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JP2013528400A - Method and system for removing undissolved solids prior to extractive fermentation in the production of butanol - Google Patents

Method and system for removing undissolved solids prior to extractive fermentation in the production of butanol Download PDF

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JP2013528400A
JP2013528400A JP2013515550A JP2013515550A JP2013528400A JP 2013528400 A JP2013528400 A JP 2013528400A JP 2013515550 A JP2013515550 A JP 2013515550A JP 2013515550 A JP2013515550 A JP 2013515550A JP 2013528400 A JP2013528400 A JP 2013528400A
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corn
fermentation
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butanol
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JP2013515550A
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キース・エイチ・バーリュー
ジョン・ダブリュー・ハラム
デーヴィッド・ジェイ・ロウ
ジョーセフ・ジェイ・ザハー
Original Assignee
ビュータマックス・アドバンスド・バイオフューエルズ・エルエルシー
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Abstract

原位置生成物抽出を用いてブタノールなどの発酵生成物アルコールを効率的に生成する方法およびシステムが提供される。所与の原料を液化して、原料を生成した後で、かつ、例えば遠心分離による発酵の前に、非溶解固体を分離することによって、効率性が得られる。非溶解固体の除去により、原位置生成抽出の際に存在する非溶解固体を有することに関連する問題が回避され、それによって、アルコール生成の効率性が高められる。  Methods and systems are provided for efficiently producing fermentation product alcohols such as butanol using in situ product extraction. Efficiency is obtained by separating the undissolved solids after liquefying a given raw material to produce the raw material and prior to fermentation, for example by centrifugation. Removal of undissolved solids avoids problems associated with having undissolved solids present during in-situ production extraction, thereby increasing the efficiency of alcohol production.

Description

本出願は、2010年6月18日に出願された米国仮特許出願第61/356,290号;2010年7月28日に出願された米国仮特許出願第61/368,451号;2010年7月28日に出願された米国仮特許出願第61/368,436号、2010年7月28日に出願された米国仮特許出願第61/368,444号;2010年7月28日に出願された米国仮特許出願第61/368,429号;2010年9月2日に出願された米国仮特許出願第61/379,546号;および2011年2月7日に出願された米国仮特許出願第61/440,034号;2011年6月15日に出願された米国特許出願第13/160,766号の利益を主張するものであり;これらの内容全体が全て、参照により本明細書に援用される。   This application is based on US Provisional Patent Application No. 61 / 356,290, filed Jun. 18, 2010; US Provisional Patent Application No. 61 / 368,451, filed Jul. 28, 2010; 2010. US Provisional Patent Application 61 / 368,436, filed July 28, US Provisional Patent Application 61 / 368,444, filed July 28, 2010; filed July 28, 2010 US Provisional Patent Application No. 61 / 368,429; US Provisional Patent Application No. 61 / 379,546, filed September 2, 2010; and US Provisional Patent, filed February 7, 2011. No. 61 / 440,034; claims the benefit of US Patent Application No. 13 / 160,766, filed June 15, 2011; the entire contents of which are hereby incorporated by reference. Be used in

本出願に関連する配列表は、EFS−Webを介して電子書式で提出され、全体が参照により本明細書に援用される。   The sequence listing relevant to this application is submitted in electronic form via EFS-Web, which is incorporated herein by reference in its entirety.

本発明は、ブタノールなどの発酵アルコールの生成において発酵装置原料流から非溶解固体を除去するための方法およびシステムに関する。   The present invention relates to a method and system for removing undissolved solids from a fermenter feed stream in the production of fermented alcohols such as butanol.

ブタノールは、燃料添加剤として、プラスチック産業における原料化学物質として、ならびに食品および香料産業における食品グレードの抽出剤としての使用を含む様々な用途を有する重要な産業用化学物質である。したがって、ブタノール、ならびに効率的でかつ環境に優しい生成方法に対する高い需要がある。   Butanol is an important industrial chemical with a variety of uses including as a fuel additive, as a raw chemical in the plastics industry, and as a food grade extractant in the food and fragrance industry. Thus, there is a high demand for butanol, as well as efficient and environmentally friendly production methods.

微生物による発酵を用いたブタノールの生成は、1つのこのような環境に優しい生成方法である。高収率でブタノールを生成するいくつかの微生物は、低いブタノール毒性閾値も有するため、ブタノールは、生成されるにつれて発酵装置から除去される必要がある。原位置生成物除去(ISPR)を用いて、ブタノールが生成されるにつれて発酵装置からブタノールを除去し、それによって、微生物が高収率でブタノールを生成することが可能になり得る。当該技術分野で説明されているISPRのための1つの方法は、液液抽出(特許文献1)である。技術的および経済的に実行可能であるために、液液抽出は、効率的な物質移動のための抽出剤と発酵ブロスとの接触;発酵ブロスからの抽出剤の相分離(発酵中および発酵後);および/または溶媒の効率的な回収および再利用および長期間の運転にわたる抽出剤の劣化および/または汚染が最小限であることを必要とする。   The production of butanol using microbial fermentation is one such environmentally friendly production method. Some microorganisms that produce butanol in high yield also have low butanol toxicity thresholds, so that butanol needs to be removed from the fermentor as it is produced. In situ product removal (ISPR) can be used to remove butanol from the fermentor as butanol is produced, thereby allowing the microorganisms to produce butanol in high yield. One method for ISPR described in the art is liquid-liquid extraction (Patent Document 1). Because it is technically and economically feasible, liquid-liquid extraction is the contact of the extractant with the fermentation broth for efficient mass transfer; phase separation of the extractant from the fermentation broth (during and after fermentation) ); And / or efficient recovery and reuse of solvents and extraction agent degradation and / or contamination over long periods of operation.

発酵装置に入る水流が、原料からの非溶解固体を含有するとき、非溶解固体は、資本コストおよび運転コストを増加させることによって、液液抽出が技術的および経済的に実行可能であるための上述した要件の妨げとなる。特に、抽出発酵中の非溶解固体の存在は、発酵装置の内部の物質移動係数を低下させ、発酵装置中の相分離を妨げることがあり、抽出剤中の非溶解固体からの油(例えば、トウモロコシ油)の蓄積を生じ、時間の経過とともに抽出効率の低下を招くことがあり、可溶物含有乾燥穀類蒸留粕(DDGS)として最終的に除去される固体に溶媒が捕捉されるため、溶媒の損失を増加することがあり、発酵ブロスからの抽出剤液滴の離脱を遅くすることがあり、および/または発酵装置体積効率を低下させることがある。したがって、抽出発酵によるブタノールなどの生成物アルコールを生成するためのより効率的な方法およびシステムを開発することが引き続き必要とされている。   When the water stream entering the fermentor contains non-dissolved solids from the raw material, the non-dissolved solids can be used to make liquid-liquid extraction technically and economically feasible by increasing capital and operating costs. This hinders the above requirements. In particular, the presence of undissolved solids during extractive fermentation can reduce the mass transfer coefficient inside the fermenter and interfere with phase separation in the fermentor, such as oil from undissolved solids in the extractant (eg, Corn oil) accumulation, which may lead to a decrease in extraction efficiency over time, and the solvent is trapped in the solid that is finally removed as a soluble matter-containing dry cereal distillation koji (DDGS). Loss of extractant droplets from the fermentation broth, and / or may reduce fermenter volumetric efficiency. Accordingly, there is a continuing need to develop more efficient methods and systems for producing product alcohols such as butanol by extractive fermentation.

米国特許出願公開第2009/0305370号明細書US Patent Application Publication No. 2009/030305370

本発明は、上記の必要性を満たし、発酵装置に供給される非溶解固体の量を減少させることによって、ブタノールなどの生成物アルコールを生成するための方法およびシステムを提供する。   The present invention provides a method and system for producing product alcohols such as butanol by meeting the above needs and reducing the amount of undissolved solids fed to the fermenter.

本発明は、ブタノールなどの発酵アルコールの生成において発酵装置原料流から非溶解固体を除去するための方法およびシステムに関する。   The present invention relates to a method and system for removing undissolved solids from a fermenter feed stream in the production of fermented alcohols such as butanol.

本発明は、発酵性炭素源、非溶解固体、および水を含むバイオマス原料スラリーを提供する工程と;非溶解固体の少なくとも一部を前記スラリーから分離する工程であって、それによって、(i)発酵性炭素源を含む水溶液および(ii)固体を含むウェットケーキ副産物が生成される工程と;発酵槽中の組み換え微生物を含む発酵ブロスに水溶液を加え、それによって、発酵生成物が生成される工程とを含む方法であって;バイオマスの処理生産性が改良される方法に関する。ある実施形態において、改良されたバイオマスの処理生産性は、非溶解固体の存在下で生成される発酵生成物と比べて向上した発酵生成物および副産物回収性(recoverability)を含む。ある実施形態において、改良されたバイオマスの処理生産性は、向上したプロセス流再利用性、向上した発酵装置体積効率、および向上したバイオマス原料負荷供給のうちの1つ以上を含む。ある実施形態において、本方法は、発酵ブロスを抽出剤と接触させる工程をさらに含み、抽出剤は、非溶解固体を含む発酵ブロスと比べて向上した抽出効率を有する。ある実施形態において、向上した抽出効率は、抽出剤の安定化した分配係数、発酵ブロスからの抽出剤の向上した相分離、向上した液液物質移動係数、向上した抽出剤の回収および再利用性、ならびに回収および再利用のために保存される抽出剤のうちの1つ以上を含む。ある実施形態において、抽出剤は有機抽出剤である。ある実施形態において、抽出剤は、C12〜C22の脂肪アルコール、C12〜C22の脂肪酸、C12〜C22の脂肪酸のエステル、C12〜C22の脂肪アルデヒド、C12〜C22の脂肪アミド、およびそれらの混合物からなる群から選択される1種以上の不混和性有機抽出剤を含む。ある実施形態において、抽出剤は、トウモロコシ油に由来するC12〜C22の脂肪酸を含む。ある実施形態において、非溶解固体は、デカンターボウル遠心分離、トリカンター(tricanter)遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子(grating)、多孔質格子、浮遊法(flotation)、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器(vortex separator)、またはそれらの組合せによって、原料スラリーから分離される。ある実施形態において、本方法は、原料を液化して、バイオマス原料スラリーを生成する工程をさらに含み;原料は、トウモロコシの穀粒、トウモロコシの穂軸、トウモロコシの皮、トウモロコシの茎葉などの作物残渣、草、トウモロコシ、小麦、ライ麦、小麦のわら、大麦、大麦のわら、干し草、稲わら、スイッチグラス、古紙、サトウキビの絞りかす、ソルガム、サトウキビ、大豆、穀類の粉砕から得られる成分、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、樹木、枝、根、葉、木質チップ、おがくず、潅木および低木、野菜、果物、花、動物の糞尿、およびそれらの混合物から選択される。ある実施形態において、原料はトウモロコシである。ある実施形態において、原料は、分画されるかまたは分画されない。ある実施形態において、原料は、湿式粉砕または乾式粉砕される。ある実施形態において、本方法は、液化の際の反応温度を上昇させる工程をさらに含む。ある実施形態において、原料スラリーは、上記の原料に由来する油を含み、前記油は、スラリーから分離される。ある実施形態において、ウェットケーキは原料油を含む。ある実施形態において、ウェットケーキは、ウェットケーキ中に存在するオリゴ糖を回収するために水で洗浄される。ある実施形態において、回収されたオリゴ糖は、発酵槽に加えられる。ある実施形態において、ウェットケーキは、向上した副産物を得るためにさらに処理される。ある実施形態において、副産物は、動物飼料製品を形成するためにさらに処理される。ある実施形態において、ウェットケーキは、ウェットケーキ中に存在する油を回収するために溶媒で洗浄される。ある実施形態において、溶媒は、ヘキサン、ブタノール、イソブタノール、イソヘキサン、エタノール、および石油蒸留物から選択される。ある実施形態において、発酵生成物は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、およびそれらの異性体からなる群から選択される生成物アルコールである。ある実施形態において、組み換え微生物は、改変された(engineered)ブタノール生合成経路を含む。ある実施形態において、本方法は、発酵ブロスおよび生成物および任意にCOを少なくとも部分的に蒸発させる工程をさらに含み、ここで、蒸気流が生成され、蒸気流から生成物を回収する。ある実施形態において、本方法は、蒸気流を吸収液相と接触させる工程をさらに含み、ここで、蒸気流の少なくとも一部が、吸収液相中に吸収され;吸収液相中への蒸気流の吸収の開始の温度は、吸収液相がない場合の蒸気流の凝縮の開始の温度より高い。ある実施形態において、蒸発および接触工程は、真空条件下で行われる。ある実施形態において、非溶解固体の大部分を前記スラリーから分離する工程により、非溶解固体を含む発酵ブロスと比べて発酵ブロスのより高い蒸気圧が得られる。ある実施形態において、より高い蒸気圧により、より効率的な蒸発生成物回収が得られる。ある実施形態において、より効率的な蒸発生成物回収は、より少ない資本投資、より少ない蒸発、吸収、圧縮、および冷蔵設備、向上した物質移動速度、蒸発のためのより少ないエネルギー、およびより低い吸収剤流量のうちの1つ以上を含む。 The present invention provides a biomass feedstock slurry comprising a fermentable carbon source, an undissolved solid, and water; and separating at least a portion of the undissolved solid from the slurry, whereby (i) An aqueous solution comprising a fermentable carbon source and (ii) a wet cake byproduct comprising a solid; and adding the aqueous solution to a fermentation broth comprising recombinant microorganisms in the fermentor, thereby producing a fermentation product A process for improving the processing productivity of biomass. In certain embodiments, improved biomass processing productivity includes improved fermentation product and byproduct recoverability compared to fermentation products produced in the presence of undissolved solids. In certain embodiments, improved biomass processing productivity includes one or more of improved process stream reusability, improved fermenter volumetric efficiency, and improved biomass feedstock supply. In certain embodiments, the method further comprises contacting the fermentation broth with an extractant, the extractant having an improved extraction efficiency as compared to a fermentation broth comprising undissolved solids. In some embodiments, the improved extraction efficiency is due to a stabilized partition coefficient of the extractant, improved phase separation of the extractant from the fermentation broth, improved liquid-liquid mass transfer coefficient, improved extractant recovery and reusability. And one or more of the extractants stored for recovery and reuse. In certain embodiments, the extractant is an organic extractant. In certain embodiments, the extraction agent, fatty alcohols, fatty acids C 12 -C 22 of C 12 ~C 22, C 12 esters of fatty acids -C 22, fatty aldehydes of C 12 ~C 22, C 12 ~C 22 And one or more immiscible organic extractants selected from the group consisting of fatty amides, and mixtures thereof. In certain embodiments, the extraction agent comprises a fatty acid of C 12 -C 22 derived from corn oil. In some embodiments, the undissolved solid is decanter bowl centrifuged, tricanter centrifuged, disk stack centrifuged, filtered centrifuge, decanter centrifuge, filtered, vacuum filtered, belt filter, pressure filtered, sieved Raw slurry by filtration, sieving separation, grading, porous grid, flotation, hydroclone, filter press, screw press, gravity settler, vortex separator, or combinations thereof Separated from. In certain embodiments, the method further comprises the step of liquefying the feedstock to produce a biomass feedstock slurry; the feedstock is crop residues such as corn kernels, corn cobs, corn hulls, corn stover , Grass, corn, wheat, rye, wheat straw, barley, barley straw, hay, rice straw, switchgrass, waste paper, sugarcane pomace, sorghum, sugarcane, soybeans, ingredients obtained from grinding cereals, cellulosic Selected from materials, lignocellulosic materials, trees, branches, roots, leaves, wood chips, sawdust, shrubs and shrubs, vegetables, fruits, flowers, animal manure, and mixtures thereof. In certain embodiments, the raw material is corn. In certain embodiments, the raw material is fractionated or not fractionated. In certain embodiments, the raw material is wet crushed or dry crushed. In certain embodiments, the method further comprises increasing the reaction temperature during liquefaction. In certain embodiments, the raw slurry includes oils derived from the above raw materials, and the oil is separated from the slurry. In certain embodiments, the wet cake includes a feedstock. In certain embodiments, the wet cake is washed with water to recover the oligosaccharides present in the wet cake. In certain embodiments, the recovered oligosaccharide is added to the fermentor. In certain embodiments, the wet cake is further processed to obtain improved byproducts. In certain embodiments, the by-product is further processed to form an animal feed product. In certain embodiments, the wet cake is washed with a solvent to recover the oil present in the wet cake. In certain embodiments, the solvent is selected from hexane, butanol, isobutanol, isohexane, ethanol, and petroleum distillate. In certain embodiments, the fermentation product is a product alcohol selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, and isomers thereof. In certain embodiments, the recombinant microorganism comprises an engineered butanol biosynthetic pathway. In certain embodiments, the method, the fermentation broth and products and further comprising the step of at least partially evaporate the CO 2 optionally wherein the vapor stream is generated, the product is recovered from the vapor stream. In certain embodiments, the method further comprises contacting the vapor stream with an absorbing liquid phase, wherein at least a portion of the vapor stream is absorbed into the absorbing liquid phase; the vapor stream into the absorbing liquid phase. The temperature at the beginning of the absorption of is higher than the temperature at the start of condensation of the vapor stream in the absence of the absorbing liquid phase. In certain embodiments, the evaporation and contacting steps are performed under vacuum conditions. In certain embodiments, separating the majority of undissolved solids from the slurry results in a higher vapor pressure of the fermentation broth compared to the fermentation broth containing undissolved solids. In certain embodiments, a higher vapor pressure results in a more efficient evaporation product recovery. In certain embodiments, more efficient evaporation product recovery results in less capital investment, less evaporation, absorption, compression, and refrigeration equipment, improved mass transfer rate, less energy for evaporation, and lower absorption. Including one or more of the agent flow rates.

本発明は、ブタノールを生成するための方法にも関し、本方法は、原料を提供する工程と;原料を液化して、オリゴ糖、油、および非溶解固体を含む原料スラリーを生成する工程と;非溶解固体を原料スラリーから分離して、(i)オリゴ糖を含む水溶液、(ii)非溶解固体を含むウェットケーキ、および(iii)油相を生成する工程と;水溶液を、発酵装置中の発酵ブロスと接触させる工程と;発酵装置中のオリゴ糖を発酵させて、ブタノールを生成する工程と;ブタノールが生成されるにつれて、発酵ブロスからのブタノールの原位置除去を行う工程とを含み、原料スラリーからの非溶解固体の除去により、ブタノール生成の効率が高められる。ある実施形態において、原料はトウモロコシであり、油はトウモロコシ油である。ある実施形態において、非溶解固体は、胚芽、繊維、およびグルテンを含む。ある実施形態において、本方法は、原料を乾式粉砕する工程をさらに含む。ある実施形態において、トウモロコシは分画されない。ある実施形態において、非溶解固体は、デカンターボウル遠心分離、トリカンター遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せによって分離される。ある実施形態において、非溶解固体を原料スラリーから分離する工程は、原料スラリーを遠心分離する工程を含む。ある実施形態において、原料スラリーを遠心分離する工程は、原料を、水溶液を含む第1の液相と、ウェットケーキを含む固相と、油を含む第2の液相とに分離する。ある実施形態において、ウェットケーキは、ウェットケーキ中に存在するオリゴ糖を回収するために水で洗浄される。ある実施形態において、原位置除去は液液抽出を含む。ある実施形態において、液液抽出のための抽出剤が有機抽出剤である。ある実施形態において、水溶液中のオリゴ糖の糖化が、発酵装置中のオリゴ糖の発酵と同時に行われる。ある実施形態において、本方法は、液化の際の反応温度を上昇させる工程をさらに含む。ある実施形態において、本方法は、発酵装置中のオリゴ糖を発酵させる前に、オリゴ糖を糖化する工程をさらに含む。ある実施形態において、非溶解固体を原料スラリーから除去する工程は、原料スラリーを遠心分離する工程を含む。ある実施形態において、原料スラリーを遠心分離する工程は、糖を糖化する前に行われる。ある実施形態において、発酵ブロスは、ブタノール生合成経路を含む組み換え微生物を含む。ある実施形態において、ブタノールはイソブタノールである。ある実施形態において、非溶解固体を原料スラリーから除去する工程は、発酵ブロスから抽出剤へのブタノールの液液物質移動係数を高めることによって、ブタノール生成の効率を高め;抽出剤によりブタノールの抽出効率を高めることによって、ブタノール生成の効率を高め;発酵ブロスと抽出剤との間の相分離の速度を上げることによって、ブタノール生成の効率を高め;抽出剤の回収および再利用を増加させることによって、ブタノール生成の効率を高め;または抽出剤の流量を減少させることによって、ブタノール生成の効率を高める。本発明は、原料を液化して、原料スラリーを生成するように構成される液化槽であって:原料を受け入れるための入口;および糖および非溶解固体を含む原料スラリーを排出するための出口を含む液化槽と;非溶解固体を原料スラリーから除去して、(i)糖を含む水溶液および(ii)非溶解固体の部分を含むウェットケーキを生成するように構成される遠心分離機であって:原料スラリーを受け入れるための入口;水溶液を排出するための第1の出口;およびウェットケーキを排出するための第2の出口を含む遠心分離機と;水溶液を発酵させて、ブタノールを生成するように構成される発酵装置であって:水溶液を受け入れるための第1の入口;抽出剤を受け入れるための第2の入口;ブタノールに富んだ抽出剤を排出するための第1の出口;および発酵ブロスを排出するための第2の出口を含む発酵装置とを含む、ブタノールを生成するためのシステムにも関する。ある実施形態において、遠心分離機は、非溶解固体を原料スラリーから除去しながら、生成される油を排出するための第3の出口をさらに含む。ある実施形態において、本装置は、原料スラリー中の糖を糖化するように構成される糖化槽であって:原料スラリーを受け入れるための入口;および原料スラリーを排出するための出口を含む糖化槽をさらに含む。ある実施形態において、本装置は、水溶液中の糖を糖化するように構成される糖化槽であって:水溶液を受け入れるための入口;および水溶液を排出するための出口を含む糖化槽をさらに含む。ある実施形態において、本装置は、原料を磨砕するように構成される乾式粉砕機であって:原料を受け入れるための入口;および磨砕された原料を排出するための出口を含む乾式粉砕機をさらに含む。   The present invention also relates to a method for producing butanol, the method comprising providing a raw material; and liquefying the raw material to produce a raw slurry containing an oligosaccharide, an oil, and an undissolved solid; Separating the undissolved solids from the raw slurry and producing (i) an aqueous solution comprising oligosaccharides, (ii) a wet cake comprising undissolved solids, and (iii) an oil phase; Contacting the fermentation broth with: fermenting the oligosaccharides in the fermenter to produce butanol; and performing in situ removal of butanol from the fermentation broth as the butanol is produced; Removal of undissolved solids from the raw slurry increases the efficiency of butanol production. In certain embodiments, the feedstock is corn and the oil is corn oil. In certain embodiments, the undissolved solid comprises germ, fiber, and gluten. In certain embodiments, the method further includes the step of dry grinding the feedstock. In certain embodiments, the corn is not fractionated. In certain embodiments, the undissolved solids are decanter bowl centrifuge, tricanter centrifuge, disc stack centrifuge, filtration centrifuge, decanter centrifuge, filtration, vacuum filtration, belt filter, pressure filtration, filtration through a sieve, Separated by sieving separation, grid, porous grid, flotation, hydroclone, filter press, screw press, gravity settling, vortex separator, or combinations thereof. In some embodiments, separating the undissolved solid from the raw slurry includes centrifuging the raw slurry. In an embodiment, the step of centrifuging the raw slurry separates the raw material into a first liquid phase containing an aqueous solution, a solid phase containing a wet cake, and a second liquid phase containing oil. In certain embodiments, the wet cake is washed with water to recover the oligosaccharides present in the wet cake. In certain embodiments, in situ removal includes liquid-liquid extraction. In certain embodiments, the extractant for liquid-liquid extraction is an organic extractant. In certain embodiments, the saccharification of the oligosaccharide in the aqueous solution occurs simultaneously with the fermentation of the oligosaccharide in the fermentation apparatus. In certain embodiments, the method further comprises increasing the reaction temperature during liquefaction. In certain embodiments, the method further comprises saccharifying the oligosaccharide prior to fermenting the oligosaccharide in the fermentation apparatus. In certain embodiments, removing the undissolved solid from the raw slurry includes centrifuging the raw slurry. In an embodiment, the step of centrifuging the raw slurry is performed before saccharifying the sugar. In certain embodiments, the fermentation broth comprises a recombinant microorganism comprising a butanol biosynthetic pathway. In certain embodiments, the butanol is isobutanol. In certain embodiments, the step of removing undissolved solids from the raw slurry increases the efficiency of butanol production by increasing the liquid-liquid mass transfer coefficient of butanol from the fermentation broth to the extractant; the extraction efficiency of butanol by the extractant Increase the efficiency of butanol production by increasing the efficiency of butanol production by increasing the speed of phase separation between the fermentation broth and the extractant; by increasing the recovery and recycling of the extractant, Increase the efficiency of butanol production by increasing the efficiency of butanol production; or by reducing the flow rate of the extractant. The present invention is a liquefaction tank configured to liquefy a raw material to produce a raw slurry: an inlet for receiving the raw material; and an outlet for discharging the raw slurry containing sugar and undissolved solids. A centrifuge configured to remove a non-dissolved solid from a raw slurry to produce a wet cake containing a portion of (i) an aqueous solution containing sugar and (ii) a non-dissolved solid. A centrifuge including an inlet for receiving the raw slurry; a first outlet for discharging the aqueous solution; and a second outlet for discharging the wet cake; to ferment the aqueous solution to produce butanol A first inlet for receiving an aqueous solution; a second inlet for receiving an extractant; a first for discharging an extractant rich in butanol Outlet; and a fermentor containing a second outlet for discharging the fermentation broth also relates to a system for producing butanol. In certain embodiments, the centrifuge further includes a third outlet for discharging the produced oil while removing undissolved solids from the raw slurry. In certain embodiments, the apparatus comprises a saccharification tank configured to saccharify the sugar in the raw slurry: an inlet for receiving the raw slurry; and an outlet for discharging the raw slurry. In addition. In certain embodiments, the apparatus further comprises a saccharification tank configured to saccharify sugars in the aqueous solution: an inlet for receiving the aqueous solution; and an outlet for discharging the aqueous solution. In certain embodiments, the apparatus is a dry pulverizer configured to grind the raw material: an inlet for receiving the raw material; and an outlet for discharging the ground raw material. Further included.

本発明は、20〜35重量%の粗タンパク質、1〜20重量%の粗脂肪、0〜5重量%のトリグリセリド、4〜10重量%の脂肪酸、および2〜6重量%の脂肪酸イソブチルエステルを含む組成物にも関する。本発明は、25〜31重量%の粗タンパク質、6〜10重量%の粗脂肪、4〜8重量%のトリグリセリド、0〜2重量%の脂肪酸、および1〜3重量%の脂肪酸イソブチルエステルを含む組成物にも関する。本発明は、20〜35重量%の粗タンパク質、1〜20重量%の粗脂肪、0〜5重量%のトリグリセリド、4〜10重量%の脂肪酸、および2〜6重量%の脂肪酸イソブチルエステルを含む組成物にも関する。本発明は、26〜34重量%の粗タンパク質、15〜25重量%の粗脂肪、12〜20重量%のトリグリセリド、1〜2重量%の脂肪酸、2〜4重量%の脂肪酸イソブチルエステル、1〜2重量%のリジン、11〜23重量%のNDF、および5〜11重量%のADFを含む組成物にも関する。   The present invention comprises 20-35% crude protein, 1-20% crude fat, 0-5% triglyceride, 4-10% fatty acid, and 2-6% fatty acid isobutyl ester. It also relates to a composition. The present invention comprises 25-31 wt% crude protein, 6-10 wt% crude fat, 4-8 wt% triglyceride, 0-2 wt% fatty acid, and 1-3 wt% fatty acid isobutyl ester. It also relates to a composition. The present invention comprises 20-35% crude protein, 1-20% crude fat, 0-5% triglyceride, 4-10% fatty acid, and 2-6% fatty acid isobutyl ester. It also relates to a composition. The present invention comprises 26-34 wt% crude protein, 15-25 wt% crude fat, 12-20 wt% triglyceride, 1-2 wt% fatty acid, 2-4 wt% fatty acid isobutyl ester, It also relates to a composition comprising 2 wt% lysine, 11-23 wt% NDF, and 5-11 wt% ADF.

ある実施形態において、(a)前記バイオマスおよび水から発酵性炭素および非溶解固体を含む原料スラリーを提供する工程と;(b)非溶解固体の大部分を前記スラリーから分離し、それによって、(i)発酵性炭素を含む水溶液および(ii)固体を含むウェットケーキ副産物が生成される工程と;(c)発酵槽中の組み換え微生物を含む発酵ブロスに水溶液を加え、それによって、発酵生成物が生成される工程とを含む方法であって;バイオマスの処理生産性が改良される方法。ある実施形態において、改良されたバイオマスの処理生産性は、非溶解固体の存在下で生成される発酵生成物と比べて向上した発酵生成物および副産物回収性を含む。ある実施形態において、改良されたバイオマスの処理生産性は、向上したプロセス流再利用性、向上した発酵装置体積効率および向上したトウモロコシ負荷供給のうちの1つ以上を含む。ある実施形態において、向上したプロセス流再利用性は、発酵性組み換え微生物の再利用、水の再利用、およびエネルギー効率のうちの1つ以上を含む。   In certain embodiments, (a) providing a raw slurry comprising fermentable carbon and undissolved solids from the biomass and water; (b) separating a majority of the undissolved solids from the slurry, thereby ( i) an aqueous solution comprising fermentable carbon and (ii) a wet cake by-product comprising solids; (c) adding the aqueous solution to a fermentation broth comprising recombinant microorganisms in the fermentor, whereby the fermentation product is A process comprising: a process wherein the process productivity of biomass is improved. In certain embodiments, improved biomass process productivity includes improved fermentation product and by-product recoveries compared to fermentation products produced in the presence of undissolved solids. In certain embodiments, improved biomass processing productivity includes one or more of improved process stream reusability, improved fermenter volumetric efficiency, and improved corn loading. In certain embodiments, the improved process stream reusability includes one or more of fermenting recombinant microorganism reuse, water reuse, and energy efficiency.

ある実施形態において、本方法は、(d)(c)の発酵ブロスを抽出剤と接触させる工程も含み得、抽出剤は、非溶解固体を含む発酵ブロスと比べて向上した抽出効率を有する。ある実施形態において、向上した抽出効率は、安定化した分配係数、向上した相分離、向上した物質移動係数、および向上したプロセス流再利用性のうちの1つ以上を含む。ある実施形態において、向上した抽出効率は、抽出剤の安定化した分配係数、発酵ブロスからの抽出剤の向上した相分離、向上した液液物質移動係数、ならびに向上した抽出剤の回収および再利用性のうちの1つ以上を含む。ある実施形態において、向上した抽出効率は、再利用のために保存される抽出剤を含む。   In certain embodiments, the method can also include contacting the fermentation broth of (d) (c) with an extractant, the extractant having an improved extraction efficiency as compared to a fermentation broth comprising undissolved solids. In certain embodiments, the improved extraction efficiency includes one or more of a stabilized partition coefficient, improved phase separation, improved mass transfer coefficient, and improved process stream reusability. In certain embodiments, improved extraction efficiency results in a stabilized partition coefficient of the extractant, improved phase separation of the extractant from the fermentation broth, improved liquid-liquid mass transfer coefficient, and improved extractant recovery and reuse. Includes one or more of sex. In certain embodiments, the improved extraction efficiency includes an extractant that is stored for reuse.

ある実施形態において、水溶液は、約20cps未満の粘度を有する。ある実施形態において、水溶液は、約20g/L未満のモノマーグルコースを含有する。   In certain embodiments, the aqueous solution has a viscosity of less than about 20 cps. In certain embodiments, the aqueous solution contains less than about 20 g / L monomeric glucose.

ある実施形態において、向上した生成物回収性は、生成物に対する向上した組み換え微生物耐性を提供する。ある実施形態において、向上した耐性は、非溶解固体を含む阻害剤の除去または向上した液液物質移動係数のうちの1つ以上によって提供される。ある実施形態において、向上した抽出剤効率は、向上した組み換え微生物耐性を提供する。ある実施形態において、向上した組み換え微生物耐性は、阻害剤、副生成物、および代謝産物の抽出によって提供される。   In certain embodiments, improved product recoverability provides improved recombinant microbial resistance to the product. In certain embodiments, enhanced tolerance is provided by one or more of removal of inhibitors, including undissolved solids, or enhanced liquid-liquid mass transfer coefficient. In certain embodiments, improved extractant efficiency provides improved recombinant microbial resistance. In certain embodiments, improved recombinant microbial resistance is provided by extraction of inhibitors, by-products, and metabolites.

ある実施形態において、原料スラリーは、上記の原料に由来する油を含み、前記油は、工程(b)のスラリーから分離される。ある実施形態において、ウェットケーキは、ウェットケーキの乾燥固形分の約20%未満の量で原料油を含む。   In certain embodiments, the raw slurry includes oil derived from the raw material, and the oil is separated from the slurry of step (b). In certain embodiments, the wet cake comprises feedstock in an amount less than about 20% of the dry solids of the wet cake.

ある実施形態において、工程(b)で原料スラリーから分離される非溶解固体の大部分は、非溶解固体の少なくとも約75重量%である。ある実施形態において、工程(b)で原料スラリーから分離される非溶解固体の大部分は、非溶解固体の少なくとも約90重量%である。ある実施形態において、工程(b)で原料スラリーから分離される非溶解固体の大部分は、非溶解固体の少なくとも約95重量%である。ある実施形態において、工程(b)は、原料スラリーを遠心分離する工程を含む。ある実施形態において、原料スラリーを遠心分離する工程は、原料を、水溶液を含む第1の液相とウェットケーキを含む固相とに分離する。ある実施形態において、ウェットケーキは、ウェットケーキ中に存在する糖または糖源を回収するために水で洗浄される。ある実施形態において、水溶液を含む液相は、2回以上遠心分離される。   In certain embodiments, the majority of the undissolved solids separated from the raw slurry in step (b) is at least about 75% by weight of the undissolved solids. In certain embodiments, the majority of the undissolved solids separated from the raw slurry in step (b) is at least about 90% by weight of the undissolved solids. In certain embodiments, the majority of the undissolved solid separated from the raw slurry in step (b) is at least about 95% by weight of the undissolved solid. In some embodiments, step (b) includes centrifuging the raw slurry. In an embodiment, the step of centrifuging the raw slurry separates the raw material into a first liquid phase containing an aqueous solution and a solid phase containing a wet cake. In certain embodiments, the wet cake is washed with water to recover the sugar or sugar source present in the wet cake. In certain embodiments, the liquid phase comprising the aqueous solution is centrifuged more than once.

ある実施形態において、抽出剤は有機抽出剤である。ある実施形態において、抽出剤は、C12〜C22の脂肪アルコール、C12〜C22の脂肪酸、C12〜C22の脂肪酸のエステル、C12〜C22の脂肪アルデヒド、C12〜C22の脂肪アミド、およびそれらの混合物からなる群から選択される1種以上の不混和性有機抽出剤を含む。 In certain embodiments, the extractant is an organic extractant. In certain embodiments, the extraction agent, fatty alcohols, fatty acids C 12 -C 22 of C 12 ~C 22, C 12 esters of fatty acids -C 22, fatty aldehydes of C 12 ~C 22, C 12 ~C 22 And one or more immiscible organic extractants selected from the group consisting of fatty amides, and mixtures thereof.

ある実施形態において、発酵性組み換え微生物は、細菌または酵母細胞である。   In certain embodiments, the fermentable recombinant microorganism is a bacterium or a yeast cell.

ある実施形態において、生成物は、ブタノールおよびその異性体からなる群から選択される生成物アルコールである。   In certain embodiments, the product is a product alcohol selected from the group consisting of butanol and its isomers.

ある実施形態において、本方法は、(d)発酵ブロスおよび(c)の生成物および任意にCOを少なくとも部分的に蒸発させる工程も含み、ここで、蒸気流が生成され、蒸気流から生成物を回収する。ある実施形態において、本方法は、蒸気流を吸収液相と接触させる工程も含み、ここで、蒸気流の少なくとも一部が、吸収液相中に吸収され、吸収液相中への蒸気流の吸収の開始の温度は、吸収液相がない場合の蒸気流の凝縮の開始の温度より高い。ある実施形態において、蒸発および接触工程は、真空条件下で行われる。ある実施形態において、非溶解固体の大部分を前記スラリーから分離する工程により、非溶解固体を含む発酵ブロスと比べて発酵ブロスのより高い蒸気圧が得られる。ある実施形態において、より高い蒸気圧により、より効率的な蒸発生成物回収が得られる。ある実施形態において、より効率的な蒸発生成物回収は、より少ない資本投資、より少ない蒸発、吸収、圧縮、および冷蔵設備、向上した物質移動速度、蒸発のためのより少ないエネルギー、およびより低い吸収剤流量のうちの1つ以上を含む。 In certain embodiments, the method also includes the step of (d) at least partially evaporating the fermentation broth and the product of (c) and optionally CO 2 , wherein a steam stream is generated and generated from the steam stream. Collect items. In certain embodiments, the method also includes contacting the vapor stream with an absorbing liquid phase, wherein at least a portion of the vapor stream is absorbed into the absorbing liquid phase and the vapor stream into the absorbing liquid phase. The temperature at the start of absorption is higher than the temperature at the start of condensation of the vapor stream in the absence of an absorbing liquid phase. In certain embodiments, the evaporation and contacting steps are performed under vacuum conditions. In certain embodiments, separating the majority of undissolved solids from the slurry results in a higher vapor pressure of the fermentation broth compared to the fermentation broth containing undissolved solids. In certain embodiments, a higher vapor pressure results in a more efficient evaporation product recovery. In certain embodiments, more efficient evaporation product recovery results in less capital investment, less evaporation, absorption, compression, and refrigeration equipment, improved mass transfer rate, less energy for evaporation, and lower absorption. Including one or more of the agent flow rates.

ある実施形態において、非溶解固体の大部分を分離する工程は、非溶解固体に対するでんぷんの損失が最小限に抑えられるように行われる。ある実施形態において、でんぷんの損失は、温度制御、酵素濃度、pH、磨砕トウモロコシの粒度、および液化の際の反応時間;遠心分離運転条件;およびウェットケーキ洗浄条件を含む1つ以上の最適化作業を行うことによって最小限に抑えられる。   In certain embodiments, the step of separating the majority of the undissolved solid is performed such that starch loss to the undissolved solid is minimized. In certain embodiments, starch loss is one or more optimizations including temperature control, enzyme concentration, pH, ground corn particle size, and reaction time during liquefaction; centrifugation operating conditions; and wet cake washing conditions. Minimized by doing work.

ある実施形態において、ウェットケーキは、向上した副産物を得るためにさらに処理される。ある実施形態において、副産物は、DDGSにさらに処理される。ある実施形態において、DDGSは、非溶解固体の存在下で生成されるDDGSと比べて少ない原料油を含む向上した生成物プロファイルを有する。ある実施形態において、DDGSは、DDGSが、発酵ブロス、組み換え微生物、発酵生成物、および抽出剤との最小限の汚染接触で生成されるように向上した生成物プロファイルを有する。ある実施形態において、上記の方法によって生成されるDDGSは、有機動物飼料のための食品表示要件を満たす。   In certain embodiments, the wet cake is further processed to obtain improved byproducts. In certain embodiments, the by-product is further processed into DDGS. In certain embodiments, DDGS has an improved product profile that includes less feedstock compared to DDGS produced in the presence of undissolved solids. In certain embodiments, DDGS has an improved product profile such that DDGS is produced with minimal contaminating contact with fermentation broths, recombinant microorganisms, fermentation products, and extractants. In certain embodiments, the DDGS produced by the above method meets food labeling requirements for organic animal feed.

ある実施形態において、発酵ブロスは、発酵生成物部分およびトウモロコシ油部分を、重量基準で少なくとも約4:1の比率で含み、前記ブロスは、非溶解固体を実質的に含まない。ある実施形態において、トウモロコシ油部分は、少なくとも約15重量%の遊離脂肪酸を含有する。ある実施形態において、発酵ブロスは、約15重量%以下の非溶解固体を含有する。ある実施形態において、発酵ブロスは、約10重量%以下の非溶解固体を含有する。ある実施形態において、発酵ブロスは、約5重量%以下の非溶解固体を含有する。   In certain embodiments, the fermentation broth comprises a fermentation product portion and a corn oil portion in a ratio of at least about 4: 1 on a weight basis, wherein the broth is substantially free of undissolved solids. In certain embodiments, the corn oil portion contains at least about 15% by weight free fatty acids. In certain embodiments, the fermentation broth contains no more than about 15% by weight undissolved solids. In certain embodiments, the fermentation broth contains no more than about 10% by weight undissolved solids. In certain embodiments, the fermentation broth contains no more than about 5% by weight of undissolved solids.

ある実施形態において、遠心分離生成物プロファイルは、非溶解固体の層と、トウモロコシ油層と、発酵性糖を含む上清層とを含み、非溶解固体層中の非溶解固体に対する上清層中の発酵性糖の重量基準による比率は、約2:1〜約5:1の範囲であり;トウモロコシ油層中のトウモロコシ油に対する上清層中の発酵性糖の重量基準による比率は、約10:1〜約50:1の範囲であり;トウモロコシ油層中のトウモロコシ油に対する非溶解固体層中の非溶解固体の重量基準による比率は、約2:1〜約25:1の範囲である。   In certain embodiments, the centrifuge product profile comprises a layer of undissolved solids, a corn oil layer, and a supernatant layer comprising fermentable sugars, in the supernatant layer relative to the undissolved solids in the undissolved solid layer. The ratio by weight of fermentable sugar ranges from about 2: 1 to about 5: 1; the ratio by weight of fermentable sugar in the supernatant layer to corn oil in the corn oil layer is about 10: 1. The ratio by weight of undissolved solid in the undissolved solid layer to corn oil in the corn oil layer ranges from about 2: 1 to about 25: 1.

ある実施形態において、ブタノールを生成するための方法は、(a)トウモロコシ原料を提供する工程と;(b)トウモロコシ原料を液化して、糖、トウモロコシ油、および非溶解固体を含む原料スラリーを生成する工程と;(c)非溶解固体を原料スラリーから除去して、(i)糖を含む水溶液、(ii)非溶解固体を含むウェットケーキ、および(iii)フリートウモロコシ油(free corn oil)相を生成する工程と;(d)水溶液を、発酵装置中のブロスと接触させる工程と;(e)発酵装置中の糖を発酵させて、ブタノールを生成する工程と;(f)ブタノールが生成されるにつれて、ブロスからのブタノールの原位置除去を行う工程とを含み、原料スラリーからの非溶解固体の除去により、ブタノール生成の効率が高められる。ある実施形態において、非溶解固体は、胚芽、繊維、およびグルテンを含む。ある実施形態において、本方法は、トウモロコシ原料を乾式粉砕する工程も含む。ある実施形態において、トウモロコシは分画されない。   In certain embodiments, a method for producing butanol comprises: (a) providing a corn feed; and (b) liquefying the corn feed to produce a feed slurry comprising sugar, corn oil, and undissolved solids. (C) removing undissolved solids from the raw slurry, (i) an aqueous solution containing sugar, (ii) a wet cake containing undissolved solids, and (iii) a free corn oil phase (D) contacting the aqueous solution with the broth in the fermentor; (e) fermenting sugar in the fermentor to produce butanol; and (f) butanol being produced. In-situ removal of butanol from the broth, and the removal of non-dissolved solids from the raw slurry increases the efficiency of butanol production. It is In certain embodiments, the undissolved solid comprises germ, fiber, and gluten. In certain embodiments, the method also includes the step of dry grinding the corn raw material. In certain embodiments, the corn is not fractionated.

ある実施形態において、工程(c)は、原料スラリーを遠心分離する工程を含む。ある実施形態において、原料スラリーを遠心分離する工程は、原料スラリーを、水溶液を含む第1の液相と、ウェットケーキを含む固相と、フリートウモロコシ油を含む第2の液相とに分離する。ある実施形態において、ウェットケーキは、ウェットケーキ中に存在する糖を回収するために水で洗浄される。ある実施形態において、水溶液を含む液相は、2回以上遠心分離される。ある実施形態において、非溶解固体の少なくとも約75重量%が、工程(c)で原料スラリーから除去される。ある実施形態において、非溶解固体の少なくとも約90重量%が、工程(c)で原料スラリーから除去される。ある実施形態において、非溶解固体の少なくとも約95重量%が、工程(c)で原料スラリーから除去される。   In some embodiments, step (c) includes centrifuging the raw slurry. In some embodiments, the step of centrifuging the raw slurry separates the raw slurry into a first liquid phase that includes an aqueous solution, a solid phase that includes a wet cake, and a second liquid phase that includes free corn oil. . In certain embodiments, the wet cake is washed with water to recover the sugars present in the wet cake. In certain embodiments, the liquid phase comprising the aqueous solution is centrifuged more than once. In certain embodiments, at least about 75% by weight of the undissolved solid is removed from the raw slurry in step (c). In certain embodiments, at least about 90% by weight of the undissolved solid is removed from the raw slurry in step (c). In certain embodiments, at least about 95% by weight of the undissolved solid is removed from the raw slurry in step (c).

ある実施形態において、原位置除去は液液抽出を含む。ある実施形態において、液液抽出のための抽出剤が有機抽出剤である。ある実施形態において、有機抽出剤はオレイルアルコールを含む。   In certain embodiments, in situ removal includes liquid-liquid extraction. In certain embodiments, the extractant for liquid-liquid extraction is an organic extractant. In certain embodiments, the organic extractant comprises oleyl alcohol.

ある実施形態において、ブロスは微生物を含む。ある実施形態において、微生物は、細菌または酵母細胞である。   In certain embodiments, the broth comprises a microorganism. In certain embodiments, the microorganism is a bacterium or a yeast cell.

ある実施形態において、ブロスの一部が、発酵装置を出て、本方法は、ブロスの一部に存在する酵母をブロスから分離する工程と、分離された酵母を発酵装置に戻す工程とをさらに含む。ある実施形態において、ブロスの一部は、原料スラリー中に存在する約25重量%以下の非溶解固体を含む。ある実施形態において、ブロスの一部は、原料スラリー中に存在する約10重量%以下の非溶解固体を含む。ある実施形態において、ブロスの一部は、原料スラリー中に存在する約5重量%以下の非溶解固体を含む。   In certain embodiments, a portion of the broth exits the fermenter, and the method further comprises separating yeast present in the broth portion from the broth and returning the separated yeast to the fermentor. Including. In certain embodiments, a portion of the broth comprises no more than about 25% by weight of undissolved solids present in the raw slurry. In certain embodiments, a portion of the broth comprises no more than about 10% by weight of undissolved solids present in the raw slurry. In certain embodiments, a portion of the broth comprises no more than about 5% by weight of undissolved solids present in the raw slurry.

ある実施形態において、水溶液中の糖の糖化は、発酵装置中の糖の発酵と同時に行われる。ある実施形態において、本方法は、発酵装置中の糖の発酵の前に、糖を糖化する工程も含む。ある実施形態において、工程(c)は、原料スラリーを遠心分離する工程を含む。ある実施形態において、原料スラリーを遠心分離する工程は、糖を糖化する前に行われる。ある実施形態において、原料スラリーを遠心分離する工程は、糖を糖化する工程の後に行われる。   In certain embodiments, the saccharification of the sugar in the aqueous solution occurs simultaneously with the fermentation of the sugar in the fermenter. In certain embodiments, the method also includes saccharifying the sugar prior to fermentation of the sugar in the fermenter. In some embodiments, step (c) includes centrifuging the raw slurry. In an embodiment, the step of centrifuging the raw slurry is performed before saccharifying the sugar. In an embodiment, the step of centrifuging the raw slurry is performed after the step of saccharifying the sugar.

ある実施形態において、ブタノールはイソブタノールである。ある実施形態において、工程(c)は、ブロスから抽出剤へのブタノールの液液物質移動係数を高めることによって、ブタノール生成の効率を高める。ある実施形態において、工程(c)は、抽出剤によりブタノールの抽出効率を高めることによって、ブタノール生成の効率を高める。ある実施形態において、工程(c)は、ブロスと抽出剤との間の相分離の速度を上げることによって、ブタノール生成の効率を高める。ある実施形態において、工程(c)は、抽出剤の回収および再利用を増加させることによって、ブタノール生成の効率を高める。ある実施形態において、工程(c)は、抽出剤の流量を減少させることによって、ブタノール生成の効率を高める。   In certain embodiments, the butanol is isobutanol. In certain embodiments, step (c) increases the efficiency of butanol production by increasing the liquid-liquid mass transfer coefficient of butanol from the broth to the extractant. In certain embodiments, step (c) increases the efficiency of butanol production by increasing the extraction efficiency of butanol with an extractant. In certain embodiments, step (c) increases the efficiency of butanol production by increasing the rate of phase separation between the broth and the extractant. In certain embodiments, step (c) increases the efficiency of butanol production by increasing extraction agent recovery and reuse. In certain embodiments, step (c) increases the efficiency of butanol production by reducing the extractant flow rate.

ある実施形態において、工程(c)は、抽出剤の安定化した分配係数、向上した発酵装置体積頻度(volume frequency)、向上したトウモロコシ負荷供給、向上した発酵性組み換え微生物再利用、向上した水の再利用、向上したエネルギー効率、ブタノールに対する向上した組み換え微生物耐性、より低い水相力価(aqueous phase titer)、およびDDGSの向上した値のうちの1つ以上を含む。   In certain embodiments, step (c) comprises a stabilized partition coefficient of the extractant, improved fermenter volume frequency, improved corn load supply, improved fermentable recombinant microorganism recycling, improved water. Includes one or more of reuse, improved energy efficiency, improved recombinant microbial resistance to butanol, lower aqueous phase titer, and improved value of DDGS.

ある実施形態において、ブタノールを生成するためのシステムは、(a)原料を液化して、原料スラリーを生成するように構成される液化槽であって、原料を受け入れるための入口、糖および非溶解固体を含む原料スラリーを排出するための出口を含む液化槽と;(b)非溶解固体を原料スラリーから除去して、(i)糖を含む水溶液および(ii)非溶解固体の部分を含むウェットケーキを生成するように構成される遠心分離機であって、原料スラリーを受け入れるための入口、水溶液を排出するための第1の出口、およびウェットケーキを排出するための第2の出口を含む遠心分離機と;(c)発酵装置中の水溶液を発酵させて、ブタノールを生成するための発酵装置であって、水溶液を受け入れるための第1の入口、抽出剤を受け入れるための第2の入口、およびブタノールに富んだ抽出剤を排出するための第1の出口および発酵ブロスを排出するための第2の出口を含む発酵装置とを含む。ある実施形態において、遠心分離機は、非溶解固体を原料スラリーから除去しながら、生成される油を排出するための第3の出口をさらに含む。ある実施形態において、本システムは、原料スラリー中の糖を糖化するように構成される糖化槽であって、原料スラリーを受け入れるための入口および原料スラリーを排出するための出口を含む糖化槽も含む。ある実施形態において、本システムは、水溶液中の糖を糖化するように構成される糖化槽であって、水溶液を受け入れるための入口および水溶液を排出するための出口を含む糖化槽も含む。ある実施形態において、本システムは、原料を磨砕するように構成される乾式粉砕機であって、原料を受け入れるための入口および磨砕された原料を排出するための出口を含む乾式粉砕機も含む。   In certain embodiments, the system for producing butanol comprises: (a) a liquefaction tank configured to liquefy the raw material to produce a raw slurry, the inlet for receiving the raw material, sugar and non-dissolving A liquefaction tank including an outlet for discharging a raw material slurry containing solids; (b) a non-dissolved solid is removed from the raw slurry and (i) an aqueous solution containing sugar and (ii) a wet containing a portion of the non-dissolved solid A centrifuge configured to produce a cake, the centrifuge comprising an inlet for receiving a raw slurry, a first outlet for discharging an aqueous solution, and a second outlet for discharging a wet cake A separator; and (c) a fermenter for fermenting an aqueous solution in the fermenter to produce butanol, a first inlet for receiving the aqueous solution, receiving an extractant Second inlet for, and a fermentor containing a second outlet for discharging the first outlet and the fermentation broth for discharging rich butanol extractant. In certain embodiments, the centrifuge further includes a third outlet for discharging the produced oil while removing undissolved solids from the raw slurry. In certain embodiments, the system also includes a saccharification tank configured to saccharify the sugar in the raw slurry, the saccharification tank including an inlet for receiving the raw slurry and an outlet for discharging the raw slurry. . In certain embodiments, the system also includes a saccharification tank configured to saccharify sugars in the aqueous solution, the saccharification tank including an inlet for receiving the aqueous solution and an outlet for discharging the aqueous solution. In certain embodiments, the system also includes a dry grinder configured to grind the raw material, the dry grinder including an inlet for receiving the raw material and an outlet for discharging the ground raw material. Including.

ある実施形態において、非溶解固体を含む、遠心分離機においてトウモロコシマッシュスラリーから形成されるウェットケーキは、トウモロコシマッシュスラリー中に存在する少なくとも約75重量%の非溶解固体を含む。ある実施形態において、ウェットケーキは、トウモロコシマッシュスラリー中に存在する少なくとも約90重量%の非溶解固体を含む。ある実施形態において、ウェットケーキは、トウモロコシマッシュスラリー中に存在する少なくとも約95重量%の非溶解固体を含む。   In certain embodiments, a wet cake formed from a corn mash slurry in a centrifuge comprising undissolved solids comprises at least about 75% by weight undissolved solids present in the corn mash slurry. In certain embodiments, the wet cake comprises at least about 90% by weight of undissolved solids present in the corn mash slurry. In certain embodiments, the wet cake comprises at least about 95% by weight undissolved solids present in the corn mash slurry.

ある実施形態において、非溶解固体を含む、遠心分離機においてトウモロコシマッシュスラリーから形成される水溶液は、トウモロコシマッシュスラリー中に存在する約25重量%以下の非溶解固体を含む。ある実施形態において、水溶液は、トウモロコシマッシュスラリー中に存在する約10重量%以下の非溶解固体を含む。ある実施形態において、水溶液は、トウモロコシマッシュスラリー中に存在する約5重量%以下の非溶解固体を含む。   In certain embodiments, the aqueous solution formed from the corn mash slurry in a centrifuge that includes undissolved solids comprises no more than about 25% by weight of undissolved solids present in the corn mash slurry. In certain embodiments, the aqueous solution comprises up to about 10% by weight of undissolved solids present in the corn mash slurry. In certain embodiments, the aqueous solution comprises no more than about 5% by weight of undissolved solids present in the corn mash slurry.

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を成す添付の図面は、本発明を例示し、さらに、本明細書とともに、本発明の原理を説明し、関連技術分野の当業者が本発明を行い、使用できるようにする働きを果たす。   The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate the invention and, together with the description, explain the principles of the invention and allow those skilled in the relevant art to understand the invention. And make it available for use.

液化の後かつ発酵の前に、非溶解固体が遠心分離機において除去される、本発明の例示的な方法およびシステムを概略的に示す。Figure 2 schematically illustrates an exemplary method and system of the present invention where undissolved solids are removed in a centrifuge after liquefaction and prior to fermentation. 原料が粉砕される、本発明の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。1 schematically illustrates an exemplary alternative method and system of the present invention in which raw materials are ground. 遠心分離機が油流を排出する、本発明の別の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。Fig. 6 schematically illustrates another exemplary alternative method and system of the present invention in which a centrifuge drains an oil stream. 糖化槽が、遠心分離機と発酵装置との間に配置される、本発明の別の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。Fig. 4 schematically illustrates another exemplary alternative method and system of the present invention in which a saccharification tank is placed between the centrifuge and the fermentation apparatus. 糖化槽が、液化槽と遠心分離機との間に配置される、本発明の別の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。FIG. 6 schematically illustrates another exemplary alternative method and system of the present invention in which a saccharification tank is disposed between a liquefaction tank and a centrifuge. 非溶解固体を除去するために、2つの遠心分離機が連続して用いられる、本発明の別の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。Fig. 4 schematically illustrates another exemplary alternative method and system of the present invention in which two centrifuges are used in succession to remove undissolved solids. 液化されたトウモロコシでんぷん(すなわち、オリゴ糖)の水溶液から、2.03mmの内径を有するノズルを用いてオレイルアルコールを分配するときに気泡塔を通って上方に流れるオレイルアルコール液滴の分散体へのi−BuOHの移動についての全体積物質移動係数、kaに対する非溶解トウモロコシマッシュ固体の存在の影響を示す。From an aqueous solution of liquefied corn starch (ie, oligosaccharides) to a dispersion of oleyl alcohol droplets flowing upward through a bubble column when dispensing oleyl alcohol using a nozzle having an inner diameter of 2.03 mm total volume mass transfer coefficient for transfer of i-BuOH, showing the effect of the presence of undissolved corn mash solids for k L a. 液化されたトウモロコシでんぷん(すなわち、オリゴ糖)の水溶液から、0.76mmの内径を有するノズルを用いてオレイルアルコールを分配するときに気泡塔を通って上方に流れるオレイルアルコール液滴の分散体へのi−BuOHの移動についての全体積物質移動係数、kaに対する非溶解トウモロコシマッシュ固体の存在の影響を示す。From an aqueous solution of liquefied corn starch (i.e., oligosaccharide) to a dispersion of oleyl alcohol droplets flowing upward through a bubble column when dispensing oleyl alcohol using a nozzle having an internal diameter of 0.76 mm total volume mass transfer coefficient for transfer of i-BuOH, showing the effect of the presence of undissolved corn mash solids for k L a. (重力)沈降時間に応じた、発酵試料管における液液界面の位置を示す。実行時間:5.3時間、29.3時間、53.3時間、および70.3時間の実行時間について示される相分離データ。固体がマッシュ原料から除去され、OAが溶媒であった場合の抽出−発酵からの試料データ(2010Y035)。(Gravity) Indicates the position of the liquid-liquid interface in the fermentation sample tube according to the sedimentation time. Run time: Phase separation data shown for run times of 5.3 hours, 29.3 hours, 53.3 hours, and 70.3 hours. Sample data from extraction-fermentation (2010Y035) where solids were removed from the mash raw material and OA was the solvent. (重力)沈降時間に応じた、最終的な発酵ブロスの液液界面の位置を示す。固体がマッシュ原料から除去され、OAが溶媒であった場合の抽出−発酵からのデータ(2010Y035)。The position of the liquid-liquid interface of the final fermentation broth according to the (gravity) sedimentation time is shown. Data from extraction-fermentation when solids were removed from the mash feed and OA was the solvent (2010Y035). バッチ1およびバッチ2についての、時間に応じたスラリーの水相中のグルコースの濃度を示す。The concentration of glucose in the aqueous phase of the slurry as a function of time for Batch 1 and Batch 2 is shown. バッチ3およびバッチ4についての、時間に応じたスラリーの水相中のグルコースの濃度を示す。The concentration of glucose in the aqueous phase of the slurry as a function of time for Batch 3 and Batch 4 is shown. でんぷんの転化に対する、酵素充填および+/−高温段階が液化中のある時点で適用されたか否かの影響を示す。Figure 5 shows the effect of whether enzyme loading and +/- high temperature steps were applied at some point during liquefaction on starch conversion.

特に定義されない限り、本明細書において使用される全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾が生じた場合、定義を含めて本出願が優先するものとする。また、文脈上異なる解釈を要する場合を除き、単数形の用語は複数形を含み、複数形の用語は単数形を含むものとする。本明細書に記載される全ての刊行物、特許、および他の参照文献は、あらゆる目的のために、全体が参照により本明細書に援用される。   Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In case of conflict, the present application, including definitions, will control. Also, unless otherwise required by context, singular terms shall include pluralities and plural terms shall include the singular. All publications, patents, and other references mentioned herein are hereby incorporated by reference in their entirety for all purposes.

本発明をさらに定義するために、以下の用語および定義が、本明細書において提供される。   In order to further define the invention, the following terms and definitions are provided herein.

本明細書において使用される際の「含む(comprises)」、「含む(comprising)」、「含む(includes)」、「含む(including)」、「有する(has)」、「有する(having)」、「含有する(contains)」、または「含有する(containing)」という用語、またはそれらの任意の他の活用形は、記載される整数または整数の群を包含するが、任意の他の整数または整数の群を除外しないことを意味することが理解されよう。例えば、要素の列挙を含む組成物、混合物、プロセス、方法、物品、または装置は、必ずしもそれらの要素のみに限定されるわけではなく、明示的に列挙されていないかあるいはこのような組成物、混合物、プロセス、方法、物品、または装置に固有の他の要素を含み得る。さらに、相反する明示的な記載がない限り、「または」は、排他的な「または」ではなく包括的な「または」を指す。例えば、条件AまたはBは、以下のうちの1つによって満たされる:Aが真であり(または存在する)かつBが偽である(または存在しない)、Aが偽であり(または存在しない)かつBが真である(または存在する)、AおよびBの両方とも真である(または存在する)。   As used herein, “comprises”, “comprising”, “includes”, “including”, “has”, “having” , “Contains”, or “containing”, or any other conjugation thereof, includes the integer or group of integers described, but any other integer or It will be understood that it means not to exclude groups of integers. For example, a composition, mixture, process, method, article or device that includes an enumeration of elements is not necessarily limited to only those elements, but is not explicitly recited or such a composition, It may include mixtures, processes, methods, articles, or other elements specific to the device. Further, unless expressly stated to the contrary, “or” refers to an inclusive “or” rather than an exclusive “or”. For example, condition A or B is satisfied by one of the following: A is true (or exists) and B is false (or does not exist), A is false (or does not exist) And B is true (or exists), both A and B are true (or exist).

また、本発明の要素または構成要素の前にある不定冠詞「a」および「an」は、事例の数、すなわち、要素または構成要素の出現の数に関して限定されないことが意図される。したがって、「a」または「an」は、1つまたは少なくとも1つを含むものと読まれるべきであり、要素または構成要素の単数語形は、数値が単数であることを明白に意味しない限り、複数も含む。   Also, the indefinite articles “a” and “an” preceding an element or component of the invention are not intended to be limited regarding the number of instances, ie, the number of occurrences of the element or component. Thus, “a” or “an” should be read to include one or at least one, and the singular form of an element or component is plural unless the number is explicitly meant to be singular. Including.

本明細書において使用される際の「発明」または「本発明」の用語は、非限定的な用語であり、特定の発明の任意の1つの実施形態を指すことは意図されず、本出願に記載される考えられる全ての実施形態を包含する。   The terms “invention” or “invention” as used herein are non-limiting terms and are not intended to refer to any one embodiment of a particular invention, Includes all possible embodiments described.

