本申請為申請日為2011年12月5日、申請?zhí)枮?01180065801.0、名稱為“從用于生產(chǎn)醇的谷物中分離高價值副產(chǎn)品的系統(tǒng)和方法”的中國發(fā)明專利申請的分案申請。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2010年12月3日遞交的美國臨時申請no.61/419,426的優(yōu)先權(quán)，并將該申請公開的全部內(nèi)容通過引用合并于此。

本發(fā)明屬于醇生產(chǎn)領(lǐng)域，涉及一種從用于生產(chǎn)醇的谷物中分離副產(chǎn)品的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)今，令人非常感興趣的一種醇為乙醇，它能夠由任何類型的谷物生產(chǎn)得到，但最常見的是由玉米制得。美國大多數(shù)的燃料乙醇由濕磨工藝或干磨乙醇工藝生產(chǎn)得到。事實上，盡管任何類型和品質(zhì)的谷物都能夠用來生產(chǎn)乙醇，但用于這些工藝的原料通常是被稱為“黃馬牙種玉米2號(no.2yellowdentcorn)”的玉米?！?號”是指本領(lǐng)域公知的由國家糧食檢驗協(xié)會(nationalgraininspectionassociation)所定義的具有某些特性的品質(zhì)的玉米?！包S馬牙種”是指本領(lǐng)域公知的一種特定類型的玉米。

用于從谷物中生產(chǎn)各種類型的醇的傳統(tǒng)方法一般按照類似的工藝進(jìn)行，這取決于所述工藝是濕法操作還是干法操作。濕磨玉米加工廠將玉米谷粒(corngrain)轉(zhuǎn)換成幾種不同的副產(chǎn)品，例如，胚芽(用于榨油)、麩質(zhì)飼料(高纖維動物飼料)，谷蛋白粉(glutenmeal，高蛋白動物飼料)，以及淀粉基產(chǎn)品(例如，乙醇、高果糖玉米糖漿或食用和工業(yè)用淀粉)。干磨乙醇工廠將玉米轉(zhuǎn)換為兩種產(chǎn)品，即乙醇和含有可溶物的酒糟(distiller'sgrains)。如果作為濕的動物飼料出售，具有可溶物的濕酒糟被稱為dwgs。如果作為干的動物飼料出售，具有可溶物的干酒糟被稱為ddgs。在標(biāo)準(zhǔn)的干磨乙醇工藝中，一蒲式耳玉米除產(chǎn)生約10.5升(約2.8gal)的乙醇，還產(chǎn)生約8.2kg(約17lbs)的ddgs。這種副產(chǎn)品提供了重要的二次收益流，能夠彌補部分生產(chǎn)乙醇的總成本。

對于濕磨工藝，圖1為典型的濕磨乙醇生產(chǎn)工藝10的流程圖。所述工藝10起始于浸泡步驟12，其中，玉米在水和二氧化硫的溶液中浸泡24-48小時，以軟化用于研磨的谷粒，使可溶性組分進(jìn)入到浸漬水中，并使具有胚乳的蛋白基質(zhì)松弛。玉米粒主要含有淀粉、纖維、蛋白質(zhì)和油(oil)。然后將浸泡的玉米和水的混合物輸送到去胚芽研磨步驟(第一次研磨)14，其中，將玉米以粉碎的方式進(jìn)行研磨，并釋放胚芽以制備研磨組分的高密度(8.5-9.5be)漿液，主要是淀粉漿液。然后進(jìn)行胚芽分離步驟16，通過浮選并使用水力旋流器從剩余的漿液中分離胚芽。胚芽為谷粒的一部分，并含有存在于玉米中的油。將含有部分淀粉、蛋白質(zhì)和纖維的分離的胚芽流進(jìn)行胚芽洗滌，以去除淀粉和蛋白質(zhì)，然后進(jìn)入烘干機以制得約2.7-3.2lb(干基)的胚芽/蒲式耳玉米。以干基計，干胚芽具有約50％的油含量。

現(xiàn)在將不含胚芽但含有纖維、谷蛋白(即蛋白質(zhì))和淀粉的剩余漿液進(jìn)行精磨步驟(第二次研磨)20，其中，胚乳將被完全破壞并從纖維中釋放胚乳成分，即谷蛋白和淀粉。然后進(jìn)行纖維分離步驟22，其中，漿液通過一系列的篩選以從淀粉和谷蛋白中分離纖維，并將谷蛋白和淀粉從纖維中清洗除掉。纖維分離階段22通常利用壓力篩選機(pressurescreens)或安裝在篩筒中的旋轉(zhuǎn)葉片(攪拌篩選機，paddlescreens)。即使洗滌后，來自常規(guī)濕磨的纖維仍含有15-20％的淀粉。淀粉與纖維一起作為動物飼料出售?，F(xiàn)在，使不含有纖維的剩余漿液進(jìn)入谷蛋白分離步驟24，其中，通過離心分離或水力旋流器從谷蛋白中分離淀粉。谷蛋白流進(jìn)入真空過濾機和烘干機而得到谷蛋白(蛋白質(zhì))粉。

然后，將得到的純化的淀粉副產(chǎn)品進(jìn)行噴射蒸煮步驟26，以開始將淀粉轉(zhuǎn)換為糖的工藝。噴射蒸煮是指在高溫和高壓下進(jìn)行的蒸煮工藝，盡管具體的溫度和壓力可以在很寬的范圍內(nèi)變化。通常情況下，噴射蒸煮在約120-150℃的溫度下(約248-302°f)和約8.4-10.5kg/cm²(約120-150lbs/in²)的壓力下進(jìn)行，盡管當(dāng)采用的壓力約為8.4kg/cm²(約120lbs/in²)時，溫度可以低至約104-107℃(約220-225°f)。隨后是液化28、糖化30、發(fā)酵32、酵母回收34以及蒸餾/脫水36。隨著混合物或“糊狀物(mash)”在90-95℃下維持，α-淀粉酶將糊化的淀粉水解為麥芽糊精和低聚糖(葡萄糖糖分子的鏈)而發(fā)生液化，以產(chǎn)生液化醪液(liquefiedmash)或漿液。在糖化步驟30中，將液化醪液冷卻至約50℃，并添加被稱為糖化酶的商業(yè)酶。所述糖化酶將麥芽糊精和短鏈低聚糖水解成單個的葡萄糖糖分子而獲得了液化醪液。在發(fā)酵步驟32中，添加常規(guī)的酵母菌株(釀酒酵母)以將葡萄糖代謝為乙醇和co2。

完成后，發(fā)酵醪液(“啤酒”)將含有約17％-18％的乙醇(以體積/體積為基準(zhǔn))，和來自所有剩余谷物成分的可溶性和不溶性固體。發(fā)酵后剩余的固體和一些液體進(jìn)入酵母可以作為副產(chǎn)品回收的蒸發(fā)階段。在酵母回收步驟34中，酵母可以選擇性地回收。在某些情況下，回收co2并將其作為商品出售。發(fā)酵步驟32之后是蒸餾和脫水步驟36，其中，啤酒被泵入將其煮沸以蒸發(fā)乙醇的蒸餾塔(distillationcolumns)中。乙醇蒸汽在蒸餾塔中冷凝，液態(tài)醇(在此情況下為乙醇)從蒸餾塔頂部排出，純度約為95％(190酒精純度)。然后，190酒精純度的乙醇經(jīng)過分子篩脫水塔(molecularsievedehydrationcolumn)，從乙醇中除去剩余的殘留水，以獲得基本上為100％的乙醇(199.5酒精純度)的最終產(chǎn)品?，F(xiàn)在，這種無水乙醇可以備用于汽車燃料。

由于胚芽、纖維和谷蛋白在之前的分離步驟16、22和24中已經(jīng)被除去，因此，在濕磨乙醇生產(chǎn)工藝10的最后不需要離心的步驟。在濕磨工藝10中，蒸餾和脫水36后產(chǎn)生的“酒糟(stillage)”通常被稱為“全酒糟”，盡管在技術(shù)上與下圖2中所述的干磨工藝產(chǎn)生的全酒糟是不同的類型，因為干磨工藝產(chǎn)生的全酒糟不含有不可溶性固體。其他濕磨生產(chǎn)商可能會將這種類型的酒糟稱為“稀”酒糟。

濕磨工藝10能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)換為醇的高質(zhì)量的淀粉產(chǎn)物，以及能夠產(chǎn)生作為副產(chǎn)品出售以產(chǎn)生額外的收益流的胚芽、纖維和蛋白質(zhì)的分離流。然而，各種副產(chǎn)物的總產(chǎn)量不太理想，而且濕磨工藝復(fù)雜，成本高，需要投入大量資金且運作消耗的能量高。

由于濕磨工藝如此高昂的資金成本，一些醇廠更愿意使用較簡單的干磨工藝。圖2為典型的干磨乙醇生產(chǎn)工藝100的流程圖。工藝100開始于研磨步驟102，其中，干燥的整個玉米粒通過錘式粉碎機以將它們研磨成粉(meal)或細(xì)粉(finepowder)。將研磨的粉與水混合以制備漿液，然后加入被稱為α-淀粉酶的商業(yè)酶(未示出)。然后，在加壓的噴射蒸煮工藝104中，將所述漿液加熱至約120℃維持約0.5至三(3)分鐘，以糊化(溶解)研磨的粉中的淀粉。值得注意的是，除噴射蒸煮外的一些工藝，需要在約50-95℃的溫度下將漿液在漿料槽中維持較長的時間。

