玉米粉組合物及生產方法

2023-04-26 07:11:01 1

玉米粉組合物及生產方法
【專利摘要】提供自穀物到乙醇發酵過程衍生的組合物以及製造組合物的方法。組合物可為通過下述生成的玉米粉產品，即通過將玉米粒分級以便分離胚乳，在低於150～180°F的溫度下將胚乳中的澱粉轉化成糖，將糖發酵，並分離出所得到的固體。固體可經受蛋白質提取過程，然後經受溶劑交換以便將水從固體中去除，並用更易揮發的化學品諸如乙醇取代水。然後在低於150-180°F的溫度下乾燥固體。所得到的玉米粉產品可包括量在從約31至約45％的蛋白質，多達約3％的脂肪，多達約3％的灰分，量在從約32至約50％的中性洗滌劑纖維，以及多達約15％的澱粉，所有都基於乾重。
【專利說明】玉米粉組合物及生產方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求於2012年2月22日提交的、題為「玉米粉組合物及生產方法(CORNMEAL COMPOSIT1NS AND METHODS OF PRODUCT1N) 」的美國臨時專利申請第61/601，655號的優先權權益，該申請以其全文通過弓I用併入本文。

【技術領域】
[0003]本公開涉及通過製備乙醇所生成的獨特的玉米粉組合物。

【背景技術】
[0004]本公開涉及一種獨特的玉米粉組合物，其作為生產乙醇的低能量過程的副產物來製備。乙醇通常從基於穀物的原料(例如玉米、高粱/蜀黍、大麥、小麥、大豆等)，或從糖(例如，甘蔗、甜菜等)來生產。除了從原料的碳水化合物材料來製備酒精之外，生成對於製造商而言是額外收入來源的一些副產物。這些副產物包括用於工業和食品行業的二氧化碳氣體以及富含蛋白質的詞料廣品。
[0005]在常規的乙醇工廠中，玉米、甘蔗、其它穀物、甜菜或其它植物被用作原料以及從包含在玉米、或其它植物原料中的澱粉來生產乙醇。在玉米設施的情況下，對玉米粒進行清洗和研磨以便製備用於處理的包含澱粉的材料。玉米粒也可被分級，以便將包含澱粉的材料(例如胚乳)從其它物質(例如纖維和胚芽)分離。原料的初始處理因原料的類型而有所不同。然而，通常而言，利用機械和化學手段的組合來提取包含於植物材料中的澱粉和糖。
[0006]將包含澱粉的材料用水漿化並溶解以便促進糖化，其中澱粉轉化成糖(例如葡萄糖)並發酵，在發酵過程中糖通過乙醇原(ethanologen)(例如,酵母)被轉化成乙醇。發酵產物是啤酒，其包括液體組分和固體組分，液體組分包含乙醇、水和可溶性組分，而固體組分包含未發酵的顆粒物(除其它之外)。
[0007]在常規的工廠中，所述發酵產物被送到蒸餾系統，在所述蒸餾系統中所述發酵產物經過蒸餾並脫水成乙醇。殘留物(例如，酒糟)可被乾燥成幹酒糟(DDG)並出售，例如作為動物飼料產品。
[0008]然而，由於需要大量的能量來蒸發大量的水，因此發酵產物的蒸餾以及DDG產品的乾燥是昂貴的。此外，由於用於乾燥的大量能量來自於化石燃料源，汙染也是DDG產品製備過程中的問題。這是由於對於水而言的高沸點、高熱容量以及高汽化熱量所造成的。當DDG被乾燥時，過量的水基本上被蒸發掉。這需要真空和/或大量的熱量來有效地完成。此外，固體要求通過蒸餾，增加加熱到乙醇汽化溫度所需的材料體積。
[0009]為了減少用於乾燥固體和水的混合物所需的熱能，水可由沸點、熱容量、汽化熱量性能低於水的流體來代替。說明性地，可以使用諸如乙醇的流體，其相比於水具有較低的沸點、熱容量和汽化熱。由於其物理性能，與乾燥固體和水的混合物相比，乾燥固體和乙醇的混合物所需要的熱能的量更低。然而，完全置換固體和水的混合物中的水不是實現減少使用能量所必需的。在固體和水的混合物中的水可用一定量的乙醇來補充以便降低混合物的整體汽化熱量，從而減少用於乾燥混合物所需的能量的量同時降低沸點。
[0010]鑑於這些原則，已經設計並測試了使用減少的能量來生產乙醇的方法。這種系統的實例在於2009年12月23日提交的、標題為「Systems for Product1n of Ethanol andCo-Products with Apparatus for Solvent Washing of Fermentat1n Product，，的序列號為12/646，746的美國專利申請中公開，該申請以其全文通過引用併入本文。
[0011]除了降低用於生產乙醇的能量的需求之外，通過所述過程生成的副產物具有在傳統的乙醇生產副產物中所見不到的獨特性質。此外,通過過程條件可進一步改變這些副產物的性能以便生產有利的產品。
[0012]由於在乙醇工業中需要生成使得能夠商品化的副產物以及在市場上持續需要可靠和一致的動物飼料，因此提供一種新穎的玉米粉組合物。所公開的玉米粉及製造方法導致粉狀產品，與傳統的乙醇工廠副產物飼料相比，所述粉狀產品在其整個生產過程中經受低得多的溫度。