本明細書において使用される際の、用いられる本発明の成分または反応剤の量を修飾する「約」という用語は、例えば、現実の世界で濃縮物または溶液を作製するのに使用される典型的な測定および液体処理手順によって;これらの手順における不注意による誤りによって;組成物を作製するかまたは方法を行うのに用いられる成分の製造、供給源、または純度の差などによって起こり得る数量の変動を指す。「約」という用語は、特定の初期混合物から得られる組成物のための平衡条件が異なるために異なる量も包含する。「約」という用語によって修飾されているか否かにかかわらず、特許請求の範囲は、量に対する均等物を含む。一実施形態において、「約」という用語は、報告される数値の10%以内、あるいは報告される数値の5%以内を意味する。   As used herein, the term “about”, which modifies the amount of the inventive component or reactant used, is typical of, for example, used to make concentrates or solutions in the real world. Due to physical measurements and liquid processing procedures; due to inadvertent errors in these procedures; the quantity of components that can occur due to differences in the manufacture, source, or purity of the components used to make the composition or perform the method Refers to fluctuations. The term “about” encompasses different amounts due to different equilibrium conditions for compositions obtained from a particular initial mixture. Whether or not modified by the term “about”, the claims include equivalents to the quantities. In one embodiment, the term “about” means within 10% of the reported numerical value, or within 5% of the reported numerical value.

本明細書において使用される際の「バイオマス」は、トウモロコシ、サトウキビ、小麦、セルロース系またはリグノセルロース系材料ならびにセルロース、ヘミセルロース、リグニン、でんぷん、オリゴ糖、二糖類および/または単糖類、およびそれらの混合物を含む材料などの天然資源に由来する任意の糖類およびでんぷんを含む発酵性糖を提供する加水分解性多糖類を含有する天然産物を指す。バイオマスは、タンパク質および/または脂質などのさらなる成分も含み得る。バイオマスは、1つの供給源に由来してもよく、またはバイオマスは、2つ以上の供給源に由来する混合物を含み得る。例えば、バイオマスは、トウモロコシの穂軸とトウモロコシの茎葉との混合物、または草と葉との混合物を含み得る。バイオマスとしては、以下に限定はされないが、バイオエネルギー作物、農業残渣、都市固形廃棄物、産業固形廃棄物、製紙からの汚泥、庭ごみ、木くずおよび林業廃棄物が挙げられる。バイオマスの例としては、以下に限定はされないが、トウモロコシの穀粒、トウモロコシの穂軸、トウモロコシの皮、トウモロコシの茎葉などの作物残渣、草、小麦、ライ麦、小麦のわら、大麦、大麦のわら、牧草、稲わら、スイッチグラス、古紙、サトウキビの絞りかす、ソルガム、サトウキビ、大豆、穀類の粉砕から得られる成分、樹木、枝、根、葉、木質チップ、おがくず、潅木および低木、野菜、果物、花、動物の糞尿、およびそれらの混合物が挙げられる。例えば、マッシュ、絞り汁、糖蜜、または加水分解物が、粉砕、処理、および/または液化などによる発酵のためのバイオマスを処理するための当該技術分野において公知の任意の処理によって、バイオマスから形成され得、発酵性糖を含み、水を含み得る。例えば、セルロース系および/またはリグノセルロース系バイオマスは、当業者に公知の任意の方法によって発酵性糖を含有する加水分解物を得るように処理され得る。低アンモニア前処理が、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2007/0031918A1号明細書に開示されている。セルロース系および/またはリグノセルロース系バイオマスの酵素的糖化は、通常、セルロースおよびヘミセルロースを分解して、グルコース、キシロース、およびアラビノースを含む糖類を含有する加水分解物を生成するために酵素群(consortium)を利用する。(セルロース系および/またはリグノセルロース系バイオマスに適した糖化酵素は、Lynd,et al.(Microbiol.Mol.Biol.Rev.66:506−577,2002)に概説されている。   “Biomass” as used herein refers to corn, sugarcane, wheat, cellulosic or lignocellulosic materials and cellulose, hemicellulose, lignin, starch, oligosaccharides, disaccharides and / or monosaccharides, and their It refers to natural products containing hydrolyzable polysaccharides that provide any saccharides derived from natural resources such as materials including mixtures and fermentable sugars including starch. Biomass can also include additional components such as proteins and / or lipids. The biomass may be derived from one source, or the biomass may include a mixture derived from two or more sources. For example, the biomass may comprise a mixture of corn cobs and corn stover, or a mixture of grass and leaves. Biomass includes, but is not limited to, bioenergy crops, agricultural residues, municipal solid waste, industrial solid waste, sludge from papermaking, garden waste, wood waste and forestry waste. Examples of biomass include, but are not limited to, corn kernels, corn cobs, corn hulls, crop residues such as corn stover, grass, wheat, rye, wheat straw, barley, barley straw , Grass, rice straw, switchgrass, waste paper, sugarcane pomace, sorghum, sugarcane, soy, ingredients obtained from grinding grains, trees, branches, roots, leaves, wood chips, sawdust, shrubs and shrubs, vegetables, fruits , Flowers, animal manure, and mixtures thereof. For example, mash, juice, molasses, or hydrolyzate is formed from the biomass by any process known in the art for processing biomass for fermentation, such as by grinding, processing, and / or liquefaction. And contains fermentable sugars and may contain water. For example, cellulosic and / or lignocellulosic biomass can be treated to obtain a hydrolyzate containing fermentable sugars by any method known to those skilled in the art. Low ammonia pretreatment is disclosed in US Patent Application Publication No. 2007/0031918 A1, which is incorporated herein by reference. Enzymatic saccharification of cellulosic and / or lignocellulosic biomass typically involves the degradation of cellulose and hemicellulose to produce hydrolysates containing sugars including glucose, xylose, and arabinose. Is used. (Saccharifying enzymes suitable for cellulosic and / or lignocellulosic biomass are reviewed in Lynd, et al. (Microbiol. Mol. Biol. Rev. 66: 506-577, 2002).

本明細書において使用される際の可溶物含有乾燥穀類蒸留粕(DDGS)は、原料またはバイオマスの発酵(例えば、生成物アルコールを生成する穀類または穀類混合物の発酵)からの副産物または副生成物を指す。ある実施形態において、DDGSは、生成物アルコール(例えば、ブタノール、イソブタノールなど)を作製する方法から生成される動物飼料も指す。   Soluble-containing dry cereal distillation koji (DDGS) as used herein is a by-product or by-product from fermentation of raw materials or biomass (eg, fermentation of cereals or cereal mixtures to produce product alcohol). Point to. In certain embodiments, DDGS also refers to animal feed produced from a method of making a product alcohol (eg, butanol, isobutanol, etc.).

本明細書において使用される際の「発酵性炭素源」または「発酵性炭素基質」は、微生物によって代謝されることが可能な炭素源を意味する。好適な発酵性炭素源としては、以下に限定はされないが、グルコースまたはフルクトースなどの単糖類;ラクトースまたはスクロースなどの二糖類;オリゴ糖;でんぷんまたはセルロースなどの多糖類;1つの炭素基質;およびそれらの混合物が挙げられる。   A “fermentable carbon source” or “fermentable carbon substrate” as used herein means a carbon source that can be metabolized by a microorganism. Suitable fermentable carbon sources include, but are not limited to, monosaccharides such as glucose or fructose; disaccharides such as lactose or sucrose; oligosaccharides; polysaccharides such as starch or cellulose; one carbon substrate; Of the mixture.

本明細書において使用される際の「発酵性糖」は、発酵アルコールを生成するための、本明細書に開示される微生物によって代謝されることが可能な1種以上の糖類を指す。   “Fermentable sugar” as used herein refers to one or more saccharides that can be metabolized by the microorganisms disclosed herein to produce fermented alcohol.

本明細書において使用される際の「原料」は、発酵プロセスにおける原料であって、非溶解固体を含むかまたは含まずに発酵性炭素源を含有し、該当する場合、発酵性炭素源がでんぷんから遊離されたかあるいは液化、糖化、または他のプロセスなどによるさらなる処理によって複合糖類を分解することから得られる前または後に発酵性炭素源を含有する原料を意味する。原料は、バイオマスを含むかまたはバイオマスに由来する。好適な原料としては、以下に限定はされないが、ライ麦、小麦、トウモロコシ、トウモロコシマッシュ、サトウキビ、サトウキビマッシュ、大麦、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、またはそれらの混合物が挙げられる。「原料油」に言及される場合、この用語が、所与の原料から生成される油を包含することが理解されよう。   As used herein, “raw material” is a raw material in a fermentation process that contains a fermentable carbon source with or without undissolved solids, and where applicable, the fermentable carbon source is starch. Means a raw material that contains a fermentable carbon source either before or after it has been released from or obtained from the degradation of complex saccharides by further processing such as by liquefaction, saccharification, or other processes. The raw material includes or is derived from biomass. Suitable raw materials include, but are not limited to, rye, wheat, corn, corn mash, sugar cane, sugar cane mash, barley, cellulosic material, lignocellulosic material, or mixtures thereof. When referring to “feed oil”, it will be understood that this term encompasses oil produced from a given feed.

本明細書において使用される際の「発酵ブロス」は、水と、糖類(発酵性炭素源)と、溶解固体と、任意にアルコールを生成する微生物と、生成物アルコールと、存在する微生物による、アルコール、水、および二酸化炭素(CO)への糖類の反応によって生成物アルコールが作製される発酵槽中に保持される材料の全ての他の成分との混合物を意味する。場合により、本明細書において使用される際の「発酵培地」および「発酵された混合物」という用語は、「発酵ブロス」と同義に使用することができる。 As used herein, “fermentation broth” is due to water, sugars (fermentable carbon source), dissolved solids, optionally microorganisms that produce alcohol, product alcohol, and microorganisms present. By means of a mixture of all the other ingredients of the material retained in the fermentor in which the product alcohol is made by reaction of sugars with alcohol, water and carbon dioxide (CO 2 ). Optionally, the terms “fermentation medium” and “fermented mixture” as used herein can be used interchangeably with “fermentation broth”.

本明細書において使用される際の「発酵槽」は、発酵反応が行われ、それによって、ブタノールなどの生成物アルコールが糖類から作製される槽を意味する。「発酵装置」という用語は、「発酵槽」と同義に使用することができる。   A “fermentor” as used herein means a tank in which a fermentation reaction takes place, whereby a product alcohol such as butanol is made from sugars. The term “fermenter” can be used synonymously with “fermentor”.

本明細書において使用される際の「糖化槽」は、糖化(すなわち、オリゴ糖の単糖類への分解)が行われる槽を意味する。発酵および糖化が同時に行われる場合、糖化槽および発酵槽は、同じ槽であってもよい。   As used herein, “saccharification tank” means a tank in which saccharification (ie, decomposition of oligosaccharides into monosaccharides) takes place. When fermentation and saccharification are performed simultaneously, the saccharification tank and the fermentation tank may be the same tank.

本明細書において使用される際の「糖化酵素」は、多糖類および/またはオリゴ糖、例えば、グリコーゲン、またはでんぷんのα−1,4−グルコシド結合を加水分解することが可能な1種以上の酵素を意味する。糖化酵素は、セルロース系またはリグノセルロース系材料を加水分解することが可能な酵素も含み得る。   As used herein, “saccharifying enzyme” refers to one or more polysaccharides and / or oligosaccharides such as glycogen or starch that can hydrolyze α-1,4-glucoside bonds. Means an enzyme. Saccharifying enzymes may also include enzymes capable of hydrolyzing cellulosic or lignocellulosic materials.

本明細書において使用される際の「液化槽」は、液化が行われる槽を意味する。液化は、オリゴ糖が原料から遊離されるプロセスである。原料がトウモロコシである実施形態において、オリゴ糖は、液化中にトウモロコシでんぷん含有物から遊離される。   As used herein, “liquefaction tank” means a tank in which liquefaction is performed. Liquefaction is a process in which oligosaccharides are released from raw materials. In embodiments where the feedstock is corn, the oligosaccharide is released from the corn starch content during liquefaction.

本明細書において使用される際の「糖」は、オリゴ糖、二糖類、単糖類、および/またはそれらの混合物を指す。「糖」という用語は、でんぷん、デキストラン、グリコーゲン、セルロース、ペントサン、ならびに糖類を含む炭水化物も含む。   “Sugar” as used herein refers to oligosaccharides, disaccharides, monosaccharides, and / or mixtures thereof. The term “sugar” also includes starch, dextran, glycogen, cellulose, pentosan, and carbohydrates including sugars.

本明細書において使用される際の「非溶解固体」は、液相に溶解されない原料の非発酵性部分、例えば、胚芽、繊維、およびグルテンを意味する。例えば、原料の非発酵性部分は、原料の固体として残る部分を含み、発酵ブロスから液体を吸収し得る。   As used herein, “non-dissolved solid” means non-fermentable portions of the raw material that are not dissolved in the liquid phase, such as germs, fibers, and gluten. For example, the non-fermentable portion of the feed includes the portion that remains as a solid of the feed and can absorb liquid from the fermentation broth.

本明細書において使用される際の「抽出剤」は、任意のブタノール異性体を抽出するのに使用される有機溶媒を意味する。   As used herein, “extractant” means an organic solvent used to extract any butanol isomer.

本明細書において使用される際の「原位置生成物除去(ISPR)」は、生成物が生成される際に、生物学的プロセスにおける生成物濃度を制御するために、発酵などの生物学的プロセスから特定の発酵生成物を選択的に除去することを意味する。   As used herein, “in situ product removal (ISPR)” refers to biological, such as fermentation, to control product concentration in a biological process as the product is produced. It means selectively removing a specific fermentation product from the process.

本明細書において使用される際の「生成物アルコール」は、発酵性炭素基質の供給源としてバイオマスを用いる発酵プロセスにおいて微生物によって生成され得る任意のアルコールを指す。生成物アルコールとしては、以下に限定はされないが、C〜Cのアルキルアルコールが挙げられる。ある実施形態において、生成物アルコールはC〜Cのアルキルアルコールである。他の実施形態において、生成物アルコールはC〜Cのアルキルアルコールである。C〜Cのアルキルアルコールとしては、以下に限定はされないが、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、およびペンタノールが挙げられることが理解されよう。同様に、C〜Cのアルキルアルコールとしては、以下に限定はされないが、エタノール、プロパノール、ブタノール、およびペンタノールが挙げられる。「アルコール」はまた、生成物アルコールに関連して本明細書において使用される。 “Product alcohol” as used herein refers to any alcohol that can be produced by a microorganism in a fermentation process that uses biomass as a source of fermentable carbon substrate. Product alcohols include, but are not limited to, C 1 -C 8 alkyl alcohols. In certain embodiments, the product alcohol is an alkyl alcohol of C 2 -C 8. In other embodiments, the product alcohol is an alkyl alcohol of C 2 -C 5. It will be appreciated that C 1 -C 8 alkyl alcohols include, but are not limited to, methanol, ethanol, propanol, butanol, and pentanol. Similarly, the alkyl alcohol C 2 -C 8, but are not limited to, ethanol, propanol, butanol, and pentanol. “Alcohol” is also used herein in connection with the product alcohol.

本明細書において使用される際の「ブタノール」は、特に、ブタノール異性体1−ブタノール(1−BuOH)、2−ブタノール(2−BuOH)、第3級−ブタノール(tert−BuOH)、および/またはイソブタノール(iBuOH、i−BuOH、またはI−BUOH)を、個々にまたはそれらの混合物として指す。   “Butanol” as used herein specifically refers to butanol isomers 1-butanol (1-BuOH), 2-butanol (2-BuOH), tertiary-butanol (tert-BuOH), and / or Or isobutanol (iBuOH, i-BuOH, or I-BUOH) is referred to individually or as a mixture thereof.

本明細書において使用される際の「プロパノール」は、プロパノール異性体イソプロパノールまたは1−プロパノールを指す。   “Propanol” as used herein refers to the propanol isomer isopropanol or 1-propanol.

本明細書において使用される際の「ペンタノール」は、ペンタノール異性体1−ペンタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−1−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、3−ペンタノール、2−ペンタノール、3−メチル−2−ブタノール、または2−メチル−2−ブタノールを指す。   “Pentanol” as used herein refers to the pentanol isomers 1-pentanol, 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-1-butanol, 2,2-dimethyl-1-propanol, It refers to 3-pentanol, 2-pentanol, 3-methyl-2-butanol, or 2-methyl-2-butanol.

本明細書において使用される際の「水相力価」という用語は、発酵ブロス中の特定のアルコール(例えば、ブタノール)の濃度を指す。   The term “water phase titer” as used herein refers to the concentration of a particular alcohol (eg, butanol) in the fermentation broth.

本明細書において使用される際の「有効力価」という用語は、発酵によって生成される特定のアルコール(例えば、ブタノール)または発酵培地のリットル当たりの、アルコールエステル化によって生成されるアルコールエステルのアルコール同等物の総量を指す。   As used herein, the term “effective titer” refers to a specific alcohol produced by fermentation (eg, butanol) or an alcohol ester alcohol produced by alcohol esterification per liter of fermentation medium. Refers to the total amount of equivalents.

「水不混和性」または「不溶性」という用語は、1つの液相を形成するように、発酵ブロスなどの水溶液と混合することができない抽出剤または溶媒などの化学成分を指す。   The term “water-immiscible” or “insoluble” refers to a chemical component such as an extractant or solvent that cannot be mixed with an aqueous solution, such as a fermentation broth, to form one liquid phase.

本明細書において使用される際の「水相」という用語は、発酵ブロスを水不混和性有機抽出剤と接触させることによって得られる二相混合物の水相を指す。発酵抽出を含む本明細書に記載されるプロセスの一実施形態において、「発酵ブロス」という用語は、この場合、二相性発酵抽出における水相を特に指す。   The term “aqueous phase” as used herein refers to the aqueous phase of a two-phase mixture obtained by contacting a fermentation broth with a water-immiscible organic extractant. In one embodiment of the process described herein involving a fermentation extraction, the term “fermentation broth” in this case specifically refers to the aqueous phase in a biphasic fermentation extraction.

本明細書において使用される際の「有機相」という用語は、発酵ブロスを水不混和性有機抽出剤と接触させることによって得られる二相混合物の非水相を指す。   The term “organic phase” as used herein refers to the non-aqueous phase of a two-phase mixture obtained by contacting a fermentation broth with a water-immiscible organic extractant.

本発明は、バイオマスの処理生産性および費用対効果を高めつつ、発酵によって生成物アルコールなどの発酵生成物を生成するためのシステムおよび方法を提供する。ある実施形態において、生成物アルコールはブタノールである。原料は、液化されて、原料スラリーを生成することができ、ここで、原料スラリーは、可溶性糖および非溶解固体を含む。原料スラリーが、発酵装置に直接供給される場合、非溶解固体は、発酵装置からの、ブタノールなどの生成物アルコールの効率的な除去および回収を妨げ得る。特に、液液抽出が、発酵ブロスからブタノールを抽出するのに用いられる場合、非溶解粒子の存在は、抽出剤と発酵ブロスとの接触を妨げることによって、抽出剤へのブタノールの物質移動速度を低下させること;発酵装置中でエマルジョンを生成し、それによって、抽出剤および発酵ブロスの良好な相分離を妨げること;抽出剤およびブタノールの少なくとも一部が、可溶物含有乾燥穀類蒸留粕(DDGS)として最終的に除去される固体に「捕捉される」ため、抽出剤を回収し、再利用する効率を低下させること;発酵装置中の体積を占める固体があるため、また、発酵ブロスからの抽出剤の離脱がより遅いため、発酵装置体積効率がより低いこと;およびトウモロコシ油による汚染によって抽出剤の寿命が短縮されることを含むがこれらに限定されないシステムの非効率を招き得る。これらの影響は全て、資本コストおよび運転コストを増加させる。さらに、DDGSに「捕捉される」抽出剤は、DDGS値および動物飼料として販売するための必要条件から外れ得る。したがって、これらの問題を回避し、および/または最小限に抑えるために、非溶解粒子(または固体)の少なくとも一部が、原料スラリー中に存在する糖を発酵装置に加える前に原料スラリーから除去される。ブタノール生成の抽出活性および効率が、非溶解粒子が除去されていない水溶液を含有する発酵ブロスにおいて行われる抽出と比べて、非溶解粒子が除去された水溶液を含有する発酵ブロスにおいて抽出が行われる場合に高められる。   The present invention provides systems and methods for producing fermentation products, such as product alcohols, by fermentation while increasing the process productivity and cost effectiveness of biomass. In certain embodiments, the product alcohol is butanol. The raw material can be liquefied to produce a raw slurry, where the raw slurry includes soluble sugars and undissolved solids. If the raw slurry is fed directly to the fermentor, the undissolved solids can prevent efficient removal and recovery of product alcohol, such as butanol, from the fermentor. In particular, when liquid-liquid extraction is used to extract butanol from the fermentation broth, the presence of undissolved particles reduces the mass transfer rate of butanol to the extractant by preventing contact between the extractant and the fermentation broth. Reducing; producing an emulsion in the fermenter, thereby preventing good phase separation of the extractant and fermentation broth; at least a portion of the extractant and butanol is soluble in dried cereal distillers (DDGS) Reducing the efficiency of recovering and reusing the extractant because it is “trapped” in the final removed solids; because there is solids that occupy volume in the fermenter and also from the fermentation broth This includes lower fermenter volumetric efficiency due to slower extractant withdrawal; and includes shortening of extractant life due to contamination with corn oil. It can lead to inefficiencies limiting system. All these effects increase capital and operating costs. In addition, extractants that are “trapped” by DDGS can deviate from DDGS values and requirements for selling as animal feed. Therefore, to avoid and / or minimize these problems, at least some of the undissolved particles (or solids) are removed from the raw slurry before adding the sugar present in the raw slurry to the fermentor. Is done. When the extraction activity and efficiency of butanol formation is performed in a fermentation broth containing an aqueous solution from which undissolved particles have been removed, compared to an extraction performed in a fermentation broth containing an aqueous solution from which undissolved particles have not been removed Enhanced.

本発明のシステムおよび方法が、図面を参照して説明される。ある実施形態において、例えば、図1に示されるように、システムは、原料を液化して、原料スラリーを生成するように構成される液化槽10を含む。   The system and method of the present invention will be described with reference to the drawings. In certain embodiments, for example, as shown in FIG. 1, the system includes a liquefaction vessel 10 configured to liquefy the raw material to produce a raw slurry.

特に、原料12は、液化槽10の入口に導入され得る。原料12は、でんぷんなどの発酵性炭素源を含有する、ライ麦、小麦、サトウキビ、またはトウモロコシを含むがこれらに限定されない当業界で公知の任意の好適なバイオマス材料であり得る。   In particular, the raw material 12 can be introduced into the inlet of the liquefaction tank 10. Ingredient 12 can be any suitable biomass material known in the art, including but not limited to rye, wheat, sugarcane, or corn, which contains a fermentable carbon source such as starch.

原料12を液化するプロセスは、原料12中のでんぷんを加水分解して水溶性糖にすることを含み、従来のプロセスである。酸プロセス、酸−酵素プロセス、または酵素プロセスを含むがこれらに限定されない、当業界で通常用いられる、任意の公知の液化プロセス、ならびに対応する液化槽が使用され得る。このようなプロセスは、単独でまたは組み合わせて使用され得る。ある実施形態において、酵素プロセスを用いることができ、適切な酵素14、例えば、α−アミラーゼが、液化槽10の入口に導入される。水も液化槽10に導入され得る。   The process of liquefying the raw material 12 is a conventional process including hydrolyzing starch in the raw material 12 to form a water-soluble sugar. Any known liquefaction process commonly used in the art, including but not limited to acid processes, acid-enzyme processes, or enzyme processes, as well as corresponding liquefaction tanks may be used. Such processes can be used alone or in combination. In certain embodiments, an enzymatic process can be used and a suitable enzyme 14, such as α-amylase, is introduced into the inlet of the liquefaction tank 10. Water can also be introduced into the liquefaction tank 10.

原料12を液化するプロセスは、原料またはバイオマスに由来する糖(例えば、発酵性炭素)および非溶解固体を含む原料スラリー16を生成する。非溶解固体は、原料12の非発酵性部分である。ある実施形態において、原料12は、乾式粉砕された、分画されていないトウモロコシの実などのトウモロコシであり得、非溶解粒子は、胚芽、繊維、およびグルテンを含み得る。原料スラリー16は、液化槽10の出口から排出され得る。ある実施形態において、原料12は、トウモロコシまたはトウモロコシの実であり、原料スラリー16は、トウモロコシマッシュスラリーである。   The process of liquefying the feedstock 12 produces a feedstock slurry 16 that includes sugars (eg, fermentable carbon) derived from the feedstock or biomass and undissolved solids. The undissolved solid is a non-fermentable part of the raw material 12. In certain embodiments, the feedstock 12 can be corn, such as dry-milled, unfractionated corn kernels, and the undissolved particles can include germ, fiber, and gluten. The raw material slurry 16 can be discharged from the outlet of the liquefaction tank 10. In some embodiments, the raw material 12 is corn or corn seed and the raw slurry 16 is a corn mash slurry.

非溶解固体を原料スラリー16から除去するように構成される遠心分離機20は、原料スラリー16を受け入れるための入口を有する。遠心分離機20は、原料スラリー16を撹拌し、または回転させて、液相または水溶液22および固相またはウェットケーキ24を生成する。   The centrifuge 20 configured to remove undissolved solids from the raw slurry 16 has an inlet for receiving the raw slurry 16. The centrifuge 20 agitates or rotates the raw slurry 16 to produce a liquid phase or aqueous solution 22 and a solid phase or wet cake 24.

水溶液22は、例えば、オリゴ糖の形態の糖、および水を含み得る。水溶液は、少なくとも約10重量%のオリゴ糖、少なくとも約20重量%のオリゴ糖、または少なくとも約30重量%のオリゴ糖を含み得る。水溶液22は、遠心分離機20の上部の近くに位置する出口から排出され得る。水溶液は、約20センチポアズ未満の粘度を有し得る。水溶液は、約20g/L未満のモノマーグルコース、より好ましくは約10g/L未満、または約5g/L未満のモノマーグルコースを含み得る。モノマーグルコースの量を決定するための好適な方法は、当該技術分野において周知である。当該技術分野において公知のこのような好適な方法は、HPLCを含む。   The aqueous solution 22 can include, for example, sugars in the form of oligosaccharides, and water. The aqueous solution may comprise at least about 10% by weight oligosaccharide, at least about 20% by weight oligosaccharide, or at least about 30% by weight oligosaccharide. The aqueous solution 22 can be discharged from an outlet located near the top of the centrifuge 20. The aqueous solution can have a viscosity of less than about 20 centipoise. The aqueous solution may contain less than about 20 g / L monomeric glucose, more preferably less than about 10 g / L, or less than about 5 g / L monomeric glucose. Suitable methods for determining the amount of monomeric glucose are well known in the art. Such suitable methods known in the art include HPLC.

ウェットケーキ24は、非溶解固体を含み得る。ウェットケーキ24は、遠心分離機20の底部の近くに位置する出口から排出され得る。ウェットケーキ24は、糖および水の一部も含み得る。水溶液22が遠心分離機20から排出されてから、ウェットケーキ24は、遠心分離機20においてさらなる水で洗浄され得る。あるいは、ウェットケーキ24は、別個の遠心分離機においてさらなる水で洗浄され得る。ウェットケーキ24の洗浄により、ウェットケーキ中に存在する糖または糖源(例えば、オリゴ糖)を回収し、回収された糖および水は、液化槽10に再利用され得る。洗浄後、ウェットケーキ24は、任意の好適な公知の方法によって、乾燥されて、可溶物含有乾燥穀類蒸留粕(DDGS)が形成され得る。遠心分離機20において形成されるウェットケーキ24からのDDGSの形成にはいくつかの利点がある。非溶解固体が発酵装置に送られないため、抽出剤および/またはブタノールがDDGSに捕捉されず、DDGSが発酵装置の条件に供されず、DDGSが、発酵装置中に存在する微生物と接触しない。全てのこれらの影響が、例えば動物飼料としてのDDGSの後の処理および販売に利点を与える。   The wet cake 24 may include undissolved solids. The wet cake 24 can be discharged from an outlet located near the bottom of the centrifuge 20. The wet cake 24 may also contain some sugar and water. After the aqueous solution 22 is discharged from the centrifuge 20, the wet cake 24 can be washed with additional water in the centrifuge 20. Alternatively, the wet cake 24 can be washed with additional water in a separate centrifuge. By washing the wet cake 24, sugar or a sugar source (for example, oligosaccharide) present in the wet cake is recovered, and the recovered sugar and water can be reused in the liquefaction tank 10. After washing, the wet cake 24 may be dried by any suitable known method to form a solubilized dry cereal distiller (DDGS). There are several advantages to forming DDGS from the wet cake 24 formed in the centrifuge 20. Since undissolved solids are not sent to the fermenter, extractant and / or butanol are not captured by DDGS, DDGS is not subjected to fermentor conditions, and DDGS does not come into contact with microorganisms present in the fermenter. All these effects provide an advantage for the subsequent treatment and sale of DDGS, for example as animal feed.

遠心分離機20は、例えば、デカンターボウル遠心分離機、トリカンター遠心分離機、ディスクスタック遠心分離機、ろ過遠心分離機、またはデカンター遠心分離機を含む、当業界で用いられる任意の従来の遠心分離機であり得る。ある実施形態において、原料スラリー16からの非溶解固体の除去は、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、火格子(grate)または格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、または液体から固体を分離するのに使用され得る任意の方法によって行うことができる。一実施形態において、非溶解固体が、トウモロコシマッシュから除去されて、2種の生成物流、例えば、トウモロコシマッシュと比較してより低い濃度の固体を含有するオリゴ糖の水溶液およびトウモロコシマッシュと比較してより高い濃度の固体を含有するウェットケーキが形成され得る。さらに、トリカンター遠心分離機が、トウモロコシマッシュからの固体の除去に用いられる場合、トウモロコシ油を含有する第3の流れが生成され得る。したがって、いくつかの生成物流が、様々な分離技術またはそれらの組合せを用いて生成され得る。   The centrifuge 20 may be any conventional centrifuge used in the industry, including, for example, a decanter bowl centrifuge, a tricanter centrifuge, a disk stack centrifuge, a filtration centrifuge, or a decanter centrifuge. It can be. In certain embodiments, removal of undissolved solids from the raw slurry 16 may include filtration, vacuum filtration, belt filter, pressure filtration, sieving filtration, sieving separation, grate or lattice, porous lattice, This can be done by flotation, hydroclone, filter press, screw press, gravity settler, vortex separator, or any method that can be used to separate solids from liquids. In one embodiment, undissolved solids are removed from the corn mash and compared to two product streams, for example, an aqueous solution of oligosaccharides containing a lower concentration of solids compared to corn mash and corn mash. A wet cake containing a higher concentration of solids can be formed. Furthermore, when a tricanter centrifuge is used to remove solids from corn mash, a third stream containing corn oil can be produced. Thus, several product streams can be produced using various separation techniques or combinations thereof.

ある実施形態において、ウェットケーキ24は、遠心分離機20において、原料スラリー16、例えば、トウモロコシマッシュスラリーから形成される組成物であり、ここで、ウェットケーキ24は、原料スラリー中に存在する少なくとも約50重量%の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する少なくとも約55重量%の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する少なくとも約60重量%の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する少なくとも約65重量%の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する少なくとも約70重量%の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する少なくとも約75重量%の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する少なくとも約80重量%の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する少なくとも約85重量%の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する少なくとも約90重量%の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する少なくとも約95重量%の非溶解粒子、または原料スラリー中に存在する約99重量%の非溶解粒子を含む。   In certain embodiments, the wet cake 24 is a composition formed in the centrifuge 20 from the raw slurry 16, for example, corn mash slurry, wherein the wet cake 24 is at least about present in the raw slurry. 50 wt% undissolved particles, at least about 55 wt% undissolved particles present in the raw slurry, at least about 60 wt% nondissolved particles present in the raw slurry, at least about 65 wt% present in the raw slurry % Undissolved particles, at least about 70 wt.% Undissolved particles present in the raw slurry, at least about 75 wt.% Non-dissolved particles present in the raw slurry, at least about 80 wt.% Present in the raw slurry. Undissolved particles, at least about 85% by weight of undissolved particles, At least about 90 wt.% Of undissolved particles present in Lee, comprising at least about 95 wt.% Of undissolved particles or undissolved particles of about 99 wt% present in the raw material slurry, present in the feed slurry.

ある実施形態において、遠心分離機20において、原料スラリー16、例えば、トウモロコシマッシュスラリーから形成される水溶液22は、原料スラリー中に存在する約50重量%以下の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する約45重量%以下の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する約40重量%以下の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する約35重量%以下の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する約30重量%以下の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する約25重量%以下の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する約20重量%以下の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する約15重量%以下の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する約10重量%以下の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する約5重量%以下の非溶解粒子、または原料スラリー中に存在する約1重量%の非溶解粒子を含む。   In some embodiments, in the centrifuge 20, the raw slurry 16, eg, an aqueous solution 22 formed from corn mash slurry, is present in the raw slurry at about 50 wt% or less of undissolved particles present in the raw slurry. About 45 wt% or less of undissolved particles, about 40 wt% or less of non-dissolved particles present in the raw slurry, about 35 wt% or less of non-dissolved particles present in the raw slurry, about 30 present in the raw slurry % By weight of non-dissolved particles, about 25% by weight or less of undissolved particles present in the raw slurry, about 20% by weight or less of non-dissolved particles present in the raw slurry, about 15% by weight of the raw slurry The following non-dissolved particles, about 10 wt% or less non-dissolved particles present in the raw slurry, about 5 wt% or less non-dissolved particles present in the raw slurry, Other contains about 1 wt.% Of undissolved particles present in the slurry.

水溶液22を発酵させて、ブタノールを生成するように構成される発酵装置30は、水溶液22を受け入れるための入口を有する。発酵装置30は、発酵ブロスを含み得る。細菌、シアノバクテリア、糸状菌、および酵母からなる群から選択される微生物32が、発酵ブロスに含まれるべく発酵装置30に導入される。ある実施形態において、微生物32は、大腸菌(E.coli)などの細菌であり得る。ある実施形態において、微生物32は、S.セレヴィシエ(S.cerevisiae)であり得る。微生物32は、水溶液22中の糖を消費し、ブタノールを生成する。微生物による発酵を用いたブタノールの生成、ならびに高収率のブタノールを生成する微生物は公知であり、例えば、米国特許出願公開第2009/0305370号明細書に開示されており、その開示内容の全体が、本明細書に援用される。ある実施形態において、微生物32は、発酵性組み換え微生物であり得る。   The fermenter 30 configured to ferment the aqueous solution 22 to produce butanol has an inlet for receiving the aqueous solution 22. The fermenter 30 may include a fermentation broth. A microorganism 32 selected from the group consisting of bacteria, cyanobacteria, filamentous fungi, and yeast is introduced into the fermentation apparatus 30 to be included in the fermentation broth. In certain embodiments, the microorganism 32 may be a bacterium such as E. coli. In certain embodiments, the microorganism 32 is S. cerevisiae. It can be S. cerevisiae. The microorganism 32 consumes the sugar in the aqueous solution 22 and produces butanol. Production of butanol using fermentation by microorganisms, as well as microorganisms that produce high yields of butanol are known, for example, disclosed in US Patent Application Publication No. 2009/030305370, the entire disclosure of which is Which is incorporated herein by reference. In certain embodiments, the microorganism 32 can be a fermentable recombinant microorganism.

ある実施形態において、微生物32は、生合成経路を含むように改変される。ある実施形態において、生合成経路は、ブタノール生合成経路である。ある実施形態において、生合成経路は、ピルビン酸塩を発酵生成物に転化する。ある実施形態において、生合成経路は、生合成経路の基質−生成物転化を触媒するポリペプチドをコードする少なくとも1種の異種のポリヌクレオチドを含む。ある実施形態において、生合成経路の各基質−生成物転化は、異種のポリヌクレオチドによってコードされるポリペプチドによって触媒される。   In certain embodiments, the microorganism 32 is modified to include a biosynthetic pathway. In certain embodiments, the biosynthetic pathway is a butanol biosynthetic pathway. In certain embodiments, the biosynthetic pathway converts pyruvate into a fermentation product. In certain embodiments, the biosynthetic pathway comprises at least one heterologous polynucleotide encoding a polypeptide that catalyzes substrate-product conversion of the biosynthetic pathway. In certain embodiments, each substrate-product conversion of the biosynthetic pathway is catalyzed by a polypeptide encoded by a heterologous polynucleotide.

ブタノールが微生物によって生成されるにつれて、原位置生成物除去(ISPR)を用いて、例えば、液液抽出によって、発酵装置30からブタノールを除去することができる。液液抽出は、以下に簡単に記載され、開示内容の全体が、本明細書に援用される米国特許出願公開第2009/0305370号明細書に記載される方法にしたがって行われ得る。   As butanol is produced by the microorganisms, butanol can be removed from the fermenter 30 using in situ product removal (ISPR), for example, by liquid-liquid extraction. Liquid-liquid extraction is briefly described below and the entire disclosure can be performed according to the methods described in US Patent Application Publication No. 2009/0305370, which is incorporated herein by reference.

発酵装置30は、抽出剤34を受け入れるための入口を有する。抽出剤34は、飽和、単不飽和、多価不飽和(およびそれらの混合物)C12〜C22の脂肪アルコール、C12〜C22の脂肪酸、C12〜C22の脂肪酸のエステル、C12〜C22の脂肪アルデヒド、C12〜C22の脂肪アミド、およびそれらの混合物からなる群から選択される有
機抽出剤であり得る。抽出剤はまた、飽和、単不飽和、多価不飽和(およびそれらの混合物)C〜C22の脂肪アルコール、C〜C28の脂肪酸、C〜C28の脂肪酸のエステル、C〜C22の脂肪アルデヒド、およびそれらの混合物からなる群から選択される有機抽出剤であり得る。抽出剤34は、オレイルアルコール、ベヘニルアルコール、セチルアルコール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、ステアリルアルコール、1−ウンデカノール、オレイン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、ステアリン酸、ミリスチン酸メチル、オレイン酸メチル、ウンデカナール、ラウリンアルデヒド、20−メチルウンデカナール、およびそれらの混合物などの有機抽出剤であり得る。抽出剤34は、発酵ブロスと接触し、発酵ブロス中に存在するブタノールが、抽出剤34に移される。ブタノールに富んだ抽出剤の流れ36が、発酵装置30の出口を通って排出される。その後、ブタノールは、従来の技術を用いて、流れ36中の抽出剤から分離される。原料流が、発酵装置30に加えられ得る。発酵装置30は、当該技術分野において公知の任意の好適な発酵装置であり得る。
Fermentor 30 has an inlet for receiving extractant 34. The extractant 34 is a saturated, monounsaturated, polyunsaturated (and mixtures thereof) C 12 -C 22 fatty alcohol, C 12 -C 22 fatty acid, C 12 -C 22 fatty acid ester, C 12 fatty aldehydes -C 22, may be a C 12 fatty amides -C 22, and an organic extraction agent selected from the group consisting of mixtures thereof. Extractant also saturated, esters of monounsaturated, polyunsaturated (and mixtures thereof) fatty alcohols of C 4 -C 22, fatty acids C 4 -C 28, fatty acids C 4 ~C 28, C 4 fatty aldehydes -C 22, and may be an organic extractant selected from the group consisting of a mixture thereof. Extractant 34 is oleyl alcohol, behenyl alcohol, cetyl alcohol, lauryl alcohol, myristyl alcohol, stearyl alcohol, 1-undecanol, oleic acid, lauric acid, myristic acid, stearic acid, methyl myristate, methyl oleate, undecanal, laurin It can be an organic extractant such as aldehydes, 20-methylundecanal, and mixtures thereof. The extractant 34 comes into contact with the fermentation broth and the butanol present in the fermentation broth is transferred to the extractant 34. A butanol-rich extractant stream 36 is discharged through the outlet of the fermenter 30. The butanol is then separated from the extractant in stream 36 using conventional techniques. A feed stream can be added to the fermenter 30. The fermenter 30 can be any suitable fermenter known in the art.

ある実施形態において、発酵装置30の内部で同時に糖化および発酵が行われ得る。酸プロセス、酸−酵素プロセス、または酵素プロセスを含むがこれらに限定されない、当業界で通常用いられる、任意の公知の糖化プロセスが使用され得る。ある実施形態において、グルコアミラーゼなどの酵素38が、水溶液22中に存在するオリゴ糖の形態の糖類を分解して単糖類にするために、発酵装置30の入口に導入され得る。   In certain embodiments, saccharification and fermentation can occur simultaneously within the fermentation apparatus 30. Any known saccharification process commonly used in the art may be used, including but not limited to acid processes, acid-enzyme processes, or enzyme processes. In certain embodiments, an enzyme 38, such as glucoamylase, may be introduced at the inlet of the fermentation apparatus 30 to decompose the saccharides in the form of oligosaccharides present in the aqueous solution 22 into monosaccharides.

ある実施形態において、発酵ブロス40が、発酵装置30の出口から排出され得る。排出される発酵ブロス40は、酵母などの微生物32を含み得る。微生物32は、例えば、遠心分離機(図示せず)において、発酵ブロス40から容易に分離され得る。その後、微生物32は、発酵装置30に再利用することができ、発酵装置30は、時間の経過とともにブタノールの生成速度を上げ、それによって、ブタノール生成の効率を高めることができる。   In certain embodiments, the fermentation broth 40 may be discharged from the outlet of the fermentation apparatus 30. The discharged fermentation broth 40 may include a microorganism 32 such as yeast. The microorganism 32 can be easily separated from the fermentation broth 40 in, for example, a centrifuge (not shown). Thereafter, the microorganisms 32 can be reused in the fermentation apparatus 30. The fermentation apparatus 30 can increase the production rate of butanol over time, thereby increasing the efficiency of production of butanol.

発酵ブロス40の一部が発酵装置30を出るとき、発酵ブロス40は、原料スラリー中に存在する約50重量%以下の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する約45重量%以下の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する約40重量%以下の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する約35重量%以下の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する約30重量%以下の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する約25重量%以下の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する約20重量%以下の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する約15重量%以下の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する約10重量%以下の非溶解粒子、原料スラリー中に存在する約5重量%以下の非溶解粒子、または原料スラリー中に存在する約1重量%以下の非溶解粒子を含む。   When a portion of the fermentation broth 40 exits the fermentation apparatus 30, the fermentation broth 40 is about 50 wt% or less non-dissolved particles present in the raw slurry, and about 45 wt% or less non-dissolved particles present in the raw slurry. About 40 wt% or less non-dissolved particles present in the raw slurry, about 35 wt% or less non-dissolved particles present in the raw slurry, about 30 wt% or less non-dissolved particles present in the raw slurry, raw material About 25 wt% or less non-dissolved particles present in the slurry, about 20 wt% or less non-dissolved particles present in the raw slurry, about 15 wt% or less non-dissolved particles present in the raw slurry, in the raw slurry About 10% by weight or less of undissolved particles, about 5% by weight or less of undissolved particles present in the raw slurry, or about 1% by weight or less of undissolved particles present in the raw slurry.

ある実施形態において、例えば、図2に示されるように、本発明のシステムおよび方法は、原料52を乾式粉砕するように構成される粉砕機50を含み得る。原料52は、図1の原料12と同じであり得、入口を通って粉砕機50に入り得る。粉砕機50は、原料52を粉砕または磨砕し得る。ある実施形態において、原料52は、分画されなくてもよい。ある実施形態において、原料52は、分画されていないトウモロコシの実であり得る。粉砕機50は、任意の好適な公知の粉砕機、例えば、ハンマーミルであり得る。乾式粉砕された原料54は、出口を通して粉砕機50から排出され、液化槽10に入る。図2の残りの部分は図1と同一であるため、再度説明しない。他の実施形態において、原料は、分画されないか、および/または乾式粉砕される代わりに、当業界で公知のように分画および/または湿式粉砕され得る。   In certain embodiments, for example, as shown in FIG. 2, the system and method of the present invention may include a grinder 50 configured to dry grind raw material 52. Raw material 52 may be the same as raw material 12 in FIG. 1 and may enter crusher 50 through an inlet. The pulverizer 50 can pulverize or grind the raw material 52. In some embodiments, the raw material 52 may not be fractionated. In certain embodiments, raw material 52 can be unfractionated corn kernels. The grinder 50 can be any suitable known grinder, such as a hammer mill. The dry-pulverized raw material 54 is discharged from the pulverizer 50 through the outlet and enters the liquefaction tank 10. The remaining part of FIG. 2 is identical to FIG. 1 and will not be described again. In other embodiments, the raw material can be fractionated and / or wet milled as is known in the art instead of being fractionated and / or dry milled.

湿式粉砕は、各副産物から別々に価値を得るために、バイオマス(例えば、トウモロコシ)をその主要な構成要素(胚芽、種皮繊維、でんぷん、およびグルテン)に分離する多工程プロセスである。このプロセスにより、精製されたでんぷん流が得られるが;このプロセスはコストがかかり、バイオマスを、発酵アルコール生成に不要なその非でんぷん構成要素に分離することを含む。分画により、磨砕された全粒トウモロコシ中に存在する脂質の大部分を含有する繊維および胚芽が除去され、より高いでんぷん(胚乳)含量を有する分画されたトウモロコシが得られる。乾式分画は、繊維から胚芽を分離しないため、湿式粉砕よりコストが低い。しかしながら、分画は、繊維または胚芽の全体を除去せず、固体を完全に除去しない。さらに、分画の際にでんぷんをいくらか損失する。トウモロコシの湿式粉砕は、乾式分画よりさらにコストが高いが、乾式分画は、分画されていないトウモロコシの乾式磨砕よりコストが高い。   Wet milling is a multi-step process that separates biomass (eg, corn) into its main components (germ, seed coat fiber, starch, and gluten) to gain value from each by-product separately. This process results in a purified starch stream; however, this process is costly and involves separating the biomass into its non-starch components that are not required for fermentation alcohol production. Fractionation removes fibers and germs that contain most of the lipids present in ground whole corn, resulting in fractionated corn with a higher starch (endosperm) content. Dry fractionation is less expensive than wet milling because it does not separate the germ from the fiber. However, the fraction does not remove the entire fiber or germ and does not completely remove the solid. In addition, some starch is lost during fractionation. While wet grinding of corn is even more expensive than dry fractionation, dry fractioning is more expensive than dry grinding of unfractionated corn.

ある実施形態において、例えば、図3に示されるように、本発明のシステムおよび方法は、遠心分離機20の出口からの油26の排出を含み得る。図3は、油流26が遠心分離機20を出ることを除いて図1と同一であるため、再度詳細に説明しない。   In certain embodiments, for example, as shown in FIG. 3, the system and method of the present invention may include draining oil 26 from the outlet of the centrifuge 20. FIG. 3 is the same as FIG. 1 except that the oil stream 26 exits the centrifuge 20 and will not be described in detail again.

原料スラリー16は、第1の液相または発酵性糖を含有する水溶液22と、固相または非溶解固体を含有するウェットケーキ24と、遠心分離機20を出ることができる油26を含有する第2の液相とに分離される。ある実施形態において、原料12はトウモロコシであり、油26は、フリートウモロコシ油である。本明細書において使用される際のフリートウモロコシ油という用語は、トウモロコシの胚芽を含まないトウモロコシ油を意味する。例えば、トリカンター遠心分離機といった任意の好適な従来の遠心分離機を用いて、水溶液22、ウェットケーキ24、および油26を排出することができる。ある実施形態において、原料がトウモロコシである場合、トウモロコシ油などの原料12からの油の一部が、ウェットケーキ24中に残る。このような場合、ウェットケーキ24は、ウェットケーキ24の乾燥固形分の約20重量%未満の量のトウモロコシ油を含む。   The raw slurry 16 contains a first liquid phase or an aqueous solution 22 containing fermentable sugar, a wet cake 24 containing a solid phase or an undissolved solid, and an oil 26 containing an oil 26 that can exit the centrifuge 20. It is separated into two liquid phases. In certain embodiments, feedstock 12 is corn and oil 26 is free corn oil. The term free corn oil as used herein refers to corn oil free of corn germ. For example, any suitable conventional centrifuge, such as a tricanter centrifuge, can be used to drain the aqueous solution 22, wet cake 24, and oil 26. In certain embodiments, when the raw material is corn, some of the oil from raw material 12, such as corn oil, remains in wet cake 24. In such a case, the wet cake 24 includes corn oil in an amount less than about 20% by weight of the dry solids of the wet cake 24.

ある実施形態において、原料12(例えば、トウモロコシ)およびトウモロコシ油26が、遠心分離機20から除去されるとき、発酵装置30中の発酵ブロスは、減少された量のトウモロコシ油を含む。例えば、非溶解固体を実質的に含まない発酵ブロスは、生成物アルコール部分(例えば、ブタノール)および油部分(例えば、トウモロコシ油)を、重量基準で少なくとも約4:1の比率で含み得る。トウモロコシ油は、少なくとも15重量%の遊離脂肪酸、例えば、16.7重量%の遊離脂肪酸を含有し得る。ある実施形態において、発酵ブロスは、約25重量%以下の非溶解固体を有し、発酵ブロスは、約15重量%以下の非溶解固体を有し、発酵ブロスは、約10重量%以下の非溶解固体を有し、発酵ブロスは、約5重量%以下の非溶解固体を有し、発酵ブロスは、約1重量%以下の非溶解固体を有し、または発酵ブロスは、約0.5重量%以下の非溶解固体を有する。   In certain embodiments, when feedstock 12 (eg, corn) and corn oil 26 are removed from centrifuge 20, the fermentation broth in fermentor 30 contains a reduced amount of corn oil. For example, a fermentation broth that is substantially free of undissolved solids may comprise a product alcohol portion (eg, butanol) and an oil portion (eg, corn oil) in a ratio of at least about 4: 1 by weight. Corn oil may contain at least 15% by weight free fatty acids, for example 16.7% by weight free fatty acids. In certain embodiments, the fermentation broth has no more than about 25% by weight undissolved solids, the fermentation broth has no more than about 15% by weight undissolved solids, and the fermentation broth has no more than about 10% by weight non-dissolved solids. Having dissolved solids, the fermentation broth has no more than about 5 wt% undissolved solids, the fermentation broth has no more than about 1 wt% undissolved solids, or the fermentation broth is about 0.5 wt% % Of undissolved solids.

ある実施形態において、遠心分離機20は、非溶解固体の層、油(例えば、トウモロコシ油)の層、および発酵性糖を含む上清層を含む生成物プロファイルを生成する。重量基準における非溶解固体層中の非溶解固体に対する上清層中の発酵性糖の比率は、約2:1〜約5:1の範囲であり得;重量基準におけるトウモロコシ油層中のトウモロコシ油に対する上清層中の発酵性糖の比率は、約10:1〜約50:1の範囲であり得;および/または重量基準におけるトウモロコシ油層中のトウモロコシ油に対する非溶解固体層中の非溶解固体の比率は、約2:1〜約25:1の範囲であり得る。   In certain embodiments, the centrifuge 20 produces a product profile that includes a layer of undissolved solids, a layer of oil (eg, corn oil), and a supernatant layer that includes fermentable sugars. The ratio of fermentable sugar in the supernatant layer to undissolved solid in the undissolved solid layer on a weight basis can range from about 2: 1 to about 5: 1; to corn oil in the corn oil layer on a weight basis The ratio of fermentable sugars in the supernatant layer can range from about 10: 1 to about 50: 1; and / or the amount of undissolved solids in the undissolved solid layer relative to corn oil in the corn oil layer on a weight basis The ratio can range from about 2: 1 to about 25: 1.

ある実施形態において、図2のシステムおよび方法は、図3のシステムおよび方法に関連して上述した遠心分離機20からの油流の排出を含むように変更され得る。   In certain embodiments, the system and method of FIG. 2 may be modified to include draining the oil stream from the centrifuge 20 described above in connection with the system and method of FIG.

油26が、別々に排出されない場合、ウェットケーキ24とともに除去され得る。ウェットケーキ24が、遠心分離機20を介して除去されるとき、ある実施形態において、原料がトウモロコシである場合、トウモロコシ油などの原料12からの油の一部が、ウェットケーキ24中に残る。水溶液22が遠心分離機20から排出されてから、ウェットケーキ24は、遠心分離機においてさらなる水で洗浄され得る。ウェットケーキ24の洗浄により、ウェットケーキ中に存在する糖(例えば、オリゴ糖)を回収し、回収された糖および水は、液化槽10に再利用され得る。洗浄後、ウェットケーキ24は、任意の好適な公知の方法によって、可溶物と組み合わされ、次に、乾燥されて、可溶物含有乾燥穀類蒸留粕(DDGS)が形成され得る。遠心分離機20において形成されるウェットケーキ24からのDDGSの形成にはいくつかの利点がある。非溶解固体が発酵槽に送られないため、DDGSは、抽出剤および/またはブタノールなどの生成物アルコールを捕捉せず、DDGSは、発酵槽の条件に供されず、発酵槽中に存在する微生物と接触しない。全てのこれらの利点が、例えば、動物飼料としてのDDGSの処理および販売をより容易にする。ある実施形態において、油26は、ウェットケーキ24から別々に排出されず、油26は、ウェットケーキ24の一部として含まれ、最終的にDDGS中に存在する。このような場合、油は、DDGSから分離され、同じかまたは異なるアルコール発酵プロセスにおいてその後の使用のためにISPR抽出剤に転化され得る。   If the oil 26 is not drained separately, it can be removed along with the wet cake 24. When the wet cake 24 is removed via the centrifuge 20, in certain embodiments, if the feed is corn, some of the oil from the feed 12 such as corn oil remains in the wet cake 24. After the aqueous solution 22 has been drained from the centrifuge 20, the wet cake 24 can be washed with additional water in the centrifuge. By washing the wet cake 24, sugar (eg, oligosaccharide) present in the wet cake is recovered, and the recovered sugar and water can be reused in the liquefaction tank 10. After washing, the wet cake 24 can be combined with solubles by any suitable known method and then dried to form a soluble-containing dried cereal distillation koji (DDGS). There are several advantages to forming DDGS from the wet cake 24 formed in the centrifuge 20. Because non-dissolved solids are not sent to the fermentor, DDGS does not capture product alcohol such as extractant and / or butanol, and DDGS is not subjected to fermentor conditions and microorganisms present in the fermentor Do not contact with. All these advantages make it easier to process and sell DDGS as animal feed, for example. In some embodiments, the oil 26 is not drained separately from the wet cake 24, and the oil 26 is included as part of the wet cake 24 and is ultimately present in the DDGS. In such cases, the oil can be separated from DDGS and converted to ISPR extractant for subsequent use in the same or different alcohol fermentation processes.

油26は、例えば、溶媒抽出プロセスを含む任意の好適な公知の方法を用いてDDGSから分離され得る。本発明の一実施形態において、DDGSは、抽出槽に充填され、ヘキサンなどの溶媒で洗浄されて、油26が除去される。用いられ得る他の溶媒としては、例えば、イソブタノール、イソヘキサン、エタノール、石油エーテルなどの石油蒸留物、またはそれらの混合物が挙げられる。油26の抽出の後、DDGSは、一切の残留溶媒を除去するように処理され得る。例えば、DDGSは、当該技術分野において公知の任意の方法を用いて、一切の残留溶媒を蒸発させるように加熱され得る。溶媒を除去した後、DDGSは、一切の残留水を除去するように乾式処理に供され得る。処理されたDDGSは、家禽、家畜、およびペットなどの動物用の補足飼料として使用され得る。   Oil 26 may be separated from DDGS using any suitable known method including, for example, a solvent extraction process. In one embodiment of the present invention, DDGS is filled into an extraction tank and washed with a solvent such as hexane to remove oil 26. Other solvents that can be used include, for example, petroleum distillates such as isobutanol, isohexane, ethanol, petroleum ether, or mixtures thereof. After extraction of oil 26, DDGS can be treated to remove any residual solvent. For example, the DDGS can be heated to evaporate any residual solvent using any method known in the art. After removing the solvent, the DDGS can be subjected to a dry process to remove any residual water. Treated DDGS can be used as a supplementary feed for animals such as poultry, livestock, and pets.

DDGSからの抽出の後、得られる油26および溶媒混合物は、溶媒から油26を分離するために収集され得る。一実施形態において、油26/溶媒混合物は、蒸発によって処理されてもよく、それによって、溶媒は蒸発され、収集され、再利用され得る。回収された油は、同じかまたは異なるアルコール発酵プロセスにおいてその後の使用のためにISPR抽出剤に転化され得る。   After extraction from DDGS, the resulting oil 26 and solvent mixture can be collected to separate oil 26 from the solvent. In one embodiment, the oil 26 / solvent mixture may be processed by evaporation so that the solvent can be evaporated, collected and reused. The recovered oil can be converted to ISPR extractant for subsequent use in the same or different alcohol fermentation processes.

発酵装置中に存在する油が脂肪酸およびグリセリンに分解し得るため、原料の油成分の除去はブタノール生成にとって有利である。グリセリンは、水中に蓄積し、システム全体にわたって再利用のために利用可能な水の量を減少させ得る。したがって、原料の油成分の除去は、システムを通して再利用され得る水の量を増加させることによって、生成物アルコール生成の効率を高める。   Removal of the oil component of the feed is advantageous for butanol production since the oil present in the fermenter can be broken down into fatty acids and glycerol. Glycerin can accumulate in water and reduce the amount of water available for reuse throughout the system. Thus, removal of the feed oil component increases the efficiency of product alcohol production by increasing the amount of water that can be recycled through the system.

ある実施形態において、例えば、図4および5に示されるように、糖化は、遠心分離機20と発酵装置30と間(図4)または液化槽10と遠心分離機20との間(図5)に位置する別個の糖化槽60において行われ得る。図4および5は、別個の糖化槽60を含むことおよび発酵装置30が酵素38を受け入れないことを除いて、図1と同一である。   In certain embodiments, for example, as shown in FIGS. 4 and 5, saccharification is performed between the centrifuge 20 and the fermentation apparatus 30 (FIG. 4) or between the liquefaction tank 10 and the centrifuge 20 (FIG. 5). Can be carried out in a separate saccharification tank 60 located in FIGS. 4 and 5 are the same as FIG. 1 except that they include a separate saccharification tank 60 and that the fermenter 30 does not accept the enzyme 38.

上述したように、酸プロセス、酸−酵素プロセス、または酵素プロセスを含むがこれらに限定されない、当業界で通常用いられる任意の公知の糖化プロセスが使用され得る。糖化槽60が、任意の好適な公知の糖化槽であり得る。ある実施形態において、グルコアミラーゼなどの酵素38が、オリゴ糖の形態の糖類を単糖類に分解するために、糖化槽60の入口に導入され得る。例えば、図4において、遠心分離機20から排出され、入口を通して糖化槽60に受け入れられる、水流22中に存在するオリゴ糖が、単糖類に分解される。したがって、単糖類を含有する水溶液62が、出口を通して糖化槽60から排出され、発酵装置30に受け入れられる。あるいは、図5に示されるように、液化槽10から排出され、入口を通して糖化槽60に受け入れられる、原料スラリー16中に存在するオリゴ糖が、単糖類に分解される。したがって、単糖類を含有する原料スラリー64が、出口を通して糖化槽60から排出され、遠心分離機20に受け入れられる。   As noted above, any known saccharification process commonly used in the art may be used, including but not limited to acid process, acid-enzyme process, or enzyme process. The saccharification tank 60 may be any suitable known saccharification tank. In certain embodiments, an enzyme 38, such as glucoamylase, may be introduced at the inlet of the saccharification tank 60 to decompose saccharides in the form of oligosaccharides into monosaccharides. For example, in FIG. 4, oligosaccharides present in the water stream 22 discharged from the centrifuge 20 and received in the saccharification tank 60 through the inlet are broken down into monosaccharides. Therefore, the aqueous solution 62 containing monosaccharides is discharged from the saccharification tank 60 through the outlet and is received by the fermentation apparatus 30. Alternatively, as shown in FIG. 5, the oligosaccharides present in the raw slurry 16 that are discharged from the liquefaction tank 10 and received by the saccharification tank 60 through the inlet are decomposed into monosaccharides. Therefore, the raw material slurry 64 containing the monosaccharide is discharged from the saccharification tank 60 through the outlet and is received by the centrifuge 20.

ある実施形態において、図2および3のシステムおよび方法は、図4および5のシステムおよび方法に関連して上述したように別個の糖化槽60を含むように変更され得る。   In certain embodiments, the systems and methods of FIGS. 2 and 3 can be modified to include a separate saccharification tank 60 as described above in connection with the systems and methods of FIGS.

ある実施形態において、例えば、図6に示されるように、本発明のシステムおよび方法は、一連の2つ以上の遠心分離機を含み得る。図6は、第2の遠心分離機20’が追加されたことを除いて図1と同一であるため、再度詳細に説明しない。   In certain embodiments, for example, as shown in FIG. 6, the system and method of the present invention may include a series of two or more centrifuges. FIG. 6 is the same as FIG. 1 except that a second centrifuge 20 'has been added and will not be described again in detail.

遠心分離機20から排出される水溶液22は、遠心分離機20’の入口に受け入れられ得る。遠心分離機20’は遠心分離機20と同一であり得、同じように運転され得る。遠心分離機20’は、遠心分離機20において水溶液22から分離されない非溶解固体を除去して、(i)水流22と比較して減少された量の非溶解固体を含有する以外は水流22と同様の水流22’および(ii)ウェットケーキ24と同様のウェットケーキ24’を生成し得る。次に、水流22’は、発酵装置30に導入され得る。ある実施形態において、遠心分離機20’の後に1つ以上のさらなる遠心分離機が存在し得る。   The aqueous solution 22 discharged from the centrifuge 20 can be received at the inlet of the centrifuge 20 '. The centrifuge 20 'can be identical to the centrifuge 20 and can be operated in the same way. The centrifuge 20 ′ removes undissolved solids that are not separated from the aqueous solution 22 in the centrifuge 20, and (i) includes the water stream 22 except that it contains a reduced amount of undissolved solids compared to the water stream 22. A similar water stream 22 ′ and (ii) a wet cake 24 ′ similar to the wet cake 24 may be produced. The water stream 22 ′ can then be introduced into the fermentation apparatus 30. In certain embodiments, one or more additional centrifuges may be present after the centrifuge 20 '.

ある実施形態において、図2〜6のシステムおよび方法は、図6のシステムおよび方法に関連して上述したように非溶解固体を除去するためのさらなる遠心分離機を含むように変更され得る。   In certain embodiments, the systems and methods of FIGS. 2-6 can be modified to include additional centrifuges to remove undissolved solids as described above in connection with the systems and methods of FIG.

