用于同時產(chǎn)生乙醇和經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于同時產(chǎn)生經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物和乙醇的方法，所述方法包括以下步驟：1)提供經(jīng)研磨或經(jīng)薄片化或經(jīng)其他方式碎裂之生物質(zhì)的混合物，其包含干物質(zhì)比例為2∶1至100∶1的寡糖和/或多糖和活酵母，以及水；2)將步驟(1)產(chǎn)生的混合物在初始混合物中水含量不超過按重量計65％的條件下，在約25-60℃的溫度在厭氧條件下發(fā)酵1-36小時；3)將步驟(2)產(chǎn)生的經(jīng)發(fā)酵混合物在約70-150℃的溫度孵育0.5-240分鐘；以及4)從步驟(3)產(chǎn)生的經(jīng)發(fā)酵混合物中分離濕的經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物；還包括a)步驟(2)中的發(fā)酵在一個或更多個相互連接的槳狀蝸桿或連續(xù)蝸桿運送機中進行，并帶有用于添加劑和發(fā)酵混合物的入口裝置和用于發(fā)酵物的出口裝置以及用于轉(zhuǎn)動速度、溫度和pH的控制裝置，或b)在步驟(1)、(2)和(3)中的任何步驟中添加一種或更多種加工助劑，并且還包括步驟5)通過真空從步驟(2)的經(jīng)發(fā)酵混合物中分離粗制乙醇，和/或通過真空或通過注入蒸汽以及冷凝過剩的汽提蒸汽從步驟(3)的經(jīng)發(fā)酵混合物中分離粗制乙醇。本發(fā)明還涉及該方法的產(chǎn)物及其用途。
【專利說明】用于同時產(chǎn)生乙醇和經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于同時產(chǎn)生經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物(fermented, solid product)和乙醇的方法。
[0002]此外，本發(fā)明涉及可通過所述方法獲得的產(chǎn)物以及所獲得產(chǎn)物的用途。

【背景技術(shù)】
[0003]需要開發(fā)可持續(xù)的能源，并且生物乙醇(b1 ethanol)是有吸引力的作為運輸燃料的來源。因此，需要可以低成本產(chǎn)生生物乙醇的方法。還需要提供用于人食品和動物飼料之蛋白質(zhì)的替代來源。
[0004]酵母將簡單糖轉(zhuǎn)變成乙醇的能力是公知的。轉(zhuǎn)變方法常常通過研磨含有淀粉的原料并通過酶促或酸水解將淀粉轉(zhuǎn)變成可發(fā)酵的糖來進行。在這之后，添加酵母以將糖發(fā)酵成醇和二氧化碳。
[0005]這種方法通常在具有90%或更高水含量的分批(batch)、分批補料(fed-batch)或連續(xù)加工中進行。在第二代生物乙醇的生產(chǎn)中，據(jù)報道在發(fā)酵液中干物質(zhì)高達大約20%。發(fā)酵后，醇被蒸餾掉。
[0006]從經(jīng)濟角度看，在加工中的高水含量因為以下原因是不期望的:由于反應(yīng)容器的大體積而引起的高加工成本和高投資成本。
[0007]W02005/069840A2公開了用于從經(jīng)研磨的含淀粉材料產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物(例如乙醇)的方法，其包括將經(jīng)研磨的含淀粉材料用特別來源的葡糖淀粉酶糖化而沒有所述含淀粉材料的凝膠化，并且使用發(fā)酵微生物發(fā)酵。
[0008]W02006/102907A1公開了通過在厭氧條件下在水含量不超過80 %下發(fā)酵并在封閉的系統(tǒng)中孵育經(jīng)發(fā)酵的混合物來制備來自酵母和蛋白質(zhì)性豆類部分(proteinaceouspulse part)之經(jīng)發(fā)酵蛋白質(zhì)產(chǎn)物的方法。
[0009]W02004/113490A3公開了用于穩(wěn)定的微生物混合群體的定向的選擇性固相培養(yǎng)的方法，其用于所限定之酶和代謝物混合物的連續(xù)制備以及對其合適的生物反應(yīng)器。
[0010]W02006/129320A2公開了從含有淀粉的谷物產(chǎn)生蛋白質(zhì)濃縮物的方法，所述方法包括發(fā)酵，并且其中發(fā)酵產(chǎn)物可以是乙醇。
[0011]W02006/113683A2公開了用于通過糖化和發(fā)酵來產(chǎn)生乙醇和經(jīng)改進動物飼料的方法。
