JP2014512816A - 動物飼料製造のための加水分解および発酵工程 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は動物飼料製品の製造のための工程および動物飼料製品に関する。特に、本発明は発酵原料または発酵工程からの非エタノール副産物の加水分解および任意に得られる動物飼料製品の栄養成分を改善するための発酵による方法に関する。
好熱性ゲオバチルス(Geobacillus)微生物を含む、ペントース(C5)およびヘキソース(C6)糖の混合またはC5糖そのままからバイオエタノールを生産するための微生物の開発が行われている。WO2007/110606は、エタノール製造を最大にするためにNAD結合ギ酸脱水素酵素をコードする遺伝子で形質転換された好熱性微生物を記載する。WO2006/117536およびWO02/29030はそれぞれ不活性化された乳酸脱水素酵素遺伝子を運ぶ好熱性微生物について説明する。
可溶性物質添加乾燥蒸留穀物残渣(distillers dried grain and solubles)(DDGS)、小麦ふすま、トウモロコシ繊維およびシュガービートパルプなどの多くの副産物動物飼料原料は、大豆ミールのような他の動物飼料製品のような効率性で使用されない。この理由は、それらが以下を有するためである:
・低いタンパク質含量、
・高い繊維量、
・多量の可溶性非澱粉性多糖類(NSP)、
・還元糖を含む。
高い繊維量は豚および家禽でタンパク消化率および代謝可能エネルギーを減少させる。より多量のNSPは、豚の後腸における発酵を引き起こし、それは、ブタと家禽でDDGS含有率を制限する。DDGS中のグルコース、マルトースおよびアラビノースなどの還元糖は、DDGSまたはふすまの乾燥工程の間に、メイラード反応によるリジン(必須アミノ酸)の分解を引き起こす。
a)発酵原料または発酵原料に実施される発酵工程の非エタノール副産物の部分加水分解、この部分加水分解は非澱粉多糖類を可溶性オリゴマーおよびモノマーに変換する、
b)部分加水分解された原料または非エタノール副産物中のオリゴマーおよびモノマーを発酵してエタノールを生産する、
c)段階b)の発酵段階からの非エタノール副産物を回収して、動物飼料製品、特に改良された栄養成分をもつ動物飼料製品を製造する、
工程を含む。
この方法は、特に発酵工程における副産物である、動物飼料製品を向上させるための方法として検討され得る。
a)発酵原料に実施される発酵工程の非エタノール副産物の部分加水分解、この部分加水分解は非澱粉多糖類を可溶性オリゴマーおよびモノマーに変換する、
b)段階a)からの部分加水分解された製品を回収し、可溶性オリゴマーおよびモノマーを除去して、動物飼料製品、特に改良された栄養成分をもつ動物飼料製品を製造する、
工程を含む。
−蒸留廃棄物または濃厚廃液からの、希薄廃液および湿潤ケーキの遠心分離
−希薄廃液の蒸発
−蒸発で得られたシロップと湿潤ケーキの再度の組み合わせ
−再度組み合わせられた原料を乾燥して、乾燥製品を製造する、
ことを含む。
バイオエタノールプラント(Ensus)から希薄廃液を得た。図1は、Ensusの工程および希薄廃液が工程のどのポイントで生産されるかを示す。水分含量百分率(wt/wt)は工程の各段階に示される。希薄廃液はエタノール工程の準固体残渣の流れであり、残渣から湿潤ケーキを除去した後に得られる。希薄廃液が澱粉およびグルコース無しであると予想され、炭水化物は、主にセルロースおよびヘミセルロース残渣であろう。最適条件下での、その加水分解が、これらの原料から糖の大部分を最適の状態で放出すると予想される。
希薄廃液
希薄廃液はEnsusにより、そのバイオエタノールプラントから利用可能となった(導入部および図1を参照)。
約12.5mlの希薄廃液を含む100mlのDuranボトル中に、0.125mlの濃縮硝酸または0.136mlの硫酸を加え、121℃30分で加水分解(オートクレーブ)した。
約50〜100mlの希釈廃液(pH4から5に調整)を含む250mlコニカルフラスコ中に、異なる濃度の酵素を、下記の表1に従って添加した。フラスコをその後60〜60C℃でさまざまな期間で培養した。試料をフラスコから引き出し、HPLCで分析した。