ある実施形態において、発酵ブロス40は、発酵装置30の出口から排出され得る。発酵ブロス40とともに発酵装置30を出る非溶解固体がないかまたは最小限であることには、いくつかのさらなる利点がある。例えば、ビール塔(beer column)または蒸留塔などの、例えば、下流の処理におけるユニットおよび作業の必要性をなくし、それによって、生成物アルコール生成の効率を高めることができる。また、発酵装置を出る最終的なブロス中の非溶解固体がより少ないことの結果として、全蒸留廃液(whole stillage)の遠心分離機の一部または全てを省略することができる。   In certain embodiments, the fermentation broth 40 can be discharged from the outlet of the fermentation apparatus 30. The absence or minimal of undissolved solids leaving the fermenter 30 with the fermentation broth 40 has several additional advantages. For example, the need for units and operations in downstream processing, such as a beer column or distillation column, can be eliminated, thereby increasing the efficiency of product alcohol production. Also, some or all of the total distillation waste centrifuge can be omitted as a result of less undissolved solids in the final broth exiting the fermenter.

図1〜6に開示されるプロセスおよびシステムは、非溶解固体を原料スラリー16から除去する工程を含み、結果として、バイオマスの処理生産性および費用対効果を向上する。向上した生産性は、発酵の前に非溶解固体を除去しないプロセスおよびシステムと比べて、ブタノール生成の向上した効率および/または向上した抽出活性を有することを含み得る。   The processes and systems disclosed in FIGS. 1-6 include removing undissolved solids from the raw slurry 16, resulting in improved biomass processing productivity and cost effectiveness. Improved productivity may include having improved efficiency of butanol production and / or improved extraction activity compared to processes and systems that do not remove undissolved solids prior to fermentation.

上述したように、非溶解固体は、DDGSまたは脂肪酸エステルなどの他の副生成物を生成するようにさらに処理され得る。例えば、脂肪酸エステルは、炭水化物の、生成物アルコール(例えば、ブタノール)への収率を高めるために回収され得る。これは、溶媒を用いて、例えば、いくつかの副生成物流を組み合わせて混合し、組み合わせて混合する工程の生成物を乾燥させることによって形成される副生成物から脂肪酸エステルを抽出することによって行われ得る。DDGSからトウモロコシ油トリグリセリドを回収するためのこのような溶媒系の抽出システムは、米国特許出願公開第2010/0092603号明細書に記載されており、その教示内容が、参照により本明細書に援用される。   As noted above, undissolved solids can be further processed to produce other by-products such as DDGS or fatty acid esters. For example, fatty acid esters can be recovered to increase the yield of carbohydrate to product alcohol (eg, butanol). This is done by using a solvent, for example, by extracting several fatty acid esters from the by-product formed by combining and mixing several by-product streams and drying the product of the combined mixing process. Can be broken. Such a solvent-based extraction system for recovering corn oil triglycerides from DDGS is described in US 2010/0092603, the teachings of which are incorporated herein by reference. The

脂肪酸エステルの溶媒抽出の一実施形態において、固体が、全蒸留廃液から分離され得る(「分離された固体」)が、これは、その流れが、組み合わされない副生成物流中の脂肪酸エステルの最も多い割合を含有し得るためである。次に、これらの分離された固体は、抽出器に供給され、溶媒で洗浄され得る。一実施形態において、分離された固体の全ての側が溶媒で確実に洗浄されるように、分離された固体は、少なくとも1回、回転される。洗浄後、ミセラとして知られている、脂質と溶媒との得られる混合物が、溶媒からの抽出される脂質の分離のために収集される。例えば、脂質と溶媒との得られる混合物は、さらなる処理のために分離器に堆積され得る。抽出プロセスの際、溶媒が分離された固体を洗浄するにつれて、溶媒は、脂質を溶液に入れるだけでなく、固体微粒子も収集する。これらの「微粒子」は、一般に、ミセラ中の望ましくない不純物であり、一実施形態において、ミセラは、ミセラから微粒子を分離するかまたは洗い落とす(scrub)装置によって、抽出器または分離器から排出され得る。   In one embodiment of solvent extraction of fatty acid esters, solids can be separated from the total distillation effluent (“separated solids”), which is the most fatty acid ester in the by-product stream whose streams are not combined. It is because it may contain a proportion. These separated solids can then be fed to an extractor and washed with a solvent. In one embodiment, the separated solid is rotated at least once to ensure that all sides of the separated solid are washed with solvent. After washing, the resulting mixture of lipid and solvent, known as Misella, is collected for separation of the extracted lipid from the solvent. For example, the resulting mixture of lipid and solvent can be deposited in a separator for further processing. During the extraction process, as the solvent washes the separated solids, the solvent not only puts lipids into solution, but also collects solid particulates. These “particulates” are generally undesirable impurities in the micelles, and in one embodiment, the micelles can be discharged from the extractor or separator by a device that separates or scrubs the particulates from the micelles. .

ミセラ中に含まれる脂質および溶媒を分離するために、ミセラは、蒸留工程に供され得る。この工程において、ミセラは、例えば、蒸発器によって処理することができ、蒸発器は、溶媒を蒸発させるのに十分に高いが、抽出される脂質に悪影響を与えるかまたは蒸発させるほど十分高くはない温度にミセラを加熱する。溶媒が蒸発するにつれて、溶媒は、例えば、凝縮器に収集され、将来の使用のために再利用され得る。ミセラからの溶媒の分離により、粗脂質の蓄積が得られ、これは、水、脂肪酸エステル(例えば、脂肪酸イソブチルエステル)、脂肪酸、およびトリグリセリドを分離するようにさらに処理され得る。   In order to separate the lipids and solvents contained in the miscella, the miscella can be subjected to a distillation step. In this process, the miscella can be processed, for example, by an evaporator, which is high enough to evaporate the solvent, but not high enough to adversely affect or evaporate the extracted lipids. Heat the miscella to temperature. As the solvent evaporates, the solvent can be collected, for example, in a condenser and reused for future use. Separation of the solvent from the miscella results in the accumulation of crude lipids, which can be further processed to separate water, fatty acid esters (eg, fatty acid isobutyl esters), fatty acids, and triglycerides.

脂質の抽出の後、固体は、抽出器の外に送られ、残留溶媒を除去するストリッピングプロセスに供され得る。残留溶媒の回収は、プロセス経済性にとって重要である。一実施形態において、湿潤固体は、溶媒が脱溶媒器(desolventizer)に送られる際に湿潤固体から一時的に蒸発する溶媒を貯蔵し、収集するための気密(vapor tight)環境に送られ得る。固体が脱溶媒器に入る際、固体は加熱されて、残留溶媒が蒸発され、除去され得る。固体を加熱するために、脱溶媒器は、固体を1つ以上のトレイに分配するための機構を含んでいてもよく、固体は、加熱された空気または蒸気との直接接触などによって、直接加熱されるか、あるいは食事を運ぶトレイを加熱することなどによって間接的に加熱され得る。1つのトレイから別のトレイへの固体の移動を容易にするために、固体を運ぶトレイは、固体を1つのトレイから次のトレイへと送らせる開口部を含み得る。脱溶媒器から、固体は、任意に、混合器に送られてもよく、ここで、固体は、乾燥器に送られる前に、他の副生成物と混合される。この例では、固体は、脱溶媒器に供給され、ここで、固体は、蒸気によって接触される。一実施形態において、脱溶媒器中の蒸気および固体の流れは、逆行していてもよい。次に、固体は、脱溶媒器を出て、乾燥器または任意に混合器に供給されてもよく、ここで、様々な副生成物が混合され得る。脱溶媒器を出る蒸気は凝縮され、任意にミセラと混合され、次にデカンターに供給され得る。デカンターを出る水富化相は、蒸留塔に供給されてもよく、ここで、ヘキサンが、水富化流から除去される。一実施形態において、ヘキサン減損水富化流は、蒸留塔の塔底を出て、発酵プロセスに戻って再利用されてもよく、例えば、それは、磨砕されたトウモロコシ固体をスラリー化するために使用され得る。別の実施形態において、塔頂および塔底生成物は、発酵プロセスに再利用され得る。例えば、脂質富化塔底物は、加水分解装置の原料に加えられ得る。塔頂物は、例えば、凝縮され、デカンターに供給され得る。このデカンターを出るヘキサン富化流は、抽出器への溶媒原料の一部として任意に使用され得る。このデカンターを出る水富化相は、ヘキサンを水から取り除く塔に供給され得る。当業者が理解することができるように、本発明の方法は、ブタノールなどの生成物アルコールの生成のための発酵プロセスを最適化するために様々な方法で変更され得る。   After lipid extraction, the solid can be sent out of the extractor and subjected to a stripping process to remove residual solvent. Recovery of residual solvent is important for process economy. In one embodiment, the wet solid may be sent to a vapor tight environment for storing and collecting the solvent that temporarily evaporates from the wet solid as the solvent is sent to the desolventizer. As the solid enters the desolventizer, the solid can be heated to evaporate and remove the residual solvent. To heat the solid, the desolvator may include a mechanism for distributing the solid to one or more trays, where the solid is heated directly, such as by direct contact with heated air or steam. Or heated indirectly such as by heating a tray carrying food. To facilitate the movement of solids from one tray to another, the tray carrying the solids can include openings that allow the solids to be transported from one tray to the next. From the desolvator, the solid may optionally be sent to a mixer, where the solid is mixed with other by-products before being sent to the dryer. In this example, the solid is fed to a desolvator where the solid is contacted by steam. In one embodiment, the vapor and solid streams in the desolvator may be retrograde. The solid may then exit the desolvator and be fed to a dryer or optionally a mixer, where various by-products can be mixed. The vapor exiting the desolvator can be condensed, optionally mixed with miscella, and then fed to the decanter. The water-enriched phase leaving the decanter may be fed to a distillation column where hexane is removed from the water-enriched stream. In one embodiment, the hexane-depleted water enriched stream exits the bottom of the distillation column and may be recycled back to the fermentation process, e.g., to slurry ground corn solids. Can be used. In another embodiment, the top and bottom products can be reused in the fermentation process. For example, the lipid-enriched tower bottom can be added to the feed of the hydrolyzer. The top can be condensed, for example, and fed to a decanter. The hexane-enriched stream exiting this decanter can optionally be used as part of the solvent feed to the extractor. The water-enriched phase exiting this decanter can be fed to a column that removes hexane from the water. As those skilled in the art can appreciate, the method of the present invention can be modified in various ways to optimize the fermentation process for the production of product alcohols such as butanol.

さらなる実施形態において、副生成物(または副産物)が、発酵プロセスに使用されるマッシュから得られる。例えば、トウモロコシ油は、マッシュから分離され得、このトウモロコシ油は、トリグリセリド、遊離脂肪酸、ジグリセリド、モノグリセリド、およびリン脂質(例えば、実施例20を参照)を含有し得る。トウモロコシ油は、様々な率で、他の副生成物(または副産物)に任意に加えられてもよく、したがって、例えば、得られる副生成物中のトリグリセリドの量を変化させる能力を生み出す。このように、得られる副生成物の脂肪含量は、例えば、高脂肪製品と比較して乳牛の必要性によく適合するであろうより低脂肪で高タンパク質の動物飼料が得られるように制御され得る。   In a further embodiment, by-products (or by-products) are obtained from the mash used in the fermentation process. For example, corn oil can be separated from the mash, and the corn oil can contain triglycerides, free fatty acids, diglycerides, monoglycerides, and phospholipids (see, eg, Example 20). Corn oil may optionally be added to other by-products (or by-products) at various rates, thus creating, for example, the ability to change the amount of triglycerides in the resulting by-products. Thus, the fat content of the resulting by-product is controlled to provide a lower fat, higher protein animal feed that would, for example, better meet the needs of dairy cows compared to higher fat products. obtain.

一実施形態において、マッシュから分離された粗トウモロコシ油は、消費者用途向けの食用油へとさらに処理されてもよく、またはその高いトリグリセリド含量により代謝エネルギーの優れた供給源となり得るため、動物飼料の成分としても使用され得る。別の実施形態において、この粗トウモロコシ油は、バイオディーゼルまたは再生可能ディーゼルの原料としても使用され得る。   In one embodiment, the raw corn oil separated from the mash may be further processed into an edible oil for consumer use, or because of its high triglyceride content, it can be an excellent source of metabolic energy, so animal feed It can also be used as a component of In another embodiment, the crude corn oil can also be used as a feedstock for biodiesel or renewable diesel.

一実施形態において、抽出剤副生成物は、動物飼料副生成物の成分として、全てまたは部分的に使用されてもよく、またはバイオディーゼルまたは再生可能ディーゼルの原料として使用され得る。   In one embodiment, the extractant by-product may be used in whole or in part as a component of animal feed by-product, or may be used as a raw material for biodiesel or renewable diesel.

さらなる実施形態において、固体は、マッシュから分離されてもよく、トリグリセリドおよび遊離脂肪酸を含み得る。これらの固体(または流れ)は、動物飼料として使用されてもよく、遠心分離からの排出としてまたは乾燥後のいずれかで回収される。固体(またはウェットケーキ)は、利用可能なリジンおよびバイパスまたは第一胃非分解性タンパク質の含量が高いため、反すう動物(例えば、乳牛)の飼料として特に適し得る。例えば、これらの固体は、高タンパク質、低脂肪の飼料に特に有用であり得る。別の実施形態において、これらの固体は、基剤として使用されてもよく、すなわち、シロップなどの他の副生成物が、動物飼料として使用され得る生成物を形成するためにこの固体に加えられてもよい。別の実施形態において、様々な量の他の副生成物が、得られる生成物の特性が特定の動物種の必要性を満たすように調整するために固体に加えられてもよい。   In further embodiments, the solid may be separated from the mash and may include triglycerides and free fatty acids. These solids (or streams) may be used as animal feed and are recovered either as a drain from centrifugation or after drying. The solid (or wet cake) may be particularly suitable as a ruminant (eg, dairy) feed due to the high content of available lysine and bypass or non-ruminal protein. For example, these solids can be particularly useful in high protein, low fat feeds. In another embodiment, these solids may be used as a base, i.e. other by-products such as syrup are added to this solid to form a product that can be used as animal feed. May be. In another embodiment, various amounts of other by-products may be added to the solid to adjust the properties of the resulting product to meet the needs of a particular animal species.

実施例21に記載される全蒸留廃液から分離される固体の組成物は、例えば、粗タンパク質、脂肪酸、および脂肪酸イソブチルエステルを含み得る。一実施形態において、この組成物(または副生成物)は、動物飼料として湿潤または乾燥した状態で使用されてもよく、その場合、例えば、高タンパク質(例えば、高リジン)、低脂肪、および高い繊維含量が所望される。別の実施形態において、より高脂肪、低繊維の動物飼料が所望される場合、例えば、別の副生成物流から、脂肪がこの組成物に加えられてもよい。一実施形態において、このより高脂肪、低繊維の動物飼料は、ブタまたは家禽に使用され得る。さらなる実施形態において、凝縮蒸留可溶物(Condensed Distillers Soluble)(CDS)(例えば、実施例21を参照)の非水性組成物は、例えば、タンパク質、脂肪酸、および脂肪酸イソブチルエステルならびに塩および炭水化物などの他の溶解および懸濁固体を含み得る。このCDS組成物は、例えば、動物飼料として湿潤または乾燥した状態で使用されてもよく、その場合、高タンパク質、低脂肪、高無機塩の飼料成分が所望される。一実施形態において、この組成物は、乳牛の飼料の成分として使用されてもよい。   The solid composition separated from the total distillation effluent described in Example 21 may include, for example, crude protein, fatty acid, and fatty acid isobutyl ester. In one embodiment, the composition (or by-product) may be used wet or dry as animal feed, in which case, for example, high protein (eg, high lysine), low fat, and high Fiber content is desired. In another embodiment, if a higher fat, low fiber animal feed is desired, fat may be added to the composition, eg, from another byproduct stream. In one embodiment, this higher fat, low fiber animal feed can be used in pigs or poultry. In further embodiments, the non-aqueous composition of Condensed Distillers Soluble (CDS) (see, eg, Example 21) includes, for example, proteins, fatty acids, and fatty acid isobutyl esters and salts and carbohydrates, etc. Other dissolved and suspended solids can be included. The CDS composition may be used, for example, in a wet or dry state as animal feed, in which case a high protein, low fat, high inorganic salt feed component is desired. In one embodiment, the composition may be used as a component of dairy cow feed.

別の実施形態において、発酵プロセスからの油が、蒸発によって回収され得る。この非水性組成物は、脂肪酸イソブチルエステルおよび脂肪酸(例えば、実施例20を参照)を含んでいてもよく、この組成物(または流れ)は、イソブタノールおよび脂肪酸を回収するために加水分解装置に供給され得る。さらなる実施形態において、この流れは、バイオディーゼル生成の原料として使用され得る。   In another embodiment, oil from the fermentation process can be recovered by evaporation. The non-aqueous composition may include a fatty acid isobutyl ester and a fatty acid (see, eg, Example 20), and the composition (or stream) is passed to a hydrolyzer to recover isobutanol and fatty acid. Can be supplied. In a further embodiment, this stream can be used as a feedstock for biodiesel production.

発酵プロセスによるアルコール(例えば、ブタノール)の生成によって生成される様々な流れは、いくつかの副産物を生成するために多くの方法で組み合わされ得る。例えば、マッシュからの粗トウモロコシを用いて、抽出剤として用いられる脂肪酸を生成し、脂質が、他の目的のために蒸発器によって抽出される場合、残りの流れが、組み合わされ、粗タンパク質、粗脂肪、トリグリセリド、脂肪酸、および脂肪酸イソブチルエステルを含む副産物組成物を生成するように処理され得る。一実施形態において、この組成物は、少なくとも約20〜35重量%の粗タンパク質、少なくとも約1〜20重量%の粗脂肪、少なくとも約0〜5重量%のトリグリセリド、少なくとも約4〜10重量%の脂肪酸、および少なくとも約2〜6重量%の脂肪酸イソブチルエステルを含み得る。特定の一実施形態において、副産物組成物は、約25重量%の粗タンパク質、約10重量%の粗脂肪、約0.5重量%のトリグリセリド、約6重量%の脂肪酸、および約4重量%の脂肪酸イソブチルエステルを含み得る。   The various streams produced by the production of alcohol (eg, butanol) by a fermentation process can be combined in many ways to produce several by-products. For example, if crude corn from mash is used to produce fatty acids that are used as extractants and the lipids are extracted by an evaporator for other purposes, the remaining streams are combined to produce crude protein, crude It can be processed to produce a byproduct composition comprising fat, triglyceride, fatty acid, and fatty acid isobutyl ester. In one embodiment, the composition comprises at least about 20-35% crude protein, at least about 1-20% crude fat, at least about 0-5% triglyceride, at least about 4-10% by weight. Fatty acids, and at least about 2-6% by weight fatty acid isobutyl esters may be included. In one particular embodiment, the byproduct composition comprises about 25% crude protein, about 10% crude fat, about 0.5% triglyceride, about 6% fatty acid, and about 4% by weight. Fatty acid isobutyl ester may be included.

別の実施形態において、脂質は、蒸発器によって抽出され、脂肪酸は、他の目的のために使用され、マッシュからの粗トウモロコシの約50重量%および残りの流れが、組み合わされ、処理され、得られる副産物組成物は、タンパク質、粗脂肪、トリグリセリド、脂肪酸、および脂肪酸イソブチルエステルを含み得る。一実施形態において、この組成物は、少なくとも約25〜31重量%の粗タンパク質、少なくとも約6〜10重量%の粗脂肪、少なくとも約4〜8重量%のトリグリセリド、少なくとも約0〜2重量%の脂肪酸、および少なくとも約1〜3重量%の脂肪酸イソブチルエステルを含み得る。特定の一実施形態において、副産物組成物は、約28重量%の粗タンパク質、約8重量%の粗脂肪、約6重量%のトリグリセリド、約0.7重量%の脂肪酸、および約1重量%の脂肪酸イソブチルエステルを含み得る。   In another embodiment, the lipid is extracted by an evaporator, the fatty acid is used for other purposes, about 50% by weight of the crude corn from the mash and the remaining stream are combined, processed and obtained. The resulting by-product composition can include proteins, crude fat, triglycerides, fatty acids, and fatty acid isobutyl esters. In one embodiment, the composition comprises at least about 25-31% crude protein, at least about 6-10% crude fat, at least about 4-8% triglyceride, at least about 0-2% by weight. Fatty acids, and at least about 1-3% by weight fatty acid isobutyl esters may be included. In one particular embodiment, the byproduct composition comprises about 28% crude protein, about 8% crude fat, about 6% triglyceride, about 0.7% fatty acid, and about 1% by weight. Fatty acid isobutyl ester may be included.

別の実施形態において、全蒸留廃液から分離される固体およびマッシュから抽出されるトウモロコシ油の50重量%が、組み合わされ、得られる副産物組成物は、粗タンパク質、粗脂肪、トリグリセリド、脂肪酸、脂肪酸イソブチルエステル、リジン、中性デタージェント繊維(NDF)、および酸性デタージェント繊維(ADF)を含み得る。一実施形態において、この組成物は、少なくとも約26〜34重量%の粗タンパク質、少なくとも約15〜25重量%の粗脂肪、少なくとも約12〜20重量%のトリグリセリド、少なくとも約1〜2重量%の脂肪酸、少なくとも約2〜4重量%の脂肪酸イソブチルエステル、少なくとも約1〜2重量%のリジン、少なくとも約11〜23重量%のNDF、および少なくとも約5〜11重量%のADFを含み得る。特定の一実施形態において、副産物組成物は、約29重量%の粗タンパク質、約21重量%の粗脂肪、約16重量%のトリグリセリド、約1重量%の脂肪酸、約3重量%の脂肪酸イソブチルエステル、約1重量%のリジン、約17重量%のNDF、および約8重量%のADFを含み得る。この副産物組成物の高脂肪、高トリグリセリド、および高リジン含量およびより低い繊維含量は、ブタおよび家禽の飼料として望ましいことがある。   In another embodiment, 50% by weight of the corn oil extracted from the mash and solids separated from total distillate waste is combined and the resulting by-product composition is crude protein, crude fat, triglyceride, fatty acid, fatty acid isobutyl Esters, lysines, neutral detergent fibers (NDF), and acidic detergent fibers (ADF) can be included. In one embodiment, the composition comprises at least about 26-34% crude protein, at least about 15-25% crude fat, at least about 12-20% triglyceride, at least about 1-2% by weight. Fatty acids, at least about 2-4% by weight fatty acid isobutyl ester, at least about 1-2% by weight lysine, at least about 11-23% by weight NDF, and at least about 5-11% by weight ADF. In one particular embodiment, the by-product composition comprises about 29% crude protein, about 21% crude fat, about 16% triglyceride, about 1% fatty acid, about 3% fatty acid isobutyl ester. About 1% by weight lysine, about 17% by weight NDF, and about 8% by weight ADF. The high fat, high triglyceride, and high lysine content and lower fiber content of this by-product composition may be desirable for pig and poultry feed.

上述したように、発酵プロセスによるアルコール(例えば、ブタノール)の生成によって生成される様々な流れは、粗タンパク質、粗脂肪、トリグリセリド、脂肪酸、および脂肪酸イソブチルエステルを含む副産物組成物を生成するために多くの方法で組み合わされ得る。例えば、少なくとも約6%の粗脂肪および少なくとも約28%の粗タンパク質を含む組成物が、乳畜の動物飼料製品として用いられ得る。少なくとも約6%の粗脂肪および少なくとも約26%の粗タンパク質を含む組成物が、フィードロット牛の動物飼料製品として用いられ得る一方、少なくとも約1%の粗脂肪および少なくとも約27%の粗タンパク質を含む組成物が、越冬牛の動物飼料製品として用いられ得る。少なくとも約13%の粗脂肪および少なくとも約27%の粗タンパク質を含む組成物が、家禽の動物飼料製品として用いられ得る。少なくとも約18%の粗脂肪および少なくとも約22%の粗タンパク質を含む組成物が、単胃動物の動物飼料製品として用いられ得る。したがって、様々な流れは、特定の動物種向けに飼料製品をカスタマイズするように組み合わされ得る。   As noted above, the various streams generated by the production of alcohol (eg, butanol) by a fermentation process are often used to produce by-product compositions that include crude protein, crude fat, triglycerides, fatty acids, and fatty acid isobutyl esters. Can be combined in the following manner. For example, a composition comprising at least about 6% crude fat and at least about 28% crude protein can be used as an animal feed product for dairy animals. A composition comprising at least about 6% crude fat and at least about 26% crude protein can be used as an animal feed product for feedlot cattle, while at least about 1% crude fat and at least about 27% crude protein. The containing composition can be used as an animal feed product for wintering cattle. Compositions comprising at least about 13% crude fat and at least about 27% crude protein can be used as poultry animal feed products. Compositions comprising at least about 18% crude fat and at least about 22% crude protein can be used as monogastric animal feed products. Thus, the various streams can be combined to customize the feed product for a particular animal species.

上述したように、発酵プロセスによるアルコール(例えば、ブタノール)の生成によって生成される様々な流れは、粗タンパク質、粗脂肪、トリグリセリド、脂肪酸、および脂肪酸イソブチルエステルを含む副産物組成物を生成するために多くの方法で組み合わせられ得る。例えば、少なくとも約6%の粗脂肪および少なくとも約28%の粗タンパク質を含む組成物が、乳畜の動物飼料製品として用いられ得る。少なくとも約6%の粗脂肪および少なくとも約26%の粗タンパク質を含む組成物が、フィードロット牛の動物飼料製品として用いられ得る一方、少なくとも約1%の粗脂肪および少なくとも約27%の粗タンパク質を含む組成物が、越冬牛の動物飼料製品として用いられ得る。少なくとも約13%の粗脂肪および少なくとも約27%の粗タンパク質を含む組成物が、家禽の動物飼料製品として用いられ得る。少なくとも約18%の粗脂肪および少なくとも約22%の粗タンパク質を含む組成物が、単胃動物の動物飼料製品として用いられ得る。したがって、様々な流れは、特定の動物種向けに飼料製品をカスタマイズするように組み合わせられ得る。   As noted above, the various streams generated by the production of alcohol (eg, butanol) by a fermentation process are often used to produce by-product compositions that include crude protein, crude fat, triglycerides, fatty acids, and fatty acid isobutyl esters. Can be combined. For example, a composition comprising at least about 6% crude fat and at least about 28% crude protein can be used as an animal feed product for dairy animals. A composition comprising at least about 6% crude fat and at least about 26% crude protein can be used as an animal feed product for feedlot cattle, while at least about 1% crude fat and at least about 27% crude protein. The containing composition can be used as an animal feed product for wintering cattle. Compositions comprising at least about 13% crude fat and at least about 27% crude protein can be used as poultry animal feed products. Compositions comprising at least about 18% crude fat and at least about 22% crude protein can be used as monogastric animal feed products. Thus, the various streams can be combined to customize the feed product for a particular animal species.

一実施形態において、発酵プロセスによるアルコール(例えば、ブタノール)の生成によって生成される1つ以上の流れが、バイオディーゼルなどの燃料源として使用され得る少なくとも約90%のCOFAを含む組成物を生成するために多くの方法で組み合わされ得る。   In one embodiment, one or more streams produced by the production of alcohol (eg, butanol) by a fermentation process produces a composition comprising at least about 90% COFA that can be used as a fuel source, such as biodiesel. Can be combined in many ways.

本発明の方法の一実施形態の例として、粉砕された穀類(例えば、ハンマーミルによって処理されたトウモロコシ)および1種以上の酵素が組み合わされて、スラリー化された穀類が生成される。このスラリー化された穀類は、調理され、液化され、フラッシュ蒸気でフラッシュされて、調理されたマッシュが得られる。次に、調理されたマッシュはろ過されて、懸濁固体が除去され、ウェットケーキおよびろ液が生成される。ろ過は、遠心分離、ふるい分け、または真空ろ過などのいくつかの方法によって行うことができ、このろ過工程は、少なくとも約80%〜少なくとも約99%の懸濁固体をマッシュから除去し得る。   As an example of one embodiment of the method of the present invention, ground cereal (eg, corn treated with a hammer mill) and one or more enzymes are combined to produce a slurryed cereal. This slurried cereal is cooked, liquefied and flushed with flash steam to obtain a cooked mash. The cooked mash is then filtered to remove suspended solids and produce a wet cake and filtrate. Filtration can be performed by several methods, such as centrifugation, sieving, or vacuum filtration, which can remove at least about 80% to at least about 99% suspended solids from the mash.

ウェットケーキは、水を用いて再スラリー化され、再ろ過されて、さらなるでんぷんが除去され、洗浄されたろ過ケーキが生成される。再スラリー化プロセスは、何回か、例えば、1〜5回繰り返され得る。ウェットケーキを再スラリー化するのに使用される水は、発酵プロセス中に生成される再利用水であってもよい。再スラリー化/再ろ過プロセスによって生成されるろ液は、最初の混合工程に戻されて、粉砕された穀類とともにスラリーが形成され得る。ろ液は、混合工程の前に加熱または冷却され得る。   The wet cake is reslurried with water and refiltered to remove additional starch and produce a washed filter cake. The reslurry process may be repeated several times, for example 1-5 times. The water used to reslurry the wet cake may be recycled water produced during the fermentation process. The filtrate produced by the reslurry / refiltration process can be returned to the initial mixing step to form a slurry with the milled cereal. The filtrate can be heated or cooled prior to the mixing step.

洗浄されたろ過ケーキは、生成プロセスの際にいくつかの段階でビールを用いて再スラリー化され得る。例えば、洗浄されたろ過ケーキは、発酵装置の後、プレフラッシュ塔(preflash column)の前、または蒸留器の穀類乾燥器への供給点において、ビールを用いて再スラリー化され得る。洗浄されたろ過ケーキは、他の副生成物と別々に乾燥されてもよく、またはDDGSの生成のためのウェットケーキとして直接使用されてもよい。   The washed filter cake can be reslurried with beer at several stages during the production process. For example, the washed filter cake can be reslurried with beer after the fermenter, before the preflash column, or at the feed point to the cereal dryer of the still. The washed filter cake may be dried separately from other by-products or may be used directly as a wet cake for the production of DDGS.

最初の混合工程の結果として生成されるろ液は、本明細書に記載されるようにさらに処理され得る。例えば、ろ液は、蒸気またはプロセス間熱交換(process to process heat exchange)を用いて加熱され得る。糖化酵素が、ろ液に加えられてもよく、ろ液の溶解されたでんぷんは、部分的にまたは完全に糖化され得る。糖化されたろ液は、プロセス間交換、冷却水による交換、または冷水による交換などのいくつかの手段によって冷却され得る。   The filtrate produced as a result of the initial mixing step can be further processed as described herein. For example, the filtrate can be heated using steam or process to process heat exchange. A saccharification enzyme may be added to the filtrate, and the dissolved starch in the filtrate may be partially or fully saccharified. The saccharified filtrate can be cooled by several means such as interprocess exchange, cooling water exchange, or cold water exchange.

次に、冷却されたろ液は、発酵装置ならびにアルコール生成に適した微生物、例えば、ブタノールを生成することが可能な組み換え酵母に加えられ得る。さらに、アンモニアおよび再利用流も、発酵装置に加えられ得る。このプロセスは、少なくとも1つの発酵装置、少なくとも2つの発酵装置、少なくとも3つの発酵装置、または少なくとも4つの発酵装置を含み得る。大気放出(例えば、ブタノール大気放出)を減少させ、生成物の収率を高めるために、発酵中に生成される二酸化炭素がスクラバーに排気され得る。   The cooled filtrate can then be added to a fermentation apparatus as well as a recombinant yeast capable of producing a microorganism suitable for alcohol production, such as butanol. In addition, ammonia and a recycle stream can also be added to the fermenter. The process may include at least one fermenter, at least two fermenters, at least three fermenters, or at least four fermenters. In order to reduce atmospheric emissions (eg, butanol atmospheric emissions) and increase product yield, carbon dioxide produced during fermentation can be vented to a scrubber.

溶媒が、再利用ループを介して発酵装置に加えられてもよく、または発酵装置に直接加えられてもよい。溶媒は、アルコール(例えば、ブタノール)を溶解させるかまたはそれと反応することができ、かつ水への限られた溶解性を有し得る1種以上の有機化合物であり得る。溶媒は、1つの液相としてまたは2つの液相材料として連続して発酵装置から取り出されてもよく、または溶媒は、1つまたは2つの液相材料としてバッチ式に引き抜かれ得る。   The solvent may be added to the fermentor via a recycling loop or may be added directly to the fermentor. The solvent can be one or more organic compounds that can dissolve or react with an alcohol (eg, butanol) and can have limited solubility in water. The solvent may be removed from the fermenter in succession as one liquid phase or as two liquid phase materials, or the solvent may be withdrawn batchwise as one or two liquid phase materials.

ビールが脱気され得る。ビールは、例えば、高温マッシュによるプロセス間交換またはプレフラッシュ塔の塔頂物によるプロセス間交換によって、脱気の前に加熱され得る。蒸気が、凝縮器、次に、スクラバーに排気されてもよい。脱気されたビールは、例えば、蒸留領域中の他の流れによるプロセス間熱交換によってさらに加熱され得る。   The beer can be degassed. The beer can be heated prior to degassing, for example, by inter-process exchange with a hot mash or pre-flash tower overhead. Vapor may be exhausted to a condenser and then to a scrubber. The degassed beer can be further heated, for example, by inter-process heat exchange with other streams in the distillation zone.

予め加熱されたビールおよび溶媒は、従来の乾式磨砕燃料エタノールプラントのビール塔から改造され得るプレフラッシュ塔に入り得る。この塔は、大気圧より低い圧力で運転され、一連の蒸発器からまたはマッシュ調理工程から取り出された水蒸気によって駆動され得る。プレフラッシュ塔の塔頂物は、冷却水と、プレフラッシュ塔原料による熱交換を含むプロセス間熱交換とのいくつかの組み合わせによる熱交換によって凝縮され得る。液体凝縮物は、アルコール/水デカンター(例えば、ブタノール/水デカンター)に送られ得る。   Preheated beer and solvent may enter a preflash tower that can be modified from the beer tower of a conventional dry ground fuel ethanol plant. The column is operated at a pressure below atmospheric pressure and can be driven by water vapor taken from a series of evaporators or from a mash cooking process. The top of the preflash tower can be condensed by heat exchange by several combinations of cooling water and interprocess heat exchange including heat exchange with the preflash tower feed. The liquid condensate can be sent to an alcohol / water decanter (eg, butanol / water decanter).

プレフラッシュ塔の塔底物は、溶媒デカンターに進められ得る。プレフラッシュ塔の塔底物は、遊離アルコール(例えば、ブタノール)を実質的に取り除かれ得る。デカンターは、スティルウェル(stil well)、遠心分離機、またはハイドロクロンであり得る。水が、このデカンター中の溶媒相から実質的に分離され、水相が生成される。懸濁され、溶解された固体を含む水相は、遠心分離されて、ウェットケーキおよび希薄な蒸留廃液(thin stillage)が生成され得る。ウェットケーキは、他の流れと組み合わされ、乾燥されて、DDGSが形成され得、それは、DDGSを生成する他の流れと別個に、乾燥され、販売され得るか、またはそれはウェットケーキとして販売され得る。水相は、上記のろ過ケーキを再スラリー化するために部分的に使用される逆流(backset)を提供するために分割され得る。分割は、希薄な蒸留廃液も提供し、これは、さらなる処理のために蒸発器に注入され得る。   The bottom of the preflash tower can be advanced to a solvent decanter. The bottom of the preflash tower can be substantially free of free alcohol (eg, butanol). The decanter can be a still well, a centrifuge, or a hydroclone. Water is substantially separated from the solvent phase in the decanter, producing an aqueous phase. The aqueous phase containing suspended and dissolved solids can be centrifuged to produce a wet cake and dilute distillate. The wet cake can be combined with other streams and dried to form DDGS, which can be dried and sold separately from other streams that produce DDGS, or it can be sold as a wet cake . The aqueous phase can be split to provide a backset that is partially used to reslurry the filter cake. The split also provides a dilute distillation waste that can be injected into the evaporator for further processing.

溶媒デカンター中で生成される有機相は、アルコール(例えば、ブタノール)のエステルであり得る。溶媒は、加水分解されて、反応性溶媒が再生され、さらなるアルコール(例えば、ブタノール)が回収され得る。あるいは、有機相は、ろ過され、製品として販売され得る。加水分解は、熱によって推進され、均一触媒によるか、または不均一触媒により得る。このプロセスへの熱注入は、加熱炉、高温油、電気的熱注入、または高圧蒸気であり得る。加水分解を推進するために加えられる水は、再利用された水流、新鮮な水、または蒸気に由来し得る。   The organic phase produced in the solvent decanter can be an ester of an alcohol (eg, butanol). The solvent can be hydrolyzed to regenerate the reactive solvent and recover additional alcohol (eg, butanol). Alternatively, the organic phase can be filtered and sold as a product. The hydrolysis is driven by heat and can be obtained with a homogeneous catalyst or with a heterogeneous catalyst. The heat injection into this process can be a furnace, hot oil, electrical heat injection, or high pressure steam. The water added to drive hydrolysis can come from recycled water streams, fresh water, or steam.

冷却され、加水分解された溶媒は、大気圧より低い圧力の溶媒塔に注入されてもよく、ここで、溶媒は、蒸気によってアルコール(例えば、ブタノール)を実質的に取り除かれ得る。この蒸気は、蒸発器からの水蒸気であってもよく、マッシュプロセスのフラッシュ工程からの蒸気であってもよく、またはボイラーからの蒸気であってもよい(例えば、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2009/0171129号明細書を参照)。従来の乾式磨砕エタノールプラントからの整流塔が、溶媒塔として適し得る。整流塔は、溶媒塔として働くように改造され得る。溶媒塔の塔底物は、例えば、冷却水またはプロセス間熱交換によって冷却され得る。冷却された塔底物は、残留水を除去するためにデカントされてもよく、この水は、このプロセスを含む他の工程に再利用されてもよく、またはマッシュ工程に再利用されてもよい。   The cooled and hydrolyzed solvent may be injected into a solvent tower at a pressure below atmospheric pressure, where the solvent can substantially remove alcohol (eg, butanol) by steam. This steam may be water vapor from the evaporator, may be steam from the flash step of the mash process, or may be steam from a boiler (e.g., incorporated herein by reference). U.S. Patent Application Publication No. 2009/0171129). A rectifying tower from a conventional dry grinding ethanol plant may be suitable as a solvent tower. The rectifying tower can be modified to act as a solvent tower. The bottom of the solvent tower can be cooled, for example, by cooling water or interprocess heat exchange. The cooled bottoms may be decanted to remove residual water, and this water may be reused for other steps including this process, or may be reused for the mash step. .

溶媒塔の塔頂物は、冷却水による交換によってまたはプロセス間熱交換によって冷却されてもよく、凝縮物が、プレフラッシュ塔の塔頂物と共用され得る排気されたアルコール/水デカンター(例えば、ブタノール/水デカンター)に送られ得る。スクラバー塔底物および脱気工程からの凝縮物を含む、他の混合される水およびアルコール(例えば、ブタノール)流が、このデカンターに加えられてもよい。二酸化炭素を含む排気が、水スクラバーに送られてもよい。このデカンターの水層はまた、溶媒塔に供給されてもよく、または小型の専用の蒸留塔中でアルコール(例えば、ブタノール)を取り除かれ得る。水層は、プレフラッシュ塔の塔頂物、溶媒塔の塔頂物、または溶媒塔の塔底物によるプロセス間交換によって予め加熱され得る。この専用の塔は、従来の乾式磨砕燃料エタノールプロセスのサイドストリッパーから改造され得る。   The top of the solvent column may be cooled by exchange with cooling water or by inter-process heat exchange, and the condensate may be evacuated alcohol / water decanter (e.g., which can be shared with the preflash tower top. Butanol / water decanter). Other mixed water and alcohol (eg, butanol) streams, including the scrubber tower bottoms and condensate from the degassing step, may be added to the decanter. Exhaust gas containing carbon dioxide may be sent to the water scrubber. The decanter aqueous layer may also be fed to a solvent column or alcohol (eg, butanol) may be removed in a small dedicated distillation column. The aqueous layer may be preheated by interprocess exchange with preflush tower tops, solvent tower tops, or solvent tower bottoms. This dedicated tower can be retrofitted from a conventional dry ground fuel ethanol process side stripper.

アルコール/水デカンター(例えば、ブタノール/水デカンター)の有機層は、アルコール(例えば、ブタノール)塔に注入され得る。この塔は、過圧(super−atmospheric)塔であってもよく、リボイラー内の蒸気凝縮によって駆動され得る。塔を運転するためのエネルギー需要を減少させるために、塔への原料がプロセス間熱交換によって加熱され得る。このプロセス間熱交換器は、プレフラッシュ塔の分縮器、溶媒塔の分縮器、加水分解装置の生成物、蒸発器からの水蒸気、またはブタノール塔の塔底物を含み得る。アルコール(例えば、ブタノール)塔の蒸気の凝縮物は、冷却されてもよく、アルコール/水デカンター(例えば、ブタノール/水デカンター)に戻されてもよい。アルコール(例えば、ブタノール)塔の塔底物は、アルコール(例えば、ブタノール)塔原料による交換を含むプロセス間熱交換によって冷却されてもよく、冷却水によってさらに冷却され、ろ過され、生成物アルコール(例えば、ブタノール)として販売され得る。   The organic layer of alcohol / water decanter (eg, butanol / water decanter) can be injected into an alcohol (eg, butanol) tower. This column may be a super-atmospheric column and may be driven by vapor condensation in the reboiler. In order to reduce the energy demand for operating the tower, the feed to the tower can be heated by inter-process heat exchange. The inter-process heat exchanger may include a preflash tower partial condenser, a solvent tower partial condenser, a hydrolyzer product, water vapor from the evaporator, or a butanol tower bottom. The alcohol (eg, butanol) tower vapor condensate may be cooled and returned to the alcohol / water decanter (eg, butanol / water decanter). The bottoms of an alcohol (eg, butanol) tower may be cooled by inter-process heat exchange including exchange with alcohol (eg, butanol) tower feed, further cooled with cooling water, filtered, and product alcohol ( For example, it can be sold as butanol).

上述されるプレフラッシュ塔の塔底物から生成される希薄な蒸留廃液は、多重効用蒸発器に送られ得る。この蒸発器は、2つ、3つ、またはそれ以上の段階を有し得る。蒸発器は、燃料エタノールプラントの従来の設計と同様の2つの効用部による4つの本体の構成を有してもよく、3つの効用部による3つの本体を有してもよく、または他の構成を有してもよい。希薄な蒸留廃液は、複数の効用部のいずれかに入り得る。第1の効用部本体の少なくとも1つが、過圧アルコール(例えば、ブタノール)塔からの蒸気によって加熱され得る。蒸気は、最も圧力の低い効用部から取り出されて、水蒸気の形態の熱が、大気圧より低い圧力のプレフラッシュ塔および溶媒塔に与えられ得る。蒸発器からのシロップが、蒸留器の穀類乾燥器に加えられてもよい。   The dilute waste liquor produced from the bottom of the preflash column described above can be sent to a multi-effect evaporator. The evaporator can have two, three, or more stages. The evaporator may have a four body configuration with two effects, similar to the conventional design of a fuel ethanol plant, may have a three bodies with three effects, or other configurations You may have. The dilute waste liquor can enter any of the plurality of utility parts. At least one of the first effect body may be heated by steam from an overpressure alcohol (eg, butanol) tower. Steam can be withdrawn from the lowest pressure utility and heat in the form of water vapor can be provided to preflash and solvent towers at pressures below atmospheric pressure. Syrup from the evaporator may be added to the cereal dryer of the still.

発酵装置、脱気装置(degasser)、アルコール/水デカンター(例えば、ブタノール/水デカンター)および他の供給源からの二酸化炭素放出は、水スクラバーに送られ得る。このスクラバーの上部に供給される水は、新鮮な補給水であってもよく、または再利用水であってもよい。再利用水は、揮発性有機化合物を除去するために処理(例えば、生物学的に消化)され、急冷され得る。スクラバーの塔底物は、アルコール/水デカンター(例えば、ブタノール/水デカンター)、溶媒塔に送られてもよく、または他の再利用水とともに使用されて、上記のウェットケーキが再スラリー化されてもよい。蒸発器からの凝縮物は、嫌気性の生物学的消化または他のプロセスによって処理されて、ろ過ケーキを再スラリー化するために再利用する前に水が精製され得る。   Carbon dioxide emissions from fermenters, degassers, alcohol / water decanters (eg, butanol / water decanters) and other sources can be sent to a water scrubber. The water supplied to the top of the scrubber may be fresh makeup water or recycled water. The recycled water can be treated (eg, biologically digested) and quenched to remove volatile organic compounds. The scrubber tower bottoms may be sent to an alcohol / water decanter (eg, butanol / water decanter), solvent tower, or used with other recycled water to reslurry the wet cake. Also good. Condensate from the evaporator can be processed by anaerobic biological digestion or other processes to purify the water before reuse to re-slurry the filter cake.

トウモロコシが、粉砕された穀類の供給源として使用される場合、トウモロコシ油は、いくつかの点のいずれかにおいてプロセス流から分離され得る。例えば、遠心分離機が、調理されたマッシュのろ過の後にトウモロコシ油流を生成するように運転されてもよく、またはプレフラッシュ塔水相遠心分離機が、トウモロコシ油流を生成するように運転されてもよい。中間の濃縮シロップまたは最終的なシロップが遠心分離されて、トウモロコシ油流が生成され得る。   When corn is used as a source of ground cereal, corn oil can be separated from the process stream in any of several ways. For example, a centrifuge may be operated to produce a corn oil stream after filtration of the cooked mash, or a preflush tower water phase centrifuge is operated to produce a corn oil stream. May be. The intermediate concentrated syrup or final syrup can be centrifuged to produce a corn oil stream.

本発明の方法の一実施形態の別の例において、発酵装置から排出される材料は、遠心分離機、沈降機、ハイドロサイクロンなど、およびそれらの組合せなどの装置を含む分離システムにおいて処理されて、直接またはいくらかの再調整の後に次の発酵バッチにおける再度の使用のために再利用され得る濃縮された形態の生酵母が回収され得る。この分離システムは、発酵から生成される脂肪酸エステル(例えばイソブチル脂肪酸エステル)およびアルコール(例えば、ブタノール)を含む有機流ならびにわずかな微量レベルの不混和性有機物を含む水流も生成し得る。この水流は、液化されたマッシュから分離され、洗浄された低でんぷん固体を再パルプ化し、注入するために、アルコール(例えば、ブタノール)含有物を取り除く前または後に使用され得る。これには、本来であれば、液化領域から穀類乾燥およびシロップ混合領域へとこれらの固体を移動するための長いベルトで駆動される搬送システムであり得るものを回避するという利点がある。さらに、アルコール(例えば、ブタノール)が取り除かれた後に得られるこの全蒸留廃液は、既存のまたは新規な分離装置を用いて、希薄な蒸留廃液とウェットケーキ画分とに分離される必要があり、この希薄な蒸留廃液は、発酵性マッシュの新しいバッチを調製するために調理水と組み合わせるために戻る逆流を部分的に形成することになる。この実施形態の別の利点は、液化されたマッシュから分離される固体の水分中に保持された任意の残留溶解でんぷんの一部が捕捉され、この逆流を通して回収され得ることである。あるいは、固体流に含まれる酵母は、生育不能とみなされ、水流に再分配され得、この組み合わされた流れは、発酵から残っているあらゆるアルコール(例えば、ブタノール)含有物を蒸留によって取り除かれる。生育不能の有機物は、繁殖(propagation)プロセスにおける栄養として使用するためにさらに分離され得る。   In another example of an embodiment of the method of the present invention, the material discharged from the fermenter is processed in a separation system including devices such as a centrifuge, a settler, a hydrocyclone, etc., and combinations thereof, A concentrated form of live yeast can be recovered that can be reused for re-use in the next fermentation batch, either directly or after some reconditioning. This separation system can also produce an organic stream containing fatty acid esters (eg, isobutyl fatty acid ester) and alcohol (eg, butanol) produced from fermentation, and an aqueous stream containing a slight amount of immiscible organics. This water stream can be used before or after removing the alcohol (eg, butanol) content to repulp and inject the washed low starch solids separated from the liquefied mash. This has the advantage of avoiding what could otherwise be a long belt driven transport system to move these solids from the liquefaction zone to the grain drying and syrup mixing zone. Furthermore, this total distillation waste obtained after the alcohol (eg butanol) has been removed needs to be separated into a dilute distillation waste and a wet cake fraction using existing or new separation equipment, This dilute distillation liquor will partially form a back flow to combine with cooking water to prepare a new batch of fermentable mash. Another advantage of this embodiment is that a portion of any residual dissolved starch retained in the solid moisture separated from the liquefied mash can be captured and recovered through this backflow. Alternatively, the yeast contained in the solid stream can be considered non-viable and can be redistributed into the water stream, and this combined stream is freed of any alcohol (eg, butanol) content remaining from the fermentation by distillation. Non-viable organics can be further separated for use as nutrients in the propagation process.

別の実施形態において、多相材料が、プレフラッシュ塔の塔底を出て、上述したように分離システムにおいて処理され得る。濃縮された固体は、水流に再分配され得、この組み合わされた流れは、液化されたマッシュから分離され、洗浄された低でんぷん固体を再パルプ化し、注入するのに使用され得る。   In another embodiment, the multiphase material exits the bottom of the preflash tower and can be processed in the separation system as described above. The concentrated solids can be redistributed into a water stream, and this combined stream can be separated from the liquefied mash and used to repulp and inject the washed low starch solids.

上記のプロセスならびに本明細書に記載される他のプロセスは、Aspenモデル化などの計算機モデル化を用いて実証され得る(例えば、米国特許第7,666,282号明細書を参照)。例えば、市販のモデル化ソフトウェアAspen Plus(登録商標)(Aspen Technology,Inc.,Burlington,MA)は、統合されたブタノール発酵、精製、および水管理プロセスのためのAspenモデルを作り出すために、American Institute of Chemical Engineers,Inc.(New York,NY)から入手可能なDIPPR(Design Institute for Physical Property Research)などの物理的特性データベースとともに使用され得る。このプロセスモデル化は、多くの基礎工学的計算、例えば、物質収支およびエネルギー収支、気/液平衡、および反応速度計算を行うことができる。Aspenモデルを生成するために、情報入力は、例えば、実験データ、含水量および原料の組成、マッシュの調理およびフラッシュのための温度、糖化条件(例えば、酵素原料、でんぷん転化率、温度、圧力)、発酵条件(例えば、微生物原料、グルコース転化率、温度、圧力)、脱気条件、溶媒塔、プレフラッシュ塔、凝縮器、蒸発器、遠心分離機などを含み得る。   The above process as well as other processes described herein may be demonstrated using computer modeling such as Aspen modeling (see, eg, US Pat. No. 7,666,282). For example, the commercially available modeling software Aspen Plus® (Aspen Technology, Inc., Burlington, Mass.) Is used by the American Institute to create Aspen models for integrated butanol fermentation, purification, and water management processes. of Chemical Engineers, Inc. (New York, NY) and can be used with a physical property database such as DIPPR (Design Institute for Physical Property Research). This process modeling can perform many basic engineering calculations such as mass and energy balance, gas / liquid equilibrium, and reaction rate calculations. To generate an Aspen model, information input includes, for example, experimental data, moisture content and ingredient composition, temperature for cooking and flushing mash, saccharification conditions (eg, enzyme ingredient, starch conversion, temperature, pressure) , Fermentation conditions (eg, microbial raw materials, glucose conversion, temperature, pressure), deaeration conditions, solvent towers, preflash towers, condensers, evaporators, centrifuges, and the like.

上記の方法およびシステムは、非溶解固体の除去の結果として、生成物アルコール生成における向上した抽出活性および/または効率をもたらし得る。例えば、非溶解固体の存在のない抽出発酵は、発酵ブロスから抽出剤への生成物アルコールのより高い物質移動速度、発酵装置の内部または外部の発酵からの抽出剤のより良好な相分離、およびより高い抽出剤液滴上昇速度の結果としての抽出剤のより低い保持(hold up)をもたらし得る。また、例えば、発酵の際に発酵ブロス中に保持される抽出剤液滴は、発酵ブロスからより速く、より完全に離脱し、それによって、発酵ブロス中の遊離抽出剤が少なくなり、プロセス中に喪失される抽出剤の量を減少させることができる。さらに、例えば、微生物は再利用することができ、例えば、ビール塔および/または全蒸留廃液遠心分離機の一部または全てなどの、下流の処理におけるさらなる設備を省略することができる。さらに、例えば、抽出剤がDDGS中で喪失される可能性がなくなる。また、例えば、微生物を再利用する能力は、生成物アルコール生成の全体速度を上げ、全力価要件を低下させ、および/または水性力価要件を低下させ、それによって、より健康な微生物およびより高い生成速度をもたらすことができる。さらに、例えば、資本コストを削減するために発酵装置における撹拌器を省略し;保持される抽出剤が最小限に抑えられ、非溶解固体が存在しないために体積がより効率的に使用されるため、発酵装置の生産性を向上し;および/または未建設のプラントにおいて連続発酵またはより小型の発酵装置を使用することが可能であり得る。   The methods and systems described above can result in improved extraction activity and / or efficiency in product alcohol production as a result of removal of undissolved solids. For example, extractive fermentation without the presence of undissolved solids results in a higher mass transfer rate of product alcohol from the fermentation broth to the extractant, better phase separation of the extractant from the fermentation inside or outside the fermentor, It can result in a lower hold up of the extractant as a result of the higher extractant drop rise rate. Also, for example, extractant droplets that are retained in the fermentation broth during fermentation will disengage faster and more completely from the fermentation broth, thereby reducing the free extractant in the fermentation broth and during the process. The amount of extractant lost can be reduced. Further, for example, the microorganisms can be reused, and further equipment in downstream processing can be omitted, such as, for example, some or all of the beer tower and / or total distillation waste centrifuge. Furthermore, for example, the possibility of the extractant being lost in DDGS is eliminated. Also, for example, the ability to recycle microorganisms increases the overall rate of product alcohol production, reduces total titer requirements, and / or reduces aqueous titer requirements, thereby healthier microorganisms and higher The production rate can be brought about. In addition, for example, omitting the agitator in the fermenter to reduce capital costs; because the extractant retained is minimized and the volume is used more efficiently because there are no undissolved solids It may be possible to improve the productivity of the fermenter; and / or to use continuous fermentation or a smaller fermenter in an unconstructed plant.

向上した抽出効率の例としては、例えば、安定化した分配係数、向上した(例えば、より速いまたはより完全な)相分離、向上した液液物質移動係数、より低い力価での運転、向上したプロセス流再利用性、向上した発酵体積効率、向上した原料(例えば、トウモロコシ)負荷供給、微生物(例えば、組み換え微生物)の向上したブタノール力価耐性、水の再利用、エネルギーの減少、抽出剤の増加した再利用、および/または微生物の再利用が挙げられる。   Examples of improved extraction efficiencies include, for example, a stabilized partition coefficient, improved (eg, faster or more complete) phase separation, improved liquid-liquid mass transfer coefficient, operation at lower titers, improved Process stream recyclability, improved fermentation volumetric efficiency, improved feedstock (eg corn) loading, improved butanol titer tolerance of microorganisms (eg recombinant microorganisms), water reuse, energy reduction, extractant There may be increased reuse and / or microbial reuse.

例えば、発酵装置中で固体が占める体積が減少される。したがって、発酵に利用可能な発酵装置の有効体積が増加され得る。ある実施形態において、発酵に利用可能な発酵装置の体積は、少なくとも約10%だけ増加される。   For example, the volume occupied by solids in the fermenter is reduced. Therefore, the effective volume of the fermentation apparatus available for fermentation can be increased. In certain embodiments, the volume of fermenter available for fermentation is increased by at least about 10%.

例えば、分配係数の安定化があり得る。発酵装置中のトウモロコシ油が、発酵の前に原料スラリーから固体を除去することによって減少され得るため、抽出剤は、より少ないトウモロコシ油に曝される。トウモロコシ油は、抽出剤と組み合わされて、十分な量で存在する場合に分配係数を低下させ得る。したがって、発酵装置に導入されるトウモロコシ油の減少により、発酵装置における抽出剤相の分配係数がより安定する。ある実施形態において、分配係数は、10回の発酵サイクルにわたって約10%未満だけ減少される。   For example, there can be stabilization of the distribution coefficient. Because the corn oil in the fermenter can be reduced by removing solids from the raw slurry prior to fermentation, the extractant is exposed to less corn oil. Corn oil can be combined with an extractant to reduce the partition coefficient when present in sufficient amounts. Therefore, the distribution coefficient of the extractant phase in the fermenter becomes more stable due to the reduction of corn oil introduced into the fermenter. In certain embodiments, the partition coefficient is reduced by less than about 10% over 10 fermentation cycles.

例えば、発酵ブロスから抽出剤への生成物アルコールのより高い物質移動速度(例えば、より高い物質移動係数の形態における)があり、それによって、生成物アルコール生成の向上した効率が得られるため、抽出剤によるブタノールの抽出効率の向上があり得る。ある実施形態において、物質移動係数は、少なくとも2倍増加される(実施例4および5を参照)。   For example, there is a higher mass transfer rate of the product alcohol from the fermentation broth to the extractant (eg in the form of a higher mass transfer coefficient), which results in improved efficiency of product alcohol production. There may be an improvement in the extraction efficiency of butanol by the agent. In certain embodiments, the mass transfer coefficient is increased at least 2-fold (see Examples 4 and 5).

さらに、発酵ブロスと抽出剤との間の相分離の向上があり得、これは、放出物の形成の可能性を減少させ、それによって、生成物アルコール生成の向上した効率が得られる。例えば、相分離は、より速く行うことができ、またはより完全であり得る。ある実施形態において、感知できる相分離が24時間予め観察されなかった場合に相分離が行われ得る。ある実施形態において、相分離は、固体が除去されなかった場合の相分離と比較して、少なくとも約2倍速く、少なくとも約5倍速く、または少なくとも約10倍速く行われる(実施例6および7を参照)。   Furthermore, there may be an improved phase separation between the fermentation broth and the extractant, which reduces the likelihood of emission formation, thereby resulting in improved efficiency of product alcohol production. For example, phase separation can occur faster or can be more complete. In certain embodiments, phase separation can occur when no appreciable phase separation has been observed in advance for 24 hours. In certain embodiments, phase separation occurs at least about 2 times faster, at least about 5 times faster, or at least about 10 times faster than phase separation when no solids are removed (Examples 6 and 7). See).

さらに、抽出剤の回収および再利用の増加があり得る。抽出剤は、DDGSとして最終的に除去され得る固体中に「捕捉」されず、それによって、生成物アルコール生成の向上した効率が得られる(実施例8および9を参照)。また、トウモロコシ油による抽出剤の希釈が少なくなり、抽出剤の劣化が少なくなり得る(実施例10を参照)。   Furthermore, there may be an increase in extractant recovery and reuse. The extractant is not “trapped” in a solid that can eventually be removed as DDGS, thereby providing improved efficiency of product alcohol production (see Examples 8 and 9). Also, the dilution of the extractant with corn oil can be reduced and the extractant can be less degraded (see Example 10).

また、抽出剤の流量が減少され得るため、運転コストが低下し、それによって、生成物アルコール生成の向上した効率が得られる。   Also, since the flow rate of the extractant can be reduced, operating costs are reduced, thereby providing improved efficiency of product alcohol production.

さらにまた、抽出剤の保持が、抽出剤液滴がより高い速度で上昇する結果として減少され、それによって、生成物アルコール生成の向上した効率が得られる。発酵装置中の非溶解固体の量の減少は、生成物アルコール生成の向上した効率ももたらす。   Furthermore, retention of the extractant is reduced as a result of the extractant droplets rising at a higher rate, thereby providing improved efficiency of product alcohol production. Reduction in the amount of undissolved solids in the fermenter also results in improved efficiency of product alcohol production.

さらに、非溶解固体を懸濁させる必要がもはやないため、撹拌器を、発酵装置から除去することができ、それによって、資本コストおよびエネルギーを減少させ、生成物アルコール生成の効率を高める。   Furthermore, since there is no longer a need to suspend undissolved solids, the stirrer can be removed from the fermenter, thereby reducing capital costs and energy and increasing the efficiency of product alcohol production.

ある実施形態において、発酵ブロス40が、発酵装置30の出口から排出され得る。発酵ブロス40とともに発酵装置30を出る非溶解固体がないかまたは最小限であることには、いくつかのさらなる利点がある。例えば、ビール塔または蒸留塔などの、例えば、下流の処理におけるユニットおよび作業の必要性をなくし、それによって、生成物アルコール生成の効率を高めることができる。さらに、非溶解固体が、発酵装置30を出る発酵ブロス40中に存在しないため、「捕捉される」抽出剤とともに形成されるDDGSがない。また、発酵装置を出る最終的なブロス中の非溶解固体がより少ないことの結果として、全蒸留廃液の遠心分離機の一部または全てを省略することができる。   In certain embodiments, the fermentation broth 40 may be discharged from the outlet of the fermentation apparatus 30. The absence or minimal of undissolved solids leaving the fermenter 30 with the fermentation broth 40 has several additional advantages. For example, the need for units and operations in downstream processing, such as beer towers or distillation towers, can be eliminated, thereby increasing the efficiency of product alcohol production. Furthermore, since no undissolved solids are present in the fermentation broth 40 exiting the fermentation apparatus 30, there is no DDGS formed with the “trapped” extractant. Also, some or all of the total distillation waste centrifuge may be omitted as a result of less undissolved solids in the final broth exiting the fermenter.

上述したように、本発明の方法は、ブタノールなどの生成物アルコールの向上した生産性(例えば、バッチまたは連続)をもたらし得るいくつかの利点を提供する。例えば、物質移動の改善は、より低い水性力価における運転を可能にし、微生物が「より健康」になる。より良好な相分離は、向上した発酵装置体積効率ならびにビール塔、蒸留塔などを通るより少ない反応器含有物の処理の可能性につながり得る。さらに、固体を介した溶媒損失がより少なく、細胞の再利用の可能性がある。本発明の方法は、DDGSの高い品質も提供し得る。   As noted above, the method of the present invention provides several advantages that can result in improved productivity (eg, batch or continuous) of product alcohols such as butanol. For example, improved mass transfer allows operation at lower aqueous titers, making microorganisms “healthy”. Better phase separation can lead to improved fermenter volumetric efficiency and the possibility of processing less reactor content through beer towers, distillation towers, and the like. Furthermore, there is less solvent loss through the solid and there is a possibility of cell reuse. The method of the present invention may also provide a high quality of DDGS.

さらに、本明細書に記載される方法は、発酵前の油(例えば、トウモロコシ油)の除去を提供し、これにより、発酵への油の制御された添加が可能になり得る。さらに、発酵前の油の除去は、DDGS中に存在する油の量にいくらかの柔軟性をもたせ得る。すなわち、油は、様々な量でDDGSに加えられてもよく、特定の動物種の栄養必要量に応じて様々な脂肪含量を有するDDGSが生成される。   In addition, the methods described herein provide for removal of pre-fermentation oil (eg, corn oil), which may allow controlled addition of oil to the fermentation. Furthermore, removal of oil prior to fermentation can give some flexibility to the amount of oil present in the DDGS. That is, oil may be added to DDGS in various amounts, producing DDGS with varying fat content depending on the nutritional requirements of a particular animal species.

