases, the terms “raw slurry” and “mash” may be used interchangeably. In certain embodiments, the raw slurry includes soluble sugars, undissolved solids, and oils. If the raw slurry is fed directly to the fermenter, undissolved solids and / or oils can prevent efficient removal and recovery of fermentation products such as product alcohol. For example, when liquid-liquid extraction is used to extract product alcohol from a fermentation broth, the presence of undissolved solids prevents the product alcohol from being extracted into the extractant by preventing contact between the extractant and the fermentation broth. Reducing the mass transfer rate; producing an emulsion in the fermentor, thereby preventing phase separation of the extractant and fermentation broth; slowing the withdrawal of the extractant from the fermentation broth; extractant and product At least a portion of the alcohol is “trapped” by the solid, thus reducing the efficiency of recovering and reusing the extractant; oil contamination reduces the life of the extractant; and in the fermenter May cause system inefficiencies, including but not limited to, reducing fermentor volumetric efficiency. These effects can increase capital and operating costs. In addition, extractants that are “trapped” in non-dissolved solids used to produce soluble matter-containing dry cereal distillers (DDGS) can deviate from DDGS values and requirements for selling as animal feed. Thus, to avoid and / or minimize these problems, at least a portion of the undissolved solids can be removed from the raw slurry prior to adding the raw slurry to the fermentor. The extraction activity and efficiency of product alcohol production is extracted in a fermentation broth containing an aqueous solution from which undissolved solids have been removed as compared to the extraction performed in a fermentation broth containing aqueous solutions from which undissolved solids have not been removed. Can be increased if

本発明の方法およびシステムは、図を参照して説明される。ある実施形態において、例えば、図1に示されるように、システムは、原料を液化して、原料スラリーを生成するように構成される液化10を含む。   The method and system of the present invention will be described with reference to the figures. In certain embodiments, for example, as shown in FIG. 1, the system includes a liquefaction 10 configured to liquefy the raw material to produce a raw slurry.

例えば、原料12は、液化10の入口に導入され得る。原料12は、大麦、オート麦、ライ麦、ソルガム、小麦、ライ小麦、スペルト小麦、アワ、サトウキビ、トウモロコシ、またはそれらの組合せを含むがこれらに限定されない、でんぷんなどの発酵性炭素源を含有する任意の好適なバイオマス材料であり得る。水も液化10に導入され得る。   For example, the raw material 12 can be introduced into the inlet of the liquefaction 10. Raw material 12 is any containing fermentable carbon source such as starch, including but not limited to barley, oats, rye, sorghum, wheat, rye wheat, spelled wheat, millet, sugarcane, corn, or combinations thereof. Any suitable biomass material. Water can also be introduced into the liquefaction 10.

原料12を液化するプロセスは、原料12を加水分解して、水溶性糖を生成することを含む。酸プロセス、酵素プロセス、または酸−酵素プロセスを含むがこれらに限定されない、当業界で用いられる任意の公知の液化プロセスが使用され得る。このようなプロセスは、単独でまたは組み合わせて使用され得る。ある実施形態において、酵素プロセスを用いることができ、適切な酵素14、例えば、α−アミラーゼが、液化10の入口に導入される。本発明の方法およびシステムに使用され得るα−アミラーゼの例が、米国特許第7,541,026号明細書;米国特許出願公開第2009/0209026号明細書;米国特許出願公開第2009/0238923号明細書;米国特許出願公開第2009/0252828号明細書;米国特許出願公開第2009/0314286号明細書;米国特許出願公開第2010/02278970号明細書;米国特許出願公開第2010/0048446号明細書;および米国特許出願公開第2010/0021587号明細書に記載されており、それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。   The process of liquefying the raw material 12 includes hydrolyzing the raw material 12 to produce a water-soluble sugar. Any known liquefaction process used in the art may be used, including but not limited to acid processes, enzyme processes, or acid-enzyme processes. Such processes can be used alone or in combination. In certain embodiments, an enzymatic process can be used, and a suitable enzyme 14, such as α-amylase, is introduced into the inlet of liquefaction 10. Examples of α-amylases that can be used in the methods and systems of the present invention are US Pat. No. 7,541,026; US Patent Application Publication No. 2009/0209026; US Patent Application Publication No. 2009/0238923. US Patent Application Publication No. 2009/0252828; US Patent Application Publication No. 2009/0314286; US Patent Application Publication No. 2010/02278970; US Patent Application Publication No. 2010/0048446 And U.S. Patent Application Publication No. 2010/0021587, the entire contents of each of which are incorporated herein by reference.

ある実施形態において、液化および/または糖化のための酵素が、微生物(例えば、微生物32)によって生成され得る。このような酵素を生成する微生物の例が、米国特許第7,498,159号明細書;米国特許出願公開第2012/0003701号明細書;米国特許出願公開第2012/0129229号明細書;PCT国際公報の国際公開第2010/096562号パンフレット;およびPCT国際公報の国際公開第2011/153516号パンフレットに記載されており、それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。   In certain embodiments, an enzyme for liquefaction and / or saccharification may be produced by a microorganism (eg, microorganism 32). Examples of microorganisms that produce such enzymes are US Pat. No. 7,498,159; US Patent Application Publication No. 2012/0003701; US Patent Application Publication No. 2012/0129229; PCT International International Publication No. 2010/096562 pamphlet; and PCT International Publication No. 2011/153516 pamphlet, the entire contents of each of which are incorporated herein by reference.

原料12を液化するプロセスは、発酵性炭素源および非溶解固体を含む原料スラリー16を生成する。ある実施形態において、原料スラリー16は、発酵性炭素源、油、および非溶解固体を含み得る。非溶解固体は、原料12の非発酵性部分である。ある実施形態において、原料12は、乾式粉砕された、分画されていないトウモロコシの実などのトウモロコシであり得、非溶解固体は、胚芽、繊維、およびグルテンを含み得る。ある実施形態において、原料12は、トウモロコシまたはトウモロコシの実であり、原料スラリー16は、トウモロコシマッシュスラリーである。原料スラリー16は、液化10の出口から排出され、分離20に送られ得る。   The process of liquefying the raw material 12 produces a raw slurry 16 containing a fermentable carbon source and undissolved solids. In certain embodiments, feed slurry 16 may include a fermentable carbon source, oil, and undissolved solids. The undissolved solid is a non-fermentable part of the raw material 12. In certain embodiments, feedstock 12 can be corn, such as dry-milled, unfractionated corn kernels, and the undissolved solid can include germs, fiber, and gluten. In some embodiments, the raw material 12 is corn or corn seed and the raw slurry 16 is a corn mash slurry. The raw slurry 16 can be discharged from the outlet of the liquefaction 10 and sent to the separation 20.

ある実施形態において、アミノ酸、窒素、ミネラル、微量元素、および/またはビタミンなどの栄養が、原料スラリー16または発酵30に加えられ得る。例えば、以下のもの:ビオチン、パントテナート、葉酸、ナイアシン、アミノ安息香酸、ピリドキシン、リボフラビン、チアミン、ビタミンA、ビタミンC、ビタミンD、ビタミンE、ビタミンK、イノシトール、カリウム(例えば、リン酸カリウム)、ホウ酸、カルシウム、塩化物、クロム、銅(例えば、硫酸銅)、ヨウ化物(例えば、ヨウ化カリウム)、鉄(例えば、塩化第二鉄)、リチウム、マグネシウム(例えば、硫酸マグネシウム)、マンガン(例えば、硫酸マンガン)、モリブデン、塩化カルシウム、リン、カリウム、塩化ナトリウム、バナジウム、亜鉛(例えば、硫酸亜鉛)、酵母エキス、大豆ペプトンなどのうちの1つ以上が、原料スラリー16または発酵30に加えられ得る。アミノ酸の例としては、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、トレオニン、トリプトファン、およびバリンなどの必須アミノ酸ならびにアラニン、アルギニン、アスパラギン酸、アスパラギン、システイン、グルタミン酸、グルタミン、グリシン、ヒドロキシリシン、ヒドロキシプロリン、オルニチン、プロリン、セリン、およびチロシンなどの他のアミノ酸が挙げられる。   In certain embodiments, nutrients such as amino acids, nitrogen, minerals, trace elements, and / or vitamins may be added to the raw slurry 16 or the fermentation 30. For example, the following: biotin, pantothenate, folic acid, niacin, aminobenzoic acid, pyridoxine, riboflavin, thiamine, vitamin A, vitamin C, vitamin D, vitamin E, vitamin K, inositol, potassium (eg, potassium phosphate), Boric acid, calcium, chloride, chromium, copper (eg, copper sulfate), iodide (eg, potassium iodide), iron (eg, ferric chloride), lithium, magnesium (eg, magnesium sulfate), manganese ( For example, one or more of manganese sulfate), molybdenum, calcium chloride, phosphorus, potassium, sodium chloride, vanadium, zinc (eg, zinc sulfate), yeast extract, soybean peptone, etc. are added to the raw slurry 16 or fermentation 30. Can be. Examples of amino acids include essential amino acids such as histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan, and valine and alanine, arginine, aspartic acid, asparagine, cysteine, glutamic acid, glutamine, glycine, hydroxylysine, hydroxy Other amino acids such as proline, ornithine, proline, serine, and tyrosine.

入口を介した分離20が、原料スラリー16から非溶解固体を除去するように構成され得る。分離20はまた、油を除去し、または油および非溶解固体の両方を除去するように構成され得る。分離20は、固体と液体を分離することが可能な任意のデバイスであり得る。例えば、分離20は、例えば、デカンターボウル遠心分離機、三相遠心分離機、ディスクスタック遠心分離機、ろ過遠心分離機、またはデカンター遠心分離機を含む、当業界で用いられる任意の従来の遠心分離機であり得る。ある実施形態において、分離は、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、膜ろ過、クロスフローろ過、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、火格子(grate)または格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、あるいは固体と液体を分離するのに使用され得る任意の方法または分離デバイスによって行われ得る。   Separation 20 via the inlet can be configured to remove undissolved solids from the raw slurry 16. Separation 20 may also be configured to remove oil or remove both oil and undissolved solids. Separation 20 can be any device capable of separating solids and liquids. For example, the separation 20 can be any conventional centrifuge used in the industry, including, for example, a decanter bowl centrifuge, a three-phase centrifuge, a disk stack centrifuge, a filtration centrifuge, or a decanter centrifuge. Can be a machine. In certain embodiments, the separation is performed by filtration, vacuum filtration, belt filter, membrane filtration, crossflow filtration, pressure filtration, sieving filtration, sieving separation, grate or lattice, porous lattice, flotation method , Hydroclone, filter press, screw press, gravity settler, vortex separator, or any method or separation device that can be used to separate solids and liquids.

分離20に送られる原料スラリー16は、分離されて、液相、水流、または水溶液22(低粘度のマッシュとしても知られている)および固相、固体流、またはウェットケーキ24が形成され得る。水溶液22は、例えば、オリゴ糖の形態の糖、および水を含み得る。ある実施形態において、水溶液22は、少なくとも約10重量%のオリゴ糖、少なくとも約20重量%のオリゴ糖、または少なくとも約30重量%のオリゴ糖を含み得る。ある実施形態において、水溶液22は、分離20の上部の近くに位置する出口から排出され得る。ある実施形態において、水溶液22は、約20センチポアズ(cP)未満の粘度を有し得る。ある実施形態において、水溶液22は、約20g/L未満のモノマーグルコース、約10g/L未満のモノマーグルコース、または約5g/L未満のモノマーグルコースを含み得る。高性能液体クロマトグラフィー(HPLC)などのモノマーグルコースの量を決定するための好適な方法が、当該技術分野において周知である。   The raw slurry 16 that is sent to the separation 20 can be separated to form a liquid phase, water stream, or aqueous solution 22 (also known as a low viscosity mash) and a solid phase, solid stream, or wet cake 24. The aqueous solution 22 can include, for example, sugars in the form of oligosaccharides, and water. In certain embodiments, the aqueous solution 22 may include at least about 10% by weight oligosaccharide, at least about 20% by weight oligosaccharide, or at least about 30% by weight oligosaccharide. In certain embodiments, the aqueous solution 22 may be discharged from an outlet located near the top of the separation 20. In certain embodiments, the aqueous solution 22 can have a viscosity of less than about 20 centipoise (cP). In certain embodiments, the aqueous solution 22 may include less than about 20 g / L monomer glucose, less than about 10 g / L monomer glucose, or less than about 5 g / L monomer glucose. Suitable methods for determining the amount of monomeric glucose such as high performance liquid chromatography (HPLC) are well known in the art.

ウェットケーキ24は、分離20から排出され得る。ある実施形態において、ウェットケーキ24は、分離20の底部の近くに位置する出口から排出され得る。ウェットケーキ24は、非溶解固体を含み得る。ある実施形態において、ウェットケーキ24は、糖および水の一部も含み得る。水溶液22が分離20から排出されてから、ウェットケーキ24は、分離20を用いてさらなる水で洗浄され得る。ある実施形態において、ウェットケーキ24は、さらなる分離デバイスを用いて、さらなる水で洗浄され得る。ウェットケーキ24の洗浄により、ウェットケーキ中に存在する糖または糖源(例えば、オリゴ糖)を回収し、回収された糖および水は、液化10に再利用され得る。洗浄後、ウェットケーキ24は、任意の好適な公知の方法を用いて、DDGSを形成するように処理され得る。ウェットケーキ24からのDDGSの形成にはいくつかの利点がある。例えば、非溶解固体が発酵装置に送られないため、非溶解固体は、発酵装置の条件に供されないため、非溶解固体は、発酵装置中に存在する微生物と接触せず、生成物アルコールなどの発酵産物または抽出剤などの他の成分が、非溶解固体に捕捉されない。DDGSは、微生物または発酵ブロスの他の成分(例えば、生成物アルコール、抽出剤)を含有しないため、これらの影響が、例えば、動物飼料としてのDDGSの後の処理および使用に利点を与える。   The wet cake 24 can be discharged from the separation 20. In certain embodiments, wet cake 24 may be discharged from an outlet located near the bottom of separation 20. The wet cake 24 may include undissolved solids. In certain embodiments, wet cake 24 may also include a portion of sugar and water. After the aqueous solution 22 is drained from the separation 20, the wet cake 24 can be washed with additional water using the separation 20. In certain embodiments, the wet cake 24 may be washed with additional water using an additional separation device. By washing the wet cake 24, sugars or sugar sources (eg, oligosaccharides) present in the wet cake are recovered, and the recovered sugar and water can be reused in the liquefaction 10. After washing, the wet cake 24 can be processed to form DDGS using any suitable known method. There are several advantages to forming DDGS from wet cake 24. For example, because undissolved solids are not sent to the fermenter, they are not subjected to the conditions of the fermentor, so the undissolved solids do not come into contact with microorganisms present in the fermentor, such as product alcohol Other components such as fermentation products or extractants are not trapped in the undissolved solid. Because DDGS does not contain microorganisms or other components of fermentation broth (eg, product alcohol, extractant), these effects provide advantages for subsequent processing and use of, for example, DDGS as animal feed.

ある実施形態において、非溶解固体は、原料スラリーから分離されて、2つの生成物流、例えば、原料スラリーと比較してより低い濃度の固体を含有するオリゴ糖の水溶液、および原料スラリーと比較してより高い濃度の固体を含有するウェットケーキが形成され得る。さらに、油を含有する第3の流れが生成され得る。したがって、いくつかの生成物流が、異なる分離技術またはそれらの組合せを用いて生成され得る。例として、原料スラリー16は、三相遠心分離機を用いて分離され得る。三相遠心分離機は、2つの液相(例えば、水流および油流)および1つの固体流(例えば、固体またはウェットケーキ)を生じる三相分離を可能にする(例えば、Flottweg Tricanter(登録商標),Flottweg AG,Vilsibiburg,Germanyを参照)。2つの液相は、例えば、二次汚染を防止するために2つの排出システムを介してボウルから分離またはデカントされてもよく、固体流は、別個の排出システムを介して除去され得る。   In certain embodiments, the undissolved solids are separated from the raw slurry and are separated from two product streams, for example, an aqueous solution of oligosaccharides containing a lower concentration of solids compared to the raw slurry, and compared to the raw slurry. A wet cake containing a higher concentration of solids can be formed. In addition, a third stream containing oil can be produced. Thus, several product streams can be produced using different separation techniques or combinations thereof. As an example, the raw slurry 16 can be separated using a three-phase centrifuge. A three-phase centrifuge allows for three-phase separation resulting in two liquid phases (eg, a water stream and an oil stream) and one solid stream (eg, a solid or wet cake) (eg, Flottweg Tricanter®) , Flottweg AG, Vilsibiburg, Germany). The two liquid phases may be separated or decanted from the bowl via, for example, two drainage systems to prevent cross-contamination, and the solid stream may be removed via separate drainage systems.

原料12としてトウモロコシを用いるある実施形態において、三相遠心分離機が、原料スラリー16(例えば、液化されたトウモロコシマッシュ)から固体およびトウモロコシ油を同時に除去するのに使用され得る。固体は、でんぷんが液化中に可溶性オリゴ糖へと加水分解された後に残る非溶解固体であり、トウモロコシ油は、磨砕および/または液化中に胚芽から取り出された遊離油である。ある実施形態において、三相遠心分離機は、1つの原料流および3つの出口流を有し得る。原料流は、液化中に生成される液化されたトウモロコシマッシュからなり得る。マッシュは、液化でんぷん(例えば、オリゴ糖)の水溶液;トウモロコシに由来する不溶性の非でんぷん成分からなる非溶解固体;ならびにグリセリドおよび遊離脂肪酸からなるトウモロコシ油からなり得る。三相遠心分離機からの3つの出口流は、マッシュからの非溶解固体を含有するウェットケーキ(すなわち、ウェットケーキ24);マッシュからの液化でんぷんを含有する重質遠心分離液(heavy centrate)流;およびマッシュからのトウモロコシ油を含有する軽質遠心分離液(light centrate)流であり得る。ある実施形態において、軽質遠心分離液流(すなわち、油26)は、油の貯蔵に適した貯蔵タンクまたは任意の槽に送られ得る。ある実施形態において、油は、副産物として販売され、別の副産物に転化され、またはトウモロコシ油をトウモロコシ油脂肪酸に転化する場合などの処理に使用され得る。ある実施形態において、重質遠心分離液流(すなわち、水溶液22)は、発酵に使用され得る。ある実施形態において、ケーキの液相中の可溶性でんぷんを回収するために、本明細書に記載される蒸発器凝縮物および/または逆流などのウェットケーキは、プロセス再利用水で洗浄され得る。   In certain embodiments using corn as feedstock 12, a three-phase centrifuge can be used to simultaneously remove solids and corn oil from feed slurry 16 (eg, liquefied corn mash). Solids are undissolved solids that remain after starch is hydrolyzed to soluble oligosaccharides during liquefaction, and corn oil is free oil removed from the germ during grinding and / or liquefaction. In certain embodiments, a three-phase centrifuge may have one feed stream and three outlet streams. The feed stream can consist of liquefied corn mash produced during liquefaction. The mash can consist of an aqueous solution of liquefied starch (eg, oligosaccharides); an undissolved solid composed of insoluble non-starch components derived from corn; and corn oil composed of glycerides and free fatty acids. The three outlet streams from the three-phase centrifuge consist of a wet cake containing undissolved solids from the mash (ie, wet cake 24); a heavy centrifuge stream containing liquefied starch from the mash. And a light centrate stream containing corn oil from mash. In certain embodiments, the light centrifuge liquid stream (ie, oil 26) may be sent to a storage tank or any tank suitable for storing oil. In certain embodiments, the oil can be sold as a by-product, converted to another by-product, or used in processes such as when converting corn oil to corn oil fatty acids. In certain embodiments, a heavy centrifuge stream (ie, aqueous solution 22) can be used for fermentation. In certain embodiments, to recover soluble starch in the liquid phase of the cake, wet cakes such as the evaporator condensate and / or backflow described herein can be washed with process reuse water.

ある実施形態において、ウェットケーキ24は、原料スラリー16から形成される組成物であり、原料スラリー中に存在する少なくとも約50重量%の非溶解固体、原料スラリー中に存在する少なくとも約55重量%の非溶解固体、原料スラリー中に存在する少なくとも約60重量%の非溶解固体、原料スラリー中に存在する少なくとも約65重量%の非溶解固体、原料スラリー中に存在する少なくとも約70重量%の非溶解固体、原料スラリー中に存在する少なくとも約75重量%の非溶解固体、原料スラリー中に存在する少なくとも約80重量%の非溶解固体、原料スラリー中に存在する少なくとも約85重量%の非溶解固体、原料スラリー中に存在する少なくとも約90重量%の非溶解固体、原料スラリー中に存在する少なくとも約95重量%の非溶解固体、または原料スラリー中に存在する少なくとも約99重量%の非溶解固体を含み得る。   In certain embodiments, the wet cake 24 is a composition formed from the raw slurry 16 and is at least about 50 wt.% Undissolved solid present in the raw slurry, at least about 55 wt.% Present in the raw slurry. Non-dissolved solid, at least about 60 wt.% Undissolved solid present in the raw slurry, at least about 65 wt.% Non-dissolved solid present in the raw slurry, at least about 70 wt.% Non-dissolved present in the raw slurry. Solids, at least about 75 wt.% Undissolved solids present in the raw slurry, at least about 80 wt.% Undissolved solids present in the raw slurry, at least about 85 wt.% Undissolved solids present in the raw slurry, At least about 90% by weight of undissolved solids present in the raw slurry, at least about 9 present in the raw slurry. May comprise at least about 99% by weight of undissolved solids are present by weight% of undissolved solid or as a raw material slurry.

ある実施形態において、原料スラリー16から形成される水溶液22は、原料スラリー中に存在する約50重量%以下の非溶解固体、原料スラリー中に存在する約45重量%以下の非溶解固体、原料スラリー中に存在する約40重量%以下の非溶解固体、原料スラリー中に存在する約35重量%以下の非溶解固体、原料スラリー中に存在する約30重量%以下の非溶解固体、原料スラリー中に存在する約25重量%以下の非溶解固体、原料スラリー中に存在する約20重量%以下の非溶解固体、原料スラリー中に存在する約15重量%以下の非溶解固体、原料スラリー中に存在する約10重量%以下の非溶解固体、原料スラリー中に存在する約5重量%以下の非溶解固体、または原料スラリー中に存在する約1重量%の非溶解固体を含み得る。   In some embodiments, the aqueous solution 22 formed from the raw slurry 16 is about 50 wt.% Or less non-dissolved solid present in the raw slurry, about 45 wt.% Non-dissolved solid present in the raw slurry, or raw slurry. About 40% by weight or less of undissolved solids present in the raw material slurry, about 35% by weight or less of undissolved solids present in the raw material slurry, about 30% by weight or less of undissolved solids in the raw material slurry About 25 wt% or less of undissolved solid present, about 20 wt% or less of non-dissolved solid present in the raw slurry, about 15 wt% or less of non-dissolved solid present in the raw slurry, present in the raw slurry About 10 wt% or less undissolved solids, about 5 wt% or less undissolved solids present in the raw slurry, or about 1 wt% undissolved solid present in the raw slurry

水溶液22を発酵させて、生成物アルコールなどの発酵産物を生成するように構成される発酵30は、水溶液22を受け入れるための入口を有する。発酵30は、発酵ブロスを含み得る。ある実施形態において、細菌、シアノバクテリア、糸状菌、および酵母からなる群から選択される微生物32が、発酵ブロスに含まれるべく発酵30に導入され得る。ある実施形態において、微生物32は、大腸菌(Escherichia coli)などの細菌であり得る。ある実施形態において、微生物32は、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)であり得る。ある実施形態において、微生物32は、水溶液22中の糖を消費し、ブタノールを生成する。ある実施形態において、微生物32は、組み換え微生物であり得る。   A fermentation 30 configured to ferment the aqueous solution 22 to produce a fermentation product, such as product alcohol, has an inlet for receiving the aqueous solution 22. Fermentation 30 may include a fermentation broth. In certain embodiments, a microorganism 32 selected from the group consisting of bacteria, cyanobacteria, filamentous fungi, and yeast may be introduced into the fermentation 30 to be included in the fermentation broth. In certain embodiments, the microorganism 32 may be a bacterium such as Escherichia coli. In certain embodiments, the microorganism 32 may be Saccharomyces cerevisiae. In certain embodiments, the microorganism 32 consumes sugar in the aqueous solution 22 and produces butanol. In certain embodiments, the microorganism 32 may be a recombinant microorganism.

ある実施形態において、微生物32は、生合成経路を含むように改変され得る。ある実施形態において、生合成経路は、ブタノール生合成経路であり得る。ある実施形態において、ブタノール生合成経路は、1−ブタノール生合成経路、2−ブタノール生合成経路、またはイソブタノール生合成経路であり得る。ある実施形態において、生合成経路は、ピルビン酸を発酵産物に転化する。ある実施形態において、生合成経路は、ピルビン酸ならびにアミノ酸を発酵産物に転化する。ある実施形態において、生合成経路は、生合成経路の基質−生成物転化を触媒するポリペプチドをコードする少なくとも1種の異種のポリヌクレオチドを含む。ある実施形態において、生合成経路の各基質−生成物転化は、異種のポリヌクレオチドによってコードされるポリペプチドによって触媒される。生合成経路を含む微生物による生成物アルコールの生成の例が、例えば、米国特許第7,851,188号明細書、ならびに米国特許出願公開第2007/0092957号明細書;同第2007/0259410号明細書;同第2007/0292927号明細書;同第2008/0182308号明細書;同第2008/0274525号明細書;同第2009/0155870号明細書;同第2009/0305363号明細書;および同第2009/0305370号明細書に開示されており、それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。   In certain embodiments, the microorganism 32 can be modified to include a biosynthetic pathway. In certain embodiments, the biosynthetic pathway can be a butanol biosynthetic pathway. In certain embodiments, the butanol biosynthesis pathway can be a 1-butanol biosynthesis pathway, a 2-butanol biosynthesis pathway, or an isobutanol biosynthesis pathway. In certain embodiments, the biosynthetic pathway converts pyruvate into a fermentation product. In certain embodiments, the biosynthetic pathway converts pyruvate as well as amino acids into a fermentation product. In certain embodiments, the biosynthetic pathway comprises at least one heterologous polynucleotide encoding a polypeptide that catalyzes substrate-product conversion of the biosynthetic pathway. In certain embodiments, each substrate-product conversion of the biosynthetic pathway is catalyzed by a polypeptide encoded by a heterologous polynucleotide. Examples of production of product alcohols by microorganisms including biosynthetic pathways are described, for example, in US Pat. No. 7,851,188, as well as US Patent Application Publication No. 2007/0092957; No. 2007/0292927; No. 2008/0182308; No. 2008/0274525; No. 2009/0155870; No. 2009/0305363; 2009/0305370, the entire contents of each of which are hereby incorporated by reference.

ある実施形態において、微生物32はまた、吸着、共有結合、架橋、閉じ込め、および封入などによって固定化され得る。細胞を閉じ込めるための方法が、内容全体が参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2011/0306116号明細書など、当該技術分野において公知である。   In certain embodiments, the microorganism 32 can also be immobilized by adsorption, covalent bonding, crosslinking, confinement, encapsulation, and the like. Methods for confining cells are known in the art, such as US Patent Application Publication No. 2011/0306116, the entire contents of which are hereby incorporated by reference.

本明細書に記載される方法およびシステムのある実施形態において、原位置生成物除去(ISPR)が、発酵ブロスから生成物アルコール(例えば、ブタノール)などの発酵産物を除去するのに用いられ得る。ある実施形態において、発酵産物が微生物によって生成されるにつれて、ISPRが、発酵30中で、または発酵30の外部で、例えば、液液抽出を用いて行われ得る。抽出発酵を用いて発酵ブロスから生成物アルコールを生成し、回収するための方法が、米国特許出願公開第2009/0305370号明細書;米国特許出願公開第2010/0221802号明細書;米国特許出願公開第2011/0097773号明細書;米国特許出願公開第2011/0312044号明細書;米国特許出願公開第2011/0312043号明細書;および米国特許出願公開第2012/0156738号明細書に記載されており;それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。   In certain embodiments of the methods and systems described herein, in situ product removal (ISPR) can be used to remove fermentation products such as product alcohol (eg, butanol) from the fermentation broth. In certain embodiments, as the fermentation product is produced by a microorganism, ISPR can be performed in fermentation 30 or outside fermentation 30 using, for example, liquid-liquid extraction. A method for producing and recovering product alcohol from fermentation broth using extractive fermentation is described in US Patent Application Publication No. 2009/0305370; US Patent Application Publication No. 2010/0221802; US Patent Application Publication. No. 2011/0097773; U.S. Patent Application Publication No. 2011/0312044; U.S. Patent Application Publication No. 2011/0312043; and U.S. Patent Application Publication No. 2012/0156738; The entire contents of each are hereby incorporated by reference.

ある実施形態において、発酵30は、抽出剤34を受け入れるための入口を有し得る。ある実施形態において、抽出剤34は、発酵30の外部で発酵ブロスに加えられ得る。ある実施形態において、抽出剤34は、外部の抽出器または外部の抽出ループに加えられ得る。抽出34を発酵30にまたは発酵30の外部に加える代替的な手段は、点線で表される。ある実施形態において、抽出剤34は、不混和性有機溶媒であり得る。ある実施形態において、抽出剤34は、水不混和性有機溶媒であり得る。ある実施形態において、抽出剤34は、飽和、単不飽和、多価不飽和化合物、およびそれらの混合物からなる群から選択される有機抽出剤であり得る。ある実施形態において、抽出剤34は、C12〜C22の脂肪アルコール、C12〜C22の脂肪酸、C12〜C22の脂肪酸のエステル、C12〜C22の脂肪アルデヒド、C12〜C22の脂肪アミド、およびそれらの混合物からなる群から選択され得る。ある実施形態において、抽出剤34はまた、C〜C22の脂肪アルコール、C〜C28の脂肪酸、C〜C28の脂肪酸のエステル、C〜C22の脂肪アルデヒド、およびそれらの混合物からなる群から選択され得る。ある実施形態において、抽出剤34は、C12〜C22の脂肪アルコール、C12〜C22の脂肪酸、C12〜C22の脂肪酸のエステル、C12〜C22の脂肪アルデヒド、C12〜C22の脂肪アミド、およびそれらの混合物から選択される第1の抽出剤;およびC〜C11の脂肪アルコール、C〜C11の脂肪酸、C〜C11の脂肪酸のエステル、C〜C11の脂肪アルデヒド、およびそれらの混合物から選択される第2の抽出剤を含み得る。ある実施形態において、抽出剤34は、カルボン酸であり得る。ある実施形態において、抽出剤34は、トウモロコシ油脂肪酸(COFA)または大豆油脂肪酸(SOFA)であり得る。ある実施形態において、抽出剤34は、オレイルアルコール、ベヘニルアルコール、セチルアルコール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、ステアリルアルコール、オレイン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、ステアリン酸、ミリスチン酸メチル、オレイン酸メチル、1−ノナノール、1−デカノール、2−ウンデカノール、1−ノナナール、1−ウンデカノール、ウンデカナール、ラウリンアルデヒド、20−メチルウンデカナール、およびそれらの混合物などの有機抽出剤であり得る。本明細書に記載され、図に示される方法およびシステムでは、抽出剤が、発酵装置または外部の抽出器に加えられ得る。 In certain embodiments, the fermentation 30 may have an inlet for receiving the extractant 34. In certain embodiments, the extractant 34 can be added to the fermentation broth outside the fermentation 30. In certain embodiments, the extractant 34 may be added to an external extractor or an external extraction loop. An alternative means of adding the extract 34 to or outside the fermentation 30 is represented by a dotted line. In certain embodiments, the extractant 34 can be an immiscible organic solvent. In certain embodiments, the extractant 34 can be a water-immiscible organic solvent. In certain embodiments, the extractant 34 can be an organic extractant selected from the group consisting of saturated, monounsaturated, polyunsaturated compounds, and mixtures thereof. In certain embodiments, the extraction agent 34, C 12 fatty alcohols, fatty acids C 12 -C 22 of -C 22, esters of fatty acids of C 12 -C 22, fatty aldehydes of C 12 ~C 22, C 12 ~C It can be selected from the group consisting of 22 fatty amides, and mixtures thereof. In certain embodiments, the extraction agent 34 also, fatty alcohols, fatty acids C 4 -C 28 in C 4 -C 22, esters of fatty acids of C 4 -C 28, fatty aldehydes of C 4 -C 22, and their It can be selected from the group consisting of mixtures. In certain embodiments, the extraction agent 34, C 12 fatty alcohols, fatty acids C 12 -C 22 of -C 22, esters of fatty acids of C 12 -C 22, fatty aldehydes of C 12 ~C 22, C 12 ~C 22 fatty amides, and first extraction agent selected from mixtures thereof; fatty alcohols, fatty acids C 7 -C 11 and of C 7 -C 11, esters of fatty acids of C 7 ~C 11, C 7 ~ fatty aldehydes of C 11, and may include a second extraction agent selected from mixtures thereof. In certain embodiments, the extractant 34 can be a carboxylic acid. In certain embodiments, the extractant 34 can be corn oil fatty acid (COFA) or soybean oil fatty acid (SOFA). In certain embodiments, the extractant 34 is oleyl alcohol, behenyl alcohol, cetyl alcohol, lauryl alcohol, myristyl alcohol, stearyl alcohol, oleic acid, lauric acid, myristic acid, stearic acid, methyl myristate, methyl oleate, 1-nonanol. , 1-decanol, 2-undecanol, 1-nonanal, 1-undecanol, undecanal, laurinaldehyde, 20-methylundecanal, and mixtures thereof. In the methods and systems described herein and shown in the figures, an extractant may be added to the fermentation apparatus or an external extractor.

ある実施形態において、抽出剤は、特定の特性に基づいて選択され得る。例えば、抽出剤は、高いKを有し得る。Kは、抽出剤相(例えば、有機相)と水相との間での発酵産物(例えば、生成物アルコール)の分配係数を指す。ある実施形態において、抽出剤は、高い選択性を有し得る。例えば、選択性は、抽出剤によって取り込まれる水に対する生成物アルコールの相対量を指す。 In certain embodiments, the extractant may be selected based on specific characteristics. For example, the extractant can have a high Kd . K d refers to the partition coefficient of the fermentation product (eg, product alcohol) between the extractant phase (eg, organic phase) and the aqueous phase. In certain embodiments, the extractant can have high selectivity. For example, selectivity refers to the relative amount of product alcohol to water taken up by the extractant.

ある実施形態において、抽出剤は、生体適合性であり得る。ある実施形態において、生体適合性は、微生物が抽出剤の存在下で発酵性炭素源を利用する能力の尺度を指す。ある実施形態において、抽出剤は、生体適合性抽出剤と非生体適合性抽出剤との混合物であり得る。ある実施形態において、非生体適合性抽出剤は、微生物が発酵性炭素源を利用する能力を妨げる抽出剤を指す。例えば、非生体適合性抽出剤の存在下で、微生物は、抽出剤が存在しない場合の率の約50%を超える率で発酵性炭素源を利用しない。ある実施形態において、非生体適合性抽出剤の存在下で、微生物は、抽出剤が存在しない場合の率の約25%を超える率で発酵性炭素源を利用しない。生体適合性抽出剤と非生体適合性抽出剤との混合物の例としては、以下に限定はされないが、オレイルアルコールおよびノナノール、オレイルアルコールおよび1−ウンデカノール、オレイルアルコールおよび2−ウンデカノール、オレイルアルコールおよび1−ノナナール、オレイルアルコールおよびデカノール、およびオレイルアルコールおよびドデカノールが挙げられる。生体適合性および非生体適合性抽出剤のさらなる例が、内容全体が参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2011/0097773号明細書に記載されている。   In certain embodiments, the extractant can be biocompatible. In certain embodiments, biocompatibility refers to a measure of the ability of a microorganism to utilize a fermentable carbon source in the presence of an extractant. In certain embodiments, the extractant can be a mixture of a biocompatible extractant and a non-biocompatible extractant. In certain embodiments, a non-biocompatible extractant refers to an extractant that interferes with the ability of a microorganism to utilize a fermentable carbon source. For example, in the presence of a non-biocompatible extractant, the microorganism does not utilize a fermentable carbon source at a rate greater than about 50% of the rate in the absence of the extractant. In certain embodiments, in the presence of a non-biocompatible extractant, the microorganism does not utilize a fermentable carbon source at a rate greater than about 25% of the rate in the absence of the extractant. Examples of mixtures of biocompatible and non-biocompatible extractants include, but are not limited to, oleyl alcohol and nonanol, oleyl alcohol and 1-undecanol, oleyl alcohol and 2-undecanol, oleyl alcohol and 1 -Nonanal, oleyl alcohol and decanol, and oleyl alcohol and dodecanol. Additional examples of biocompatible and non-biocompatible extractants are described in US Patent Application Publication No. 2011/0097773, the entire contents of which are hereby incorporated by reference.

抽出剤34は、発酵ブロスと接触し、二相混合物(すなわち、水相および有機相)を含む流れ36が形成される。発酵産物が生成物アルコールである場合、発酵ブロス中に存在する生成物アルコールが、抽出剤34に移され、生成物アルコール(例えば、有機相)に富んだ抽出剤が形成される。ある実施形態において、流れ36は、発酵30の出口を通って排出され得る。生成物アルコールは、従来の技術を用いて、流れ36中の抽出剤から分離され得る。原料流が、発酵30に加えられ得る。発酵30は、当該技術分野において公知の任意の好適な発酵装置であり得る。   The extractant 34 comes into contact with the fermentation broth and a stream 36 is formed comprising a two-phase mixture (ie, an aqueous phase and an organic phase). If the fermentation product is a product alcohol, the product alcohol present in the fermentation broth is transferred to the extractant 34 to form an extractant rich in product alcohol (eg, organic phase). In certain embodiments, stream 36 can be discharged through the outlet of fermentation 30. The product alcohol can be separated from the extractant in stream 36 using conventional techniques. A feed stream can be added to fermentation 30. Fermentation 30 may be any suitable fermenter known in the art.

ある実施形態において、抽出剤34が発酵ブロスに加えられない場合、流れ36は、発酵ブロスおよび生成物アルコールを含む。生成物アルコールおよび発酵ブロスを含む流れ36またはその一部は、発酵30から排出され、生成物アルコールの回収のためにさらに処理され得る。ある実施形態において、発酵ブロスは、発酵30に再利用され得る。   In certain embodiments, when extractant 34 is not added to the fermentation broth, stream 36 includes the fermentation broth and product alcohol. Stream 36 or a portion thereof containing product alcohol and fermentation broth can be discharged from fermentation 30 and further processed for product alcohol recovery. In certain embodiments, the fermentation broth can be recycled to fermentation 30.

ある実施形態において、同時糖化発酵(SSF)が、発酵30中で行われ得る。酸プロセス、酵素プロセス、または酸−酵素プロセスを含むがこれらに限定されない、当業界で用いられる任意の公知の糖化プロセスが使用され得る。ある実施形態において、グルコアミラーゼなどの酵素38が、原料スラリー16または水溶液22中の糖類(例えば、オリゴ糖)を加水分解して単糖類を形成するために導入され得る。本発明の方法およびシステムに使用され得るグルコアミラーゼの例が、米国特許第7,413,887号明細書;米国特許第7,723,079号明細書;米国特許出願公開第2009/0275080号明細書;米国特許出願公開第2010/0267114号明細書;米国特許出願公開第2011/0014681号明細書;米国特許出願公開第2011/0020899号明細書に記載されており、それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。ある実施形態において、グルコアミラーゼは、発酵産物(例えば、生成物アルコール)も生成する組み換え微生物によって発現され得る。   In certain embodiments, simultaneous saccharification and fermentation (SSF) can be performed in fermentation 30. Any known saccharification process used in the art may be used, including but not limited to acid processes, enzyme processes, or acid-enzyme processes. In certain embodiments, an enzyme 38 such as glucoamylase may be introduced to hydrolyze saccharides (eg, oligosaccharides) in the raw slurry 16 or aqueous solution 22 to form monosaccharides. Examples of glucoamylases that can be used in the methods and systems of the present invention are US Pat. No. 7,413,887; US Pat. No. 7,723,079; US Patent Application Publication No. 2009/0275080. U.S. Patent Application Publication No. 2010/0267114; U.S. Patent Application Publication No. 2011/0014681; U.S. Patent Application Publication No. 2011/0020899, each of which is incorporated by reference in its entirety Incorporated herein by reference. In certain embodiments, the glucoamylase can be expressed by a recombinant microorganism that also produces a fermentation product (eg, product alcohol).

ある実施形態において、グルコアミラーゼなどの酵素が、液化に加えられ得る。液化へのグルコアミラーゼなどの酵素の添加により、原料スラリーまたは液化されたマッシュの粘度が低下され得、分離効率が向上され得る。ある実施形態において、原料スラリーの粘度を低下させることが可能な任意の酵素が使用され得る(例えば、Viscozyme(登録商標),Sigma−Aldrich,St.Louis,MO)。原料の粘度は、実施例22に記載される方法を含む、当該技術分野において公知の任意の方法によって測定され得る。   In certain embodiments, an enzyme such as glucoamylase can be added to the liquefaction. By adding an enzyme such as glucoamylase to the liquefaction, the viscosity of the raw slurry or the liquefied mash can be reduced, and the separation efficiency can be improved. In certain embodiments, any enzyme capable of reducing the viscosity of the raw slurry can be used (eg, Viscozyme®, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO). The viscosity of the raw material can be measured by any method known in the art, including the method described in Example 22.

ある実施形態において、流れ35が、発酵30の出口から排出され得る。排出される流れ35は、酵母などの微生物32を含み得る。微生物32は、例えば、遠心分離(図示せず)によって、流れ35から分離され得る。その後、微生物32は、発酵30に再利用することができ、発酵30は、時間の経過とともに、生成物アルコールの生成速度を上げ、それによって、生成物アルコール生成の効率を高めることができる。   In certain embodiments, stream 35 can be discharged from the outlet of fermentation 30. The discharged stream 35 may contain microorganisms 32 such as yeast. The microorganism 32 can be separated from the stream 35 by, for example, centrifugation (not shown). Thereafter, the microorganism 32 can be reused for the fermentation 30, and the fermentation 30 can increase the production rate of the product alcohol over time, thereby increasing the efficiency of product alcohol production.

流れ35の一部が発酵30を出るとき、流れ35は、原料スラリー中に存在する約50重量%以下の非溶解固体、原料スラリー中に存在する約45重量%以下の非溶解固体、原料スラリー中に存在する約40重量%以下の非溶解固体、原料スラリー中に存在する約35重量%以下の非溶解固体、原料スラリー中に存在する約30重量%以下の非溶解固体、原料スラリー中に存在する約25重量%以下の非溶解固体、原料スラリー中に存在する約20重量%以下の非溶解固体、原料スラリー中に存在する約15重量%以下の非溶解固体、原料スラリー中に存在する約10重量%以下の非溶解固体、原料スラリー中に存在する約5重量%以下の非溶解固体、または原料スラリー中に存在する約1重量%以下の非溶解固体を含み得る。   When a portion of stream 35 exits fermentation 30, stream 35 is less than about 50 wt.% Undissolved solid present in the raw slurry, less than about 45 wt.% Undissolved solid present in the raw slurry, raw slurry. About 40% by weight or less of undissolved solids present in the raw material slurry, about 35% by weight or less of undissolved solids present in the raw material slurry, about 30% by weight or less of undissolved solids in the raw material slurry About 25 wt% or less of undissolved solid present, about 20 wt% or less of non-dissolved solid present in the raw slurry, about 15 wt% or less of non-dissolved solid present in the raw slurry, present in the raw slurry It may comprise up to about 10% by weight undissolved solids, up to about 5% by weight undissolved solids present in the raw slurry, or up to about 1% by weight undissolved solid present in the raw slurry.

ある実施形態において、例えば、図2に示されるように、本発明の方法およびシステムは、原料12を乾式粉砕するように構成される粉砕機40を含み得る。原料12は、入口を通って粉砕機40に入り得る。粉砕機40は、原料12を粉砕または磨砕し得る。ある実施形態において、原料12は、分画されなくてもよい。ある実施形態において、原料12は、分画されていないトウモロコシの実であり得る。粉砕機40は、任意の好適な公知の粉砕機、例えば、ハンマーミルであり得る。乾式粉砕された原料44は、出口を通して粉砕機40から排出され、液化10に入る。図2の残りの部分は図1と同様であるため、再度詳細に説明しない。他の実施形態において、原料は、分画されないか、および/または乾式粉砕される代わりに、当業界で公知のように分画および/または湿式粉砕され得る。   In certain embodiments, for example, as shown in FIG. 2, the method and system of the present invention may include a grinder 40 configured to dry grind raw material 12. Raw material 12 may enter the grinder 40 through the inlet. The pulverizer 40 can pulverize or grind the raw material 12. In some embodiments, the raw material 12 may not be fractionated. In certain embodiments, the feedstock 12 can be unfractionated corn kernels. The grinder 40 can be any suitable known grinder, such as a hammer mill. The dry-pulverized raw material 44 is discharged from the pulverizer 40 through the outlet and enters the liquefaction 10. The rest of FIG. 2 is similar to FIG. 1 and will not be described again in detail. In other embodiments, the raw material can be fractionated and / or wet milled as is known in the art instead of being fractionated and / or dry milled.

湿式粉砕は、各副産物から別々に価値を得るために、バイオマスを、胚芽、種皮繊維、でんぷん、およびグルテンなどのいくつかの成分に分離する多工程プロセスである。原料としてトウモロコシを用いて、このプロセスにより、いくつかの副産物:でんぷん、グルテンフィード、グルテンミール、およびトウモロコシ油流が生成される。これらの流れは、再結合され、飼料業界向けにカスタマイズされた製品を生成するように処理され得る。湿式粉砕プロセスの例として、原料(例えば、トウモロコシ)が、浸漬タンクに送られてもよく、ここで原料は、約120〜130°F(約50〜55℃)で約30〜50時間にわたって、例えば、二酸化ナトリウム溶液に浸漬される。水中に放出される栄養が、収集され、蒸発されて、凝縮された発酵抽出物(または浸出液)が生成され得る。胚芽は、浸漬された原料から除去され、油および胚芽ミールを回収するようにさらに処理され得る。胚芽の除去の後、原料の残りの部分は、ふすまを除去し、でんぷんおよびグルテンスラリーを生成するように処理され得る。スラリーは、でんぷんおよびグルテンタンパク質(これが、乾燥されて、グルテンミールが形成され得る)を分離するようにさらに処理され得る。でんぷん流は、発酵産物(例えば、生成物アルコール)を生成するように発酵によってさらに処理されてもよく、または食品、紙、または繊維業界によって用いられ得る。例えば、でんぷん流は、甘味料を生成するのに使用され得る。タンパク質、脂肪、および繊維をいずれも含有するグルテンミールおよびグルテンフィード流は、乳牛および肉牛、家禽、ブタ、家畜、ウマ、水産養殖、およびペット用の飼料に使用され得る。グルテンフィードは、添加される微量栄養素の担体としても使用され得る。グルテンミールは、例えば、家禽飼料中で顔料成分として使用され得るメチオニンおよびキサントフィルも含有し得る(例えば、顔料は、黄色の着色を有する卵黄を提供する)。タンパク質、成長因子、ビタミンB、およびミネラルを含有する凝縮された発酵抽出物が、高エネルギー液体飼料成分として使用され得る。凝縮された抽出物は、ペレット結合剤としても使用され得る。このプロセスにより、精製されたでんぷん流が得られるが;このプロセスはコストがかかり、バイオマスを、発酵生成に不要であり得るその非でんぷん成分に分離することを含む。   Wet milling is a multi-step process that separates biomass into several components such as germs, seed coat fibers, starch, and gluten to gain value from each by-product separately. Using corn as a feedstock, this process produces several by-products: starch, gluten feed, gluten meal, and a corn oil stream. These streams can be recombined and processed to produce products customized for the feed industry. As an example of a wet milling process, a raw material (e.g., corn) may be sent to a dip tank, where the raw material is about 120-130 ° F (about 50-55 ° C) for about 30-50 hours, For example, it is immersed in a sodium dioxide solution. Nutrients released into the water can be collected and evaporated to produce a condensed fermentation extract (or leachate). The germ can be removed from the soaked material and further processed to recover oil and germ meal. After removal of the germ, the remaining portion of the raw material can be processed to remove the bran and produce a starch and gluten slurry. The slurry can be further processed to separate starch and gluten protein, which can be dried to form gluten meal. The starch stream may be further processed by fermentation to produce a fermentation product (eg, product alcohol) or may be used by the food, paper, or textile industry. For example, a starch stream can be used to produce a sweetener. Gluten meal and gluten feed streams that contain both protein, fat, and fiber can be used in dairy and beef cattle, poultry, pigs, livestock, horses, aquaculture, and pet feed. The gluten feed can also be used as a carrier for added micronutrients. Gluten meal can also contain, for example, methionine and xanthophyll that can be used as pigment components in poultry feed (eg, pigments provide egg yolk with a yellow color). A condensed fermented extract containing protein, growth factor, vitamin B, and minerals can be used as a high energy liquid feed ingredient. The condensed extract can also be used as a pellet binder. This process provides a purified starch stream; however, this process is costly and involves separating the biomass into its non-starch components that may be unnecessary for fermentation production.

分画により、磨砕された全粒トウモロコシ中に存在する脂質(例えば、油)の大部分を含有する繊維および胚芽が除去され、より高いでんぷん(胚乳)含量を有する分画されたトウモロコシが得られる。ある実施形態において、少なくとも約25%、少なくとも約30%、少なくとも約35%、少なくとも約40%、少なくとも約45%、少なくとも約50%、少なくとも約55%、少なくとも約60%、少なくとも約65%、少なくとも約70%、少なくとも約75%、少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、またはそれ以上の油が、分画によって胚芽から除去され得る。ある実施形態において、分画により、原料の非溶解固体含量が、原料の少なくとも約0.5%、少なくとも約1%、少なくとも約2%、少なくとも約3%、少なくとも約4%、または少なくとも約5%まで減少され得る。   Fractionation removes fibers and germs containing the majority of lipids (eg, oil) present in ground whole corn, resulting in fractionated corn having a higher starch (endosperm) content. It is done. In certain embodiments, at least about 25%, at least about 30%, at least about 35%, at least about 40%, at least about 45%, at least about 50%, at least about 55%, at least about 60%, at least about 65%, At least about 70%, at least about 75%, at least about 80%, at least about 85%, at least about 90%, at least about 95%, or more of the oil can be removed from the germ by fractionation. In certain embodiments, fractionation results in an undissolved solids content of the raw material that is at least about 0.5%, at least about 1%, at least about 2%, at least about 3%, at least about 4%, or at least about 5% of the raw material. % Can be reduced.

乾式分画は、繊維から胚芽を分離しないため、湿式粉砕よりコストが低い。分画の利点としては、例えば、生成物の向上した収率、発酵装置中の増加した体積(すなわち、空間)、より小さいカラム直径、より低い酵素充填および糖化の向上した効率、向上した油の除去、油の存在による装置の詰まりの減少、より少ない清掃のための運転停止、DDGS中の増加したタンパク質レベル、DDGSの減少した乾燥時間、および減少したエネルギー消費が挙げられる。しかしながら、分画は、繊維または胚芽の全体を除去せず、固体を完全に除去しない。さらに、分画の際にでんぷんをいくらか損失する。   Dry fractionation is less expensive than wet milling because it does not separate the germ from the fiber. Advantages of fractionation include, for example, improved product yield, increased volume (ie, space) in the fermentor, smaller column diameter, lower enzyme packing and improved efficiency of saccharification, improved oil Removal, reduced equipment clogging due to the presence of oil, shutdown for less cleaning, increased protein levels in DDGS, reduced drying time of DDGS, and reduced energy consumption. However, the fraction does not remove the entire fiber or germ and does not completely remove the solid. In addition, some starch is lost during fractionation.

乾式粉砕は、原料処理にも用いられ得る。原料は、例えば、ハンマーミルを用いて粉砕されて、ミールが生成され得、次に、これが、水と混合されて、スラリーが形成され得る。スラリーは、でんぷんを加水分解して糖類にし、マッシュを形成するために、アミラーゼなどの酵素の添加によって液化に供され得る。マッシュは、酵素を不活性化するために加熱(「調理」)され、次に、発酵に加えるために冷却され得る。冷却されたマッシュ、微生物、およびグルコアミラーゼなどの酵素が、発酵産物(例えば、生成物アルコール)の生成のために発酵に加えられ得る。発酵の後、発酵ブロスは、発酵産物の回収のために蒸留に送られ得る。非溶解固体が除去されていない場合、蒸留塔の塔底流は、さらなる処理のために収集され得る、発酵されていない固体(例えば、蒸留穀類固体)、溶解材料、および水を含有する全蒸留廃液である。例えば、全蒸留廃液は、固体(例えば、ウェットケーキ)および希薄な蒸留廃液へと分離され得る。分離は、遠心分離、ろ過、ふるい分け分離、ハイドロクロン、あるいは固体から液体を分離するための任意の他の手段または分離デバイスを含むがこれらに限定されないいくつかの手段によって行われ得る。希薄な蒸留廃液は、蒸発に送られて、濃縮蒸留可溶物(CDS)またはシロップが形成され得る。希薄な蒸留廃液は、可溶性の栄養、小穀物固体(または微粒子)、および微生物を含み得る。固体(例えば、ウェットケーキ)は、シロップと組み合わされ、次に、乾燥されて、DDGSが形成され得る。シロップは、タンパク質、脂肪、および繊維ならびにビタミンおよびリンおよびカリウムなどのミネラルを含有し;その栄養価および嗜好性のために動物飼料に加えられ得る。DDGSは、タンパク質、脂肪、および繊維を含有し;バイパスタンパク質源を提供する。DDGSは、乳牛および肉牛、家禽、ブタ、家畜、ウマ、水産養殖、およびペット用の動物飼料に使用され得る。   Dry milling can also be used for raw material processing. The raw material can be ground, for example, using a hammer mill to produce a meal, which can then be mixed with water to form a slurry. The slurry can be subjected to liquefaction by the addition of an enzyme such as amylase to hydrolyze the starch into sugars and form a mash. The mash can be heated (“cooked”) to inactivate the enzyme and then cooled to add to the fermentation. Enzymes such as chilled mash, microorganisms, and glucoamylase can be added to the fermentation to produce a fermentation product (eg, product alcohol). After fermentation, the fermentation broth can be sent to distillation for recovery of the fermentation product. If undissolved solids have not been removed, the bottom stream of the distillation column can be collected for further processing, a total distillation waste solution containing unfermented solids (eg, distilled cereal solids), dissolved material, and water. It is. For example, the total distillation effluent can be separated into solid (eg, wet cake) and dilute distillation effluent. Separation can be accomplished by a number of means including, but not limited to, centrifugation, filtration, sieving separation, hydroclone, or any other means or separation device for separating liquids from solids. The dilute distillation effluent can be sent to evaporation to form a concentrated distillation solubles (CDS) or syrup. The dilute distillation effluent may contain soluble nutrients, grain solids (or particulates), and microorganisms. The solid (eg, wet cake) can be combined with syrup and then dried to form DDGS. Syrup contains protein, fat, and fiber and vitamins and minerals such as phosphorus and potassium; it can be added to animal feed for its nutritional value and palatability. DDGS contains protein, fat, and fiber; provides a source of bypass protein. DDGS can be used in animal feed for dairy and beef cattle, poultry, pigs, livestock, horses, aquaculture, and pets.

ある実施形態において、例えば、図3に示されるように、本発明の方法およびシステムは、分離20の出口からの油26の排出を含み得る。図3は、油流26が分離20を出ることを除いて図1と同様であるため、再度詳細に説明しない。   In certain embodiments, for example, as shown in FIG. 3, the method and system of the present invention may include the discharge of oil 26 from the outlet of the separation 20. FIG. 3 is similar to FIG. 1 except that the oil stream 26 exits the separation 20 and will not be described again in detail.

分離20に送られる原料スラリー16は、発酵性糖を含有する第1の液相または水溶液22、油26を含有する第2の液相、および非溶解固体を含有する固相またはウェットケーキ24へと分離され得る。任意の好適な分離デバイス、例えば、三相遠心分離機が、水溶液22(または水流)、ウェットケーキ24(または固体流)、および油26(または油流)を排出するのに使用され得る。ある実施形態において、原料12はトウモロコシであり、油26は、トウモロコシ油(例えば、フリートウモロコシ油)である。本明細書において使用される際のフリートウモロコシ油という用語は、トウモロコシの胚芽を含まないトウモロコシ油を意味する。ある実施形態において、油26は、油の貯蔵に適した貯蔵タンクまたは任意の槽に送られ得る。ある実施形態において、原料がトウモロコシである場合、トウモロコシ油などの原料12からの油の一部が、ウェットケーキ24中に残る。   The raw slurry 16 sent to the separation 20 is directed to a first liquid phase or aqueous solution 22 containing fermentable sugars, a second liquid phase containing oil 26, and a solid phase or wet cake 24 containing undissolved solids. And can be separated. Any suitable separation device, such as a three-phase centrifuge, can be used to drain the aqueous solution 22 (or water stream), wet cake 24 (or solid stream), and oil 26 (or oil stream). In certain embodiments, feedstock 12 is corn and oil 26 is corn oil (eg, free corn oil). The term free corn oil as used herein refers to corn oil free of corn germ. In certain embodiments, oil 26 may be sent to a storage tank or any tank suitable for storing oil. In certain embodiments, when the raw material is corn, some of the oil from raw material 12, such as corn oil, remains in wet cake 24.

ある実施形態において、油26が、原料12から分離20を介して除去されるとき、発酵30中の発酵ブロスは、減少された量のトウモロコシ油を含む。ある実施形態において、発酵ブロスは、約25重量%以下の非溶解固体を有し、発酵ブロスは、約15重量%以下の非溶解固体を有し、発酵ブロスは、約10重量%以下の非溶解固体を有し、発酵ブロスは、約5重量%以下の非溶解固体を有し、発酵ブロスは、約1重量%以下の非溶解固体を有し、または発酵ブロスは、約0.5重量%以下の非溶解固体を有する。   In certain embodiments, the fermentation broth in fermentation 30 includes a reduced amount of corn oil as oil 26 is removed from feed 12 via separation 20. In certain embodiments, the fermentation broth has no more than about 25% by weight undissolved solids, the fermentation broth has no more than about 15% by weight undissolved solids, and the fermentation broth has no more than about 10% by weight non-dissolved solids. Having dissolved solids, the fermentation broth has no more than about 5 wt% undissolved solids, the fermentation broth has no more than about 1 wt% undissolved solids, or the fermentation broth is about 0.5 wt% % Of undissolved solids.

ある実施形態において、図2の方法およびシステムは、図3の方法およびシステムに関連して本明細書に記載される分離20からの油流の排出を含むように変更され得る。   In certain embodiments, the method and system of FIG. 2 may be modified to include draining an oil stream from the separation 20 described herein in connection with the method and system of FIG.

図4に示されるように、油が別々に排出されない場合、油はウェットケーキ24とともに除去され得る。ウェットケーキ24が、分離20を介して除去されるとき、ある実施形態において、原料がトウモロコシである場合、トウモロコシ油などの原料12からの油の一部が、ウェットケーキ24中に残る。ウェットケーキ24は、混合60に送られ、水または他の溶媒と組み合わされて、ウェットケーキ混合物65が形成され得る。ある実施形態において、水は、新鮮な水、逆流、調理水、プロセス水、蒸留残留水、蒸発水、または発酵処理施設で入手可能な任意の水源、またはそれらの任意の組合せであり得る。ウェットケーキ混合物65は、分離70に送られ、ウェットケーキ24から回収される発酵性糖、およびウェットケーキ74を含む洗浄遠心分離液75が生成され得る。洗浄遠心分離液75は、液化10に再利用され得る。図4の残りの部分は図1と同様であるため、再度詳細に説明しない。   As shown in FIG. 4, the oil can be removed along with the wet cake 24 if the oil is not drained separately. When the wet cake 24 is removed via the separation 20, in some embodiments, if the feed is corn, some of the oil from the feed 12 such as corn oil remains in the wet cake 24. Wet cake 24 may be sent to mixing 60 and combined with water or other solvent to form wet cake mixture 65. In certain embodiments, the water can be fresh water, reflux, cooked water, process water, distilled residual water, evaporated water, or any water source available at a fermentation treatment facility, or any combination thereof. The wet cake mixture 65 can be sent to the separation 70 to produce a fermentable sugar recovered from the wet cake 24 and a washed centrifuge 75 containing the wet cake 74. Washed centrifuge liquid 75 can be reused for liquefaction 10. The remaining part of FIG. 4 is the same as FIG. 1 and will not be described again in detail.

ある実施形態において、分離70は、例えば、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、膜ろ過、クロスフローろ過、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せを含む、固体および液体を分離することが可能な任意の分離デバイスであり得る。   In some embodiments, the separation 70 may be, for example, decanter bowl centrifugation, three-phase centrifugation, disk stack centrifugation, filtration centrifugation, decanter centrifugation, filtration, vacuum filtration, belt filter, membrane filtration, crossflow filtration, processing Separation of solids and liquids, including pressure filtration, sieving filtration, sieving separation, grid, porous grid, flotation, hydroclone, filter press, screw press, gravity settler, vortex separator, or combinations thereof It can be any separation device that can.

ある実施形態において、ウェットケーキは、1回以上の洗浄サイクルまたは洗浄システムに供され得る。例えば、ウェットケーキ74は、ウェットケーキ74を第2の洗浄システムに送ることによって、さらに処理され得る。ある実施形態において、ウェットケーキ74は、第2の混合60’に送られ、ウェットケーキ混合物65’が形成され得る。ウェットケーキ混合物65’は、第2の分離70’に送られ、洗浄遠心分離液75’およびウェットケーキ74’が生成され得る。洗浄遠心分離液75’は、液化10に再利用されてもよく、および/または洗浄遠心分離液75’は、洗浄遠心分離液75と組み合わされてもよく、組み合わされた洗浄遠心分離液は、液化10に再利用され得る。ウェットケーキ74’は、本明細書に記載されるさらなる処理のためにウェットケーキ74と組み合わされ得る。ある実施形態において、分離70’は、例えば、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、膜ろ過、クロスフローろ過、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せを含む、固体および液体を分離することが可能な任意の分離デバイスであり得る。ある実施形態において、ウェットケーキは、1回、2回、3回、4回、5回、またはそれ以上の洗浄サイクルまたは洗浄システムに供され得る。   In certain embodiments, the wet cake may be subjected to one or more cleaning cycles or cleaning systems. For example, the wet cake 74 can be further processed by sending the wet cake 74 to a second cleaning system. In certain embodiments, the wet cake 74 may be sent to the second mixing 60 'to form a wet cake mixture 65'. The wet cake mixture 65 'can be sent to the second separation 70' to produce a wash centrifuge 75 'and a wet cake 74'. Wash centrifuge 75 'may be reused for liquefaction 10 and / or wash centrifuge 75' may be combined with wash centrifuge 75, and the combined wash centrifuge may be It can be reused for liquefaction 10. The wet cake 74 'can be combined with the wet cake 74 for further processing as described herein. In certain embodiments, separation 70 ′ can be, for example, decanter bowl centrifugation, three-phase centrifugation, disk stack centrifugation, filtration centrifugation, decanter centrifugation, filtration, vacuum filtration, belt filter, membrane filtration, crossflow filtration, Solids and liquids, including pressure filtration, sieving filtration, sieving separation, grid, porous grid, flotation, hydroclone, filter press, screw press, gravity settler, vortex separator, or combinations thereof It can be any separation device capable of separation. In certain embodiments, the wet cake may be subjected to one, two, three, four, five, or more cleaning cycles or cleaning systems.

ウェットケーキ74は、可溶物と組み合わされ、次に、乾燥されて、任意の好適な公知のプロセスを通してDDGSが形成され得る。ウェットケーキ74からのDDGSの形成にはいくつかの利点がある。例えば、非溶解固体が発酵装置に加えられないため、非溶解固体は、発酵装置の条件に供されないため、非溶解固体は、発酵装置中に存在する微生物と接触せず、生成物アルコールなどの発酵産物または抽出剤などの他の成分が非溶解固体に捕捉されない。DDGSは、微生物または発酵ブロスの他の成分(例えば、生成物アルコール、抽出剤)を含有しないため、これらの影響が、例えば、動物飼料としてのDDGSの後の処理および使用に利点を与える。   The wet cake 74 can be combined with solubles and then dried to form DDGS through any suitable known process. There are several advantages to forming DDGS from wet cake 74. For example, because undissolved solids are not added to the fermentor, the undissolved solids are not subjected to the conditions of the fermentor, so the undissolved solids do not come into contact with microorganisms present in the fermentor, such as product alcohol Other components such as fermentation products or extractants are not trapped in the undissolved solid. Because DDGS does not contain microorganisms or other components of fermentation broth (eg, product alcohol, extractant), these effects provide advantages for subsequent processing and use of, for example, DDGS as animal feed.

図4に示されるように、油は、ウェットケーキから別々に排出されず、油は、ウェットケーキの一部として含まれ、最終的にDDGS中に存在する。トウモロコシが、原料として用いられる場合、トウモロコシ油は、トリグリセリド、ジグリセリド、モノグリセリド、脂肪酸、およびリン脂質を含有し、これらは、動物の代謝エネルギー源を提供する。ウェットケーキ中および最終的にDDGS中の油の存在により、望ましい動物飼料、例えば、高脂肪含量の動物飼料が得られる。   As shown in FIG. 4, the oil is not drained separately from the wet cake, and the oil is included as part of the wet cake and is ultimately present in the DDGS. When corn is used as a raw material, corn oil contains triglycerides, diglycerides, monoglycerides, fatty acids, and phospholipids, which provide a source of metabolic energy for animals. The presence of oil in the wet cake and ultimately in the DDGS provides the desired animal feed, for example an animal feed with a high fat content.

ある実施形態において、油が、DDGSから分離され、同じかまたは異なる発酵プロセスにおいてその後の使用のためにISPR抽出剤に転化され得る。バイオマスから抽出剤を得るための方法が、米国特許出願公開第2011/0312043号明細書、米国特許出願公開第2011/0312044号明細書、米国特許出願公開第2012/0156738号明細書、およびPCT国際公報の国際公開第2011/159998号パンフレットに記載されており;それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。油が、例えば、溶媒抽出プロセスを含む任意の好適な公知のプロセスを用いてDDGSから分離され得る。本発明の一実施形態において、DDGSは、抽出槽に充填され、ヘキサンなどの溶媒で洗浄されて、油が除去される。用いられ得る他の溶媒としては、例えば、イソブタノール、イソヘキサン、エタノール、石油エーテルなどの石油蒸留物、またはそれらの混合物が挙げられる。油の抽出の後、DDGSは、一切の残留溶媒を除去するように処理され得る。例えば、DDGSは、当該技術分野において公知の任意の方法を用いて、一切の残留溶媒を蒸発させるように加熱され得る。溶媒を除去した後、DDGSは、一切の残留水を除去するように乾燥プロセスに供され得る。処理されたDDGSは、乳牛および肉牛、家禽、ブタ、家畜、ウマ、水産養殖、およびペットなどの動物用の補足飼料として使用され得る。   In certain embodiments, the oil can be separated from DDGS and converted to ISPR extractant for subsequent use in the same or different fermentation processes. Methods for obtaining extractants from biomass are described in US Patent Application Publication No. 2011/0312043, US Patent Application Publication No. 2011/0312044, US Patent Application Publication No. 2012/0156738, and PCT International. Publications of International Publication No. 2011/159998; the entire contents of each are incorporated herein by reference. The oil can be separated from DDGS using any suitable known process including, for example, a solvent extraction process. In one embodiment of the invention, DDGS is filled into an extraction tank and washed with a solvent such as hexane to remove the oil. Other solvents that can be used include, for example, petroleum distillates such as isobutanol, isohexane, ethanol, petroleum ether, or mixtures thereof. After oil extraction, DDGS can be treated to remove any residual solvent. For example, the DDGS can be heated to evaporate any residual solvent using any method known in the art. After removing the solvent, the DDGS can be subjected to a drying process to remove any residual water. Treated DDGS can be used as supplementary feed for animals such as dairy and beef cattle, poultry, pigs, livestock, horses, aquaculture, and pets.

DDGSからの抽出の後、得られる油および溶媒混合物は、溶媒から油を分離するために収集され得る。一実施形態において、油/溶媒混合物は、蒸発によって処理されてもよく、それによって、溶媒は蒸発され、収集され、再利用され得る。回収された油は、同じかまたは異なる発酵プロセスにおいてその後の使用のためにISPR抽出剤に転化され得る。   After extraction from DDGS, the resulting oil and solvent mixture can be collected to separate the oil from the solvent. In one embodiment, the oil / solvent mixture may be processed by evaporation so that the solvent can be evaporated, collected and reused. The recovered oil can be converted to ISPR extractant for subsequent use in the same or different fermentation processes.

発酵装置中に存在する油が脂肪酸およびグリセリンに加水分解され得るため、原料の油成分の除去は生成にとって有利である。グリセリンは、水中に蓄積し、発酵システム全体にわたって再利用のために利用可能な水の量を減少させ得る。したがって、原料の油成分の除去は、システムを通して再利用され得る水の量を増加させることによって、生成の効率を高める。さらに、油の除去は、より効率的な発酵による生産工場のエネルギー節約、油の除去による汚損の減少、発酵装置体積効率の向上、およびエネルギー必要量、例えば、穀類蒸留粕を乾燥させるのに必要なエネルギーの減少をもたらし得る。   Since the oil present in the fermenter can be hydrolyzed to fatty acids and glycerin, removal of the raw oil component is advantageous for production. Glycerin can accumulate in water and reduce the amount of water available for reuse throughout the fermentation system. Thus, removal of the feed oil component increases the efficiency of production by increasing the amount of water that can be recycled through the system. In addition, oil removal is necessary to save production plant energy through more efficient fermentation, reduce fouling through oil removal, improve fermenter volumetric efficiency, and dry energy requirements such as cereal distillers Can result in significant energy reduction.

図5に示されるように、油が、本明細書に記載されるプロセス中の様々な時点で除去され得る。原料スラリー16は、例えば、三相遠心分離機を用いて、第1の液相または水溶液22(または水流)、油26を含む第2の液相(または油流)、および固相またはウェットケーキ24(または固体流)へと分離され得る。ウェットケーキ24は、発酵性糖および油を回収するようにさらに処理され得る。ウェットケーキ24は、混合60に送られ、水または他の溶媒と組み合わされて、ウェットケーキ混合物65が形成され得る。ある実施形態において、水は、逆流、調理水、プロセス水、蒸留残留水、蒸発から収集される水、または発酵処理施設で入手可能な任意の水源、またはそれらの任意の組合せであり得る。ウェットケーキ混合物65は、分離70(例えば、三相遠心分離機)に送られ、発酵性糖、油76、およびウェットケーキ74を含む洗浄遠心分離液75が生成され得る。洗浄遠心分離液75は、液化10に再利用され得る。油76および油26は、組み合わされ、様々な消費者製品の製造のためにさらに処理され得る。ある実施形態において、油(例えば、油26、油76)は、抽出剤を生成するようにさらに処理され得る。例えば、油は、化学的にまたは酵素的に処理されて、抽出剤が生成され得る。油がトウモロコシ油である、ある実施形態において、トウモロコシ油は、化学的にまたは酵素的に処理されて、脂肪酸(例えば、トウモロコシ油脂肪酸)が生成されてもよく、これが、抽出剤として使用され得る。油が酵素的に処理されるある実施形態において、酵素反応は、酵素を不活性化するために、転化の後、処理(例えば、熱)に供され得る。ある実施形態において、油は、エステラーゼ、リパーゼ、ホスホリパーゼ、リゾホスホリパーゼ、またはそれらの組合せなどの酵素を用いて、酵素的に処理され得る。ある実施形態において、油は、水酸化アンモニウム、無水アンモニア、酢酸アンモニウム、過酸化水素、トルエン、氷酢酸、またはそれらの組合せで化学的に処理され得る。バイオマスから抽出剤を得るための方法が、米国特許出願公開第2011/0312043号明細書および米国特許出願公開第2011/0312044号明細書に記載されており、それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。油がトウモロコシ油である、ある実施形態において、原料スラリーは、少なくとも約1重量%、少なくとも約2重量%、少なくとも約3重量%、少なくとも約4重量%のトウモロコシ油、または少なくとも約5重量%のトウモロコシ油を含み得る。図5の残りの部分は図1と同様であるため、再度詳細に説明しない。   As shown in FIG. 5, the oil can be removed at various points during the process described herein. The raw slurry 16 is obtained by using, for example, a three-phase centrifuge, a first liquid phase or aqueous solution 22 (or water stream), a second liquid phase (or oil stream) containing oil 26, and a solid phase or wet cake. Can be separated into 24 (or solid streams). The wet cake 24 can be further processed to recover fermentable sugar and oil. Wet cake 24 may be sent to mixing 60 and combined with water or other solvent to form wet cake mixture 65. In certain embodiments, the water can be backflow, cooking water, process water, distilled residual water, water collected from evaporation, or any water source available at a fermentation treatment facility, or any combination thereof. The wet cake mixture 65 may be sent to a separation 70 (eg, a three-phase centrifuge) to produce a washed centrifuge 75 that includes fermentable sugar, oil 76, and wet cake 74. Washed centrifuge liquid 75 can be reused for liquefaction 10. Oil 76 and oil 26 can be combined and further processed for the manufacture of various consumer products. In certain embodiments, the oil (eg, oil 26, oil 76) can be further processed to produce an extractant. For example, the oil can be treated chemically or enzymatically to produce an extractant. In certain embodiments where the oil is corn oil, the corn oil may be treated chemically or enzymatically to produce fatty acids (eg, corn oil fatty acids), which can be used as an extractant. . In certain embodiments where the oil is treated enzymatically, the enzymatic reaction can be subjected to treatment (eg, heat) after conversion to inactivate the enzyme. In certain embodiments, the oil can be enzymatically treated with enzymes such as esterases, lipases, phospholipases, lysophospholipases, or combinations thereof. In certain embodiments, the oil may be chemically treated with ammonium hydroxide, anhydrous ammonia, ammonium acetate, hydrogen peroxide, toluene, glacial acetic acid, or combinations thereof. Methods for obtaining extractants from biomass are described in US 2011/0312043 and US 2011/0312044, the entire contents of each of which are hereby incorporated by reference. Incorporated. In certain embodiments in which the oil is corn oil, the feed slurry is at least about 1 wt%, at least about 2 wt%, at least about 3 wt%, at least about 4 wt% corn oil, or at least about 5 wt% Corn oil may be included. The remaining part of FIG. 5 is the same as FIG. 1 and will not be described again in detail.