【發明內容】

[0013]所公開的實施例涉及組合物以及生成基於穀物的發酵衍生產品(諸如玉米粉產品)的方法。該基於穀物的產品可以低能量的乙醇生產設施作為基於穀物材料諸如玉米材料發酵的副產物來製造。因為與傳統的酒糟相比，所述產品不經受高溫，營養組態和蛋白質的結構是獨特的。
[0014]可通過將玉米粒分級來分離胚乳(富含澱粉的部分)來生成玉米粉產品。將胚乳進行研磨並經受使用酶將澱粉「冷煮(cold cook)」轉化成糖。冷煮在從約150至180° F的溫度範圍或更低的溫度下進行。利用酵母對所得到的漿料進行發酵來生成乙醇(或其它所需的發酵產物，諸如丁醇等)。
[0015]所得到的發酵產物包括固體和液體的漿料，其可以是分離的。液體可傳遞通過以便蒸餾，而固體可經受蛋白質提取過程，其可改變玉米粉產品的下遊性能、提高處理效率、和/或所提取的蛋白質可作為有價值的副產物出售。
[0016]所得到的溼固體然後經受溶劑交換以便將水從固體中去除，並用更易揮發的化學品諸如乙醇來代替它。固體接著被乾燥。因為揮發性的化學品現在處於固體中，該乾燥步驟可在低得多的溫度下進行，約150-180° F或更低。在一些情況下澱粉可從粉狀產物或固體去除。
[0017]所得到的粉狀產物從不經歷高於150-180° F的溫度，因此期望與更高的溫度過程相比具有最小程度的蛋白質或澱粉損壞。顏色也可得以改善。在一些實施例中，所得到的產物(例如所得到的玉米粉產品)可包括:蛋白質，蛋白質的量在從約31至約45%的範圍內；最高約3%的脂肪；最高約3%的灰分；中性洗滌劑纖維，量在從約32至約50%的範圍內；以及最聞約15%的澱粉，所有都基於乾重。
[0018]在一些實施例中，組合物包括自穀物到乙醇發酵過程的啤酒產物的溼固體部分所衍生的產物，其中所述產物包括熱損害最小化的蛋白質，蛋白質的量在基於乾重的產物的從約31%至約45%的範圍內，並且其中熱損害最小化的蛋白質是未暴露於超過約180° F溫度的蛋白質。在一些實施例中，產物為玉米粉產品，以及穀物是玉米。在一些實施例中，所述蛋白質未暴露於超過約150° F的溫度。在一些實施例中，產物還包括脂肪，其量在基於乾重的最高約3%的範圍內。在一些實施例中，產物包括脂肪，其量在基於乾重的從約0.8至約3%或從約0.9至為3%的範圍內。在一些實施例中，產物還包括基於乾重最高約3%的脂肪。在一些實施例中，產物還包括脂肪，其量在基於乾重的從約0.9至約2.7%、從約
1.2至為2.5%的範圍內。在一些實施例中，產物還包括中性洗滌劑纖維，其量在基於乾重的從約32至約50%或從約32至為48%的範圍內。在一些實施例中，產物還包括澱粉，其量在基於乾重的最高約15%，或在基於乾重的從約10至約15%的範圍內。在一些實施例中，產物還包括處於上述量下的脂肪、灰分、中性洗滌劑纖維和澱粉的一種或多種。在一些實施例中，穀物為大豆。
[0019]在一些實施例中，所述過程包括用溶劑來交換在從穀物到乙醇發酵啤酒所衍生的溼固體產物中的至少一部分水，所述溶劑與水相比具有較低的汽化熱量、較低的熱容量或較低的沸點的至少一個；並且，在約180° F或更低的溫度下乾燥該溼固體以便生成諸如玉米粉產品的產物。在一些實施例中，所述過程還包括分級玉米顆粒以便基本上分離胚乳，在約180° F或更低的溫度下將胚乳中的澱粉的至少一部分轉化成糖，發酵糖以便生成啤酒，以及從啤酒獲得溼固體產物。在一些實施例中，所述過程還包括在溶劑交換之前從溼固體提取蛋白質。在一些實施例中，所述過程包括將一部分或全部澱粉從固體去除。在一些實施例中，在約150° F或更低的溫度下進行乾燥。在一些實施例中，溶劑是乙醇。在一些實施例中，所述溶劑是乙醇和水的溶液。在一些實施例中，所述溶劑交換在溼固體中產生的乙醇濃度等於或高於水-乙醇的共沸點的乙醇濃度。
[0020]應該指出的是本公開的上述各種特徵可單獨地或組合地實施。下面在本公開的詳細描述中並結合以下的附圖將對本公開的這些和其它特徵進行更詳細地描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]現在將參照附圖通過實例的方式來描述根據本公開的一些非限制性實施例，其中:
[0022]圖1是根據一些實施例的包括乙醇生產設施的生物質精煉設備的透視圖。
[0023]圖2A和圖2B是根據一些實施例的示出用於在冷煮乙醇生產設施中生成乙醇的步驟的示例性過程流程圖。
[0024]圖3是根據一些實施例的示出用於在低能量冷煮乙醇生產設施中生成乙醇和副產物的步驟的示例性過程流程圖。
[0025]圖4是根據一些實施例的示出用於在低能量冷煮乙醇生產設施中生成乙醇和副產物的特定步驟的示例性示意性的流程圖框圖。
[0026]圖5是根據一些實施例的示出用於在低能量冷煮乙醇生產設施中生成乙醇和副產物的步驟的第二示例性示意性的流程圖框圖。
