CN101621935B - 改性的脱除油干酒糟谷物产品及其制备方法 - Google Patents

Abstract

公开了新颖的谷物加工方法和由这类方法获得的产品。通过改性的乙醇干法研磨获得了高价值的油、氨和甲烷物流，所述改性的乙醇干法研磨包括从谷物胚芽提取油而获得的油饼残余物的后继厌氧消化。提供了含有从油饼的厌氧消化获得的釜馏物的改性的脱油的干酒糟。在各种实施方案中，所述改性的脱油的干酒糟可以是仅仅从油饼的厌氧消化得到的釜馏物，还可以包括从谷物的胚乳部分的发酵获得的普通DDGs，或者还包括从普通DDGs的进一步厌氧消化而获得的釜馏物。

Description

改性的脱除油干酒糟谷物产品及其制备方法

与相关申请的交叉参考

本申请是一件发明专利申请并且要求享有2007年3月2日提交的美国临时专利申请系列号60/904,527的优先权。以引用的方式将美国临时专利申请系列号60/904,527的全部内容并入本发明专利申请。 

发明背景

下文包括可用于理解本文讲述内容的信息。它并不是承认本文提供的任何信息是本文所述的或请求保护的发明的现有技术或者资料，也不是承认明确或隐含参考的任何出版物或文件是现有技术。 

发明领域

本文讲授的内容涉及，但不限于，玉米产品生产领域。本发明涉及，例如，脱油的谷粉以及甲烷、氨和改性的干酒糟的生产，还涉及用于生产它们的改性的干磨(dry grind)乙醇工艺。 

背景技术描述

玉米油具有一些对消费者和消费品生产者都有吸引力的特性和用途。精制玉米油是从粗制玉米油中除去了脂肪酸和磷脂的玉米油。人们认为，精制玉米油具有优异的煎炸质量而且防止发烟和/或变色。精制玉米油一般具有令人愉快的滋味，防止异味的产生，而且具有高的多不饱和脂肪含量。人们还推断，精制玉米油能降低血液胆固醇水平。诸如人造奶油、色拉油和烹饪用油之类的产品可能包含精制玉米油。玉米油还可以用于生物柴油机(biodiesel)应用。 

玉米加工方法可以被分为几个大类，包括干磨乙醇、改性的干磨乙醇、玉米湿法研磨和玉米干法研磨。(Singh，V.等，“Modified Dry GrindEthanol Process，”Publication of the Agricultural Engineering Dept.of Univ.of Ill.and Urbana-Champaign，UILU No.2001-7021，July 18，2001，以引用的方式并入本文)。根据对研磨机的偏爱，加工方法可以有 变化。 

在典型的传统干磨乙醇操作中，将整粒玉米研磨，用酶处理并蒸煮。用酶处理所得到的“糖化醪(mash)”以进一步从淀粉质胚乳组织释放葡萄糖。将转化过的糖化醪发酵并蒸馏，产生了乙醇、二氧化碳和干酒糟(DDGs)，所述干酒糟是移出发酵液之后留在发酵槽中的未溶解固体组分(釜馏物)。所以，这些常规DDGs是由酵母和未发酵的玉米剩余组分组成的。 

传统的干磨乙醇操作有一些缺点。例如，在糖化醪中使用完整的谷粒，包括谷粒的非淀粉部分，降低了操作效率。此外，非乙醇副产物(包括DDGs)具有较低的价值，而且它们包括比较难于脱除的高的油含量。图1中描绘了典型的常规干磨乙醇操作。 

在典型的改性的干磨乙醇操作中，首先清洗干态的玉米，以除去玉米芯和其它不希望有的组分，例如铁或石头。也可以湿法清洗玉米以除去污垢或灰尘。在清洗之后，将玉米调节水分到在约14％和22％水分之间，一般是约20％水分。调节水分需要用冷水、热水和/或蒸汽处理玉米。这样做使麸糠和胚芽软化，从而使它们更容易与胚乳分离。 

