取消生物乙醇生产中酸化的需要的利记博彩app
【专利摘要】一种通过添加含有醛、脂肪酸、萜烯和表面活性剂的组合物而减少使用酸化剂的改进的乙醇发酵工艺。该方法包括：（a）将发酵原料与含有酵母和/或酶的发酵液混合；（b）通过将组合物添加到发酵槽中来处理所述混合物，所述组合物含有：10～90重量%的抗菌醛，所述抗菌醛优选选自由甲醛、多聚甲醛、戊二醛和它们的混合物组成的组中，1～50重量%的表面活性剂，所述表面活性剂的HLB为4～18，0～20重量%的抗菌萜烯或精油，1～50重量%的有机酸，所述有机酸选自C1～C24脂肪酸、C1～C24脂肪酸盐、C1～C24脂肪酸甘油酯和C1～C24脂肪酸酯，以及1～50重量%的水，其中，所述发酵槽中醛的浓度为约0.25～3kg/MT发酵原料；以及（c）分离乙醇并提高产量。
【专利说明】取消生物乙醇生产中酸化的需要
【技术领域】
[0001]通过添加含有醛、脂肪酸、萜烯和表面活性剂的组合物而减少酸化剂的使用来改进乙醇发酵工艺。
【背景技术】
[0002]乙醇，一种来自再生资源的生物燃料，由谷物(玉米、高粱、小麦、黑小麦、黑麦、发芽大麦、水稻)淀粉、块茎作物(马铃薯)淀粉来生产或通过直接使用糖蜜、甘蔗汁、甜菜汁中的糖来生产，或通过纤维素类材料(柳枝稷、松树)发酵来生产。[0003]通过酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)而进行碳源的厌氧发酵来生产乙醇是最著名的生物技术工艺之一并且每年为全球提供超过350亿升(Bayrock2007)的乙醇。
[0004]由谷物来生产乙醇开始于淀粉水解，淀粉水解使直链淀粉和支链淀粉转变成可发酵糖，可发酵糖随后被酵母(MajOvic，2006)或细菌(Dien，2003)转变成乙醇，其中，直链淀粉主要是线性a-D-(l-4)_葡聚糖，而支链淀粉是在分支点处具有a-D-(l-6)连接的a-D-(l-4)-葡聚糖。细菌可以将含纤维素的材料转变成用于生产乙醇的可发酵糖；这些细菌包括发酵单胞菌(Zymomonas spp.)、大肠杆菌工程菌(E.coli)、产酸克雷伯氏菌(Klebsiella oxytoca)、运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)、解纤维素醋弧菌(Acetivibrio celluloyticus)以及其他的细菌(Dien, 2003)。在甘鹿和甜菜的情况下,酵母直接利用糖来将糖转变成乙醇。
[0005]在由谷物生产乙醇中，即使酵母生长的最佳pH值是5.0以上(van denBersselaar 和 Oosting, 2010 ； Joostte 和 Peeters, 2010),但是为了减少细菌的数量，使用低PH值的可发酵溶液。溶液的pH值从pH值5.0~6.0降低至pH值4.2~4.6。硫酸常用于降低PH值。酸化的负面影响是生成的湿酒糟和干酒糟加可溶物(分别是WDG和DDGS)中硫的累积。
[0006]动物饲料中高含量的硫(S)减少体重增加并能够产生脑脊髓灰质软化(ΡΗ\0。脑脊髓灰质软化是一种特征为大脑皮层坏死的神经系统疾病。PEM的临床症状包括呼吸速率增加、渐进式失明、食欲不振(depressed feed intake)、头部压迫(head pressing)以及动物的呼吸有臭鸡蛋味(Solange，2011)。DDGS中硫(S)的浓度已经被报导了是0.33~0.74%干物质(DM)，且湿酒糟加可溶物(WDGS)中是0.36~0.60%。基于干物质，浓缩的酒糟可溶物可含有0.8~1%的S。在一项研究中，喂食含有50%的DDGS (0.6%的S)的干轧玉米精加工饮食(dry-rolled corn finishing diets)的50只动物中的9只被诊断出患有脑脊髓灰质软化(PEM)，而且一些动物死亡(Solange，2011)。