[0027]圖6是從概念上示出取決於乙醇在固體中的濃度用於乾燥溼固體所需能量的圖表。
[0028]圖7A至圖7E是根據一些實施例的橫截面示意圖，詳細示出在低能量生成乙醇和副產物中所使用的溶劑交換的過濾帶實施例。
[0029]圖8是示出根據一些實施例的在低能量生成乙醇和副產物中所使用的溶劑交換的過濾帶實施例的等距示意圖。
[0030]圖9是示出根據一些實施例的在低能量生成乙醇和副產物中所使用的溶劑交換的過濾帶實施例的側剖橫截面示意圖。
[0031]表I提供示例性玉米粉產品的基於乾重的組分範圍。
[0032]表2提供去除澱粉的示例性玉米粉產品的基於乾重的組分範圍。
[0033]表3提供示例性玉米粉產品的基於乾重的組分範圍，其中改變上遊蛋白質去除過程。

【具體實施方式】
[0034]除非另有定義，否則，本文所用的所有技術和科學術語具有與本公開所屬領域內的普通技術人員所通常理解的相同含義。在對於本文的術語而言存在多個定義的情況下，以該部分中的那些為準，除非另有說明。
[0035]詞語「示例性」用於意味著用作實例、例子或示例性。描述成「示例性」的任何實施例或設計並不一定要被解釋成優於或勝過其它實施例或設計，也並不意味著排除由本領域的那些普通技術人員所公知的等同示例性結構和技術。相反，使用詞語示例性意旨以具體方式呈現概念，並且所公開的主題並不限於這些實例。
[0036]術語「或」意旨意味著包括性的「或」而非排他性的「或」。至於在詳細描述或權利要求中使用的術語「包括(comprises) 」、「具有(has)」、「包含(contains)」以及其它類似詞語，為了避免產生疑問，這種術語意旨以類似於作為開放過渡詞的術語「包括(comprising) 」的方式是包括性的而並不排除任何附加或其它元素。
[0037]當本文中使用短語「例如」、「諸如」、「包含」等的情況下，短語「且並不限於」應理解為遵循，除非另有明確規定。
[0038]當使用短語「衍生自」等的情況下，「直接或間接」應理解為遵循。詞語「一 (a, an) 」、「該(the)」和「所述(said)」當在權利要求書中使用時意味著「一個或多個」，除非另有明確說明。
[0039]術語「基本上」(或者備選地「有效地」)意味著允許從描述性的詞語有所不會負面影響預期目的的偏差和/或從描述性的詞語有所將固有技術限制考慮在內的偏差。描述性術語隱含地理解成由基本上的詞語修飾，即使該術語沒有明確地由基本上的詞語修飾。
[0040]術語「約」意味著考慮到由於不負面影響預期目的的實驗誤差或偏差而造成的變化。所有測量值或數值隱含地理解成通過詞語「約」來修飾，即使測量值或數值沒有明確地由詞語「約」修飾。
[0041]「熱損害最小化的蛋白質」是蛋白沒有暴露於超過約180 T的溫度下。
[0042]現在將參照如在附圖中所示的幾個實施例來詳細地描述根據本公開的組合物和方法。在下述描述中，對許多具體細節進行了闡述以便提供對本公開實施例的徹底理解。然而對於本領域技術人員而言顯而易見的是這些實施例可在沒有一些或所有這些特定細節的情況下實施。在其它情況下，沒有詳細地描述眾所周知的工藝步驟和/或結構以避免不必要地混淆本發明。參照附圖以及如下的論述可更好地理解實施例的特徵和優點。
[0043]本發明涉及通過從玉米原料低能量生產乙醇來製造獨特的玉米粉產品及其組合物。該玉米粉用作動物飼料、工業用途、極化粘合劑、填充劑產品和化肥，僅舉幾例。與傳統的幹酒糟(DDG)和具有可溶物的DDG(DDGS)相比，由於一致的低處理溫度，以這種方式通過乙醇生產所生成的玉米粉是獨特的。不受到理論的束縛，據信這可以防止在玉米粉產品中澱粉的任何實質性的糊化以及蛋白質的損害，所述玉米粉產品與已知的DDG、DDGS和研磨的玉米面粉相比提供獨特的營養組態。
[0044]應當指出的是以下公開包括一系列的子部分。這些子部分並不意旨以任何方式限制本公開的範圍，而僅僅是為了清楚起見和便於閱讀。因此，在一個部分中的公開可同等適用於其它部分的過程或描述(如果適用的話)。此外，還應當指出的是，雖然具體考慮將玉米粒用作起始原料，但是在具體實施例中可由其它材料取代。例如，在某些情況下，可以使用大豆或穀物的混合物來在低能量條件下生成乙醇和副產物。這可導致認為其它新穎的組合物在本公開範圍內。
[0045]1.冷煮生產乙醇
[0046]為了便於公開，圖1是示例性生物質精煉設備100的透視圖，其包括配置成從玉米生產乙醇的乙醇生產設施。示例性的生物質精煉設備100包括區域102，其中玉米(或其它合適的物料，包括但不限於生物質，糖和其它澱粉產品)被輸送並製備以便供應給乙醇生產設施。乙醇生產設施包括設備104，其用於將玉米製備和處理(例如，研磨)成適於在發酵系統106中發酵成發酵產物的玉米粉。乙醇生產設施包括蒸餾系統108，在所述蒸餾系統108中發酵產物被蒸餾並脫水成乙醇。在一些實施例中，生物質精煉設備還可包括副產物處理系統(示出為包括離心機、乾燥器以及蒸發器)。
[0047]在一些實施例中，生物質精煉設備可被稱為「分級」乙醇生產設施，在該設備中玉米粒在研磨之前分級成其三個組成部分。這些包括主要是纖維材料的外殼(玉米糠麩)、充滿澱粉的胚乳和富含蛋白質的胚芽部分。分級的益處在於低澱粉組分可被虹吸到不同的工藝流內，從而確保只有高澱粉胚乳經受液化、發酵和蒸餾。這可確保操作更有效、需要更少的酵母和酶，以及所生產的每加侖乙醇消耗的能量更低。最後，玉米糠麩和胚芽部分可作為適於飼料行業的附加副產物出售，或可被進一步加工以便生成更高價值的副產物。
[0048]雖然下面的大部分論述將圍繞分級式生物質精煉設備進行，但是可認為也在本公開的範圍之內的是，全粒設備(whole kernal plants)也可用於生成玉米粉,如將在下面進一步詳細描述的那樣。此外，如前面所指出的那樣，任何所公開的乙醇生產設施包括可包括適於處理取代玉米粒或者除了玉米粒之外附加的其它原料的變型。
[0049]圖2A和圖2B是根據一些實施例的示出用於在冷煮乙醇生產設施中生成乙醇的步驟的示例性過程流程圖。在乙醇生產過程中，玉米202(或其它合適的飼料材料)可被製備以便在製備系統204中進一步處理。如圖2B中所不，製備系統204可包括分級系統206，以便將玉米粒分級成其三個組分，如上所述。分級可採用研磨、大小分離和密度分離以便有效地進行。糠麩和胚芽組分210被去除以便進一步處理或作為原材料出售。在一些情況下，可在分級之前或之後執行篩選過程，其去除異物，諸如石頭、泥土、沙粒、玉米穗軸碎片以及其它不可發酵的材料(例如，被去除的組分)。
[0050]在分級之後，胚乳的粒徑可通過研磨208減小以便於進一步處理。將研磨後的玉米用水、酶和製劑218漿化以便於將澱粉轉化成糖(例如葡萄糖)，諸如在第一處理系統216內。在「常規」玉米到乙醇設施中，麵粉漿料在蒸汽加壓鍋內被加熱以便使澱粉轉化成糖。通過使用酶的方法，無需任何外部加熱，實現「冷煮」過程。冷煮的益處在於所需的能量減少，整體成本降低，以及對胚乳粉的澱粉和蛋白質的熱損害程度最小。當然，可利用涉及高熱加工的常規過程來生成玉米粉；不過，這會由於熱損害而改變在冷煮玉米粉中所發現的蛋白質組態。
[0051]糖(例如，經處理的組分)在發酵系統222中通過乙醇原(例如酵母或其它製劑224)轉化成乙醇。發酵的產物(發酵產物)的產物是啤酒,其包含液體組分和固體組分，所述液體組分包括乙醇、水和可溶性組分，所述固體組分包括未發酵的顆粒物(除其它之外)。所述發酵產物可在第二處理系統228中用製劑230進行處理。在該階段，低能量設施不同於標準的冷煮設備。
[0052]在圖示的標準設施中，將經處理的發酵產物輸送到蒸餾系統232。在蒸餾系統232中，(經處理的)發酵產物進行蒸餾並脫水成乙醇234。在某些實施例中，被去除的組分236 (例如，酒糟)可在第三處理系統(在該系統中被去除的組分可用製劑處理)中乾燥成幹酒糟(DDG)並作為動物飼料產品出售，被去除的組分236包括水、可溶性組分、油和未發酵的固體(例如，啤酒中的基本上去除所有乙醇的固體組分)。其它副產物，例如糖漿(和包含在糖漿中的油)，也可從酒糟回收。
[0053]相反地，「低能量」乙醇生產設施可避免蒸餾發酵產物，並在固體上進行溶劑交換以便減少乾燥能量。在下文中對該過程進行更詳細地描述。
[0054]I1.低能量生產乙醇和副產物
[0055]圖3是根據一些實施例的示出用於在低能量冷煮乙醇生產設施中生成乙醇和副產物的步驟的示例性過程流程圖。這種製備過程的初始階段類似於傳統的工廠。輸送進來的玉米302在分級系統306中進行分級(在一個分級裝置)。玉米糠麩(纖維)和胚芽310組分被去除，以及胚乳被輸送到所述研磨系統308以便尺寸減小到粉末。
[0056]粉末/經研磨的胚乳在處理系統316中用水和酶318漿化以便產生糖。將酵母和其它試劑324添加到發酵系統323以便將糖轉化成乙醇和二氧化碳。二氧化碳通常被捕集並出於工業和飲料用途被出售。
[0057]然而在發酵之後，該低能量的過程顯著地偏離於標準的乙醇生產實踐。水具有很高的沸點、熱容量和汽化熱量。由於這些特性，需要大量的能量來將水加熱到足以使水汽化的溫度然後進行汽化。所公開的低能量設施設計成使用溶劑將水從溼固體洗滌或提取，所述溶劑具有低的汽化熱量、熱容量、以及沸點，或這三個特性的某種組合。一旦一些水已經從溼固體提取出來，使用少量的能量對現在包括一定量溶劑的溼固體進行乾燥。由於在乙醇廠中乙醇的可用性，因此乙醇是在本發明的洗滌或水提取過程中可用的特別相關的溶齊U。乙醇已知具有0.58Btu/Ib_F的熱容量，其大約為水熱容量的一半。乙醇的沸點為約173度華氏，而相對的水的沸點為約212華氏度。最後，乙醇的汽化熱量為約362Btu/Ib，而相對的水的汽化熱量為約980Btu/Ib。
