用於從生物質生產動物飼料的工藝的製作方法

2023-05-29 19:18:06

用於從生物質生產動物飼料的工藝的製作方法
【專利摘要】在此披露了用於從生物質生產動物飼料的工藝。還披露了這些加工的生物質以及任選地工業副產物作為動物飼料的用途。
【專利說明】用於從生物質生產動物飼料的工藝

【技術領域】
[0001] 本發明總體上涉及動物飼料。更具體地說，本發明涉及將木質纖維素生物質製造 為更易消化的動物飼料的方法，以及用於從生物質生產更有營養的動物飼料的工藝。 發明背景
[0002] 用粗糧例如玉米飼餵牛和單胃畜禽（豬，家禽）來提供能量、蛋白質、和礦物質。玉 米中的澱粉易於經由在動物體內的水解和酶解過程而被代謝，從而產生適合於從胃腸道吸 收的有機酸和糖類。當膳食中含有易於消化的穀物時，消化過程是高度進化且能量高效的。
[0003] 然而，全球對食物和可再生能源的日益上升的需求對於可用的糧食儲備造成壓 力，尤其是工業加工導致了許多問題。例如，存在來自家畜飼料澱粉的能量損失並且存在另 外產生的穀物幹磨副產品，其為動物提供了充足的蛋白質供應，但是存在著可消化能的缺 乏。
[0004] 木質纖維素生物質如玉米秸杆、小麥秸杆、和生物能源作物（例如，柳枝稷）主要 包含纖維素、半纖維素、和具有最大部分為纖維素的木質素部分。這些生物質主要包括碳水 化合物，其在理論上可以與富含蛋白質的副產品例如酒糟相組合以形成平衡的動物飼料產 品。
[0005] 然而，將這些生物質轉化成可用的碳水化合物是一種挑戰。纖維素包括具有高度 處理結晶度的β糖苷殘基的長鏈。半纖維素是一種無定形異質聚合物，並且木質素主要是 散布且連接在植物纖維內的纖維素和半纖維素之間的芳族聚合物。纖維素和半纖維素經由 家畜胃腸道中的酶解過程部分地分解到不同的程度，其中反芻動物物種更適於在擴大的前 胃或瘤胃中發酵這樣的碳水化合物源。然而，由於此類物質的部分不溶性、結晶性質、和木 質化，動物得不到的潛在可消化的纖維內容物保留在這些物質中。
[0006] 存在著某些方法來獲取儲存在這些物質中的潛能、以及在研究與商業開發活動區 中的生物質的積累。可以將農業殘餘物或生物質，例如玉米秸杆或小麥秸杆耙攏並打捆，以 產生圓形或方形的捆包。可以收集這樣的捆包並可將儲存在其中的生物質研磨成更小的顆 粒。一種處理這樣的生物質的方法是批量處理。批量處理包括研磨生物質且將研磨的生物 質加載到一個可以混合該研磨的生物質的容器中（例如飼料混合車），可以向其中加水以 便使該研磨的生物質均勻潤溼。在這種混合過程中，可以將一種無機水解劑（例如氧化鈣 粉末）加到該潤溼的研磨的生物質中，以便充分地將該無機水解劑與該潤溼的研磨的生物 質混合。所得的混合物可以從該容器中排出到貯藏器或塑膠袋中，並且進行厭氧儲存。然 而，這樣的批量處理需要相當可觀的時間、設備、和勞動。
[0007] 因而，對於發現從能夠替代家畜日糧中的穀物和澱粉的生物質形成動物飼料的途 徑存在著需要。對於使木質纖維素能夠被加工以提高包含在其中的纖維的可消化性以改進 動物可用能源的途徑也存在著需要。 概述
[0008] 在它的每一不同實施例中，本發明實現了這些需要並且披露了改進的處理生物質 以使其中的碳水化合物對於動物飼料的可消化性而言是更可及的方法。
[0009] 在一個實施例中，一種用於將生物質轉化為更易消化的動物飼料的連續工藝包括 將生物質粉碎成更小的部分並使這些更小的部分在25% -55 %的含溼量下在環境溫度和 環境壓力下與一種水解劑和水接觸，從而產生處理過的生物質。
[0010] 在一個另外的實施例中，一種用於生產動物飼料的連續工藝包括將生物質粉碎成 更小的部分並使這些更小的部分與一種包含無機水解劑和水的漿料接觸，使得這些被接觸 的更小的部分的含溼量在25% -55%之間，從而產生處理過的生物質。該工藝進一步包括 儲存該處理過的生物質持續至少24小時並且用該儲存的生物質飼餵動物。
[0011] 在另一個實施例中，一種將生物質轉化為更易消化的動物飼料的系統包括：一個 將生物質粉碎成更小的部分的裝置、用於移動這些更小的部分離開該裝置的輸送帶、以及 用於將包含一種無機水解劑的水溶液噴霧到該輸送帶上的這些更小的部分上的工具。 附圖簡要說明
[0012] 圖1展示了用來使一種水解劑與本發明的生物質接觸的系統的一個實施例。
[0013] 圖2展示了用於使一種水解劑與本發明的生物質接觸的噴霧棒的一種配置的實 施例。 詳細說明
[0014] 一直以來都在致力於製備更易消化的動物飼料。美國專利申請公開案2008220125 披露了製造更易消化的動物飼料的方法。諸位發明人已經發現一種用於處理含有纖維的木 質纖維素生物質以增加該木質纖維素部分的可消化性的工藝，從而提供用於反芻動物和單 胃動物的動物飼料。該工藝可以連續運行並且處理高容量的生物質。
