用于同时生产乙醇和底物的经发酵固体转化产物的垂直塞流工艺制造技术

本发明专利技术涉及用于同时生产底物的固体转化产物和粗制乙醇的方法，其包括以下步骤：从研磨的或片状的生物质制备底物，所述生物质包含来源于大豆、油菜籽或其混合物的蛋白质物质，并任选地与来源于蚕豆、豌豆、向日葵籽、羽扇豆、谷类和/或禾本科植物的蛋白质物质进一步混合，将所述底物与活酵母以1∶1至10,000∶1的干物质比混合，并添加水，其量提供所得混合物中0.60至1.45的湿堆积密度与干堆积密度的比；将所述混合物在约20℃至60℃的温度下孵育1至48小时；以及从所述混合物中分离粗制乙醇和湿固体转化产物；所述方法还包括：所述孵育在垂直的、不搅拌的、密闭孵育罐中以连续塞流工艺进行，所述孵育罐具有用于所述混合物和添加剂的入口装置和用于所述固体转化产物和粗制乙醇的出口装置。本发明专利技术还涉及该方法的产物及其用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于同时生产乙醇和底物的经发酵固体转化产物的垂直塞流工艺
本专利技术涉及用于在垂直、不搅拌的、封闭罐中通过连续塞流(plugflow)工艺同时生产底物的有价值固体转化产物和粗制乙醇的固体底物孵育方法，其中运输由重力介导。此外，其涉及通过该方法可获得的产品及其用途。
技术介绍
需要主要可用作食物或饲料或作为食物或饲料中的成分的生物产物。这样的产物中的基本成分是蛋白质、脂肪和碳水化合物。对于这样的产物合适的生物质是含油作物例如油籽、谷类和豆科作物。基于干物质，谷类具有高至15％的蛋白质含量(例如在小麦中)，豆科作物具有高至40％的蛋白质含量(例如在大豆中)。特别涉及来自豆科作物的豆类(pulses)和果实和种子的一个普遍问题是难消化的寡糖(例如水苏糖和棉子糖)的含量，当在结肠中发酵时其会引起气胀和腹泻。对于开发可持续能源存在类似的需求，并且生物乙醇是作为用于例如运输的燃料的有吸引力的来源。因此，需要可以以低成本生产生物乙醇的方法。本领域已知的低成本方法是以低含水量进行的固体底物或固态发酵(solid-statefermentation，SSF)方法。该方法由以下组成：用合适的微生物接种固体、潮湿底物并使其在控制温度的条件下发酵一段时间。通常，在不搅拌的情况下将底物在平板上分批孵育；该方法的一个实例被称为Koji方法。分批方法也使用搅拌装置进行。在文献中还描述了连续SSF方法，其使用以下的生物反应器：搅拌罐、转筒和管式流动反应器。管式流动反应器的一个实例是螺旋输送机类型。作为引用并入本文的WO2006/102907A1公开了通过在厌氧条件下在不超过80％的含水量下孵育，随后在封闭系统中孵育来制备来源于酵母和蛋白质豆类部分的蛋白质产物的方法。作为引用并入本文的WO2013050456公开了用于同时生产粗制乙醇和固体产物的方法。生产以分批方法或连续方法在一个或更多个互连的螺旋输送机中进行。US4735724公开了非混合的垂直塔式厌氧消化器和用于通过产生甲烷的微生物消化原料的可生物降解部分的方法。该方法的特征在于，将液体从塔的中间区域或下部区域收回到顶部。EP2453004B1公开了用于在封闭罐中将有机材料进行厌氧发酵并在重力的作用下在罐中自顶向下进料的方法。该方法的特征在于，通过交替地增加产物气体的压力和突然释放产物气体的压力来搅动发酵物质。本专利技术的目的是提供用于生产粗制生物乙醇并同时生产有价值的固体转化产物的替代方法。另一个目的是提供可以在比现有技术设计更大但更简单的反应器设计中进行的方法。另一个目的是提供基于生物质(特别是大豆或油菜籽或其混合物)的混合物的处理生物质的替代方法。这些目的均通过本专利技术的方法实现。
技术实现思路
因此，在本专利技术的一个方面，其涉及用于同时生产底物的固体转化产物和粗制乙醇的的方法，该方法包括以下步骤：·从研磨的或片状的生物质制备底物，所述生物质包含来源于大豆、油菜籽或其混合物的蛋白质物质，并任选地与来源于蚕豆、豌豆、向日葵籽、羽扇豆、谷类和/或禾本科植物的蛋白质物质进一步混合，·将所述底物与活酵母以1∶1至10,000∶1的干物质比混合，并添加水，其量提供所得混合物中0.60至1.45的湿堆积密度(wetbulkdensity)与干堆积密度(drybulkdensity)的比；·将所述混合物在约20℃至60℃的温度下孵育1至48小时；以及·从所述混合物中分离粗制乙醇和湿固体转化产物；其还包括：所述孵育在垂直的、不搅拌的、封闭罐中以连续塞流工艺进行，所述罐具有用于所述混合物和添加剂的入口装置和用于所述固体转化产物和粗制乙醇的出口装置。