CN113038839A - 使用副产物作为原料生产乙醇和增强的副产物 - Google Patents

Abstract

公开用于生产乙醇、蒸馏玉米油和增强的副产物的方法。方法包括获得酒精生产方法的一种或多种副产物的混合物，其可包括湿滤饼，对所述混合物中的多糖进行水解，以生成可发酵的糖，发酵所述混合物中的所述可发酵的糖，以生产酒精，蒸馏所述混合物，以从所述混合物去除酒精，由此生产含酒精的馏出物和增强的未过滤的酒糟，在蒸馏之前从所述发酵的混合物和/或在蒸馏之后从所述增强的未过滤的酒糟去除释放的油，和回收增强的湿酒糟、增强的酒糟水，和/或增强的干酒糟。本文公开的组合物包括增强的干酒糟，其粗蛋白质含量以干重计为至少45％，并且总脂肪含量以干重计小于10％。

Description

使用副产物作为原料生产乙醇和增强的副产物

技术领域

本发明大体上涉及通过水解和发酵生产乙醇、蒸馏玉米油和增强的副产物。具体地说，涉及使用乙醇生产方法的副产物作为用于生产这类产品的原料的方法。

背景技术

在美国，通过湿磨和干磨已实现商业化的基于玉米的乙醇生产。干磨法的资本投资较低，但副产物价值低。在干磨过程中，玉米不分离成单独的级分。实际上，全部玉米被处理用于1G(第1代)乙醇生产。结果，通过发酵过程中携带如胚芽、蛋白质、维生素、矿物质和纤维的不可发酵物质。这些不可发酵的副产物被回收为动物的原料，通常被称为具有可溶物的干酒糟(DDGS)，其返回价值通常低于未加工玉米。除了DDGS外，蒸馏玉米油(DCO)为玉米乙醇生产中的另一种返回关键副产物。在乙醇价格疲软的时期，DCO已在维持玉米行业的经济可行性方面发挥重要作用。需要提供增强回收玉米乙醇生产的有价值的副产物如DDGS和DCO的方法。

DDGS作为动物饲料的价值在很大程度上取决于其蛋白质含量。较高的蛋白质含量为动物提供更大的营养益处。另外，在一些情况下期望具有相对低的脂肪含量。虽然DDGS中的脂肪可提高饲料的能量密度，但是高脂肪含量可对DDGS喂养的牛的牛奶产量和DDGS喂养的猪的肉质产生负面影响。因此，还需要增强DDGS和乙醇生产过程的其它副产物作为动物饲料的价值的方法。

发明内容

本公开包括满足上述需要的组合物和方法。具体地说，公开使用乙醇生产方法的副产物作为用于生产额外的乙醇、DCO和增强的副产物的方法。除其它特性外，由于较高的蛋白质含量和减少的脂肪含量，增强的副产物具有比常规副产物更高的价值。所述方法还可以改进玉米乙醇生产方法的经济绩效，因为它增加来自玉米原料的乙醇和DCO的总产量。

在一个实施例中，公开包含增强的干酒糟(E-DDG)的组合物。组合物的总粗蛋白质含量以干重计为至少45％，并且总脂肪含量以干重计小于10％。在一些实施例中，E-DDG的总蛋白质含量以干重计为至少55％。在一些实施例中，E-DDG的总蛋白质含量以干重计为至少60％或65％。在一些实施例中，E-DDG的纤维含量以干重计小于5％。在一些实施例中，E-DDG的淀粉含量以干重计小于1％。在一些实施例中，E-DDG的淀粉含量以干重计小于0.2％。在一些实施例中，E-DDG的水分含量在5wt％和15wt％之间。在一些实施例中，E-DDG的灰分含量小于2％。在一些实施例中，组合物包含在动物饲料中。

还公开包含E-DDG的组合物，其总粗蛋白质含量以干重计为至少45％，总脂肪含量以干重计小于10％，纤维含量以干重计小于5％，水分含量在5wt％和15wt％之间，并且灰分含量小于2％。

还公开一种处理酒精生产方法的含纤维副产物的方法，所述方法包含：(a)获得包含酒精生产方法的以下副产物中的一种或多种的混合物：(i)湿酒糟；(ii)酒糟水；(iii)未过滤的酒糟；和(iv)麸质进料；其中副产物包含多糖纤维；(b)使多糖纤维与α-羟基磺酸接触，以水解至少一部分多糖纤维，由此生成可发酵的糖并且从多糖纤维释放油；(c)通过将碱添加到混合物来提高混合物的pH；(d)使存在于混合物中的多糖纤维与酶接触，以水解多糖纤维，由此生成额外的可发酵的糖；(e)发酵混合物中的可发酵的糖，以生产酒精；(f)蒸馏混合物，以从混合物去除酒精，由此生产含酒精的馏出物和增强的未过滤的酒糟；(g)从步骤(e)中生产的发酵的混合物和/或从步骤f中生产的增强的未过滤的酒糟去除释放的油；(h)分离增强的未过滤的酒糟，以生产增强的湿酒糟和增强的酒糟水；和(i)干燥增强的湿酒糟，以去除水分，由此生产增强的干酒糟(E-DDG)。

在一些实施例中，生成在方法的步骤(a)中使用的副产物的酒精生产方法为从干磨玉米或湿磨玉米生产乙醇的方法。在一些实施例中，步骤(a)的混合物的水含量为60wt％至90wt％。

在一些实施例中，在步骤(b)中，α-羟基磺酸在混合物的1wt％和10wt％之间。在一些实施例中，步骤(b)还包含将混合物维持在90℃和140℃之间的温度下。在一些实施例中，方法另外包含在步骤(d)之前从混合物去除至少一部分，优选地至少70％的α-羟基磺酸。在一些实施例中，将去除的α-羟基磺酸再使用，以水解在另一批步骤(a)的混合物中的多糖纤维。

在一些实施例中，在步骤(c)中添加的碱为氢氧化镁、氨水、熟石灰、氢氧化钙或氢氧化钾。

在一些实施例中，混合物中至少98％的可发酵的糖单体在步骤(e)中被消耗。在一些实施例中，在步骤(e)之后，乙醇浓度为至少30g/L。

在一些实施例中，步骤(g)还包含将发酵的混合物离心，以从发酵的混合物中分离出油，使发酵的混合物静置而不搅动，以使油从发酵的混合物中分离出来，将增强的未过滤的酒糟离心，以从增强的未过滤的酒糟中分离出油，使增强的未过滤的酒糟静置而不搅动，以使油从增强的未过滤的酒糟中分离出来，或其组合。在一些实施例中，在步骤(g)中去除的油的重量为在去除油之前混合物的总重量的至少5％。

在一些实施例中，增强湿酒糟的水分含量不超过70wt％。在一些实施例中，增强的酒糟水的水分含量为85wt％至95wt％，粗蛋白质含量以干重计为至少60％，或其任何组合。在一些实施例中，方法还包含干燥增强的酒糟水以生产水分含量为50wt％至75wt％的增强的糖浆，和在步骤(i)的干燥之前或期间将增强的糖浆添加到增强的湿酒糟。在一些实施例中，将在步骤(h)中生产的增强的酒糟水过滤通过一个或多个膜，以生产与增强的酒糟水相比具有降低硫含量的富含蛋白质的渗余物。在一些实施例中，将富含蛋白质的渗余物干燥以形成富含蛋白质的增强的糖浆。在一些实施例中，将在步骤(h)中生产的增强的酒糟水与有机溶剂混合，以在增强的酒糟水中沉淀蛋白质。在一些实施例中，有机溶剂为乙醇、THF或丙酮。在一些实施例中，溶剂与增强的酒糟水的比率在1:1和10:1之间，或优选地为约3:1。在一些实施例中，将沉淀物与上清液分离，并且在步骤(i)之前或期间与步骤(h)中生产的增强的湿酒糟混合。在一些实施例中，在步骤(i)中生产的E-DDG：水分含量5wt％至15wt％；总蛋白质含量以干重计为至少60％，优选地以干重计至少65％；总脂肪含量以干重计不超过10％；纤维含量以干重计小于5％；淀粉含量以干重计小于1％；灰分含量以干重计小于2％；或其组合。