在类似的工作中，Vanness等人(2009)发现在来自六个内布拉斯加州乙醇工厂的1200个样本中的WDGS平均为0.79%的S(基于DM)。如果在精加工饮食中以高含量喂食WDGS，那么膳食的S含量可能超过营养指南(nutritional guidelines)。国家研究委员会(1996)提出饮食中S的限制不应超过0.40%。这些数据表明含有等于或低于0.46%的S的饮食具有产生PEM的较低风险。Vanness等人(2009)提出在乙醇发酵中使用磷酸代替硫酸能产生低硫含量的WDG和DDGS。磷酸取代硫酸并未影响发酵或乙醇产量。由于磷酸不像硫酸那样容易解离，提供相同的PH值控制约需要
2.5倍以上的磷酸，因此成本增加。Rasmussen (2011)在实验室规模上使用26~188mg/L剂量的臭氧与低浓度的硫酸组合在产生较低含量的乳酸和乙酸的乙醇发酵之前来调节pH值，表明较低的细菌活性。在应用的范围内较低含量的臭氧剂量实现了更高的乙醇产量。
[0007]酸化也被用于由甘蔗生产乙醇中，用硫酸将酵母溶液的pH值降低至pH值2.5~
3.0以减少酵母絮凝和减少细菌负荷(bacteria load),因为酵母已被从先前连续批次的发酵中回收。Viegas (2011)提出使用蜂胶提取物以减少抗菌剂的使用，从而取消降低pH值的需要。因为一定比例的回收酵母用于动物和人类消费而且抗菌剂残留物能导致耐抗菌剂的细菌，所以甘蔗产业中取消抗菌剂是令人担忧的。
[0008]专利申请US2012/0009639提出了含聚(六甲基双胍)、抗生素剂、表面活性剂的组合物，以防止在乙醇发酵过程中不需要的微生物生长。由于细菌数量减少，酵母处理中所使用的硫酸的量可以减少。专利申请US2009/0215127提出免pH调节的体系，通过在发酵以生产乙醇前在淀粉液化过程中添加植酸酶和淀粉酶的组合。专利申请US2010/0297719和专利申请US2011/0027846提供有机杀菌剂、季铵化合物、释放甲醛的化合物和胍类化合物的配方以减少糖发酵过程中微生物的污染。所提及的美国专利申请没有提供乙醇产量的数据。
[0009]本发明可以用于任何类型的乙醇生产装置。这些例子包括:干磨(dry milling)、湿磨(wet milling)、干粉碎(dry grinding)和甘鹿乙醇。在干磨工艺中，整个玉米(corn或Zea mays)粒或其他含淀粉的原料被磨成粉并与水混合以形成楽;料。然后,该混合物被煮熟以使淀粉糊化并减少细菌污染。当冷却时，混合物被转移到发酵槽中，酵母和酶被添加到发酵槽中以将可发酵的糖转变成乙醇。在发酵之后，所得混合物被转移到蒸馏塔中，在蒸馏塔中乙醇被分离。发酵和分离乙醇后所剩余的固体被处理成湿酒糟和具有可溶物的干酒糟(WDG和DDGS)，WDG和DDGS被用于动物生产，例如家禽、猪和牛的饲料(RFA，2006)。在湿磨中，谷物被浸溃或浸泡在水中以便于谷物分离成它的基本营养组分，诸如玉米胚芽、纤维、谷蛋白和淀粉。在浸泡之后，玉``米浆料被一系列的研磨机处理，而且组分被分离。谷蛋白组分被过滤并干燥以生产玉米谷蛋白粉(CGM)，一种在动物操作中用作饲料原料的高蛋白质产品。然后糊状物中的淀粉和任何剩余的水以下面三种方式之一被处理:将其发酵成乙醇、将其干燥并且以干燥或加工的玉米淀粉出售，或者将其加工成玉米糖浆(RFA2006)。在干粉碎工艺中，绕过传统的淀粉糊化(煮熟)条件(Thomas2001 )，整个谷物被粉碎并且发酵成乙醇。在甘蔗乙醇生产中，由按压酸洗的甘蔗茎后的汁来生产乙醇。在甘蔗汁被提取后，它通过使用酵母的发酵过程而被转化成醇。对于酵母来讲来自甘蔗的糖有效，所以与使用谷物发酵的72h相比发酵仅需要4~12h。