[0058]為了有效地實現該洗滌/溶劑交換，而不是將所述發酵產物輸送到蒸餾系統，首先利用螺旋壓榨機、離心機、或膜(統稱為脫液系統328)脫液。其將啤酒的水和乙醇部分離出來，水和乙醇部分被輸送到蒸餾系統330，並且留下固體組分。乙醇在溼固體中的濃度由發酵過程確定，但通常在11%和20%之間，儘管低於該範圍和高於該範圍的濃度量與本申請中所公開的實施例相容。從發酵啤酒中分離出來的溼固體的通常乙醇濃度的該範圍相比於溼固體中的水濃度相對較低。從發酵啤酒分離的溼固體具有相對較高的水含量和相對較低的乙醇含量。
[0059]然後將固體提供給一個或多個溶劑交換循環338，其中固體經受稀釋階段334緊接著是脫液階段336。應該指出的是固體實際稀釋不是必需的。固體可具有洗滌通過其的液體體積，在固體中的液體濃度在整個洗滌過程中不變。來自該溶劑交換的固體342被提供給乾燥器334以生成玉米粉346。溶劑交換用具有更低汽化熱量的溶劑(通常是乙醇)取代了固體中的殘留水。因此，與標準工廠中使用的乾燥器相比，乾燥器可在低得多的溫度下操作。在一些實施例中，乾燥器344在等於或低於約150 °?的溫度下操作。
[0060]返回到溶劑交換循環338，從任一脫液階段336去除的液體340可再循環至之前的任何稀釋階段334，或可被輸送到蒸餾系統330以便回收乙醇332。通過僅僅將發酵液體混合物引導到蒸餾系統，蒸餾系統更不容易受到汙染，汙染主要是由當直接蒸餾發酵啤酒時所存在的固體導致。由於不容易受到汙染，蒸餾系統的複雜防汙染設備可能是不必要的，從而降低了蒸餾系統的複雜性和成本。因為由蒸餾系統處理的發酵液體混合物基本上不含固體組分，施加到蒸餾系統的熱能將只需要加熱溶解於或以其它方式存在於發酵液體混合物中的那些很小的固體。這與必須加熱發酵啤酒的固體和液體組分兩者的蒸餾系統相比減少了蒸餾系統的熱能需求。
[0061]在一些具體的實施例中，執行稀釋和脫液的僅僅一個循環。在替代性的實施例中，可期望進行多次稀釋和脫液步驟以便以儘可能經濟的用乙醇(或其它溶劑)取代固體中的儘可能多的水。在這些多個溶劑交換循環中，來自後一階段的液體可作為逆流方法中的適於前一循環的稀釋液體再循環以便更有效地用溶劑取代水。
[0062]此外，在一些實施例中，希望在溶劑交換之前去除一些蛋白質部分。在這些實施例中，在第一稀釋過程中，可採用特定的溶劑類型和濃度來溶解所需的蛋白質。這些蛋白質然後可通過改變濃度或溫度來從溶劑回收。在玉米中可去除的這樣一種蛋白質是玉米蛋白。雖然玉米蛋白是一種蛋白質，但是許多動物不易將其消化，而所生成的玉米粉可得益於將玉米蛋白去除。此外，玉米蛋白具有許多工業和人類消費的最終用途，這也使其客觀地成為有價值的副產物。
[0063]玉米蛋白在特定溫度和濃度的乙醇和水的溶液中是可溶的，如本領域內眾所周知的那樣。通過控制溶劑乙醇的濃度、溫度、添加劑和滯留時間，特定的蛋白質部分和濃度可在全溶劑交換之前去除。因此，最終生成的玉米粉可具有由上遊蛋白質提取物特製的蛋白質組態和組合物組成。
[0064]圖4是根據一些實施例的示出用於在低能量冷煮乙醇生產設施中生成乙醇和副產物的特定步驟的示例性示意性的流程圖框圖。該系統示出了處於懸浮液404中的發酵產物402，其經受第一脫液分離406。液體混合物408可被供應給蒸餾系統以便回收乙醇。剩下的溼固體410包括低濃度的乙醇。在另一分離418之前，乙醇洗滌液412可添加到固體洗滌階段414中且基本上混合/洗滌416。該分離的液體428可被提供給蒸餾系統430。所得到的溼固體420可被輸送到蒸發器422，或可經受一系列附加的洗滌階段。來自進行乾燥固體的乙醇蒸汽424被收集並再循環至洗滌，或供應給蒸餾系統。從該過程生成玉米粉426。另外也同樣生成標準酒精度為190(190prOOf)的乙醇432和餾出物434。
[0065]圖5是根據一些實施例的示出用於在低能量冷煮乙醇生產設施中生成乙醇和副產物的步驟的第二示例性示意性的流程圖框圖。在該系統中發生類似的過程。在研磨機502處玉米被研磨(或分級以及將胚乳研磨)，並在處理系統504中用酶來處理以便生成糖。漿液在發酵系統506中發酵，以及啤酒產物在分離器508中被分離成固體和液體。液體進入蒸餾系統510以及乾燥系統512以便生成純乙醇。
[0066]將固體提供給第一洗滌階段514，在該洗滌階段514來自下一階段的洗滌液體作為洗滌液體循環返回。可提供另外的乙醇以便根據需要分離出蛋白質，像玉米蛋白。將稀釋的固體分離出來，並且液體被輸送到蒸餾系統510。固體然後行進到第二洗滌階段516。以逆流方式接收來自前一階段的適於第二洗滌階段516的洗滌液體。在該階段末分離出的液體被提供返回到第一初始的洗滌/蛋白質提取步驟。