本明細書に記載されるように、ウェットケーキは、1回以上の洗浄サイクルまたは洗浄システムに供され得る。ある実施形態において、ウェットケーキ74は、第2の混合60’に送られ、ウェットケーキ混合物65’が形成され得る。ウェットケーキ混合物65’は、第2の分離70’に送られ、洗浄遠心分離液75’、油76’、およびウェットケーキ74’が生成され得る。洗浄遠心分離液75’は、液化10に再利用されてもよく、および/または洗浄遠心分離液75’は、洗浄遠心分離液75と組み合わされてもよく、組み合わされた洗浄遠心分離液は、液化10に再利用され得る。ウェットケーキ74’は、本明細書に記載されるさらなる処理のためにウェットケーキ74と組み合わされ得る。油76、油76’、および油26は、組み合わされ、様々な消費者製品の製造のためにさらに処理され得る。ある実施形態において、油(例えば、油26、油76、油76’)は、本明細書に記載されるように抽出剤を生成するようにさらに処理され得る。バイオマスから抽出剤を得るための方法が、米国特許出願公開第2011/0312043号明細書および米国特許出願公開第2011/0312044号明細書に記載されており、それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。   As described herein, the wet cake may be subjected to one or more cleaning cycles or cleaning systems. In certain embodiments, the wet cake 74 may be sent to the second mixing 60 'to form a wet cake mixture 65'. The wet cake mixture 65 'can be sent to the second separation 70' to produce a washed centrifuge 75 ', oil 76', and wet cake 74 '. Wash centrifuge 75 'may be reused for liquefaction 10 and / or wash centrifuge 75' may be combined with wash centrifuge 75, and the combined wash centrifuge may be It can be reused for liquefaction 10. The wet cake 74 'can be combined with the wet cake 74 for further processing as described herein. Oil 76, oil 76 ', and oil 26 can be combined and further processed for the manufacture of various consumer products. In certain embodiments, the oil (eg, oil 26, oil 76, oil 76 ') may be further processed to produce an extractant as described herein. Methods for obtaining extractants from biomass are described in US 2011/0312043 and US 2011/0312044, the entire contents of each of which are hereby incorporated by reference. Incorporated.

図6に示されるように、水溶液22およびウェットケーキ24は、組み合わされ、冷却され、発酵30に送られ得る。原料スラリー16は、例えば、三相遠心分離機を用いて、第1の液相または水溶液22、油26を含む第2の液相、および固相またはウェットケーキ24へと分離され得る。ある実施形態において、油26(または油流)は、油の貯蔵に適した貯蔵タンクまたは任意の槽に送られ得る。水溶液22(または水流)およびウェットケーキ24(固体流)は、混合80に送られ、再スラリー化され、水溶液/ウェットケーキ混合物82が形成され得る。混合物82は、冷却器90に送られ、冷却された混合物92が生成されてもよく、これが、発酵30に送られ得る。ある実施形態において、油26が、分離20を介して原料12から除去される場合、混合物82および92は、減少された量のトウモロコシ油を含む。図6の残りの部分は図1と同様であるため、再度詳細に説明しない。   As shown in FIG. 6, the aqueous solution 22 and wet cake 24 can be combined, cooled, and sent to the fermentation 30. The raw slurry 16 can be separated into a first liquid phase or aqueous solution 22, a second liquid phase containing oil 26, and a solid phase or wet cake 24 using, for example, a three-phase centrifuge. In certain embodiments, the oil 26 (or oil stream) may be sent to a storage tank or any tank suitable for storing oil. The aqueous solution 22 (or water stream) and the wet cake 24 (solid stream) can be sent to the mix 80 and reslurried to form an aqueous solution / wet cake mixture 82. Mixture 82 may be sent to cooler 90 to produce cooled mixture 92, which may be sent to fermentation 30. In certain embodiments, when oil 26 is removed from feed 12 via separation 20, mixtures 82 and 92 contain a reduced amount of corn oil. The remaining part of FIG. 6 is the same as FIG. 1 and will not be described again in detail.

ある実施形態において、例えば、図7および8に示されるように、糖化は、分離20と発酵30との間(図7)または液化10と分離20との間(図8)に位置する別個の糖化システム50において行われ得る。図7および8は、別個の糖化50を含むことおよび発酵30が酵素38を受け入れないことを除いて、図1と同様である。ある実施形態において、酵素38はまた、発酵30に加えられ得る。   In certain embodiments, for example, as shown in FIGS. 7 and 8, saccharification is performed separately between separation 20 and fermentation 30 (FIG. 7) or between liquefaction 10 and separation 20 (FIG. 8). It can be performed in the saccharification system 50. FIGS. 7 and 8 are similar to FIG. 1 except that they contain a separate saccharification 50 and that the fermentation 30 does not accept the enzyme 38. In certain embodiments, enzyme 38 may also be added to fermentation 30.

酸プロセス、酵素プロセス、または酸−酵素プロセスを含むがこれらに限定されない、当業界で用いられる任意の公知の糖化プロセスが使用され得る。糖化50が、任意の好適な糖化槽で行われ得る。ある実施形態において、グルコアミラーゼなどの酵素38が、原料スラリー16または水溶液22中の糖類(例えば、オリゴ糖)を加水分解して単糖類を形成するために導入され得る。例えば、図7において、分離20から排出され、入口を通して糖化50に送られる、水溶液22中に存在するオリゴ糖が、単糖類に加水分解される。単糖類を含有する水溶液52が、出口を通して糖化50から排出され、発酵30に送られる。あるいは、図8に示されるように、液化10から排出され、入口を通して糖化50に送られる、原料スラリー16中に存在するオリゴ糖が、単糖類に加水分解される。単糖類を含有する原料スラリー54が、出口を通して糖化50から排出され、分離20に送られる。   Any known saccharification process used in the art may be used, including but not limited to acid processes, enzyme processes, or acid-enzyme processes. Saccharification 50 can be performed in any suitable saccharification tank. In certain embodiments, an enzyme 38 such as glucoamylase may be introduced to hydrolyze saccharides (eg, oligosaccharides) in the raw slurry 16 or aqueous solution 22 to form monosaccharides. For example, in FIG. 7, the oligosaccharides present in the aqueous solution 22 that are discharged from the separation 20 and sent to the saccharification 50 through the inlet are hydrolyzed to monosaccharides. An aqueous solution 52 containing monosaccharides is discharged from the saccharification 50 through the outlet and sent to the fermentation 30. Alternatively, as shown in FIG. 8, the oligosaccharides present in the raw slurry 16 discharged from the liquefaction 10 and sent to the saccharification 50 through the inlet are hydrolyzed into monosaccharides. A raw material slurry 54 containing monosaccharides is discharged from the saccharification 50 through the outlet and sent to the separation 20.

ある実施形態において、図1〜6のシステムおよび方法は、図7および8のシステムおよび方法に関連して本明細書に記載されるように別個の糖化システムを含むように変更され得る。   In certain embodiments, the systems and methods of FIGS. 1-6 can be modified to include a separate saccharification system as described herein in connection with the systems and methods of FIGS.

ある実施形態において、例えば、図9A〜9Dに示されるように、本発明のシステムおよび方法は、一連の2つ以上の分離デバイスを含み得る。図9A〜9Dは、分離システムが追加されたことを除いて図1と同様であるため、再度詳細に説明しない。   In certain embodiments, for example, as shown in FIGS. 9A-9D, the systems and methods of the present invention may include a series of two or more separation devices. 9A-9D are the same as FIG. 1 except that a separation system has been added and will not be described again in detail.

分離20から排出される水溶液22は、分離20’に送られ得る。分離20’は、分離20と同一であってもよく、または分離20と異なっていてもよく、同じように動作し得る。分離20’は、水溶液22から分離されない非溶解固体および油を除去して、(i)水溶液22と比較して減少された量の非溶解固体および油を含有する以外は水溶液22と類似の水溶液22’、(ii)ウェットケーキ24と類似のウェットケーキ24’、および(iii)油26と類似の油26’を生成し得る。次に、水溶液22’は、発酵30に導入され得る。ある実施形態において、分離20’の後に1つ以上のさらなる分離デバイスが存在し得る。   The aqueous solution 22 discharged from the separation 20 can be sent to the separation 20 '. Isolation 20 'may be the same as isolation 20 or different from isolation 20 and may operate in the same way. Separation 20 ′ removes undissolved solids and oils that are not separated from aqueous solution 22, and (i) an aqueous solution similar to aqueous solution 22 except that it contains a reduced amount of undissolved solids and oil compared to aqueous solution 22. 22 ′, (ii) wet cake 24 ′ similar to wet cake 24, and (iii) oil 26 ′ similar to oil 26. The aqueous solution 22 ′ can then be introduced into the fermentation 30. In certain embodiments, one or more additional separation devices may be present after separation 20 '.

ある実施形態において、分離20’は、例えば、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、膜ろ過、クロスフローろ過、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せを含む、固体および液体を分離することが可能な任意の分離デバイスであり得る。   In certain embodiments, separation 20 ′ can be, for example, decanter bowl centrifugation, three-phase centrifugation, disk stack centrifugation, filtration centrifugation, decanter centrifugation, filtration, vacuum filtration, belt filter, membrane filtration, crossflow filtration, Solids and liquids, including pressure filtration, sieving filtration, sieving separation, grid, porous grid, flotation, hydroclone, filter press, screw press, gravity settler, vortex separator, or combinations thereof It can be any separation device capable of separation.

ある実施形態において、図1〜9のシステムおよび方法は、本明細書に記載されるシステムおよび方法に関連して本明細書に記載されるように非溶解固体を除去するためのさらなる分離デバイスを含むように変更され得る。   In certain embodiments, the systems and methods of FIGS. 1-9 include additional separation devices for removing undissolved solids as described herein in connection with the systems and methods described herein. It can be modified to include.

ある実施形態において、流れ35は、発酵30の出口から排出され得る。流れ35を介して発酵30を出る非溶解固体がないかまたは最小限であることには、いくつかのさらなる利点がある。例えば、ビール塔(beer column)または蒸留塔などの、例えば、下流の処理におけるユニットおよび作業の必要性を、減少させるかまたはなくし、それによって、生成の効率を高めることができる。また、発酵装置を出る流れ中の非溶解固体がより少ないことの結果として、全蒸留廃液の遠心分離機の一部または全てを省略することができる。   In certain embodiments, stream 35 can be discharged from the outlet of fermentation 30. The absence or minimal of undissolved solids exiting fermentation 30 via stream 35 has several additional advantages. For example, the need for units and operations in downstream processing, such as a beer column or distillation column, can be reduced or eliminated, thereby increasing the efficiency of production. Also, as a result of less undissolved solids in the stream exiting the fermenter, some or all of the total distillation waste centrifuge can be omitted.

図9Bを参照すると、分離20から排出される水溶液22は、分離20’に送られ得る。分離20’は、分離20と同一であってもよく、または分離20と異なっていてもよい。分離20’は、抽出剤または凝集剤などの分離添加剤28を含み得るように動作し得る。分離添加剤28は、油または固体の除去を補助し得る。分離20’は、水溶液22から分離されない非溶解固体および油を除去して、(i)水溶液22と比較して減少された量の非溶解固体および油を含有する以外は水溶液22と類似の水溶液22’、および(ii)油26およびウェットケーキ24の組み合わされた流れと同様であり得、分離添加剤28も含有し得る流れ23を生成し得る。流れ23は、分離20”に送られてもよく、分離添加剤28’、およびウェットケーキ24’を含有する流れを生成し得る。分離20”は、分離20および分離20’と同一であってもよく、または分離20および分離20’と異なっていてもよい。水溶液22’は、発酵30に導入され得る。   Referring to FIG. 9B, the aqueous solution 22 discharged from the separation 20 may be sent to the separation 20 '. The separation 20 ′ may be the same as the separation 20 or may be different from the separation 20. Separation 20 'may operate to include a separation additive 28 such as an extractant or flocculant. Separation additive 28 may assist in the removal of oil or solids. Separation 20 ′ removes undissolved solids and oils that are not separated from aqueous solution 22, and (i) an aqueous solution similar to aqueous solution 22 except that it contains a reduced amount of undissolved solids and oil compared to aqueous solution 22. 22 ', and (ii) may be similar to the combined stream of oil 26 and wet cake 24, and may produce a stream 23 that may also contain a separation additive 28. Stream 23 may be sent to separation 20 ″ and may produce a stream containing separation additive 28 ′ and wet cake 24 ′. Separation 20 ″ is identical to separation 20 and separation 20 ′. Or may be different from separation 20 and separation 20 ′. Aqueous solution 22 ′ can be introduced into fermentation 30.

ある実施形態において、分離20、分離20’、および分離20”は、例えば、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、膜ろ過、クロスフローろ過、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せを含む、固体および液体を分離することが可能な任意の分離デバイスであり得る。   In certain embodiments, separation 20, separation 20 ′, and separation 20 ″ can be, for example, decanter bowl centrifugation, three-phase centrifugation, disk stack centrifugation, filtration centrifugation, decanter centrifugation, filtration, vacuum filtration, belt filter , Membrane filtration, cross flow filtration, pressure filtration, sieving filtration, sieving separation, grid, porous grid, flotation method, hydroclone, filter press, screw press, gravity settler, vortex separator, or those It can be any separation device capable of separating solids and liquids, including combinations.

図9Cを参照すると、原料スラリー16は、液化10から排出され、分離20に送られ得る。原料スラリー16は、分離されて、以下の流れ:(i)水溶液22、(ii)ウェットケーキ24、および(iii)油、固体、および発酵性炭素源を含む水流を含む流れ25が生成され得る。ある実施形態において、流れ25の固体は、軽質の固体であり得る。ある実施形態において、軽質の固体は、水より低密度であるが、油より高密度である固体であり得る。ある実施形態において、軽質の固体は、油中で被覆され、水より低密度の固体になり得る。ある実施形態において、固体は、親油性および/または親水性を有し得る。ある実施形態において、流れ25の固体は、以下のもの:胚芽、繊維、でんぷん、およびグルテンのうちの1つ以上を含み得る。ある実施形態において、流れ25の固体は、微粒子を含み得る。ある実施形態において、流れ25の固体は、胚芽、グルテン、および繊維を含む。ある実施形態において、発酵性炭素源を含む水溶液22は、本明細書に記載される発酵産物の生成のために発酵30に送られ得る。ある実施形態において、ウェットケーキ24は、本明細書に記載されるようにさらに処理され、例えば、DDGSを形成するように処理され得る。   Referring to FIG. 9C, the raw slurry 16 can be discharged from the liquefaction 10 and sent to the separation 20. The raw slurry 16 may be separated to produce a stream 25 comprising the following stream: (i) an aqueous solution 22, (ii) a wet cake 24, and (iii) a water stream comprising oil, solids, and a fermentable carbon source. . In certain embodiments, stream 25 solids may be light solids. In certain embodiments, the light solids may be solids that are less dense than water but denser than oil. In certain embodiments, light solids can be coated in oil and become a lower density solid than water. In certain embodiments, the solid can have lipophilicity and / or hydrophilicity. In certain embodiments, stream 25 solids may include one or more of the following: germ, fiber, starch, and gluten. In certain embodiments, the solids of stream 25 may include particulates. In certain embodiments, the stream 25 solids include germ, gluten, and fiber. In certain embodiments, an aqueous solution 22 comprising a fermentable carbon source can be sent to the fermentation 30 for production of the fermentation products described herein. In certain embodiments, wet cake 24 may be further processed as described herein, eg, to form DDGS.

分離20から排出される流れ25は、分離20’に送られ得る。分離20’は、分離20と同一であってもよく、または分離20と異なっていてもよい。ある実施形態において、分離20および分離20’は、例えば、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、膜ろ過、クロスフローろ過、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せを含む、固体および液体を分離することが可能な任意の分離デバイスであり得る。ある実施形態において、分離は、単一工程プロセスであり得る。   Stream 25 discharged from separation 20 may be sent to separation 20 '. The separation 20 ′ may be the same as the separation 20 or may be different from the separation 20. In certain embodiments, separation 20 and separation 20 ′ can be, for example, decanter bowl centrifugation, three-phase centrifugation, disk stack centrifugation, filtration centrifugation, decanter centrifugation, filtration, vacuum filtration, belt filter, membrane filtration, cloth Solids including flow filtration, pressure filtration, sieving filtration, sieving separation, grids, porous grids, flotation methods, hydroclones, filter presses, screw presses, gravity settlers, vortex separators, or combinations thereof And any separation device capable of separating liquids. In certain embodiments, the separation can be a single step process.

流れ25は、分離20’によって分離されて、以下の流れ:(i)水溶液22’、(ii)ウェットケーキ24’、および(iii)油26が生成され得る。ある実施形態において、水溶液22’は、水溶液22と組み合わされてもよく、組み合わされた水溶液は、発酵30に送られ得る。ある実施形態において、水溶液22’中の固体の量は、水溶液22中の固体の量と比較して減少される。ある実施形態において、水溶液22’は、油を含んでいてもよく、水溶液22’中の油は、抽出剤を生成するようにさらに処理され得る。例えば、水溶液22’は、化学的にまたは酵素的に処理されて、抽出剤が生成され得る。ある実施形態において、水溶液22’は、化学的にまたは酵素的に処理されて、抽出剤として使用され得る脂肪酸(例えば、トウモロコシ油脂肪酸)が生成され得る。水溶液22’が酵素的に処理されるある実施形態において、酵素反応は、酵素を不活性化するために、転化の後、処理(例えば、熱)に供され得る。比較的小さい流れ体積を有する水溶液22’中の油を脂肪酸に転化することにより、酵素的または化学的転化を介して抽出剤を生成する資本コストが減少され得る。バイオマスから抽出剤を得るための方法が、米国特許出願公開第2011/0312043号明細書および米国特許出願公開第2011/0312044号明細書に記載されており、それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。   Stream 25 may be separated by separation 20 'to produce the following streams: (i) aqueous solution 22', (ii) wet cake 24 ', and (iii) oil 26. In certain embodiments, the aqueous solution 22 ′ may be combined with the aqueous solution 22 and the combined aqueous solution may be sent to the fermentation 30. In certain embodiments, the amount of solids in the aqueous solution 22 ′ is reduced compared to the amount of solids in the aqueous solution 22. In certain embodiments, the aqueous solution 22 'may contain oil, and the oil in the aqueous solution 22' may be further processed to produce an extractant. For example, the aqueous solution 22 'can be treated chemically or enzymatically to produce an extractant. In certain embodiments, the aqueous solution 22 'can be treated chemically or enzymatically to produce a fatty acid (eg, corn oil fatty acid) that can be used as an extractant. In certain embodiments where the aqueous solution 22 'is treated enzymatically, the enzymatic reaction can be subjected to treatment (eg, heat) after conversion to inactivate the enzyme. By converting oil in aqueous solution 22 'having a relatively small flow volume to fatty acid, the capital cost of producing extractant via enzymatic or chemical conversion can be reduced. Methods for obtaining extractants from biomass are described in US 2011/0312043 and US 2011/0312044, the entire contents of each of which are hereby incorporated by reference. Incorporated.

ある実施形態において、ウェットケーキ24’は、ウェットケーキ24と組み合わされてもよく、組み合わされたウェットケーキは、本明細書に記載されるようにさらに処理され得る。ある実施形態において、ウェットケーキ24’は、油を含んでいてもよく、およびこの油富化ウェットケーキは、ウェットケーキ24を組み合わされて、動物飼料の代謝エネルギー源を提供し得る増加した脂肪含量(例えば、増加したトリグリセリド含量)を有するウェットケーキが生成され得る。ある実施形態において、増加した脂肪含量を有するこのウェットケーキは、シロップと組み合わされて、高トリグリセリド、高タンパク質、低炭水化物DDGSが生成され得る。ある実施形態において、油を含むウェットケーキ24’は、例えば、DDGSを生成するように、本明細書に記載されるようにさらに処理され得る。   In certain embodiments, wet cake 24 'may be combined with wet cake 24, and the combined wet cake may be further processed as described herein. In certain embodiments, the wet cake 24 'may include oil, and the oil-enriched wet cake may be combined with the wet cake 24 to provide a source of metabolic energy for animal feed. Wet cakes with a (eg increased triglyceride content) can be produced. In certain embodiments, this wet cake with increased fat content can be combined with syrup to produce a high triglyceride, high protein, low carbohydrate DDGS. In certain embodiments, the wet cake 24 'containing oil may be further processed as described herein, for example, to produce DDGS.

ある実施形態において、油26は、油の貯蔵に適した貯蔵タンクまたは任意の槽に送られ得る。ある実施形態において、油26またはその一部が、原料スラリー16と組み合わされ得る(点線、図9C)。原料スラリーへの油の添加は、捕捉される固体の量を増加させることによって、流れ25を介した固体の除去を向上させ得る。   In certain embodiments, oil 26 may be sent to a storage tank or any tank suitable for storing oil. In some embodiments, oil 26 or a portion thereof may be combined with raw slurry 16 (dotted line, FIG. 9C). The addition of oil to the feed slurry can improve the removal of solids via stream 25 by increasing the amount of solids trapped.

ある実施形態において、油26は、本明細書に記載されるように抽出剤を生成するようにさらに処理され得る。比較的小さい流れ体積を有し、かつ原料スラリー16と比較して減少された流量を有し得る油26の転化により、酵素的または化学的転化を介して抽出剤を生成する資本コストならびにエネルギー必要量が減少され得る。ある実施形態において、油26の流量は、原料スラリー16の流量の約1%〜約10%であり得る。バイオマスから抽出剤を得るための方法が、米国特許出願公開第2011/0312043号明細書および米国特許出願公開第2011/0312044号明細書に記載されており、それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。   In certain embodiments, oil 26 may be further processed to produce an extractant as described herein. Capital cost and energy requirements to produce extractant via enzymatic or chemical conversion by conversion of oil 26, which has a relatively small flow volume and may have a reduced flow rate compared to feed slurry 16 The amount can be reduced. In certain embodiments, the flow rate of the oil 26 may be about 1% to about 10% of the flow rate of the raw slurry 16. Methods for obtaining extractants from biomass are described in US 2011/0312043 and US 2011/0312044, the entire contents of each of which are hereby incorporated by reference. Incorporated.

ある実施形態において、流れ25は、分離デバイスの1つ以上のパラメータを調整することによって生成され得る。例えば、流れ25は、デカンター遠心分離機または三相遠心分離機などの遠心分離機のせき(または浸漬せき)を調整することによって生成され得る。   In certain embodiments, the stream 25 may be generated by adjusting one or more parameters of the separation device. For example, the stream 25 can be generated by adjusting the centrifuge (or immersion) centrifuge, such as a decanter centrifuge or a three-phase centrifuge.

本明細書に記載されるように、固体は、液液抽出を妨げ得るため、抽出方法を用いることは、技術的および経済的に実行可能でないことがある。抽出プロセス中、ラグ(rag)層が、水相および有機相の界面に形成されることがあり、固体(例えば、軽質の固体)から構成されるラグ層は、蓄積し、相分離を妨げる可能性がある。ラグ層の形成を軽減するために、発酵前の流れ25を介した固体の除去により、ラグ層の形成がなくなり、それによって、発酵ブロスの下流の処理および発酵産物の回収が向上され得る。   As described herein, since solids can interfere with liquid-liquid extraction, using extraction methods may not be technically and economically feasible. During the extraction process, a lag layer may form at the interface between the aqueous and organic phases, and a lag layer composed of solids (eg, light solids) can accumulate and prevent phase separation There is sex. To alleviate the formation of the lag layer, the removal of solids via the pre-fermentation stream 25 can eliminate the formation of the lag layer, thereby improving the processing downstream of the fermentation broth and the recovery of the fermentation product.

ラグ層の形成を軽減する別の実施形態において、油が、ラグ層を形成する固体を選択的に捕捉するための手段として水溶液に加えられ得る。図9Dを参照すると、原料スラリー16は、液化10から排出され、分離20に送られ得る。原料スラリー16は、分離されて、以下の流れ:(i)水溶液22、(ii)ウェットケーキ24、および(iii)油26が生成され得る。ある実施形態において、ウェットケーキ24は、本明細書に記載されるようにさらに処理され、例えば、DDGSを形成するように処理され得る。ある実施形態において、油が、水溶液22に加えられてもよく、得られた混合物は、槽80に送られてもよく、ここで、混合物は、沈降し、または分離して、(i)固体86を含む油層および(ii)水溶液22’を形成する。ある実施形態において、水溶液22’は、本明細書に記載されるように発酵産物の生成のために発酵30に送られ得る。ある実施形態において、水溶液22’中の固体の量は、水溶液22中の固体の量と比較して減少される。ある実施形態において、固体富化油層86は、除去され(例えば、混合物から取り除かれ)、ろ過されて、油層から固体が除去され得る。ある実施形態において、固体富化油層86は、分離20’に送られてもよく、分離されて、以下の流れ:(i)水溶液22”、(ii)ウェットケーキ24’、および(iii)油26’(固体が少ない油)が生成され得る。ある実施形態において、水溶液22に加えられる油は、原料スラリー16から分離される油26、油26’、および/または外部の油源であり得る。   In another embodiment that mitigates the formation of a lag layer, oil may be added to the aqueous solution as a means for selectively capturing solids that form the lag layer. Referring to FIG. 9D, the raw slurry 16 can be discharged from the liquefaction 10 and sent to the separation 20. The raw slurry 16 can be separated to produce the following streams: (i) an aqueous solution 22, (ii) a wet cake 24, and (iii) an oil 26. In certain embodiments, wet cake 24 may be further processed as described herein, eg, to form DDGS. In certain embodiments, oil may be added to the aqueous solution 22 and the resulting mixture may be sent to a tank 80 where the mixture settles or separates and (i) a solid. An oil layer containing 86 and (ii) an aqueous solution 22 ′ are formed. In certain embodiments, the aqueous solution 22 'can be sent to the fermentation 30 for production of a fermentation product as described herein. In certain embodiments, the amount of solids in the aqueous solution 22 ′ is reduced compared to the amount of solids in the aqueous solution 22. In certain embodiments, the solid enriched oil layer 86 can be removed (eg, removed from the mixture) and filtered to remove solids from the oil layer. In certain embodiments, the solid-enriched oil layer 86 may be sent to a separation 20 ′ and separated into the following streams: (i) an aqueous solution 22 ″, (ii) a wet cake 24 ′, and (iii) oil. 26 ′ (oil with less solids) may be produced.In certain embodiments, the oil added to the aqueous solution 22 may be oil 26, oil 26 ′, and / or an external oil source separated from the raw slurry 16. .

ある実施形態において、ウェットケーキ24’は、ウェットケーキ24と組み合わされてもよく、組み合わされたウェットケーキは、本明細書に記載されるようにさらに処理され得る。ある実施形態において、ウェットケーキ24’は、油を含んでいてもよく、この油富化ウェットケーキは、ウェットケーキ24と組み合わされて、増加した脂肪含量を有するウェットケーキが生成されてもよく、本明細書に記載されるようにさらに処理され得る。ある実施形態において、油を含むウェットケーキ24’は、本明細書に記載されるようにさらに処理され得る。   In certain embodiments, wet cake 24 'may be combined with wet cake 24, and the combined wet cake may be further processed as described herein. In certain embodiments, the wet cake 24 ′ may include oil, and the oil-enriched wet cake may be combined with the wet cake 24 to produce a wet cake having an increased fat content; Further processing can be performed as described herein. In certain embodiments, the wet cake 24 'containing oil may be further processed as described herein.

ある実施形態において、水溶液22”は、水溶液22’と組み合わされてもよく、組み合わされた水溶液は、発酵30に送られ得る。この組み合わされた水溶液中の固体の量は、水溶液22と比較して減少され得、固体の減少により、ラグ層の形成が軽減されるであろう。ある実施形態において、水溶液22’および水溶液22”は、油を含んでいてもよく、油は、抽出剤を生成するようにさらに処理され得る。例えば、水溶液22’および水溶液22”は、組み合わされてもよく、化学的にまたは酵素的に処理されて(図9Dの点線)、本明細書に記載されるように抽出剤が生成され得る。バイオマスから抽出剤を得るための方法が、米国特許出願公開第2011/0312043号明細書および米国特許出願公開第2011/0312044号明細書に記載されており、それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。   In certain embodiments, the aqueous solution 22 ″ may be combined with the aqueous solution 22 ′, and the combined aqueous solution may be sent to the fermentation 30. The amount of solids in the combined aqueous solution is compared to the aqueous solution 22. In some embodiments, the aqueous solution 22 ′ and the aqueous solution 22 ″ may include an oil, and the oil may contain an extractant. It can be further processed to produce. For example, aqueous solution 22 ′ and aqueous solution 22 ″ may be combined and treated chemically or enzymatically (dotted line in FIG. 9D) to produce an extractant as described herein. Methods for obtaining extractants from biomass are described in US 2011/0312043 and US 2011/0312044, the entire contents of each of which are hereby incorporated by reference. Incorporated.

ある実施形態において、分離20および分離20’は、例えば、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、膜ろ過、クロスフローろ過、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せを含む、固体および液体を分離することが可能な任意の分離デバイスであり得る。ある実施形態において、分離は、単一工程プロセスであり得る。ある実施形態において、槽80は、スタティックミキサー、ミキサーセトラー、デカンター、重力沈降器、およびそれらの組合せであり得る。ある実施形態において、プロセスは、汚染を最小限に抑える温度(例えば、70〜110℃)に維持され得る。   In certain embodiments, separation 20 and separation 20 ′ can be, for example, decanter bowl centrifugation, three-phase centrifugation, disk stack centrifugation, filtration centrifugation, decanter centrifugation, filtration, vacuum filtration, belt filter, membrane filtration, cloth Solids including flow filtration, pressure filtration, sieving filtration, sieving separation, grids, porous grids, flotation methods, hydroclones, filter presses, screw presses, gravity settlers, vortex separators, or combinations thereof And any separation device capable of separating liquids. In certain embodiments, the separation can be a single step process. In certain embodiments, the tank 80 can be a static mixer, a mixer settler, a decanter, a gravity settler, and combinations thereof. In certain embodiments, the process may be maintained at a temperature that minimizes contamination (eg, 70-110 ° C.).

ある実施形態において、例えば、図10に示されるように、本発明のシステムおよび方法は、オンライン、インライン、アットライン、および/またはリアルタイム測定のための手段を含み得る(丸は、測定デバイスを表し、点線は、フィードバックループを表す)。図10は、オンライン、インライン、アットライン、および/またはリアルタイム測定用の測定デバイスが追加されたことを除いて図5と同様であるため、再度詳細に説明しない。   In certain embodiments, for example, as shown in FIG. 10, the system and method of the present invention may include means for online, in-line, at-line, and / or real-time measurements (circles represent measurement devices) The dotted line represents the feedback loop). FIG. 10 is similar to FIG. 5 except that a measurement device for on-line, in-line, at-line, and / or real-time measurement has been added and will not be described in detail again.

本明細書に記載されるプロセスは、発酵中に生成される様々な流れ(例えば、原料スラリー、水溶液、油流、ウェットケーキ、ウェットケーキ混合物、洗浄遠心分離液など)の例えば濃度および他の物理的特性のオンライン、インライン、アットライン、および/またはリアルタイム測定を用いた、統合された発酵プロセスであり得る。これらの測定は、例えば、フィードバックループにおいて、発酵の条件および/または発酵装置、液化ユニット、分離ユニット、および混合ユニットの条件を調整し、制御するのに使用され得る。ある実施形態において、発酵産物および/または発酵ブロス中の他の代謝産物および基質の濃度は、オンライン、インライン、アットライン、および/またはリアルタイム測定用の任意の好適な測定デバイスを用いて測定され得る。ある実施形態において、測定デバイスは、以下のもの:フーリエ変換赤外線分光器(FTIR)、近赤外線分光器(NIR)、ラマン分光器、高圧液体クロマトグラフィー(HPLC)、粘度計、密度計、張力計、液滴径分析器、粒子分析器、pH計、溶存酸素(DO)プローブなどのうちの1つ以上であり得る。ある実施形態において、発酵装置から放出されるオフガスが、例えば、インライン質量分析計によって分析され得る。発酵装置から放出されるオフガスの測定は、発酵反応中に存在する化学種を特定するための手段として使用され得る。発酵産物および他の代謝産物および基質の濃度はまた、本明細書に記載される技術およびデバイスを用いて測定され得る。   The processes described herein include, for example, the concentration and other physics of various streams generated during fermentation (eg, raw slurry, aqueous solution, oil stream, wet cake, wet cake mixture, wash centrifuge, etc.). It can be an integrated fermentation process using on-line, in-line, at-line, and / or real-time measurement of mechanical properties. These measurements can be used, for example, in a feedback loop to adjust and control fermentation conditions and / or conditions of the fermentation apparatus, liquefaction unit, separation unit, and mixing unit. In certain embodiments, the concentration of fermentation products and / or other metabolites and substrates in the fermentation broth can be measured using any suitable measurement device for online, in-line, at-line, and / or real-time measurements. . In certain embodiments, the measurement device is: Fourier transform infrared spectrometer (FTIR), near infrared spectrometer (NIR), Raman spectrometer, high pressure liquid chromatography (HPLC), viscometer, density meter, tensiometer. , A droplet size analyzer, a particle analyzer, a pH meter, a dissolved oxygen (DO) probe, and the like. In certain embodiments, off-gas released from the fermenter can be analyzed, for example, by an in-line mass spectrometer. Measurement of off-gas released from the fermenter can be used as a means to identify chemical species present during the fermentation reaction. The concentration of fermentation products and other metabolites and substrates can also be measured using the techniques and devices described herein.

ある実施形態において、測定された入力が、制御装置および/または制御システムに送られてもよく、発酵装置(温度、pH、栄養、酵素および/または基質濃度)、液化ユニット、分離ユニット、および混合ユニット内の条件が、様々な流れの濃度または濃度プロファイルを維持するように変更され得る。このような制御システムを用いて、プロセスパラメータが、全体的な工場の生産性および経済的目標を向上させるように維持され得る。ある実施形態において、発酵のリアルタイム制御が、発酵装置、液化ユニット、分離ユニット、および混合ユニット中の成分(例えば、バイオマス、糖類、酵素、栄養、微生物など)の濃度の変動によって行われ得る。ある実施形態において、自動システムが、分離および混合条件、分離および混合操作へのおよび分離および混合操作からの流量、固体および油の除去、ならびに糖およびでんぷんの回収を調整するのに使用され得る。   In certain embodiments, the measured input may be sent to a controller and / or control system, such as a fermentation device (temperature, pH, nutrient, enzyme and / or substrate concentration), liquefaction unit, separation unit, and mixing The conditions in the unit can be modified to maintain various stream concentrations or concentration profiles. With such a control system, process parameters can be maintained to improve overall factory productivity and economic goals. In certain embodiments, real-time control of fermentation may be performed by varying concentrations of components (eg, biomass, sugars, enzymes, nutrients, microorganisms, etc.) in the fermentation apparatus, liquefaction unit, separation unit, and mixing unit. In certain embodiments, an automated system can be used to regulate separation and mixing conditions, flow rates to and from separation and mixing operations, solids and oil removal, and sugar and starch recovery.

発酵プロセス中、操作のユニットが時間の経過とともに準最適なレベルで機能することが可能である。全体的な工場の生産性を維持するために、液化および分離などの操作のための流量、混合速度、装置設備などを調整する必要があり得る。本明細書に記載される方法およびシステムは、原料スラリー16、水溶液22、油26、およびウェットケーキ24などの発酵流の濃度および他の物理的特性を監視するためにオンライン、インライン、アットライン、および/またはリアルタイム測定を用いて統合され得る。これらの測定は、例えば、フィードバックループにおいて、原料スラリーの発酵、分離の条件、および洗浄サイクル性能を調整し、制御するのに使用され得る。オンライン、インライン、アットライン、および/またはリアルタイム測定を用いて、プロセス条件の即時のフィードバックおよび調整が行われてもよく、全体的な向上した発酵プロセスが得られる。例えば、発酵性炭素源(例えば、でんぷん、糖類)、油、および固体の量は、例えば、FTIRまたはNIRを用いて、原料スラリー16、水溶液22、および流れ65および75中で監視され得る。これらのパラメータを監視することによって、液化および糖化のための酵素濃度および滞留時間は、原料スラリー16の調製を向上させるように調整されてもよく、分離および混合条件は、例えば、水溶液22および流れ65および75中の発酵性炭素源、油、および/または固体の量を増加させるように調整され得る。   During the fermentation process, the unit of operation can function at a sub-optimal level over time. In order to maintain overall factory productivity, it may be necessary to adjust flow rates, mixing rates, equipment and the like for operations such as liquefaction and separation. The methods and systems described herein are online, in-line, at-line, to monitor the concentration and other physical characteristics of fermentation streams such as feed slurry 16, aqueous solution 22, oil 26, and wet cake 24. And / or can be integrated using real-time measurements. These measurements can be used, for example, to adjust and control feed slurry fermentation, separation conditions, and wash cycle performance in a feedback loop. Online, in-line, at-line, and / or real-time measurements may be used to provide immediate feedback and adjustment of process conditions, resulting in an overall improved fermentation process. For example, the amount of fermentable carbon source (eg, starch, sugars), oil, and solids can be monitored in feed slurry 16, aqueous solution 22, and streams 65 and 75 using, for example, FTIR or NIR. By monitoring these parameters, the enzyme concentration and residence time for liquefaction and saccharification may be adjusted to improve the preparation of the raw slurry 16, and the separation and mixing conditions may include, for example, the aqueous solution 22 and the flow. It can be adjusted to increase the amount of fermentable carbon source, oil, and / or solids in 65 and 75.

別の例として、ウェットケーキ24の洗浄により、ウェットケーキ中の糖類、でんぷん、および油の回収が可能になり、これらの発酵性炭素源および油の収率低下を最小限に抑える。流れ24、65、74、および75の水分、糖、でんぷん、および油含量を監視することによって、洗浄性能は、糖、でんぷん、および油の回収を向上させるように調整され得る。例えば、これらの流れの糖、でんぷん、および油含量のリアルタイム測定は、FTIRおよびNIRによって行われてもよく、これらの測定は、混合(60)および分離(20、70)条件の即時のフィードバックおよび調整を可能にする。分離デバイスの差速、供給速度、ボウル速度、スクロール差速、羽根車の位置、せきの位置、スクロールピッチ、滞留時間、および排出体積が、流れ24、65、74、および75の水分、糖、でんぷん、および油含量を変更するように調整され得る。ポンプ速度または撹拌器速度などの混合(60)条件も、流れ24、65、74、および75の水分、糖、でんぷん、および油含量を変更するように調整され得る。さらに、洗浄比(例えば、水とウェットケーキとの間の比率)も、流れ24、65、および74の水分、糖、でんぷん、および油含量を変更するように調整され得る。FTIR測定および液滴撮像が、油流(26、76)中の含水量を監視するのに使用され得る。さらに、油流(26、76)の色および濁度が、油の品質を評価するために監視され得る。このリアルタイム測定により、より清浄な油流(例えば、より少ない水)を生じる分離(20、70)条件への調整が可能になるであろう。   As another example, washing wet cake 24 allows for the recovery of sugars, starch, and oil in the wet cake, minimizing the yield loss of these fermentable carbon sources and oils. By monitoring the moisture, sugar, starch, and oil content of streams 24, 65, 74, and 75, the cleaning performance can be tuned to improve sugar, starch, and oil recovery. For example, real-time measurements of sugar, starch, and oil content of these streams may be made by FTIR and NIR, which includes immediate feedback of mixing (60) and separation (20, 70) conditions and Allows adjustment. Separation device differential speed, feed speed, bowl speed, scroll differential speed, impeller position, cough position, scroll pitch, dwell time, and discharge volume are the moisture, sugars of streams 24, 65, 74, and 75, Starch and can be adjusted to change the oil content. Mixing (60) conditions, such as pump speed or stirrer speed, can also be adjusted to alter the moisture, sugar, starch, and oil content of streams 24, 65, 74, and 75. In addition, the wash ratio (eg, the ratio between water and wet cake) can also be adjusted to alter the moisture, sugar, starch, and oil content of streams 24, 65, and 74. FTIR measurements and droplet imaging can be used to monitor the water content in the oil stream (26, 76). In addition, the color and turbidity of the oil stream (26, 76) can be monitored to assess the quality of the oil. This real-time measurement would allow adjustment to separation (20, 70) conditions that produce a cleaner oil stream (eg, less water).

本明細書に記載される方法およびシステムの別の実施形態において、ウェットケーキ24の水分含量が、リアルタイム測定を用いて監視され得る。ウェットケーキの水分含量のリアルタイム測定は、NIRによって行われてもよく、これらの測定により、分離(20、70)条件の即時のフィードバックおよび調整が可能になる。ウェットケーキの含水量を減少させることによって、ウェットケーキを乾燥させるのにより少ないエネルギーが必要とされるため、生成プロセスのための全体的なエネルギー利用が向上され得る。さらに、ウェットケーキのより少ない含水量により、でんぷんの回収が向上され得る。   In another embodiment of the methods and systems described herein, the moisture content of the wet cake 24 can be monitored using real-time measurements. Real-time measurements of the moisture content of the wet cake may be made by NIR, and these measurements allow for immediate feedback and adjustment of the separation (20, 70) conditions. By reducing the moisture content of the wet cake, the overall energy utilization for the production process can be improved because less energy is required to dry the wet cake. Further, starch recovery can be improved due to the lower moisture content of the wet cake.

リアルタイム測定を用いたプロセス制御法の別の例として、水溶液22および油26、76中の固体が、プロセス粒子分析器(JM Canty,Inc.,Buffalo,NY)、集束ビーム反射測定法(FBRM(登録商標))、または粒子顕微画像鏡測定法(PVM(登録商標))技術(Mettler−Toledo,LLC,Columbus OH)などの粒度分析を用いて測定され得る。固体をリアルタイムで監視することによって、プロセス工程が、固体の除去を向上させるように調整され、それによって、水溶液および油流中の固体の量を最小限に抑え、固体の回収を最大にし、下流の処理を含む全体的な発酵プロセスを向上させ得る。   As another example of a process control method using real-time measurements, solids in the aqueous solution 22 and oils 26, 76 may be processed using a process particle analyzer (JM Canty, Inc., Buffalo, NY), focused beam reflectometry (FBRM ( (Registered trademark)), or particle size analysis such as particle microscopic imaging (PVM®) technique (Mettler-Toledo, LLC, Columbia OH). By monitoring solids in real time, process steps are tuned to improve solids removal, thereby minimizing the amount of solids in aqueous solutions and oil streams, maximizing solids recovery, and downstream Can improve the overall fermentation process including the treatment of

図1〜10に開示されている方法およびシステムは、原料スラリー16から非溶解固体および/または油を除去することを含み、結果として、処理生産性および費用対効果を向上させる。向上した生産性としては、発酵前に非溶解固体および/または油を除去しない方法およびシステムを比べて発酵産物生成の向上した効率および/または向上した抽出活性が挙げられる。   The methods and systems disclosed in FIGS. 1-10 include removing undissolved solids and / or oils from the raw slurry 16, resulting in improved process productivity and cost effectiveness. Improved productivity includes improved efficiency of fermentation product production and / or improved extraction activity compared to methods and systems that do not remove undissolved solids and / or oils prior to fermentation.

下流の処理を含む本発明の例示的な発酵プロセスが、図11に記載されている。図11中のいくつかのプロセスおよび流れは、図1〜10において使用されるのと同じ名称および付番を用いて特定されており、図1〜10に記載されるのと同じかまたは類似のプロセスおよび流れを表す。   An exemplary fermentation process of the present invention including downstream processing is described in FIG. Several processes and flows in FIG. 11 have been identified using the same names and numbering as used in FIGS. 1-10 and are the same or similar to those described in FIGS. Represents process and flow.

図1〜10を参照して本明細書に記載されるように、原料12は、処理され、非溶解固体および/または油が分離され得る(100)。簡潔に、原料12は、液化されて、非溶解固体、発酵性炭素源、および油を含む原料スラリーが生成され得る。例えば、粉砕された穀類および1種以上の酵素が組み合わされて、原料スラリーが生成され得る。この原料スラリーは、加熱され(または調理され)、液化され、および/またはフラッシュ蒸気でフラッシュされて、「調理された」原料スラリーまたはマッシュが生成され得る。ある実施形態において、原料スラリーは、少なくとも約100℃に加熱され得る。ある実施形態において、原料スラリーは、約30分間加熱され得る。ある実施形態において、原料スラリーは、生でんぷん加水分解(低温調理または低温加水分解としても知られている)に供され得る。生でんぷん加水分解プロセスにおいて、加熱(または調理)工程が省略され、この工程の省略により、エネルギー消費および蒸気負荷(例えば、水消費)が減少される。ある実施形態において、液化および/または糖化は、発酵温度(例えば、約30℃〜約55℃)で行われ得る。ある実施形態において、液化および/または糖化は、Stargen(商標)(Genencor International,Palo Alto,CA)およびBPX(商標)(Novozymes,Franklinton,NC)などの生でんぷん酵素または低温加水分解酵素を用いて行われ得る。ある実施形態において、液化および/または糖化は、約50℃未満の温度で行われ得る。   As described herein with reference to FIGS. 1-10, feed 12 may be processed to separate undissolved solids and / or oil (100). Briefly, feedstock 12 can be liquefied to produce a feed slurry that includes undissolved solids, fermentable carbon source, and oil. For example, ground grain and one or more enzymes can be combined to produce a raw slurry. This feed slurry can be heated (or cooked), liquefied, and / or flushed with flash steam to produce a “cooked” feed slurry or mash. In certain embodiments, the raw slurry can be heated to at least about 100 ° C. In certain embodiments, the raw slurry can be heated for about 30 minutes. In certain embodiments, the raw slurry can be subjected to raw starch hydrolysis (also known as low temperature cooking or low temperature hydrolysis). In the raw starch hydrolysis process, the heating (or cooking) step is omitted, and omission of this step reduces energy consumption and steam load (eg, water consumption). In certain embodiments, liquefaction and / or saccharification can occur at fermentation temperatures (eg, about 30 ° C. to about 55 ° C.). In certain embodiments, liquefaction and / or saccharification is performed using raw starch enzymes or cold hydrolyzing enzymes such as Stargen ™ (Genencor International, Palo Alto, Calif.) And BPX ™ (Novozymes, Franklinton, NC). Can be done. In certain embodiments, liquefaction and / or saccharification may be performed at a temperature less than about 50 ° C.

次に、原料スラリーは、分離に供されて、非溶解固体が除去され、ウェットケーキ24、油26、および発酵性炭素源、例えば、溶解された発酵性糖を含む水溶液22(または遠心分離液)が生成され得る。分離は、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、膜ろ過、クロスフローろ過、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せを含むがこれらに限定されないいくつかの手段によって行われ得る。この分離工程は、原料スラリーから少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約96%、少なくとも約97%、少なくとも約98%、または少なくとも約99%の非溶解固体を除去し得る。ある実施形態において、水溶液22は、少なくとも約0.5%、少なくとも約1%、または少なくとも約2%の非溶解固体を含み得る。   The raw slurry is then subjected to separation to remove undissolved solids and an aqueous solution 22 (or centrifuge) containing wet cake 24, oil 26, and a fermentable carbon source, eg, dissolved fermentable sugar. ) May be generated. Separation: decanter bowl centrifugation, three-phase centrifugation, disc stack centrifugation, filtration centrifugation, decanter centrifugation, filtration, vacuum filtration, belt filter, membrane filtration, crossflow filtration, pressure filtration, filtration using a sieve , Sieving separation, grids, porous grids, flotation methods, hydroclones, filter presses, screw presses, gravity settlers, vortex separators, or combinations thereof may be performed by several means. This separation step may comprise at least about 80%, at least about 85%, at least about 90%, at least about 95%, at least about 96%, at least about 97%, at least about 98%, or at least about 99% non-feed from the raw slurry. Dissolved solids can be removed. In certain embodiments, the aqueous solution 22 may comprise at least about 0.5%, at least about 1%, or at least about 2% undissolved solids.

ウェットケーキ24は、水で再スラリー化または洗浄され、分離に供されて、さらなる発酵性糖が除去され、洗浄されたウェットケーキ(例えば、図1〜10に記載される74、74’)が生成され得る。ある実施形態において、約1%、約2%、約3%、約4%、約5%、約10%、または約15%の発酵性糖が、洗浄されたウェットケーキから回収され得る。洗浄プロセスは、何回か、例えば、1回、2回、3回、4回、5回、またはそれ以上の回数で繰り返され得る。ウェットケーキを再スラリー化または洗浄するのに使用される水は、発酵プロセス中に生成される再利用水(例えば、逆流、調理水、プロセス水、蒸留残留水、蒸発水)であり得る。ある実施形態において、ウェットケーキは、ビールで再スラリー化または洗浄され得る。洗浄/分離プロセスによって生成される洗浄遠心分離液(例えば、図4および図5に記載される75、75’)は、粉砕された穀類とともにスラリーを形成するように混合工程に戻されるか、または液化プロセスに使用され得る。ある実施形態において、洗浄遠心分離液は、混合工程の前に、加熱または冷却され得る。   The wet cake 24 is reslurried or washed with water and subjected to separation to remove additional fermentable sugars, and the washed wet cake (eg, 74, 74 ′ described in FIGS. 1-10) is obtained. Can be generated. In certain embodiments, about 1%, about 2%, about 3%, about 4%, about 5%, about 10%, or about 15% of fermentable sugar can be recovered from the washed wet cake. The cleaning process can be repeated several times, eg, once, twice, three times, four times, five times, or more times. The water used to reslurry or wash the wet cake can be recycled water (eg, reverse flow, cooking water, process water, distilled residual water, evaporating water) produced during the fermentation process. In certain embodiments, the wet cake may be reslurried or washed with beer. The washing centrifuge liquid produced by the washing / separation process (eg, 75, 75 ′ described in FIGS. 4 and 5) is returned to the mixing step to form a slurry with the milled cereal, or Can be used for liquefaction processes. In certain embodiments, the washed centrifuge liquid can be heated or cooled prior to the mixing step.

水溶液22は、本明細書に記載されるようにさらに処理され得る。例えば、水溶液22は、蒸気またはプロセス間熱交換(process to process heat exchange)を用いて加熱され得る。糖化酵素が、水溶液22に加えられてもよく、水溶液22の溶解された発酵性糖は、部分的にまたは完全に糖化され得る。糖化された水溶液22は、プロセス間交換、冷却水による交換、または冷水による交換などのいくつかの手段によって冷却され得る。   The aqueous solution 22 can be further processed as described herein. For example, the aqueous solution 22 can be heated using steam or process to process heat exchange. A saccharifying enzyme may be added to the aqueous solution 22, and the dissolved fermentable sugar of the aqueous solution 22 may be partially or fully saccharified. The saccharified aqueous solution 22 can be cooled by several means such as interprocess exchange, exchange with cooling water, or exchange with cold water.

水溶液22および微生物32は、発酵30に加えられてもよく、ここで、発酵性糖は、微生物32によって代謝されて、発酵産物(例えば、生成物アルコール)を含有する流れ105が生成される。ある実施形態において、微生物32は、1−ブタノール、2−ブタノール、またはイソブタノールなどの生成物アルコールを生成することが可能な組み換え微生物であり得る。ある実施形態において、アンモニアおよび再利用流も、発酵30に加えられ得る。ある実施形態において、このプロセスは、少なくとも1つの発酵装置、少なくとも2つの発酵装置、少なくとも3つの発酵装置、少なくとも4つの発酵装置、少なくとも5つの発酵装置、またはそれ以上の発酵装置を含み得る。ある実施形態において、大気放出(例えば、アルコール大気放出)を減少させ、生成物の収率を高めるために、発酵中に生成される二酸化炭素がスクラバーに排気され得る。   The aqueous solution 22 and the microorganism 32 may be added to the fermentation 30, where fermentable sugars are metabolized by the microorganism 32 to produce a stream 105 containing the fermentation product (eg, product alcohol). In certain embodiments, the microorganism 32 can be a recombinant microorganism capable of producing a product alcohol such as 1-butanol, 2-butanol, or isobutanol. In certain embodiments, ammonia and a recycle stream can also be added to fermentation 30. In certain embodiments, the process may include at least one fermenter, at least two fermenters, at least three fermenters, at least four fermenters, at least five fermenters, or more fermenters. In certain embodiments, carbon dioxide produced during fermentation can be vented to a scrubber to reduce atmospheric emissions (eg, alcohol atmospheric emissions) and increase product yield.

生成物アルコールを含む流れ105が、ビール塔120に送られて、アルコール富化流れ122および塔底流125が生成され得る。アルコール富化流れ122は、生成物アルコールの回収のためにアルコール回収160に送られ得る。生成物アルコールは、蒸留、(例えば、樹脂による)吸着、分子篩による分離、パーベーパレーション、ガスストリッピング、抽出などを含むがこれらに限定されない、当該技術分野において公知の方法を用いて、アルコール富化流れ122から回収され得る。発酵前に除去される固体の大部分とともに、希薄な蒸留廃液を含む塔底流125が、蒸発130を介した蒸発によって濃縮されて、シロップ135が形成され得る。シロップ135は、混合器140中でウェットケーキ(本明細書に記載される24、74、74’)と組み合わされてもよく、次に、ウェットケーキおよびシロップの組み合わされた流れ145は、乾燥器150中で乾燥されて、DDGSが生成され得る。   Stream 105 containing product alcohol may be sent to beer tower 120 to produce alcohol enriched stream 122 and bottom stream 125. The alcohol enriched stream 122 may be sent to the alcohol recovery 160 for product alcohol recovery. The product alcohol can be enriched using methods known in the art, including but not limited to distillation, adsorption (eg, with a resin), separation by molecular sieve, pervaporation, gas stripping, extraction, and the like. Can be recovered from the chemical stream 122. A bottom stream 125 containing dilute distillate with most of the solids removed prior to fermentation can be concentrated by evaporation via evaporation 130 to form syrup 135. Syrup 135 may be combined with wet cake (24, 74, 74 'described herein) in mixer 140, and then the combined stream 145 of wet cake and syrup is Dried in 150, DDGS can be produced.

ある実施形態において、流れ105が脱気され得る。ある実施形態において、流れ105は、例えば、高温マッシュによるプロセス間交換によって、脱気の前に加熱され得る。ある実施形態において、蒸気が、凝縮器、次に、スクラバーに排気されてもよい。脱気された流れ105は、例えば、蒸留および/またはアルコール回収領域中の他の流れによるプロセス間熱交換によってさらに加熱され得る。   In certain embodiments, stream 105 can be degassed. In certain embodiments, stream 105 may be heated prior to degassing, for example, by inter-process exchange with a hot mash. In certain embodiments, the vapor may be exhausted to a condenser and then to a scrubber. The degassed stream 105 can be further heated, for example, by interprocess heat exchange with distillation and / or other streams in the alcohol recovery zone.

図11の別の実施形態において、水溶液22、微生物32、および抽出剤は、発酵30に加えられて、二相流れが生成され得る。ある実施形態において、抽出剤が、再利用ループを介して発酵30に加えられ得る。ある実施形態において、抽出剤は、発酵30の下流または発酵30の外部に加えられ得る。発酵ブロスおよび発酵産物(例えば、生成物アルコール)を含む流れが、外部の抽出器に送られて、生成物アルコールを含む流れおよび塔底流が生成され得る。ある実施形態において、生成物アルコールを含む流れは、生成物アルコールの回収のためにアルコール回収160に送られ得る。ある実施形態において、塔底流を希薄な蒸留廃液および抽出剤へと分離するために、塔底流は、分離デバイスに送られ得る。ある実施形態において、回収された抽出剤は、生成物アルコールの抽出のために再利用され得る。発酵前に除去される固体の大部分を含む、希薄な蒸留廃液は、蒸発130によって濃縮されて、シロップが形成され得る。シロップは、混合器140中でウェットケーキ(本明細書に記載される24、74、74’)と組み合わされてもよく、次に、ウェットケーキおよびシロップの組み合わされた流れ145は、乾燥器150中で乾燥されて、DDGSが生成され得る。   In another embodiment of FIG. 11, the aqueous solution 22, the microorganism 32, and the extractant can be added to the fermentation 30 to generate a two-phase flow. In certain embodiments, an extractant can be added to fermentation 30 via a recycling loop. In certain embodiments, the extractant can be added downstream of fermentation 30 or external to fermentation 30. A stream containing the fermentation broth and fermentation product (eg, product alcohol) can be sent to an external extractor to produce a stream containing the product alcohol and a bottoms stream. In certain embodiments, a stream comprising product alcohol may be sent to alcohol recovery 160 for product alcohol recovery. In certain embodiments, the bottoms stream can be sent to a separation device to separate the bottoms stream into dilute distillation waste and extractant. In certain embodiments, the recovered extractant can be reused for extraction of product alcohol. The dilute waste liquor containing the majority of the solids removed prior to fermentation can be concentrated by evaporation 130 to form a syrup. The syrup may be combined with the wet cake (24, 74, 74 ′ described herein) in the mixer 140, and then the combined stream of wet cake and syrup 145 is added to the dryer 150. Dried in, DDGS can be produced.

ある実施形態において、水溶液22、微生物32、および抽出剤が、発酵30に加えられて、単一の液相流が形成され得る。ある実施形態において、二相流または単一の液相流は、発酵30からバッチ式に引き抜かれてもよく、または発酵30から連続して引き抜かれてもよい。ある実施形態において、抽出剤が、発酵30の下流または発酵30の外部に加えられて、単一の液相流が形成され得る。ある実施形態において、抽出剤は、外部の抽出器に加えられて、単一の液相流が形成され得る。   In certain embodiments, the aqueous solution 22, the microorganism 32, and the extractant can be added to the fermentation 30 to form a single liquid phase stream. In certain embodiments, a two-phase stream or a single liquid phase stream may be withdrawn batchwise from fermentation 30 or may be withdrawn continuously from fermentation 30. In certain embodiments, an extractant can be added downstream of fermentation 30 or external to fermentation 30 to form a single liquid phase stream. In certain embodiments, the extractant can be added to an external extractor to form a single liquid phase stream.

アルコール回収のための例示的なプロセスが、本明細書に記載され、発酵ブロスから生成物アルコールを回収するためのさらなる方法が、米国特許出願公開第2009/0305370号明細書;米国特許出願公開第2010/0221802号明細書;米国特許出願公開第2011/0097773号明細書;米国特許出願公開第2011/0312044号明細書;米国特許出願公開第2011/0312043号明細書;米国特許出願公開第2012/0035398号明細書;米国特許出願公開第2012/0156738号明細書;PCT国際公報の国際公開第2011/159998号パンフレット;およびPCT国際公報の国際公開第2012/030374号パンフレットに記載されており;それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。例えば、真空蒸発が、発酵ブロスから生成物アルコールを回収するのに使用され得る。予め加熱されたビール(例えば、水流22)および溶媒(例えば、抽出剤)が、従来の乾式磨砕燃料エタノールプラントのビール塔の改造であり得るプレフラッシュ塔に入り得る。この塔は、大気圧より低い圧力で運転され、一連の蒸発器からまたはマッシュ調理工程から取り出された水蒸気によって駆動され得る。プレフラッシュ塔の塔頂物は、冷却水と、プレフラッシュ塔原料による熱交換を含むプロセス間熱交換とのいくつかの組み合わせによる熱交換によって凝縮され得る。液体凝縮物は、アルコール/水デカンターに送られ得る。   An exemplary process for alcohol recovery is described herein, and additional methods for recovering product alcohol from a fermentation broth are described in US Patent Application Publication No. 2009/0305370; US Patent Application Publication No. 2010/0221802; U.S. Patent Application Publication 2011/0097773; U.S. Patent Application Publication 2011/0312044; U.S. Patent Application Publication 2011/0312043; U.S. Patent Application Publication 2012 / US Patent Application Publication No. 2012/0156738; PCT International Publication No. International Publication No. 2011/159998; and PCT International Publication No. International Publication No. 2012/030374 pamphlet; The entire contents of It is incorporated herein by reference. For example, vacuum evaporation can be used to recover product alcohol from the fermentation broth. Preheated beer (e.g., water stream 22) and solvent (e.g., extractant) may enter the preflash tower, which may be a modification of a conventional dry ground fuel ethanol plant beer tower. The column is operated at a pressure below atmospheric pressure and can be driven by water vapor taken from a series of evaporators or from a mash cooking process. The top of the preflash tower can be condensed by heat exchange by several combinations of cooling water and interprocess heat exchange including heat exchange with the preflash tower feed. The liquid condensate can be sent to an alcohol / water decanter.

プレフラッシュ塔の塔底物は、溶媒デカンターに進められ得る。プレフラッシュ塔の塔底物は、生成物アルコールを実質的に取り除かれ得る。デカンターは、スティルウェル(stil well)、遠心分離機、またはハイドロクロンであり得る。水が、このデカンター中の溶媒相から実質的に分離され、水相が生成され得る。懸濁され、溶解された固体を含む水相は、遠心分離されて、ウェットケーキおよび希薄な蒸留廃液が生成され得る。ウェットケーキは、他の流れと組み合わされ、乾燥されて、DDGSが生成され得、それは、DDGSを生成する他の流れと別個に、乾燥され、販売され得るか、またはそれはウェットケーキとして販売され得る。水相は、本明細書に記載されるウェットケーキを再スラリー化するために部分的に使用される逆流を提供するために分割され得る。分割は、希薄な蒸留廃液も提供し、これは、さらなる処理のために蒸発器に注入され得る。   The bottom of the preflash tower can be advanced to a solvent decanter. The bottoms of the preflash tower can substantially remove product alcohol. The decanter can be a still well, a centrifuge, or a hydroclone. Water can be substantially separated from the solvent phase in the decanter to produce an aqueous phase. The aqueous phase containing suspended and dissolved solids can be centrifuged to produce a wet cake and dilute distillate waste. The wet cake can be combined with other streams and dried to produce DDGS, which can be dried and sold separately from other streams that produce DDGS, or it can be sold as a wet cake . The aqueous phase can be split to provide a backflow that is partially used to reslurry the wet cake described herein. The split also provides a dilute distillation waste that can be injected into the evaporator for further processing.

溶媒デカンター中で生成される有機相は、アルコールのエステルであり得る。溶媒は、加水分解されて、反応性溶媒が再生され、さらなるアルコールが回収され得る。あるいは、有機相は、ろ過され、製品として販売され得る。加水分解は、熱によって推進され、均一触媒によるか、または不均一触媒により得る。このプロセスへの熱注入は、加熱炉、高温油、電気的熱注入、または高圧蒸気であり得る。加水分解を推進するために加えられる水は、再利用された水流、新鮮な水、または蒸気に由来し得る。   The organic phase produced in the solvent decanter can be an ester of an alcohol. The solvent can be hydrolyzed to regenerate the reactive solvent and recover additional alcohol. Alternatively, the organic phase can be filtered and sold as a product. The hydrolysis is driven by heat and can be obtained with a homogeneous catalyst or with a heterogeneous catalyst. The heat injection into this process can be a furnace, hot oil, electrical heat injection, or high pressure steam. The water added to drive hydrolysis can come from recycled water streams, fresh water, or steam.

冷却され、加水分解された溶媒は、大気圧より低い圧力の溶媒塔に注入されてもよく、ここで、溶媒は、蒸気によって生成物アルコールを実質的に取り除かれ得る。この蒸気は、蒸発器からの水蒸気であってもよく、マッシュプロセスのフラッシュ工程からの蒸気であってもよく、またはボイラーからの蒸気であってもよい(例えば、内容全体が参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2009/0171129号明細書を参照)。従来の乾式磨砕エタノールプラントからの整流塔が、溶媒塔として適し得る。整流塔は、溶媒塔として働くように改造され得る。溶媒塔の塔底物は、例えば、冷却水またはプロセス間熱交換によって冷却され得る。冷却された塔底物は、残留水を除去するためにデカントされてもよく、この水は、このプロセスの他の工程に再利用されてもよく、または液化に再利用されてもよい。   The cooled and hydrolyzed solvent may be injected into a solvent tower at a pressure below atmospheric pressure, where the solvent can substantially remove the product alcohol by steam. This steam may be steam from the evaporator, may be steam from the flash step of the mash process, or may be steam from a boiler (eg, the entire contents of which are hereby incorporated by reference). U.S. Patent Application Publication No. 2009/0171129, incorporated herein by reference). A rectifying tower from a conventional dry grinding ethanol plant may be suitable as a solvent tower. The rectifying tower can be modified to act as a solvent tower. The bottom of the solvent tower can be cooled, for example, by cooling water or interprocess heat exchange. The cooled bottoms may be decanted to remove residual water, which may be reused for other steps in the process or reused for liquefaction.

溶媒塔の塔頂物は、冷却水による交換によってまたはプロセス間熱交換によって冷却されてもよく、凝縮物が、プレフラッシュ塔の塔頂物と共用され得る排気されたアルコール/水デカンターに送られ得る。スクラバー塔底物および脱気工程からの凝縮物を含む、他の混合される水および生成物アルコール流が、このデカンターに加えられてもよい。二酸化炭素を含む排気が、水スクラバーに送られてもよい。このデカンターの水層はまた、溶媒塔に供給されてもよく、または小型の専用の蒸留塔中で生成物アルコールを取り除かれ得る。水層は、プレフラッシュ塔の塔頂物、溶媒塔の塔頂物、または溶媒塔の塔底物によるプロセス間交換によって予め加熱され得る。この専用の塔は、従来の乾式磨砕燃料エタノールプロセスのサイドストリッパーから改造され得る。   The top of the solvent tower may be cooled by exchange with cooling water or by inter-process heat exchange, and the condensate is sent to an evacuated alcohol / water decanter that can be shared with the top of the preflash tower. obtain. Other mixed water and product alcohol streams, including scrubber tower bottoms and condensate from the degassing step, may be added to the decanter. Exhaust gas containing carbon dioxide may be sent to the water scrubber. The decanter aqueous layer may also be fed to the solvent column or the product alcohol may be removed in a small dedicated distillation column. The aqueous layer may be preheated by interprocess exchange with preflush tower tops, solvent tower tops, or solvent tower bottoms. This dedicated tower can be retrofitted from a conventional dry ground fuel ethanol process side stripper.

アルコール/水デカンターの有機層は、アルコール塔に注入され得る。この塔は、過圧(super−atmospheric)塔であってもよく、ボイラー内の蒸気凝縮によって駆動され得る。塔を運転するためのエネルギー需要を減少させるために、塔への原料がプロセス間熱交換によって加熱され得る。このプロセス間熱交換器は、プレフラッシュ塔の分縮器、溶媒塔の分縮器、加水分解装置の生成物、蒸発器からの水蒸気、またはアルコール塔の塔底物を含み得る。アルコール塔の蒸気の凝縮物は、冷却されてもよく、アルコール/水デカンターに戻されてもよい。アルコール塔の塔底物は、アルコール塔原料による交換を含むプロセス間熱交換によって冷却されてもよく、冷却水によってさらに冷却され、ろ過され、生成物アルコールとして販売され得る。   The organic layer of alcohol / water decanter can be injected into the alcohol tower. This column may be a super-atmospheric column and may be driven by vapor condensation in the boiler. In order to reduce the energy demand for operating the tower, the feed to the tower can be heated by inter-process heat exchange. The inter-process heat exchanger may include a preflash tower partial condenser, a solvent tower partial condenser, a hydrolyzer product, water vapor from the evaporator, or an alcohol tower bottom. The alcohol tower vapor condensate may be cooled and returned to the alcohol / water decanter. The bottoms of the alcohol tower may be cooled by inter-process heat exchange, including exchange with alcohol tower feed, and can be further cooled by cooling water, filtered, and sold as product alcohol.

本明細書に記載されるようにプレフラッシュ塔の塔底物から生成される希薄な蒸留廃液は、多重効用蒸発器に送られ得る(例えば、内容全体が参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2011/0315541号明細書を参照)。この蒸発器は、2つ、3つ、またはそれ以上の段階を有し得る。蒸発器は、燃料エタノールプラントの従来の設計と類似の2つの効用部による4つの本体の構成を有してもよく、3つの効用部による3つの本体を有してもよく、または他の構成を有してもよい。希薄な蒸留廃液は、複数の効用部のいずれかに入り得る。第1の効用部本体の少なくとも1つが、過圧アルコール塔からの蒸気によって加熱され得る。蒸気は、最も圧力の低い効用部から取り出されて、水蒸気の形態の熱が、大気圧より低い圧力のプレフラッシュ塔および溶媒塔に与えられ得る。蒸発器からのシロップが、蒸留器の穀類乾燥器に加えられてもよい。   The dilute distillation liquor produced from the bottom of the preflash tower as described herein can be sent to a multi-effect evaporator (eg, the United States of which is incorporated herein by reference in its entirety). (See Japanese Patent Application Publication No. 2011/0315541). The evaporator can have two, three, or more stages. The evaporator may have a four body configuration with two effects similar to the conventional design of a fuel ethanol plant, may have three bodies with three effects, or other configurations You may have. The dilute waste liquor can enter any of the plurality of utility parts. At least one of the first effect body may be heated by steam from the overpressure alcohol tower. Steam can be withdrawn from the lowest pressure utility and heat in the form of water vapor can be provided to preflash and solvent towers at pressures below atmospheric pressure. Syrup from the evaporator may be added to the cereal dryer of the still.

発酵装置、脱気装置(degasser)、アルコール/水デカンター、および他の供給源からの二酸化炭素放出は、水スクラバーに送られ得る。このスクラバーの上部に供給される水は、新鮮な水であってもよく、再利用水であってもよい。再利用水は、揮発性有機化合物を除去するために処理(例えば、生物学的に消化)され、急冷され得る。スクラバーの塔底物は、アルコール/水デカンター、溶媒塔に送られてもよく、または他の再利用水とともに使用されて、本明細書に記載されるようにウェットケーキが再スラリー化されてもよい。蒸発器からの凝縮物は、嫌気性の生物学的消化または他のプロセスによって処理されて、ウェットケーキを再スラリー化するために再利用する前に水が精製され得る。   Carbon dioxide emissions from fermenters, degassers, alcohol / water decanters, and other sources can be sent to a water scrubber. The water supplied to the upper part of the scrubber may be fresh water or reused water. The recycled water can be treated (eg, biologically digested) and quenched to remove volatile organic compounds. The scrubber bottoms may be sent to an alcohol / water decanter, solvent tower, or used with other recycled water to re-slurry the wet cake as described herein. Good. Condensate from the evaporator can be processed by anaerobic biological digestion or other processes to purify the water before reuse to re-slurry the wet cake.

油は、いくつかの点のいずれかにおいてプロセス流から分離され得る。例えば、遠心分離機が、調理されたマッシュのろ過の後に油流を生成するように運転されてもよく、またはプレフラッシュ塔水相遠心分離機が、油流を生成するように運転されてもよい。中間の濃縮シロップまたは最終的なシロップが遠心分離されて、油流が生成され得る。   The oil can be separated from the process stream at any of several points. For example, a centrifuge may be operated to produce an oil stream after filtration of cooked mash, or a preflush tower water phase centrifuge may be operated to produce an oil stream. Good. The intermediate concentrated syrup or the final syrup can be centrifuged to produce an oil stream.

別の実施形態において、多相材料が、プレフラッシュ塔の塔底を出て、本明細書に記載されるように分離システムにおいて処理され得る。濃縮された固体は、水流に再分配され得、この組み合わされた流れは、液化されたマッシュから分離され、洗浄された低でんぷん固体を再パルプ化し、注入するのに使用され得る。   In another embodiment, the multiphase material can exit the bottom of the preflash tower and be processed in a separation system as described herein. The concentrated solids can be redistributed into a water stream, and this combined stream can be separated from the liquefied mash and used to repulp and inject the washed low starch solids.

生成物アルコール回収のための別の例示的なプロセスにおいて、発酵ブロス中の生成物アルコールを特定の濃度未満に維持するために、抽出剤が、発酵中に発酵ブロスから生成物アルコールを除去するのに用いられ得る。ある実施形態において、生成物アルコールの除去が、アルコールエステルを生成するために、触媒の存在下で、カルボン酸によるエステル化によって行われ得る。アルコールエステルの形成によってアルコールを抽出するための方法およびシステムの説明が、内容全体が参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2012/0156738号明細書に見られる。例えば、原料スラリーから分離される油が、エステラーゼ(例えば、リパーゼ)などの触媒によって加水分解されて、油中のトリグリセリドが、カルボン酸などの脂肪酸に転化され得る。これらの脂肪酸は、生成物アルコールの回収のための抽出剤として使用され得る。ある実施形態において、油の加水分解は、発酵装置への触媒の添加によって、発酵装置において行われ得る。ある実施形態において、油の加水分解は、別個の槽において行われてもよく、脂肪酸は、発酵装置に加えられ得る。例えば、原料スラリーは、槽またはタンクに送られてもよく、リパーゼなどのエステラーゼが、槽に加えられて、原料スラリー中に存在する油が脂肪酸に転化され得る。脂肪酸を含む原料スラリーは、発酵装置に送られ得る。   In another exemplary process for product alcohol recovery, the extractant removes product alcohol from the fermentation broth during fermentation to maintain the product alcohol in the fermentation broth below a certain concentration. Can be used. In certain embodiments, product alcohol removal may be performed by esterification with a carboxylic acid in the presence of a catalyst to produce an alcohol ester. A description of methods and systems for extracting alcohol by formation of alcohol esters can be found in US Patent Application Publication No. 2012/0156738, the entire contents of which are hereby incorporated by reference. For example, oil separated from the raw slurry can be hydrolyzed by a catalyst such as esterase (eg, lipase), and triglycerides in the oil can be converted to fatty acids such as carboxylic acids. These fatty acids can be used as extractants for the recovery of product alcohol. In certain embodiments, the hydrolysis of the oil can be performed in the fermentor by the addition of a catalyst to the fermentor. In certain embodiments, the hydrolysis of the oil may be performed in a separate tank and the fatty acid may be added to the fermenter. For example, the raw slurry may be sent to a tank or tank, and an esterase such as lipase can be added to the tank to convert the oil present in the raw slurry to fatty acids. The raw material slurry containing the fatty acid can be sent to a fermentation apparatus.

発酵によって生成される生成物アルコールは、脂肪酸と反応して、アルコールエステルを生成し得る。ある実施形態において、これらのアルコールエステルは、発酵ブロスから抽出され得る。例えば、アルコールエステルを含む発酵ブロスは、発酵ブロスを3つの流れ:非溶解固体(微生物を含む)、水流、およびアルコールエステルを含む有機流へと分離するために、三相遠心分離機などの分離デバイスに移され得る。ある実施形態において、発酵ブロスは、2つの流れ:非溶解固体(微生物を含む)ならびに水相および有機相を含む二相混合物へと分離され得る。発酵ブロスのこの分離は、例えば、分離のために発酵ブロスの一部を除去することによって発酵中に連続して、またはバッチ式に行われてもよく、例えば、発酵装置の全内容物が、分離のために除去され得る。   The product alcohol produced by fermentation can react with fatty acids to produce alcohol esters. In certain embodiments, these alcohol esters can be extracted from the fermentation broth. For example, a fermentation broth containing an alcohol ester may be separated, such as a three-phase centrifuge, to separate the fermentation broth into three streams: an undissolved solid (including microorganisms), a water stream, and an organic stream containing the alcohol ester. Can be transferred to the device. In certain embodiments, the fermentation broth can be separated into two streams: a non-dissolved solid (including microorganisms) and a two-phase mixture including an aqueous phase and an organic phase. This separation of the fermentation broth may be performed continuously during the fermentation, for example by removing a portion of the fermentation broth for separation, or batchwise, e.g. Can be removed for separation.

ある実施形態において、二相混合物は、アルコールエステルを含有する有機相および水相へと分離されてもよく、この分離は、吸上げ(siphoning)、吸引、デカンテーション、遠心分離、重力沈降器、膜による分相、ハイドロクロンなどを含むがこれらに限定されない、当該技術分野において公知の任意の方法を用いて行われ得る。アルコールエステルを含有する有機相は、生成物アルコールを回収するようにさらに処理され得る。例えば、アルコールエステルを含有する有機相は、槽に移されてもよく、ここで、アルコールエステルは、触媒の存在下で加水分解されて、生成物アルコールおよび脂肪酸が形成されてもよく、生成物アルコールと脂肪酸とのこの混合物が、生成物アルコールおよび脂肪酸を分離するために蒸留によって処理され得る。   In certain embodiments, the biphasic mixture may be separated into an organic phase containing an alcohol ester and an aqueous phase, the separation comprising siphoning, aspiration, decantation, centrifugation, gravity settling, It can be performed using any method known in the art, including but not limited to phase separation by membranes, hydroclone, and the like. The organic phase containing the alcohol ester can be further processed to recover the product alcohol. For example, the organic phase containing the alcohol ester may be transferred to a tank where the alcohol ester may be hydrolyzed in the presence of a catalyst to form product alcohol and fatty acid, This mixture of alcohol and fatty acid can be processed by distillation to separate the product alcohol and fatty acid.

ある実施形態において、脂肪酸は、発酵装置または抽出塔に再利用され得る。ある実施形態において、水流および非溶解固体は、発酵装置に再利用され得る。   In certain embodiments, the fatty acids can be recycled to the fermenter or extraction tower. In certain embodiments, water streams and undissolved solids can be recycled to the fermenter.

ある実施形態において、生成物アルコールの抽出は、発酵装置の下流または発酵装置の外部で行われ得る。ある実施形態において、発酵システムは、例えば、混合デバイスおよび分離システムを含む外部の抽出システムを含み得る。発酵ブロスは、混合デバイスに送られてもよく、抽出剤は、混合デバイスに加えられ、発酵ブロスと組み合わされて、二相混合物が生成され得る。二相混合物は、分離システムに導入されてもよく、ここで、二相混合物の分離により、アルコールを含有する有機相および水相が生成される。ある実施形態において、水相またはその一部は、発酵装置に戻され得る。ある実施形態において、アルコールを含有する有機相は、抽出剤塔に送られ得る。これらの実施形態におけるバイオマス処理生産性は、液化後であるが発酵前に、バイオマス原料流成分の分離によって大幅に向上される。特に、非溶解固体および/または油の量を減少させることにより、外部のアルコール抽出システムの向上した効率が得られる。   In certain embodiments, the extraction of product alcohol may be performed downstream of the fermenter or external to the fermenter. In certain embodiments, the fermentation system may include an external extraction system including, for example, a mixing device and a separation system. The fermentation broth may be sent to a mixing device, and the extractant may be added to the mixing device and combined with the fermentation broth to produce a two-phase mixture. The biphasic mixture may be introduced into a separation system, where separation of the biphasic mixture produces an organic phase containing alcohol and an aqueous phase. In certain embodiments, the aqueous phase or a portion thereof can be returned to the fermenter. In certain embodiments, the organic phase containing the alcohol can be sent to the extractant tower. Biomass processing productivity in these embodiments is greatly improved by separation of biomass feedstock components after liquefaction but before fermentation. In particular, by reducing the amount of undissolved solids and / or oil, improved efficiency of the external alcohol extraction system is obtained.

ある実施形態において、油が、原料または原料スラリーから分離されてもよく、油の貯蔵槽に貯蔵され得る。例えば、油は、三相遠心分離または機械的抽出を含む分離のための任意の好適な手段を用いて、原料または原料スラリーから分離され得る。原料または原料スラリーからの油の除去を向上させるために、界面活性剤、抗乳化剤、または凝集剤ならびに酵素などの油抽出助剤が用いられ得る。油抽出助剤の例としては、以下に限定はされないが、非高分子液体界面活性剤;タルカムパウダー;微細タルカムパウダー;Pectinex(登録商標)Ultra SP−L、Celluclast(登録商標)、およびViscozyme(登録商標)L(Sigma−Aldrich,St.Louis,MO)、およびNZ 33095(Novozymes,Franklinton,NC);塩(NaOH)などの酵素;および炭酸カルシウムが挙げられる。油の除去を向上させるための別の手段は、pHを上昇または低下させるなどのpH調整であり得る。油の除去のさらなる利点としては、向上した油の収率、向上した油の品質、減少されたシステムの付着物(deposition)、および減少された休止時間が挙げられる。さらに、油の除去はまた、より清浄なより高品質の油をもたらし得る。   In certain embodiments, the oil may be separated from the raw material or raw slurry and stored in an oil reservoir. For example, the oil can be separated from the raw material or raw slurry using any suitable means for separation including three-phase centrifugation or mechanical extraction. Oil extraction aids such as surfactants, demulsifiers, or flocculants as well as enzymes can be used to improve the removal of oil from the raw material or raw material slurry. Examples of oil extraction aids include, but are not limited to, non-polymeric liquid surfactants; talcum powder; fine talcum powder; Pectinex® Ultra SP-L, Celluclast®, and Viscozyme ( Registered trademark L (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO), and NZ 33095 (Novozymes, Franklinton, NC); enzymes such as salt (NaOH); and calcium carbonate. Another means for improving oil removal may be pH adjustment, such as increasing or decreasing the pH. Additional benefits of oil removal include improved oil yield, improved oil quality, reduced system deposition, and reduced downtime. Furthermore, oil removal can also result in cleaner and higher quality oils.

次に、残りの原料または原料スラリーが、一切の残油を除去するようにさらに処理され得る。例えば、油の分離後の原料または原料スラリーは、槽またはタンクに送られてもよく、エステラーゼ(例えば、リパーゼ)などの触媒が、槽に加えられ、原料または原料スラリー中に存在する油が脂肪酸に転化され得る。原料または原料スラリーからの油の除去により、酵素の効率が向上されるだけでなく、本明細書に記載されるプロセスに必要とされる酵素の量が減少され得る。次に、原料または原料スラリーは、発酵装置に送られてもよく、生成物アルコールの生成のために、微生物も発酵装置に加えられ得る。ある実施形態において、触媒は、例えば、加熱によって失活され得る。ある実施形態において、失活は、別個の槽、例えば、失活槽中で行われ得る。失活された原料または原料スラリーは、発酵装置に送られてもよく、生成物アルコールの生成のために、微生物も発酵装置に加えられ得る。油を脂肪酸に転化することによる原料または原料スラリーからの油の除去は、より効率的な発酵による生産工場のエネルギー節約、油の除去による汚損の減少、およびエネルギー必要量、例えば、穀類蒸留粕を乾燥させるのに必要なエネルギーの減少をもたらし得る。発酵の後、生成物アルコールを含む発酵ブロスは、生成物アルコールの回収のために、外部の槽、例えば、外部の抽出器または外部の抽出ループに送られ得る。本明細書において提供される油の除去は、安定したエマルジョンが原料流分離プロセスによって生じにくいように本発明の実施形態が原料スラリーから油を分離する点で、公知の技術と異なり、発酵後の、取り込まれたバイオオイルの回収とともに形成されるエマルジョンを分解するためのプロトン性溶媒の添加が必要となる可能性が低くなる(例えば、米国特許第7,601,858号明細書;米国特許第8,192,627号明細書を参照)。本発明のある実施形態において、エマルジョンが形成され得るが、機械的処理または他の従来の手段によって、容易に分解される。   The remaining feed or feed slurry can then be further processed to remove any residual oil. For example, the raw material or raw material slurry after separation of oil may be sent to a tank or a tank, a catalyst such as esterase (for example, lipase) is added to the tank, and the oil present in the raw material or raw material slurry is a fatty acid. Can be converted to The removal of oil from the feedstock or feed slurry not only increases the efficiency of the enzyme, but can also reduce the amount of enzyme required for the processes described herein. The raw material or raw slurry can then be sent to a fermentor and microorganisms can also be added to the fermentor for production of product alcohol. In certain embodiments, the catalyst can be deactivated, for example, by heating. In certain embodiments, deactivation may be performed in a separate tank, eg, a deactivation tank. The deactivated raw material or raw material slurry may be sent to a fermenter and microorganisms may also be added to the fermenter for production of product alcohol. Removal of oil from raw materials or raw slurry by converting oil to fatty acids reduces production plant energy savings through more efficient fermentation, reduces fouling through oil removal, and reduces energy requirements such as cereal distillers. This can result in a reduction in the energy required to dry. After fermentation, the fermentation broth containing the product alcohol can be sent to an external tank, such as an external extractor or an external extraction loop, for product alcohol recovery. The oil removal provided herein differs from known techniques in that embodiments of the present invention separate the oil from the raw slurry so that a stable emulsion is less likely to occur by the raw stream separation process. Less likely to require the addition of a protic solvent to break up the emulsion formed with the recovery of the incorporated bio-oil (eg, US Pat. No. 7,601,858; US Pat. (See 8,192,627). In certain embodiments of the invention, an emulsion may be formed, but is easily broken down by mechanical processing or other conventional means.

抽出剤が、生成物アルコールを回収するのに使用される場合、発酵プロセスの前の油の除去により、抽出剤によって取り込まれる油の量が減少され、ひいては生成物アルコールを回収するための抽出剤の有効性が延長され得る。抽出剤によって取り込まれる油は、抽出剤のKならびに選択性を低下させることがあり、ひいては生成プロセスの運転コストを増加させ得る。抽出剤は、生成プロセスにおいて再利用され得るため、各発酵サイクルにより、抽出剤が、抽出剤によって取り込まれるより多い油に曝され、時間の経過とともに、抽出剤のKおよび選択性が著しく低下され得る。本明細書に記載される方法およびシステムは、原料または原料スラリーから油を除去し、および/または触媒の添加によって油を脂肪酸に転化することによって、抽出剤のKおよび選択性を維持するための手段を提供する。 If an extractant is used to recover the product alcohol, removal of the oil prior to the fermentation process reduces the amount of oil taken up by the extractant and thus an extractant for recovering the product alcohol The effectiveness of can be extended. Oil taken up by the extractant can reduce the Kd as well as the selectivity of the extractant, which in turn can increase the operating cost of the production process. Because the extractant can be reused in the production process, each fermentation cycle exposes the extractant to more oil that is taken up by the extractant, and over time, the Kd and selectivity of the extractant decrease significantly. Can be done. The methods and systems described herein are intended to maintain the Kd and selectivity of the extractant by removing oil from the feed or feed slurry and / or converting the oil to fatty acids by the addition of a catalyst. Provide the means.

本明細書に記載される方法およびシステムは、非溶解固体の除去の結果として、発酵産物(例えば、生成物アルコール)生成における向上した抽出活性および/または効率をもたらし得る。例えば、非溶解固体の存在なしでの抽出発酵は、発酵ブロスから抽出剤への生成物アルコールの上昇した物質移動速度、より良好な相分離、および上昇した抽出剤液滴上昇速度の結果としての抽出剤のより低い保持(hold−up)をもたらし得る。また、例えば、発酵の際に発酵ブロス中に保持される抽出剤液滴は、発酵ブロスからより速く、より完全に離脱し、それによって、発酵ブロス中の遊離抽出剤が少なくなる。さらに、抽出剤のより低い保持により、プロセス中に喪失される抽出剤の量を減少させることができる。固体の除去のさらなる利点としては、例えば、資本コストおよびエネルギー使用を減少させる、発酵装置における撹拌器ならびにビール塔および遠心分離機などの下流の処理装置の省略;向上した発酵装置生産性をもたらす、増加した発酵装置体積;向上した生産効率をもたらす、減少された抽出剤の保持、抽出剤の増加した回収および再利用、運転コストを低下させる抽出剤の減少された流量、および連続発酵またはより小型の発酵装置を使用する可能性が挙げられる。ある実施形態において、発酵に利用可能な発酵装置の体積は、少なくとも約5%、少なくとも約10%、またはそれ以上だけ増加され得る。   The methods and systems described herein can result in improved extraction activity and / or efficiency in fermentation product (eg, product alcohol) production as a result of removal of undissolved solids. For example, extractive fermentation without the presence of undissolved solids is a result of increased mass transfer rate of product alcohol from the fermentation broth to the extractant, better phase separation, and increased extractant droplet rise rate. It can result in lower hold-up of the extractant. Also, for example, the extractant droplets that are retained in the fermentation broth during fermentation detach more quickly and more completely from the fermentation broth, thereby reducing the free extractant in the fermentation broth. Furthermore, the lower retention of the extractant can reduce the amount of extractant lost during the process. Further advantages of solids removal include, for example, the reduction of capital costs and energy use, the elimination of stirrers in the fermenter and downstream processing equipment such as beer towers and centrifuges; resulting in improved fermenter productivity, Increased fermenter volume; reduced extractant retention, increased extractant recovery and reuse, reduced extractant flow rate that reduces operating costs, and continuous fermentation or smaller, resulting in improved production efficiency The possibility of using a fermentation apparatus is mentioned. In certain embodiments, the volume of fermenter available for fermentation can be increased by at least about 5%, at least about 10%, or more.

向上した抽出効率の例としては、例えば、分配係数の安定化、向上した相分離、向上した物質移動係数、より低い力価での運転、向上したプロセス流再利用性、向上した発酵体積効率、向上した原料負荷供給、微生物の向上した生成物アルコール力価耐性、水の再利用、エネルギーの減少、抽出剤の増加した再利用、および微生物の再利用が挙げられる。例えば、発酵ブロス中の油が、発酵の前に原料スラリーから固体を除去することによって減少され得るため、抽出剤は、より少ない油に曝され、油は、抽出剤と組み合わされて、抽出剤の分配係数を低下させ得る。したがって、発酵ブロス中の油の減少により、複数の発酵サイクルにわたるより安定した分配係数が得られる。ある実施形態において、分配係数は、10回以上の発酵サイクルにわたって、約10%未満、約5%未満、または約1%未満だけ減少され得る。向上した抽出効率の別の例として、より高い物質移動速度(例えば、より高い物質移動係数の形態における)により、生成物アルコール生成の向上した効率が得られる。ある実施形態において、物質移動係数は、少なくとも2倍、少なくとも3倍、少なくとも4倍、または少なくとも5倍増加され得る。   Examples of improved extraction efficiency include, for example, partition coefficient stabilization, improved phase separation, improved mass transfer coefficient, operation at lower titers, improved process stream reusability, improved fermentation volume efficiency, These include improved feed loading, improved product alcohol tolerance of microorganisms, water reuse, reduced energy, increased reuse of extractants, and microorganism reuse. For example, because the oil in the fermentation broth can be reduced by removing solids from the raw slurry prior to fermentation, the extractant is exposed to less oil and the oil is combined with the extractant to extract the extractant. The distribution coefficient of the can be reduced. Thus, a reduction in oil in the fermentation broth results in a more stable partition coefficient over multiple fermentation cycles. In certain embodiments, the partition coefficient may be reduced by less than about 10%, less than about 5%, or less than about 1% over 10 or more fermentation cycles. As another example of improved extraction efficiency, a higher mass transfer rate (eg, in the form of a higher mass transfer coefficient) results in improved efficiency of product alcohol production. In certain embodiments, the mass transfer coefficient can be increased by at least 2-fold, at least 3-fold, at least 4-fold, or at least 5-fold.

発酵ブロスと抽出剤との間の相分離の向上は、放出物の形成の可能性を減少させて、生成物アルコール生成の向上した効率が得られる。例えば、エマルジョンの非存在下で、相分離は、より速く行うことができ、より完全であり得る。ある実施形態において、感知できる相分離が予め観察されなかった場合に相分離が行われ得る。ある実施形態において、相分離は、24時間で行われ得る。ある実施形態において、相分離は、固体が除去されなかった場合またはエマルジョンが形成された場合の相分離と比較して、少なくとも約2倍(2×)速く、少なくとも約5倍(5×)速く、または少なくとも約10倍(10×)速く行われ得る。   The improved phase separation between the fermentation broth and the extractant reduces the likelihood of emission formation, resulting in improved efficiency of product alcohol production. For example, in the absence of an emulsion, phase separation can occur faster and can be more complete. In certain embodiments, phase separation can occur when no appreciable phase separation has been previously observed. In certain embodiments, phase separation can occur in 24 hours. In certain embodiments, the phase separation is at least about 2 times (2 ×) faster and at least about 5 times (5 ×) faster than if the solids were not removed or if an emulsion was formed. Or at least about 10 times (10 ×) faster.

本明細書に記載されるように、窒素、ミネラル、微量元素、および/またはビタミンなどの栄養が、原料スラリーまたは発酵装置に添加され得る。これらの添加される栄養ならびに原料中に自然に存在する栄養は、油に可溶であり得るため、原料または原料スラリー中の油の存在により、発酵ブロス中のこれらの栄養の濃度が低下され得る。原料または原料スラリーからの油の除去により、栄養の損失が最小限に抑えられ得る。さらに、発酵ブロス中の固体の存在により、栄養の濃度が低下されることもある。原料または原料スラリーからの固体および/または油の除去により、栄養の損失が最小限に抑えられ得る。   As described herein, nutrients such as nitrogen, minerals, trace elements, and / or vitamins may be added to the raw slurry or fermenter. Because these added nutrients as well as the nutrients that are naturally present in the raw material can be soluble in oil, the presence of oil in the raw material or raw slurry can reduce the concentration of these nutrients in the fermentation broth. . By removing oil from the raw material or raw slurry, nutritional losses can be minimized. Furthermore, the presence of solids in the fermentation broth can reduce the concentration of nutrients. By removing solids and / or oils from the raw material or raw slurry, nutritional losses can be minimized.

本明細書に記載される方法およびシステムでは、発酵プロセスにおける油の存在は、複数の発酵にわたって、抽出剤の分配係数に影響を与え得る。原料または原料スラリーからの油の除去により、複数の発酵にわたって、抽出剤の分配係数の変動性が減少され、ひいては本明細書に記載される方法およびシステムのスケーラビリティが向上され得る。スケーラビリティは、機能性を犠牲にせずに、例えば、製造上の必要性(manufacturing demand)(例えば、運転容量)に対応するように方法またはシステムを変更する(例えば、拡大または縮小する)能力を指す。   In the methods and systems described herein, the presence of oil in the fermentation process can affect the extractant partition coefficient across multiple fermentations. The removal of oil from the raw material or raw slurry can reduce the variability of the extractant partition coefficient across multiple fermentations, and thus improve the scalability of the methods and systems described herein. Scalability refers to the ability to change (eg, scale up or down) a method or system to accommodate, for example, manufacturing demand (eg, operating capacity) without sacrificing functionality. .

さらに、原料または原料スラリーからの固体の除去も、スケーラビリティに影響を与え得る。例えば、外部の抽出器が用いられる場合、固体の減少(例えば、全懸濁固体、TSSの減少)が、向上した性能およびより良好なスケーラビリティをもたらし得る。固体の減少は、水相と有機相(例えば、発酵ブロスおよび抽出剤)の間の生成物アルコールの物質移動速度を向上させる。固体粒子が、抽出剤液滴の表面を効果的に被覆して、物質移動の面積を減少させる。固体粒子はまた、粘度および乳化の傾向を増加させることによって、相分離を阻害する。固体の存在が、外部の抽出器の操作を妨げ得るため、原料または原料スラリーからの固体の除去が、外部の抽出器の向上したスケーラビリティおよび信頼性を提供する。   In addition, the removal of solids from the raw material or raw material slurry can also affect scalability. For example, when an external extractor is used, solids reduction (eg, total suspended solids, TSS reduction) can result in improved performance and better scalability. The reduction of solids improves the mass transfer rate of product alcohol between the aqueous phase and the organic phase (eg, fermentation broth and extractant). The solid particles effectively coat the surface of the extractant droplets and reduce the area of mass transfer. Solid particles also inhibit phase separation by increasing viscosity and emulsification tendency. Since the presence of solids can interfere with the operation of the external extractor, the removal of solids from the feed or the raw slurry provides improved scalability and reliability of the external extractor.

したがって、固体および/または油の除去により、本明細書に記載される方法およびシステムの単位操作のスケーラビリティが向上され得る。例えば、固体および/または油の除去により、以下に限定はされないが、抽出器性能、蒸留塔性能、熱交換器性能、および/または蒸発器性能などの単位操作が向上され得る。   Thus, removal of solids and / or oils can improve the unit operation scalability of the methods and systems described herein. For example, removal of solids and / or oils can improve unit operations such as, but not limited to, extractor performance, distillation column performance, heat exchanger performance, and / or evaporator performance.

向上した単位操作の例として、図11を参照すると、流れ105が、ビール塔120に送られて、アルコール富化流122および塔底流125が生成され得る。発酵前に除去される固体の大部分とともに、希薄な蒸留廃液を含む塔底流125が、蒸発130によって濃縮され得る。発酵前に固体を除去することによって、より少ない固体が蒸発器に送られ得、蒸発器へのより低い供給速度が得られる。より低い供給速度は、より少ないエネルギー、ひいてはより低いエネルギー必要量によるより低いコストを必要とする。   As an example of an improved unit operation, referring to FIG. 11, stream 105 may be sent to beer tower 120 to produce alcohol-enriched stream 122 and bottom stream 125. The bottoms stream 125 containing the distillate waste liquor along with most of the solids removed prior to fermentation can be concentrated by evaporation 130. By removing the solids prior to fermentation, less solids can be sent to the evaporator, resulting in a lower feed rate to the evaporator. Lower feed rates require less energy and thus lower costs due to lower energy requirements.

ある実施形態において、原料または原料スラリーから回収される油から水を除去する必要があることがある。ある実施形態において、水が、重力分離、合体分離器(coalescing separator)、遠心分離(例えばデカンター)、吸着または吸収、蒸留、加熱、真空脱水、および/または空気ストリッピング(例えば、空気、窒素)を含むいくつかの方法によって除去され得る。吸着媒体の例としては、以下に限定はされないが、活性アルミナ、ベントナイト粘土、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、セルロース、硫酸マグネシウム、分子篩、ポリマー、および/またはシリカゲルが挙げられる。ある実施形態において、吸着媒体は、油とともに連続して撹拌されてもよく、または油は、吸着媒体とともに充填床を通って流れ得る。   In certain embodiments, it may be necessary to remove water from the oil recovered from the feedstock or feed slurry. In certain embodiments, the water is separated by gravity, coalescing separator, centrifugation (eg, decanter), adsorption or absorption, distillation, heating, vacuum dehydration, and / or air stripping (eg, air, nitrogen). Can be removed by several methods including: Examples of adsorption media include, but are not limited to, activated alumina, bentonite clay, calcium chloride, calcium sulfate, cellulose, magnesium sulfate, molecular sieves, polymers, and / or silica gel. In certain embodiments, the adsorption medium may be continuously stirred with oil, or the oil may flow through the packed bed with the adsorption medium.

場合により、生成物アルコールなどの発酵産物の生成に使用される設備を洗浄および/または滅菌する必要があることがある。設備の例としては、以下に限定はされないが、発酵装置、液化槽、糖化槽、保持タンク、貯蔵タンク、熱交換器、パイプライン、設備接続部、ノズル、取付具、および弁が挙げられる。清浄化および滅菌は、微生物汚染を減少させるかまたはなくすだけでなく、設備への残渣(例えば、炭水化物、糖類)の蓄積を最小限に抑えることができる。設備への残渣の堆積は、望ましくない微生物に栄養源を与え、これらの微生物の増殖につながることがある。定置洗浄(CIP)および定置滅菌(SIP)を含む、発酵設備を洗浄および/または滅菌するのに用いられるいくつかの方法がある。CIPおよびSIPは、手作業で行われてもよく、または自動システムも利用可能である。好適なだけでなく効率的なCIPまたはSIPは、例えば、微生物汚染により運転を停止する必要を最小限に抑えることによって、生産工場の利益を最大にすることができる。   In some cases, it may be necessary to clean and / or sterilize equipment used to produce fermentation products such as product alcohol. Examples of equipment include, but are not limited to, fermentation equipment, liquefaction tanks, saccharification tanks, holding tanks, storage tanks, heat exchangers, pipelines, equipment connections, nozzles, fixtures, and valves. Cleaning and sterilization not only reduces or eliminates microbial contamination, but can also minimize the accumulation of residues (eg, carbohydrates, sugars) in the facility. The accumulation of residues on the equipment can provide nutrients for undesirable microorganisms and lead to the growth of these microorganisms. There are several methods used to clean and / or sterilize the fermentation facility, including in-place cleaning (CIP) and in-place sterilization (SIP). CIP and SIP may be performed manually or automated systems are available. A suitable but efficient CIP or SIP can maximize the profit of the production plant, for example by minimizing the need to shut down due to microbial contamination.

本明細書に記載される方法およびシステムにおいて、例えば、発酵の前の原料または原料スラリーからの固体および油の除去により、CIPおよびSIPの効率が向上され得る。発酵設備中に固体がないことで、より少ない洗浄水、より少ない洗浄液、およびCIPおよびSIPを行う時間の短縮が可能になる。したがって、固体の除去により、CIPおよびSIPプロセスの効率が向上され、CIPおよびSIPプロセスのコストが減少され得る。また、CIPに使用される腐食剤(例えば、水酸化ナトリウム)が、油中のトリグリセリドと反応して石鹸を形成することがあり(すなわち、鹸化)、これが、CIPの効率に影響を与え得る。したがって、油の除去により、CIPの際の石鹸の形成を減少させ、CIPの効率を向上させることができる。   In the methods and systems described herein, the efficiency of CIP and SIP can be improved, for example, by removal of solids and oils from the feed or feed slurry prior to fermentation. The absence of solids in the fermentation facility allows for less wash water, less wash liquid, and shorter time for CIP and SIP. Thus, removal of solids can increase the efficiency of the CIP and SIP processes and reduce the cost of the CIP and SIP processes. Also, caustic agents used in CIP (eg, sodium hydroxide) can react with triglycerides in oil to form soap (ie, saponification), which can affect the efficiency of CIP. Therefore, removal of oil can reduce soap formation during CIP and improve CIP efficiency.

発酵プロセス中、汚損が、生成プロセスの生産性および効率に影響を与え得る。一般に、汚損は、外部からの材料または粒子の付着、例えば、熱交換器および蒸留塔リボイラーの表面への材料の付着を指す。熱交換器の表面への材料のこの付着は、熱の伝達を妨げ、熱交換器の動作能力を低下させることがある。例えば、材料の付着は、交換器を通る流体の流れを妨げて、流れ抵抗を増大させ得る。また、熱交換器または他の装置の表面への材料の付着は、さらなる清浄化を必要とし得る。これらのさらなる清浄化の必要性は、工場の運転停止を必要とし、工場の生産性を低下させ得る。本明細書に記載される方法およびシステムにおいて、例えば、発酵の前の原料または原料スラリーからの油および/または固体の除去により、材料の付着が最小限に抑えられ、熱交換器などの装置の表面への材料の付着の速度が低下され得る。したがって、固体および油の除去により、熱交換器の汚損の速度が低下され、熱伝達および動作能力に対する汚損の影響が最小限に抑えられ得る。   During the fermentation process, fouling can affect the productivity and efficiency of the production process. Generally, fouling refers to the deposition of material or particles from the outside, such as the deposition of material on the surface of heat exchangers and distillation column reboilers. This deposition of material on the surface of the heat exchanger can interfere with heat transfer and reduce the operating capability of the heat exchanger. For example, material deposition can hinder fluid flow through the exchanger and increase flow resistance. Also, the deposition of material on the surface of a heat exchanger or other device may require further cleaning. These further cleaning needs require factory shutdowns and can reduce factory productivity. In the methods and systems described herein, for example, removal of oil and / or solids from the raw material or raw slurry prior to fermentation minimizes material sticking, and in devices such as heat exchangers The rate of material deposition on the surface can be reduced. Thus, the removal of solids and oil can reduce the rate of fouling of the heat exchanger and minimize the fouling effect on heat transfer and operating capabilities.

本発明の方法およびシステムの一実施形態の別の例において、発酵装置から排出される材料は、遠心分離機、沈降器、ハイドロクロンなど、およびそれらの組合せなどのデバイスを含む分離システムにおいて処理されて、直接または再調整の後のいずれかに次の発酵における再度の使用のために再利用され得る濃縮された形態の微生物が回収され得る。微生物を再利用する能力は、生成物アルコール生成などの発酵産物生成の全体速度を上げ、全力価要件を低下させ、および/または水性力価要件を低下させ、それによって、より健康な微生物およびより高い生成速度をもたらすことができる。この分離システムは、発酵から生成される発酵産物(例えば、生成物アルコール)および他の副生成物を含む有機流、ならびにわずかな微量レベルの不混和性有機物を含む水流も生成し得る。この水流は、原料スラリーから分離された固体を洗浄するために、生成物アルコール含有物を取り除く前または後に使用され得る。これには、本来であれば、液化領域から穀類乾燥およびシロップ混合領域へとこれらの固体を移動するための長いベルトで駆動される搬送システムであり得るものを回避するという利点がある。さらに、生成物アルコールが取り除かれた後に生成される全蒸留廃液は、既存のまたは新規な分離デバイスを用いて、希薄な蒸留廃液とウェットケーキ画分とに分離される必要がある。希薄な蒸留廃液は、発酵性マッシュの新しいバッチを調製するために調理水と組み合わされ得る逆流を部分的に形成し得る。この実施形態の別の利点は、原料スラリーから分離される固体中に保持された任意の残留発酵性糖の一部が捕捉され、この逆流を通して回収され得ることである。あるいは、固体流に含まれる微生物は、水流に再分配され得、この組み合わされた流れは、発酵から残っているあらゆる生成物アルコール含有物を蒸留によって取り除かれる。微生物が生育不能である場合、生育不能の微生物は、例えば、繁殖(propagation)プロセスにおける栄養として使用するためにさらに分離され得る。   In another example of one embodiment of the method and system of the present invention, the material discharged from the fermenter is processed in a separation system including devices such as a centrifuge, a settler, a hydroclone, etc., and combinations thereof. Thus, concentrated forms of microorganisms can be recovered that can be reused for re-use in subsequent fermentations either directly or after reconditioning. The ability to recycle microorganisms increases the overall rate of fermentation product production, such as product alcohol production, reduces total titer requirements, and / or reduces aqueous titer requirements, thereby healthier microorganisms and more High production rates can be achieved. This separation system can also produce an organic stream containing fermentation products (eg, product alcohol) and other by-products produced from the fermentation, as well as an aqueous stream containing a small amount of immiscible organics. This water stream can be used before or after removing the product alcohol content to wash the solids separated from the raw slurry. This has the advantage of avoiding what could otherwise be a long belt driven transport system to move these solids from the liquefaction zone to the grain drying and syrup mixing zone. In addition, the total distillation effluent produced after the product alcohol is removed needs to be separated into dilute distillation effluent and wet cake fractions using existing or new separation devices. The dilute distillation effluent can partially form a backflow that can be combined with cooking water to prepare a new batch of fermentable mash. Another advantage of this embodiment is that a portion of any residual fermentable sugar retained in the solid separated from the raw slurry can be captured and recovered through this back flow. Alternatively, the microorganisms contained in the solid stream can be redistributed into a water stream, and this combined stream is freed of any product alcohol content remaining from the fermentation by distillation. If the microorganism is non-viable, the non-viable microorganism can be further separated, for example, for use as a nutrient in a propagation process.

本明細書に記載される方法およびシステムのある実施形態において、発酵プロセスの副生成物(または副産物)が、さらに処理されてもよく、例えば、非溶解固体が、DDGSを生成するように処理され得る。微生物に対する阻害作用を有し得る脂肪酸エステルなどの他の副生成物が、発酵ブロスおよび/または副生成物流から回収され、生成物アルコールの収率が向上され得る。脂肪酸エステルまたは他の脂質の回収は、副生成物流から脂肪酸エステルを抽出するために溶媒を用いて行われ得る。ある実施形態において、いくつかの副生成物流が組み合わされてもよく、脂肪酸エステルが、組み合わされた流れから回収され得る。   In certain embodiments of the methods and systems described herein, by-products (or by-products) of the fermentation process may be further processed, for example, undissolved solids are processed to produce DDGS. obtain. Other by-products such as fatty acid esters that may have an inhibitory effect on microorganisms can be recovered from the fermentation broth and / or by-product stream to improve the yield of product alcohol. Recovery of fatty acid esters or other lipids can be performed using a solvent to extract the fatty acid esters from the byproduct stream. In certain embodiments, several by-product streams may be combined and the fatty acid ester may be recovered from the combined stream.

脂質(例えば、脂肪酸エステル)の溶媒抽出の一実施形態において、固体が、全蒸留廃液から分離され得る(「分離された固体」)が、これは、この流れが、脂肪酸エステルの大部分を含有し得るためである。次に、これらの分離された固体は、抽出器に供給され、溶媒を用いて洗浄され得る。ある実施形態において、分離された固体は、少なくとも2回以上洗浄され得る。洗浄後、ミセラとして知られている、脂質と溶媒との得られる混合物が、溶媒からの抽出される脂質の分離のために収集され得る。例えば、脂質と溶媒との得られる混合物は、さらなる処理のために分離器または抽出器に送られ得る。抽出プロセスの際、溶媒は、脂質を溶液中に抽出するだけでなく、微粒子(「微粉」)も収集する。これらの微粉は、一般に、ミセラ中の望ましくない不純物であり、一実施形態において、ミセラは、分離器または抽出器から排出され、ミセラから微粉を分離するかまたは洗い落とす(scrub)分離デバイスに送られ得る。   In one embodiment of solvent extraction of lipids (eg, fatty acid esters), solids can be separated from the total distillation effluent (“separated solids”), which means that this stream contains the majority of fatty acid esters. Because it can. These separated solids can then be fed to an extractor and washed with a solvent. In certain embodiments, the separated solid can be washed at least twice. After washing, the resulting mixture of lipid and solvent, known as miscella, can be collected for separation of the extracted lipid from the solvent. For example, the resulting mixture of lipid and solvent can be sent to a separator or extractor for further processing. During the extraction process, the solvent not only extracts lipids into solution, but also collects particulates (“fines”). These fines are generally undesirable impurities in the miscella, and in one embodiment, the miscella is discharged from the separator or extractor and sent to a separation device that separates or scrubs the fines from the miscella. obtain.

ミセラ中に含まれる脂質および溶媒を分離するために、ミセラは、蒸留工程に供され得る。この工程において、ミセラは、例えば、蒸発器によって処理することができ、蒸発器は、溶媒を蒸発させるのに十分に高いが、抽出される脂質に悪影響を与えるかまたは蒸発させるほど十分高くはない温度にミセラを加熱する。溶媒が蒸発するにつれて、溶媒は、例えば、凝縮器に収集され、将来の使用のために再利用され得る。ミセラからの溶媒の分離により、粗脂質の蓄積が得られ、これは、水、脂肪酸エステル(例えば、脂肪酸イソブチルエステル)、脂肪酸、およびトリグリセリドを分離するようにさらに処理され得る。トリグリセリドを回収するための溶媒系の抽出システムが、内容全体が参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2010/0092603号明細書に記載されている。   In order to separate the lipids and solvents contained in the miscella, the miscella can be subjected to a distillation step. In this process, the miscella can be processed, for example, by an evaporator, which is high enough to evaporate the solvent, but not high enough to adversely affect or evaporate the extracted lipids. Heat the miscella to temperature. As the solvent evaporates, the solvent can be collected, for example, in a condenser and reused for future use. Separation of the solvent from the miscella results in the accumulation of crude lipids, which can be further processed to separate water, fatty acid esters (eg, fatty acid isobutyl esters), fatty acids, and triglycerides. A solvent-based extraction system for recovering triglycerides is described in US 2010/0092603, the entire contents of which are hereby incorporated by reference.

脂質の抽出の後、固体は、抽出器から送られてもよく、残留溶媒を除去するストリッピングデバイス(例えば、脱溶媒器(desolventizer))に送られ得る。残留溶媒の回収は、プロセス経済性にとって重要であり得る。ある実施形態において、固体は、固体から一時的に蒸発し得る溶媒を貯蔵し、収集するために、気密(vapor tight)環境にある脱溶媒器に送られ得る。固体が脱溶媒器に入る際、固体は加熱されて、残留溶媒が蒸発され、除去され得る。固体を加熱するために、脱溶媒器は、固体を1つ以上のトレイに分配するための機構を含んでいてもよく、固体は、加熱された空気または蒸気との直接接触などによって、直接加熱されるか、あるいは固体を運ぶトレイを加熱することなどによって間接的に加熱され得る。1つのトレイから別のトレイへの固体の移動を容易にするために、固体を運ぶトレイは、固体を1つのトレイから次のトレイへと送らせる開口部を含み得る。脱溶媒器から、固体は、任意に、混合器に送られてもよく、ここで、固体は、乾燥器に送られる前に、他の副生成物と混合される。ある実施形態において、固体は、脱溶媒器に送られ、固体は、蒸気によって接触される。ある実施形態において、脱溶媒器中の蒸気および固体の流れは、逆向きであってもよい。ある実施形態において、脱溶媒器を出る蒸気は凝縮され、任意にミセラと混合され、次にデカンターに供給され、水富化相が形成され得る。デカンターを出る水富化相は、蒸留塔に供給されてもよく、ここで、溶媒が、水富化流から除去される。ある実施形態において、溶媒減損水富化流は、蒸留塔の塔底を出て、発酵プロセスに再利用されてもよく、例えば、それは、原料を処理するのに使用され得る。ある実施形態において、蒸留塔の塔頂および塔底生成物は、発酵プロセスに再利用され得る。例えば、脂質富化塔底物は、加水分解装置の原料に加えられ得る。塔頂物は、例えば、凝縮され、デカンターに供給され、溶媒富化流および水富化相が形成され得る。このデカンターを出る溶媒富化流は、抽出器への溶媒原料として任意に使用されてもよく、このデカンターを出る水富化相は、溶媒を水から取り除くためにストリッピング塔に供給され得る。   After lipid extraction, the solids may be sent from the extractor and sent to a stripping device (eg, a desolventizer) that removes residual solvent. Recovery of residual solvent can be important for process economics. In certain embodiments, the solid can be sent to a desolventizer in a vapor tight environment to store and collect the solvent that can temporarily evaporate from the solid. As the solid enters the desolventizer, the solid can be heated to evaporate and remove the residual solvent. To heat the solid, the desolvator may include a mechanism for distributing the solid to one or more trays, where the solid is heated directly, such as by direct contact with heated air or steam. Or may be heated indirectly, such as by heating a tray carrying solids. To facilitate the movement of solids from one tray to another, the tray carrying the solids can include openings that allow the solids to be transported from one tray to the next. From the desolvator, the solid may optionally be sent to a mixer, where the solid is mixed with other by-products before being sent to the dryer. In certain embodiments, the solid is sent to a desolventizer and the solid is contacted by steam. In certain embodiments, the vapor and solid streams in the desolvator may be reversed. In certain embodiments, the vapor exiting the desolventizer may be condensed, optionally mixed with miscella, and then fed to the decanter to form a water-enriched phase. The water enriched phase exiting the decanter may be fed to a distillation column where the solvent is removed from the water enriched stream. In certain embodiments, the solvent-depleted water enriched stream exits the bottom of the distillation column and may be recycled to the fermentation process, for example, it can be used to process the feedstock. In certain embodiments, the top and bottom products of the distillation column can be recycled to the fermentation process. For example, the lipid-enriched tower bottom can be added to the feed of the hydrolyzer. The overhead can be condensed, for example, and fed to a decanter to form a solvent-enriched stream and a water-enriched phase. The solvent-enriched stream exiting the decanter may optionally be used as a solvent feed to the extractor, and the water-enriched phase exiting the decanter may be fed to a stripping column to remove the solvent from the water.

ある実施形態において、副生成物または副産物が、発酵プロセスに使用される原料スラリーから得られる。本明細書に記載されるように、トウモロコシが原料として使用される場合、トウモロコシ油は、発酵の前に原料スラリーから分離され得る。発酵プロセスの前にトウモロコシ油を除去する利点は、(例えば、シロップからの)発酵プロセスの終了時におけるトウモロコシ油の除去と比較してより多いトウモロコシ油の回収、発酵プロセスの終了時におけるトウモロコシ油の除去と比較してより高い品質ひいてはより高い価値の油の回収、副産物としてのトウモロコシ油の生成、およびトウモロコシ油から他の生成物への転化である。   In certain embodiments, by-products or by-products are obtained from the raw slurry used in the fermentation process. As described herein, when corn is used as a feedstock, the corn oil can be separated from the feed slurry prior to fermentation. The advantage of removing corn oil prior to the fermentation process is that more corn oil is recovered compared to the removal of corn oil at the end of the fermentation process (eg, from syrup), corn oil is removed at the end of the fermentation process. The recovery of higher quality and thus higher value oil compared to removal, the production of corn oil as a by-product, and the conversion of corn oil to other products.

例えば、トウモロコシ油が、トリグリセリド、ジグリセリド、モノグリセリド、脂肪酸、植物ステロール、ビタミンE、カロテノイド(例えば、β−カロテン、β−クリプトキサンチン、ルテインゼアキサンチン)、リン脂質、およびトコフェロールなどの酸化防止剤を含有する際、トウモロコシ油は、異なる濃度または速度で他の副産物に加えられ、得られる副産物中のこれらの成分の量を変化させる能力が得られる。このように、得られる副産物の脂肪含量が、例えば、高脂肪製品と比較して乳牛の必要性により適合するより低脂肪で、高タンパク質の動物飼料を得るように制御され得る。高脂肪の動物飼料が所望され得る別の実施形態において、トウモロコシ油は、その高トリグリセリド含量により代謝エネルギーの供給源となり得るため、動物飼料の成分として使用され得る。さらに、トウモロコシ油中の天然の酸化防止剤が、酸敗臭の発生を減少させるだけでなくビタミンEの供給源となる。   For example, corn oil contains antioxidants such as triglycerides, diglycerides, monoglycerides, fatty acids, plant sterols, vitamin E, carotenoids (eg, β-carotene, β-cryptoxanthin, luteinzeaxanthin), phospholipids, and tocopherols. In this regard, corn oil is added to other by-products at different concentrations or rates to provide the ability to change the amount of these components in the resulting by-product. In this way, the fat content of the resulting by-product can be controlled to obtain a low-fat, high-protein animal feed that is more suitable for dairy cow needs compared to, for example, high-fat products. In another embodiment where a high fat animal feed may be desired, corn oil can be used as a component of animal feed because it can provide a source of metabolic energy due to its high triglyceride content. Furthermore, natural antioxidants in corn oil not only reduce the occurrence of acid odor but also provide a source of vitamin E.

原料から分離されるトウモロコシ油は、消費者用途のための精製されたトウモロコシ油または食用油を生成するようにさらに処理され得る。例えば、粗トウモロコシ油が、リン脂質を除去するための脱ガム(degumming)、遊離脂肪酸を中和するためのアルカリ精製、有色体(color body)および微量元素の除去のための脱色、ろうを除去するための脱ろう、および脱臭(例えば、Corn Oil,5th Edition,Corn Refiners Association,Washington,D.C.,2006を参照)によって、精製されたトウモロコシ油を生成するようにさらに処理され得る。精製されたトウモロコシ油は、例えば、食品の製造のために、食品メーカーによって使用され得る。アルカリ精製によって除去される遊離脂肪酸は、ソーダ油さい(soapstock)として使用されてもよく、脱ろう工程から回収されるろうは、動物飼料に用いられ得る。 Corn oil separated from the feedstock can be further processed to produce refined corn oil or edible oil for consumer use. For example, crude corn oil can be degummed to remove phospholipids, alkali purified to neutralize free fatty acids, decolorized to remove color bodies and trace elements, remove wax dewaxing to, and deodorized (e.g., corn oil, 5 th Edition, corn Refiners Association, Washington, D.C., see 2006) by, it may be further processed to produce a purified corn oil. Refined corn oil can be used by food manufacturers, for example, for the production of food. Free fatty acids removed by alkaline refining may be used as soap oil stock, and the wax recovered from the dewaxing process can be used in animal feed.

トウモロコシ油は、樹脂、プラスチック、ポリマー、潤滑剤、塗料、ワニス、印刷用インク、石鹸、および織物の製造に使用されてもよく;薬剤配合物の成分として医薬品業界でも用いられ得る。トウモロコシ油は、バイオディーゼルまたは再生可能なディーゼルの原料としても使用され得る。   Corn oil may be used in the manufacture of resins, plastics, polymers, lubricants, paints, varnishes, printing inks, soaps, and textiles; it can also be used in the pharmaceutical industry as a component of pharmaceutical formulations. Corn oil can also be used as a raw material for biodiesel or renewable diesel.

ある実施形態において、トウモロコシ油などの油が、抽出発酵用の抽出剤の生成のための原料として使用され得る。例えば、バイオマスに由来する油は、発酵ブロスからのブタノールなどの生成物アルコールの除去に利用可能な抽出剤へと転化され得る。油中のグリセリドは、発酵産物抽出剤として使用され得る、脂肪酸、脂肪アルコール、脂肪アミド、脂肪酸アルキルエステル、脂肪酸グリコールエステル、および水酸化トリグリセリド、またはそれらの混合物などの反応生成物へと化学的にまたは酵素的に転化され得る。トウモロコシ油を例として用いると、トウモロコシ油トリグリセリドは、水酸化アンモニアまたは水酸化ナトリウムなどの塩基と反応されて、脂肪アミド、脂肪酸、およびグリセロールが得られる。これらの脂肪アミド、脂肪酸、またはそれらの混合物は、抽出剤として使用され得る。ある実施形態において、トウモロコシ油などの植物油が、リパーゼなどの酵素によって加水分解されて、脂肪酸(例えば、トウモロコシ油脂肪酸)が形成され得る。バイオマスから抽出剤を得るための方法が、米国特許出願公開第2011/0312043号明細書、米国特許出願公開第2011/0312044号明細書、およびPCT国際公報の国際公開第2011/159998号パンフレットに記載されている。ある実施形態において、抽出剤は、動物飼料の成分として、全てまたは部分的に使用されてもよく、または抽出剤は、バイオディーゼルまたは再生可能なディーゼルの原料として使用され得る。   In certain embodiments, an oil such as corn oil may be used as a raw material for the production of an extractant for extractive fermentation. For example, oil derived from biomass can be converted into an extractant that can be used to remove product alcohols such as butanol from fermentation broth. The glycerides in the oil are chemically converted into reaction products such as fatty acids, fatty alcohols, fatty amides, fatty acid alkyl esters, fatty acid glycol esters, and hydroxylated triglycerides, or mixtures thereof, which can be used as fermentation product extractants. Or it can be enzymatically converted. Using corn oil as an example, corn oil triglycerides are reacted with a base such as ammonia hydroxide or sodium hydroxide to give fatty amides, fatty acids, and glycerol. These fatty amides, fatty acids, or mixtures thereof can be used as extractants. In certain embodiments, vegetable oils such as corn oil can be hydrolyzed by enzymes such as lipases to form fatty acids (eg, corn oil fatty acids). Methods for obtaining extractants from biomass are described in US Patent Application Publication No. 2011/0312043, US Patent Application Publication No. 2011/0312044, and PCT International Publication No. WO 2011/159998. Has been. In certain embodiments, the extractant may be used in whole or in part as a component of animal feed, or the extractant may be used as a raw material for biodiesel or renewable diesel.

ある実施形態において、トウモロコシ油も、バイオディーゼルまたは再生可能なディーゼルの原料として使用され得る。ある実施形態において、油または油の組合せも、バイオディーゼルまたは再生可能なディーゼルの原料として使用され得る。油の例としては、キャノーラ油、ヒマシ油、トウモロコシ油、ホホバ油、カランジャ油、マフア油、亜麻仁油、大豆油、ヤシ油、ピーナツ油、菜種油、米油、ベニバナ油、およびヒマワリ油が挙げられる。バイオディーゼルは、メタノール、エタノール、およびブタノールなどのアルコールと植物油とのエステル交換またはエステル化のいずれかから得られる。例えば、バイオディーゼルは、酸触媒、アルカリ触媒、または酵素触媒のエステル交換またはエステル化(例えば、植物油由来のトリグリセリドのエステル交換または植物油由来の遊離脂肪酸のエステル化)によって生成され得る。硫酸、塩酸、およびリン酸などの無機酸;トルエンスルホン酸およびナフタレンスルホン酸などの有機酸;Amberlyst(登録商標)スルホン酸化ポリスチレン樹脂などの固体酸;またはゼオライトが、酸触媒エステル交換またはエステル化のための触媒として使用され得る。水酸化カリウム、カリウムメトキシド、水酸化ナトリウム、ナトリウムメトキシド、または水酸化カルシウムなどの塩基が、アルカリ触媒エステル交換またはエステル化のための触媒として使用され得る。ある実施形態において、バイオディーゼルは、統合プロセス、例えば、遊離脂肪酸の酸触媒エステル化と、その後のトリグリセリドの塩基触媒エステル交換によって生成され得る。   In certain embodiments, corn oil can also be used as a feedstock for biodiesel or renewable diesel. In certain embodiments, oils or combinations of oils can also be used as feedstock for biodiesel or renewable diesel. Examples of oils include canola oil, castor oil, corn oil, jojoba oil, carranja oil, mahua oil, linseed oil, soybean oil, coconut oil, peanut oil, rapeseed oil, rice oil, safflower oil, and sunflower oil . Biodiesel is obtained from either transesterification or esterification of alcohols such as methanol, ethanol, and butanol with vegetable oils. For example, biodiesel may be produced by acid, alkaline, or enzyme-catalyzed transesterification or esterification (eg, transesterification of vegetable oil-derived triglycerides or esterification of vegetable oil-derived free fatty acids). Inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, and phosphoric acid; organic acids such as toluene sulfonic acid and naphthalene sulfonic acid; solid acids such as Amberlyst® sulfonated polystyrene resin; or zeolites that are acid-catalyzed transesterification or esterification Can be used as a catalyst for. Bases such as potassium hydroxide, potassium methoxide, sodium hydroxide, sodium methoxide, or calcium hydroxide can be used as catalysts for alkali-catalyzed transesterification or esterification. In certain embodiments, biodiesel can be produced by an integrated process, such as acid-catalyzed esterification of free fatty acids followed by base-catalyzed transesterification of triglycerides.

リパーゼまたはエステラーゼなどの酵素が、エステル交換またはエステル化反応を触媒するのに使用され得る。リパーゼは、細菌または真菌、例えば、シュードモナス属(Pseudomonas)、サーモマイセス属(Thermomyces)、バークホルデリア属(Burkholderia)、カンジダ属(Candida)、およびリゾムコール属(Rhizomucor)に由来し得る。ある実施形態において、リパーゼは、蛍光菌(Pseudomonas fluorescens)、シュードモナス・セパシア(Pseudomonas cepacia)、リゾムコール・ミエヘイ(Rhizomucor miehei)、バークホルデリア・セパシア(Burkholderia cepacia)、サーモマイセス・ラヌギノサ(Thermomyces lanuginosa)、またはカンジダ・アンタークティカ(Candida antarctica)に由来し得る。ある実施形態において、酵素は、可溶性または不溶性担体に固定化され得る。酵素の固定化は、1)共有結合による担持(covalent support)、物理吸着、静電結合、または親和結合を介した、多孔質または非多孔質キャリア担体への酵素の結合;2)二官能性または多官能性試薬による架橋;3)ゲルマトリックス、ポリマー、エマルジョン、または何らかの形態の膜への取り込み;および4)これらの方法のいずれかの組合せを含む様々な技術を用いて行われ得る。ある実施形態において、リパーゼは、例えば、アクリル樹脂、シリカ、またはビーズ(例えば、ポリメタクリレートビーズ)に固定化され得る。ある実施形態において、リパーゼは可溶性である得る。   Enzymes such as lipases or esterases can be used to catalyze transesterification or esterification reactions. The lipase can be derived from bacteria or fungi, such as Pseudomonas, Thermomyces, Burkholderia, Candida, and Rhizomucor. In certain embodiments, the lipase is a fluorescent bacterium (Pseudomonas fluorescens), Pseudomonas cepacia, Rhizomucor miemurai, Burkholderia cepacia (Berhardia cemocia, Burkholderia cepacia (Berkoldia cemosia). It can be derived from Candida antarctica. In certain embodiments, the enzyme can be immobilized on a soluble or insoluble carrier. Enzyme immobilization consists of 1) binding of the enzyme to a porous or non-porous carrier carrier via covalent support, physical adsorption, electrostatic binding, or affinity binding; 2) bifunctional Or cross-linking with multifunctional reagents; 3) incorporation into gel matrices, polymers, emulsions, or some form of membrane; and 4) various techniques including any combination of these methods. In certain embodiments, the lipase can be immobilized on, for example, acrylic resin, silica, or beads (eg, polymethacrylate beads). In certain embodiments, the lipase can be soluble.

ある実施形態において、本明細書に記載されるバイオディーゼルは、以下の脂肪酸アルキルエステル(FAAE):脂肪酸メチルエステル(FAME)、脂肪酸エチルエステル(FAEE)、および脂肪酸ブチルエステル(FABE)のうちの1つ以上を含み得る。ある実施形態において、本明細書に記載されるバイオディーゼルは、以下のもの:ミリステート、パルミテート、ステアレート、オレエート、リノレエート、リノレネート、アラキデート、およびベヘネートのうちの1つ以上を含み得る。   In certain embodiments, the biodiesel described herein has one of the following fatty acid alkyl esters (FAAE): fatty acid methyl esters (FAME), fatty acid ethyl esters (FAEE), and fatty acid butyl esters (FABE). May include more than one. In certain embodiments, the biodiesel described herein can include one or more of the following: myristate, palmitate, stearate, oleate, linoleate, linolenate, arachidate, and behenate.

ある実施形態において、発酵プロセスからの油は、蒸発によって回収されて、非水性流が形成され得る。この非水性流は、脂肪酸エステルおよび脂肪酸を含んでいてもよく、この流れは、生成物アルコールおよび脂肪酸を回収するために加水分解装置に送られ得る。ある実施形態において、この流れは、バイオディーゼル生成の原料として使用され得る。   In certain embodiments, the oil from the fermentation process can be recovered by evaporation to form a non-aqueous stream. This non-aqueous stream may contain fatty acid esters and fatty acids, and this stream may be sent to a hydrolyzer to recover product alcohol and fatty acids. In certain embodiments, this stream can be used as a feedstock for biodiesel production.

ある実施形態において、本明細書に記載されるバイオディーゼルは、米国材料試験協会(American Society for Testing and Materials)(ASTM)D6751の仕様を満たす。ある実施形態において、本明細書に記載されるバイオディーゼルは、欧州規格EN 14214の規格を満たす。   In certain embodiments, the biodiesel described herein meets the specifications of the American Society for Testing and Materials (ASTM) D6751. In certain embodiments, the biodiesel described herein meets the standard of European standard EN 14214.

ある実施形態において、バイオディーゼルの生成のための反応器形態としては、例えば、バッチ式撹拌タンク反応器、連続式撹拌タンク反応器、充填床反応器、流動床反応器、膨張床反応器、および再循環膜反応器が挙げられる。   In certain embodiments, reactor configurations for the production of biodiesel include, for example, batch stirred tank reactors, continuous stirred tank reactors, packed bed reactors, fluidized bed reactors, expanded bed reactors, and A recirculating membrane reactor may be mentioned.

ある実施形態において、組成物は、少なくとも2%のバイオディーゼル、少なくとも5%のバイオディーゼル、少なくとも10%のバイオディーゼル、少なくとも20%のバイオディーゼル、少なくとも30%のバイオディーゼル、少なくとも40%のバイオディーゼル、少なくとも50%のバイオディーゼル、少なくとも60%のバイオディーゼル、少なくとも70%のバイオディーゼル、少なくとも80%のバイオディーゼル、少なくとも90%のバイオディーゼル、または100%のバイオディーゼルを含み得る。   In certain embodiments, the composition comprises at least 2% biodiesel, at least 5% biodiesel, at least 10% biodiesel, at least 20% biodiesel, at least 30% biodiesel, at least 40% biodiesel. , At least 50% biodiesel, at least 60% biodiesel, at least 70% biodiesel, at least 80% biodiesel, at least 90% biodiesel, or 100% biodiesel.

ある実施形態において、本明細書に記載されるバイオディーゼルは、石油系ディーゼル燃料と混合されて、バイオディーゼルブレンドが形成され得る。ある実施形態において、バイオディーゼルブレンドは、少なくとも2体積%のバイオディーゼル、少なくとも3体積%のバイオディーゼル、少なくとも4体積%のバイオディーゼル、少なくとも5体積%のバイオディーゼル、少なくとも6体積%のバイオディーゼル、少なくとも7体積%のバイオディーゼル、少なくとも8体積%のバイオディーゼル、少なくとも9体積%のバイオディーゼル、少なくとも10体積%のバイオディーゼル、少なくとも11体積%のバイオディーゼル、少なくとも12体積%のバイオディーゼル、少なくとも13体積%のバイオディーゼル、少なくとも14体積%のバイオディーゼル、少なくとも15体積%のバイオディーゼル、少なくとも16体積%のバイオディーゼル、少なくとも17体積%のバイオディーゼル、少なくとも18体積%のバイオディーゼル、少なくとも19体積%のバイオディーゼル、または少なくとも20体積%のバイオディーゼルを含み得る。ある実施形態において、バイオディーゼルブレンドは、最大で約20体積%のバイオディーゼルを含み得る。   In certain embodiments, the biodiesel described herein can be mixed with petroleum-based diesel fuel to form a biodiesel blend. In certain embodiments, the biodiesel blend comprises at least 2% biodiesel, at least 3% biodiesel, at least 4% biodiesel, at least 5% biodiesel, at least 6% biodiesel, At least 7% biodiesel, at least 8% biodiesel, at least 9% biodiesel, at least 10% biodiesel, at least 11% biodiesel, at least 12% biodiesel, at least 13% % Biodiesel, at least 14% biodiesel, at least 15% biodiesel, at least 16% biodiesel, at least 17% biodiesel Diesel may comprise at least 18 vol% biodiesel, at least 19 vol% biodiesel, or at least 20 vol% biodiesel. In certain embodiments, the biodiesel blend may comprise up to about 20% biodiesel.

バイオディーゼル生成の副生成物は、グリセロールである。さらに、グリセロールはまた、油および発酵プロセスの副生成物からの抽出剤の生成の副生成物であり得る。バイオディーゼルの原料は、COFAなどの脂肪酸をグリセロールと反応させることによって生成され得る。反応は、硫酸などの強無機酸によってまたはAmberlyst(商標)ポリマー触媒などの固体酸触媒およびイオン交換樹脂によって触媒され得る。高い転化率は、反応塊から水を抜き取ることによって得られる。反応生成物は、反応剤の比率および反応の程度によって決定される割合でモノグリセリド、ジグリセリド、およびトリグリセリドを含有し得る。グリセリド混合物は、バイオディーゼルを作製するのに通常使用されるトリグリセリド原料の代わりに使用され得る。ある実施形態において、グリセリドは、界面活性剤としてまたはバイオディーゼルの原料として使用され得る。   A by-product of biodiesel production is glycerol. In addition, glycerol can also be a byproduct of the production of extractants from oil and fermentation process byproducts. Biodiesel feedstock can be produced by reacting fatty acids such as COFA with glycerol. The reaction can be catalyzed by a strong inorganic acid such as sulfuric acid or by a solid acid catalyst such as an Amberlyst ™ polymer catalyst and an ion exchange resin. A high conversion is obtained by withdrawing water from the reaction mass. The reaction product may contain monoglycerides, diglycerides, and triglycerides in proportions determined by the ratio of reactants and the extent of reaction. The glyceride mixture can be used in place of the triglyceride raw material normally used to make biodiesel. In certain embodiments, glycerides can be used as surfactants or as raw materials for biodiesel.

ある実施形態において、固体は、原料スラリーから分離されてもよく、トリグリセリドおよび脂肪酸を含み得る。これらの固体は、動物飼料として使用されてもよく、遠心分離からの排出としてまたは乾燥後のいずれかで回収され得る。固体は、利用可能なリジンおよびバイパスまたは第一胃非分解性タンパク質の含量が高いため、反すう動物(例えば、乳牛)の飼料として特に適し得る。例えば、これらの固体は、高タンパク質、低脂肪の飼料に特に有用であり得る。ある実施形態において、これらの固体は、基剤として使用されてもよく、すなわち、シロップなどの他の副生成物が、動物飼料として使用され得る生成物を形成するために固体に加えられてもよい。ある実施形態において、様々な量の他の副生成物が、得られる生成物の特性が特定の動物種(例えば、乳牛および肉牛、家禽、ブタ、家畜、ウマ、水産養殖、およびペット)の必要性を満たすように調整するために固体に加えられてもよい。   In certain embodiments, the solid may be separated from the raw slurry and may include triglycerides and fatty acids. These solids may be used as animal feed and can be recovered either as a drain from centrifugation or after drying. Solids may be particularly suitable as ruminant (eg, dairy) feed due to the high content of available lysine and bypass or rumen non-degradable proteins. For example, these solids can be particularly useful in high protein, low fat feeds. In certain embodiments, these solids may be used as a base, i.e. other by-products such as syrup may be added to the solids to form a product that can be used as animal feed. Good. In certain embodiments, varying amounts of other by-products are required for specific animal species (eg, dairy and beef cattle, poultry, pigs, livestock, horses, aquaculture, and pets) where the resulting product characteristics are It may be added to the solid to adjust to meet the properties.

低脂肪の動物飼料が所望されるある実施形態において、油が、発酵の前に原料から除去され得る。トウモロコシ油を除去することによって、生成されるDDGSは、低脂肪、高タンパク質含量を有し得る。トウモロコシ油が除去されない場合、ウェットケーキ中に存在する油は、乾燥プロセスによって酸化され得る。この酸化により、暗色化作用が生じ、より暗色のDDGSが生成される。油が発酵の前に原料から除去される場合、生成されるDDGSの色が、より明るくなり、このより明るい色のDDGSは、ある動物飼料製品に望ましいことがある。   In certain embodiments where a low fat animal feed is desired, the oil can be removed from the feed prior to fermentation. By removing corn oil, the DDGS produced can have a low fat, high protein content. If corn oil is not removed, the oil present in the wet cake can be oxidized by a drying process. This oxidation causes a darkening action and produces darker DDGS. If the oil is removed from the raw material prior to fermentation, the color of the DDGS produced will be lighter and this lighter color DDGS may be desirable for certain animal feed products.

全蒸留廃液から分離される固体の組成物は、例えば、粗タンパク質、脂肪酸、および脂肪酸エステルを含み得る。ある実施形態において、この組成物は、動物飼料として湿潤または乾燥した状態で使用されてもよく、その場合、例えば、高タンパク質(例えば、高リジン)、低脂肪、および高い繊維含量が所望される。ある実施形態において、より高脂肪、低繊維の動物飼料が所望される場合、例えば、別の副生成物流から、脂肪がこの組成物に加えられてもよい。ある実施形態において、このより高脂肪、低繊維の動物飼料は、ブタまたは家禽に使用され得る。ある実施形態において、CDSの非水性組成物は、例えば、タンパク質、脂肪酸、および脂肪酸エステルならびに塩および炭水化物などの他の溶解および懸濁固体を含み得る。このCDS組成物は、例えば、動物飼料として湿潤または乾燥した状態で使用されてもよく、その場合、高タンパク質、低脂肪、高無機塩の飼料成分が所望される。ある実施形態において、この組成物は、乳牛の飼料の成分として使用されてもよい。   The solid composition separated from the total distillation effluent can include, for example, crude proteins, fatty acids, and fatty acid esters. In certain embodiments, the composition may be used wet or dry as animal feed, in which case, for example, high protein (eg, high lysine), low fat, and high fiber content is desired. . In certain embodiments, if a higher fat, lower fiber animal feed is desired, fat may be added to the composition, for example from another byproduct stream. In certain embodiments, this higher fat, low fiber animal feed can be used in pigs or poultry. In certain embodiments, non-aqueous compositions of CDS may include other dissolved and suspended solids such as, for example, proteins, fatty acids, and fatty acid esters and salts and carbohydrates. The CDS composition may be used, for example, in a wet or dry state as animal feed, in which case a high protein, low fat, high inorganic salt feed component is desired. In certain embodiments, the composition may be used as a component of dairy cow feed.

ある実施形態において、発酵プロセスによる生成物アルコールの生成によって生成される1つ以上の流れは、組み合わされて、バイオディーゼルなどの燃料源として使用され得る少なくとも約90%の脂肪酸を含む組成物が生成され得る。   In certain embodiments, one or more streams produced by production of product alcohol by a fermentation process are combined to produce a composition comprising at least about 90% fatty acids that can be used as a fuel source, such as biodiesel. Can be done.

発酵プロセスによる生成物アルコールの生成によって生成される様々な流れは、いくつかの副産物を生成するために多くの方法で組み合わされ得る。例えば、マッシュからの粗トウモロコシを用いて、抽出剤として用いられる脂肪酸を生成し、脂質が、蒸発器によって抽出される場合、残りの流れが、組み合わされ、粗タンパク質、粗脂肪、トリグリセリド、脂肪酸、および脂肪酸エステルを含む副産物組成物を生成するように処理され得る。別の例において、トウモロコシ油などの油が、原料スラリーから除去される場合、油は、例えば、動物飼料製品を生成するために、穀類蒸留粕に加えられ得る。   The various streams produced by the production of product alcohol by the fermentation process can be combined in many ways to produce several by-products. For example, if crude corn from mash is used to produce a fatty acid that is used as an extractant and the lipid is extracted by an evaporator, the remaining streams are combined to produce crude protein, crude fat, triglyceride, fatty acid, And a by-product composition comprising a fatty acid ester. In another example, when an oil such as corn oil is removed from the raw slurry, the oil can be added to a cereal distiller, for example, to produce an animal feed product.

ある実施形態において、本明細書に記載される方法およびシステムの組成物は、少なくとも約20〜35重量%の粗タンパク質、少なくとも約1〜20重量%の粗脂肪、少なくとも約0〜5重量%のトリグリセリド、少なくとも約4〜10重量%の脂肪酸、および少なくとも約2〜6重量%の脂肪酸エステルを含み得る。ある実施形態において、組成物は、約25重量%の粗タンパク質、約10重量%の粗脂肪、約0.5重量%のトリグリセリド、約6重量%の脂肪酸、および約4重量%の脂肪酸エステルを含み得る。ある実施形態において、組成物は、少なくとも約25〜31重量%の粗タンパク質、少なくとも約6〜10重量%の粗脂肪、少なくとも約4〜8重量%のトリグリセリド、少なくとも約0〜2重量%の脂肪酸、および少なくとも約1〜3重量%の脂肪酸エステルを含み得る。ある実施形態において、組成物は、約28重量%の粗タンパク質、約8重量%の粗脂肪、約6重量%のトリグリセリド、約0.7重量%の脂肪酸、および約1重量%の脂肪酸エステルを含み得る。ある実施形態において、脂肪酸エステルは、脂肪酸メチルエステル、脂肪酸エチルエステル、脂肪酸ブチルエステル、または脂肪酸イソブチルエステルであり得る。   In certain embodiments, the compositions of the methods and systems described herein comprise at least about 20-35 wt% crude protein, at least about 1-20 wt% crude fat, at least about 0-5 wt%. It may comprise triglycerides, at least about 4-10% by weight fatty acids, and at least about 2-6% by weight fatty acid esters. In certain embodiments, the composition comprises about 25% crude protein, about 10% crude fat, about 0.5% triglyceride, about 6% fatty acid, and about 4% fatty acid ester. May be included. In some embodiments, the composition comprises at least about 25-31% crude protein, at least about 6-10% crude fat, at least about 4-8% triglyceride, at least about 0-2% fatty acid. , And at least about 1-3 wt% fatty acid ester. In certain embodiments, the composition comprises about 28% crude protein, about 8% crude fat, about 6% triglyceride, about 0.7% fatty acid, and about 1% fatty acid ester. May be included. In certain embodiments, the fatty acid ester can be a fatty acid methyl ester, a fatty acid ethyl ester, a fatty acid butyl ester, or a fatty acid isobutyl ester.

ある実施形態において、全蒸留廃液から分離される固体および原料スラリーから抽出される油は、組み合わされてもよく、得られる組成物は、粗タンパク質、粗脂肪、トリグリセリド、脂肪酸、脂肪酸エステル、リジン、中性デタージェント繊維(NDF)、および酸性デタージェント繊維(ADF)を含み得る。ある実施形態において、組成物は、少なくとも約26〜34重量%の粗タンパク質、少なくとも約15〜25重量%の粗脂肪、少なくとも約12〜20重量%のトリグリセリド、少なくとも約1〜2重量%の脂肪酸、少なくとも約2〜4重量%の脂肪酸エステル、少なくとも約1〜2重量%のリジン、少なくとも約11〜23重量%のNDF、および少なくとも約5〜11重量%のADFを含み得る。ある実施形態において、組成物は、約29重量%の粗タンパク質、約21重量%の粗脂肪、約16重量%のトリグリセリド、約1重量%の脂肪酸、約3重量%の脂肪酸エステル、約1重量%のリジン、約17重量%のNDF、および約8重量%のADFを含み得る。ある実施形態において、脂肪酸エステルは、脂肪酸メチルエステル、脂肪酸エチルエステル、脂肪酸ブチルエステル、または脂肪酸イソブチルエステルであり得る。この組成物の高脂肪、トリグリセリド、およびリジン含量およびより低い繊維含量は、ブタおよび家禽の飼料として望ましいであろう。   In certain embodiments, solids separated from total distillation waste and oil extracted from the raw slurry may be combined and the resulting composition comprises crude protein, crude fat, triglyceride, fatty acid, fatty acid ester, lysine, Neutral detergent fibers (NDF) and acidic detergent fibers (ADF) can be included. In certain embodiments, the composition comprises at least about 26-34% crude protein, at least about 15-25% crude fat, at least about 12-20% triglyceride, at least about 1-2% fatty acid. , At least about 2-4 wt% fatty acid ester, at least about 1-2 wt% lysine, at least about 11-23 wt% NDF, and at least about 5-11 wt% ADF. In certain embodiments, the composition comprises about 29% crude protein, about 21% crude fat, about 16% triglyceride, about 1% fatty acid, about 3% fatty acid ester, about 1% by weight. % Lysine, about 17% by weight NDF, and about 8% by weight ADF. In certain embodiments, the fatty acid ester can be a fatty acid methyl ester, a fatty acid ethyl ester, a fatty acid butyl ester, or a fatty acid isobutyl ester. The high fat, triglyceride, and lysine content and lower fiber content of this composition would be desirable for pig and poultry feed.

本明細書に記載されるように、発酵プロセスによる生成物アルコールの生成によって生成される様々な流れは、粗タンパク質、粗脂肪、トリグリセリド、脂肪酸、および脂肪酸エステルを含む組成物を生成するために多くの方法で組み合わされ得る。例えば、少なくとも約6%の粗脂肪および少なくとも約28%の粗タンパク質を含む組成物が、乳畜の動物飼料製品として用いられ得る。少なくとも約6%の粗脂肪および少なくとも約26%の粗タンパク質を含む組成物が、フィードロット牛の動物飼料製品として用いられ得る一方、少なくとも約1%の粗脂肪および少なくとも約27%の粗タンパク質を含む組成物が、越冬牛の動物飼料製品として用いられ得る。少なくとも約13%の粗脂肪および少なくとも約27%の粗タンパク質を含む組成物が、家禽の動物飼料製品として用いられ得る。少なくとも約18%の粗脂肪および少なくとも約22%の粗タンパク質を含む組成物が、単胃動物の動物飼料製品として用いられ得る。様々な流れは、特定の動物種(例えば、家畜、反すう動物、ウシ、乳畜、ブタ、ヤギ、ヒツジ、家禽、ウマ、水産養殖、またはイヌ、ネコ、およびウサギなどのペット)向けに飼料製品をカスタマイズするように組み合わされ得る。   As described herein, the various streams produced by the production of product alcohols by the fermentation process are many to produce compositions comprising crude proteins, crude fats, triglycerides, fatty acids, and fatty acid esters. Can be combined in the following manner. For example, a composition comprising at least about 6% crude fat and at least about 28% crude protein can be used as an animal feed product for dairy animals. A composition comprising at least about 6% crude fat and at least about 26% crude protein can be used as an animal feed product for feedlot cattle, while at least about 1% crude fat and at least about 27% crude protein. The containing composition can be used as an animal feed product for wintering cattle. Compositions comprising at least about 13% crude fat and at least about 27% crude protein can be used as poultry animal feed products. Compositions comprising at least about 18% crude fat and at least about 22% crude protein can be used as monogastric animal feed products. Various streams feed products for specific animal species (eg livestock, ruminants, cattle, dairy animals, pigs, goats, sheep, poultry, horses, aquaculture, or pets such as dogs, cats, and rabbits) Can be combined to customize.

本発明の方法によって生成されるDDGSは、以下のもの:タンパク質、脂肪、繊維、灰、脂質、アミノ酸、ビタミン、およびミネラルの1つ以上の添加によってカスタマイズされた高付加価値の飼料製品を生成するように変性され得る。アミノ酸としては、例えば、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、トレオニン、トリプトファン、およびバリンなどの必須アミノ酸ならびにアラニン、アルギニン、アスパラギン酸、アスパラギン、システイン、グルタミン酸、グルタミン、グリシン、ヒドロキシリシン、ヒドロキシプロリン、オルニチン、プロリン、セリン、およびチロシンなどの他のアミン酸が挙げられる。ミネラルとしては、例えば、カルシウム、塩化物、コバルト、銅、フッ化物、ヨウ素、鉄、マグネシウム、マンガン、リン、カリウム、セレン、ナトリウム、硫黄、および亜鉛が挙げられる。ビタミンとしては、例えば、ビタミンA、C、D、E、K、およびB(チアミン、リボフラビン、ナイアシン、パントテン酸、ビオチン、ビタミンB6、ビタミンB12および葉酸塩)が挙げられる。   The DDGS produced by the method of the present invention produces a high value-added feed product customized by the addition of one or more of the following: protein, fat, fiber, ash, lipid, amino acid, vitamin, and mineral Can be modified. Amino acids include, for example, essential amino acids such as histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan, and valine, and alanine, arginine, aspartic acid, asparagine, cysteine, glutamic acid, glutamine, glycine, hydroxylysine, hydroxy Other amine acids such as proline, ornithine, proline, serine, and tyrosine. Examples of the mineral include calcium, chloride, cobalt, copper, fluoride, iodine, iron, magnesium, manganese, phosphorus, potassium, selenium, sodium, sulfur, and zinc. Vitamins include, for example, vitamins A, C, D, E, K, and B (thiamine, riboflavin, niacin, pantothenic acid, biotin, vitamin B6, vitamin B12 and folate).

本明細書に記載されるように、本発明の方法およびシステムは、ブタノールなどの生成物アルコールの向上した生成をもたらし得るいくつかの利点を提供する。例えば、物質移動の改善は、より低い水性力価における運転を可能にし、微生物が「より健康」になる。より良好な相分離は、向上した発酵装置体積効率ならびにビール塔、蒸留塔などを通るより少ない反応器含有物の処理の可能性につながり得る。さらに、固体を介した溶媒損失がより少なく、細胞の再利用の可能性がある。本発明の方法およびシステムは、DDGSのより高い品質も提供し得る。   As described herein, the methods and systems of the present invention provide several advantages that can result in improved production of product alcohols such as butanol. For example, improved mass transfer allows operation at lower aqueous titers, making microorganisms “healthy”. Better phase separation can lead to improved fermenter volumetric efficiency and the possibility of processing less reactor content through beer towers, distillation towers, and the like. Furthermore, there is less solvent loss through the solid and there is a possibility of cell reuse. The method and system of the present invention may also provide higher quality of DDGS.

本明細書に記載される方法およびシステムは、発酵前の油の除去も提供し、これにより、発酵への油の制御された添加が可能になり得る。さらに、発酵前の油の除去は、DDGS中に存在する油の量に柔軟性をもたせ得る。すなわち、油は、様々な量でDDGSに加えられてもよく、特定の動物種の栄養必要量に応じて様々な脂肪含量を有するDDGSが生成される。   The methods and systems described herein also provide for removal of oil prior to fermentation, which may allow controlled addition of oil to the fermentation. Furthermore, removal of the oil prior to fermentation can provide flexibility in the amount of oil present in the DDGS. That is, oil may be added to DDGS in various amounts, producing DDGS with varying fat content depending on the nutritional requirements of a particular animal species.

本明細書に記載される方法およびシステムは、Aspenモデル化などの計算機モデル化を用いて実証され得る(例えば、米国特許第7,666,282号明細書を参照)。例えば、市販のモデル化ソフトウェアAspen Plus(登録商標)(Aspen Technology,Inc.,Burlington,MA)は、統合されたアルコール発酵、精製、および水管理プロセスのためのAspenモデルを作り出すために、American Institute of Chemical Engineers,Inc.(New York,NY)から入手可能なDIPPR(Design Institute for Physical Property Research)などの物理的特性データベースとともに使用され得る。このプロセスモデル化は、多くの基礎工学的計算、例えば、物質収支およびエネルギー収支、気/液平衡、および反応速度計算を行うことができる。Aspenモデルを生成するために、情報入力は、例えば、実験データ、含水量および原料の組成、マッシュの調理およびフラッシュのための温度、糖化条件(例えば、酵素原料、でんぷん転化率、温度、圧力)、発酵条件(例えば、微生物原料、グルコース転化率、温度、圧力)、脱気条件、溶媒塔、プレフラッシュ塔、凝縮器、蒸発器、遠心分離機などを含み得る。   The methods and systems described herein can be demonstrated using computer modeling, such as Aspen modeling (see, eg, US Pat. No. 7,666,282). For example, the commercially available modeling software Aspen Plus® (Aspen Technology, Inc., Burlington, Mass.) Is used by the American Institute to create Aspen models for integrated alcohol fermentation, purification, and water management processes. of Chemical Engineers, Inc. (New York, NY) and can be used with a physical property database such as DIPPR (Design Institute for Physical Property Research). This process modeling can perform many basic engineering calculations such as mass and energy balance, gas / liquid equilibrium, and reaction rate calculations. To generate an Aspen model, information input includes, for example, experimental data, moisture content and ingredient composition, temperature for cooking and flushing mash, saccharification conditions (eg, enzyme ingredient, starch conversion, temperature, pressure) , Fermentation conditions (eg, microbial raw materials, glucose conversion, temperature, pressure), deaeration conditions, solvent towers, preflash towers, condensers, evaporators, centrifuges, and the like.

組み換え微生物
理論によって制約されるのを望むものではないが、本明細書に記載される方法は、任意のアルコール生成微生物、特に、それらの耐性レベルを超える力価でアルコールを生成する組み換え微生物に関連して有用であると考えられる。
Recombinant microorganisms While not wishing to be bound by theory, the methods described herein relate to any alcohol-producing microorganism, particularly those that produce alcohol with potency above their resistance level. Therefore, it is considered useful.

アルコール生成微生物は、当該技術分野において公知である。例えば、メタン資化性細菌(例えば、メチロサイナス・トリコスポリウム(Methylosinus trichosporium))によるメタンの発酵酸化により、メタノールが生成され、酵母菌株CEN.PK113−7D(CBS 8340,the Centraal Buro voor Schimmelculture;van Dijken,et al.,Enzyme Microb.Techno.26:706−714,2000)により、エタノールが生成される。 アルコールを生成する組み換え微生物も、当該技術分野において公知である(例えば、Ohta,et al.,Appl.Environ.Microbiol.57:893−900,1991;Underwood,et al.,Appl.Environ.Microbiol.68:1071−1081,2002;Shen and Liao,Metab.Eng.10:312−320,2008;Hahnai,et al.,Appl.Environ.Microbiol.73:7814−7818,2007;米国特許第5,514,583号明細書;米国特許第5,712,133号明細書;PCT出願公開番号国際公開第1995/028476号パンフレット;Feldmann,et al.,Appl.Microbiol.Biotechnol.38:354−361,1992;Zhang,et al.,Science 267:240−243,1995;米国特許出願公開第2007/0031918A1号明細書;米国特許第7,223,575号明細書;米国特許第7,741,119号明細書;米国特許第7,851,188号明細書;米国特許出願公開第2009/0203099A1号明細書;米国特許出願公開第2009/0246846A1号明細書;およびPCT出願公開番号国際公開第2010/075241号パンフレット、これらは全て参照により本明細書に援用される)。   Alcohol-producing microorganisms are known in the art. For example, methanol is produced by fermentative oxidation of methane by a methane-utilizing bacterium (for example, Methylosinus trichospolium), and yeast strain CEN. Ethanol is produced by PK113-7D (CBS 8340, the Central Blue floor Scheme; van Dijken, et al., Enzyme Microb. Techno. 26: 706-714, 2000). Recombinant microorganisms that produce alcohol are also known in the art (eg, Ohta, et al., Appl. Environ. Microbiol. 57: 893-900, 1991; Underwood, et al., Appl. Environ. Microbiol. 68: 1071-1081, 2002; Shen and Liao, Metab. Eng.10: 312-320, 2008; Hahnai, et al., Appl. Environ.Microbiol.73: 7814-7818, 2007; U.S. Pat. No. 5,712,133; PCT application publication number WO 1995/028476; Feldmann, et al., Appl. Biobiol.Biotechnol.38: 354-361,1992; Zhang, et al., Science 267: 240-243, 1995; U.S. Patent Application Publication No. 2007 / 0031918A1; U.S. Patent No. 7,223,575 U.S. Patent No. 7,741,119; U.S. Patent No. 7,851,188; U.S. Patent Application Publication No. 2009 / 0203099A1; U.S. Patent Application Publication No. 2009 / 0246846A1; and PCT Application Publication No. WO 2010/075241, all of which are incorporated herein by reference).

さらに、微生物は、エタノールおよびブタノールなどの生成物アルコールを生成することが可能な組み換え微生物を生成するための組み換え技術を用いて改変され得る。生合成経路を介して生成物アルコールを生成するように組み換え技術によって改変される微生物としては、クロストリジウム属(Clostridium)、ザイモモナス属(Zymomonas)、エシェリキア属(Escherichia)、サルモネラ属(Salmonella)、セラチア属(Serratia)、エルウイニア属(Erwinia)、クレブシエラ属(Klebsiella)、赤痢菌属(Shigella)、ロドコッカス属(Rhodococcus)、シュードモナス属(Pseudomonas)、バチルス属(Bacillus)、乳酸杆菌属(Lactobacillus)、エンテロコッカス属(Enterococcus)、アルカリゲネス属(Alcaligenes)、クレブシエラ属(Klebsiella)、パエニバチルス属(Paenibacillus)、アルスロバクター属(Arthrobacter)、コリネバクテリウム属(Corynebacterium)、ブレビバクテリウム属(Brevibacterium)、シゾサッカロマイセス属(Schizosaccharomyces)、クルイベロマイセス属(Kluyveromyces)、ヤロウイア属(Yarrowia)、ピヒア属(Pichia)、カンジダ属(Candida)、ハンゼヌラ属(Hansenula)、イサタケンキア属(Issatchenkia)、またはサッカロマイセス属(Saccharomyces)のメンバーが挙げられる。ある実施形態において、組み換え微生物は、大腸菌(Escherichia coli)、ラクトバチルス・プランタラム(Lactobacillus plantarum)、クルイベロマイセス・ラクチス(Kluyveromyces lactis)、クルイベロマイセス・マルシアヌス(Kluyveromyces marxianus)およびサッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)からなる群から選択され得る。ある実施形態において、組み換え微生物は酵母である。ある実施形態において、組み換え微生物は、サッカロマイセス属(Saccharomyces)、ジゴサッカロマイセス属(Zygosaccharomyces)、シゾサッカロマイセス属(Schizosaccharomyces)、デッケラ属(Dekkera)、トルロプシス属(Torulopsis)、ブレタノマイセス属(Brettanomyces)、およびカンジダ属(Candida)のいくつかの種から選択されるクラブトリー陽性酵母である。クラブトリー陽性酵母種としては、以下に限定はされないが、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、サッカロマイセス・クルイベリ(Saccharomyces kluyveri)、シゾサッカロマイセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)、サッカロマイセス・バイアヌス(Saccharomyces bayanus)、サッカロマイセス・ミカタエ(Saccharomyces mikitae)、サッカロマイセス・パラドキサス(Saccharomyces paradoxus)、ジゴサッカロマイセス・ルーキシィ(Zygosaccharomyces rouxii)、およびカンジダ・グラブラタ(Candida glabrata)が挙げられる。   Furthermore, the microorganism can be modified using recombinant techniques to produce recombinant microorganisms capable of producing product alcohols such as ethanol and butanol. Microorganisms that are modified by recombinant techniques to produce product alcohols via biosynthetic pathways include Clostridium, Zymomonas, Escherichia, Salmonella, Serratia (Serratia), Erwinia, Klebsiella, Shigella, Rhodococcus, Pseudomonas, Bacillus, Lactobacillus, Lactobacillus, Lactobacillus (Enterococcus), Alcaligenes, Klebsiella (K ebsiella), Paenibacillus, Arthrobacter, Corynebacterium, Brevibacterium, Schizosaccharomyces, Schizosaccharomyces Examples include members of the genus Yarrowia, Pichia, Candida, Hansenula, Issatchenkia, or Saccharomyces. In certain embodiments, the recombinant microorganisms are Escherichia coli, Lactobacillus plantarum, Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces marciane cerevisiae and Kluyveromyces cerevisiae. (Saccharomyces cerevisiae) may be selected. In certain embodiments, the recombinant microorganism is yeast. In certain embodiments, the recombinant microorganism is a genus Saccharomyces, Zygosaccharomyces, Schizosaccharomyces, Dekkera, Torulopis genus, Torulopsis s. Crabtree positive yeast selected from several species of the genus (Candida). Examples of crabtree positive yeast species include, but are not limited to, Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces kluyveri, Schizosaccharomyces pombe (Schizosaccharomyces pombe). Mikatae (Saccharomyces mikitae), Saccharomyces paradoxus (Saccharomyces paradoxus), Zygosaccharomyces rouxii, and Candida glabrata (Candrida) ata).

サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)が、当該技術分野において公知であり、米国培養細胞系統保存機関(American Type Culture Collection)(Rockville,MD)、Centraalbureau voor Schimmelcultures(CBS)Fungal Biodiversity Centre、LeSaffre、Gert Strand AB、Ferm Solutions、North American Bioproducts、Martrex、およびLallemandを含むがこれらに限定されない様々な供給元から入手可能である。サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)としては、以下に限定はされないが、BY4741、CEN.PK 113−7D、Ethanol Red(登録商標)酵母、Ferm Pro(商標)酵母、Bio−Ferm(登録商標)XR酵母、Gert Strand Prestige Batch Turboアルコール酵母、Gert Strand Pot Distillers酵母、Gert Strand Distillers Turbo酵母、FerMax(商標)Green酵母、FerMax(商標)Gold酵母、Thermosacc(登録商標)酵母、BG−1、PE−2、CAT−1、CBS7959、CBS7960、およびCBS7961が挙げられる。   Saccharomyces cerevisiae is known in the art and is the American Type of Culture Culture Collection (Rockville, MD), CentralbureCulture (Soccharomyces cerevisiae). Available from a variety of sources including, but not limited to, Ferm Solutions, North American Bioproducts, Martrex, and Lalland. Examples of Saccharomyces cerevisiae include, but are not limited to, BY4741, CEN. PK 113-7D, Ethanol Red (registered trademark) yeast, Ferm Pro (registered trademark) yeast, Bio-Ferm (registered trademark) XR yeast, Gert Strand Prestige Batch Turbo alcohol yeast, Gert Strand Pot Distillers yeast, Gert Strb yeast yeast, Gert Strb yeast FerMax ™ Green yeast, FerMax ™ Gold yeast, Thermosacc® yeast, BG-1, PE-2, CAT-1, CBS7959, CBS7960, and CBS7961.

ある実施形態において、微生物は、固定化または封入され得る。例えば、微生物は、アルギネート、アルギン酸カルシウム、またはポリアクリルアミドゲルを用いて、または珪藻岩、セライト、珪藻土、シリカゲル、プラスチック、または樹脂などの様々な高表面積支持基質へのバイオフィルム形成の誘導によって固定化または封入され得る。ある実施形態において、ISPRは、固定化または封入された微生物と組み合わせて使用され得る。この組合せは、比体積生産性、代謝率、生成物アルコール収率、生成物アルコールへの耐性などの生産性を向上させ得る。さらに、固定化および封入は、微生物に対するせん断などのプロセス条件の影響を最小限に抑え得る。   In certain embodiments, the microorganism can be immobilized or encapsulated. For example, microorganisms are immobilized using alginate, calcium alginate, or polyacrylamide gels, or by induction of biofilm formation on various high surface area support substrates such as diatomite, celite, diatomaceous earth, silica gel, plastic, or resin. Or it can be encapsulated. In certain embodiments, ISPR can be used in combination with immobilized or encapsulated microorganisms. This combination can improve productivity such as specific volume productivity, metabolic rate, product alcohol yield, tolerance to product alcohol. Furthermore, immobilization and encapsulation can minimize the effects of process conditions such as shear on microorganisms.

発酵を用いたブタノールの生成、ならびにブタノールを生成する微生物は、例えば、米国特許第7,851,188号明細書、および米国特許出願公開第2007/0092957号明細書;同第2007/0259410号明細書;同第2007/0292927号明細書;同第2008/0182308号明細書;同第2008/0274525号明細書;同第2009/0155870号明細書;同第2009/0305363号明細書;および同第2009/0305370号明細書に開示されており、それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。ある実施形態において、微生物は、生合成経路を含むように改変される。ある実施形態において、生合成経路は、改変されたブタノール生合成経路である。ある実施形態において、生合成経路は、ピルビン酸を発酵産物に転化する。ある実施形態において、生合成経路は、ピルビン酸ならびにアミノ酸を発酵産物に転化する。ある実施形態において、経路の各基質−生成物転化を触媒する少なくとも1つ、少なくとも2つ、少なくとも3つ、または少なくとも4つのポリペプチドが、微生物中の異種のポリヌクレオチドによってコードされる。ある実施形態において、経路の基質−生成物転化を触媒する全てのポリペプチドが、微生物中の異種のポリヌクレオチドによってコードされる。ある実施形態において、アセト乳酸から2,3−ジヒドロキシイソ吉草酸への基質−生成物転化を触媒するポリペプチドおよび/またはイソブチルアルデヒドからイソブタノールへの基質−生成物転化を触媒するポリペプチドは、補因子として還元型のニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NADH)を用いることが可能である。   Production of butanol using fermentation and microorganisms that produce butanol are described, for example, in US Pat. No. 7,851,188 and US Patent Application Publication No. 2007/0092957; 2007/0259410. No. 2007/0292927; No. 2008/0182308; No. 2008/0274525; No. 2009/0155870; No. 2009/0305363; 2009/0305370, the entire contents of each of which are hereby incorporated by reference. In certain embodiments, the microorganism is modified to include a biosynthetic pathway. In certain embodiments, the biosynthetic pathway is a modified butanol biosynthetic pathway. In certain embodiments, the biosynthetic pathway converts pyruvate into a fermentation product. In certain embodiments, the biosynthetic pathway converts pyruvate as well as amino acids into a fermentation product. In certain embodiments, at least one, at least two, at least three, or at least four polypeptides that catalyze each substrate-product conversion of the pathway are encoded by heterologous polynucleotides in the microorganism. In certain embodiments, all polypeptides that catalyze pathway substrate-product conversion are encoded by heterologous polynucleotides in the microorganism. In certain embodiments, a polypeptide that catalyzes substrate-product conversion from acetolactate to 2,3-dihydroxyisovaleric acid and / or a polypeptide that catalyzes substrate-product conversion from isobutyraldehyde to isobutanol comprises: Reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) can be used as a cofactor.

生合成経路
使用され得るイソブタノールの生成のための生合成経路としては、参照により本明細書に援用される米国特許第7,851,188号明細書に記載されているものが挙げられる。一実施形態において、イソブタノール生合成経路は、以下の基質−生成物転化を含む:
a)例えば、アセト乳酸シンターゼによって触媒され得る、ピルビン酸からアセト乳酸;
b)例えば、アセトヒドロキシ酸レダクトイソメラーゼによって触媒され得る、アセト乳酸から2,3−ジヒドロキシイソ吉草酸;
c)例えば、アセトヒドロキシ酸デヒドラターゼによって触媒され得る、2,3−ジヒドロキシイソ吉草酸からα−ケトイソ吉草酸;
d)例えば、分枝鎖α−ケト酸デカルボキシラーゼによって触媒され得る、α−ケトイソ吉草酸からイソブチルアルデヒド;および
e)例えば、分枝鎖アルコールデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、イソブチルアルデヒドからイソブタノール。
Biosynthetic pathways Biosynthetic pathways for the production of isobutanol that can be used include those described in US Pat. No. 7,851,188, incorporated herein by reference. In one embodiment, the isobutanol biosynthetic pathway comprises the following substrate-product conversion:
a) pyruvate to acetolactate, which can be catalyzed, for example, by acetolactate synthase;
b) 2,3-dihydroxyisovaleric acid from acetolactate, which can be catalyzed, for example, by acetohydroxy acid reductoisomerase;
c) 2,3-dihydroxyisovaleric acid to α-ketoisovaleric acid, which can be catalyzed, for example, by acetohydroxyacid dehydratase;
d) α-ketoisovaleric acid to isobutyraldehyde, which can be catalyzed, for example, by branched chain α-keto acid decarboxylase; and e) isobutyraldehyde to isobutanol, which can be catalyzed, for example, by branched chain alcohol dehydrogenase.

別の実施形態において、イソブタノール生合成経路は、以下の基質−生成物転化を含む:
a)例えば、アセト乳酸シンターゼによって触媒され得る、ピルビン酸からアセト乳酸;
b)例えば、ケトール酸レダクトイソメラーゼによって触媒され得る、アセト乳酸から2,3−ジヒドロキシイソ吉草酸;
c)例えば、ジヒドロキシ酸デヒドラターゼによって触媒され得る、2,3−ジヒドロキシイソ吉草酸からa−ケトイソ吉草酸;
d)例えば、トランスアミナーゼまたはバリンデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、α−ケトイソ吉草酸からバリン;
e)例えば、バリンデカルボキシラーゼによって触媒され得る、バリンからイソブチルアミン;
f)例えば、オメガトランスアミナーゼによって触媒され得る、イソブチルアミンからイソブチルアルデヒド;および
g)例えば、分枝鎖アルコールデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、イソブチルアルデヒドからイソブタノール。
In another embodiment, the isobutanol biosynthetic pathway comprises the following substrate-product conversion:
a) pyruvate to acetolactate, which can be catalyzed, for example, by acetolactate synthase;
b) 2,3-dihydroxyisovaleric acid from acetolactate, which can be catalyzed, for example, by ketolate reductoisomerase;
c) 2,3-dihydroxyisovaleric acid to a-ketoisovaleric acid, which can be catalyzed, for example, by dihydroxy acid dehydratase;
d) α-ketoisovaleric acid to valine, which can be catalyzed, for example, by transaminase or valine dehydrogenase;
e) valine to isobutylamine, which can be catalyzed, for example, by valine decarboxylase;
f) Isobutylamine to isobutyraldehyde, which can be catalyzed by, for example, omega transaminase; and g) Isobutyraldehyde to isobutanol, which can be catalyzed by, for example, branched chain alcohol dehydrogenase.

別の実施形態において、イソブタノール生合成経路は、以下の基質−生成物転化を含む:
a)例えば、アセト乳酸シンターゼによって触媒され得る、ピルビン酸からアセト乳酸;
b)例えば、アセトヒドロキシ酸レダクトイソメラーゼによって触媒され得る、アセト乳酸から2,3−ジヒドロキシイソ吉草酸;
c)例えば、アセトヒドロキシ酸デヒドラターゼによって触媒され得る、2,3−ジヒドロキシイソ吉草酸からα−ケトイソ吉草酸;
d)例えば、分枝鎖ケト酸デヒドロゲナーゼによって触媒され得る、α−ケトイソ吉草酸からイソブチリル−CoA;
e)例えば、アシル化アルデヒドデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、イソブチリル−CoAからイソブチルアルデヒド;および
f)例えば、分枝鎖アルコールデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、イソブチルアルデヒドからイソブタノール。
In another embodiment, the isobutanol biosynthetic pathway comprises the following substrate-product conversion:
a) pyruvate to acetolactate, which can be catalyzed, for example, by acetolactate synthase;
b) 2,3-dihydroxyisovaleric acid from acetolactate, which can be catalyzed, for example, by acetohydroxy acid reductoisomerase;
c) 2,3-dihydroxyisovaleric acid to α-ketoisovaleric acid, which can be catalyzed, for example, by acetohydroxyacid dehydratase;
d) α-ketoisovaleric acid to isobutyryl-CoA, which can be catalyzed, for example, by branched-chain ketoacid dehydrogenase;
e) Isobutyryl-CoA to isobutyraldehyde, which can be catalyzed by, for example, acylated aldehyde dehydrogenase; and f) Isobutyraldehyde to isobutanol, which can be catalyzed by, for example, branched chain alcohol dehydrogenase.

使用され得る1−ブタノールの生成のための生合成経路としては、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2008/0182308号明細書に記載されているものが挙げられる。一実施形態において、1−ブタノール生合成経路は、以下の基質−生成物転化を含む:
a)例えば、アセチル−CoAアセチルトランスフェラーゼによって触媒され得る、アセチル−CoAからアセトアセチル−CoA;
b)例えば、3−ヒドロキシブチリル−CoAデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、アセトアセチル−CoAから3−ヒドロキシブチリル−CoA;
c)例えば、クロトナーゼによって触媒され得る、3−ヒドロキシブチリル−CoAからクロトニル−CoA;
d)例えば、ブチリル−CoAデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、クロトニル−CoAからブチリル−CoA;
e)例えば、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、ブチリル−CoAからブチルアルデヒド;および
f)例えば、ブタノールデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、ブチルアルデヒドから1−ブタノール。
Biosynthetic pathways for the production of 1-butanol that can be used include those described in US Patent Application Publication No. 2008/0182308, which is incorporated herein by reference. In one embodiment, the 1-butanol biosynthetic pathway comprises the following substrate-product conversion:
a) For example, acetyl-CoA to acetoacetyl-CoA, which can be catalyzed by acetyl-CoA acetyltransferase;
b) acetoacetyl-CoA to 3-hydroxybutyryl-CoA, which can be catalyzed, for example, by 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase;
c) 3-hydroxybutyryl-CoA to crotonyl-CoA, which can be catalyzed, for example, by crotonase;
d) Crotonyl-CoA to butyryl-CoA, which can be catalyzed, for example, by butyryl-CoA dehydrogenase;
e) butyryl-CoA to butyraldehyde, which can be catalyzed by, for example, butyraldehyde dehydrogenase; and f) butyraldehyde to 1-butanol, which can be catalyzed by, for example, butanol dehydrogenase.

使用され得る2−ブタノールの生成のための生合成経路としては、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2007/0259410号明細書および米国特許出願公開第2009/0155870号明細書に記載されているものが挙げられる。一実施形態において、2−ブタノール生合成経路は、以下の基質−生成物転化を含む:
a)例えば、アセト乳酸シンターゼによって触媒され得る、ピルビン酸からα−アセト乳酸;
b)例えば、アセト乳酸デカルボキシラーゼによって触媒され得る、α−アセト乳酸からアセトイン;
c)例えば、アセトインアミナーゼによって触媒され得る、アセトインから3−アミノ−2−ブタノール;
d)例えば、アミノブタノールキナーゼによって触媒され得る、3−アミノ−2−ブタノールから3−アミノ−2−ブタノールホスフェート;
e)例えば、アミノブタノールホスフェートホスホリラーゼによって触媒され得る、3−アミノ−2−ブタノールホスフェートから2−ブタノン;および
f)例えば、ブタノールデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、2−ブタノンから2−ブタノール。
Biosynthetic pathways for the production of 2-butanol that can be used include US Patent Application Publication No. 2007/0259410 and US Patent Application Publication No. 2009/0155870, which are incorporated herein by reference. What is described is mentioned. In one embodiment, the 2-butanol biosynthetic pathway includes the following substrate-product conversion:
a) α-acetolactic acid from pyruvate, which can be catalyzed, for example, by acetolactate synthase;
b) α-acetolactic acid to acetoin, which can be catalyzed, for example, by acetolactate decarboxylase;
c) Acetoin to 3-amino-2-butanol, which can be catalyzed, for example, by acetoin aminase;
d) 3-amino-2-butanol to 3-amino-2-butanol phosphate, which can be catalyzed, for example, by aminobutanol kinase;
e) 2-butanone from 3-amino-2-butanol phosphate, which can be catalyzed by, for example, aminobutanol phosphate phosphorylase; and f) 2-butanone to 2-butanol, which can be catalyzed by, for example, butanol dehydrogenase.

別の実施形態において、2−ブタノール生合成経路は、以下の基質−生成物転化を含む:
a)例えば、アセト乳酸シンターゼによって触媒され得る、ピルビン酸からα−アセト乳酸;
b)例えば、アセト乳酸デカルボキシラーゼによって触媒され得る、α−アセト乳酸からアセトイン;
c)例えば、ブタンジオールデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、アセトインから2,3−ブタンジオール;
d)例えば、ジオールデヒドラターゼによって触媒され得る、2,3−ブタンジオールから2−ブタノン;および
e)例えば、ブタノールデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、2−ブタノンから2−ブタノール。
In another embodiment, the 2-butanol biosynthetic pathway comprises the following substrate-product conversion:
a) α-acetolactic acid from pyruvate, which can be catalyzed, for example, by acetolactate synthase;
b) α-acetolactic acid to acetoin, which can be catalyzed, for example, by acetolactate decarboxylase;
c) 2,3-butanediol from acetoin, which can be catalyzed, for example, by butanediol dehydrogenase;
d) 2,3-butanediol to 2-butanone, which can be catalyzed by, for example, diol dehydratase; and e) 2-butanone to 2-butanol, which can be catalyzed by, for example, butanol dehydrogenase.

使用され得る2−ブタノンの生成のための生合成経路としては、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2007/0259410号明細書および米国特許出願公開第2009/0155870号明細書に記載されているものが挙げられる。一実施形態において、2−ブタノン生合成経路は、以下の基質−生成物転化を含む:
a)例えば、アセト乳酸シンターゼによって触媒され得る、ピルビン酸からα−アセト乳酸;
b)例えば、アセト乳酸デカルボキシラーゼによって触媒され得る、α−アセト乳酸からアセトイン;
c)例えば、アセトインアミナーゼによって触媒され得る、アセトインから3−アミノ−2−ブタノール;
d)例えば、アミノブタノールキナーゼによって触媒され得る、3−アミノ−2−ブタノールから3−アミノ−2−ブタノールホスフェート;および
e)例えば、アミノブタノールホスフェートホスホリラーゼによって触媒され得る、3−アミノ−2−ブタノールホスフェートから2−ブタノン。
Biosynthetic pathways for the production of 2-butanone that can be used include US Patent Application Publication No. 2007/0259410 and US Patent Application Publication No. 2009/0155870, which are incorporated herein by reference. What is described is mentioned. In one embodiment, the 2-butanone biosynthetic pathway includes the following substrate-product conversion:
a) α-acetolactic acid from pyruvate, which can be catalyzed, for example, by acetolactate synthase;
b) α-acetolactic acid to acetoin, which can be catalyzed, for example, by acetolactate decarboxylase;
c) Acetoin to 3-amino-2-butanol, which can be catalyzed, for example, by acetoin aminase;
d) 3-amino-2-butanol to 3-amino-2-butanol phosphate, which can be catalyzed by, for example, aminobutanol kinase; and e) 3-amino-2-butanol, which can be catalyzed by, for example, aminobutanol phosphate phosphorylase From phosphate to 2-butanone.

別の実施形態において、2−ブタノン生合成経路は、以下の基質−生成物転化を含む:
a)例えば、アセト乳酸シンターゼによって触媒され得る、ピルビン酸からα−アセト乳酸;
b)例えば、アセト乳酸デカルボキシラーゼによって触媒され得る、α−アセト乳酸からアセトイン;
c)例えば、ブタンジオールデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、アセトインから2,3−ブタンジオール;および
d)例えば、ジオールデヒドラターゼによって触媒され得る、2,3−ブタンジオールから2−ブタノン。
In another embodiment, the 2-butanone biosynthetic pathway comprises the following substrate-product conversion:
a) α-acetolactic acid from pyruvate, which can be catalyzed, for example, by acetolactate synthase;
b) α-acetolactic acid to acetoin, which can be catalyzed, for example, by acetolactate decarboxylase;
c) 2,3-butanediol from acetoin, which can be catalyzed by, for example, butanediol dehydrogenase; and d) 2-butanone from 2,3-butanediol, which can be catalyzed by, for example, diol dehydratase.

「アセトヒドロキシ酸シンターゼ」、「アセト乳酸シンターゼ」、および「アセト乳酸シンテターゼ」(「ALS」と略記される)という用語は、ピルビン酸からアセト乳酸およびCOへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指すために本明細書において同義に使用される。アセト乳酸シンターゼの例は、EC番号2.2.1.6(Enzyme Nomenclature 1992,Academic Press,San Diego)によって知られている。これらの未修飾酵素は、枯草菌(Bacillus subtilis)(ジェンバンク(GenBank)番号:CAB15618(配列番号1)、Z99122(配列番号2)、NCBI(国立生物工学情報センター(National Center for Biotechnology Information))アミノ酸配列、NCBIヌクレオチド配列)、肺炎桿菌(Klebsiella pneumoniae)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAA25079(配列番号3)、M73842(配列番号4))、および乳酸連鎖球菌(Lactococcus lactis)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAA25161(配列番号5)、L16975(配列番号6))を含むがこれらに限定されないいくつかの供給源から入手可能である。 The terms “acetohydroxyacid synthase”, “acetolactic acid synthase”, and “acetolactic acid synthetase” (abbreviated as “ALS”) have enzymatic activity that catalyzes the conversion of pyruvate to acetolactate and CO 2 . Used interchangeably herein to refer to a polypeptide. An example of acetolactate synthase is known by EC number 2.2.1.6 (Enzyme Nomenclature 1992, Academic Press, San Diego). These unmodified enzymes are Bacillus subtilis (GenBank number: CAB15618 (SEQ ID NO: 1), Z99122 (SEQ ID NO: 2), NCBI (National Center for Biotechnology Information) Amino acid sequence, NCBI nucleotide sequence), Klebsiella pneumoniae (GenBank number: AAA25079 (SEQ ID NO: 3), M73842 (SEQ ID NO: 4)), and Lactococcus lactis (GenBank ) Number: AAA25161 (SEQ ID NO: 5), L16975 (SEQ ID NO: 6)), but not limited to Available from several sources.

「ケト酸レダクトイソメラーゼ」(「KARI」)、「アセトヒドロキシ酸イソメロレダクターゼ」、および「アセトヒドロキシ酸レダクトイソメラーゼ」という用語は、同義に使用され、(S)−アセト乳酸から2,3−ジヒドロキシイソ吉草酸への反応を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。KARI酵素の例は、EC番号EC 1.1.1.86(Enzyme Nomenclature 1992,Academic Press,San Diego)として分類されてもよく、大腸菌(Escherichia coli)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_418222(配列番号7)、NC_000913(配列番号8))、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_013459(配列番号9)、NC_001144(配列番号10))、メタノコッカス・マリパルディス(Methanococcus maripaludis)(ジェンバンク(GenBank)番号:CAF30210(配列番号11)、BX957220(配列番号12))、および枯草菌(Bacillus subtilis)(ジェンバンク(GenBank)番号:CAB14789(配列番号13)、Z99118(配列番号14))を含むがこれらに限定されない広範囲の微生物から入手可能である。KARIとしては、アナエロスティペス・カカエ(Anaerostipes caccae)KARI変異体「K9G9」および「K9D3」(それぞれ、配列番号15および16)が挙げられる。ケト酸レダクトイソメラーゼ(KARI)酵素が、参照により本明細書に援用される、米国特許出願公開第2008/0261230号明細書、同第2009/0163376号明細書、および同第2010/0197519号明細書、およびPCT出願公報番号国際公開第2011/041415号パンフレットに記載されている。これらの文献に開示されているKARIの例は、乳酸連鎖球菌(Lactococcus lactis)、コレラ菌(Vibrio cholera)、緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)PAO1、および蛍光菌(Pseudomonas fluorescens)PF5突然変異体に由来するものである。ある実施形態において、KARIはNADHを用いる。ある実施形態において、KARIは、還元型のニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸(NADPH)を用いる。   The terms “keto acid reductoisomerase” (“KARI”), “acetohydroxy acid isomero reductase”, and “acetohydroxy acid reductoisomerase” are used interchangeably and are derived from (S) -acetolactic acid to 2,3 -Refers to a polypeptide having enzymatic activity that catalyzes the reaction to dihydroxyisovaleric acid. An example of a KARI enzyme may be classified as EC number EC 1.1.1.86 (Enzyme Nomenclature 1992, Academic Press, San Diego), Escherichia coli (GenBank number: NP — 418222 (sequence) No. 7), NC — 000913 (SEQ ID NO: 8)), Saccharomyces cerevisiae (GenBank numbers: NP — 013459 (SEQ ID NO: 9), NC — 00144 (SEQ ID NO: 10)), Methanococcus maripardis (Methanococcus Methanococus) (GenBank number: CAF30210 (SEQ ID NO: 11), BX957220 (SEQ ID NO: 12)), and Bacillus subtilis (GenBank numbers: CAB14789 (SEQ ID NO: 13), Z99118 (SEQ ID NO: 14)), available from a wide range of microorganisms including but not limited to It is. KARI includes Anaerostipes cakae KARI mutants “K9G9” and “K9D3” (SEQ ID NOS: 15 and 16, respectively). The keto acid reductoisomerase (KARI) enzyme is incorporated herein by reference, US 2008/0261230, 2009/0163376, and 2010/0197519. And PCT application publication number WO 2011/041415. Examples of KARI disclosed in these documents are Lactococcus lactis, Vibrio cholera, Pseudomonas aeruginosa PAO1, and PF5 derived from Pseudomonas fluorescens PF5. To do. In some embodiments, KARI uses NADH. In certain embodiments, KARI uses reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH).

「アセトヒドロキシ酸デヒドラターゼ」および「ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ」(「DHAD」)という用語は、2,3−ジヒドロキシイソ吉草酸からα−ケトイソ吉草酸への転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。アセトヒドロキシ酸デヒドラターゼの例は、EC番号4.2.1.9によって知られている。このような酵素は、大腸菌(Escherichia coli)(ジェンバンク(GenBank)番号:YP_026248(配列番号17)、NC000913(配列番号18))、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_012550(配列番号19)、NC 001142(配列番号20)、M.マリパルディス(M.maripaludis)(ジェンバンク(GenBank)番号:CAF29874(配列番号21)、BX957219(配列番号22))、枯草菌(B.subtilis)(ジェンバンク(GenBank)番号:CAB14105(配列番号23)、Z99115(配列番号24))、乳酸連鎖球菌(L.lactis)、およびアカパンカビ(N.crassa)を含むがこれらに限定されない広範囲の微生物から入手可能である。参照により本明細書に援用される、米国特許出願公開第2010/0081154号明細書、および米国特許第7,851,188号明細書には、ミュータンス連鎖球菌(Streptococcus mutans)に由来するDHADを含むジヒドロキシ酸デヒドラターゼ(DHAD)が記載されている。   The terms “acetohydroxy acid dehydratase” and “dihydroxy acid dehydratase” (“DHAD”) refer to polypeptides having enzymatic activity that catalyzes the conversion of 2,3-dihydroxyisovaleric acid to α-ketoisovaleric acid. An example of acetohydroxy acid dehydratase is known by EC number 4.2.1.9. Such enzymes include Escherichia coli (GenBank number: YP — 026248 (SEQ ID NO: 17), NC000913 (SEQ ID NO: 18)), Saccharomyces cerevisiae (GenBank number: NP — 25 — (SEQ ID NO: 19), NC 001142 (SEQ ID NO: 20), M. maripaldis (GenBank number: CAF 29874 (SEQ ID NO: 21), BX957219 (SEQ ID NO: 22)), Bacillus subtilis (B. subtilis (GenBank number: CAB14105 (SEQ ID NO: 23), Z99115 (SEQ ID NO: 24)), Lactococcus lactis (L. and is available from a wide range of microorganisms including, but not limited to, N. crassa, U.S. Patent Application Publication No. 2010/0081154, and U.S. Pat. Japanese Patent No. 7,851,188 describes dihydroxy acid dehydratase (DHAD) containing DHAD derived from Streptococcus mutans.

「分枝鎖α−ケト酸デカルボキシラーゼ」、「α−ケト酸デカルボキシラーゼ」、「α−ケトイソ吉草酸デカルボキシラーゼ」、または「2−ケトイソ吉草酸デカルボキシラーゼ」(「KIVD」)という用語は、α−ケトイソ吉草酸からイソブチルアルデヒドおよびCOへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。分枝鎖α−ケト酸デカルボキシラーゼの例は、EC番号4.1.1.72によって知られており、乳酸連鎖球菌(Lactococcus lactis)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAS49166(配列番号25)、AY548760(配列番号26);CAG34226(配列番号27)、AJ746364(配列番号28)、ネズミチフス菌(Salmonella typhimurium)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_461346(配列番号29)、NC_003197(配列番号30))、クロストリジウム・アセトブチリクム(Clostridium acetobutylicum)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_149189(配列番号31)、NC_001988(配列番号32))、M.カセオリティクス(M.caseolyticus)(配列番号33)、およびL.グライ(L.grayi)(配列番号34)を含むがこれらに限定されないいくつかの供給源から入手可能である。 The term “branched α-keto acid decarboxylase”, “α-keto acid decarboxylase”, “α-ketoisovalerate decarboxylase” or “2-ketoisovalerate decarboxylase” (“KIVD”) It refers to a polypeptide having enzymatic activity that catalyzes the conversion of α-ketoisovaleric acid to isobutyraldehyde and CO 2 . An example of a branched chain α-keto acid decarboxylase is known by EC number 4.1.1.72, Lactococcus lactis (GenBank number: AAS49166 (SEQ ID NO: 25)) AY548760 (SEQ ID NO: 26); CAG34226 (SEQ ID NO: 27), AJ746364 (SEQ ID NO: 28), Salmonella typhimurium (GenBank number: NP_461346 (SEQ ID NO: 29), NC_003197 (SEQ ID NO: 30)), Clostridium acetobutylicum (GenBank number: NP — 149189 (SEQ ID NO: 31), NC — 001988 SEQ ID NO: 32)), M. caseoliticus (SEQ ID NO: 33), and L. grayi (SEQ ID NO: 34) from several sources including but not limited to Is possible.

「分枝鎖アルコールデヒドロゲナーゼ」(「ADH」)という用語は、イソブチルアルデヒドからイソブタノールへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。分枝鎖アルコールデヒドロゲナーゼの例は、EC番号1.1.1.265によって知られているが、他のアルコールデヒドロゲナーゼ(特に、EC 1.1.1.1または1.1.1.2)にも分類され得る。アルコールデヒドロゲナーゼは、NADPH依存性またはNADH依存性であり得る。このような酵素は、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_010656(配列番号35)、NC_001136(配列番号36)、NP_014051(配列番号37)、NC_001145(配列番号38))、大腸菌(Escherichia coli)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_417484(配列番号39)、NC_000913(配列番号40))、C.アセトブチリクム(C.acetobutylicum)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_349892(配列番号41)、NC_003030(配列番号42);NP_349891(配列番号43)、NC_003030(配列番号44))を含むがこれらに限定されないいくつかの供給源から入手可能である。米国特許出願公開第2009/0269823号明細書には、SadB、アクロモバクター・キシロソキシダンス(Achromobacter xylosoxidans)に由来するアルコールデヒドロゲナーゼ(ADH)が記載されている。アルコールデヒドロゲナーゼは、(参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2011/0269199号明細書に記載されているように)ウマ肝臓由来のADHおよびベイジェリンキア・インディカ(Beijerinckia indica)ADHも含む。   The term “branched alcohol dehydrogenase” (“ADH”) refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the conversion of isobutyraldehyde to isobutanol. An example of a branched chain alcohol dehydrogenase is known by EC number 1.1.1.265, but other alcohol dehydrogenases (especially EC 1.1.1.1 or 1.1.1.2) Can also be classified. Alcohol dehydrogenase can be NADPH-dependent or NADH-dependent. Such enzymes are Saccharomyces cerevisiae (GenBank number: NP — 010656 (SEQ ID NO: 35), NC — 00136 (SEQ ID NO: 36), NP — 014051 (SEQ ID NO: 37), NC — 00145 (SEQ ID NO: 38)), Escherichia coli (GenBank numbers: NP_417484 (SEQ ID NO: 39), NC_000913 (SEQ ID NO: 40)), C.I. A number including, but not limited to, C. acetobutylicum (GenBank numbers: NP_349892 (SEQ ID NO: 41), NC_003030 (SEQ ID NO: 42); NP_349891 (SEQ ID NO: 43), NC_003030 (SEQ ID NO: 44)) Available from these sources. US Patent Application Publication No. 2009/0269823 describes an alcohol dehydrogenase (ADH) derived from SadB, Achromobacter xylosoxidans. Alcohol dehydrogenase is also ADH from horse liver (as described in US Patent Application Publication No. 2011/0269199, incorporated herein by reference) and Beijerinckia indica ADH. Including.

「ブタノールデヒドロゲナーゼ」という用語は、イソブチルアルデヒドからイソブタノールへの転化または2−ブタノンおよび2−ブタノールの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチド(またはポリペプチド)を指す。ブタノールデヒドロゲナーゼは、アルコールデヒドロゲナーゼの幅広いファミリーのサブセットである。ブタノールデヒドロゲナーゼは、NAD−またはNADP依存性であり得る。NAD依存性酵素は、EC 1.1.1.1として知られており、例えば、ロドコッカス・ルーバー(Rhodococcus ruber)(ジェンバンク(GenBank)番号:CAD36475、AJ491307)から入手可能である。NADP依存性酵素は、EC 1.1.1.2として知られており、例えば、ピュロコックス・フリオスス(Pyrococcus furiosus)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAC25556、AF013169)から入手可能である。さらに、ブタノールデヒドロゲナーゼは、大腸菌(Escherichia coli)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP 417484、NC_000913)から入手可能であり、シクロヘキサノールデヒドロゲナーゼは、アシネトバクター属(Acinetobacter sp.)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAG10026、AF282240)から入手可能である。「ブタノールデヒドロゲナーゼ」という用語は、補因子としてNADHまたはNADPHのいずれかを用いたブチルアルデヒドから1−ブタノールへの転化を触媒する酵素も指す。ブタノールデヒドロゲナーゼは、例えば、C.アセトブチリクム(C.acetobutylicum)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_149325、NC_001988;注記:この酵素は、アルデヒドおよびアルコールデヒドロゲナーゼ活性の両方を有する);NP_349891、NC_003030;およびNP_349892、NC_003030)および大腸菌(Escherichia coli)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_417−484、NC_000913)から入手可能である。   The term “butanol dehydrogenase” refers to a polypeptide (or polypeptide) having enzymatic activity that catalyzes the conversion of isobutyraldehyde to isobutanol or the conversion of 2-butanone and 2-butanol. Butanol dehydrogenase is a subset of a broad family of alcohol dehydrogenases. Butanol dehydrogenase can be NAD- or NADP-dependent. NAD-dependent enzymes are known as EC 1.1.1.1 and are available, for example, from Rhodococcus rubber (GenBank number: CAD36475, AJ491307). NADP-dependent enzymes are known as EC 1.1.1.2 and are available, for example, from Pyrococcus furiosus (GenBank number: AAC25556, AF013169). Furthermore, butanol dehydrogenase is available from Escherichia coli (GenBank number: NP 417484, NC_000913), and cyclohexanol dehydrogenase is Acinetobacter sp. (GenBank number: AAG10026, AF282240). The term “butanol dehydrogenase” also refers to an enzyme that catalyzes the conversion of butyraldehyde to 1-butanol using either NADH or NADPH as a cofactor. Butanol dehydrogenase is, for example, C.I. C. acetobutylicum (GenBank numbers: NP — 149325, NC — 001988; note: this enzyme has both aldehyde and alcohol dehydrogenase activities); NP — 349891, NC — 003030; and NP — 349892, NC — 003030 and Escherichi (GenBank numbers: NP_417-484, NC_000913).

「分枝鎖ケト酸デヒドロゲナーゼ」という用語は、通常、電子受容体としてNAD(ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド)を用いた、α−ケトイソ吉草酸からイソブチリル−CoA(イソブチリル−補酵素A)への転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。分枝鎖ケト酸デヒドロゲナーゼの例は、EC番号1.2.4.4によって知られている。このような分枝鎖ケト酸デヒドロゲナーゼは、4つのサブユニットから構成され、全てのサブユニットからの配列が、枯草菌(Bacillus subtilis)(ジェンバンク(GenBank)番号:CAB14336(配列番号45)、Z99116(配列番号46);CAB14335(配列番号47)、Z99116(配列番号48);CAB14334(配列番号49)、Z99116(配列番号50);およびCAB14337(配列番号51)、Z99116(配列番号52))およびシュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAA65614(配列番号53)、M57613(配列番号54);AAA65615(配列番号55)、M57613(配列番号56);AAA65617(配列番号57)、M57613(配列番号58);およびAAA65618(配列番号59)、M57613(配列番号60))を含むがこれらに限定されない広範囲の微生物から入手可能である。 The term “branched keto acid dehydrogenase” is usually the conversion of α-ketoisovaleric acid to isobutyryl-CoA (isobutyryl-coenzyme A) using NAD + (nicotinamide adenine dinucleotide) as the electron acceptor. Refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes. An example of a branched chain keto acid dehydrogenase is known by EC number 1.2.4.4. Such a branched chain keto acid dehydrogenase is composed of four subunits, and the sequences from all the subunits are Bacillus subtilis (GenBank number: CAB14336 (SEQ ID NO: 45), Z99116. (SEQ ID NO: 46); CAB14335 (SEQ ID NO: 47), Z99116 (SEQ ID NO: 48); CAB14334 (SEQ ID NO: 49), Z99116 (SEQ ID NO: 50); and CAB14337 (SEQ ID NO: 51), Z99116 (SEQ ID NO: 52)) and Pseudomonas putida (GenBank number: AAA65614 (SEQ ID NO: 53), M57613 (SEQ ID NO: 54); AAA65615 (SEQ ID NO: 55), M57613 ( Column number 56); AAA65617 (SEQ ID NO: 57), M57613 (SEQ ID NO: 58); and AAA65618 (SEQ ID NO: 59), including M57613 (SEQ ID NO: 60)) is available from a wide range of microorganisms, including but not limited to.

「アシル化アルデヒドデヒドロゲナーゼ」という用語は、通常、電子供与体としてNADHまたはNADPHのいずれかを用いた、イソブチリル−CoAからイソブチルアルデヒドへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。アシル化アルデヒドデヒドロゲナーゼの例は、EC番号1.2.1.10および1.2.1.57によって知られている。このような酵素は、クロストリジウム・ベイジェリンキ(Clostridium beijerinckii)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAD31841(配列番号61)、AF157306(配列番号62))、クロストリジウム・アセトブチリクム(Clostridium acetobutylicum)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_149325(配列番号63)、NC_001988(配列番号64);NP_149199(配列番号65)、NC_001988(配列番号66))、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAA89106(配列番号67)、U13232(配列番号68))、およびサーマス・サーモフィルス(Thermus thermophilus)(ジェンバンク(GenBank)番号:YP_145486(配列番号69)、NC_006461(配列番号70))を含むがこれらに限定されない複数の供給源から入手可能である。   The term “acylated aldehyde dehydrogenase” refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the conversion of isobutyryl-CoA to isobutyraldehyde, usually using either NADH or NADPH as an electron donor. Examples of acylated aldehyde dehydrogenases are known by EC numbers 1.2.1.10 and 1.2.2.17. Such enzymes include Clostridium beijerinckii (GenBank numbers: AAD31841 (SEQ ID NO: 61), AF157306 (SEQ ID NO: 62)), Clostridium acetobutylicum (Genbank) (Genbank) NP_149325 (SEQ ID NO: 63), NC_001988 (SEQ ID NO: 64); NP_149199 (SEQ ID NO: 65), NC_001988 (SEQ ID NO: 66)), Pseudomonas putida (GenBank) number: AAA89106 (SEQ ID NO: 67) ), U13232 (SEQ ID NO: 68)), and Thermus Mofirusu (Thermus thermophilus) (Genbank (GenBank) Number: YP_145486 (SEQ ID NO: 69), NC_006461 (SEQ ID NO: 70)) including available from multiple sources, including but not limited to.

「トランスアミナーゼ」という用語は、アミン供与体としてアラニンまたはグルタミン酸塩のいずれかを用いた、α−ケトイソ吉草酸からL−バリンへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。トランスアミナーゼの例は、EC番号2.6.1.42および2.6.1.66によって知られている。このような酵素は、いくつかの供給源から入手可能である。アラニン依存性酵素の供給源の例としては、以下に限定はされないが、大腸菌(Escherichia coli)(ジェンバンク(GenBank)番号:YP_026231(配列番号71)、NC_000913(配列番号72))およびバチルス・リケニフォルミス(Bacillus licheniformis)(ジェンバンク(GenBank)番号:YP_093743(配列番号73)、NC_006322(配列番号74))が挙げられる。グルタミン酸塩依存性酵素の供給源の例としては、以下に限定はされないが、大腸菌(Escherichia coli)(ジェンバンク(GenBank)番号:YP_026247(配列番号75)、NC_000913(配列番号76))、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_012682(配列番号77)、NC_001142(配列番号78))およびメタノバクテリウム・サーモオートトロフィクム(Methanobacterium thermoautotrophicum)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_276546(配列番号79)、NC_000916(配列番号80))が挙げられる。   The term “transaminase” refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the conversion of α-ketoisovaleric acid to L-valine using either alanine or glutamate as the amine donor. Examples of transaminases are known by EC numbers 2.6.1.42 and 2.6.1.66. Such enzymes are available from several sources. Examples of sources of alanine-dependent enzymes include, but are not limited to, Escherichia coli (GenBank numbers: YP — 026231 (SEQ ID NO: 71), NC — 000913 (SEQ ID NO: 72)) and Bacillus licheniformis. (Bacillus licheniformis) (GenBank number: YP_093743 (SEQ ID NO: 73), NC_006322 (SEQ ID NO: 74)). Examples of sources of glutamate-dependent enzymes include, but are not limited to, Escherichia coli (GenBank numbers: YP — 026247 (SEQ ID NO: 75), NC — 000913 (SEQ ID NO: 76)), Saccharomyces Saccharomyces cerevisiae (GenBank number: NP_012682 (SEQ ID NO: 77), NC_001142 (SEQ ID NO: 78)) and Methanobacterum thermoautotrophicum (N) SEQ ID NO: 79), NC_000916 (SEQ ID NO: 80)).

「バリンデヒドロゲナーゼ」という用語は、通常、電子供与体としてNAD(P)Hおよびアミン供与体としてアンモニアを用いた、α−ケトイソ吉草酸からL−バリンへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。バリンデヒドロゲナーゼの例は、EC番号1.4.1.8および1.4.1.9によって知られており、このような酵素は、ストレプトマイセス・セリカラー(Streptomyces coelicolor)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_628270(配列番号81)、NC_003888(配列番号82))および枯草菌(Bacillus subtilis)(ジェンバンク(GenBank)番号:CAB14339(配列番号83)、Z99116(配列番号84))を含むがこれらに限定されないいくつかの供給源から入手可能である。   The term “valine dehydrogenase” is a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the conversion of α-ketoisovaleric acid to L-valine, usually using NAD (P) H as an electron donor and ammonia as an amine donor. Point to. Examples of valine dehydrogenases are known by EC numbers 1.4.1.8 and 1.4.1.9, such enzymes are described in Streptomyces coelicolor (GenBank). Including: NP_628270 (SEQ ID NO: 81), NC_003888 (SEQ ID NO: 82)) and Bacillus subtilis (GenBank numbers: CAB14339 (SEQ ID NO: 83), Z99116 (SEQ ID NO: 84)). Available from several non-limiting sources.

「バリンデカルボキシラーゼ」という用語は、L−バリンからイソブチルアミンおよびCOへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。バリンデカルボキシラーゼの例は、EC番号4.1.1.14によって知られている。このような酵素は、例えば、ストレプトマイセス・ビリジファシエンス(Streptomyces viridifaciens)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAN10242(配列番号85)、AY116644(配列番号86))などのストレプトマイセス属(Streptomyces)に見られる。 The term “valine decarboxylase” refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the conversion of L-valine to isobutylamine and CO 2 . An example of valine decarboxylase is known by EC number 4.1.1.14. Such enzymes include, for example, Streptomyces viridifaciens (GenBank numbers: AAN10242 (SEQ ID NO: 85), AY116644 (SEQ ID NO: 86)) and other Streptomyces genera (Streptomyces). ).

「オメガトランスアミナーゼ」という用語は、アミン供与体として好適なアミノ酸を用いた、イソブチルアミンからイソブチルアルデヒドへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。オメガトランスアミナーゼの例は、EC番号2.6.1.18によって知られており、アルカリゲネス・デニトリフィカンス(Alcaligenes denitrificans)(AAP92672(配列番号87)、AY330220(配列番号88))、ラルストニア・ユートロファ(Ralstonia eutropha)(ジェンバンク(GenBank)番号:YP_294474(配列番号89)、NC_007347(配列番号90))、シェワネラ・オネイデンシス(Shewanella oneidensis)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_719046(配列番号91)、NC_004347(配列番号92))、およびシュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAN66223(配列番号93)、AE016776(配列番号94))を含むがこれらに限定されないいくつかの供給源から入手可能である。   The term “omega transaminase” refers to a polypeptide having enzymatic activity that catalyzes the conversion of isobutylamine to isobutyraldehyde using an amino acid suitable as an amine donor. An example of an omega transaminase is known by EC number 2.6.1.18, Alcaligenes denitrificans (AAP92672 (SEQ ID NO: 87), AY330220 (SEQ ID NO: 88)), Ralstonia eutropha (Ralstonia eutropha) (GenBank number: YP — 294474 (SEQ ID NO: 89), NC — 007347 (SEQ ID NO: 90)), Shewanella oneidensis (GenBank) number: NP — 719046 (SEQ ID NO: 91) (SEQ ID NO: 92)), and Pseudomonas putida GenBank (GenBank) Number: AAN66223 (SEQ ID NO: 93), which is available from several sources, including, AE016776 (SEQ ID NO: 94)) without limitation.

「アセチル−CoAアセチルトランスフェラーゼ」という用語は、アセチル−CoAからアセトアセチル−CoAおよび補酵素A(CoA)の2つの分子の転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。アセチル−CoAアセチルトランスフェラーゼの例は、短鎖アシル−CoAおよびアセチル−CoAに対する基質選択性(順方向の反応)を有するアセチル−CoAアセチルトランスフェラーゼであり、E.C.2.3.1.9[Enzyme Nomenclature 1992,Academic Press,San Diego]として分類されるが;より広い基質範囲を有する酵素(E.C.2.3.1.16)が同様に機能する。アセチル−CoAアセチルトランスフェラーゼは、いくつかの供給源、例えば、大腸菌(Escherichia coli)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_416728、NC_000913;NCBI(国立生物工学情報センター(National Center for Biotechnology Information))アミノ酸配列、NCBIヌクレオチド配列)、クロストリジウム・アセトブチリクム(Clostridium acetobutylicum)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_349476.1、NC_003030;NP_149242、NC_001988、枯草菌(Bacillus subtilis)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_390297、NC_000964)、およびサッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_015297、NC_001148)から入手可能である。   The term “acetyl-CoA acetyltransferase” refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the conversion of two molecules, acetyl-CoA to acetoacetyl-CoA and coenzyme A (CoA). An example of acetyl-CoA acetyltransferase is acetyl-CoA acetyltransferase with substrate selectivity (forward reaction) for short chain acyl-CoA and acetyl-CoA. C. 2.3.1.9 [Enzyme Nomenclature 1992, Academic Press, San Diego], but enzymes with a wider substrate range (EC 2.3.1.16) function similarly. Acetyl-CoA acetyltransferase has several sources, such as Escherichia coli (GenBank numbers: NP_416728, NC_000913; NCBI (National Center for Biotechnology Information) amino acid sequence, NCBI nucleotide sequence), Clostridium acetobutylicum (GenBank number: NP_3494746.1, NC_003030; NP_149242, NC_001988, Bacillus subtilis_N3B) 97, NC_000964), and Saccharomyces cerevisiae (Saccharomyces cerevisiae) (GenBank (GenBank) number: NP_015297, is available from NC_001148).

「3−ヒドロキシブチリル−CoAデヒドロゲナーゼ」という用語は、アセトアセチル−CoAから3−ヒドロキシブチリル−CoAへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。3−ヒドロキシブチリル−CoAデヒドロゲナーゼの例は、NADH依存性であってもよく、(S)−3−ヒドロキシブチリル−CoAまたは(R)−3−ヒドロキシブチリル−CoAに対する基質選択性を有する。例は、それぞれE.C.1.1.1.35およびE.C.1.1.1.30として分類されてもよい。さらに、3−ヒドロキシブチリル−CoAデヒドロゲナーゼは、NADPH依存性であってもよく、(S)−3−ヒドロキシブチリル−CoAまたは(R)−3−ヒドロキシブチリル−CoAに対する基質選択性を有し、それぞれE.C.1.1.1.157およびE.C.1.1.1.36として分類される。3−ヒドロキシブチリル−CoAデヒドロゲナーゼは、いくつかの供給源、例えば、クロストリジウム・アセトブチリクム(Clostridium acetobutylicum)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_349314、NC_003030)、枯草菌(Bacillus subtilis)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAB09614、U29084)、ラルストニア・ユートロファ(Ralstonia eutropha)(ジェンバンク(GenBank)番号:YP_294481、NC_007347)、およびアルカリゲネス・ユートロフス(Alcaligenes eutrophus)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAA21973、J04987)から入手可能である。   The term “3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase” refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the conversion of acetoacetyl-CoA to 3-hydroxybutyryl-CoA. Examples of 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase may be NADH-dependent and have substrate selectivity for (S) -3-hydroxybutyryl-CoA or (R) -3-hydroxybutyryl-CoA . Examples are shown in E.E. C. 1.1.1.15 and E.I. C. It may be classified as 1.1.1.30. Furthermore, 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase may be NADPH-dependent and has substrate selectivity for (S) -3-hydroxybutyryl-CoA or (R) -3-hydroxybutyryl-CoA. And E.E. C. 1.1.1.157 and E.I. C. Classified as 1.1.1.36. 3-Hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase is available from several sources, such as Clostridium acetobutylicum (GenBank numbers: NP_349314, NC_003030), Bacillus subtilis (Genbank) Number: AAB09614, U29084), Ralstonia eutropha (GenBank number: YP_2944481, NC_007347), and Alcaligenes eutrophus (obtained from GenBank (Abank 98: GenBank7A984)) It is.

「クロトナーゼ」という用語は、3−ヒドロキシブチリル−CoAからクロトニル−CoAおよびHOへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。クロトナーゼの例は、(S)−3−ヒドロキシブチリル−CoAまたは(R)−3−ヒドロキシブチリル−CoAに対する基質選択性を有してもよく、それぞれE.C.4.2.1.17およびE.C.4.2.1.55として分類されてもよい。クロトナーゼは、いくつかの供給源、例えば、大腸菌(Escherichia coli)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_415911、NC_000913)、クロストリジウム・アセトブチリクム(Clostridium acetobutylicum)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_349318、NC_003030)、枯草菌(Bacillus subtilis)(ジェンバンク(GenBank)番号:CAB13705、Z99113)、およびエロモナス・キャビエ(Aeromonas caviae)(ジェンバンク(GenBank)番号:BAA21816、D88825)から入手可能である。 The term “crotonase” refers to a polypeptide having enzymatic activity that catalyzes the conversion of 3-hydroxybutyryl-CoA to crotonyl-CoA and H 2 O. Examples of crotonases may have substrate selectivity for (S) -3-hydroxybutyryl-CoA or (R) -3-hydroxybutyryl-CoA, respectively. C. 4.2.1.17 and E.I. C. It may be classified as 4.2.1.55. Crotonase can be obtained from several sources, for example, Escherichia coli (GenBank numbers: NP_415911, NC_000913), Clostridium acetobutylicum (GenBank numbers: NP_00303, NP_00303, Available from Bacillus subtilis (GenBank numbers: CAB13705, Z99113), and Aeromonas caviae (GenBank numbers: BAA21816, D88825).

「ブチリル−CoAデヒドロゲナーゼ」という用語は、クロトニル−CoAからブチリル−CoAへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。ブチリル−CoAデヒドロゲナーゼの例は、NADH依存性、NADPH依存性、またはフラビン依存性であってもよく、それぞれE.C.1.3.1.44、E.C.1.3.1.38、およびE.C.1.3.99.2として分類されてもよい。ブチリル−CoAデヒドロゲナーゼは、いくつかの供給源、例えば、クロストリジウム・アセトブチリクム(Clostridium acetobutylicum)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_347102、NC_003030)、ミドリムシ(Euglena gracilis)(ジェンバンク(GenBank)番号:Q5EU90、AY741582)、ストレプトマイセス・コリヌス(Streptomyces collinus)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAA92890、U37135)、およびストレプトマイセス・セリカラー(Streptomyces coelicolor)(ジェンバンク(GenBank)番号:CAA22721、AL939127)から入手可能である。   The term “butyryl-CoA dehydrogenase” refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the conversion of crotonyl-CoA to butyryl-CoA. Examples of butyryl-CoA dehydrogenase may be NADH-dependent, NADPH-dependent, or flavin-dependent, respectively. C. 1.3.1.44, E.I. C. 1.3.1.38, and E.I. C. It may be classified as 1.3.99.2. Butyryl-CoA dehydrogenase is available from several sources, for example, Clostridium acetobutylicum (GenBank numbers: NP_347102, NC_003030), Euglena gracilis (GenQ5: 82) ), Streptomyces colilinus (GenBank number: AAA92890, U37135), and Streptomyces coelicolor (GenBank number: CAA22721 available from CAA22721) A.

「ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ」という用語は、補因子としてNADHまたはNADPHを用いた、ブチリル−CoAからブチルアルデヒドへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。NADHに対する選択性を有するブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼは、E.C.1.2.1.57として知られており、例えば、クロストリジウム・ベイジェリンキ(Clostridium beijerinckii)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAD31841、AF157306)およびクロストリジウム・アセトブチリクム(Clostridium acetobutylicum)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP.sub.−−149325、NC.sub.−−001988)から入手可能である。   The term “butyraldehyde dehydrogenase” refers to a polypeptide having enzymatic activity that catalyzes the conversion of butyryl-CoA to butyraldehyde using NADH or NADPH as a cofactor. Butyraldehyde dehydrogenase with selectivity for NADH is E. coli. C. Known as 1.2.1.57, for example, Clostridium beijerinckii (GenBank numbers: AAD31841, AF157306) and Clostridium acetobutylicum (Gen: B NP.sub .-- 149325, NC.sub .-- 001988).

「イソブチリル−CoAムターゼ」という用語は、ブチリル−CoAからイソブチリル−CoAへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。この酵素は、補因子として補酵素B12を使用する。イソブチリル−CoAムターゼの例は、EC番号5.4.99.13によって知られている。これらの酵素は、ストレプトマイセス・シンナモネンシス(Streptomyces cinnamonensis)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAC08713(配列番号95)、U67612(配列番号96);CAB59633(配列番号97)、AJ246005(配列番号98))、ストレプトマイセス・セリカラー(Streptomyces coelicolor)(ジェンバンク(GenBank)番号:CAB70645(配列番号99)、AL939123(配列番号100);CAB92663(配列番号101)、AL939121(配列番号102))、およびストレプトマイセス・アベルミティリス(Streptomyces avermitilis)(ジェンバンク(GenBank)番号:NP_824008(配列番号103)、NC_003155(配列番号104);NP_824637(配列番号105)、NC_003155(配列番号106))を含むがこれらに限定されないいくつかのストレプトマイセス属(Streptomyces)に見られる。 The term “isobutyryl-CoA mutase” refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the conversion of butyryl-CoA to isobutyryl-CoA. This enzyme uses the coenzyme B 12 as a cofactor. An example of isobutyryl-CoA mutase is known by EC number 5.4.99.13. These enzymes are Streptomyces cinnamonensis (GenBank numbers: AAC08713 (SEQ ID NO: 95), U67612 (SEQ ID NO: 96); CAB59633 (SEQ ID NO: 97), AJ246005 (SEQ ID NO: 98)) Streptomyces coelicolor (GenBank number: CAB70645 (SEQ ID NO: 99), AL939123 (SEQ ID NO: 100); CAB92663 (SEQ ID NO: 101), AL939121 (SEQ ID NO: 102)), and Streptomyces Streptomyces avermitilis (GenBank number) : NP_824008 (SEQ ID NO: 103), NC_003155 (SEQ ID NO: 104); NP_824637 (SEQ ID NO: 105), seen in NC_003155 (SEQ ID NO: 106)) Several Streptomyces genus including, but not limited to a (Streptomyces).

「アセト乳酸デカルボキシラーゼ」という用語は、α−アセト乳酸からアセトインへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。アセト乳酸デカルボキシラーゼの例は、EC 4.1.1.5として知られており、例えば、枯草菌(Bacillus subtilis)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAA22223、L04470)、クレブシエラ・テリゲナ(Klebsiella terrigena)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAA25054、L04507)および肺炎桿菌(Klebsiella pneumoniae)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAU43774、AY722056)から入手可能である。   The term “acetolactic decarboxylase” refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the conversion of α-acetolactic acid to acetoin. An example of an acetolactate decarboxylase is known as EC 4.1.1.5, for example Bacillus subtilis (GenBank numbers: AAA22223, L04470), Klebsiella terrigena (GenBank numbers: AAA25054, L04507) and Klebsiella pneumoniae (GenBank numbers: AAU43774, AY722056).

「アセトインアミナーゼ」または「アセトイントランスアミナーゼ」という用語は、アセトインから3−アミノ−2−ブタノールへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。アセトインアミナーゼは、補因子ピリドキサール5’−リン酸またはNADHまたはNADPHを用い得る。得られる生成物は、3位に(R)または(S)立体化学を有し得る。ピリドキサールリン酸依存性酵素は、アミノ供与体としてアラニンまたはグルタミン酸塩などのアミノ酸を使用し得る。NADH−およびNADPH依存性酵素は、第2の基質としてアンモニアを使用し得る。アミノアルコールデヒドロゲナーゼとしても知られているNADH依存性アセトインアミナーゼの好適な例が、Itoら(米国特許第6,432,688号明細書)によって記載されている。ピリドキサール依存性アセトインアミナーゼの例は、ShinおよびKim(J.Org.Chem.67:2848−2853,2002)によって記載されているアミン:ピルビン酸アミノトランスフェラーゼ(アミン:ピルビン酸トランスアミナーゼとも呼ばれる)である。   The term “acetoin aminase” or “acetoin transaminase” refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the conversion of acetoin to 3-amino-2-butanol. Acetoin aminase may use the cofactor pyridoxal 5'-phosphate or NADH or NADPH. The resulting product may have (R) or (S) stereochemistry at the 3-position. Pyridoxal phosphate dependent enzymes may use amino acids such as alanine or glutamate as the amino donor. NADH- and NADPH-dependent enzymes may use ammonia as the second substrate. A suitable example of NADH-dependent acetoin aminase, also known as amino alcohol dehydrogenase, has been described by Ito et al. (US Pat. No. 6,432,688). An example of a pyridoxal-dependent acetoin aminase is the amine: pyruvate aminotransferase (also called amine: pyruvate transaminase) described by Shin and Kim (J. Org. Chem. 67: 2848-2853, 2002). .

「アセトインキナーゼ」という用語は、アセトインからホスホアセトインへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。アセトインキナーゼは、反応におけるリン酸供与体としてATP(アデノシン三リン酸)またはホスホエノールピルビン酸を用い得る。類似の基質であるジヒドロキシアセトンにおける類似の反応を触媒する酵素としては、例えば、EC 2.7.1.29(Garcia−Alles,et al.,Biochemistry 43:13037−13046,2004)として知られている酵素が挙げられる。   The term “acetoin kinase” refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the conversion of acetoin to phosphoacetoin. Acetoin kinase may use ATP (adenosine triphosphate) or phosphoenolpyruvate as a phosphate donor in the reaction. An enzyme that catalyzes a similar reaction in a similar substrate, dihydroxyacetone, is known, for example, as EC 2.7.1.29 (Garcia-Alles, et al., Biochemistry 43: 13037-13046, 2004). Enzymes.

「アセトインリン酸アミナーゼ」という用語は、ホスホアセトインから3−アミノ−2−ブタノールO−リン酸への転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。アセトインリン酸アミナーゼは、補因子ピリドキサール5’−リン酸、NADH、またはNADPHを使用し得る。得られる生成物は、3位に(R)または(S)立体化学を有し得る。ピリドキサールリン酸依存性酵素は、アラニンまたはグルタミン酸塩などのアミノ酸を使用し得る。NADH依存性およびNADPH依存性酵素は、第2の基質としてアンモニアを使用し得る。ホスホアセトインにおけるこの反応を触媒する酵素の報告はないが、類似の基質であるセリノールリン酸塩(serinol phosphate)における類似の反応を行うことが提示されるピリドキサールリン酸依存性酵素がある(Yasuta,et al.,Appl.Environ.Microbial.67:4999−5009,2001)。   The term “acetoin phosphate aminase” refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the conversion of phosphoacetoin to 3-amino-2-butanol O-phosphate. Acetoin phosphate aminase may use the cofactor pyridoxal 5'-phosphate, NADH, or NADPH. The resulting product may have (R) or (S) stereochemistry at the 3-position. The pyridoxal phosphate-dependent enzyme may use amino acids such as alanine or glutamate. NADH-dependent and NADPH-dependent enzymes can use ammonia as the second substrate. There are no reports of enzymes that catalyze this reaction in phosphoacetoin, but there is a pyridoxal phosphate-dependent enzyme that is proposed to perform a similar reaction in a similar substrate, serinol phosphate (Yasuta, et al. al., Appl. Environ. Microbial. 67: 4999-5209, 2001).

「アミノアルコールO−リン酸リアーゼ」とも呼ばれる「アミノブタノールリン酸ホスホリアーゼ」という用語は、3−アミノ−2−ブタノールO−リン酸から2−ブタノンへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。アミノブタノールリン酸ホスホ−リアーゼは、補因子ピリドキサール5’−リン酸を用い得る。類似の基質である1−アミノ−2−プロパノールリン酸における類似の反応を触媒する酵素の報告がある(Jones,et al.,Biochem J.134:167−182,1973)。米国特許出願公開第2007/0259410号明細書には、生物のエルウィニア・カロトボラ(Erwinia carotovora)に由来するアミノブタノールリン酸ホスホ−リアーゼが記載されている。   The term “aminobutanol phosphate phospholyase”, also referred to as “aminoalcohol O-phosphate lyase”, refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the conversion of 3-amino-2-butanol O-phosphate to 2-butanone. Point to. The aminobutanol phosphate phospho-lyase can use the cofactor pyridoxal 5'-phosphate. There have been reports of enzymes that catalyze similar reactions in a similar substrate, 1-amino-2-propanol phosphate (Jones, et al., Biochem J. 134: 167-182, 1973). US Patent Application Publication No. 2007/0259410 describes aminobutanol phosphate phospho-lyases derived from the organism Erwinia carotovora.