[0015] 本發明有助於促進農業的可持續性。由於本發明的工藝產生了可取代玉米和草 料（例如未經處理的玉米秸杆）的包含處理過的生物質和農業副產物的動物飼料產品，本 發明有助於減輕有關從玉米生產乙醇的碳強度的擔憂。此外，與已知的生物質加工技術相 t匕，本發明是能源密集程度較低的，並且由於經過處理的生物質具有液體保持能力，本發明 能夠利用處於其溼潤形式的液體飼料成分，從而緩和乾燥過程的能源密集的程度。
[0016] 在一個實施例中，本發明披露了用於從改進的木質纖維素生物質生產動物飼料的 工藝。在另一個實施例中，本發明的工藝可以與農業加工的副產物相結合。
[0017] 在一個實施例中，本發明描述了一種用於處理生物質的連續工藝，其包括減小該 生物質的尺寸並使該生物質與一種水解劑接觸。本發明的工藝將設備要求和處理每噸生物 質的勞動降低到最低限度，因而產生了更低的加工成本。該連續工藝還產生了一致且均勻 的產品。
[0018] 在一個實施例中，一種用於將生物質轉化為更易消化的動物飼料的工藝包括將生 物質粉碎成更小的部分並使這些更小的部分在25% -55 %的含溼量下在環境溫度和環境 壓力下與一種水解劑接觸，從而產生處理過的生物質。
[0019] 在一個實施例中，一種用於將生物質轉化為更易消化的動物飼料的連續工藝包括 將生物質粉碎成更小的部分並使這些更小的部分在25% -55%的含溼量下在環境溫度和 環境壓力下與一種水解劑和水接觸，從而產生處理過的生物質。
[0020] 該處理過的生物質可以儲存至少24小時並且可以在有氧條件下儲存。粉碎生物 質可以包括研磨、剪切、或研磨並剪切該生物質。使生物質與該水解劑接觸可以在粉碎該生 物質的裝置中進行。該含溼量可以在45%-55%之間。該水解劑可以是一種選自下組的無 機水解劑，該組的組成為：氧化物、氫氧化物、過氧化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽、過碳酸鹽、氧化 鈣、氫氧化鈣、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鎂、氫氧化鎂、石灰、碳酸鈉、碳酸氫鈉、過碳酸鈉、 碳酸鉀、碳酸氫鉀、過碳酸鉀，以及它們任何一種的組合。
[0021] 該連續工藝還可以包括將生物質置於一個裝置中用於將該生物質粉碎成更小的 部分並且用一個移動這些更小的部分的運載裝置從用於粉碎該生物質的裝置移除這些更 小的部分。用該運載裝置上的水溶液對這些更小的部分進行噴霧。該連續工藝可進一步包 括將一種農業副產物與該處理過的生物質混合。
[0022] 該生物質可以選自下組，該組的組成為：生物燃料作物、生物能源作物、多年生草、 作物殘餘物、食物廢物、藻塊、甘蔗、玉米芯、玉米皮、玉米秸杆、小麥秸杆、小麥殼、柳枝稷、 芒草（miscanthus)、玉米纖維、大豆纖維、大豆皮、大豆秸杆、可可豆皮、幹酒糟、帶有可溶物 的幹酒糟、大麥杆、稻草、亞麻殼、小麥胚芽粉、玉米胚芽粉、棉籽殼、棉籽廢棄物、穀物秸杆、 高粱、草、以及它們的任何組合。
[0023] 該連續工藝還可以包括將這些更小的部分分離成細部分和粗部分。分離這些更小 的部分可以包括使這些更小的部分穿過一個表面中的至少一個開口，收集穿過該至少一個 開口的這些更小的部分，從而產生該細部分，並且收集沒有穿過該至少一個開口的這些更 小的部分，從而產生該粗部分。
[0024] 與這些更小的部分比較，該細部分具有改進的液體保持特徵、改進的可消化性或 它們的組合。
[0025] 分離這些更小的部分可包括使這些更小的部分通過一個空氣流，並且可以在這些 更小的部分與該水解劑接觸之後進行。
[0026] 該連續工藝還可以包括用該細部分飼餵第一種動物，並且用該粗部分飼餵不同於 第一種動物的第二種動物。第一種動物可以是肉牛。第二種動物可以是奶牛或豬。
[0027] 該連續工藝可能每分鐘加工至少350千克的生物質，或者能夠每分鐘加工至少 450千克的生物質。
[0028] 該連續工藝還可以包括使該處理過的生物質緻密化，並且在該緻密化之前可以將 該處理過的生物質與一種液體飼料成分混合。使該處理過的生物質緻密化可以包括選自下 組的行動，該組的組成為：將該處理過的生物質造粒，將該處理過的生物質壓塊，和它們的 組合。
[0029] 該水解劑可以包括選自下組的礦物質，該組的組成為：鈣、鈉、鉀、鎂、和它們的任 何組合。在這樣的情況下，該工藝可以進一步包括用該處理過的生物質飼餵一種動物，並且 將一定量的礦物質置於噴霧到這些更小的部分上的水溶液中，使得由該動物消費的礦物質 的量與該動物的膳食指導方針相對應。
[0030] 使這些小的部分與該水溶液接觸可以包括用該水溶液對這些更小的部分進行噴 霧。可以在一臺聯合收割機中進行將該生物質粉碎成更小的部分。該水解劑和水可以在水 溶液中，或者該水解劑可以是一種固體。該水解劑可以按重量計大約2 %到大約10 %的量 存在。