在调节水分之后，并且趁着玉米还湿着，将胚芽、芽冠和粒壳(麸糠)与胚乳分开，通常用所述胚乳生产粗粉、粉和面。麸糠和胚芽继续通过“筛过料(through stock)”物流，对其进行干燥、蒸煮和吸风分离。这样就脱除了麸糠。将剩余的干燥胚芽(按干基计算，它典型地含有约45％玉米油)转移到一个单独的设备，在该设备中通过化学提取或螺旋榨油机/螺旋式压榨机脱除了油。然后将来自所述压榨机或提取的玉米残余物(油饼)用作动物饲料。 

对谷粒的非麸皮、非胚芽组分(主要是胚乳组织)进行研磨且转化成糖化醪，正如常规干磨乙醇操作中所做的那样。再一次，典型地用酶处理所述糖化醪以释放葡萄糖。对所述糖化醪(更确切地说是糖化醪中的葡萄糖)进行发酵和蒸馏，产生乙醇、DDGs和二氧化碳。因为在发酵过程中不使用含有玉米粒的最高油含量的胚芽，所以与得自普通方法的DDGs相比，得自这种改性的方法的DDGs可以被视为脱油的。典型的 改性的干磨乙醇工艺示于图2。 

改性的干磨乙醇操作一般比常规的干磨乙醇操作更有优势，因为建立改性的操作中所涉及的附加资本成本被通过将胚芽和麸糠与发酵中使用的物料分开而获得的增值价值所抵消。可以将分离的胚芽运送至处理设备，然后用螺旋式压榨机提取或处理以获得玉米油，而剩余的油饼一般用作动物饲料组分。 

没有乙醇产生的玉米干法研磨一般涉及向玉米粒加水，将含水量提高至约22％。由于相对于其它谷粒组分的有差别膨胀，加水使胚芽变得更有弹性。对玉米进行处理(通过摩擦或研磨)而将谷粒破碎成麸糠碎片、胚芽碎片和胚乳碎片，并将粒壳和胚芽碎片从胚乳中脱除。由于这种分离不是高度特异性的，所以与从改性的干磨乙醇操作得到的胚芽部分相比，从玉米干法研磨得到的胚芽部分包括更低的玉米油浓度。因此，所述胚芽和麸糠部分通常作为动物食物中的成分销售。一般不把胚芽和麸糠部分掺入任何全玉米产品，因为存在的油的量可能足以使产品腐败。在脱除了胚芽部分和麸糠部分之后，根据各种谷片的尺寸将所述胚乳部分分离。胚乳产品包括轧片粗粉、制啤酒的粗碾谷粒(brewersgrits)、粗磨的玉米粉(cones)、面和粉。典型的干式玉米研磨法示于图3。 

希望提供一种改进的干式玉米研磨法以便从玉米和类似的谷物得到进一步的价值。还希望生产出可以从这类改进的方法制备的改进的脱油的DDGs和其它的脱油的整粒产品。 

发明概述

本文中描述和请求保护的发明具有许多特征并且包括很多实施方案，包括但不限于本概述中所述的那些实施方案。本文中描述和请求保护的发明不限于本概述中确定的特征或实施方案，也不受于这些特征或实施方案的限制。之所以包括这些特征或实施方案，仅仅是出于说明的目的而不是为了限制它们。 

本文公开了改性的脱油的干酒糟产品以及制备该产品的方法。所述改性的脱油的干酒糟产品包含的油的含量(按体积)选自低于不是用 本文所述的方法制备的脱油的干酒糟的油含量的约20％、约15％、约10％、约5％或约1％。在一个方面，所述改性的DDGs的特征在于不仅包含发酵谷物的胚乳部分而得到的釜馏物，而且包含经厌氧消化过程处理油饼残余物而获得的釜馏物，其中所述油饼残余物是从压榨来自谷物的胚芽的油而获得的。 