組み換え微生物およびブタノール生合成経路
理論によって制約されるのを望むものではないが、本明細書に記載される方法は、任意のアルコール生成微生物、特に、それらの耐性レベルを超える力価でアルコールを生成する組み換え微生物に関連して有用であると考えられる。
Recombinant microorganisms and butanol biosynthetic pathways While not wishing to be bound by theory, the methods described herein produce alcohols at any alcohol-producing microorganism, particularly at potencies that exceed their resistance levels. It is considered useful in connection with recombinant microorganisms.

アルコール生成微生物は、当該技術分野において公知である。例えば、メタン資化性細菌(例えば、メチロサイナス・トリコスポリウム(Methylosinus trichosporium))によるメタンの発酵酸化により、メタノールが生成され、メタノール(Cアルキルアルコール)を、カルボン酸およびメタノールとともにカルボン酸をエステル化することが可能な触媒と接触させることにより、カルボン酸のメタノールエステルが形成される。酵母菌株CEN.PK113−7D(CBS 8340、the Centraal Buro voor Schimmelculture;van Dijken,et al.,Enzyme Microb.Techno.26:706−714,2000)により、エタノールが生成され得、エタノールを、カルボン酸およびエタノールとともにカルボン酸をエステル化することが可能な触媒と接触させることにより、エチルエステルが形成される(例えば、実施例36を参照)。 Alcohol-producing microorganisms are known in the art. For example, the fermentation oxidation of methane by a methane-utilizing bacterium (for example, Methylosinus trichosporum) produces methanol, and methanol (C 1 alkyl alcohol) is esterified with carboxylic acid and methanol together with carboxylic acid. By contacting with a catalyst that can be converted, a methanolic ester of carboxylic acid is formed. Yeast strain CEN. PK113-7D (CBS 8340, the Central Blue room Scheme; van Dijken, et al., Enzyme Microb. Techno. 26: 706-714, 2000) can produce ethanol, which, together with carboxylic acid and ethanol The ethyl ester is formed by contacting the acid with a catalyst capable of esterification (see, eg, Example 36).

アルコールを生成する組み換え微生物も、当該技術分野において公知である(例えば、Ohta,et al.,Appl.Environ.Microbiol.57:893−900,1991;Underwood,et al.,Appl.Environ.Microbiol.68:1071−1081,2002;Shen and Liao,Metab.Eng.10:312−320,2008;Hahnai,et al.,Appl.Environ.Microbiol.73:7814−7818,2007;米国特許第5,514,583号明細書;米国特許第5,712,133号明細書;PCT出願公開番号国際公開第1995/028476号パンフレット;Feldmann,et al.,Appl.Microbiol.Biotechnol.38:354−361,1992;Zhang,et al.,Science 267:240−243,1995;米国特許出願公開第2007/0031918A1号明細書;米国特許第7,223,575号明細書;米国特許第7,741,119号明細書;米国特許第7,851,188号明細書;米国特許出願公開第2009/0203099A1号明細書;米国特許出願公開第2009/0246846A1号明細書;およびPCT出願公開番号国際公開第2010/075241号パンフレット、これらは全て参照により本明細書に援用される)。   Recombinant microorganisms that produce alcohol are also known in the art (eg, Ohta, et al., Appl. Environ. Microbiol. 57: 893-900, 1991; Underwood, et al., Appl. Environ. Microbiol. 68: 1071-1081, 2002; Shen and Liao, Metab. Eng.10: 312-320, 2008; Hahnai, et al., Appl. Environ.Microbiol.73: 7814-7818, 2007; U.S. Pat. No. 5,712,133; PCT application publication number WO 1995/028476; Feldmann, et al., Appl. Biobiol.Biotechnol.38: 354-361,1992; Zhang, et al., Science 267: 240-243, 1995; U.S. Patent Application Publication No. 2007 / 0031918A1; U.S. Patent No. 7,223,575 U.S. Patent No. 7,741,119; U.S. Patent No. 7,851,188; U.S. Patent Application Publication No. 2009 / 0203099A1; U.S. Patent Application Publication No. 2009 / 0246846A1; and PCT Application Publication No. WO 2010/075241, all of which are incorporated herein by reference).

ブタノールを生成することが可能な好適な組み換え微生物は、当該技術分野において公知であり、ブタノールを生成することが可能な特定の好適な微生物が本明細書に記載される。生合成経路を介してブタノールを生成する組み換え微生物としては、クロストリジウム属(Clostridium)、ザイモモナス属(Zymomonas)、エシェリキア属(Escherichia)、サルモネラ属(Salmonella)、セラチア属(Serratia)、エルウイニア属(Erwinia)、クレブシエラ属(Klebsiella)、赤痢菌属(Shigella)、ロドコッカス属(Rhodococcus)、シュードモナス属(Pseudomonas)、バチルス属(Bacillus)、乳酸杆菌属(Lactobacillus)、エンテロコッカス属(Enterococcus)、アルカリゲネス属(Alcaligenes)、クレブシエラ属(Klebsiella)、パエニバチルス属(Paenibacillus)、アルスロバクター属(Arthrobacter)、コリネバクテリウム属(Corynebacterium)、ブレビバクテリウム属(Brevibacterium)、シゾサッカロマイセス属(Schizosaccharomyces)、クルイベロマイセス属(Kluyveromyces)、ヤロウイア属(Yarrowia)、ピヒア属(Pichia)、カンジダ属(Candida)、ハンゼヌラ属(Hansenula)、イサタケンキア属(Issatchenkia)、またはサッカロマイセス属(Saccharomyces)のメンバーが挙げられる。一実施形態において、組み換え微生物は、大腸菌(Escherichia coli)、ラクトバチルス・プランタルム(Lactobacillus plantarum)、クルイベロマイセス・ラクチス(Kluyveromyces lactis)、クルイベロマイセス・マルシアヌス(Kluyveromyces marxianus)およびサッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)からなる群から選択され得る。一実施形態において、組み換え微生物は酵母である。一実施形態において、組み換え微生物は、サッカロマイセス属(Saccharomyces)、ジゴサッカロマイセス属(Zygosaccharomyces)、シゾサッカロマイセス属(Schizosaccharomyces)、デッケラ属(Dekkera)、トルロプシス属(Torulopsis)、ブレタノマイセス属(Brettanomyces)、およびカンジダ属(Candida)のいくつかの種から選択されるクラブトリー陽性酵母である。クラブトリー陽性酵母種としては、以下に限定はされないが、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、サッカロマイセス・クルイベリ(Saccharomyces kluyveri)、シゾサッカロマイセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)、サッカロマイセス・バイアヌス(Saccharomyces bayanus)、サッカロマイセス・ミカタエ(Saccharomyces mikatae)、サッカロマイセス・パラドキサス(Saccharomyces paradoxus)、ジゴサッカロマイセス・ルーキシィ(Zygosaccharomyces rouxii)、およびカンジダ・グラブラタ(Candida glabrata)が挙げられる。   Suitable recombinant microorganisms capable of producing butanol are known in the art, and specific suitable microorganisms capable of producing butanol are described herein. Recombinant microorganisms that produce butanol via the biosynthetic pathway include Clostridium, Zymomonas, Escherichia, Salmonella, Serratia, and Erwinia. , Klebsiella genus, Shigella genus, Rhodococcus genus, Pseudomonas genus, Bacillus genus, Lactobacillus genus L , Klebsiella, Paenibatil Genus (Paenibacillus), Arthrobacter, Corynebacterium, Brevibacterium, Schizosaccharomyces, Kryveres, Kluyvermyeso ), Pichia, Candida, Hansenula, Issatchenkia, or Saccharomyces. In one embodiment, the recombinant microorganism is Escherichia coli, Lactobacillus plantarum, Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces marciane cerevisiae and Kluyveromyces cerevisiax. Saccharomyces cerevisiae) may be selected. In one embodiment, the recombinant microorganism is yeast. In one embodiment, the recombinant microorganism is selected from the genus Saccharomyces, Zygosaccharomyces, Schizosaccharomyces, Dekkera, Toltopres iss, Torulopsis is, Crabtree positive yeast selected from several species of the genus (Candida). Examples of crabtree positive yeast species include, but are not limited to, Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces kluyveri, Schizosaccharomyces pombe (Schizosaccharomyces pombe).・ Siccharomyces mikatae, Saccharomyces paradoxus, Zygosaccharomyces rouxii, and Candida glabrata ata).

ある実施形態において、宿主細胞は、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)である。S.セレヴィシエ(S.cerevisiae)酵母が、当該技術分野において公知であり、米国培養細胞系統保存機関(American Type Culture Collection)(Rockville,MD)、Centraalbureau voor Schimmelcultures(CBS)Fungal Biodiversity Centre、LeSaffre、Gert Strand AB、Ferm Solutions、North American Bioproducts、Martrex、およびLallemandを含むがこれらに限定されない様々な供給元から入手可能である。S.セレヴィシエ(S.cerevisiae)としては、以下に限定はされないが、BY4741、CEN.PK 113−7D、Ethanol Red(登録商標)酵母、Ferm Pro(商標)酵母、Bio−Ferm(登録商標)XR酵母、Gert Strand Prestige Batch Turboアルコール酵母、Gert Strand Pot Distillers酵母、Gert Strand Distillers Turbo酵母、FerMax(商標)Green酵母、FerMax(商標)Gold酵母、Thermosacc(登録商標)酵母、BG−1、PE−2、CAT−1、CBS7959、CBS7960、およびCBS7961が挙げられる。   In certain embodiments, the host cell is Saccharomyces cerevisiae. S. S. cerevisiae yeast is known in the art and includes the American Type Culture Collection (Rockville, MD), the CentralureaureVortureGlitterStudies, CBS, and the United States. Available from a variety of sources including, but not limited to, Ferm Solutions, North American Bioproducts, Martrex, and Lalland. S. Examples of S. cerevisiae include, but are not limited to, BY4741, CEN. PK 113-7D, Ethanol Red (registered trademark) yeast, Ferm Pro (registered trademark) yeast, Bio-Ferm (registered trademark) XR yeast, Gert Strand Prestige Batch Turbo alcohol yeast, Gert Strand Pot Distillers yeast, Gert Strb yeast yeast, Gert Strb yeast FerMax ™ Green yeast, FerMax ™ Gold yeast, Thermosacc® yeast, BG-1, PE-2, CAT-1, CBS7959, CBS7960, and CBS7961.

微生物による発酵を用いたブタノールの生成、ならびにブタノールを生成する微生物は、例えば、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2009/0305370号明細書に開示されている。ある実施形態において、微生物は、ブタノール生合成経路を含む。ある実施形態において、経路の基質−生成物転化を触媒する少なくとも1つ、少なくとも2つ、少なくとも3つ、または少なくとも4つのポリペプチドが、微生物中の異種のポリヌクレオチドによってコードされる。ある実施形態において、経路の基質−生成物転化を触媒する全てのポリペプチドが、微生物中の異種のポリヌクレオチドによってコードされる。ある実施形態において、微生物は、ピルビン酸デカルボキシラーゼ活性の減少または消失を含む。ピルビン酸デカルボキシラーゼ活性を実質的に含まない微生物が、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2009/0305363号明細書に記載されている。GPD2などのNAD依存性グリセロール−3−リン酸デヒドロゲナーゼ活性を有する酵素を実質的に含まない微生物も、この文献に記載されている。   Production of butanol using fermentation by microorganisms, as well as microorganisms that produce butanol, are disclosed, for example, in US Patent Publication No. 2009/0305370, which is incorporated herein by reference. In certain embodiments, the microorganism comprises a butanol biosynthetic pathway. In certain embodiments, at least one, at least two, at least three, or at least four polypeptides that catalyze pathway substrate-product conversion are encoded by heterologous polynucleotides in the microorganism. In certain embodiments, all polypeptides that catalyze pathway substrate-product conversion are encoded by heterologous polynucleotides in the microorganism. In certain embodiments, the microorganism comprises a decrease or disappearance of pyruvate decarboxylase activity. Microorganisms that are substantially free of pyruvate decarboxylase activity are described in US Patent Application Publication No. 2009/030305363, which is incorporated herein by reference. Microorganisms substantially free of enzymes having NAD-dependent glycerol-3-phosphate dehydrogenase activity, such as GPD2, are also described in this document.

ブタノールの生成に適した生合成経路は、当該技術分野において公知であり、特定の好適な経路が本明細書に記載される。ある実施形態において、ブタノール生合成経路は、宿主細胞に対して異種の少なくとも1つの遺伝子を含む。ある実施形態において、ブタノール生合成経路は、宿主細胞に対して異種の2つ以上の遺伝子を含む。ある実施形態において、ブタノール生合成経路は、生合成経路のあらゆる工程に対応するポリペプチドをコードする異種遺伝子を含む。   Suitable biosynthetic pathways for the production of butanol are known in the art and certain suitable pathways are described herein. In certain embodiments, the butanol biosynthetic pathway comprises at least one gene that is heterologous to the host cell. In certain embodiments, the butanol biosynthetic pathway comprises two or more genes that are heterologous to the host cell. In certain embodiments, the butanol biosynthetic pathway includes a heterologous gene that encodes a polypeptide corresponding to every step of the biosynthetic pathway.

指定の基質−生成物転化を触媒する能力を有する特定の好適なタンパク質が本明細書に記載され、他の好適なタンパク質が、当該技術分野において提供される。例えば、参照により本明細書に援用される、米国特許出願公開第2008/0261230号明細書、同第2009/0163376号明細書、および同第2010/0197519号明細書は、アセトヒドロキシ酸イソメロレダクターゼを記載しており;参照により援用される米国特許出願公開第2010/0081154号明細書は、ジヒドロキシ酸デヒドラターゼを記載しており;アルコールデヒドロゲナーゼが、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2009/0269823号明細書に記載されている。   Certain suitable proteins having the ability to catalyze specified substrate-product conversion are described herein, and other suitable proteins are provided in the art. For example, U.S. Patent Application Publication Nos. 2008/0261230, 2009/0163376, and 2010/0197519, which are incorporated herein by reference, are acetohydroxy acid isomeroreductases. US Patent Application Publication No. 2010/0081154, incorporated by reference, describes dihydroxy acid dehydratase; US Patent Application Publication, alcohol dehydrogenase, incorporated herein by reference. No. 2009/0269823.

多くのレベルの配列同一性が、他の種からポリペプチドを同定するのに有用であり、このようなポリペプチドが、同じかまたは同様の機能または活性を有し、本明細書に記載される組み換え微生物に使用するのに適していることが、当業者によってよく理解される。パーセント同一性の有用な例としては、以下に限定はされないが、75%、80%、85%、90%、または95%が挙げられ、あるいは75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%または99%などの、75%〜100%の任意の整数パーセンテージが、本発明を説明する際に有用であり得る。   Many levels of sequence identity are useful for identifying polypeptides from other species, and such polypeptides have the same or similar function or activity and are described herein. It is well understood by those skilled in the art that it is suitable for use with recombinant microorganisms. Useful examples of percent identity include, but are not limited to, 75%, 80%, 85%, 90%, or 95%, or 75%, 76%, 77%, 78%, 79 %, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, Any integer percentage between 75% and 100%, such as 96%, 97%, 98% or 99% may be useful in describing the present invention.

好適な株としては、本明細書に引用され、参照により本明細書に援用される特定の出願ならびに2010年9月7日に出願された米国仮特許出願第61/380,563号明細書に記載されるものが挙げられる。実施例に使用されるものを含む特定の好適な株の構造が、本明細書に提供される。   Suitable strains include the specific applications cited herein and incorporated herein by reference, as well as US Provisional Patent Application No. 61 / 380,563, filed Sep. 7, 2010. What is described is mentioned. Certain suitable strain structures, including those used in the Examples, are provided herein.

サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)株BP1083(「NGCI−070」;PNY1504)の作成
株BP1064は、CEN.PK 113−7D(CBS 8340;Centraalbureau voor Schimmelcultures(CBS)Fungal Biodiversity Centre,Netherlands)から得られ、以下の遺伝子の欠失を含む:URA3、HIS3、PDC1、PDC5、PDC6、およびGPD2。BP1064を、プラスミドpYZ090(配列番号1、米国仮特許出願第61/246,844号明細書に記載される)およびpLH468(配列番号2)で形質転換して、株NGCI−070(BP1083、PNY1504)を生成した。
Preparation of Saccharomyces cerevisiae strain BP1083 ("NGCI-070"; PNY1504) Strain BP1064 is a CEN. PK 113-7D (CBS 8340; Centalbureau voor Schulmelculures (CBS) Fungal Biodiversity Centre, Netherlands), including deletions of the following genes: URA3, HIS3, PDC1, PDC5, PDC5, PDC5, PDC5, PDC5 BP1064 was transformed with plasmids pYZ090 (SEQ ID NO: 1, described in US Provisional Patent Application No. 61 / 246,844) and pLH468 (SEQ ID NO: 2) to obtain strain NGCI-070 (BP1083, PNY1504). Was generated.

標的遺伝子および形質転換体の選択のためのG418耐性マーカーまたはURA3遺伝子のいずれかの上流および下流の相同領域を含むPCR断片による相同的組み換えによって、全コード配列を完全に除去した欠失を作り出した。loxP部位が側面にあるG418耐性マーカーを、Creリコンビナーゼを用いて除去した。URA3遺伝子を相同的組み換えによって除去して、無瘢痕(scarless)欠失を作り出し、またはloxP部位が側面にある場合、Creリコンビナーゼを用いて除去した。   Homologous recombination with a PCR fragment containing homologous regions upstream and downstream of either the G418 resistance marker for selection of target genes and transformants or the URA3 gene created a deletion that completely removed the entire coding sequence. . The G418 resistance marker flanked by the loxP site was removed using Cre recombinase. The URA3 gene was removed by homologous recombination to create a scarless deletion or, if the loxP site is flanked, removed using Cre recombinase.

無瘢痕欠失の手順を、Akada,et al.,(Yeast 23:399−405,2006)から適応させた。一般に、各無瘢痕欠失のためのPCRカセットを、PCRを重複させることによって、4つの断片、A−B−U−Cを組み合わせることによって作製した。PCRカセットは、プロモーター(URA3遺伝子の上流の250bp)およびターミネーター(URA3遺伝子の下流の150bp)とともに、天然CEN.PK 113−7D URA3遺伝子からなる、選択可能な/対抗選択可能な(counter−selectable)マーカー、URA3(断片U)を含有していた。それぞれ長さ500bpの断片AおよびCは、標的遺伝子のすぐ上流の500bp(断片A)および標的遺伝子の3’500bp(断片C)に対応していた。断片AおよびCを、相同的組み換えによる、染色体へのカセットの組み込みに使用した。断片Bに対応する配列の直接の繰り返しが、染色体へのカセットの組み込みの際に生成された際、断片B(長さ500bp)は、標的遺伝子のすぐ下流の500bpに対応し、それを、相同的組み換えによる、染色体からのURA3マーカーおよび断片Cの切除に使用した。PCR産物ABUCカセットを用いて、URA3マーカーを、相同的組み換えによって、まず染色体に組み込み、次に染色体から切除した。最初の組み込みにより、3’500bpを除いて、遺伝子を欠失させた。切除の際、遺伝子の3’500bp領域も欠失させた。この方法を用いた遺伝子の組み込みでは、組み込まれる遺伝子が、断片AとBとの間のPCRカセットに含まれていた。   The procedure for scarless deletion is described in Akada, et al. , (Yeast 23: 399-405, 2006). In general, a PCR cassette for each scarless deletion was made by combining the four fragments, ABUC, by overlapping PCR. The PCR cassette, along with a promoter (250 bp upstream of the URA3 gene) and a terminator (150 bp downstream of the URA3 gene), is a native CEN. It contained a selectable / counter-selectable marker, URA3 (fragment U), consisting of the PK 113-7D URA3 gene. Fragments A and C, each 500 bp in length, corresponded to 500 bp (fragment A) immediately upstream of the target gene and 3'500 bp (fragment C) of the target gene. Fragments A and C were used for integration of the cassette into the chromosome by homologous recombination. When a direct repeat of the sequence corresponding to fragment B was generated upon integration of the cassette into the chromosome, fragment B (500 bp in length) corresponds to 500 bp immediately downstream of the target gene, which Used to excise the URA3 marker and fragment C from the chromosome by genetic recombination. Using the PCR product ABUC cassette, the URA3 marker was first integrated into the chromosome and then excised from the chromosome by homologous recombination. Upon initial integration, the gene was deleted except for 3'500 bp. At the time of excision, the 3'500 bp region of the gene was also deleted. In gene integration using this method, the gene to be integrated was contained in the PCR cassette between fragments A and B.

URA3の欠失
内因性URA3コード領域を欠失させるために、ura3::loxP−kanMX−loxPカセットを、pLA54鋳型DNA(配列番号3)からPCRで増幅した。pLA54は、K.ラクチス(K.lactis)TEF1プロモーターおよびkanMXマーカーを含有し、Creリコンビナーゼによる組み換えおよびマーカーの除去を可能にするloxP部位が側面にある。Phusion(登録商標)DNAポリメラーゼ(New England BioLabs Inc.,Ipswich,MA)ならびにプライマーBK505およびBK506(配列番号4および5)を用いて、PCRを行った。loxP−kanMX−loxPマーカーの組み込みが、URA3コード領域の置換をもたらすように、各プライマーのURA3部分を、URA3プロモーターの上流の5’領域およびコード領域の下流の3’領域から得た。標準的な遺伝子組み換え技術(Methods in Yeast Genetics,2005,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,NY、pp.201−202)を用いて、PCR産物をCEN.PK 113−7Dへと形質転換し、30℃でG418(100μg/mL)を含有するYPDにおいて形質転換体を選択した。プライマーLA468およびLA492(配列番号6および7)ならびに指定されるCEN.PK 113−7D Δura3::kanMXを用いたPCRによって、形質転換体をスクリーニングして、正確な組み込みを確認した。
Deletion of URA3 To delete the endogenous URA3 coding region, the ura3 :: loxP-kanMX-loxP cassette was amplified by PCR from pLA54 template DNA (SEQ ID NO: 3). pLA54 is K.I. The loxP site is flanked, containing the K. lactis TEF1 promoter and the kanMX marker, allowing recombination by Cre recombinase and removal of the marker. PCR was performed using Phusion® DNA polymerase (New England BioLabs Inc., Ipswich, Mass.) And primers BK505 and BK506 (SEQ ID NOs: 4 and 5). The URA3 portion of each primer was obtained from the 5 ′ region upstream of the URA3 promoter and the 3 ′ region downstream of the coding region so that incorporation of the loxP-kanMX-loxP marker resulted in substitution of the URA3 coding region. Using standard genetic recombination techniques (Methods in Yeast Genetics, 2005, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, pp. 201-202), the PCR product is CEN. Transformants were selected into YK containing G418 (100 μg / mL) at 30 ° C. transformed into PK 113-7D. Primers LA468 and LA492 (SEQ ID NOs: 6 and 7) and designated CEN. Transformants were screened by PCR using PK 113-7D Δura3 :: kanMX to confirm correct integration.

HIS3の欠失
無瘢痕HIS3欠失のためのPCRカセットの4つの断片を、Phusion(登録商標)High Fidelity PCR Master Mix(New England BioLabs Inc.,Ipswich,MA)およびGentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact、キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製された、鋳型としてのCEN.PK 113−7DゲノムDNAを用いて増幅した。HIS3断片Aを、HIS3断片Bの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP452(配列番号14)およびプライマーoBP453(配列番号15)を用いて増幅した。HIS3断片Bを、HIS3断片Aの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP454(配列番号16)、およびHIS3断片Uの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP455(配列番号17)を用いて増幅した。HIS3断片Uを、HIS3断片Bの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP456(配列番号18)、およびHIS3断片Cの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP457(配列番号19)を用いて増幅した。HIS3断片Cを、HIS3断片Uの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP458(配列番号20)、およびプライマーoBP459(配列番号21)を用いて増幅した。PCR産物を、PCR Purificationキット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて精製した。HIS3断片AおよびHIS3断片Bを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP452(配列番号14)およびoBP455(配列番号17)を用いて増幅することによって、HIS3断片ABを生成した。HIS3断片UおよびHIS3断片Cを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP456(配列番号18)およびoBP459(配列番号21)を用いて増幅することによって、HIS3断片UCを生成した。得られたPCR産物を、アガロースゲル、続いてGel Extractionキット(Qiagen,Valencia,CA)において精製した。HIS3断片ABおよびHIS3断片UCを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP452(配列番号14)およびoBP459(配列番号21)を用いて増幅することによって、HIS3 ABUCカセットを生成した。PCR産物を、PCR Purificationキット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて精製した。
HIS3 Deletion Four fragments of a PCR cassette for scarless HIS3 deletion were obtained from Phusion® High Fidelity PCR Master Mix (New England BioLabs Inc., Ipswich, Mass.) And Gentra® Puregene®. Trademark: Yeast / Bact, CEN. As a template, prepared using a kit (Qiagen, Valencia, CA). Amplified using PK 113-7D genomic DNA. HIS3 fragment A was amplified using primer oBP452 (SEQ ID NO: 14) and primer oBP453 (SEQ ID NO: 15) containing a 5 ′ tail having homology to the 5 ′ end of HIS3 fragment B. Primer oBP454 (SEQ ID NO: 16) containing a 5 'tail having homology to the 3' end of HIS3 fragment A, and a 5 'tail having homology to the 5' end of HIS3 fragment U Was amplified using a primer oBP455 (SEQ ID NO: 17). Primer oBP456 (SEQ ID NO: 18) containing a 5 'tail having homology to the 3' end of HIS3 fragment B, and HIS3 fragment U, 5 'tail having homology to the 5' end of HIS3 fragment C Was amplified using a primer oBP457 (SEQ ID NO: 19) containing HIS3 fragment C was amplified using primer oBP458 (SEQ ID NO: 20) containing a 5 ′ tail with homology to the 3 ′ end of HIS3 fragment U, and primer oBP459 (SEQ ID NO: 21). The PCR product was purified using a PCR Purification kit (Qiagen, Valencia, CA). HIS3 fragment AB was generated by overlapping PCR by mixing HIS3 fragment A and HIS3 fragment B and amplifying with primers oBP452 (SEQ ID NO: 14) and oBP455 (SEQ ID NO: 17). HIS3 fragment UC was generated by overlapping PCR by mixing HIS3 fragment U and HIS3 fragment C and amplifying with primers oBP456 (SEQ ID NO: 18) and oBP459 (SEQ ID NO: 21). The resulting PCR product was purified on an agarose gel followed by a Gel Extraction kit (Qiagen, Valencia, CA). The HIS3 ABUC cassette was generated by overlapping PCR by mixing HIS3 fragment AB and HIS3 fragment UC and amplifying with primers oBP452 (SEQ ID NO: 14) and oBP459 (SEQ ID NO: 21). The PCR product was purified using a PCR Purification kit (Qiagen, Valencia, CA).

CEN.PK 113−7D Δura3::kanMXのコンピテント細胞を作製し、Frozen−EZ Yeast Transformation II(商標)キット(Zymo Research Corporation,Irvine,CA)を用いてHIS3 ABUC PCRカセットで形質転換した。形質転換混合物を、30℃で2%のグルコースが補充されたウラシル欠損合成完全培地において平板培養(plate)した。Gentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製されたゲノムDNAを用いて、プライマーoBP460(配列番号22)およびoBP461(配列番号23)によるPCRによって、his3ノックアウトを有する形質転換体をスクリーニングした。正確な形質転換体を、株CEN.PK 113−7D Δura3::kanMX Δhis3::URA3として選択した。   CEN. Competent cells of PK 113-7D Δura3 :: kanMX were prepared and transformed with HIS3 ABUC PCR cassette using Frozen-EZ Yeast Transformation II ™ kit (Zymo Research Corporation, Irvine, Calif.). The transformation mixture was plated at 30 ° C. in uracil-deficient synthetic complete medium supplemented with 2% glucose. Gentra (R) Puregene (R) Yeast / Bact. Transformants with his3 knockout were screened by PCR with primers oBP460 (SEQ ID NO: 22) and oBP461 (SEQ ID NO: 23) using genomic DNA prepared using the kit (Qiagen, Valencia, CA). Accurate transformants were obtained from strain CEN. Selected as PK 113-7D Δura3 :: kanMX Δhis3 :: URA3.

Δura3部位からのKanMXマーカー除去およびΔhis3部位からのURA3マーカー除去
Frozen−EZ Yeast Transformation II(商標)キット(Zymo Research Corporation,Irvine,CA)を用いて、pRS423::PGAL1−cre(配列番号66、米国仮特許出願第61/290,639号明細書に記載される)でCEN.PK 113−7D Δura3::kanMX Δhis3::URA3を形質転換し、30℃で2%のグルコースが補充されたヒスチジンおよびウラシル欠損合成完全培地において平板培養することによって、KanMXマーカーを除去した。形質転換体を、30℃で約6時間にわたって1%のガラクトースが補充されたYP中で増殖させて、CreリコンビナーゼおよびKanMXマーカー切除を誘発し、回収のために30℃でYPD(2%のグルコース)プレートに平板培養した。分離株を、YPD中で一晩増殖させ、30℃で5−フルオロ−オロチン酸(5−FOA、0.1%)を含有する合成完全培地において平板培養して、URA3マーカーを喪失した分離株を選択した。5−FOA耐性分離株を、pRS423::PGAL1−creプラスミドを除去するために、YPDにおいて増殖させ、平板培養した。YPD+G418プレート、ウラシル欠損合成完全培地のプレート、およびヒスチジン欠損合成完全培地のプレートにおける増殖をアッセイすることによって、KanMXマーカー、URA3マーカー、およびpRS423::PGAL1−creプラスミドの損失について分離株を調べた。G418に対して感受性であり、かつウラシルおよびヒスチジンに対して栄養要求性であった正確な分離株を、株CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3として選択し、BP857として表した。Gentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製されたゲノムDNAを用いて、Δura3についてはプライマーoBP450(配列番号24)およびoBP451(配列番号25)、およびΔhis3についてはプライマーoBP460(配列番号22)およびoBP461(配列番号23)によるPCRおよび配列決定によって、欠失およびマーカー除去を確認した。
KanMX marker removal from Δura3 site and URA3 marker removal from Δhis3 site Using the Frozen-EZ Yeast Transformation II ™ kit (Zymo Research Corporation, Irvine, Calif.), PRS423 :: PGAL1-cre (SEQ ID NO: 66, USA) Provisional patent application 61 / 290,639) and CEN. The KanMX marker was removed by transforming PK 113-7D Δura3 :: kanMX Δhis3 :: URA3 and plating in histidine and uracil deficient synthetic complete medium supplemented with 2% glucose at 30 ° C. Transformants were grown in YP supplemented with 1% galactose for about 6 hours at 30 ° C. to induce Cre recombinase and KanMX marker excision and YPD (2% glucose at 30 ° C. for recovery. ) Plated on plate. Isolates grown overnight in YPD and plated at 30 ° C. in synthetic complete medium containing 5-fluoro-orotic acid (5-FOA, 0.1%) to lose URA3 marker Selected. 5-FOA resistant isolates were grown in YPD and plated to remove the pRS423 :: PGAL1-cre plasmid. Isolates were examined for loss of KanMX marker, URA3 marker, and pRS423 :: PGAL1-cre plasmid by assaying growth on YPD + G418 plates, plates of uracil-deficient synthetic complete medium, and plates of histidine-deficient synthetic complete medium. An accurate isolate that was sensitive to G418 and auxotrophic for uracil and histidine was obtained from strain CEN. Selected as PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 and represented as BP857. Gentra (R) Puregene (R) Yeast / Bact. Using genomic DNA prepared using the kit (Qiagen, Valencia, CA), primers oBP450 (SEQ ID NO: 24) and oBP451 (SEQ ID NO: 25) for Δura3, and primer oBP460 (SEQ ID NO: 22) for Δhis3 and Deletion and marker removal were confirmed by PCR and sequencing with oBP461 (SEQ ID NO: 23).

PDC6の欠失
無瘢痕PDC6欠失のためのPCRカセットの4つの断片を、Phusion(登録商標)High Fidelity PCR Master Mix(New England BioLabs Inc.,Ipswich,MA)およびGentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製された、鋳型としてのCEN.PK 113−7DゲノムDNAを用いて増幅した。PDC6断片Aを、PDC6断片Bの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP440(配列番号26)およびプライマーoBP441(配列番号27)を用いて増幅した。PDC6断片Bを、PDC6断片Aの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP442(配列番号28)、およびPDC6断片Uの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP443(配列番号29)を用いて増幅した。PDC6断片Uを、PDC6断片Bの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP444(配列番号30)、およびPDC6断片Cの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP445(配列番号31)を用いて増幅した。PDC6断片Cを、PDC6断片U3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP446(配列番号32)、およびプライマーoBP447(配列番号33)を用いて増幅した。PCR産物を、PCR Purificationキット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて精製した。PDC6断片AおよびPDC6断片Bを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP440(配列番号26)およびoBP443(配列番号29)を用いて増幅することによって、PDC6断片ABを生成した。PDC6断片UおよびPDC6断片Cを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP444(配列番号30)およびoBP447(配列番号33)を用いて増幅することによって、PDC6断片UCを生成した。得られたPCR産物を、アガロースゲル、続いてGel Extractionキット(Qiagen,Valencia,CA)において精製した。PDC6断片ABおよびPDC6断片UCを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP440(配列番号26)およびoBP447(配列番号33)を用いて増幅することによって、PDC6 ABUCカセットを生成した。PCR産物を、PCR Purificationキット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて精製した。
PDC6 Deletion Four fragments of a PCR cassette for scarless PDC6 deletion were obtained from Phusion® High Fidelity PCR Master Mix (New England BioLabs Inc., Ipswich, Mass.) And Gentra® Puregene®. Trademark) Yeast / Bact. CEN. As a template prepared using a kit (Qiagen, Valencia, CA). Amplified using PK 113-7D genomic DNA. PDC6 fragment A was amplified using primer oBP440 (SEQ ID NO: 26) and primer oBP441 (SEQ ID NO: 27) containing a 5 ′ tail having homology to the 5 ′ end of PDC6 fragment B. Primer oBP442 (SEQ ID NO: 28) containing a 5 'tail having homology to the 3' end of PDC6 fragment A, and 5 'tail having homology to the 5' end of PDC6 fragment U Amplification was performed using primer oBP443 (SEQ ID NO: 29). Primer oBP444 (SEQ ID NO: 30) containing a 5 'tail having homology to the 3' end of PDC6 fragment B, and 5 'tail having homology to the 5' end of PDC6 fragment C Was amplified using a primer oBP445 (SEQ ID NO: 31) containing PDC6 fragment C was amplified using primer oBP446 (SEQ ID NO: 32) containing a 5 ′ tail with homology to the PDC6 fragment U3 ′ end and primer oBP447 (SEQ ID NO: 33). The PCR product was purified using a PCR Purification kit (Qiagen, Valencia, CA). PDC6 fragment AB was generated by overlapping PCR by mixing PDC6 fragment A and PDC6 fragment B and amplifying with primers oBP440 (SEQ ID NO: 26) and oBP443 (SEQ ID NO: 29). PDC6 fragment UC was generated by overlapping PCR by mixing PDC6 fragment U and PDC6 fragment C and amplifying with primers oBP444 (SEQ ID NO: 30) and oBP447 (SEQ ID NO: 33). The resulting PCR product was purified on an agarose gel followed by a Gel Extraction kit (Qiagen, Valencia, CA). A PDC6 ABUC cassette was generated by overlapping PCR by mixing PDC6 fragment AB and PDC6 fragment UC and amplifying with primers oBP440 (SEQ ID NO: 26) and oBP447 (SEQ ID NO: 33). The PCR product was purified using a PCR Purification kit (Qiagen, Valencia, CA).

CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3のコンピテント細胞を作製し、Frozen−EZ Yeast Transformation II(商標)キット(Zymo Research Corporation,Irvine,CA)を用いてPDC6 ABUC PCRカセットで形質転換した。形質転換混合物を、30℃で2%のグルコースが補充されたウラシル欠損合成完全培地において平板培養した。pdc6ノックアウトを有する形質転換体を、Gentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製されたゲノムDNAを用いて、プライマーoBP448(配列番号34)およびBP449(配列番号35)によるPCRによってスクリーニングした。正確な形質転換体を、株CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6::URA3として選択した。   CEN. Competent cells of PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 were prepared and transformed with the PDC6 ABUC PCR cassette using the Frozen-EZ Yeast Transformation II ™ kit (Zymo Research Corporation, Irvine, Calif.). The transformation mixture was plated at 30 ° C. in uracil-deficient synthetic complete medium supplemented with 2% glucose. Transformants with pdc6 knockout were obtained from Gentra® Puregene® Yeast / Bact. Screening was performed by PCR with primers oBP448 (SEQ ID NO: 34) and BP449 (SEQ ID NO: 35) using genomic DNA prepared using the kit (Qiagen, Valencia, CA). Accurate transformants were obtained from strain CEN. Selected as PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 :: URA3.

CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6::URA3を、YPD中で一晩増殖させ、30℃で5−フルオロ−オロチン酸(0.1%)を含有する合成完全培地において平板培養して、URA3マーカーを喪失した分離株を選択した。Gentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製されたゲノムDNAを用いて、プライマーoBP448(配列番号34)およびoBP449(配列番号35)によるPCRおよび配列決定によって、欠失およびマーカー除去を確認した。PDC6、oBP554(配列番号36)およびoBP555(配列番号37)のコード配列に特異的なプライマーを用いた陰性PCR結果によって、分離株からのPDC6遺伝子がないことを実証した。正確な分離株を、株CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6として選択し、BP891として表した。   CEN. PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 :: URA3 was grown overnight in YPD and plated at 30 ° C. in synthetic complete medium containing 5-fluoro-orotic acid (0.1%) Isolates that lost the URA3 marker were selected. Gentra (R) Puregene (R) Yeast / Bact. Deletions and marker removal were confirmed by PCR and sequencing with primers oBP448 (SEQ ID NO: 34) and oBP449 (SEQ ID NO: 35) using genomic DNA prepared using the kit (Qiagen, Valencia, CA). Negative PCR results using primers specific for the coding sequences of PDC6, oBP554 (SEQ ID NO: 36) and oBP555 (SEQ ID NO: 37) demonstrated the absence of the PDC6 gene from the isolate. The correct isolate was obtained as strain CEN. PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 was selected and expressed as BP891.

PDC1欠失ilvDSm組み込み
PDC1遺伝子を欠失させ、ミュータンス連鎖球菌(Streptococcus mutans)ATCC No.700610に由来するilvDコード領域で置換した。A断片、続いて、PDC1欠失−ilvDSm組み込みのためのPCRカセットのミュータンス連鎖球菌(Streptococcus mutans)に由来するilvDコード領域を、Phusion(登録商標)High Fidelity PCR Master Mix(New England BioLabs Inc.,Ipswich,MA)およびGentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.kit(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製された、鋳型としてのNYLA83ゲノムDNAを用いて増幅した。NYLA83は、米国特許出願公開第2009/0305363号明細書(全体が参照により本明細書に援用される)に記載されるPDC1欠失−ilvDSm組み込みを有する株(全体が参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第20110124060号明細書に記載される作成)である。PDC1断片A−ilvDSm(配列番号69)を、PDC1断片Bの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP513(配列番号38)およびプライマーoBP515(配列番号39)を用いて増殖した。PDC1欠失−ilvDSm組み込みのためのPCRカセットのB、U、およびC断片を、Phusion(登録商標)High Fidelity PCR Master Mix(New England BioLabs Inc.,Ipswich,MA)およびGentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製された、鋳型としてのCEN.PK 113−7DゲノムDNAを用いて増幅した。PDC1断片Bを、PDC1断片A−ilvDSmの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP516(配列番号40)、およびPDC1断片Uの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP517(配列番号41)を用いて増幅した。PDC1断片Uを、PDC1断片Bの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP518(配列番号42)、およびPDC1断片Cの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP519(配列番号43)を用いて増幅した。PDC1断片Cを、PDC1断片Uの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP520(配列番号44)、およびプライマーoBP521(配列番号45)を用いて増幅した。PCR産物を、PCR Purificationキット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて精製した。PDC1断片A−ilvDSmおよびPDC1断片Bを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP513(配列番号38)およびoBP517(配列番号41)を用いて増幅することによって、PDC1断片A−ilvDSm−Bを生成した。PDC1断片UおよびPDC1断片Cを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP518(配列番号42)およびoBP521(配列番号45)を用いて増幅することによって、PDC1断片UCを生成した。得られたPCR産物を、アガロースゲル、続いて、Gel Extractionキット(Qiagen,Valencia,CA)において精製した。PDC1断片A−ilvDSm−BおよびPDC1断片UCを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP513(配列番号38)およびoBP521(配列番号45)を用いて増幅することによって、PDC1 A−ilvDSm−BUCカセット(配列番号70)を生成した。PCR産物を、PCR Purificationキット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて精製した。
PDC1 deletion ilvDSm integration The PDC1 gene was deleted and Streptococcus mutans ATCC No. Substitution with the ilvD coding region from 700610. A fragment, followed by the IlvD coding region from Streptococcus mutans of the PCR cassette for PDC1 deletion-ilvDSm integration, the Phusion® High Fidelity PCR Master Mix (New England BioLabs. , Ipswich, Mass.) And Gentra® Puregene® Yeast / Bact. Amplification was performed using NYLA83 genomic DNA as a template prepared using kit (Qiagen, Valencia, CA). NYLA83 is a strain having a PDC1 deletion-ilvDSm integration (incorporated herein by reference in its entirety) as described in US Patent Application Publication No. 2009/030363, which is hereby incorporated by reference in its entirety. Of US Patent Application Publication No. 201110124060). Proliferation of PDC1 fragment A-ilvDSm (SEQ ID NO: 69) with primer oBP513 (SEQ ID NO: 38) and primer oBP515 (SEQ ID NO: 39) containing a 5 ′ tail having homology to the 5 ′ end of PDC1 fragment B did. PDC1 deletion—B, U, and C fragments of the PCR cassette for ilvDSm integration were obtained from Phusion® High Fidelity PCR Master Mix (New England BioLabs Inc., Ipswich, Mass.) And Gentra® Puregene ( (Registered trademark) Yeast / Bact. CEN. As a template prepared using a kit (Qiagen, Valencia, CA). Amplified using PK 113-7D genomic DNA. Primer oBP516 (SEQ ID NO: 40) containing a 5 'tail with homology to the 3' end of PDC1 fragment A-ilvDSm, and PDC1 fragment B with homology to the 5 'end of PDC1 fragment U 'Amplified with primer oBP517 (SEQ ID NO: 41) containing tail. Primer oBP518 (SEQ ID NO: 42) containing a 5 'tail having homology to the 3' end of PDC1 fragment B, and 5 'tail having homology to the 5' end of PDC1 fragment C Was amplified using a primer oBP519 (SEQ ID NO: 43). PDC1 fragment C was amplified using primer oBP520 (SEQ ID NO: 44) containing a 5 ′ tail having homology to the 3 ′ end of PDC1 fragment U, and primer oBP521 (SEQ ID NO: 45). The PCR product was purified using a PCR Purification kit (Qiagen, Valencia, CA). PDC1 fragment A-ilvDSm-B is generated by overlapping PCR by mixing PDC1 fragment A-ilvDSm and PDC1 fragment B and amplifying with primers oBP513 (SEQ ID NO: 38) and oBP517 (SEQ ID NO: 41) did. PDC1 fragment UC was generated by overlapping PCR by mixing PDC1 fragment U and PDC1 fragment C and amplifying with primers oBP518 (SEQ ID NO: 42) and oBP521 (SEQ ID NO: 45). The resulting PCR product was purified on an agarose gel followed by a Gel Extraction kit (Qiagen, Valencia, CA). PDC1 A-ilvDSm-BUC cassette by duplicating PCR by mixing PDC1 fragment A-ilvDSm-B and PDC1 fragment UC and amplifying with primers oBP513 (SEQ ID NO: 38) and oBP521 (SEQ ID NO: 45) (SEQ ID NO: 70) was generated. The PCR product was purified using a PCR Purification kit (Qiagen, Valencia, CA).

CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6のコンピテント細胞を作製し、Frozen−EZ Yeast Transformation II(商標)キット(Zymo Research Corporation,Irvine,CA)を用いてPDC1 A−ilvDSm−BUC PCRカセットで形質転換した。形質転換混合物を、30℃で2%のグルコースが補充されたウラシル欠損合成完全培地において平板培養した。pdc1ノックアウトilvDSm組み込みを有する形質転換体を、Gentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製されたゲノムDNAを用いて、プライマーoBP511(配列番号46)およびoBP512(配列番号47)によるPCRによってスクリーニングした。PDC1、oBP550(配列番号48)およびoBP551(配列番号49)のコード配列に特異的なプライマーを用いた陰性PCR結果によって、分離株からのPDC1遺伝子がないことを実証した。正確な形質転換体を、株CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSm−URA3として選択した。   CEN. Competent cells of PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 were made and PDC1 A-UlvDSm cassette with Fzen-EZ Yeast Transformation II ™ kit (Zymo Research Corporation, Irvine, Calif.) Converted. The transformation mixture was plated at 30 ° C. in uracil-deficient synthetic complete medium supplemented with 2% glucose. Transformants with pdc1 knockout ilvDSm integration were obtained from Gentra® Puregene® Yeast / Bact. Screening was performed by PCR with primers oBP511 (SEQ ID NO: 46) and oBP512 (SEQ ID NO: 47) using genomic DNA prepared using the kit (Qiagen, Valencia, CA). Negative PCR results using primers specific for the coding sequences of PDC1, oBP550 (SEQ ID NO: 48) and oBP551 (SEQ ID NO: 49) demonstrated the absence of the PDC1 gene from the isolate. Accurate transformants were obtained from strain CEN. Selected as PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1 :: ilvDSm-URA3.

CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSm−URA3を、YPD中で一晩増殖させ、30℃で5−フルオロ−オロチン酸(0.1%)を含有する合成完全培地において平板培養して、URA3マーカーを喪失した分離株を選択した。PDC1の欠失、ilvDSmの組み込み、およびマーカー除去を、Gentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製されたゲノムDNAを用いて、プライマーoBP511(配列番号46)およびoBP512(配列番号47)によるPCRおよび配列決定によって確認した。正確な分離株を、株CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSmとして選択し、BP907として表した。   CEN. PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6: pdc1 :: ilvDSm-URA3 is grown overnight in YPD and plated in synthetic complete medium containing 5-fluoro-orotic acid (0.1%) at 30 ° C. Thus, isolates that lost the URA3 marker were selected. Deletion of PDC1, integration of ilvDSm, and marker removal were performed according to Gentra® Puregene® Yeast / Bact. The genomic DNA prepared using the kit (Qiagen, Valencia, CA) was used to confirm by PCR and sequencing with primers oBP511 (SEQ ID NO: 46) and oBP512 (SEQ ID NO: 47). The correct isolate was obtained as strain CEN. PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1 :: ilvDSm was selected and expressed as BP907.

PDC5欠失sadB組み込み
PDC5遺伝子を欠失させ、アクロモバクター・キシロソキシダンス(Achromobacter xylosoxidans)に由来するsadBコード領域で置換した。PDC5欠失−sadB組み込みのためのPCRカセットのセグメントを、まずプラスミドpUC19−URA3MCSにクローニングした。
PDC5 deletion sadB integration The PDC5 gene was deleted and replaced with a sadB coding region derived from Achromobacter xylosoxidans. A segment of the PCR cassette for PDC5 deletion-sadB integration was first cloned into the plasmid pUC19-URA3MCS.

pUC19−URA3MCSは、pUC19をベースとしており、多重クローニング部位(MCS)に位置するサッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)に由来するURA3遺伝子の配列を含む。pUC19は、pMB1レプリコンおよび大腸菌(Escherichia coli)における複製および選択のためのβ−ラクタマーゼをコードする遺伝子を含む。URA3のためのコード配列に加えて、この遺伝子の上流および下流の配列が、酵母におけるURA3遺伝子の発現のために含まれていた。ベクターを、クローニングプロセスに使用することができ、酵母組み込みベクターとして使用することができる。   pUC19-URA3MCS is based on pUC19 and contains the sequence of the URA3 gene derived from Saccharomyces cerevisiae located at the multiple cloning site (MCS). pUC19 contains the pMB1 replicon and a gene encoding β-lactamase for replication and selection in Escherichia coli. In addition to the coding sequence for URA3, upstream and downstream sequences of this gene were included for expression of the URA3 gene in yeast. The vector can be used in the cloning process and can be used as a yeast integration vector.

サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)CEN.PK 113−7DゲノムDNAに由来するURA3コード領域の上流の250bpおよび下流の150bpとともにURA3コード領域を含むDNAを、Phusion(登録商標)High Fidelity PCR Master Mix(New England BioLabs Inc.,Ipswich,MA)を用いて、BamHI、AscI、PmeI、およびFseI制限部位を含有するプライマーoBP438(配列番号12)、およびXbaI、PacI、およびNotI制限部位を含有するoBP439(配列番号13)を用いて増幅した。ゲノムDNAを、Gentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製した。PCR産物およびpUC19(配列番号71)を、BamHIおよびXbaIによる消化の後、T4 DNAリガーゼを用いてライゲートして、ベクターpUC19−URA3MCSを生成した。プライマーoBP264(配列番号10)およびoBP265(配列番号11)によるPCRおよび配列決定によって、ベクターを確認した。   Saccharomyces cerevisiae CEN. DNA containing the URA3 coding region along with 250 bp upstream and 150 bp downstream of the URA3 coding region derived from PK 113-7D genomic DNA was added to the Phusion® High Fidelity PCR Master Mix (New England BioLabs Inc., Ipswich, MA). Was amplified using primers oBP438 (SEQ ID NO: 12) containing BamHI, AscI, PmeI, and FseI restriction sites, and oBP439 (SEQ ID NO: 13) containing XbaI, PacI, and NotI restriction sites. Genomic DNA was obtained from Gentra® Puregene® Yeast / Bact. Prepared using kit (Qiagen, Valencia, CA). The PCR product and pUC19 (SEQ ID NO: 71) were ligated with T4 DNA ligase after digestion with BamHI and XbaI to generate the vector pUC19-URA3MCS. The vector was confirmed by PCR and sequencing with primers oBP264 (SEQ ID NO: 10) and oBP265 (SEQ ID NO: 11).

sadBおよびPDC5断片Bのコード配列を、pUC19−URA3MCSにクローニングして、PDC5 A−sadB−BUC PCRカセットのsadB−BU部分を生成した。AscI制限部位を含有するプライマーoBP530(配列番号50)、およびPDC5断片Bの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP531(配列番号51)とともに、鋳型としてpLH468−sadB(配列番号67)を用いて、sadBのコード配列を増幅した。PDC5断片Bを、sadBの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP532(配列番号52)、およびPmeI制限部位を含有するプライマーoBP533(配列番号53)を用いて増幅した。PCR産物を、PCR Purificationキット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて精製した。sadBおよびPDC5断片B PCR産物を混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP530(配列番号50)およびoBP533(配列番号53)を用いて増幅することによって、sadB−PDC5断片Bを生成した。得られたPCR産物を、AscIおよびPmeIによって消化させ、適切な酵素による消化の後、T4 DNAリガーゼを用いてpUC19−URA3MCSの対応する部位にライゲートした。得られたプラスミドを、PDC5断片Cの5’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP536(配列番号54)およびoBP546(配列番号55)を用いて、sadB−断片B−断片Uの増幅のための鋳型として使用した。PDC5断片Cを、PDC5 sadB−断片B−断片Uの3’末端に対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP547(配列番号56)、およびプライマーoBP539(配列番号57)を用いて増幅した。PCR産物を、PCR Purificationキット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて精製した。PDC5 sadB−断片B−断片UおよびPDC5断片Cを混合することによってPCRを重複させ、プライマーoBP536(配列番号54)およびoBP539(配列番号57)を用いて増幅することによって、PDC5 sadB−断片B−断片U−断片Cを生成した。得られたPCR産物を、アガロースゲル、続いて、Gel Extractionキット(Qiagen,Valencia,CA)において精製した。天然のPDC5コード配列のすぐ上流の50ヌクレオチドに対して相同性を有する5’テールを含むプライマーoBP542(配列番号58)、およびoBP539(配列番号57)を用いてPDC5 sadB−断片B−断片U−断片Cを増幅することによって、PDC5 A−sadB−BUCカセット(配列番号72)を生成した。PCR産物を、PCR Purificationキット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて精製した。   The coding sequences of sadB and PDC5 fragment B were cloned into pUC19-URA3MCS to generate the sadB-BU portion of the PDC5 A-sadB-BUC PCR cassette. PLH468-sadB (sequence) as template with primer oBP530 (SEQ ID NO: 50) containing an AscI restriction site and primer oBP531 (SEQ ID NO: 51) containing a 5 'tail having homology to the 5' end of PDC5 fragment B No. 67) was used to amplify the coding sequence of sadB. PDC5 fragment B was amplified using primer oBP532 (SEQ ID NO: 52) containing a 5 'tail with homology to the 3' end of sadB, and primer oBP533 (SEQ ID NO: 53) containing a PmeI restriction site. The PCR product was purified using a PCR Purification kit (Qiagen, Valencia, CA). The sadB-PDC5 fragment B was generated by overlapping the PCR by mixing the sadB and PDC5 fragment B PCR products and amplifying with the primers oBP530 (SEQ ID NO: 50) and oBP533 (SEQ ID NO: 53). The resulting PCR product was digested with AscI and PmeI and, after digestion with the appropriate enzyme, ligated into the corresponding site of pUC19-URA3MCS using T4 DNA ligase. The resulting plasmid was subjected to sadB-fragment B-fragment U using primers oBP536 (SEQ ID NO: 54) and oBP546 (SEQ ID NO: 55) containing a 5 'tail having homology to the 5' end of PDC5 fragment C. Used as a template for amplification of PDC5 fragment C was amplified using primer oBP547 (SEQ ID NO: 56) containing a 5 ′ tail with homology to the 3 ′ end of PDC5 sadB-fragment B-fragment U, and primer oBP539 (SEQ ID NO: 57). . The PCR product was purified using a PCR Purification kit (Qiagen, Valencia, CA). PDC5 sadB-fragment B-fragment U and PDC5 fragment C are mixed by overlapping PCR and amplified with primers oBP536 (SEQ ID NO: 54) and oBP539 (SEQ ID NO: 57) to obtain PDC5 sadB-fragment B- Fragment U-fragment C was generated. The resulting PCR product was purified on an agarose gel followed by a Gel Extraction kit (Qiagen, Valencia, CA). Primer oBP542 (SEQ ID NO: 58) containing a 5 'tail with homology to 50 nucleotides immediately upstream of the native PDC5 coding sequence, and oBP539 (SEQ ID NO: 57) were used to produce PDC5 sadB-fragment B-fragment U- By amplifying fragment C, a PDC5 A-sadB-BUC cassette (SEQ ID NO: 72) was generated. The PCR product was purified using a PCR Purification kit (Qiagen, Valencia, CA).

CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSmのコンピテント細胞を作製し、Frozen−EZ Yeast Transformation II(商標)キット(Zymo Research Corporation,Irvine,CA)を用いてPDC5 A−sadB−BUC PCRカセットで形質転換した。形質転換混合物を、30℃で1%のエタノール(グルコースではない)が補充されたウラシル欠損合成完全培地において平板培養した。pdc5ノックアウトsadB組み込みを有する形質転換体を、Gentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)によって調製されたゲノムDNAを用いて、プライマーoBP540(配列番号59)およびoBP541(配列番号60)によるPCRによってスクリーニングした。PDC5、oBP552(配列番号61)およびoBP553(配列番号62)のコード配列に特異的なプライマーを用いた陰性PCR結果によって、分離株からのPDC5遺伝子がないことを実証した。正確な形質転換体を、株CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSm Δpdc5::sadB−URA3として選択した。   CEN. Competent cells of PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1 :: ilvDSm were prepared, and the Frozen-EZ Yeast Transformation II ™ kit (Zymo Research Corporation, Irvine, CA) was used with C-U using PD as C-U5-C). Transform with PCR cassette. The transformation mixture was plated at 30 ° C. in uracil deficient synthetic complete medium supplemented with 1% ethanol (not glucose). Transformants with pdc5 knockout sadB integration were obtained from Gentra® Puregene® Yeast / Bact. Screening was performed by PCR with primers oBP540 (SEQ ID NO: 59) and oBP541 (SEQ ID NO: 60) using genomic DNA prepared by the kit (Qiagen, Valencia, CA). Negative PCR results using primers specific for the coding sequences of PDC5, oBP552 (SEQ ID NO: 61) and oBP553 (SEQ ID NO: 62) demonstrated the absence of the PDC5 gene from the isolate. Accurate transformants were obtained from strain CEN. Selected as PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1 :: ilvDSm Δpdc5 :: sadB-URA3.

CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSm Δpdc5::sadB−URA3を、YPE(1%のエタノール)中で一晩増殖させ、エタノール(グルコースではない)が補充され、かつ30℃で5−フルオロ−オロチン酸(0.1%)を含有する合成完全培地において平板培養して、URA3マーカーを喪失した分離株を選択した。PDC5の欠失、sadBの組み込み、およびマーカー除去を、Gentra(登録商標)Puregene(登録商標)Yeast/Bact.キット(Qiagen,Valencia,CA)を用いて調製されたゲノムDNAを用いて、プライマーoBP540(配列番号59)およびoBP541(配列番号60)によるPCRによって確認した。正確な分離株を、株CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSm Δpdc5::sadBとして選択し、BP913として表した。   CEN. PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1 :: ilvDSm Δpdc5 :: sadB-URA3 is grown overnight in YPE (1% ethanol), supplemented with ethanol (not glucose) and at 30 ° C. Isolates that lost the URA3 marker were selected by plating in synthetic complete medium containing 5-fluoro-orotic acid (0.1%). Deletion of PDC5, sadB integration, and marker removal were performed as described in Gentra® Puregene® Yeast / Bact. It was confirmed by PCR with primers oBP540 (SEQ ID NO: 59) and oBP541 (SEQ ID NO: 60) using genomic DNA prepared using the kit (Qiagen, Valencia, CA). The correct isolate was obtained as strain CEN. PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1 :: ilvDSm Δpdc5 :: sadB was selected and expressed as BP913.

GPD2の欠失
内因性GPD2コード領域を欠失させるために、gpd2::loxP−URA3−loxPカセット(配列番号73)を、鋳型DNAとしてloxP−URA3−loxP(配列番号68)を用いて、PCRで増幅した。loxP−URA3−loxPは、loxPリコンビナーゼ部位が側面にある(ATCC No.77107)に由来するURA3マーカーを含有する。Phusion(登録商標)DNAポリメラーゼ(New England BioLabs Inc.,Ipswich,MA)ならびにプライマーLA512およびLA513(配列番号8および9)を用いて、PCRを行った。loxP−URA3−loxPマーカーの組み込みが、GPD2コード領域の置換をもたらすように、各プライマーのGPD2部分を、GPD2コード領域の上流の5’領域およびコード領域の下流の3’領域から得た。PCR産物をBP913に形質転換し、形質転換体を、1%のエタノール(グルコースではない)が補充されたウラシル欠損合成完全培地において選択した。プライマーoBP582およびAA270(配列番号63および64)を用いたPCRによって、形質転換体をスクリーニングして、正確な組み込みを確認した。
Deletion of GPD2 To delete the endogenous GPD2 coding region, PCR was performed using gpd2 :: loxP-URA3-loxP cassette (SEQ ID NO: 73) using loxP-URA3-loxP (SEQ ID NO: 68) as template DNA. Amplified with. loxP-URA3-loxP contains a URA3 marker derived from the flanking loxP recombinase site (ATCC No. 77107). PCR was performed using Phusion® DNA polymerase (New England BioLabs Inc., Ipswich, Mass.) And primers LA512 and LA513 (SEQ ID NOs: 8 and 9). The GPD2 portion of each primer was derived from the 5 ′ region upstream of the GPD2 coding region and the 3 ′ region downstream of the coding region, such that incorporation of the loxP-URA3-loxP marker resulted in substitution of the GPD2 coding region. The PCR product was transformed into BP913 and transformants were selected in uracil-deficient synthetic complete medium supplemented with 1% ethanol (not glucose). Transformants were screened to confirm correct integration by PCR using primers oBP582 and AA270 (SEQ ID NOs 63 and 64).

pRS423::PGAL1−cre(配列番号66)を用いた形質転換、および30℃で1%のエタノールが補充されたヒスチジン欠損合成完全培地における平板培養によって、URA3マーカーを再利用した。形質転換体を、1%のエタノールが補充され、かつ5−フルオロ−オロチン酸(0.1%)を含有する合成完全培地においてストリークし(streak)、30℃で培養して、URA3マーカーを喪失した分離株を選択した。5−FOA耐性分離株を、pRS423::PGAL1−creプラスミドの除去のためにYPE(1%のエタノール)中で増殖させた。欠失およびマーカー除去を、プライマーoBP582(配列番号63)およびoBP591(配列番号65)によるPCRによって確認した。正確な分離株を、株CEN.PK 113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSm Δpdc5::sadB Δgpd2::loxPとして選択し、PNY1503(BP1064)として表した。   The URA3 marker was reused by transformation with pRS423 :: PGAL1-cre (SEQ ID NO: 66) and plating in synthetic complete medium lacking histidine supplemented with 1% ethanol at 30 ° C. Transformants are streaked in synthetic complete medium supplemented with 1% ethanol and containing 5-fluoro-orotic acid (0.1%) and cultured at 30 ° C. to lose the URA3 marker Selected isolates. 5-FOA resistant isolates were grown in YPE (1% ethanol) for removal of the pRS423 :: PGAL1-cre plasmid. Deletion and marker removal were confirmed by PCR with primers oBP582 (SEQ ID NO: 63) and oBP591 (SEQ ID NO: 65). The correct isolate was obtained as strain CEN. PK 113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1 :: ilvDSm Δpdc5 :: sadB Δgpd2 :: loxP was selected and expressed as PNY1503 (BP1064).

BP1064を、プラスミドpYZ090(配列番号1)およびpLH468(配列番号2)で形質転換して、株NGCI−070(BP1083;PNY1504)を生成した。   BP1064 was transformed with plasmids pYZ090 (SEQ ID NO: 1) and pLH468 (SEQ ID NO: 2) to generate strain NGCI-070 (BP1083; PNY1504).

さらに、本発明の様々な実施形態を上に説明してきたが、それらは例として示されたに過ぎず、限定するものではないことを理解されたい。本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに本発明の形態および細部の様々な変更を行うことができることが、関連技術の当業者に明らかであろう。したがって、本発明の広さおよび範囲は、上述した例示的実施形態のいずれによって限定されるものでもなく、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物のみにしたがって規定されるものである。   Moreover, while various embodiments of the invention have been described above, it should be understood that they have been presented by way of example only and not limitation. It will be apparent to those skilled in the relevant art that various modifications can be made in the form and details of the invention without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the breadth and scope of the present invention is not limited by any of the above-described exemplary embodiments, but is defined only in accordance with the following claims and their equivalents.