[0012]W02006/056838A1公開了用于含有多糖之生物質(zhì)的液化和糖化的方法，所述生物質(zhì)具有含量為20%以上的干物質(zhì)，所述方法包括與混合(通過提供機械加工的基于重力型的混合)相組合的酶促水解。所述方法得到的經(jīng)加工生物質(zhì)可進一步用于隨后發(fā)酵過程中的乙醇生產(chǎn)。
[0013]W02007/036795A1公開了用于通過預(yù)處理和酶促水解發(fā)酵含有單糖和/或多糖的具有20%以上干物質(zhì)含量的廢棄物級分(waste fract1n)來產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物(包括生物乙醇)的方法，使用自由落體混合用于廢棄物級分的機械加工和隨后的發(fā)酵。
[0014]用于加工原料的發(fā)酵罐(fermentor)及其操作方法在EP1355533B1中公開；所公開的發(fā)酵罐用于產(chǎn)物混合物的連續(xù)加工，特別是料團(dough)或水與經(jīng)研磨谷類產(chǎn)品的混合物。使用阿基米德螺旋(Archimedean screw)的用于連續(xù)發(fā)酵的豎直反應(yīng)器公開于GB2049457A 中。
[0015]本發(fā)明的目的是提供用于生產(chǎn)生物乙醇的經(jīng)改良方法，其允許同時產(chǎn)生有價值的經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物，其中加工期間的水含量較低。
[0016]另一個目的是提供這樣的方法，其因為低水含量和低投資的設(shè)備可在低成本下進行，并且由此還提供了較低成本的產(chǎn)品。
[0017]另一個目的是提供高商業(yè)價值的經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物。
[0018]這些目的通過本發(fā)明的方法和產(chǎn)品來實現(xiàn)。
[0019]發(fā)明概述
[0020]因此，在一方面中，本發(fā)明涉及用于同時產(chǎn)生經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物和乙醇的方法，其包括以下步驟:
[0021]I)提供經(jīng)研磨(milled)或經(jīng)薄片化(flaked)或經(jīng)其他方式碎裂(disintegrated)之生物質(zhì)的混合物,其包含干物質(zhì)比例為2: I至100: I的寡糖和/或多糖和活酵母，以及水；
[0022]2)將步驟(1)產(chǎn)生的混合物在初始混合物中水含量不超過按重量計65%的條件下，在約25至60°C的溫度在厭氧條件下發(fā)酵I至36小時；
[0023] 3)將步驟(2)產(chǎn)生的經(jīng)發(fā)酵混合物在約70至150°C的溫度孵育0.5至240分鐘；以及
[0024]4)從步驟(3)產(chǎn)生的經(jīng)發(fā)酵混合物中分離濕的經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物；所述方法還包括步驟(2)中的發(fā)酵在一個或更多個任選地非豎直安置的相互連接的槳狀蝸桿(paddleworm)或連續(xù)蝸桿(continuous worm)運送機(conveyer)中進行,并帶有用于添加劑和發(fā)酵混合物(fermentat1n mixture)的入口裝置(inlet means)和用于發(fā)酵物(ferment)的出口裝置(outlet means)以及用于轉(zhuǎn)動速度、溫度和pH的控制裝置(control means),并且所述方法還包括以下步驟:
[0025]5)通過真空從步驟(2)的經(jīng)發(fā)酵混合物中和/或通過真空或通過注入蒸汽以及冷凝過剩的汽提蒸汽(stripping steam)從步驟(3)的經(jīng)發(fā)酵混合物中分離粗制乙醇(crudeethanol)。
[0026]在第二方面中，本發(fā)明涉及用于同時產(chǎn)生經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物和乙醇的方法，其包括以下步驟:
[0027]I)提供經(jīng)研磨或經(jīng)薄片化或經(jīng)其他方式碎裂之生物質(zhì)的混合物，其包含干物質(zhì)比例為2:1至100:1的寡糖和/或多糖和活酵母，以及水；
[0028]2)將步驟(1)產(chǎn)生的混合物在初始混合物中水含量按重量計不超過65%的條件下，在約25至60°C的溫度在厭氧條件下發(fā)酵I至36小時；
[0029]3)將步驟(2)產(chǎn)生的經(jīng)發(fā)酵混合物在約70至150°C的溫度孵育0.5至240分鐘；以及