然后進(jìn)行可以添加額外的α-淀粉酶的液化步驟106。液化步驟后的液流含有約30％的干固體(ds)含量，干固體具有玉米粒中涵蓋的所有成分，包括糖、蛋白質(zhì)、纖維、淀粉、胚芽、油和鹽。隨后分別進(jìn)行單獨的糖化和發(fā)酵步驟，108和110，盡管在大多數(shù)商業(yè)干磨乙醇工藝中，糖化和發(fā)酵是同時發(fā)生的。在工業(yè)上，此步驟被稱為“同時糖化和發(fā)酵”(ssf)。糖化和ssf都可以進(jìn)行長達(dá)約50-60小時，發(fā)酵將糖轉(zhuǎn)化為醇。在酵母回收步驟112中，可以選擇性地回收酵母。發(fā)酵步驟110之后為蒸餾和脫水步驟114，與濕磨工藝類似，該步驟旨在回收醇。

最后，離心分離步驟116涉及將蒸餾和脫水步驟114產(chǎn)生的殘留物，即“全酒糟”進(jìn)行離心，以從液體(“稀酒糟”)中分離不溶性固體(“濕餅”)。離心分離的液體含有約8％-10％的ds。在蒸發(fā)步驟118中，稀酒糟進(jìn)入蒸發(fā)器以蒸發(fā)水分，留下含有來自發(fā)酵的可溶性(溶解的)固體(25-35％的干固體)的稠糖漿?？梢詫饪s的漿液送去離心以從糖漿中分離油。所述油可以作為獨立的高價值產(chǎn)品出售。油的產(chǎn)量通常約為0.5lb/bu的玉米，具有高含量的游離脂肪酸。當(dāng)油在發(fā)酵中維持約50小時時產(chǎn)生的游離脂肪酸。游離脂肪酸含量降低了油的價值。由于蛋白質(zhì)和油形成了乳劑(emulsion)，脫油離心僅能脫除50％以下的油，分離效果不理想。

可以將具有高于10％的油的糖漿與離心的濕餅混合，混合物可以作為具有可溶物的濕酒糟(dwgs)出售給肉牛和奶牛飼養(yǎng)場。可替代地，可以在干燥步驟120干燥濕餅和濃縮的糖漿的混合物，并作為具有可溶物的干酒糟(ddgs)出售給奶牛和肉牛飼養(yǎng)場。該ddgs具有玉米中所有的蛋白質(zhì)和75％的油。但是由于高百分比的纖維，并且在某些情況下，油有礙于動物的消化，ddgs的價值較低。

因為干磨工藝100僅產(chǎn)生乙醇和低價值的ddgs，許多公司已經(jīng)開始研究干法分餾工藝(dryfractionprocess)。在該工藝中，玉米經(jīng)過例如蒸汽處理的預(yù)處理步驟，然后利用各種類型的機械分離設(shè)備分離玉米的干組分，包括纖維、淀粉和油/胚芽部分。雖然這些分離工藝實現(xiàn)了一些組分的分離，但通常分離得不完全。例如，纖維部分通常含有以干基計30％以上的淀粉，胚芽含有以干基計25％以上的淀粉和35％以上的油。此外，在這些工藝中，回收的玉米粒中的總油不到30％；并且，胚芽和纖維部分必須經(jīng)過純化步驟才能夠以合理的價格出售。

干法分餾后，淀粉(含有蛋白質(zhì))經(jīng)另外的研磨步驟，然后液化、發(fā)酵、蒸餾并蒸發(fā)，以產(chǎn)生醇和糖漿，與干磨工藝100大致相同。但由于淀粉在胚芽和纖維部分的損失，醇的產(chǎn)量通常低至2.3gal/bu的玉米。此外，上述用于胚芽和纖維的純化步驟復(fù)雜且成本較高。值得注意的是，干法分餾工藝不能進(jìn)行精細(xì)分離(sharpseparation)，且產(chǎn)生低純度的副產(chǎn)品，這使下游的純化步驟變得復(fù)雜。由于成本高且產(chǎn)量低，這些干法分餾工藝還沒有在工業(yè)上被普遍接受。

在干磨工業(yè)中已經(jīng)進(jìn)行了其它的嘗試，以希望回收高價值的副產(chǎn)品，如油。然而，由于高濃度的固體以及由于油未從固體顆粒中釋放，從“錘式粉碎”漿液中分離油的嘗試失敗了。從干磨工藝的蒸發(fā)階段中回收油的工藝取得了一些成功。然而，產(chǎn)量相對較低，并且油必須經(jīng)過整個工藝，包括蒸發(fā)前的發(fā)酵。工藝的這些步驟中油的存在可能會降低工藝其余部分的效率。已經(jīng)嘗試了在發(fā)酵后直接回收油。然而，混合的工藝和發(fā)酵過程中油的乳化使得其非常難以脫除。進(jìn)行了其它的嘗試以通過溶劑萃取直接從玉米中回收油，但對于商業(yè)用途，例如成本太高。

因此，提供一種改進(jìn)的從用于生產(chǎn)醇的谷物中分離副產(chǎn)品的系統(tǒng)和方法，以克服上述各種缺點，例如，生產(chǎn)具有理想產(chǎn)量的高價值的副產(chǎn)品，這將是有利的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種從用于生產(chǎn)醇的谷物中分離副產(chǎn)品的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法能夠在油、蛋白質(zhì)、纖維，和/或淀粉之間提供更精細(xì)地分離，并且，由于醇生產(chǎn)路線的各種改變，能夠生產(chǎn)更純的副產(chǎn)品。

在一種實施方式中，從用于生產(chǎn)醇的谷物中分離副產(chǎn)物的方法包括：將用于生產(chǎn)醇的粉碎的谷物進(jìn)行液化，以提供含有纖維、蛋白質(zhì)和胚芽的液化淀粉溶液。從液化淀粉溶液中分離胚芽，然后研磨，例如，研磨至顆粒尺寸小于150微米(或小于50微米)以釋放油，從而提供胚芽/油混合物。在發(fā)酵前，從胚芽/油混合物中分離油以獲得油副產(chǎn)品。所述胚芽/油混合物的ph可以調(diào)節(jié)到約8至約10.5，和/或向其中添加酶以促進(jìn)油的釋放。也可以將所述胚芽/油混合物置于約180°f至約200°f的溫度下。在一種實例中，油的產(chǎn)量大于1.0lb/bu。

在另一種實施方式中，從用于生產(chǎn)醇的谷物中分離副產(chǎn)品的方法包括：將用于生產(chǎn)醇的粉碎的谷物進(jìn)行液化，以提供含有纖維、蛋白質(zhì)、胚芽和油的液化淀粉溶液。從液化淀粉溶液中分別分離胚芽和油以獲得油副產(chǎn)品。然后，研磨分離的胚芽以釋放油，從而提供胚芽/油混合物。在發(fā)酵前，從胚芽/油混合物中分離油以獲得油副產(chǎn)品。

在另一種實施方式中，從用于生產(chǎn)醇的谷物中分離副產(chǎn)品的方法包括：將用于生產(chǎn)醇的粉碎的谷物進(jìn)行液化，以提供含有纖維、蛋白質(zhì)、胚芽和油的液化淀粉溶液。從液化淀粉溶液中分離含有纖維和胚芽的固體。然后，在發(fā)酵之前，從液化淀粉溶液中分離油以獲得油副產(chǎn)品。

在另一種實施方式中，從用于生產(chǎn)醇的谷物中分離副產(chǎn)品的連續(xù)系統(tǒng)包括：破碎用于生產(chǎn)醇的谷物的研磨設(shè)備，以及輔助將破碎的谷物的淀粉轉(zhuǎn)化為糖以提供含有纖維、蛋白質(zhì)和胚芽的液化淀粉溶液的液化裝置。所述系統(tǒng)還包括從液化淀粉溶液中分離胚芽的胚芽分離器，以及研磨分離的胚芽以釋放油，從而提供胚芽/油混合物的胚芽研磨機。從胚芽/油混合物中分離油以產(chǎn)生油副產(chǎn)品的胚芽/油分離器。然后，將所述液化淀粉溶液分別進(jìn)行發(fā)酵和蒸餾以生產(chǎn)醇的發(fā)酵罐和蒸餾器。

在又一種實施方式中，從用于生產(chǎn)醇的谷物中分離副產(chǎn)物品的連續(xù)系統(tǒng)包括：破碎用于生產(chǎn)醇的谷物的研磨設(shè)備，以及輔助將破碎的谷物的淀粉轉(zhuǎn)化為糖以提供含有纖維、蛋白質(zhì)、胚芽和油的液化淀粉溶液的液化裝置。所述系統(tǒng)還包括從液化淀粉溶液中分別分離胚芽和油以獲得油副產(chǎn)品的分離器，以及研磨分離的胚芽以釋放油，從而提供胚芽/油混合物的胚芽研磨機。從胚芽中分離油以獲得油副產(chǎn)品的胚芽/油分離器。然后，將含有分離的胚芽和液化淀粉溶液的混合物分別進(jìn)行發(fā)酵和蒸餾以生產(chǎn)醇的發(fā)酵罐和蒸餾器。