本明細書に記載される全ての刊行物、特許および特許出願は、本発明が関する技術分野の当業者の技能のレベルを示し、それぞれの個々の刊行物、特許または特許出願が参照により援用されることが具体的にかつ個々に示されているのと同程度に、参照により本明細書に援用される。   All publications, patents and patent applications mentioned in this specification are indicative of the level of skill of those skilled in the art to which this invention pertains, and each individual publication, patent or patent application is incorporated by reference. To the same extent as specifically and individually indicated herein by reference.

以下の非限定的な実施例は、本発明をさらに例示する。以下の実施例が原料としてトウモロコシを含む一方、本発明から逸脱せずに、他のバイオマス源が原料に使用され得ることを理解されたい。   The following non-limiting examples further illustrate the present invention. While the following examples include corn as a feedstock, it should be understood that other biomass sources can be used for the feedstock without departing from the invention.

本明細書において使用される際、使用される略語の意味は以下のとおりであった:「g」はグラムを意味し、「kg」はキログラムを意味し、「L」はリットルを意味し、「mL」はミリリットルを意味し、「μL」はマイクロリットルを意味し、「mL/L」はミリリットル/リットルを意味し、「mL/分」はミリリットル/分を意味し、「DI」は脱イオン化されていることを意味し、「uM」はマイクロメートルを意味し、「nm」はナノメートルを意味し、「w/v」は重量/体積を意味し、「OD」は光学密度を意味し、「OD600」は600nMの波長における光学密度を意味し、「dcw」は乾燥菌体重量を意味し、「rpm」は毎分回転数を意味し、「℃」は摂氏温度を意味し、「℃/分」は摂氏温度/分を意味し、「slpm」は標準リットル/分を意味し、「ppm」は百万分率を意味し、「pdc」はピルビン酸デカルボキシラーゼ酵素を意味し、後ろに酵素番号が付く。 As used herein, the meanings of the abbreviations used were as follows: “g” means gram, “kg” means kilogram, “L” means liter, “ML” means milliliters, “μL” means microliters, “mL / L” means milliliters / liter, “mL / minute” means milliliters / minute, and “DI” means depleted. Means ionized, “uM” means micrometer, “nm” means nanometer, “w / v” means weight / volume, “OD” means optical density “OD 600 ” means optical density at a wavelength of 600 nM, “dcw” means dry cell weight, “rpm” means number of revolutions per minute, “° C.” means degree Celsius. , "° C / min" means Celsius temperature / min, “slpm” means standard liters per minute, “ppm” means parts per million, “pdc” means pyruvate decarboxylase enzyme, followed by the enzyme number.

実施例1
トウモロコシマッシュの調製
約100kgの液化されたトウモロコシマッシュを、30Lのガラスの被覆された樹脂ケトルを用いて、3つの等しいバッチで調製した。ケトルは、機械的撹拌、温度制御、およびpH制御を備えていた。全ての3つのバッチに使用されるプロトコルは以下のとおりであった:(a)磨砕トウモロコシを水道水と混合し(乾燥量基準で30重量%のトウモロコシ)、(b)スラリーを、撹拌しながら55℃まで加熱し、(c)スラリーのpHを、NaOHまたはHSOのいずれかを用いて5.8に調整し、(d)α−アミラーゼ(乾燥トウモロコシ基準で0.02重量%)を加え、(e)スラリーを85℃まで加熱し、(f)pHを5.8に調整し、(g)スラリーを、pHを5.8に保ちながら85℃で2時間保持し、(h)スラリーを25℃に冷却した。
Example 1
Corn Mash Preparation Approximately 100 kg of liquefied corn mash was prepared in 3 equal batches using a 30 L glass coated resin kettle. The kettle was equipped with mechanical agitation, temperature control, and pH control. The protocol used for all three batches was as follows: (a) ground corn was mixed with tap water (30 wt% corn on a dry basis), (b) slurry was agitated (C) the pH of the slurry is adjusted to 5.8 using either NaOH or H 2 SO 4 and (d) α-amylase (0.02 wt% on dry corn basis) ), (E) heating the slurry to 85 ° C, (f) adjusting the pH to 5.8, (g) holding the slurry at 85 ° C for 2 hours while maintaining the pH at 5.8, ( h) The slurry was cooled to 25 ° C.

使用されるトウモロコシは、Pioneer製の全粒イエローコーン(3335)であった。トウモロコシを、1mmのふるいを用いて、ハンマーミルで磨砕した。磨砕トウモロコシの水分含量は12重量%であり、磨砕トウモロコシのでんぷん含量は、乾燥トウモロコシ基準で71.4重量%であった。α−アミラーゼ酵素は、Novozymes(Franklinton,NC)から入手可能なLiquozyme(登録商標)SC DSであった。全ての3つのバッチを合わせて使用される成分の総量は:33.9kgの磨砕トウモロコシ(12%の水分)、65.4kgの水道水、および0.006kgのLiquozyme(登録商標)SC DSであった。合計で0.297kgのNaOH(17重量%)を、pHを制御するために加えた。HSOは不要であった。3つの30Lのバッチから回収された、液化されたトウモロコシマッシュの総量は99.4kgであった。 The corn used was a whole grain yellow corn (3335) from Pioneer. Corn was ground on a hammer mill using a 1 mm sieve. The water content of ground corn was 12% by weight, and the starch content of ground corn was 71.4% by weight on a dry corn basis. The α-amylase enzyme was Liquizyme® SC DS available from Novozymes (Franklinton, NC). The total amount of ingredients used in all three batches is: 33.9 kg ground corn (12% moisture), 65.4 kg tap water, and 0.006 kg Liquizyme® SC DS there were. A total of 0.297 kg NaOH (17 wt%) was added to control the pH. H 2 SO 4 was not necessary. The total amount of liquefied corn mash recovered from the three 30 L batches was 99.4 kg.

実施例2
固体除去
6つの1Lのボトルを含む大容量(large floor)遠心分離機における遠心分離によって、実施例1で生成されたマッシュから固体を除去した。73.4kgのマッシュを、25℃で20分間、8000rpmで遠心分離したところ、44.4kgの遠心分離液および26.9kgのウェットケーキが得られた。遠心分離液が1重量%未満の懸濁固体を含有し、ウェットケーキが約18重量%の懸濁固体を含有していたことが分かった。これは、元の液化されたマッシュが、約7重量%の懸濁固体を含有していたことを示唆している。これは、でんぷんの大部分が液化されたと仮定した場合、トウモロコシ充填量および使用されるトウモロコシのでんぷん含量と一致する。でんぷんの全てが液化された場合、遠心分離機から直接回収される44.4kgの遠心分離液は、約23重量%の溶解されたオリゴ糖(液化でんぷん)を含有していたであろう。約0.6kgのi−BuOHを35.4kgの遠心分離液に加えて、それを保存した。1.6重量%のi−BuOHを含有する得られた36.0kgの遠心分離液を、原液として使用した。
Example 2
Solid removal Solids were removed from the mash produced in Example 1 by centrifugation in a large floor centrifuge containing six 1 L bottles. When 73.4 kg of mash was centrifuged at 8000 rpm for 20 minutes at 25 ° C., 44.4 kg of centrifuge and 26.9 kg of wet cake were obtained. It was found that the centrifuge contained less than 1% by weight suspended solids and the wet cake contained approximately 18% by weight suspended solids. This suggests that the original liquefied mash contained about 7% by weight suspended solids. This is consistent with the corn filling and the starch content of the corn used, assuming that most of the starch has been liquefied. If all of the starch was liquefied, the 44.4 kg centrifuge recovered directly from the centrifuge would contain approximately 23% by weight dissolved oligosaccharide (liquefied starch). About 0.6 kg i-BuOH was added to 35.4 kg centrifuge and stored. The resulting 36.0 kg centrifuge containing 1.6 wt% i-BuOH was used as the stock solution.

実施例3
物質移動の速度に対する非溶解固体の影響
SSFバッチ用の液相の平均的な組成を模倣するために、SSF(同時糖化発酵)発酵のほぼ中間段階(すなわち、オリゴ糖の約50%の転化率)の、トウモロコシマッシュから得られる発酵ブロスの組成をシミュレートする水相からのi−BuOHの物質移動の速度に対する非溶解固体の影響を測定するために以下の実験を行った。実施例2からの遠心分離液は、SSFの開始時の液相の組成を模倣している。したがって、その一部を、質量基準で等量のHOで希釈して、約50%の転化率におけるSSFを模倣する遠心分離液を生成した。さらなるi−BuOHを加えて、希釈された遠心分離液中のi−BuOHの最終濃度を3.0重量%(約30g/L)にした。
Example 3
Effect of undissolved solids on the rate of mass transfer To mimic the average composition of the liquid phase for SSF batches, an almost intermediate stage of SSF (simultaneous saccharification and fermentation) fermentation (ie about 50% conversion of oligosaccharides) The following experiment was conducted to determine the effect of undissolved solids on the rate of mass transfer of i-BuOH from the aqueous phase simulating the composition of the fermentation broth obtained from corn mash. The centrifuge liquid from Example 2 mimics the liquid phase composition at the start of SSF. Therefore, a portion of it was diluted with an equal amount of H 2 O on a mass basis to produce a centrifuge that mimics SSF at about 50% conversion. Additional i-BuOH was added to bring the final concentration of i-BuOH in the diluted centrifuge to 3.0 wt% (about 30 g / L).

希釈された遠心分離液を以下のように調製した:1.6重量%のi−BuOHを含有する実施例2からの18kgの遠心分離液原液を、18kgの水道水と混合し、0.82kgのi−BuOHを加えた。希釈された遠心分離液の得られた36.8kgの溶液は、約11重量%のオリゴ糖および約30g/Lのi−BuOHからなっていた。この溶液は、オリゴ糖の約50%の転化率におけるトウモロコシマッシュ発酵(SSF)の液相および30g/Lのi−BuOHの水性力価を模倣している。   A diluted centrifuge was prepared as follows: 18 kg of the centrifuge stock from Example 2 containing 1.6 wt% i-BuOH was mixed with 18 kg of tap water and 0.82 kg. Of i-BuOH was added. The resulting 36.8 kg solution of diluted centrifuge consisted of about 11 wt% oligosaccharides and about 30 g / L i-BuOH. This solution mimics the liquid phase of corn mash fermentation (SSF) and the aqueous titer of 30 g / L i-BuOH at about 50% conversion of oligosaccharides.

実施例4
物質移動に対する非溶解固体の除去の影響
非溶解固体の大部分が除去された後、液化されたトウモロコシマッシュから得られるブロスにおける物質移動性能を模倣する水相として、実施例3において得られた溶液を用いて、物質移動試験を行った。物質移動試験の目的は、液化されたトウモロコシマッシュから得られる、シミュレートされるブロスから、シミュレートされるブロスを通って上昇する溶媒(抽出剤)液滴の分散体へのi−BuOHの移動の全体積物質移動係数(ka)に対する非溶解固体の影響を測定することであった。運転パラメータの主な設計とのkaの相関は、物質移動運転の規模を拡大するのに使用され得る。規模を拡大するのに有用な、より小さい規模のデータからのkaの相関を生成するためにできる限り一定に保持されるべきパラメータの例は、液滴サイズを決定する相および設計パラメータの両方の物理的特性(例えば、ノズル直径、ノズルを通して分散される相の速度)である。
Example 4
Effect of removal of undissolved solids on mass transfer The solution obtained in Example 3 as an aqueous phase that mimics mass transfer performance in broth obtained from liquefied corn mash after most of the undissolved solids have been removed. Was used to conduct a mass transfer test. The purpose of the mass transfer test is to transfer i-BuOH from a simulated broth obtained from liquefied corn mash to a dispersion of solvent (extractant) droplets rising through the simulated broth. Was to determine the effect of undissolved solids on the total mass transfer coefficient (k L a). The correlation of k L a with the main design of operating parameters can be used to expand the scale of mass transfer operation. Examples of parameters that should be kept as constant as possible to generate k L a correlations from smaller scale data that are useful for scaling up are the phase and design parameters that determine droplet size. Both physical properties (eg, nozzle diameter, phase velocity dispersed through the nozzle).

6インチの直径、7フィートの高さのガラスの被覆されたカラムを用いて、懸濁されたマッシュ固体を含むかまたは含まない、(液化されたトウモロコシマッシュから得られる)オリゴ糖の水溶液から、シミュレートされるブロスを通って上昇するオレイルアルコール(OA)液滴の分散体へのi−BuOHの移動のkaを測定した。i−BuOHを水相に加えたところ、約30g/Lの、i−BuOHの初期濃度が得られた。約11重量%のオリゴ糖および約30g/Lのi−BuOHを含有する所定の量の水相(通常、約35kg)を、カラムに投入し、ジャケットを通して温かいHOを流すことによってカラムを30℃まで加熱した。試験中、カラムに出入りする水相の流れは存在しなかった。 From an aqueous solution of oligosaccharides (obtained from liquefied corn mash) with or without suspended mash solids using a 6 inch diameter, 7 foot high glass coated column The k L a of i-BuOH transfer to a dispersion of oleyl alcohol (OA) droplets rising through the simulated broth was measured. When i-BuOH was added to the aqueous phase, an initial concentration of i-BuOH of about 30 g / L was obtained. A predetermined amount of aqueous phase (usually about 35 kg) containing about 11% by weight oligosaccharide and about 30 g / L i-BuOH is charged to the column and the column is allowed to flow by flowing warm H 2 O through the jacket. Heated to 30 ° C. During the test, there was no aqueous phase flow into or out of the column.

新鮮なオレイルアルコール(Cognis製の80/85%グレード)を、1つのノズルを通してカラムの塔底に散布して、水相を通って上方に流れる抽出剤液滴の分散体を生成した。水相の上部に達した後、抽出剤液滴により別個の有機相が形成され、これはその後、カラムの上部から溢れ、受け器に収集された。通常、1つの試験につき3〜5ガロンのOAが、カラムを通って流れた。   Fresh oleyl alcohol (80/85% grade from Cognis) was sprinkled through the nozzle to the bottom of the column to produce a dispersion of extractant droplets flowing upward through the aqueous phase. After reaching the top of the aqueous phase, the extractant droplets formed a separate organic phase, which then overflowed from the top of the column and collected in a receiver. Typically, 3-5 gallons of OA per test flowed through the column.

水相の試料を、試験全体を通して数回カラムから引き抜き、溢流から収集された全「富化」OAの複合試料を試験の最後に引き抜いた。全ての試料を、HP−6890 GCを用いてi−BuOHについて分析した。水相中のi−BuOHの濃度プロファイル(すなわち、時間に対するi−BuOH濃度)を用いて、所与の運転条件におけるkaを計算した。試験中に収集される全「富化」OAの最終的な複合試料を用いて、i−BuOHの物質収支を調べた。 The aqueous phase sample was withdrawn from the column several times throughout the test, and a composite sample of all “enriched” OA collected from the overflow was withdrawn at the end of the test. All samples were analyzed for i-BuOH using HP-6890 GC. The concentration profile of i-BuOH in the aqueous phase (ie, i-BuOH concentration over time) was used to calculate k L a at a given operating condition. The final composite sample of all “enriched” OA collected during the study was used to examine the material balance of i-BuOH.

ノズルサイズおよびノズル速度(供給ノズルを通るOAの平均速度)を様々に変化させて、kaに対するそれらの影響を観察した。マッシュ固体が除去されたオリゴ糖の水溶液(液化されたトウモロコシマッシュから得られる希釈された遠心分離液)を用いて、一連の試験を行った。SSFの途中で液化されたトウモロコシマッシュ(非溶解固体を含む)をシミュレートするためにマッシュ固体を戻し加えた後、オリゴ糖の同じ水溶液を用いて、同様の一連の試験を行った。ある運転条件(例えば、より高いOA流量)下で、カラムの上部において不十分な相分離が得られ、試験中に収集される全「富化」OAの典型的な複合試料を得るのが困難になることが留意される。ある運転条件下で、水相の試料がかなりの量の有機相を含有していたことも留意される。特殊な試料処理および調製技術を用いて、試料が引き抜かれたときにカラム中の水相のできる限り典型的な水相の試料を得た。 The nozzle size and nozzle speed (average speed of OA through the feed nozzle) were varied to observe their effect on k La . A series of tests were performed using an oligosaccharide aqueous solution (diluted centrifuge obtained from liquefied corn mash) from which mash solids had been removed. A similar series of tests were performed using the same aqueous solution of oligosaccharides after mash solids were added back to simulate corn mash (including undissolved solids) liquefied during SSF. Under certain operating conditions (eg, higher OA flow rates), insufficient phase separation is obtained at the top of the column, making it difficult to obtain a typical composite sample of all “enriched” OA collected during the test. It is noted that It is also noted that under certain operating conditions, the aqueous phase sample contained a significant amount of organic phase. Special sample processing and preparation techniques were used to obtain an aqueous phase sample that was as typical as possible of the aqueous phase in the column when the sample was withdrawn.

i−BuOHの濃度が所与の時点でカラムの長さに沿ってそれほど変化しなかったため、カラム中の水相があらゆる実用的な目的のために「よく混合された」ことが分かった。溶媒液滴相もよく混合されたと仮定すると、カラム中の水相から溶媒相へのi−BuOHの全物質移動を、以下の式によって概算することができる:

Figure 2013528400
式中、
=水相の単位体積当たりの単位時間当たりの水相から溶媒相へと移動されるi−BuOHの全質量(i−BuOHのグラム/水相のリットル/時またはg/L/時)である。
a=水相から溶媒相へのi−BuOHの物質移動を表す全体積物質移動係数(毎時)である。
B,ブロス=シミュレートされるブロス(水)相中のi−BuOHの平均濃度(i−BuOHのグラム/水相のリットルまたはg/L)である。
B,溶媒=試験全体にわたる溶媒相中のi−BuOHの平均濃度(i−BuOHのグラム/溶媒相のリットルまたはg/L)である。
=溶媒と水相との間のi−BuOHの平均平衡分配係数((i−BuOHのグラム/溶媒相のリットル)/(i−BuOHのグラム/水相のリットル))である。 It was found that the aqueous phase in the column was “well mixed” for all practical purposes because the concentration of i-BuOH did not change much along the length of the column at a given time. Assuming that the solvent droplet phase was also well mixed, the total mass transfer of i-BuOH from the aqueous phase to the solvent phase in the column can be estimated by the following equation:
Figure 2013528400
Where
r B = total mass of i-BuOH transferred from the aqueous phase to the solvent phase per unit time per unit volume of the aqueous phase (grams of i-BuOH / liter of water phase / hour or g / L / hour) It is.
k L a = total volume mass transfer coefficient (hourly) representing mass transfer of i-BuOH from the aqueous phase to the solvent phase.
CB, broth = average concentration of i-BuOH in the simulated broth (water) phase (grams of i-BuOH / liter of water phase or g / L).
CB , solvent = average concentration of i-BuOH in the solvent phase throughout the test (grams of i-BuOH / liter of solvent phase or g / L).
K B = average equilibrium partition coefficient of i-BuOH between solvent and aqueous phase ((gram of i-BuOH / liter of solvent phase) / (gram of i-BuOH / liter of water phase)).

パラメータr、CB,ブロス、およびCB,溶媒を、水相および溶媒相の試料から得
られる濃度データから各試験について計算した。液化されたトウモロコシマッシュからの水性遠心分離液、OA、およびi−BuOHを混合し、2つの液相が平衡状態になるまで系を激しく混合することによって、パラメータKを独立して測定した。i−BuOHの濃度を両方の相において測定して、Kを決定した。r、CB,ブロス、CB,溶媒、およびKを所与の試験について決定した後、式(1)の配列を変更することによってkaを計算することができた:

Figure 2013528400
The parameters r B , C B, broth , and C B, solvent were calculated for each test from concentration data obtained from aqueous and solvent phase samples. Aqueous centrifugate from liquefied corn mash, mixed OA, and i-BuOH, by two liquid phases are mixed vigorously system until equilibrium was measured independently parameter K B. The concentration of i-BuOH were measured in both phases was determined K B. r B, C B, broth, C B, after the solvent, and K B was determined for a given test, it was possible to calculate the k L a by changing the sequence of formula (1):
Figure 2013528400

水相として希釈された遠心分離液(固体を除去したもの)を用いて5フィート/秒〜21フィート/秒の範囲のノズル速度で2つの異なるサイズのノズルを用いて、物質移動試験を行った。0.76mmの内径(ID)を有するノズルを用いて3つの試験を行い、2.03mmの内径を有するノズルを用いて3つの試験を行った。溶媒としてOAを用いて上記の6インチの直径のカラム中で30℃で全ての試験を行った。OAと、固体を除去することによって液化されたトウモロコシマッシュから得られた希釈された遠心分離液との間のi−BuOHの平衡分配係数は、約5であった。希釈された遠心分離液(固体を除去したもの)を用いた物質移動試験の結果を表1に示す。   Mass transfer tests were performed using two different sized nozzles at a nozzle speed ranging from 5 ft / sec to 21 ft / sec using a centrifuge (diluted solids) diluted as an aqueous phase. . Three tests were performed using a nozzle having an inner diameter (ID) of 0.76 mm, and three tests were performed using a nozzle having an inner diameter of 2.03 mm. All tests were performed at 30 ° C. in the above 6 inch diameter column using OA as the solvent. The equilibrium partition coefficient of i-BuOH between OA and the diluted centrifuge obtained from corn mash liquefied by removing solids was about 5. Table 1 shows the results of the mass transfer test using the diluted centrifuge (with the solid removed).

Figure 2013528400
Figure 2013528400

実施例5
物質移動に対する非溶解固体の影響
SSFの途中の段階の(非溶解固体を含有する)液化されたトウモロコシマッシュからの発酵ブロスをシミュレートする水相を、実施例2からのウェットケーキ(液化されたトウモロコシマッシュから固体を除去することによって最初に得られた)の一部を、希釈された遠心分離液(実施例4において上述した物質移動試験に使用した)に加えることによって合成した。ウェットケーキ中に保持される液相を希釈するためにいくらかの水も加えた。この液体は濃縮された遠心分離液と同じ組成を有するためである。17.8kgの希釈された上清、13.0kgのウェットケーキ(約18重量%の非溶解マッシュ固体を含有する)、5.0kgのHO、および0.83kgのi−BuOHを一緒に混合したところ、約6.3重量%の非溶解固体と、約13重量%の液化でんぷんおよび約2.4重量%のi−BuOH(残りはHO)からなる液相とを含有する36.6kgのスラリーが得られた。このスラリーは、約30%のトウモロコシ充填量におけるi−BuOHへの、トウモロコシのSSFの途中の段階の発酵ブロスの組成を模倣している。こうしたタイプのブロスに見られる非溶解固体およびオリゴ糖のレベルが、それぞれ約6〜8重量%および10〜12重量%であるためである。
Example 5
Effect of undissolved solids on mass transfer The aqueous phase simulating a fermentation broth from liquefied corn mash (containing undissolved solids) in the middle of SSF was added to the wet cake (liquefied) from Example 2. A portion of (obtained initially by removing solids from corn mash) was synthesized by adding it to a diluted centrifuge (used in the mass transfer test described above in Example 4). Some water was also added to dilute the liquid phase retained in the wet cake. This is because this liquid has the same composition as the concentrated centrifuge liquid. Diluted supernatant 17.8 kg, (containing about 18 wt.% Of undissolved mash solids) wet cake 13.0 kg, H 2 O of 5.0 kg, and together i-BuOH of 0.83kg When mixed, it contains 36% by weight undissolved solids and a liquid phase consisting of about 13% by weight liquefied starch and about 2.4% by weight i-BuOH (the remainder being H 2 O). .6 kg of slurry was obtained. This slurry mimics the composition of the fermentation broth in the middle of the corn SSF to i-BuOH at about 30% corn loading. This is because the levels of undissolved solids and oligosaccharides found in these types of broth are about 6-8% and 10-12% by weight, respectively.

水相として希釈された遠心分離液および非溶解マッシュ固体のスラリーを用いて、5フィート/秒〜22フィート/秒の範囲のノズル速度で2つの異なるサイズのノズルを用いて、物質移動試験を行った。3つの試験を、0.76mmの内径を有するノズルを用いて行い、3つの試験を、2.03mmの内径を有するノズルを用いて行った。溶媒としてOAを用いて上記の6インチの直径のカラム中で30℃で全ての試験を行った。希釈された遠心分離液および非溶解マッシュ固体のスラリーを用いた物質移動試験の結果を表2に示す。   Mass transfer tests were performed using two different sized nozzles at nozzle speeds ranging from 5 feet / second to 22 feet / second using a diluted centrifuge and an undissolved mash solid slurry as the aqueous phase. It was. Three tests were performed using a nozzle having an inner diameter of 0.76 mm, and three tests were performed using a nozzle having an inner diameter of 2.03 mm. All tests were performed at 30 ° C. in the above 6 inch diameter column using OA as the solvent. Table 2 shows the results of a mass transfer test using a diluted centrifuge and a slurry of undissolved mash solids.

Figure 2013528400
Figure 2013528400

図7は、液化トウモロコシでんぷん(すなわち、オリゴ糖)の水溶液から、気泡塔を通って上方に流れるオレイルアルコール液滴の分散体へのi−BuOHの移動の全体積物質移動係数、kaに対する非溶解トウモロコシマッシュ固体の存在の影響を示す。OAを、内径2.03mmのノズルを通してカラムに供給した。固体が除去されていない系のkaに対する固体が除去された系のkaの比率が、2.03mmのノズルのノズル速度に応じて2〜5であることが発見された。 FIG. 7 shows the i-BuOH transfer from an aqueous solution of liquefied corn starch (ie, oligosaccharides) to a dispersion of oleyl alcohol droplets flowing upward through a bubble column, relative to the total volume mass transfer coefficient, k La . The influence of the presence of undissolved corn mash solids is shown. OA was supplied to the column through a nozzle with an inner diameter of 2.03 mm. The ratio of k L a of system solid for k L a of system solids not removed has been removed, it has been discovered that 2 to 5 depending on the nozzle velocity of the nozzle of 2.03 mm.

図8は、液化トウモロコシでんぷん(すなわち、オリゴ糖)の水溶液から、気泡塔を通って上方に流れるオレイルアルコール液滴の分散体へのi−BuOHの移動の全体積物質移動係数、kaに対する非溶解トウモロコシマッシュ固体の存在の影響を示す。OAを、内径0.76mmのノズルを通してカラムに供給した。固体が除去されていない系のkaに対する固体が除去された系のkaの比率が、0.76mmのノズルのノズル速度に応じて2〜4であることが発見された。 Figure 8 is a liquefied corn starch (i.e., oligosaccharides) from an aqueous solution of a total volume mass transfer coefficient of the movement of the i-BuOH to dispersion of oleyl alcohol droplets flowing upwardly through the bubble column, for the k L a The influence of the presence of undissolved corn mash solids is shown. OA was fed to the column through a 0.76 mm ID nozzle. The ratio of k L a of system solid for k L a of system solids not removed has been removed, it has been discovered that 2 to 4 in accordance with the nozzle velocity of the nozzle of 0.76 mm.

実施例6
水相と溶媒相との間の相分離に対する非溶解固体の除去の影響
この実施例は、非溶解固体が除去されていない液化されたトウモロコシマッシュから得られるオリゴ糖の水溶液および同じ溶媒と比較した、非溶解固体が除去された液化されたトウモロコシマッシュから得られるオリゴ糖の水溶液と溶媒相との間の向上した相分離を示す。両方の系がi−BuOHを含有していた。水相からの溶媒相の十分な分離は、液液抽出が原位置生成物除去(ISPR)を実施するための実行可能な分離方法であるために重要である。
Example 6
Effect of removal of undissolved solids on phase separation between aqueous and solvent phases This example was compared to an aqueous solution of oligosaccharides obtained from liquefied corn mash from which undissolved solids were not removed and the same solvent Figure 2 shows improved phase separation between an aqueous solution of oligosaccharides obtained from liquefied corn mash from which undissolved solids have been removed and the solvent phase. Both systems contained i-BuOH. Sufficient separation of the solvent phase from the aqueous phase is important because liquid-liquid extraction is a viable separation method for performing in situ product removal (ISPR).

約900gの液化されたトウモロコシマッシュを、1Lのガラスの被覆された樹脂ケトル中で調製した。ケトルは、機械的撹拌、温度制御、およびpH制御を備えていた。以下のプロトコルを使用した:磨砕トウモロコシを水道水と混合し(乾燥量基準で26重量%のトウモロコシ)、スラリーを、撹拌しながら55℃まで加熱し、NaOHまたはHSOのいずれかを用いてpHを5.8に調整し、α−アミラーゼ(乾燥トウモロコシ基準で0.02重量%)を加え、85℃まで加熱し続け、pHを5.8に調整し、pHを5.8に保ちながら85℃で2時間保持し、25℃に冷却した。使用されるトウモロコシは、Pioneer製の全粒イエローコーン(3335)であった。トウモロコシを、1mmのふるいを用いて、ハンマーミルで磨砕した。磨砕トウモロコシの水分含量は12重量%であり、磨砕トウモロコシのでんぷん含量は、乾燥トウモロコシ基準で71.4重量%であった。α−アミラーゼ酵素は、Novozymes(Franklinton,NC)製のLiquozyme(登録商標)SC DSであった。使用される成分の総量は:265.9gの磨砕トウモロコシ(12%の水分)、634.3gの水道水、および0.056gのLiquozyme(登録商標)SC DSであった。回収された、液化されたトウモロコシマッシュの総量は883.5gであった。 About 900 g of liquefied corn mash was prepared in a 1 L glass coated resin kettle. The kettle was equipped with mechanical agitation, temperature control, and pH control. The following protocol was used: ground corn was mixed with tap water (26 wt% corn on a dry basis) and the slurry was heated to 55 ° C. with stirring and either NaOH or H 2 SO 4 was added. Use to adjust the pH to 5.8, add α-amylase (0.02 wt% based on dry corn), continue to heat to 85 ° C, adjust the pH to 5.8, and adjust the pH to 5.8 While maintaining, the temperature was maintained at 85 ° C. for 2 hours and cooled to 25 ° C. The corn used was a whole grain yellow corn (3335) from Pioneer. Corn was ground on a hammer mill using a 1 mm sieve. The water content of ground corn was 12% by weight, and the starch content of ground corn was 71.4% by weight on a dry corn basis. The α-amylase enzyme was Liquizyme® SC DS made by Novozymes (Franklinton, NC). The total amount of ingredients used was: 265.9 g ground corn (12% moisture), 634.3 g tap water, and 0.056 g Liquizyme® SC DS. The total amount of recovered liquefied corn mash was 883.5 g.

液化されたトウモロコシマッシュの一部を、非溶解固体を除去せずにそのまま用いて、固体を含む、相分離試験用の水相を調製した。液化されたトウモロコシマッシュの一部を遠心分離して、非溶解固体の大部分を除去し、それを用いて、固体を含まない、相分離試験用の水相を調製した。   A portion of the liquefied corn mash was used as it was without removing undissolved solids to prepare an aqueous phase for solid phase separation testing. A portion of the liquefied corn mash was centrifuged to remove most of the undissolved solids and used to prepare a solid phase free aqueous phase for phase separation testing.

固体を、大容量遠心分離機における遠心分離によってマッシュから除去した。583.5gのマッシュを、35℃で20分間、5000rpmで遠心分離したところ、394.4gの遠心分離液および189.0gのウェットケーキが得られた。遠心分離液が約0.5重量%の懸濁固体を含有し、ウェットケーキが約20重量%の懸濁固体を含有していたことが分かった。これは、元の液化されたマッシュが、約7重量%の懸濁固体を含有していたことを示唆している。これは、でんぷんの大部分が液化されたと仮定した場合、トウモロコシ充填量および使用されるトウモロコシのでんぷん含量と一致する。でんぷんの全てが液化された場合、遠心分離機から直接回収された遠心分離液は、固体を含まない場合、約20重量%の溶解されたオリゴ糖(液化でんぷん)を含有していたであろう。   Solids were removed from the mash by centrifugation in a large volume centrifuge. When 583.5 g of mash was centrifuged at 5000 rpm for 20 minutes at 35 ° C., 394.4 g of centrifuge and 189.0 g of wet cake were obtained. It was found that the centrifuge liquid contained about 0.5% by weight suspended solids and the wet cake contained about 20% by weight suspended solids. This suggests that the original liquefied mash contained about 7% by weight suspended solids. This is consistent with the corn filling and the starch content of the corn used, assuming that most of the starch has been liquefied. If all of the starch was liquefied, the centrifuge collected directly from the centrifuge would contain approximately 20% by weight dissolved oligosaccharide (liquefied starch) if it did not contain solids. .

相分離試験の目的は、液化されたトウモロコシマッシュから得られるブロスをシミュレートする溶媒相と水相との間の相分離の程度に対する非溶解固体の影響を測定することであった。全ての試験において、水性液相は、約20重量%のオリゴ糖を含有し、有機相は、オレイルアルコール(OA)を含有していた。さらに、i−BuOHを全ての試験に加えたところ、相が平衡状態になったときに水相中約25g/Lが得られた。2つの振とう試験を行った。第1の試験の水相(固体を含むもの)を、60.0gの液化されたトウモロコシマッシュを3.5gのi−BuOHと混合することによって調製した。第2の試験の水相(固体を除去したもの)を、固体を除去することによって液化されたトウモロコシマッシュから得られた60.0gの遠心分離液を、3.5gのi−BuOHと混合することによって調製した。15.0gのオレイルアルコール(Cognis製の80/85%グレード)を、振とう試験ボトルのそれぞれに加えた。OAは、両方のボトル中の水相の上部に別個の液相を形成し、相の質量比、すなわち水相/溶媒相が約1/4になった。両方のボトルを2分間激しく振とうして、水相と有機相とを密着させ、i−BuOHが二相間で平衡に達するようにした。ボトルを1時間静置(set)しておいた。写真を様々な時間(0分、15分、30分、および60分)で撮影して、液化されたトウモロコシマッシュから得られる水相、OAを含有する溶媒相、およびi−BuOHを含有する系における相分離に対する非溶解固体の影響を観察した。時間ゼロ(0)は、振とう期間が完了した2分直後の時間に対応する。   The purpose of the phase separation test was to measure the effect of undissolved solids on the degree of phase separation between the solvent phase and the aqueous phase simulating broth obtained from liquefied corn mash. In all tests, the aqueous liquid phase contained about 20% oligosaccharides and the organic phase contained oleyl alcohol (OA). In addition, i-BuOH was added to all tests, yielding approximately 25 g / L in the aqueous phase when the phase was in equilibrium. Two shaking tests were performed. The aqueous phase of the first test (including solids) was prepared by mixing 60.0 g of liquefied corn mash with 3.5 g of i-BuOH. The aqueous phase of the second test (with the solids removed) is mixed with 60.0 g of centrifuge obtained from corn mash liquefied by removing the solids with 3.5 g of i-BuOH. Prepared. 15.0 g of oleyl alcohol (80/85% grade from Cognis) was added to each of the shaking test bottles. The OA formed a separate liquid phase on top of the aqueous phase in both bottles, resulting in a phase mass ratio, ie, an aqueous / solvent phase of about 1/4. Both bottles were shaken vigorously for 2 minutes to bring the aqueous and organic phases into close contact so that the i-BuOH reached equilibrium between the two phases. The bottle was set for 1 hour. Photographs taken at various times (0 min, 15 min, 30 min, and 60 min) to obtain a water phase obtained from liquefied corn mash, a solvent phase containing OA, and a system containing i-BuOH The effect of undissolved solids on phase separation in was observed. Time zero (0) corresponds to the time immediately after 2 minutes when the shaking period is completed.

固体(液化されたトウモロコシマッシュに由来する)を含む系および固体を除去した系(液化されたトウモロコシマッシュからの液体遠心分離液)についての、時間に応じた有機(溶媒)相と水相との間の分離の程度は、任意の時点で両方の系においてほぼ同じであるようであった。固体を含む場合、有機相は、わずかに暗色で濁っており、界面が少し曖昧であった(界面の周りの「ラグ(rag)」層がより厚い)。しかしながら、溶媒が連続して操作される抽出発酵では、有機相の上部の組成は、次の工程が蒸留である抽出発酵の下流のプロセスに関与する。   Time-dependent organic (solvent) and aqueous phases for systems containing solids (derived from liquefied corn mash) and systems from which solids have been removed (liquid centrifuge from liquefied corn mash) The degree of separation in between appeared to be approximately the same in both systems at any given time. When containing solids, the organic phase was slightly dark and turbid and the interface was a little vague (thicker “rag” layer around the interface). However, in extractive fermentations where the solvent is operated continuously, the composition at the top of the organic phase is involved in downstream processes of extractive fermentation, where the next step is distillation.

微生物は、蒸留塔において熱的に不活性化されるため、有機相の上部における微生物の量を最小限に抑えることが有利であり得る。微生物は、蒸留塔を詰まらせ、リボイラーを汚染し、カラムの基部に位置する溶媒/水デカンターにおける不十分な相分離の原因となり得、または上述した問題の任意の組合せであり得るため、有機相の上部における非溶解溶媒の量を最小限に抑えることが有利であり得る。有機相の上部における相の水の量を最小限に抑えることが有利であり得る。相の水は、別個の水相として存在する水である。さらなる量の水相は、蒸留塔における負荷およびエネルギー要件を増大させる。10ミリリットルの試料を、「固体を含む」および「固体を除去した」ボトルからの有機層の上部から除去し、両方の試料を遠心分離して、60分間の沈降時間の後、「固体を含む」および「固体を除去した」ボトルにおける有機相の組成を明らかにし、比較した。結果は、両方の振とう試験の最後の時点での「有機相」が、いくらかの望ましくない相を含有していた(両方の有機相が濁っている)ことを示す。しかしながら、結果は、固体が除去された、遠心分離液を含む相分離試験からの上層が、非溶解固体を実質的に含有していなかったことも示す。一方、非溶解固体は、マッシュを含む試験の有機相の上部から引き抜かれた10mLの試料の底部においてはっきりと見られる。有機層の上部から引き抜かれた試料の3%がマッシュ固体を洗浄することが推定された。抽出発酵プロセスの発酵装置を出る富化溶媒相が、3%の非溶解固体を含有していた場合、以下の問題の1つ以上が起こり得る:かなりの量の微生物の損失、溶媒塔リボイラーの汚染、溶媒塔の閉塞。結果は、遠心分離液を含む相分離試験からの上層がより少ない相の水を含有していたことも示す。表3は、60分間の沈降時間の後の両方の振とう試験ボトルにおける上側「有機」層にわたって分散された相の相対量の推定値を示す。   Since microorganisms are thermally inactivated in the distillation column, it can be advantageous to minimize the amount of microorganisms in the upper part of the organic phase. Microorganisms can clog the distillation tower, contaminate the reboiler, cause poor phase separation in the solvent / water decanter located at the base of the column, or can be any combination of the above mentioned problems, so the organic phase It may be advantageous to minimize the amount of undissolved solvent at the top of the. It may be advantageous to minimize the amount of phase water at the top of the organic phase. Phase water is water that exists as a separate aqueous phase. The additional amount of aqueous phase increases the load and energy requirements in the distillation column. Ten milliliter samples are removed from the top of the organic layer from the “solids containing” and “solids removed” bottles, both samples are centrifuged, and after a 60 minute settling time, “contains solids” The composition of the organic phase in the “and solids removed” bottles was determined and compared. The results indicate that the “organic phase” at the end of both shaking tests contained some undesirable phase (both organic phases were cloudy). However, the results also show that the top layer from the phase separation test, including the centrifuge, where the solids were removed, was substantially free of undissolved solids. On the other hand, undissolved solids are clearly visible at the bottom of a 10 mL sample drawn from the top of the test organic phase containing mash. It was estimated that 3% of the sample drawn from the top of the organic layer washed mash solids. If the enriched solvent phase exiting the fermenter of the extractive fermentation process contained 3% undissolved solids, one or more of the following problems may occur: loss of significant amounts of microorganisms, solvent tower reboiler Contamination, solvent tower blockage. The results also show that the upper layer from the phase separation test with the centrifuge liquid contained less phase water. Table 3 shows an estimate of the relative amount of phase dispersed across the upper “organic” layer in both shaking test bottles after a 60 minute settling time.

Figure 2013528400
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この実施例は、液化されたトウモロコシマッシュから非溶解固体の大部分を除去すると、マッシュから得られる液体、水相がオレイルアルコールなどの溶媒と接触された後、向上した相分離が得られることを示す。この実施例は、マッシュの液体部分を有機溶媒と接触させる前に固体がまず除去される場合、相分離後に得られる上側相が大幅に少ない非溶解固体を含有することを示す。これは、抽出発酵のための相分離の上側(「有機」)層におけるマッシュの非溶解固体含量を最小限に抑えることの利点を示す。   This example shows that removal of most of the undissolved solids from liquefied corn mash results in improved phase separation after the liquid, aqueous phase obtained from the mash is contacted with a solvent such as oleyl alcohol. Show. This example shows that if the solids are first removed before contacting the liquid portion of the mash with the organic solvent, the upper phase obtained after phase separation contains significantly less undissolved solids. This shows the benefit of minimizing the undissolved solids content of the mash in the upper (“organic”) layer of the phase separation for extractive fermentation.

実施例7
水相と溶媒相との間の相分離に対する非溶解固体の除去の影響
実施例6と同様に、この実施例は、非溶解固体が除去されていない液化されたトウモロコシマッシュから得られるオリゴ糖の水溶液および同じ溶媒と比較して、非溶解固体が除去された液化されたトウモロコシマッシュから得られるオリゴ糖の水溶液と、溶媒相との間の向上した相分離を示す。両方の系がi−BuOHを含有していた。水相からの溶媒相の十分な分離は、液液抽出が原位置生成物除去(ISPR)を実施するための実行可能な分離方法であるために重要である。
Example 7
Effect of removal of undissolved solids on phase separation between aqueous phase and solvent phase Similar to Example 6, this example describes the oligosaccharides obtained from liquefied corn mash from which undissolved solids have not been removed. Shows improved phase separation between the aqueous solution of oligosaccharides obtained from liquefied corn mash from which undissolved solids have been removed and the solvent phase compared to an aqueous solution and the same solvent. Both systems contained i-BuOH. Sufficient separation of the solvent phase from the aqueous phase is important because liquid-liquid extraction is a viable separation method for performing in situ product removal (ISPR).

実施例6のために調製される同じ混合物をこの実施例に使用した。唯一の相違は、この実施例に記載される相分離振とう試験を繰り返す前に、実施例6に記載される試料調製の完了後に試料を数日間静置しておいたことであった。「固体を含む」と表示される試料は、液化されたトウモロコシマッシュ、i−BuOH、およびオレイルアルコールからなっていた。「固体を除去した」と表示される試料は、液化されたトウモロコシマッシュから非溶解固体の大部分を除去することによって生成された遠心分離液、i−BuOH、およびオレイルアルコールからなっていた。液化されたマッシュは、約7重量%の懸濁固体を含有し、マッシュから生成される遠心分離液は、約0.5重量%の懸濁固体を含有していた。磨砕トウモロコシ中のでんぷんの全てが液化された場合、液化されたマッシュ中の液相およびマッシュから生成される遠心分離液は、固体を含まない場合、約20重量%の溶解されたオリゴ糖(液化でんぷん)を含有していた。両方の試料は、相の質量比、すなわち溶媒相/水相が約1/4である量でオレイルアルコールを含有していた。さらに、i−BuOHを全ての試験に加えたところ、相が平衡状態になったときに水相中約25g/Lが得られた。   The same mixture prepared for Example 6 was used in this example. The only difference was that the sample was allowed to stand for several days after completion of the sample preparation described in Example 6 before repeating the phase separation shaking test described in this example. The sample labeled “Contains Solid” consisted of liquefied corn mash, i-BuOH, and oleyl alcohol. The sample labeled “Removed solids” consisted of centrifuge, i-BuOH, and oleyl alcohol produced by removing most of the undissolved solids from the liquefied corn mash. The liquefied mash contained about 7% by weight suspended solids and the centrifuge produced from the mash contained about 0.5% by weight suspended solids. If all of the starch in the ground corn is liquefied, the liquid phase in the liquefied mash and the centrifuge produced from the mash will contain about 20% by weight dissolved oligosaccharide ( Liquefied starch). Both samples contained oleyl alcohol in an amount that was about 1/4 of the phase mass ratio, ie solvent / water phase. In addition, i-BuOH was added to all tests, yielding approximately 25 g / L in the aqueous phase when the phase was in equilibrium.

相分離試験の目的は、抽出発酵全体にわたって系の特性の潜在的変化を模倣するために、多相混合物を室温で数日間エージングさせた後に、溶媒相(OAを含有する)と、液化されたトウモロコシマッシュから得られる水相(固体を含むものおよび含まないもの)との間の相分離の程度に対する非溶解固体の影響を測定することであった。2つの振とう試験を行った。両方のボトルを2分間激しく振とうして、水相と有機相とを密着させた。ボトルを1時間静置しておいた。写真を様々な時間(0分、2分、5分、10分、20分、および60分)で撮影して、数日間エージングしたこれらの系における相分離に対する非溶解固体の影響を観察した。時間ゼロ(0)は、ボトルをベンチに置いた直後の時間に対応する。   The purpose of the phase separation test was to liquefy the solvent phase (containing OA) after aging the multiphase mixture for several days at room temperature to mimic the potential changes in system properties throughout the extraction fermentation. It was to measure the effect of undissolved solids on the degree of phase separation between the aqueous phase obtained from corn mash (with and without solids). Two shaking tests were performed. Both bottles were shaken vigorously for 2 minutes to bring the aqueous and organic phases into close contact. The bottle was left for 1 hour. Pictures were taken at various times (0 min, 2 min, 5 min, 10 min, 20 min, and 60 min) to observe the effect of undissolved solids on phase separation in these systems aged for several days. Time zero (0) corresponds to the time immediately after placing the bottle on the bench.

固体が2分後に除去された試料において相分離が起こり始めた。有機相が二相混合物の全体積の約25%を占めていたことに基づいて、固体がわずか5〜10分後に除去された場合、ほぼ完全な相分離が試料において起こったと考えられる。有機相が全体積の約20%を占めていた場合、それが相の初期の比率に対応するため、完全な分離が示され得ることが予測され得る。1時間後でさえ、固体が除去されなかった試料では明らかな相分離は起こっていなかった。   Phase separation began to occur in the sample where the solids were removed after 2 minutes. Based on the organic phase accounting for about 25% of the total volume of the biphasic mixture, it is believed that nearly complete phase separation occurred in the sample if the solid was removed after only 5-10 minutes. If the organic phase accounted for about 20% of the total volume, it can be expected that complete separation can be shown because it corresponds to the initial proportion of the phase. Even after 1 hour, no apparent phase separation occurred in the samples from which no solids were removed.

両方の試料の上側相の組成も比較した。上側相の組成は、次の工程が蒸留である抽出発酵の下流のプロセスのための意味を有する。微生物は蒸留塔において熱的に不活性化されるため、有機相の上部における微生物の量を最小限に抑えることが有利である。固体は、蒸留塔を詰まらせ、リボイラーを汚染し、カラムの基部に位置する溶媒/水デカンターにおける不十分な相分離の原因となり得、または上述した問題の任意の組合せであり得るため、有機相の上部において最小限に抑えるべき別の構成要素は、非溶解固体の量である。さらに、有機相の上部において最小限に抑えるべき別の構成要素は、別個の水相として存在する水である相の水の量であり、その理由は、このさらなる量の水相は、その後の蒸留塔における負荷およびエネルギー要件を増大させるためである。   The composition of the upper phase of both samples was also compared. The composition of the upper phase has implications for downstream processes of extractive fermentation where the next step is distillation. Since microorganisms are thermally inactivated in the distillation column, it is advantageous to minimize the amount of microorganisms in the upper part of the organic phase. The solids can clog the distillation column, contaminate the reboiler, cause insufficient phase separation in the solvent / water decanter located at the base of the column, or can be any combination of the above mentioned problems. Another component to be minimized at the top of the is the amount of undissolved solids. Furthermore, another component to be minimized at the top of the organic phase is the amount of phase water, which is water present as a separate aqueous phase, because this additional amount of aqueous phase This is to increase the load and energy requirements in the distillation column.

10ミリリットルの試料を、「固体を含む」および「固体を除去した」ボトルからの有機層の上部から除去し、両方の試料を遠心分離して、60分間の沈降時間の後、「固体を含む」および「固体を除去した」ボトルにおける有機相の組成を明らかにし、比較した。「固体を含む」試料の上部から引き抜かれた試料の組成は、60分以内に当該試料において相分離が実質的に全く起こらなかったことを確認している。特に、「固体を含む」振とう試験ボトルの上部から引き抜かれた試料中の全水相(水性液体+懸濁固体)に対する溶媒相の比率は、約1/4w/wであり、これは、試験の前に試料を調製するのに使用されるのと同じ比率である。また、「固体を含む」振とう試験ボトルの上部から引き抜かれた試料中の非溶解固体の量は、液化されたトウモロコシマッシュにおいて見られる量とほぼ同じであり、これは、60分以内にこの振とう試験ボトルにおいて固体が実質的に全く沈降しなかったことを示す。一方、固体を除去した遠心分離液(「固体を除去した」)を含む相分離試験からの上層は、非溶解固体を実質的に含有していなかった。結果は、遠心分離液を含む相分離試験からの上層が相の水を含有していたことも示す。これは、試料ボトルにおける水相に対する溶媒相の比率が約1/1w/wであることによって示され、これは、固体を除去した場合の試験において有機相が溶媒(OA)で富化されたことを示す。表4は、60分間の沈降時間の後の両方の振とう試験ボトルにおける上側「有機」層にわたって分散された相の相対量の推定値を示す。   Ten milliliter samples are removed from the top of the organic layer from the “solids containing” and “solids removed” bottles, both samples are centrifuged, and after a 60 minute settling time, “contains solids” The composition of the organic phase in the “and solids removed” bottles was determined and compared. The composition of the sample drawn from the top of the “containing solid” sample confirms that no substantial phase separation occurred in the sample within 60 minutes. In particular, the ratio of the solvent phase to the total aqueous phase (aqueous liquid + suspended solid) in the sample drawn from the top of the “solids containing” shake test bottle is about 1/4 w / w, The same ratio used to prepare the sample before testing. Also, the amount of undissolved solids in the sample drawn from the top of the “solids containing” shaking test bottle is approximately the same as that found in liquefied corn mash, which is within 60 minutes. It shows that substantially no solids settled in the shake test bottle. On the other hand, the upper layer from the phase separation test including the centrifuge from which the solid was removed (“the solid was removed”) contained substantially no undissolved solid. The results also show that the upper layer from the phase separation test with the centrifuge liquid contained phase water. This is indicated by the ratio of the solvent phase to the water phase in the sample bottle being about 1/1 w / w, which is the organic phase enriched with solvent (OA) in the test when the solid was removed. It shows that. Table 4 shows an estimate of the relative amount of phase dispersed over the upper “organic” layer in both shaking test bottles after a 60 minute settling time.

Figure 2013528400
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この実施例は、i−BuOHを含有する液化されたトウモロコシマッシュから非溶解固体を除去し、それを溶媒相と接触させ、それを数日間静置させ、相を再度混合すると、非溶解固体を液化されたマッシュから除去しなかった試料と比較して、向上した相分離が得られることを示す。実際に、この実施例は、非溶解固体を除去しなかった試料において、60分後でさえ相分離が実質的に全く起こらないことを示す。この実施例は、マッシュの液体部分を有機溶媒と接触させる前に固体がまず除去される場合、相分離後に得られる上側相が大幅に少ない非溶解固体を含有することを示す。抽出発酵のための相分離の上側(「有機」)層において最小限に抑えられるべき最も重要な種の2つが、微生物のレベルおよびマッシュからの非溶解固体のレベルであるため、これは重要である。前の実施例は、液化されたトウモロコシマッシュから固体を除去すると、水相を溶媒相と接触させた直後に向上した相分離が得られることを示した。これにより、抽出発酵が、発酵のより早い時点で実行可能になり得る。この実施例は、液化されたトウモロコシマッシュから固体を除去すると、溶媒相と接触させた水相(固体を除去したオリゴ糖溶液)を含有するエージングした試料において向上した相分離が得られることも示す。また、これにより、抽出発酵が発酵のより遅い時点で実行可能になり得る。   This example removes the undissolved solid from the liquefied corn mash containing i-BuOH, bringing it into contact with the solvent phase, allowing it to stand for a few days, and remixing the phase to remove the undissolved solid. It shows that improved phase separation is obtained compared to the sample that was not removed from the liquefied mash. In fact, this example shows that virtually no phase separation occurs even after 60 minutes in samples that did not remove undissolved solids. This example shows that if the solids are first removed before contacting the liquid portion of the mash with the organic solvent, the upper phase obtained after phase separation contains significantly less undissolved solids. This is important because two of the most important species to be minimized in the upper (“organic”) layer of phase separation for extractive fermentation are the level of microorganisms and the level of undissolved solids from the mash. is there. The previous example showed that removal of solids from liquefied corn mash resulted in improved phase separation immediately after contacting the aqueous phase with the solvent phase. This may allow extractive fermentation to be performed at an earlier point in the fermentation. This example also shows that removal of solids from liquefied corn mash results in improved phase separation in an aged sample containing an aqueous phase (oligosaccharide solution with the solids removed) in contact with the solvent phase. . This may also allow extractive fermentation to be performed at a later point in the fermentation.

実施例8
ISPR抽出溶媒の損失に対する非溶解固体の除去の影響−ディスクスタック遠心分離機
この実施例は、半連続的なディスク−スタック遠心分離機を用いて、発酵前にトウモロコシマッシュから非溶解固体を除去することによって、抽出発酵プロセスによって生成されるDDGSを介した溶媒の損失を減少させる可能性を示す。
Example 8
Effect of removal of undissolved solids on ISPR extraction solvent loss-Disc stack centrifuge This example uses a semi-continuous disc-stack centrifuge to remove undissolved solids from corn mash prior to fermentation This shows the potential to reduce solvent loss via DDGS produced by the extractive fermentation process.

約216kgの液化されたトウモロコシマッシュを、被覆されたステンレス鋼反応器中で調製した。反応器は、機械的撹拌、温度制御、およびpH制御を備えていた。使用されるプロトコルは以下のとおりであった:磨砕トウモロコシを水道水と混合し(乾燥量基準で25重量%のトウモロコシ)、スラリーを、400rpmで撹拌しながら55℃まで加熱し、NaOHまたはHSOのいずれかを用いてpHを5.8に調整し、α−アミラーゼ(乾燥トウモロコシ基準で0.02重量%)を加え、85℃まで加熱し続け、pHを5.8に調整し、pHを5.8に保ちながら85℃で30分間保持し、生蒸気噴射を用いて121℃まで加熱し、ジェットクッカーをシミュレートするために121℃で30分間保持し、85℃に冷却し、pHを5.8に調整し、α−アミラーゼ(乾燥トウモロコシ基準で0.02重量%)の第2の投入を加え、pHを5.8に保ちながら85℃で60分間保持して、液化を完了させた。次に、マッシュを60℃に冷却し、遠心分離機の供給タンクに移した。 About 216 kg of liquefied corn mash was prepared in a coated stainless steel reactor. The reactor was equipped with mechanical stirring, temperature control, and pH control. The protocol used was as follows: ground corn was mixed with tap water (25 wt% corn on a dry basis) and the slurry was heated to 55 ° C. with stirring at 400 rpm and either NaOH or H Adjust the pH to 5.8 using any of 2 SO 4 , add α-amylase (0.02 wt% on dry corn basis), continue to heat to 85 ° C. and adjust the pH to 5.8. While maintaining the pH at 5.8, hold at 85 ° C. for 30 minutes, heat to 121 ° C. using live steam injection, hold at 121 ° C. for 30 minutes to simulate a jet cooker, cool to 85 ° C. , Adjust the pH to 5.8, add a second input of α-amylase (0.02 wt% on dry corn basis), hold at 85 ° C. for 60 minutes while maintaining the pH at 5.8 to liquefy Complete I ended it. The mash was then cooled to 60 ° C. and transferred to the centrifuge supply tank.

使用されるトウモロコシは、Pioneer製の全粒イエローコーン(3335)であった。トウモロコシを、1mmのふるいを用いて、ハンマーミルで磨砕した。磨砕トウモロコシの水分含量は12重量%であり、磨砕トウモロコシのでんぷん含量は、乾燥トウモロコシ基準で71.4重量%であった。α−アミラーゼ酵素は、Novozymes(Franklinton,NC)製のLiquozyme(登録商標)SC DSであった。使用される成分の量は:61.8kgの磨砕トウモロコシ(12%の水分)、147.3kgの水道水、第1のα−アミラーゼ投入のための1kgの水中の0.0109kgのLiquozyme(登録商標)SC DSの溶液、第2のα−アミラーゼ投入(調理段階後)のための1kgの水中の0.0109kgのLiquozyme(登録商標)SC DSの別の溶液であった。約5kgのHOを、調理段階中に蒸気凝縮液を介してバッチに加えた。合計で0.25kgのNaOH(12.5重量%)および0.12kgのHSO(12.5重量%)を、pHを制御するために実験全体にわたって加えた。回収される液化されたトウモロコシマッシュの総量は216kgであった。 The corn used was a whole grain yellow corn (3335) from Pioneer. Corn was ground on a hammer mill using a 1 mm sieve. The water content of ground corn was 12% by weight, and the starch content of ground corn was 71.4% by weight on a dry corn basis. The α-amylase enzyme was Liquizyme® SC DS made by Novozymes (Franklinton, NC). The amount of ingredients used is: 61.8 kg ground corn (12% moisture), 147.3 kg tap water, 0.0109 kg Liquizyme in 1 kg water for the first α-amylase input (registered) A solution of SC DS, another solution of 0.0109 kg Liquizyme® SC DS in 1 kg water for the second α-amylase charge (after cooking stage). About 5 kg of H 2 O was added to the batch via steam condensate during the cooking stage. NaOH in 0.25kg in total (12.5 wt%) and 0.12kg of H 2 SO 4 (12.5 wt%) was added throughout the experiment in order to control the pH. The total amount of liquefied corn mash recovered was 216 kg.

最終的な液化されたトウモロコシマッシュスラリーの組成は、約7重量%の非溶解固体および93重量%の液体であると推定された。液相は、約19重量%(190g/L)の液化でんぷん(可溶性オリゴ糖)を含有していた。マッシュのレオロジーは、スラリーをその成分に分離する能力に関して重要である。マッシュ中の液相は、30℃で約5.5cPの粘度を有するニュートン流体であることが分かった。マッシュスラリーは、せん断速度に応じて、85℃で約10〜70cPの体積粘度を有するずり薄化(shear−thinning)流体であることが分かった。   The composition of the final liquefied corn mash slurry was estimated to be about 7 wt% undissolved solids and 93 wt% liquid. The liquid phase contained about 19% by weight (190 g / L) of liquefied starch (soluble oligosaccharide). The mash rheology is important with respect to the ability to separate the slurry into its components. The liquid phase in the mash was found to be a Newtonian fluid with a viscosity of about 5.5 cP at 30 ° C. The mash slurry was found to be a shear-thinning fluid having a volume viscosity of about 10-70 cP at 85 ° C., depending on the shear rate.

209kg(190L)の液化されたマッシュを、Alfa Lavalディスク−スタック分離ボウル(split−bowl)遠心分離機を用いて遠心分離した。遠心分離機を、連続した供給、連続した遠心分離液排出、およびウェットケーキのバッチ排出を含むセミバッチモードで運転した。液化されたトウモロコシマッシュを、1L/分の速度で連続して供給し、浄化された遠心分離液を連続して除去し、ウェットケーキを4分ごとに定期的に排出した。ディスクスタックからの固体の適切な排出間隔を決定するために、ディスクスタックに供給されるマッシュの試料を、高速の実験用遠心分離機で遠心分離した。マッシュ(48.5g)を、室温で約10分間、11,000rpm(約21,000g’s)で回転させた。浄化された遠心分離液(36.1g)および12.4gのペレット(ウェットケーキ)を回収した。浄化された遠心分離液は、約0.3重量%の非溶解固体を含有し、ペレット(ウェットケーキ)は、約27重量%の非溶解固体を含有していたことが分かった。このデータに基づいて、4分間の排出間隔を、ディスクスタック遠心分離機の運転のために選択した。   209 kg (190 L) of liquefied mash was centrifuged using an Alfa Laval disc-split-bow centrifuge. The centrifuge was operated in semi-batch mode including continuous feed, continuous centrifuge discharge, and wet cake batch discharge. The liquefied corn mash was continuously fed at a rate of 1 L / min, the clarified centrifuge liquid was continuously removed, and the wet cake was discharged periodically every 4 minutes. In order to determine the proper discharge interval for solids from the disk stack, the mash sample fed to the disk stack was centrifuged in a high speed laboratory centrifuge. Mash (48.5 g) was spun at 11,000 rpm (about 21,000 g's) at room temperature for about 10 minutes. A clarified centrifuge (36.1 g) and 12.4 g pellet (wet cake) were recovered. The clarified centrifuge was found to contain about 0.3 wt.% Undissolved solids and the pellet (wet cake) contained about 27 wt.% Undissolved solids. Based on this data, a 4 minute discharge interval was selected for operation of the disk stack centrifuge.

ディスクスタック遠心分離機を、1L/分の液化されたトウモロコシマッシュ供給速度および約60℃で、9000rpm(6100g’s)で運転した。マッシュ(209kg)を、155kgの浄化された遠心分離液と、55kgのウェットケーキとに分離した。半連続ディスクスタックによって得られる、(遠心分離液の量)/(供給されるマッシュの量)として定義されるスプリット(split)は、バッチ式遠心分離機において得られるスプリットと同様であった。6100g’s、1L/分の供給速度、および4分間の排出間隔で運転されるディスクスタックセミバッチ式遠心分離機のスプリットは、(155kg/209kg)=74%であり、21,000g’sで10分間運転される実験用のバッチ式遠心分離機のスプリットは、(36.1g/48.5g)=74%であった。   The disc stack centrifuge was operated at 9000 rpm (6100 g's) at a liquefied corn mash feed rate of 1 L / min and about 60 ° C. Mash (209 kg) was separated into 155 kg of purified centrifuge and 55 kg of wet cake. The split defined by (amount of centrifuge) / (amount of mash fed) obtained by a semi-continuous disk stack was similar to the split obtained in a batch centrifuge. The split of a disc stack semi-batch centrifuge operated at 6100 g's, a feed rate of 1 L / min, and a discharge interval of 4 minutes is (155 kg / 209 kg) = 74%, at 21,000 g's The split of the experimental batch centrifuge operated for 10 minutes was (36.1 g / 48.5 g) = 74%.