「アミノブタノールキナーゼ」という用語は、3−アミノ−2−ブタノールから3−アミノ−2−ブタノールO−リン酸への転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。アミノブタノールキナーゼは、リン酸供与体としてATPを用い得る。3−アミノ−2−ブタノールにおけるこの反応を触媒する酵素の報告はないが、類似の基質であるエタノールアミンおよび1−アミノ−2−プロパノールにおける類似の反応を触媒する酵素の報告がある(Jones,et al.、上掲)。米国特許出願公開第2009/0155870号明細書には、実施例14において、エルウィニア・カロトボラ亜種アトロセプティカ(Erwinia carotovora subsp.Atroseptica)のアミノアルコールキナーゼが記載されている。   The term “aminobutanol kinase” refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the conversion of 3-amino-2-butanol to 3-amino-2-butanol O-phosphate. Aminobutanol kinase can use ATP as a phosphate donor. There are no reports of enzymes that catalyze this reaction in 3-amino-2-butanol, but there are reports of enzymes that catalyze similar reactions in the similar substrates ethanolamine and 1-amino-2-propanol (Jones, et al., supra). US Patent Application Publication No. 2009/0155870 describes, in Example 14, an amino alcohol kinase of Erwinia carotovora subsp. Atroseptica.

「アセトインレダクターゼ」としても知られている「ブタンジオールデヒドロゲナーゼ」という用語は、アセトインから2,3−ブタンジオールへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。ブタンジオールデヒドロゲナーゼは、アルコールデヒドロゲナーゼの幅広いファミリーのサブセットである。ブタンジオールデヒドロゲナーゼ酵素は、アルコール生成物における(R)−または(S)−立体化学の生成に対する特異性を有し得る。(S)に特異的なブタンジオールデヒドロゲナーゼは、EC 1.1.1.76として知られており、例えば、肺炎桿菌(Klebsiella pneumoniae)(ジェンバンク(GenBank)番号:BBA13085、D86412)から入手可能である。(R)に特異的なブタンジオールデヒドロゲナーゼは、EC 1.1.1.4として知られており、例えば、セレウス菌(Bacillus cereus)(ジェンバンク(GenBank)番号NP 830481、NC_004722;AAP07682、AE017000)、および乳酸連鎖球菌(Lactococcus lactis)(ジェンバンク(GenBank)番号AAK04995、AE006323)から入手可能である。   The term “butanediol dehydrogenase”, also known as “acetoin reductase”, refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the conversion of acetoin to 2,3-butanediol. Butanediol dehydrogenase is a subset of a broad family of alcohol dehydrogenases. The butanediol dehydrogenase enzyme may have specificity for the production of (R)-or (S) -stereochemistry in the alcohol product. A butanediol dehydrogenase specific for (S) is known as EC 1.1.1.76 and is available, for example, from Klebsiella pneumoniae (GenBank number: BBA13085, D86412) is there. A butanediol dehydrogenase specific for (R) is known as EC 1.1.1.4, for example Bacillus cereus (GenBank numbers NP 830481, NC_004722; AAP07682, AE017000). , And Lactococcus lactis (GenBank numbers AAK04995, AE006323).

「ジオールデヒドラターゼ」または「プロパンジオールデヒドラターゼ」としても知られている「ブタンジオールデヒドラターゼ」という用語は、2,3−ブタンジオールから2−ブタノンへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。ブタンジオールデヒドラターゼは、補因子アデノシルコバラミン(補酵素BwまたはビタミンB12としても知られているが;ビタミンB12は、補酵素B12でない他の形態のコバラミンを指すこともある)を用い得る。アデノシルコバラミン依存性酵素は、EC 4.2.1.28として知られており、例えば、クレブシエラ・オキシトカ(Klebsiella oxytoca)(ジェンバンク(GenBank)番号:AA08099(αサブユニット)、D45071;BAA08100(βサブユニット)、D45071;およびBBA08101(γサブユニット)、D45071(全ての3つのサブユニットが活性に必要とされることに留意されたい)、および肺炎桿菌(Klebsiella pneumonia)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAC98384(αサブユニット)、AF102064;ジェンバンク(GenBank)番号:AAC98385(βサブユニット)、AF102064、ジェンバンク(GenBank)番号:AAC98386(γサブユニット)、AF102064)から入手可能である。他の好適なジオールデヒドラターゼとしては、以下に限定はされないが、ネズミチフス菌(Salmonella typhimurium)(ジェンバンク(GenBank)番号:AAB84102(大型サブユニット)、AF026270;ジェンバンク(GenBank)番号:AAB84103(中型サブユニット)、AF026270;ジェンバンク(GenBank)番号:AAB84104(小型サブユニット)、AF026270);およびラクトバチルス・コリノイデス(Lactobacillus collinoides)(ジェンバンク(GenBank)番号:CAC82541(大型サブユニット)、AJ297723;ジェンバンク(GenBank)番号:CAC82542(中型サブユニット);AJ297723;ジェンバンク(GenBank)番号:CAD01091(小型サブユニット)、AJ297723)から入手可能なB12依存性ジオールデヒドラターゼ;ならびにラクトバチルス・ブレビス(Lactobacillus brevis)(特に、株CNRZ 734およびCNRZ 735、Speranza,et al.,J.Agric.Food Chem.45:3476−3480,1997)に由来する酵素、および対応する酵素をコードするヌクレオチド配列が挙げられる。ジオールデヒドラターゼ遺伝子単離の方法は、当該技術分野において周知である(例えば、米国特許第5,686,276号明細書)。   The term “butanediol dehydratase”, also known as “diol dehydratase” or “propanediol dehydratase”, refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the conversion of 2,3-butanediol to 2-butanone. Butanediol dehydratase may use the cofactor adenosylcobalamin (also known as coenzyme Bw or vitamin B12; vitamin B12 may refer to other forms of cobalamin that are not coenzyme B12). An adenosylcobalamin-dependent enzyme is known as EC 4.2.1.28, for example, Klebsiella oxytoca (GenBank number: AA08099 (α subunit), D45071; BAA08100 ( β subunit), D45071; and BBA08101 (γ subunit), D45071 (note that all three subunits are required for activity), and Klebsiella pneumonia (GenBank) Number: AAC98384 (α subunit), AF102064; GenBank Number: AAC98385 (β subunit), AF102064, GenBank k) Number: AAC 98386 (γ subunit), AF102064) Other suitable diol dehydratases include, but are not limited to, Salmonella typhimurium (GenBank number: AAB84102). (Large subunit), AF026270; GenBank number: AAB84103 (medium subunit), AF026270; GenBank number: AAB84104 (small subunit), AF026270; and Lactobacillus collinoides (GenBank number: CAC82541 (large subunit), AJ2977 3; GenBank number: CAC82542 (medium subunit); AJ297723; GenBank number: CAD01091 (small subunit), AJ297723); B12-dependent diol dehydratase available from Lactobacillus brevis ( Lactobacillus brevis) (especially the strains CNRZ 734 and CNRZ 735, Speranza, et al., J. Agric. Food Chem. 45: 3476-3480, 1997) and nucleotide sequences encoding the corresponding enzymes. Methods for isolating diol dehydratase genes are well known in the art (eg, US Pat. No. 5,686,276).

「ピルビン酸デカルボキシラーゼ」という用語は、ピルビン酸からアセトアルデヒドおよび二酸化炭素への脱炭酸を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。ピルビン酸デヒドロゲナーゼは、EC番号4.1.1.1によって知られている。これらの酵素は、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)(ジェンバンク(GenBank)番号:CAA97575(配列番号107)、CAA97705(配列番号109)、CAA97091(配列番号111))を含むいくつかの酵母に見られる。   The term “pyruvate decarboxylase” refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the decarboxylation of pyruvate to acetaldehyde and carbon dioxide. Pyruvate dehydrogenase is known by EC number 4.1.1.1. These enzymes are found in several yeasts including Saccharomyces cerevisiae (GenBank number: CAA97575 (SEQ ID NO: 107), CAA97705 (SEQ ID NO: 109), CAA97091 (SEQ ID NO: 111)). .

本明細書において提供されるイソブタノール生合成経路を含む微生物が、1つ以上のさらなる修飾をさらに含み得ることが理解されよう。米国特許出願公開第2009/0305363号明細書(参照により援用される)には、細胞質ゾルに限局されたアセト乳酸シンターゼの発現およびピルビン酸デカルボキシラーゼ活性の実質的な消失のために酵母を改変することによるピルビン酸からアセト乳酸への増加した転化が開示されている。ある実施形態において、微生物は、グリセロール−3−リン酸デヒドロゲナーゼ活性を低下させるための修飾および/またはピルビン酸デカルボキシラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする少なくとも1つの遺伝子の崩壊または米国特許出願公開第2009/0305363号明細書(参照により本明細書に援用される)に記載されるようなピルビン酸デカルボキシラーゼ遺伝子発現を制御する調節要素をコードする少なくとも1つの遺伝子の崩壊、および/または米国特許出願公開第2010/0120105号明細書(参照により本明細書に援用される)に記載されるようなエントナー−ドウドロフ経路を介した増加した炭素フラックスまたは還元当量の平衡を提供する修飾を含み得る。他の修飾には、ピルビン酸を利用する生合成経路における工程を触媒するポリペプチドをコードする少なくとも1つのポリヌクレオチドの組み込みが含まれる。他の修飾には、アセト乳酸レダクターゼ活性を有するポリペプチドをコードする内因性ポリヌクレオチドにおける少なくとも1つの欠失、突然変異、および/または置換が含まれる。ある実施形態において、アセト乳酸レダクターゼ活性を有するポリペプチドは、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)のYMR226C(配列番号127、128)またはその相同体である。さらなる修飾には、アルデヒドデヒドロゲナーゼおよび/またはアルデヒドオキシダーゼ活性を有するポリペプチドをコードする内因性ポリヌクレオチドにおける欠失、突然変異、および/または置換が含まれる。ある実施形態において、アルデヒドデヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチドは、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)に由来するALD6またはその相同体である。酵母生成宿主細胞がpdc−である、グルコース抑制を低下させる効果を有する遺伝子修飾が、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2011/0124060号明細書に記載されている。ある実施形態において、欠失または下方制御されるピルビン酸デカルボキシラーゼは、PDC1、PDC5、PDC6、およびそれらの組合せからなる群から選択される。ある実施形態において、ピルビン酸デカルボキシラーゼは、表1中の酵素から選択される。ある実施形態において、微生物は、グリセルアルデヒド−3−リン酸からグリセリン酸1,3,ビスリン酸への転化を触媒するポリペプチドをコードするポリヌクレオチドの欠失または下方制御を含み得る。ある実施形態において、この反応を触媒する酵素は、グリセルアルデヒド−3−リン酸デヒドロゲナーゼである。   It will be appreciated that the microorganism comprising the isobutanol biosynthetic pathway provided herein may further comprise one or more additional modifications. US 2009/0305363 (incorporated by reference) modifies yeast for cytosolic localized expression of acetolactate synthase and substantial loss of pyruvate decarboxylase activity. An increased conversion of pyruvate to acetolactate is thus disclosed. In certain embodiments, the microorganism is modified to reduce glycerol-3-phosphate dehydrogenase activity and / or disruption of at least one gene encoding a polypeptide having pyruvate decarboxylase activity or US Patent Application Publication No. 2009/2009. Disruption of at least one gene encoding a regulatory element that controls pyruvate decarboxylase gene expression as described in US Pat. No. 3,030,363 (incorporated herein by reference) and / or published US patent applications Modifications that provide increased carbon flux or reducing equivalent equilibration via the Entner-Doudoroff pathway as described in 2010/01201005 (incorporated herein by reference) may be included. Other modifications include the incorporation of at least one polynucleotide encoding a polypeptide that catalyzes a step in a biosynthetic pathway that utilizes pyruvate. Other modifications include at least one deletion, mutation, and / or substitution in the endogenous polynucleotide encoding a polypeptide having acetolactate reductase activity. In certain embodiments, the polypeptide having acetolactate reductase activity is Saccharomyces cerevisiae YMR226C (SEQ ID NO: 127, 128) or a homologue thereof. Further modifications include deletions, mutations, and / or substitutions in the endogenous polynucleotide encoding a polypeptide having aldehyde dehydrogenase and / or aldehyde oxidase activity. In certain embodiments, the polypeptide having aldehyde dehydrogenase activity is ALD6 from Saccharomyces cerevisiae or a homologue thereof. A genetic modification with the effect of reducing glucose repression in which the yeast production host cell is pdc- is described in US 2011/0124060, which is incorporated herein by reference. In certain embodiments, the pyruvate decarboxylase that is deleted or down-regulated is selected from the group consisting of PDC1, PDC5, PDC6, and combinations thereof. In certain embodiments, the pyruvate decarboxylase is selected from the enzymes in Table 1. In certain embodiments, the microorganism may comprise a deletion or downregulation of a polynucleotide encoding a polypeptide that catalyzes the conversion of glyceraldehyde-3-phosphate to glycerate 1,3, bisphosphate. In certain embodiments, the enzyme that catalyzes this reaction is glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase.

Figure 2015523088
Figure 2015523088

ある実施形態において、任意の特定の核酸分子またはポリペプチドは、本明細書に記載されるヌクレオチド配列またはポリペプチド配列と少なくとも80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、または99%同一であり得る。当該技術分野において公知の「同一性パーセント」という用語は、2つ以上のポリペプチド配列または2つ以上のポリヌクレオチド配列間における、それらの配列を比較することによって決定される関係である。当該技術分野において、「同一性」は、ポリペプチドまたはポリヌクレオチド配列間における、場合によっては、このような配列のストリング間のマッチによって決定される配列の関連性の程度も意味する。同一性および類似度は、Computational Molecular Biology(Lesk,A.M.,Ed.)Oxford University:NY(1988);Biocomputing:Informatics and Genome Projects(Smith,D.W.,Ed.)Academic:NY(1993);Computer Analysis of Sequence Data,Part I(Griffin,A.M.,and Griffin,H.G.,Eds.)Humania:NJ(1994);Sequence Analysis in Molecular Biology(von Heinje,G.,Ed.)Academic(1987);およびSequence Analysis Primer(Gribskov,M.and Devereux,J.,Eds.)Stockton:NY(1991)に開示されているものを含むがこれらに限定されない公知の方法によって容易に計算され得る。   In certain embodiments, any particular nucleic acid molecule or polypeptide is at least 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98 with a nucleotide sequence or polypeptide sequence described herein. %, Or 99% identical. The term “percent identity” as known in the art is a relationship determined by comparing two or more polypeptide sequences or between two or more polynucleotide sequences. In the art, “identity” also means the degree of sequence relatedness determined by a match between strings of polypeptide or polynucleotide sequences, and possibly strings of such sequences. Identity and similarity are calculated using the Computational Molecular Biology (Lesk, AM, Ed.) Oxford University: NY (1988); Biocomputing: Informatics and Genome Projects (Smith, D.W. 1993); Computer Analysis of Sequence Data, Part I (Griffin, AM, and Griffin, HG, Eds.) Humania: NJ (1994); Sequence Analysis in Hole in ul. .) Academic (1987); and Sequence Analysis Primer (Gribskov, M. and Devereux, J., Eds.) Stockton: NY (1991) can be readily calculated by known methods, including but not limited to those disclosed.

同一性を決定するための方法は、試験される配列間のベストマッチをもたらすように設計され得る。同一性および類似度を決定するための方法は、公的に利用可能なコンピュータプログラムで体系化される。配列アラインメントおよび同一性パーセント計算は、LASERGENEバイオインフォマティクスコンピューティングスイート(DNASTAR Inc.,Madison,WI)のMegAlign(商標)プログラムを用いて行われ得る。配列の多重アラインメントは、Clustal Vという名称のアラインメント方法(Higgins and Sharp,CABIOS.5:151−153,1989;Higgins,et al.,Comput.Appl.Biosci.8:189−191,1992によって開示されている)に対応し、かつLASERGENEバイオインフォマティクスコンピューティングスイート(DNASTAR Inc.)のMegAlign(商標)プログラムに見られるClustal Vアラインメント法を含む、数種類のアルゴリズムを包含するClustalアラインメント法を用いて行われ得る。多重アラインメントでは、デフォルト値は、ギャップペナルティ(GAP PENALTY)=10およびギャップ長ペナルティ(GAP LENGTH PENALTY)=10に対応する。Clustal法を用いたタンパク質配列のペアワイズアラインメントおよび同一性パーセント計算のためのデフォルトパラメータは、Kタプル(KTUPLE)=1、ギャップペナルティ(GAP PENALTY)=3、ウィンドウ(WINDOW)=5およびダイアゴナル・セーブド(DIAGONALS SAVED)=5である。核酸についてのこれらのパラメータは、Kタプル(KTUPLE)=2、ギャップペナルティ(GAP PENALTY)=5、ウィンドウ(WINDOW)=4およびダイアゴナル・セーブド(DIAGONALS SAVED)=4である。Clustal Vプログラムを用いた配列のアラインメントの後、同じプログラムの配列距離テーブルを見ることによって、同一性パーセントを得ることが可能である。さらに、Clustal Wアラインメント法が利用可能であり、Clustal Wという名称のアラインメント方法(Higgins and Sharp,CABIOS.5:151−153,1989;Higgins,et al.,Comput.Appl.Biosci.8:189−191,1992によって記載されている)に対応し、かつLASERGENEバイオインフォマティクスコンピューティングスイート(DNASTAR Inc.)のMegAlign(商標)v6.1プログラムに見られる。多重アラインメントについてのデフォルトパラメータ(ギャップペナルティ(GAP PENALTY)=10、ギャップ長ペナルティ(GAP LENGTH PENALTY)=0.2、ディレイディバージェント配列(Delay Divergen Seqs)(%)=30、DNAトランジションウェイト(DNA Transition Weight)=0.5、タンパク質ウェイト行列(Protein Weight Matrix)=Gonnetシリーズ、DNAウェイト行列(DNA Weight Matrix)=IUB)。Clustal Wプログラムを用いた配列のアラインメントの後、同じプログラムの配列距離テーブルを見ることによって、同一性パーセントを得ることが可能である。   The method for determining identity can be designed to provide the best match between the sequences tested. The method for determining identity and similarity is organized with publicly available computer programs. Sequence alignment and percent identity calculations can be performed using the MEGAlign ™ program of the LASERGENE bioinformatics computing suite (DNASTAR Inc., Madison, Wis.). Multiple alignment of sequences is disclosed by an alignment method named Clustal V (Higgins and Sharp, CABIOS. 5: 151-153, 1989; Higgins, et al., Comput. Appl. Biosci. 8: 189-191, 1992). Can be performed using a Clustal alignment method that includes several algorithms, including the Clustal V alignment method found in the MEGAlign ™ program of the LASERGENE Bioinformatics Computing Suite (DNASTAR Inc.) . For multiple alignments, the default values correspond to a gap penalty (GAP PENALTY) = 10 and a gap length penalty (GAP LENGTH PENALTY) = 10. The default parameters for pairwise alignment of protein sequences using the Clustal method and calculation of percent identity are: K-tuple (KTUPLE) = 1, gap penalty (GAP PENALTY) = 3, window (WINDOW) = 5 and diagonal saved ( DIAGONALS SAVED) = 5. These parameters for the nucleic acids are K Tuple = 2, GAP PENALTY = 5, WINDOW = 4 and Diagonal Saved = 4. After sequence alignment using the Clustal V program, it is possible to obtain percent identity by looking at the sequence distance table of the same program. In addition, a Clustal W alignment method is available, and an alignment method named Clustal W (Higgins and Sharp, CABIOS. 5: 151-153, 1989; Higgins, et al., Compute. Appl. Biosci. 8: 189-). 191, 1992) and can be found in the MERSAlign ™ v6.1 program of the LASERGENE Bioinformatics Computing Suite (DNASTAR Inc.). Default parameters for multiple alignment (GAP PENALTY = 10, gap length penalty (GAP LENGTH PENALTY) = 0.2, delay divergent sequences (%) = 30, DNA transition weights (DNA) (Transition Weight) = 0.5, Protein Weight Matrix = Gonnet series, DNA Weight Matrix = IUB). After sequence alignment using the Clustal W program, it is possible to obtain percent identity by looking at the sequence distance table of the same program.

標準的な組み換えDNAおよび分子クローニング技術が、当該技術分野において周知であり、Sambrookら(Sambrook,J.,Fritsch,E.F.and Maniatis,T.(Molecular Cloning:A Laboratory Manual;Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,1989、本明細書においてManiatisと呼ばれる)によっておよびAusubelら(Ausubel,et al.,Current Protocols in Molecular Biology,pub.by Greene Publishing Assoc.and Wiley−Interscience,1987)によって記載されている。ブタノール生合成経路を含む微生物を構築するための方法の例が、例えば、米国特許第7,851,188号明細書、および米国特許出願公開第2007/0092957号明細書;同第2007/0259410号明細書;同第2007/0292927号明細書;同第2008/0182308号明細書;同第2008/0274525号明細書;同第2009/0155870号明細書;同第2009/0305363号明細書;および同第2009/0305370号明細書に開示されており、それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。   Standard recombinant DNA and molecular cloning techniques are well known in the art and are described in Sambrook et al. (Sambrook, J., Fritsch, EF and Maniatis, T. (Molecular Cloning: A Laboratory Manual; Cold Spring Harbor Lab; Press, Cold Spring Harbor, 1989, referred to herein as Maniatis) and Ausubel et al. (Ausubel, et al., Current Protocols in Molecular Biology, public. Pub. By Greene Publishing Incorporated. Examples of methods for constructing microorganisms that contain a butanol biosynthetic pathway are described, for example, in US Patent No. 7,851,188, and US Patent Application Publication No. 2007/0092957. No. 2007/0259410; No. 2007/0292927; No. 2008/0182308; No. 2008/0274525; No. 2009/0155870; No. 2009 / No. No. 0305363; and 2009/0205370, the entire contents of each of which are incorporated herein by reference.

さらに、本発明の様々な実施形態を本明細書に説明してきたが、それらは例として示されたに過ぎず、限定するものではないことを理解されたい。本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに本発明の形態および細部の様々な変更を行うことができることが、関連技術の当業者に明らかであろう。したがって、本発明の広さおよび範囲は、上述した例示的実施形態のいずれによって限定されるものでもなく、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物のみにしたがって規定されるものである。   Moreover, while various embodiments of the invention have been described herein, it should be understood that they have been presented by way of example only and not limitation. It will be apparent to those skilled in the relevant art that various modifications can be made in the form and details of the invention without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the breadth and scope of the present invention is not limited by any of the above-described exemplary embodiments, but is defined only in accordance with the following claims and their equivalents.

本明細書に記載される全ての刊行物、特許および特許出願は、本発明が関する技術分野の当業者の技能のレベルを示し、それぞれの個々の刊行物、特許または特許出願が参照により援用されることが具体的にかつ個々に示されているのと同程度に、参照により本明細書に援用される。   All publications, patents and patent applications mentioned in this specification are indicative of the level of skill of those skilled in the art to which this invention pertains, and each individual publication, patent or patent application is incorporated by reference. To the same extent as specifically and individually indicated herein by reference.

以下の非限定的な実施例は、本発明をさらに例示する。以下の実施例が原料としてトウモロコシを含む一方、本発明から逸脱せずに、他のバイオマス源が原料に使用され得ることを理解されたい。   The following non-limiting examples further illustrate the present invention. While the following examples include corn as a feedstock, it should be understood that other biomass sources can be used for the feedstock without departing from the invention.

本明細書において使用される際、使用される略語の意味は以下のとおりであった:「g」はグラムを意味し、「kg」はキログラムを意味し、「lbm」はポンド質量を意味し、「gpm」はガロン/分を意味し、「gal」はガロンを意味し、「MMGPY」は100万ガロン/年を意味し、「L」はリットルを意味し、「mL」はミリリットルを意味し、「μL」はマイクロリットルを意味し、「mL/L」はミリリットル/リットルを意味し、「mL/分」はミリリットル/分を意味し、「min」は分を意味し、「hr」は時間を意味し、「DI」は脱イオン化されていることを意味し、「uM」はマイクロメートルを意味し、「nm」はナノメートルを意味し、「w/v」は重量/体積を意味し、「重量%」は重量パーセントを意味し、「OD」は光学密度を意味し、「OD600」は600nMの波長における光学密度を意味し、「dcw」は乾燥菌体重量を意味し、「rpm」は毎分回転数を意味し、「℃」は摂氏温度を意味し、「℃/分」は摂氏温度/分を意味し、「slpm」は標準リットル/分を意味し、「ppm」は百万分率を意味し、「cP」はセンチポアズを意味し、「ID」は内径を意味し、「GC」はガスクロマトグラフを意味する。 As used herein, the abbreviations used have the following meanings: “g” means gram, “kg” means kilogram, “lbm” means pound mass , “Gpm” means gallons / minute, “gal” means gallons, “MMGPY” means 1 million gallons / year, “L” means liters, “mL” means milliliters “ΜL” means microliter, “mL / L” means milliliter / liter, “mL / minute” means milliliter / minute, “min” means minute, “hr” Means time, “DI” means deionized, “uM” means micrometer, “nm” means nanometer, “w / v” means weight / volume. Meaning "% by weight" means percent by weight And, "OD" means optical density, "OD 600" means optical density at a wavelength of 600 nM, "dcw" means dry cell weight, "rpm" means revolutions per minute , “° C.” means degrees Celsius, “° C./min” means degrees Celsius / min, “slpm” means standard liters / min, “ppm” means parts per million, “cP” means centipoise, “ID” means inner diameter, and “GC” means gas chromatograph.

実施例1
物質移動の速度に対する非溶解固体の影響
SSFバッチ用の液相の平均的な組成を模倣するために、同時糖化発酵(SSF)発酵のほぼ中間段階(すなわち、オリゴ糖の約50%の転化率)の、トウモロコシマッシュから得られる発酵ブロスの組成をシミュレートする水相からのi−BuOHの物質移動の速度に対する非溶解固体の影響を測定するために以下の実験を行った。
Example 1
Effect of undissolved solids on the rate of mass transfer To mimic the average composition of the liquid phase for SSF batches, an almost intermediate stage of simultaneous saccharification and fermentation (SSF) fermentation (ie, about 50% conversion of oligosaccharides) The following experiment was conducted to determine the effect of undissolved solids on the rate of mass transfer of i-BuOH from the aqueous phase simulating the composition of the fermentation broth obtained from corn mash.

約100kgの液化されたトウモロコシマッシュを、30Lのガラスの被覆された樹脂ケトルを用いて、3つの等しいバッチで調製した。ケトルは、機械的撹拌、温度制御、およびpH制御を備えていた。3つのバッチに使用されるプロトコルは以下のとおりであった:(a)磨砕トウモロコシを水道水と混合し(乾燥量基準で30重量%のトウモロコシ)、(b)スラリーを、撹拌しながら55℃まで加熱し、(c)スラリーのpHを、NaOHまたはHSOのいずれかを用いて5.8に調整し、(d)α−アミラーゼ(乾燥トウモロコシ基準で0.02重量%)を加え、(e)スラリーを85℃まで加熱し、(f)pHを5.8に調整し、(g)スラリーを、pHを5.8に保ちながら85℃で2時間保持し、(h)スラリーを25℃に冷却した。 Approximately 100 kg of liquefied corn mash was prepared in three equal batches using a 30 L glass coated resin kettle. The kettle was equipped with mechanical agitation, temperature control, and pH control. The protocol used for the three batches was as follows: (a) ground corn was mixed with tap water (30 wt% corn on a dry basis) and (b) the slurry was stirred with 55 (C) the pH of the slurry is adjusted to 5.8 using either NaOH or H 2 SO 4 and (d) α-amylase (0.02 wt% on dry corn basis) (E) heating the slurry to 85 ° C., (f) adjusting the pH to 5.8, (g) holding the slurry at 85 ° C. for 2 hours while maintaining the pH at 5.8, (h) The slurry was cooled to 25 ° C.

Pioneer 3335雑種トウモロコシ、全粒イエローコーンを使用し(Pioneer Hi−Bred International,Johnston,IA)、それを、1mmのふるいを用いて、ハンマーミルで磨砕した。磨砕トウモロコシの水分含量は12重量%であり、磨砕トウモロコシのでんぷん含量は、乾燥トウモロコシ基準で71.4重量%であった。α−アミラーゼ酵素は、Liquozyme(登録商標)SC DS(Novozymes,Franklinton,NC)であった。3つのバッチを合わせて使用される成分の総量は:33.9kgの磨砕トウモロコシ(12%の水分)、65.4kgの水道水、および0.006kgのLiquozyme(登録商標)SC DSであった。合計で0.297kgのNaOH(17重量%)を、pHを制御するために加えた。HSOは不要であった。3つの30Lのバッチから回収された、液化されたトウモロコシマッシュの総量は99.4kgであった。 Pioneer 3335 hybrid corn, whole yellow corn was used (Pioner Hi-Bred International, Johnston, IA) and it was ground in a hammer mill using a 1 mm sieve. The water content of ground corn was 12% by weight, and the starch content of ground corn was 71.4% by weight on a dry corn basis. The α-amylase enzyme was Liquizyme® SC DS (Novozymes, Franklinton, NC). The total amount of ingredients used in combination of the three batches was: 33.9 kg ground corn (12% moisture), 65.4 kg tap water, and 0.006 kg Liquizyme® SC DS . A total of 0.297 kg NaOH (17 wt%) was added to control the pH. H 2 SO 4 was not necessary. The total amount of liquefied corn mash recovered from the three 30 L batches was 99.4 kg.

6つの1Lのボトルを含む大容量(large floor)遠心分離機における遠心分離によって、マッシュから固体を除去した。マッシュ(73.4kg)を、25℃で20分間、8000rpmで遠心分離したところ、44.4kgの遠心分離液および26.9kgのウェットケーキが得られた。遠心分離液が1重量%未満の懸濁固体を含有し、ウェットケーキが約18重量%の懸濁固体を含有していたことが分かった。これは、元の液化されたマッシュが、約7重量%の懸濁固体を含有していたことを示唆している。これは、でんぷんの大部分が液化されたと仮定した場合、トウモロコシ充填量および使用されるトウモロコシのでんぷん含量と一致する。でんぷんの全てが液化された場合、遠心分離機から直接回収される44.4kgの遠心分離液は、約23重量%の溶解されたオリゴ糖(液化でんぷん)を含有していたであろう。約0.6kgのi−BuOHを35.4kgの遠心分離液に加えて、それを保存した。1.6重量%のi−BuOHを含有する得られた36.0kgの遠心分離液を、原液として使用した。この遠心分離液は、SSFの開始時の液相の組成を模倣している。したがって、その一部を、質量基準で等量のHOで希釈して、約50%の転化率におけるSSFを模倣する遠心分離液を生成した。さらなるi−BuOHを加えて、希釈された遠心分離液中のi−BuOHの最終濃度を3.0重量%(約30g/L)にした。 Solids were removed from the mash by centrifugation in a large floor centrifuge containing six 1 L bottles. The mash (73.4 kg) was centrifuged at 8000 rpm for 20 minutes at 25 ° C., resulting in 44.4 kg of centrifuge and 26.9 kg of wet cake. It was found that the centrifuge contained less than 1% by weight suspended solids and the wet cake contained approximately 18% by weight suspended solids. This suggests that the original liquefied mash contained about 7% by weight suspended solids. This is consistent with the corn filling and the starch content of the corn used, assuming that most of the starch has been liquefied. If all of the starch was liquefied, the 44.4 kg centrifuge recovered directly from the centrifuge would contain approximately 23% by weight dissolved oligosaccharide (liquefied starch). About 0.6 kg i-BuOH was added to 35.4 kg centrifuge and stored. The resulting 36.0 kg centrifuge containing 1.6 wt% i-BuOH was used as the stock solution. This centrifuge liquid mimics the composition of the liquid phase at the start of SSF. Therefore, a portion of it was diluted with an equal amount of H 2 O on a mass basis to produce a centrifuge that mimics SSF at about 50% conversion. Additional i-BuOH was added to bring the final concentration of i-BuOH in the diluted centrifuge to 3.0 wt% (about 30 g / L).

希釈された遠心分離液を以下のように調製した:1.6重量%のi−BuOHを含有する18kgの遠心分離液原液を、18kgの水道水と混合し、0.82kgのi−BuOHを加えた。希釈された遠心分離液の得られた36.8kgの溶液は、約11重量%のオリゴ糖および約30g/Lのi−BuOHからなっていた。この溶液は、オリゴ糖の約50%の転化率におけるトウモロコシマッシュ発酵(SSF)の液相および30g/Lのi−BuOHの水性力価を模倣している。   A diluted centrifuge solution was prepared as follows: 18 kg centrifuge stock solution containing 1.6 wt% i-BuOH was mixed with 18 kg tap water and 0.82 kg i-BuOH was added. added. The resulting 36.8 kg solution of diluted centrifuge consisted of about 11 wt% oligosaccharides and about 30 g / L i-BuOH. This solution mimics the liquid phase of corn mash fermentation (SSF) and the aqueous titer of 30 g / L i-BuOH at about 50% conversion of oligosaccharides.

非溶解固体の大部分が除去された後、液化されたトウモロコシマッシュから得られるブロスにおける物質移動性能を模倣する水相として、この溶液を用いて、物質移動試験を行った。物質移動試験の目的は、液化されたトウモロコシマッシュから得られる、シミュレートされるブロスから、シミュレートされるブロスを通って上昇する溶媒(抽出剤)液滴の分散体へのi−BuOHの移動の全体積物質移動係数(ka)に対する非溶解固体の影響を測定することであった。運転パラメータの主な設計とのkaの相関は、物質移動運転の規模を拡大するのに使用され得る。規模を拡大するのに有用な、より小さい規模のデータからのkaの相関を生成するためにできる限り一定に保持されるべきパラメータの例は、液滴サイズを決定する相および設計パラメータの両方の物理的特性(例えば、ノズル直径、ノズルを通して分散される相の速度)である。 After most of the undissolved solids were removed, this solution was used as a water phase to mimic the mass transfer performance in broths obtained from liquefied corn mash and mass transfer tests were performed. The purpose of the mass transfer test is to transfer i-BuOH from a simulated broth obtained from liquefied corn mash to a dispersion of solvent (extractant) droplets rising through the simulated broth. Was to determine the effect of undissolved solids on the total mass transfer coefficient (k L a). The correlation of k L a with the main design of the operating parameters can be used to scale up the mass transfer operation. Examples of parameters that should be kept as constant as possible to generate k L a correlations from smaller scale data that are useful for scaling up are the phase and design parameters that determine droplet size. Both physical properties (eg, nozzle diameter, phase velocity dispersed through the nozzle).

6インチの直径、7フィートの高さのガラスの被覆されたカラムを用いて、懸濁されたマッシュ固体を含むかまたは含まない、(液化されたトウモロコシマッシュから得られる)オリゴ糖の水溶液から、シミュレートされるブロスを通って上昇するオレイルアルコール(OA)液滴の分散体へのi−BuOHの移動のkaを測定した。i−BuOHを水相に加えたところ、約30g/Lの、i−BuOHの初期濃度が得られた。約11重量%のオリゴ糖および約30g/Lのi−BuOHを含有する所定の量の水相(通常、約35kg)を、カラムに投入し、ジャケットを通して温かいHOを流すことによってカラムを30℃まで加熱した。試験中、カラムに出入りする水相の流れは存在しなかった。 From an aqueous solution of oligosaccharides (obtained from liquefied corn mash) with or without suspended mash solids using a 6 inch diameter, 7 foot high glass coated column The k L a of i-BuOH transfer to a dispersion of oleyl alcohol (OA) droplets rising through the simulated broth was measured. When i-BuOH was added to the aqueous phase, an initial concentration of i-BuOH of about 30 g / L was obtained. A predetermined amount of aqueous phase (usually about 35 kg) containing about 11% by weight oligosaccharide and about 30 g / L i-BuOH is charged to the column and the column is allowed to flow by flowing warm H 2 O through the jacket. Heated to 30 ° C. During the test, there was no aqueous phase flow into or out of the column.

新鮮なオレイルアルコール(80/85%グレード、Cognis Corporation,Cincinnati,OH)を、1つのノズルを通してカラムの塔底に散布して、水相を通って上方に流れる抽出剤液滴の分散体を生成した。水相の上部に達した後、抽出剤液滴により別個の有機相が形成され、これはその後、カラムの上部から溢れ、受け器に収集された。通常、1つの試験につき3〜5ガロンのオレイルアルコールが、カラムを通って流れた。   Fresh oleyl alcohol (80/85% grade, Cognis Corporation, Cincinnati, OH) is sprinkled through the single column to the bottom of the column to produce a dispersion of extractant droplets that flow upward through the aqueous phase. did. After reaching the top of the aqueous phase, the extractant droplets formed a separate organic phase that subsequently overflowed from the top of the column and was collected in a receiver. Usually, 3-5 gallons of oleyl alcohol per test flowed through the column.

水相の試料を、試験全体を通して数回カラムから収集し、溢流から収集された全「富化」オレイルアルコールの複合試料を試験の最後に収集した。全ての試料を、HP−6890 GC(Agilent Technologies,Inc.,Santa Clara,CA)を用いてi−BuOHについて分析した。水相中のi−BuOHの濃度プロファイル(すなわち、時間に対するi−BuOH濃度)を用いて、所与の運転条件におけるkaを計算した。試験中に収集される全「富化」オレイルアルコールの最終的な複合試料を用いて、i−BuOHの物質収支を調べた。 Aqueous phase samples were collected from the column several times throughout the test, and a composite sample of all “enriched” oleyl alcohol collected from the overflow was collected at the end of the test. All samples were analyzed for i-BuOH using HP-6890 GC (Agilent Technologies, Inc., Santa Clara, Calif.). The concentration profile of i-BuOH in the aqueous phase (ie, i-BuOH concentration over time) was used to calculate k L a at a given operating condition. The final composite sample of all “enriched” oleyl alcohol collected during the study was used to determine the material balance of i-BuOH.

ノズルサイズおよびノズル速度(供給ノズルを通るオレイルアルコールの平均速度)を様々に変化させて、kaに対する影響を観察した。マッシュ固体が除去されたオリゴ糖の水溶液(液化されたトウモロコシマッシュから得られる希釈された遠心分離液)を用いて、一連の試験を行った。SSFの途中で液化されたトウモロコシマッシュ(非溶解固体を含む)をシミュレートするためにマッシュ固体を戻し加えた後、オリゴ糖の同じ水溶液を用いて、同様の一連の試験を行った。ある運転条件(例えば、より高いオレイルアルコール流量)下で、カラムの上部において不十分な相分離が得られ、試験中に収集される全「富化」オレイルアルコールの典型的な複合試料を得るのが困難になることが留意される。ある運転条件下で、水相の試料がかなりの量の有機相を含有していたことも留意される。特殊な試料処理および調製技術を用いて、試料が収集されたときにカラム中の水相のできる限り典型的な水相の試料を得た。 The nozzle size and nozzle speed (average speed of oleyl alcohol through the feed nozzle) were varied to observe the effect on k La . A series of tests were performed using an oligosaccharide aqueous solution (diluted centrifuge obtained from liquefied corn mash) from which mash solids had been removed. A similar series of tests were performed using the same aqueous solution of oligosaccharides after mash solids were added back to simulate corn mash (including undissolved solids) liquefied during SSF. Under certain operating conditions (eg, higher oleyl alcohol flow rate), insufficient phase separation is obtained at the top of the column to obtain a typical composite sample of total “enriched” oleyl alcohol collected during the test. It is noted that it becomes difficult. It is also noted that under certain operating conditions, the aqueous phase sample contained a significant amount of organic phase. Special sample processing and preparation techniques were used to obtain an aqueous phase sample that was as typical as possible of the aqueous phase in the column when the sample was collected.

i−BuOHの濃度が所与の時点でカラムの長さに沿ってそれほど変化しなかったため、カラム中の水相があらゆる実用的な目的のために「よく混合された」ことが分かった。溶媒液滴相もよく混合されたと仮定すると、カラム中の水相から溶媒相へのi−BuOHの全物質移動を、以下の式によって概算することができる:

Figure 2015523088
式中、
=水相の単位体積当たりの単位時間当たりの水相から溶媒相へと移動されるi−BuOHの全質量(i−BuOHのグラム/水相のリットル/時またはg/L/時)である。
a=水相から溶媒相へのi−BuOHの物質移動を表す全体積物質移動係数(毎時)である。
B,ブロス=シミュレートされるブロス(水)相中のi−BuOHの平均濃度(i−BuOHのグラム/水相のリットルまたはg/L)である。
B,溶媒=試験全体にわたる溶媒相中のi−BuOHの平均濃度(i−BuOHのグラム/溶媒相のリットルまたはg/L)である。
=溶媒と水相との間のi−BuOHの平均平衡分配係数((i−BuOHのグラム/溶媒相のリットル)/(i−BuOHのグラム/水相のリットル))である。 It was found that the aqueous phase in the column was “well mixed” for all practical purposes because the concentration of i-BuOH did not change much along the length of the column at a given time. Assuming that the solvent droplet phase was also well mixed, the total mass transfer of i-BuOH from the aqueous phase to the solvent phase in the column can be estimated by the following equation:
Figure 2015523088
Where
r B = total mass of i-BuOH transferred from the aqueous phase to the solvent phase per unit time per unit volume of the aqueous phase (grams of i-BuOH / liter of water phase / hour or g / L / hour) It is.
k L a = total volume mass transfer coefficient (hourly) representing mass transfer of i-BuOH from the aqueous phase to the solvent phase.
CB, broth = average concentration of i-BuOH in the simulated broth (water) phase (grams of i-BuOH / liter of water phase or g / L).
CB , solvent = average concentration of i-BuOH in the solvent phase throughout the test (grams of i-BuOH / liter of solvent phase or g / L).
K B = average equilibrium partition coefficient of i-BuOH between solvent and aqueous phase ((gram of i-BuOH / liter of solvent phase) / (gram of i-BuOH / liter of water phase)).

パラメータr、CB,ブロス、およびCB,溶媒を、水相および溶媒相の試料から得られる濃度データから各試験について計算した。液化されたトウモロコシマッシュからの水性遠心分離液、オレイルアルコール、およびi−BuOHを混合し、2つの液相が平衡状態になるまで系を激しく混合することによって、パラメータKを独立して測定した。i−BuOHの濃度を両方の相において測定して、Kを決定した。r、CB,ブロス、CB,溶媒、およびKを所与の試験について決定した後、式(1)の配列を変更することによってkaを計算することができた:

Figure 2015523088
The parameters r B , C B, broth , and C B, solvent were calculated for each test from concentration data obtained from aqueous and solvent phase samples. Aqueous centrifugate from liquefied corn mash was mixed with oleyl alcohol, and i-BuOH, by two liquid phases are mixed vigorously system until equilibrium was measured independently parameter K B . The concentration of i-BuOH were measured in both phases was determined K B. r B, C B, broth, C B, after the solvent, and K B was determined for a given test, it was possible to calculate the k L a by changing the sequence of formula (1):
Figure 2015523088

水相として希釈された遠心分離液(固体を除去したもの)を用いて5フィート/秒〜21フィート/秒の範囲のノズル速度で2つの異なるサイズのノズルを用いて、物質移動試験を行った。0.76mmのIDを有するノズルを用いて3つの試験を行い、2.03mmの内径を有するノズルを用いて3つの試験を行った。溶媒としてオレイルアルコールを用いて上記の6インチの直径のカラム中で30℃で全ての試験を行った。オレイルアルコールと、固体を除去することによって液化されたトウモロコシマッシュから得られた希釈された遠心分離液との間のi−BuOHの平衡分配係数は、約5であった。希釈された遠心分離液(固体を除去したもの)を用いた物質移動試験の結果を表2に示す。   Mass transfer tests were performed using two different sized nozzles at a nozzle speed ranging from 5 ft / sec to 21 ft / sec using a centrifuge (diluted solids) diluted as an aqueous phase. . Three tests were performed using a nozzle having an ID of 0.76 mm, and three tests were performed using a nozzle having an inner diameter of 2.03 mm. All tests were performed at 30 ° C. in the above 6 inch diameter column using oleyl alcohol as solvent. The equilibrium partition coefficient of i-BuOH between oleyl alcohol and diluted centrifuge obtained from corn mash liquefied by removing solids was about 5. Table 2 shows the results of the mass transfer test using the diluted centrifuge (with the solid removed).

Figure 2015523088
Figure 2015523088

SSFの途中の段階の(非溶解固体を含有する)液化されたトウモロコシマッシュからの発酵ブロスをシミュレートする水相を、ウェットケーキ(液化されたトウモロコシマッシュから固体を除去することによって最初に得られた)の一部を、希釈された遠心分離液に加えることによって合成した。ウェットケーキ中に保持される液相を希釈するためにいくらかの水も加えた。この液体は濃縮された遠心分離液と同じ組成を有するためである。希釈された上清(17.8kg)、13.0kgのウェットケーキ(約18重量%の非溶解マッシュ固体を含有する)、5.0kgのHO、および0.83kgのi−BuOHを一緒に混合したところ、約6.3重量%の非溶解固体と、約13重量%の液化でんぷんおよび約2.4重量%のi−BuOH(残りはHO)からなる液相とを含有する36.6kgのスラリーが得られた。このスラリーは、約30%のトウモロコシ充填量におけるi−BuOHへの、トウモロコシのSSFの途中の段階の発酵ブロスの組成を模倣している。こうしたタイプのブロスに見られる非溶解固体およびオリゴ糖のレベルが、それぞれ約6〜8重量%および10〜12重量%であるためである。 An aqueous phase simulating a fermentation broth from a liquefied corn mash (containing undissolved solids) in the middle of the SSF is first obtained by removing the solids from the wet cake (liquefied corn mash. Part) was synthesized by adding to the diluted centrifuge. Some water was also added to dilute the liquid phase retained in the wet cake. This is because this liquid has the same composition as the concentrated centrifuge liquid. Diluted supernatant (17.8 kg), (containing about 18 wt.% Of undissolved mash solids) wet cake 13.0 kg, H 2 O of 5.0 kg, and the i-BuOH of 0.83kg together To about 6 wt.% Undissolved solids and about 13 wt.% Liquefied starch and about 2.4 wt.% I-BuOH (the remainder being H 2 O). 36.6 kg of slurry was obtained. This slurry mimics the composition of the fermentation broth in the middle of the corn SSF to i-BuOH at about 30% corn loading. This is because the levels of undissolved solids and oligosaccharides found in these types of broth are about 6-8% and 10-12% by weight, respectively.

水相として希釈された遠心分離液および非溶解マッシュ固体のスラリーを用いて、5フィート/秒〜22フィート/秒の範囲のノズル速度で2つの異なるサイズのノズルを用いて、物質移動試験を行った。3つの試験を、0.76mmの内径を有するノズルを用いて行い、3つの試験を、2.03mmの内径を有するノズルを用いて行った。溶媒としてオレイルアルコールを用いて上記の6インチの直径のカラム中で30℃で全ての試験を行った。希釈された遠心分離液および非溶解マッシュ固体のスラリーを用いた物質移動試験の結果を表3に示す。   Mass transfer tests were performed using two different sized nozzles at nozzle speeds ranging from 5 feet / second to 22 feet / second using a diluted centrifuge and an undissolved mash solid slurry as the aqueous phase. It was. Three tests were performed using a nozzle having an inner diameter of 0.76 mm, and three tests were performed using a nozzle having an inner diameter of 2.03 mm. All tests were performed at 30 ° C. in the above 6 inch diameter column using oleyl alcohol as solvent. Table 3 shows the results of the mass transfer test using the diluted centrifuge and the slurry of undissolved mash solid.

Figure 2015523088
Figure 2015523088

図12は、液化トウモロコシでんぷん(すなわち、オリゴ糖)の水溶液から、気泡塔を通って上方に流れるオレイルアルコール液滴の分散体へのi−BuOHの移動の全体積物質移動係数、kaに対する非溶解トウモロコシマッシュ固体の存在の影響を示す。オレイルアルコールを、内径2.03mmのノズルを通してカラムに供給した。固体が除去されていない系のkaに対する固体が除去された系のkaの比率が、2.03mmのノズルのノズル速度に応じて2〜5であることが発見された。 FIG. 12 shows the i-BuOH transfer from an aqueous solution of liquefied corn starch (ie, oligosaccharides) to a dispersion of oleyl alcohol droplets flowing upward through a bubble column, relative to the total mass transfer coefficient, k L a The influence of the presence of undissolved corn mash solids is shown. Oleyl alcohol was fed to the column through a nozzle with an inner diameter of 2.03 mm. The ratio of k L a of system solid for k L a of system solids not removed has been removed, it has been discovered that 2 to 5 depending on the nozzle velocity of the nozzle of 2.03 mm.

図13は、液化トウモロコシでんぷん(すなわち、オリゴ糖)の水溶液から、気泡塔を通って上方に流れるオレイルアルコール液滴の分散体へのi−BuOHの移動の全体積物質移動係数、kaに対する非溶解トウモロコシマッシュ固体の存在の影響を示す。オレイルアルコールを、内径0.76mmのノズルを通してカラムに供給した。固体が除去されていない系のkaに対する固体が除去された系のkaの比率が、0.76mmのノズルのノズル速度に応じて2〜4であることが発見された。 FIG. 13 shows the total volume mass transfer coefficient, k L a, of i-BuOH transfer from an aqueous solution of liquefied corn starch (ie, oligosaccharides) to a dispersion of oleyl alcohol droplets flowing upward through a bubble column. The influence of the presence of undissolved corn mash solids is shown. Oleyl alcohol was fed to the column through a 0.76 mm ID nozzle. The ratio of k L a of system solid for k L a of system solids not removed has been removed, it has been discovered that 2 to 4 in accordance with the nozzle velocity of the nozzle of 0.76 mm.

実施例2
水相と溶媒相との間の相分離に対する非溶解固体の除去の影響
この実施例は、非溶解固体が除去されていない液化されたトウモロコシマッシュから得られるオリゴ糖の水溶液および同じ溶媒と比較した、非溶解固体が除去された液化されたトウモロコシマッシュから得られるオリゴ糖の水溶液と溶媒相との間の向上した相分離を示す。両方の系がi−BuOHを含有していた。水相からの溶媒相の十分な分離は、液液抽出がISPRを実施するための実行可能な分離方法であるために重要である。
Example 2
Effect of removal of undissolved solids on phase separation between aqueous and solvent phases This example was compared to an aqueous solution of oligosaccharides obtained from liquefied corn mash from which undissolved solids were not removed and the same solvent Figure 2 shows improved phase separation between an aqueous solution of oligosaccharides obtained from liquefied corn mash from which undissolved solids have been removed and the solvent phase. Both systems contained i-BuOH. Sufficient separation of the solvent phase from the aqueous phase is important because liquid-liquid extraction is a viable separation method for performing ISPR.

約900gの液化されたトウモロコシマッシュを、1Lのガラスの被覆された樹脂ケトル中で調製した。ケトルは、機械的撹拌、温度制御、およびpH制御を備えていた。以下のプロトコルを使用した:磨砕トウモロコシを水道水と混合し(乾燥量基準で26重量%のトウモロコシ)、スラリーを、撹拌しながら55℃まで加熱し、NaOHまたはHSOのいずれかを用いてpHを5.8に調整し、α−アミラーゼ(乾燥トウモロコシ基準で0.02重量%)を加え、85℃まで加熱し続け、pHを5.8に調整し、pHを5.8に保ちながら85℃で2時間保持し、25℃に冷却した。 About 900 g of liquefied corn mash was prepared in a 1 L glass coated resin kettle. The kettle was equipped with mechanical agitation, temperature control, and pH control. The following protocol was used: ground corn was mixed with tap water (26 wt% corn on a dry basis) and the slurry was heated to 55 ° C. with agitation to either NaOH or H 2 SO 4. Use to adjust the pH to 5.8, add α-amylase (0.02 wt% based on dry corn), continue to heat to 85 ° C, adjust the pH to 5.8, and adjust the pH to 5.8 While maintaining, the temperature was maintained at 85 ° C. for 2 hours and cooled to 25 ° C.

Pioneer 3335雑種トウモロコシ、全粒イエローコーンを使用し(Pioneer Hi−Bred International,Johnston,IA)、それを、1mmのふるいを用いて、ハンマーミルで磨砕した。磨砕トウモロコシの水分含量は12重量%であり、磨砕トウモロコシのでんぷん含量は、乾燥トウモロコシ基準で71.4重量%であった。α−アミラーゼ酵素は、Novozymes(Franklinton,NC)製のLiquozyme(登録商標)SC DSであった。使用される成分の総量は:265.9gの磨砕トウモロコシ(12%の水分)、634.3gの水道水、および0.056gのLiquozyme(登録商標)SC DSであった。回収された、液化されたトウモロコシマッシュの総量は883.5gであった。   Pioneer 3335 hybrid corn, whole yellow corn was used (Pioner Hi-Bred International, Johnston, IA) and it was ground in a hammer mill using a 1 mm sieve. The water content of ground corn was 12% by weight, and the starch content of ground corn was 71.4% by weight on a dry corn basis. The α-amylase enzyme was Liquizyme® SC DS made by Novozymes (Franklinton, NC). The total amount of ingredients used was: 265.9 g ground corn (12% moisture), 634.3 g tap water, and 0.056 g Liquizyme® SC DS. The total amount of recovered liquefied corn mash was 883.5 g.

液化されたトウモロコシマッシュの一部を、非溶解固体を除去せずにそのまま用いて、固体を含む、相分離試験用の水相を調製した。液化されたトウモロコシマッシュの一部を遠心分離して、非溶解固体の大部分を除去し、それを用いて、固体を含まない、相分離試験用の水相を調製した。   A portion of the liquefied corn mash was used as it was without removing undissolved solids to prepare an aqueous phase for solid phase separation testing. A portion of the liquefied corn mash was centrifuged to remove most of the undissolved solids and used to prepare a solid phase free aqueous phase for phase separation testing.

固体を、大容量遠心分離機における遠心分離によってマッシュから除去した。マッシュ(583.5g)を、35℃で20分間、5000rpmで遠心分離したところ、394.4gの遠心分離液および189.0gのウェットケーキが得られた。遠心分離液が約0.5重量%の懸濁固体を含有し、ウェットケーキが約20重量%の懸濁固体を含有していたことが分かった。これは、元の液化されたマッシュが、約7重量%の懸濁固体を含有していたことを示唆している。これは、でんぷんの大部分が液化されたと仮定した場合、トウモロコシ充填量および使用されるトウモロコシのでんぷん含量と一致する。でんぷんの全てが液化された場合、遠心分離機から直接回収された遠心分離液は、固体を含まない場合、約20重量%の溶解されたオリゴ糖(液化でんぷん)を含有していたであろう。   Solids were removed from the mash by centrifugation in a large volume centrifuge. The mash (583.5 g) was centrifuged at 5000 rpm for 20 minutes at 35 ° C. to obtain 394.4 g of centrifuge and 189.0 g of wet cake. It was found that the centrifuge liquid contained about 0.5% by weight suspended solids and the wet cake contained about 20% by weight suspended solids. This suggests that the original liquefied mash contained about 7% by weight suspended solids. This is consistent with the corn filling and the starch content of the corn used, assuming that most of the starch has been liquefied. If all of the starch was liquefied, the centrifuge collected directly from the centrifuge would contain approximately 20% by weight dissolved oligosaccharide (liquefied starch) if it did not contain solids. .

相分離試験の目的は、液化されたトウモロコシマッシュから得られるブロスをシミュレートする溶媒相と水相との間の相分離の程度に対する非溶解固体の影響を測定することであった。全ての試験において、水性液相は、約20重量%のオリゴ糖を含有し、有機相は、オレイルアルコール(OA)を含有していた。さらに、i−BuOHを全ての試験に加えたところ、相が平衡状態になったときに水相中約25g/Lが得られた。2つの振とう試験を行った。第1の試験の水相(固体を含むもの)を、60.0gの液化されたトウモロコシマッシュを3.5gのi−BuOHと混合することによって調製した。第2の試験の水相(固体を除去したもの)を、固体を除去することによって液化されたトウモロコシマッシュから得られた60.0gの遠心分離液を、3.5gのi−BuOHと混合することによって調製した。オレイルアルコール(15.0g、80/85%グレード、Cognis Corporation,Cincinnati,OH)を、振とう試験ボトルのそれぞれに加えた。オレイルアルコールは、両方のボトル中の水相の上部に別個の液相を形成し、相の質量比、すなわち水相/溶媒相が約1/4になった。両方のボトルを2分間激しく振とうして、水相と有機相とを密着させ、i−BuOHが二相間で平衡に達するようにした。ボトルを1時間静置(set)しておいた。写真を様々な時間(0分、15分、30分、および60分)で撮影して、液化されたトウモロコシマッシュから得られる水相、オレイルアルコールを含有する溶媒相、およびi−BuOHを含有する系における相分離に対する非溶解固体の影響を観察した。時間ゼロ(0)は、振とう期間が完了した2分直後の時間に対応する。   The purpose of the phase separation test was to measure the effect of undissolved solids on the degree of phase separation between the solvent phase and the aqueous phase simulating broth obtained from liquefied corn mash. In all tests, the aqueous liquid phase contained about 20% oligosaccharides and the organic phase contained oleyl alcohol (OA). In addition, i-BuOH was added to all tests, yielding approximately 25 g / L in the aqueous phase when the phase was in equilibrium. Two shaking tests were performed. The aqueous phase of the first test (including solids) was prepared by mixing 60.0 g of liquefied corn mash with 3.5 g of i-BuOH. The aqueous phase of the second test (with the solids removed) is mixed with 60.0 g of centrifuge obtained from corn mash liquefied by removing the solids with 3.5 g of i-BuOH. Prepared. Oleyl alcohol (15.0 g, 80/85% grade, Cognis Corporation, Cincinnati, OH) was added to each of the shaking test bottles. The oleyl alcohol formed a separate liquid phase on top of the aqueous phase in both bottles, resulting in a phase mass ratio, ie, an aqueous / solvent phase of about 1/4. Both bottles were shaken vigorously for 2 minutes to bring the aqueous and organic phases into close contact so that the i-BuOH reached equilibrium between the two phases. The bottle was set for 1 hour. Photos are taken at various times (0 min, 15 min, 30 min, and 60 min) and contain an aqueous phase obtained from liquefied corn mash, a solvent phase containing oleyl alcohol, and i-BuOH. The effect of undissolved solids on phase separation in the system was observed. Time zero (0) corresponds to the time immediately after 2 minutes when the shaking period is completed.

固体(液化されたトウモロコシマッシュに由来する)を含む系および固体を除去した系(液化されたトウモロコシマッシュからの液体遠心分離液)についての、時間に応じた有機(溶媒)相と水相との間の分離の程度は、任意の時点で両方の系においてほぼ同じであるようであった。固体を含む場合、有機相は、わずかに暗色で濁っており、界面が少し曖昧であった(界面の周りの「ラグ(rag)」層がより厚い)。しかしながら、溶媒が連続して操作される抽出発酵では、有機相の上部の組成は、次の工程が蒸留である抽出発酵の下流のプロセスに関与する。   Time-dependent organic (solvent) and aqueous phases for systems containing solids (derived from liquefied corn mash) and systems from which solids have been removed (liquid centrifuges from liquefied corn mash) The degree of separation in between appeared to be approximately the same in both systems at any given time. When containing solids, the organic phase was slightly dark and turbid and the interface was a little vague (thicker “rag” layer around the interface). However, in extractive fermentations where the solvent is operated continuously, the composition at the top of the organic phase is involved in downstream processes of extractive fermentation, where the next step is distillation.

微生物は、蒸留塔において熱的に不活性化されるため、有機相の上部における微生物の量を最小限に抑えることが有利であり得る。微生物は、蒸留塔を詰まらせ、リボイラーを汚染し、カラムの基部に位置する溶媒/水デカンターにおける不十分な相分離の原因となり得、または上述した問題の任意の組合せであり得るため、有機相の上部における非溶解溶媒の量を最小限に抑えることが有利であり得る。有機相の上部における相の水の量を最小限に抑えることが有利であり得る。相の水は、別個の水相として存在する水である。さらなる量の水相は、蒸留塔における負荷およびエネルギー要件を増大させる。10ミリリットル(10mL)の試料を、「固体を含む」および「固体を除去した」ボトルからの有機層の上部から除去し、両方の試料を遠心分離して、60分間の沈降時間の後、「固体を含む」および「固体を除去した」ボトルにおける有機相の組成を明らかにし、比較した。結果は、両方の振とう試験の最後の時点での「有機相」が、いくらかの望ましくない相を含有していた(両方の有機相が濁っている)ことを示す。しかしながら、結果は、固体が除去された、遠心分離液を含む相分離試験からの上層が、非溶解固体を実質的に含有していなかったことも示す。一方、非溶解固体は、マッシュを含む試験の有機相の上部から収集された10mLの試料の底部においてはっきりと見られる。有機層の上部から収集された試料の3%がマッシュ固体を洗浄することが推定された。抽出発酵プロセスの発酵装置を出る富化溶媒相が、3%の非溶解固体を含有していた場合、以下の問題の1つ以上が起こり得る:かなりの量の微生物の損失、溶媒塔リボイラーの汚染、溶媒塔の閉塞。結果は、遠心分離液を含む相分離試験からの上層がより少ない相の水を含有していたことも示す。表4は、60分間の沈降時間の後の両方の振とう試験ボトルにおける上側「有機」層にわたって分散された相の相対量の推定値を示す。   Since microorganisms are thermally inactivated in the distillation column, it can be advantageous to minimize the amount of microorganisms in the upper part of the organic phase. Microorganisms can clog the distillation tower, contaminate the reboiler, cause insufficient phase separation in the solvent / water decanter located at the base of the column, or can be any combination of the above mentioned problems, It may be advantageous to minimize the amount of undissolved solvent at the top of the. It may be advantageous to minimize the amount of phase water at the top of the organic phase. Phase water is water that exists as a separate aqueous phase. The additional amount of aqueous phase increases the load and energy requirements in the distillation column. Ten milliliters (10 mL) of the sample is removed from the top of the organic layer from the “contains solid” and “removed solid” bottles, both samples are centrifuged, and after a settling time of 60 minutes, “ The composition of the organic phase in bottles containing “solids” and “removed solids” was revealed and compared. The results indicate that the “organic phase” at the end of both shaking tests contained some undesirable phase (both organic phases were cloudy). However, the results also show that the top layer from the phase separation test, including the centrifuge, where the solids were removed, was substantially free of undissolved solids. On the other hand, undissolved solids are clearly visible at the bottom of a 10 mL sample collected from the top of the test organic phase containing mash. It was estimated that 3% of the sample collected from the top of the organic layer washed mash solids. If the enriched solvent phase exiting the fermenter of the extractive fermentation process contained 3% undissolved solids, one or more of the following problems may occur: loss of significant amounts of microorganisms, solvent tower reboiler Contamination, solvent tower blockage. The results also show that the upper layer from the phase separation test with the centrifuge liquid contained less phase water. Table 4 shows an estimate of the relative amount of phase dispersed over the upper “organic” layer in both shaking test bottles after a 60 minute settling time.

Figure 2015523088
Figure 2015523088

この実施例は、液化されたトウモロコシマッシュから非溶解固体の大部分を除去すると、マッシュから得られる液体、水相がオレイルアルコールなどの溶媒と接触された後、向上した相分離が得られることを示す。この実施例は、マッシュの液体部分を有機溶媒と接触させる前に固体がまず除去される場合、相分離後に得られる上側相が大幅に少ない非溶解固体を含有することを示す。これは、抽出発酵のための相分離の上側(「有機」)層におけるマッシュの非溶解固体含量を最小限に抑えることの利点を示す。   This example shows that removal of most of the undissolved solids from liquefied corn mash results in improved phase separation after the liquid, aqueous phase obtained from the mash is contacted with a solvent such as oleyl alcohol. Show. This example shows that if the solids are first removed before contacting the liquid portion of the mash with the organic solvent, the upper phase obtained after phase separation contains significantly less undissolved solids. This shows the benefit of minimizing the undissolved solids content of the mash in the upper (“organic”) layer of the phase separation for extractive fermentation.

また、この実施例に記載される相分離振とう試験を繰り返す前に、試料調製の完了後に試料を数日間静置しておいた。固体を含む試料は、液化されたトウモロコシマッシュ、i−BuOH、およびオレイルアルコールからなっており、固体を除去した試料は、液化されたトウモロコシマッシュから非溶解固体の大部分を除去することによって生成された遠心分離液、i−BuOH、およびオレイルアルコールからなっていた。液化されたマッシュは、約7重量%の懸濁固体を含有し、マッシュから生成される遠心分離液は、約0.5重量%の懸濁固体を含有していた。磨砕トウモロコシ中のでんぷんの全てが液化された場合、液化されたマッシュ中の液相およびマッシュから生成される遠心分離液は、固体を含まない場合、約20重量%の溶解されたオリゴ糖(液化でんぷん)を含有していた。両方の試料は、相の質量比、すなわち溶媒相/水相が約1/4である量でオレイルアルコールを含有していた。さらに、i−BuOHを全ての試験に加えたところ、相が平衡状態になったときに水相中約25g/Lが得られた。   Also, the sample was allowed to stand for several days after completion of sample preparation before repeating the phase separation shaking test described in this example. The sample containing the solid consists of liquefied corn mash, i-BuOH, and oleyl alcohol, and the sample from which the solid has been removed is generated by removing most of the undissolved solid from the liquefied corn mash. Centrifuge, i-BuOH, and oleyl alcohol. The liquefied mash contained about 7% by weight suspended solids and the centrifuge produced from the mash contained about 0.5% by weight suspended solids. If all of the starch in the ground corn is liquefied, the liquid phase in the liquefied mash and the centrifuge produced from the mash will contain about 20% by weight dissolved oligosaccharide ( Liquefied starch). Both samples contained oleyl alcohol in an amount that was about 1/4 of the phase mass ratio, ie solvent / water phase. In addition, i-BuOH was added to all tests, yielding approximately 25 g / L in the aqueous phase when the phase was in equilibrium.

相分離試験の目的は、抽出発酵全体にわたって系の特性の潜在的変化を模倣するために、多相混合物を室温で数日間静置した後に、相分離の程度に対する非溶解固体の影響を測定することであった。2つの振とう試験を行った。両方のボトルを2分間激しく振とうして、水相と有機相とを密着させた。ボトルを1時間静置しておいた。写真を様々な時間(0分、2分、5分、10分、20分、および60分)で撮影して、数日間エージングしたこれらの系における相分離に対する非溶解固体の影響を観察した。時間ゼロ(0)は、ボトルをベンチに置いた直後の時間に対応する。   The purpose of the phase separation test is to measure the effect of undissolved solids on the degree of phase separation after the multiphase mixture has been allowed to stand at room temperature for several days to mimic potential changes in system properties throughout the extraction fermentation Was that. Two shaking tests were performed. Both bottles were shaken vigorously for 2 minutes to bring the aqueous and organic phases into close contact. The bottle was left for 1 hour. Pictures were taken at various times (0 min, 2 min, 5 min, 10 min, 20 min, and 60 min) to observe the effect of undissolved solids on phase separation in these systems aged for several days. Time zero (0) corresponds to the time immediately after placing the bottle on the bench.

固体が2分後に除去された試料において相分離が起こり始めた。有機相が二相混合物の全体積の約25%を占めていたことに基づいて、固体がわずか5〜10分後に除去された場合、ほぼ完全な相分離が試料において起こったと考えられる。有機相が全体積の約20%を占めていた場合、それが相の初期の比率に対応するため、完全な分離が示され得ることが予測され得る。1時間後でさえ、固体が除去されなかった試料では明らかな相分離は起こっていなかった。   Phase separation began to occur in the sample where the solids were removed after 2 minutes. Based on the organic phase accounting for about 25% of the total volume of the biphasic mixture, it is believed that nearly complete phase separation occurred in the sample if the solid was removed after only 5-10 minutes. If the organic phase accounted for about 20% of the total volume, it can be expected that complete separation can be shown because it corresponds to the initial proportion of the phase. Even after 1 hour, no apparent phase separation occurred in the samples from which no solids were removed.

両方の試料の上側相の組成も比較した。上側相の組成は、次の工程が蒸留である抽出発酵の下流のプロセスのための意味を有する。微生物は蒸留塔において熱的に不活性化されるため、有機相の上部における微生物の量を最小限に抑えることが有利である。固体は、蒸留塔を詰まらせ、リボイラーを汚染し、カラムの基部に位置する溶媒/水デカンターにおける不十分な相分離の原因となり得、または上述した問題の任意の組合せであり得るため、有機相の上部において最小限に抑えるべき別の構成要素は、非溶解固体の量である。さらに、有機相の上部において最小限に抑えるべき別の構成要素は、別個の水相として存在する水である相の水の量であり、その理由は、このさらなる量の水相は、その後の蒸留塔における負荷およびエネルギー要件を増大させるためである。   The composition of the upper phase of both samples was also compared. The composition of the upper phase has implications for downstream processes of extractive fermentation where the next step is distillation. Since microorganisms are thermally inactivated in the distillation column, it is advantageous to minimize the amount of microorganisms in the upper part of the organic phase. The solids can clog the distillation tower, contaminate the reboiler, cause insufficient phase separation in the solvent / water decanter located at the base of the column, or can be any combination of the above mentioned problems. Another component to be minimized at the top of the is the amount of undissolved solids. Furthermore, another component to be minimized at the top of the organic phase is the amount of phase water, which is water present as a separate aqueous phase, because this additional amount of aqueous phase This is to increase the load and energy requirements in the distillation column.

10ミリリットル(10mL)の試料を、「固体を含む」および「固体を除去した」ボトルからの有機層の上部から除去し、両方の試料を遠心分離して、60分間の沈降時間の後、「固体を含む」および「固体を除去した」ボトルにおける有機相の組成を明らかにし、比較した。「固体を含む」試料の上部から収集された試料の組成は、60分以内に当該試料において相分離が実質的に全く起こらなかったことを確認している。特に、「固体を含む」振とう試験ボトルの上部から収集された試料中の全水相(水性液体+懸濁固体)に対する溶媒相の比率は、約1/4w/wであり、これは、試験の前に試料を調製するのに使用されるのと同じ比率である。また、「固体を含む」振とう試験ボトルの上部から収集された試料中の非溶解固体の量は、液化されたトウモロコシマッシュにおいて見られる量とほぼ同じであり、これは、60分以内にこの振とう試験ボトルにおいて固体が実質的に全く沈降しなかったことを示す。一方、固体を除去した遠心分離液(「固体を除去した」)を含む相分離試験からの上層は、非溶解固体を実質的に含有していなかった。結果は、遠心分離液を含む相分離試験からの上層がより少ない相の水を含有していたことも示す。これは、試料ボトルにおける水相に対する溶媒相の比率が約1/1w/wであることによって示され、これは、固体を除去した場合の試験において有機相が溶媒(オレイルアルコール)で富化されたことを示す。表5は、60分間の沈降時間の後の両方の振とう試験ボトルにおける上側「有機」層にわたって分散された相の相対量の推定値を示す。   Ten milliliters (10 mL) of the sample is removed from the top of the organic layer from the “contains solid” and “removed solid” bottles, both samples are centrifuged, and after a settling time of 60 minutes, “ The composition of the organic phase in bottles containing “solids” and “removed solids” was revealed and compared. The composition of the sample collected from the top of the “contains” sample confirms that virtually no phase separation occurred in the sample within 60 minutes. In particular, the ratio of the solvent phase to the total aqueous phase (aqueous liquid + suspended solid) in the sample collected from the top of the “solids containing” shaking test bottle is about 1/4 w / w, which is The same ratio used to prepare the sample before testing. Also, the amount of undissolved solids in the sample collected from the top of the “solids containing” shaking test bottle is approximately the same as that found in liquefied corn mash, which is within 60 minutes. It shows that substantially no solids settled in the shake test bottle. On the other hand, the upper layer from the phase separation test including the centrifuge from which the solid was removed (“the solid was removed”) contained substantially no undissolved solid. The results also show that the upper layer from the phase separation test with the centrifuge liquid contained less phase water. This is indicated by the ratio of the solvent phase to the aqueous phase in the sample bottle being about 1/1 w / w, which indicates that the organic phase is enriched with solvent (oleyl alcohol) in the test when the solid is removed. It shows that. Table 5 shows an estimate of the relative amount of phase dispersed over the upper “organic” layer in both shaking test bottles after a 60 minute settling time.

Figure 2015523088
Figure 2015523088

この実施例は、i−BuOHを含有する液化されたトウモロコシマッシュから非溶解固体を除去し、それを溶媒相と接触させ、それを数日間静置させ、相を再度混合すると、非溶解固体を液化されたマッシュから除去しなかった試料と比較して、向上した相分離が得られることを示す。実際に、この実施例は、非溶解固体を除去しなかった試料において、60分後でさえ相分離が実質的に全く起こらないことを示す。この実施例は、マッシュの液体部分を有機溶媒と接触させる前に固体がまず除去される場合、相分離後に得られる上側相が大幅に少ない非溶解固体を含有することを示す。抽出発酵のための相分離の上側(「有機」)層において最小限に抑えられるべき最も重要な種の2つが、微生物のレベルおよびマッシュからの非溶解固体のレベルであるため、これは重要である。前の実施例は、液化されたトウモロコシマッシュから固体を除去すると、水相を溶媒相と接触させた直後に向上した相分離が得られることを示した。これにより、抽出発酵が、発酵のより早い時点で実行可能になり得る。この実施例は、液化されたトウモロコシマッシュから固体を除去すると、溶媒相と接触させた水相(固体を除去したオリゴ糖溶液)を含有するエージングした試料において向上した相分離が得られることも示す。また、これにより、抽出発酵が発酵のより遅い時点で実行可能になり得る。   This example removes the undissolved solid from the liquefied corn mash containing i-BuOH, bringing it into contact with the solvent phase, allowing it to stand for a few days, and remixing the phase to remove the undissolved solid. It shows that improved phase separation is obtained compared to the sample that was not removed from the liquefied mash. In fact, this example shows that virtually no phase separation occurs even after 60 minutes in samples that did not remove undissolved solids. This example shows that if the solids are first removed before contacting the liquid portion of the mash with the organic solvent, the upper phase obtained after phase separation contains significantly less undissolved solids. This is important because two of the most important species to be minimized in the upper (“organic”) layer of phase separation for extractive fermentation are the level of microorganisms and the level of undissolved solids from the mash. is there. The previous example showed that removal of solids from liquefied corn mash resulted in improved phase separation immediately after contacting the aqueous phase with the solvent phase. This may allow extractive fermentation to be performed at an earlier point in the fermentation. This example also shows that removal of solids from liquefied corn mash results in improved phase separation in an aged sample containing an aqueous phase (oligosaccharide solution with the solids removed) in contact with the solvent phase. . This may also allow extractive fermentation to be performed at a later point in the fermentation.