在其中在进行蒸馏之前将油从发酵液分离出来的一些实施例中，分离通过重力沉降器来实现，并且进行替代的后续处理步骤。在这类实施例中，将倾析的油闪蒸，以去除存在于油中的任何水和/或乙醇，将水和/或乙醇回收，并且与来自沉降器的重质液体级分合并并且被引导到蒸馏塔。然后将合并的发酵液蒸馏，并且将来自蒸馏的增强的未过滤的酒糟引导到多级蒸发器，以生产糖浆，将其进一步干燥以生产E-DDGS。在一些实施例中，通过喷雾干燥将糖浆干燥。这些处理步骤也可在本文公开的任何其它实施例中使用。

还公开一种处理酒精生产方法的含纤维的副产物的方法，所述方法包含：(a)使存在于包含酒精生产方法的一种或多种副产物的混合物中的多糖纤维与α-羟基磺酸接触，以水解至少一部分多糖纤维，由此生成可发酵的糖并且从多糖纤维释放油，其中酒精生产方法的一种或多种副产物包含以下一种或多种：(i)湿酒糟；(ii)酒糟水；(iii)未过滤的酒糟；和(iv)麸质进料；(b)通过将碱添加到混合物来提高混合物的pH；(c)使混合物中的多糖纤维与酶接触，以水解多糖纤维，由此生成额外的可发酵的糖并且从生产的多糖纤维释放另外的油，其中混合物的温度在50℃和55℃之间；(d)将混合物与酵母一起在厌氧条件下培育，以通过发酵在步骤(a)和(c)中生产的可发酵的糖来生产酒精，其中混合物的温度在25℃和35℃之间；(e)蒸馏混合物，以从混合物去除酒精，由此生产含酒精的馏出物和增强的未过滤的酒糟；(f)从在步骤(d)中生产的发酵的混合物和/或从增强的未过滤的酒糟去除释放的油；(g)分离增强的未过滤的酒糟，以生产增强的湿酒糟和增强的酒糟水；和(h)干燥增强的湿酒糟，以去除水分，由此生产增强的干酒糟(E-DDG)。

还公开一种处理酒精生产方法的含纤维副产物的方法，所述方法包含：(a)使存在于包含湿酒糟的混合物中的多糖与浓度为混合物的2.5wt％至3.5wt％，优选地3wt％的α-羟基乙磺酸在130℃至140℃，优选地135℃的温度下接触至少50分钟的持续时间，以水解至少一部分多糖纤维，由此生成可发酵的糖，并且从多糖纤维释放油；(b)通过将碱添加到混合物来将混合物的pH提高到5.0和5.5之间，优选地5.3；(c)使混合物中的多糖纤维与浓度为以干重计4％至6％，优选地5％的酶在50和55℃之间，优选地53℃的温度下接触，以水解多糖纤维，由此生成额外的可发酵的糖，并且从多糖纤维释放另外的油；(d)将混合物与酵母一起在厌氧条件下培育至少24小时，优选地至少48小时，以通过发酵在步骤(a)和(c)中生产的可发酵的糖来生产酒精，其中混合物的温度在25℃和35℃之间，优选地32℃；(e)蒸馏混合物，以从混合物去除酒精，由此生产含酒精的馏出物和增强的未过滤的酒糟；(f)从在步骤(d)中生产的发酵的混合物和/或从在步骤(e)中生产的增强的未过滤的酒糟去除释放的油；(g)分离增强的未过滤的酒糟，以生产增强的湿酒糟和增强的酒糟水；和(h)干燥增强的湿酒糟，以将水分含量降低到5％和15％之间，由此生产增强的干酒糟(E-DDG)。在步骤(h)中生产的E-DDG优选地具有一个或多个以下特性：总蛋白质含量以干重计为至少45％，优选地至少以干重计为55％；总脂肪含量以干重计不超过10％；纤维含量以干重计小于5％；淀粉含量以干重计小于1％；和灰分含量以干重计小于2％。当将湿酒糟用作步骤(a)的进料时，在步骤(h)中生产的E-DDG的总蛋白质含量以干重计可为至少55％或至少60％。

除非本公开另外明确要求，否则术语“一个/种(a/an)”定义为一个/种或多个/种。

词“包含(comprising)”(和任何形式的包含，如“包含(comprise)”和“包含(comprises)”)，“具有(having)”(和任何形式的具有，如“具有(have)”和“具有(has)”)，“包括(including)”(和任何形式的包括，如“包括(includes)”和“包括(include)”)或“含有”(和任何形式的含有，如“含有(contains)”和“含有(contain)”)是包括性的或开放性的，并且不排除额外的未列出的要素或方法步骤。

术语“基本上”、“约”和“大约”被定义为大部分但不一定全部指定的内容，并且包括指定的内容；例如，如所属领域普通技术人员所理解的，基本上90度包括90度，并且基本上平行包括平行。在任何公开的实施例中，术语“约”和“大约”可以被“[一定百分比]内”的指定内容取代，其中百分比包括0.1％、1％、5％和10％。

设备、系统和方法中的任一个的任何实施例都可由所描述的步骤、要素和/或特征中的任何一个组成或主要由其组成，而不是包括/包括/具有。因此，在任一权利要求中，术语“由……组成”或“主要由……组成”可取代上文所述的任一开放式连系动词，从而使指定权利要求的范围相对于使用所述开放式连系动词的范围发生改变。举例来说，本文公开的将物质引入细胞的方法可“包含”以下、“主要由以下组成”或“由以下组成”：在整个说明书中公开的特定组分、组合物、成分等。

本发明的其它目的、特征和优点将从以下附图和具体实施方式变得显而易见。然而，应当理解，附图和具体实施方式虽然指示本发明的具体实施例，但是仅借助于说明给出，并不意味着限制。此外，预期，根据此具体实施方式，在本发明的精神和范围内的变化和修改对于所属领域的技术人员将变得显而易见。

除非本公开或实施例的性质明确禁止，否则尽管未描述或说明，但一个实施例的特征可应用到其它实施例。下文描述与上述实施例和其它实施例相关联的一些细节。

附图说明

图1示意性地说明本文公开的处理方法的实施例的框流程图。

图2示出在预处理的原料酶水解期间(试验111)指示的糖的浓度(g/L)。

图3示出在发酵期间(试验111)指示的分子的浓度(g/L)。

图4示出在发酵期间(试验111)指示的糖的浓度(g/L)。

图5示出以干重计乙醇生产方法(试验113)的指示的副产物的总氨基酸浓度。

图6示出以干重计指示的样品(试验111和113)的粗蛋白质含量。

图7示出以干重计乙醇生产方法(试验113)的指示的副产物的脂肪含量。

图8示出在预处理的原料的酶水解期间(试验116)指示的糖的浓度(g/L)。

图9示出在发酵期间(试验116)指示的分子的浓度(g/L)。

图10示出在发酵期间(试验116)指示的糖的浓度(g/L)。

图11示出以干重计指示的样品(试验126)的粗蛋白质含量。

图12示出以干重计指示的样品(试验126)的总氨基酸含量。

图13示出以干重计指示的样品(试验126)的NDF纤维含量。

说明性实施例的详细描述

A.玉米乙醇生产方法的概述

本文公开的实施例涉及使用先前进行的玉米乙醇生产方法的湿酒糟和/或其它副产物作为原料生产乙醇和各种副产物，如增强的干酒糟(E-DDG)和蒸馏玉米油(DCO)。先前的生产方法可使用玉米的干磨或湿磨作为玉米乙醇生产的初始步骤。