[0010]使含淀粉的或含糖的浆料酸化的主要目的是控制细菌生长、防止酵母絮凝和减少浆料发泡。多种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌已被从燃料乙醇发酵中分离出，多种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌包括乳酸杆菌属(Lactobacillus)、片球菌属(Pediococcus)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、肠球菌属(Enterococcus)、醋杆菌属(Acetobacter)、葡糖杆菌属(Gluconobacter)、巴斯德醋酸杆菌属(A.pasterurianus)、枯草芽孢杆菌(B.Subtilis)、肠系膜明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)、类肠膜魏斯氏菌(ffeissella paramesenteroides)和梭状芽抱杆菌(Clostridium) (Bischoff, 2009) ? 几乎三分之二被分离的细菌是乳酸菌中的物种，如乳酸杆菌属(Lactobacillus) (Skinner,2007)。在甘蔗乙醇生产中，明串珠菌属已被报道了对乙醇产量产生负面影响。在醇的发酵过程中，碳水化合物浆料或含糖浆料的污染导致(a)减少乙醇产量，(b)增加产生乳酸和其他小链脂肪酸的碳水化合物的通道作用(channeling), (c)在可发酵糖用尽后迅速丧失酵母活力，以及(d)减少糊状物中酵母的增殖，其中，在糊状物中污染的乳酸杆菌已经成长到很高数量(Thomas，2001)。在连续发酵中，酵母被回收并重新添加到发酵槽。此回收的滤液组成总批次体积的10~12%。在连续发酵的装置中，存在两种不同的微生物问题。第一个问题是细菌污染问题。当酵母被回收时，在滤液中的任何细菌污染物也被回收。细菌污染的第二个来源是通过在发酵槽和运输线中生物膜的产生。在该批次发酵槽中，回收的酵母不被使用。细菌污染没那么严重，并通过原糖汁/糖蜜或由工艺设备中的生物膜进入系统。
[0011]目前，莫能菌素和维吉霉素被用于生物乙醇装置中(Bischoff，2007)。燃料乙醇发酵中维吉霉素的推荐剂量通常是0.25~2.0ppm (Bischoff, 2009)，但是最低抑菌浓度(MIC)在0.5ppm至大于64ppm之间变化(Hynes, 1997)。在甘鹿乙醇的生产过程中，维吉霉素、青霉素、红霉素、卡那霉素、四环素、氨节青霉素、链霉素、莫能菌素和萘卩定酮酸已被使用。已发现对青霉素和氨苄青霉素(97%的细菌耐该抗生素)以及维吉霉素(48%的细菌耐该抗生素)的抗生素抗性。最大推荐用量是20mg/L。IOppm的Kamoran (莫能菌素的商品名)或IOppm青霉素和四环素的混合物已 被使用以防止甘蔗劣化(Payot，2004)。
[0012]在乙醇发酵过程中，除了干酪乳杆菌(Lactobacillus casei )，大多数细菌能够被I~IOmM浓度的过氧化氢控制(Narendranath, 2000)。过氧化氢脲(UHP)具有优异的对乳酸杆菌的杀菌活性，并且具有提供用于刺激酵母生长和发酵率的尿素形式的可用氮的重要优点，(Narendranath, 2000)。亚硫酸盐仅在氧的存在下表现出杀菌活性并且更有效地杀死兼生性干酪乳杆菌(L.casei)，其中，兼生性干酪乳杆菌具有高浓度的过氧化氢相关酶，包括过氧化物酶(Chang，1997)。600mg/L含量的琥珀酸减少78%的乳酸杆菌数量，并且在乙醇的存在下减少高达96%的乳酸杆菌数量(01iva-NetO2004)。禽卵抗体形式的且特别针对乳酸产生的微生物的微生物粘附抑制剂(adherence inhibitor)已被开发用于发酵槽中(Nash2009)。二氧化氯推荐量为40~750ppm，但却在不锈钢发酵罐中引起腐蚀。β酸具有抗菌性能，但它的使用尚处于初始阶段。BioZyn声称是组分不明的“天然产品”，但在市场中它是新的。臭氧和电磁福射也是新的替代选择。8.6ppm的乳链菌肽和0.1%的吐温20的组合可以被用来延迟乳酸杆菌的滞后期长达12h (Franchi等，2006)。乳链菌肽和EDTA的使用减少了干酪乳杆菌的体外生长(Limayen等2011)。过氧乙酸和过氧化氢的混合物也被用于控制乙醇发酵中的微生物(DeLasan MP,来自德拉瓦尔(DeLaval)的商品，2011)。
[0013]尽管通过清洗和消毒糖化罐和连续的酵母增殖系统来努力防止污染，但是生物膜可以作为不断重新引入污染物的细菌的容器(reservoir) (Bischoff, 2009)。生物膜细胞被组织成封闭在细胞外物质的基质中的结构性群落。它们表型上不同于浮游或悬浮细胞(Berit等2002)。磨损或划伤的受损的生产线或管道产生生物体可以更容易附着的表面(Perez-Conesa 等，2006)?
[0014]虽然很多产品市售用来控制细菌，但是酸化仍被使用。使用本发明的产品，酸化是不需要的。整个说明书引用了多篇专利和出版物。每个文件的公开内容通过引用的方式全文并入在此。[0015]参考文献
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【发明内容】
[0042]本发明的一个目的是提供一种化学组合物，该化学组合物取消乙醇生产过程中酸化可发酵浆料的需要。
[0043]本发明的另一个目的是取消硫酸的使用从而取消乙醇生产中谷物副产品中硫的累积。
[0044]本发明的另一个目的是防止当动物被喂食使用本发明所生产的副产品时对性能产生负面影响。
[0045]本发明的另一个目的是取消在甘蔗乙醇生产过程中所使用的酵母中硫酸的使用，从而，出售的用于动物或人类的干酵母中硫的累积低于危险阈值。
[0046]本发明的另一个目的是在由碳水化合物生产乙醇的任何乙醇工艺中取消酸化可发酵浆料的需要、取消硫酸的使用、防止对动物性能产生负面影响并取消酵母中硫酸的使用。
[0047]当本发明使用如下方式时，上述目的被实现:
[0048]Ca)将发酵原料与含有酵母和/或酶的发酵液(fermentation broth)混合；
[0049](b)通过将组合物添加到发酵槽中来处理所述混合物，所述组合物含有:
[0050]10~90重量％的抗菌醛，所述抗菌醛优选选自由甲醛、多聚甲醛、戊二醛和它们的混合物组成的组，
[0051]I~50重量％的表面活性剂，所述表面活性剂的HLB为4~18，
[0052]O~20重量％的抗菌萜烯或精油，
[0053]I~50重量％的有机酸，所述有机酸选自C1~C24脂肪酸X1~C24脂肪酸盐、C1~C24脂肪酸甘油酯和C1~C24脂肪酸酯，以及
[0054]I~50重量％的水，
[0055]其中，发酵槽中醛的浓度为约0.25~3kg/MT发酵原料；以及
[0056](C)提高乙醇产量。``
[0057]当在乙醇生产过程中，即从收获至整个发酵过程，将本发明应用于一些区域(area)(步骤)中时，上述目的被实现。下面是本发明可以被应用的区域:
[0058](a)在发酵槽中
[0059](b)在冷却煮熟的谷物之前
[0060](C)当液化原谷物时
[0061](d)当液化煮熟的谷物时
[0062](e)在浆料罐中
[0063](f)在冷却煮熟的谷物之后
[0064](g)在从甘蔗或甜菜中提取汁之后
[0065](h)当澄清甘蔗或甜菜提取物时
[0066](i)在被回收的酵母中
[0067](j)在酵母增殖过程中
【具体实施方式】
[0068]定义
[0069]组分的“重量百分数”(重量％)基于包含该组分的配方或组合物的总重量。