在另外一種實施方式中，從用于生產(chǎn)醇的谷物中分離副產(chǎn)物的連續(xù)系統(tǒng)包括：破碎用于生產(chǎn)醇的谷物的研磨設(shè)備，以及輔助將破碎的谷物的淀粉轉(zhuǎn)化為糖以提供含有纖維、蛋白質(zhì)、胚芽和油的液化淀粉溶液的液化裝置。所述系統(tǒng)還包括從液化淀粉溶液中分離含有纖維和胚芽的固體的固體/液體分離器。然后，從液化淀粉溶液中分離油以獲得油副產(chǎn)品的油分離器。以及然后，將含有液化淀粉溶液和固體的混合物分別進(jìn)行發(fā)酵和蒸餾以生產(chǎn)醇的發(fā)酵罐和蒸餾器，所述液化淀粉溶液含有蛋白質(zhì)且所述固體含有纖維和胚芽。

根據(jù)上述特點，本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的從用于生產(chǎn)醇的谷物中分離副產(chǎn)品的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法能夠生產(chǎn)具有理想產(chǎn)量的高價值的副產(chǎn)品。

附圖說明

附圖被合并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，用來說明本發(fā)明的實施方式，并結(jié)合下面給出的詳細(xì)描述的實施方式一起解釋本發(fā)明的原理。

圖1是典型的濕磨乙醇生產(chǎn)工藝(現(xiàn)有技術(shù))的流程圖；

圖2是典型的干磨乙醇生產(chǎn)工藝(現(xiàn)有技術(shù))的流程圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的從用于生產(chǎn)醇的谷物中分離高價值的副產(chǎn)品的系統(tǒng)和方法的流程圖；

圖3a是圖3的系統(tǒng)和方法的變體的流程圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的從用于生產(chǎn)醇的谷物中分離高價值的副產(chǎn)品的系統(tǒng)和方法的流程圖；

圖4a是圖4的系統(tǒng)和方法的變體的流程圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的從用于生產(chǎn)醇的谷物中分離高價值的副產(chǎn)品的系統(tǒng)和方法的流程圖；

圖5a是圖5的系統(tǒng)和方法的變體的流程圖；以及

圖5b是圖5的系統(tǒng)和方法的另一種變體的流程圖。

具體實施方式

上文已經(jīng)討論了圖1和圖2，分別代表典型的濕磨和干磨乙醇生產(chǎn)工藝的流程圖。

圖3-5b說明了從用于生產(chǎn)醇的谷物中分離高價值的副產(chǎn)品(例如油、白纖維(whitefiber)和蛋白粉)的系統(tǒng)和方法的各種實施方式，它們是在典型的工藝和其它工藝上的改進(jìn)。下文將詳細(xì)討論這些系統(tǒng)和方法。

作為圖3-5b中所示的實施方式的總括，各個系統(tǒng)和工藝包括：在研磨玉米后以及發(fā)酵前，利用液化淀粉溶液中不同組分之間的密度差異從液化淀粉溶液中分離胚芽。液化后的液化淀粉溶液中含有油、胚芽、砂礫(grit)、蛋白質(zhì)和顆粒尺寸在小于50微米至大于2毫米范圍內(nèi)變化的纖維顆粒。油的密度通常約為0.9克/立方厘米，胚芽顆粒約為1克/立方厘米，砂礫、蛋白質(zhì)和纖維約為1.1-1.15克/立方厘米。在浸泡/蒸煮和液化期間液體溶液具有約1.05-1.12克/立方厘米的密度(例如，約15-28白利糖度(brix)的糖溶液)。可以利用液化淀粉溶液的高密度從砂礫、蛋白質(zhì)和纖維中分離胚芽和油。此外，液化的漿液的ph值約為5-6。

將胚芽從液化淀粉溶液中分離之前制備胚芽的方法通常有兩種。第一種方法如圖3和3a所示，涉及浸泡和蒸煮玉米，然后利用研磨或滾壓將玉米粒破碎，然后進(jìn)行液化?？商娲?，如圖4-5b中所示，省略浸泡和蒸煮步驟，與現(xiàn)有的干磨工藝大體相同，例如，可以將玉米直接進(jìn)行錘式粉碎，然后進(jìn)行液化。

研磨步驟意在不將纖維切割得太細(xì)的情況下破碎胚芽和砂礫顆粒，并破壞淀粉和蛋白質(zhì)之間的連接。存在三種類型的纖維：(1)果皮，平均顆粒尺寸通常約為1mm-5mm；(2)胚芽根(tipcap)，平均顆粒尺寸約為500微米；(3)以及細(xì)纖維，平均顆粒尺寸約為250微米?？梢允褂眠^濾設(shè)備(filtrationdevice)例如纖維離心機，根據(jù)具有不同尺寸的孔的篩子以分離不同類型的纖維。果皮和胚芽根維持在大于300微米的尺寸下，而胚芽和砂礫小于該尺寸。此外，細(xì)纖維能夠引發(fā)下游纖維/蛋白質(zhì)的分離問題，并能夠產(chǎn)生非常濕的干燥成本非常高的纖維(ddg)餅。在研磨/沖擊式粉碎步驟中也可以選擇性的加入酶，例如包括淀粉酶、蛋白酶或它們的組合的細(xì)胞壁降解酶，例如，以幫助破壞蛋白質(zhì)、淀粉和纖維之間的連接。在浸泡/蒸煮或液化期間或之后，液化淀粉溶液可以通過幾種可能的分離設(shè)備，如三相潷析器(decanter)或旋風(fēng)分離器(cyclone)，由此分離例如胚芽和油，胚芽和油可以按照如下詳述地進(jìn)一步被加工，例如，生產(chǎn)滿足需要的油和/或纖維副產(chǎn)品。

現(xiàn)參見圖3，圖3示出了一般對應(yīng)濕式系統(tǒng)和工藝的系統(tǒng)和方法200，其中，從用于生產(chǎn)醇的谷物中分離副產(chǎn)品(例如，高價值的胚芽和蛋白質(zhì))以生產(chǎn)例如滿足需要的用于工業(yè)用途的白纖維(例如，果皮)和高價值的油。在這種特定的系統(tǒng)和方法200中，將玉米進(jìn)行浸泡/蒸煮步驟202，此處，玉米在充滿了溫度約為55-95℃的水的浸泡罐中浸泡4-12小時。所述浸泡罐可選擇性的含有酶(例如α-淀粉酶)，以及約50-100ppm的亞硫酸鈉、二氧化硫等。然后可以使用一個或多個研磨式粉碎機和/或滾壓粉碎機將浸泡后的玉米進(jìn)行研磨步驟204，以破碎玉米粒并釋放胚芽。在研磨步驟204中或之前可以選擇性地添加酶，例如α-淀粉酶。然后，將含有淀粉的漿液進(jìn)行液化步驟206，以提供具有約1.05-1.15克/立方厘米的密度的液化淀粉溶液。在液化步驟206中，淀粉開始轉(zhuǎn)換為液化淀粉溶液。此處可以利用本領(lǐng)域公知的任何合適的液化裝置。

接下來，在胚芽分離步驟208中，使用例如兩級胚芽旋風(fēng)分離器或因此設(shè)計的串聯(lián)的盤式或潷析式離心機，利用液化淀粉溶液中不同組分之間的密度差異將胚芽，以及纖維、蛋白質(zhì)和砂礫從液化淀粉溶液中分離。具體地，將液化淀粉溶液用作重介質(zhì)液體以使胚芽漂浮，隨后將胚芽從中分離。然后，將胚芽輸送到研磨步驟209中的研磨裝置，在不產(chǎn)生細(xì)纖維的情況下，將胚芽顆粒精細(xì)研磨至顆粒尺寸小于150微米(或者，在另一實例中，小于50微米)，以從胚芽中釋放油，從而提供油/胚芽混合物。

將研磨的胚芽(或油/胚芽混合物)輸送到胚芽維持罐210中，此處，例如，可以通過加入化學(xué)試劑(例如，氫氧化鈉、石灰(lime)、碳酸鈉、磷酸三鈉等)將罐中胚芽的ph值調(diào)節(jié)至約8至約10.5(或約8至約9.5)，以促進(jìn)油從胚芽中釋放。此外，也可以加入細(xì)胞破壁酶(例如，蛋白酶等)，和/或化學(xué)試劑(例如，亞硫酸鈉等)，以促進(jìn)油從胚芽中釋放。在一種實例中，胚芽可以在溫度為約140°f至約200°f(或者，約180°f至約200°f)的罐中保持約1小時。

接下來，將油和細(xì)胚芽的混合物進(jìn)行油/胚芽分離步驟211，此處，使用例如三相潷析器或三相盤式離心機，利用殘留的液化淀粉溶液中不同組分之間的密度差異從細(xì)胚芽中分離油。相對于在下游回收的油，特別是發(fā)酵后回收的油，在本工藝中的此階段回收的油在顏色和游離脂肪酸含量(從約2％至約5％)方面具有更理想的質(zhì)量。具體地，在發(fā)酵前回收的油的顏色較淡，游離脂肪酸含量較低。油的產(chǎn)量可以包括1.0lb/bu以上。在一種實例中，油的產(chǎn)量為約1.0至約1.2lb/bu。除此之外，或者作為發(fā)酵前油回收工作的一種替代，應(yīng)理解的是，類似的油回收方法可以在發(fā)酵后進(jìn)行。

利用研磨式粉碎機、銷棒粉碎機(pinmill)或高壓力鍋，將來自胚芽分離步驟208的含有纖維、蛋白質(zhì)和砂礫的下層液化淀粉溶液進(jìn)行粉碎步驟212，例如，以進(jìn)一步破壞纖維、淀粉和蛋白質(zhì)之間的連接。雖然沒有具體示出，在粉碎步驟212或其后，包括發(fā)酵過程中，可以選擇性地添加各種酶(以及它們的類型)，如葡糖淀粉酶、真菌酶(fungal)、纖維素酶(cellulose)、纖維二糖酶、蛋白酶等，以促進(jìn)組分的分離。

在發(fā)酵步驟213中，將含有分離的細(xì)胚芽(脫油的)的固體和來自油/胚芽分離步驟211的殘留的液化淀粉溶液返回至來自粉碎步驟212的液化淀粉溶液。在下游可以從纖維和蛋白質(zhì)組分中分離出細(xì)胚芽作為高價值的細(xì)胚芽顆粒。在一種可替代的實例中，可以將輸送至研磨步驟209的分離的胚芽研磨至顆粒尺寸小于500微米，但不能小至油從胚芽中釋放，且不產(chǎn)生細(xì)纖維。在一種實例中，所述胚芽的顆粒尺寸為50-500微米，平均顆粒尺寸為250微米。此后，在粉碎細(xì)步驟212后以及發(fā)酵步驟213前，可以將細(xì)胚芽顆粒返回到液化淀粉溶液中，用于在下游作為高價值的細(xì)胚芽顆粒被分離出來。在這種可替代的實例中，省去了胚芽維持罐210和油/胚芽分離步驟211。

作為替代，所述油/胚芽分離步驟211可以選擇性地替換為溶劑萃取步驟214、醇/胚芽分離步驟215，以及醇蒸發(fā)步驟216，以在維持罐210中從油和細(xì)胚芽的混合物中回收油。具體地，可以將油和細(xì)胚芽的混合物從維持罐210輸送至溶劑萃取步驟214，此處，將來自蒸餾步驟217的回收的醇添加到油和細(xì)胚芽的混合物中，以從中提取油。然后將醇/油/胚芽的混合物輸送到醇/胚芽分離步驟215，通過利用例如潷析式或盤式離心機從細(xì)胚芽中分離含有萃取的油的醇。在發(fā)酵步驟213中，將含有分離的細(xì)胚芽(脫油的)的固體(或重相)和來自醇/胚芽分離步驟213的殘留的液化淀粉溶液返回至來自粉碎步驟212的液化淀粉溶液。將分離的醇/油溶液(或輕相)輸送至醇蒸發(fā)步驟214，此處，使用蒸發(fā)器分離油和醇用于它們的回收。作為蒸餾塔的一部分可以包括小的蒸發(fā)器。脫油的胚芽通常含有約10％-20％的油。但是，由于溶劑萃取步驟214，脫油的胚芽含有約4％-10％的油。油的產(chǎn)量能達(dá)到1.0lb/bu以上。在一種實例中，油的產(chǎn)量為約1.0至約1.4lb/bu(或1.2至約1.4lb/bu)。

在發(fā)酵步驟213中，將含有纖維、蛋白質(zhì)、砂礫以及現(xiàn)在的細(xì)胚芽顆粒的液化淀粉溶液進(jìn)行發(fā)酵，然后在蒸餾步驟217中進(jìn)行蒸餾。在發(fā)酵過程中細(xì)胚芽將被部分脫油，這有助于后續(xù)具有降低的或沒有胚芽蛋白的高價值的油的分離和生產(chǎn)。在蒸餾塔中，液化淀粉溶液中的糖從酒糟(含有纖維、蛋白質(zhì)和細(xì)胚芽顆粒)中分離出來，以獲得醇。

在纖維/蛋白質(zhì)分離步驟218中，可以使用篩選設(shè)備(例如攪拌篩選機/過濾離心機)，利用顆粒尺寸的差異從細(xì)胚芽顆粒、細(xì)纖維和蛋白質(zhì)(谷蛋白)中分離纖維，以從中去除白纖維，即果皮。此處，篩孔的尺寸通常約為1mm，但可以從約0.3mm至1.5mm的范圍內(nèi)變動。另外，關(guān)于顆粒尺寸，蛋白質(zhì)的平均顆粒尺寸約為1-5微米，細(xì)胚芽的約為10-500微米，且各種纖維從約50微米至3mm的尺寸范圍內(nèi)變動。洗滌并干燥分離出的纖維以獲得高價值的用于工業(yè)用途的白纖維，產(chǎn)量約為2lb/bu。分離出的纖維還可以用作生產(chǎn)仲醇的原料，產(chǎn)量約為3lb/bu。白纖維主要來自果皮，且含有低于10％的蛋白質(zhì)，低于2％的油，和低于2％的淀粉。在一種實例中，白纖維包括85％以上的果皮，在另一種實例中，90％以上的果皮，在另一種實例中，95％以上的果皮。

繼續(xù)參見圖3，將來自過濾離心的濾液(含有殘留的具有約30微米至300微米以及約300微米至500微米尺寸的細(xì)纖維和胚芽根)，以及細(xì)胚芽和谷蛋白(蛋白質(zhì))移至細(xì)胚芽和纖維分離步驟219，此處，通過精細(xì)篩選設(shè)備例如具有篩孔尺寸為45微米左右的攪拌篩選機或壓力篩選機，將細(xì)胚芽和細(xì)纖維從谷蛋白溶液中去除。將細(xì)胚芽和細(xì)纖維輸送到細(xì)胚芽/纖維維持罐220，此處，例如，可以通過加入化學(xué)試劑(例如，氫氧化鈉、石灰、碳酸鈉、磷酸三鈉等)將罐中的細(xì)胚芽/纖維的ph值調(diào)節(jié)至約8至約10.5(或約8至約9.5)，以促進(jìn)額外的油從胚芽中釋放。此外，也可以加入細(xì)胞破壁酶(例如，蛋白酶等)，和/或化學(xué)試劑(例如，亞硫酸鈉等)，以促進(jìn)額外的油從胚芽中釋放。接下來，將細(xì)胚芽和纖維的混合物進(jìn)行細(xì)纖維分離步驟221，此處，通過例如潷析器將細(xì)纖維從細(xì)胚芽中分離，然后干燥以獲得ddg。在一種實例中，細(xì)纖維含有低于15％的蛋白和4％的油。

將來自細(xì)胚芽和纖維分離步驟219的分離液(centrate)和來自細(xì)纖維分離步驟221的分離液返回，并進(jìn)入蛋白質(zhì)回收/脫水步驟222，該步驟中使用例如，潷析器、噴嘴離心機或盤式潷析器以回收細(xì)胚芽和蛋白質(zhì)(以及使用的酵母)?？商娲兀瑏碜约?xì)纖維分離步驟221的分離液可以使用例如，潷析器、噴嘴離心機或盤式潷析器進(jìn)行選擇性地脫水，并返回胚芽研磨步驟209以提取更多的油。將來自回收/脫水步驟222的組分送至干燥機223以生產(chǎn)高價值的具有約60％的谷蛋白和約40％的胚芽/酵母的谷蛋白/胚芽/酵母混合物(蛋白粉)。來自蛋白質(zhì)脫水步驟222的下層進(jìn)入蒸發(fā)器226，以從中分離油，并生產(chǎn)糖漿，所述糖漿可以如標(biāo)號228表示的與ddg混合并干燥，以獲得供如?；蜇i的低蛋白(約20％)/低油(約7％)的ddgs。在一種實例中，蛋白質(zhì)不高于20％，油不高于7％。在另一種實例中，可以在此工藝中的浸泡/蒸煮步驟202和干燥步驟228之間的任何步驟中添加亞硫酸鈉、二氧化硫等。值得注意的是，在該系統(tǒng)和方法200中，大部分的副產(chǎn)品在發(fā)酵后被回收。

關(guān)于油的回收，每當(dāng)回收油時，在收集罐中一般都會傾向于形成乳劑層。在儲存油的罐中，油自然飄浮，且乳劑層與所有固體一起沉向底部。乳劑層中的葉黃素含量顯著，這有利于雞蛋蛋黃的形成和使皮膚變黃。在可選的離心步驟(未示出)中，可以回收乳劑層中含有的葉黃素，并在干燥蛋白質(zhì)前與蛋白粉副產(chǎn)品混合以增加飼料的價值。例如，可以將亞硫酸鈉、二氧化硫等添加到濕蛋白餅中，以在濕蛋白餅被輸送至蛋白質(zhì)干燥機223前將二氧化硫水平維持在20ppm以上。二氧化硫可以防止蛋白質(zhì)干燥機223中的葉黃素分解。來自離心機的油(輕相)可以返回到油儲存罐中。