和湿磨形成对比，湿磨在进行乙醇生产之前从玉米粒的各种成分生产一系列副产物，而干磨专注于将整个玉米粒中的淀粉转化成酒精并回收发酵后的副产物作为动物饲料的蛋白质。干磨和湿磨之间的主要区别在于初始谷物处理步骤。在湿磨中，将玉米浸泡，然后分离成其组成部分，在发酵之前将其回收。在干磨中，将玉米研磨成粗粉并进行发酵，而无需先分离组成部分。

在典型的干磨方法的第一步中，将玉米锤磨，并且然后研磨成细粉末，称为粗粉。玉米粉与水混合，生产玉米醪液，所述水可衍生自玉米籽粒、补充水、循环水、来自蒸发器的冷凝水和/或CO₂洗涤水。将α-淀粉酶添加到浆料混合器，以开始将淀粉降解成糊精。然后使用水加热器蒸煮玉米浆料。蒸汽进入蒸煮系统以加热浆料，并施加压降以促进淀粉分子的机械剪切。然后将浆料在压力下加热，这进一步分解纤维并降低玉米醪液中的细菌水平(K.A.Rosentrater&K.Muthukumarappan,《国际糖业杂志(Int.Sugar J.)》,108:648-57(2006))。

煮熟的醪液被液化，将糊化的淀粉部分转化成可溶性糊精，显著降低粘度。由于蒸煮方法使大多数先前添加的酶变性，因此将额外的α-淀粉酶添加到此步骤。酵母繁殖方法有氧地开始，以诱导酵母罐中的细胞生长。同时，发酵罐填充有液化的醪液，并且将葡萄糖淀粉酶添加到方法，以进行糖化方法，即，将糊精水解成可发酵的糖。当准备好繁殖的酵母时，将其添加到发酵罐，并且在此步骤期间，酵母将葡萄糖发酵成乙醇和CO₂。典型的玉米制乙醇厂有三个或更多的发酵罐以在交错循环中分批模式操作。此厌氧方法在通常30℃至35℃的温度范围下操作，因为较高的温度可降低酵母代谢活性。来自方法的CO₂通过洗涤器去除。被称为“啤酒”的发酵醪液可含有大约16v％的乙醇以及来自玉米和酵母细胞的不可发酵固体。啤酒被泵送到连续蒸馏塔中，其中将乙醇从固体和大部分水分离为恒沸物。第一蒸馏塔产生的乙醇浓度通常为60v％至80v％，并且通常将来自此方法的水循环到α-淀粉酶罐中。在第二塔上将乙醇-水混合物蒸馏至95.6％共沸浓度点，其中将其发送到分子筛TSA系统，生产无水乙醇。

在典型的干磨厂中，副产物的回收开始于对来自发酵醪液(被称为“未过滤的酒糟”)的乙醇蒸馏塔底级分的后处理。未过滤的酒糟通常占总固体的6％-16％，并且是热的、弱酸性和粘稠的液体，具有有限的存放期。通常将未过滤的酒糟干燥，以便于处置、储存和最终使用。处置未过滤的酒糟的最常见实践是使用一系列单元操作将其转变成稳定的产品，首先使用离心机进行固液分离。来自此分离的固体级分被称为“湿酒糟(WDG)”或通常“湿滤饼”，并且液体级分，通常含有约90％-95％的水分，被称为“酒糟水”。通常将酒糟水干燥至水分含量为50％-75％，以生产“浓缩的酒糟可溶物”(CDS)，或通常“糖浆”。通常将一部分糖浆与湿滤饼合并，以生产营养物丰富的材料，将其干燥以便生产具有可溶物的“干酒糟”(DDGS)(G.C.Shurson,《动物生物科学年鉴(Ann.Rev.Anim.Biosci.)》,5:229-54(2016))。

酒糟水的很大一部分可作为蒸煮步骤中水和养分的来源而“逆流”，这产生水和热能节省。此逆流通常与一系列厌氧浸煮器联接。酒糟水本身已被认为是几种不同动物(如生长中的牛和哺乳期的牛)的极佳能量和蛋白质来源。因此，它与质量差的饲料一起喂给动物的，其中它充当能量和蛋白质补充。在均衡的饮食中，酒糟水可通过减少干物质摄入来提高饲料利用率。

除DDGS外，蒸馏玉米油(DCO)是另一种关键副产物，在乙醇价格疲软期间，在维持行业的经济可行性方面发挥重要作用。DCO与从玉米湿磨方法获得的粗玉米油不同。粗玉米油出售用于食品级玉米油，而DCO的目标为出于生物柴油和动物饲料的目的。可从酒糟水提取DCO。产生此DCO所需的能量比湿磨厂低得多，因为它是在发酵后完成的，并且由于所施加的发酵条件，预计需要的资金更少，运营成本更低，因此使其为生物柴油生产的可行原料。干法乙醇厂中的DCO回收通常通过将分离步骤放置在酒糟水蒸发器内完成。将酒糟水发送到第一蒸发器，回收DCO，然后将脱脂的酒糟水进一步浓缩成糖浆。已经描述利用分离助剂，如沉淀的和疏水的二氧化硅，作为减少对额外的分离单元的需要的另外的替代，所述分离单元可添加在蒸发器的入口或出口上(美国专利第9,353,332号)。还已经公开使用盘叠式离心机从蒸发后的酒糟水回收油(美国专利申请第12/130,399号)。此方法包括在高于其蒸气压的压力下在>100℃的温度下加热酒糟水，随后进行冷却阶段，其有助于从酒糟水中分离出油。可使用连续离心机、三相倾析器离心机和盘堆叠式离心机来分离DCO；盘堆叠式离心机特别适合去除结合的和乳化的油(R.A.Moreau等人,绿色植物油加工：修订版第一版(Green Veg.Oil Process.Revis.First Ed.,90:53(2013))。

尽管DDG中的高油含量增加用于喂养牲畜的DDG的能量密度，但它也可能对奶牛产奶和DDG喂养的猪的猪肉质地产生负面影响。因此，可使用本文公开的方法生产的具有降低的脂肪含量的DDG可改进动物饲料的质量。这可通过释放和回收存在于常规DDG的纤维中的油来实现。这具有减少E-DDG中脂肪含量以及产生额外的DCO的优势。

B.使用1G玉米乙醇生产的副产物作为原料生产乙醇和增强的副产物

如上文所描述，1G乙醇工厂通过发酵由玉米中易水解淀粉形成的糖来生产生物乙醇。本文公开的方法实施例利用隐藏在玉米粒纤维中的纤维素糖来生产纤维素乙醇和增强的副产物，如E-DDG。玉米粒主要由淀粉组成，但它们也包含10％-12％纤维以及一些蛋白质和脂肪。纤维由含有纤维素和半纤维素以及少量木质素的细胞壁组成。它还含有一些淀粉。玉米粒纤维存在于1G玉米乙醇方法的副产物中，如未过滤的酒糟、湿酒糟和干酒糟。为了从存在于这类副产物中的纤维生产纤维素乙醇，必须将纤维素和半纤维素分解为可发酵的糖。湿饼中纤维使用的主要障碍是昂贵的“预处理”步骤，以释放这些糖并使原料中的纤维素和其它多糖易于酶水解。一种潜在的预处理策略是稀无机酸水解。稀酸水解成功进行预处理的条件由三个因素的组合确定：时间、温度和酸浓度。温度升高提高纤维的分解和纤维素的释放速率，但也导致糖和蛋白质向降解产物和结垢的损失增加。而且，提高酸浓度(以允许较低的温度)是以下游设备中采用的酸和中和的盐为代价的。如美国专利第9,428,816号中所描述，通过使用可逆的α-羟基磺酸进行预处理，提供解决此难题的有效方法，所述专利由此以引用的方式并入本申请中。此预处理在相对低的温度下，例如约110℃至130℃下是有效的，并且α-羟基磺酸是可逆的，并且可容易地从预处理浆料中去除并再循环。

α-羟基磺酸似乎与HCl一样强，甚至比HCl强，因为已报道加合物的水溶液与NaCl反应，释放出弱酸HCl。可逆的酸大体上可通过使至少一种羰基化合物或羰基化合物的前体与二氧化硫和水反应来制备。举例来说，乙醛将根据以下方程式与二氧化硫反应以制成α-羟基乙烷磺酸(HESA)：

