[发明专利]制造丁醇或丙酮的工艺

说明书

发明领域

本发明涉及用于制造生物燃料和可再生化学物质的工艺。更具体地，本发明涉及用于制造丁醇的工艺。本发明还涉及用于制造丙酮的工艺。

发明背景

近些年来，较高的油价、耗尽的燃料供应和环境关注已重新引起对由生物质来生产燃料(“生物燃料”)的兴趣。生物丁醇是通过利用细菌(通常是梭菌属(genus Clostridium))使生物质发酵而产生的。除丁醇以外，这些生物体还产生丙酮(其为重要的溶剂)和乙醇。这样的发酵反应通常被称为“ABE工艺”(丙酮/丁醇/乙醇工艺)。当前使用的原料或基质包括能源作物，诸如甜菜、甘蔗、玉米谷物和小麦，以及农业副产物，诸如秸秆和玉米秆。在发酵过程中这样的基质提供了对促进生物体的生长所必需的营养物的平衡。与使用乙醇相比，使用生物丁醇作为燃料具有一些优势。然而，目前由于生物丁醇生产比乙醇生产昂贵，因此其没有大规模地商业化。

目前通过发酵来制造丁醇和/或丙酮的许多基质利用以上讨论的能源作物，这些能源作物作为食品的成分而不是作为用于生物燃料的基质已经是需求量大的。因此，存在对提供一种利用可选择的基质来制造丁醇和/丙酮的工艺的需求。

与能源作物和农业副产物一样，其它有机材料诸如制造工艺的有机废产物和/或有机副产物可以是潜在的基质组分。然而，许多被证明是不合适的。例如，一些有机废产物或副产物可能不含有适合于促进生物体生长的均衡营养物，可能对生物体有害和/或可能不含有可进入生物体的形式的足够的必需营养物。因为这一原因，许多有机废弃物或副产物作为基质具有有限的作用且因此具有很小的经济价值。

本发明提供了利用包括作为制造威士忌酒(尤其是麦芽威士忌酒)的一部分而产生的酒糟(pot ale)、低价值有机副产物的基质来制造丁醇和/或丙酮的工艺。

麦芽威士忌酒是指仅由发芽大麦的谷物生产的威士忌酒。麦芽威士忌酒的生产以通过将大麦浸泡在水中使大麦发芽开始。发芽释放分解谷物中的淀粉并将淀粉转化成糖的酶。当达到期望的发芽状态时，将发芽大麦干燥。将干燥的发芽大麦在芽浆桶中捣碎。捣碎时，允许在发芽过程中产生的酶将大麦淀粉转化或水解为糖。得到的含有糖的液体被称为麦芽汁。将该麦芽汁转移到被称为发酵槽的大容器中，在其中使麦芽汁冷却并允许发酵形成“酒醪(wash)”。在提取可溶性糖或麦芽汁之后残留的残余物被称为糟粕。糟粕包含废大麦固体或麦糟(spent grain)。

将酒醪在铜制蒸馏容器或罐式蒸馏锅(也称为初馏锅)中蒸馏以产生含酒精的液体蒸馏物，也称为低度酒。将酒精(spirit)第一次蒸馏之后残留在初馏锅中的蒸馏残余物或液体(liquor)称为酒糟或过烧强麦酒。在酒精蒸馏锅中使低度酒进行第二次蒸馏并且有时进行第三次以产生无水酒精(raw spirit)，其在橡木桶中陈化以产生麦芽威士忌酒。第二次以及后续的蒸馏中残留的液体被称为废粕(spent lees)。

因此，制造麦芽威士忌酒的副产物包含糟粕(draff)、酒糟和废粕。酒糟具有低的总固体含量并含有死亡的酵母细胞、酵母残余物、可溶性蛋白、可溶性营养物、糖类以及来自发酵步骤和捣碎步骤的其它材料。酒糟还可含有来自蒸馏锅自身的大量的铜。酒糟中的营养物是低的并可能具有高的含铜量，使其难以在工业中进行处置。以对工业的代价被大量地处置到海中。

发明概述

本申请的发明人开发了利用可获自制造麦芽威士忌酒的酒糟、低的或负的经济价值的副产物，以及糖类源诸如获自有机废产物和/或有机副产物的一些来制造丁醇、丙酮和/或任选地其它化学物质的工艺。

根据本发明的第一方面，提供了用于制造丁醇和/或丙酮的工艺，包括至少以下步骤：

-处理包含糖类源和酒糟的基质以使糖类源的至少一部分溶解以提供处理过的基质；及

-在形成丁醇和/或丙酮的微生物的培养物的存在下，在小于20μM的游离铜离子的浓度下，使处理过的基质发酵以提供含有丁醇和/或丙酮的发酵产物。

在一个实施方案中，酒糟是制造麦芽威士忌酒(优选地是苏格兰麦芽威士忌酒)的副产物。