ディスクスタック遠心分離から回収される浄化された遠心分離液の45mLの試料を、実験用遠心分離機において21,000g’sで10分間回転させて、遠心分離液中の懸濁固体のレベルを推定した。約0.15〜0.3gの非溶解固体を、45mLの遠心分離液から回収した。これは、遠心分離液中の0.3〜0.7重量%の非溶解固体に相当し、これは、遠心分離機に供給されるマッシュからの非溶解固体の約10倍の減少である。発酵前にトウモロコシマッシュから懸濁固体を除去するために、抽出発酵の際に存在する非溶解固体のレベルが、いくつかの固/液分離デバイスまたはデバイスの組合せを用いて、1桁減少される場合、DDGSを介したISPR抽出溶媒損失が、約1桁減少され得ると仮定することが妥当である。DDGSを介した溶媒損失を最小限に抑えることは、抽出発酵プロセスの経済性およびDDGS品質の重要な要因である。   A 45 mL sample of the purified centrifuge collected from the disk stack centrifuge is spun for 10 minutes at 21,000 g's in a laboratory centrifuge to estimate the level of suspended solids in the centrifuge. did. About 0.15-0.3 g of undissolved solid was recovered from 45 mL of centrifuge. This corresponds to 0.3-0.7 wt% undissolved solids in the centrifuge, which is about a 10-fold reduction of undissolved solids from the mash fed to the centrifuge. In order to remove suspended solids from corn mash prior to fermentation, the level of undissolved solids present during extractive fermentation is reduced by an order of magnitude using several solid / liquid separation devices or device combinations. In cases, it is reasonable to assume that the ISPR extraction solvent loss via DDGS can be reduced by about an order of magnitude. Minimizing solvent loss via DDGS is an important factor in the economics and DDGS quality of the extractive fermentation process.

実施例9
ISPR抽出溶媒の損失に対する非溶解固体の除去の影響−ボトル回転試験
この実施例は、遠心分離機を用いて、発酵前にトウモロコシマッシュから非溶解固体を除去することによって、抽出発酵プロセスによって生成されるDDGSを介した溶媒の損失を減少させる可能性を示す。
Example 9
Effect of Removal of Undissolved Solids on ISPR Extraction Solvent Loss-Bottle Rotation Test This example is generated by an extractive fermentation process by removing undissolved solids from corn mash prior to fermentation using a centrifuge. Shows the potential to reduce solvent loss through DDGS.

実験室規模のボトル回転試験を、液化されたトウモロコシマッシュを用いて行った。試験は、商業的なエタノール(EtOH)プラント中の全蒸留廃液から非溶解固体を除去するのに使用される典型的なデカンター遠心分離機の運転条件をシミュレートするものである。商業的なEtOHプラントにおけるデカンター遠心分離機は、通常、約3000g’sの相対遠心力(RCF)および約30秒間の全蒸留廃液滞留時間で運転される。これらの遠心分離機は、通常、約5%〜6%の懸濁固体(ビール塔の後)を含有する全蒸留廃液中の懸濁固体の約90%を除去し、約0.5%の懸濁固体を含有する希薄な蒸留廃液が得られる。   A laboratory scale bottle rotation test was performed using liquefied corn mash. The test simulates the operating conditions of a typical decanter centrifuge used to remove undissolved solids from the total distillation waste in a commercial ethanol (EtOH) plant. Decanter centrifuges in commercial EtOH plants are typically operated with a relative centrifugal force (RCF) of about 3000 g's and a total distillation waste residence time of about 30 seconds. These centrifuges typically remove about 90% of the suspended solids in the total distillation effluent containing about 5% to 6% suspended solids (after the beer tower) and about 0.5% A dilute distillation waste liquid containing suspended solids is obtained.

液化されたトウモロコシマッシュを、実施例6に記載されるプロトコルにしたがって作製した。約10mLのマッシュを遠心分離機管に入れた。試料を、合計1分間、約3000g’sのRCF(4400rpmのローター速度)で遠心分離した。試料を、遠心分離機の加速および減速により、3000g’sで約30〜40秒間および3000g’s未満の速度で合計20〜30秒間経過させた。試料温度は約60℃であった。   A liquefied corn mash was made according to the protocol described in Example 6. About 10 mL of mash was placed in a centrifuge tube. Samples were centrifuged at approximately 3000 g's RCF (4400 rpm rotor speed) for a total of 1 minute. Samples were allowed to elapse for about 30-40 seconds at 3000 g's and at a speed of less than 3000 g's for a total of 20-30 seconds with centrifuge acceleration and deceleration. The sample temperature was about 60 ° C.

約7重量%の懸濁固体を含有する10mLのマッシュを、約6.25mLの浄化された遠心分離液と、3.75mLのウェットケーキ(遠心分離機管の底部におけるペレット)とに分離した。ボトル回転試験によって得られる、(遠心分離液の量)/(投入される元のマッシュの量)として定義されるスプリットは、約62%であった。浄化された遠心分離液は、約0.5重量%の懸濁固体を含有し、これは、元のマッシュ中の懸濁固体のレベルと比較して懸濁固体中では10倍を超える減少であることが分かった。浄化されたペレットは、約18重量%の懸濁固体を含有していたことも分かった。   A 10 mL mash containing about 7% by weight suspended solids was separated into about 6.25 mL clarified centrifuge and 3.75 mL wet cake (pellet at the bottom of the centrifuge tube). The split defined by (amount of centrifuge) / (amount of original mash charged) obtained by the bottle rotation test was about 62%. The clarified centrifuge contains about 0.5% by weight suspended solids, which is a reduction of more than 10 times in suspended solids compared to the level of suspended solids in the original mash. I found out. It was also found that the clarified pellets contained about 18% by weight suspended solids.

表5は、商業的なEtOHプロセスにおいて全蒸留廃液を希薄な蒸留廃液に転化するデカンター遠心分離機の運転の典型的な条件でのボトル回転試験の懸濁(非溶解)固体の物質収支をまとめたものである。表5に示される全ての値は概算値である。   Table 5 summarizes the mass balance of suspended (non-dissolved) solids in a bottle rotation test under typical conditions of operation of a decanter centrifuge that converts total distillate to dilute distillate in a commercial EtOH process. It is a thing. All values shown in Table 5 are approximate values.

Figure 2013528400
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遠心分離液は、約190g/Lの溶解されたオリゴ糖(液化でんぷん)を含有していたことも分かった。これは、使用されるトウモロコシ充填量(乾燥トウモロコシ基準で約26重量%)および液化されたマッシュ(乾燥トウモロコシ基準で約71.4重量%のでんぷん)を生成するのに使用されるトウモロコシにおけるでんぷん含量に基づいて、磨砕トウモロコシ中のでんぷんの大部分が液化プロセスにおいて液化された(すなわち、可溶性オリゴ糖に加水分解された)という仮定と一致する。26%の乾燥トウモロコシ充填量における磨砕トウモロコシ中のでんぷんの大部分を加水分解すると、ボトル回転試験に使用される遠心分離機に投入される液化されたトウモロコシマッシュ中の約7重量%の懸濁(非溶解)固体が得られる。   It was also found that the centrifuge solution contained about 190 g / L of dissolved oligosaccharide (liquefied starch). This is the starch content in the corn used to produce the corn filling used (about 26% by weight on a dry corn basis) and the liquefied mash (about 71.4% by weight starch on a dry corn basis). Is consistent with the assumption that the majority of starch in ground corn was liquefied in the liquefaction process (ie, hydrolyzed to soluble oligosaccharides). Hydrolysis of most of the starch in ground corn at a dry corn loading of 26% results in a suspension of about 7% by weight in the liquefied corn mash that is fed into the centrifuge used for the bottle rotation test. A (non-dissolved) solid is obtained.

浄化された遠心分離液が、わずか約0.5重量%の非溶解固体を含有していたことは、ボトル回転試験に使用される条件が、投入されるマッシュからの非溶解固体の10倍を超える減少をもたらしたことを示す。この同じ固体除去性能が発酵前に連続デカンター遠心分離機によって得られる場合、DDGS中のISPR抽出溶媒損失が、約1桁減少され得ると仮定することが妥当である。DDGSを介した溶媒損失を最小限に抑えることは、抽出発酵プロセスの経済性およびDDGS品質の重要な要因である。   The purified centrifuge liquid contained only about 0.5% by weight of undissolved solids because the conditions used for the bottle rotation test exceeded 10 times the undissolved solids from the input mash. Indicates that it has resulted in a decrease that exceeds. If this same solid removal performance is obtained by a continuous decanter centrifuge before fermentation, it is reasonable to assume that the ISPR extraction solvent loss in DDGS can be reduced by about an order of magnitude. Minimizing solvent loss via DDGS is an important factor in the economics and DDGS quality of the extractive fermentation process.

実施例10
非溶解固体を除去することによるトウモロコシ油の除去
この実施例は、発酵前に非溶解固体を除去することによって、トウモロコシマッシュからトウモロコシ油を除去および回収する可能性を示す。抽出溶媒の有効性は、トウモロコシ油が、非溶解固体の除去によって除去される場合に向上され得る。さらに、非溶解固体の除去によるトウモロコシ油の除去により、溶媒分配係数の減少を最小限に抑えることができ、向上した抽出発酵プロセスが得られる可能性もある。
Example 10
Removal of corn oil by removing undissolved solids This example demonstrates the potential to remove and recover corn oil from corn mash by removing undissolved solids prior to fermentation. The effectiveness of the extraction solvent can be improved when corn oil is removed by removal of undissolved solids. Furthermore, removal of corn oil by removal of undissolved solids can minimize the reduction in solvent partition coefficient and may result in an improved extractive fermentation process.

約1000gの液化されたトウモロコシマッシュを、1Lのガラスの被覆された樹脂ケトル中で調製した。ケトルは、機械的撹拌、温度制御、およびpH制御を備えていた。以下のプロトコルを使用した:磨砕トウモロコシを水道水と混合し(乾燥量基準で26重量%のトウモロコシ)、スラリーを、撹拌しながら55℃まで加熱し、NaOHまたはHSOのいずれかを用いてpHを5.8に調整し、α−アミラーゼ(乾燥トウモロコシ基準で0.02重量%)を加え、85℃まで加熱し続け、pHを5.8に調整し、pHを5.8に保ちながら85℃で2時間保持し、25℃に冷却した。使用されるトウモロコシは、Pioneer製の全粒イエローコーン(3335)であった。トウモロコシを、1mmのふるいを用いて、ハンマーミルで磨砕した。磨砕トウモロコシの水分含量は約11.7重量%であり、磨砕トウモロコシのでんぷん含量は、乾燥トウモロコシ基準で約71.4重量%であった。α−アミラーゼ酵素は、Novozymes(Franklinton,NC)製のLiquozyme(登録商標)SC DSであった。使用される成分の総量は:294.5gの磨砕トウモロコシ(11.7%の水分)、705.5gの水道水、および0.059gのLiquozyme(登録商標)SC DSであった。酵素を希釈するために水(4.3g)を加え、pHを制御するために合計2.3gの20%のNaOH溶液を加えた。約952gのマッシュを回収した。 About 1000 g of liquefied corn mash was prepared in a 1 L glass coated resin kettle. The kettle was equipped with mechanical agitation, temperature control, and pH control. The following protocol was used: ground corn was mixed with tap water (26 wt% corn on a dry basis) and the slurry was heated to 55 ° C. with stirring and either NaOH or H 2 SO 4 was added. Use to adjust the pH to 5.8, add α-amylase (0.02 wt% based on dry corn), continue to heat to 85 ° C, adjust the pH to 5.8, and adjust the pH to 5.8 While maintaining, the temperature was maintained at 85 ° C. for 2 hours and cooled to 25 ° C. The corn used was a whole grain yellow corn (3335) from Pioneer. Corn was ground on a hammer mill using a 1 mm sieve. The moisture content of ground corn was about 11.7% by weight, and the starch content of ground corn was about 71.4% by weight on a dry corn basis. The α-amylase enzyme was Liquizyme® SC DS made by Novozymes (Franklinton, NC). The total amount of ingredients used was: 294.5 g ground corn (11.7% moisture), 705.5 g tap water, and 0.059 g Liquizyme® SC DS. Water (4.3 g) was added to dilute the enzyme and a total of 2.3 g of 20% NaOH solution was added to control the pH. About 952 g of mash was recovered.

液化されたトウモロコシマッシュを、40℃で30分間、5000rpm(7260g’s)で遠心分離して、オリゴ糖の水溶液から非溶解固体を除去した。遠心分離によって固体を除去すると、水相の上部の別個の有機液体層としてフリートウモロコシ油も除去される。約1.5gのトウモロコシ油を、水相の上部に浮遊する有機層から回収した。液化されたマッシュを生成するのに使用される磨砕トウモロコシは、乾燥トウモロコシ基準で約3.5重量%のトウモロコシ油を含有していたことが、ヘキサン抽出によって分かった。これは、磨砕トウモロコシを含む、液化プロセスに供給される約9gのトウモロコシ油に相当する。   The liquefied corn mash was centrifuged at 5000 rpm (7260 g's) for 30 minutes at 40 ° C. to remove undissolved solids from the oligosaccharide aqueous solution. Removing solids by centrifugation also removes free corn oil as a separate organic liquid layer on top of the aqueous phase. About 1.5 g of corn oil was recovered from the organic layer suspended above the aqueous phase. It was found by hexane extraction that the ground corn used to produce the liquefied mash contained about 3.5 wt% corn oil on a dry corn basis. This corresponds to about 9 g of corn oil fed to the liquefaction process, including ground corn.

トウモロコシ油を液化されたマッシュから回収した後、オリゴ糖の水溶液をデカントして、ウェットケーキから取り除いた。約617gの液化でんぷん溶液を回収したところ、約334gのウェットケーキが残った。ウェットケーキは、液化されたマッシュ中にあった非溶解固体の大部分を含有していた。液化でんぷん溶液は、約0.2重量%の非溶解固体を含有していた。ウェットケーキは、約21重量%の非溶解固体を含有していた。ウェットケーキを1000gの水道水で洗浄して、ケーキ中に残っているオリゴ糖を除去した。ケーキを水と混合して、スラリーを形成することによって、これを行った。次に、洗浄された固体を回収するために、元のマッシュを遠心分離するのに使用されるのと同じ条件下でスラリーを遠心分離した。洗浄スラリーを遠心分離することによって洗浄された固体を除去すると、液化されたマッシュから生成される元のウェットケーキとともに残っているはずのいくらかのさらなるフリートウモロコシ油も除去された。このさらなるトウモロコシ油は、遠心分離された洗浄混合物の水相の上部における別個の薄い有機液体層として観察された。約1gのさらなるトウモロコシ油を洗浄プロセスから回収した。   After the corn oil was recovered from the liquefied mash, the oligosaccharide aqueous solution was decanted and removed from the wet cake. When about 617 g of liquefied starch solution was recovered, about 334 g of wet cake remained. The wet cake contained most of the undissolved solid that was in the liquefied mash. The liquefied starch solution contained about 0.2% by weight of undissolved solids. The wet cake contained about 21% by weight undissolved solids. The wet cake was washed with 1000 g of tap water to remove the oligosaccharide remaining in the cake. This was done by mixing the cake with water to form a slurry. The slurry was then centrifuged under the same conditions used to centrifuge the original mash to recover the washed solid. Removal of the washed solids by centrifuging the wash slurry also removed some additional free corn oil that would have remained with the original wet cake produced from the liquefied mash. This additional corn oil was observed as a separate thin organic liquid layer at the top of the aqueous phase of the centrifuged wash mixture. Approximately 1 g of additional corn oil was recovered from the washing process.

湿潤固体を、毎回1000gの水道水を用いてさらに2回洗浄して、液化でんぷんの実質的に全てを除去した。目視可能なさらなるトウモロコシ油は、マッシュ固体の2回目および3回目の水洗浄から除去されなかった。最終的な洗浄固体を、真空オーブン中で一晩、80℃および約20水銀柱インチの真空下で乾燥させた。乾燥固体中に残っている(おそらく胚芽中に残っている)トウモロコシ油の量を、ヘキサン抽出によって測定した。比較的乾燥した固体(約2重量%の水分)の3.60gの試料が、0.22gのトウモロコシ油を含有していたことが測定された。この結果は、乾燥固体のg当たり0.0624gのトウモロコシ油に相当する。これは、湿潤固体中に残留オリゴ糖がないことを意味する洗浄された固体の場合であった。液化されたトウモロコシマッシュを遠心分離して、フリートウモロコシ油の層およびオリゴ糖の水溶液をウェットケーキから分離した後、約21重量%の非溶解固体を含有する約334gのウェットケーキが残っていたことが分かった。これは、約70.1gの非溶解固体を含むウェットケーキに相当する。乾燥固体のg当たり0.0624gのトウモロコシ油において、ウェットケーキ中の固体は、約4.4gのトウモロコシ油を含有するはずである。   The wet solid was washed twice more with 1000 g of tap water each time to remove substantially all of the liquefied starch. No further visible corn oil was removed from the second and third water wash of the mash solid. The final washed solid was dried in a vacuum oven overnight at 80 ° C. and approximately 20 inches of mercury vacuum. The amount of corn oil remaining in the dry solid (possibly remaining in the germ) was measured by hexane extraction. It was determined that a 3.60 g sample of a relatively dry solid (about 2 wt% moisture) contained 0.22 g of corn oil. This result corresponds to 0.0624 g corn oil per g dry solid. This was the case for the washed solid, which meant no residual oligosaccharide in the wet solid. After the liquefied corn mash was centrifuged to separate the layer of free corn oil and the aqueous solution of oligosaccharides from the wet cake, there remained about 334 g of wet cake containing about 21 wt% undissolved solids. I understood. This corresponds to a wet cake containing about 70.1 g of undissolved solids. At 0.0624 grams of corn oil per gram of dry solids, the solids in the wet cake should contain about 4.4 grams of corn oil.

要約すると、液化されたマッシュを遠心分離することによって、約1.5gのフリートウモロコシ油を回収した。マッシュから生成される元のウェットケーキを洗浄するために生成された第1の(水)洗浄スラリーを遠心分離することによって、さらなる1gのフリートウモロコシ油を回収した。最終的に、洗浄された固体が、約4.4gのトウモロコシ油を依然として含有していたことが分かった。液化に投入されたトウモロコシが、約9gのトウモロコシ油を含有していたことも分かった。したがって、合計6.9gのトウモロコシ油を以下のプロセス工程から回収した:液化、液化されたマッシュからの固体の除去、マッシュからの固体の洗浄、および最終的な洗浄された固体。その結果、液化に供給されるトウモロコシ中の全トウモロコシ油の約76%を、本明細書に記載される液化および固体除去プロセス中に回収した。   In summary, about 1.5 g of free corn oil was recovered by centrifuging the liquefied mash. An additional 1 g of free corn oil was recovered by centrifuging the first (water) wash slurry produced to wash the original wet cake produced from the mash. Finally, it was found that the washed solid still contained about 4.4 g of corn oil. It was also found that the corn charged to liquefaction contained about 9 g of corn oil. Thus, a total of 6.9 g of corn oil was recovered from the following process steps: liquefaction, removal of solids from the liquefied mash, washing of the solids from the mash, and final washed solids. As a result, approximately 76% of the total corn oil in the corn fed to liquefaction was recovered during the liquefaction and solids removal process described herein.

実施例11
糖源としてマッシュおよび遠心分離液を用いた抽出発酵
この実施例は、糖源としてトウモロコシマッシュおよびトウモロコシマッシュ遠心分離液を用いて行われる抽出発酵を説明する。発酵前にトウモロコシマッシュから非溶解固体を除去することによって、トウモロコシマッシュ遠心分離液を生成した。4つの抽出発酵を、並行して行い、2つは、液化されたトウモロコシマッシュを糖源(固体を除去したもの)として用い、2つは、非溶解固体の大部分を液化されたトウモロコシマッシュから除去することによって得られる液化されたマッシュ遠心分離液(オリゴ糖の水溶液)を用いた。オレイルアルコール(OA)を発酵の2つ(1つは固体を含み、1つは固体を除去したもの)に加えて、生成物が形成されるにつれて生成物(i−BuOH)をブロスから抽出した。トウモロコシ油脂肪酸(COFA)の混合物を、発酵の他の2つ(1つは固体を含み、1つは固体を除去したもの)に加えて、生成物が形成されるにつれて生成物をブロスから抽出した。トウモロコシ油を加水分解することによってCOFAを作製した。これらの発酵の目的は、溶媒とブロスとの間の相分離に対する固体の除去の影響を試験すること(実施例11を参照)および固体を除去したまたは除去しなかった発酵ブロスから回収される非溶解固体に捕捉される残留溶媒の量を測定すること(実施例12を参照)であった。
Example 11
Extraction Fermentation Using Mash and Centrifugation as Sugar Source This example illustrates extraction fermentation performed using corn mash and corn mash centrifuge as a sugar source. A corn mash centrifuge was produced by removing undissolved solids from the corn mash prior to fermentation. Four extractive fermentations were performed in parallel, two using liquefied corn mash as a sugar source (with the solids removed) and two from the liquefied corn mash with the majority of the undissolved solids A liquefied mash centrifuge (oligosaccharide aqueous solution) obtained by removal was used. Oleyl alcohol (OA) was added to two of the fermentations (one containing solids and one with the solids removed) and the product (i-BuOH) was extracted from the broth as the product was formed . Add a mixture of corn oil fatty acids (COFA) to the other two of the fermentations (one containing solids and one removing the solids) and extracting the product from the broth as the product is formed did. COFA was made by hydrolyzing corn oil. The purpose of these fermentations is to test the effect of solid removal on the phase separation between solvent and broth (see Example 11) and to recover non-recovered fermentation broth from which solids have been removed or not removed. It was to measure the amount of residual solvent trapped by the dissolved solid (see Example 12).

液化されたトウモロコシマッシュの調製
約31kgの液化されたトウモロコシマッシュを、30Lの被覆されたガラス樹脂ケトル中で調製した。反応器は、機械的撹拌、温度制御、およびpH制御を備えていた。使用されるプロトコルは以下のとおりであった:磨砕トウモロコシを水道水と混合し(乾燥量基準で40重量%のトウモロコシ)、スラリーを、250rpmで撹拌しながら55℃まで加熱し、NaOHまたはHSOのいずれかを用いてpHを5.8に調整し、α−アミラーゼの希薄水溶液(乾燥トウモロコシ基準で0.16重量%)を加え、55℃で60分間保持し、95℃まで加熱し、pHを5.8に調整し、pHを5.8に保ちながら95℃で120分間保持して、液化を完了させた。汚染を防止するために、マッシュを滅菌した遠心分離機ボトルに移した。
Preparation of liquefied corn mash Approximately 31 kg of liquefied corn mash was prepared in a 30 L coated glass resin kettle. The reactor was equipped with mechanical stirring, temperature control, and pH control. The protocol used was as follows: ground corn was mixed with tap water (40 wt% corn on a dry basis) and the slurry was heated to 55 ° C. with stirring at 250 rpm and either NaOH or H Adjust the pH to 5.8 using 2 SO 4 , add a dilute α-amylase solution (0.16 wt% based on dry corn), hold at 55 ° C for 60 minutes, and heat to 95 ° C Then, the pH was adjusted to 5.8, and kept at 95 ° C. for 120 minutes while maintaining the pH at 5.8 to complete the liquefaction. The mash was transferred to a sterile centrifuge bottle to prevent contamination.

使用されるトウモロコシは、Pioneer製の全粒イエローコーンであった。トウモロコシを、1mmのふるいを用いて、パイロット規模のハンマーミルで磨砕した。磨砕トウモロコシの水分含量は約12重量%であり、磨砕トウモロコシのでんぷん含量は、乾燥トウモロコシ基準で約71.4重量%であった。使用されるα−アミラーゼ酵素は、Spezyme(登録商標)Fred−L(Genencor(登録商標),Palo Alto,CA)であった。使用される成分の量は:14.1kgの磨砕トウモロコシ(12%の水分)、16.9kgの水道水、2.0kgの水中の19.5gのSpezyme(登録商標)Fred−Lからなるα−アミラーゼの溶液であった。α−アミラーゼを滅菌ろ過した。pHを制御するために、合計0.21kgのNaOH(17重量%)を実験全体にわたって加えた。   The corn used was a whole yellow corn from Pioneer. Corn was ground on a pilot scale hammer mill using a 1 mm sieve. The water content of ground corn was about 12% by weight, and the starch content of ground corn was about 71.4% by weight on a dry corn basis. The α-amylase enzyme used was Spezyme® Fred-L (Genencor®, Palo Alto, Calif.). The amount of ingredients used is: α consisting of 14.1 kg ground corn (12% moisture), 16.9 kg tap water, 19.5 g Spezyme® Fred-L in 2.0 kg water -It was a solution of amylase. α-Amylase was sterile filtered. A total of 0.21 kg NaOH (17 wt%) was added throughout the experiment to control the pH.

液化されたトウモロコシマッシュは、全てのでんぷんが液化中に加水分解されたと仮定して、使用されるトウモロコシ充填量、トウモロコシのでんぷん含量を基準にして、約28重量%(約280g/L)の液化でんぷんを含有していたことが推定された。マッシュを、発酵に必要とされるより高濃度のオリゴ糖を用いて調製して、栄養、接種材料、グルコアミラーゼ、および基剤を初期の発酵ブロスに加えるときに希釈を可能にした。栄養、接種材料、グルコアミラーゼ、および基剤の添加によって希釈した後、マッシュ(固体を除去していないもの)中の予測される全初期可溶性糖は約250g/Lであった。   The liquefied corn mash is about 28 wt.% (About 280 g / L) of liquefaction, based on the corn filling used and the starch content of the corn, assuming that all starch has been hydrolyzed during liquefaction. It was estimated that it contained starch. Mash was prepared with a higher concentration of oligosaccharides required for fermentation to allow dilution when nutrients, inoculum, glucoamylase, and base were added to the initial fermentation broth. After dilution by addition of nutrients, inoculum, glucoamylase, and base, the expected total initial soluble sugar in the mash (which did not remove the solids) was about 250 g / L.

約13.9kgの液化されたマッシュを、6つの1Lのボトルを含むボトル遠心分離機を用いて遠心分離した。遠心分離機を、室温で20分間、5000rpm(7260RCF)で運転した。マッシュを、約5.5kgの浄化された遠心分離液と、約8.4kgのウェットケーキ(遠心分離機ボトルの底部におけるペレット)とに分離した。(遠心分離液の量)/(供給されるマッシュの量)として定義されるスプリットは、約(5.5kg/13.9kg)=40%であった。   About 13.9 kg of liquefied mash was centrifuged using a bottle centrifuge containing six 1 L bottles. The centrifuge was operated at 5000 rpm (7260 RCF) for 20 minutes at room temperature. The mash was separated into about 5.5 kg of clarified centrifuge and about 8.4 kg of wet cake (pellet at the bottom of the centrifuge bottle). The split, defined as (amount of centrifuge) / (amount of mash supplied) was about (5.5 kg / 13.9 kg) = 40%.

後述される2010Y034および2010Y036発酵に投入されるマッシュから固体を除去しなかった。発酵2010Y033および2010Y035(後述もされている)に投入される遠心分離液を、上記のプロトコルにしたがって懸濁固体の大部分をマッシュから(遠心分離によって)除去することによって生成した。   Solids were not removed from the mash charged to the 2010Y034 and 2010Y036 fermentations described below. Centrifugation into the fermentations 2010Y033 and 2010Y035 (also described below) was generated by removing most of the suspended solids from the mash (by centrifugation) according to the protocol described above.

発酵の一般的な方法
シードフラスコ増殖(Seed Flask Growth)
pdc1が欠損した、pdc5が欠損した、およびpdc6が欠損した、炭水化物源からイソブタノールを生成するように改変されたサッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)株を、凍結された培地からのシードフラスコ中で0.55〜1.1g/L dcw(OD600 1.3〜2.6−Thermo Helios α Thermo Fisher Scientific Inc.,Waltham,Massachusetts)まで増殖させた。培地を、300rpmで回転する培養器中、26℃で増殖させた。凍結した培地を−80℃で予め貯蔵した。第1のシードフラスコ培地の組成は以下のとおりであった:
3.0g/Lのデキストロース
3.0g/Lの無水エタノール
3.7g/LのForMedium(商標)Synthetic Complete Amino Acid(Kaiser)Drop−Out:HISなし、URAなし(参照番号DSCK162CK)
アミノ酸を含まない6.7g/LのDifco Yeast Nitrogen Base(番号291920)。
General Methods for Fermentation Seed Flask Growth
Saccharomyces cerevisiae strains modified to produce isobutanol from carbohydrate sources, dpc1 deficient, pdc5 deficient, and pdc6 deficient, were seeded in seed flasks from frozen medium. Growing to .55-1.1 g / L dcw (OD 600 1.3-2.6-Thermo Helios α Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, Massachusetts). The medium was grown at 26 ° C. in an incubator rotating at 300 rpm. The frozen medium was pre-stored at -80 ° C. The composition of the first seed flask medium was as follows:
3.0 g / L dextrose 3.0 g / L absolute ethanol 3.7 g / L ForMedium ™ Synthetic Complete Amino Acid (Kaiser) Drop-Out: no HIS, no URA (reference number DSCK162CK)
6.7 g / L Difco Yeast Nitrogen Base (No. 291920) without amino acids.

第1のシードフラスコ培地からの12ミリリットルを、2Lのフラスコに移し、300rpmで回転する培養器中、30℃で増殖させた。第2のシードフラスコは、220mLの以下の培地を有する:
30.0g/Lのデキストロース
5.0g/Lの無水エタノール
3.7g/LのForMedium(商標)Synthetic Complete Amino Acid(Kaiser)Drop−Out:HISなし、URAなし(参照番号DSCK162CK)
アミノ酸を含まない6.7g/LのDifco Yeast Nitrogen Base(番号291920)
pH5.5〜6.0に滴定された0.2MのMES緩衝液。
12 milliliters from the first seed flask medium was transferred to a 2 L flask and grown at 30 ° C. in an incubator rotating at 300 rpm. The second seed flask has 220 mL of the following medium:
30.0 g / L dextrose 5.0 g / L absolute ethanol 3.7 g / L ForMedium ™ Synthetic Complete Amino Acid (Kaiser) Drop-Out: no HIS, no URA (reference number DSCK162CK)
6.7 g / L Difco Yeast Nitrogen Base without amino acid (No. 291920)
0.2 M MES buffer titrated to pH 5.5-6.0.

培地を、0.55〜1.1g/L dcw(OD600 1.3〜2.6)で増殖させた。200g/Lのペプトンおよび100g/Lの酵母抽出物を含有するさらなる30mLの溶液を、この細胞濃縮物に加えた。次に、さらなる300mLの0.2uMのろ過滅菌されたCognis、90〜95%のオレイルアルコールをフラスコに加えた。4g/L dcw超(OD600>10)まで培地を増殖させ続けてから、採取し、発酵に加えた。 The medium was grown at 0.55-1.1 g / L dcw (OD 600 1.3-2.6). An additional 30 mL solution containing 200 g / L peptone and 100 g / L yeast extract was added to the cell concentrate. Next, an additional 300 mL of 0.2 uM filter sterilized Cognis, 90-95% oleyl alcohol was added to the flask. Medium was continued to grow to> 4 g / L dcw (OD 600 > 10) before being harvested and added to the fermentation.

発酵調製
初期の発酵装置調製
ガラスの被覆された2Lの発酵装置(Sartorius AG,Goettingen,Germany)に、固体を含むかまたは固体を含まない液化されたマッシュ(遠心分離液)を投入した。pHプローブ(Hamilton Easyferm Plus K8、部品番号:238627、Hamilton Bonaduz AG,Bonaduz,Switzerland)を、Sartorius DCU−3 Control Tower Calibrationメニューによって較正した。pH=7でゼロ較正を行った。pH=4でスパン較正を行った。次に、プローブを、ステンレス鋼のヘッドプレートを通して発酵装置に入れた。溶解された酸素プローブ(pOプローブ)も、ヘッドプレートを通して発酵装置に入れた。栄養、シード培地、抽出溶媒、および基剤を送達するのに使用される管をヘッドプレートに取り付け、端部に箔を被せた(foil)。発酵装置全体をSteris(Steris Corporation,Mentor,Ohio)オートクレーブに入れ、液体サイクル中で30分間滅菌した。
Fermentation device preparation at the initial stage of fermentation preparation A liquefied mash (centrifugation solution) containing solids or not containing solids was charged into a 2 L fermentation device (Sartorius AG, Goettingen, Germany) coated with glass. A pH probe (Hamilton Easyferm Plus K8, part number: 238627, Hamilton Bondadz AG, Bondaduz, Switzerland) was calibrated by the Sartorius DCU-3 Control Tower Calibration menu. Zero calibration was performed at pH = 7. Span calibration was performed at pH = 4. The probe was then placed into the fermentor through a stainless steel head plate. A dissolved oxygen probe (pO 2 probe) was also placed in the fermentor through the head plate. Tubes used to deliver nutrients, seed medium, extraction solvent, and base were attached to the head plate and foiled at the ends. The entire fermentor was placed in a Steris (Steris Corporation, Mentor, Ohio) autoclave and sterilized in a liquid cycle for 30 minutes.

発酵装置をオートクレーブから取り出し、ロードセル上に設置した。ジャケット水供給および戻り管路を、それぞれ家庭用水および排水管(house water and clean drain)に連結した。流入水および流出水の配管を冷却する凝縮器を、7℃で運転される6Lの再循環温度浴に連結した。発酵装置からのガスを移送する通気管路を、Thermo質量分析計(Prima dB,Thermo Fisher Scientific Inc.,Waltham,Massachusetts)に連結された移送管路に連結した。スパージャ管路をガス供給管路に連結した。栄養、抽出溶媒、シード培地、および基剤を加えるための管を、ポンプを通して配管し(plumb)、しっかりと固定した。オートクレーブ材料、0.9% w/vのNaClを、液化されたマッシュを加える前に排出した。   The fermenter was removed from the autoclave and placed on the load cell. The jacket water supply and return lines were connected to household water and drain drain, respectively. A condenser for cooling the incoming and outgoing water lines was connected to a 6 L recirculation temperature bath operating at 7 ° C. A vent line for transferring gas from the fermenter was connected to a transfer line connected to a Thermo mass spectrometer (Prima dB, Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, Massachusetts). The sparger line was connected to the gas supply line. The tubes for adding nutrients, extraction solvent, seed medium, and base were plumbed through the pump and secured firmly. The autoclave material, 0.9% w / v NaCl, was drained before adding the liquefied mash.

液化後のリパーゼ処理
液化サイクルが完了した後(液化)、発酵装置温度を30℃の代わりに55℃に設定した。必要に応じて酸または塩基のボーラス添加を行うことによって、pHをpH=5.8に手作業で制御した。リパーゼ酵素原液を、最終的なリパーゼ濃度が10ppmになるように発酵装置に加えた。発酵装置を、55℃、300rpm、および0.3slpmのN重層(overlay)で6時間超にわたって保持した。リパーゼ処理が完了した後、発酵装置温度を30℃に設定した。
Lipase treatment after liquefaction After the liquefaction cycle was completed (liquefaction), the fermenter temperature was set to 55 ° C instead of 30 ° C. The pH was manually controlled to pH = 5.8 by adding an acid or base bolus as needed. The lipase enzyme stock solution was added to the fermenter so that the final lipase concentration was 10 ppm. The fermenter was held at 55 ° C., 300 rpm, and 0.3 slpm N 2 overlay for over 6 hours. After the lipase treatment was completed, the fermenter temperature was set to 30 ° C.

接種の前の栄養添加
接種の直前に7.0mL/L(接種後の体積)のエタノール(200プルーフ、無水)を加えた。接種の直前に20mg/Lの最終濃度になるようにチアミンを加えた。接種の直前に100mg/Lのニコチン酸を加えた。
Nutritional addition before inoculation 7.0 mL / L (volume after inoculation) of ethanol (200 proof, anhydrous) was added immediately before inoculation. Thiamine was added to a final concentration of 20 mg / L immediately before inoculation. Immediately before inoculation, 100 mg / L nicotinic acid was added.

発酵装置の接種
を発酵装置に加えながら、発酵装置pOプローブをゼロに較正した。発酵装置pOプローブを、300rpmにおける滅菌空気スパージを用いてそのスパンに較正した。第2のシードフラスコが4g/L dcw超になった後、発酵装置に接種した。振とうフラスコを培養器/振とう器から5分間取り出して、オレイルアルコール相と水相との相分離を可能にした。55mLの水相を滅菌した接種ボトルに移した。接種材料を、蠕動ポンプを通して発酵装置に注入した。
Fermenter inoculation The fermenter pO 2 probe was calibrated to zero while N 2 was added to the fermentor. The fermenter pO 2 probe was calibrated to its span using a sterile air sparge at 300 rpm. After the second seed flask was over 4 g / L dcw, the fermenter was inoculated. The shake flask was removed from the incubator / shaker for 5 minutes to allow phase separation between the oleyl alcohol phase and the aqueous phase. 55 mL of the aqueous phase was transferred to a sterile inoculation bottle. The inoculum was injected into the fermentor through a peristaltic pump.

接種後のオレイルアルコールまたはトウモロコシ油脂肪酸の添加
接種の直後に1L/L(接種後の体積)のオレイルアルコールまたはトウモロコシ油脂肪酸を加えた。
Addition of oleyl alcohol or corn oil fatty acid after inoculation Immediately after inoculation, 1 L / L (volume after inoculation) of oleyl alcohol or corn oil fatty acid was added.

発酵装置の運転条件
発酵装置を、増殖および生成段階全体について30℃で運転した。pHを、酸を全く加えずに5.7〜5.9のpHから5.2の制御設定点まで低下させた。増殖および生成段階の残りでは、水酸化アンモニウムを用いて、pHをpH=5.2に制御した。増殖および生成段階の残りでは、無菌の空気を、スパージャを介して、0.3slpmで発酵装置に加えた。DCU−3 Control Box PID制御ループによって、撹拌制御のみを用いて、撹拌器を最小で300rpmに設定し、最大で2000rpmに設定して、pOを、3.0%に制御されるように設定した。a−アミラーゼ(グルコアミラーゼ)を加えることによって、液化トウモロコシマッシュの同時糖化発酵によってグルコースを供給した。でんぷんが糖化に利用できる限り、グルコースを過剰(1〜50g/L)に保った。
Fermenter operating conditions The fermenter was operated at 30 ° C for the entire growth and production stage. The pH was lowered from a pH of 5.7-5.9 to a control set point of 5.2 without any acid added. For the remainder of the growth and production phase, ammonium hydroxide was used to control the pH to pH = 5.2. For the remainder of the growth and production phase, sterile air was added to the fermentor at 0.3 slpm through a sparger. With the DCU-3 Control Box PID control loop, using only agitation control, set the stirrer to 300 rpm minimum, set to 2000 rpm maximum, and set pO 2 to be controlled to 3.0% did. Glucose was supplied by simultaneous saccharification and fermentation of liquefied corn mash by adding a-amylase (glucoamylase). As long as starch was available for saccharification, the glucose was kept in excess (1-50 g / L).

分析
ガスの分析
処理空気を、Thermo Prima(Thermo Fisher Scientific Inc.,Waltham,Massachusetts)質量分析計で分析した。これは、滅菌してから各発酵装置に加えたのと同じ処理空気であった。各発酵装置のオフガスを、同じ質量分析計で分析した。このThermo Prima dBは、毎週月曜の午前6:00に較正チェックを実行する機能を有する。較正チェックを、質量分析器に関連するGas Works v1.0(Thermo Fisher Scientific Inc.,Waltham,Massachusetts)ソフトウェアによってスケジューリングした。較正されるガスは以下のとおりであった:
Analysis of Analyzed Gas Treated air was analyzed with a Thermo Prima (Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, Massachusetts) mass spectrometer. This was the same treated air that was sterilized and added to each fermentor. The off-gas of each fermentation apparatus was analyzed with the same mass spectrometer. The Thermo Primer dB has a function of executing a calibration check at 6:00 am every Monday. Calibration checks were scheduled by Gas Works v1.0 (Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, Massachusetts) software associated with the mass analyzer. The gas to be calibrated was as follows:

Figure 2013528400
Figure 2013528400

二酸化炭素を、他の公知のボトル入りのガスを用いて、較正サイクル中5%および15%でチェックした。酸素を、他の公知のボトル入りのガスを用いて15%でチェックした。各発酵装置のオフガスの分析に基づいて、ストリッピングされたイソブタノール、消費された酸素、およびオフガスに吸入された二酸化炭素の量を、質量分析計のモル分率分析および発酵装置に入るガス流量(質量流制御装置)を用いて測定した。1時間当たりのガス速度を計算し、次に、発酵の間のその速度を積分した。   Carbon dioxide was checked at 5% and 15% during the calibration cycle using other known bottled gases. Oxygen was checked at 15% using other known bottled gases. Based on the off-gas analysis of each fermentor, the amount of stripped isobutanol, consumed oxygen, and carbon dioxide inhaled into the off-gas is analyzed by mass fraction analysis of the mass spectrometer and the gas flow into the fermenter. Measurement was performed using a (mass flow controller). The gas rate per hour was calculated and then integrated during the fermentation.

バイオマスの測定
0.08%のTrypan Blue溶液を、1×PBSによる、NaCl(VWR BDH8721−0)中の0.4%のTrypan Blueの1:5の希釈液から調製した。1.0mLの試料を、発酵装置から引き抜き、1.5mLのEppendorf遠心分離機管に入れ、Eppendorf,5415において、14,000rpmで5分間遠心分離した。遠心分離の後、上部の溶媒層を、20〜200μLのBioHitピペット先端を有するm200 Variable Channel BioHitピペットを用いて除去した。溶媒と水層との間の層を除去しないように注意した。溶媒層を除去してから、試料を、2700rpmに設定されたVortex−Genie(登録商標)を用いて再懸濁した。
Biomass Measurement A 0.08% Trypan Blue solution was prepared from a 1: 5 dilution of 0.4% Trypan Blue in NaCl (VWR BDH8721-0) with 1 × PBS. A 1.0 mL sample was withdrawn from the fermentor, placed in a 1.5 mL Eppendorf centrifuge tube, and centrifuged at 14,000 rpm for 5 minutes in Eppendorf, 5415. After centrifugation, the upper solvent layer was removed using an m200 Variable Channel BioHit pipette with a 20-200 μL BioHit pipette tip. Care was taken not to remove the layer between the solvent and the aqueous layer. After removing the solvent layer, the sample was resuspended using Vortex-Genie® set at 2700 rpm.

細胞を血球計計数のための理想的な濃度にするために、一連の希釈が必要とされた。ODが10であった場合、理想的な量(20〜30)の細胞が平方当たり係数されるようにし得る0.5のODを得るために、1:20の希釈を行い得る。トウモロコシの固体による、希釈の不正確性を低下させるために、カットされた100〜1000μLのBioHitピペット先端を用いた複数回の希釈が必要とされた。先端が詰まるのを防いで開口を広げるために、約1cmを先端からカットした。1:20の最終的な希釈の場合、発酵試料および0.9%のNaCl溶液の初期の1:1の希釈を行った。次に、前の溶液および0.9%のNaCl溶液の1:1の希釈、次に、最終的に、前の溶液およびTrypan Blue溶液による1:5の希釈。試料を各希釈の間にボルテックスし、カットされた先端を0.9%のNaClおよびTrypan Blue溶液に入れてすすいだ。   A series of dilutions was required to bring the cells to the ideal concentration for hemacytometry. If the OD was 10, a 1:20 dilution could be made to obtain an OD of 0.5 that would allow an ideal amount (20-30) of cells to be factored per square. Multiple dilutions with cut 100-1000 μL BioHit pipette tips were required to reduce dilution inaccuracies due to corn solids. In order to prevent the tip from becoming clogged and widen the opening, about 1 cm was cut from the tip. For a final dilution of 1:20, an initial 1: 1 dilution of the fermentation sample and 0.9% NaCl solution was performed. Next, a 1: 1 dilution of the previous solution and 0.9% NaCl solution, then finally a 1: 5 dilution with the previous solution and Trypan Blue solution. Samples were vortexed between each dilution and the cut tip was rinsed into 0.9% NaCl and Trypan Blue solution.

カバースリップを、Hausser Scientific Bright−Line
1492、血球計の上部に注意深く入れた。2〜20μLのBioHitピペット先端を有するm20 Variable Channel BioHitピペットを用いて、10uLを、最終的なTrypan Blue希釈液から抜き取り、血球計に注入した。血球計を40倍の倍率のZeis Axioskop 40顕微鏡に設置した。中央の4分の1(center quadrant)を25個の方形に分割し、両方のチャンバーにおける4隅および中央の方形(center square)を計数し、記録した。両方のチャンバーを計数した後、平均値を取り、希釈係数(20)を乗算し、次に血球計における中央の4分の1における方形の数の25を乗算し、次に計数された4分の1の体積である0.0001mLで除算した。この計算の合計は、mL当たりの細胞の数である。
Coverslip with Hausser Scientific Bright-Line
1492, carefully placed on top of hemacytometer. Using an m20 Variable Channel BioHit pipette with a 2-20 μL BioHit pipette tip, 10 uL was withdrawn from the final Trypan Blue dilution and injected into the hemacytometer. The hemacytometer was placed on a Zeis Axioskop 40 microscope with a 40 × magnification. The center quadrant was divided into 25 squares and the four corners and the center square in both chambers were counted and recorded. After counting both chambers, take the average value, multiply by the dilution factor (20), then multiply by the square number 25 in the middle quarter in the hemacytometer, then count the 4 minutes The volume was divided by 0.0001 mL, which is the volume of 1. The sum of this calculation is the number of cells per mL.

水相中の発酵生成物のLC分析
試料を処理の準備ができるまで冷蔵した。試料を、1時間冷蔵から取り出して、室温にした。約300uLの試料を、100〜1000μLのBioHitピペット先端を有するm1000 Variable Channel BioHitピペットを用いて、0.2umの遠心分離機フィルター(Nanosep MFの改造されたナイロン遠心分離機フィルター)に移し、次にEppendorf 5415Cを用いて、14,000rpmで5分間遠心分離した。約200uLのろ過された試料を、ポリマーフィート(feet)とともに250uLのガラス容器挿入部(insert)を備えた1.8オートサンプラー容器に移した。PTFE隔壁を備えたねじ蓋を用いて容器に蓋をしてから、2700rpmに設定されたVortex−Genie(登録商標)を用いて試料をボルテックスした。
LC analysis of fermentation products in the aqueous phase Samples were refrigerated until ready for processing. Samples were removed from refrigeration for 1 hour and allowed to reach room temperature. Approximately 300 uL of sample is transferred to a 0.2 um centrifuge filter (a modified nylon centrifuge filter from Nanosep MF) using an m1000 Variable Channel BioHit pipette with a 100-1000 μL BioHit pipette tip, and then Centrifugation was performed at 14,000 rpm for 5 minutes using an Eppendorf 5415C. Approximately 200 uL of filtered sample was transferred to a 1.8 autosampler vessel equipped with a 250 uL glass vessel insert with polymer feet. The vessel was capped using a screw cap with a PTFE septum and the sample was vortexed using a Vortex-Genie® set at 2700 rpm.

次に、試料を、バイナリアイソクラティックポンプ、真空脱気装置、加熱されたカラム区画、サンプラー冷却システム、UV DAD検出器およびRI検出器を備えたAgilent 1200シリーズLCで実験した。使用されたカラムは、Bio−Rad Cation Hリフィル、30X4.6ガードカラムを備えたAminex HPX−87H,300 X 7.8であった。カラム温度は、0.01Nの硫酸の移動相を用いて、0.6mL/分の流量で40分間、40℃であった。結果を表6に示す。   The samples were then run on an Agilent 1200 series LC equipped with a binary isocratic pump, vacuum degasser, heated column compartment, sampler cooling system, UV DAD detector and RI detector. The column used was an Aminex HPX-87H, 300 × 7.8 with a Bio-Rad Cation H refill, 30 × 4.6 guard column. The column temperature was 40 ° C. for 40 minutes at a flow rate of 0.6 mL / min using a mobile phase of 0.01 N sulfuric acid. The results are shown in Table 6.

Figure 2013528400
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溶媒相中の発酵生成物のGC分析
試料を処理の準備ができるまで冷蔵した。試料を、1時間冷蔵から取り出して、室温にした。約150uLの試料を、100〜1000μLのBioHitピペット先端を有するm1000 Variable Channel BioHitピペットを用いて、ポリマーフィートとともに250uLのガラス容器挿入部を備えた1.8オートサンプラー容器に移した。PTFE隔壁を備えたねじ蓋を用いて容器に蓋をした。
GC analysis of the fermentation product in the solvent phase Samples were refrigerated until ready for processing. Samples were removed from refrigeration for 1 hour and allowed to reach room temperature. Approximately 150 uL of sample was transferred to a 1.8 autosampler vessel equipped with a 250 uL glass vessel insert with a polymer foot using an m1000 Variable Channel BioHit pipette with a 100-1000 μL BioHit pipette tip. The container was capped using a screw cap with a PTFE septum.

次に、試料を、7683B注入器およびG2614Aオートサンプラーを備えたAgilent 7890A GCで実験した。カラムは、HP−InnoWaxカラム(30m×0.32mmの内径、0.25μmのフィルム)であった。キャリアガスは、一定の上部圧力を用いて45℃で測定される1.5mL/分の流量でヘリウムであり;注入器スプリットは、225℃で1:50であり;オーブン温度は、1.5分間45℃、10℃/分で0分間、45℃〜160℃、次に29分間の実行時間について、35℃/分で14分間、230℃であった。炎イオン化検出を、40mL/分のヘリウムメイクアップガスを用いて260℃で使用した。結果を表7に示す。   The samples were then run on an Agilent 7890A GC equipped with a 7683B injector and a G2614A autosampler. The column was an HP-InnoWax column (30 m × 0.32 mm inner diameter, 0.25 μm film). The carrier gas is helium at a flow rate of 1.5 mL / min measured at 45 ° C. using a constant top pressure; the injector split is 1:50 at 225 ° C .; the oven temperature is 1.5 For a run time of 45 ° C. per minute for 0 minute at 10 ° C./minute, 45 ° C. to 160 ° C. and then 29 minutes, it was 230 ° C. for 14 minutes at 35 ° C./minute. Flame ionization detection was used at 260 ° C. with 40 mL / min helium makeup gas. The results are shown in Table 7.

Figure 2013528400
Figure 2013528400

脂肪酸ブチルエステルについて分析される試料を、7683B注入器およびG2614Aオートサンプラーを備えたAgilent 6890 GCで実験した。カラムは、HP−DB−FFAPカラム(15メートル×0.53mmの内径(Megabore)、1−ミクロンのフィルム厚さのカラム(30m×0.32mmの内径、0.25μmのフィルム)であった。キャリアガスは、一定の上部圧力を用いて45℃で測定される3.7mL/分の流量でヘリウムであり;注入器スプリットは、225℃で1:50であり;オーブン温度は、2.0分間100℃、10℃/分で100℃〜250℃、次に、26分間の実行時間について、9分間250℃であった。炎イオン化検出を、40mL/分のヘリウムメイクアップガスを用いて300℃で使用した。以下のGC標準(Nu−Chek Prep;Elysian,MN)を用いて、脂肪酸イソブチルエステル生成物:パルミチン酸イソ−ブチル、ステアリン酸イソ−ブチル、オレイン酸イソ−ブチル、リノール酸イソ−ブチル、リノレン酸イソ−ブチル、アラキドン酸イソ−ブチルの属性を確認した。   Samples analyzed for fatty acid butyl esters were run on an Agilent 6890 GC equipped with a 7683B injector and a G2614A autosampler. The column was an HP-DB-FFAP column (15 meter x 0.53 mm ID), 1-micron film thickness column (30 m x 0.32 mm ID, 0.25 μm film). The carrier gas is helium at a flow rate of 3.7 mL / min measured at 45 ° C. using a constant top pressure; the injector split is 1:50 at 225 ° C .; the oven temperature is 2.0 100 ° C. per minute, 100 ° C. to 250 ° C. at 10 ° C./min, then for 26 minutes run time was 9 minutes 250 ° C. Flame ionization detection was performed using helium makeup gas at 40 mL / min. Used at <RTIgt; C. </ RTI> The following GC standard (Nu-Chek Prep; Elysian, MN) was used to produce the fatty acid isobutyl ester product: isobutyrate palmitate. , Iso stearic acid - was confirmed attributes of butyl - butyl, iso oleate - butyl, iso linoleic acid - butyl, iso-linolenic acid - butyl, arachidonic acid iso.

実施例11A
実験識別子2010Y033は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、固体を除外したトウモロコシマッシュを用いた初期の発酵装置の調製方法、液化後のリパーゼ処理、接種方法の前の栄養添加、発酵装置の接種方法、発酵装置の運転条件方法、および分析方法の全て。トウモロコシ油脂肪酸を、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。ブタノロジェン(butanologen)は、CEN.PK113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSm Δpdc5::sadB Δgpd2::loxP/pYZ090+pLH468(NGCI−070)であった。
Example 11A
The experimental identifier 2010Y033 included: seed flask growth method, initial fermentation device preparation method using corn mash excluding solids, lipase treatment after liquefaction, nutrient addition before inoculation method, fermentation device Inoculation method, operating condition method of fermentation apparatus, and analysis method. Corn oil fatty acids were added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation. Butanologen is CEN. PK113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1 :: ilvDSm Δpdc5 :: sadB Δgpd2 :: loxP / pYZ090 + pLH468 (NGCI-070).

実施例11B
実験識別子2010Y034は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、固体を含むトウモロコシマッシュを用いた初期の発酵装置の調製方法、液化後のリパーゼ処理、接種方法の前の栄養添加、発酵装置の接種方法、発酵装置の運転条件方法、および分析方法の全て。トウモロコシ油脂肪酸を、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。ブタノロジェンは、CEN.PK113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSm Δpdc5::sadB Δgpd2::loxP/pYZ090+pLH468(NGCI−070)であった。
Example 11B
The experimental identifier 2010Y034 included: seed flask growth method, initial fermenter preparation method using corn mash containing solids, lipase treatment after liquefaction, nutrient addition before inoculation method, fermenter All of the inoculation method, the fermentation apparatus operating condition method, and the analysis method. Corn oil fatty acids were added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation. Butanologen is CEN. PK113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1 :: ilvDSm Δpdc5 :: sadB Δgpd2 :: loxP / pYZ090 + pLH468 (NGCI-070).

実施例11C
実験識別子2010Y035は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、固体を除外したトウモロコシマッシュを用いた初期の発酵装置の調製方法、接種方法の前の栄養添加、発酵装置の接種方法、発酵装置の運転条件方法、および分析方法の全て。オレイルアルコールを、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。ブタノロジェンは、CEN.PK113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSm Δpdc5::sadB Δgpd2::loxP/pYZ090+pLH468(NGCI−070)であった。
Example 11C
Experiment identifier 2010Y035 included: seed flask growth method, initial fermentation device preparation method using corn mash excluding solids, nutrient addition prior to inoculation method, fermenter inoculation method, fermentation device All of the operating condition methods and analysis methods. Oleyl alcohol was added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation. Butanologen is CEN. PK113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1 :: ilvDSm Δpdc5 :: sadB Δgpd2 :: loxP / pYZ090 + pLH468 (NGCI-070).

実施例11D
実験識別子2010Y036は以下のものを含んでいた:シードフラスコ増殖方法、固体を含むトウモロコシマッシュを用いた初期の発酵装置の調製方法、接種方法の前の栄養添加、発酵装置の接種方法、発酵装置の運転条件方法、および分析方法の全て。オレイルアルコールを、接種後0.1〜1.0時間、単一のバッチに加えた。ブタノロジェンは、CEN.PK113−7D Δura3::loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1::ilvDSm Δpdc5::sadB Δgpd2::loxP/pYZ090+pLH468(NGCI−070)であった。
Example 11D
The experimental identifier 2010Y036 included the following: seed flask growth method, initial fermentation device preparation method using solid corn mash, nutrient addition prior to inoculation method, fermenter inoculation method, fermentation device All operating condition methods and analysis methods. Oleyl alcohol was added to a single batch for 0.1-1.0 hours after inoculation. Butanologen is CEN. PK113-7D Δura3 :: loxP Δhis3 Δpdc6 Δpdc1 :: ilvDSm Δpdc5 :: sadB Δgpd2 :: loxP / pYZ090 + pLH468 (NGCI-070).

実施例11A〜11Dの結果を表8に示す。   The results of Examples 11A to 11D are shown in Table 8.

Figure 2013528400
Figure 2013528400

実施例12
発酵装置体積効率の向上に対する発酵装置原料からの非溶解固体の除去の影響
この実施例は、発酵装置体積効率に対する、発酵前のマッシュからの非溶解固体の除去の影響を示す。トウモロコシマッシュ中の非溶解固体は、トウモロコシ充填量およびでんぷん含量に応じて、マッシュ体積の少なくとも5%を占める。発酵前の固体の除去により、少なくとも5%多くの糖を発酵装置に投入することができ、したがってバッチの生産性を高める。
Example 12
Effect of removing undissolved solids from fermenter feedstock on fermenter volumetric efficiency This example shows the effect of removing undissolved solids from mash prior to fermentation on fermenter volumetric efficiency. Undissolved solids in corn mash occupy at least 5% of the mash volume, depending on corn loading and starch content. By removing solids prior to fermentation, at least 5% more sugar can be charged to the fermenter, thus increasing batch productivity.

実施例10で生成された液化されたトウモロコシマッシュは、全てのでんぷんが液化中に可溶性オリゴ糖に加水分解されたと仮定して、使用されるトウモロコシ充填量(乾燥トウモロコシ基準で40%)、トウモロコシのでんぷん含量(乾燥トウモロコシ基準で71.4%)を基準にして、約28重量%(280g/L)の液化でんぷんを含有していたことが推定された。マッシュを、実施例11に記載されるように発酵に必要とされるより高濃度のオリゴ糖を用いて調製して、栄養、接種材料、グルコアミラーゼ、および基剤を初期の発酵ブロスに加えるときに希釈を可能にした。これらの成分を加えた後、マッシュを約10%だけ希釈した。したがって、発酵2010Y034および2010Y036の開始時におけるマッシュ(固体を含む)中の液化でんぷんの予測される濃度は約250g/Lであった。2010Y034および2010Y036発酵に投入される実際のグルコース当量は、それぞれ239g/kgおよび241g/kgであった(表8を参照)。比較して、2010Y033および2010Y035発酵に投入されるグルコース当量は、それぞれ257g/kgおよび263g/kgであった。これらの発酵の原料は、遠心分離液(固体の大部分を除去したマッシュ)であったことに留意されたい。約1.2Lの糖源(マッシュまたは遠心分離液)を、各発酵に投入した。したがって、このデータに基づいて、マッシュ(2010Y034および2010Y036)と比較して約8.3%多くの糖を、遠心分離液(2010Y033および2010Y035)を使用する発酵装置に投入した。これらの結果は、発酵前のトウモロコシマッシュからの非溶解固体の除去により、単位体積当たりに投入される糖がかなり増加し得ることを示す。これは、固体が存在する場合、それが貴重な発酵装置体積を占めることを示唆している。固体が原料から除去される場合、非溶解固体が存在しないために、より多くの糖が、発酵装置に加えられ得る(「適する」)。この実施例は、発酵装置体積効率が、発酵前にマッシュから非溶解固体を除去することによって、かなり向上され得ることを示す。   The liquefied corn mash produced in Example 10 assumes that all starch was hydrolyzed to soluble oligosaccharides during liquefaction, the corn loading used (40% on a dry corn basis), It was estimated that it contained about 28% by weight (280 g / L) of liquefied starch, based on the starch content (71.4% on a dry corn basis). When mash is prepared with higher concentrations of oligosaccharides required for fermentation as described in Example 11 and nutrients, inoculum, glucoamylase, and base are added to the initial fermentation broth Dilution was allowed. After adding these ingredients, the mash was diluted by about 10%. Therefore, the expected concentration of liquefied starch in the mash (including solids) at the start of fermentation 2010Y034 and 2010Y036 was about 250 g / L. The actual glucose equivalents input to the 2010Y034 and 2010Y036 fermentations were 239 g / kg and 241 g / kg, respectively (see Table 8). In comparison, the glucose equivalents input to the 2010Y033 and 2010Y035 fermentations were 257 g / kg and 263 g / kg, respectively. Note that the raw material for these fermentations was centrifuge (mash with most of the solids removed). About 1.2 L of sugar source (mash or centrifuge) was added to each fermentation. Therefore, based on this data, about 8.3% more sugar was loaded into the fermentor using the centrifuge (2010Y033 and 2010Y035) compared to the mash (2010Y034 and 2010Y036). These results show that removal of undissolved solids from corn mash prior to fermentation can significantly increase the sugar input per unit volume. This suggests that if a solid is present, it occupies valuable fermenter volume. If the solid is removed from the feed, more sugar can be added to the fermenter (“suitable”) because there is no undissolved solid. This example shows that fermenter volumetric efficiency can be significantly improved by removing undissolved solids from the mash prior to fermentation.

実施例13
抽出溶媒とブロスとの間の相分離に対する非溶解固体の除去の影響−抽出発酵
この実施例は、発酵前にトウモロコシマッシュから非溶解固体を除去することによる、抽出発酵プロセスの際およびその後の溶媒相とブロス相との間の向上した分離を示す。2つの抽出発酵を、並行して行い、1つは、液化されたトウモロコシマッシュを糖源(固体を除去したもの)として用い、1つは、非溶解固体の大部分を液化されたトウモロコシマッシュから除去することによって生成された遠心分離液(オリゴ糖の水溶液)を用いた。オレイルアルコール(OA)を両方の発酵に加えて、生成物が形成されるにつれて生成物(i−BuOH)をブロスから抽出した。固体が原料(トウモロコシマッシュを使用した)から除去されなかった場合の、この実施例において言及される発酵ブロスは、実施例10に記載される2010Y036であった。固体が原料(トウモロコシマッシュから生成される遠心分離液を使用した)から除去された場合の、この実施例において言及される発酵ブロスは、実施例10に記載される2010Y035であった。オレイルアルコールが、両方の発酵に使用される抽出溶媒であった。最終的な発酵ブロスについてだけではなく発酵全体にわたって、相分離の速度および程度を測定し、比較した。抽出発酵プロセス中の十分な相分離は、微生物の最小限の損失および最小限の溶媒損失ならびに下流の処理のより低い資本コストおよび運転コストにつながり得る。
Example 13
Effect of Removal of Undissolved Solids on Phase Separation between Extraction Solvent and Broth—Extracted Fermentation This example illustrates the use of undissolved solids from corn mash prior to fermentation during and after the extractive fermentation process. Shows improved separation between phase and broth phase. Two extractive fermentations are performed in parallel, one using liquefied corn mash as a sugar source (with the solids removed) and one from the liquefied corn mash with most of the undissolved solids The centrifuge liquid (oligosaccharide aqueous solution) produced by the removal was used. Oleyl alcohol (OA) was added to both fermentations and the product (i-BuOH) was extracted from the broth as the product was formed. The fermentation broth referred to in this example when the solid was not removed from the feed (using corn mash) was 2010Y036 as described in Example 10. The fermentation broth mentioned in this example when the solid was removed from the feed (using a centrifuge generated from corn mash) was 2010Y035 as described in Example 10. Oleyl alcohol was the extraction solvent used for both fermentations. The rate and extent of phase separation was measured and compared throughout the fermentation, not just the final fermentation broth. Sufficient phase separation during the extractive fermentation process can lead to minimal loss of microorganisms and minimal solvent loss and lower capital and operating costs of downstream processing.