[0031] 一種用於生產動物飼料的連續工藝包括將生物質粉碎成更小的部分並使這些更 小的部分與一種包含無機水解劑和水的漿料接觸，使得這些被接觸的更小的部分的含溼量 在25% -55%之間，從而產生處理過的生物質。該工藝進一步包括儲存該處理過的生物質 持續至少24小時並且用該儲存的生物質飼餵動物。
[0032] 該生物質可以是玉米秸杆。粉碎生物質可以包括研磨、撕碎、或研磨並撕碎該生物 質。該工藝可以進一步包括移動這些更小的部分離開用於粉碎該生物質的一個裝置，並且 移動到被配置為用於使這些更小的部分與該漿料接觸的裝置上。
[0033] 使這些小的部分與該漿料接觸可以包括將該漿料從一個容器泵送到用於噴霧該 漿料到這些更小的部分上的裝置，並且將該漿料噴霧到該這些更小的部分上。
[0034] 該工藝可以進一步包括從田野收集該生物質。收集該生物質可以包括從田野耙攏 並捆包該生物質，或者可以包括從一臺聯合收割機捆包該生物質。
[0035] 該無機水解劑可以選自下組，該組的組成為：氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、碳酸氫 鹽、過碳酸鹽、氧化鈣、氫氧化鈣、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鎂、氫氧化鎂、石灰、碳酸鈉、碳 酸氫鈉、過碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鉀、過碳酸鉀，以及它們任何一種的組合。
[0036] 該生物質可以在有氧或厭氧條件下儲存。
[0037] 該連續工藝可進一步包括將一種酸性農業副產物與該處理過的生物質混合。該酸 性農業副產物可以是液體。
[0038] 該無機水解劑可以是石灰。該含溼量可以在45%-55%之間。該工藝可以在環境 壓力和環境溫度下進行。該工藝可能每分鐘加工至少350千克的玉米秸杆，或者能夠每分 鍾加工至少450千克的生物質。
[0039] 該工藝可以進一步包括將這些更小的部分分離成細部分和粗部分。
[0040] 在一個實施例中，一種將生物質轉化為更易消化的動物飼料的系統包括：一個將 生物質粉碎成更小的部分的裝置、用於移動這些更小的部分離開該裝置的輸送帶、以及用 於將包含一種無機水解劑的水溶液噴霧到該輸送帶上的這些更小的部分上的工具。該系統 可以進一步包括用於將這些更小的部分分離成細部分和粗部分的設備。
[0041] 在另一個實施例中，一種用於生產動物飼料的連續工藝包括將生物質粉碎成更小 的部分並使這些更小的部分與一種包含無機水解劑和水的漿料接觸，使得這些被接觸的更 小的部分的含溼量在25% -55%之間，從而產生處理過的生物質。該工藝還包括儲存該處 理過的生物質持續至少24小時並且用該儲存的生物質飼餵動物。
[0042] 在又一個另外的實施例中，一種用於從玉米秸杆生產動物飼料的工藝包括將玉米 秸杆粉碎成更小的部分，並且使一種無機水解劑與這些更小的部分和水接觸，使得這些更 小的部分和該無機水解劑的含溼量在25% -55%之間，從而產生處理過的玉米秸杆。該工 藝進一步包括儲存該處理過的玉米秸杆持續至少24小時並且用該儲存的處理過的玉米秸 杆飼餵一種反芻動物。
[0043] 在另一個實施例中，通過向該生物質加水，該生物質的含溼量被提高到至少35%， 並且在另一個實施例中，該含溼量被提高到大約50%。可以將該水解劑懸浮在水中以形成 一種漿料，該漿料可以與該生物質接觸。因而，在該水解劑與該生物質接觸的同時，該生物 質的含溼量被調節。在該生物質被研磨之後，可以將水和/或水解劑施用到該生物質上，從 而導致該生物質的連續研磨和處理。
[0044] 在另一個實施例中，本發明的工藝產生了在儲存期間均勻改進且穩定的處理過的 生物質。該加工的生物質可以在有氧條件下儲存而沒有分解，並且出人意料的是，這樣的有 氧儲存實際上提高了飼料價值。
[0045] 這些處理過的生物質可以與農業副產物組合，例如，來自發酵工藝的副產物，包括 但不限於酒糟、玉米蛋白飼料、玉米酒糟可溶物、濃縮的發酵的玉米提取物、和賴氨酸發酵 可溶物。該副產物可以源於食品製備、乙醇發酵或生物燃料生產過程。這些處理過的生物 質與這樣的副產物的組合可以用作穀物飼料的替代物，其中相比於穀物產品，該組合與肉 製品和奶製品具有相似的且可能更好的組合轉化。
[0046] 這些農業副產物含有對動物有益的蛋白質、維生素、和礦物質。需要注意的是保證 某些營養素不被過量飼喂，過量飼餵可能損害動物的生產性能。例如，餵食過多的硫可導致 牛的硫化氫中毒，餵食過多的氮和/或磷可能具有負面環境影響，並且餵食過多的鈉和/或 鉀可能增加土壤鹽化的風險。然而，當與農業副產物組合時，本發明的改進的生物質可以有 助於建立更有利的營養素平衡，從而改進動物飼料混合物的整體利用。