如可看出，通过升高温度和/或降低压力以驱除SO₂，平衡可完全偏移到饲料组分。类似于在乙醛的这种情况下，如果羰基为挥发性的，那么它也很容易被去除进入气相。因此，与无机酸(如硫酸、磷酸或盐酸)不同，所述酸可逆成易于可去除和可回收的材料。根据美国专利第9,428,816号中所描述的方法，本文公开的方法可使用α-羟基磺酸进行原料的预处理。

图1说明从包含湿酒糟的饲料生产乙醇、蒸馏玉米油和增强的副产物的方法的非限制性实例。在所说明的实施例中，玉米10经历研磨20以生产粗粉22。然后将粗粉22处理30以产生含有可发酵的糖的水解产物32。在典型的处理步骤中，在所属领域的普通技术人员已知和描述于例如W.M.Ingledrew等人,《酒精教科书(The Alcohol Textbook)》,第五版,诺丁汉大学出版社(Nottingham University Press),2009中的许多可能配置中，将粗粉与水混合，并且通过与酶反应将淀粉转化成糖。在典型的乙醇生产方法中，两种主要的酶辅助淀粉催化分解成葡萄糖。第一种为内酶α-淀粉酶，其用以破坏淀粉的α-1,4糖苷键，以生产不同分子量的寡糖，称为“糊精”。糊精的分解通常在发酵罐中使用第二酶(淀粉葡糖苷酶)进行，所述第二酶将糊精水解成葡萄糖单体(可发酵的糖)。在一个实施例中，处理方法涉及用浆料罐蒸煮/液化，在浆罐中将研磨的谷物与水混合并在存在酶的情况下水解以生产可发酵的糖(如葡萄糖)。方法可涉及蒸煮或，根据酶冷蒸煮，其中在发酵温度下进行水解，或非蒸煮，其中将酶在低于淀粉的糊化温度下搅拌。此处理步骤可以分批、连续或半连续方法进行。

在第一发酵方法40中，将酵母添加到水解产物32，以将可发酵的糖转化成乙醇和二氧化碳，由此生产含有来自谷物的约15％乙醇、水和固体的第一发酵液42。然后，在第一蒸馏方法50中蒸馏发酵液42，生产乙醇溶液52和未过滤的酒糟54。然后将未过滤的酒糟分离60成酒糟水64和湿酒糟(WDG)62。分离60可例如通过倾析、离心或任何其它可方便地液体与固体分离的方法来实现。一部分酒糟水可作为补充水(未示出)导引回到蒸煮方法，减少蒸煮方法所需的淡水量。也可将酒糟水浓缩以生产浓缩的蒸馏可溶物(未示出)。

然后将湿酒糟62(其可与酒糟水、未过滤的酒糟或浓缩的酒糟混合)引入到酸水解预处理反应70，以生产酸水解产物72，其中纤维素纤维、半纤维素和淀粉从湿酒糟62中的玉米纤维释放，并且被更容易酶水解。酸水解反应70可包含多种组分，包括α-羟基磺酸。酸水解产物72(预处理的原料)然后经历酸去除方法80，其中酸以其组分形式去除并且回收(和任选地洗涤)为组分或其再组合形式，并且经由再循环料流84再循环到酸水解预处理反应70。然后使其中去除酸的预处理的原料82经历酶水解90，生产含有可发酵的糖的水解产物92。在第二发酵方法100中，将酵母添加到水解产物92，以将可发酵的糖转化成乙醇和二氧化碳，由此生产含有来自谷物的约15％乙醇、水和固体的第二发酵液102。然后，在第二蒸馏方法110中蒸馏发酵液102，生产乙醇溶液112和增强的未过滤的酒糟114。然后，将增强的未过滤的酒糟114分离120成增强的酒糟水124和增强的湿酒糟(E-WDG)122。然后将增强的湿酒糟干燥140，以生产增强的干酒糟(E-DDG)。可将增强的酒糟水124浓缩，如通过在真空下蒸发，以生产增强的浓缩蒸馏可溶物(E-糖浆)，可将其与E-DDG 142混合以生产增强的具有可溶物的干酒糟(E-DDGS)(未示出)。分离方法124还可从未过滤的酒糟生产分离的蒸馏玉米油(DCO)126。举例来说，可使用三相卧螺离心机来分离液体、固体和脂肪，以生产增强的酒糟水124、增强的湿酒糟122和DCO 126。

分离120之后，可对E-酒糟水124执行用于去除硫的额外的任选的处理步骤。这可通过膜分离和/或蛋白质沉淀来实现。膜分离方法涉及使E-酒糟水124通过孔径为0.2至100KDa的膜或一系列膜。这产生富含蛋白质和低硫的渗余物，以及相对低蛋白质和高硫的渗透物流。然后可将富含蛋白质的渗余物物流进一步干燥，优选地在喷雾干燥器中，以生产具有低硫含量的E-糖浆。用于去除硫的蛋白质沉淀方法涉及以1至10并且优选地为约3的溶剂进料比，向E-酒糟水124(或可选地，向E-糖浆)添加溶剂，如乙醇、THF或丙酮。可通过过滤或离心将富含蛋白质、低硫沉淀物与相对较高硫的上清液分离，并且然后与E-WDG 122合并。

本文所公开的方法的一些实施例不包括研磨20、处理30、发酵40、蒸馏50和分离60的初始处理步骤。实际上，一些实施例以先前在同一厂或不同厂生产的原料的酸水解70开始。这类原料可为在玉米乙醇厂中生产的湿酒糟、未过滤的酒糟或酒糟水，或其混合物。用于生产乙醇和增强的副产物的原料还可包括在湿磨方法中制成的湿或干麸质进料。在本文中所公开的一些实施例中用作原料的麸质进料的湿磨生产方法如下：首先，将完整的玉米粒浸泡在酸中。所得浸液含有蛋白质、矿物质、维生素和能量源。从溶胀的粒提取淀粉和油。将剩余的纤维或麸皮与浸液混合，制成湿麸质进料，在一些实施例中，其可含有约30％至50％干物质。干麸质进料通过干燥湿麸质进料制成，并且在一些实施例中可含有大约90％干物质。用于本文所公开的方法的原料可包括湿酒糟、未过滤的酒糟、酒糟水和湿或干麸质的任何组合。原料可仅包括这些物质中的一种，或可含有这些物质中的2、3、4或5种的混合物。在一些实施例中，这些物质中的一种或多种从原料中排除。在一些实施例中，原料混合物的水含量为至少约，至多约，或约30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％，或在这些值中的任何两个之间。

乙醇生产方法的一些实施例包括使存在于原料中的多糖纤维与α-羟基磺酸接触，以水解至少一部分多糖纤维，由此生成可发酵的糖，并且从多糖纤维释放油。这可通过将原料与α-羟基磺酸溶液混合来实现，如通过使用浸渍器将原料用α-羟基磺酸浸渍来实现。在一些实施例中，在酸水解预处理步骤期间，在具有原料的混合物中α-羟基磺酸的浓度为至少约、至多约或约混合物的0.5wt％、1.0wt％、1.5wt％、2.0wt％、2.5wt％、3.0wt％、3.5wt％、4.0wt％、4.5wt％、5.0wt％、5.5wt％、6.0wt％、6.5wt％、7.0wt％、7.5wt％、8.0wt％、8.5wt％、9.0wt％、9.5wt％、10.0wt％、10.5wt％、11.0wt％、11.5wt％、12.0wt％，优选地2.5wt％至3.5wt％。在此酸水解步骤期间的温度可在一段时间内维持至少约、至多约或约90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃或140℃，优选地130℃至140℃。在一些实施例中，所述时间段为约0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5或5.0小时，或在这些值中的任何两个之间。在此酸水解步骤期间的pH可为至少约、至多约或约1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9或4.0，或在这些值中的任何两个之间。在一些实施例中，将至少一部分α-羟基磺酸从具有所述的混合物去除。在一些实施例中，将至少约60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％或90％的α-羟基磺酸从混合物去除，或其中可导出的任何范围。举例来说，可如美国专利第9,428,816号中所描述进行去除。去除的α-羟基磺酸可再使用，以进行另一部分或另一批原料的酸水解。