希薄廃液中の全固形分を、希釈廃液を4000rpmで10から20分間遠心分離し、上清を除去して65℃で48時間乾燥して計算した。
希薄廃液を、定量が得られるまで(約8分間)121℃で保持した。
加水分解または非加水分解希釈廃液を二重で14000rpmにて5分間遠心分離し、その後0.2ミクロンフィルターでろ過し、周囲温度で保持されたDionex CarboPAC PA1カラムを装着し、グラジエント移動相[100%A(50mM NaOH)で20分間、次いで100%B(250nM NaOAc/250mM NaOH)で10分間、次いで100%Aで15分間カラム再生]で溶出する、Dionex HPLC機器を通して分析した。全時間は45分間であり、流速は1ml/分である。
希薄廃液中の全固形分
希薄廃液中の全固形分(可溶性+不溶性からの)は、希薄廃液を120℃8分間乾燥したときに、60から85g/lの間であり、大部分の希釈廃液バッチで約80g/lの全固形分含量を有した。全不溶性固形分は、固形分をまず残渣から分離し、次いで残渣を65℃で48時間乾燥したときに、約45g/lであることが見出された。
表2(および図2)の結果は、非常に少ない量の糖が希薄廃液に存在する(1.7g/lのモノマー糖および3g/lのダイマー糖のみ)ことを示す。単純なオートクレーブは非常に少ない量のモノマー糖(約1.8g/l)を放出した。しかしながら、酸加水分解は有意な量の糖を希薄廃液中に放出した。1%硝酸との121℃、30分間の加水分解は可溶性モノマー糖を1.7g/lから約26g/lまで上昇させ、一方でダイマー糖を3g/lから0.1g/l未満まで減少させた(図3および4)。類似のダイマーレベルの減少は1%硫酸処理で達成され、一方で、22.5g/lへのモノマー糖の増加はわずかに硝酸で達成された物よりも低かった。
図5および6に明確に示された定性的結果は、かなりの量のモノマー糖が酵素加水分解の間放出されたことを示す。異なる酵素での希薄廃液の加水分解の量的な結果は表3に示される。アクセレラーゼ1500、アクセレラーゼDuet、オプティマッシュGB、およびオプティマッシュTBGはかなりの量の糖を放出し、希薄廃液から最大約25g/lの糖が放出できた。一方で、アクセレラーゼXCおよびアクセレラーゼXYもまた希薄廃液からいくつかの糖を放出する。
・希薄廃液の乾燥不溶性固形分含量は約45g/lである
・希薄廃液の乾燥固形分(可溶性+不溶性)は60から85g/lの間である
・1%硫酸で約21g/lの糖が、1%硝酸で約23g/lの糖が希薄廃液の加水分解から放出された。
・酵素加水分解もまた、希薄廃液から有意な量の糖を放出した。
Claims (32)
- 動物飼料製品の生産方法であって、該方法は既存のバイオエタノール製造工程の一部として:
a)発酵原料に実施される発酵工程の非エタノール副産物の部分加水分解、この部分加水分解は非澱粉多糖類を可溶性オリゴマーおよびモノマーに変換する、
b)部分加水分解された非エタノール副産物中の可溶性オリゴマーおよびモノマーを発酵して、既存のバイオエタノール生産工程と比較して追加のエタノールを生産する、および
c)段階b)の発酵段階からの非エタノール副産物を回収して、改良された栄養成分をもつ動物飼料製品を製造する、
段階を含む、方法。 - 発酵原料がヘミセルロース含有植物原料である、請求項1に記載の方法。
- 部分加水分解が非澱粉多糖類を約75%まで加水分解することを含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 非澱粉多糖類が少なくとも50%のヘミセルロースを含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 可溶性オリゴマーおよびモノマーがペントース糖を含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。
- ペントース糖がキシロースおよび/またはアラビノースを含む、請求項5に記載の方法。
- 段階a)において、発酵原料に実施される発酵工程の非エタノール副産物が、エタノール生産からの蒸留廃棄物(still bottom)または廃液(stillage)であるか、これらに由来する、前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 廃液が希薄廃液または濃厚廃液である、請求項7に記載の方法。