用于处理生物质的本专利技术方法使用重力以在孵育期间运输/移动生物质。尽管使用重力用于运输通常是简单的，但是其对于特定目的(例如在本专利技术的塞流工艺的情况下)需要仔细选择反应条件。通常，当含水量提高时，随着空隙体积的降低，孵育混合物趋于压实，从而负面地影响运输行为。当达到一定的含水量时，混合物会被压实到一定程度，从而使通过重力的运输停止。材料将黏在反应器的壁上，并且破坏均匀的塞流，导致生物质的保留时间不均匀。此外，如果孵育是在高压下进行的，这可能是重力效应下的情况，以下反应趋于减缓：生物质+酵母→固体转化产物+EtOH+CO2。根据本专利技术的与通过孵育混合物重力运输相关的问题的解决方案是利用如权利要求中所限定的用于孵育的封闭罐，其中材料的流动可以保持高速和均匀使得实现和保持塞流条件。流动速度由入口和出口装置以及罐的尺寸(宽高比)调节。此外，根据本专利技术的解决方案必须确保孵育混合物中含水量的平衡，以使得颗粒表面上的水活性足以用于反应过程。这是通过将底物的湿堆积密度与干堆积密度的比保持在低水平和在权利要求1中限定的一定限度内来实现的。在这些条件下，混合物起到自由流动的粉末的作用。更具体地，本专利技术人已经发现，可以通过使用湿堆积密度与干堆积密度的比为0.60至1.45的底物/生物质实现必要的均匀处理。结合本专利技术的用于塞流工艺的垂直设计，可确保均匀的塞流并确保用于转化产物的相同的处理时间。最后，本专利技术的方法在不搅拌的情况下进行。这与现有技术的工业乙醇生产方法相反，后者需要来自混合器的搅拌以保持施加的生物体混悬。由于其在单条生产线中的生产力更大，垂直设计的投资比水平设计更便宜。由于机械运动较少，维护成本也较低。使用不搅拌的罐进一步有助于降低运营成本。通过该方法可以回收按重量计大于98％的所产生的粗制乙醇。乙醇的产率取决于底物混合物中碳水化合物的含量和向可发酵糖的转化。基于脱脂大豆，其可产生按重量计4％至5％的乙醇，而基于小麦可以获得按重量计约20％的乙醇。本专利技术的第二方面提供了可通过根据本专利技术的方法获得的粗制乙醇，并且还包含由所述生物质与所述酵母孵育产生的少量杂质(例如其他醇类和醚类)。在第三方面，本专利技术提供了通过本专利技术的方法可获得的底物的固体转化产物，其包含基于干物质按重量计约25％至90％的量的蛋白质，和任选地基于干物质按重量计约0.05％至30％的量的甘油酯。本专利技术在第四方面提供了本专利技术的固体转化产物用于人和/或动物的消费或作为在食品或饲料产品中使用的成分或作为化妆品或药品或营养补充剂的成分的用途。在第五方面，本专利技术提供了含有按重量计1％至99％的根据本专利技术的固体转化产物的食品、饲料、化妆品或药品或营养补充剂。定义在本专利技术的上下文中，除非在说明书的其他地方定义，否则以下术语意在包括以下内容。术语“约”、“大约”、“近似”或“～”意在表示例如在本领域中通常遇见的测量不确定性，其可以是大约为例如+/-1％、2％、5％、10％、20％或甚至50％的数量级。术语“包含/包括”应解释为指明所述部分、步骤、特征、组合物、化学品或的存在，但不排除一个或更多个其他部分、步骤、特征、组合物、化学品或组分的存在。例如，包含化合物的组合物可因此包含其他化合物等。塞流工艺：在这种类型的连续方法中，反应混合物流过例如具有限制回混的管式或多面体反应器。该流动是层流，其中反应混合物的组成沿反应器的轴向变化，或是均匀的质量流。生物质：包含由光合作用产生的生物材料，并且可用作工业生产中的原料。在本文中，生物质是指这样的植物物质：种子、谷类、豆类、禾本科植物，例如豆和豌豆等，及其混合物，并且特别是豆科作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于同时生产底物的固体转化产物和粗制乙醇的方法，其包括以下步骤：·从研磨的或片状的生物质制备底物，所述生物质包含来源于大豆、油菜籽或其混合物的蛋白质物质，并任选地与来源于蚕豆、豌豆、向日葵籽、羽扇豆、谷类和/或禾本科植物的蛋白质物质进一步混合，·将所述底物与活酵母以1∶1至10,000∶1的干物质比混合，并添加水，其量提供所得混合物中0.60至1.45的湿堆积密度与干堆积密度的比；·将所述混合物在约20℃至60℃的温度下孵育1至48小时；以及·从所述混合物中分离粗制乙醇和湿固体转化产物；其还包括：所述孵育在垂直的、不搅拌的、密闭孵育罐中按照连续塞流工艺进行，所述孵育罐具有用于所述混合物和添加剂的入口装置和用于所述固体转化产物和粗制乙醇的出口装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.06 EP 16178170.31.