実施例3
ISPR抽出溶媒の損失に対する非溶解固体の除去の影響−ディスクスタック遠心分離機
この実施例は、半連続的なディスク−スタック遠心分離機を用いて、発酵前にトウモロコシマッシュから非溶解固体を除去することによって、抽出発酵プロセスによって生成されるDDGSを介した溶媒の損失を減少させる可能性を示す。
Example 3
Effect of removal of undissolved solids on ISPR extraction solvent loss-Disc stack centrifuge This example uses a semi-continuous disc-stack centrifuge to remove undissolved solids from corn mash prior to fermentation This shows the potential to reduce solvent loss via DDGS produced by the extractive fermentation process.

約216kgの液化されたトウモロコシマッシュを、被覆されたステンレス鋼反応器中で調製した。反応器は、機械的撹拌、温度制御、およびpH制御を備えていた。使用されるプロトコルは以下のとおりであった:磨砕トウモロコシを水道水と混合し(乾燥量基準で25重量%のトウモロコシ)、スラリーを、400rpmで撹拌しながら55℃まで加熱し、NaOHまたはHSOのいずれかを用いてpHを5.8に調整し、α−アミラーゼ(乾燥トウモロコシ基準で0.02重量%)を加え、85℃まで加熱し続け、pHを5.8に調整し、pHを5.8に保ちながら85℃で30分間保持し、生蒸気噴射を用いて121℃まで加熱し、ジェットクッカーをシミュレートするために121℃で30分間保持し、85℃に冷却し、pHを5.8に調整し、α−アミラーゼ(乾燥トウモロコシ基準で0.02重量%)の第2の投入を加え、pHを5.8に保ちながら85℃で60分間保持して、液化を完了させた。次に、マッシュを60℃に冷却し、遠心分離機の供給タンクに移した。 About 216 kg of liquefied corn mash was prepared in a coated stainless steel reactor. The reactor was equipped with mechanical stirring, temperature control, and pH control. The protocol used was as follows: ground corn was mixed with tap water (25 wt% corn on a dry basis) and the slurry was heated to 55 ° C. with stirring at 400 rpm and either NaOH or H Adjust the pH to 5.8 using any of 2 SO 4 , add α-amylase (0.02 wt% on dry corn basis), continue to heat to 85 ° C. and adjust the pH to 5.8. While maintaining the pH at 5.8, hold at 85 ° C. for 30 minutes, heat to 121 ° C. using live steam injection, hold at 121 ° C. for 30 minutes to simulate a jet cooker, cool to 85 ° C. , Adjust the pH to 5.8, add a second input of α-amylase (0.02 wt% on dry corn basis), hold at 85 ° C. for 60 minutes while maintaining the pH at 5.8 to liquefy Complete I ended it. The mash was then cooled to 60 ° C. and transferred to the centrifuge supply tank.

Pioneer 3335雑種トウモロコシ、全粒イエローコーンを使用し(Pioneer Hi−Bred International,Johnston,IA)、それを、1mmのふるいを用いて、ハンマーミルで磨砕した。磨砕トウモロコシの水分含量は12重量%であり、磨砕トウモロコシのでんぷん含量は、乾燥トウモロコシ基準で71.4重量%であった。α−アミラーゼ酵素は、Novozymes(Franklinton,NC)製のLiquozyme(登録商標)SC DSであった。使用される成分の量は:61.8kgの磨砕トウモロコシ(12%の水分)、147.3kgの水道水、第1のα−アミラーゼ投入のための1kgの水中の0.0109kgのLiquozyme(登録商標)SC DSの溶液、第2のα−アミラーゼ投入(調理段階後)のための1kgの水中の0.0109kgのLiquozyme(登録商標)SC DSの別の溶液であった。約5kgのHOを、調理段階中に蒸気凝縮液を介してバッチに加えた。合計で0.25kgのNaOH(12.5重量%)および0.12kgのHSO(12.5重量%)を、pHを制御するために実験全体にわたって加えた。回収された、液化されたトウモロコシマッシュの総量は216kgであった。 Pioneer 3335 hybrid corn, whole yellow corn was used (Pioner Hi-Bred International, Johnston, IA) and it was ground in a hammer mill using a 1 mm sieve. The water content of ground corn was 12% by weight, and the starch content of ground corn was 71.4% by weight on a dry corn basis. The α-amylase enzyme was Liquizyme® SC DS made by Novozymes (Franklinton, NC). The amount of ingredients used is: 61.8 kg ground corn (12% moisture), 147.3 kg tap water, 0.0109 kg Liquizyme in 1 kg water for the first α-amylase input (registered) A solution of SC DS, another solution of 0.0109 kg Liquizyme® SC DS in 1 kg water for the second α-amylase charge (after cooking stage). About 5 kg of H 2 O was added to the batch via steam condensate during the cooking stage. NaOH in 0.25kg in total (12.5 wt%) and 0.12kg of H 2 SO 4 (12.5 wt%) was added throughout the experiment in order to control the pH. The total amount of liquefied corn mash recovered was 216 kg.

最終的な液化されたトウモロコシマッシュスラリーの組成は、約7重量%の非溶解固体および93重量%の液体であると推定された。液相は、約19重量%(190g/L)の液化でんぷん(可溶性オリゴ糖)を含有していた。マッシュのレオロジーは、スラリーをその成分に分離する能力に関して重要である。マッシュ中の液相は、30℃で約5.5cPの粘度を有するニュートン流体であることが分かった。マッシュスラリーは、せん断速度に応じて、85℃で約10〜70cPの体積粘度を有するずり薄化(shear−thinning)流体であることが分かった。   The composition of the final liquefied corn mash slurry was estimated to be about 7 wt% undissolved solids and 93 wt% liquid. The liquid phase contained about 19% by weight (190 g / L) of liquefied starch (soluble oligosaccharide). The mash rheology is important with respect to the ability to separate the slurry into its components. The liquid phase in the mash was found to be a Newtonian fluid with a viscosity of about 5.5 cP at 30 ° C. The mash slurry was found to be a shear-thinning fluid having a volume viscosity of about 10-70 cP at 85 ° C., depending on the shear rate.

液化されたマッシュ(209kg、190L)を、ディスク−スタック分離ボウル(split−bowl)遠心分離機(Alfa Laval Inc.,Richmond,VA)を用いて遠心分離した。遠心分離機を、連続した供給、連続した遠心分離液排出、およびウェットケーキのバッチ排出を含むセミバッチモードで運転した。液化されたトウモロコシマッシュを、1L/分の速度で連続して供給し、浄化された遠心分離液を連続して除去し、ウェットケーキを4分ごとに定期的に排出した。ディスクスタックからの固体の適切な排出間隔を決定するために、ディスクスタックに供給されるマッシュの試料を、高速の実験用遠心分離機で遠心分離した。マッシュ(48.5g)を、室温で約10分間、11,000rpm(約21,000g)で回転させた。浄化された遠心分離液(36.1g)および12.4gのペレット(ウェットケーキ)を回収した。浄化された遠心分離液は、約0.3重量%の非溶解固体を含有し、ペレット(ウェットケーキ)は、約27重量%の非溶解固体を含有していたことが分かった。このデータに基づいて、4分間の排出間隔を、ディスクスタック遠心分離機の運転のために選択した。   The liquefied mash (209 kg, 190 L) was centrifuged using a disc-stack separation bowl centrifuge (Alfa Laval Inc., Richmond, VA). The centrifuge was operated in semi-batch mode including continuous feed, continuous centrifuge discharge, and wet cake batch discharge. The liquefied corn mash was continuously fed at a rate of 1 L / min, the clarified centrifuge liquid was continuously removed, and the wet cake was discharged periodically every 4 minutes. In order to determine the proper discharge interval for solids from the disk stack, the mash sample fed to the disk stack was centrifuged in a high speed laboratory centrifuge. Mash (48.5 g) was spun at 11,000 rpm (about 21,000 g) at room temperature for about 10 minutes. A clarified centrifuge (36.1 g) and 12.4 g pellet (wet cake) were recovered. The clarified centrifuge was found to contain about 0.3 wt.% Undissolved solids and the pellet (wet cake) contained about 27 wt.% Undissolved solids. Based on this data, a 4 minute discharge interval was selected for operation of the disk stack centrifuge.

ディスクスタック遠心分離機を、1L/分の液化されたトウモロコシマッシュ供給速度および約60℃で、9000rpm(6100g)で運転した。マッシュ(209kg)を、155kgの浄化された遠心分離液と、55kgのウェットケーキとに分離した。半連続ディスクスタックによって得られる、(遠心分離液の量)/(供給されるマッシュの量)として定義されるスプリット(split)は、バッチ式遠心分離機において得られるスプリットと同様であった。6100g、1L/分の供給速度、および4分間の排出間隔で運転されるディスクスタックセミバッチ式遠心分離機のスプリットは、(155kg/209kg)=74%であり、21,000gで10分間運転される実験用のバッチ式遠心分離機のスプリットは、(36.1g/48.5g)=74%であった。   The disk stack centrifuge was operated at 9000 rpm (6100 g) at a liquefied corn mash feed rate of 1 L / min and about 60 ° C. Mash (209 kg) was separated into 155 kg of purified centrifuge and 55 kg of wet cake. The split defined by (amount of centrifuge) / (amount of mash fed) obtained by a semi-continuous disk stack was similar to the split obtained in a batch centrifuge. The split of the disc stack semi-batch centrifuge operated at 6100 g, 1 L / min feed rate, and 4 min discharge interval is (155 kg / 209 kg) = 74% and is run at 21,000 g for 10 min. The split of the experimental batch centrifuge was (36.1 g / 48.5 g) = 74%.

ディスクスタック遠心分離から回収される浄化された遠心分離液の45mLの試料を、実験用遠心分離機において21,000gで10分間回転させて、遠心分離液中の懸濁固体のレベルを推定した。約0.15〜0.3gの非溶解固体を、45mLの遠心分離液から回収した。これは、遠心分離液中の0.3〜0.7重量%の非溶解固体に相当し、これは、遠心分離機に供給されるマッシュからの非溶解固体の約10倍の減少である。発酵前にトウモロコシマッシュから懸濁固体を除去するために、抽出発酵の際に存在する非溶解固体のレベルが、いくつかの固/液分離デバイスまたはデバイスの組合せを用いて、1桁減少される場合、DDGSを介したISPR抽出溶媒損失が、約1桁減少され得ると仮定することが妥当である。DDGSを介した溶媒損失を最小限に抑えることは、抽出発酵プロセスの経済性およびDDGS品質の重要な要因である。   A 45 mL sample of the purified centrifuge collected from the disk stack centrifuge was spun at 21,000 g for 10 minutes in a laboratory centrifuge to estimate the level of suspended solids in the centrifuge. About 0.15-0.3 g of undissolved solid was recovered from 45 mL of centrifuge. This corresponds to 0.3-0.7 wt% undissolved solids in the centrifuge, which is about a 10-fold reduction of undissolved solids from the mash fed to the centrifuge. In order to remove suspended solids from corn mash prior to fermentation, the level of undissolved solids present during extractive fermentation is reduced by an order of magnitude using several solid / liquid separation devices or device combinations. In cases, it is reasonable to assume that the ISPR extraction solvent loss via DDGS can be reduced by about an order of magnitude. Minimizing solvent loss via DDGS is an important factor in the economics and DDGS quality of the extractive fermentation process.

実施例4
ISPR抽出溶媒の損失に対する非溶解固体の除去の影響−ボトル回転試験
この実施例は、遠心分離機を用いて、発酵前にトウモロコシマッシュから非溶解固体を除去することによって、抽出発酵プロセスによって生成されるDDGSを介した溶媒の損失を減少させる可能性を示す。
Example 4
Effect of Removal of Undissolved Solids on ISPR Extraction Solvent Loss-Bottle Rotation Test This example is generated by an extractive fermentation process by removing undissolved solids from corn mash prior to fermentation using a centrifuge. Shows the potential to reduce solvent loss through DDGS.

実験室規模のボトル回転試験を、液化されたトウモロコシマッシュを用いて行った。試験は、商業的なエタノールプラント中の全蒸留廃液から非溶解固体を除去するのに使用される典型的なデカンター遠心分離機の運転条件をシミュレートするものである。商業的なエタノールプラントにおけるデカンター遠心分離機は、通常、約3000gの相対遠心力(RCF)および約30秒間の全蒸留廃液滞留時間で運転される。これらの遠心分離機は、通常、約5%〜6%の懸濁固体(ビール塔の後)を含有する全蒸留廃液中の懸濁固体の約90%を除去し、約0.5%の懸濁固体を含有する希薄な蒸留廃液が得られる。   A laboratory scale bottle rotation test was performed using liquefied corn mash. The test simulates the operating conditions of a typical decanter centrifuge used to remove undissolved solids from the total distillation waste in commercial ethanol plants. Decanter centrifuges in commercial ethanol plants are typically operated with a relative centrifugal force (RCF) of about 3000 g and a total distillation waste residence time of about 30 seconds. These centrifuges typically remove about 90% of the suspended solids in the total distillation effluent containing about 5% to 6% suspended solids (after the beer tower) and about 0.5% A dilute distillation waste liquid containing suspended solids is obtained.

液化されたトウモロコシマッシュを、実施例2に記載されるプロトコルにしたがって作製した。約10mLのマッシュを遠心分離機管に入れた。試料を、合計1分間、約3000gのRCF(4400rpmのローター速度)で遠心分離した。試料を、遠心分離機の加速および減速により、3000gで約30〜40秒間および3000g未満の速度で合計20〜30秒間経過させた。試料温度は約60℃であった。   A liquefied corn mash was made according to the protocol described in Example 2. About 10 mL of mash was placed in a centrifuge tube. Samples were centrifuged at approximately 3000 g RCF (4400 rpm rotor speed) for a total of 1 minute. Samples were allowed to elapse for about 30-40 seconds at 3000 g and at a speed of less than 3000 g for a total of 20-30 seconds by centrifuge acceleration and deceleration. The sample temperature was about 60 ° C.

約7重量%の懸濁固体を含有するマッシュ(10mL)を、約6.25mLの浄化された遠心分離液と、3.75mLのウェットケーキ(遠心分離機管の底部におけるペレット)とに分離した。ボトル回転試験によって得られる、(遠心分離液の量)/(投入される元のマッシュの量)として定義されるスプリットは、約62%であった。浄化された遠心分離液は、約0.5重量%の懸濁固体を含有し、これは、元のマッシュ中の懸濁固体のレベルと比較して懸濁固体中では10倍を超える減少であることが分かった。浄化されたペレットは、約18重量%の懸濁固体を含有していたことも分かった。   Mash (10 mL) containing about 7 wt% suspended solids was separated into about 6.25 mL of clarified centrifuge and 3.75 mL wet cake (pellet at the bottom of the centrifuge tube). . The split defined by (amount of centrifuge) / (amount of original mash charged) obtained by the bottle rotation test was about 62%. The clarified centrifuge contains about 0.5% by weight suspended solids, which is a reduction of more than 10 times in suspended solids compared to the level of suspended solids in the original mash. I found out. It was also found that the cleaned pellets contained about 18% by weight suspended solids.

表6は、商業的なエタノールプロセスにおいて全蒸留廃液を希薄な蒸留廃液に転化するデカンター遠心分離機の運転の典型的な条件でのボトル回転試験の懸濁(非溶解)固体の物質収支をまとめたものである。表6に示される全ての値は概算値である。   Table 6 summarizes the mass balance of suspended (non-dissolved) solids in a bottle rotation test under typical conditions of operation of a decanter centrifuge that converts total distillation waste to dilute distillation waste in a commercial ethanol process. It is a thing. All values shown in Table 6 are approximate values.

Figure 2015523088
Figure 2015523088

遠心分離液は、約190g/Lの溶解されたオリゴ糖(液化でんぷん)を含有していたことも分かった。これは、使用されるトウモロコシ充填量(乾燥トウモロコシ基準で約26重量%)および液化されたマッシュ(乾燥トウモロコシ基準で約71.4重量%のでんぷん)を生成するのに使用されるトウモロコシにおけるでんぷん含量に基づいて、磨砕トウモロコシ中のでんぷんの大部分が液化プロセスにおいて液化された(すなわち、可溶性オリゴ糖に加水分解された)という仮定と一致する。26%の乾燥トウモロコシ充填量における磨砕トウモロコシ中のでんぷんの大部分を加水分解すると、ボトル回転試験に使用される遠心分離機に投入される液化されたトウモロコシマッシュ中の約7重量%の懸濁(非溶解)固体が得られる。   It was also found that the centrifuge solution contained about 190 g / L of dissolved oligosaccharide (liquefied starch). This is the starch content in the corn used to produce the corn filling used (about 26% by weight on a dry corn basis) and the liquefied mash (about 71.4% by weight starch on a dry corn basis). Is consistent with the assumption that the majority of starch in ground corn was liquefied in the liquefaction process (ie, hydrolyzed to soluble oligosaccharides). Hydrolysis of most of the starch in ground corn at a dry corn loading of 26% results in a suspension of about 7% by weight in the liquefied corn mash that is fed into the centrifuge used for the bottle rotation test. A (non-dissolved) solid is obtained.

浄化された遠心分離液が、わずか約0.5重量%の非溶解固体を含有していたことは、ボトル回転試験に使用される条件が、投入されるマッシュからの非溶解固体の10倍を超える減少をもたらしたことを示す。この同じ固体除去性能が発酵前に連続デカンター遠心分離機によって得られる場合、DDGS中のISPR抽出溶媒損失が、約1桁減少され得ると仮定することが妥当である。DDGSを介した溶媒損失を最小限に抑えることは、抽出発酵プロセスの経済性およびDDGS品質の重要な要因である。   The purified centrifuge liquid contained only about 0.5% by weight of undissolved solids because the conditions used for the bottle rotation test exceeded 10 times the undissolved solids from the input mash. Indicates that it has resulted in a decrease that exceeds. If this same solid removal performance is obtained by a continuous decanter centrifuge before fermentation, it is reasonable to assume that the ISPR extraction solvent loss in DDGS can be reduced by about an order of magnitude. Minimizing solvent loss via DDGS is an important factor in the economics and DDGS quality of the extractive fermentation process.

実施例5
非溶解固体を除去することによるトウモロコシ油の除去
この実施例は、発酵前に非溶解固体を除去することによって、トウモロコシマッシュからトウモロコシ油を除去および回収する可能性を示す。抽出溶媒の有効性は、トウモロコシ油が、非溶解固体の除去によって除去される場合に向上され得る。さらに、非溶解固体の除去によるトウモロコシ油の除去により、溶媒分配係数の減少を最小限に抑えることができ、向上した抽出発酵プロセスが得られる可能性もある。
Example 5
Removal of corn oil by removing undissolved solids This example demonstrates the possibility of removing and recovering corn oil from corn mash by removing undissolved solids prior to fermentation. The effectiveness of the extraction solvent can be improved when corn oil is removed by removal of undissolved solids. Furthermore, removal of corn oil by removal of undissolved solids can minimize the reduction in solvent partition coefficient and may result in an improved extractive fermentation process.

約1000gの液化されたトウモロコシマッシュを、1Lのガラスの被覆された樹脂ケトル中で調製した。ケトルは、機械的撹拌、温度制御、およびpH制御を備えていた。以下のプロトコルを使用した:磨砕トウモロコシを水道水と混合し(乾燥量基準で26重量%のトウモロコシ)、スラリーを、撹拌しながら55℃まで加熱し、NaOHまたはHSOのいずれかを用いてpHを5.8に調整し、α−アミラーゼ(乾燥トウモロコシ基準で0.02重量%)を加え、85℃まで加熱し続け、pHを5.8に調整し、pHを5.8に保ちながら85℃で2時間保持し、25℃に冷却した。 About 1000 g of liquefied corn mash was prepared in a 1 L glass coated resin kettle. The kettle was equipped with mechanical agitation, temperature control, and pH control. The following protocol was used: ground corn was mixed with tap water (26 wt% corn on a dry basis) and the slurry was heated to 55 ° C. with agitation to either NaOH or H 2 SO 4. Use to adjust the pH to 5.8, add α-amylase (0.02 wt% based on dry corn), continue to heat to 85 ° C, adjust the pH to 5.8, and adjust the pH to 5.8 While maintaining, the temperature was maintained at 85 ° C. for 2 hours and cooled to 25 ° C.

Pioneer 3335雑種トウモロコシ、全粒イエローコーンを使用し(Pioneer Hi−Bred International,Johnston,IA)、それを、1mmのふるいを用いて、ハンマーミルで磨砕した。磨砕トウモロコシの水分含量は約11.7重量%であり、磨砕トウモロコシのでんぷん含量は、乾燥トウモロコシ基準で約71.4重量%であった。α−アミラーゼ酵素は、Novozymes(Franklinton,NC)製のLiquozyme(登録商標)SC DSであった。使用される成分の総量は:294.5gの磨砕トウモロコシ(11.7%の水分)、705.5gの水道水、および0.059gのLiquozyme(登録商標)SC DSであった。酵素を希釈するために水(4.3g)を加え、合計で2.3gの20%のNaOH溶液を、pHを制御するために加えた。約952gのマッシュを回収した。   Pioneer 3335 hybrid corn, whole yellow corn was used (Pioner Hi-Bred International, Johnston, IA) and it was ground in a hammer mill using a 1 mm sieve. The moisture content of ground corn was about 11.7% by weight, and the starch content of ground corn was about 71.4% by weight on a dry corn basis. The α-amylase enzyme was Liquizyme® SC DS made by Novozymes (Franklinton, NC). The total amount of ingredients used was: 294.5 g ground corn (11.7% moisture), 705.5 g tap water, and 0.059 g Liquizyme® SC DS. Water (4.3 g) was added to dilute the enzyme and a total of 2.3 g of 20% NaOH solution was added to control the pH. About 952 g of mash was recovered.

液化されたトウモロコシマッシュを、40℃で30分間、5000rpm(7260g)で遠心分離して、オリゴ糖の水溶液から非溶解固体を除去した。遠心分離によって固体を除去すると、水相の上部の別個の有機液体層としてフリートウモロコシ油も除去される。約1.5gのトウモロコシ油を、水相の上部に浮遊する有機層から回収した。液化されたマッシュを生成するのに使用される磨砕トウモロコシは、乾燥トウモロコシ基準で約3.5重量%のトウモロコシ油を含有していたことが、ヘキサン抽出によって分かった。これは、磨砕トウモロコシを含む、液化プロセスに供給される約9gのトウモロコシ油に相当する。   The liquefied corn mash was centrifuged at 5000 rpm (7260 g) for 30 minutes at 40 ° C. to remove undissolved solids from the oligosaccharide aqueous solution. Removing solids by centrifugation also removes free corn oil as a separate organic liquid layer on top of the aqueous phase. About 1.5 g of corn oil was recovered from the organic layer suspended above the aqueous phase. It was found by hexane extraction that the ground corn used to produce the liquefied mash contained about 3.5 wt% corn oil on a dry corn basis. This corresponds to about 9 g of corn oil fed to the liquefaction process, including ground corn.

トウモロコシ油を液化されたマッシュから回収した後、オリゴ糖の水溶液をデカントして、ウェットケーキから取り除いた。約617gの液化でんぷん溶液を回収したところ、約334gのウェットケーキが残った。ウェットケーキは、液化されたマッシュ中にあった非溶解固体の大部分を含有していた。液化でんぷん溶液は、約0.2重量%の非溶解固体を含有していた。ウェットケーキは、約21重量%の非溶解固体を含有していた。ウェットケーキを1000gの水道水で洗浄して、ケーキ中に残っているオリゴ糖を除去した。ケーキを水と混合して、スラリーを形成することによって、これを行った。次に、洗浄された固体を回収するために、元のマッシュを遠心分離するのに使用されるのと同じ条件下でスラリーを遠心分離した。洗浄スラリーを遠心分離することによって洗浄された固体を除去すると、液化されたマッシュから生成される元のウェットケーキとともに残っているはずのいくらかのさらなるフリートウモロコシ油も除去された。このさらなるトウモロコシ油は、遠心分離された洗浄混合物の水相の上部における別個の薄い有機液体層として観察された。約1gのさらなるトウモロコシ油を洗浄プロセスから回収した。   After the corn oil was recovered from the liquefied mash, the oligosaccharide aqueous solution was decanted and removed from the wet cake. When about 617 g of liquefied starch solution was recovered, about 334 g of wet cake remained. The wet cake contained most of the undissolved solid that was in the liquefied mash. The liquefied starch solution contained about 0.2% by weight of undissolved solids. The wet cake contained about 21% by weight undissolved solids. The wet cake was washed with 1000 g of tap water to remove the oligosaccharide remaining in the cake. This was done by mixing the cake with water to form a slurry. The slurry was then centrifuged under the same conditions used to centrifuge the original mash to recover the washed solid. Removal of the washed solids by centrifuging the wash slurry also removed some additional free corn oil that would have remained with the original wet cake produced from the liquefied mash. This additional corn oil was observed as a separate thin organic liquid layer at the top of the aqueous phase of the centrifuged wash mixture. Approximately 1 g of additional corn oil was recovered from the washing process.

湿潤固体を、毎回1000gの水道水を用いてさらに2回洗浄して、液化でんぷんの実質的に全てを除去した。目視可能なさらなるトウモロコシ油は、マッシュ固体の2回目および3回目の水洗浄から除去されなかった。最終的な洗浄固体を、真空オーブン中で一晩、80℃および約20水銀柱インチの真空下で乾燥させた。乾燥固体中に残っている(おそらく胚芽中に残っている)トウモロコシ油の量を、ヘキサン抽出によって測定した。比較的乾燥した固体(3.60g、約2重量%の水分)の3.60gの試料が、0.22gのトウモロコシ油を含有していた。この結果は、乾燥固体のg当たり0.0624gのトウモロコシ油に相当する。これは、湿潤固体中に残留オリゴ糖がないことを意味する洗浄された固体の場合であった。液化されたトウモロコシマッシュを遠心分離して、フリートウモロコシ油の層およびオリゴ糖の水溶液をウェットケーキから分離した後、約21重量%の非溶解固体を含有する約334gのウェットケーキが残っていたことが分かった。これは、約70.1gの非溶解固体を含むウェットケーキに相当する。乾燥固体のg当たり0.0624gのトウモロコシ油において、ウェットケーキ中の固体は、約4.4gのトウモロコシ油を含有するはずである。   The wet solid was washed twice more with 1000 g of tap water each time to remove substantially all of the liquefied starch. No further visible corn oil was removed from the second and third water wash of the mash solid. The final washed solid was dried in a vacuum oven overnight at 80 ° C. and approximately 20 inches of mercury vacuum. The amount of corn oil remaining in the dry solid (possibly remaining in the germ) was measured by hexane extraction. A 3.60 g sample of a relatively dry solid (3.60 g, about 2 wt% moisture) contained 0.22 g of corn oil. This result corresponds to 0.0624 g corn oil per g dry solid. This was the case for the washed solid, which meant no residual oligosaccharide in the wet solid. After the liquefied corn mash was centrifuged to separate the free corn oil layer and the aqueous solution of oligosaccharides from the wet cake, there remained about 334 g of wet cake containing about 21 wt% undissolved solids. I understood. This corresponds to a wet cake containing about 70.1 g of undissolved solids. At 0.0624 grams of corn oil per gram of dry solids, the solids in the wet cake should contain about 4.4 grams of corn oil.

要約すると、液化されたマッシュを遠心分離することによって、約1.5gのフリートウモロコシ油を回収した。マッシュから生成される元のウェットケーキを洗浄するために生成された第1の(水)洗浄スラリーを遠心分離することによって、さらなる1gのフリートウモロコシ油を回収した。最終的に、洗浄された固体が、約4.4gのトウモロコシ油を依然として含有していたことが分かった。液化に投入されたトウモロコシが、約9gのトウモロコシ油を含有していたことも分かった。したがって、合計6.9gのトウモロコシ油を以下のプロセス工程から回収した:液化、液化されたマッシュからの固体の除去、マッシュからの固体の洗浄、および最終的な洗浄された固体。その結果、液化に供給されるトウモロコシ中の全トウモロコシ油の約76%を、本明細書に記載される液化および固体除去プロセス中に回収した。   In summary, about 1.5 g of free corn oil was recovered by centrifuging the liquefied mash. An additional 1 g of free corn oil was recovered by centrifuging the first (water) wash slurry produced to wash the original wet cake produced from the mash. Finally, it was found that the washed solid still contained about 4.4 g of corn oil. It was also found that the corn charged to liquefaction contained about 9 g of corn oil. Thus, a total of 6.9 g of corn oil was recovered from the following process steps: liquefaction, removal of solids from the liquefied mash, washing of the solids from the mash, and final washed solids. As a result, approximately 76% of the total corn oil in the corn fed to liquefaction was recovered during the liquefaction and solids removal process described herein.

実施例6
糖源としてマッシュおよび遠心分離液を用いた抽出発酵
この実施例は、糖源としてトウモロコシマッシュおよびトウモロコシマッシュ遠心分離液を用いて行われる抽出発酵を説明する。発酵前にトウモロコシマッシュから非溶解固体を除去することによって、トウモロコシマッシュ遠心分離液を生成した。4つの抽出発酵を、並行して行い、2つは、液化されたトウモロコシマッシュを糖源(固体を除去したもの)として用い、2つは、非溶解固体の大部分を液化されたトウモロコシマッシュから除去することによって得られる液化されたマッシュ遠心分離液(オリゴ糖の水溶液)を用いた。オレイルアルコール(OA)を発酵の2つ(1つは固体を含み、1つは固体を除去したもの)に加えて、生成物が形成されるにつれて生成物(i−BuOH)をブロスから抽出した。トウモロコシ油脂肪酸(COFA)の混合物を、発酵の他の2つ(1つは固体を含み、1つは固体を除去したもの)に加えて、生成物が形成されるにつれて生成物をブロスから抽出した。トウモロコシ油を加水分解することによってCOFAを作製した。これらの発酵の目的は、溶媒とブロスとの間の相分離に対する固体の除去の影響を試験することおよび固体を除去したまたは除去しなかった発酵ブロスから回収される非溶解固体に捕捉される残留溶媒の量を測定することであった。
Example 6
Extraction Fermentation Using Mash and Centrifugation as Sugar Source This example illustrates extraction fermentation performed using corn mash and corn mash centrifuge as a sugar source. A corn mash centrifuge was produced by removing undissolved solids from the corn mash prior to fermentation. Four extractive fermentations were performed in parallel, two using liquefied corn mash as a sugar source (with the solids removed) and two from the liquefied corn mash with the majority of the undissolved solids A liquefied mash centrifuge (oligosaccharide aqueous solution) obtained by removal was used. Oleyl alcohol (OA) was added to two of the fermentations (one containing solids and one with the solids removed) and the product (i-BuOH) was extracted from the broth as the product was formed . Add a mixture of corn oil fatty acids (COFA) to the other two of the fermentations (one containing solids and one removing the solids) and extracting the product from the broth as the product is formed did. COFA was made by hydrolyzing corn oil. The purpose of these fermentations is to test the effect of solids removal on the phase separation between the solvent and broth and the residue trapped in undissolved solids recovered from the fermentation broth with or without the removal of solids. It was to measure the amount of solvent.

液化されたトウモロコシマッシュの調製
約31kgの液化されたトウモロコシマッシュを、30Lの被覆されたガラス樹脂ケトル中で調製した。反応器は、機械的撹拌、温度制御、およびpH制御を備えていた。使用されるプロトコルは以下のとおりであった:磨砕トウモロコシを水道水と混合し(乾燥量基準で40重量%のトウモロコシ)、スラリーを、250rpmで撹拌しながら55℃まで加熱し、NaOHまたはHSOのいずれかを用いてpHを5.8に調整し、α−アミラーゼの希薄水溶液(乾燥トウモロコシ基準で0.16重量%)を加え、55℃で60分間保持し、95℃まで加熱し、pHを5.8に調整し、pHを5.8に保ちながら95℃で120分間保持して、液化を完了させた。汚染を防止するために、マッシュを滅菌した遠心分離機ボトルに移した。
Preparation of liquefied corn mash Approximately 31 kg of liquefied corn mash was prepared in a 30 L coated glass resin kettle. The reactor was equipped with mechanical stirring, temperature control, and pH control. The protocol used was as follows: ground corn was mixed with tap water (40 wt% corn on a dry basis) and the slurry was heated to 55 ° C. with stirring at 250 rpm and either NaOH or H Adjust the pH to 5.8 using 2 SO 4 , add a dilute α-amylase solution (0.16 wt% based on dry corn), hold at 55 ° C for 60 minutes, and heat to 95 ° C Then, the pH was adjusted to 5.8, and kept at 95 ° C. for 120 minutes while maintaining the pH at 5.8 to complete the liquefaction. The mash was transferred to a sterile centrifuge bottle to prevent contamination.

使用されるトウモロコシは、全粒イエローコーン(Pioneer Hi−Bred International,Johnston,IA)であり、それを、1mmのふるいを用いて、パイロット規模のハンマーミルで磨砕した。磨砕トウモロコシの水分含量は約12重量%であり、磨砕トウモロコシのでんぷん含量は、乾燥トウモロコシ基準で約71.4重量%であった。使用されるα−アミラーゼ酵素は、Spezyme(登録商標)Fred−L(Genencor(登録商標),Palo Alto,CA)であった。使用される成分の量は:14.1kgの磨砕トウモロコシ(12%の水分)、16.9kgの水道水、2.0kgの水中の19.5gのSpezyme(登録商標)Fred−Lからなるα−アミラーゼの溶液であった。α−アミラーゼを滅菌ろ過した。pHを制御するために、合計で0.21kgのNaOH(17重量%)を実験全体にわたって加えた。   The corn used was whole yellow corn (Pioner Hi-Bred International, Johnston, IA), which was ground on a pilot scale hammer mill using a 1 mm sieve. The water content of ground corn was about 12% by weight, and the starch content of ground corn was about 71.4% by weight on a dry corn basis. The α-amylase enzyme used was Spezyme® Fred-L (Genencor®, Palo Alto, Calif.). The amount of ingredients used is: α consisting of 14.1 kg ground corn (12% moisture), 16.9 kg tap water, 19.5 g Spezyme® Fred-L in 2.0 kg water -It was a solution of amylase. α-Amylase was sterile filtered. A total of 0.21 kg NaOH (17 wt%) was added throughout the experiment to control the pH.

液化されたトウモロコシマッシュは、全てのでんぷんが液化中に加水分解されたと仮定して、使用されるトウモロコシ充填量、トウモロコシのでんぷん含量を基準にして、約28重量%(約280g/L)の液化でんぷんを含有していたことが推定された。マッシュを、発酵に必要とされるより高濃度のオリゴ糖を用いて調製して、栄養、接種材料、グルコアミラーゼ、および基剤を初期の発酵ブロスに加えるときに希釈を可能にした。栄養、接種材料、グルコアミラーゼ、および基剤の添加によって希釈した後、マッシュ(固体を除去していないもの)中の予測される全初期可溶性糖は約250g/Lであった。   The liquefied corn mash is about 28 wt% (about 280 g / L) of liquefaction, based on the corn filling used and the starch content of the corn, assuming that all starch has been hydrolyzed during liquefaction. It was estimated that it contained starch. Mash was prepared with a higher concentration of oligosaccharides required for fermentation to allow dilution when nutrients, inoculum, glucoamylase, and base were added to the initial fermentation broth. After dilution by addition of nutrients, inoculum, glucoamylase, and base, the expected total initial soluble sugar in the mash (which did not remove the solids) was about 250 g / L.

約13.9kgの液化されたマッシュを、6つの1Lのボトルを含むボトル遠心分離機を用いて遠心分離した。遠心分離機を、室温で20分間、5000rpm(7260RCF)で運転した。マッシュを、約5.5kgの浄化された遠心分離液と、約8.4kgのウェットケーキ(遠心分離機ボトルの底部におけるペレット)とに分離した。(遠心分離液の量)/(供給されるマッシュの量)として定義されるスプリットは、約(5.5kg/13.9kg)=40%であった。   About 13.9 kg of liquefied mash was centrifuged using a bottle centrifuge containing six 1 L bottles. The centrifuge was operated at 5000 rpm (7260 RCF) for 20 minutes at room temperature. The mash was separated into about 5.5 kg of clarified centrifuge and about 8.4 kg of wet cake (pellet at the bottom of the centrifuge bottle). The split, defined as (amount of centrifuge) / (amount of mash supplied) was about (5.5 kg / 13.9 kg) = 40%.

後述される2010Y034および2010Y036発酵に投入されるマッシュから固体を除去しなかった。発酵2010Y033および2010Y035(後述もされている)に投入される遠心分離液を、上記のプロトコルにしたがって懸濁固体の大部分をマッシュから遠心分離によって除去することによって生成した。   Solids were not removed from the mash charged to the 2010Y034 and 2010Y036 fermentations described below. Centrifugation into the fermentations 2010Y033 and 2010Y035 (also described below) was generated by removing most of the suspended solids from the mash by centrifugation according to the protocol described above.

発酵の一般的な方法
シードフラスコ増殖(Seed Flask Growth)
炭水化物源からイソブタノールを生成するように改変された(pdc1、pdc5、およびpdc6が欠損した)サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)株を、凍結された培地からのシードフラスコ中で0.55〜1.1g/L dcw(OD600 1.3〜2.6−Thermo Helios α Thermo Fisher Scientific Inc.,Waltham,Massachusetts)まで増殖させた。サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)株は、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2012/0164302号明細書に記載されている。培地を、300rpmで回転する培養器中、26℃で増殖させた。凍結した培地を−80℃で予め貯蔵した。第1のシードフラスコ培地の組成は以下のとおりであった:
3.0g/Lのデキストロース
3.0g/Lの無水エタノール
3.7g/LのForMedium(商標)Synthetic Complete Amino Acid(Kaiser)Drop−Out:HISなし、URAなし(参照番号DSCK162CK)
アミノ酸を含まない6.7g/LのDifco Yeast Nitrogen Base(番号291920)。
General Methods for Fermentation Seed Flask Growth
Saccharomyces cerevisiae strains modified to produce isobutanol from a carbohydrate source (deficient in pdc1, pdc5, and pdc6) were grown in seed flasks from frozen media at 0.55-1. Grown to 1 g / L dcw (OD 600 1.3-2.6-Thermo Helios α Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, Massachusetts). Saccharomyces cerevisiae strains are described in US Patent Application Publication No. 2012/0164302, which is incorporated herein by reference. The medium was grown at 26 ° C. in an incubator rotating at 300 rpm. The frozen medium was pre-stored at -80 ° C. The composition of the first seed flask medium was as follows:
3.0 g / L dextrose 3.0 g / L absolute ethanol 3.7 g / L ForMedium ™ Synthetic Complete Amino Acid (Kaiser) Drop-Out: no HIS, no URA (reference number DSCK162CK)
6.7 g / L Difco Yeast Nitrogen Base (No. 291920) without amino acids.

第1のシードフラスコ培地からの12ミリリットル(12mL)を、2Lのフラスコに移し、300rpmで回転する培養器中、30℃で増殖させた。第2のシードフラスコは、220mLの以下の培地を有する:
30.0g/Lのデキストロース
5.0g/Lの無水エタノール
3.7g/LのForMedium(商標)Synthetic Complete Amino Acid(Kaiser)Drop−Out:HISなし、URAなし(参照番号DSCK162CK)
アミノ酸を含まない6.7g/LのDifco Yeast Nitrogen Base(番号291920)
pH5.5〜6.0に滴定された0.2MのMES緩衝液。
12 ml (12 mL) from the first seed flask medium was transferred to a 2 L flask and grown at 30 ° C. in an incubator rotating at 300 rpm. The second seed flask has 220 mL of the following medium:
30.0 g / L dextrose 5.0 g / L absolute ethanol 3.7 g / L ForMedium ™ Synthetic Complete Amino Acid (Kaiser) Drop-Out: no HIS, no URA (reference number DSCK162CK)
6.7 g / L Difco Yeast Nitrogen Base without amino acid (No. 291920)
0.2 M MES buffer titrated to pH 5.5-6.0.

培地を、0.55〜1.1g/L dcw(OD600 1.3〜2.6)で増殖させた。200g/Lのペプトンおよび100g/Lの酵母抽出物を含有するさらなる30mLの溶液を、この細胞濃縮物に加えた。次に、さらなる300mLの0.2uMのろ過滅菌された、90〜95%のオレイルアルコール(Cognis Corporation,Cincinnati,OH)をフラスコに加えた。4g/L dcw超(OD600>10)まで培地を増殖させ続けてから、採取し、発酵に加えた。 The medium was grown at 0.55-1.1 g / L dcw (OD 600 1.3-2.6). An additional 30 mL solution containing 200 g / L peptone and 100 g / L yeast extract was added to the cell concentrate. Next, an additional 300 mL of 0.2 uM filter sterilized, 90-95% oleyl alcohol (Cognis Corporation, Cincinnati, OH) was added to the flask. Medium was continued to grow to> 4 g / L dcw (OD 600 > 10) before being harvested and added to the fermentation.

発酵調製
初期の発酵装置調製
ガラスの被覆された2Lの発酵装置(Sartorius AG,Goettingen,Germany)に、固体を含むかまたは固体を含まない液化されたマッシュ(遠心分離液)を投入した。pHプローブ(Hamilton Easyferm Plus K8、部品番号:238627、Hamilton Bonaduz AG,Bonaduz,Switzerland)を、Sartorius DCU−3 Control Tower Calibrationメニューによって較正した。pH=7でゼロ較正を行った。pH=4でスパン較正を行った。次に、プローブを、ステンレス鋼のヘッドプレートを通して発酵装置に入れた。溶解された酸素プローブ(pOプローブ)も、ヘッドプレートを通して発酵装置に入れた。栄養、シード培地、抽出溶媒、および基剤を送達するのに使用される管をヘッドプレートに取り付け、端部に箔を被せた(foil)。発酵装置全体をオートクレーブ(Steris Corporation,Mentor,Ohio)に入れ、液体サイクル中で30分間滅菌した。
Fermentation device preparation at the initial stage of fermentation preparation A liquefied mash (centrifugation solution) containing solids or not containing solids was charged into a 2 L fermentation device (Sartorius AG, Goettingen, Germany) coated with glass. A pH probe (Hamilton Easyferm Plus K8, part number: 238627, Hamilton Bondadz AG, Bondaduz, Switzerland) was calibrated by the Sartorius DCU-3 Control Tower Calibration menu. Zero calibration was performed at pH = 7. Span calibration was performed at pH = 4. The probe was then placed into the fermentor through a stainless steel head plate. A dissolved oxygen probe (pO 2 probe) was also placed in the fermentor through the head plate. Tubes used to deliver nutrients, seed medium, extraction solvent, and base were attached to the head plate and foiled at the ends. The entire fermentation apparatus was placed in an autoclave (Steris Corporation, Mentor, Ohio) and sterilized in a liquid cycle for 30 minutes.

発酵装置をオートクレーブから取り出し、ロードセル上に設置した。ジャケット水供給および戻り管路を、それぞれ家庭用水および排水管(house water and clean drain)に連結した。流入水および流出水の配管を冷却する凝縮器を、7℃で運転される6Lの再循環温度浴に連結した。発酵装置からのガスを移送する通気管路を、Thermo質量分析計(Prima dB,Thermo Fisher Scientific Inc.,Waltham,Massachusetts)に連結された移送管路に連結した。スパージャ管路をガス供給管路に連結した。栄養、抽出溶媒、シード培地、および基剤を加えるための管を、ポンプを通して配管し(plumb)、しっかりと固定した。オートクレーブ材料、0.9% w/vのNaClを、液化されたマッシュを加える前に排出した。   The fermenter was removed from the autoclave and placed on the load cell. The jacket water supply and return lines were connected to household water and drain drain, respectively. A condenser for cooling the incoming and outgoing water lines was connected to a 6 L recirculation temperature bath operating at 7 ° C. A vent line for transferring gas from the fermenter was connected to a transfer line connected to a Thermo mass spectrometer (Prima dB, Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, Massachusetts). The sparger line was connected to the gas supply line. The tubes for adding nutrients, extraction solvent, seed medium, and base were plumbed through the pump and secured firmly. The autoclave material, 0.9% w / v NaCl, was drained before adding the liquefied mash.

液化後のリパーゼ処理
液化サイクルが完了した後、発酵装置温度を30℃の代わりに55℃に設定した。必要に応じて酸または塩基のボーラス添加を行うことによって、pHをpH=5.8に手作業で制御した。リパーゼ酵素原液を、最終的なリパーゼ濃度が10ppmになるように発酵装置に加えた。発酵装置を、55℃、300rpm、および0.3slpmのN重層(overlay)で6時間超にわたって保持した。リパーゼ処理が完了した後、発酵装置温度を30℃に設定した。
Lipase treatment after liquefaction After the liquefaction cycle was completed, the fermenter temperature was set to 55 ° C instead of 30 ° C. The pH was manually controlled to pH = 5.8 by adding an acid or base bolus as needed. The lipase enzyme stock solution was added to the fermenter so that the final lipase concentration was 10 ppm. The fermenter was held at 55 ° C., 300 rpm, and 0.3 slpm N 2 overlay for over 6 hours. After the lipase treatment was completed, the fermenter temperature was set to 30 ° C.

接種の前の栄養添加
接種の直前に7.0mL/L(接種後の体積)のエタノール(200プルーフ、無水)を加えた。接種の直前に20mg/Lの最終濃度になるようにチアミンを加えた。接種の直前に100mg/Lのニコチン酸を加えた。
Nutritional addition before inoculation 7.0 mL / L (volume after inoculation) of ethanol (200 proof, anhydrous) was added immediately before inoculation. Thiamine was added to a final concentration of 20 mg / L immediately before inoculation. Immediately before inoculation, 100 mg / L nicotinic acid was added.

発酵装置の接種
を発酵装置に加えながら、発酵装置pOプローブをゼロに較正した。発酵装置pOプローブを、300rpmにおける滅菌空気スパージを用いてそのスパンに較正した。第2のシードフラスコが4g/L dcw超になった後、発酵装置に接種した。振とうフラスコを培養器/振とう器から5分間取り出して、オレイルアルコール相と水相との相分離を可能にした。水相(55mL)を滅菌した接種ボトルに移した。接種材料を、蠕動ポンプを通して発酵装置に注入した。
Fermenter inoculation The fermenter pO 2 probe was calibrated to zero while N 2 was added to the fermentor. The fermenter pO 2 probe was calibrated to its span using a sterile air sparge at 300 rpm. After the second seed flask was over 4 g / L dcw, the fermenter was inoculated. The shake flask was removed from the incubator / shaker for 5 minutes to allow phase separation between the oleyl alcohol phase and the aqueous phase. The aqueous phase (55 mL) was transferred to a sterile inoculation bottle. The inoculum was injected into the fermentor through a peristaltic pump.

接種後のオレイルアルコールまたはトウモロコシ油脂肪酸の添加
接種の直後に1L/L(接種後の体積)のオレイルアルコールまたはトウモロコシ油脂肪酸を加えた。
Addition of oleyl alcohol or corn oil fatty acid after inoculation Immediately after inoculation, 1 L / L (volume after inoculation) of oleyl alcohol or corn oil fatty acid was added.

発酵装置の運転条件
発酵装置を、増殖および生成段階全体について30℃で運転した。pHを、酸を全く加えずに5.7〜5.9のpHから5.2の制御設定点まで低下させた。増殖および生成段階の残りでは、水酸化アンモニウムを用いて、pHをpH=5.2に制御した。増殖および生成段階の残りでは、無菌の空気を、スパージャを介して、0.3slpmで発酵装置に加えた。Sartorius DCU−3 Control Box PID制御ループによって、撹拌制御のみを用いて、撹拌器を最小で300rpmに設定し、最大で2000rpmに設定して、pOを、3.0%に制御されるように設定した。α−アミラーゼ(グルコアミラーゼ)を加えることによって、液化されたトウモロコシマッシュの同時糖化発酵によってグルコースを供給した。でんぷんが糖化に利用できる限り、グルコースを過剰(1〜50g/L)に保った。
Fermenter operating conditions The fermenter was operated at 30 ° C for the entire growth and production stage. The pH was lowered from a pH of 5.7-5.9 to a control set point of 5.2 without any acid added. For the remainder of the growth and production phase, ammonium hydroxide was used to control the pH to pH = 5.2. For the remainder of the growth and production phase, sterile air was added to the fermentor at 0.3 slpm through a sparger. The Sartorius DCU-3 Control Box PID control loop uses only agitation control to set the agitator to a minimum of 300 rpm and a maximum of 2000 rpm to control the pO 2 to 3.0%. Set. Glucose was supplied by simultaneous saccharification and fermentation of liquefied corn mash by adding α-amylase (glucoamylase). As long as starch was available for saccharification, the glucose was kept in excess (1-50 g / L).

試料A
実験識別子2010Y033は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、固体を除外したトウモロコシマッシュを用いた初期の発酵装置の調製方法、液化後のリパーゼ処理、接種方法の前の栄養添加、発酵装置の接種方法、発酵装置の運転条件方法、および分析方法の全て。トウモロコシ油脂肪酸を、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。
Sample A
The experimental identifier 2010Y033 included: seed flask growth method, initial fermentation device preparation method using corn mash excluding solids, lipase treatment after liquefaction, nutrient addition prior to inoculation method, fermentation device Inoculation method, operating condition method of fermentation apparatus, and analysis method. Corn oil fatty acids were added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation.

試料B
実験識別子2010Y034は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、固体を含むトウモロコシマッシュを用いた初期の発酵装置の調製方法、液化後のリパーゼ処理、接種方法の前の栄養添加、発酵装置の接種方法、発酵装置の運転条件方法、および分析方法の全て。トウモロコシ油脂肪酸を、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。
Sample B
The experimental identifier 2010Y034 included: seed flask growth method, initial fermentation device preparation method using corn mash containing solids, lipase treatment after liquefaction, nutrient addition prior to inoculation method, fermentation device All of the inoculation method, the fermentation apparatus operating condition method, and the analysis method. Corn oil fatty acids were added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation.

試料C
実験識別子2010Y035は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、固体を除外したトウモロコシマッシュを用いた初期の発酵装置の調製方法、接種方法の前の栄養添加、発酵装置の接種方法、発酵装置の運転条件方法、および分析方法の全て。オレイルアルコールを、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。
Sample C
Experiment identifier 2010Y035 included: seed flask growth method, initial fermentation device preparation method using corn mash excluding solids, nutrient addition prior to inoculation method, fermenter inoculation method, fermentation device All of the operating condition methods and analysis methods. Oleyl alcohol was added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation.

試料D
実験識別子2010Y036は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、固体を含むトウモロコシマッシュを用いた初期の発酵装置の調製方法、接種方法の前の栄養添加、発酵装置の接種方法、発酵装置の運転条件方法、および分析方法の全て。オレイルアルコールを、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。試料A〜Dの結果を表7に示す。
Sample D
The experimental identifier 2010Y036 included the following: seed flask growth method, initial fermentation device preparation method using solid corn mash, nutrient addition prior to inoculation method, fermenter inoculation method, fermentation device All operating condition methods and analysis methods. Oleyl alcohol was added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation. The results of samples A to D are shown in Table 7.

Figure 2015523088
Figure 2015523088

実施例7
発酵装置体積効率の向上に対する発酵装置原料からの非溶解固体の除去の影響
この実施例は、発酵装置体積効率に対する、発酵前のマッシュからの非溶解固体の除去の影響を示す。トウモロコシマッシュ中の非溶解固体は、トウモロコシ充填量およびでんぷん含量に応じて、マッシュ体積の少なくとも5%を占める。発酵前の固体の除去により、少なくとも5%多くの糖を発酵装置に投入することができ、したがってバッチの生産性を高める。
Example 7
Effect of removing undissolved solids from fermenter feedstock on fermenter volumetric efficiency This example shows the effect of removing undissolved solids from mash prior to fermentation on fermenter volumetric efficiency. Undissolved solids in corn mash occupy at least 5% of the mash volume, depending on corn loading and starch content. By removing solids prior to fermentation, at least 5% more sugar can be charged to the fermenter, thus increasing batch productivity.

実施例5で生成された液化されたトウモロコシマッシュは、全てのでんぷんが液化中に可溶性オリゴ糖に加水分解されたと仮定して、使用されるトウモロコシ充填量(乾燥トウモロコシ基準で40%)、トウモロコシのでんぷん含量(乾燥トウモロコシ基準で71.4%)を基準にして、約28重量%(280g/L)の液化でんぷんを含有していたことが推定された。マッシュを、発酵に必要とされるより高濃度のオリゴ糖を用いて調製して、栄養、接種材料、グルコアミラーゼ、および基剤を初期の発酵ブロスに加えるときに希釈を可能にした。これらの成分を加えた後、マッシュを約10%だけ希釈した。したがって、発酵2010Y034および2010Y036の開始時におけるマッシュ(固体を含む)中の液化でんぷんの予測される濃度は約250g/Lであった。2010Y034および2010Y036発酵に投入される実際のグルコース当量は、それぞれ239g/kgおよび241g/kgであった。比較して、2010Y033および2010Y035発酵に投入されるグルコース当量は、それぞれ257g/kgおよび263g/kgであった。これらの発酵の原料は、遠心分離液(固体の大部分を除去したマッシュ)であったことに留意されたい。約1.2Lの糖源(マッシュまたは遠心分離液)を、各発酵に投入した。したがって、このデータに基づいて、マッシュ(2010Y034および2010Y036)と比較して約8.3%多くの糖を、遠心分離液(2010Y033および2010Y035)を使用する発酵装置に投入した。これらの結果は、発酵前のトウモロコシマッシュからの非溶解固体の除去により、単位体積当たりに投入される糖がかなり増加し得ることを示す。これは、固体が存在する場合、それが貴重な発酵装置体積を占めることを示唆している。固体が原料から除去される場合、非溶解固体が存在しないために、より多くの糖が、発酵装置に加えられ得る(「適する」)。この実施例は、発酵装置体積効率が、発酵前にマッシュから非溶解固体を除去することによって、かなり向上され得ることを示す。   The liquefied corn mash produced in Example 5 assumes that all starch was hydrolyzed to soluble oligosaccharides during liquefaction, the corn loading used (40% on a dry corn basis), It was estimated that it contained about 28% by weight (280 g / L) of liquefied starch, based on the starch content (71.4% on a dry corn basis). Mash was prepared with a higher concentration of oligosaccharides required for fermentation to allow dilution when nutrients, inoculum, glucoamylase, and base were added to the initial fermentation broth. After adding these ingredients, the mash was diluted by about 10%. Therefore, the expected concentration of liquefied starch in the mash (including solids) at the start of fermentation 2010Y034 and 2010Y036 was about 250 g / L. The actual glucose equivalents input to the 2010Y034 and 2010Y036 fermentations were 239 g / kg and 241 g / kg, respectively. In comparison, the glucose equivalents input to the 2010Y033 and 2010Y035 fermentations were 257 g / kg and 263 g / kg, respectively. Note that the raw material for these fermentations was centrifuge (mash with most of the solids removed). About 1.2 L of sugar source (mash or centrifuge) was added to each fermentation. Therefore, based on this data, about 8.3% more sugar was loaded into the fermentor using the centrifuge (2010Y033 and 2010Y035) compared to the mash (2010Y034 and 2010Y036). These results show that removal of undissolved solids from corn mash prior to fermentation can significantly increase the sugar input per unit volume. This suggests that if a solid is present, it occupies valuable fermenter volume. If the solid is removed from the feed, more sugar can be added to the fermenter (“suitable”) because there is no undissolved solid. This example shows that fermenter volumetric efficiency can be significantly improved by removing undissolved solids from the mash prior to fermentation.

実施例8
抽出溶媒とブロスとの間の相分離に対する非溶解固体の除去の影響−抽出発酵
この実施例は、発酵前にトウモロコシマッシュから非溶解固体を除去することによる、抽出発酵プロセスの際およびその後の溶媒相とブロス相との間の向上した分離を示す。2つの抽出発酵を、並行して行い、1つは、液化されたトウモロコシマッシュを糖源(固体を除去したもの)として用い、1つは、非溶解固体の大部分を液化されたトウモロコシマッシュから除去することによって生成された遠心分離液(オリゴ糖の水溶液)を用いた。オレイルアルコール(OA)を両方の発酵に加えて、生成物が形成されるにつれて生成物(i−BuOH)をブロスから抽出した。固体が原料(トウモロコシマッシュを使用した)から除去されなかった場合の、この実施例において言及される発酵ブロスは、実施例6に記載される2010Y036であった。固体が原料(トウモロコシマッシュから生成される遠心分離液を使用した)から除去された場合の、この実施例において言及される発酵ブロスは、実施例6に記載される2010Y035であった。オレイルアルコールが、両方の発酵に使用される抽出溶媒であった。最終的な発酵ブロスについてだけではなく発酵全体にわたって、相分離の速度および程度を測定し、比較した。抽出発酵プロセス中の十分な相分離は、微生物の最小限の損失および最小限の溶媒損失ならびに下流の処理のより低い資本コストおよび運転コストにつながり得る。
Example 8
Effect of Removal of Undissolved Solids on Phase Separation between Extraction Solvent and Broth—Extracted Fermentation This example illustrates the use of undissolved solids from corn mash prior to fermentation during and after the extractive fermentation process. Shows improved separation between phase and broth phase. Two extractive fermentations are performed in parallel, one using liquefied corn mash as a sugar source (with the solids removed) and one from the liquefied corn mash with most of the undissolved solids The centrifuge liquid (oligosaccharide aqueous solution) produced by the removal was used. Oleyl alcohol (OA) was added to both fermentations and the product (i-BuOH) was extracted from the broth as the product was formed. The fermentation broth referred to in this example when the solid was not removed from the feed (using corn mash) was 2010Y036 as described in Example 6. The fermentation broth referred to in this example when the solid was removed from the feed (using a centrifuge generated from corn mash) was 2010Y035 as described in Example 6. Oleyl alcohol was the extraction solvent used for both fermentations. The rate and extent of phase separation was measured and compared throughout the fermentation, not just the final fermentation broth. Sufficient phase separation during the extractive fermentation process can lead to minimal loss of microorganisms and minimal solvent loss and lower capital and operating costs of downstream processing.

発酵中の溶媒相とブロス相との間の相分離
約10mLの試料を、5.3時間、29.3時間、53.3時間、および70.3時間の時点で各発酵装置から引き抜き、試料から固体を除去した場合の発酵(2010Y035)および固体を除去しなかった場合の発酵(2010Y036)からの試料について相分離を比較した。試料を約2時間静置させ、液液界面の位置を追跡することによって、全ての実行時間からの全ての試料について、相分離を観察し、比較した。固体を除去しなかった場合の発酵から引き抜かれた試料のいずれについても相分離が実質的に全く観察されなかった。発酵前に液化されたトウモロコシマッシュから固体を除去した場合の発酵からの全ての試料について相分離が観察された。全ての発酵時間について固体を除去した場合の実験から試料を引き抜いた約10〜15分以内に分離が起こり始め、2時間の期間にわたって向上し続けた。約7分間の沈降時間の後、遠心分離液発酵(固体を除去したもの)から、5.3時間の発酵実行時間の時点で引き抜かれた試料において相分離が起こり始めた。約17分間の沈降時間の後、遠心分離液発酵(固体を除去したもの)から53.3時間の時点で引き抜かれた試料において相分離が起こり始めた。
Phase separation between solvent phase and broth phase during fermentation About 10 mL of sample was withdrawn from each fermentor at 5.3, 29.3, 53.3 and 70.3 hours The phase separation was compared for samples from the fermentation (2010Y035) when the solids were removed from and from the fermentation (2010Y036) when the solids were not removed. Samples were allowed to stand for about 2 hours and phase separation was observed and compared for all samples from all run times by following the position of the liquid-liquid interface. Virtually no phase separation was observed for any of the samples drawn from the fermentation when the solids were not removed. Phase separation was observed for all samples from fermentation when solids were removed from liquefied corn mash before fermentation. Separation began to occur within about 10-15 minutes of pulling the sample from the experiment when the solids were removed for all fermentation times and continued to improve over a period of 2 hours. After about 7 minutes settling time, phase separation began to occur in the sample drawn from the centrifuge fermentation (with the solids removed) at the time of the 5.3 hour fermentation run. After a sedimentation time of about 17 minutes, phase separation began to occur in the sample drawn at 53.3 hours from the centrifuge fermentation (with the solids removed).

図13は、(重力)沈降時間に応じた、発酵試料管における液液界面の位置のプロットである。データは、遠心分離液が糖源として供給された(固体がトウモロコシマッシュから除去されたもの)場合の抽出発酵から引き抜かれた試料についてのものであり、オレイルアルコールは、ISPR抽出溶媒(実施例6の実験2010Y035)であった。このプロットにおける相分離データは、5.3時間、29.3時間、53.3時間、および70.3時間の実行時間の時点で発酵2010Y035から引き抜かれた試料についてのものである。界面位置が、試料管中の全ブロス高さにおけるパーセンテージとして報告される。例えば、5.3時間の実行時間の時点で2010Y035発酵(遠心分離液/オレイルアルコール)から引き抜かれた試料の界面位置は、120分間の沈降時間の後、試料管の底部(分離なし)から3.5mLに増加した。その特定の試料管中には約10mLの全ブロスが存在していた。したがって、その試料の界面位置は、図13において35%として報告された。同様に、53.3時間の実行時間の時点で2010Y035発酵(遠心分離液/オレイルアルコール)から引き抜かれた試料の界面位置は、125分間の沈降時間の後、試料管の底部(分離なし)から約3.9mLに増加した。その特定の試料管中には約10mLの全ブロスが存在していた。したがって、その試料の界面位置は、図13において39%として報告された。   FIG. 13 is a plot of the position of the liquid-liquid interface in the fermentation sample tube as a function of (gravity) settling time. Data are for samples drawn from extractive fermentation when centrifuge was supplied as a sugar source (solids removed from corn mash) and oleyl alcohol was extracted from ISPR extraction solvent (Example 6). Experiment 2010Y035). The phase separation data in this plot is for samples drawn from fermentation 2010Y035 at run times of 5.3 hours, 29.3 hours, 53.3 hours, and 70.3 hours. The interface position is reported as a percentage of the total broth height in the sample tube. For example, the interfacial position of the sample drawn from the 2010Y035 fermentation (centrifugate / oleyl alcohol) at the 5.3 hour run time is 3 from the bottom of the sample tube (no separation) after a 120 minute settling time. Increased to 5 mL. There was about 10 mL of total broth in that particular sample tube. Therefore, the interface position of the sample was reported as 35% in FIG. Similarly, the interfacial position of the sample drawn from the 2010Y035 fermentation (centrifugate / oleyl alcohol) at the 53.3 hour run time is from the bottom of the sample tube (no separation) after 125 minutes settling time. Increased to about 3.9 mL. There was about 10 mL of total broth in that particular sample tube. Therefore, the interface position of the sample was reported as 39% in FIG.

発酵を完了した後の溶媒相とブロス相との間の相分離
70時間の実行時間の後、発酵を停止し、オレイルアルコール抽出発酵からの2つのブロスを、別個の2Lのガラス製メスシリンダーに移した。溶媒相とブロス相との分離を観察し、比較した。発酵前に固体を除去しなかった場合のブロス(実験2010Y036)については、約3時間後に相分離がほとんど観察されなかった。発酵前に液化されたトウモロコシマッシュから固体を除去した場合のブロス(実験2010Y035)については、相分離が観察された。約15分間の沈降時間の後に分離が起こり始め、3時間の期間にわたって向上し続けた。15分後、液液界面が、二相混合物の全高さの約10%のレベルで確立された。これは、水相がまず分散体から分割され、混合物の底部において蓄積され始めたことを示す。時間が経過するにつれて、より多くの水相が混合物の底部に蓄積され、界面の位置を上昇させた。約3時間の沈降時間の後、界面は、二相混合物の全高さの約40%のレベルに増加した。これは、最初に発酵に投入した遠心分離液およびオレイルアルコールの量に基づいて、固体を除去した場合の最終的な二相のブロスについて、ほぼ完全な相分離が、約3時間の(重力)沈降時間の後に起こったことを示す。ほぼ等しい体積の初期の遠心分離液および溶媒を、両方の発酵に投入した。約1.2Lの液化されたトウモロコシマッシュおよび約1.1Lのオレイルアルコールを、発酵2010Y036に投入した。マッシュの同じバッチから生成された約1.2Lの遠心分離液、および約1.1Lのオレイルアルコールを、発酵2010Y035に投入した。水相中の約100g/kgの初期の糖が消費されたことおよび生成されるi−BuOHの約75%が溶媒相中にあったことを把握した後、完全な分離が起こった場合、最終的な水相および有機相の相対体積が約1:1であろうことが予測され得る。図14は、固体を除去した場合の抽出発酵(2010Y035)からの最終的な二相のブロスについての(重力)沈降時間に応じた液液界面位置のプロットである。界面位置は、最終的なブロスの相分離を観察するために使用される2Lのメスシリンダー中の全ブロス高さにおけるパーセンテージとして報告される。2010Y035発酵からの最終的なブロスの界面位置は、175分間の沈降時間の後、メスシリンダーの底部(分離なし)から二相混合物の全高さの約40%のレベルに増加した。したがって、最終的なブロス中の二相のほぼ完全な分離が、3時間の沈降時間の後に起こった。約50%の界面位置が、完全な分離に相当し得る。
Phase separation between solvent phase and broth phase after completing the fermentation After a run time of 70 hours, the fermentation was stopped and the two broths from the oleyl alcohol extraction fermentation were placed in separate 2 L glass graduated cylinders. Moved. The separation between the solvent phase and the broth phase was observed and compared. For the broth (experiment 2010Y036) where the solid was not removed prior to fermentation, little phase separation was observed after about 3 hours. Phase separation was observed for broth (experiment 2010Y035) when solids were removed from corn mash liquefied prior to fermentation. After about 15 minutes settling time, separation began to occur and continued to improve over a 3 hour period. After 15 minutes, a liquid-liquid interface was established at a level of about 10% of the total height of the two-phase mixture. This indicates that the aqueous phase was first split from the dispersion and began to accumulate at the bottom of the mixture. As time passed, more aqueous phase accumulated at the bottom of the mixture, raising the position of the interface. After a settling time of about 3 hours, the interface increased to a level of about 40% of the total height of the two-phase mixture. This is based on the amount of centrifuge and oleyl alcohol initially charged to the fermentation, with almost complete phase separation of about 3 hours (gravity) for the final two-phase broth when the solids are removed. Indicates what happened after the settling time. Approximately equal volumes of initial centrifuge and solvent were charged to both fermentations. About 1.2 L of liquefied corn mash and about 1.1 L of oleyl alcohol were charged to fermentation 2010Y036. About 1.2 L of centrifuge, produced from the same batch of mash, and about 1.1 L of oleyl alcohol were charged to fermentation 2010Y035. After knowing that about 100 g / kg of the initial sugar in the aqueous phase was consumed and about 75% of the i-BuOH produced was in the solvent phase, It can be expected that the relative volume of the typical aqueous and organic phases will be about 1: 1. FIG. 14 is a plot of the liquid-liquid interface position as a function of (gravity) settling time for the final two-phase broth from extractive fermentation (2010Y035) when the solids are removed. The interface position is reported as a percentage of the total broth height in the 2 L graduated cylinder used to observe the final broth phase separation. The final broth interface position from the 2010Y035 fermentation increased from the bottom of the graduated cylinder (no separation) to a level of about 40% of the total height of the two-phase mixture after a 175 minute settling time. Thus, almost complete separation of the two phases in the final broth occurred after a settling time of 3 hours. About 50% of the interface position may correspond to complete separation.

10mLの試料を、固体を除去した場合の発酵からの最終的なブロス(約3時間沈降させた)の有機相の上部から引き抜いた。試料を、高速の実験用遠心分離機において回転させて、ブロスを3時間沈降させた後に有機相中に存在する水相の量を測定した。結果は、最終的なブロスの上層の約90%が溶媒相であったことを示した。比較的少量の非溶解固体を含む、最終的なブロスの上層の約10%が水相であった。いくらかの固体が水相の底部(水相より濃い)に位置し、また、少量の固体が液液界面に蓄積されていた。   A 10 mL sample was withdrawn from the top of the organic phase of the final broth (settled for about 3 hours) from the fermentation when the solids were removed. The sample was rotated in a high speed laboratory centrifuge to measure the amount of aqueous phase present in the organic phase after allowing the broth to settle for 3 hours. The results showed that about 90% of the final broth upper layer was the solvent phase. About 10% of the top layer of the final broth, containing a relatively small amount of undissolved solids, was the aqueous phase. Some solids were located at the bottom of the aqueous phase (darker than the aqueous phase) and a small amount of solids had accumulated at the liquid-liquid interface.

10mLの試料を、固体を除去した場合の発酵からの最終的なブロス(約3時間沈降させた)の底相からも引き抜いた。試料を、高速の実験用遠心分離機において回転させて、ブロスを3時間沈降させた後に水相中に存在する有機相の量を測定した。ブロスを3時間沈降させた後、固体を除去した発酵からの最終的なブロスの底(水)相中に有機相が実質的に存在しなかったことが分かった。これらの結果は、固体を除去した場合の発酵からの最終的なブロスについては、ほぼ完全な相分離が起こったことを確認する。固体を除去しなかった場合の発酵からの最終的なブロスについては、相分離がほとんど見られなかった。このデータは、抽出発酵前の液化されたトウモロコシマッシュからの固体の除去により、発酵中および発酵後の相分離のかなりの向上が可能になり得、下流の処理への微生物、非溶解固体、および水の損失が減少され得ることを示唆する。   A 10 mL sample was also drawn from the bottom phase of the final broth (settled for about 3 hours) from the fermentation when the solids were removed. The sample was rotated in a high speed laboratory centrifuge to measure the amount of organic phase present in the aqueous phase after allowing the broth to settle for 3 hours. After allowing the broth to settle for 3 hours, it was found that there was virtually no organic phase in the bottom (water) phase of the final broth from the fermentation that removed the solids. These results confirm that almost complete phase separation occurred for the final broth from the fermentation when the solids were removed. Little phase separation was seen for the final broth from the fermentation when no solids were removed. This data shows that removal of solids from liquefied corn mash prior to extractive fermentation can allow for significant improvements in phase separation during and after fermentation, including microorganisms, undissolved solids, and downstream processing. It suggests that water loss can be reduced.

10mLの試料を、ブロスを約3時間静置させた後に固体を除去しなかった発酵からの最終的なブロスの上部から引き抜いた。試料を、高速の実験用遠心分離機において回転させて、最終的なブロスの上部における溶媒相および水相の相対量を測定した。このブロスは、液化されたトウモロコシマッシュ固体からの全ての固体を含有していた。試料の約半分が水相であり、約半分が有機相であった。水相は、固体を除去した場合のブロスからの上層の試料と比較して、かなり多くの非溶解固体(液化されたマッシュに由来する)を含有していた。この試料中の水相および溶媒相の量はほぼ同じであり、これは、(3時間の沈降時間の後でさえ)固体を除去しなかった場合の最終的なブロスにおいて相分離が実質的に起こらなかったことを示す。このデータは、固体が、抽出発酵前に液化されたトウモロコシマッシュから除去されない場合、発酵中および発酵後に相分離がほとんどないし全く起こらない可能性が高いことを示唆する。これは、下流の処理への微生物、非溶解固体、および水のかなりの損失をもたらし得る。   A 10 mL sample was withdrawn from the top of the final broth from the fermentation that did not remove solids after allowing the broth to settle for about 3 hours. Samples were rotated in a high speed laboratory centrifuge to measure the relative amounts of solvent and water phases at the top of the final broth. This broth contained all the solids from the liquefied corn mash solids. About half of the sample was the aqueous phase and about half was the organic phase. The aqueous phase contained significantly more undissolved solids (derived from the liquefied mash) compared to the upper sample from the broth when the solids were removed. The amount of aqueous and solvent phase in this sample is about the same, which means that the phase separation is substantially in the final broth when no solids are removed (even after a settling time of 3 hours). Indicates that it did not happen. This data suggests that if solids are not removed from corn mash liquefied prior to extractive fermentation, little or no phase separation is likely to occur during and after fermentation. This can result in considerable loss of microorganisms, undissolved solids, and water to downstream processing.

実施例9
ISPR抽出溶媒の損失に対する非溶解固体の除去の影響−抽出発酵
この実施例は、発酵前にトウモロコシマッシュから非溶解固体を除去することによって、抽出発酵プロセスの最終段階から出るDDGSについての溶媒損失を減少させる可能性を示す。実施例6は、並行して行われる2つの抽出発酵を説明し、1つは、糖源として液化されたトウモロコシマッシュ(2010Y036−固体を除去しないもの)を用い、1つは、非溶解固体の大部分を液化されたトウモロコシマッシュから除去することによって得られる液化されたマッシュ遠心分離液(2010Y035−オリゴ糖の水溶液)を用いた。オレイルアルコール(OA)を両方の発酵に加えて、生成物が形成されるにつれて生成物イソブタノール(i−BuOH)をブロスから抽出した。最終的な発酵ブロスから回収される非溶解固体に捕捉される残留溶媒の量を測定し、比較した。
Example 9
Effect of Removal of Undissolved Solids on ISPR Extraction Solvent Loss-Extraction Fermentation This example demonstrates the solvent loss for DDGS that exits the final stage of the extractive fermentation process by removing undissolved solids from corn mash prior to fermentation. Indicates the possibility of reduction. Example 6 illustrates two extractive fermentations performed in parallel, one using liquefied corn mash (one that does not remove solids 2010Y036-) as the sugar source, one of the undissolved solid A liquefied mash centrifuge (2010Y035-oligosaccharide aqueous solution) obtained by removing most from the liquefied corn mash was used. Oleyl alcohol (OA) was added to both fermentations and the product isobutanol (i-BuOH) was extracted from the broth as the product was formed. The amount of residual solvent entrapped in the undissolved solid recovered from the final fermentation broth was measured and compared.

