[发明专利]在工业过程中用于防治微生物的有机酸的协同组合

说明书

技术领域

本发明涉及抗微生物剂的协同组合及其在工业过程、材料或产品中用于防治微生物的方法。

背景技术

微生物，如酵母、真菌和细菌，用于生产许多种发酵产品，如工业级乙醇、白酒、啤酒、葡萄酒、药物和保健食品(提供健康益处的食品、如强化食品和膳食补充剂)、烘焙工业和工业化学品。

酵母通常用于发酵过程。一种常用的酵母是酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、主要用于烘焙和发酵的物种。非酵母菌属酵母也称作非传统酵母，也用于生产许多种商业产品。

其他微生物也可用于生产发酵产品。例如，纤维素乙醇生产，由纤维素生物质生产乙醇，是使用真菌和细菌。这些分解纤维素真菌的例子包括里氏木霉(Trichoderma reesei)和绿色木霉(Trichoderma viride)。用于纤维素乙醇生产的细菌的一个例子是永达尔梭菌(Clostridium Ijungdahlii)。

大多数用于酿酒厂和燃料乙醇厂的酵母购自特殊酵母的生产商。该酵母是通过繁殖过程生产的。繁殖涉及由小实验室酵母培养生长大量的酵母。在繁殖期间，向酵母供应通过有氧呼吸最佳生长所需或所期望的氧、氮、糖、蛋白质、脂质和离子。

以前在酿酒厂，可以对酵母进行调理(conditioning)。调理与繁殖的区别在于其不涉及由小实验室培养大量生长。在调理期间，提供条件以使酵母再水合，将其由冬眠唤醒，并允许最大的厌氧生长和增殖。繁殖和调理的目的均是以高的存活率、高的出芽率及低水平的被其他微生物的侵染向发酵罐供应大体积的酵母。

在繁殖和/或调理之后，酵母进入发酵过程。酵母在水溶液中与可发酵糖相结合。酵母消耗糖，将其转化成脂肪醇，如乙醇。

发酵过程以可发酵碳水化合物的制备开始。在乙醇生产中，玉米是一种可能的可发酵碳水化合物。也可以代替其他碳水化合物，包括谷粒和含有纤维素-淀粉的材料，如小麦或西非高粱。也可以使用纤维素生物质，如麦秆和玉米秸秆。近年来，纤维素乙醇生产受到关注，因为其使用容易获得的非食物生物质以形成有价值的燃料。

繁殖、调理和发酵过程可以采用分批或连续方法实施。分批过程用于小规模生产。每个批次完成后，开始一个新的批次。连续发酵法用于大规模生产，因为其实现连续供应，无需每次重启。

在繁殖、调理或发酵过程中，醪液或发酵混合物可能变得被其他微生物如腐败菌污染。这些微生物与期望种的酵母竞争可发酵糖及其他可发酵碳水化合物，及延缓所期望的生物化学反应，由此降低产率。它们还会产生非期望的化学副产物，其会导致整个发酵批次酸败。

乙醇生产者尝试增加由一蒲式耳谷粒(约56磅(25.4千克))产生乙醇的量。被微生物污染会降低酵母的功效，从而难以达到或超过每蒲式耳2.8至2.9加仑乙醇(0.42至0.44升每千克)的所期望的水平。降低微生物的浓度会促进酵母繁殖和/或调理及提高酵母功效，从而能够达到和超过这些所期望的水平。

在这三个过程任一期间，酵母会变得被非期望的酵母，细菌或其他非期望的微生物污染。这会在用于繁殖、调理或发酵的许多容器之一中发生。This包括但不限于繁殖罐、调理罐、发酵剂罐、发酵罐以及在这些单元之间的管线和热交换器。

细菌或微生物污染以三种主要的方式降低发酵产率。首先，可用于酵母生产酒精的糖被细菌或其他非期望的微生物消耗及偏离酒精生产，降低产率。其次，细菌代谢的最终产物如乳酸和乙酸抑制酵母生长及酵母发酵/呼吸，这导致较低效率的酵母生产。最后，细菌或其他非期望的微生物与酵母竞争除糖以外的营养素。

在发酵系统或容器变得被细菌或其他非期望的微生物污染之后，这些细菌或其他微生物的生长可以远远快于所期望的酵母。该细菌或其他微生物与酵母竞争可发酵糖，及延缓所期望的生物化学反应，由此降低产率。细菌还产生非期望的化学副产物，其会导致整个发酵批次酸败。去除这些细菌或其他非期望的微生物允许所期望的酵母茁壮成长，这产生更高的生产效率。

乙醇产率仅降低百分之一也是对燃料乙醇工业特别重要的。在较大的设备中，这样的效率下降会导致每年1百万至3百万美元的收入减少。

在繁殖、调理和发酵期间减少细菌或其他非期望的微生物的一些方法的优点在于酵母相对于其他微生物具有更高的温度和pH耐受性。这是通过施加热量或降低酵母溶液的pH实现的。然而，这些方法对于延缓细菌生长不是完全有效的。此外，所期望的酵母微生物在存活期间被压制，不被认为是有活力或健康的。因此，酵母也不能发挥作用。