一種使用酸性蛋白酶和細(xì)胞壁多糖降解酶從玉米中獲得油的方法
【專利說明】一種使用酸性蛋白酶和細(xì)胞壁多糖降解酶從玉米中獲得油 的方法 相關(guān)申請的引用
[0001] 本申請要求在2012年11月9日提交的第61/724, 458號美國臨時(shí)申請的權(quán)益，其 通過引用的方式全文并入本申請中。
【背景技術(shù)】
[0002] 本發(fā)明公開了一種從玉米（maize)中獲得油的方法，包括將玉米顆粒粉碎形成 粉，向粉中加水形成漿體，以及在溫度為約75°C至約120°C和pH為約3至約7條件下，用 a_淀粉酶培育該漿體約10分鐘至約180分鐘形成糊狀物（mash)，將糊狀物冷卻至約15°C 至約40°C，并加入氮源、葡糖淀粉酶、酵母、酸性蛋白酶和細(xì)胞壁多糖降解酶（cell-wall polysaccharide-degradingenzymes)形成含有乙醇和油的啤酒，其中，啤酒的pH為約3至 約7,并從啤酒中回收油。
[0003] 目前進(jìn)行的玉米（corn)處理方法主要有兩種：干磨處理和濕磨處理。濕磨處理用 于玉米是有效的，因?yàn)槠淇僧a(chǎn)生許多高價(jià)值的玉米產(chǎn)品，例如玉米油、淀粉、玉米面筋粉、玉 米蛋白飼料和玉米漿。然而，濕磨處理需要在機(jī)械裝置上高資本投資。使用干磨乙醇處理 生產(chǎn)乙醇和動(dòng)物飼料。動(dòng)物飼料的價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于玉米油和玉米蛋白，它們被留在由干磨處 理生產(chǎn)的動(dòng)物飼料中。
[0004] 過去幾年中，通過離心分離濃縮的酒精廢液流（thinstillagestream)(衆(zhòng)） 來回收后發(fā)酵玉米油（經(jīng)常被稱作后期油回收）已經(jīng)有顯著增加。美國環(huán)境保護(hù)局 (EPA)預(yù)測，至2013年將會有60 %以上的干磨乙醇生產(chǎn)者采用該技術(shù)（環(huán)境保護(hù)局， 2011，燃料和燃料添加劑的管理：2012可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)邦公報(bào)76:38844-38890) (EPA,2011,Regulationoffuelsandfueladditives:2012renewablefuel standards,FederalRegister76:38844_38890)。這種工業(yè)上的快速實(shí)施是由于良好的 經(jīng)濟(jì)回報(bào)，以及對現(xiàn)有乙醇處理的最小影響。采用該技術(shù)回收的油品質(zhì)相對較低，由于 高游離脂肪酸水平，這使得回收的油不適合精制成食品級油（Winkler-Moser，J.K.和 L.Breyer，工業(yè)原料作物與制品，33:572-578(2011) ;Moreau，R.A.等，美國石油化學(xué)家協(xié) 會雜志，87:895-902 (2010)) (Winkler-Moser,J.K.，andL.Breyer,IndustrialCropsand Products, 33:572-578(2011) ；Moreau,R.A. ,etal. ,JournaloftheAmericanOilChem ists'Society, 87:895-902 (2010))。目前它被用作生物柴油產(chǎn)品的原料和作為動(dòng)物飼料成 分。