在一个实例性的方面，讲授了一种在改性的干磨乙醇工艺中生产改性的脱油的干酒糟产品的方法。例如，这种方法包括(a)提供谷物；(b)在水中浸泡所述谷物以产生增湿的谷物；(c)使所述增湿的谷物脱胚芽以产生胚芽和麸糠(粒壳)的物流以及胚乳的物流；(d)研磨所述胚乳物流；(e)蒸煮所述胚乳物流；(f)液化所述胚乳物流；(g)糖化所述胚乳物流；(h)发酵所述胚乳物流；(i)蒸馏所述胚乳物流以产生乙醇和全釜馏物；(j)除去乙醇；(k)在厌氧消化器中处理所述全釜馏物，产生甲烷和氨；(l)从所述胚芽/麸糠物流提取油以产生油和油饼；(m)除去所述油；(n)在步骤(k)中的含有全釜馏物的厌氧消化器中处理所述油饼，产生甲烷、氨和消化过的油饼；(o)除去所述甲烷；(p)除去所述氨；以及(q)混合所述消化过的油饼、所述改性的酒糟以及所述酒糟废液以产生改性的脱油的干酒糟产品。 

在一个示例性的实施方案中，公开了一种在改性的干磨乙醇工艺中生产改性的脱油的干酒糟产品的方法，该方法包括在厌氧消化器中处 理油饼以产生甲烷、氨和废油饼的步骤。用这里公开的方法生产的改性的脱油的干酒糟产品可以用作，例如，增值的动物饲料。 

本文讨论的提取步骤可以采用例如化学提取、螺旋式压榨机提取、液压机提取、二氧化碳辅助的提取和超临界流体提取来进行。螺旋式压榨机提取是优选的。当采用超临界流体提取时，优选的超临界流体是含有或不含共溶剂(例如丙烷和/或乙醇)的二氧化碳。超临界流体提取的适当方法描述于例如授予Christianson等的美国专利No.4,495,207，以参考的方式将该专利引入本文。 

供本文公开的发明使用的谷物或者谷物样原料可包括，例如，但不限于，小麦、粟、大麦、高粱、黑小麦、稻、玉米、苋(amaranth)、荞麦和昆诺阿藜。玉米是优选的。不要求玉米的特殊品系。 

附图简述

图1描绘了一种常规的干法研磨乙醇生产过程。(Singh等)。 

图2描绘了一种改性的干法研磨乙醇生产过程。(Singh等)。 

图3描绘了一种常规的干法研磨玉米加工过程。(Iowa CornGrowers)。 

图4描绘了一种有创造性的用于生产改性的脱油的DDG的方法。 

发明详述

I.定义

为了提供对说明书和权利要求书(包括要给予其中的措辞的范围)的清楚而一致的理解，提供了如下定义。注意，措辞“一个”或“一种”事物是指该事物中的一个或多个，除非另有说明。因此，本文中的措辞“一个”、“一种”、“一个或多个”以及“至少一个”可以互换使用。 

本文中使用的“脱油的”表示一种产品含有的油少于如果没有在产品生产过程中的某一点脱除油则产品将会含有的油。 

本文中使用的“干酒糟”或“DDS”表示从谷物或谷物混合物的酵母发酵中蒸馏脱除乙醇之后，通过用谷物蒸馏领域的技术人员已知的方法分离得到的全釜馏物的粗粒级并进行干燥而得到的产品。 

本文中使用的“谷物产品”包括但不限于粗粉、面、粗磨的谷物粉、粉和片中的至少一种。具体谷物之后出现的“产品”，即，“玉米产品”，包括但不限于由该谷物制备的粗粉、面、粗磨的玉米粉、粉和片。 II.讨论

将采用玉米作为用于实施本发明的实例性谷物，对本文讲述的方法和组合物进行讨论。利用本文公开的信息，本领域技术人员将认识到，所述方法和组合物可以采用这里讨论的其它谷物或谷物类物质来实施。供本文所述的发明使用的谷物或谷物类原料可以包括，例如，但不限于小麦、粟、大麦、高粱、黑小麦、稻、玉米、苋、荞麦和昆诺阿藜。玉米是优选的。不要求玉米的特殊品系。 A.改性的脱油的干酒糟及其制备方法