[0047] 在一個實施例中，一種用於生產改進的生物質的工藝包括使一種生物質源與一種 水解劑接觸持續一段時間，該時間足以增加該生物質源的可消化性至少大約10%，或者該 時間足以溶解該生物質源中的至少15%的膳食纖維。在該過程中，當與該水解劑接觸時，該 生物質源具有50%或更小的含溼量，或者在另一個實施例中具有大約50%的含溼量。
[0048] 在一個實施例中，本發明的工藝是在連續操作中進行的。該水解劑與該生物質的 接觸與物理過程密切相關，該物理過程用來減小該生物質的尺寸，以便使該工藝更有效。例 如，可以例如通過研磨、剪切和/或撕碎將該生物質的尺寸減小，並且隨後使其與該水解劑 接觸，該生物質可以與該水解劑接觸，並且隨後其尺寸被減小，或者，可以同時使該生物質 尺寸減小並且與該水解劑接觸。該尺寸減小過程和該生物質與水解劑接觸的過程的密切物 理接近性減少了生物質加工所需要的機械操作數目。
[0049] 在另一個實施例中，可以將農業副產物添加到該生物質中，在物理上密切接近該 尺寸減小過程和/或該生物質與該水解劑接觸的過程，以便實現高效。在減小該生物質的 尺寸之後，使該生物質與該水解劑接觸，將該農業副產物與該生物質混合，或者它們的任何 組合，在飼餵一種動物之前，可以將該生物質在厭氧或有氧條件下儲存。
[0050] 在一個另外的實施例中，在該生物質被減小尺寸之後，例如在尺寸減小60秒以內 之後，使該生物質與該水解劑接觸。取決於所使用的水解劑，來自已經與該水解劑接觸的該 生物質的水提取物的PH可以超過9或者可以超過10。
[0051] 該水解劑可以選自下組，該組包括：pH調節劑、氧化劑、或它們的組合。該水解劑 可以在大約2%到大約10%，或從大約2. 5%到大約8%之間的濃度存在。該水解劑可以是 一種選自下組的無機水解劑，該組的組成為：氧化物、氫氧化物、過氧化物、碳酸鹽、碳酸氫 鹽、過碳酸鹽、氧化鈣、氫氧化鈣、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鎂、氫氧化鎂、石灰、碳酸鈉、碳 酸氫鈉、過碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鉀、過碳酸鉀，或者及它們任何一種的組合。可以選擇或 配製該水解劑，以針對特異性礦物質實現改進的動物營養，從而降低由飼餵任何一種礦物 質引起的環境影響，和/或提高處理生物質中的特異性木質纖維素材料的效力。
[0052] 在另一個實施例中，該水解劑可以是一種包含在此披露的兩種或更多種水解劑的 混合鹼製劑。有時使用一種單一的鹼可能遇到限制，例如可能的土壤鹽漬化、水解劑的成 本、水解劑的活性，以及最終動物飲食的礦物質貢獻，或其他限制。
[0053] 在又一個另外的實施例中，可以與水解劑結合使用一種表面活性劑來處理該生物 質。這樣的表面活性劑將被選擇為在選定的水解劑的PH下起作用和/或作為一種相轉移 催化劑起作用。該表面活性劑可以包括一種季銨鹽和/或叔琉（tertiary sulfonium)化 合物，例如甜菜鹼和/或3-二甲基磺基異丙酸（DMSP)。該表面活性劑還可以是一種包含 卵磷脂、乳酸鈉、聚山梨酯80、乳酸、大豆脂肪酸、和乳酸乙酯的組合物。在本發明的工藝之 內，該表面活性劑可以與該水解劑按順序施用於該生物質，或者可以與該水解劑混合，使得 該表面活性劑和該水解劑與該生物質同時接觸，從而改進在水性溶液中的該水解劑的處理 特徵和懸浮性，並且改進該水解劑溶解該生物質內的物質的效力。
[0054] 在又另一個實施例中，該生物質可以與作為該水解劑的一種酶或者與該水解劑相 組合的一種酶接觸。可以使用的酶包括但不限於，纖維素酶、半纖維素酶、木聚糖酶、酯酶、 蛋白酶、和它們的任何組合。這些酶也可以來自活生物體和/或具有酶活性的提取物。可 以使這些酶與該生物質接觸持續一段時間，該時間足以使碳水化合物從該生物質內的纖維 源溶出。可以在使該水解劑、相轉移催化劑、和/或表面活性劑與該生物質接觸之前、之後、 或同時使該酶與該生物質接觸。該酶可以在至少20°C的溫度或在從(TC到80°C的範圍被利 用。在另一個實施例中，在進一步加工並且飼餵動物之前，可以在有氧條件或厭氧條件下儲 存該加工的生物質持續長達10天的一段時間。