[0005]當(dāng)該技術(shù)在工業(yè)中達(dá)到快速成功時(shí)，其也存在著許多重大的技術(shù)問題。主要問 題是回收率低。雖然一些設(shè)施報(bào)道達(dá)到了較好的產(chǎn)率，但大多數(shù)也只是每蒲式耳玉米 (25. 4kg)回收約0.25kg。這表明約25%的油存在于原料玉米（incomingcorn)中，通常 是干基重約4%的油（Johnston，D.B.等，美國石油化學(xué)家協(xié)會雜志，82:603-608(2005); Moreau,R.A?等，美國石油化學(xué)家協(xié)會雜志，86:469-474 (2009)) (Johnston,D.B.，et al.,JournaloftheAmericanOilChemistsrSociety,82:603-608(2005) ；Moreau,R. A.，etal.，JournaloftheAmericanOilChemists'Society, 86:469-474(2009))。已 經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用破乳劑以及機(jī)械和熱處理對提高一些設(shè)施的產(chǎn)率方面是有益的，然而，回收仍 然通常低于30%，而且這些添加劑增加了操作成本。
[0006] 我們發(fā)現(xiàn)，在發(fā)酵期間加入酸性蛋白酶和細(xì)胞壁多糖降解酶（例如纖維素酶和半 纖維素酶），可增加后發(fā)酵油回收，其它加工因素（例如玉米粉粒徑）影響干磨玉米乙醇工 藝的油回收率。 發(fā)明概述
[0007] 本發(fā)明公開了一種從玉米中獲得油的方法，包括將玉米顆粒研磨形成粉，向粉中 加水形成漿液，以及在溫度為約75°C至約120°C和pH為約3至約7條件下，用a-淀粉酶 培育該漿體約10分鐘至180分鐘形成糊狀物，將糊狀物冷卻至約15°C至約40°C，并加入氮 源、葡糖淀粉酶、酵母、酸性蛋白酶和細(xì)胞壁多糖降解酶形成含有乙醇和油的啤酒，其中，啤 酒的pH為約3至約7，并從啤酒中回收油。
[0008] 本發(fā)明提供了一個(gè)概述以引出簡化形式中概念的選擇，并在下面的詳細(xì)說明書進(jìn) 一步描述。該概述不是為了確定所要求保護(hù)的主題的主要特征或基本特征，也不是為了作 為輔助以確定所要求保護(hù)的主題的范圍。
【附圖說明】
[0009] 本專利或申請文件包括至少一個(gè)彩色附圖。本專利或申請具有彩色附圖的公開副 本，在請求和支付必要的費(fèi)用時(shí)由專利局（Office)提供。
[0010] 如下所述，圖1顯示酶篩選研宄結(jié)果，其顯示五種酶制劑和對照（沒有添加酶）的 游離油回收率。酶的加入量為IOkg酶/MT干玉米。
[0011] 如下所述，圖2顯示使用SPEZYME?CP的游離油回收率。誤差線代表重復(fù)平 均值土一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。插入的樣品代表使用所示劑量的SPEZYME?CP從每400g糊狀物 中回收游離油的實(shí)際量。
[0012] 圖3顯示使用GC220 (方形）和FERMGEN? (圓形）的游離油回收率。如下所述， 誤差線代表重復(fù)平均值土 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。
[0013] 如下所述，圖4顯示用于研宄對油回收率影響的玉米粉的粒徑分布。顯示的結(jié)果 是重復(fù)測量的平均值。
[0014] 如下所述，圖5顯示玉米粉中游離油的回收率，制備玉米粉以研宄粒徑對游離油 回收率的影響。脫胚機(jī)研磨（D)、粗研磨（C)、中研磨（M)、細(xì)研磨（F)、寶創(chuàng)研磨（Polytron GrouncO(P)以及添加（+)IOkg酶/MT干玉米的GC220。
[0015] 如下所述，圖6顯示固定總酶量為7kg酶/MT干玉米中，不同比例的GC220和 FERMGEN?的游離油的回收率。誤差線代表重復(fù)平均值土 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。
[0016] 如下所述，圖7顯示I.Okg酶/MT干玉米的FERMGEN?和2. 5kg酶/MT干玉米的GC 220的游離油的回收率，和相同水平的FERMGEN?和GC220混合物的游離油的回收率。
[0017] 如下所述，圖8顯示單獨(dú)使用GC220和FERMGEN?的游離油的回收率，以及使用相 對于酶的量為2. 5:1的GC220和FERMGEN?混合物的游離油的回收率。