[0030]4)從步驟(3)產(chǎn)生的經(jīng)發(fā)酵混合物中分離濕的經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物；
[0031]所述方法還包括在步驟(1)、(2)和(3)中任何步驟中添加一種或更多種加工助劑(processing aid),以及還包括以下步驟:
[0032]5)通過真空從步驟(2)的經(jīng)發(fā)酵混合物中分離粗制乙醇，和/或通過真空或通過注入蒸汽以及冷凝過剩的汽提蒸汽從步驟(3)的經(jīng)發(fā)酵混合物中分離粗制乙醇。
[0033]令人驚訝的是，通過將該方法中根據(jù)本發(fā)明的第一方面的兩個特別的措施相組合，即，首先在一個或更多個相互連接的槳狀蝸桿或連續(xù)蝸桿運送機中進行發(fā)酵步驟(2)以及，其次通過真空從已在步驟(2)中的經(jīng)發(fā)酵混合物中和/或通過真空或通過注入蒸汽以及冷凝過剩的汽提蒸汽從已在步驟(3)中的經(jīng)發(fā)酵混合物中分離粗制乙醇，可進行該方法，用于以比現(xiàn)有技術(shù)方法中顯著更高的干物質(zhì)含量來產(chǎn)生乙醇并同時產(chǎn)生有價值的經(jīng)發(fā)酵固體生物產(chǎn)物。
[0034]還令人驚訝的是，通過應(yīng)用本發(fā)明的第二方面，首先添加一種或更多種加工助劑，例如一種或更多種酶或一種或更多種基于植物的組分，以及其次通過真空從已在步驟(2)中的經(jīng)發(fā)酵混合物中和/或通過真空或通過注入蒸汽以及冷凝過剩的汽提蒸汽從已在步驟(3)中的經(jīng)發(fā)酵混合物中分離粗制乙醇，同樣地可進行該方法，用于以比現(xiàn)有技術(shù)方法中顯著更高的干物質(zhì)含量來產(chǎn)生乙醇并同時產(chǎn)生有價值的經(jīng)發(fā)酵固體生物產(chǎn)物。
[0035]正常地，當水含量降低(因此待發(fā)酵混合物的干物質(zhì)含量較高)時，發(fā)酵混合物趨向于壓縮從而使運輸行為受到負面影響，并且在一定的水含量下，混合物被壓縮到一定程度從而使運輸停止。
[0036]水含量可以進一步降低至60 %、55 %、50 %或45 %或甚至降低至40 %而不嚴重影響寡糖向可發(fā)酵糖的轉(zhuǎn)變或這些糖隨后的發(fā)酵。在降低的水量中產(chǎn)生相同量的醇導(dǎo)致在產(chǎn)物中更高的醇濃度。
[0037]本發(fā)明的方法在其第一方面中利用構(gòu)建的專用發(fā)酵罐從而使運送機除了運輸之外還提供材料的混合和抬升(Iifiing)。這使得可在混合物中進行發(fā)酵，其中水含量初始不超過按重量計65%，即在加工開始時的初始發(fā)酵混合物中，發(fā)酵混合物具有按重量計35%或更高的干物質(zhì)含量，而在類似現(xiàn)有技術(shù)方法中干物質(zhì)含量為約20%或更低。由于低水含量和可在加工的早期階段分離粗制乙醇，該方法可以以比現(xiàn)有技術(shù)方法更低的成本進行。在第二方面中，本發(fā)明的方法在一個實施方案中還利用了所述專用發(fā)酵罐。
[0038]在本發(fā)明的一個實施方案中，所述連續(xù)蝸桿運送機是任選地單葉片或多葉片的阿基米德螺旋(Archimedean screw)或交叉螺旋(intersected screw)的改進型，其設(shè)計成運輸發(fā)酵混合物并且同時抬升材料從而使其被運輸和攪拌而不使其壓縮，并且在一方面中是非豎直的。
[0039]在本發(fā)明的另一個實施方案中，所述專用發(fā)酵罐是豎直的螺旋攪拌機，例如Nauta攪拌機。
[0040]一般而言，可提取所產(chǎn)生的按重量計大于90%的乙醇。乙醇的產(chǎn)率取決于發(fā)酵混合物中碳水化合物的含量和向可發(fā)酵糖的轉(zhuǎn)變。在經(jīng)脫脂大豆的基礎(chǔ)上可產(chǎn)生按重量計4%至5%的乙醇，而在小麥的基礎(chǔ)上可獲得按重量計大約20%的乙醇。
[0041]本發(fā)明還提供了可通過根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的粗制乙醇并且還包含少量從經(jīng)發(fā)酵生物質(zhì)產(chǎn)生的組分，例如0.01%至I %的其他醇類和醚類，例如乙酸乙酯、3-甲基-1-丁醇和/或2-甲基-1-丁醇，以及可通過根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物，其包含從經(jīng)發(fā)酵生物質(zhì)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)、碳水化合物以及任選地膳食纖維和/或鹽，其中包含基于干物質(zhì)按重量計1%至95%之量的酵母蛋白質(zhì)，并且包含基于干物質(zhì)按重量計5%至99%之量的碳水化合物。