実施例6に記載される発酵2010Y035および2010Y036が完了した後、ブロスを採取し、相分離試験を行うのに使用した。次に、非溶解固体(発酵前に除去されなかったトウモロコシマッシュからの微粒子)を、各ブロスから回収し、全抽出可能油について分析した。固体の各ロットから回収される油を、オレイルアルコールおよびトウモロコシ油について分析した。両方のブロスについて以下のプロトコルにしたがった:
・ブロスを遠心分離して、有機相と、水相と、固相とに分離した。
・有機相および水相を、固体からデカントして、遠心分離機ボトルの底部にウェットケーキを残した。
・ウェットケーキを水で十分に洗浄して、残留オリゴ糖、グルコース、塩、酵素などの、ケーキ中に保持される溶解固体の実質的に全てを除去した。
・洗浄されたウェットケーキを、一晩、真空オーブン(80℃で家庭用の真空)中で乾燥させて、ケーキ中の水の実質的に全てを除去した。
・乾燥固体の一部を、Soxhlet抽出器中でヘキサンと十分に接触させて、固体から油を除去した。
・固体から回収される油をGCによって分析して、固体から回収される油中に存在するオレイルアルコールおよびトウモロコシ油の相対量を測定した。
・両方の発酵ブロスから回収される固体についての粒度分布(PSD)を測定した。
After the fermentations 2010Y035 and 2010Y036 described in Example 6 were complete, the broth was collected and used to conduct a phase separation test. Next, undissolved solids (fine particles from corn mash that were not removed prior to fermentation) were recovered from each broth and analyzed for total extractable oil. The oil recovered from each lot of solids was analyzed for oleyl alcohol and corn oil. The following protocol was followed for both broths:
-The broth was centrifuged to separate it into an organic phase, an aqueous phase and a solid phase.
The organic and aqueous phases were decanted from the solid, leaving a wet cake at the bottom of the centrifuge bottle.
The wet cake was washed thoroughly with water to remove substantially all of the dissolved solids retained in the cake, such as residual oligosaccharides, glucose, salts, enzymes, etc.
The washed wet cake was dried overnight in a vacuum oven (80 ° C. household vacuum) to remove substantially all of the water in the cake.
A portion of the dry solid was contacted well with hexane in a Soxhlet extractor to remove the oil from the solid.
The oil recovered from the solid was analyzed by GC to determine the relative amount of oleyl alcohol and corn oil present in the oil recovered from the solid.
• The particle size distribution (PSD) for the solids recovered from both fermentation broths was measured.

両方の発酵ブロスからの非溶解固体の回収およびヘキサン抽出についてのデータを表8に示す。データは、(固体の単位質量当たり)ほぼ同じ量の油が、両方の発酵において固体によって吸収されたことを示す。   Data for the recovery of undissolved solids from both fermentation broths and hexane extraction are shown in Table 8. The data shows that approximately the same amount of oil (per unit mass of solid) was absorbed by the solid in both fermentations.

Figure 2015523088
Figure 2015523088

実施例10
ウェットケーキを水で洗浄することによる、液化されたトウモロコシマッシュからの固体の除去から生成されるウェットケーキからの可溶性でんぷんの回収−2段階プロセス
この実施例は、ケーキを水で2回洗浄することによる、ウェットケーキからの可溶性でんぷんの回収を示し、ここで、ケーキは、液化されたマッシュを遠心分離することによって生成された。液化されたトウモロコシマッシュを、連続デカンター遠心分離機に供給して、遠心分離液流(C−1)およびウェットケーキ(WC−1)を生成した。遠心分離液は、比較的固体を含まない、可溶性でんぷんの水溶液であり、原料マッシュと比較して、ウェットケーキを固体に濃縮した。ウェットケーキの一部を、高温水と混合して、スラリー(S−l)を形成した。スラリーをデカンター遠心分離機に再び注入して、洗浄水遠心分離液(C−2)および洗浄されたウェットケーキ(WC−2)を生成した。C−2は、比較的固体を含まない、可溶性でんぷんの希薄水溶液であった。C−2中の可溶性でんぷんの濃度は、マッシュの分離から生成される遠心分離液中の可溶性でんぷんの濃度より低かった。WC−2中に保持される液相は、マッシュの分離から生成されるウェットケーキ中の液体より、でんぷんが希薄であった。洗浄されたウェットケーキ(WC−2)を、高温水と混合して、スラリー(S−2)を形成した。投入されるウェットケーキ中の可溶性でんぷんの量に対する投入される水の比率は、両方の洗浄工程において同じであった。第2の洗浄スラリーを、デカンター遠心分離機に再び注入して、2回洗浄した、第2の洗浄水遠心分離液(C−3)およびウェットケーキ(WC−3)を生成した。C−3は、比較的固体を含まない、可溶性でんぷんの希薄水溶液であった。C−3中の可溶性でんぷんの濃度は、第1の洗浄段階(C−2)において生成される遠心分離液中の可溶性でんぷんの濃度より低く、したがって、WC−3(第2の洗浄されたウェットケーキ)中に保持される液相は、WC−2(第1の洗浄されたウェットケーキ)中のでんぷんより希薄であった。2つの洗浄遠心分離液(C−2およびC−3)中の全可溶性でんぷんは、回収され、液化に再利用され得るでんぷんである。最終的な洗浄されたウェットケーキ中に保持される液体中の可溶性でんぷんは、マッシュの元の分離において生成されるウェットケーキ中よりはるかに少ない。
Example 10
Recovery of soluble starch from wet cake produced from the removal of solids from liquefied corn mash by washing the wet cake with water-a two-step process This example involves washing the cake twice with water Shows the recovery of soluble starch from the wet cake, where the cake was produced by centrifuging the liquefied mash. The liquefied corn mash was fed to a continuous decanter centrifuge to produce a centrifuge liquid stream (C-1) and a wet cake (WC-1). The centrifuge liquid is an aqueous solution of soluble starch that does not contain a solid relatively, and the wet cake was concentrated to a solid as compared with the raw material mash. A portion of the wet cake was mixed with hot water to form a slurry (S-1). The slurry was again injected into the decanter centrifuge to produce a wash water centrifuge (C-2) and a washed wet cake (WC-2). C-2 was a dilute aqueous solution of soluble starch that was relatively free of solids. The concentration of soluble starch in C-2 was lower than the concentration of soluble starch in the centrifuge produced from the mash separation. The liquid phase retained in WC-2 was less starchy than the liquid in the wet cake produced from the mash separation. The washed wet cake (WC-2) was mixed with hot water to form a slurry (S-2). The ratio of input water to the amount of soluble starch in the input wet cake was the same in both washing steps. The second wash slurry was re-injected into the decanter centrifuge to produce a second wash water centrifuge (C-3) and wet cake (WC-3) that was washed twice. C-3 was a dilute aqueous solution of soluble starch that was relatively free of solids. The concentration of soluble starch in C-3 is lower than the concentration of soluble starch in the centrifuge produced in the first washing stage (C-2) and thus WC-3 (second washed wet The liquid phase retained in the cake) was thinner than the starch in WC-2 (first washed wet cake). The total soluble starch in the two wash centrifuges (C-2 and C-3) is a starch that can be recovered and reused for liquefaction. The soluble starch in the liquid retained in the final washed wet cake is much less than in the wet cake produced in the original separation of the mash.

液化されたトウモロコシマッシュの生成
約1000ガロンの液化されたトウモロコシマッシュを、ハンマーミル、スラリー混合器、スラリータンク、および液化タンクからなる連続乾式磨砕液化システムにおいて生成した。磨砕トウモロコシ、水、およびα−アミラーゼを連続して供給した。反応器は、アンモニアまたは硫酸のいずれかを用いて、機械的撹拌、温度制御、およびpH制御を備えていた。反応条件は以下のとおりであった:
・ハンマーミルのふるいサイズ:7/64インチ
・スラリー混合器への供給速度
−磨砕トウモロコシ:560質量ポンド/時(14.1重量%の水分)
−処理水:16.6質量ポンド/分(200F)
−α−アミラーゼ:61g/時(Genecor:Spezyme(登録商標)Α)
・スラリータンク条件:
−温度:185°F(85℃)
−pH:5.8
−滞留時間:0.5時間
−乾燥トウモロコシ充填量:31重量%
−酵素充填量:0.028重量%(乾燥トウモロコシ基準)
・液化タンク条件:
−温度:185°F(85℃)
−pH:5.8
−滞留時間:約3時間
−さらなる酵素添加なし。
Production of Liquefied Corn Mash Approximately 1000 gallons of liquefied corn mash was produced in a continuous dry grinding liquefaction system consisting of a hammer mill, a slurry mixer, a slurry tank, and a liquefaction tank. Ground corn, water, and α-amylase were fed continuously. The reactor was equipped with mechanical stirring, temperature control, and pH control using either ammonia or sulfuric acid. The reaction conditions were as follows:
Hammer mill sieve size: 7/64 inch Feed rate to slurry mixer-ground corn: 560 mass pounds per hour (14.1 wt% moisture)
-Treated water: 16.6 lbs / min (200F)
-Α-amylase: 61 g / hr (Genecor: Spezyme®)
・ Slurry tank conditions:
-Temperature: 185 ° F (85 ° C)
-PH: 5.8
-Residence time: 0.5 hours-Dry corn filling: 31 wt%
-Enzyme filling amount: 0.028 wt% (based on dry corn)
・ Liquefaction tank conditions:
-Temperature: 185 ° F (85 ° C)
-PH: 5.8
-Residence time: about 3 hours-No further enzyme addition.

液化されたトウモロコシマッシュの生成速度は約3ガロン/分(gpm)であった。磨砕トウモロコシのでんぷん含量は、乾燥トウモロコシ基準で約70重量%であった。液化されたマッシュの全固形分(TS)は約31重量%であり、全懸濁固体(TSS)は約7重量%であった。液相は、HPLCによって測定した際に約23〜24重量%の液化でんぷん(可溶性オリゴ糖)を含有していた。   The production rate of liquefied corn mash was about 3 gallons / minute (gpm). The starch content of ground corn was about 70% by weight on a dry corn basis. The total solids (TS) of the liquefied mash was about 31% by weight and the total suspended solids (TSS) was about 7% by weight. The liquid phase contained about 23-24% by weight liquefied starch (soluble oligosaccharide) as measured by HPLC.

液化されたマッシュを、連続デカンター遠心分離機において以下の条件で遠心分離した:
・ボウル速度:5000rpm(約3600g’s)
・差速:15rpm
・せきの直径:185mm(せき板を取り外した場合)
・供給速度:5〜20ガロン/分で変動。
The liquefied mash was centrifuged in a continuous decanter centrifuge under the following conditions:
-Bowl speed: 5000 rpm (about 3600 g's)
・ Differential speed: 15rpm
・ Weir diameter: 185 mm (when weir plate is removed)
Feed rate: Fluctuates at 5-20 gallons / minute.

約850ガロンの遠心分離液および約1400質量ポンドのウェットケーキを、マッシュを遠心分離することによって生成した。ウェットケーキ中の全固形分は、水分収支によって測定したところ、約46.3%(懸濁固体+溶解固体)であった。液相が約23重量%の可溶性でんぷんを含有していたことが分かり、ウェットケーキ中の全懸濁固体が約28重量%であったことが推定された。ウェットケーキが、遠心分離機運転の前に液化されたマッシュ中に存在する約12%の可溶性でんぷんを含有していたことが推定された。   About 850 gallons of centrifuge and about 1400 mass pounds of wet cake were produced by centrifuging the mash. The total solid content in the wet cake was about 46.3% (suspended solid + dissolved solid) as measured by moisture balance. It was found that the liquid phase contained about 23% by weight soluble starch and it was estimated that the total suspended solids in the wet cake was about 28% by weight. It was estimated that the wet cake contained approximately 12% soluble starch present in the mash liquefied prior to centrifuge operation.

固体を水で洗浄することによるウェットケーキからの可溶性でんぷんの回収−1回目の洗浄
液化されたマッシュの分離から回収される約707質量ポンドのウェットケーキを、300ガロンのステンレス鋼容器中で、165ガロンの高温(91℃)の水と混合した。得られたスラリーを、約30分間混合した。スラリーをデカンター遠心分離機に連続して供給して、洗浄された固体をスラリーから除去した。洗浄スラリーを分離するのに使用される遠心分離機は、上記の液化されたマッシュから固体を除去するのに使用されるのと同じものであり、スラリーを供給する前に、それを新鮮な水ですすいだ。遠心分離機を以下の条件で運転して、洗浄スラリーから固体を除去した:
・ボウル速度:5000rpm(約3600g’s)
・差速:5rpm
・せきの直径:185mm(せき板を取り外した場合)
・供給速度:5ガロン/分。
Recovery of soluble starch from wet cake by washing solid with water-first wash Approximately 707 pounds of wet cake recovered from the separation of the liquefied mash was placed in a 300 gallon stainless steel container at 165 Mixed with hot gallon (91 ° C.) water. The resulting slurry was mixed for about 30 minutes. The slurry was continuously fed to a decanter centrifuge to remove the washed solid from the slurry. The centrifuge used to separate the wash slurry is the same as that used to remove solids from the above liquefied mash, and before feeding the slurry, it is washed with fresh water. Rinse. The centrifuge was operated under the following conditions to remove solids from the wash slurry:
-Bowl speed: 5000 rpm (about 3600 g's)
・ Differential speed: 5rpm
・ Weir diameter: 185 mm (when weir plate is removed)
Feed rate: 5 gal / min.

約600質量ポンドの洗浄されたウェットケーキを遠心分離機によって生成したが、材料の損失のためにわずか400質量ポンドが回収されたに過ぎなかった。ウェットケーキ中の全固形分は、水分収支によって測定したところ、約36.7%(懸濁固体+溶解固体)であった。スラリーの液相中および洗浄水遠心分離液(スラリーから得られる)中の全可溶性でんぷん(グルコース、DP2、DP3、およびDP4+の合計)をHPLCによって測定したところ、それぞれ約6.7重量%および6.9重量%であった。DP2は、2つのグルコース単位(グルコース二量体)を含有するデキストロースポリマーを指す。DP3は、3つのグルコース単位(グルコース三量体)を含有するデキストロースポリマーを指す。DP4+は、4つ以上のグルコース単位(グルコース四量体およびより高次の多量体)を含有するデキストロースポリマーを指す。これにより、よく混合された希釈洗浄段階が行われたことを確認した。したがって、洗浄されたウェットケーキ中に保持される液相中の可溶性でんぷんの濃度は、この希釈洗浄について約6.8重量%(物質収支によって)であったはずである。全固形分および溶解されたオリゴ糖のデータに基づいて、洗浄されたウェットケーキ中の全懸濁固体は約32重量%であったことが推定された。遠心分離機によって生成されるケーキの全ての600質量ポンドを洗浄することができた場合、洗浄されたウェットケーキは、元の液化されたマッシュ中に存在する約2.6%の可溶性でんぷんを含有していたことが推定された。これは、洗浄前のマッシュウェットケーキと比較して、洗浄されたウェットケーキ中の可溶性でんぷんの約78%の減少を表す。液化されたマッシュの分離から生成されるウェットケーキを洗浄しなかった場合、マッシュ中の全でんぷんの約12%が、可溶性(液化)でんぷんとして喪失されるであろう。マッシュの分離から生成されるウェットケーキを、この実施例に示される条件で水で洗浄する場合、マッシュからの全でんぷんの2.6%が、可溶性(液化)でんぷんとして喪失されるであろう。   Approximately 600 pounds of washed wet cake was produced by the centrifuge, but only 400 pounds were recovered due to material loss. The total solid content in the wet cake was about 36.7% (suspended solid + dissolved solid) as measured by moisture balance. Total soluble starch (sum of glucose, DP2, DP3, and DP4 +) in the liquid phase of the slurry and in the wash water centrifuge (obtained from the slurry) was measured by HPLC to be about 6.7% by weight and 6%, respectively. 0.9% by weight. DP2 refers to a dextrose polymer containing two glucose units (glucose dimer). DP3 refers to a dextrose polymer containing three glucose units (glucose trimer). DP4 + refers to a dextrose polymer containing 4 or more glucose units (glucose tetramer and higher order multimer). This confirmed that a well-mixed dilution wash step was performed. Therefore, the concentration of soluble starch in the liquid phase retained in the washed wet cake should have been about 6.8% by weight (by mass balance) for this diluted wash. Based on total solids and dissolved oligosaccharide data, it was estimated that the total suspended solids in the washed wet cake was about 32% by weight. If all 600 mass pounds of cake produced by the centrifuge can be washed, the washed wet cake contains about 2.6% soluble starch present in the original liquefied mash. It was estimated that it was. This represents an approximately 78% reduction in soluble starch in the washed wet cake as compared to the mash wet cake before washing. If the wet cake produced from the separation of the liquefied mash is not washed, about 12% of the total starch in the mash will be lost as soluble (liquefied) starch. If the wet cake produced from the mash separation is washed with water under the conditions shown in this example, 2.6% of the total starch from the mash will be lost as soluble (liquefied) starch.

液化されたマッシュウェットケーキの第1の再スラリー洗浄から回収される約400質量ポンドの洗浄されたウェットケーキを、300ガロンのステンレス鋼容器中で110ガロンの高温(90℃)水と混合した。得られたスラリーを約30分間混合した。スラリーをデカンター遠心分離機に連続して供給して、洗浄された固体をスラリーから除去した。第2の洗浄スラリーを分離するのに使用される遠心分離機は、上記の第1の洗浄に使用されるのと同じであり、第2の洗浄スラリーを供給する前に、それを新鮮な水ですすいだ。遠心分離機を以下の条件で運転して、洗浄スラリーから固体を除去した:
・ボウル速度:5000rpm(約3600g’s)
・差速:5rpm
・せきの直径:185mm(せき板を取り外した場合)
・供給速度:4ガロン/分。
Approximately 400 pounds of washed wet cake recovered from the first reslurry wash of the liquefied mash wet cake was mixed with 110 gallons of hot (90 ° C.) water in a 300 gallon stainless steel container. The resulting slurry was mixed for about 30 minutes. The slurry was continuously fed to a decanter centrifuge to remove the washed solid from the slurry. The centrifuge used to separate the second wash slurry is the same as that used for the first wash above, and before supplying the second wash slurry, it is washed with fresh water. Rinse. The centrifuge was operated under the following conditions to remove solids from the wash slurry:
-Bowl speed: 5000 rpm (about 3600 g's)
・ Differential speed: 5rpm
・ Weir diameter: 185 mm (when weir plate is removed)
Feed rate: 4 gal / min.

約322質量ポンドの洗浄されたウェットケーキを、遠心分離機によって生成した。第2の洗浄からのウェットケーキ中の全固形分は、水分収支によって測定したところ、約37.4%(懸濁固体+溶解固体)であった。スラリーの液相中および洗浄水遠心分離液(スラリーから得られる)中の全可溶性でんぷん(グルコース、DP2、DP3、およびDP4+の合計)をHPLCによって測定したところ、それぞれ約1.6重量%および1.6重量%であった。これにより、よく混合された希釈洗浄段階が第2の洗浄において行われたことを確認した。したがって、洗浄されたウェットケーキ中に保持される液相中の可溶性でんぷんの濃度は、この希釈洗浄について約1.6重量%(物質収支によって)であったはずである。全固形分および溶解されたオリゴ糖のデータに基づいて、洗浄されたウェットケーキ中の全懸濁固体は約36重量%であったことが推定された。第1の洗浄段階において生成されるケーキの全ての600質量ポンドを洗浄することができた場合、洗浄されたウェットケーキは、元の液化されたマッシュ中に存在する約0.5%の可溶性でんぷんを含有していたことが推定された。これは、約96%の洗浄の前のマッシュウェットケーキと比較して、2回洗浄されたウェットケーキ中の可溶性でんぷんの全減少を表す。液化されたマッシュの分離から生成されるウェットケーキを除去しなかった場合、マッシュ中の全でんぷんの約12%が可溶性(液化)でんぷんとして喪失されるであろう。マッシュの分離から生成されるウェットケーキを、この実施例に示される条件で水で2回洗浄する場合、マッシュからの全でんぷんの0.5%が、可溶性(液化)でんぷんとして喪失されるであろう。   Approximately 322 pounds of washed wet cake was produced by a centrifuge. The total solid content in the wet cake from the second wash was about 37.4% (suspended solid + dissolved solid) as measured by moisture balance. Total soluble starch (total of glucose, DP2, DP3, and DP4 +) in the liquid phase of the slurry and in the wash water centrifuge (obtained from the slurry) was measured by HPLC to be about 1.6 wt% and 1 respectively 0.6% by weight. This confirmed that a well-mixed dilution wash step was performed in the second wash. Therefore, the concentration of soluble starch in the liquid phase retained in the washed wet cake should have been about 1.6% by weight (by mass balance) for this diluted wash. Based on total solids and dissolved oligosaccharide data, it was estimated that the total suspended solids in the washed wet cake was about 36% by weight. If all 600 mass pounds of cake produced in the first washing stage could be washed, the washed wet cake will have about 0.5% soluble starch present in the original liquefied mash. It was estimated that it contained. This represents a total reduction in soluble starch in the wet cake washed twice compared to the mash wet cake before about 96% washing. If the wet cake produced from the separation of the liquefied mash is not removed, about 12% of the total starch in the mash will be lost as soluble (liquefied) starch. If the wet cake produced from the mash separation is washed twice with water under the conditions shown in this example, 0.5% of the total starch from the mash will be lost as soluble (liquefied) starch. Let's go.

実施例11
トウモロコシ固体中のでんぷんの、可溶性(液化)でんぷんへの転化率に対する液化中の高温段階の影響
この実施例は、反応の途中のある時点における高温(または「調理」)段階による液化の操作が、トウモロコシ固体中のでんぷんの、可溶性(液化)でんぷんへのより高い転化率につながり得ることを示す。この実施例に示される「調理」段階は、液化が開始した後のある時点で液化温度を上昇させる工程と、より高温である期間保持する工程と、次に、温度を再び元の値まで低下させて、液化を完了させる工程とを含む。
Example 11
The effect of the high temperature stage during liquefaction on the conversion of starch in corn solids to soluble (liquefied) starch. Figure 5 shows that starch in corn solids can lead to higher conversion to soluble (liquefied) starch. The “cooking” stage shown in this example consists of raising the liquefaction temperature at some point after the start of liquefaction, holding it for a higher period, and then lowering the temperature back to its original value. And completing the liquefaction.

A.液化後に固体中に残っている非加水分解でんぷんを測定する手順
液化されたトウモロコシマッシュを、実施例1(中間の高温段階はない)のプロトコルにしたがって1回の実行で調製した。液化されたトウモロコシマッシュを、中間の高温段階を追加した以外は第1の実行と同じ条件における別の実行で調製した。両方の実行からのマッシュを、以下の工程にしたがって後処理(work up)した。それを遠心分離して、液化でんぷんの水溶液を非溶解固体から分離した。液化でんぷんの水溶液をデカントして取り除いて、ウェットケーキを回収した。ウェットケーキは、マッシュからの非溶解固体の大部分を含有していたが、固体は、液化でんぷん溶液でまだ湿っていた。ウェットケーキを水で十分に洗浄し、得られたスラリーを遠心分離して、水層を非溶解固体から分離した。ケーキを、十分な水で、合計5回洗浄して、液化から回収される元のウェットケーキ中に保持された可溶性でんぷんのほぼ全てを除去した。その結果、最終的な洗浄されたウェットケーキ中に保持される液相は、可溶性でんぷんを実質的に含有しない水からなっていた。
A. Procedure for measuring non-hydrolyzed starch remaining in the solid after liquefaction Liquefied corn mash was prepared in one run according to the protocol of Example 1 (no intermediate hot stage). A liquefied corn mash was prepared in a separate run under the same conditions as the first run except for the addition of an intermediate high temperature stage. The mash from both runs was worked up according to the following steps. It was centrifuged to separate the liquefied starch aqueous solution from the undissolved solids. The aqueous solution of liquefied starch was decanted off and the wet cake was collected. The wet cake contained most of the undissolved solid from the mash, but the solid was still wet with the liquefied starch solution. The wet cake was washed thoroughly with water and the resulting slurry was centrifuged to separate the aqueous layer from the undissolved solid. The cake was washed with enough water for a total of 5 times to remove almost all of the soluble starch retained in the original wet cake recovered from liquefaction. As a result, the liquid phase retained in the final washed wet cake consisted of water substantially free of soluble starch.

最終的な洗浄されたウェットケーキを、水中で再スラリー化し、非常に過剰なα−アミラーゼおよびグルコアミラーゼの両方を加えた。温度およびpHを制御しながら、スラリーを少なくとも24時間混合して、α−アミラーゼが、非溶解固体中に残っている実質的に全ての非加水分解でんぷんを可溶性オリゴ糖に転化するのを可能にした。その後、残留でんぷん(対象とする条件における液化中に加水分解されなかった)から生成される可溶性オリゴ糖を、存在するグルコアミラーゼによってグルコースに転化した。グルコース濃度を、HPLCによって時間とともに追跡して、残留でんぷんから生成される全てのオリゴ糖がグルコースに転化されたことおよびグルコース濃度がもはや時間とともに増加しないことを確認した。   The final washed wet cake was reslurried in water and both very excess α-amylase and glucoamylase were added. While controlling the temperature and pH, the slurry is mixed for at least 24 hours to allow α-amylase to convert substantially all unhydrolyzed starch remaining in the undissolved solids to soluble oligosaccharides. did. Subsequently, soluble oligosaccharides produced from residual starch (which was not hydrolyzed during liquefaction under the conditions of interest) were converted to glucose by the existing glucoamylase. The glucose concentration was followed over time by HPLC to confirm that all oligosaccharides produced from the residual starch were converted to glucose and that the glucose concentration no longer increased with time.

B.液化されたトウモロコシマッシュの生成
2つのバッチの液化されたトウモロコシマッシュを、Liquozyme(登録商標)SC DS(Novozymes(Franklinton,NC)製のα−アミラーゼ)を用いて、85℃で(それぞれ約1L)調製した。両方のバッチを、85℃で2時間余り運転した。ただし、「調理」期間を、第2のバッチ(「バッチ2」)の途中で追加した。バッチ2の温度分布は、85℃で約30分間、温度を85℃から101℃まで上昇させ、101℃で約30分間保持し、85℃に冷却し、さらに120分間液化を続けた。両方のバッチに使用される磨砕トウモロコシは、実施例1と同じであった。26重量%(乾燥トウモロコシ基準)のトウモロコシ充填量を両方のバッチに使用した。両方の実行に使用される酵素の総量は、0.08重量%(乾燥トウモロコシ基準)に相当していた。両方の液化実行中、pHを5.8に制御した。液化を、ガラスの被覆された樹脂ケトル中で行った。ケトルは、機械的撹拌、温度制御、およびpH制御を備えていた。
B. Production of liquefied corn mash Two batches of liquefied corn mash were prepared using Liquizyme® SC DS (alpha-amylase from Novozymes (Franklinton, NC)) at 85 ° C. (approximately 1 L each). Prepared. Both batches were run for more than 2 hours at 85 ° C. However, a “cooking” period was added in the middle of the second batch (“Batch 2”). The temperature distribution of batch 2 was 85 ° C. for about 30 minutes, the temperature was increased from 85 ° C. to 101 ° C., held at 101 ° C. for about 30 minutes, cooled to 85 ° C. and continued to liquefy for an additional 120 minutes. The ground corn used in both batches was the same as in Example 1. A corn loading of 26% by weight (dry corn basis) was used for both batches. The total amount of enzyme used in both runs corresponded to 0.08 wt% (dry corn basis). The pH was controlled at 5.8 during both liquefaction runs. Liquefaction was performed in a glass-coated resin kettle. The kettle was equipped with mechanical agitation, temperature control, and pH control.

以下のプロトコルにしたがって、バッチ1の液化されたトウモロコシマッシュを調製した:
・α−アミラーゼを水道水で希釈した(20.802gの水中の0.418gの酵素)。
・704.5gの水道水をケトルに投入した。
・撹拌器のスイッチを入れた。
・磨砕トウモロコシ(198g)の第1の投入を行った。
・撹拌しながら55℃まで加熱した。
・HSOまたはNaOHを用いて、pHを5.8に調整した。
・α−アミラーゼ溶液(7.111g)の第1の投入を行った。
・85℃まで加熱した
・85℃で30分間保持した。
・α−アミラーゼ溶液(3.501g)の第2の投入を行った。
・磨砕トウモロコシ(97.5g)の第2の投入を行った。
・85℃でさらに100分間、運転し続けた。
・液化が完了した後、60℃に冷却した。
・反応器の中身を空け(dump)、998.5gの液化されたマッシュを回収した。
Batch 1 liquefied corn mash was prepared according to the following protocol:
Α-Amylase was diluted with tap water (0.418 g enzyme in 20.802 g water).
-704.5 g of tap water was added to the kettle.
-The stirrer was switched on.
A first charge of ground corn (198 g) was made.
Heated to 55 ° C. with stirring.
• The pH was adjusted to 5.8 using H 2 SO 4 or NaOH.
A first charge of α-amylase solution (7.111 g) was made.
• Heated to 85 ° C • Hold at 85 ° C for 30 minutes.
A second charge of α-amylase solution (3.501 g) was made.
A second charge of ground corn (97.5 g) was made.
• Continued operation at 85 ° C for an additional 100 minutes.
-It cooled to 60 degreeC after liquefaction was completed.
-The reactor was dumped and 998.5 g of liquefied mash was recovered.

以下のプロトコルにしたがって、バッチ2の液化トウモロコシマッシュを調製した:
・α−アミラーゼを水道水で希釈した(16.642gの水中の0.3366gの酵素)。
・562.6gの水道水をケトルに投入した。
・撹拌器のスイッチを入れた。
・磨砕トウモロコシ(237.5g)を投入した。
・撹拌しながら55℃まで加熱した。
・希薄HSOまたはNaOHを用いて、pHを5.8に調整した。
・α−アミラーゼ溶液(4.25g)の第1の投入を行った。
・85℃まで加熱した。
・85℃で30分間保持した。
・101℃まで加熱した。
・101℃で30分間保持した。
・マッシュの温度を再び85℃に低下させた。
・希薄HSOまたはNaOHを用いて、pHを5.8に調整した。
・α−アミラーゼ溶液(4.2439g)の第2の投入を行った。
・85℃でさらに120分間、運転し続けた。
・液化が完了した後、60℃に冷却した。
Batch 2 liquefied corn mash was prepared according to the following protocol:
Α-Amylase was diluted with tap water (0.3366 g enzyme in 16.642 g water).
-562.6 g of tap water was added to the kettle.
-The stirrer was switched on.
-Ground corn (237.5 g) was added.
Heated to 55 ° C. with stirring.
Adjust the pH to 5.8 using dilute H 2 SO 4 or NaOH.
A first charge of α-amylase solution (4.25 g) was made.
-Heated to 85 ° C.
-Hold at 85 ° C for 30 minutes.
-Heated to 101 ° C.
-Hold at 101 ° C for 30 minutes.
-The mash temperature was again reduced to 85 ° C.
Adjust the pH to 5.8 using dilute H 2 SO 4 or NaOH.
A second charge of α-amylase solution (4.2439 g) was made.
• Continued operation at 85 ° C for an additional 120 minutes.
-It cooled to 60 degreeC after liquefaction was completed.

C.液化されたマッシュからの非溶解固体の除去および可溶性でんぷんを除去するための水によるウェットケーキの洗浄
バッチを室温で20分間、5000rpmで大容量遠心分離機において遠心分離することによって、液化されたマッシュの両方のバッチから固体の大部分を除去した。バッチ1からの500gのマッシュの遠心分離により、334.1gの遠心分離液および165.9gのウェットケーキが得られた。バッチ2からの872gのマッシュの遠心分離により、654.7gの遠心分離液および217gのウェットケーキが得られた。液化されたマッシュの各バッチから回収されるウェットケーキを、水道水で5回洗浄して、ケーキ中に保持される可溶性でんぷんの実質的に全てを除去した。容器間でケーキが移るのを防ぐために、元のマッシュを遠心分離するのに使用されるのと同じボトルにおいて洗浄を行った。各洗浄段階では、ケーキを水と混合し、得られた洗浄スラリーを室温で(5000rpmで20分間)遠心分離した。マッシュの両方のバッチから回収されるウェットケーキにおいて行われる全ての5回の洗浄段階についてこれを行った。約165gの水を、バッチ1からのウェットケーキの5回の洗浄のそれぞれに使用し、これは、バッチ1からのウェットケーキを洗浄するのに使用される合計828.7gの水になった。約500gの水を、バッチ2からのウェットケーキの5回の洗浄のそれぞれに使用し、これは、バッチ2からのウェットケーキを洗浄するのに使用される合計2500gの水になった。バッチ1からのウェットケーキの全ての5回の水洗浄から回収される全洗浄遠心分離液は893.1gであった。バッチ2からのウェットケーキの全ての5回の水洗浄から回収される全洗浄遠心分離液は2566.3gであった。バッチ1から回収される最終的な洗浄されたウェットケーキは101.5gであり、バッチ2から回収される最終的な洗浄されたウェットケーキは151.0gであった。各バッチから得られる最終的な洗浄されたウェットケーキは、可溶性でんぷんを実質的に含有しておらず;したがって、各ケーキ中に保持される液体は主に水であった。ウェットケーキの全固形分(TS)を、水分収支を用いて測定した。バッチ1からのウェットケーキの全固形分は21.63重量%であり、バッチ2からのウェットケーキのTSは23.66重量%であった。
C. Removal of undissolved solids from the liquefied mash and washing of the wet cake with water to remove soluble starch. Most of the solids were removed from both batches. Centrifugation of 500 g mash from batch 1 gave 334.1 g of centrifuge and 165.9 g of wet cake. Centrifugation of 872 g of mash from batch 2 yielded 654.7 g of centrifuge and 217 g of wet cake. The wet cake recovered from each batch of liquefied mash was washed 5 times with tap water to remove substantially all of the soluble starch retained in the cake. Washing was done in the same bottle used to centrifuge the original mash to prevent the cake from moving between the containers. In each wash step, the cake was mixed with water and the resulting wash slurry was centrifuged at room temperature (5000 rpm for 20 minutes). This was done for all five washing steps performed on wet cakes recovered from both batches of mash. Approximately 165 g of water was used for each of the 5 washes of the wet cake from Batch 1, which totaled 828.7 g of water used to wash the wet cake from Batch 1. About 500 g of water was used for each of the 5 washes of the wet cake from Batch 2, which resulted in a total of 2500 g of water used to wash the wet cake from Batch 2. The total wash centrifuge recovered from all 5 water washes of the wet cake from Batch 1 was 893.1 g. The total wash centrifuge recovered from all 5 water washes of the wet cake from batch 2 was 2566.3 g. The final washed wet cake recovered from batch 1 was 101.5 g and the final washed wet cake recovered from batch 2 was 151.0 g. The final washed wet cake obtained from each batch was substantially free of soluble starch; therefore, the liquid retained in each cake was primarily water. The total solids (TS) of the wet cake was measured using a moisture balance. The total solids of the wet cake from batch 1 was 21.63 wt% and the TS of the wet cake from batch 2 was 23.66 wt%.

D.液化後に非溶解固体中に残っている非加水分解でんぷんのレベルを測定するための、洗浄されたウェットケーキの液化/糖化
両方の洗浄されたウェットケーキ中に存在する固体中に残っている非加水分解でんぷんのレベルを、水中のケーキを再スラリー化し、過剰のα−アミラーゼおよび過剰のグルコアミラーゼを加えることによって測定した。α−アミラーゼは、固体中の残留非加水分解でんぷんを、スラリーの水相に溶解する可溶性オリゴ糖に転化する。その後、グルコアミラーゼが、α−アミラーゼによって生成される可溶性オリゴ糖をグルコースに転化する。反応を55℃(グルコアミラーゼの推奨される最高温度)で少なくとも24時間実行して、固体中の残留でんぷんの全てが可溶性オリゴ糖に転化され、全ての可溶性オリゴ糖がグルコースに転化されるのを確実にした。液化中に加水分解されなかったでんぷんである、固体中の残留非加水分解でんぷんは、この手順によって生成されるグルコースの量から計算することができる。
D. Liquefaction / saccharification of the washed wet cake to measure the level of non-hydrolyzed starch remaining in the non-dissolved solid after liquefaction Non-hydrate remaining in the solid present in both washed wet cakes The level of degraded starch was measured by reslurrying the cake in water and adding excess α-amylase and excess glucoamylase. α-Amylase converts residual non-hydrolyzed starch in solids into soluble oligosaccharides that dissolve in the aqueous phase of the slurry. Thereafter, glucoamylase converts soluble oligosaccharides produced by α-amylase into glucose. Run the reaction at 55 ° C (recommended maximum temperature for glucoamylase) for at least 24 hours to convert all residual starch in the solid to soluble oligosaccharides and all soluble oligosaccharides to glucose. I was sure. Residual non-hydrolyzed starch in solids that is not hydrolyzed during liquefaction can be calculated from the amount of glucose produced by this procedure.

以下のプロトコルに使用されるα−アミラーゼおよびグルコアミラーゼ酵素は、それぞれLiquozyme(登録商標)SC DSおよびSpirizyme(登録商標)Fuel(Novozymes,Franklinton,NC)であった。洗浄されたウェットケーキを処理するのに使用される容器は、機械的撹拌、温度制御、およびpH制御を備えた250mLの被覆されたガラス樹脂ケトルであった。使用されるLiquozyme(登録商標)の量は、「乾燥トウモロコシ基準」における0.08重量%の酵素充填量に相当していた。使用されるSpirizyme(登録商標)の量は、「乾燥トウモロコシ基準」における0.2重量%の酵素充填量に相当していた。この基準は、全てのでんぷんが可溶性オリゴ糖に加水分解されると仮定して、洗浄されたケーキ中に保持される非溶解固体の量を得るのに必要とされる磨砕トウモロコシの量として定義される。洗浄されたケーキ中に保持される非溶解固体はほとんど、トウモロコシのでんぷんでない非発酵性の部分であると考えられる。これらの酵素充填量は、26%のトウモロコシ充填量で完全な液化および糖化を得るのに必要とされるより少なくとも4倍多い。酵素を非常に過剰に用いて、固体中の残留でんぷんの完全な加水分解およびグルコースへのオリゴ糖の完全な転化を確実にした。   The α-amylase and glucoamylase enzymes used in the following protocols were Liquizyme® SC DS and Spirizyme® Fuel (Novozymes, Franklinton, NC), respectively. The container used to process the washed wet cake was a 250 mL coated glass resin kettle with mechanical stirring, temperature control, and pH control. The amount of Liquizyme® used corresponded to an enzyme loading of 0.08% by weight on a “dry corn basis”. The amount of Spirizyme® used corresponded to an enzyme loading of 0.2% by weight on a “dry corn basis”. This criterion is defined as the amount of ground corn required to obtain the amount of undissolved solids retained in the washed cake, assuming that all starch is hydrolyzed to soluble oligosaccharides. Is done. Most of the undissolved solids retained in the washed cake are considered to be non-fermentable parts of corn starch. These enzyme loadings are at least four times higher than required to obtain complete liquefaction and saccharification at 26% corn loading. Enzymes were used in great excess to ensure complete hydrolysis of the residual starch in the solid and complete conversion of the oligosaccharide to glucose.

以下のプロトコルにしたがって、バッチ1のマッシュからの洗浄されたウェットケーキ中に存在する固体中の非加水分解でんぷんのレベルを測定した:
・α−アミラーゼを水道水で希釈した(10.3607gの水中の0.1297gの酵素)。
・グルコアミラーゼを水道水で希釈した(15.6054gの水中の0.3212gの酵素)。
・132gの水道水をケトルに投入した。
・撹拌器のスイッチを入れた。
・液化バッチ1から生成される68gの洗浄されたウェットケーキ(TS=21.63重量%)を投入した。
・撹拌しながら55℃まで加熱した。
・希薄HSOまたはNaOHを用いて、pHを5.5に調整した。
・α−アミラーゼ溶液(3.4992g)を投入した。
・グルコアミラーゼ溶液(5.319g)を投入した。
・pHを5.5に制御しながら55℃で24時間運転し、グルコース用のスラリーを定期的に採取した。
The level of non-hydrolyzed starch in the solid present in the washed wet cake from the batch 1 mash was measured according to the following protocol:
Α-Amylase was diluted with tap water (0.1297 g enzyme in 10.3607 g water).
Glucoamylase was diluted with tap water (0.3212 g enzyme in 15.6054 g water).
-132 g of tap water was added to the kettle.
-The stirrer was switched on.
-Charged 68 g of washed wet cake (TS = 21.63% wt) produced from liquefaction batch 1.
Heated to 55 ° C. with stirring.
Adjust the pH to 5.5 using dilute H 2 SO 4 or NaOH.
-An α-amylase solution (3.4992 g) was added.
-A glucoamylase solution (5.319 g) was added.
-It was operated at 55 ° C for 24 hours while controlling the pH to 5.5, and a slurry for glucose was collected periodically.

以下のプロトコルにしたがって、バッチ2からの洗浄されたウェットケーキ中に存在する固体中の非加水分解でんぷんのレベルを測定した。
・α−アミラーゼを水道水で希釈した(11.709gの水中の0.2384gの酵素)。
・グルコアミラーゼを水道水で希釈した(17.5538gの水中の0.3509gの酵素)。
・154.3gの水道水をケトルに投入した。
・撹拌器のスイッチを入れた。
・液化バッチ1から生成される70.7gの洗浄されたウェットケーキ(TS=23.66重量%)を投入した。
・撹拌しながら55℃まで加熱した。
・希薄HSOまたはNaOHを用いて、pHを5.5に調整した。
・α−アミラーゼ溶液(2.393g)を投入した。
・グルコアミラーゼ溶液(5.9701g)を投入した。
・pHを5.5に制御しながら55℃で24時間運転し、グルコース用のスラリーを定期的に採取した。
The level of non-hydrolyzed starch in the solid present in the washed wet cake from batch 2 was measured according to the following protocol.
Α-Amylase was diluted with tap water (0.2384 g enzyme in 11.709 g water).
Glucoamylase was diluted with tap water (0.3509 g enzyme in 17.5538 g water).
-154.3 g of tap water was added to the kettle.
-The stirrer was switched on.
-70.7 g of washed wet cake produced from liquefaction batch 1 (TS = 23.66 wt%) was charged.
Heated to 55 ° C. with stirring.
Adjust the pH to 5.5 using dilute H 2 SO 4 or NaOH.
-An α-amylase solution (2.393 g) was added.
-A glucoamylase solution (5.9701 g) was added.
-It was operated at 55 ° C for 24 hours while controlling the pH to 5.5, and a slurry for glucose was collected periodically.

洗浄されたウェットケーキの液化/糖化の結果の比較
上述したように、バッチ1および2からの洗浄されたウェットケーキを、水中で再スラリー化し、固体中に残っている一切のでんぷんを加水分解し、それをグルコースに転化するために、非常に過剰なα−アミラーゼおよびグルコアミラーゼの両方をスラリーに加えた。図15は、時間に応じたスラリーの水相中のグルコースの濃度を示す。
Comparison of the results of liquefaction / saccharification of the washed wet cake As described above, the washed wet cake from batches 1 and 2 is reslurried in water to hydrolyze any remaining starch in the solid. In order to convert it to glucose, both very excess α-amylase and glucoamylase were added to the slurry. FIG. 15 shows the concentration of glucose in the aqueous phase of the slurry as a function of time.

グルコース濃度は、時間とともに増加し、両方の反応について約24時間の時点で最大値で安定した。24時間〜48時間のグルコースのわずかな減少は、微生物汚染によるものであり得;したがって、各系において達するグルコースの最大レベルを用いて、洗浄されたウェットケーキの固体中にある残留非加水分解でんぷんのレベルを計算した。(α−アミラーゼおよびグルコアミラーゼの存在下で)バッチ1の液化から得られる洗浄されたウェットケーキを反応させることによって達するグルコースの最大レベルは4.48g/Lであった。比較して、(α−アミラーゼおよびグルコアミラーゼの存在下で)バッチ2の液化から得られる洗浄されたウェットケーキを反応させることによって達するグルコースの最大レベルは2.39g/Lであった。   The glucose concentration increased with time and stabilized at a maximum at about 24 hours for both reactions. The slight decrease in glucose between 24 hours and 48 hours may be due to microbial contamination; therefore, the residual unhydrolyzed starch in the washed wet cake solids using the maximum level of glucose reached in each system. The level of was calculated. The maximum level of glucose reached by reacting the washed wet cake obtained from liquefaction of Batch 1 (in the presence of α-amylase and glucoamylase) was 4.48 g / L. In comparison, the maximum level of glucose reached by reacting the washed wet cake obtained from batch 2 liquefaction (in the presence of α-amylase and glucoamylase) was 2.39 g / L.

液化されたマッシュ中の非溶解固体中にある残留非加水分解でんぷん(液化中に加水分解されなかった)のレベルを、マッシュの対応するバッチから得られる洗浄されたウェットケーキから得られるグルコースのデータに基づいて計算した。
・液化バッチ1:固体中の残留非加水分解でんぷんは、液化に供給されるトウモロコシ中の全でんぷんの2.1%に相当する。これは、トウモロコシ中のでんぷんの2.1%が、バッチ1の液化条件で加水分解されなかったことを示唆する。液化バッチ1中、中間の高温(「調理」)段階を行わなかった。
・液化バッチ2:固体中の残留非加水分解でんぷんは、液化に供給されるトウモロコシ中の全でんぷんの1.1%に相当する。これは、トウモロコシ中のでんぷんの1.1%が、バッチ2の液化条件で加水分解されなかったことを示唆する。液化バッチ2中、高温(「調理」)段階を行った。
Glucose data obtained from washed wet cakes obtained from corresponding batches of mash, levels of residual non-hydrolyzed starch (not hydrolyzed during liquefaction) in non-dissolved solids in liquefied mash Calculated based on
Liquefaction batch 1: Residual non-hydrolyzed starch in solids represents 2.1% of the total starch in corn fed to liquefaction. This suggests that 2.1% of the starch in the corn was not hydrolyzed under the batch 1 liquefaction conditions. During liquefaction batch 1, no intermediate high temperature (“cooking”) step was performed.
Liquefaction batch 2: Residual non-hydrolyzed starch in solids represents 1.1% of total starch in corn fed to liquefaction. This suggests that 1.1% of the starch in the corn was not hydrolyzed under the batch 2 liquefaction conditions. During liquefaction batch 2, a high temperature (“cooking”) stage was performed.

この実施例は、液化中のある時点における高温「調理」段階の追加が、より高いでんぷん転化率をもたらし得ることを示す。これにより、液化されたトウモロコシマッシュ中の非溶解固体中に残っている残留非加水分解でんぷんが少なくなり、非溶解固体が液化の前にマッシュから除去される場合のプロセスにおけるでんぷんの損失が少なくなる。   This example shows that the addition of a high temperature “cooking” stage at some point during liquefaction can result in higher starch conversion. This results in less residual non-hydrolyzed starch remaining in the undissolved solids in the liquefied corn mash, and less starch loss in the process when the undissolved solids are removed from the mash prior to liquefaction. .

実施例12
トウモロコシ固体中のでんぷんの、可溶性(液化)でんぷんへの転化率に対する液化中の高温段階の影響
液化されたトウモロコシマッシュの2つのバッチ(バッチ3およびバッチ4)を、Liquozyme(登録商標)SC DS(Novozymes(Franklinton,NC)製のα−アミラーゼ)を用いて85℃で調製した。両方のバッチを、85℃で2時間余り運転した。ただし、「調理」期間を、バッチ4の途中で追加した。バッチ4の温度分布は、85℃で約30分間、温度を85℃から121℃まで上昇させ、121℃で約30分間保持し、85℃に冷却し、さらに90分間液化を続けた。両方のバッチに使用される磨砕トウモロコシは、実施例1と同じであった。26重量%(乾燥トウモロコシ基準)のトウモロコシ充填量を両方のバッチに使用した。両方の実行に使用される酵素の総量は、0.04重量%(乾燥トウモロコシ基準)に相当していた。両方の液化実行中、pHを5.8に制御した。バッチ3の液化を、1Lのガラスの被覆された樹脂ケトル中で行い、バッチ4の液化を、200Lのステンレス鋼発酵装置中で行った。両方の反応器は、機械的撹拌、温度制御、およびpH制御を備えていた。
Example 12
Effect of high temperature stage during liquefaction on the conversion of starch in corn solids to soluble (liquefied) starch. It was prepared at 85 ° C using Novozymes (α-amylase manufactured by Franklinton, NC). Both batches were run for more than 2 hours at 85 ° C. However, a “cooking” period was added in the middle of batch 4. The temperature distribution in batch 4 was 85 ° C. for about 30 minutes, the temperature was raised from 85 ° C. to 121 ° C., held at 121 ° C. for about 30 minutes, cooled to 85 ° C. and continued to liquefy for an additional 90 minutes. The ground corn used in both batches was the same as in Example 1. A corn loading of 26% by weight (dry corn basis) was used for both batches. The total amount of enzyme used in both runs corresponded to 0.04 wt% (dry corn basis). The pH was controlled at 5.8 during both liquefaction runs. Batch 3 liquefaction was performed in a 1 L glass coated resin kettle and Batch 4 liquefaction was performed in a 200 L stainless steel fermenter. Both reactors were equipped with mechanical stirring, temperature control, and pH control.

この実施例の実験条件は、以下の相違点を除き、実施例9について記載される実験条件と同様であった:   The experimental conditions for this example were similar to those described for Example 9 with the following differences:

バッチ3の液化されたトウモロコシマッシュの生成では:0.211gのα−アミラーゼを、10.403gの水道水で希釈した。α−アミラーゼ溶液の第1の投入は3.556gであった。α−アミラーゼ溶液の第2の投入は1.755gであり、反応を、85℃でさらに90分間実行し続けた。   For production of batch 3 liquefied corn mash: 0.211 g α-amylase was diluted with 10.403 g tap water. The first charge of α-amylase solution was 3.556 g. The second charge of α-amylase solution was 1.755 g and the reaction continued to run at 85 ° C. for an additional 90 minutes.

バッチ4の液化されたトウモロコシマッシュの生成では:22gのα−アミラーゼを、2kgの水道水で希釈し、147.9kgの水道水を発酵装置に投入し、61.8kgの磨砕トウモロコシを投入した。α−アミラーゼ溶液の第1の投入は1.0kgであり、反応物を85℃まで加熱し、85℃で30分間保持し、次に、反応物を121℃まで加熱し、121℃で30分間保持した。α−アミラーゼ溶液の第2の投入は1kgであり、反応を、85℃でさらに90分間実行し続けた。   In the production of batch 4 liquefied corn mash: 22 g of α-amylase was diluted with 2 kg of tap water, 147.9 kg of tap water was charged to the fermentor, and 61.8 kg of ground corn was charged. . The first charge of α-amylase solution is 1.0 kg, the reaction is heated to 85 ° C. and held at 85 ° C. for 30 minutes, then the reaction is heated to 121 ° C. and at 121 ° C. for 30 minutes. Retained. The second charge of α-amylase solution was 1 kg and the reaction continued to run at 85 ° C. for an additional 90 minutes.

液化されたマッシュからの非溶解固体の除去および可溶性でんぷんを除去するための水によるウェットケーキの洗浄
バッチを室温で15分間、5000rpmで大容量遠心分離機において遠心分離することによって、液化されたマッシュの両方のバッチから固体の大部分を除去した。バッチ3からの500.1gのマッシュの遠心分離により、337.2gの遠心分離液および162.9gのウェットケーキが得られた。バッチ4からの509.7gのマッシュの遠心分離により、346.3gの遠心分離液および163.4gのウェットケーキが得られた。液化されたマッシュの各バッチから回収されるウェットケーキを、水道水で5回洗浄して、ケーキ中に保持される可溶性でんぷんの実質的に全てを除去した。容器間でケーキが移るのを防ぐために、元のマッシュを遠心分離するのに使用されるのと同じボトルにおいて洗浄を行った。各洗浄段階では、ケーキを水と混合し、得られた洗浄スラリーを室温で(5000rpmで15分間)遠心分離した。マッシュの両方のバッチから回収されるウェットケーキにおいて行われる全ての5回の洗浄段階についてこれを行った。約164gの水を、バッチ3からのウェットケーキの5回の洗浄のそれぞれに使用し、これは、バッチ3からのウェットケーキを洗浄するのに使用される合計819.8gの水になった。約400gの水を、バッチ4からのウェットケーキの5回の洗浄のそれぞれに使用し、これは、バッチ4からのウェットケーキを洗浄するのに使用される合計2000gの水になった。バッチ3からのウェットケーキの全ての5回の水洗浄から回収される全洗浄遠心分離液は879.5gであった。バッチ4からのウェットケーキの全ての5回の水洗浄から回収される全洗浄遠心分離液は2048.8gであった。バッチ3から回収される最終的な洗浄されたウェットケーキは103.2gであり、バッチ4から回収される最終的な洗浄されたウェットケーキは114.6gであった。各バッチから得られる最終的な洗浄されたウェットケーキは、可溶性でんぷんを実質的に含有しておらず;したがって、各ケーキ中に保持される液体は主に水であった。ウェットケーキの全固形分(TS)を、水分収支を用いて測定した。バッチ3からのウェットケーキの全固形分は21.88重量%であり、バッチ4からのウェットケーキのTSは18.1重量%であった。
Removal of undissolved solids from liquefied mash and washing of wet cake with water to remove soluble starch Liquefied mash by centrifuging the batch in a high-capacity centrifuge at 5000 rpm for 15 minutes at room temperature Most of the solids were removed from both batches. Centrifugation of 500.1 g mash from Batch 3 gave 337.2 g of centrifuge and 162.9 g of wet cake. Centrifugation of 509.7 g mash from batch 4 yielded 346.3 g of centrifuge and 163.4 g of wet cake. The wet cake recovered from each batch of liquefied mash was washed 5 times with tap water to remove substantially all of the soluble starch retained in the cake. Washing was done in the same bottle used to centrifuge the original mash to prevent the cake from moving between the containers. In each washing step, the cake was mixed with water and the resulting washing slurry was centrifuged at room temperature (5000 rpm for 15 minutes). This was done for all five washing steps performed on wet cakes recovered from both batches of mash. Approximately 164 g of water was used for each of the 5 washes of the wet cake from Batch 3, which totaled 819.8 g of water used to wash the wet cake from Batch 3. Approximately 400 g of water was used for each of the 5 washes of the wet cake from Batch 4, which resulted in a total of 2000 g of water used to wash the wet cake from Batch 4. The total wash centrifuge recovered from all 5 water washes of the wet cake from Batch 3 was 879.5 g. The total wash centrifuge recovered from all 5 water washes of the wet cake from Batch 4 was 2048.8 g. The final washed wet cake recovered from batch 3 was 103.2 g and the final washed wet cake recovered from batch 4 was 114.6 g. The final washed wet cake obtained from each batch was substantially free of soluble starch; therefore, the liquid retained in each cake was primarily water. The total solids (TS) of the wet cake was measured using a moisture balance. The total solids of the wet cake from batch 3 was 21.88 wt% and the TS of the wet cake from batch 4 was 18.1 wt%.

この実施例の実験条件は、以下の相違点を除き、実施例9について記載される実験条件と同様であった:   The experimental conditions for this example were similar to those described for Example 9 with the following differences:

バッチ3についての、液化の後に非溶解固体中に残っている非加水分解でんぷんのレベルの測定するための洗浄されたウェットケーキの液化/糖化では:バッチ3の液化から生成される68gの洗浄されたウェットケーキを投入した(TS=21.88重量%)。3.4984gのα−アミラーゼ溶液および5.3042gのグルコアミラーゼを投入した。pHを5.5に制御しながら55℃で47時間反応を実行し、グルコース用のスラリーを定期的に採取した。   For batch 3 liquefaction / saccharification of the washed wet cake to measure the level of unhydrolyzed starch remaining in the undissolved solids after liquefaction: 68 g of washed from the liquefaction of batch 3 Wet cake was added (TS = 21.88% by weight). 3.4984 g of α-amylase solution and 5.3042 g of glucoamylase were added. The reaction was carried out at 55 ° C. for 47 hours while controlling the pH at 5.5, and a slurry for glucose was collected periodically.

バッチ4についての、液化の後に非溶解固体中に残っている非加水分解でんぷんのレベルの測定するための洗浄されたウェットケーキの液化/糖化では:0.1663gのα−アミラーゼを、13.8139gの水道水で希釈し、0.213gのグルコアミラーゼを、20.8002gの水道水で希釈した。117.8gの水道水をケトルに投入した。バッチ4の液化から生成される82.24gの洗浄されたウェットケーキを投入した(TS=18.1重量%)。3.4952gのα−アミラーゼ溶液および10.510gのグルコアミラーゼを投入した。pHを5.5に制御しながら55℃で50時間反応を実行し、グルコース用のスラリーを定期的に採取した。   For batch 4 liquefaction / saccharification of the washed wet cake to measure the level of unhydrolyzed starch remaining in the undissolved solids after liquefaction: 0.1663 g α-amylase And 0.213 g of glucoamylase was diluted with 20.8002 g of tap water. 117.8 g of tap water was charged into the kettle. 82.24 g of washed wet cake produced from liquefaction of batch 4 was charged (TS = 18.1 wt%). 3.4952 g of α-amylase solution and 10.510 g of glucoamylase were added. The reaction was carried out at 55 ° C. for 50 hours while controlling the pH at 5.5, and a slurry for glucose was collected periodically.

洗浄されたウェットケーキの液化/糖化の結果の比較
上述したように、バッチ3および4からの洗浄されたウェットケーキを、水中で再スラリー化し、固体中に残っている一切のでんぷんを加水分解し、それをグルコースに転化するために、非常に過剰なα−アミラーゼおよびグルコアミラーゼの両方をスラリーに加えた。図16は、時間に応じたスラリーの水相中のグルコースの濃度を示す。
Comparison of the results of liquefaction / saccharification of the washed wet cake As described above, the washed wet cake from batches 3 and 4 was reslurried in water to hydrolyze any remaining starch in the solid. In order to convert it to glucose, both very excess α-amylase and glucoamylase were added to the slurry. FIG. 16 shows the concentration of glucose in the aqueous phase of the slurry as a function of time.

グルコース濃度は、時間とともに増加し、バッチ3からの洗浄されたウェットケーキについて約26時間の時点で最大値で安定した。バッチ4の洗浄されたウェットケーキでは、グルコース濃度は、24時間〜47時間でわずかに増加し続けた。バッチ4のウェットケーキについて47時間の時点で測定したグルコース濃度が、最大値にほぼ等しいことが仮定される。(α−アミラーゼおよびグルコアミラーゼの存在下で)バッチ3の液化から得られる洗浄されたウェットケーキを反応させることによって達するグルコースの最大レベルは8.33g/Lであった。比較して、(α−アミラーゼおよびグルコアミラーゼの存在下で)バッチ4の液化から得られる洗浄されたウェットケーキを反応させることによって達するグルコースの最大レベルは4.92g/Lであった。   The glucose concentration increased with time and stabilized at a maximum at about 26 hours for the washed wet cake from Batch 3. In batch 4 washed wet cake, the glucose concentration continued to increase slightly from 24 to 47 hours. It is assumed that the glucose concentration measured at 47 hours for the batch 4 wet cake is approximately equal to the maximum value. The maximum level of glucose reached by reacting the washed wet cake obtained from batch 3 liquefaction (in the presence of α-amylase and glucoamylase) was 8.33 g / L. In comparison, the maximum level of glucose reached by reacting the washed wet cake obtained from the liquefaction of batch 4 (in the presence of α-amylase and glucoamylase) was 4.92 g / L.

液化されたマッシュ中の非溶解固体中にある残留非加水分解でんぷん(液化中に加水分解されなかった)のレベルを、(過剰のα−アミラーゼおよびグルコアミラーゼの存在下で)マッシュの対応するバッチから得られる洗浄されたウェットケーキを「加水分解」することによって得られるグルコースのデータに基づいて計算した。
・液化バッチ3:固体中の残留非加水分解でんぷんは、液化に供給されるトウモロコシ中の全でんぷんの3.8%に相当する。これは、トウモロコシ中のでんぷんの3.8%が、バッチ3の液化条件で加水分解されなかったことを示唆する。液化バッチ3中、中間の高温(「調理」)段階を行わなかった。
・液化バッチ4:固体中の残留非加水分解でんぷんは、液化に供給されるトウモロコシ中の全でんぷんの2.2%に相当する。これは、トウモロコシ中のでんぷんの2.2%が、バッチ4の液化条件で加水分解されなかったことを示唆する。液化バッチ4中、高温(「調理」)段階を行った。
The level of residual non-hydrolyzed starch (which was not hydrolyzed during liquefaction) in non-dissolved solids in the liquefied mash was adjusted to the corresponding batch of mash (in the presence of excess α-amylase and glucoamylase). Was calculated based on glucose data obtained by “hydrolyzing” the washed wet cake obtained from
Liquefaction batch 3: Residual non-hydrolyzed starch in solids represents 3.8% of total starch in corn fed to liquefaction. This suggests that 3.8% of the starch in the corn was not hydrolyzed under the batch 3 liquefaction conditions. During liquefaction batch 3, no intermediate high temperature (“cooking”) step was performed.
Liquefaction batch 4: Residual non-hydrolyzed starch in solids represents 2.2% of total starch in corn fed to liquefaction. This suggests that 2.2% of the starch in the corn was not hydrolyzed under the batch 4 liquefaction conditions. During liquefaction batch 4, a high temperature ("cooking") stage was performed.

この実施例は、液化中のある時点における高温「調理」段階の追加が、より高いでんぷん転化率をもたらし得ることを示す。これにより、液化されたトウモロコシマッシュ中の非溶解固体中に残っている残留非加水分解でんぷんが少なくなり、非溶解固体が液化の前にマッシュから除去される場合のプロセスにおけるでんぷんの損失が少なくなる。   This example shows that the addition of a high temperature “cooking” stage at some point during liquefaction can result in higher starch conversion. This results in less residual non-hydrolyzed starch remaining in the undissolved solids in the liquefied corn mash, and less starch loss in the process when the undissolved solids are removed from the mash prior to liquefaction. .

実施例11および12の概要および比較
液化条件は、トウモロコシ固体中のでんぷんの、可溶性(液化)でんぷんへの転化率に影響を与え得る。磨砕トウモロコシ中のでんぷんの、可溶性でんぷんへの転化率に影響し得る考えられる液化条件は、温度、酵素(α−アミラーゼ)充填量、および+/−高温(「調理」)段階が液化中のある時点で行われるか否かである。実施例11および12は、液化中のある時点における高温(「調理」)段階の実施により、トウモロコシ固体中のでんぷんの、可溶性(液化)でんぷんへのより高い転化率が得られることを示した。実施例11および12に記載される液化中の高温段階は、液化が開始した後のある時点で液化温度を上昇させる工程と、ある期間、より高い温度に保持する工程と、次に、温度を再び元の値まで低下させて、液化を完了させる工程とを含んでいた。
Overview and Comparison of Examples 11 and 12 Liquefaction conditions can affect the conversion of starch in corn solids to soluble (liquefied) starch. Possible liquefaction conditions that may affect the conversion of starch in ground corn to soluble starch are temperature, enzyme (α-amylase) loading, and +/- high temperature (“cooking”) stages being liquefied. Whether it is done at some point. Examples 11 and 12 showed that implementation of the high temperature (“cooking”) stage at some point during liquefaction resulted in a higher conversion of starch in corn solids to soluble (liquefied) starch. The high temperature stage during liquefaction described in Examples 11 and 12 consists of increasing the liquefaction temperature at some point after liquefaction has started, maintaining it at a higher temperature for a period of time, and then adjusting the temperature to And reducing to the original value again to complete the liquefaction.

実施例11において比較される液化反応を、実施例12において比較される反応と異なる酵素充填量で実行した。これらの実施例は、でんぷん転化率に対する2つの主な液化条件:(1)酵素充填量、および(2)+/−高温段階が液化中のある時点で適用されるか否かの影響を示す。   The liquefaction reaction compared in Example 11 was performed with a different enzyme loading than the reaction compared in Example 12. These examples show the effect of two main liquefaction conditions on starch conversion: (1) enzyme loading and (2) +/− whether a high temperature step is applied at some point during liquefaction. .

実施例11および12に記載される液化されたトウモロコシマッシュの4つのバッチを調製するのに使用される条件を、以下および表9にまとめる。   The conditions used to prepare the four batches of liquefied corn mash described in Examples 11 and 12 are summarized below and in Table 9.

全てのバッチに共通の条件:
・液化温度−85℃
・液化温度における合計時間−約2時間
・トウモロコシを磨砕するのに使用されるふるいサイズ−1mm
・pH−5.8
・乾燥トウモロコシ充填量−26%
・α−アミラーゼ−Liquozyme(登録商標)SC DS(Novozymes,Franklinton,NC)。
Conditions common to all batches:
・ Liquefaction temperature -85 ℃
-Total time at liquefaction temperature-about 2 hours-Screen size used to grind corn-1mm
・ PH-5.8
・ Dry corn filling -26%
Α-Amylase-Liquizyme® SC DS (Novozymes, Franklinton, NC).

Figure 2015523088
Figure 2015523088

バッチ2および4の温度分布(全ての値は概算値である)は:85℃で30分間、30分間の高温段階、85℃で90分間であった。最初の85℃の期間の前に半分の酵素を加え、最後の85℃の期間にわたる高温段階の後に半分を加えた。   The temperature distribution for batches 2 and 4 (all values are approximate) were: 85 ° C. for 30 minutes, 30 minute high temperature phase, 85 ° C. for 90 minutes. Half of the enzyme was added before the first 85 ° C period and half after the high temperature phase over the last 85 ° C period.

図17は、でんぷん転化率に対する、酵素充填量および+/−高温段階が液化中のある時点で適用されたか否かの影響を示す。固体中の残留非加水分解でんぷんのレベルは、対象とする液化条件で加水分解されなかったでんぷんである。図17は、固体中の非加水分解でんぷんのレベルが、液化中のある時点における高温(「調理」)段階の適用によってほぼ半分だけ減少されたことを示す。これは、2つの異なる酵素充填量で示された。図17のデータは、高温段階が液化中に適用されたか否かにかかわらず、酵素充填量を2倍にすると、固体中に残っている非加水分解でんぷんのレベルがほぼ半分になったことも示す。これらの実施例は、より高い酵素(α−アミラーゼ)充填量による液化の実行および/または反応中のある時点における高温(「調理」)段階の追加が、液化されたトウモロコシマッシュ中に存在する非溶解固体中の残留非加水分解でんぷんをかなり減少させ得、非溶解固体が液化の前にマッシュから除去される場合のプロセスにおけるでんぷんの損失を減少させ得ることを示す。液化の後の固体中の一切の残留でんぷんには、固体が発酵の前に除去される場合のプロセスにおいて発酵中に加水分解する機会がない。   FIG. 17 shows the effect of enzyme loading and whether the +/− hot stage was applied at some point during liquefaction on starch conversion. The level of residual non-hydrolyzed starch in the solid is starch that was not hydrolyzed at the intended liquefaction conditions. FIG. 17 shows that the level of non-hydrolyzed starch in the solid was reduced by almost half by the application of a high temperature (“cooking”) stage at some point during liquefaction. This was shown with two different enzyme loadings. The data in FIG. 17 shows that doubling the enzyme loading, whether or not the high temperature step was applied during liquefaction, almost halved the level of unhydrolyzed starch remaining in the solid. Show. These examples show that the implementation of liquefaction with higher enzyme (α-amylase) loading and / or the addition of a high temperature (“cooking”) stage at some point during the reaction is present in the liquefied corn mash. It shows that residual unhydrolyzed starch in dissolved solids can be significantly reduced and that starch loss in the process can be reduced when undissolved solids are removed from the mash before liquefaction. Any residual starch in the solid after liquefaction has no opportunity to hydrolyze during fermentation in a process where the solid is removed prior to fermentation.

実施例13
85℃での酵素消化の後のでんぷんおよび不溶物のふるい分け分離
実施例1に記載される方法ごとに調製されるマッシュ(301グラム)を、調整が必要な場合にNaOH溶液の液滴を用いてpH5.8に保ち、業者指定の用量の約0.064グラムのLiquozyme(登録商標)α−アミラーゼ酵素(Novozyme,Franklinton,NC)で処理し、85℃で5時間保持した。生成物を冷蔵した。
Example 13
Screening Separation of Starch and Insoluble After Enzymatic Digestion at 85 ° C. Mash (301 grams) prepared for each method described in Example 1 is used with drops of NaOH solution if adjustment is required. The pH was maintained at 5.8 and was treated with a manufacturer-specified dose of approximately 0.064 grams of Liquizyme® α-amylase enzyme (Novozyme, Franklinton, NC) and held at 85 ° C. for 5 hours. The product was refrigerated.

冷蔵された生成物を約50℃に温め、48gを、100メッシュスクリーンを含むフィルターアセンブリに注ぎ、−15水銀柱インチ(in Hg)〜−20水銀柱インチで家庭用真空源に接続した。ふるい皿は、44cm2の露出されたふるい表面積を有し、このふるい皿を、Nalgene(登録商標)(Thermo Fisher Scientific,Rochester,NY)によって提供されるプラスチックフィルターハウジング中に密閉した。スラリーをろ過したところ、ふるい上にウェットケーキが形成され、受け器ボトル中に40.4gの黄色の濁ったろ液が形成された。ウェットケーキを所定の位置で水ですぐに洗浄してから、中断した一方、真空源は、最終的な洗浄されたケーキを通して遊離水分を引き続けた。フィルターの下側からの滴りが停止したとき、ろ過を停止した。さらなる28.5gの洗浄ろ液を3段階にわたって収集し、ここで、最終段階のろ液が、最も少ない色および濁りを示した。7.6gの最終的なウェットケーキ質量を、室温で24時間にわたって2.1gになるまで空気乾燥させた。2.1gは、加熱ランプを用いて乾燥させた後に7.73%の水を含有することが分かった。この実験の真空ろ過により、合計25%の乾燥固体を含有するウェットケーキが生成された。   The refrigerated product was warmed to about 50 ° C. and 48 g was poured into a filter assembly containing a 100 mesh screen and connected to a household vacuum source at -15 inches of mercury (in Hg) to -20 inches of mercury. The sieve pan had an exposed sieve surface area of 44 cm 2 and was sealed in a plastic filter housing provided by Nalgene® (Thermo Fisher Scientific, Rochester, NY). When the slurry was filtered, a wet cake was formed on the sieve, and 40.4 g of a yellow turbid filtrate was formed in the receiver bottle. The wet cake was immediately washed with water in place and then interrupted while the vacuum source continued to draw free moisture through the final washed cake. Filtration was stopped when dripping from the bottom of the filter stopped. An additional 28.5 g of wash filtrate was collected over three stages, where the final stage filtrate showed the least color and turbidity. The final wet cake mass of 7.6 g was air dried to 2.1 g over 24 hours at room temperature. 2.1 g was found to contain 7.73% water after drying with a heat lamp. The vacuum filtration of this experiment produced a wet cake containing a total of 25% dry solids.

ろ液の試料を、室温でオレイルアルコールと組み合わせて、激しく混合し、沈降させた。界面を約15分間回復させたが、濁ったラグ層が残った。   A sample of the filtrate was mixed vigorously with oleyl alcohol at room temperature and allowed to settle. The interface was allowed to recover for about 15 minutes, but a cloudy rag layer remained.

1gの99.99%超(微量金属基準)のヨウ素、2gのReagentPlus(登録商標)グレード(99%超)のヨウ化カリウム(両方ともSigma−Aldrich(St.Louis,MO)製)、および1滴の量の17gの家庭用脱イオン水からなるルゴール液(でんぷん指示薬)を、ろ液の試料、水中で再スラリー化された、乾燥されたケーキ固体および水の対照試料に加えた。ろ液が濃い青色または紫色に変化し、固体スラリーが非常に濃い青色に変化し、水の色が薄い琥珀色になった。琥珀色より濃い色は、12単位長より長いオリゴ糖の存在を示す。   1 g of> 99.99% (based on trace metals) iodine, 2 g of ReagentPlus® grade (> 99%) potassium iodide (both from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO)), and 1 A drop volume of 17 g of Lugol's solution (starch indicator) consisting of domestic deionized water was added to a sample of the filtrate, a re-slurried, dried cake solid and water control sample. The filtrate turned dark blue or purple, the solid slurry turned very dark blue, and the water color became light amber. Darker than amber indicates the presence of oligosaccharides longer than 12 units long.

この実験は、大部分の懸濁固体が、100メッシュスクリーンにおいて、中程度の速度で、上述したように調製されるでんぷん溶液から分離され得ること、およびでんぷんがろ過ケーキ固体とともに残ることを示した。これは、加水分解されたでんぷんの一部が残るケーキの不完全な洗浄を示す。   This experiment showed that most of the suspended solids could be separated from the starch solution prepared as described above at a moderate rate in a 100 mesh screen and that the starch remained with the filter cake solids. . This indicates incomplete washing of the cake leaving a portion of the hydrolyzed starch.

この実験を、直径63mmの100メッシュスクリーン上で156グラムのマッシュを用いて繰り返した。最高温度は102℃であり、酵素はSpezyme(登録商標)であり、スラリーを、85℃超で、3時間保持した。ふるい分け速度を測定し、決定したところ、ふるい面積の平方フィート当たり毎分0.004ガロン以下であった。   The experiment was repeated with 156 grams of mash on a 63 mesh diameter 100 mesh screen. The maximum temperature was 102 ° C., the enzyme was Spezyme®, and the slurry was held above 85 ° C. for 3 hours. The sieving speed was measured and determined to be less than 0.004 gallons per minute per square foot of sieving area.

実施例14
115℃での酵素消化の後のでんぷんおよび不溶物のふるい分け分離
家庭用脱イオン水(200g)を、空のParr Model 4635の1リットルの圧力容器(Moline,IL)に投入し、85℃の温度まで加熱した。水を、磁気撹拌子を用いて撹拌した。実施例1に記載されるように調製される乾式磨砕トウモロコシ(90g)をスプーンで加えた。アンモニア水溶液の原液を用いて、pHを5.2から約6.0に上げた。約0.064グラムのLiquozyme(登録商標)溶液を、小型の較正されたピペットで加えた。圧力容器の蓋を閉め、家庭用窒素を用いて容器を50psigに加圧した。撹拌された混合物を6分以内に110℃まで加熱し、106〜116℃で合計20分間保持した。加熱を抑え、圧力を軽減し、容器を開放した。さらなる0.064gのLiquozyme(登録商標)を加え、温度をさらに142分間、63〜75℃で保持した。
Example 14
Screening Separation of Starch and Insoluble After Enzymatic Digestion at 115 ° C. Household deionized water (200 g) is charged into an empty Parr Model 4635 1 liter pressure vessel (Moline, IL) at a temperature of 85 ° C. Until heated. Water was stirred using a magnetic stir bar. Dry ground corn (90 g) prepared as described in Example 1 was added with a spoon. The pH was raised from 5.2 to about 6.0 using a stock solution of aqueous ammonia. About 0.064 grams of Liquizyme® solution was added with a small calibrated pipette. The pressure vessel lid was closed and the vessel was pressurized to 50 psig with household nitrogen. The stirred mixture was heated to 110 ° C. within 6 minutes and held at 106-116 ° C. for a total of 20 minutes. Heating was suppressed, pressure was reduced, and the container was opened. An additional 0.064 g of Liquizyme® was added and the temperature was held at 63-75 ° C. for an additional 142 minutes.