[0067]然後固體可在一個或多個洗滌階段518處經過任何次數的附加洗滌。每一階段從緊接其後的階段接收洗滌液體。然後固體輸入到倒數第二階段(階段N-1) 520。該階段從最終階段(階段N) 520接收洗滌流體。任何階段也可具有添加到洗滌階段的附加乙醇。最後階段520被供以高濃度的乙醇洗滌液以便確保基本上所有的水從固體中去除。然後將固體提供給蒸發器/乾燥器以便生成玉米粉。如果使用大量的乙醇洗滌階段，所得到的溼固體的組合物具有的乙醇濃度將接近於在初始乙醇洗滌中被供應到最終乙醇洗滌階段(階段N)的乙醇濃度。任何數目的乙醇洗滌循環可作為階段η被插入。乙醇和水的任何濃度可用作階段η中的乙醇洗滌液。
[0068]在採用大量乙醇洗滌階段的一個方案中，將需要在最終的洗滌階段添加最小量的新乙醇洗滌液，以便產生具有所需乙醇濃度的所得到的溼固體。通過使用少量的乙醇洗滌液，只有來自初始乙醇洗滌循環(階段I)的脫液階段的少量流體將需要蒸餾，從而降低由蒸餾階段所用的能量。來自脫液階段的流體的蒸餾是在常規的乙醇方案中不存在的能量要求，並且希望該能量需求最小化。
[0069]圖6是從概念上示出取決於乙醇在固體中的濃度用於乾燥溼固體所需能量的圖表。通過增加溼固體中的乙醇濃度(如在水平軸線604上所示)，用於乾燥固體所需能量的量(如在垂直軸線602上所示)降低(示為繪圖線608)。通常而言，通過發酵所生成的固體具有約10-20%的乙醇濃度(如606處所示)。
[0070]水與乙醇的共沸點表示在圖表上(在610處)。為了在溼固體中獲得等於或高於水和乙醇共沸點的乙醇濃度，在洗滌循環中必須使用在等於或高於水和乙醇共沸點的比值下的乙醇濃度。因為生產或獲得無水乙醇(標準酒精度為200，或100% )或基本上無水的乙醇是昂貴的，因此希望在乙醇洗滌循環中最小化其用量。
[0071 ] 為了在溼固體中獲得等於或高於水與乙醇共沸點的乙醇濃度，可將少量基本無水乙醇用作含有液體剛好低於共沸點濃度的溼固體的稀釋劑。在乙醇工廠中，適於剛好低於共沸濃度的乙醇的一種來源是在來自蒸餾系統的使用乙醇的輸出處，溼固體將包含水和乙醇的濃度不高於剛好低於共沸點的值的液體組分。在該點處可使用少量的基本無水乙醇執行最終的洗滌循環。從該最終的洗滌循環所得到的溼固體則包含水和乙醇的濃度等於或高於共沸點的液態組分。
[0072]II1.利用過濾帶進行溶劑交換
[0073]圖7Α至圖7Ε示出過濾帶在沿著所述帶不同位置處的橫截面視圖。雖然可採用任何常規的過濾帶技術，但是如圖7Α中所示的過濾帶702可具有實質上穿孔或多孔的結構，這樣放置於過濾帶702上的材料的液體組分可抽吸通過帶，剩下放置於過濾帶702上的材料的固體組分。在圖7B中，示出發酵啤酒和固體704裝載到過濾帶702上。過濾帶下方的真空通過過濾帶從發酵啤酒和固體吸取母液706(液體組分)，剩下溼固體708，如圖7C中所示。圖7D示出了如利用過濾帶所執行的乙醇洗滌循環，包括下述步驟，用乙醇洗滌液712稀釋溼固體708以便形成混合物的步驟，並使用真空來脫水的步驟，以便生成所得到的溼固體，其具有的乙醇濃度高於初始溼固體的乙醇濃度。
[0074]示出通過過濾帶上方的噴嘴710將乙醇洗滌液712施加到溼固體上。雖然示出了噴嘴710，但是也可以採用其它手段將乙醇洗滌液712施加到溼固體708上。抽吸通過帶702的混合物的液體組分714被收集且可在另一乙醇洗滌循環中用作乙醇洗滌液710。
[0075]圖7E示出使用過濾帶執行的汽化階段，在該階段中加熱的氣體716被施加到過濾帶上方的材料。過濾帶下方的真空將所述加熱氣體716抽吸通過過濾帶上方的材料。可收集乙醇蒸汽718且進一步處理以便回收存在於乙醇蒸汽718中的任何乙醇或其它所需組分，乙醇蒸汽718包括由加熱氣體當其抽吸通過過濾帶上方的材料時所收集的液體。
[0076]圖8示出執行逆流洗滌的過濾帶的等距示意圖。發酵啤酒和固體704裝載於過濾帶702上，如首先在圖7B中所示。在作為玉米粉812從過濾帶702的相對端輸出之前，發酵啤酒和固體704行進通過初始的脫水階段802、一系列的乙醇洗滌循環808以及汽化階段810。玉米粉可不完全乾燥且可能含有便於材料處理所需的一定水平的水分。在初始的脫水階段802中，首先在圖7B和7C中示出，發酵啤酒和固體704的母液706通過過濾帶下方的真空抽吸通過過濾帶702。母液706可被蒸餾以便分離乙醇母液706中的乙醇。從母液706蒸餾出的乙醇可用作乙醇洗滌循環的乙醇洗滌液712。在將發酵啤酒和固體704的母液706被去除之後，含有一些殘留液體的剩餘固體組分被稱為溼固體708。