[0055] 在不同的實施例中，該生物質選自下組，該組的組成為：生物燃料作物、生物能源 作物、多年生草、作物殘餘物、食物廢物、玉米秸杆、玉米芯、玉米皮、玉米秸杆、籽粒以外的 材料（MOG)、玉米青小麥結杆、小麥殼、柳枝稷、芒草（miscanthus)、玉米纖維、大豆纖 維、大豆皮、大豆秸杆、可可豆皮、幹酒糟、帶有可溶物的幹酒糟、藻生物質、大麥杆、稻草、 亞麻殼、小麥胚芽粉、玉米胚芽粉、棉籽殼、棉籽廢棄物、穀物秸杆、高粱、高粱渣、高粱榨渣 (expressed sorghum residue)、甘鹿、草、或它們的任何組合。本發明的處理過的生物質也 可以與飼料成分、液體或固體混合，以提高動物飼料的營養質量。這些飼料成分可以選自下 組，該組的組成為：濃縮發酵提取物、濃縮蒸餾可溶物、基於植物的皂腳、糖蜜、玉米糖漿、發 酵可溶物、發酵液、發酵生物質、胺基酸、藻質、甘油、脂肪類、油類、卵磷脂、和任何它們的組 合。該飼料成分可以呈乾燥的或固體的形式，並且可以用來與通過該纖維水解步驟或多個 步驟形成的不溶和可溶性碳水化合物的混合物形成溼潤的或乾燥的飼料混合物。
[0056] 在又一個另外的實施例中，一種用於生產更易消化的生物質的工藝包括使一種生 物質與一種纖維水解劑接觸持續足以使碳水化合物的第一部分從該生物質中的木質纖維 素材料溶出的一段時間，並且任選地使該生物質與一種酶接觸持續足以使碳水化合物的第 二部分從該生物質中的木質纖維素材料溶出的一段時間。具有不溶性纖維部分和可溶性碳 水化合物部分的經接觸或處理的生物質可以"照原樣"用來飼餵一種動物，而不需進一步處 理，或者在另一個實施例中，可以被乾燥。這樣的工藝是有利的，因為它可以在環境溫度和 環境壓力下實施。
[0057] 在另一個實施例中，可以使一種生物質與該酶和該水解劑以任何順序接觸，S卩，通 過首先與該酶接觸、首先與該水解劑接觸，或者該生物質可以與該酶和該水解劑同時接觸。 此外，也可以將在此描述的一種表面活性劑添加到這個工藝中。
[0058] 在又一個另外的實施例中，該生物質被減小成顆粒或具有大約6mm到大約76mm的 最長平均大小、維度的尺寸，以便與該水解劑和/或酶接觸。該顆粒尺寸在其最長維度上也 可以是大約50mm。
[0059] 在一個另外的實施例中，一種用於處理生物質的工藝包括將一種生物質的顆粒尺 寸減小，使該減小顆粒尺寸的生物質與一種水解劑接觸，並且儲存該減小顆粒尺寸的已經 與該水解劑接觸的生物質。該生物質可以儲存大約24小時到大約240小時。該工藝可以 是連續的並且可以在環境溫度和環境壓力下進行。與該水解劑接觸使碳水化合物的第一部 分從該生物質溶出。任選地，該生物質也可以與一種酶接觸以使碳水化合物的第二部分從 該生物質溶出。可以將已經與該水解劑和/或該酶接觸的生物質壓實（即，緻密化）並將 其在塑膠袋、貯藏器、或筒倉中在厭氧條件下儲存，或者可以在有氧條件下在沒有被壓實的 情況下儲存。可以例如通過添加乙醇、生物燃料副產物、無機酸（例如硫酸或磷酸）、或有機 酸（例如甲酸、乙酸、乳酸或檸檬酸）調節該接觸過的生物質的pH。源或酶或有機酸也可以 是保留生物活性的微生物質、活的微生物添加劑、和微生物接種劑。
[0060] 在一個實施例中，還披露了通過在此描述的工藝生產的動物飼料。這樣的動物飼 料包括不溶性纖維部分和可溶性碳水化合物部分，各自源於處理過的生物質。該動物飼料 可以任選地包括補充成分，以便為動物提供改進的營養。該動物飼料可以包括具有大約 0. 5mm到大約76mm之間的最長維度、或者最長維度為大約25mm的不溶性纖維部分。該動物 飼料還可以包括該處理過的生物質中的總碳水化合物的百分比的至少大約45 %的可溶性 碳水化合物。該動物飼料還可以包括如在此所述的一種酶。
[0061] 在另一個實施例中，通過在與該水解劑和/或該酶接觸之前或之後減小該生物質 到大約0. 5_到大約12_的平均粒徑，可以製成一種通過本發明的工藝生產的更緻密的動 物飼料。還可以將水添加到該生物質中並且作為游離水或蒸汽與其混合，並且可以在處理 該生物質的過程中或者在處理之後的一個緻密化過程（例如造粒或壓塊）中加入。在另一 個實施例中，一種另外的飼料成分、液體或固體可以與該處理過的生物質混合，並且與該處 理過的生物質一起緻密化。
[0062] 在一個實施例中，在處理該生物質的工藝過程中該生物質的含溼量可以受到控 制，以便引出可能的碳水化合物的最有效溶出。可以在與該水解劑接觸之前、在該水解劑與 該生物質接觸的同時、或者在該生物質與該水解劑接觸之後將水加入到該生物質中。
[0063] 在一個另外的實施例中，該處理過的生物質可以是溼潤的或者可以是乾燥的，這 取決於所希望的用途。如果是乾燥的，含溼量可以是10% -14%的水分。
[0064] 在又一個另外的實施例中，可以基於尺寸、密度和/或液體保持能力將已經與該 水解劑接觸過的生物質或者在用該水解劑處理之前的生物質分開。該處理過的生物質的物 理分離可以通過風選、使用篩子、使用滾筒篩、或其他手段來完成，並且可使得能夠形成源 於一個單處理工藝的優化配置的溼潤和/或乾燥的動物飼料混合物。這樣的物理分離可以 產生更小的細部分和較大的粗部分。