現(xiàn)在參見圖3a，該圖顯示了圖3的系統(tǒng)和方法200的變體的流程圖。在該系統(tǒng)和方法200a中，谷蛋白(蛋白質(zhì))粉和白纖維(即，果皮)可以在發(fā)酵步驟213之前去除。簡單地說，考慮到背景因素，需要注意的是，來自典型玉米濕磨工藝的谷蛋白粉中含有100-200mg/lb的葉黃素。在發(fā)酵步驟213之前回收谷蛋白粉能夠減少葉黃素在發(fā)酵步驟213的過程中、以及隨后的蒸餾和蛋白質(zhì)回收步驟217、222中的損失。此外，需要注意的是，果皮的顆粒尺寸對于工業(yè)用途很重要，如在造紙工業(yè)中。較大尺寸的果皮顆粒，如從約1至約5mm，能堵塞發(fā)酵過程中使用的熱交換器。因此，在發(fā)酵步驟213前去除果皮能避免這些堵塞問題，并且由于果皮的早期去除，可以增加約15％的發(fā)酵能力。

如圖3a所示，在胚芽分離和隨后的粉碎步驟212之后，利用篩選設(shè)備例如過濾離心機將液化淀粉溶液與纖維、蛋白質(zhì)和砂礫一起進(jìn)行谷蛋白/纖維分離步驟230，以從中除去白纖維，即果皮。篩孔尺寸通常約為1.5mm，但可以從約1mm至約2mm的范圍內(nèi)變化。如標(biāo)號232所示，洗滌并干燥分離出的纖維，以獲得高價值的用于工業(yè)用途的白纖維，產(chǎn)量約為2lb/bu。分離出的纖維還可以用作生產(chǎn)仲醇的原料。例如，對于用于造紙工業(yè)的原料的白纖維，纖維主要來自果皮，而用于生產(chǎn)仲醇的白纖維，纖維主要來自果皮、胚芽根和細(xì)纖維，產(chǎn)量為3-4lb/bu，并含有低于14％的蛋白質(zhì)和低于5％的油。在一種實例中，白纖維包括85％以上的果皮，在另一種實例中，90％以上的果皮，在另一種實例中，95％以上的果皮。

可以利用本領(lǐng)域公知的方法選擇性地分離來自谷蛋白/纖維分離步驟230的上層液化淀粉溶液中的蛋白質(zhì)，其中，谷蛋白進(jìn)入洗滌和干燥步驟234，以獲得具有理想葉黃素百分率(即，約100mg/lb至約200mg/lb)的高價值谷蛋白粉。否則，在發(fā)酵步驟213中，將上層液化淀粉溶液部分與細(xì)胚芽顆?；旌?。該工藝的其余部分通常與圖3的相同，除了在該工藝的前面，在發(fā)酵步驟213之前回收谷蛋白粉和白纖維。具體地，在圖3的系統(tǒng)和方法200中，之前便將白纖維從蛋白質(zhì)、細(xì)纖維和細(xì)胚芽顆粒中進(jìn)行了分離并回收，在細(xì)胚芽和纖維分離步驟219中，使用篩選設(shè)備例如具有約45微米篩孔尺寸的攪拌篩選機或壓力篩選機，從殘留的蛋白質(zhì)(谷蛋白)中分離尺寸大于50微米的細(xì)纖維和細(xì)胚芽。

然后，將細(xì)胚芽和細(xì)纖維輸送到細(xì)胚芽/細(xì)纖維維持罐220中，此處，例如，可以通過加入化學(xué)試劑(例如，氫氧化鈉、石灰、碳酸鈉、磷酸三鈉等)將罐中的細(xì)胚芽/纖維的ph值調(diào)節(jié)至約8至約10.5(或約8至約9.5)，以促進(jìn)油從胚芽中釋放。此外，也可以加入細(xì)胞破壁酶(例如，蛋白酶等)，和/或化學(xué)試劑(例如，亞硫酸鈉等)，以促進(jìn)油從胚芽中釋放。接下來，將胚芽和纖維的混合物進(jìn)行細(xì)纖維分離步驟221，此處，通過例如潷析器從細(xì)胚芽中分離細(xì)纖維，然后干燥以獲得ddg。在一種實例中，細(xì)纖維含有低于15％的蛋白質(zhì)和4％的油以便生產(chǎn)ddg。將來自細(xì)胚芽和纖維分離步驟219的分離液和來自細(xì)纖維分離步驟221的分離液返回，并進(jìn)入使用例如潷析器、噴嘴離心機或盤式潷析器的蛋白質(zhì)回收/脫水步驟222，以回收細(xì)纖維和殘留蛋白質(zhì)以及使用的酵母?？商娲兀梢允褂美?，潷析器、噴嘴離心機或盤式潷析器，將來自細(xì)纖維分離步驟221的分離液選擇性地脫水，并返回胚芽研磨步驟209以提取更多的油。將來自蛋白質(zhì)回收/脫水步驟222的組分送至干燥機223以主要生產(chǎn)具有約60％的谷蛋白和約40％的胚芽/酵母的胚芽/酵母混合物。

現(xiàn)參見圖4，該圖示出了從用于生產(chǎn)醇的谷物中分離高價值副產(chǎn)品的系統(tǒng)和方法300的另一種實施方式。該系統(tǒng)和方法300通常對應(yīng)于干磨乙醇生產(chǎn)系統(tǒng)和工藝，分離各種副產(chǎn)品，以生產(chǎn)例如用于生產(chǎn)仲醇的纖維素材料和高價值油。為達(dá)到這個目的，在這種具體的工藝和方法300中，首先，將玉米進(jìn)行例如錘式粉碎302，能夠用于將玉米研磨至顆粒尺寸小于約7/64英寸，并促進(jìn)油從中釋放。在一種實例中，顆粒尺寸從約50微米到3mm。研磨有助于破壞纖維、蛋白質(zhì)、淀粉和胚芽之間的連接。在另一種實例中，例如來自干法分餾工藝的胚芽部分可以取代此處起始的未研磨的玉米。將研磨的玉米與水混合，并輸送至液化步驟304，提供具有約1.05-1.15克/立方厘米的密度的液化淀粉溶液。在液化步驟304，淀粉開始轉(zhuǎn)化為液化淀粉溶液?？梢栽谝夯襟E304添加酶例如α-淀粉酶，此處可以使用本領(lǐng)域公知的任何合適的液化裝置。

來自液化步驟304的液流含有約1lb/bu的游離油和約1.5lb/bu的胚芽顆粒(尺寸在約小于50微米至約1mm的范圍內(nèi)變動)、1lb/bu的砂礫(尺寸在約50微米至約1mm的范圍內(nèi)變動)以及5lb/bu的纖維(顆粒尺寸在約50微米至約3mm的范圍內(nèi)變動)。該液流進(jìn)入胚芽/油分離步驟306，利用三相分離裝置(例如，三相潷析器、三相盤式離心機、水利旋流器等)，根據(jù)液化淀粉溶液中不同組分的密度差異，從含有重纖維、蛋白質(zhì)和砂礫的液化淀粉溶液中分別分離油和胚芽。具體地，將液化淀粉溶液用作重介質(zhì)液體以漂浮胚芽和油(分別具有約1.0-1.05克/立方厘米和0.9-0.92克/立方厘米的密度)。此處需要注意的是，如果在胚芽/油分離步驟306中利用三相盤式離心機，可能需要例如進(jìn)行預(yù)篩選步驟(未示出)以除去大尺寸的纖維顆粒，例如>750微米。如果利用該預(yù)篩選步驟，固體部分繞開胚芽/油分離步驟306并直接進(jìn)入下面進(jìn)一步討論的研磨步驟310。相對于在下游回收的油，特別是發(fā)酵后回收的油，在本工藝中的此階段(例如，在胚芽/油分離步驟306)回收的油在顏色和游離脂肪酸含量(從約2％至約5％)方面具有更理想的質(zhì)量。具體地，在發(fā)酵前回收的油的顏色較淡，游離脂肪酸含量較低。油的產(chǎn)量可以包括1.0lb/bu以上。在一種實例中，油的產(chǎn)量為約1.0至約1.2lb/bu。

然后，將分離的胚芽供給到研磨步驟307中的研磨裝置，以將胚芽顆粒精細(xì)研磨至顆粒尺寸在10-300微米之間，以促進(jìn)從中釋放額外的油，從而提供油/胚芽混合物。在另一種實例中，顆粒尺寸小于50微米。將研磨的胚芽(或油/胚芽混合物)輸送到胚芽維持罐308中，此處，例如，可以通過加入化學(xué)試劑(例如，氫氧化鈉、石灰、碳酸鈉、磷酸三鈉等)將細(xì)胚芽的ph值調(diào)節(jié)至約8至約10.5(或約8至約9.5)，以促進(jìn)油從胚芽中釋放。此外，也可以加入細(xì)胞破壁酶(例如，蛋白酶等)，和/或化學(xué)試劑(例如，亞硫酸鈉等)，以促進(jìn)油從胚芽中釋放。在一種實例中，細(xì)胚芽可以于約140°f至約200°f(或者，約180°f至約200°f)的溫度下在罐中保持約1小時。

接下來，將油和胚芽的混合物進(jìn)行油/胚芽分離步驟309，此處，使用例如三相潷析器或三相盤式離心機，利用殘留的液化淀粉溶液中不同組分之間的密度差異從胚芽中分離油。相對于在下游回收的油，特別是發(fā)酵后回收的油，在本工藝中的此階段回收的油在顏色和游離脂肪酸含量(從約2％至約5％)方面具有更理想的質(zhì)量。除此之外，或者作為發(fā)酵前油回收工作的一種替代，應(yīng)當(dāng)理解的是，類似油的回收方法可以在發(fā)酵后進(jìn)行。