用于同时生产底物的固体转化产物和粗制乙醇的方法，其包括以下步骤：·从研磨的或片状的生物质制备底物，所述生物质包含来源于大豆、油菜籽或其混合物的蛋白质物质，并任选地与来源于蚕豆、豌豆、向日葵籽、羽扇豆、谷类和/或禾本科植物的蛋白质物质进一步混合，·将所述底物与活酵母以1∶1至10,000∶1的干物质比混合，并添加水，其量提供所得混合物中0.60至1.45的湿堆积密度与干堆积密度的比；·将所述混合物在约20℃至60℃的温度下孵育1至48小时；以及·从所述混合物中分离粗制乙醇和湿固体转化产物；其还包括：所述孵育在垂直的、不搅拌的、密闭孵育罐中按照连续塞流工艺进行，所述孵育罐具有用于所述混合物和添加剂的入口装置和用于所述固体转化产物和粗制乙醇的出口装置。2.根据权利要求1所述的方法，其中按重量计至少20％的所述生物质包含来源于脱脂大豆片的蛋白质物质。3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中按重量计至少20％的所述生物质包含来源于脱脂油菜籽的蛋白质物质。4.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中按重量计至少30％，例如按重量计至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％或至少90％的所述生物质包含来源于脱脂大豆片的蛋白质物质。5.根据权利要求1或3中任一项所述的方法，其中按重量计至少30％，例如按重量计至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、或至少90％的所述生物质包含来源于脱脂油菜籽的蛋白质物质。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述包含蛋白质物质的生物质还包含寡糖和/或多糖和/或还包含油和脂肪，例如来自含油植物的种子的油和脂肪。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述底物的固体转化产物是来源于所述生物质的蛋白质物质、寡糖和/或多糖的转化产物。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中生物质与酵母的所述干物质比为2∶1至5000∶1，例如3∶1、5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、30∶1、50∶1、/0∶1、/5∶1、85∶1、100∶1、200∶1、300∶1、500∶1、1000∶1、2000∶1、3000∶1或4000∶1。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将水添加到所述底物，其量提供所述底物中0.65至1.40的湿堆积密度与干堆积密度的比，例如0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、0.95、1.00、1.10、1.15、1.20、1.25、1.30或1.35。10.根据权利要求1或3或5中任一项所述的方法，其中将水添加到所述底物，其量提供所述底物中0.65至1.05的湿堆积密度与干堆积密度的比，例如0.75至1.00，例如0.80、0.85、0.90或0.95。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述酵母选自酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)菌株，包括来自酒生产中的废酵母和废啤酒酵母和废酿酒酵母和面包酵母，以及使C5糖发酵的酵母菌株。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述孵育之前或期间将一种或更多种选自酶、植物成分以及有机和无机加工剂的加工助剂添加到所述底物。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述封闭孵育罐的填充度保...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡特里内·维德·埃勒加德，约纳坦·阿伦斯·迪科，斯蒂格·维克托·彼得森，莱拉·提鲁普，斯文·安德烈亚斯·格勒夫，
申请(专利权)人：哈姆雷特蛋白质有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK