[发明专利]通过经逆流糖蜜除去糖而改善的乙醇发酵收率

说明书

相关申请的交叉引用

本中请要求于2007年12月13日提交的、未决的美国临时专利申请序列号第61/007,488号的优先权。美国临时专利申请序列号第61/007,488号通过引用并入本申请，如同完全在本文中重写。

发明背景

以下包含了可用于理解本教导的信息。这不是承认本文提供的任何信息对于目前描述的或要求保护的主题是现有技术或材料，也不是承认明确地或隐含地提及的任何公布或文件是现有技术。

1.发明领域

本教导涉及但不限于乙醇发酵的领域。例如，实施方案涉及用于通过增加的碳水化合物进料和逆流(backset)的转向(diversion)而增加乙醇发酵中的生产速率的方法，所述逆流来自发酵中作为工艺用水的再循环。其他实施方案涉及从转向的逆流产生新的产物。该产物可适用于多种应用，所述应用包括但不限于制备一种或多种家畜饲料添加剂。

2.技术背景

工业乙醇发酵通常通过将合适的碳水化合物源与其他营养素在水中混合而开始。虽然玉米在美国是用于乙醇生产的最常见的碳水化合物源，但可使用的其他源包括燕麦、小麦、大麦、稻米、甘蔗、糖用甜菜、高粱(蜀黍)、木薯和软木与硬木。那种混合物用诸如啤酒酵母工业菌株的发酵微生物接种。用于生产乙醇的典型方法包括干磨工艺(图1)和湿磨工艺(图2)。

对用于微生物/水/碳水化合物的混合物中的水的管理是乙醇厂经营管理的重要但经常被忽略的方面。适当的管理可以对增加工厂盈利能力和有效的日常设备运转有帮助。

用于工业乙醇生产的水可来自多种源。这些源可包括但不限于冷凝水、过滤的选矿用水、淡水、处理过的水和逆流或除去固体后从逆流回收的酒糟水(thin stillage)液体部分。逆流，还被称为乙醇釜脚，是除去乙醇后离开蒸馏塔的发酵流。逆流包括但不限于，蛋白、碳水化合物和酵母。

取决于乙醇厂的详情，将高达75％的逆流(backset stream)蒸发并加入其他的乙醇联产物以产生作为干燥球团的玉米面筋饲料(CGF)或产生带可溶性的干酒糟(Distiller′s Dry Grains with Solubles)(DDGS)。将余下的逆流再循环而提供用于发酵的工艺用水。该再循环对工厂的总体水平衡通常是重要的，因为其降低了必须加入工艺中的淡水量。淡水是昂贵的，并且其在进入工艺之前必须大量处理。

逆流循环的使用在乙醇生产中是限制因素。在分批、给料分批(fed-batch)和连续级联的乙醇生产工艺中，乙醇生产速率在发酵开始时或发酵开始附近是最高的。然后该速率随着发酵的进行而显著下降。在开始时的高速率与多种因素成比例。这些因素包括葡萄糖浓度或其他营养素的可用度，所述其他营养素例如氮、磷酸盐、维生素类和二价阳离子；活酵母数；和副产物浓度。

虽然在发酵后期较高浓度的乙醇是可能的，但至少部分由于可在逆流中积聚的高残糖，通过加入碳水化合物的迅速进料(aggressive feeding)未被使用。在逆流中的高残糖还显著影响干燥操作(用于生产DDGS)并对糖与存在于蛋白中的游离的氨基酸基团的美拉德反应(褐变)的增加起作用。

在饲料副产物中的高糖还对干磨乙醇厂中降低的每蒲式耳玉米的乙醇收率或对湿磨乙醇厂中从得自玉米的液化淀粉的降低的收率起作用。通常，在逆流中的糖浓度必须低于1gm/100ml。在较高水平，蒸发的逆流将对高于CGF或DDGS饲料中单糖的可接受水平起作用。饲料中的高残糖可支持饲料上的微生物生长。这降低了物料的质量并可能在储存或运输期间产生足够的热而造成自然火。

除了由可能引入高残糖水平所造成的限制，乙醇生产运营还受到需要将用于生产CGF或DDGS中的逆流完全(或接近完全)干燥的阻碍。干燥能力和干燥器效率对乙醇厂的扩张是重要的障碍，并且经常与VOC(挥发性有机化合物)排放物一起被提及为非环境依从性的原因。减少或消除被干燥的纤维和流的体积可允许工厂扩张并确保工厂运营符合EPA VOC限制。因为在逆流中增加的糖含量可增加将逆流干燥以制成DDGS的成本，因此经常优化乙醇发酵以在逆流中获得低残糖。

发明概述

我们已发现，可通过在发酵混合物的糖含量小于1g/100ml该混合物之前不需要进行发酵而显著增加设备的乙醇生产速率。含有高残糖(大于1g/100ml)的逆流不并入存在的副产物中或作为工艺用水的部分而再循环；代替地，其可被浓缩为我们称作“蒸馏器糖蜜”(“distillers′molasses”)的粘稠液体。这允许发酵在比通常更迅速的碳水化合物进料的情况下进行，并允许发酵周期更短。