発酵中の溶媒相とブロス相との間の相分離
約10mLの試料を、5.3時間、29.3時間、53.3時間、および70.3時間の時点で各発酵装置から引き抜き、試料から固体を除去した場合の発酵(2010Y035)および固体を除去しなかった場合の発酵(2010Y036)からの試料について相分離を比較した。試料を約2時間静置させ、液液界面の位置を追跡することによって、全ての実行時間からの全ての試料について、相分離を観察し、比較した。固体を除去しなかった場合の発酵から引き抜かれた試料のいずれについても相分離が実質的に全く観察されなかった。発酵前に液化されたトウモロコシマッシュから固体を除去した場合の発酵からの全ての試料について相分離が観察された。全ての発酵時間について固体を除去した場合の実験から試料を引き抜いた約10〜15分以内に分離が起こり始め、2時間の期間にわたって向上し続けた。約7分間の沈降時間の後、遠心分離液発酵(固体を除去したもの)から、5.3時間の発酵実行時間の時点で引き抜かれた試料において相分離が起こり始めた。約17分間の沈降時間の後、遠心分離液発酵(固体を除去したもの)から53.3時間の時点で引き抜かれた試料において相分離が起こり始めた。
Phase separation between solvent phase and broth phase during fermentation About 10 mL of sample was withdrawn from each fermentor at 5.3, 29.3, 53.3 and 70.3 hours The phase separation was compared for samples from the fermentation (2010Y035) when the solids were removed from and from the fermentation (2010Y036) when the solids were not removed. Samples were allowed to stand for about 2 hours and phase separation was observed and compared for all samples from all run times by following the position of the liquid-liquid interface. Virtually no phase separation was observed for any of the samples drawn from the fermentation when the solids were not removed. Phase separation was observed for all samples from fermentation when solids were removed from liquefied corn mash before fermentation. Separation began to occur within about 10-15 minutes of pulling the sample from the experiment when the solids were removed for all fermentation times and continued to improve over a period of 2 hours. After about 7 minutes settling time, phase separation began to occur in the sample drawn from the centrifuge fermentation (with the solids removed) at the time of the 5.3 hour fermentation run. After a sedimentation time of about 17 minutes, phase separation began to occur in the sample drawn at 53.3 hours from the centrifuge fermentation (with the solids removed).

図9は、(重力)沈降時間に応じた発酵試料管中の液液界面の位置のプロットである。データは、遠心分離液が糖源として供給された(固体がトウモロコシマッシュから除去されたもの)場合の抽出発酵から引き抜かれた試料についてのものであり、OAは、ISPR抽出溶媒(実施例10の実験2010Y035)であった。このプロットにおける相分離データは、5.3時間、29.3時間、53.3時間、および70.3時間の実行時間の時点で発酵2010Y035から引き抜かれた試料についてのものである。界面位置が、試料管中の全ブロス高さにおけるパーセンテージとして報告される。例えば、5.3時間の実行時間の時点で2010Y035発酵(遠心分離液/OA)から引き抜かれた試料の界面位置は、120分間の沈降時間の後、試料管の底部(分離なし)から3.5mLに増加した。その特定の試料管中には約10mLの全ブロスが存在していた。したがって、その試料の界面位置は、図9において35%として報告された。同様に、53.3時間の実行時間の時点で2010Y035発酵(遠心分離液/OA)から引き抜かれた試料の界面位置は、125分間の沈降時間の後、試料管の底部(分離なし)から約3.9mLに増加した。その特定の試料管中には約10mLの全ブロスが存在していた。したがって、その試料の界面位置は、図9において39%として報告された。   FIG. 9 is a plot of the position of the liquid-liquid interface in the fermentation sample tube as a function of (gravity) settling time. Data are for samples drawn from extractive fermentation when the centrifuge was supplied as a sugar source (solids removed from corn mash) and OA is the ISPR extraction solvent (of Example 10). Experiment 2010Y035). The phase separation data in this plot is for samples drawn from fermentation 2010Y035 at run times of 5.3 hours, 29.3 hours, 53.3 hours, and 70.3 hours. The interface position is reported as a percentage of the total broth height in the sample tube. For example, the interfacial position of the sample drawn from the 2010Y035 fermentation (centrifugate / OA) at the 5.3 hour run time is 3. from the bottom of the sample tube (no separation) after a 120 minute settling time. Increased to 5 mL. There was about 10 mL of total broth in that particular sample tube. Therefore, the interface position of the sample was reported as 35% in FIG. Similarly, the interfacial position of the sample drawn from the 2010Y035 fermentation (centrifugate / OA) at a run time of 53.3 hours is approximately from the bottom of the sample tube (no separation) after a 125 minute settling time. Increased to 3.9 mL. There was about 10 mL of total broth in that particular sample tube. Therefore, the interface position of the sample was reported as 39% in FIG.

発酵を完了した後の溶媒相とブロス相との間の相分離
70時間の実行時間の後、発酵を停止し、OA抽出発酵からの2つのブロスを、別個の2Lのガラス製メスシリンダーに移した。溶媒相とブロス相との分離を観察し、比較した。発酵前に固体を除去しなかった場合のブロス(実験2010Y036)については、約3時間後に相分離がほとんど観察されなかった。発酵前に液化されたトウモロコシマッシュから固体を除去した場合のブロス(実験2010Y035)については、相分離が観察された。約15分間の沈降時間の後に分離が起こり始め、3時間の期間にわたって向上し続けた。15分後、液液界面が、二相混合物の全高さの約10%のレベルで確立された。これは、水相がまず分散体から分割され、混合物の底部において蓄積され始めたことを示す。時間が経過するにつれて、より多くの水相が混合物の底部に蓄積され、界面の位置を上昇させた。約3時間の沈降時間の後、界面は、二相混合物の全高さの約40%のレベルに増加した。これは、最初に発酵に投入した遠心分離液およびOAの量に基づいて、固体を除去した場合の最終的な二相のブロスについて、ほぼ完全な相分離が、約3時間の(重力)沈降時間の後に起こったことを示す。ほぼ等しい体積の初期の遠心分離液および溶媒を、両方の発酵に投入した。約1.2Lの液化されたトウモロコシマッシュおよび約1.1LのOAを、発酵2010Y036に投入した。マッシュの同じバッチから生成された約1.2Lの遠心分離液、および約1.1LのOAを、発酵2010Y035に投入した。水相中の約100g/kgの初期の糖が消費されたことおよび生成されるi−BuOHの約75%が溶媒相中にあったことを把握した後、完全な分離が起こった場合、最終的な水相および有機相の相対体積が約1:1であろうことが予測され得る。図10は、固体を除去した場合の抽出発酵(2010Y035)からの最終的な二相のブロスについての(重力)沈降時間に応じた液液界面位置のプロットである。界面位置は、最終的なブロスの相分離を観察するために使用される2Lのメスシリンダー中の全ブロス高さにおけるパーセンテージとして報告される。2010Y035発酵からの最終的なブロスの界面位置は、175分間の沈降時間の後、メスシリンダーの底部(分離なし)から二相混合物の全高さの約40%のレベルに増加した。したがって、最終的なブロス中の二相のほぼ完全な分離が、3時間の沈降時間の後に起こった。約50%の界面位置が、完全な分離に相当し得る。
Phase separation between solvent phase and broth phase after completing the fermentation After a run time of 70 hours, the fermentation is stopped and the two broths from the OA extraction fermentation are transferred to separate 2 L glass graduated cylinders. did. The separation between the solvent phase and the broth phase was observed and compared. For the broth (experiment 2010Y036) where the solid was not removed prior to fermentation, little phase separation was observed after about 3 hours. Phase separation was observed for broth (experiment 2010Y035) when solids were removed from corn mash liquefied prior to fermentation. After about 15 minutes settling time, separation began to occur and continued to improve over a 3 hour period. After 15 minutes, a liquid-liquid interface was established at a level of about 10% of the total height of the two-phase mixture. This indicates that the aqueous phase was first split from the dispersion and began to accumulate at the bottom of the mixture. As time passed, more aqueous phase accumulated at the bottom of the mixture, raising the position of the interface. After a settling time of about 3 hours, the interface increased to a level of about 40% of the total height of the two-phase mixture. This is based on the amount of centrifugate and OA initially charged to the fermentation, with almost complete phase separation for the final two-phase broth when the solids are removed, with a (gravity) sedimentation of about 3 hours. Indicates what happened after time. Approximately equal volumes of initial centrifuge and solvent were charged to both fermentations. About 1.2 L of liquefied corn mash and about 1.1 L of OA were charged to fermentation 2010Y036. About 1.2 L of centrifuge, produced from the same batch of mash, and about 1.1 L of OA were charged to fermentation 2010Y035. After knowing that about 100 g / kg of the initial sugar in the aqueous phase was consumed and about 75% of the i-BuOH produced was in the solvent phase, It can be expected that the relative volume of the typical aqueous and organic phases will be about 1: 1. FIG. 10 is a plot of liquid-liquid interface position as a function of (gravity) settling time for the final two-phase broth from extractive fermentation (2010Y035) with the solids removed. The interface position is reported as a percentage of the total broth height in the 2 L graduated cylinder used to observe the final broth phase separation. The final broth interface position from the 2010Y035 fermentation increased from the bottom of the graduated cylinder (no separation) to a level of about 40% of the total height of the two-phase mixture after a 175 minute settling time. Thus, almost complete separation of the two phases in the final broth occurred after a settling time of 3 hours. About 50% of the interface position may correspond to complete separation.

10mLの試料を、固体を除去した場合の発酵からの最終的なブロス(約3時間沈降させた)の有機相の上部から引き抜いた。試料を、高速の実験用遠心分離機において回転させて、ブロスを3時間沈降させた後に有機相中に存在する水相の量を測定した。結果は、最終的なブロスの上層の約90%が溶媒相であったことを示した。比較的少量の非溶解固体を含む、最終的なブロスの上層の約10%が水相であった。いくらかの固体が水相の底部(水相より濃い)に位置し、また、少量の固体が液液界面に蓄積されていた。   A 10 mL sample was withdrawn from the top of the organic phase of the final broth (settled for about 3 hours) from the fermentation when the solids were removed. The sample was rotated in a high speed laboratory centrifuge to measure the amount of aqueous phase present in the organic phase after allowing the broth to settle for 3 hours. The results showed that about 90% of the final broth upper layer was the solvent phase. About 10% of the top layer of the final broth, containing a relatively small amount of undissolved solids, was the aqueous phase. Some solids were located at the bottom of the aqueous phase (darker than the aqueous phase) and a small amount of solids had accumulated at the liquid-liquid interface.

10mLの試料を、固体を除去した場合の発酵からの最終的なブロス(約3時間沈降させた)の底相からも引き抜いた。試料を、高速の実験用遠心分離機において回転させて、ブロスを3時間沈降させた後に水相中に存在する有機相の量を測定した。ブロスを3時間沈降させた後、固体を除去した発酵からの最終的なブロスの底(水)相中に有機相が実質的に存在しなかったことが分かった。これらの結果は、固体を除去した場合の発酵からの最終的なブロスについては、ほぼ完全な相分離が起こったことを確認する。固体を除去しなかった場合の発酵からの最終的なブロスについては、相分離がほとんど見られなかった。このデータは、抽出発酵前の液化されたトウモロコシマッシュからの固体の除去により、発酵中および発酵後の相分離のかなりの向上が可能になり得、下流の処理への微生物、非溶解固体、および水の損失が減少され得ることを示唆する。   A 10 mL sample was also drawn from the bottom phase of the final broth (settled for about 3 hours) from the fermentation when the solids were removed. The sample was rotated in a high speed laboratory centrifuge to measure the amount of organic phase present in the aqueous phase after allowing the broth to settle for 3 hours. After allowing the broth to settle for 3 hours, it was found that there was virtually no organic phase in the bottom (water) phase of the final broth from the fermentation that removed the solids. These results confirm that almost complete phase separation occurred for the final broth from the fermentation when the solids were removed. Little phase separation was seen for the final broth from the fermentation when no solids were removed. This data shows that removal of solids from liquefied corn mash prior to extractive fermentation can allow for significant improvements in phase separation during and after fermentation, including microorganisms, non-dissolved solids, and downstream processing. It suggests that water loss can be reduced.

10mLの試料を、ブロスを約3時間静置させた後に固体を除去しなかった発酵からの最終的なブロスの上部から引き抜いた。試料を、高速の実験用遠心分離機において回転させて、最終的なブロスの上部における溶媒相および水相の相対量を測定した。このブロスは、液化されたトウモロコシマッシュ固体からの全ての固体を含有していた。試料の約半分が水相であり、約半分が有機相であった。水相は、固体を除去した場合のブロスからの上層の試料と比較して、かなり多くの非溶解固体(液化されたマッシュに由来する)を含有していた。この試料中の水相および溶媒相の量はほぼ同じであり、これは、(3時間の沈降時間の後でさえ)固体を除去しなかった場合の最終的なブロスにおいて相分離が実質的に起こらなかったことを示す。このデータは、固体が、抽出発酵前に液化されたトウモロコシマッシュから除去されない場合、発酵中および発酵後に相分離がほとんどないし全く起こらない可能性が高いことを示唆する。これは、下流の処理への微生物、非溶解固体、および水のかなりの損失をもたらし得る。   A 10 mL sample was withdrawn from the top of the final broth from the fermentation that did not remove solids after allowing the broth to settle for about 3 hours. Samples were rotated in a high speed laboratory centrifuge to measure the relative amounts of solvent and water phases at the top of the final broth. This broth contained all the solids from the liquefied corn mash solids. About half of the sample was the aqueous phase and about half was the organic phase. The aqueous phase contained significantly more undissolved solids (derived from the liquefied mash) compared to the upper sample from the broth when the solids were removed. The amount of aqueous and solvent phase in this sample is about the same, which means that the phase separation is substantially in the final broth when no solids are removed (even after a settling time of 3 hours). Indicates that it did not happen. This data suggests that if solids are not removed from corn mash liquefied prior to extractive fermentation, little or no phase separation is likely to occur during and after fermentation. This can result in considerable loss of microorganisms, undissolved solids, and water to downstream processing.

実施例14
ISPR抽出溶媒の損失に対する非溶解固体の除去の影響−抽出発酵
この実施例は、発酵前にトウモロコシマッシュから非溶解固体を除去することによって、抽出発酵プロセスの最終段階から出るDDGSについての溶媒損失を減少させる可能性を示す。実施例10は、並行して行われる2つの抽出発酵を説明し、1つは、糖源として液化されたトウモロコシマッシュ(2010Y036−固体を除去しないもの)を用い、1つは、非溶解固体の大部分を液化されたトウモロコシマッシュから除去することによって得られる液化されたマッシュ遠心分離液(2010Y035−オリゴ糖の水溶液)を用いた。オレイルアルコール(OA)を両方の発酵に加えて、生成物が形成されるにつれて生成物イソブタノール(i−BuOH)をブロスから抽出した。最終的な発酵ブロスから回収される非溶解固体に捕捉される残留溶媒の量を測定し、比較した。
Example 14
Effect of Removal of Undissolved Solids on ISPR Extraction Solvent Loss-Extraction Fermentation This example demonstrates the solvent loss for DDGS that exits the final stage of the extractive fermentation process by removing undissolved solids from corn mash prior to fermentation. Indicates the possibility of reduction. Example 10 illustrates two extractive fermentations performed in parallel, one using liquefied corn mash (no removal of 2010Y036-solids) as the sugar source, one of the undissolved solid A liquefied mash centrifuge (2010Y035-oligosaccharide aqueous solution) obtained by removing most from the liquefied corn mash was used. Oleyl alcohol (OA) was added to both fermentations and the product isobutanol (i-BuOH) was extracted from the broth as the product was formed. The amount of residual solvent entrapped in the undissolved solid recovered from the final fermentation broth was measured and compared.

実施例10に記載される発酵2010Y035および2010Y036が完了した後、ブロスを採取し、実施例11に記載される相分離試験を行うのに使用した。次に、非溶解固体(発酵前に除去されなかったトウモロコシマッシュからの微粒子)を、各ブロスから回収し、全抽出可能油について分析した。固体の各ロットから回収される油を、OAおよびトウモロコシ油について分析した。両方のブロスについて以下のプロトコルにしたがった:
・ブロスを遠心分離して、有機相と、水相と、固相とに分離した。
・有機相および水相を、固体からデカントして、遠心分離機ボトルの底部にウェットケーキを残した。
・ウェットケーキを水で十分に洗浄して、残留オリゴ糖、グルコース、塩、酵素などの、ケーキ中に保持される溶解固体の実質的に全てを除去した。
・洗浄されたウェットケーキを、一晩、真空オーブン(80℃で家庭用の真空)中で乾燥させて、ケーキ中の水の実質的に全てを除去した。
・乾燥固体の一部を、Soxhlet抽出器中でヘキサンと十分に接触させて、固体から油を除去した。
・固体から回収される油をGCによって分析して、固体から回収される油中に存在するOAおよびトウモロコシ油の相対量を測定した。
・両方の発酵ブロスから回収される固体についての粒度分布(PSD)を測定した。
After the fermentations 2010Y035 and 2010Y036 described in Example 10 were complete, the broth was collected and used to perform the phase separation test described in Example 11. Next, undissolved solids (fine particles from corn mash that were not removed prior to fermentation) were recovered from each broth and analyzed for total extractable oil. The oil recovered from each solid lot was analyzed for OA and corn oil. The following protocol was followed for both broths:
-The broth was centrifuged to separate it into an organic phase, an aqueous phase and a solid phase.
The organic and aqueous phases were decanted from the solid, leaving a wet cake at the bottom of the centrifuge bottle.
The wet cake was washed thoroughly with water to remove substantially all of the dissolved solids retained in the cake, such as residual oligosaccharides, glucose, salts, enzymes, etc.
The washed wet cake was dried overnight in a vacuum oven (80 ° C. household vacuum) to remove substantially all of the water in the cake.
A portion of the dry solid was contacted well with hexane in a Soxhlet extractor to remove the oil from the solid.
The oil recovered from the solid was analyzed by GC to determine the relative amount of OA and corn oil present in the oil recovered from the solid.
• The particle size distribution (PSD) for the solids recovered from both fermentation broths was measured.

両方の発酵ブロスからの非溶解固体の回収およびヘキサン抽出についてのデータを表8に示す。データは、(固体の単位質量当たり)ほぼ同じ量の油が、両方の発酵において固体によって吸収されたことを示す。   Data for the recovery of undissolved solids from both fermentation broths and hexane extraction are shown in Table 8. The data shows that approximately the same amount of oil (per unit mass of solid) was absorbed by the solid in both fermentations.

Figure 2013528400
Figure 2013528400

実施例15
ウェットケーキを水で洗浄することによる、液化されたトウモロコシマッシュからの固体の除去から生成されるウェットケーキからの可溶性でんぷんの回収−2段階プロセス
この実施例は、ケーキを水で2回洗浄することによる、ウェットケーキからの可溶性でんぷんの回収を示し、ここで、ケーキは、液化されたマッシュを遠心分離することによって生成された。液化されたトウモロコシマッシュを、連続デカンター遠心分離機に供給して、遠心分離液流(C−1)およびウェットケーキ(WC−1)を生成した。遠心分離液は、比較的固体を含まない、可溶性でんぷんの水溶液であり、原料マッシュと比較して、ウェットケーキを固体に濃縮した。ウェットケーキの一部を、高温水と混合して、スラリー(S−l)を形成した。スラリーをデカンター遠心分離機に再び注入して、洗浄水遠心分離液(C−2)および洗浄されたウェットケーキ(WC−2)を生成した。C−2は、比較的固体を含まない、可溶性でんぷんの希薄水溶液であった。C−2中の可溶性でんぷんの濃度は、マッシュの分離から生成される遠心分離液中の可溶性でんぷんの濃度より低かった。WC−2中に保持される液相は、マッシュの分離から生成されるウェットケーキ中の液体より、でんぷんが希薄であった。洗浄されたウェットケーキ(WC−2)を、高温水と混合して、スラリー(S−2)を形成した。投入されるウェットケーキ中の可溶性でんぷんの量に対する投入される水の比率は、両方の洗浄工程において同じであった。第2の洗浄スラリーを、デカンター遠心分離機に再び注入して、2回洗浄した、第2の洗浄水遠心分離液(C−3)およびウェットケーキ(WC−3)を生成した。C−3は、比較的固体を含まない、可溶性でんぷんの希薄水溶液であった。C−3中の可溶性でんぷんの濃度は、第1の洗浄段階(C−2)において生成される遠心分離液中の可溶性でんぷんの濃度より低く、したがって、WC−3(第2の洗浄されたウェットケーキ)中に保持される液相は、WC−2(第1の洗浄されたウェットケーキ)中のでんぷんより希薄であった。2つの洗浄遠心分離液(C−2およびC−3)中の全可溶性でんぷんは、回収され、液化に再利用され得るでんぷんである。最終的な洗浄されたウェットケーキ中に保持される液体中の可溶性でんぷんは、マッシュの元の分離において生成されるウェットケーキ中よりはるかに少ない。
Example 15
Recovery of soluble starch from wet cake produced from the removal of solids from liquefied corn mash by washing the wet cake with water-a two-step process This example involves washing the cake twice with water Shows the recovery of soluble starch from the wet cake, where the cake was produced by centrifuging the liquefied mash. The liquefied corn mash was fed to a continuous decanter centrifuge to produce a centrifuge liquid stream (C-1) and a wet cake (WC-1). The centrifuge liquid is an aqueous solution of soluble starch that does not contain a solid relatively, and the wet cake was concentrated to a solid as compared with the raw material mash. A portion of the wet cake was mixed with hot water to form a slurry (S-1). The slurry was again injected into the decanter centrifuge to produce a wash water centrifuge (C-2) and a washed wet cake (WC-2). C-2 was a dilute aqueous solution of soluble starch that was relatively free of solids. The concentration of soluble starch in C-2 was lower than the concentration of soluble starch in the centrifuge produced from the mash separation. The liquid phase retained in WC-2 was less starchy than the liquid in the wet cake produced from the mash separation. The washed wet cake (WC-2) was mixed with hot water to form a slurry (S-2). The ratio of input water to the amount of soluble starch in the input wet cake was the same in both washing steps. The second wash slurry was re-injected into the decanter centrifuge to produce a second wash water centrifuge (C-3) and wet cake (WC-3) that was washed twice. C-3 was a dilute aqueous solution of soluble starch that was relatively free of solids. The concentration of soluble starch in C-3 is lower than the concentration of soluble starch in the centrifuge produced in the first wash stage (C-2) and thus WC-3 (second washed wet The liquid phase retained in the cake) was thinner than the starch in WC-2 (first washed wet cake). The total soluble starch in the two wash centrifuges (C-2 and C-3) is a starch that can be recovered and reused for liquefaction. The soluble starch in the liquid retained in the final washed wet cake is much less than in the wet cake produced in the original separation of the mash.

液化されたトウモロコシマッシュの生成
約1000ガロンの液化されたトウモロコシマッシュを、ハンマーミル、スラリー混合器、スラリータンク、および液化タンクからなる連続乾式磨砕液化システムにおいて生成した。磨砕トウモロコシ、水、およびα−アミラーゼを連続して供給した。反応器は、アンモニアまたは硫酸のいずれかを用いて、機械的撹拌、温度制御、およびpH制御を備えていた。反応条件は以下のとおりであった:
・ハンマーミルのふるいサイズ:7/64インチ
・スラリー混合器への供給速度
−磨砕トウモロコシ:560質量ポンド/時(14.1重量%の水分)
−処理水:16.6質量ポンド/分(200F)
−α−アミラーゼ:61g/時(Genecor:Spezyme(登録商標)Α)
・スラリータンク条件:
−温度:185°F(85℃)
−pH:5.8
−滞留時間:0.5時間
−乾燥トウモロコシ充填量:31重量%
−酵素充填量:0.028重量%(乾燥トウモロコシ基準)
・液化タンク条件:
−温度:185°F(85℃)
−pH:5.8
−滞留時間:約3時間
−さらなる酵素添加なし。
Production of Liquefied Corn Mash Approximately 1000 gallons of liquefied corn mash was produced in a continuous dry grinding liquefaction system consisting of a hammer mill, a slurry mixer, a slurry tank, and a liquefaction tank. Ground corn, water, and α-amylase were fed continuously. The reactor was equipped with mechanical stirring, temperature control, and pH control using either ammonia or sulfuric acid. The reaction conditions were as follows:
Hammer mill sieve size: 7/64 inch Feed rate to slurry mixer-ground corn: 560 mass pounds per hour (14.1 wt% moisture)
-Treated water: 16.6 lbs / min (200F)
-Α-amylase: 61 g / hr (Genecor: Spezyme®)
・ Slurry tank conditions:
-Temperature: 185 ° F (85 ° C)
-PH: 5.8
-Residence time: 0.5 hours-Dry corn filling: 31 wt%
-Enzyme filling amount: 0.028 wt% (based on dry corn)
・ Liquefaction tank conditions:
-Temperature: 185 ° F (85 ° C)
-PH: 5.8
-Residence time: about 3 hours-No further enzyme addition.

液化されたトウモロコシマッシュの生成速度は約3ガロン/分(gpm)であった。磨砕トウモロコシのでんぷん含量は、乾燥トウモロコシ基準で約70重量%であった。液化されたマッシュの全固形分(TS)は約31重量%であり、全懸濁固体(TSS)は約7重量%であった。液相は、HPLCによって測定した際に約23〜24重量%の液化でんぷん(可溶性オリゴ糖)を含有していた。   The production rate of liquefied corn mash was about 3 gallons / minute (gpm). The starch content of ground corn was about 70% by weight on a dry corn basis. The total solids (TS) of the liquefied mash was about 31% by weight and the total suspended solids (TSS) was about 7% by weight. The liquid phase contained about 23-24% by weight liquefied starch (soluble oligosaccharide) as measured by HPLC.

液化されたマッシュを、連続デカンター遠心分離機において以下の条件で遠心分離した:
・ボウル速度:5000rpm(約3600g’s)
・差速:15rpm
・せきの直径:185mm(せき板を取り外した場合)
・供給速度:5〜20ガロン/分で変動。
The liquefied mash was centrifuged in a continuous decanter centrifuge under the following conditions:
-Bowl speed: 5000 rpm (about 3600 g's)
・ Differential speed: 15rpm
・ Weir diameter: 185 mm (when weir plate is removed)
Feed rate: Fluctuates at 5-20 gallons / minute.

約850ガロンの遠心分離液および約1400質量ポンドのウェットケーキを、マッシュを遠心分離することによって生成した。ウェットケーキ中の全固形分は、水分収支によって測定したところ、約46.3%(懸濁固体+溶解固体)であった。液相が約23重量%の可溶性でんぷんを含有していたことが分かり、ウェットケーキ中の全懸濁固体が約28重量%であったことが推定された。ウェットケーキが、遠心分離機運転の前に液化されたマッシュ中に存在する約12%の可溶性でんぷんを含有していたことが推定された。   About 850 gallons of centrifuge and about 1400 mass pounds of wet cake were produced by centrifuging the mash. The total solid content in the wet cake was about 46.3% (suspended solid + dissolved solid) as measured by moisture balance. It was found that the liquid phase contained about 23% by weight soluble starch and it was estimated that the total suspended solids in the wet cake was about 28% by weight. It was estimated that the wet cake contained approximately 12% soluble starch present in the mash liquefied prior to centrifuge operation.

固体を水で洗浄することによるウェットケーキからの可溶性でんぷんの回収−1回目の洗浄
液化されたマッシュの分離から回収される約707質量ポンドのウェットケーキを、300ガロンのステンレス鋼容器中で、165ガロンの高温(91℃)の水と混合した。得られたスラリーを、約30分間混合した。スラリーをデカンター遠心分離機に連続して供給して、洗浄された固体をスラリーから除去した。洗浄スラリーを分離するのに使用される遠心分離機は、上記の液化されたマッシュから固体を除去するのに使用されるのと同じものであり、スラリーを供給する前に、それを新鮮な水ですすいだ。遠心分離機を以下の条件で運転して、洗浄スラリーから固体を除去した:
・ボウル速度:5000rpm(約3600g’s)
・差速:5rpm
・せきの直径:185mm(せき板を取り外した場合)
・供給速度:5ガロン/分。
Recovery of soluble starch from wet cake by washing solids with water-first wash Approximately 707 mass pounds of wet cake recovered from the separation of the liquefied mash was placed in a 300 gallon stainless steel container at 165 Mixed with hot gallon (91 ° C.) water. The resulting slurry was mixed for about 30 minutes. The slurry was continuously fed to a decanter centrifuge to remove the washed solid from the slurry. The centrifuge used to separate the wash slurry is the same as that used to remove solids from the above liquefied mash, and before feeding the slurry, it is washed with fresh water. Rinse. The centrifuge was operated under the following conditions to remove solids from the wash slurry:
-Bowl speed: 5000 rpm (about 3600 g's)
・ Differential speed: 5rpm
・ Weir diameter: 185 mm (when weir plate is removed)
Feed rate: 5 gal / min.

約600質量ポンドの洗浄されたウェットケーキを遠心分離機によって生成したが、材料の損失のためにわずか400質量ポンドが回収されたに過ぎなかった。ウェットケーキ中の全固形分は、水分収支によって測定したところ、約36.7%(懸濁固体+溶解固体)であった。スラリーの液相中および洗浄水遠心分離液(スラリーから得られる)中の全可溶性でんぷん(グルコース、DP2、DP3、およびDP4+の合計)をHPLCによって測定したところ、それぞれ約6.7重量%および6.9重量%であった。DP2は、2つのグルコース単位(グルコース二量体)を含有するデキストロースポリマーを指す。DP3は、3つのグルコース単位(グルコース三量体)を含有するデキストロースポリマーを指す。DP4+は、4つ以上のグルコース単位(グルコース四量体およびより高次の多量体)を含有するデキストロースポリマーを指す。これにより、よく混合された希釈洗浄段階が行われたことを確認した。したがって、洗浄されたウェットケーキ中に保持される液相中の可溶性でんぷんの濃度は、この希釈洗浄について約6.8重量%(物質収支によって)であったはずである。全固形分および溶解されたオリゴ糖のデータに基づいて、洗浄されたウェットケーキ中の全懸濁固体は約32重量%であったことが推定された。遠心分離機によって生成されるケーキの全ての600質量ポンドを洗浄することができた場合、洗浄されたウェットケーキは、元の液化されたマッシュ中に存在する約2.6%の可溶性でんぷんを含有していたことが推定された。これは、洗浄前のマッシュウェットケーキと比較して、洗浄されたウェットケーキ中の可溶性でんぷんの約78%の減少を表す。液化されたマッシュの分離から生成されるウェットケーキを洗浄しなかった場合、マッシュ中の全でんぷんの約12%が、可溶性(液化)でんぷんとして喪失されるであろう。マッシュの分離から生成されるウェットケーキを、この実施例に示される条件で水で洗浄する場合、マッシュからの全でんぷんの2.6%が、可溶性(液化)でんぷんとして喪失されるであろう。   Approximately 600 pounds of washed wet cake was produced by the centrifuge, but only 400 pounds were recovered due to material loss. The total solid content in the wet cake was about 36.7% (suspended solid + dissolved solid) as measured by moisture balance. Total soluble starch (sum of glucose, DP2, DP3, and DP4 +) in the liquid phase of the slurry and in the wash water centrifuge (obtained from the slurry) was measured by HPLC to be about 6.7% by weight and 6%, respectively. 0.9% by weight. DP2 refers to a dextrose polymer containing two glucose units (glucose dimer). DP3 refers to a dextrose polymer containing three glucose units (glucose trimer). DP4 + refers to a dextrose polymer containing 4 or more glucose units (glucose tetramer and higher order multimer). This confirmed that a well-mixed dilution wash step was performed. Therefore, the concentration of soluble starch in the liquid phase retained in the washed wet cake should have been about 6.8% by weight (by mass balance) for this diluted wash. Based on total solids and dissolved oligosaccharide data, it was estimated that the total suspended solids in the washed wet cake was about 32% by weight. If all 600 mass pounds of cake produced by the centrifuge can be washed, the washed wet cake contains about 2.6% soluble starch present in the original liquefied mash. It was estimated that it was. This represents an approximately 78% reduction in soluble starch in the washed wet cake as compared to the mash wet cake before washing. If the wet cake produced from the separation of the liquefied mash is not washed, about 12% of the total starch in the mash will be lost as soluble (liquefied) starch. If the wet cake produced from the mash separation is washed with water under the conditions shown in this example, 2.6% of the total starch from the mash will be lost as soluble (liquefied) starch.

液化されたマッシュウェットケーキの第1の再スラリー洗浄から回収される約400質量ポンドの洗浄されたウェットケーキを、300ガロンのステンレス鋼容器中で110ガロンの高温(90℃)水と混合した。得られたスラリーを約30分間混合した。スラリーをデカンター遠心分離機に連続して供給して、洗浄された固体をスラリーから除去した。第2の洗浄スラリーを分離するのに使用される遠心分離機は、上記の第1の洗浄に使用されるのと同じであり、第2の洗浄スラリーを供給する前に、それを新鮮な水ですすいだ。遠心分離機を以下の条件で運転して、洗浄スラリーから固体を除去した:
・ボウル速度:5000rpm(約3600g’s)
・差速:5rpm
・せきの直径:185mm(せき板を取り外した場合)
・供給速度:4ガロン/分。
Approximately 400 pounds of washed wet cake recovered from the first reslurry wash of the liquefied mash wet cake was mixed with 110 gallons of hot (90 ° C.) water in a 300 gallon stainless steel container. The resulting slurry was mixed for about 30 minutes. The slurry was continuously fed to a decanter centrifuge to remove the washed solid from the slurry. The centrifuge used to separate the second wash slurry is the same as that used for the first wash above, and before supplying the second wash slurry, it is washed with fresh water. Rinse. The centrifuge was operated under the following conditions to remove solids from the wash slurry:
-Bowl speed: 5000 rpm (about 3600 g's)
・ Differential speed: 5rpm
・ Weir diameter: 185 mm (when weir plate is removed)
Feed rate: 4 gal / min.

約322質量ポンドの洗浄されたウェットケーキを、遠心分離機によって生成した。第2の洗浄からのウェットケーキ中の全固形分は、水分収支によって測定したところ、約37.4%(懸濁固体+溶解固体)であった。スラリーの液相中および洗浄水遠心分離液(スラリーから得られる)中の全可溶性でんぷん(グルコース、DP2、DP3、およびDP4+の合計)をHPLCによって測定したところ、それぞれ約1.6重量%および1.6重量%であった。これにより、よく混合された希釈洗浄段階が第2の洗浄において行われたことを確認した。したがって、洗浄されたウェットケーキ中に保持される液相中の可溶性でんぷんの濃度は、この希釈洗浄について約1.6重量%(物質収支によって)であったはずである。全固形分および溶解されたオリゴ糖のデータに基づいて、洗浄されたウェットケーキ中の全懸濁固体は約36重量%であったことが推定された。第1の洗浄段階において生成されるケーキの全ての600質量ポンドを洗浄することができた場合、洗浄されたウェットケーキは、元の液化されたマッシュ中に存在する約0.5%の可溶性でんぷんを含有していたことが推定された。これは、約96%の洗浄の前のマッシュウェットケーキと比較して、2回洗浄されたウェットケーキ中の可溶性でんぷんの全減少を表す。液化されたマッシュの分離から生成されるウェットケーキを除去しなかった場合、マッシュ中の全でんぷんの約12%が可溶性(液化)でんぷんとして喪失されるであろう。マッシュの分離から生成されるウェットケーキを、この実施例に示される条件で水で2回洗浄する場合、マッシュからの全でんぷんの0.5%が、可溶性(液化)でんぷんとして喪失されるであろう。   Approximately 322 pounds of washed wet cake was produced by a centrifuge. The total solid content in the wet cake from the second wash was about 37.4% (suspended solid + dissolved solid) as measured by moisture balance. Total soluble starch (total of glucose, DP2, DP3, and DP4 +) in the liquid phase of the slurry and in the wash water centrifuge (obtained from the slurry) was measured by HPLC to be about 1.6 wt% and 1 respectively 0.6% by weight. This confirmed that a well-mixed dilution wash step was performed in the second wash. Therefore, the concentration of soluble starch in the liquid phase retained in the washed wet cake should have been about 1.6% by weight (by mass balance) for this diluted wash. Based on total solids and dissolved oligosaccharide data, it was estimated that the total suspended solids in the washed wet cake was about 36% by weight. If all 600 mass pounds of cake produced in the first washing stage could be washed, the washed wet cake will have about 0.5% soluble starch present in the original liquefied mash. It was estimated that it contained. This represents a total reduction in soluble starch in the wet cake washed twice compared to the mash wet cake before about 96% washing. If the wet cake produced from the separation of the liquefied mash is not removed, about 12% of the total starch in the mash will be lost as soluble (liquefied) starch. If the wet cake produced from the mash separation is washed twice with water under the conditions shown in this example, 0.5% of the total starch from the mash will be lost as soluble (liquefied) starch. Let's go.

実施例16
トウモロコシ固体中のでんぷんの、可溶性(液化)でんぷんへの転化率に対する液化中の高温段階の影響
この実施例は、反応の途中のある時点における高温(または「調理」)段階による液化の操作が、トウモロコシ固体中のでんぷんの、可溶性(液化)でんぷんへのより高い転化率につながり得ることを示す。この実施例に示される「調理」段階は、液化が開始した後のある時点で液化温度を上昇させる工程と、より高温である期間保持する工程と、次に、温度を再び元の値まで低下させて、液化を完了させる工程とを含む。
Example 16
The effect of the high temperature stage during liquefaction on the conversion of starch in corn solids to soluble (liquefied) starch This example demonstrates that the operation of liquefaction at a high temperature (or “cooking”) stage at some point during the reaction Figure 5 shows that starch in corn solids can lead to higher conversion to soluble (liquefied) starch. The “cooking” stage shown in this example consists of raising the liquefaction temperature at some point after the start of liquefaction, holding it for a higher period, and then lowering the temperature back to its original value. And completing the liquefaction.

A.液化後に固体中に残っている非加水分解でんぷんを測定する手順
液化されたトウモロコシマッシュを、実施例1(中間の高温段階はない)のプロトコルにしたがって1回の実行で調製した。液化されたトウモロコシマッシュを、中間の高温段階を追加した以外は第1の実行と同じ条件における別の実行で調製した。両方の実行からのマッシュを、以下の工程にしたがって後処理(work up)した。それを遠心分離して、液化でんぷんの水溶液を非溶解固体から分離した。液化でんぷんの水溶液をデカントして取り除いて、ウェットケーキを回収した。ウェットケーキは、マッシュからの非溶解固体の大部分を含有していたが、固体は、液化でんぷん溶液でまだ湿っていた。ウェットケーキを水で十分に洗浄し、得られたスラリーを遠心分離して、水層を非溶解固体から分離した。ケーキを、十分な水で、合計5回洗浄して、液化から回収される元のウェットケーキ中に保持された可溶性でんぷんのほぼ全てを除去した。その結果、最終的な洗浄されたウェットケーキ中に保持される液相は、可溶性でんぷんを実質的に含有しない水からなっていた。
A. Procedure for measuring non-hydrolyzed starch remaining in the solid after liquefaction Liquefied corn mash was prepared in one run according to the protocol of Example 1 (no intermediate hot stage). A liquefied corn mash was prepared in a separate run under the same conditions as the first run except for the addition of an intermediate high temperature stage. The mash from both runs was worked up according to the following steps. It was centrifuged to separate the liquefied starch aqueous solution from the undissolved solids. The aqueous solution of liquefied starch was decanted off and the wet cake was collected. The wet cake contained most of the undissolved solid from the mash, but the solid was still wet with the liquefied starch solution. The wet cake was washed thoroughly with water and the resulting slurry was centrifuged to separate the aqueous layer from the undissolved solid. The cake was washed with enough water for a total of 5 times to remove almost all of the soluble starch retained in the original wet cake recovered from liquefaction. As a result, the liquid phase retained in the final washed wet cake consisted of water substantially free of soluble starch.

最終的な洗浄されたウェットケーキを、水中で再スラリー化し、非常に過剰なα−アミラーゼおよびグルコアミラーゼの両方を加えた。温度およびpHを制御しながら、スラリーを少なくとも24時間混合して、α−アミラーゼが、非溶解固体中に残っている実質的に全ての非加水分解でんぷんを可溶性オリゴ糖に転化するのを可能にした。その後、残留でんぷん(対象とする条件における液化中に加水分解されなかった)から生成される可溶性オリゴ糖を、存在するグルコアミラーゼによってグルコースに転化した。グルコース濃度を、HPLCによって時間とともに追跡して、残留でんぷんから生成される全てのオリゴ糖がグルコースに転化されたことおよびグルコース濃度がもはや時間とともに増加しないことを確認した。   The final washed wet cake was reslurried in water and both very excess α-amylase and glucoamylase were added. While controlling the temperature and pH, the slurry is mixed for at least 24 hours to allow α-amylase to convert substantially all unhydrolyzed starch remaining in the undissolved solids to soluble oligosaccharides. did. Subsequently, soluble oligosaccharides produced from residual starch (which was not hydrolyzed during liquefaction under the conditions of interest) were converted to glucose by the existing glucoamylase. The glucose concentration was followed over time by HPLC to confirm that all oligosaccharides produced from the residual starch were converted to glucose and that the glucose concentration no longer increased with time.

B.液化されたトウモロコシマッシュの生成
2つのバッチの液化されたトウモロコシマッシュを、Liquozyme(登録商標)SC DS(Novozymes(Franklinton,NC)製のα−アミラーゼ)を用いて、85℃で(それぞれ約1L)調製した。両方のバッチを、85℃で2時間余り運転した。ただし、「調理」期間を、第2のバッチ(「バッチ2」)の途中で追加した。バッチ2の温度分布は、85℃で約30分間、温度を85℃から101℃まで上昇させ、101℃で約30分間保持し、85℃に冷却し、さらに120分間液化を続けた。両方のバッチに使用される磨砕トウモロコシは、実施例1と同じであった。26重量%(乾燥トウモロコシ基準)のトウモロコシ充填量を両方のバッチに使用した。両方の実行に使用される酵素の総量は、0.08重量%(乾燥トウモロコシ基準)に相当していた。両方の液化実行中、pHを5.8に制御した。液化を、ガラスの被覆された樹脂ケトル中で行った。ケトルは、機械的撹拌、温度制御、およびpH制御を備えていた。
B. Production of liquefied corn mash Two batches of liquefied corn mash were prepared using Liquizyme® SC DS (alpha-amylase from Novozymes (Franklinton, NC)) at 85 ° C. (approximately 1 L each). Prepared. Both batches were run for more than 2 hours at 85 ° C. However, a “cooking” period was added in the middle of the second batch (“Batch 2”). The temperature distribution of batch 2 was 85 ° C. for about 30 minutes, the temperature was increased from 85 ° C. to 101 ° C., held at 101 ° C. for about 30 minutes, cooled to 85 ° C. and continued to liquefy for an additional 120 minutes. The ground corn used in both batches was the same as in Example 1. A corn loading of 26% by weight (dry corn basis) was used for both batches. The total amount of enzyme used in both runs corresponded to 0.08 wt% (dry corn basis). The pH was controlled at 5.8 during both liquefaction runs. Liquefaction was performed in a glass-coated resin kettle. The kettle was equipped with mechanical agitation, temperature control, and pH control.

以下のプロトコルにしたがって、バッチ1の液化されたトウモロコシマッシュを調製した:
・α−アミラーゼを水道水で希釈した(20.802gの水中の0.418gの酵素)。
・704.5gの水道水をケトルに投入した。
・撹拌器のスイッチを入れた。
・磨砕トウモロコシ(198g)の第1の投入を行った。
・撹拌しながら55℃まで加熱した。
・HSOまたはNaOHを用いて、pHを5.8に調整した。
・α−アミラーゼ溶液(7.111g)の第1の投入を行った。
・85℃まで加熱した
・85℃で30分間保持した。
・α−アミラーゼ溶液(3.501g)の第2の投入を行った。
・磨砕トウモロコシ(97.5g)の第2の投入を行った。
・85℃でさらに100分間、運転し続けた。
・液化が完了した後、60℃に冷却した。
・反応器の中身を空け(dump)、998.5gの液化されたマッシュを回収した。
Batch 1 liquefied corn mash was prepared according to the following protocol:
Α-Amylase was diluted with tap water (0.418 g enzyme in 20.802 g water).
-704.5 g of tap water was added to the kettle.
-The stirrer was switched on.
A first charge of ground corn (198 g) was made.
Heated to 55 ° C. with stirring.
• The pH was adjusted to 5.8 using H 2 SO 4 or NaOH.
A first charge of α-amylase solution (7.111 g) was made.
• Heated to 85 ° C • Hold at 85 ° C for 30 minutes.
A second charge of α-amylase solution (3.501 g) was made.
A second charge of ground corn (97.5 g) was made.
• Continued operation at 85 ° C for an additional 100 minutes.
-It cooled to 60 degreeC after liquefaction was completed.
-The reactor was dumped and 998.5 g of liquefied mash was recovered.

以下のプロトコルにしたがって、バッチ2の液化トウモロコシマッシュを調製した:
・α−アミラーゼを水道水で希釈した(16.642gの水中の0.3366gの酵素)。
・562.6gの水道水をケトルに投入した。
・撹拌器のスイッチを入れた。
・磨砕トウモロコシ(237.5g)を投入した。
・撹拌しながら55℃まで加熱した。
・希薄HSOまたはNaOHを用いて、pHを5.8に調整した。
・α−アミラーゼ溶液(4.25g)の第1の投入を行った。
・85℃まで加熱した。
・85℃で30分間保持した。
・101℃まで加熱した。
・101℃で30分間保持した。
・マッシュの温度を再び85℃に低下させた。
・希薄HSOまたはNaOHを用いて、pHを5.8に調整した。
・α−アミラーゼ溶液(4.2439g)の第2の投入を行った。
・85℃でさらに120分間、運転し続けた。
・液化が完了した後、60℃に冷却した。
Batch 2 liquefied corn mash was prepared according to the following protocol:
Α-Amylase was diluted with tap water (0.3366 g enzyme in 16.642 g water).
-562.6 g of tap water was added to the kettle.
-The stirrer was switched on.
-Ground corn (237.5 g) was added.
Heated to 55 ° C. with stirring.
Adjust the pH to 5.8 using dilute H 2 SO 4 or NaOH.
A first charge of α-amylase solution (4.25 g) was made.
-Heated to 85 ° C.
-Hold at 85 ° C for 30 minutes.
-Heated to 101 ° C.
-Hold at 101 ° C for 30 minutes.
-The mash temperature was again reduced to 85 ° C.
Adjust the pH to 5.8 using dilute H 2 SO 4 or NaOH.
A second charge of α-amylase solution (4.2439 g) was made.
• Continued operation at 85 ° C for an additional 120 minutes.
-It cooled to 60 degreeC after liquefaction was completed.

C.液化されたマッシュからの非溶解固体の除去および可溶性でんぷんを除去するための水によるウェットケーキの洗浄
バッチを室温で20分間、5000rpmで大容量遠心分離機において遠心分離することによって、液化されたマッシュの両方のバッチから固体の大部分を除去した。バッチ1からの500gのマッシュの遠心分離により、334.1gの遠心分離液および165.9gのウェットケーキが得られた。バッチ2からの872gのマッシュの遠心分離により、654.7gの遠心分離液および217gのウェットケーキが得られた。液化されたマッシュの各バッチから回収されるウェットケーキを、水道水で5回洗浄して、ケーキ中に保持される可溶性でんぷんの実質的に全てを除去した。容器間でケーキが移るのを防ぐために、元のマッシュを遠心分離するのに使用されるのと同じボトルにおいて洗浄を行った。各洗浄段階では、ケーキを水と混合し、得られた洗浄スラリーを室温で(5000rpmで20分間)遠心分離した。マッシュの両方のバッチから回収されるウェットケーキにおいて行われる全ての5回の洗浄段階についてこれを行った。約165gの水を、バッチ1からのウェットケーキの5回の洗浄のそれぞれに使用し、これは、バッチ1からのウェットケーキを洗浄するのに使用される合計828.7gの水になった。約500gの水を、バッチ2からのウェットケーキの5回の洗浄のそれぞれに使用し、これは、バッチ2からのウェットケーキを洗浄するのに使用される合計2500gの水になった。バッチ1からのウェットケーキの全ての5回の水洗浄から回収される全洗浄遠心分離液は893.1gであった。バッチ2からのウェットケーキの全ての5回の水洗浄から回収される全洗浄遠心分離液は2566.3gであった。バッチ1から回収される最終的な洗浄されたウェットケーキは101.5gであり、バッチ2から回収される最終的な洗浄されたウェットケーキは151.0gであった。各バッチから得られる最終的な洗浄されたウェットケーキは、可溶性でんぷんを実質的に含有しておらず;したがって、各ケーキ中に保持される液体は主に水であった。ウェットケーキの全固形分(TS)を、水分収支を用いて測定した。バッチ1からのウェットケーキの全固形分は21.63重量%であり、バッチ2からのウェットケーキのTSは23.66重量%であった。
C. Removal of undissolved solids from the liquefied mash and washing of the wet cake with water to remove soluble starch. Most of the solids were removed from both batches. Centrifugation of 500 g mash from batch 1 gave 334.1 g of centrifuge and 165.9 g of wet cake. Centrifugation of 872 g of mash from batch 2 yielded 654.7 g of centrifuge and 217 g of wet cake. The wet cake recovered from each batch of liquefied mash was washed 5 times with tap water to remove substantially all of the soluble starch retained in the cake. Washing was done in the same bottle used to centrifuge the original mash to prevent the cake from moving between the containers. In each wash step, the cake was mixed with water and the resulting wash slurry was centrifuged at room temperature (5000 rpm for 20 minutes). This was done for all five washing steps performed on wet cakes recovered from both batches of mash. Approximately 165 g of water was used for each of the 5 washes of the wet cake from Batch 1, which totaled 828.7 g of water used to wash the wet cake from Batch 1. About 500 g of water was used for each of the 5 washes of the wet cake from Batch 2, which resulted in a total of 2500 g of water used to wash the wet cake from Batch 2. The total wash centrifuge recovered from all 5 water washes of the wet cake from Batch 1 was 893.1 g. The total wash centrifuge recovered from all 5 water washes of the wet cake from batch 2 was 2566.3 g. The final washed wet cake recovered from batch 1 was 101.5 g and the final washed wet cake recovered from batch 2 was 151.0 g. The final washed wet cake obtained from each batch was substantially free of soluble starch; therefore, the liquid retained in each cake was primarily water. The total solids (TS) of the wet cake was measured using a moisture balance. The total solids of the wet cake from batch 1 was 21.63 wt% and the TS of the wet cake from batch 2 was 23.66 wt%.

D.液化後に非溶解固体中に残っている非加水分解でんぷんのレベルを測定するための、洗浄されたウェットケーキの液化/糖化
両方の洗浄されたウェットケーキ中に存在する固体中に残っている非加水分解でんぷんのレベルを、水中のケーキを再スラリー化し、過剰のα−アミラーゼおよび過剰のグルコアミラーゼを加えることによって測定した。α−アミラーゼは、固体中の残留非加水分解でんぷんを、スラリーの水相に溶解する可溶性オリゴ糖に転化する。その後、グルコアミラーゼが、α−アミラーゼによって生成される可溶性オリゴ糖をグルコースに転化する。反応を55℃(グルコアミラーゼの推奨される最高温度)で少なくとも24時間実行して、固体中の残留でんぷんの全てが可溶性オリゴ糖に転化され、全ての可溶性オリゴ糖がグルコースに転化されるのを確実にした。液化中に加水分解されなかったでんぷんである、固体中の残留非加水分解でんぷんは、この手順によって生成されるグルコースの量から計算することができる。
D. Liquefaction / saccharification of the washed wet cake to measure the level of non-hydrolyzed starch remaining in the non-dissolved solid after liquefaction Non-hydrate remaining in the solid present in both washed wet cakes The level of degraded starch was measured by reslurrying the cake in water and adding excess α-amylase and excess glucoamylase. α-Amylase converts residual non-hydrolyzed starch in solids into soluble oligosaccharides that dissolve in the aqueous phase of the slurry. Thereafter, glucoamylase converts soluble oligosaccharides produced by α-amylase into glucose. Run the reaction at 55 ° C (recommended maximum temperature for glucoamylase) for at least 24 hours to convert all residual starch in the solid to soluble oligosaccharides and all soluble oligosaccharides to glucose. I was sure. Residual non-hydrolyzed starch in solids that is not hydrolyzed during liquefaction can be calculated from the amount of glucose produced by this procedure.

以下のプロトコルに使用されるα−アミラーゼおよびグルコアミラーゼ酵素は、それぞれLiquozyme(登録商標)SC DSおよびSpirizyme(登録商標)Fuel(Novozymes,Franklinton,NC)であった。洗浄されたウェットケーキを処理するのに使用される容器は、機械的撹拌、温度制御、およびpH制御を備えた250mLの被覆されたガラス樹脂ケトルであった。使用されるLiquozyme(登録商標)の量は、「乾燥トウモロコシ基準」における0.08重量%の酵素充填量に相当していた。使用されるSpirizyme(登録商標)の量は、「乾燥トウモロコシ基準」における0.2重量%の酵素充填量に相当していた。この基準は、全てのでんぷんが可溶性オリゴ糖に加水分解されると仮定して、洗浄されたケーキ中に保持される非溶解固体の量を得るのに必要とされる磨砕トウモロコシの量として定義される。洗浄されたケーキ中に保持される非溶解固体はほとんど、トウモロコシのでんぷんでない非発酵性の部分であると考えられる。これらの酵素充填量は、26%のトウモロコシ充填量で完全な液化および糖化を得るのに必要とされるより少なくとも4倍多い。酵素を非常に過剰に用いて、固体中の残留でんぷんの完全な加水分解およびグルコースへのオリゴ糖の完全な転化を確実にした。   The α-amylase and glucoamylase enzymes used in the following protocols were Liquizyme® SC DS and Spirizyme® Fuel (Novozymes, Franklinton, NC), respectively. The container used to process the washed wet cake was a 250 mL coated glass resin kettle with mechanical stirring, temperature control, and pH control. The amount of Liquizyme® used corresponded to an enzyme loading of 0.08% by weight on a “dry corn basis”. The amount of Spirizyme® used corresponded to an enzyme loading of 0.2% by weight on a “dry corn basis”. This criterion is defined as the amount of ground corn required to obtain the amount of undissolved solids retained in the washed cake, assuming that all starch is hydrolyzed to soluble oligosaccharides. Is done. Most of the undissolved solids retained in the washed cake are considered to be non-fermentable parts of corn starch. These enzyme loadings are at least four times higher than required to obtain complete liquefaction and saccharification at 26% corn loading. Enzymes were used in great excess to ensure complete hydrolysis of the residual starch in the solid and complete conversion of the oligosaccharide to glucose.

以下のプロトコルにしたがって、バッチ1のマッシュからの洗浄されたウェットケーキ中に存在する固体中の非加水分解でんぷんのレベルを測定した:
・α−アミラーゼを水道水で希釈した(10.3607gの水中の0.1297gの酵素)。
・グルコアミラーゼを水道水で希釈した(15.6054gの水中の0.3212gの酵素)。
・132gの水道水をケトルに投入した。
・撹拌器のスイッチを入れた。
・液化バッチ1から生成される68gの洗浄されたウェットケーキ(TS=21.63重量%)を投入した。
・撹拌しながら55℃まで加熱した。
・希薄HSOまたはNaOHを用いて、pHを5.5に調整した。
・α−アミラーゼ溶液(3.4992g)を投入した。
・グルコアミラーゼ溶液(5.319g)を投入した。
・pHを5.5に制御しながら55℃で24時間運転し、グルコース用のスラリーを定期的に採取した。
The level of non-hydrolyzed starch in the solid present in the washed wet cake from the batch 1 mash was measured according to the following protocol:
Α-Amylase was diluted with tap water (0.1297 g enzyme in 10.3607 g water).
Glucoamylase was diluted with tap water (0.3212 g enzyme in 15.6054 g water).
-132 g of tap water was added to the kettle.
-The stirrer was switched on.
-Charged 68 g of washed wet cake (TS = 21.63% wt) produced from liquefaction batch 1.
Heated to 55 ° C. with stirring.
Adjust the pH to 5.5 using dilute H 2 SO 4 or NaOH.
-An α-amylase solution (3.4992 g) was added.
-A glucoamylase solution (5.319 g) was added.
-It was operated at 55 ° C for 24 hours while controlling the pH to 5.5, and a slurry for glucose was collected periodically.

以下のプロトコルにしたがって、バッチ2からの洗浄されたウェットケーキ中に存在する固体中の非加水分解でんぷんのレベルを測定した。
・α−アミラーゼを水道水で希釈した(11.709gの水中の0.2384gの酵素)。
・グルコアミラーゼを水道水で希釈した(17.5538gの水中の0.3509gの酵素)。
・154.3gの水道水をケトルに投入した。
・撹拌器のスイッチを入れた。
・液化バッチ1から生成される70.7gの洗浄されたウェットケーキ(TS=23.66重量%)を投入した。
・撹拌しながら55℃まで加熱した。
・希薄HSOまたはNaOHを用いて、pHを5.5に調整した。
・α−アミラーゼ溶液(2.393g)を投入した。
・グルコアミラーゼ溶液(5.9701g)を投入した。
・pHを5.5に制御しながら55℃で24時間運転し、グルコース用のスラリーを定期的に採取した。
The level of non-hydrolyzed starch in the solid present in the washed wet cake from batch 2 was measured according to the following protocol.
Α-Amylase was diluted with tap water (0.2384 g enzyme in 11.709 g water).
Glucoamylase was diluted with tap water (0.3509 g enzyme in 17.5538 g water).
-154.3 g of tap water was added to the kettle.
-The stirrer was switched on.
-70.7 g of washed wet cake produced from liquefaction batch 1 (TS = 23.66 wt%) was charged.
Heated to 55 ° C. with stirring.
Adjust the pH to 5.5 using dilute H 2 SO 4 or NaOH.
-An α-amylase solution (2.393 g) was added.
-A glucoamylase solution (5.9701 g) was added.
-It was operated at 55 ° C for 24 hours while controlling the pH to 5.5, and a slurry for glucose was collected periodically.

洗浄されたウェットケーキの液化/糖化の結果の比較
上述したように、バッチ1および2からの洗浄されたウェットケーキを、水中で再スラリー化し、固体中に残っている一切のでんぷんを加水分解し、それをグルコースに転化するために、非常に過剰なα−アミラーゼおよびグルコアミラーゼの両方をスラリーに加えた。図11は、時間に応じたスラリーの水相中のグルコースの濃度を示す。
Comparison of liquefaction / saccharification results of washed wet cake As described above, the washed wet cake from batches 1 and 2 is reslurried in water to hydrolyze any remaining starch in the solid. In order to convert it to glucose, both very excess α-amylase and glucoamylase were added to the slurry. FIG. 11 shows the concentration of glucose in the aqueous phase of the slurry as a function of time.

グルコース濃度は、時間とともに増加し、両方の反応について約24時間の時点で最大値で安定した。24時間〜48時間のグルコースのわずかな減少は、微生物汚染によるものであり得;したがって、各系において達するグルコースの最大レベルを用いて、洗浄されたウェットケーキの固体中にある残留非加水分解でんぷんのレベルを計算した。(α−アミラーゼおよびグルコアミラーゼの存在下で)バッチ1の液化から得られる洗浄されたウェットケーキを反応させることによって達するグルコースの最大レベルは4.48g/Lであった。比較して、(α−アミラーゼおよびグルコアミラーゼの存在下で)バッチ2の液化から得られる洗浄されたウェットケーキを反応させることによって達するグルコースの最大レベルは2.39g/Lであった。   The glucose concentration increased with time and stabilized at a maximum at about 24 hours for both reactions. The slight decrease in glucose between 24 hours and 48 hours may be due to microbial contamination; therefore, the residual unhydrolyzed starch in the washed wet cake solids using the maximum level of glucose reached in each system. The level of was calculated. The maximum level of glucose reached by reacting the washed wet cake obtained from liquefaction of Batch 1 (in the presence of α-amylase and glucoamylase) was 4.48 g / L. In comparison, the maximum level of glucose reached by reacting the washed wet cake obtained from batch 2 liquefaction (in the presence of α-amylase and glucoamylase) was 2.39 g / L.

液化されたマッシュ中の非溶解固体中にある残留非加水分解でんぷん(液化中に加水分解されなかった)のレベルを、マッシュの対応するバッチから得られる洗浄されたウェットケーキから得られるグルコースのデータに基づいて計算した。
・液化バッチ1:固体中の残留非加水分解でんぷんは、液化に供給されるトウモロコシ中の全でんぷんの2.1%に相当する。これは、トウモロコシ中のでんぷんの2.1%が、バッチ1の液化条件で加水分解されなかったことを示唆する。液化バッチ1中、中間の高温(「調理」)段階を行わなかった。
・液化バッチ2:固体中の残留非加水分解でんぷんは、液化に供給されるトウモロコシ中の全でんぷんの1.1%に相当する。これは、トウモロコシ中のでんぷんの1.1%が、バッチ2の液化条件で加水分解されなかったことを示唆する。液化バッチ2中、高温(「調理」)段階を行った。
Glucose data obtained from washed wet cakes obtained from corresponding batches of mash, levels of residual non-hydrolyzed starch (not hydrolyzed during liquefaction) in non-dissolved solids in liquefied mash Calculated based on
Liquefaction batch 1: Residual non-hydrolyzed starch in solids represents 2.1% of the total starch in corn fed to liquefaction. This suggests that 2.1% of the starch in the corn was not hydrolyzed under the batch 1 liquefaction conditions. During liquefaction batch 1, no intermediate high temperature (“cooking”) step was performed.
Liquefaction batch 2: Residual non-hydrolyzed starch in solids represents 1.1% of total starch in corn fed to liquefaction. This suggests that 1.1% of the starch in the corn was not hydrolyzed under the batch 2 liquefaction conditions. During liquefaction batch 2, a high temperature (“cooking”) stage was performed.