[0065] 將該生物質分離成細部分和粗部分還具有附加的操作益處，因為該細部分可更易 於隨著輸送帶移動、被放入轉鼓式乾燥機中、或其他益處。該細部分和粗部分每一者還可具 有營養益處，可基於動物的生產性能、動物種類、動物的生產階段、和/或動物的營養需求 用這些部分飼餵不同的動物。例如，該粗部分可以用來飼餵生長期乳用小母牛，並且該細部 分可以用來飼餵對於纖維攝入具有更多限制的泌乳動物。
[0066] 在一個實施例中，一種處理本發明生物質的工藝包括施用一種氫氧化鈣漿料溶 液，其中以該生物質的乾物質的5%添加氧化鈣，並且具有一定量的水，使得該處理過的生 物質具有大約50%的含溼量。本發明使用的含溼量小於用於處理生物質的其他工藝的含溼 量，因此允許更少的水用量。此外，在本發明中使用的水量需考慮到當氧化鈣與水反應時出 現的放熱反應的足夠吸熱能力。 實例
[0067] 提供了以下示例性的非限制性實例以進一步描述在此呈現的實施例。本領域的普 通技術人員將理解的是這些實例的變化可能在本發明的範圍內。
[0068] 實例1.整合的尺寸減小和接觸工藝。
[0069] 進行了 一系列研究來評估用於同時進行尺寸減小和生物質處理的裝備和方法。開 發了在這些研究中使用的玉米秸杆的噸數以及用於處理生物質和生產動物飼料的高容量 工藝。
[0070] 設計了一種連續剪切與接觸系統，以便在典型的商業規模的生物質加工的條件下 運行。該剪切/接觸系統在可變的原料質量以及正如從收集自田野的生物質所預期的包含 可見碎片和汙染物的原料的條件下運行。
[0071] 包括莖、葉、皮和芯在內的籽粒被去除的玉米殘留物（即，玉米秸杆）被用作木質 纖維素材料源或生物質。使用可商購的滾筒研磨機（黑巴斯特（HAYBUSTER)型1150)將 玉米秸杆剪切，並且使剪切的玉米秸杆與一種在該滾筒研磨機的卸料帶上的無機水解劑接 觸。
[0072] 用來施用該無機水解劑的裝備包括一個計量所添加的溶液的量的進料系統以及 被配置為帶有被設計為均勻溼潤生物質的噴嘴的噴霧棒。用來向該生物質施用該水解劑的 系統的圖解顯示在圖1中。該系統包括含有該水解劑的容器10、用於從該容器10移除該水 解劑的軟管12、用於泵送該水解劑和水的泵14、用於運送該水解劑和水以便施用給該生物 質例如玉米秸杆的軟管16、用於使該水解劑和水與該生物質接觸的U形歧管18、以及用於 移動該玉米秸杆離開該粉碎機（未顯示）的輸送帶20。
[0073] 該容器10可以是一個帶有混合裝置的混合槽，用於攪拌在水中的水解劑以保持 這樣的漿料在稠度上是均勻的。
[0074] 該U形歧管18包括兩個噴霧棒19,各自將該水解劑和水噴霧到該生物質上。當該 生物質移動通過輸送帶20上的U形歧管18時，噴霧棒19相對於該輸送帶20橫向安裝。一 個噴霧棒包括八個孔洞，所述孔洞的最大直徑為6. 4mm，並且這些孔洞以大約76mm間隔開。 另一個噴霧棒包括九個孔洞，所述孔洞的最大直徑為6. 4mm，並且這些孔洞以大約76mm間 隔開。在這兩個噴霧棒19上的孔洞的位置是交錯的，使得當這兩個噴霧棒19串聯操作時， 該水解劑以大約37mm的距離跨過760mm的輸送帶20的寬度而被施用到輸送帶20上的玉米 秸杆上。將一種雙重過濾機制（未顯示）整合到該系統中，以從該水解劑和水中過濾出任 何碎片，並且使該系統能夠被淨化，甚至當該系統以恆定的容量正在進行加工時也是如此。
[0075] 這些噴霧棒19具有精確大小並定位的孔洞，使得能夠用在水中的該水解劑的漿 料適當且完全地潤溼經研磨的生物質，以使化學反應快速且完全。
[0076] 第二U形歧管18被構建，其具有在直徑上為9. 5mm的相似地間隔開的孔洞。具有 更大的孔洞的該第二U形歧管與該第一 U形歧管以相似的方式進行操作，並且彼此鄰近地 操作這兩個U形歧管。出料口鑽在底部中，S卩，這些噴霧棒19的面向該輸送帶20的部分， 並且堅向朝下成角度，以便促進該水解劑和水以穿透流與該生物質接觸。將該水解劑和水 以一定的壓力施用於該生物質，該壓力足以引起該水解劑穿透在該輸送帶20上的生物質 的全深度。通過使用兩套U形歧管18,可以增加生物質的量的容量，但是本領域的普通技 術人員清楚的是，可以使用兩個以上的U形歧管中的一個。將多個閥22添加到該U形歧管 18中，與每個噴霧棒19對齊，以改進該水解劑流率的控制，並且使得能夠針對輸送帶20的 不同速度以及在輸送帶20上的生物質的量和尺寸確定該水解劑的施用速率。在每個噴霧 棒19上也可以存在一個清洗排放閥24,使得在該工藝過程中在需要時能夠進行清洗。
[0077] 該U形歧管與該滾筒研磨機的（未顯示）出料輸送帶20配合。該滾筒研磨機安裝 有76mm (3英寸）的圓孔篩。使用這種設置，研磨了 75個玉米結杆包（每個大約重545kg), 並且將大約7000個加侖的水解劑（石灰懸浮液）在80分鐘內不停地施用到研磨的玉米秸 杆上。這樣的設置使得能夠用該水解劑每小時處理10公噸的幹玉米秸杆。在又一個另外 的實施例中，用於運送該水解劑和水的軟管16、U形歧管18、和閥22可以配置有四個噴霧 棒19,如在圖2中所示。