[0077]在初始脫水階段802之後，溼固體708被輸送到一系列的乙醇洗滌循環808。在一個實施例中，每個單獨的洗滌循環804使用來自下一階段的液體組分714作為乙醇洗滌液712。初始乙醇洗滌液806在下遊的乙醇洗滌循環804處剛好在汽化階段之前施加到溼固體708。該初始乙醇洗滌液806施加到溼固體708以便形成混合物。該混合物的液體組分714通過過濾帶下方的真空抽吸通過過濾帶702並隨後被收集。在一些實施例中，所述液體組分714用作上遊乙醇洗滌階段804的乙醇洗滌液712。將來自下遊乙醇洗滌階段804的液體組分714用作上遊乙醇洗滌階段804的乙醇洗滌液712被稱為逆流洗滌，因為過濾帶上的溼固體的流動方向與用作乙醇洗滌液的液體流動方向相反。
[0078]圖9是適於生產乙醇過程的過濾帶實施方案的示意性側視圖。在該視圖中，發酵的啤酒和固體704示出被放置於過濾帶702上。發酵的啤酒和固體沿著過濾帶流動，經受初始的脫水階段802、一系列的乙醇洗滌循環808、以及汽化階段810。在過濾帶702的端部處，收集玉米粉812。在一些實施例中，初始的乙醇洗滌液806可包括基本上無水的乙醇(約100%的乙醇)。此外，在一些實施例中，可將濃度約95%、或標準酒精度為190(由蒸餾系統輸出的乙醇近似濃度)的乙醇用作初始洗滌階段之前的乙醇洗滌液904。圖9示出逆流洗滌過程，這樣下遊洗滌循環804的液體組分714用作適於上遊洗滌循環804的乙醇洗滌液712。來自汽化階段810的液體組分814可被蒸餾以便分離包含於液體814中的乙醇或用作前一階段的洗滌液。初始脫水階段802的母液706可用作初始乙醇洗滌液806或用作初始乙醇洗滌806上遊的任何乙醇洗滌液712。
[0079]在乙醇洗滌階段之後，所得到的溼固體包含液體組分，其具有的乙醇濃度高於發酵啤酒的乙醇濃度。將所得到的溼固體暴露在汽化階段以使得溼固體中的液體汽化，剩下乾燥或基本上乾燥的固體。在一些實施例中，為了將從溼固體產生乾燥固體所需的能量最小化，溼固體中的乙醇濃度將等於或高於對於水與乙醇而言的共沸比，其大約為96%的乙醇。在共沸水平下，溼固體中的乙醇會以基本上與溼固體中殘留液體相同的濃度汽化，剩下乾燥的固體，同時使用最少量的能量來進行汽化或乾燥。通過低於共沸水平的水和乙醇之t匕，與當水和乙醇之比等於或高於共沸水平時相比，溼固體乾燥的效率較低。如果在所得到的固體中期望少量的水，或在所得到的固體中期望低濃度的乙醇，則最終溼固體中的乙醇濃度會低於對於水和乙醇而言的共沸比。在汽化階段所回收的蒸汽可被冷凝並如圖5中所述添加到乙醇洗滌液流中。為了從汽化階段進行蒸汽的冷凝，可使用熱交換器來從任何可用源回收廢熱並將直接加熱汽化階段。
[0080]在標準的乙醇工廠中，在常規過程中採用乾燥機以便對來自於蒸餾酒糟的溼餅進行乾燥。這將DDG暴露在溫度高到足以汽化DDG中液體的溫度下。為了減少DDG在高溫下的暴露，通常大量的空氣被注入到乾燥機內。將DDG暴露於高溫下時會降解並改變顏色。通過使用在本申請中所述的低能量乾燥過程來限制玉米粉所處的溫度，減少玉米粉在乾燥過程中降解的風險。因為與在常規過程中用於乾燥DDG所需的溫度相比，溼固體可在低得多的溫度下乾燥，因此不需要使用大量的空氣來協助乾燥過程。
[0081]在常規過程中，從乾燥機排出的蒸汽含有非常低濃度的液體，因此使用大量的空氣。因為在低能量乾燥玉米粉的過程中使用更少量的空氣，所得到的蒸汽中的液體濃度是較高的。在適於低能量乾燥的過程中，來自乾燥機的水蒸汽可被冷凝並再次利用。由於在工廠中可以再次使用乙醇-水蒸汽，消除用於將蒸汽釋放到環境內的需要，從而潛在地減少工廠的排放量。因為在乾燥過程中使用的水進行再循環，初始注入到發酵過程中的所有水被送回蒸餾系統，在蒸餾系統內其可被捕集並再次使用。這顯著降低了工廠執行本低能量過程的整體用水需求。
[0082]IV.玉米粉組合物
[0083]如上所公開的那樣，玉米粉利用低溫過程生成。玉米粉產品未被煮到將澱粉轉化成糖且不通過蒸餾系統。在一些實施例中，適於玉米粉的最終乾燥步驟不超過180° F，且在一些實施例中不超過150° F。在玉米粉產品上執行的徹底的測試發現只要發酵固體不遇到高於150° F的溫度，它們的組合物就沒有不利的變化(在蛋白質組態、顏色和化學性能方面)。隨著溫度升高，組合物開始發生變化。溫度越高發生的變化越大。
[0084]表I中示出基於乾重的原玉米粉的組成分布。在這樣試樣中，粗蛋白質水平的範圍為31.9-39.0%，脂肪範圍為0.8-3%，灰分範圍為0.9-2.5%，洗滌劑纖維的範圍為32-48%，以及總澱粉範圍為10-15%。
[0085]所述組合物可隨著輸送進入的玉米以及處理特性而變化。該組合物通過洗滌或更長的發酵時間可被改變以便將澱粉去除到少於I %的澱粉，其產生如表2中所示的組合物。在這些「脫澱粉」的試樣中，粗蛋白質的範圍為31.6-44.8 %，脂肪的範圍為0.9-3 %，灰分的範圍為1.2-2.7%，洗滌劑纖維的範圍為32.2-49.7%，以及總澱粉少於1%。