[0018]如下所述，圖9顯示平均酶量為2kg/MT時(shí)，使用不同比例的GC220和FERMGEN?的 游離油回收率。
[0019] 如下所述，圖10顯示玉米干磨乙醇工藝的一般處理模式。
[0020] 如下所述，圖11顯示發(fā)酵后油回收的一般流程圖。虛線框代表完成油回收的工藝 中兩個(gè)不同的位置。 發(fā)明詳述
[0021] 本發(fā)明公開了一種從玉米中獲得油的方法，包括將玉米顆粒研磨形成粉，向粉中 加水形成漿體，以及在溫度為約75°c至約120°C和pH為約3至約7條件下，用a-淀粉酶 培育該漿體約10分鐘至180分鐘形成糊狀物，將糊狀物冷卻至約15°C至約40°C，并加入氮 源、葡糖淀粉酶、酵母、酸性蛋白酶和細(xì)胞壁多糖降解酶形成含有乙醇和油的啤酒，其中，啤 酒的pH為約3至約7，并從啤酒中回收油。
[0022] 玉米可以是，例如整個(gè)顆?；驂浩衩?。進(jìn)料的含水量可以是約0至約14%重 量（例如0-14%重量）。雖然事實(shí)上任何種類和品質(zhì)的谷物均可用于生成乙醇，但這些工 藝的進(jìn)料通常是"2號普通黃玉米"。"2號"是指如國家糧食檢驗(yàn)協(xié)會（NationalGrain InspectionAssociation)和美國農(nóng)業(yè)部糧食檢驗(yàn)，包裝和牲畜飼養(yǎng)場管理局（USDAGrain Inspection,PackersandStockyardsAdministration)所定義的，具有本領(lǐng)域已知的某 些特征的高質(zhì)量玉米。"普通黃玉米"是指本領(lǐng)域已知的一種特定種類的玉米。
[0023] 干磨條件一般與玉米干磨乙醇工業(yè)使用的條件一樣。將干燥后的整個(gè)玉米顆 粒輸入干磨處理步驟，以將顆粒研磨成粉（玉米粉（meal))。通常用于商業(yè)玉米中乙醇 設(shè)施的玉米粒徑數(shù)據(jù)如Rausch,K.D.等，粉碎玉米的粒徑分布和干磨工藝得到的玉米 酒糟及可溶物，ASAE會刊，2005, 48 (1):273-277 (Rausch，K.D.，etal.,ParticleSize DistributionsofGroundCornandDDGSfromDryGrindProcessing,Transactions oftheASAE，48(1):273-277(2005))給出的。玉米被研磨以使85%以上可通過2. 0mm篩 (Rausch等）（Rauschetal.)。但是，我們發(fā)現(xiàn)，玉米研磨得越細(xì)（特別是胚芽），從玉米中 回收的油越多；優(yōu)選地，粉包含約2至約0. 25mm的粒徑（例如2-0. 25mm)，優(yōu)選地約1. 5至 0. 25mm(例如I. 5-0. 25mm)，更優(yōu)選地約0. 6至約0. 25mm(例如0. 6-0. 25mm)。研磨后的玉米 粉或粉與水混合得到漿體，加入被稱為a-淀粉酶的商品酶。然后將漿體加熱至約75°C至 約120°C(例如，75°C至約120°C)，優(yōu)選地約85°C至約115°C(例如85°C至約110°C)，更優(yōu) 選地約90 °C至110°C(例如，90 °C至約110°C)，進(jìn)行或不進(jìn)行噴射蒸煮（jetcooking)，在 pH為約3至約7 (例如，3-7)，優(yōu)選地約4至約7 (例如，4-7)，更優(yōu)選地約5至約6. 5 (例如， 5-6. 5)下進(jìn)行約10至約180分鐘（例如，10-180分鐘），優(yōu)選地約20至約100分鐘（例如， 20-100分鐘），更優(yōu)選地約30至約90分鐘（例如，30-90分鐘），以使a-淀粉酶水解膠狀 淀粉為麥芽糊精和寡糖（葡萄糖分子鏈），得到液化糊狀物或漿體，其含有約15 %至約50 % 重量（例如，15%至50%重量）的總固形物含量，優(yōu)選地約20%至約40%重量（20%-40% 重量）的總固形物含量，更優(yōu)