改性的干磨乙醇工艺是生产乙醇的有效途径。该工艺还实现DDG的生产。虽然DDG可以作为动物饲料销售，但还是希望从乙醇生产的副产品获得更高价值的物流。 

我们已经发现，可以作为乙醇生产的副产品获得的多个高价值物流包括玉米油、甲烷和氨。例如，通过从产生的湿胚芽物流提取油可以获得该玉米油。甲烷和氨可以通过在厌氧消化器中处理油饼和全釜馏物而获得。在其它实施方案中，也在厌氧消化器中进一步处理从谷物胚乳部分的发酵获得的普通DDGs。在一些实施方案中，普通DDGs和油饼的处理同时在厌氧消化器中进行。在另一些实施方案中，这些组分的厌氧消化是分开进行的，而且来自厌氧消化的釜馏物被合并。 

获得这些副产品还有产生改性的脱油的DDG的有益健康的效果，所述DDG包含消化过的油饼和全釜馏物。这种DDG对于某些牲畜可能具有有利的营养性能。它可能还更不容易腐败。改性的脱油的干酒糟产品可能包含的油的量(按体积)选自低于没有通过油饼的厌氧消化来处理过的脱油的干酒糟的含油量的约20％、约15％、约10％、约5％、约2％、约1％或者在没有通过油饼的厌氧消化来处理过的脱油的干酒糟的含油量的约1％和约2％之间。 

例如，从改性的干磨乙醇工艺获得油的一个实例性方法包括如下 步骤，尽管本领域技术人员能认识到，在不影响本发明的本质的情况下可以增加或删除某些步骤：(a)提供玉米；(b)在水中浸泡所述玉米以产生增湿的玉米；(c)使所述增湿的玉米脱胚芽以产生胚芽和麸糠(粒壳)的物流以及胚乳物流；(d)研磨所述胚乳物流；(e)蒸煮所述胚乳物流；(f)液化所述胚乳物流；(g)糖化所述胚乳物流；(h)发酵所述胚乳物流；(i)蒸馏所述胚乳物流以产生乙醇和全釜馏物；(j)将所述全釜馏物加入厌氧消化器，产生甲烷和氨；(k)从所述胚芽/麸糠物流中提取油以产生油和油饼；(l)在上述同一厌氧消化器中在厌氧消化器中处理所述全部或部分脱油的油饼，产生甲烷、氨和消化过的油饼；(m)除去所述甲烷；以及(n)除去所述氨。 

在又一个方面，提供了一种用于在改性的干磨乙醇工艺中生产改性的脱油的干酒糟产品的方法，该方法包括如下步骤：提取胚芽物流或胚芽和麸糠物流以产生油和油饼，然后在厌氧消化器中处理所述油饼。用这里公开的方法生产的改性的脱油的干酒糟产品可以用作例如增值的动物饲料。它可以用作动物饲料(作为旁路蛋白质包含在内)和/或宠物食品中的设计者副产品。特别是，它可以有价值地作为宠物食品、特别是老年用宠物食品中的大豆纤维(寡糖)替代物。它还可以用作与从大豆生物柴油机生产得到的粗甘油的掺合物。 

这里讨论的提取步骤可以采用，例如，化学提取、螺旋式压榨机提取(有或没有二氧化碳和共溶剂添加)、水压机或液压机和超临界流体提取来进行。螺旋式压榨机提取是优选的。当采用超临界流体提取时， 优选的超临界流体是含有或不含共溶剂的二氧化碳。优选在提取中采用螺旋式压榨机。尽管不是关键性的，但是理想的是，在制粉厂或制粉厂附近进行提取，而且在螺旋式压榨机操作之后可以进行溶剂(例如混合的己烷)提取。 

可以在例如间歇或连续式厌氧消化器中进行厌氧消化，所述厌氧消化器的生产能力可以从每天10,000加仑进料直至每天10,000,000加仑进料。供应厌氧消化器(也称生物反应器)的公司的例子包括Babcock& Wilcox、Biothane Systems、Ely Energy和Recovered EnergyResources。这里讲授的改性的脱油的DDG可能包含约25至约30％蛋白质、约1至约2％油、约14至约17％灰分、约30至约50％纤维和约5至约15％碳水化合物。一般而言，人们希望每磅生物需氧量(BOD)脱除约0.2-1.0立方英尺的甲烷。带入工厂的约1-2％的玉米将作为氨回收，而带入工厂的约5-25％的玉米将作为改性的DDG回收。 III.实施例