[0086]水分被加至乾燥的玉米粉產品並且可變化。通常而言，水的添加量可根據流動能力特性、最終用途以及定貨規格的需要從1%變化至12%。
[0087]如前面所指出的那樣，玉米粉產品可通過控制上遊去除的蛋白質的量和在初始洗滌步驟下去除的細粒材料的量來改變。通過控制蛋白質提取可生成的一種示例性產品的獨特理想範圍可在表3中看出。在這些蛋白質提取的試樣中，粗蛋白質的範圍為33.4-44.0%，脂肪的範圍為0.0-3%，灰分的範圍為0-2.7%，洗滌劑纖維的範圍為32-50%，以及總澱粉的範圍為0-15%。
[0088]如本申請(包括附圖和實施例)中所公開和所述的實施例意旨是示例性的和解釋性的。所公開實施例(例如所採用(或將要採用)的設備和方法以及組合物以及所使用(或將要使用)的組合物)的變型和變化是可能的；所有的這種變型和變化意旨處於本發明的範圍之內。
【權利要求】
1.一種組合物，其包括自穀物到乙醇發酵過程的啤酒產物的溼固體部分所衍生的產物，其中所述產物包括熱損害最小化的蛋白質，所述蛋白質的量在基於乾重的產物的從約31%至約45%的範圍內，其中所述熱損害最小化的蛋白質是未暴露於超過約180° F溫度的蛋白質。
2.根據權利要求1所述的組合物，其特徵在於，所述組合物是玉米粉組合物。
3.根據權利要求2所述的組合物，其特徵在於，所述熱損害最小化的蛋白質是玉米蛋白。
4.根據權利要求1所述的組合物，其特徵在於，所述產物還包括基於乾重的最高約3%的脂肪。
5.根據權利要求1所述的組合物，其特徵在於，所述熱損害最小化的蛋白質是未暴露於超過約150° F的溫度的蛋白質。
6.根據權利要求1所述的組合物，其特徵在於，所述蛋白質是熱損害最小化的大豆蛋白。
7.根據權利要求1所述的組合物，其特徵在於，所述蛋白質包括自玉米胚乳衍生的蛋白質。
8.根據權利要求1所述的組合物，其特徵在於，所述產物還包括量在基於乾重的從約32%至約50%範圍的中性洗滌劑纖維。
9.根據權利要求1所述的組合物，其特徵在於，所述產物還包括量在基於乾重的從約0.8%至約3%範圍的脂肪。
10.根據權利要求1所述的組合物，其特徵在於，所述產物還包括量在基於乾重的最高約15%的澱粉。
11.根據權利要求1所述的組合物，其特徵在於，所述產物還包括量在基於乾重的從約10%至約15%範圍的澱粉。
12.—種方法,其包括: a.用溶劑來交換在從穀物到乙醇發酵啤酒所衍生的溼固體產物中的至少一部分水，所述溶劑具有比水低的汽化熱、比水低的熱容量或比水低的沸點中的至少一個；以及 b.在約180°F或更低的溫度下乾燥該溼固體以便生成產物，所述產物包括量在基於乾重的產物的從約31 %至約45 %的範圍內的熱損害最小化的蛋白質，其中所述熱損害最小化的蛋白質是未暴露於超過約180° F溫度的蛋白質。
13.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述穀物是玉米，以及所述過程還包括生產玉米粉產品。
14.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，還包括: a.分級玉米顆粒以便基本上分離出胚乳； b.在約180°F或更低的溫度下將所述胚乳中的澱粉的至少一部分轉化成糖； c.發酵所述糖以便生成啤酒；以及 d.從所述啤酒獲得溼固體部分。
15.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，還包括在溶劑交換之前從所述溼固體提取蛋白質。
16.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，還包括將澱粉從溼固體去除。
17.根據權利要求14所述的方法，其特徵在於，在約150°F或更低的溫度下將所述澱粉轉化成糖並對所述固體進行乾燥。
18.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述溶劑是乙醇。
19.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述溶劑是乙醇水溶液。
20.根據權利要求19所述的方法，其特徵在於，所述溶劑是約95%的乙醇水溶液。
21.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，選擇所述溶劑以在溼固體產物中產生等於或高於水和乙醇的共沸點的乙醇濃度。
【文檔編號】A23J1/12GK104244729SQ201380010707
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年2月21日 優先權日:2012年2月22日
【發明者】史蒂文·G·雷德福 申請人:波伊特研究股份有限公司