[0042]
[0043]在本發(fā)明的上下文中，除非在說明書中另有限定，否則以下術(shù)語旨在包括如下。
[0044]術(shù)語“約”、“左右”、“大約”或“~”旨在表明例如本領(lǐng)域中通常經(jīng)歷的測量不確定性，其可以是例如+/_1%、2%、5%、10%、20%或甚至50%的數(shù)量級。
[0045]術(shù)語“包括/包含”被解釋為列舉存在所敘述的部分、步驟、特征、組合物、化學(xué)物質(zhì)或組分，但不排除存在一個/種或更多個/種另外的部分、步驟、特征、組合物、化學(xué)物質(zhì)或組分。例如，包含化合物的組合物可以因此包含另外的化合物，等。
[0046]牛物質(zhì):
[0047]包括可用于燃料或用作工業(yè)生產(chǎn)中原料的生物學(xué)材料。在本上下文中，生物質(zhì)是指莖、嫩枝(twig)、葉、花、果實、種子等形式的植物物質(zhì)。
[0048]經(jīng)其他方式碎裂:
[0049]意指通過酸或堿加壓蒸煮(pressure-cooking)或者超聲處理來碎裂。
[0050]寡糖和多糖:
[0051]寡糖是含有少量組分單體糖的糖類聚合物，還稱為簡單糖(simple sugar)。
[0052]多糖是含有大量組分單體糖的糖類聚合物，還稱為復(fù)合碳水化合物。實例包括貯藏多糖(例如淀粉)和結(jié)構(gòu)多糖(例如纖維素)。
[0053]碳水化合物:
[0054]包括單糖、二糖、寡糖和多糖。
[0055]蛋白質(zhì)性材料:
[0056]包括由氨基酸以線性鏈排列并通過稱為肽鍵的鍵連接在一起構(gòu)成的有機化合物。鏈長度為多至大約50個氨基酸的化合物稱為肽，更高分子量的有機化合物稱作多肽或蛋白質(zhì)。
[0057]脂肪:
[0058]包括脂肪酸與甘油之間的酯。一個甘油分子可與一個、兩個和三個脂肪酸分子酯化，分別產(chǎn)生甘油一酯、甘油二酯或甘油三酯。通常，脂肪主要由甘油三酯和少量的卵磷月旨、固醇類等組成。如果脂肪在室溫為液體，則其一般被稱作油。關(guān)于本上下文中的油、月旨肪和相關(guān)的產(chǎn)物，參考"Physical and Chemical Characteristics of Oils, Fats andWaxes " , AOCS, 1996,以及"Lipid Glossary2 " , F.D.Gunstone, The Oily Press, 2004。
[0059]甘油酯:
[0060]包括甘油一酯、甘油二酯和甘油三酯。
[0061]加工助劑:
[0062]1.酶
[0063]酶是充當催化劑的很大一類蛋白質(zhì)物質(zhì)。一般而言，它們被分為6類，并且落入本發(fā)明范圍內(nèi)的主要類可以是轉(zhuǎn)移官能團的轉(zhuǎn)移酶和水解多種鍵的水解酶。典型的實例可包括:蛋白酶、肽酶、(α-)半乳糖苷酶、淀粉酶、葡聚糖酶(glucanase)、果膠酶、半纖維素酶、植酸酶(phytase)、脂肪酶、磷脂酶和氧化還原酶。
[0064]2.植物組分和有機加工試劑
[0065]在本上下文中重要的一些功能性質(zhì)是:抗氧化性、抗菌作用、潤濕性和酶的刺激。
[0066]基于植物組分的名單是巨大的，但最重要的是以下這些:迷迭香(rosemary)、百里香(thyme)、牛至(oregano)、類黃酮、酹酸、阜苷和用于調(diào)節(jié)可溶性碳水化合物的來自啤酒花(hop)的α -酸和β-酸，例如α-忽布酸(a -1upulic acid)。
[0067]此外，用于調(diào)節(jié)pH值、保存和螯合性質(zhì)的有機酸(例如山梨酸、丙酸、乳酸、檸檬酸和抗壞血酸)及其鹽是該組加工助劑的一部分。
[0068]該組中另外的成員是用于調(diào)節(jié)酵母之乙醇耐受的脂類，例如膽固醇、油和富含C18不飽和脂肪酸之植物脂肪的油精(olein)級分。
[0069]3.無機加工試劑
[0070]包括能夠在加工期間保持發(fā)酵混合物免受細菌攻擊的無機組合物，例如亞硫酸氫鈉等。最終產(chǎn)品中的抗結(jié)塊劑(anticaking agent)和流動改善劑(flow improving agent)例如硅酸鋁鉀等。
[0071]經(jīng)加工的食品產(chǎn)品:
[0072]包括乳制品、經(jīng)加工肉制品、糖果、甜點、冰淇淋甜點、灌裝產(chǎn)品(cannedproduct)、冷凍干燥膳食、調(diào)味品(dressings)、湯、方便食品、面包、蛋糕等。