下文的实施例只是本发明一些方面的代表。本领域技术人员能理解的是，可以利用各种各样的微生物和助催化剂来实施本说明书中所述的发明。不应以权利要求书中没有明确提到的任何方式将这些实施例解释为对本发明的限定。 实施例1

实施例1描述了一个象征性实例。使完整U.S.No.2玉米经过磁铁而进行干法清洗以去除铁，然后通过Kice吸风分离器进行吸风以除去灰尘、细末和剩余的玉米芯。对玉米进行湿法清洗以除去残余的灰尘和其它污物，并且将含水量调节至约20％。将调节水分之后的玉米在脱胚机中磨去麸糠、粒壳和胚芽。例如采用Beall脱胚机。然后，通过吸风分离器和重力分选台脱除任何与胚乳牢固结合的麸糠或胚芽中的大部分。 

然后对所述胚芽/麸糠/粒壳部分进行干燥，采用螺旋式压榨机脱除油。例如，可以采用DeSmet Rosedown螺旋式压榨机，用己烷混合物通过Crown Model III提取器提取使油从油饼进一步脱除。 

通过锤磨机将胚乳研磨，从而使颗粒水化，用于蒸煮以及采用α淀粉酶和葡萄糖淀粉酶进行酶转化。这些酶可以由例如Genecor或Novozymes来提供。一旦完成发酵(至本领域技术人员认为满意的水平)，就将乙醇脱除，留下全釜馏物。乙醇是采用蒸馏釜脱除的。 

然后将所述釜馏物和脱油胚芽送至厌氧消化器。例如，可以采用Biothane厌氧消化器。从消化器单元收集甲烷。然后使处理过的液体向前移动，从处理过的液体汽提出氨。然后使液体蒸发和干燥，用作用于动物饲料的、改性的脱油的胚芽。在某些实施方案中，可以单独地回收所述液体中的可溶物，并将其加回到改性的脱油的DDG产品中。所述改性的脱油的DDG包含约25至约30％蛋白质、约1至约2％油、约14至约17％灰分、约30至约50％纤维以及约5至约15％碳水化合物。 

专利、专利申请、出版物、科学文章、书籍、万维网站以及本文中参考或提到的其它文件和材料代表在每一出版物撰写之时本发明所属技术领域的技术人员的技术水平，而且通过引用的方式将所有这些文献并入本文，犹如完全重新记载于本文中。另外，本申请和所有优先权申请中的权利要求书，包括但不限于原始权利要求书，在这里被完整地并入本发明的书面说明并成为该书面说明的一部分。本申请人保留将来自任何这类专利、申请、出版物、科学文章、万维网站、可用电子方式获得的信息以及任何引用的材料或文件的任何和所有材料和信息实际并入本说明书的权利。本申请人保留实际并入本文件的任何部分，包括书面说明的任何部分，以及上述的包括但不限于任何原始权利要求书的权利要求书的权利。 

本文中所用的词语和表达方式是作为描述式的词语而非限制性的词语来使用的，在这些词语和表达方式或其任何部分的使用中无意排除现在已知的或者今后开发的任何等同物，不管本文中是否陈述或显示或描述过这些等同物，也不管这些等同物是否被视为可预知的，但是应当确认的是，各种变化形式都在请求保护的发明的范围之内，不管那些权利要求是否因为任何原因有或没有改变或修改。因此，应当理解的是，虽然已经通过优选的实施方式和任选的特征具体公开了本发明，但是本 领域技术人员可以采用本文中具体化的或者本文中公开的发明的改变和变化，而且认为这些改变和变化在本文公开和请求保护的发明范围之内。 