- 動物飼料製品が、蒸留器粒(distillers grain)、蒸留器乾燥穀物(distillers dried grain)、蒸留器可溶性物(distillers soluble)、可溶性物質添加乾燥蒸留穀物残渣(distillers dried grain with soluble)または蒸留かす(vinasse)を含む、請求項7または8に記載の方法。
- 部分加水分解が化学的および/または酵素的に実施される、前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 化学的部分加水分解が酸を使用する、請求項10に記載の方法。
- 酸が硫酸、硝酸または塩酸である、請求項11に記載の方法。
- 酸が約0.5から5%酸の濃度で使用される、請求項12に記載の方法。
- 酸が約100から150℃の間の温度にて使用される、請求項12または13に記載の方法。
- 酸が約20から120分間の間の期間使用される、請求項12から14のいずれか1項に記載の方法。
- 酵素がヘミセルラーゼおよび/またはセルラーゼを含む、請求項14に記載の方法。
- 段階b)での可溶性オリゴマーおよびモノマーの発酵が部分的な有酸素条件下で実施される、前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 部分的な有酸素条件が、空気散布(air sparging)により得られる、請求項17に記載の方法。
- 段階b)での可溶性オリゴマーおよびモノマーの発酵が好熱性細菌により実施される、前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 好熱性細菌が乳酸脱水素酵素活性を欠く、請求項19に記載の方法。
- 好熱性細菌が、異種(heterologous)NAD結合ギ酸脱水素酵素を発現する、請求項19または20に記載の方法。
- 好熱性細菌がゲオバチルス(Geobacillus)属である、請求項19から21のいずれか1項に記載の方法。
- ゲオバチルスが、ゲオバチルス・サーモグルコシダシウス(Geobacillus thermoglucosidasius)またはゲオバチルス・ステアロサーモフィルス(Geobacillus stearothermophilus)を含む、請求項22に記載の方法。
- 段階b)のエタノールが蒸発または蒸留により除去される、前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 段階b)の、発酵の非エタノール副産物の回収が:
(a)蒸留廃棄物または濃厚廃液からの、希薄廃液および湿潤ケーキの遠心分離
(b)希薄廃液の蒸発
(c)蒸発で得られたシロップと湿潤ケーキの再度の組み合わせ
(d)再度組み合わせられた原料を乾燥して、乾燥製品を製造する、
ことを含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。 - 段階c)の、発酵の非エタノール副産物の回収が、乾燥製品を生産するための蒸留廃棄物または濃厚廃液の乾燥を含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 改良された栄養成分が、減少したレベルのペントース糖、増加したタンパク質濃度、減少した繊維濃度、減少したレベルの可溶性オリゴマーおよびモノマー、および減少したレベルの還元糖の1つ以上を含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 請求項1から27のいずれか1項に記載の方法によって生産された、動物飼料製品。
- 10重量%未満のヘミセルロースまたは5重量%未満のペントース糖を含む、発酵原料に実施される発酵工程の副産物としての動物飼料製品。
- 請求項1から27のいずれか1項に記載の方法によって生産された、請求項29に記載の動物飼料製品。
- 本明細書および添付の図面に実質的に開示された動物飼料製品の製造方法。
- 本明細書および添付の図面に実質的に開示された動物飼料製品。
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