[0073]經(jīng)加工的飼料產(chǎn)品:
[0074]包括用于動物(例如小豬、小牛、家禽、毛皮動物(furred animal)、綿羊、貓、狗、魚和甲殼類等)的即用型飼料(ready-to-use feed)。
[0075]藥物產(chǎn)品:
[0076]包括含有旨在用于治療和/或減輕疾病或病癥之癥狀的一種或更多種生物活性成分的產(chǎn)品(通常為片劑形式或為顆粒狀形式)。藥物產(chǎn)品還包含可藥用賦形劑和/或載體。本文中公開的固體生物產(chǎn)品非常適合用作片劑或顆粒中的可藥用成分。
[0077]化狀品:
[0078]包括旨在用于個人衛(wèi)生以及改善外觀的產(chǎn)品，例如護發(fā)素(condit1ner)和浴用制品(bath preparat1n) ο
[0079]發(fā)明詳述
[0080]在本發(fā)明方法的一個實施方案中，在其第一方面中，在步驟(1)、⑵和(3)中的任何步驟中添加一種或更多種加工助劑。
[0081]在本發(fā)明方法的一個實施方案中，在其第二方面中，步驟(2)中的發(fā)酵在任選地豎直安置的一個或更多個相互連接的槳狀蝸桿或連續(xù)蝸桿運送機中進行，并帶有用于添加劑和發(fā)酵混合物的入口裝置和用于發(fā)酵物的出口裝置以及用于轉(zhuǎn)動速度、溫度和PH的控制裝置，和/或還包括步驟5)通過真空從步驟(2)的經(jīng)發(fā)酵混合物中和/或通過真空或通過注入蒸汽以及冷凝過剩的汽提蒸汽從步驟(3)的經(jīng)發(fā)酵混合物中分離粗制乙醇。
[0082]在一個實施方案中，本發(fā)明的方法還包括步驟2a)將步驟(2)產(chǎn)生的混合物在約25至60°C的溫度在厭氧條件下發(fā)酵I至36小時并且任選地通過真空從步驟(2a)中的經(jīng)發(fā)酵混合物中分離粗制乙醇。
[0083] 在另一個實施方案中，步驟(3)在約70至120°C的溫度進行。一般而言，在孵育步驟(3)中，較短時間使用高溫，而較低的溫度使用較長的孵育時間。
[0084]干物質(zhì)含量可以是步驟I)之混合物的按重量計35%至70%不等，例如，40%至65% 或 45% 至 60% 或 50% 至 55%。
[0085]在本發(fā)明方法的兩個方面的實施方案中，在步驟⑴、(2)、(2a)和(3)的任何步驟中添加的至少一種加工助劑是一種或更多種酶，并且將寡糖和/或多糖轉(zhuǎn)變成可發(fā)酵碳水化合物的酶促糖化過程與酵母發(fā)酵同時發(fā)生。所述酶可選自:蛋白酶、肽酶、U-)半乳糖苷酶、淀粉酶、果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶、葡聚糖酶、葡糖苷酶、植酸酶、脂肪酶、氧化還原酶和磷脂酶。
[0086]已從投資的觀點以及縮短反應(yīng)時間的視角發(fā)現(xiàn)該實施方案是最有利的。因此，通過連續(xù)發(fā)酵所釋放的可發(fā)酵糖，避免了分解代謝物(catabolite)抑制并且將物質(zhì)平衡的平衡狀態(tài)向右推。當根據(jù)本發(fā)明在高干物質(zhì)含量下運行時，這是特別重要的。
[0087]在本發(fā)明方法的兩個方面的另一些實施方案中，至少一種加工助劑是一種或更多種基于植物的組分，例如選自以下的組分:迷迭香、百里香、牛至、類黃酮、酚酸、皂苷和用于調(diào)節(jié)可溶性碳水化合物的來自啤酒花的α -酸和β -酸，例如α -忽布酸。
[0088]待用于本發(fā)明方法中的酵母可以例如選自:釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)菌株，包括啤酒廢酵母(spent brewer ' s yeast)和釀酒廢酵母(spentdistiller' s yeast)以及來自酒生產(chǎn)的廢酵母以及發(fā)酵C5糖的酵母菌株。C5糖是基于戊糖的糖，例如木糖和阿拉伯糖。
[0089]在另一個實施方案中，包含寡糖和/或多糖的生物質(zhì)還包含來自蛋白質(zhì)性植物部分(例如豆類(pulse)如大豆、豌豆、羽扇豆(lupine)和/或谷類如小麥)的蛋白質(zhì)。合適的生物質(zhì)的實例為經(jīng)研磨或經(jīng)薄片化、經(jīng)脫脂的大豆。合適的生物質(zhì)也可以是經(jīng)研磨或經(jīng)薄片化的谷類(例如小麥)。此外，豆類部分和谷類的混合物是用于通過本方法加工的合適的生物質(zhì)。
[0090]包含寡糖和/或多糖以及任選蛋白質(zhì)的生物質(zhì)還可包含油或脂肪，例如來自含油植物的種子，如油菜籽。合適的生物質(zhì)的實例是經(jīng)研磨或經(jīng)薄片化的全脂大豆(full fatsoybean)或油菜籽或其混合物。