[0070]“醛”包括甲醛、多聚甲醛和其他抗菌醛。
[0071]“有机酸”包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和其他C1~C24脂肪酸，或者C1~C24有机脂肪酸的单甘油酯、二甘油酯或三甘油酯，或它们的烷基酯。
[0072]“抗菌萜烯”可以包括二烯丙基二硫化物、柠檬醛、菔烯、橙花醇、香叶醇、香芹酚、丁子香酚、香芹酮、茴香脑、樟脑、薄荷醇、柠檬烯、金合欢醇、胡萝卜素、百里酚、冰片、月桂烯、松香烯(terpenene)、芳樟醇(Iinalool)或它们的混合物。更具体地，職烯可以包括二烯丙基二硫化物、百里酚、柠檬醛、丁子香酚、柠檬烯、香芹酚、香芹酮或它们的混合物。萜烯组分可以包括其他具有抗菌特性的萜烯和精油。
[0073]干扰乙醇发酵的细菌包括产生最多问题的乳酸杆菌属和明串珠菌属。其他这样的细菌包括片球菌属、葡萄球菌属、链球菌属、芽孢杆菌属、肠球菌属、醋杆菌属、葡糖杆菌属、梭状芽孢杆菌、巴斯德醋酸杆菌、枯草芽孢杆菌、肠系膜明串珠菌、类肠膜魏斯氏菌和其他降低发酵效率的细菌。
[0074]在由玉米生产的乙醇中，抗生素是常用的杀菌剂，例如，维吉霉素、青霉素、克林霉素、泰乐菌素、氯霉素、头孢菌素、莫能菌素和四环素。然而，当乙醇是由甘蔗来生产时，因为最终产品(甘蔗渣)不喂食给动物，残留物不存在同样的问题，所以可以使用其他杀菌剂。在这种情况下，合适的杀菌剂包括氨基甲酸酯、季铵化合物、酚和抗生素(例如，维吉霉素、青霉素、克林霉素、泰乐菌素、氯霉素、头孢菌素和四环素)。
[0075]术语化合物的“有效量”是指能够发挥所表达的有效量的功能的量或具有所表达的有效量的性能的量，诸如无毒但足以提供抗菌益处的量，例如杀菌剂、生物膜妨碍物干扰物(biofilm preventer disrupter)。因此,有效量可以由本【技术领域】的普通技术人员通过常规实验来确定。
[0076]配方不仅可以改变主要组分例如醛和有机酸的浓度，而且也可以改变萜烯的类型、表面活性剂和水的浓度。本发明可以通过添加或删减萜烯、有机酸的类型以及使用其他类型的表面活性剂来进行修改。
[0077]鉬合物
[0078]在一般情况下，本发明的组合物含有:
[0079](a)10~90重量％的 醒，所述醛优选选自由甲醛、多聚甲醛、戊二醛和它们的混合物组成的组，
[0080](b) I~50重量％的表面活性剂，所述表面活性剂的HLB为4~18，
[0081](C) I~20重量％的抗菌萜烯或精油，
[0082](d) I~50重量％的有机酸或有机酸的混合物，所述有机酸选自乙酸、丙酸、丁酸或者其他C1~C24脂肪酸、C1~C24脂肪酸盐、C1~C24脂肪酸甘油酯和C1~C24脂肪酸酯，以及
[0083]( e ) I~50重量％的水。
[0084]抗菌萜烯、含有萜烯的植物提取物或精油以及更纯的萜烯可以用于本发明的组合物中。萜烯容易商业获得或能够通过本领域中已知的方法而被生产，诸如溶剂萃取或蒸汽萃取/蒸馏或化学合成。
[0085]表面活性剂是包括具有通常分布在平均值周围的I~200个乙烯分子的乙氧基化蓖麻油的非离子表面活性剂，优选平均值为10~80。也可以使用其他具有类似特性的表面活性剂，包括聚山梨醇酯表面活性剂。
[0086]方法
[0087]本发明的混合物通过喷雾嘴而被应用。
[0088]本发明的混合物通过与可溶性载体混合而被应用到可发酵的碳水化合物。
[0089]本发明的混合物通过混合在淀粉类载体中而被应用到可发酵的碳水化合物。[0090]本发明的混合物在添加到可发酵的碳水化合物之前与液体载体或固体载体混合。
[0091]本发明的混合物通过滴加到发酵液和可发酵浆料中而被应用。
[0092]本发明的混合物被应用在直列式喷射系统(in-line injection system)中。