將來自胚芽分離步驟306的含有纖維、蛋白質(zhì)和砂礫的下層液化淀粉溶液進(jìn)行例如使用研磨式粉碎機的研磨步驟310，以進(jìn)一步破壞纖維、淀粉和蛋白質(zhì)之間的連接。雖然沒有具體示出，在研磨步驟310過程中，包括隨后的發(fā)酵過程中，可以選擇性地添加各種酶(以及它們的類型)如葡糖淀粉酶、真菌酶、纖維素酶、纖維二糖酶、蛋白酶等，以促進(jìn)組分間的分離。

將含有分離的細(xì)胚芽的固體和來自油/胚芽分離步驟309的殘留的液化淀粉溶液返回至來自粉碎步驟310的液化淀粉溶液，然后進(jìn)行發(fā)酵步驟311。在下游可以將細(xì)胚芽顆粒從纖維和蛋白質(zhì)組分中分離出來，并作為高價值的細(xì)胚芽顆粒(部分脫油的)。在一種可替代的實例中，將分離的胚芽輸送至研磨步驟310，此后，在發(fā)酵階段，在發(fā)酵步驟311的粉碎步驟310之后，可以將細(xì)胚芽顆粒返回到液化淀粉溶液中，用于在下游作為高價值的細(xì)胚芽顆粒被分離出來。在這種可替代的實例中，省去了方法中胚芽維持罐308和油/胚芽分離步驟309。

作為替代，油/胚芽分離步驟309可以選擇性地替換為溶劑萃取步驟312、醇/胚芽分離步驟313以及醇蒸發(fā)步驟314，以在維持罐308中從油和細(xì)胚芽的混合物中回收油。具體地，可以將油和細(xì)胚芽的混合物從維持罐308輸送至溶劑萃取步驟312，此處，將來自蒸餾步驟315的回收的醇添加到油和細(xì)胚芽的混合物中，以從中提取油。然后將醇/油/胚芽混合物輸送到醇/胚芽分離步驟313，以通過利用例如潷析式或盤式離心機從細(xì)胚芽中分離含有萃取的油的醇。在發(fā)酵步驟311中，將含有分離的細(xì)胚芽(脫油的)的固體(或重相)和來自醇/胚芽分離步驟313的殘留的液化淀粉溶液返回至來自粉碎步驟310的液化淀粉溶液。將分離的醇/油溶液(或輕相)輸送至醇蒸發(fā)步驟314，此處，使用蒸發(fā)器分離油和醇用于它們的回收。作為蒸餾塔的一部分可以包括小的蒸發(fā)器。脫油的胚芽通常含有約10％-20％的油。但是，由于溶劑萃取步驟312，所述脫油的胚芽含有約4％-10％的油。油的產(chǎn)量能達(dá)到1.0lb/bu以上。在一種實例中，油的產(chǎn)量為約1.0至約1.4lb/bu(或1.2至約1.4lb/bu)。

在發(fā)酵步驟311中，將含有纖維、蛋白質(zhì)、砂礫以及現(xiàn)在的細(xì)胚芽顆粒的液化淀粉溶液進(jìn)行發(fā)酵，然后在蒸餾步驟315中進(jìn)行蒸餾。在蒸餾塔中，將發(fā)酵溶液(也稱為啤酒)從酒糟(含有纖維、蛋白質(zhì)和細(xì)胚芽顆粒)中分離，以獲得醇。在纖維/蛋白質(zhì)分離步驟316中，使用篩選設(shè)備例如攪拌篩選機、過濾離心機或潷析器，利用顆粒尺寸的差異從細(xì)胚芽顆粒和蛋白質(zhì)(谷蛋白)中分離纖維，以從中去除纖維。篩孔尺寸通常約為50微米，以收集大量的胚芽根、果皮以及細(xì)纖維，但可以從約300微米至700微米的范圍內(nèi)變動。洗滌并選擇性地干燥分離出的纖維以獲得用于生產(chǎn)仲醇的纖維素，該纖維素為質(zhì)量低于例如通過圖3的工藝獲得的白纖維的纖維?？梢詫⒌玫降暮泄ず团哐扛?并可以含有細(xì)纖維)，并具有低于15％的蛋白質(zhì)，低于5％的油，以及低于4％的淀粉的纖維素材料在不進(jìn)行進(jìn)一步處理的情況下作為原料輸送至本領(lǐng)域公知的仲醇系統(tǒng)。

繼續(xù)參考圖4，將來自纖維/蛋白質(zhì)分離步驟316的分離液(含有殘留的具有30微米至300微米以及300微米至500微米大小的細(xì)纖維和胚芽根)以及細(xì)胚芽和谷蛋白移至細(xì)胚芽和纖維分離步驟317，此處，通過精細(xì)篩選設(shè)備例如具有篩孔尺寸為45微米左右的攪拌篩選機或壓力篩選機將細(xì)胚芽和細(xì)纖維從谷蛋白溶液中去除。將細(xì)胚芽和細(xì)纖維輸送到細(xì)胚芽/纖維維持罐318，此處，例如，可以通過加入化學(xué)試劑(例如，氫氧化鈉、石灰、碳酸鈉、磷酸三鈉等)將罐中的細(xì)胚芽/纖維的ph值調(diào)節(jié)至約8至約10.5(或約8至約9.5)，以促進(jìn)額外的油從胚芽中釋放。此外，也可以加入細(xì)胞破壁酶(例如，蛋白酶等)，和/或化學(xué)試劑(例如，亞硫酸鈉等)，以促進(jìn)額外的油從胚芽中釋放。接下來，將胚芽和纖維的混合物進(jìn)行細(xì)纖維分離步驟319，此處，通過例如潷析器將細(xì)纖維從細(xì)胚芽中分離。將細(xì)纖維和來自蒸餾的酒糟混合，以便可以再次進(jìn)行纖維/蛋白質(zhì)分離步驟316。

將來自細(xì)胚芽和纖維分離步驟317的分離液和來自細(xì)纖維分離步驟319的上層返回，并進(jìn)入蛋白質(zhì)回收/脫水步驟320，該步驟中使用例如，潷析器、噴嘴離心機或盤式潷析器以回收細(xì)胚芽和蛋白質(zhì)(以及使用的酵母)?？商娲兀瑏碜约?xì)纖維分離步驟319的上層可以使用例如，潷析器、噴嘴離心機或盤式潷析器選擇性地脫水，并返回胚芽研磨步驟310以提取更多的油。將來自回收/脫水步驟320的組分送至干燥機321以生產(chǎn)高價值的具有約60％的谷蛋白和約40％的胚芽/酵母的谷蛋白/胚芽/酵母混合物(蛋白粉)。來自蛋白質(zhì)脫水步驟的上層進(jìn)入蒸發(fā)器324，以從中分離各種油，并獲得高濃度的糖漿(大于65％的ds)，其可以在其它物質(zhì)中作為(a)用于生產(chǎn)仲醇的營養(yǎng)素，(b)動物飼料，(c)肥料，(d)和/或用于生產(chǎn)沼氣的厭氧發(fā)酵物。

另外，在發(fā)酵步驟311之前和之后，可以選擇性的提供離心步驟(未示出)以在回收的油的乳劑層中回收葉黃素成分，并在干燥蛋白質(zhì)前與蛋白粉副產(chǎn)品混合以增加飼料價值?？梢詫喠蛩徕c、二氧化硫等添加到濕蛋白餅中，例如，以在濕蛋白餅被輸送至蛋白質(zhì)干燥機321前將二氧化硫水平維持在20ppm以上。二氧化硫可以防止蛋白質(zhì)干燥機321中的葉黃素分解。來自離心機的上層可以返回到油儲存罐中。

現(xiàn)參見圖4a，該圖顯示了圖4的系統(tǒng)和方法300的變體的流程圖。在該系統(tǒng)和方法300a中，可以在發(fā)酵步驟311之前除去纖維素材料和谷蛋白(蛋白質(zhì))粉。在發(fā)酵步驟311之前回收谷蛋白粉能夠減少葉黃素在發(fā)酵步驟311的過程中、以及隨后的蒸餾和蛋白質(zhì)回收步驟315、320中的損失。此外，較大尺寸的果皮顆粒，如從約1mm至約4mm，會堵塞發(fā)酵步驟311過程中使用的熱交換器。因此，在發(fā)酵步驟311前去除果皮能避免這些堵塞問題，并且能夠比傳統(tǒng)工藝增加約15％的發(fā)酵能力。

如圖4a所示，在胚芽/油分離步驟306之后，利用篩選設(shè)備例如過濾離心機將含有砂礫、纖維和蛋白質(zhì)的液化淀粉溶液進(jìn)行研磨步驟310，然后進(jìn)行谷蛋白/纖維分離步驟326，以從中除去纖維。篩孔通常約為500微米，以收集大量的胚芽根、果皮以及細(xì)纖維，但可以在約300微米至約700微米的范圍內(nèi)變化。如標(biāo)號328所示，洗滌并選擇性地干燥分離出的纖維，以獲得用于生產(chǎn)仲醇的纖維素。在不進(jìn)行任何進(jìn)一步處理的情況下，可以將產(chǎn)生的含有果皮和胚芽根以及具有高達(dá)約15％的蛋白質(zhì)、高達(dá)約5％的油，以及高達(dá)約4％的淀粉的纖維素材料輸送至仲醇系統(tǒng)作為原料。