[0078] 在另一個實施例中，評估了研磨速率對玉米秸杆與該水解劑接觸的影響。通過改 變該研磨機中的篩子尺寸，改變了該滾筒研磨機的研磨速率（kg/hr)，其中評估了 76mm、 127_、和178mm的篩子尺寸。該水解劑（懸浮的石灰）作為水化懸浮液施用，以實現在重 量：重量乾物質基礎上的5%石灰施用率。這樣的評估還允許確定是否更精細的研磨將改 進該玉米秸杆與該水解劑的接觸。針對每個篩子尺寸研磨了十個玉米秸杆包，並且使用圖 1的系統施用了該水解劑（石灰懸浮液）。對於每個評估的篩子尺寸，經過研磨但是未用該 水解劑處理的五個秸杆包用作基線或對照。
[0079] 在從該滾筒研磨機的輸送帶排出之後，立即收集對照玉米秸杆樣品和用水解劑處 理的玉米秸杆，並且通過用蒸餾水提取該玉米秸杆並測量提取液的PH，測量了 pH。這使得 具備查明該玉米秸杆是否已經與該水解劑接觸的能力，正如以PH的增加為證據。這些結果 呈現在表1中並且表明，該施用裝置能夠成功地向該玉米秸杆施用該水解劑，正如以pH的 增加所指示的。該施用裝置能夠成功地每小時向11. 5到27公噸的幹玉米秸杆施用水解劑。
[0080] 表1.在一個整合的剪切-加工系統中與水解劑（懸浮的石灰）接觸的玉米秸杆 的特徵。

【權利要求】
1. 一種用於將生物質轉化為更易消化的動物飼料的連續工藝，該工藝包括： 將生物質粉碎成更小的部分；並且 使這些更小的部分在25% -55%的含溼量下在環境溫度和環境壓力下與一種水解劑 和水接觸，從而產生處理過的生物質。
2. 如權利要求1所述的工藝，進一步包括將該處理過的生物質儲存至少24小時。
3. 如權利要求1所述的工藝，其中粉碎該生物質包括研磨、剪切、或研磨並剪切該生物 質。
4. 如權利要求1所述的工藝，其中該接觸在粉碎該生物質的一個裝置中進行。
5. 如權利要求1所述的工藝，進一步包括： 將該生物質置於一個裝置中用於將該生物質粉碎成更小的部分；並且 用一個移動這些更小的部分的運載裝置從用於粉碎該生物質的裝置移除這些更小的 部分； 其中對這些更小的部分用該運載裝置上的水溶液進行噴霧。
6. 如權利要求1所述的工藝，進一步包括將一種農業副產物與該處理過的生物質混 合。
7. 如權利要求1所述的工藝，其中該含溼量在45% -55%之間。
8. 如權利要求1所述的工藝，其中該水解劑是一種選自下組的無機水解劑，該組的包 括：氧化物、氫氧化物、過氧化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽、過碳酸鹽、氧化鈣、氫氧化鈣、氫氧化 鈉、氫氧化鉀、氧化鎂、氫氧化鎂、石灰、碳酸鈉、碳酸氫鈉、過碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鉀、過 碳酸鉀，以及它們任何一種的組合。
9. 如權利要求1所述的工藝，其中該生物質選自下組，該組的組成為：生物燃料作物、 生物能源作物、多年生草、作物殘餘物、食物廢物、藻塊、甘蔗、玉米芯、玉米皮、玉米秸杆、小 麥秸杆、小麥殼、柳枝稷、芒草、玉米纖維、大豆纖維、大豆皮、大豆秸杆、可可豆皮、幹酒糟、 帶有可溶物的幹酒糟、大麥杆、稻草、亞麻殼、小麥胚芽粉、玉米胚芽粉、棉籽殼、棉籽廢棄 物、穀物秸杆、高粱、草、以及它們的任何組合。
10. 如權利要求2所述的工藝，其中該處理過的生物質在有氧條件下儲存。
11. 如權利要求1所述的工藝，進一步包括將這些更小的部分分離成細部分和粗部分。
12. 如權利要求11所述的工藝，其中分離這些更小的部分包括： 使這些更小的部分穿過一個表面中的至少一個開口； 收集通過該至少一個開口的這些更小的部分，因而產生該細部分；並且收集未通過該 至少一個開口的這些更小的部分，因而產生該粗部分。
13. 如權利要求11所述的工藝，其中與這些更小的部分比較，該細部分具有改進的液 體保持特徵、改進的可消化性或它們的組合。
14. 如權利要求11所述的工藝，其中分離這些更小的部分包括使這些更小的部分通過 一個空氣流。
15. 如權利要求11所述的工藝，其中該分離在這些更小的部分與該水解劑接觸之後進 行。
16. 如權利要求11所述的工藝，進一步包括： 用該細部分飼餵第一種動物；並且 用該粗部分飼餵不同於該第一種動物的第二種動物。
17. 如權利要求16所述的工藝，其中該第一種動物是肉牛。
18. 如權利要求17所述的工藝，其中該第二種動物是奶牛或豬。
19. 如權利要求1所述的工藝，其中該工藝能夠每分鐘加工至少350千克的生物質。
20. 如權利要求1所述的工藝，其中該工藝能夠每分鐘加工至少450千克的生物質。