[0091]可以通過標準單元操作(standard unit operat1n)在步驟(4)和(5)中進行經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)物和乙醇的分離，所述標準單元操作包括:用蒸汽汽提、蒸發(fā)、冷凝、蒸餾、過濾、離心和沉降。
[0092]在另一些實施方案中，經(jīng)分離化合物可以經(jīng)過特別的處理，包括例如純化、干燥、研磨和與其他成分混合。可用于此的以及用于步驟(4)和(5)中之分離的所有單元操作是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。
[0093]分離的經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物隨后可通過水解(例如通過酶水解)變得更可溶于水(more water-soluble)。
[0094]本發(fā)明的方法可以例如作為分批、分批補料或連續(xù)加工來進行。
[0095]最終，通過本發(fā)明方法產(chǎn)生的乙醇可以用來產(chǎn)生用于該加工的熱(例如通過催化燃燒)并因此同時避免污染性揮發(fā)性有機化合物(例如己烷)。在這種情況下，所產(chǎn)生的副廣品將會是二氧化碳和水。
[0096]在一個實施方案中，本發(fā)明的經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物包含基于干物質(zhì)按重量計25%至90%之量的蛋白質(zhì)，以及基于干物質(zhì)按重量計0%至30%的甘油酯。所述蛋白質(zhì)的約I %至35%可以來自酵母蛋白質(zhì)并且所述蛋白質(zhì)的約65%至99%可以來自蛋白質(zhì)性植物部分，例如來自豆類和谷類，如大豆和/或小麥。
[0097]在另一個實施方案中，所述經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物來自主要包含寡糖和/或多糖的生物質(zhì)，并且包含基于干物質(zhì)按重量計1%至95%之量的酵母蛋白質(zhì)以及基于干物質(zhì)按重量計5%至99%之量的碳水化合物。
[0098]可根據(jù)本發(fā)明獲得的粗制乙醇可用來產(chǎn)生用于發(fā)酵過程的熱。
[0099]本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物在經(jīng)加工的用于人和/或動物消耗的食品產(chǎn)品中、作為用于食品和飼料產(chǎn)品的成分、或者作為化妝品或藥物產(chǎn)品或營養(yǎng)補充劑的成分的用途。
[0100]最后，本發(fā)明涉及食品、飼料、化妝品或藥物產(chǎn)品或營養(yǎng)補充劑，其含有按重量計I %至99 %的根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物。
實施例
[0101]實施例1
[0102]在包含來自豆類之多糖和蛋白質(zhì)的生物質(zhì)的連續(xù)加工中發(fā)酵
[0103]以下基于脫脂大豆舉例說明了生物質(zhì)的發(fā)酵。
[0104]將10kg/小時的經(jīng)脫殼且經(jīng)脫脂、經(jīng)閃蒸脫溶劑(flash desolventised)的大豆薄片(flake)連續(xù)地給料至能夠運輸、抬升和混合材料的封閉的單葉片蝸桿運送機(生物反應(yīng)器)。同時向其中以達到在混合物中按重量計40%之干物質(zhì)含量的量添加水和啤酒廢酵母的漿料(10%干物質(zhì))。在生物反應(yīng)器中，所產(chǎn)生的漿料在34°C孵育8小時。
[0105]接下來，在注入過量新鮮蒸汽(Iifesteam)的第二培養(yǎng)箱(生物反應(yīng)器)中將衆(zhòng)料加熱至100°C,大約30分鐘。將含有揮發(fā)性有機化合物(volatile organic compound,V0C)(包含乙醇)的多余蒸汽轉(zhuǎn)移至冷卻熱交換器(cooling heat exchanger)。
[0106]得到的冷凝物(condensate)具有按重量計15%的乙醇濃度。乙醇產(chǎn)率為
4.8kg/100kg大豆薄片。
[0107]隨后，將濕的固體產(chǎn)物閃蒸干燥并用Alpine銷棒粉碎機(pin mill)研磨。
[0108]經(jīng)干燥的產(chǎn)物具有如下分析:
[0109]
粗蛋白質(zhì)(N X 6.25)58.3%
碳水化合物24.0%
水分5.6%
粗脂肪0.9%
粗纖維4.2°/?