如標(biāo)號330所示，利用離心機例如盤式離心機，或噴嘴離心機/潷析器組合，可以選擇性地將來自谷蛋白/纖維分離步驟326后的液化淀粉溶液分離液中的蛋白質(zhì)部分分離出來。將分離的蛋白質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步的洗滌步驟332，并能夠產(chǎn)生具有理想葉黃素百分率(即，約100mg/lb至約200mg/lb)的高價值蛋白粉，其可以與后續(xù)進(jìn)一步討論的從下游分離出的殘留蛋白質(zhì)進(jìn)一步混合。否則，在發(fā)酵步驟311中，將液化淀粉溶液分離液部分將與細(xì)胚芽顆?；旌?。作為另一種選擇，可以將來自油/胚芽分離步驟309的細(xì)胚芽顆粒進(jìn)一步加工，以在發(fā)酵步驟311中與液化淀粉溶液混合前分離并獲得胚芽蛋白質(zhì)。

該工藝的其余部分通常與圖4的相同，除了在發(fā)酵步驟311前，于工藝的前端回收了谷蛋白粉和纖維。具體地，之前便將纖維從蛋白質(zhì)、細(xì)胚芽顆粒和細(xì)纖維中進(jìn)行了分離，現(xiàn)在不存在分離步驟316(圖4)。替代的是，在細(xì)胚芽和纖維分離步驟317中，從殘留蛋白質(zhì)(谷蛋白)中分離尺寸大于50微米的細(xì)纖維和細(xì)胚芽。本文中，使用精細(xì)篩選設(shè)備例如具有約45微米篩孔尺寸的攪拌篩選機或壓力篩選機分離細(xì)胚芽和細(xì)纖維。

將細(xì)胚芽和細(xì)纖維輸送到細(xì)胚芽/細(xì)纖維維持罐318中，此處，例如，可以通過加入化學(xué)試劑(例如，氫氧化鈉、石灰、碳酸鈉、磷酸三鈉等)將罐中的細(xì)胚芽/纖維的ph值調(diào)節(jié)至約8至約10.5(或約8至約9.5)，以促進(jìn)額外的油從胚芽中釋放。此外，也可以加入細(xì)胞破壁酶(例如，蛋白酶等)，和/或化學(xué)試劑(例如，亞硫酸鈉等)，以促進(jìn)額外的油從胚芽中釋放。接下來，將胚芽和纖維的混合物進(jìn)行細(xì)纖維分離步驟319，此處，通過例如潷析器從細(xì)胚芽中分離細(xì)纖維。然后，如標(biāo)號328所示，可以將細(xì)纖維與分離的已經(jīng)洗滌并選擇性干燥的纖維混合，用于生產(chǎn)仲醇的纖維素。在一種實例中，細(xì)纖維含有低于15％的蛋白質(zhì)和4％的油。

在蛋白質(zhì)回收/脫水步驟320中，將來自細(xì)胚芽和纖維分離步驟317的分離液、來自細(xì)纖維分離步驟319的上層，以及來自前端選擇性谷蛋白洗滌步驟332的上層混合，并使用例如潷析器、噴嘴離心機或盤式潷析器回收細(xì)纖維和蛋白質(zhì)(以及使用的酵母)?？商娲兀梢允褂美鐫銎?、噴嘴離心機或盤式潷析器將來自細(xì)纖維分離步驟319的上層進(jìn)行選擇性地脫水，并返回胚芽研磨步驟307以提取更多的油。將來自回收/脫水步驟320的組分送至干燥機321，并與從前端選擇性分離的谷蛋白混合以獲得具有約60％的谷蛋白和約40％的胚芽/酵母的谷蛋白/胚芽/酵母混合物(蛋白粉)。來自蛋白質(zhì)脫水步驟320的上層進(jìn)入蒸發(fā)器324，以從中分離各種油，并獲得高濃度的糖漿(大于65％的ds)，其可以在其它物質(zhì)中作為(a)用于生產(chǎn)仲醇的營養(yǎng)素，(b)動物飼料，(c)肥料，(d)和/或用于生產(chǎn)沼氣的厭氧發(fā)酵物。

現(xiàn)參見圖5，該圖示出了從用于生產(chǎn)醇的谷物中分離高價值副產(chǎn)品的系統(tǒng)和方法400的另一種實施方式。該系統(tǒng)和方法400通常對應(yīng)于干磨乙醇生產(chǎn)系統(tǒng)和工藝，分離各種副產(chǎn)品，例如，以生產(chǎn)例如供牛或豬的低蛋白(低于20％)/低油(低于8％)的ddgs和高價值油。為此，在這種具體的工藝和方法400中，首先，將玉米進(jìn)行例如錘式粉碎402，用于將玉米研磨至顆粒尺寸小于約7/64英寸，并促進(jìn)油從中釋放。在一種實例中，顆粒尺寸從約50微米到3mm。研磨有助于破壞纖維、蛋白質(zhì)、淀粉和胚芽之間的連接。在另一種實例中，例如來自干法分餾工藝的胚芽部分可以取代此處起始的未研磨的玉米。將研磨的玉米與水混合，并輸送至液化步驟404，提供具有約1.05-1.15克/立方厘米的密度的液化淀粉溶液。在液化步驟404，淀粉開始轉(zhuǎn)化為液化淀粉溶液?？梢栽谝夯襟E404添加酶例如α-淀粉酶，此處可以使用本領(lǐng)域公知的任何合適的液化裝置。

來自液化步驟404的液流含有約1lb/bu的游離油和約1.5lb/bu的胚芽顆粒(尺寸在約小于50微米至約1mm的范圍內(nèi)變動)、1lb/bu的砂礫(尺寸在約50微米至約1mm的范圍內(nèi)變動)以及5lb/bu的纖維(顆粒尺寸在約小于50微米至約3mm的范圍內(nèi)變動)。該液流進(jìn)入固體/液體分離步驟406，利用合適的篩選設(shè)備(例如，預(yù)濃縮器、攪拌篩選機、壓力篩選機、纖維離心機等)從固體材料中分離液體。選擇可以在約50微米至約500微米的范圍內(nèi)變動的篩孔，從主要含有液化淀粉溶液(含有少量的油、游離蛋白質(zhì)(主要是谷蛋白)和淀粉)的液體中分離出滿足需要的纖維、砂礫和胚芽顆粒。在一種實例中，篩孔約為50微米。

液體部分可以進(jìn)入油/液化淀粉溶液分離步驟408，此處，將液體部分置于離心機例如盤式離心機中，以在將液化淀粉溶液與發(fā)酵前處理的固體部分混合前分離出油，這將在下面進(jìn)行討論。在油/液化淀粉溶液分離步驟408中，將液化淀粉溶液用作重介質(zhì)液體以漂浮油(密度約為1.05-1.15克/立方厘米)。相對于在下游回收的油，特別是發(fā)酵后回收的油，在本工藝中的此階段回收的油在顏色和游離脂肪酸含量(從約2％至約5％)方面具有更理想的質(zhì)量。具體地，在發(fā)酵前回收的油的顏色較淡，游離脂肪酸含量較低。油的產(chǎn)量可以包括0.8lb/bu以上。在一種實例中，油的產(chǎn)量為約0.8至約1.0lb/bu。

利用例如研磨式粉碎機、銷棒粉碎機或高壓力鍋步驟，將來自固體/液體分離步驟406的分離的固體進(jìn)行粉碎步驟410，以進(jìn)一步破壞纖維、淀粉和蛋白質(zhì)之間的連接?？梢赃x擇性地添加各種酶(以及它們的類型)，如葡糖淀粉酶、真菌酶、纖維素酶、纖維二糖酶、蛋白酶等，以促進(jìn)分離。然后，將來自粉碎步驟410的處理的固體部分和來自油/液化淀粉分離步驟408的液化淀粉溶液混合。將現(xiàn)在含有纖維、砂礫、胚芽和蛋白質(zhì)的液化淀粉溶液進(jìn)行發(fā)酵步驟412，然后進(jìn)行蒸餾步驟414。在蒸餾塔中，將發(fā)酵溶液從酒糟(含有纖維、蛋白質(zhì)和胚芽顆粒)中分離，以獲得醇。在纖維/蛋白質(zhì)分離步驟416中，使用篩選設(shè)備例如過濾離心機，通過顆粒尺寸的差異從胚芽顆粒和蛋白質(zhì)(谷蛋白)中分離纖維，以從中去除纖維。篩孔通常約為500微米，以收集大量的胚芽根、果皮以及細(xì)纖維，但可以在約300微米至700微米的范圍內(nèi)變動。分離的纖維用于生產(chǎn)低蛋白(低于20％)/低油(低于8％)的ddg。

如果纖維中較低的蛋白質(zhì)和油含量是需要的或理想的，可以將纖維輸送至例如維持罐(未示出)，此處，可以通過加入化學(xué)試劑(例如，氫氧化鈉、石灰、碳酸鈉、磷酸三鈉等)將分離的纖維的ph值調(diào)節(jié)至約8至約10.5(或約8至約9.5)，以促進(jìn)額外的油從胚芽中釋放。此外，也可以加入細(xì)胞破壁酶(例如，蛋白酶等)，和/或化學(xué)試劑(例如，亞硫酸鈉等)，以促進(jìn)額外的油從胚芽中釋放。在一種實例中，纖維可以在溫度為約140°f至約200°f(或者，約180°f至約200°f)的罐中保持約1小時。然后，可以將纖維進(jìn)行研磨步驟以從纖維中釋放更多的油和蛋白質(zhì)。通過這些額外的處理步驟生產(chǎn)的纖維能夠具有低得多的油(低于2％)和低得多的蛋白質(zhì)(低于10％)，并且可以用于生產(chǎn)仲醇。