21. 如權利要求1所述的工藝，進一步包括使該處理過的生物質緻密化。
22. 如權利要求21所述的工藝，進一步包括在該緻密化之前將該處理過的生物質與一 種液體飼料成分混合。
23. 如權利要求21所述的工藝，其中使該處理過的生物質緻密化包括選自下組的行 動，該組的組成為：將該處理過的生物質造粒，將該處理過的生物質壓塊，和它們的組合。
24. 如權利要求1所述的工藝，其中該水解劑包括選自下組的礦物質，該組的組成為： 鈣、鈉、鉀、鎂、和它們的任何組合，進一步包括： 用該處理過的生物質飼餵一種動物；並且 將一定量的礦物質置於噴霧到這些更小的部分上的水溶液中，使得由該動物消費的礦 物質的量與該動物的膳食指導方針相對應。
25. 如權利要求1所述的工藝，其中使這些小的部分與該水溶液接觸包括用該水溶液 對這些小的部分進行噴霧。
26. 如權利要求1所述的工藝，其中將該生物質粉碎成更小的部分在一臺聯合收割機 中進行。
27. 如權利要求1所述的工藝，其中該水解劑和水在一種水溶液中。
28. 如權利要求1所述的工藝，其中該水解劑是一種固體。
29. 如權利要求1所述的工藝，其中該水解劑以按重量計大約2%到大約10%的量存 在。
30. -種用於生產動物飼料的連續工藝，該工藝包括： 將生物質粉碎成更小的部分； 使這些更小的部分與一種包含無機水解劑和水的漿料接觸，使得這些被接觸的更小的 部分的含溼量在25% -55%之間，從而產生處理過的生物質； 儲存該處理過的生物質持續至少24小時；並且 用該儲存的生物質飼餵一種動物。
31. 如權利要求30所述的連續工藝，其中該生物質是玉米秸杆。
32. 如權利要求30所述的連續工藝，其中粉碎該生物質包括研磨、撕碎、或研磨並撕碎 該生物質。
33. 如權利要求30所述的連續工藝，進一步包括移動這些更小的部分離開用於粉碎該 生物質的一個裝置，並且移動到被配置為用於使這些更小的部分與該漿料接觸的裝置上。
34. 如權利要求30所述的連續工藝，其中使這些小的部分與該漿料接觸包括： 將該漿料從一個容器泵送到用於噴霧該漿料到這些更小的部分上的裝置；並且 將該漿料噴霧到該這些更小的部分上。
35. 如權利要求30所述的連續工藝，進一步包括從田野收集該生物質。
36. 如權利要求35所述的連續工藝，其中所述的收集該生物質包括從田野耙攏並捆包 該生物質。
37. 如權利要求35所述的連續工藝，其中所述的收集該生物質包括從一臺聯合收割機 捆包該生物質。
38. 如權利要求30所述的連續工藝，其中該無機水解劑選自下組，該組的組成為：氧 化物、氫氧化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽、過碳酸鹽、氧化鈣、氫氧化鈣、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化 鎂、氫氧化鎂、石灰、碳酸鈉、碳酸氫鈉、過碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鉀、過碳酸鉀，以及它們任 何一種的組合。
39. 如權利要求30所述的連續工藝，其中該生物質在有氧條件下儲存。
40. 如權利要求30所述的連續工藝，其中該生物質在厭氧條件下儲存。
41. 如權利要求30所述的連續工藝，進一步包括將一種酸性農業副產物與該處理過的 生物質混合。
42. 如權利要求30所述的連續工藝，其中該酸性農業副產物是液體。
43. 如權利要求30所述的工藝，其中該無機水解劑是石灰。
44. 如權利要求30所述的工藝，其中該含溼量在45% -55%之間。
45. 如權利要求30所述的工藝，其中該工藝是在環境壓力和環境溫度下進行的。
46. 如權利要求30所述的工藝，其中該工藝能夠每分鐘加工至少350千克的玉米秸杆。
47. 如權利要求30所述的工藝，其中該工藝能夠每分鐘加工至少450千克的生物質。
48. 如權利要求30所述的工藝，進一步包括將這些更小的部分分離成細部分和粗部 分。
49. 一種用於將生物質轉化為更易消化的動物飼料的系統，該系統包括： 一個用於將生物質粉碎成更小的部分的裝置； 用於移動這些更小的部分離開該裝置的輸送帶；和 用於將包含一種無機水解劑的水溶液噴霧到該輸送帶上的這些更小的部分上的工具。
50. 如權利要求49所述的系統，進一步包括用於將這些更小的部分分離成粗部分和細 部分的設備。
【文檔編號】B01J3/00GK104334030SQ201380029127
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年4月30日 優先權日:2012年4月30日
【發明者】M·塞卡瓦, 佩裡·多恩, 艾倫·格魯斯比, 格倫·D·金保爾 申請人:阿徹丹尼爾斯米德蘭德公司