少量のスラリーを、Parr容器から取り、100、140、および170メッシュスクリーンのスタックを通して重力によりふるい分け(gravity screen)した。100メッシュスクリーン上のみに固体が留まった。   A small amount of slurry was removed from the Parr vessel and screened by gravity through a stack of 100, 140, and 170 mesh screens. The solid remained only on the 100 mesh screen.

スラリーの一部、約40%を、直径75ミリメートルの100および200メッシュ皿の2重ふるいアセンブリの上部に、高温のまま移した。いくらかの重力ろ過を行った。−15〜−20水銀柱インチの真空を、ろ液受け器に引き、一定のろ過を設定した。ろ液は黄色で濁っていたが、分散は安定していた。ケーキの表面を5分以内の間、露出させた。ケーキを、脱イオン水の噴霧で2〜3分間洗浄し、ろ液の濁りが一定になるまで(合計5回の噴霧)、受け器を変えて繰り返した。ふるいを調べたところ、全ての固体が100メッシュスクリーン上にあり、200メッシュ上に固体がなかったという結論となった。ウェットケーキは厚さ5mmであった。ウェットケーキの質量を測定したところ、18.9gであり、ろ液の合計質量は192gであった。   A portion of the slurry, approximately 40%, was transferred hot to the top of the 75 and 100 mesh dish double sieve assembly of 75 millimeters in diameter. Some gravity filtration was performed. A vacuum of −15 to −20 inches of mercury was drawn into the filtrate receiver to set a constant filtration. The filtrate was yellow and cloudy, but the dispersion was stable. The cake surface was exposed for less than 5 minutes. The cake was washed with a spray of deionized water for 2-3 minutes and repeated with different receptacles until the turbidity of the filtrate was constant (5 sprays total). Examination of the sieve resulted in the conclusion that all solids were on a 100 mesh screen and no solids were on 200 mesh. The wet cake was 5 mm thick. When the mass of the wet cake was measured, it was 18.9 g, and the total mass of the filtrate was 192 g.

スラリーの残りの質量を、65℃で所定の位置で100メッシュスクリーンを備えたフィルターアセンブリに移し、5〜10分間にわたってろ過した。ケーキを脱イオン水の噴霧で3〜4分間洗浄し、ろ液の濁りが一定になるまで(合計8回の噴霧)、受け器を変えて繰り返した。フィルターの下側から落ちる液滴が観察されなくなるまで真空をかけ続けた。ウェットケーキは、厚さ8mmで、直径75mmであり、質量が36.6gであった。ろ液の重量の合計は261gであった。   The remaining mass of the slurry was transferred to a filter assembly equipped with a 100 mesh screen in place at 65 ° C. and filtered for 5-10 minutes. The cake was washed with a spray of deionized water for 3-4 minutes and repeated with different receptacles until the filtrate was turbid (8 sprays total). The vacuum was continued until no drops were observed from the bottom of the filter. The wet cake had a thickness of 8 mm, a diameter of 75 mm, and a mass of 36.6 g. The total weight of the filtrate was 261 g.

3つの容器を、上記の方法ごとにでんぷんについて試験した。1つの容器は水を含有し、他の2つの容器は、脱イオン水中でスラリー化されたウェットケーキの試料を含有していた。全ての容器の色が黄色の琥珀色に変化した。これは、ろ過ケーキを洗浄してでんぷんのオリゴ糖を取り除いたことを意味するものと解釈される。これらの固体を、長期の液化およびその後の糖化を用いて正確に分析して、グルコース基準で、ウェットケーキが、元のトウモロコシ中にある全でんぷんの0.2%以下を含有していたことを確認した。   Three containers were tested for starch for each of the above methods. One container contained water and the other two containers contained a sample of wet cake slurried in deionized water. The color of all containers changed to yellow amber. This is taken to mean that the filter cake was washed to remove starch oligosaccharides. These solids were accurately analyzed using long term liquefaction and subsequent saccharification to determine that on a glucose basis, the wet cake contained less than 0.2% of the total starch in the original corn. confirmed.

ろ液の試料を、容器中でオレイルアルコールと組み合わせて、激しく混合し、沈降させた。透明の油層が迅速に得られ、界面にはほとんどラグ層がなく、明確に画定されていた。この実施例は、トウモロコシマッシュが約110℃で20分間の調理という熱水条件まで加熱され、ろ過および洗浄される前に85℃で2時間超さらに液化されるプロセスにおいて、全ろ液が、穀類に供給される実質的に全てのでんぷんを含有していたことを示した。さらに、ろ液に含まれるオレイルアルコールと不純物との間の干渉がそれほど観察されない。   A sample of the filtrate was combined with oleyl alcohol in a container and mixed vigorously and allowed to settle. A clear oil layer was obtained quickly, with almost no lag layer at the interface and was well defined. This example shows that in a process where corn mash is heated to hot water conditions of about 110 ° C. for 20 minutes cooking and further liquefied for more than 2 hours at 85 ° C. before being filtered and washed, To contain substantially all of the starch supplied to Further, less interference between oleyl alcohol and impurities contained in the filtrate is not observed.

この実験を、直径75mmの80メッシュスクリーンにおいて247グラムのマッシュを用いて繰り返した。最高調理温度は115℃であり、酵素はLiquozyme(登録商標)であり、スラリーを85℃以上で3時間保持した。ふるい分け速度を測定し、決定したところ、ふるい面積の平方フィート当たり毎分0.1ガロン超であった。   This experiment was repeated with 247 grams of mash in an 80 mesh screen with a diameter of 75 mm. The maximum cooking temperature was 115 ° C., the enzyme was Liquizyme®, and the slurry was held at 85 ° C. or higher for 3 hours. The sieving speed was measured and determined to be greater than 0.1 gallon per minute per square foot of sieving area.

実施例15
この実施例は、蒸留廃液からの固体の除去ならびに脂肪酸、エステル、およびトリグリセリドを固体から回収するための脱溶媒器による抽出を示した。発酵中、固体を全蒸留廃液から分離し、脱溶媒器に供給し、脱溶媒器において固体を1.1トン/時の蒸気と接触させる。全蒸留廃液のウェットケーキ(抽出器原料)、溶媒、抽出器のミセラ、および抽出器の排出固体の流量は、表10に示されるとおりである。表の値の単位は、ショートトン/時である。
Example 15
This example showed the removal of solids from the distillation waste and extraction with a desolvator to recover fatty acids, esters, and triglycerides from the solids. During the fermentation, the solid is separated from the total distillation effluent and fed to the desolventizer where the solid is contacted with 1.1 ton / hour of steam. The total distillation waste liquid wet cake (extractor raw material), the solvent, the extractor miscella, and the flow rate of the discharged solids of the extractor are as shown in Table 10. The unit of the values in the table is short ton / hour.

Figure 2015523088
Figure 2015523088

脱溶媒器を出る固体を、乾燥器に供給する。脱溶媒器を出る蒸気は、0.55トン/時のヘキサンおよび1.102トン/時の水を含有する。この流れを凝縮し、デカンターに供給する。デカンターを出る水富化相は、約360ppmのヘキサンを含有する。この流れを蒸留塔に供給し、蒸留塔において、ヘキサンを水富化流から除去する。蒸留塔の上部を出るヘキサン富化流を凝縮し、デカンターに供給する。デカンターを出る有機物富化流を蒸留塔に供給する。蒸気(11.02トン/時)を、蒸留塔の塔底に供給する。この塔の塔頂および塔底生成物の組成を表11に示す。表の値の単位は、トン/時である。   The solid leaving the desolvator is fed to the dryer. The vapor exiting the desolvator contains 0.55 ton / hour hexane and 1.102 ton / hour water. This stream is condensed and fed to the decanter. The water-enriched phase exiting the decanter contains about 360 ppm of hexane. This stream is fed to a distillation column where hexane is removed from the water-enriched stream. The hexane enriched stream exiting the top of the distillation column is condensed and fed to the decanter. The organic enriched stream leaving the decanter is fed to a distillation column. Steam (11.02 tons / hour) is fed to the bottom of the distillation column. Table 11 shows the composition of the top and bottom products of this tower. The unit of the values in the table is ton / hour.

Figure 2015523088
Figure 2015523088

実施例16
副生成物の回収
この実施例は、マッシュからの副生成物の回収を示す。三相遠心分離機(Flottweg Tricanter(登録商標)Z23−4ボウル直径、230mm、長さ対直径の比率4:1)をこれらの条件で使用したことを除いて、実施例6に記載される条件下でトウモロコシ油をマッシュから分離する:
・ボウル速度:5000rpm
・差速:10rpm
・供給速度:3gpm
・相分離機ディスク:138mm
・羽根車の設定:144mm。
Example 16
Byproduct Recovery This example illustrates the recovery of byproducts from mash. The conditions described in Example 6 except that a three-phase centrifuge (Flottweg Tricanter® Z23-4 bowl diameter, 230 mm, length to diameter ratio 4: 1) was used under these conditions. Under separate corn oil from mash:
・ Bowl speed: 5000rpm
・ Differential speed: 10rpm
・ Supply speed: 3gpm
・ Phase separator disk: 138mm
・ Impeller setting: 144 mm.

分離されたトウモロコシ油は、ガスクロマトグラフィーおよび薄層クロマトグラフィーによって測定した際に、81%のトリグリセリド、6%の遊離脂肪酸、4%のジグリセリド、および合計5%のリン脂質およびモノグリセリドを有していた(例えば、米国特許出願公開第2012/0164302号明細書を参照)。   The separated corn oil has 81% triglycerides, 6% free fatty acids, 4% diglycerides, and a total of 5% phospholipids and monoglycerides as measured by gas chromatography and thin layer chromatography. (See, eg, US Patent Application Publication No. 2012/0164302).

上記の条件下でマッシュから分離された固体は、乾燥時の重量損失によって測定した際に58%の水分含量を有し、ガスクロマトグラフィーによって測定した際に1.2%のトリグリセリドおよび0.27%の遊離脂肪酸を有していた(例えば、米国特許出願公開第2012/0164302号明細書を参照)。   The solid separated from the mash under the above conditions has a moisture content of 58% as measured by weight loss on drying, 1.2% triglyceride and 0.27 as measured by gas chromatography. % Free fatty acids (see, for example, US 2012/0164302).

表14中の全蒸留廃液から分離された固体、蒸発器段階の間に抽出された油、副生成物抽出剤および凝縮蒸留可溶物(CDS)の組成を、表12に示される全蒸留廃液の組成を前提とし、表13(三相遠心分離機における分離)を前提として計算した。表11の値を、Aspen Plus(登録商標)モデル(Aspen Technology,Inc.,Burlington,MA)から得た。このモデルは、トウモロコシ油がマッシュから抽出されていないことを前提としている。細胞、溶解固体、および懸濁固体の乾燥量基準でのタンパク質含量が、それぞれ約50%、22%、および35.5%であることが推定される。副生成物抽出剤の組成は、乾燥量基準で70.7%の脂肪酸および29.3%の脂肪酸イソブチルエステルであることが推定される。   The composition of the solids separated from the total distillation effluent in Table 14, the oil extracted during the evaporator stage, the by-product extractant and the condensed distillation solubles (CDS) is shown in Table 12 The calculation was made on the assumption of Table 13 (separation in a three-phase centrifuge). The values in Table 11 were obtained from an Aspen Plus® model (Aspen Technology, Inc., Burlington, Mass.). This model assumes that no corn oil has been extracted from the mash. It is estimated that the protein content on a dry basis of cells, lysed solids and suspended solids is about 50%, 22% and 35.5%, respectively. The composition of the byproduct extractant is estimated to be 70.7% fatty acid and 29.3% fatty acid isobutyl ester on a dry basis.

Figure 2015523088
Figure 2015523088

Figure 2015523088
Figure 2015523088

Figure 2015523088
Figure 2015523088

実施例17
液化されたトウモロコシマッシュからのトウモロコシ油の除去
この実施例では、液化されたトウモロコシマッシュからトウモロコシ油を除去するための三相遠心分離機の使用を説明する。全粒トウモロコシの実は、通常、約3〜6重量%のトウモロコシ油を含有し、その大部分は胚芽に存在する。トウモロコシ油は、乾式粉砕および液化中に胚芽から放出される。その結果、トウモロコシマッシュは、フリートウモロコシ油を含有する。
Example 17
Removal of corn oil from liquefied corn mash This example illustrates the use of a three-phase centrifuge to remove corn oil from liquefied corn mash. Whole grain corn typically contains about 3-6% by weight corn oil, most of which is present in the germ. Corn oil is released from the germ during dry grinding and liquefaction. As a result, corn mash contains free corn oil.

例えば、乾式磨砕トウモロコシ−エタノールプロセスに使用される標準的な連続液化プロセスを用いて、液化されたトウモロコシマッシュを生成した。磨砕トウモロコシは、4.16重量%のトウモロコシ油(乾燥トウモロコシ基準)を含有し、14.7重量%の水分含量を有していた。磨砕トウモロコシおよび水を、それぞれ10.2ポンド/分および17.0ポンド/分でスラリータンクに供給したところ、32重量%の乾燥トウモロコシ充填量が得られた。α−アミラーゼを、乾燥トウモロコシ基準で約0.025重量%の酵素充填量に対応する速度でスラリータンクに供給した。スラリータンクおよび液化タンクを、両方とも85℃および5.8のpHで運転した。85℃における全滞留時間は約2時間であった。マッシュを、約3gpmの速度で生成し、これは、湿量基準で約1.3重量%のトウモロコシ油を含有していた。この油の一部は遊離油として存在し、一部は非溶解固体で存在していた。これは、トウモロコシ1ブッシェル当たりおよそ2.0ポンドのトウモロコシ油であるマッシュの全トウモロコシ油含量に対応する。マッシュ中の全固形分(TS)は32重量%であり、全懸濁固体(TSS)は7.7重量%であった。   For example, a liquefied corn mash was produced using a standard continuous liquefaction process used in the dry ground corn-ethanol process. The ground corn contained 4.16 wt% corn oil (dry corn basis) and had a moisture content of 14.7 wt%. Ground corn and water were fed to the slurry tank at 10.2 lb / min and 17.0 lb / min, respectively, resulting in a dry corn charge of 32 wt%. α-Amylase was fed to the slurry tank at a rate corresponding to an enzyme loading of about 0.025% by weight on a dry corn basis. Both the slurry tank and the liquefaction tank were operated at 85 ° C. and a pH of 5.8. The total residence time at 85 ° C. was about 2 hours. Mash was produced at a rate of about 3 gpm, which contained about 1.3 wt% corn oil on a wet basis. Some of this oil was present as free oil and some was present as undissolved solids. This corresponds to a total corn oil content of mash that is approximately 2.0 pounds of corn oil per bushel of corn. Total solids (TS) in the mash was 32% by weight and total suspended solids (TSS) was 7.7% by weight.

液化されたトウモロコシマッシュを、約3gpmの速度で三相遠心分離機(Model Z23−4/441,Flottweg Tricanter(登録商標),Flottweg AG,Vilsibiburg,Germany)に供給した。供給温度は約80℃であった。マッシュを、以下の3つの流れ:(1)トウモロコシ油、(2)オリゴ糖(液化でんぷん)の水溶液、および(3)ウェットケーキへと分離した。Tricanter(登録商標)の運転条件は以下のとおりであった:
・ボウル速度:5000rpm
・重力:約4000g’s
・差速:10rpm
・羽根車の設定:約145
・相分離機ディスク:約138mm。
The liquefied corn mash was fed to a three-phase centrifuge (Model Z23-4 / 441, Flottweg Tricanter®, Flottweg AG, Vilsibiburg, Germany) at a rate of about 3 gpm. The feed temperature was about 80 ° C. The mash was separated into three streams: (1) corn oil, (2) an oligosaccharide (liquefied starch) aqueous solution, and (3) a wet cake. The operating conditions of Tricanter® were as follows:
・ Bowl speed: 5000rpm
・ Gravity: about 4000g's
・ Differential speed: 10rpm
・ Impeller setting: about 145
-Phase separator disk: about 138 mm.

表15は、原料流およびTricanter(登録商標)からの3つの出口流について測定したデータ(流量、密度、固体含量、およびトウモロコシ油含量)をまとめたものである。   Table 15 summarizes the data (flow rate, density, solids content, and corn oil content) measured for the feed stream and the three outlet streams from Tricanter®.

Figure 2015523088
Figure 2015523088

Tricanter(登録商標)によってマッシュから除去されるトウモロコシ油は、マッシュ原料中の全トウモロコシ油の39%を占めていた。トウモロコシ油除去率は、トウモロコシ1ブッシェル当たり約0.8ポンドに等しかった。液化されたトウモロコシマッシュから分離され、回収されたトウモロコシ油は、約85重量%のグリセリドを含有していた。   Corn oil removed from the mash by Tricanter® accounted for 39% of the total corn oil in the mash feed. Corn oil removal rate was equal to about 0.8 pounds per corn bushel. The corn oil separated and recovered from the liquefied corn mash contained about 85% by weight glycerides.

トウモロコシ1ブッシェル当たり約0.8ポンドのトウモロコシ油が除去されるプロセスにおいて、マッシュ流量は、3.9ガロン/分だけ減少するであろう:

Figure 2015523088
In a process where about 0.8 pounds of corn oil is removed per corn bushel, the mash flow rate will be reduced by 3.9 gallons / minute:
Figure 2015523088

発酵への全マッシュ流が約700gpmである生産工場において、除去された油は、全マッシュ流の約0.55%を占めるであろう。生産工場が、追加の容量を利用するために処理量を比例的に上げるものと仮定すると、年間の生産が0.55%だけ増加することは、56MMGPYのプラントが、さらなる310,000ガロンのエタノールを生成するであろうことを意味する。   In a production plant where the total mash flow to fermentation is about 700 gpm, the oil removed will account for about 0.55% of the total mash flow. Assuming that the production plant increases the throughput proportionally to take advantage of the additional capacity, the increase in annual production by 0.55% means that the 56MMGPY plant has an additional 310,000 gallons of ethanol. Means that it will generate

実施例18
液化されたトウモロコシマッシュからのトウモロコシ油の除去−供給速度の調整
この実施例において、液化されたトウモロコシマッシュを、1gpmの供給速度で三相遠心分離機に供給した。例えば、乾式磨砕トウモロコシ−エタノールプロセスに使用される標準的な連続液化プロセスを用いて、液化されたトウモロコシマッシュを生成した。磨砕トウモロコシは、4.16重量%のトウモロコシ油(乾燥トウモロコシ基準)を含有し、14.7重量%の水分含量を有していた。磨砕トウモロコシおよび水を、それぞれ8.2ポンド/分および19.0ポンド/分でスラリータンクに供給したところ、約26重量%の乾燥トウモロコシ充填量が得られた。α−アミラーゼを、乾燥トウモロコシ基準で約0.026重量%の酵素充填量に対応する50g/時の速度でスラリータンクに供給した。スラリータンクおよび液化タンクを、両方とも85℃および5.8のpHで運転した。ジェットクッカーは使用しなかった。85℃における全滞留時間は約2時間であった。マッシュを、約3gpmの速度で生成し、遠心分離試験のために1500ガロンのタンクに在庫として入れた(inventoried)。マッシュは、湿量基準で約1.1重量%のトウモロコシ油を含有していた。この油の一部は遊離油として存在し、一部は非溶解固体で存在していた。これは、トウモロコシ1ブッシェル当たりおよそ2.0ポンドのトウモロコシ油であるマッシュの全トウモロコシ油含量に対応する。マッシュ中のTSは25.6重量%であり、TSSは5.3重量%であった。
Example 18
Corn oil removal from liquefied corn mash-feed rate adjustment In this example, liquefied corn mash was fed to a three-phase centrifuge at a feed rate of 1 gpm. For example, a liquefied corn mash was produced using a standard continuous liquefaction process used in the dry ground corn-ethanol process. The ground corn contained 4.16 wt% corn oil (dry corn basis) and had a moisture content of 14.7 wt%. Ground corn and water were fed to the slurry tank at 8.2 lb / min and 19.0 lb / min, respectively, resulting in a dry corn fill of about 26 wt%. α-Amylase was fed to the slurry tank at a rate of 50 g / hr corresponding to an enzyme loading of about 0.026 wt% on a dry corn basis. Both the slurry tank and the liquefaction tank were operated at 85 ° C. and a pH of 5.8. A jet cooker was not used. The total residence time at 85 ° C. was about 2 hours. Mash was produced at a rate of about 3 gpm and was inventoried in a 1500 gallon tank for centrifuge testing. The mash contained about 1.1 wt% corn oil on a wet basis. Some of this oil was present as free oil and some was present as undissolved solids. This corresponds to a total corn oil content of mash that is approximately 2.0 pounds of corn oil per bushel of corn. TS in the mash was 25.6% by weight and TSS was 5.3% by weight.

液化されたトウモロコシマッシュを、約1gpmの速度で、供給タンクから三相遠心分離機(Model Z23−3,Flottweg Tricanter(登録商標),Flottweg AG,Vilsibiburg,Germany)に供給した。供給温度は約80℃であった。マッシュを、以下の3つの流れ:(1)トウモロコシ油、(2)オリゴ糖(液化でんぷん)の水溶液、および(3)ウェットケーキへと分離した。Tricanter(登録商標)の運転条件は以下のとおりであった:
・ボウル速度:5000rpm
・重力:約4000g’s
・差速:12rpm
・羽根車の設定:約156
・相分離機ディスク:約140mm。
Liquefied corn mash was fed at a rate of about 1 gpm from a feed tank to a three-phase centrifuge (Model Z23-3, Flottweg Tricanter®, Flottweg AG, Vilsibiburg, Germany). The feed temperature was about 80 ° C. The mash was separated into three streams: (1) corn oil, (2) an oligosaccharide (liquefied starch) aqueous solution, and (3) a wet cake. The operating conditions of Tricanter® were as follows:
・ Bowl speed: 5000rpm
・ Gravity: about 4000g's
・ Differential speed: 12rpm
・ Impeller setting: about 156
-Phase separator disk: about 140 mm.

表16は、原料流およびTricanter(登録商標)からの3つの出口流について測定したデータ(流量、密度、固体含量、およびトウモロコシ油含量)をまとめたものである。トウモロコシ油の物質収支の質は102%であり、全固形分の物質収支の質は105%であった。   Table 16 summarizes the data (flow rate, density, solids content, and corn oil content) measured for the feed stream and the three outlet streams from Tricanter®. The mass balance quality of corn oil was 102% and the mass balance quality of the total solids was 105%.

Figure 2015523088
Figure 2015523088

Tricanter(登録商標)によってマッシュから除去されるトウモロコシ油は、マッシュ原料中の全トウモロコシ油の17%を占めていた。このトウモロコシ油除去率は、トウモロコシ1ブッシェル当たり約0.34ポンドに等しかった。液化されたトウモロコシマッシュから分離され、回収されたトウモロコシ油は、約81.4重量%のグリセリドおよび8.3重量%の遊離脂肪酸を含有していた。   Corn oil removed from the mash by Tricanter® accounted for 17% of the total corn oil in the mash feed. The corn oil removal rate was equal to about 0.34 pounds per corn bushel. The corn oil separated and recovered from the liquefied corn mash contained about 81.4 wt% glycerides and 8.3 wt% free fatty acids.

実施例19
液化されたトウモロコシマッシュからのトウモロコシ油の除去−供給速度の調整
この実施例において、液化されたトウモロコシマッシュを、10.1gpmの供給速度で三相遠心分離機に供給した。例えば、乾式磨砕トウモロコシ−エタノールプロセスに使用される標準的な連続液化プロセスを用いて、液化されたトウモロコシマッシュを生成した。磨砕トウモロコシは、4.16重量%のトウモロコシ油(乾燥トウモロコシ基準)を含有し、14.7重量%の水分含量を有していた。磨砕トウモロコシおよび水を、それぞれ8.2ポンド/分および19.0ポンド/分でスラリータンクに供給したところ、約26重量%の乾燥トウモロコシ充填量が得られた。α−アミラーゼを、乾燥トウモロコシ基準で約0.026重量%の酵素充填量に対応する50g/時の速度でスラリータンクに供給した。スラリータンクおよび液化タンクを、両方とも85℃および5.8のpHで運転した。ジェットクッカーは使用しなかった。85℃における全滞留時間は約2時間であった。マッシュを、約3gpmの速度で生成し、遠心分離試験のために1500ガロンのタンクに在庫として入れた。マッシュは、湿量基準で約1.1重量%のトウモロコシ油を含有していた。この油の一部は遊離油として存在し、一部は非溶解固体で存在していた。これは、トウモロコシ1ブッシェル当たりおよそ2.0ポンドのトウモロコシ油であるマッシュの全トウモロコシ油含量に対応する。マッシュ中のTSは26.2重量%であり、TSSは6.7重量%であった。
Example 19
Corn oil removal from liquefied corn mash-feed rate adjustment In this example, liquefied corn mash was fed to a three-phase centrifuge at a feed rate of 10.1 gpm. For example, a liquefied corn mash was produced using a standard continuous liquefaction process used in the dry ground corn-ethanol process. The ground corn contained 4.16 wt% corn oil (dry corn basis) and had a moisture content of 14.7 wt%. Ground corn and water were fed to the slurry tank at 8.2 lb / min and 19.0 lb / min, respectively, resulting in a dry corn fill of about 26 wt%. α-Amylase was fed to the slurry tank at a rate of 50 g / hr corresponding to an enzyme loading of about 0.026 wt% on a dry corn basis. Both the slurry tank and the liquefaction tank were operated at 85 ° C. and a pH of 5.8. A jet cooker was not used. The total residence time at 85 ° C. was about 2 hours. Mash was produced at a rate of about 3 gpm and was stocked in a 1500 gallon tank for centrifuge testing. The mash contained about 1.1 wt% corn oil on a wet basis. Some of this oil was present as free oil and some was present as undissolved solids. This corresponds to a total corn oil content of mash that is approximately 2.0 pounds of corn oil per bushel of corn. TS in the mash was 26.2% by weight and TSS was 6.7% by weight.

液化されたトウモロコシマッシュを、約10.1gpmの速度で、供給タンクから三相遠心分離機(Model Z23−4/441,Flottweg Tricanter(登録商標),Flottweg AG,Vilsibiburg,Germany)に供給した。供給温度は約80℃であった。マッシュを、以下の3つの流れ:(1)トウモロコシ油、(2)オリゴ糖(液化でんぷん)の水溶液、および(3)ウェットケーキへと分離した。Tricanter(登録商標)の運転条件は以下のとおりであった:
・ボウル速度:5000rpm
・重力:約4000g’s
・差速:20rpm
・羽根車の設定:約148
・相分離機ディスク:約138mm。
Liquefied corn mash was fed at a rate of approximately 10.1 gpm from a feed tank to a three-phase centrifuge (Model Z23-4 / 441, Flottweg Tricanter®, Flottweg AG, Vilsibiburg, Germany). The feed temperature was about 80 ° C. The mash was separated into three streams: (1) corn oil, (2) an oligosaccharide (liquefied starch) aqueous solution, and (3) a wet cake. The operating conditions of Tricanter® were as follows:
・ Bowl speed: 5000rpm
・ Gravity: about 4000g's
・ Differential speed: 20rpm
・ Impeller setting: about 148
-Phase separator disk: about 138 mm.

表17は、原料流およびTricanter(登録商標)からの3つの出口流について測定したデータ(流量、密度、固体含量、およびトウモロコシ油含量)をまとめたものである。トウモロコシ油の物質収支の質は95%であった。   Table 17 summarizes the data (flow rate, density, solids content, and corn oil content) measured for the feed stream and the three outlet streams from Tricanter®. The mass balance quality of corn oil was 95%.

Figure 2015523088
Figure 2015523088

Tricanter(登録商標)によってマッシュから除去されるトウモロコシ油は、マッシュ原料中の全トウモロコシ油の18%を占めていた。このトウモロコシ油除去率は、トウモロコシ1ブッシェル当たり約0.36ポンドに等しかった。液化されたトウモロコシマッシュから分離され、回収されたトウモロコシ油は、約81.4重量%のグリセリドおよび8.3重量%の遊離脂肪酸を含有していた。   Corn oil removed from the mash by Tricanter® accounted for 18% of the total corn oil in the mash feed. The corn oil removal rate was equal to about 0.36 pounds per corn bushel. The corn oil separated and recovered from the liquefied corn mash contained about 81.4 wt% glycerides and 8.3 wt% free fatty acids.

実施例20
マッシュからのトウモロコシ油の回収に対する液化されたトウモロコシマッシュのpHの影響
液化されたトウモロコシマッシュを、通常、乾式磨砕トウモロコシ−エタノールプロセスに使用される標準的な連続液化プロセスを用いて生成した。磨砕トウモロコシは、4.6重量%のトウモロコシ油(乾燥トウモロコシ基準)を含有し、12.5重量%の水分含量を有していた。磨砕トウモロコシおよび水を、25.9重量%の乾燥トウモロコシ充填量で3gpmのトウモロコシマッシュを生成する速度でスラリータンクに供給した。スラリータンクを、30分間の滞留時間で、85℃で運転した。次に、スラリーを、ジェットクッカー中で生蒸気を用いて105℃まで加熱し、その温度で約30分間保持した。保持管を出た後、スラリーを、90分間の滞留時間で、85℃で運転される液化タンクに供給した。α−アミラーゼ(Spezyme(登録商標)ALPHA,Genencor(登録商標),Palo Alto,CA)を、乾燥トウモロコシ基準における0.04重量%の酵素の全酵素充填量に対応する速度でプロセスに連続して供給した。全酵素の40パーセント(40%)を、スラリータンクに加え、60%を、液化タンクに加えた。スラリータンクおよび液化タンクを両方とも5.8のpHで運転した。マッシュを、約3gpmの速度で生成し、遠心分離試験のために1500ガロンのタンクに在庫として入れた。液化されたトウモロコシマッシュは、湿量基準で約1.12重量%のトウモロコシ油を含有していた。これは、トウモロコシ1ブッシェル当たりおよそ2.2ポンドのトウモロコシ油であるマッシュの全トウモロコシ油含量に対応する。この油の一部は、遊離油として存在し;一部は、まだ非溶解固体中にあった。マッシュ中のトウモロコシ油中の遊離脂肪酸に対するグリセリドの比率は、約7.6〜1であった。マッシュ中の全固形分(TS)は25.9重量%であり、全懸濁固体(TSS)は4.7重量%であった。最終的なマッシュのDE(デキストロース当量)およびpHは、それぞれ15.9および5.75であった。マッシュの密度は、1.08g/mLであった。
Example 20
Effect of liquefied corn mash pH on corn oil recovery from mash Liquefied corn mash was produced using a standard continuous liquefaction process commonly used in dry ground corn-ethanol processes. The ground corn contained 4.6 wt% corn oil (based on dry corn) and had a moisture content of 12.5 wt%. Ground corn and water were fed into the slurry tank at a rate to produce 3 gpm corn mash with a dry corn charge of 25.9 wt%. The slurry tank was operated at 85 ° C. with a residence time of 30 minutes. The slurry was then heated to 105 ° C. with live steam in a jet cooker and held at that temperature for about 30 minutes. After exiting the holding tube, the slurry was fed into a liquefaction tank operating at 85 ° C. with a residence time of 90 minutes. α-Amylase (Spezyme® ALPHA, Genencor®, Palo Alto, Calif.) was continuously added to the process at a rate corresponding to a total enzyme loading of 0.04 wt% enzyme on dry corn basis. Supplied. Forty percent (40%) of the total enzyme was added to the slurry tank and 60% was added to the liquefaction tank. Both the slurry tank and the liquefaction tank were operated at a pH of 5.8. Mash was produced at a rate of about 3 gpm and was stocked in a 1500 gallon tank for centrifuge testing. The liquefied corn mash contained about 1.12% by weight corn oil on a wet basis. This corresponds to a total corn oil content of mash of approximately 2.2 pounds of corn oil per bushel of corn. Some of this oil was present as free oil; some was still in undissolved solids. The ratio of glycerides to free fatty acids in corn oil in mash was about 7.6-1. Total solids (TS) in the mash was 25.9% by weight and total suspended solids (TSS) was 4.7% by weight. The final mash DE (dextrose equivalent) and pH were 15.9 and 5.75, respectively. The density of the mash was 1.08 g / mL.

3つの異なる供給流量:1.24ガロン/分、5.1ガロン/分および10ガロン/分で、三相遠心分離機(Model Z23−4/441,Flottweg Tricanter(登録商標),Flottweg AG,Vilsibiburg,Germany)を用いて、液化されたマッシュを分離した。供給温度は約80℃であった。マッシュを、以下の3つの流れ:(1)トウモロコシ油、(2)オリゴ糖(液化でんぷん)の水溶液、および(3)ウェットケーキへと分離した。ボウル速度を、約5000rpm(約4000g’s)で一定に保持した。表18は、5.8のマッシュpHでのTricanter(登録商標)へのマッシュ供給速度に応じたトウモロコシ油の回収率を比較している。表18に示されるデータは、pH=5.8のトウモロコシ油の回収率に対するTricanter(登録商標)への供給速度の影響があることを示す。   Three different centrifuges (Model Z23-4 / 441, Flottweg Tricanter®, Flottweg AG, Vilbiburg) at three different feed flow rates: 1.24 gal / min, 5.1 gal / min and 10 gal / min , Germany) was used to separate the liquefied mash. The feed temperature was about 80 ° C. The mash was separated into three streams: (1) corn oil, (2) an oligosaccharide (liquefied starch) aqueous solution, and (3) a wet cake. The bowl speed was held constant at about 5000 rpm (about 4000 g's). Table 18 compares corn oil recovery as a function of mash feed rate to Tricanter® at a mash pH of 5.8. The data shown in Table 18 shows that there is an impact of the feed rate to Tricanter® on the recovery of corn oil at pH = 5.8.

Figure 2015523088
Figure 2015523088

トウモロコシ油の回収率は、マッシュに含まれる全油(遊離油および固体中の油の両方)に基づく。Tricanter(登録商標)に供給されたマッシュは、1.1〜1.2重量%のトウモロコシ油(遊離油および固体中の油を含む)を含有していた。   Corn oil recovery is based on the total oil contained in the mash (both free oil and oil in solids). The mash fed to Tricanter® contained 1.1-1.2% by weight corn oil (including free oil and oil in solids).

表18中のデータは、(試験される条件における)トウモロコシ油の回収率に対するマッシュ供給速度の影響があることを示す。表19は、試験される3つの条件についての水性遠心分離液中の油相、油遠心分離液中の水相、および油遠心分離液中の固体の量をまとめたものである。   The data in Table 18 shows that there is an impact of mash feed rate on corn oil recovery (in the conditions tested). Table 19 summarizes the amount of oil in the aqueous centrifuge, the aqueous phase in the oil centrifuge, and the solids in the oil centrifuge for the three conditions tested.

Figure 2015523088
Figure 2015523088

表19中のデータは、回収されたトウモロコシ油が、ごく少ない水相およびごく少ない固体を含有していたため、かなり清浄であったことを示す。液化されたトウモロコシマッシュから分離され、回収されたトウモロコシ油は、約85.1重量%のグリセリドおよび8.0重量%の遊離脂肪酸を含有していた。残りは、固体、水相、および他の抽出可能物(例えば、リン脂質、ステロールなど)であった。   The data in Table 19 shows that the recovered corn oil was fairly clean because it contained very little aqueous phase and very little solids. The corn oil separated and recovered from the liquefied corn mash contained about 85.1% by weight glycerides and 8.0% by weight free fatty acids. The rest were solids, aqueous phases, and other extractables (eg, phospholipids, sterols, etc.).

Tricanter(登録商標)供給タンク中に残っている液化されたトウモロコシマッシュのpHを、約3に低下させた。2つの異なる供給流量:1.3ガロン/分および5ガロン/分で、三相遠心分離機(Model Z23−4/441,Flottweg Tricanter(登録商標),Flottweg AG,Vilsibiburg,Germany)を用いて、酸性のマッシュを分離した。供給温度は約80℃であった。マッシュを、以下の3つの流れ:(1)トウモロコシ油、(2)オリゴ糖(液化でんぷん)の水溶液、および(3)ウェットケーキへと分離した。ボウル速度を、約5000rpm(約4000g’s)で一定に保持した。表20は、3.0のマッシュpHでのTricanter(登録商標)へのマッシュ供給速度に応じたトウモロコシ油の回収率を比較している。   The pH of the liquefied corn mash remaining in the Tricanter® feed tank was lowered to about 3. Using two-phase centrifuges (Model Z23-4 / 441, Flottweg Tricanter®, Flottweg AG, Vilsibiburg, Germany) at two different feed flow rates: 1.3 gal / min and 5 gal / min, The acidic mash was isolated. The feed temperature was about 80 ° C. The mash was separated into three streams: (1) corn oil, (2) an oligosaccharide (liquefied starch) aqueous solution, and (3) a wet cake. The bowl speed was held constant at about 5000 rpm (about 4000 g's). Table 20 compares corn oil recovery as a function of mash feed rate to Tricanter® at a mash pH of 3.0.

Figure 2015523088
Figure 2015523088

マッシュをpH=5.8で生成し、次に、遠心分離機に供給する前に、最終的なマッシュのpHを3に低下させた。トウモロコシ油の回収率は、マッシュに含まれる全油(遊離油および固体中の油の両方)に基づく。Tricanter(登録商標)に供給されたマッシュは、約0.9重量%のトウモロコシ油(遊離油および固体中の油を含む)を含有していた。Tricanter(登録商標)に供給されたマッシュの全固形分は27.1重量%であり、マッシュの全懸濁固体は5.5重量%であった。   Mash was produced at pH = 5.8 and then the final mash pH was lowered to 3 before feeding it to the centrifuge. Corn oil recovery is based on the total oil contained in the mash (both free oil and oil in solids). The mash fed to Tricanter® contained about 0.9% by weight corn oil (including free oil and oil in solids). The total solids of the mash fed to Tricanter® was 27.1% by weight and the total suspended solids of the mash was 5.5% by weight.

表21は、試験される2つの条件についての水性遠心分離液中の油相、油遠心分離液中の水相、および油遠心分離液中の固体の量をまとめたものである。表21中のデータは、回収されたトウモロコシ油が、ごく少ない水相およびごく少ない固体を含有していたため、かなり清浄であったことを示す。   Table 21 summarizes the amount of oil phase in the aqueous centrifuge, aqueous phase in the oil centrifuge, and solids in the oil centrifuge for the two conditions tested. The data in Table 21 shows that the recovered corn oil was fairly clean because it contained very little aqueous phase and very little solids.

Figure 2015523088
Figure 2015523088

試験A(表18)〜試験D(表20)の結果の比較および試験B(表19)〜試験E(表21)の結果の比較は、Tricanter(登録商標)を用いたトウモロコシ油回収に対するマッシュpHの影響を示す。データは、Tricanter(登録商標)を用いてマッシュを分離する前にマッシュのpHを低下させると、より高いトウモロコシ油回収率が得られることを示唆する。これらの比較を表22に示す。   A comparison of the results of Test A (Table 18) to Test D (Table 20) and a comparison of the results of Test B (Table 19) to Test E (Table 21) was performed on a mash against corn oil recovery using Tricanter®. The effect of pH is shown. The data suggests that lowering the mash pH prior to separating the mash using Tricanter® results in higher corn oil recovery. These comparisons are shown in Table 22.

Figure 2015523088
Figure 2015523088

表22に示されるパーセンテージは、マッシュに含まれる全油(遊離油および固体中の油の両方)に基づくトウモロコシ油の回収率である。Tricanter(登録商標)に供給されたマッシュ中のトウモロコシ油の組成物は、この実施例に記載される全ての試験について、0.9%〜1.2重量%のトウモロコシ油(遊離油および固体中の油を含む)の範囲であった。Tricanter(登録商標)を5000rpm(約4000G’s)で運転し、差速および羽根車の設定は、それぞれ5〜10rpmおよび145mmであった。   The percentages shown in Table 22 are the recoveries of corn oil based on the total oil contained in the mash (both free oil and oil in solids). The composition of corn oil in mash fed to Tricanter® was 0.9% to 1.2% by weight of corn oil (in free oil and solids) for all tests described in this example. Of oil). The Tricanter® was operated at 5000 rpm (about 4000 G's), and the differential speed and impeller settings were 5-10 rpm and 145 mm, respectively.

実施例21
トウモロコシマッシュからのトウモロコシ油および固体の回収
乾燥トウモロコシ基準で30〜31重量%で、乾式磨砕トウモロコシ−エタノールプロセスに使用される標準的な連続液化プロセスを用いて、液化されたトウモロコシマッシュを生成した。全固形分(TS)を約33重量%に高めた、調理水および逆流からなる再利用水を使用した。α−アミラーゼ(Spezyme(登録商標)RSL,Genencor(登録商標),Palo Alto,CA)を、約0.02重量%の乾燥トウモロコシ基準での酵素充填量に対応する速度で、スラリータンク(85℃、pH約5.8、30分間の滞留時間)に加えた。ジェットクッカーを用いて、18分間の調理時間で温度を105から110℃に上昇させた。液化タンクを、約5.8のpHで、85℃で運転した。Spezyme(登録商標)RSL(Genencor(登録商標),Palo Alto,CA)も、約0.005重量%の乾燥トウモロコシ基準での酵素充填量に対応する速度で液化タンクに加え、液化タンク中の全滞留時間は約90分間であった。マッシュの側流(side stream)を液化タンクから収集し、小型の希釈タンクに移し、ここで、所望の希釈を得るようにプロセス凝縮物(process condensate)を加えた。元のマッシュは、湿量基準で約1.55重量%のトウモロコシ油を含有していた。この油の一部は遊離油として存在し、一部は非溶解固体で存在していた。これは、トウモロコシ1ブッシェル当たりおよそ3.0ポンドのトウモロコシ油である元のマッシュの全トウモロコシ油含量に対応する。元のマッシュ中のTSは33.2重量%であり、全懸濁固体(TSS)は6.5重量%であった。プロセス凝縮物による希釈により、TSが約27重量%に低下され、TSSが約5.5重量%に低下され、油含量が約1.3重量%(湿量基準)に低下された。
Example 21
Recovery of corn oil and solids from corn mash A liquefied corn mash was produced using a standard continuous liquefaction process used in the dry ground corn-ethanol process at 30-31% by weight on a dry corn basis. . Recycled water consisting of cooking water and backflow with total solids (TS) increased to about 33% by weight was used. α-Amylase (Spezyme® RSL, Genencor®, Palo Alto, Calif.) was added to a slurry tank (85 ° C.) at a rate corresponding to an enzyme charge on a dry corn basis of about 0.02 wt%. PH about 5.8, residence time of 30 minutes). Using a jet cooker, the temperature was increased from 105 to 110 ° C. with a cooking time of 18 minutes. The liquefaction tank was operated at 85 ° C. at a pH of about 5.8. Spezyme® RSL (Genencor®, Palo Alto, Calif.) Is also added to the liquefaction tank at a rate corresponding to an enzyme charge on a dry corn basis of about 0.005 wt%. The residence time was about 90 minutes. The mash side stream was collected from the liquefaction tank and transferred to a small dilution tank, where process condensate was added to obtain the desired dilution. The original mash contained about 1.55 wt% corn oil on a wet basis. Some of this oil was present as free oil and some was present as undissolved solids. This corresponds to the total corn oil content of the original mash, which is approximately 3.0 pounds of corn oil per corn bushel. TS in the original mash was 33.2 wt% and total suspended solids (TSS) was 6.5 wt%. Dilution with process condensate reduced TS to about 27 wt%, TSS to about 5.5 wt%, and oil content to about 1.3 wt% (wet basis).

液化されたトウモロコシマッシュを、9〜11gpmの速度で、供給タンクから三相遠心分離機(Model Z23−4/441,Flottweg Tricanter(登録商標),Flottweg AG,Vilsibiburg,Germany)に供給した。供給温度は約85℃であった。マッシュを、以下の3つの流れ:(1)トウモロコシ油、(2)オリゴ糖(液化でんぷん)の水溶液、および(3)ウェットケーキへと分離した。三相遠心分離機の運転条件は以下のとおりであった:
・ボウル速度:5000rpm
・重力:約3200g
・差速:25rpm
・羽根車の設定:表を参照
・相分離機ディスク:約138mm
Liquefied corn mash was fed at a rate of 9-11 gpm from a feed tank to a three-phase centrifuge (Model Z23-4 / 441, Flottweg Tricanter®, Flottweg AG, Vilsibiburg, Germany). The feed temperature was about 85 ° C. The mash was separated into three streams: (1) corn oil, (2) an oligosaccharide (liquefied starch) aqueous solution, and (3) a wet cake. The operating conditions of the three-phase centrifuge were as follows:
・ Bowl speed: 5000rpm
・ Gravity: about 3200g
・ Differential speed: 25rpm
・ Impeller setting: See table ・ Phase separator disk: 138mm

表23は、分離後の三相遠心分離機の条件および特性をまとめたものである。33重量%および26重量%の両方のトウモロコシ充填量での流れを、38〜41重量%の全固形分で、非常に清浄なトウモロコシ油流およびウェットケーキへと分離した。重質相中の懸濁固体濃度は、トウモロコシ充填量に強く影響された。33重量%の試料が、約3.5〜4重量%の遠心分離液TSSを生成した一方、26重量%のTSは、約1.7〜2重量%でより低いTSSの遠心分離液を生成する。   Table 23 summarizes the conditions and characteristics of the three-phase centrifuge after separation. The stream at both 33 wt% and 26 wt% corn loading was separated into a very clean corn oil stream and wet cake at 38-41 wt% total solids. The suspended solids concentration in the heavy phase was strongly influenced by corn loading. 33 wt% sample produced about 3.5-4 wt% centrifuge TSS, while 26 wt% TS produced about 1.7-2 wt% lower TSS centrifuge To do.

Figure 2015523088
Figure 2015523088

結果は図19A〜19Eにも示される。図19Aは、約4gpmの低い流量で、遠心分離液のTSSが約3.3%であり、11.5gpmの流量で、遠心分離液のTSSが、約4.2から4.7%に増加したことを示す。   The results are also shown in FIGS. FIG. 19A shows that the centrifuge TSS is about 3.3% at a low flow rate of about 4 gpm, and the centrifuge TSS is increased from about 4.2 to 4.7% at a flow rate of 11.5 gpm. Indicates that

図19Bは、流量に応じた懸濁固体の回収率を示す。約4gpmの低い流量で、約60%の懸濁固体を、ウェットケーキ中で回収した。流量を約11.5gpmに増加させることによって、回収率は、約40〜50%に減少した。   FIG. 19B shows the recovery rate of suspended solids as a function of flow rate. About 60% suspended solids were collected in the wet cake at a low flow rate of about 4 gpm. By increasing the flow rate to about 11.5 gpm, the recovery was reduced to about 40-50%.

図19Cは、流量に応じたウェットケーキ全固形分を示す。約4gpmの低い流量で、ウェットケーキ全固形分は約41%であった。流量を約11.5gpmに増加させることによって、ウェットケーキ全固形分は、約39%に減少した。   FIG. 19C shows the wet cake total solids as a function of flow rate. At a low flow rate of about 4 gpm, the wet cake total solids was about 41%. By increasing the flow rate to about 11.5 gpm, the wet cake total solids was reduced to about 39%.

図19Dは、全ウェットケーキ固体に対する差速rpmの影響を示す。ウェットケーキ
固体は、上昇した差速rpmで減少した。
FIG. 19D shows the effect of differential speed rpm on the total wet cake solids. The wet cake solids decreased at the increased differential rpm.

図19Eは、トウモロコシ油の回収率に対する供給速度の影響を示す。低い流量で、油の回収率は約48%であった。流量を約11.5gpmに増加させた場合、油の回収率は約35%に減少する。より少ない油がより高い流量で原料流から分離されるようである。   FIG. 19E shows the effect of feed rate on corn oil recovery. At low flow rates, the oil recovery was about 48%. When the flow rate is increased to about 11.5 gpm, the oil recovery decreases to about 35%. It appears that less oil is separated from the feed stream at higher flow rates.

実施例22
トウモロコシマッシュのレオロジー特性
羽根形状で構成されるAR−G2回転式レオメータ(TA Instruments,New Castle,DE)を用いて、トウモロコシマッシュの粘度を測定する。磨砕トウモロコシおよび水のスラリーを調製し、混合し、樹脂ケトル中で55℃まで加熱する。pHを5.8に調整し、酵素(例えば、α−アミラーゼおよび/またはグルコアミラーゼ)をスラリーに加える。スラリーを、2℃/分の速度で65℃まで加熱する。試料を除去し、65℃に予め加熱された、ナローギャップ型の同心円筒形状(narrow gap concentric cylinder geometry)を備えたレオメータに移される。次に、温度上昇を行って、2℃/分の速度で65℃から85℃まで温度を上昇させる。温度上昇を固定されたせん断速度で行う(例えば、75〜200s−1)。粘度を時間に応じて測定する。
Example 22
Rheological properties of corn mash The viscosity of corn mash is measured using an AR-G2 rotary rheometer (TA Instruments, New Castle, DE) configured in a blade shape. A ground corn and water slurry is prepared, mixed and heated to 55 ° C. in a resin kettle. The pH is adjusted to 5.8 and an enzyme (eg, α-amylase and / or glucoamylase) is added to the slurry. The slurry is heated to 65 ° C. at a rate of 2 ° C./min. The sample is removed and transferred to a rheometer equipped with a narrow gap concentric cylinder geometry preheated to 65 ° C. Next, the temperature is increased to increase the temperature from 65 ° C. to 85 ° C. at a rate of 2 ° C./min. The temperature rise is performed at a fixed shear rate (for example, 75 to 200 s −1 ). Viscosity is measured as a function of time.

本発明の様々な実施形態を上に説明してきたが、それらは例として示されたに過ぎず、限定するものではないことを理解されたい。本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに本発明の形態および細部の様々な変更を行うことができることが、関連技術の当業者に明らかであろう。したがって、本発明の広さおよび範囲は、上述した例示的実施形態のいずれによって限定されるものでもなく、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物のみにしたがって規定されるものである。   While various embodiments of the invention have been described above, it should be understood that they have been presented by way of example only and not limitation. It will be apparent to those skilled in the relevant art that various modifications can be made in the form and details of the invention without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the breadth and scope of the present invention is not limited by any of the above-described exemplary embodiments, but is defined only in accordance with the following claims and their equivalents.

本明細書に記載される全ての刊行物、特許および特許出願は、本発明が関する技術分野の当業者の技能のレベルを示し、それぞれの個々の刊行物、特許または特許出願が参照により援用されることが具体的にかつ個々に示されているのと同程度に、参照により本明細書に援用される。   All publications, patents and patent applications mentioned in this specification are indicative of the level of skill of those skilled in the art to which this invention pertains, and each individual publication, patent or patent application is incorporated by reference. To the same extent as specifically and individually indicated herein by reference.

Claims (47)

発酵産物を生成するための方法であって、
発酵性炭素源、非溶解固体、および油を含む原料スラリーを提供する工程と;
前記原料スラリーから前記非溶解固体および油の一部を分離し、それによって、発酵性炭素源を含む水溶液、固体を含むウェットケーキおよび油流が形成される工程と;
前記水溶液を、微生物を含む発酵ブロスに加え、それによって、前記発酵産物が生成される工程と
を含む方法。
A method for producing a fermentation product comprising:
Providing a raw slurry comprising a fermentable carbon source, an undissolved solid, and oil;
Separating a portion of the undissolved solid and oil from the raw slurry, thereby forming an aqueous solution containing a fermentable carbon source, a wet cake containing a solid, and an oil stream;
Adding the aqueous solution to a fermentation broth containing microorganisms, thereby producing the fermentation product.
前記油流を回収する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising recovering the oil stream. 前記ウェットケーキを洗浄して、炭水化物を含む水流を得る工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising washing the wet cake to obtain a water stream containing carbohydrates. 請求項3に記載の水流を前記発酵ブロスに加える工程をさらに含む、請求項3に記載の方法。   4. The method of claim 3, further comprising adding the water stream of claim 3 to the fermentation broth. 前記水溶液が、約5重量%以下の非溶解固体を含有する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the aqueous solution contains no more than about 5 wt% undissolved solids. 前記油が、トウモロコシ油であり、トリグリセリド、脂肪酸、ジグリセリド、モノグリセリド、およびリン脂質のうちの1つ以上を含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the oil is corn oil and comprises one or more of triglycerides, fatty acids, diglycerides, monoglycerides, and phospholipids. 前記ウェットケーキの一部および油の一部を組み合わせて、トリグリセリド、遊離脂肪酸、ジグリセリド、モノグリセリド、およびリン脂質を含むウェットケーキを生成する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising combining a portion of the wet cake and a portion of oil to produce a wet cake comprising triglycerides, free fatty acids, diglycerides, monoglycerides, and phospholipids. 前記水溶液を、前記ウェットケーキの一部と組み合わせて、前記水溶液とウェットケーキとの混合物を生成し、前記混合物を前記発酵ブロスに加える工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising combining the aqueous solution with a portion of the wet cake to form a mixture of the aqueous solution and wet cake, and adding the mixture to the fermentation broth. 前記原料スラリーを分離する工程が、単一工程プロセスである、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the step of separating the raw slurry is a single step process. 前記非溶解固体および油が、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、膜ろ過、クロスフローろ過、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せによって、原料スラリーから分離される、請求項1に記載の方法。   The undissolved solid and oil are decanter bowl centrifuge, three-phase centrifuge, disc stack centrifuge, filtration centrifuge, decanter centrifuge, filtration, vacuum filtration, belt filter, membrane filtration, crossflow filtration, pressure filtration, Claims separated from the raw slurry by sieving filtration, sieving separation, grid, porous grid, flotation, hydroclone, filter press, screw press, gravity settler, vortex separator, or combinations thereof The method according to 1. 前記分離デバイスの1つ以上の制御パラメータが、前記原料スラリーの分離を向上させるように調整される、請求項10に記載の方法。   The method of claim 10, wherein one or more control parameters of the separation device are adjusted to improve separation of the raw slurry. 前記1つ以上の制御パラメータが、差速、ボウル速度、流量、羽根車の位置、せきの位置、スクロールピッチ、滞留時間、および排出体積から選択される、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein the one or more control parameters are selected from differential speed, bowl speed, flow rate, impeller position, cough position, scroll pitch, dwell time, and discharge volume. 前記発酵産物が、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、およびフーゼルアルコールから選択される生成物アルコールである、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the fermentation product is a product alcohol selected from ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, and fusel alcohol. 前記微生物が、ブタノール生合成経路を含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the microorganism comprises a butanol biosynthetic pathway. 前記ブタノール生合成経路が、1−ブタノール生合成経路、2−ブタノール生合成経路、またはイソブタノール生合成経路である、請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the butanol biosynthesis pathway is a 1-butanol biosynthesis pathway, a 2-butanol biosynthesis pathway, or an isobutanol biosynthesis pathway. リアルタイム測定が、前記原料スラリーの分離を監視するのに使用される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein real time measurements are used to monitor the separation of the raw slurry. 分離が、フーリエ変換赤外分光法、近赤外分光法、ラマン分光法、高圧液体クロマトグラフィー、粘度計、密度計、張力計、液滴径分析器、粒子分析器、またはそれらの組合せによって監視される、請求項16に記載の方法。   Separation is monitored by Fourier transform infrared spectroscopy, near infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, high pressure liquid chromatography, viscometer, density meter, tension meter, droplet size analyzer, particle analyzer, or combinations thereof The method of claim 16, wherein: a)発酵性炭素源および非溶解固体を含む原料スラリーを提供する工程と;
b)前記原料スラリーから前記非溶解固体の少なくとも一部を分離し、それによって、発酵性炭素源を含む水溶液および固体を含むウェットケーキが生成される工程と;
c)前記ウェットケーキを液体と接触させて、ウェットケーキ混合物を形成する工程と;
d)前記ウェットケーキ混合物から非溶解固体の少なくとも一部を分離し、それによって、発酵性炭素源を含む第2の水溶液および固体を含む第2のウェットケーキが生成される工程と
を含む方法。
a) providing a raw slurry comprising a fermentable carbon source and an undissolved solid;
b) separating at least a portion of the undissolved solid from the raw slurry, thereby producing an aqueous solution containing a fermentable carbon source and a wet cake containing the solid;
c) contacting the wet cake with a liquid to form a wet cake mixture;
d) separating at least a portion of the undissolved solid from the wet cake mixture, thereby producing a second aqueous solution comprising a fermentable carbon source and a second wet cake comprising a solid.
前記液体が、新鮮な水、逆流、調理水、プロセス水、蒸留残留水、蒸発水、またはそれらの組合せから選択される、請求項18に記載の方法。   The method of claim 18, wherein the liquid is selected from fresh water, reflux, cooking water, process water, distilled residual water, evaporating water, or combinations thereof. 工程c)およびd)が繰り返される、請求項18に記載の方法。   19. A method according to claim 18, wherein steps c) and d) are repeated. 発酵性炭素源、非溶解固体、および油を含む原料スラリーを提供する工程と;
前記原料スラリーから前記油および非溶解固体の少なくとも一部を分離し、それによって、発酵性炭素源を含む水溶液、油流;および固体を含むウェットケーキが生成される工程と;
c)前記ウェットケーキを液体と接触させて、ウェットケーキ混合物を形成する工程と;
d)前記ウェットケーキ混合物から非溶解固体および油の少なくとも一部を分離し、それによって、発酵性炭素源を含む第2の水溶液、第2の油流;および固体を含む第2のウェットケーキが生成される工程と
を含む方法。
Providing a raw slurry comprising a fermentable carbon source, an undissolved solid, and oil;
Separating at least a portion of the oil and undissolved solids from the raw slurry, thereby producing an aqueous solution containing a fermentable carbon source, an oil stream; and a wet cake containing solids;
c) contacting the wet cake with a liquid to form a wet cake mixture;
d) separating at least a portion of the undissolved solids and oil from the wet cake mixture, whereby a second aqueous solution comprising a fermentable carbon source, a second oil stream; and a second wet cake comprising solids Generated.
前記原料スラリーを分離する工程が、単一工程プロセスである、請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein the step of separating the raw slurry is a single step process. 前記非溶解固体および油が、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、膜ろ過、クロスフローろ過、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せによって、原料スラリーから分離される、請求項21に記載の方法。   The undissolved solid and oil are decanter bowl centrifuge, three-phase centrifuge, disc stack centrifuge, filtration centrifuge, decanter centrifuge, filtration, vacuum filtration, belt filter, membrane filtration, crossflow filtration, pressure filtration, Claims separated from the raw slurry by sieving filtration, sieving separation, grid, porous grid, flotation, hydroclone, filter press, screw press, gravity settler, vortex separator, or combinations thereof The method according to 21. 前記分離デバイスの1つ以上の制御パラメータが、前記原料スラリーの分離を向上させるように調整される、請求項23に記載の方法。   24. The method of claim 23, wherein one or more control parameters of the separation device are adjusted to improve separation of the raw slurry. 前記1つ以上の制御パラメータが、差速、ボウル速度、流量、羽根車の位置、せきの位置、スクロールピッチ、滞留時間、および排出体積から選択される、請求項24に記載の方法。   25. The method of claim 24, wherein the one or more control parameters are selected from differential speed, bowl speed, flow rate, impeller position, cough position, scroll pitch, dwell time, and discharge volume. リアルタイム測定が、前記原料スラリーの分離を監視するのに使用される、請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein real-time measurements are used to monitor the separation of the raw slurry. 分離が、フーリエ変換赤外分光法、近赤外分光法、ラマン分光法、高圧液体クロマトグラフィー、粘度計、密度計、張力計、液滴径分析器、粒子分析器、またはそれらの組合せによって監視される、請求項26に記載の方法。   Separation is monitored by Fourier transform infrared spectroscopy, near infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, high pressure liquid chromatography, viscometer, density meter, tension meter, droplet size analyzer, particle analyzer, or combinations thereof 27. The method of claim 26, wherein: 発酵性炭素源、非溶解固体、および油を含む原料スラリーを提供する工程と;
前記原料スラリーを分離し、それによって、(i)発酵性炭素源を含む第1の水溶液、(ii)固体を含む第1のウェットケーキ、および(iii)油、固体、および発酵性炭素源を含む水流を含む流れが形成される工程と;
前記第1の水溶液を、微生物を含む発酵ブロスに加え、それによって、発酵産物が生成される工程と
を含む方法。
Providing a raw slurry comprising a fermentable carbon source, an undissolved solid, and oil;
Separating said raw slurry, thereby (i) a first aqueous solution comprising a fermentable carbon source; (ii) a first wet cake comprising a solid; and (iii) an oil, solid and fermentable carbon source. Forming a stream comprising a water stream comprising;
Adding the first aqueous solution to a fermentation broth containing microorganisms, thereby producing a fermentation product.
油、固体、および発酵性炭素源を含む水流を含む前記流れを分離し、それによって、(i)発酵性炭素源を含む第2の水溶液、(ii)固体を含む第2のウェットケーキ、および(iii)油流が形成される工程
をさらに含む、請求項28に記載の方法。
Separating said stream comprising an oil, a solid and a water stream comprising a fermentable carbon source, thereby (i) a second aqueous solution comprising a fermentable carbon source, (ii) a second wet cake comprising a solid, and 30. The method of claim 28, further comprising (iii) forming an oil stream.
前記第1および第2の水溶液が、前記発酵ブロスへの前記添加の前に組み合わされる、請求項29に記載の方法。   30. The method of claim 29, wherein the first and second aqueous solutions are combined prior to the addition to the fermentation broth. 前記第2の水溶液が、油をさらに含む、請求項29に記載の方法。   30. The method of claim 29, wherein the second aqueous solution further comprises an oil. 前記第2の水溶液の前記油またはその一部が、抽出剤を生成するように処理される、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, wherein the oil or portion thereof of the second aqueous solution is treated to produce an extractant. 前記油が、化学的にまたは酵素的に処理される、請求項32に記載の方法。   35. The method of claim 32, wherein the oil is treated chemically or enzymatically. 分離が、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せによって行われる、請求項28または29に記載の方法。   Separation is decanter bowl centrifugation, three-phase centrifugation, disk stack centrifugation, filtration centrifugation, decanter centrifugation, filtration, vacuum filtration, belt filter, pressure filtration, sieve filtration, sieving separation, lattice, porous 30. The method of claim 28 or 29, wherein the method is performed by a mass grid, flotation method, hydroclone, filter press, screw press, gravity settler, vortex separator, or combinations thereof. 発酵性炭素源、非溶解固体、および油を含む原料スラリーを提供する工程と;
前記原料スラリーを分離し、それによって、(i)発酵性炭素源および固体を含む第1の水溶液、(ii)固体を含む第1のウェットケーキ、および(iii)第1の油流が形成される工程と;
油を前記第1の水溶液に加え、それによって、固体を含む油層および発酵性炭素源を含む第2の水溶液が形成される工程と
を含む方法。
Providing a raw slurry comprising a fermentable carbon source, an undissolved solid, and oil;
The raw slurry is separated, thereby forming (i) a first aqueous solution containing a fermentable carbon source and solids, (ii) a first wet cake containing solids, and (iii) a first oil stream. And a process of
Adding oil to said first aqueous solution, thereby forming an oil layer comprising a solid and a second aqueous solution comprising a fermentable carbon source.
固体を含む前記油層が、分離されて、(i)第2の油流、(ii)固体を含む第2のウェットケーキ、および(iii)発酵性炭素源を含む第3の水溶液が形成される、請求項35に記載の方法。   The oil layer containing solids is separated to form a third aqueous solution containing (i) a second oil stream, (ii) a second wet cake containing solids, and (iii) a fermentable carbon source. 36. The method of claim 35. 前記第2の水溶液および前記第3の水溶液が、微生物を含む発酵ブロスに加えられ、それによって、発酵産物が生成される、請求項36に記載の方法。   37. The method of claim 36, wherein the second aqueous solution and the third aqueous solution are added to a fermentation broth containing microorganisms, thereby producing a fermentation product. 前記第2の水溶液および前記第3の水溶液が、油をさらに含む、請求項35に記載の方法。   36. The method of claim 35, wherein the second aqueous solution and the third aqueous solution further comprise oil. 前記第2の水溶液および前記第3の水溶液が、組み合わされ、前記第2の水溶液および前記第3の水溶液の前記油またはその一部が、抽出剤を生成するように処理される、請求項38に記載の方法。   39. The second aqueous solution and the third aqueous solution are combined, and the oil or part thereof of the second aqueous solution and the third aqueous solution is treated to produce an extractant. The method described in 1. 前記油が、化学的にまたは酵素的に処理される、請求項39に記載の方法。   40. The method of claim 39, wherein the oil is treated chemically or enzymatically. 分離が、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せによって行われる、請求項35または36に記載の方法。   Separation is decanter bowl centrifugation, three-phase centrifugation, disk stack centrifugation, filtration centrifugation, decanter centrifugation, filtration, vacuum filtration, belt filter, pressure filtration, sieve filtration, sieving separation, lattice, porous 37. The method of claim 35 or 36, wherein the method is performed by a mass grid, flotation method, hydroclone, filter press, screw press, gravity settling device, vortex separator, or combinations thereof. 原料スラリーを生成するために原料を液化するように構成される1つ以上の液化ユニットであって、
前記原料を受け入れるための入口;および
原料スラリーを排出するための出口を含み、ここで、前記原料スラリーが、発酵性炭素源、油、および非溶解固体を含む液化ユニットと;
前記原料スラリーから前記油および非溶解固体を除去して、前記発酵性炭素源を含む水溶液、油流、および前記非溶解固体の一部を含むウェットケーキを生成するように構成される1つ以上の分離ユニットであって、前記遠心分離機が、
前記原料スラリーを受け入れるための入口;
前記水溶液を排出するための第1の出口;
前記ウェットケーキを排出するための第2の出口;および
前記油を排出するための第3の出口
を含む分離ユニットと
を含むシステム。
One or more liquefaction units configured to liquefy the raw material to produce a raw slurry,
An inlet for receiving the raw material; and an outlet for discharging the raw slurry, wherein the raw slurry includes a fermentable carbon source, oil, and undissolved solids;
One or more configured to remove the oil and undissolved solids from the raw slurry to produce an aqueous solution comprising the fermentable carbon source, an oil stream, and a wet cake comprising a portion of the undissolved solids; A separation unit, wherein the centrifuge is
An inlet for receiving the raw slurry;
A first outlet for discharging the aqueous solution;
A second outlet for discharging the wet cake; and a separation unit including a third outlet for discharging the oil.
前記ウェットケーキから前記発酵性炭素源を回収するように構成される1つ以上の洗浄システムをさらに含み、前記洗浄システムが、
1つ以上の混合ユニット;および
1つ以上の分離ユニット
を含む、請求項42に記載のシステム。
One or more cleaning systems configured to recover the fermentable carbon source from the wet cake, the cleaning system comprising:
43. The system of claim 42, comprising one or more mixing units; and one or more separation units.
前記分離ユニットが、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、膜ろ過、クロスフローろ過、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、およびそれらの組合せから選択される、請求項43に記載のシステム。   The separation unit uses decanter bowl centrifuge, three-phase centrifuge, disc stack centrifuge, filtration centrifuge, decanter centrifuge, filtration, vacuum filtration, belt filter, membrane filtration, crossflow filtration, pressure filtration, sieve 45. The system of claim 43, wherein the system is selected from: filtration, sieving separation, grid, porous grid, flotation method, hydroclone, filter press, screw press, gravity settler, vortex separator, and combinations thereof. 生成物アルコールを生成するために前記水溶液を発酵するように構成される1つ以上の発酵装置をさらに含み、前記発酵装置が、
前記水溶液および/またはウェットケーキを受け入れるための入口;および
生成物アルコールを含む発酵ブロスを排出するための出口
を含む、請求項43に記載のシステム。
One or more fermenters configured to ferment the aqueous solution to produce product alcohol, the fermenter comprising:
44. The system of claim 43, comprising an inlet for receiving the aqueous solution and / or wet cake; and an outlet for discharging fermentation broth containing product alcohol.
オンライン測定デバイスをさらに含む、請求項42に記載のシステム。   43. The system of claim 42, further comprising an online measurement device. 前記オンライン測定デバイスが、粒度分析器、フーリエ変換赤外線分光器、近赤外線分光器、ラマン分光器、高圧液体クロマトグラフィー、粘度計、密度計、張力計、液滴径分析器、pH計、溶解された酸素プローブ、またはそれらの組合せから選択される、請求項46に記載のシステム。   The online measuring device is a particle size analyzer, Fourier transform infrared spectrometer, near infrared spectrometer, Raman spectrometer, high pressure liquid chromatography, viscometer, density meter, tension meter, droplet size analyzer, pH meter, dissolved 48. The system of claim 46, wherein the system is selected from: an oxygen probe, or a combination thereof.
JP2015524372A 2012-07-23 2013-07-23 Method and system for production of fermentation products Pending JP2015523088A (en)

Applications Claiming Priority (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261674607P 2012-07-23 2012-07-23
US61/674,607 2012-07-23
US201261699976P 2012-09-12 2012-09-12
US61/699,976 2012-09-12
US201261712385P 2012-10-11 2012-10-11
US61/712,385 2012-10-11
US13/828,353 US9605281B2 (en) 2012-09-12 2013-03-14 Processes and systems for the fermentative production of alcohols
US13/828,353 2013-03-14
US13/836,115 US20140024064A1 (en) 2012-07-23 2013-03-15 Processes and systems for the production of fermentative alcohols
US13/836,115 2013-03-15
PCT/US2013/051571 WO2014018479A1 (en) 2012-07-23 2013-07-23 Processes and systems for the production of fermentation products

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015523088A true JP2015523088A (en) 2015-08-13

Family

ID=52464055

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015524372A Pending JP2015523088A (en) 2012-07-23 2013-07-23 Method and system for production of fermentation products

Country Status (11)

Country Link
EP (1) EP2875140A1 (en)
JP (1) JP2015523088A (en)
KR (1) KR20150036133A (en)
CN (1) CN104769120A (en)
AU (1) AU2013293177A1 (en)
BR (1) BR112015001433A2 (en)
CA (1) CA2878386A1 (en)
MX (1) MX2015000896A (en)
PH (1) PH12015500135A1 (en)
RU (1) RU2015105943A (en)
WO (1) WO2014018479A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017513697A (en) * 2014-04-11 2017-06-01 ビュータマックス・アドバンスド・バイオフューエルズ・エルエルシー Pollution reduction
JP2020530295A (en) * 2017-08-11 2020-10-22 カルフォルニア セーフ ソイル, エルエルシー Agricultural mixture

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2013329024A1 (en) * 2012-10-11 2015-03-12 Butamax Advanced Biofuels Llc Processes and systems for the production of fermentation products
JP6375645B2 (en) * 2014-03-12 2018-08-22 王子ホールディングス株式会社 Ethanol production method from lignocellulose
CN105153244B (en) * 2015-08-04 2018-10-09 山东金朗生物科技有限公司 A method of it is produced from dextran macromolecular 1000 and extracts sugar juice in waste liquid
US10584304B2 (en) * 2017-08-11 2020-03-10 Poet Research, Inc. Systems and methods for extracting oil from plant material
CN112479868A (en) * 2020-11-26 2021-03-12 广州国宏新材料有限公司 Method and device for extracting organic acid from mixed salt obtained by separating fermentation liquor
CN112852695B (en) * 2020-11-30 2021-12-03 中国科学院天津工业生物技术研究所 Recombinant escherichia coli for producing isobutylamine as well as construction method and application thereof
CN113354234B (en) * 2021-05-31 2023-08-04 渝棣旺(重庆)农业科技研究院有限公司 Organic waste fermenting device for animal husbandry cultivation
CN114921376B (en) * 2022-06-01 2024-03-19 浙江省农业科学院 Clostridium butyricum high-density culture device and method
CN115259209A (en) * 2022-08-24 2022-11-01 萍乡宝海锌营养科技有限公司 Method for producing food-grade zinc sulfate by using industrial-grade zinc sulfate as raw material
CN117512029B (en) * 2024-01-03 2024-03-29 地奥集团成都药业股份有限公司 Culture medium and method for improving glutamine yield and metabonomic analysis method

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2006272198B2 (en) * 2005-07-19 2012-01-19 Inbicon A/S Method and apparatus for conversion of cellulosic material to ethanol
CA2903685A1 (en) * 2008-12-23 2010-07-01 Greenfield Specialty Alcohols Inc. Use of stillage residue as a nutrient source for fermentation of hydrolyzed lignocellulosic biomass to ethanol
CA2823222C (en) * 2010-06-18 2019-07-16 Butamax(Tm) Advanced Biofuels Llc Extraction solvents derived from oil for alcohol removal in extractive fermentation
US8697404B2 (en) * 2010-06-18 2014-04-15 Butamax Advanced Biofuels Llc Enzymatic production of alcohol esters for recovery of diols produced by fermentation
KR20130116858A (en) * 2010-06-18 2013-10-24 부타맥스 어드밴스드 바이오퓨얼스 엘엘씨 Extraction solvents derived from oil for alcohol removal in extractive fermentation
AU2013329024A1 (en) * 2012-10-11 2015-03-12 Butamax Advanced Biofuels Llc Processes and systems for the production of fermentation products

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017513697A (en) * 2014-04-11 2017-06-01 ビュータマックス・アドバンスド・バイオフューエルズ・エルエルシー Pollution reduction
JP2020530295A (en) * 2017-08-11 2020-10-22 カルフォルニア セーフ ソイル, エルエルシー Agricultural mixture
JP7279017B2 (en) 2017-08-11 2023-05-22 カリフォルニア セーフ ソイル, エルエルシー Agricultural admixture

Also Published As

Publication number Publication date
AU2013293177A2 (en) 2015-02-12
RU2015105943A (en) 2016-09-10
BR112015001433A2 (en) 2018-08-28
PH12015500135A1 (en) 2015-03-02
MX2015000896A (en) 2015-04-10
AU2013293177A1 (en) 2015-01-29
CN104769120A (en) 2015-07-08
WO2014018479A1 (en) 2014-01-30
KR20150036133A (en) 2015-04-07
CA2878386A1 (en) 2014-01-30
EP2875140A1 (en) 2015-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20140106419A1 (en) Processes and systems for the production of fermentation products
US20150211026A1 (en) Processes and systems for the production of fermentation products
US20140024064A1 (en) Processes and systems for the production of fermentative alcohols
EP2721163B1 (en) Co-products from biofuel production processes and methods of making
EP2906706B1 (en) Processes and systems for the production of fermentation products
US8557540B2 (en) Methods and systems for removing undissolved solids prior to extractive fermentation in the production of butanol
US20150267225A1 (en) Processes and systems for the production of fermentation products
JP2015523088A (en) Method and system for production of fermentation products
JP6653576B2 (en) Methods and systems for the production of fermentation products
WO2011160030A2 (en) Methods and systems for removing undissolved solids prior to extractive fermentation in the production of butanol