在一些实施例中，在进行酸水解之后，通过添加碱来提高混合物的pH。碱可为例如氢氧化镁、氨、熟石灰、氢氧化钙或氢氧化钾或其任何组合。在一些实施例中，通过添加14％NH₄OH溶液提高pH。在一些实施例中，将pH调节到至少约、至多约或约4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9或6.0，或在这些值中的任何两个之间，优选地在5至5.5之间。目标pH可通过预处理的原料中的多糖和寡糖的酶水解的最佳条件确定。在一些实施例中，在酶水解期间经由定期添加碱将pH维持在目标pH下。

在一些实施例中，多糖通过酶，如纤维素酶、半纤维素酶和/或果胶酶进一步水解，以生成额外的可发酵的糖，并且从预处理的多糖释放另外的油。在其中进行酶水解的实施例中，它可在酸水解之后并且在发酵之前组为单独的步骤进行。在一些实施例中，在进行发酵期间的至少一部分时间进行酶水解。在一些实施例中，酶水解在发酵开始之前的时间进行并且持续开始发酵之后的时间。在一些实施例中，可在发酵开始时调节温度和/或pH。举例来说，这可完成，因为酶水解的最佳条件可与发酵的最佳条件不同。在一些实施例中，在发酵开始之前，在约40℃、41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃或60℃，或在这些值中的任何两个之间的温度下进行酶水解，并且在发酵开始之后，在约25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃或40℃的温度下进行酶水解。在一些实施例中，将pH调节到5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4或6.5，或在这些值中的任何两个之间，进行发酵。在一些实施例中，酸水解生产的葡萄糖的浓度为至少约或约5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15g/L，或在这些值中的任何两个之间。在一些实施例中，酶水解生产的葡萄糖的浓度为至少约或约10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34或35g/L，或在这些值中的任何两个之间。

可发酵的糖发酵以生产乙醇可通过多种微生物完成。举例来说，发酵可通过酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、葡萄汁酵母(Saccharomyces uvarum)、卡氏酵母(Saccharomyces carlsbergensis)、薛瓦酵母(Saccharomyces chevalieri)、克鲁斯假丝酵母(Candida krusei)、季也蒙假丝酵母热带假丝酵母(Candida guilliermondiiCandida tropicalis)、滴滴假丝酵母(Candida diddensiae)、发皮安假丝酵母(Candidafabianii)、间型假丝酵母(Candida intermedia)、麦芽糖假丝酵母(Candida maltosa)、桑塔玛丽假丝酵(Candida santamariae)、软假丝酵母(Candida colliculosa)、膜醭毕赤酵母(Pichia membranaefaciens)、枸杞隐球酵母(Cryptococcus kuetzingii)、多形汉逊酵母(Hansenula polymorpha)、皮质克勒克酵母(Kloeckera corticis)、浅红酵母(Rhodotorula pallida)、深红酵母(Rhodotorula rubra)、小红酵母(Rhodotorulaminuta)、褐变球拟酵母(Torulopsis norvegica)或皮状丝孢酵母(Trichosporoncutaneum)或其任何组合。在一些实施例中，微生物能够发酵五碳糖，如木糖和阿拉伯糖。

在一些实施例中，在约25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃或40℃下或在这些值中的任何两个之间，优选地25℃至35℃进行发酵。在一些实施例中，在5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4或6.5，或在这些值中的任何两个之间，优选地5到5.5的pH下进行发酵。在一些实施例中，发酵进行6、12、18、24、30、36、42、48、54、60、66或72小时，或在这些值中的任何两个之间，优选地至少24小时的持续时间。在一些实施例中，在完成水解之后，发酵消耗至少约90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、98％、98％、99％或99.9％的存在于混合物中的可发酵的糖，或在这些值中的任何两个之间。在一些实施例中，在完成水解之后，发酵消耗至少约90、91、92、93、94、95、96、98、98、99或99.9％的存在于混合物中的葡萄糖，或在这些值中的任何两个之间。在一些实施例中，发酵生产的乙醇在发酵液中的浓度为至少约或约15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39或40g/L，或在这些值中的任何两个之间。

一些实施例包括在发酵之后但是在蒸馏之前从发酵液或在蒸馏之后从增强的未过滤的酒糟去除油的步骤。实施例可包括在这些时间中的一个或两个去除油。举例来说，可通过离心、通过重力沉降器或通过使发酵液或未过滤的酒糟静置而不搅动完成油分离。在一些实施例中，在此步骤中去除的油的重量为至少约在去除油之前增强的未过滤的酒糟的总重量的1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％。

其中在蒸馏之前从发酵液去除油的在实施例中，可将去除的油闪蒸，以去除任何水或乙醇，可将所述水或乙醇回收并且与来自沉降器的重质液体级分合并，进行后续蒸馏。然后可将通过蒸馏生产的增强的未过滤的酒糟引导到多级蒸发器以产生糖浆，然后将所述糖浆在喷雾干燥器中干燥以生产E-DDG。

根据本文公开的方法生产的增强的副产物的一些实施例具有增强的使用品质，如动物饲料。如本文所用，“增强的”副产物，如增强的未过滤的酒糟(E-未过滤的酒糟)、增强的酒糟水(E-酒糟水)、增强的浓缩的蒸馏可溶物(E-CDS或E-糖浆)、增强的湿酒糟(E-WDG)、增强的干酒糟(E-DDG)，和增强的具有可溶物的干酒糟(E-DDGS)为处理先前进行的乙醇生产方法的副产物的方法的产品。如本文所用，增强的具有可溶物的干酒糟(E-DDGS)是指干燥至期望水分含量的E-DDG和E-CDS的混合物。

增强的副产物的一些实施例具有比常规副产物高的百分比的蛋白质，这可使增强的副产物具有比常规副产物更好的营养来源。在一些实施例中，增强的副产物，如E-CDS、E-WDG、E-DDG或E-DDGS具有以干重计至少约或约45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％或70％粗蛋白质，或在这些值中的任何两个之间。粗蛋白质表示饮食总饲粮氮(N)，其不仅包括真实的蛋白质并且包括非蛋白质氮(例如尿素和氨，但不包括硝酸盐)。蛋白质含量也可作为增强的副产物中氨基酸的重量百分比来测量。在一些实施例中，增强副产物的总氨基酸含量以干重计为30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％或60％，或在这些值中的任何两个之间。在一些实施例中，增强的副产物的总氨基酸含量为副产物的10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％、20wt％、21wt％、22wt％、23wt％、24wt％、25wt％、26wt％、27wt％、28wt％、29wt％、30wt％、31wt％、32wt％、33wt％、34wt％、35wt％、36wt％、37wt％、38wt％、39wt％、40wt％、41wt％、42wt％、43wt％、44wt％、45wt％、46wt％、47wt％、48wt％、49wt％、50wt％、51wt％、52wt％、53wt％、54wt％、55wt％、56wt％、57wt％、58wt％、59wt％或60wt％。

增强的副产物的一些实施例具有比常规副产物低的百分比的脂肪。在一些实施例中，增强的副产物具有以干重计至多约或约5.0％、5.1％、5.2％、5.3％、5.4％、5.5％、5.6％、5.7％、5.8％、5.9％、6.0％、6.1％、6.2％、6.3％、6.4％、6.5％、6.6％、6.7％、6.8％、6.9％、7.0％、7.1％、7.2％、7.3％、7.4％、7.5％、7.6％、7.7％、7.8％、7.9％、8.0％、8.1％、8.2％、8.3％、8.4％、8.5％、8.6％、8.7％、8.8％、8.9％、9.0％、9.1％、9.2％、9.3％、9.4％、9.5％、9.6％、9.7％、9.8％、9.9％、10.0％、10.1％、10.2％、10.3％、10.4％、10.5％、10.6％、10.7％、10.8％、10.9％或11.0％脂肪，或在这些值中的任何两个之间。

增强的副产物的一些实施例具有减少的纤维含量，由于在本文所公开的方法中在原料中的纤维被分解为可发酵的糖。在一些实施例中，增强的副产物的纤维含量以干重计为至多约或为约1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3.0％、3.1％、3.2％、3.3％、3.4％、3.5％、3.6％、3.7％、3.8％、3.9％、4.0％、4.1％、4.2％、4.3％、4.4％、4.5％、4.6％、4.7％、4.8％、4.9％或5.0％，或在这些值中的任何两个之间。如本文所用，纤维含量是指NDF纤维含量，其包括半纤维素、纤维素和木质素。

在一些实施例中，增强的副产物的淀粉含量以干重计为至多约或约0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3.0％、3.1％、3.2％、3.3％、3.4％、3.5％、3.6％、3.7％、3.8％、3.9％或4.0％，或在那些值中的任何两个之间。

在一些实施例中，本文公开的E-DDG或E-DDGS的水分含量为至少约、至多约或约2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％或25％，或在这些值中的任何两个之间。

在一些实施例中，增强的副产物的灰分含量以干重计为至多约或约0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3.0％、3.1％、3.2％、3.3％、3.4％、3.5％、3.6％、3.7％、3.8％、3.9％、4.0％、4.1％、4.2％、4.3％、4.4％、4.5％、4.6％、4.7％、4.8％、4.9％或5.0％，或在这些值中的任何两个之间。

在一些实施例中，根据本文所公开的方法生产的增强的酒糟水的水分含量为75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％或95％，或在这些值中的任何两个之间。在一些实施例中，增强的酒糟水的粗蛋白质含量以干重计为至少约、至多约或约45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％或70％，或在这些值中的任何两个之间。可将增强的酒糟水干燥，以生产水分含量为至少约、至多约或约45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％或75％，或在这些值中的任何两个之间的增强的糖浆。在一些实施例中，增强的糖浆的粗蛋白质含量以干重计为至少约、至多约或约45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％或70％，或在这些值中的任何两个之间。

本文公开的增强的副产物的实施例可具有上文所描述的特性的任何组合。即，增强的副产物可具有蛋白质含量、氨基酸含量、脂肪含量、纤维含量、淀粉含量、水分含量和/或灰分含量的上述值中的两个或更多个的任意组合。

实例

将借助于具体实例更详细地描述所公开的组合物和方法。以下实施例仅用于说明目的，并且不旨在以任何方式限制本发明。所属领域技术人员将容易认识到各种非关键参数，这些参数可被改变或修改以产生基本相同的结果。

实例1

用于生产乙醇和副产物的程序

发明人进行了几次生产试验，以不同程度地处理湿滤饼原料(添加或不添加酒糟水或糖浆)。这些试验的一般方法包括原料的预处理、酶水解、发酵、蒸馏、液固分离和干燥。这些方法在现有生物燃料厂中进行。生物燃料厂的特征和用于处理生物质的一般程序如下：将生物质(即，含玉米纤维的原料，如湿滤饼或湿滤饼和酒糟水的混合物)放置在生物质料斗中，并且使用转移螺杆转移到ATM(大气压)蒸汽箱中，所述箱具有底部安装的搅拌器，其将生物质进料到塞式螺杆进料器(PSF)中。PSF由生物质入口、逐渐变细的压缩区、与加压出口联接的筛网和进入双螺杆浸渍器的排出口处的碎片出口组成。生物质进入浸渍器后突然膨胀，使化学品(即HESA蒸煮溶液)均匀地渗透生物质。高度压缩的生物质经由反吹活塞(或阻尼器)排放到浸渍器中。在塞的完整性受到损害的情况下，反吹阻尼器将充当主要屏障，以防止装满SO₂的蒸气从高压浸煮器中吹回到ATM箱中。通过反向旋转双螺杆将完全浸渍的生物质提高到液体液位以上，并且下降到浸煮器中。浸煮器具有圆锥形轮廓，在固体从底部堆积液位时减轻其应力。蒸煮具有监测水平的核(γ)液位变送器，并且安装有温度变送器和控制器。浸煮器中的温度使用蒸汽调节。浸煮器具有尖头安装的底部搅拌器和联接到冷吹排出器的完全浸没的转移螺杆。冷吹排出器具有与螺旋串式混合器联接的中空桨。冷吹排出口联接到主吹气罐，所述主吹气罐紧密联接到吹气阀。

在启动期间中，使用生物质在PSF中建立塞子。通过校准或两种生物质的搬运箱进料到敞开式浸煮器中的进料量，可事先建立干生物进料速率。50#饱和蒸汽用于加热浸煮器直到达到典型的目标温度。在此方法中浸煮器的底部直到冷吹排出口填充有冷凝物，其根据需要移动到主吹气罐。一旦达到浸煮器中的目标温度，就将HESA和水引入，随后以提供目标液体与生物质比率(被称为L/W比率(液体与木材)或总固体浓度(TS％))的比例引入生物质(通过根据需要运行转移螺杆以维持在ATM-箱中足够的液位并且运行PSF)。将生物质填充至达到在连续流浸煮器中所需的停留时间的液位，并且在所述液位下。在达到目标停留时间液位之前，将浸煮器中的底部搅拌器启动～10分钟。不必运行排出螺杆以将蒸煮的浆移动到冷吹排出器中。在目标停留时间过去之后，打开吹气阀以将预处理的浆吹入吹气罐中。由于吹气阀的尺寸过大，无法达到预处理的进料一致性，因此存在小的窗口(通常为阀开口的5％-10％)，其中可维持浸煮器中的稳定液位。因此，吹出基本上是自动地或手动地脉冲的。

一旦开始吹出预处理的浆，通过加热吹气罐内容物，酸回收系统联机至所需温度，所述吹气罐内容物使用底部PC(螺杆)泵再循环，并且如由泵速度设定以实现目标再循环速率。50#蒸汽用于使用螺旋交换器间接加热此再循环物流。使用背压控制阀调节再循环回路压力，所述背压控制阀定位在导向吹气罐的管线中，使得物流再次在吹气罐中闪蒸出酸。应注意，返回喷嘴(在此情况下为开口管)是切向的。吹气罐液位变送器与PC泵联接，通过控制阀将一部分吹的浆的引导到第二闪蒸罐中，所述控制阀定位在导向闪蒸罐的再循环管线中，并给予另一个机会闪蒸在第二闪蒸罐中的酸组分。闪蒸罐底部的PC泵与闪蒸罐液位变送器联接，用于将预处理的浆(稀酸)排入污水罐，直至达到稳定状态。由于PC泵的尺寸过大，因此对闪光槽液位进行了开/关控制。将闪蒸罐的底部引导到污水罐2小时，并且然后收集在日用罐中作为代表性的预处理材料(稀酸)。日用罐被配备以能够中和预处理的材料，以使用氨水根据酶水解需要调节pH。吹气罐和闪蒸罐在底部处具有侧面安装的搅拌器，以避免固体沉降。

来自吹气罐的闪蒸的蒸气经由排气管理系统引导到与喷射器和循环系统联接的苛性碱洗涤器。回收的酸组分以其盐捕获在洗涤器中(羟基乙磺酸钠)。

酶水解和发酵在标称工作体积为2,200加仑的回转罐中进行。啤酒塔和精馏塔用于从发酵液分阶段回收乙醇，留下增强的未过滤的酒糟。将Sharples倾析器离心机联接到啤酒塔的底部，以对增强的未过滤的酒糟进行固液分离，以制成增强的酒糟水和增强的湿滤饼。使用真空MVR(机械蒸气压缩)蒸发器从增强的酒糟水中制成增强的糖浆。