灰分7.0%
[0110]此外，經(jīng)干燥的經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)物中的抗營養(yǎng)因子(ant1-nutrit1nal factor)相對于原料含量顯著地降低:
[0111]

【權(quán)利要求】
1.用于同時產(chǎn)生經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物和乙醇的方法，其包括以下步驟: 1)提供經(jīng)研磨或經(jīng)薄片化或經(jīng)其他方式碎裂之生物質(zhì)的混合物，其包含干物質(zhì)比例為2:1至100:1的寡糖和/或多糖和活酵母，以及水； 2)將步驟(1)產(chǎn)生的混合物在初始混合物中水含量不超過按重量計65%的條件下，在約25至60°C的溫度在厭氧條件下發(fā)酵I至36小時； 3)將步驟(2)產(chǎn)生的經(jīng)發(fā)酵混合物在約70至150°C的溫度孵育0.5至240分鐘；以及 4)從步驟(3)產(chǎn)生的經(jīng)發(fā)酵混合物中分離濕的經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物； 所述方法還包括步驟(2)中的發(fā)酵在一個或更多個相互連接的槳狀蝸桿或連續(xù)蝸桿運送機中進行，并帶有用于添加劑和發(fā)酵混合物的入口裝置和用于發(fā)酵物的出口裝置以及用于轉(zhuǎn)動速度、溫度和PH的控制裝置，并且所述方法還包括以下步驟: 5)通過真空從步驟(2)的經(jīng)發(fā)酵混合物中分離粗制乙醇，和/或通過真空或通過注入蒸汽以及冷凝過剩的汽提蒸汽從步驟(3)的經(jīng)發(fā)酵混合物中分離粗制乙醇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(1)、(2)和(3)中的任何步驟中添加一種或更多種加工助劑。
3.用于同時產(chǎn)生經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物和乙醇的方法，其包括以下步驟: 1)提供經(jīng)研磨或經(jīng)薄片化或經(jīng)其他方式碎裂之生物質(zhì)的混合物，其包含干物質(zhì)比例為2:1至100:1的寡糖和/或多糖和活酵母，以及水； 2)將步驟(1)產(chǎn)生的混合物在初始混合物中水含量不超過按重量計65%的條件下，在約25至60°C的溫度在厭氧條件下發(fā)酵I至36小時； 3)將步驟(2)產(chǎn)生的經(jīng)發(fā)酵混合物在約70至150°C的溫度孵育0.5至240分鐘；以及 4)從步驟(3)產(chǎn)生的經(jīng)發(fā)酵混合物中分離濕的經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物； 所述方法還包括在步驟(1)、(2)和(3)中的任何步驟中添加一種或更多種加工助劑，以及還包括以下步驟: 5)通過真空從步驟(2)的經(jīng)發(fā)酵混合物中分離粗制乙醇，和/或通過真空或通過注入蒸汽以及冷凝過剩的汽提蒸汽從步驟(3)的經(jīng)發(fā)酵混合物中分離粗制乙醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其還包括步驟(2)中的發(fā)酵在豎直螺旋攪拌機或者一個或更多個相互連接的槳狀蝸桿或連續(xù)蝸桿運送機中進行，并帶有用于添加劑和發(fā)酵混合物的入口裝置和用于發(fā)酵物的出口裝置以及用于轉(zhuǎn)動速度、溫度和PH的控制裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至2和4中任一項所述的方法，其中所述一個或更多個相互連接的槳狀蝸桿或連續(xù)蝸桿運送機是非豎直安置的。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項所述的方法，其中所述一種或更多種加工助劑中的至少一種是酶，例如蛋白酶、肽酶、U-)半乳糖苷酶、淀粉酶、葡聚糖酶、果膠酶、半纖維素酶、植酸酶、脂肪酶、磷脂酶或氧化還原酶，并且其中將所述寡糖和/或多糖轉(zhuǎn)變成可發(fā)酵碳水化合物的酶促糖化過程與步驟(2)中的酵母發(fā)酵同時發(fā)生。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項所述的方法，其中所述一種或更多種加工助劑中的至少一種是基于植物的組分，例如選自以下的組分:迷迭香、百里香、牛至、類黃酮、酚酸、皂苷和用于調(diào)節(jié)可溶性碳水化合物的來自啤酒花的α-酸和β -酸，例如α-忽布酸。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法， 還包括以下步驟: 2a)將步驟(2)產(chǎn)生的混合物在約25至60°C的溫度在厭氧條件下發(fā)酵I至36小時并且任選地通過真空從步驟(2a)中的經(jīng)發(fā)酵混合物中分離粗制乙醇。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其還包括在步驟(2a)中添加一種或更多種加工助劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述一種或更多種加工助劑中的至少一種是酶，例如蛋白酶、肽酶、U-)半乳糖苷酶、淀粉酶、葡聚糖酶、果膠酶、半纖維素酶、植酸酶、脂肪酶、磷脂酶或氧化還原酶，并且其中將所述寡糖和/或多糖轉(zhuǎn)變成可發(fā)酵碳水化合物的酶促糖化過程與步驟(2a)中的酵母發(fā)酵同時發(fā)生。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述一種或更多種加工助劑中的至少一種是基于植物的組分，例如選自以下的組分:迷迭香、百里香、牛至、類黃酮、酚酸、皂苷和用于調(diào)節(jié)可溶性碳水化合物的來自啤酒花的α -酸和β -酸，例如α -忽布酸。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中步驟(3)在約70至120°C的溫度進行。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述連續(xù)蝸桿運送機是單葉片或多葉片的阿基米德螺旋或交叉螺旋的改進型，其設(shè)計成在非豎直方向運輸發(fā)酵的混合物并且同時將材料抬升以使其被運輸和攪拌而不使其壓縮。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述活酵母選自釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)菌株,其包括啤酒廢酵母和釀酒廢酵母以及來自酒生產(chǎn)的廢酵母以及發(fā)酵C5糖的酵母菌株。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中包含寡糖和/或多糖的所述生物質(zhì)還包含來自例如以下蛋白質(zhì)性植物部分的蛋白質(zhì):豆類如大豆、豌豆、羽扇豆，和/或谷類如小麥。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中包含寡糖和/或多糖以及任選地蛋白質(zhì)的所述生物質(zhì)還包含油和脂肪，例如來自含油植物的種子，如油菜籽。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述經(jīng)分離的經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物隨后通過水解例如通過酶水解變得更加可溶于水。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其作為分批、分批補料或連續(xù)加工來進行。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中產(chǎn)生的所述乙醇例如通過催化燃燒被用來產(chǎn)生用于該加工的熱，并且因此同時避免污染性揮發(fā)性有機化合物例如己烷。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述發(fā)酵步驟(2)在初始混合物中水含量不超過60%或不超過55%或不超過50%或不超過45%的條件下進行。
21.粗制乙醇，其可通過根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項所述的方法獲得并且還包含少量從所述經(jīng)發(fā)酵生物質(zhì)產(chǎn)生的組分，例如0.01%至1%的其他醇類和醚類，例如乙酸乙酯、3-甲基-1- 丁醇和/或2-甲基-1- 丁醇。
22.經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物，其可通過根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項所述的方法獲得，所述產(chǎn)物包含從經(jīng)發(fā)酵生物質(zhì)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)、碳水化合物以及任選地膳食纖維和/或鹽，其中包含基于干物質(zhì)按重量計I %至95%之量的酵母蛋白質(zhì)，并且包含基于干物質(zhì)按重量計5%至99%之量的碳水化合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物，其包含基于干物質(zhì)按重量計25%至90%之量的蛋白質(zhì)，和基于干物質(zhì)按重量計0%至30%之量的甘油酯，并且其中所述蛋白質(zhì)的約I %至35 %來自酵母蛋白質(zhì)并且所述蛋白質(zhì)的約65 %至99 %來自蛋白質(zhì)性植物部分,例如來自豆類和/或谷類。
24.根據(jù)權(quán)利要求22至23中任一項所述的經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物在經(jīng)加工的用于人和/或動物消耗的食品產(chǎn)品中的用途，或者作為用于食品或飼料產(chǎn)品之成分或者作為化妝品或藥物產(chǎn)品或營養(yǎng)補充劑之成分的用途。
25.食品、飼料、化妝品或藥物產(chǎn)品或營養(yǎng)補充劑，其含有按重量計I%至99%的根據(jù)權(quán)利要求22至23中任 一項所述的經(jīng)發(fā)酵固體產(chǎn)物。
【文檔編號】C12P7/10GK104185680SQ201280054468
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2012年10月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月6日
【發(fā)明者】奧勒·卡?！h森, 卡特里內(nèi)·維德·埃勒加德, 卡爾·克里斯蒂安·湯姆森 申請人:哈姆雷特蛋白質(zhì)有限公司