本文中描述的具体方法和组合物是优选实施方式的代表，而且是示范性的而不是对发明范围的限制。在考虑了本说明书之后，本领域技术人员可以想到其它目的、方面和实施方式，而且它们也包括在由权利要求书的范围所定义的本发明实质之内。在给出实施例的地方，说明书应该解释为包括但不只限于那些实施例。对本领域技术人员而言显而易见的是，在不背离发明范围和实质的条件下可以对本文中公开的发明进行变化替代和改变；而且，从对发明的描述(包括本文中作为例证表达的那些)可以证实，可以采用各种改变和等同物来实现本发明的构思而不背离本发明的范围。本领域普通技术人员能认识到，可以在形式和细节上进行改变而不背离本发明的实质和范围。在所有的方面，所述那些实施方式都应被视为说明性的而非限制性的。因此，例如，附加的实施方式在本发明的范围内和下述权利要求书的范围内。 

Claims (12)

1.改性的脱油的干酒糟产品，它包含从谷物的含胚乳部分的发酵获得的釜馏物，该釜馏物与从油饼残余物的厌氧消化获得的釜馏物相组合，所述油饼残余物是通过从得自所述谷物的胚芽脱除一部分油而获得的。

2.权利要求1的改性的脱油的干酒糟产品，其中所述脱油的干酒糟产品包含油，油的含量按体积选自低于没有脱除油和用厌氧消化处理所述油饼残余物而获得的未改性的干酒糟的含油量的20％、15％、10％、5％或1％。

3.在改性的干磨乙醇工艺中生产改性的脱油的干酒糟产品的方法，该方法包括：

(a)提供谷物；

(b)在水中浸泡所述谷物以产生增湿的谷物；

(c)使所述增湿的谷物脱胚芽以产生胚芽/麸糠物流和胚乳物流；

(d)研磨所述胚乳物流；

(e)蒸煮所述胚乳物流；

(f)液化所述胚乳物流；

(g)糖化所述胚乳物流；

(h)发酵所述胚乳物流；

(i)蒸馏所述胚乳物流以产生乙醇和全釜馏物；

(j)除去所述乙醇；

(k)将所述全釜馏物加到厌氧消化器中以产生甲烷和氨；

(1)从所述胚芽/麸糠物流中提取油以产生油和油饼；

(m)在厌氧消化器中处理所述油饼以产生甲烷、氨和消化过的油饼；

(n)除去所述氨；以及

(o)除去所述甲烷。

4.在改性的干磨乙醇工艺中生产改性的脱油的干酒糟产品的方法，该方法包括(a)提取胚芽物流或者胚芽和麸糠物流以产生油和油饼；(b)在厌氧消化器中处理所述油饼；和(c)从所述厌氧消化器获得釜馏物以形成所述改性的脱油的干酒糟产品的至少一部分。

5.权利要求3或权利要求4的方法，其中所述提取步骤是采用选自由如下手段组成的组的方法进行的：化学提取、螺旋式压榨机提取、液压机、机械压力机、二氧化碳辅助的螺旋式压榨机提取和超临界流体提取。

6.权利要求5的方法，其中采用超临界流体提取进行所述提取步骤，而且其中所述超临界流体是含有或不含共溶剂的二氧化碳。

7.由权利要求3的方法或权利要求4的方法制成的改性的干酒糟产品。

8.权利要求4-6任一项的方法，其中所述谷物选自由小麦、粟、大麦、高粱、黑小麦、稻、玉米、苋、荞麦和昆诺阿藜组成的组。

9.权利要求1或7的改性的干酒糟产品，其中所述脱油的干酒糟产品源自玉米。

10.权利要求1的改性的干酒糟产品，它包含25至30％蛋白质、1至2％油、14至17％灰分，30至50％纤维以及5至15％碳水化合物。

11.权利要求1的改性的干酒糟产品，它包含28％蛋白质、2％油、15％灰分、45％纤维以及10％碳水化合物。

12.改性的脱油的干酒糟产品，它包含从油饼残余物的厌氧消化获得的釜馏物，所述油饼残余物是通过从得自谷物的胚芽脱除一部分油而获得的。

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