[0093]本发明的混合物被应用在由甘蔗来生产糖和乙醇的过程中的任何或所有可处理的区域。
[0094]本发明的混合物被应用在由甜菜来生产糖和乙醇的过程中的任何或所有可处理的区域。
[0095]本发明的混合物被应用在由玉米来生产乙醇的过程中的任何或所有可处理的区域。
[0096]本发明的混合物被应用在由不同于玉米的其他含淀粉的材料来生产乙醇的过程中的任何或所有可处理的区域。
[0097]本发明的混合物被应用在由纤维质材料来生产乙醇的过程中的任何或所有可处理的区域。
[0098]本发明的混合物被应用以便在整个碳水化合物基质中提供均一且均质的分布。
[0099]实施例1
[0100]这个实施例示出在下面所有实施例中所使用的基础配方“A”产品。
表1:配方“A”的组成
【权利要求】
1.一种减少使用酸化剂的改进的乙醇发酵的方法，包括: Ca)将发酵原料与含有酵母和/或酶的发酵液混合； (b)通过将组合物添加到发酵槽中来处理所述混合物，所述组合物含有: 10~90重量％的抗菌醛， I~50重量％的表面活性剂，所述表面活性剂的HLB为4~18， O~20重量％的抗菌職烯或精油， I~50重量％的有机酸，所述有机酸选自C1~C24脂肪酸、C1~C24脂肪酸盐、C1~C24脂肪酸甘油酯和C1~C24脂肪酸酯，以及I~50重量％的水， 其中，所述发酵槽中醛的浓度为约0.25~3kg/MT发酵原料；以及(c)分离乙醇并提高产量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述醛选自由甲醛、多聚甲醛、戊二醛和它们的混合物组成的组。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发酵原料是玉米、高粱、小麦、黑小麦、黑麦、大麦、水稻或块茎。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发酵原料是甘蔗或甜菜。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，待发酵的碳水化合物来源于纤维素。
6.根据权利要求1所述的方法，所述方法没有使用抗菌剂或硫酸。
7.—种生产低硫含量的乙醇副产物的方法，所述方法包括使用根据权利要求1所述的方法。
8.—种生产由甘蔗或甜菜发酵所产生的低硫干酵母的方法，所述方法包括使用根据权利要求I所述的方法。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，所述发酵原料是玉米、高粱、小麦、黑小麦、黑麦、大麦、水稻或块茎。
10.根据权利要求2所述的方法，其中，所述发酵原料是甘蔗或甜菜。
11.根据权利要求2所述的方法，其中，待发酵的碳水化合物来源于纤维素。
12.根据权利要求2所述的方法，所述方法没有使用抗菌剂或硫酸。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述醛是甲醛或多聚甲醛。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述发酵原料是玉米、高粱、小麦、黑小麦、黑麦、大麦、水稻或块茎。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述发酵原料是甘蔗或甜菜。
16.根据权利要求10所述的方法，其中，待发酵的碳水化合物来源于纤维素。
17.根据权利要求10所述的方法，所述方法没有使用抗菌剂或硫酸。
【文档编号】C12P7/06GK103820503SQ201310566655
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2012年11月15日
【发明者】胡里奥·皮门特尔, 库尔特·理查森 申请人:阿尼托克斯公司