使用例如潷析器、噴嘴離心機或盤式潷析器，將來自纖維/蛋白質(zhì)分離步驟416的分離液進(jìn)行蛋白質(zhì)回收/脫水步驟418，以回收細(xì)胚芽和蛋白質(zhì)(以及使用的酵母)。將這些組分輸送至干燥機420以獲得高價值的具有約60％的谷蛋白和約40％胚芽/酵母的谷蛋白/胚芽/酵母混合物(蛋白粉)。該系統(tǒng)和方法400將生產(chǎn)5.5lb/bu的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)純度約為45％?？商娲?，在蛋白質(zhì)回收/脫水步驟418前，來自纖維/蛋白質(zhì)分離步驟416的分離液首先可以選擇性的替換為輸送至胚芽/谷蛋白分離步驟422，此處，使用例如攪拌篩選機或壓力篩選機從谷蛋白中分離胚芽。將胚芽返回至胚芽研磨步驟410以提取更多的油。谷蛋白被輸送至蛋白質(zhì)回收/脫水步驟418，然后進(jìn)入蛋白質(zhì)干燥機420。

來自蛋白質(zhì)脫水步驟418的上層進(jìn)入蒸發(fā)器424，以從中分離各種油，并獲得糖漿，糖漿可以如標(biāo)號426所示的與ddg混合并干燥，以獲得供例如?；蜇i的尤其是奶牛的低蛋白(低于20％)/低油(低于8％)的ddgs。ddgs含有低于約20％的蛋白質(zhì)、低于約8％的油，以及低于約4％的淀粉。

另外，在發(fā)酵步驟412之前和之后，可以提供選擇性的離心步驟(未示出)，以對回收的油的乳劑層中含有的葉黃素進(jìn)行回收，并在干燥前與蛋白質(zhì)副產(chǎn)品混合以增加飼料價值。例如，可以將亞硫酸鈉、二氧化硫等添加到濕蛋白餅中，以在濕蛋白餅被輸送至蛋白質(zhì)干燥機420前將二氧化硫水平維持在20ppm以上。二氧化硫可以防止蛋白質(zhì)干燥機420中的葉黃素分解。來自離心機的上層可以返回至油儲存罐中。另外，盡管沒有示出，應(yīng)該理解的是，可以按照圖3和圖4的方法300、400的后端所闡明的方式處理來自蒸餾的酒糟的纖維、蛋白質(zhì)、細(xì)胚芽和細(xì)纖維。

現(xiàn)參見圖5a，該圖顯示了圖5的系統(tǒng)和方法400的變體的流程圖。在該系統(tǒng)和方法400a中，在發(fā)酵步驟412之前除去谷蛋白粉。在發(fā)酵步驟412之前回收谷蛋白粉能夠減少葉黃素在發(fā)酵步驟412的過程中、以及隨后的蒸餾和蛋白質(zhì)回收步驟414、418中的損失。

如圖5a所示，在固體/液體分離步驟406后，液體部分可以進(jìn)入油/液化淀粉溶液/谷蛋白分離步驟428，此處，將液體部分置于盤式離心機或盤式潷析器離心機，以從在發(fā)酵步驟412前輸送至與處理的固體部分混合的液化淀粉溶液中分別分離出油和谷蛋白。在油/液化淀粉溶液/谷蛋白分離步驟428中，液化淀粉溶液用作重介質(zhì)液體以漂浮和分離具有約0.9-0.92克/立方厘米的密度的油。谷蛋白作為餅從分離步驟428中去除，并進(jìn)入谷蛋白洗滌步驟430，然后進(jìn)入谷蛋白干燥步驟432以獲得具有理想葉黃素百分率(即，約100mg/lb至約200mg/lb)的高價值谷蛋白粉。

該工藝的其余部分通常與圖5的相同，除了在發(fā)酵步驟412前，于工藝的前端回收了谷蛋白粉。具體地，選擇性的胚芽/谷蛋白分離步驟422(圖5)現(xiàn)在為使用例如攪拌篩選機或壓力篩選機的選擇性的胚芽脫水步驟423，以回收細(xì)胚芽。將胚芽返回至胚芽研磨步驟410以提取更多油。將分離液輸送至蛋白質(zhì)回收/脫水步驟418，然后將回收的組分輸送至蛋白質(zhì)干燥機420。得到的谷蛋白/胚芽/酵母混合物(蛋白粉)含有較低百分比的谷蛋白。來自蛋白質(zhì)回收/脫水步驟418的上層仍使其進(jìn)入蒸發(fā)器424以從中分離各種油，并獲得糖漿，糖漿可以與ddg混合并干燥以的得到低蛋白(低于20％)/低油(低于8％)的ddgs。

現(xiàn)參見圖5b，該圖顯示了圖5的系統(tǒng)和方法400的變體的流程圖。在該系統(tǒng)和方法400b中，在發(fā)酵步驟412中，與來自油/液化淀粉溶液分離步驟408的液化淀粉溶液混合前，先將來自碎粉步驟410的處理的固體部分輸送至維持罐434，然后，進(jìn)行固體/液體分離步驟436。

具體地，如圖5b所示，在維持罐434中將處理的固體部分與蒸煮水(cookwater)混合，此處，細(xì)胚芽和細(xì)纖維的纖維、淀粉、蛋白質(zhì)和油之間的連接可以進(jìn)一步被破壞。另外，例如，可以通過加入化學(xué)試劑(例如，氫氧化鈉、石灰、碳酸鈉、磷酸三鈉等)將細(xì)胚芽的ph值調(diào)節(jié)至約8至約10.5(或約8至約9.5)，以促進(jìn)油從胚芽中釋放。此外，也可以加入細(xì)胞破壁酶(例如，蛋白酶等)，和/或化學(xué)試劑(例如，亞硫酸鈉等)，以促進(jìn)油從胚芽中釋放。在一種實例中，胚芽可以在溫度為約140°f至約200°f(或者，約180°f至約200°f)的罐中保持約1小時。

在維持罐434后，將漿液輸送至固體/液體分離步驟436，此處，通過使用例如攪拌篩選機或壓力篩選機分離固體和液體。篩子的孔的尺寸比在固體/液體分離步驟406中使用的篩子的孔的尺寸大。在一種實例中，孔可以在約100微米到400微米的范圍內(nèi)變動。在另一種實例中，篩子的孔約為250微米。在錘式粉碎402后和液化步驟404前，將含有小于篩孔尺寸的細(xì)胚芽顆粒和細(xì)纖維顆粒的液體分離液返回與研磨的谷物混合，以形成漿液并用于進(jìn)一步加工，例如，回收額外的油副產(chǎn)品。然后，將來自固體/液體分離步驟436的固體部分和來自油/液化淀粉分離步驟408的液化淀粉溶液混合，并進(jìn)行發(fā)酵步驟412，然后進(jìn)行蒸餾步驟414。該工藝的其余部分通常與圖5的相同，包括選擇性地將來自谷蛋白/分離步驟422的細(xì)胚芽返回至胚芽研磨步驟410以提取更多的油，隨后進(jìn)一步置于維持罐434和進(jìn)行固體/液體分離步驟436。使用該系統(tǒng)和方法400b，來自油/液化淀粉溶液分離步驟408的油的產(chǎn)量為1.0lb/bu以上。在一種實例中，油的產(chǎn)量為約1.2到約1.4lb/bu。另外，需要理解的是，這些額外的步驟434和436可以同樣的用于圖3-5a所示的工藝中。

因此，本發(fā)明提供了一種在傳統(tǒng)工藝和其它工藝上進(jìn)行了改進(jìn)的從用于生產(chǎn)醇的谷物中分離高價值副產(chǎn)品(例如，油、白纖維和蛋白粉)的系統(tǒng)和方法，從而克服了現(xiàn)有系統(tǒng)和方法的缺陷。

盡管已經(jīng)通過各種實施方式的描述闡明了本發(fā)明，且盡管已經(jīng)相當(dāng)詳細(xì)的描述了這些實施方式，但申請人并不意在將隨附的權(quán)利要求約束或以任何方式限制在這些細(xì)節(jié)上。例如，盡管本文中描述的各種系統(tǒng)和方法均集中在玉米上，事實上，可以使用任何類型的谷物，例如，但并不限于小麥、大麥、高粱、黑麥、水稻、燕麥等。還需要理解的是，可以使用任何副產(chǎn)品，例如，來自現(xiàn)有玉米濕磨工藝的纖維蛋白或來自現(xiàn)有干法分餾工藝的胚芽部分和纖維部分。其它的優(yōu)勢和變型對于本領(lǐng)域技術(shù)人來說是顯而易見的。因此，本發(fā)明并不限于典型的裝置和方法以及實施例所示和描述的具體細(xì)節(jié)，而具有更寬的范圍。因此，在不背離本申請發(fā)明構(gòu)思的精神或范圍的情況下，可以根據(jù)這些具體描述對本發(fā)明進(jìn)行修改。