生物质原料(湿滤饼和酒糟水)从干磨玉米乙醇厂获取。湿滤饼在冷藏下存储，并且酒糟水在65℃至71℃下存储。

下文另外的实例中描述各个处理试验的具体条件。除非另有说明，否则后续实例的步骤均在设备上进行，并遵循此实施例1中上述程序。

实例2

湿滤饼进料的预处理

试验110：根据在实例1中描述的方法预处理湿滤饼。湿滤饼用HESA溶液浸渍，并且在135±1℃的温度和50-70psig的压力下在浸煮器中进行预处理，其中保留时间为60-75分钟。在浸煮器中HESA的浓度维持在～3％下。在湿滤饼进料中总固体百分比在35％和38％之间，并且在吹气罐和闪蒸罐中预处理的饲料中总固体百分比在16％和20％之间。

实例3

湿滤饼进料的预处理、酶水解和发酵

试验111：在上文所阐述的试验110的条件下，预处理与试验110中使用相同的湿滤饼进料。收集一部分预处理的湿滤饼，并用于酶水解和发酵。两个28L反应器填充有22.5kg预处理的浆料。将温度提高至52℃，并使用730-745g的14％氨将pH值调节至5.3。然后将Lactrol以及5％(20.16g)的CTec3 HS酶添加到每个28L反应器。3小时后，观察到一些液化。将温度维持在52±1℃下72小时(除温度控制出现故障的2小时外，温度范围为48.5℃至55.6℃(不影响酶稳定性))，并且pH维持在5.3。然后通过将温度设定点降低至32±1℃，将pH设定点调节至5.8±0.2并用酵母接种水解产物来进行发酵。发酵持续48小时，在此期间，温度和pH维持在设定点下。然后将发酵液加热到70℃持续30分钟以杀死酵母。

图2示出在在试验111中预处理的湿滤饼水解期间，葡萄糖浓度从约12g/L提高至约32g/L。图3示出在发酵期间，乙醇浓度提高至约32g/L。图4示出存在于水解产物中的葡萄糖、木糖阿拉伯糖和甘露糖在发酵期间基本上被完全消耗。

实例4

湿滤饼进料的预处理

试验112：在上文试验110阐述的条件下，预处理与试验110(实例2)中使用的相同湿滤饼进料，不同之处在于HESA在预处理的进料中的总浓度，在吹气罐中在1wt％和1.4wt％之间，在闪蒸罐中在0.6wt％和0.9wt％之间，并且在吹气罐和闪蒸罐中预处理的进料中总固体百分比在20％和26％之间。

实例5

来自预处理湿滤饼的增强的副产物的大规模水解、发酵和生产

试验113：将来自试验110、111和112的预处理的湿滤饼浆料(每个～400至450加仑，总共～1300加仑)汇集到2000加仑回转罐中。将回转罐设定成维持在53±2℃的温度下，并且通过在整个酶水解步骤中根据需要添加14.5％NH₄OH将pH设定成维持在5.3±0.2下。首先需要大约35加仑的14.5％NH₄OH将pH提高到5.3。添加Lactrol，随后在75分钟的过程中逐渐添加包括纤维素酶和半纤维素酶活性的5％(5.553kg)的酶混合物。酶水解在相同条件下持续72小时。

通过组合400L的灭菌的YPD生长培养基(10g/L酵母提取物、20g/L蛋白胨、50g/L葡萄糖和10g/L木糖)5mg/L Lactrol和1kg稳定的液体酵母制备用于发酵的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)培养物，并且在反应器中在0.2vvm的通气速率和100rpm搅动下培育大约15小时。

使用NH₄OH将回转罐中的湿滤饼水解产物调节至pH 5.8，并且冷却至32℃，并且将来自繁殖器的400L酵母培养物添加到回转罐中。在温度维持在32±1℃下并且pH维持在5.8下的情况下继续发酵40小时。将发酵液(啤酒)转移到蒸馏塔，并且加热到70℃30分钟以杀死酵母。在蒸馏之后，收集168磅的～80％乙醇，并且收集1300加仑的增强的未过滤的酒糟。增强的未过滤的酒糟通过Sharples离心机，所述离心机未实现良好的固液分离。将离心分离液放置过夜，之后DCO分离为在增强的未过滤的酒糟(“E-未过滤的酒糟”)的顶部上的层。撇去DCO，然后将剩余的增强的未过滤的酒糟通过Flottweg倾析器离心机，以4000rpm(9％扭矩)运行。当进料到离心机时，增强的未过滤的酒糟为8％-10％TS，并且测量离开的增强的湿滤饼(增强的湿酒糟或“E-湿滤饼”)为28.2％TS。将1加仑的此增强的湿滤饼风干，以生产增强的干酒糟(E-DDG)。将来自Flottweg的增强酒糟水发送到MVR，蒸发和浓缩4X，制成增强的糖浆(“E-糖浆”)。

图5示出以干重计来自试验113的指示的样品的总氨基酸含量。图6示出以干重计来自试验113(包括来自试验111的湿滤饼进料)的指示的样品的粗蛋白质含量。样品的粗蛋白质含量表示饮食总饲粮氮(N)，其不仅包括真实的蛋白质并且包括非蛋白质氮(例如尿素和氨，但不包括硝酸盐)。图7示出如通过酸水解测量的来自试验113的指示的样品的以干重计的总脂肪含量。下表1阐述来自试验113的进料和副产物的各种样品的特性。

表1：试验113的进料和副产物的特性

A：用于试验110、111、112、113和116的湿滤饼进料

B：通过在蒸馏之前离心发酵液的样品制成的试验113E-酒糟水

C：通过在蒸馏之前离心和干燥发酵液的样品制成的试验113E-DDG

D：试验113E-未过滤的酒糟

E：通过离心E-未过滤的酒糟(在蒸馏之后)制成的试验113E-酒糟水

F：通过离心和干燥E-未过滤的酒糟(在蒸馏之后)制成的试验113E-DDG

G：试验113E-糖浆(4×浓缩的E-酒糟水)

％DM：以干重计的重量百分比

实例6

从与酒糟水混合的湿滤饼生产乙醇

试验116：将来自干磨玉米乙醇厂的湿滤饼(39％TS)在其进料到浸煮器时用HESA溶液浸渍。将来自同一玉米乙醇厂的酒糟水也添加到浸煮器。在浸煮器中混合的进料具有22％TS和2.9wt％HESA。在135±1℃的温度和35-50psig的压力下在浸煮器中进行预处理，其中保留时间60分钟。在吹气罐和闪蒸罐中预处理的进料的总固体百分比为～21％。收集一部分预处理的湿滤饼，并用于酶水解和发酵。两个28L反应器填充有22.5kg冷却的预处理的浆料。将温度升高至52℃，并使用14.5％的NH₄OH将pH调节至5.3。然后将Lactrol以及5％(20.16g)的CTec3 HS酶添加到每个28L反应器。将温度在52±1℃下72小时，并且将pH保持在5.3下。然后通过将温度设定点降低至32±1℃，将pH设定点调节至5.8±0.2并用酵母接种水解产物来进行发酵。发酵持续48小时，在此期间，温度和pH维持在设定点下。然后将发酵液加热到70℃持续30分钟以杀死酵母。

图8示出在试验116中预处理的湿滤饼水解期间，葡萄糖浓度从约6g/L增加至约26g/L。图9示出在发酵期间，乙醇浓度增加至约28g/L。图10示出存在于水解产物中的葡萄糖、木糖阿拉伯糖和甘露糖在发酵期间基本上被完全消耗。

实例7

从湿滤饼和糖浆的混合物生产乙醇和增强的副产物

试验126：遵循与试验113相同的方案，从与浓缩的蒸馏可溶物(糖浆)混合的湿滤饼进料生产乙醇。通过烘箱干燥由增强的湿滤饼离心后制备两个E-DDG样品：一个“长时间干燥”样品和一个“正常干燥”样品。图11示出来自试验126的指示的样品以干重计的粗蛋白质含量。图12示出来自试验126的指示的样品以干重计的总氨基酸含量。图13示出来自试验126的指示的样品以干重计的NDF含量(半纤维素、纤维素和木质素)。下表2阐述来自试验126的各种样品的特性。

表2：试验126的进料和副产物的特性

A：试验126进料(与浓缩的蒸馏可溶物混合的湿滤饼)

B：在pH调节之后试验126预处理的浆料

C：在发酵48小时之后试验126发酵液

D：试验126E-未过滤的酒糟

E：试验126E-DDG，长时间干燥样品

F：试验126E-DDG，正常干燥样品

NT：未测试

％DM：以干重计的重量百分比

从未过滤的酒糟收集DCO，并且分析以确定脂肪酸谱。结果如下，根据重量百分比给出：总脂肪酸：90.8；C14:0肉豆蔻酸：0.07；C16:0棕榈酸：11.2；C16:1棕榈油酸：0.14；C17:0十七烷酸：0.06；C18:0硬脂酸：1.71；C18:1w7异油酸：0.69；C18:1w9油酸：24.9；C18:2w6亚油酸：49.5；C18:3w3亚麻酸：1.13；C20:0花生酸：0.34；C20:1w9二十碳烯酸：0.21；C22:0二十二烷酸：0.11；C24:1神经酸：n/a；C24:0二十四烷酸：0.15；其它脂肪酸：0.71。

来自E-DDG正常干燥样品的蛋白质的氨基酸谱确定为如下，根据以干重计在E-DDG中指示的氨基酸的重量百分比给出：半胱氨酸：0.8；甲硫氨酸：1.16；赖氨酸：1.41；丙氨酸：4.33；天冬胺酸：2.97；谷氨酸：10.53；甘氨酸：2.15；异亮氨酸：2.34；亮氨酸：7.57；脯氨酸：4.48；苏氨酸：1.88；缬氨酸：2.95；精氨酸：1.98；组氨酸：1.28；羟基赖氨酸：0；羟基脯氨酸：0；羊毛硫氨酸：0；鸟氨酸：0.05；苯丙胺酸：2.8；丝氨酸：2.62；牛磺酸：0.32；酪氨酸：1.75；色氨酸：0.39；总氨基酸：53.8。

***

上文说明书和实例提供说明性实施例的实施和结构的完整描述。尽管上文已经以一定精确程度或参考一个或多个个别实施例来描述本发明的某些实施例，但所属领域的技术人员可在不脱离权利要求书的范围的情况下对所公开的实施例进行许多变更。如此，组合物、方法和系统的多个说明性实施例不打算限于所公开的具体形式。实际上，其包括落入权利要求书范围内的全部改良和替代方式，并且除了所示实施例以外的实施例可包括所描绘实施例的一些或全部特征。举例来说，元件可被省略或合并为整体步骤或结构，和/或可被取代。另外，适当时，上文所描述的任何实例的方面可与描述的任何其它实例的方面组合，以形成具有相当或不同特性和/或功能并且解决相同或不同问题的另外的实例。同样，应理解上文所描述的益处和优点可涉及一个实施例或可涉及若干实施例。

权利要求书不打算包括并且不应解释为包括装置加功能或步骤加工能限制，除非这类限制在指定权利要求中分别使用短语“用于……的装置”或“用于……的步骤”明确列举。

Claims (11)

1.一种组合物，其包含增强的干酒糟(E-DDG)，所述干酒糟的总粗蛋白质含量以干重计为至少45％，并且总脂肪含量以干重计小于10％。

2.根据权利要求1中任一项所述的组合物，其中所述E-DDG具有以下特性中的一个或多个：

纤维含量以干重计小于5％；

淀粉含量以干重计小于1％，优选地以干重计小于0.2％；

水分含量在5wt％和15wt％之间；和

灰分含量小于2％。

3.一种处理酒精生产方法的含纤维副产物的方法，所述方法包含：

(a)使存在于包含酒精生产方法的一种或多种副产物的混合物中的多糖纤维与α-羟基磺酸接触，以水解至少一部分所述多糖纤维，由此生成可发酵的糖，并且从所述多糖纤维释放油，其中酒精生产方法的所述一种或多种副产物包含以下中的一种或多种：

(i)湿酒糟；

(ii)酒糟水；

(iii)未过滤的酒糟；和

(iv)麸质进料；

(b)通过将碱添加到所述混合物来提高所述混合物的pH；

(c)使所述混合物中的多糖纤维与酶接触，以水解所述多糖纤维，由此生成额外的可发酵的糖，并且从所述多糖纤维释放另外的油，其中所述混合物的温度在50℃和55℃之间；

(d)将所述混合物与酵母一起在厌氧条件下培育，以通过发酵在步骤(a)和(c)中生产的可发酵的糖来生产酒精，其中所述混合物的温度在25℃和35℃之间；

(e)蒸馏所述混合物，以从所述混合物去除酒精，由此生产含酒精的馏出物和增强的未过滤的酒糟；

(f)从在步骤(d)中生产的所述发酵的混合物和/或从在步骤(e)中生产的所述增强的未过滤的酒糟去除释放的油；

(g)分离所述增强的未过滤的酒糟，以生产增强的湿酒糟和增强的酒糟水；和

(h)干燥所述增强的湿酒糟，以去除水分，由此生产增强的干酒糟(E-DDG)。

4.根据权利要求3所述的方法，其中在步骤(b)中，所述α-羟基磺酸在所述混合物的1wt％和10wt％之间。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述酵母能够发酵五碳可发酵的糖。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其还包含：

将在步骤(g)中生产的所述增强的酒糟水通过一个或多个膜过滤，以生产与所述增强的酒糟水相比具有降低硫含量的富含蛋白质的渗余物；或

将在步骤(g)中生产的所述增强的酒糟水与有机溶剂混合，以在所述增强的酒糟水中沉淀蛋白质，将所述沉淀物从所述上清液分离，并且在步骤(h)之前或期间将所述沉淀物与在步骤(g)中生产的所述增强的湿酒糟混合。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其中步骤(f)还包含使用重力沉降器从所述发酵的混合物中分离出所述油，使所述发酵的混合物静置而不搅动，以使所述油从所述发酵的混合物中分离出来，将所述增强的未过滤的酒糟离心，以从所述增强的未过滤的酒糟分离出所述油，使所述增强的未过滤的酒糟静置而不搅动，以使所述油从所述增强的未过滤的酒糟中分离出来，或其组合。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其中在步骤(f)中去除的所述油的重量为在去除所述油之前所述增强的未过滤的酒糟的总重量的至少5％。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的方法，其中：

在步骤(a)期间，所述混合物包含湿酒糟，α-羟基磺酸的浓度在所述混合物的2.5wt％和3.5wt％之间，所述混合物的温度在130℃和140℃之间，并且步骤(a)持续至少50分钟；

步骤(b)包含将所述pH提高到5.0和5.5之间；

在步骤(c)期间，酶的浓度以干重计在4％和6％之间，并且步骤(c)持续至少24小时；

步骤(d)持续至少24小时；

并且在步骤(g)中生产的所述增强的酒糟水的粗蛋白质含量以干重计为至少45％。

10.根据权利要求9所述的方法，其还包含干燥在步骤(g)中生产的所述增强的酒糟水，以生产水分含量为50wt％至75wt％的增强的糖浆，和在步骤(h)的所述干燥之前或期间将所述增强的糖浆添加到所述增强的湿酒糟。

11.根据权利要求9所述的方法，其中

步骤(h)的所述干燥持续直到所述E-DDG的所述水分含量为5wt％至15wt％；和

在步骤(h)中生产的E-DDG具有以下特性中的一个或多个：

总蛋白质含量以干重计为至少45％，优选地以干重计至少65％；

总脂肪含量以干重计不超过10％；

纤维含量以干重计小于5％；

淀粉含量以干重计小于1％；和

灰分含量以干重计小于2％。

Images