この実施例は、液化中のある時点における高温「調理」段階の追加が、より高いでんぷん転化率をもたらし得ることを示す。これにより、液化されたトウモロコシマッシュ中の非溶解固体中に残っている残留非加水分解でんぷんが少なくなり、非溶解固体が液化の前にマッシュから除去される場合のプロセスにおけるでんぷんの損失が少なくなる。   This example shows that the addition of a high temperature “cooking” stage at some point during liquefaction can result in higher starch conversion. This results in less residual non-hydrolyzed starch remaining in the undissolved solids in the liquefied corn mash, and less starch loss in the process when the undissolved solids are removed from the mash prior to liquefaction. .

実施例17
トウモロコシ固体中のでんぷんの、可溶性(液化)でんぷんへの転化率に対する液化中の高温段階の影響
液化されたトウモロコシマッシュの2つのバッチ(バッチ3およびバッチ4)を、Liquozyme(登録商標)SC DS(Novozymes(Franklinton,NC)製のα−アミラーゼ)を用いて85℃で調製した。両方のバッチを、85℃で2時間余り運転した。ただし、「調理」期間を、バッチ4の途中で追加した。バッチ4の温度分布は、85℃で約30分間、温度を85℃から121℃まで上昇させ、121℃で約30分間保持し、85℃に冷却し、さらに90分間液化を続けた。両方のバッチに使用される磨砕トウモロコシは、実施例1と同じであった。26重量%(乾燥トウモロコシ基準)のトウモロコシ充填量を両方のバッチに使用した。両方の実行に使用される酵素の総量は、0.04重量%(乾燥トウモロコシ基準)に相当していた。両方の液化実行中、pHを5.8に制御した。バッチ3の液化を、1Lのガラスの被覆された樹脂ケトル中で行い、バッチ4の液化を、200Lのステンレス鋼発酵装置中で行った。両方の反応器は、機械的撹拌、温度制御、およびpH制御を備えていた。
Example 17
Effect of high temperature stage during liquefaction on the conversion of starch in corn solids to soluble (liquefied) starch. It was prepared at 85 ° C using Novozymes (α-amylase manufactured by Franklinton, NC). Both batches were run for more than 2 hours at 85 ° C. However, a “cooking” period was added in the middle of batch 4. The temperature distribution in batch 4 was 85 ° C. for about 30 minutes, the temperature was raised from 85 ° C. to 121 ° C., held at 121 ° C. for about 30 minutes, cooled to 85 ° C. and continued to liquefy for an additional 90 minutes. The ground corn used in both batches was the same as in Example 1. A corn loading of 26% by weight (dry corn basis) was used for both batches. The total amount of enzyme used in both runs corresponded to 0.04 wt% (dry corn basis). The pH was controlled at 5.8 during both liquefaction runs. Batch 3 liquefaction was performed in a 1 L glass coated resin kettle and Batch 4 liquefaction was performed in a 200 L stainless steel fermenter. Both reactors were equipped with mechanical stirring, temperature control, and pH control.

この実施例の実験条件は、以下の相違点を除き、実施例14について記載される実験条件と同様であった:   The experimental conditions for this example were similar to those described for Example 14 with the following differences:

バッチ3の液化されたトウモロコシマッシュの生成では:0.211gのα−アミラーゼを、10.403gの水道水で希釈した。α−アミラーゼ溶液の第1の投入は3.556gであった。α−アミラーゼ溶液の第2の投入は1.755gであり、反応を、85℃でさらに90分間実行し続けた。   For production of batch 3 liquefied corn mash: 0.211 g α-amylase was diluted with 10.403 g tap water. The first charge of α-amylase solution was 3.556 g. The second charge of α-amylase solution was 1.755 g and the reaction continued to run at 85 ° C. for an additional 90 minutes.

バッチ4の液化されたトウモロコシマッシュの生成では:22gのα−アミラーゼを、2kgの水道水で希釈し、147.9kgの水道水を発酵装置に投入し、61.8kgの磨砕トウモロコシを投入した。α−アミラーゼ溶液の第1の投入は1.0kgであり、反応物を85℃まで加熱し、85℃で30分間保持し、次に、反応物を121℃まで加熱し、121℃で30分間保持した。α−アミラーゼ溶液の第2の投入は1kgであり、反応を、85℃でさらに90分間実行し続けた。   In the production of batch 4 liquefied corn mash: 22 g of α-amylase was diluted with 2 kg of tap water, 147.9 kg of tap water was charged to the fermentor, and 61.8 kg of ground corn was charged. . The first charge of α-amylase solution is 1.0 kg, the reaction is heated to 85 ° C. and held at 85 ° C. for 30 minutes, then the reaction is heated to 121 ° C. and at 121 ° C. for 30 minutes. Retained. The second charge of α-amylase solution was 1 kg and the reaction continued to run at 85 ° C. for an additional 90 minutes.

液化されたマッシュからの非溶解固体の除去および可溶性でんぷんを除去するための水によるウェットケーキの洗浄
バッチを室温で15分間、5000rpmで大容量遠心分離機において遠心分離することによって、液化されたマッシュの両方のバッチから固体の大部分を除去した。バッチ3からの500.1gのマッシュの遠心分離により、337.2gの遠心分離液および162.9gのウェットケーキが得られた。バッチ4からの509.7gのマッシュの遠心分離により、346.3gの遠心分離液および163.4gのウェットケーキが得られた。液化されたマッシュの各バッチから回収されるウェットケーキを、水道水で5回洗浄して、ケーキ中に保持される可溶性でんぷんの実質的に全てを除去した。容器間でケーキが移るのを防ぐために、元のマッシュを遠心分離するのに使用されるのと同じボトルにおいて洗浄を行った。各洗浄段階では、ケーキを水と混合し、得られた洗浄スラリーを室温で(5000rpmで15分間)遠心分離した。マッシュの両方のバッチから回収されるウェットケーキにおいて行われる全ての5回の洗浄段階についてこれを行った。約164gの水を、バッチ3からのウェットケーキの5回の洗浄のそれぞれに使用し、これは、バッチ3からのウェットケーキを洗浄するのに使用される合計819.8gの水になった。約400gの水を、バッチ4からのウェットケーキの5回の洗浄のそれぞれに使用し、これは、バッチ4からのウェットケーキを洗浄するのに使用される合計2000gの水になった。バッチ3からのウェットケーキの全ての5回の水洗浄から回収される全洗浄遠心分離液は879.5gであった。バッチ4からのウェットケーキの全ての5回の水洗浄から回収される全洗浄遠心分離液は2048.8gであった。バッチ3から回収される最終的な洗浄されたウェットケーキは103.2gであり、バッチ4から回収される最終的な洗浄されたウェットケーキは114.6gであった。各バッチから得られる最終的な洗浄されたウェットケーキは、可溶性でんぷんを実質的に含有しておらず;したがって、各ケーキ中に保持される液体は主に水であった。ウェットケーキの全固形分(TS)を、水分収支を用いて測定した。バッチ3からのウェットケーキの全固形分は21.88重量%であり、バッチ4からのウェットケーキのTSは18.1重量%であった。
Removal of undissolved solids from liquefied mash and washing of wet cake with water to remove soluble starch Liquefied mash by centrifuging the batch in a high-capacity centrifuge at 5000 rpm for 15 minutes at room temperature Most of the solids were removed from both batches. Centrifugation of 500.1 g mash from Batch 3 gave 337.2 g of centrifuge and 162.9 g of wet cake. Centrifugation of 509.7 g mash from batch 4 yielded 346.3 g of centrifuge and 163.4 g of wet cake. The wet cake recovered from each batch of liquefied mash was washed 5 times with tap water to remove substantially all of the soluble starch retained in the cake. Washing was done in the same bottle used to centrifuge the original mash to prevent the cake from moving between the containers. In each washing step, the cake was mixed with water and the resulting washing slurry was centrifuged at room temperature (5000 rpm for 15 minutes). This was done for all five washing steps performed on wet cakes recovered from both batches of mash. Approximately 164 g of water was used for each of the 5 washes of the wet cake from Batch 3, which totaled 819.8 g of water used to wash the wet cake from Batch 3. Approximately 400 g of water was used for each of the 5 washes of the wet cake from Batch 4, which resulted in a total of 2000 g of water used to wash the wet cake from Batch 4. The total wash centrifuge recovered from all 5 water washes of the wet cake from Batch 3 was 879.5 g. The total wash centrifuge recovered from all 5 water washes of the wet cake from Batch 4 was 2048.8 g. The final washed wet cake recovered from batch 3 was 103.2 g and the final washed wet cake recovered from batch 4 was 114.6 g. The final washed wet cake obtained from each batch was substantially free of soluble starch; therefore, the liquid retained in each cake was primarily water. The total solids (TS) of the wet cake was measured using a moisture balance. The total solids of the wet cake from batch 3 was 21.88 wt% and the TS of the wet cake from batch 4 was 18.1 wt%.

この実施例の実験条件は、以下の相違点を除き、実施例14について記載される実験条件と同様であった:   The experimental conditions for this example were similar to those described for Example 14 with the following differences:

バッチ3についての、液化の後に非溶解固体中に残っている非加水分解でんぷんのレベルの測定するための洗浄されたウェットケーキの液化/糖化では:バッチ3の液化から生成される68gの洗浄されたウェットケーキを投入した(TS=21.88重量%)。3.4984gのα−アミラーゼ溶液および5.3042gのグルコアミラーゼを投入した。pHを5.5に制御しながら55℃で47時間反応を実行し、グルコース用のスラリーを定期的に採取した。   For batch 3 liquefaction / saccharification of the washed wet cake to measure the level of unhydrolyzed starch remaining in the undissolved solids after liquefaction: 68 g of washed from the liquefaction of batch 3 Wet cake was added (TS = 21.88% by weight). 3.4984 g of α-amylase solution and 5.3042 g of glucoamylase were added. The reaction was carried out at 55 ° C. for 47 hours while controlling the pH at 5.5, and a slurry for glucose was collected periodically.

バッチ4についての、液化の後に非溶解固体中に残っている非加水分解でんぷんのレベルの測定するための洗浄されたウェットケーキの液化/糖化では:0.1663gのα−アミラーゼを、13.8139gの水道水で希釈し、0.213gのグルコアミラーゼを、20.8002gの水道水で希釈した。117.8gの水道水をケトルに投入した。バッチ4の液化から生成される82.24gの洗浄されたウェットケーキを投入した(TS=18.1重量%)。3.4952gのα−アミラーゼ溶液および10.510gのグルコアミラーゼを投入した。pHを5.5に制御しながら55℃で50時間反応を実行し、グルコース用のスラリーを定期的に採取した。   For batch 4 liquefaction / saccharification of the washed wet cake to measure the level of unhydrolyzed starch remaining in the undissolved solids after liquefaction: 0.1663 g α-amylase And 0.213 g of glucoamylase was diluted with 20.8002 g of tap water. 117.8 g of tap water was charged into the kettle. 82.24 g of washed wet cake produced from liquefaction of batch 4 was charged (TS = 18.1 wt%). 3.4952 g of α-amylase solution and 10.510 g of glucoamylase were added. The reaction was carried out at 55 ° C. for 50 hours while controlling the pH at 5.5, and a slurry for glucose was collected periodically.

洗浄されたウェットケーキの液化/糖化の結果の比較
上述したように、バッチ3および4からの洗浄されたウェットケーキを、水中で再スラリー化し、固体中に残っている一切のでんぷんを加水分解し、それをグルコースに転化するために、非常に過剰なα−アミラーゼおよびグルコアミラーゼの両方をスラリーに加えた。図12は、時間に応じたスラリーの水相中のグルコースの濃度を示す。
Comparison of the results of liquefaction / saccharification of the washed wet cake As described above, the washed wet cake from batches 3 and 4 is reslurried in water to hydrolyze any remaining starch in the solid. In order to convert it to glucose, both very excess α-amylase and glucoamylase were added to the slurry. FIG. 12 shows the concentration of glucose in the aqueous phase of the slurry as a function of time.

グルコース濃度は、時間とともに増加し、バッチ3からの洗浄されたウェットケーキについて約26時間の時点で最大値で安定した。バッチ4の洗浄されたウェットケーキでは、グルコース濃度は、24時間〜47時間でわずかに増加し続けた。バッチ4のウェットケーキについて47時間の時点で測定したグルコース濃度が、最大値にほぼ等しいことが仮定される。(α−アミラーゼおよびグルコアミラーゼの存在下で)バッチ3の液化から得られる洗浄されたウェットケーキを反応させることによって達するグルコースの最大レベルは8.33g/Lであった。比較して、(α−アミラーゼおよびグルコアミラーゼの存在下で)バッチ4の液化から得られる洗浄されたウェットケーキを反応させることによって達するグルコースの最大レベルは4.92g/Lであった。   The glucose concentration increased with time and stabilized at a maximum at about 26 hours for the washed wet cake from Batch 3. In batch 4 washed wet cake, the glucose concentration continued to increase slightly from 24 to 47 hours. It is assumed that the glucose concentration measured at 47 hours for the batch 4 wet cake is approximately equal to the maximum value. The maximum level of glucose reached by reacting the washed wet cake obtained from batch 3 liquefaction (in the presence of α-amylase and glucoamylase) was 8.33 g / L. In comparison, the maximum level of glucose reached by reacting the washed wet cake obtained from the liquefaction of batch 4 (in the presence of α-amylase and glucoamylase) was 4.92 g / L.

液化されたマッシュ中の非溶解固体中にある残留非加水分解でんぷん(液化中に加水分解されなかった)のレベルを、(過剰のα−アミラーゼおよびグルコアミラーゼの存在下で)マッシュの対応するバッチから得られる洗浄されたウェットケーキを「加水分解」することによって得られるグルコースのデータに基づいて計算した。
・液化バッチ3:固体中の残留非加水分解でんぷんは、液化に供給されるトウモロコシ中の全でんぷんの3.8%に相当する。これは、トウモロコシ中のでんぷんの3.8%が、バッチ3の液化条件で加水分解されなかったことを示唆する。液化バッチ3中、中間の高温(「調理」)段階を行わなかった。
・液化バッチ4:固体中の残留非加水分解でんぷんは、液化に供給されるトウモロコシ中の全でんぷんの2.2%に相当する。これは、トウモロコシ中のでんぷんの2.2%が、バッチ4の液化条件で加水分解されなかったことを示唆する。液化バッチ4中、高温(「調理」)段階を行った。
The level of residual non-hydrolyzed starch (which was not hydrolyzed during liquefaction) in non-dissolved solids in the liquefied mash was adjusted to the corresponding batch of mash (in the presence of excess α-amylase and glucoamylase). Was calculated based on glucose data obtained by “hydrolyzing” the washed wet cake obtained from
Liquefaction batch 3: Residual non-hydrolyzed starch in solids represents 3.8% of total starch in corn fed to liquefaction. This suggests that 3.8% of the starch in the corn was not hydrolyzed under the batch 3 liquefaction conditions. During liquefaction batch 3, no intermediate high temperature (“cooking”) step was performed.
Liquefaction batch 4: Residual non-hydrolyzed starch in solids represents 2.2% of total starch in corn fed to liquefaction. This suggests that 2.2% of the starch in the corn was not hydrolyzed under the batch 4 liquefaction conditions. During liquefaction batch 4, a high temperature ("cooking") stage was performed.

この実施例は、液化中のある時点における高温「調理」段階の追加が、より高いでんぷん転化率をもたらし得ることを示す。これにより、液化されたトウモロコシマッシュ中の非溶解固体中に残っている残留非加水分解でんぷんが少なくなり、非溶解固体が液化の前にマッシュから除去される場合のプロセスにおけるでんぷんの損失が少なくなる。   This example shows that the addition of a high temperature “cooking” stage at some point during liquefaction can result in higher starch conversion. This results in less residual non-hydrolyzed starch remaining in the undissolved solids in the liquefied corn mash, and less starch loss in the process when the undissolved solids are removed from the mash prior to liquefaction. .

実施例16および17の概要および比較
液化条件は、トウモロコシ固体中のでんぷんの、可溶性(液化)でんぷんへの転化率に影響を与え得る。磨砕トウモロコシ中のでんぷんの、可溶性でんぷんへの転化率に影響し得る考えられる液化条件は、温度、酵素(α−アミラーゼ)充填量、および+/−高温(「調理」)段階が液化中のある時点で行われるか否かである。実施例16および17は、液化中のある時点における高温(「調理」)段階の実施により、トウモロコシ固体中のでんぷんの、可溶性(液化)でんぷんへのより高い転化率が得られることを示した。実施例16および17に記載される液化中の高温段階は、液化が開始した後のある時点で液化温度を上昇させる工程と、ある期間、より高い温度に保持する工程と、次に、温度を再び元の値まで低下させて、液化を完了させる工程とを含んでいた。
Overview and Comparison of Examples 16 and 17 Liquefaction conditions can affect the conversion of starch in corn solids to soluble (liquefied) starch. Possible liquefaction conditions that may affect the conversion of starch in ground corn to soluble starch are temperature, enzyme (α-amylase) loading, and +/- high temperature (“cooking”) stages being liquefied. Whether it is done at some point. Examples 16 and 17 showed that performing a high temperature (“cooking”) stage at some point during liquefaction resulted in a higher conversion of starch in corn solids to soluble (liquefied) starch. The high temperature stage during liquefaction described in Examples 16 and 17 consists of increasing the liquefaction temperature at some point after liquefaction has started, maintaining it at a higher temperature for a period of time, and then adjusting the temperature to And reducing to the original value again to complete the liquefaction.

実施例16において比較される液化反応を、実施例17において比較される反応と異なる酵素充填量で実行した。これらの実施例は、でんぷん転化率に対する2つの主な液化条件:(1)酵素充填量、および(2)+/−高温段階が液化中のある時点で適用されるか否かの影響を示す。   The liquefaction reaction compared in Example 16 was performed with a different enzyme loading than the reaction compared in Example 17. These examples show the effect of two main liquefaction conditions on starch conversion: (1) enzyme loading and (2) +/− whether a high temperature step is applied at some point during liquefaction. .

実施例16および17に記載される液化されたトウモロコシマッシュの4つのバッチを調製するのに使用される条件を、以下および表9にまとめる。   The conditions used to prepare the four batches of liquefied corn mash described in Examples 16 and 17 are summarized below and in Table 9.

全てのバッチに共通の条件:
・液化温度−85℃
・液化温度における合計時間−約2時間
・トウモロコシを磨砕するのに使用されるふるいサイズ−1mm
・pH−5.8
・乾燥トウモロコシ充填量−26%
・α−アミラーゼ−Liquozyme(登録商標)SC DS(Novozymes,Franklinton,NC)。
Conditions common to all batches:
・ Liquefaction temperature -85 ℃
-Total time at liquefaction temperature-about 2 hours-Screen size used to grind corn-1mm
・ PH-5.8
・ Dry corn filling -26%
Α-Amylase-Liquizyme® SC DS (Novozymes, Franklinton, NC).

Figure 2013528400
Figure 2013528400

バッチ2および4の温度分布(全ての値は概算値である)は:85℃で30分間、30分間の高温段階、85℃で90分間であった。最初の85℃の期間の前に半分の酵素を加え、最後の85℃の期間にわたる高温段階の後に半分を加えた。   The temperature distribution for batches 2 and 4 (all values are approximate) were: 85 ° C. for 30 minutes, 30 minute high temperature phase, 85 ° C. for 90 minutes. Half of the enzyme was added before the first 85 ° C period and half after the high temperature phase over the last 85 ° C period.

図13は、でんぷん転化率に対する、酵素充填量および+/−高温段階が液化中のある時点で適用されたか否かの影響を示す。固体中の残留非加水分解でんぷんのレベルは、対象とする液化条件で加水分解されなかったでんぷんである。図13は、固体中の非加水分解でんぷんのレベルが、液化中のある時点における高温(「調理」)段階の適用によってほぼ半分だけ減少されたことを示す。これは、2つの異なる酵素充填量で示された。図13のデータは、高温段階が液化中に適用されたか否かにかかわらず、酵素充填量を2倍にすると、固体中に残っている非加水分解でんぷんのレベルがほぼ半分になったことも示す。これらの実施例は、より高い酵素(α−アミラーゼ)充填量による液化の実行および/または反応中のある時点における高温(「調理」)段階の追加が、液化されたトウモロコシマッシュ中に存在する非溶解固体中の残留非加水分解でんぷんをかなり減少させ得、非溶解固体が液化の前にマッシュから除去される場合のプロセスにおけるでんぷんの損失を減少させ得ることを示す。液化の後の固体中の一切の残留でんぷんには、固体が発酵の前に除去される場合のプロセスにおいて発酵中に加水分解する機会がない。   FIG. 13 shows the effect of enzyme loading and whether the +/− hot stage was applied at some point during liquefaction on starch conversion. The level of residual non-hydrolyzed starch in the solid is starch that was not hydrolyzed at the intended liquefaction conditions. FIG. 13 shows that the level of non-hydrolyzed starch in the solid was reduced by almost half by the application of a high temperature (“cooking”) stage at some point during liquefaction. This was shown with two different enzyme loadings. The data in FIG. 13 shows that doubling the enzyme loading, whether or not the high temperature step was applied during liquefaction, almost halved the level of non-hydrolyzed starch remaining in the solid. Show. These examples show that the implementation of liquefaction with higher enzyme (α-amylase) loading and / or the addition of a high temperature (“cooking”) stage at some point during the reaction is present in the liquefied corn mash. It shows that residual unhydrolyzed starch in dissolved solids can be significantly reduced and that starch loss in the process can be reduced when undissolved solids are removed from the mash prior to liquefaction. Any residual starch in the solid after liquefaction has no opportunity to hydrolyze during fermentation in a process where the solid is removed prior to fermentation.

実施例18
85℃での酵素消化の後のでんぷんおよび不溶物のふるい分け分離
実施例1に記載される方法ごとに調製されるマッシュ(301グラム)を、調整が必要な場合にNaOH溶液の液滴を用いてpH5.8に保ち、業者指定の用量の約0.064グラムのLiquozyme(登録商標)α−アミラーゼ酵素(Novozyme,Franklinton,NC)で処理し、85℃で5時間保持した。生成物を冷蔵した。
Example 18
Screening Separation of Starch and Insoluble After Enzymatic Digestion at 85 ° C. Mash (301 grams) prepared for each method described in Example 1 is used with drops of NaOH solution if adjustment is required. The pH was maintained at 5.8 and was treated with a manufacturer-specified dose of approximately 0.064 grams of Liquizyme® α-amylase enzyme (Novozyme, Franklinton, NC) and held at 85 ° C. for 5 hours. The product was refrigerated.

冷蔵された生成物を約50℃に温め、48gを、100メッシュスクリーンを含むフィルターアセンブリに注ぎ、−15水銀柱インチ(in Hg)〜−20水銀柱インチで家庭用真空源に接続した。ふるい皿は、44cm2の露出されたふるい表面積を有し、このふるい皿を、Nalgene(登録商標)(Thermo Fisher Scientific,Rochester,NY)によって提供されるプラスチックフィルターハウジング中に密閉した。スラリーをろ過したところ、ふるい上にウェットケーキが形成され、受け器ボトル中に40.4gの黄色の濁ったろ液が形成された。ウェットケーキを所定の位置で水ですぐに洗浄してから、中断した一方、真空源は、最終的な洗浄されたケーキを通して遊離水分を引き続けた。フィルターの下側からの滴りが停止したとき、ろ過を停止した。さらなる28.5gの洗浄ろ液を3段階にわたって収集し、ここで、最終段階のろ液が、最も少ない色および濁りを示した。7.6gの最終的なウェットケーキ質量を、室温で24時間にわたって2.1gになるまで空気乾燥させた。2.1gは、加熱ランプを用いて乾燥させた後に7.73%の水を含有することが分かった。この実験の真空ろ過により、合計25%の乾燥固体を含有するウェットケーキが生成された。   The refrigerated product was warmed to about 50 ° C. and 48 g was poured into a filter assembly containing a 100 mesh screen and connected to a household vacuum source at -15 inches of mercury (in Hg) to -20 inches of mercury. The sieve pan had an exposed sieve surface area of 44 cm 2 and was sealed in a plastic filter housing provided by Nalgene® (Thermo Fisher Scientific, Rochester, NY). When the slurry was filtered, a wet cake was formed on the sieve, and 40.4 g of a yellow turbid filtrate was formed in the receiver bottle. The wet cake was immediately washed with water in place and then interrupted while the vacuum source continued to draw free moisture through the final washed cake. Filtration was stopped when dripping from the bottom of the filter stopped. An additional 28.5 g of wash filtrate was collected over 3 stages, where the final stage filtrate showed the least color and turbidity. The final wet cake mass of 7.6 g was air dried to 2.1 g over 24 hours at room temperature. 2.1 g was found to contain 7.73% water after drying with a heat lamp. The vacuum filtration of this experiment produced a wet cake containing a total of 25% dry solids.

ろ液の試料を、室温でオレイルアルコールと組み合わせて、激しく混合し、沈降させた。界面を約15分間回復させたが、濁ったラグ層が残った。   A sample of the filtrate was mixed vigorously with oleyl alcohol at room temperature and allowed to settle. The interface was allowed to recover for about 15 minutes, but a cloudy rag layer remained.

1gの99.99%超(微量金属基準)のヨウ素、2gのReagentPlus(登録商標)グレード(99%超)のヨウ化カリウム(両方ともSigma−Aldrich(St.Louis,MO)製)、および1滴の量の17gの家庭用脱イオン水からなるルゴール液(でんぷん指示薬)を、ろ液の試料、水中で再スラリー化された、乾燥されたケーキ固体および水の対照試料に加えた。ろ液が濃い青色または紫色に変化し、固体スラリーが非常に濃い青色に変化し、水の色が薄い琥珀色になった。琥珀色より濃い色は、12単位長より長いオリゴ糖の存在を示す。   1 g of> 99.99% (based on trace metals) iodine, 2 g of ReagentPlus® grade (> 99%) potassium iodide (both from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO)), and 1 A drop volume of 17 g of Lugol's solution (starch indicator) consisting of domestic deionized water was added to a sample of the filtrate, a re-slurried, dried cake solid and water control sample. The filtrate turned dark blue or purple, the solid slurry turned very dark blue, and the water color became light amber. Darker than amber indicates the presence of oligosaccharides longer than 12 units long.

この実験は、大部分の懸濁固体が、100メッシュスクリーンにおいて、中程度の速度で、上述したように調製されるでんぷん溶液から分離され得ること、およびでんぷんがろ過ケーキ固体とともに残ることを示した。これは、加水分解されたでんぷんの一部が残るケーキの不完全な洗浄を示す。   This experiment showed that most of the suspended solids could be separated from the starch solution prepared as described above at a moderate rate in a 100 mesh screen and that the starch remained with the filter cake solids. . This indicates incomplete washing of the cake leaving a portion of the hydrolyzed starch.

この実験を、直径63mmの100メッシュスクリーン上で156グラムのマッシュを用いて繰り返した。最高温度は102℃であり、酵素はSpezyme(登録商標)であり、スラリーを、85℃超で、3時間保持した。ふるい分け速度を測定し、決定したところ、ふるい面積の平方フィート当たり毎分0.004ガロン以下であった。   The experiment was repeated with 156 grams of mash on a 63 mesh diameter 100 mesh screen. The maximum temperature was 102 ° C., the enzyme was Spezyme®, and the slurry was held above 85 ° C. for 3 hours. The sieving speed was measured and determined to be less than 0.004 gallons per minute per square foot of sieving area.

実施例19
115℃での酵素消化の後のでんぷんおよび不溶物のふるい分け分離
家庭用脱イオン水(200g)を、空のParr Model 4635の1リットルの圧力容器(Moline,IL)に投入し、85℃の温度まで加熱した。水を、磁気撹拌子を用いて撹拌した。実施例1に記載されるように調製される乾式磨砕トウモロコシ(90g)をスプーンで加えた。アンモニア水溶液の原液を用いて、pHを5.2から約6.0に上げた。約0.064グラムのLiquozyme(登録商標)溶液を、小型の較正されたピペットで加えた。圧力容器の蓋を閉め、家庭用窒素を用いて容器を50psigに加圧した。撹拌された混合物を6分以内に110℃まで加熱し、106〜116℃で合計20分間保持した。加熱を抑え、圧力を軽減し、容器を開放した。さらなる0.064gのLiquozyme(登録商標)を加え、温度をさらに142分間、63〜75℃で保持した。
Example 19
Screening Separation of Starch and Insoluble After Enzymatic Digestion at 115 ° C. Household deionized water (200 g) is charged into an empty Parr Model 4635 1 liter pressure vessel (Moline, IL) at a temperature of 85 ° C. Until heated. Water was stirred using a magnetic stir bar. Dry ground corn (90 g) prepared as described in Example 1 was added with a spoon. The pH was raised from 5.2 to about 6.0 using a stock solution of aqueous ammonia. About 0.064 grams of Liquizyme® solution was added with a small calibrated pipette. The pressure vessel lid was closed and the vessel was pressurized to 50 psig with household nitrogen. The stirred mixture was heated to 110 ° C. within 6 minutes and held at 106-116 ° C. for a total of 20 minutes. Heating was suppressed, pressure was reduced, and the container was opened. An additional 0.064 g of Liquizyme® was added and the temperature was held at 63-75 ° C. for an additional 142 minutes.

少量のスラリーを、Parr容器から取り、100、140、および170メッシュスクリーンのスタックを通して重力によりふるい分け(gravity screen)した。100メッシュスクリーン上のみに固体が留まった。   A small amount of slurry was removed from the Parr vessel and screened by gravity through a stack of 100, 140, and 170 mesh screens. The solid remained only on the 100 mesh screen.

スラリーの一部、約40%を、直径75ミリメートルの100および200メッシュ皿の2重ふるいアセンブリの上部に、高温のまま移した。いくらかの重力ろ過を行った。−15〜−20水銀柱インチの真空を、ろ液受け器に引き、一定のろ過を設定した。ろ液は黄色で濁っていたが、分散は安定していた。ケーキの表面を5分以内の間、露出させた。
ケーキを、脱イオン水の噴霧で2〜3分間洗浄し、ろ液の濁りが一定になるまで(合計5回の噴霧)、受け器を変えて繰り返した。ふるいを調べたところ、全ての固体が100メッシュスクリーン上にあり、200メッシュ上に固体がなかったという結論となった。ウェットケーキは厚さ5mmであった。ウェットケーキの質量を測定したところ、18.9gであり、ろ液の合計質量は192gであった。
A portion of the slurry, approximately 40%, was transferred hot to the top of the 75 and 100 mesh dish double sieve assembly of 75 millimeters in diameter. Some gravity filtration was performed. A vacuum of −15 to −20 inches of mercury was drawn into the filtrate receiver to set a constant filtration. The filtrate was yellow and cloudy, but the dispersion was stable. The cake surface was exposed for less than 5 minutes.
The cake was washed with a spray of deionized water for 2-3 minutes and repeated with different receptacles until the turbidity of the filtrate was constant (5 sprays total). Examination of the sieve resulted in the conclusion that all solids were on a 100 mesh screen and no solids were on 200 mesh. The wet cake was 5 mm thick. When the mass of the wet cake was measured, it was 18.9 g, and the total mass of the filtrate was 192 g.

スラリーの残りの質量を、65℃で所定の位置で100メッシュスクリーンを備えたフィルターアセンブリに移し、5〜10分間にわたってろ過した。ケーキを脱イオン水の噴霧で3〜4分間洗浄し、ろ液の濁りが一定になるまで(合計8回の噴霧)、受け器を変えて繰り返した。フィルターの下側から落ちる液滴が観察されなくなるまで真空をかけ続けた。ウェットケーキは、厚さ8mmで、直径75mmであり、質量が36.6gであった。ろ液の重量の合計は261gであった。   The remaining mass of the slurry was transferred to a filter assembly equipped with a 100 mesh screen in place at 65 ° C. and filtered for 5-10 minutes. The cake was washed with a spray of deionized water for 3-4 minutes and repeated with different receptacles until the filtrate was turbid (8 sprays total). The vacuum was continued until no drops were observed from the bottom of the filter. The wet cake had a thickness of 8 mm, a diameter of 75 mm, and a mass of 36.6 g. The total weight of the filtrate was 261 g.

3つの容器を、上記の方法ごとにでんぷんについて試験した。1つの容器は水を含有し、他の2つの容器は、脱イオン水中でスラリー化されたウェットケーキの試料を含有していた。全ての容器の色が黄色の琥珀色に変化した。これは、ろ過ケーキを洗浄してでんぷんのオリゴ糖を取り除いたことを意味するものと解釈される。これらの固体を、長期の液化およびその後の糖化を用いて正確に分析して、グルコース基準で、ウェットケーキが、元のトウモロコシ中にある全でんぷんの0.2%以下を含有していたことを確認した。   Three containers were tested for starch for each of the above methods. One container contained water and the other two containers contained a sample of wet cake slurried in deionized water. The color of all containers changed to yellow amber. This is taken to mean that the filter cake was washed to remove starch oligosaccharides. These solids were accurately analyzed using long term liquefaction and subsequent saccharification to determine that on a glucose basis, the wet cake contained less than 0.2% of the total starch in the original corn. confirmed.

ろ液の試料を、容器中でオレイルアルコールと組み合わせて、激しく混合し、沈降させた。透明の油層が迅速に得られ、界面にはほとんどラグ層がなく、明確に画定されていた。この実施例は、トウモロコシマッシュが約110℃で20分間の調理という熱水条件まで加熱され、ろ過および洗浄される前に85℃で2時間超さらに液化されるプロセスにおいて、全ろ液が、穀類に供給される実質的に全てのでんぷんを含有していたことを示した。さらに、ろ液に含まれるオレイルアルコールと不純物との間の干渉がそれほど観察されない。   A sample of the filtrate was combined with oleyl alcohol in a container and mixed vigorously and allowed to settle. A clear oil layer was obtained quickly, with almost no lag layer at the interface and was well defined. This example shows that in a process where corn mash is heated to hot water conditions of about 110 ° C. for 20 minutes cooking and further liquefied for more than 2 hours at 85 ° C. before being filtered and washed, To contain substantially all of the starch supplied to Further, less interference between oleyl alcohol and impurities contained in the filtrate is not observed.

この実験を、直径75mmの80メッシュスクリーンにおいて247グラムのマッシュを用いて繰り返した。最高調理温度は115℃であり、酵素はLiquozyme(登録商標)であり、スラリーを85℃以上で3時間保持した。ふるい分け速度を測定し、決定したところ、ふるい面積の平方フィート当たり毎分0.1ガロン超であった。   This experiment was repeated with 247 grams of mash in an 80 mesh screen with a diameter of 75 mm. The maximum cooking temperature was 115 ° C., the enzyme was Liquizyme®, and the slurry was held at 85 ° C. or higher for 3 hours. The sieving speed was measured and determined to be greater than 0.1 gallon per minute per square foot of sieving area.

実施例20
脂質の分析
エステル交換によって、様々な脂肪酸含有化合物種を、脂肪酸メチルエステル(「FAME」)に転化することによって、脂質の分析を行った。グリセリドおよびリン脂質を、メタノール中のナトリウムメトキシドを用いてエステル交換した。グリセリド、リン脂質、および遊離脂肪酸を、メタノール中の塩化アセチルを用いてエステル交換した。得られたFAMEを、トルエン/ヘキサン(2:3)中での希釈の後、30−m×0.25mm(内径)OMEGAWAX(商標)(Supelco,SigmaAldrich,St.Louis,MO)カラムを備えたAgilent 7890 GCを用いたガスクロマトグラフィーによって分析した。オーブン温度を、5℃/分で160℃から200℃まで、次に10℃/分で200℃から250℃(10分間保持した)まで上昇させた。GC分析によって記録されたFAMEピークを、公知のメチルエステル(ME)の保持時間と比較したときの、それらの保持時間によって特定し、FAMEピーク面積を、公知の量の内部標準(C15:0のトリグリセリド、試料によるエステル交換手順によって取られた)の面積と比較することによって定量化した。したがって、概算量(mg)の任意の脂肪酸FAME(「mg FAME」)を、下式にしたがって計算する:(所定の脂肪酸についてのFAMEピークの面積/15:0のFAMEピークの面積)(内部標準C15:0のFAMEのmg)。次に、FAMEの結果を、1.052の適切な分子量換算係数で除算することによって、対応する脂肪酸のmgに補正することができる。全ての内部標準および参照標準は、Nu−Chek Prep,Inc.から入手される。
Example 20
Lipid Analysis Lipid analysis was performed by converting various fatty acid-containing compound species to fatty acid methyl esters (“FAME”) by transesterification. Glycerides and phospholipids were transesterified with sodium methoxide in methanol. Glycerides, phospholipids, and free fatty acids were transesterified using acetyl chloride in methanol. The resulting FAME was equipped with a 30-m × 0.25 mm (inner diameter) OMEGAWAX ™ (Supelco, Sigma Aldrich, St. Louis, MO) column after dilution in toluene / hexane (2: 3). Analysis was by gas chromatography using an Agilent 7890 GC. The oven temperature was increased from 160 ° C. to 200 ° C. at 5 ° C./min and then from 200 ° C. to 250 ° C. (held for 10 minutes) at 10 ° C./min. The FAME peaks recorded by GC analysis were identified by their retention times when compared to the retention times of known methyl esters (ME), and the FAME peak area was determined by a known amount of internal standard (C15: 0 Quantification by comparison with the area of triglycerides, taken by the transesterification procedure with the sample). Thus, an approximate amount (mg) of any fatty acid FAME (“mg FAME”) is calculated according to the following formula: (area of FAME peak for a given fatty acid / area of FAME peak at 15: 0) * (internal Standard C15: 0 FAME mg). The FAME result can then be corrected to the corresponding fatty acid mg by dividing by an appropriate molecular weight conversion factor of 1.052. All internal standards and reference standards are from Nu-Chek Prep, Inc. Obtained from.

メタノール中のナトリウムメトキシドを用いてエステル交換された試料から得られる脂肪酸の結果を、1.045の分子量換算係数を乗算することによって、対応するトリグリセリドレベルに換算する。トリグリセリドは、一般に、この実施例について調べられた試料中のグリセリドの約80〜90%を占め、残りはジグリセリドである。モノグリセリドおよびリン脂質含量は一般にごくわずかである。メタノール中の塩化アセチルを用いてエステル交換された試料について得られる全脂肪酸の結果を、ナトリウムメトキシド手順を用いて同じ試料について決定された脂肪酸を減算することによって、グリセリド含量について補正する。結果は、試料の遊離脂肪酸含量である。   The fatty acid result obtained from the sample transesterified with sodium methoxide in methanol is converted to the corresponding triglyceride level by multiplying by a molecular weight conversion factor of 1.045. Triglycerides generally account for about 80-90% of the glycerides in the samples examined for this example, with the remainder being diglycerides. Monoglyceride and phospholipid contents are generally negligible. The total fatty acid results obtained for the sample transesterified with acetyl chloride in methanol are corrected for glyceride content by subtracting the fatty acid determined for the same sample using the sodium methoxide procedure. The result is the free fatty acid content of the sample.

グリセリド含量(モノグリセリド、ジグリセリド、トリグリセリド、およびリン脂質)の分布を、薄層クロマトグラフィーを用いて決定した。6:1のクロロホルム/メタノールに溶解される油の溶液を、シリカゲルで予め被覆されたガラスプレートの底部の近くに垂らした。次に、そのスポット(spot)を、70:30:1のヘキサン/ジエチルエーテル/酢酸溶媒系を用いて、クロマトグラフにかける。次に、モノグリセリド、ジグリセリド、トリグリセリド、およびリン脂質に対応する分離されたスポットを、ヨウ素蒸気でプレートを染色することによって検出する。次に、スポットをプレートから落とし、メタノール手順で塩化アセチルを用いてエステル交換し、ガスクロマトグラフィーによって分析する。全てのスポットの合計ピーク面積に対する各スポットの合計ピーク面積の比率が、様々なグリセリドの分布である。   The distribution of glyceride content (monoglyceride, diglyceride, triglyceride, and phospholipid) was determined using thin layer chromatography. A solution of oil dissolved in 6: 1 chloroform / methanol was hung near the bottom of a glass plate pre-coated with silica gel. The spot is then chromatographed using a 70: 30: 1 hexane / diethyl ether / acetic acid solvent system. Next, isolated spots corresponding to monoglycerides, diglycerides, triglycerides, and phospholipids are detected by staining the plate with iodine vapor. The spot is then dropped from the plate and transesterified with acetyl chloride in a methanol procedure and analyzed by gas chromatography. The ratio of the total peak area of each spot to the total peak area of all spots is the distribution of the various glycerides.

実施例21
この実施例は、蒸留廃液からの固体の除去ならびに脂肪酸、エステル、およびトリグリセリドを固体から回収するための脱溶媒器による抽出を示した。発酵中、固体を全蒸留廃液から分離し、脱溶媒器に供給し、脱溶媒器において固体を1.1トン/時の蒸気と接触させる。全蒸留廃液のウェットケーキ(抽出器原料)、溶媒、抽出器のミセラ、および抽出器の排出固体の流量は、表10に示されるとおりである。表の値の単位は、ショートトン/時である。
Example 21
This example showed the removal of solids from the distillation waste and extraction with a desolvator to recover fatty acids, esters, and triglycerides from the solids. During the fermentation, the solid is separated from the total distillation effluent and fed to the desolventizer where the solid is contacted with 1.1 ton / hour of steam. The total distillation waste liquid wet cake (extractor raw material), the solvent, the extractor miscella, and the flow rate of the discharged solids of the extractor are as shown in Table 10. The unit of the values in the table is short ton / hour.

Figure 2013528400
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脱溶媒器を出る固体を、乾燥器に供給する。脱溶媒器を出る蒸気は、0.55トン/時のヘキサンおよび1.102トン/時の水を含有する。この流れを凝縮し、デカンターに供給する。デカンターを出る水富化相は、約360ppmのヘキサンを含有する。この流れを蒸留塔に供給し、蒸留塔において、ヘキサンを水富化流から除去する。蒸留塔の上部を出るヘキサン富化流を凝縮し、デカンターに供給する。デカンターを出る有機物富化流を蒸留塔に供給する。蒸気(11.02トン/時)を、蒸留塔の塔底に供給する。この塔の塔頂および塔底生成物の組成を表11に示す。表の値の単位は、トン/時である。   The solid leaving the desolvator is fed to the dryer. The vapor exiting the desolvator contains 0.55 ton / hour hexane and 1.102 ton / hour water. This stream is condensed and fed to the decanter. The water-enriched phase exiting the decanter contains about 360 ppm of hexane. This stream is fed to a distillation column where hexane is removed from the water-enriched stream. The hexane enriched stream exiting the top of the distillation column is condensed and fed to the decanter. The organic enriched stream leaving the decanter is fed to a distillation column. Steam (11.02 tons / hour) is fed to the bottom of the distillation column. Table 11 shows the composition of the top and bottom products of this tower. The unit of the values in the table is ton / hour.

Figure 2013528400
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実施例22
この実施例は、マッシュからの副生成物の回収を示す。トリカンター遠心分離機(Flottweg Z23−4ボウル直径、230mm、長さ対直径の比率4:1)をこれらの条件で使用したことを除いて、実施例10に記載される条件下でトウモロコシ油をマッシュから分離する:
・ボウル速度:5000rpm
・差速:10rpm
・供給速度:3ガロン/分
・相分離機ディスク:138mm
・羽根車の設定:144mm。
Example 22
This example demonstrates the recovery of by-products from mash. Maize corn oil under the conditions described in Example 10, except that a tricanter centrifuge (Flottweg Z23-4 bowl diameter, 230 mm, length to diameter ratio 4: 1) was used under these conditions. Separate from:
・ Bowl speed: 5000rpm
・ Differential speed: 10rpm
・ Supply speed: 3 gallons / minute ・ Phase separator disk: 138 mm
・ Impeller setting: 144 mm.

分離されたトウモロコシ油は、実施例18に記載される方法および薄層クロマトグラフィーによって測定した際に、81%のトリグリセリド、6%の遊離脂肪酸、4%のジグリセリド、および合計5%のリン脂質およびモノグリセリドを有していた。   The isolated corn oil has 81% triglycerides, 6% free fatty acids, 4% diglycerides, and a total of 5% phospholipids as measured by the method described in Example 18 and thin layer chromatography. Had monoglycerides.

上記の条件下でマッシュから分離された固体は、乾燥時の重量損失によって測定した際に58%の水分含量を有し、実施例18に記載される方法によって測定した際に1.2%のトリグリセリドおよび0.27%の遊離脂肪酸を有していた。   The solid separated from the mash under the above conditions has a moisture content of 58% when measured by weight loss on drying and 1.2% when measured by the method described in Example 18. It had triglycerides and 0.27% free fatty acids.

表14中の全蒸留廃液から分離された固体、蒸発器段階の間に抽出された油、副生成物抽出剤および凝縮蒸留可溶物(CDS)の組成を、表12に示される全蒸留廃液の組成を前提とし、表13(トリカンター遠心分離機における分離)を前提として計算した。表11の値を、Aspen Plus(登録商標)モデル(Aspen Technology,Inc.,Burlington,MA)から得た。このモデルは、トウモロコシ油がマッシュから抽出されていないことを前提としている。細胞、溶解固体、および懸濁固体の乾燥量基準でのタンパク質含量が、それぞれ約50%、22%、および35.5%であることが推定される。副生成物抽出剤の組成は、乾燥量基準で70.7%の脂肪酸および29.3%の脂肪酸イソブチルエステルであることが推定される。   The composition of the solids separated from the total distillation effluent in Table 14, the oil extracted during the evaporator stage, the by-product extractant and the condensed distillation solubles (CDS) is shown in Table 12 The calculation was made on the assumption of Table 13 (separation in a tricanter centrifuge). The values in Table 11 were obtained from an Aspen Plus® model (Aspen Technology, Inc., Burlington, Mass.). This model assumes that no corn oil has been extracted from the mash. It is estimated that the protein content on a dry basis of cells, lysed solids and suspended solids is about 50%, 22% and 35.5%, respectively. The composition of the byproduct extractant is estimated to be 70.7% fatty acid and 29.3% fatty acid isobutyl ester on a dry basis.

Figure 2013528400
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本発明の様々な実施形態を上に説明してきたが、それらは例として示されたに過ぎず、限定するものではないことを理解されたい。本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに本発明の形態および細部の様々な変更を行うことができることが、関連技術の当業者に明らかであろう。したがって、本発明の広さおよび範囲は、上述した例示的実施形態のいずれによって限定されるものでもなく、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物のみにしたがって規定されるものである。   While various embodiments of the invention have been described above, it should be understood that they have been presented by way of example only and not limitation. It will be apparent to those skilled in the relevant art that various modifications can be made in the form and details of the invention without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the breadth and scope of the present invention is not limited by any of the above-described exemplary embodiments, but is defined only in accordance with the following claims and their equivalents.

本明細書に記載される全ての刊行物、特許および特許出願は、本発明が関する技術分野の当業者の技能のレベルを示し、それぞれの個々の刊行物、特許または特許出願が参照により援用されることが具体的にかつ個々に示されているのと同程度に、参照により本明細書に援用される。   All publications, patents and patent applications mentioned in this specification are indicative of the level of skill of those skilled in the art to which this invention pertains, and each individual publication, patent or patent application is incorporated by reference. To the same extent as specifically and individually indicated herein by reference.

Claims (58)

発酵性炭素源、非溶解固体、および水を含むバイオマス原料スラリーを提供する工程と;
前記非溶解固体の少なくとも一部を前記スラリーから分離する工程であって、それによって、(i)発酵性炭素源を含む水溶液および(ii)固体を含むウェットケーキ副産物が生成される工程と;
発酵槽中の組み換え微生物を含む発酵ブロスに前記水溶液を加え、それによって、発酵生成物が生成される工程とを含む方法であって;
前記バイオマスの処理生産性が改良される方法。
Providing a biomass feedstock slurry comprising a fermentable carbon source, an undissolved solid, and water;
Separating at least a portion of the undissolved solid from the slurry, thereby producing (i) an aqueous solution comprising a fermentable carbon source and (ii) a wet cake byproduct comprising solids;
Adding the aqueous solution to a fermentation broth containing recombinant microorganisms in a fermentor, thereby producing a fermentation product;
A method for improving the processing productivity of the biomass.
前記改良されたバイオマスの処理生産性が、非溶解固体の存在下で生成される発酵生成物と比べて向上した発酵生成物および副産物回収性を含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the improved biomass processing productivity comprises improved fermentation product and by-product recoveries as compared to fermentation products produced in the presence of undissolved solids. 前記改良されたバイオマスの処理生産性が、向上したプロセス流再利用性、向上した発酵装置体積効率、および向上したバイオマス原料負荷供給のうちの1つまたはそれ以上を含む、請求項1に記載の方法。   The improved biomass processing productivity comprises one or more of improved process stream reusability, improved fermenter volumetric efficiency, and improved biomass feedstock loading. Method. 前記発酵ブロスを抽出剤と接触させる工程をさらに含み、前記抽出剤が、非溶解固体を含む発酵ブロスと比べて向上した抽出効率を有する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising contacting the fermentation broth with an extractant, wherein the extractant has an improved extraction efficiency compared to a fermentation broth comprising undissolved solids. 向上した抽出効率が、前記抽出剤の安定化した分配係数、前記発酵ブロスからの前記抽出剤の向上した相分離、向上した液液物質移動係数、向上した抽出剤の回収および再利用性、ならびに回収および再利用のために保存される抽出剤のうちの1つまたはそれ以上を含む、請求項4に記載の方法。   Improved extraction efficiency results in a stable partition coefficient of the extractant, improved phase separation of the extractant from the fermentation broth, improved liquid-liquid mass transfer coefficient, improved extractant recovery and reusability, and 5. The method of claim 4, comprising one or more of the extractants stored for recovery and reuse. 前記抽出剤が有機抽出剤である、請求項4に記載の方法。   The method of claim 4, wherein the extractant is an organic extractant. 前記抽出剤が、C12〜C22の脂肪アルコール、C12〜C22の脂肪酸、C12〜C22の脂肪酸のエステル、C12〜C22の脂肪アルデヒド、C12〜C22の脂肪アミド、およびそれらの混合物からなる群から選択される1種またはそれ以上の不混和性有機抽出剤を含む、請求項6に記載の方法。 The extracting agent, C 12 -C fatty alcohols, fatty acids C 12 -C 22 of 22, esters of fatty acids of C 12 -C 22, fatty aldehydes of C 12 -C 22, fatty amides of C 12 -C 22, 7. The method of claim 6, comprising one or more immiscible organic extractants selected from the group consisting of and mixtures thereof. 前記抽出剤が、トウモロコシ油に由来するC12〜C22の脂肪酸を含む、請求項7に記載の方法。 The extraction agent comprises a fatty acid of C 12 -C 22 derived from corn oil, The method of claim 7. 前記非溶解固体が、デカンターボウル遠心分離、トリカンター遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せによって、原料スラリーから分離される、請求項1に記載の方法。   The undissolved solid is decanter bowl centrifuge, tricanter centrifuge, disc stack centrifuge, filtration centrifuge, decanter centrifuge, filtration, vacuum filtration, belt filter, pressure filtration, filtration using sieve, sieving separation, lattice The method of claim 1, wherein the slurry is separated from the raw slurry by a porous grid, flotation method, hydroclone, filter press, screw press, gravity settler, vortex separator, or combinations thereof. 原料を液化して、バイオマス原料スラリーを生成する工程をさらに含み;前記原料が、トウモロコシの穀粒、トウモロコシの穂軸、トウモロコシの皮、トウモロコシの茎葉などの作物残渣、草、トウモロコシ、小麦、ライ麦、小麦のわら、大麦、大麦のわら、干し草、稲わら、スイッチグラス、古紙、サトウキビの絞りかす、ソルガム、サトウキビ、大豆、穀類の粉砕から得られる成分、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、樹木、枝、根、葉、木質チップ、おがくず、潅木および低木、野菜、果物、花、動物の糞尿、およびそれらの混合物から選択される、請求項1に記載の方法。   Further comprising the step of liquefying the raw material to produce a biomass raw material slurry; wherein the raw material is crop residues such as corn kernels, corn cobs, corn hulls, corn stover, grass, corn, wheat, rye , Wheat straw, barley, barley straw, hay, rice straw, switchgrass, waste paper, sugarcane pomace, sorghum, sugarcane, soybeans, ingredients obtained from grinding grains, cellulosic materials, lignocellulosic materials, trees 2. The method of claim 1, selected from, branches, roots, leaves, wood chips, sawdust, shrubs and shrubs, vegetables, fruits, flowers, animal manure, and mixtures thereof. 前記原料がトウモロコシである、請求項10に記載の方法。   The method according to claim 10, wherein the raw material is corn. 前記原料が、分画されるかまたは分画されない、請求項10に記載の方法。   The method of claim 10, wherein the raw material is fractionated or not fractionated. 前記原料が、湿式粉砕または乾式粉砕される、請求項10に記載の方法。   The method according to claim 10, wherein the raw material is wet pulverized or dry pulverized. 液化の際の反応温度を上昇させる工程をさらに含む、請求項10に記載の方法。   The method according to claim 10, further comprising increasing a reaction temperature during liquefaction. 前記原料スラリーが、前記原料に由来する油を含み、前記油が、前記スラリーから分離される、請求項10に記載の方法。   The method of claim 10, wherein the raw slurry includes oil derived from the raw material, and the oil is separated from the slurry. 前記ウェットケーキが原料油を含む、請求項15に記載の方法。   The method of claim 15, wherein the wet cake comprises a feedstock. 前記ウェットケーキが、前記ウェットケーキ中に存在するオリゴ糖を回収するために水で洗浄される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the wet cake is washed with water to recover oligosaccharides present in the wet cake. 前記回収されたオリゴ糖が、前記発酵槽に加えられる、請求項17に記載の方法。   The method of claim 17, wherein the recovered oligosaccharide is added to the fermentor. 前記ウェットケーキが、向上した副産物を得るためにさらに処理される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the wet cake is further processed to obtain an improved byproduct. 前記副産物が、動物飼料製品を形成するためにさらに処理される、請求項19に記載の方法。   The method of claim 19, wherein the by-product is further processed to form an animal feed product. 前記ウェットケーキが、前記ウェットケーキ中に存在する油を回収するために溶媒で洗浄される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the wet cake is washed with a solvent to recover oil present in the wet cake. 前記溶媒が、ヘキサン、ブタノール、イソブタノール、イソヘキサン、エタノール、および石油蒸留物から選択される、請求項21に記載の方法。   24. The method of claim 21, wherein the solvent is selected from hexane, butanol, isobutanol, isohexane, ethanol, and petroleum distillate. 前記発酵生成物が、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、およびそれらの異性体からなる群から選択される生成物アルコールである、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the fermentation product is a product alcohol selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, and isomers thereof. 前記組み換え微生物が、改変されたブタノール生合成経路を含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the recombinant microorganism comprises a modified butanol biosynthetic pathway. 前記発酵ブロスおよび生成物および場合によりCOを少なくとも部分的に蒸発させる工程をさらに含み、ここで、蒸気流が生成され、前記蒸気流から前記生成物を回収する、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, further comprising at least partially evaporating the fermentation broth and product and optionally CO 2 , wherein a steam stream is generated and the product is recovered from the steam stream. . 前記蒸気流を吸収液相と接触させる工程をさらに含み、ここで、前記蒸気流の少なくとも一部が、前記吸収液相中に吸収され;
前記吸収液相中への前記蒸気流の吸収の開始の温度が、前記吸収液相がない場合の前記蒸気流の凝縮の開始の温度より高い、請求項25に記載の方法。
Contacting the vapor stream with an absorbing liquid phase, wherein at least a portion of the vapor stream is absorbed into the absorbing liquid phase;
26. The method of claim 25, wherein the temperature at the beginning of absorption of the vapor stream into the absorbing liquid phase is higher than the temperature at the beginning of condensation of the vapor stream when there is no absorbing liquid phase.
前記蒸発および接触工程が、真空条件下で行われる、請求項25に記載の方法。   26. The method of claim 25, wherein the evaporation and contacting step is performed under vacuum conditions. 前記非溶解固体の大部分を前記スラリーから分離する前記工程により、非溶解固体を含む発酵ブロスと比べて前記発酵ブロスのより高い蒸気圧が得られる、請求項25に記載の方法。   26. The method of claim 25, wherein the step of separating a majority of the undissolved solid from the slurry results in a higher vapor pressure of the fermentation broth compared to a fermentation broth containing undissolved solid. 前記より高い蒸気圧により、より効率的な蒸発生成物回収が得られる、請求項28に記載の方法。   29. The method of claim 28, wherein the higher vapor pressure results in more efficient evaporation product recovery. 前記より効率的な蒸発生成物回収が、より少ない資源投入、より少ない蒸発、吸収、圧縮、および冷蔵設備、向上した物質移動速度、蒸発のためのより少ないエネルギー、およびより低い吸収剤流量のうちの1つまたはそれ以上を含む、請求項29に記載の方法。   Said more efficient evaporation product recovery is less resource input, less evaporation, absorption, compression, and refrigeration equipment, improved mass transfer rate, less energy for evaporation, and lower absorbent flow rate 30. The method of claim 29, comprising one or more of: ブタノールを生成するための方法であって:
原料を提供する工程と;
前記原料を液化して、オリゴ糖、油、および非溶解固体を含む原料スラリーを生成する工程と;
非溶解固体を前記原料スラリーから分離して、(i)オリゴ糖を含む水溶液、(ii)非溶解固体を含むウェットケーキ、および(iii)油相を生成する工程と;
前記水溶液を、発酵装置中の発酵ブロスと接触させる工程と;
前記発酵装置中の前記オリゴ糖を発酵させて、ブタノールを生成する工程と;
前記ブタノールが生成されるにつれて、前記発酵ブロスからの前記ブタノールの原位置除去を行う工程とを含み、
前記原料スラリーからの前記非溶解固体の除去により、前記ブタノール生成の効率が高められる方法。
A method for producing butanol comprising:
Providing a raw material;
Liquefying the raw material to produce a raw slurry containing oligosaccharides, oil, and undissolved solids;
Separating undissolved solids from the raw slurry to produce (i) an aqueous solution comprising oligosaccharides, (ii) a wet cake comprising undissolved solids, and (iii) an oil phase;
Contacting the aqueous solution with a fermentation broth in a fermentation apparatus;
Fermenting the oligosaccharides in the fermenter to produce butanol;
Performing in situ removal of the butanol from the fermentation broth as the butanol is produced,
A method in which the efficiency of butanol production is increased by removing the non-dissolved solid from the raw slurry.
前記原料がトウモロコシであり、前記油がトウモロコシ油である、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, wherein the raw material is corn and the oil is corn oil. 前記非溶解固体が、胚芽、繊維、およびグルテンを含む、請求項32に記載の方法。   34. The method of claim 32, wherein the undissolved solid comprises germ, fiber, and gluten. 前記原料を乾式粉砕する工程をさらに含む、請求項33に記載の方法。   34. The method of claim 33, further comprising dry pulverizing the raw material. 前記トウモロコシが分画されない、請求項32に記載の方法。   35. The method of claim 32, wherein the corn is not fractionated. 前記非溶解固体が、デカンターボウル遠心分離、トリカンター遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せによって分離される、請求項31に記載の方法。   The undissolved solid is decanter bowl centrifuge, tricanter centrifuge, disc stack centrifuge, filtration centrifuge, decanter centrifuge, filtration, vacuum filtration, belt filter, pressure filtration, filtration using sieve, sieving separation, lattice 32. The method of claim 31, wherein the separation is by a porous grid, flotation method, hydroclone, filter press, screw press, gravity settler, vortex separator, or combinations thereof. 非溶解固体を前記原料スラリーから分離する前記工程が、前記原料スラリーを遠心分離する工程を含む、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, wherein the step of separating undissolved solid from the raw slurry comprises centrifuging the raw slurry. 前記原料スラリーを遠心分離する工程が、前記原料を、前記水溶液を含む第1の液相と、前記ウェットケーキを含む固相と、前記油を含む第2の液相とに分離する、請求項37に記載の方法。   The step of centrifuging the raw slurry separates the raw material into a first liquid phase containing the aqueous solution, a solid phase containing the wet cake, and a second liquid phase containing the oil. 38. The method according to 37. 前記ウェットケーキが、前記ウェットケーキ中に存在するオリゴ糖を回収するために水で洗浄される、請求項38に記載の方法。   40. The method of claim 38, wherein the wet cake is washed with water to recover oligosaccharides present in the wet cake. 前記原位置除去が液液抽出を含む、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, wherein the in situ removal comprises liquid-liquid extraction. 前記液液抽出のための抽出剤が有機抽出剤である、請求項40に記載の方法。   41. The method of claim 40, wherein the extractant for liquid-liquid extraction is an organic extractant. 前記水溶液中の前記オリゴ糖の糖化が、前記発酵装置中の前記オリゴ糖の発酵と同時に行われる、請求項31に記載の方法。   The method according to claim 31, wherein saccharification of the oligosaccharide in the aqueous solution is performed simultaneously with fermentation of the oligosaccharide in the fermentation apparatus. 液化の際の反応温度を上昇させる工程をさらに含む、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, further comprising increasing the reaction temperature during liquefaction. 前記発酵装置中の前記オリゴ糖を発酵させる前に、前記オリゴ糖を糖化する工程をさらに含む、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, further comprising saccharifying the oligosaccharide prior to fermenting the oligosaccharide in the fermentation apparatus. 非溶解固体を前記原料スラリーから除去する前記工程が、前記原料スラリーを遠心分離する工程を含む、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein the step of removing undissolved solids from the raw slurry comprises centrifuging the raw slurry. 前記原料スラリーを遠心分離する工程が、前記糖を糖化する前に行われる、請求項45に記載の方法。   The method according to claim 45, wherein the step of centrifuging the raw slurry is performed before saccharifying the sugar. 前記発酵ブロスが、ブタノール生合成経路を含む組み換え微生物を含む、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, wherein the fermentation broth comprises a recombinant microorganism comprising a butanol biosynthetic pathway. 前記ブタノールがイソブタノールである、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, wherein the butanol is isobutanol. 非溶解固体を前記原料スラリーから除去する前記工程が、前記発酵ブロスから前記抽出剤への前記ブタノールの液液物質移動係数を高めることによって、前記ブタノール生成の効率を高め;抽出剤により前記ブタノールの抽出効率を高めることによって、前記ブタノール生成の効率を高め;前記発酵ブロスと抽出剤との間の相分離の速度を上げることによって、前記ブタノール生成の効率を高め;抽出剤の回収および再利用を増加させることによって、前記ブタノール生成の効率を高め;または抽出剤の流量を減少させることによって、前記ブタノール生成の効率を高める、請求項31に記載の方法。   The step of removing undissolved solids from the raw slurry increases the efficiency of butanol production by increasing the liquid-liquid mass transfer coefficient of the butanol from the fermentation broth to the extractant; Increase the efficiency of butanol production by increasing the extraction efficiency; increase the efficiency of butanol production by increasing the speed of phase separation between the fermentation broth and the extractant; and recover and reuse the extractant 32. The method of claim 31, wherein increasing the butanol production efficiency by increasing; or increasing the butanol production efficiency by decreasing the flow rate of the extractant. 原料を液化して、原料スラリーを生成するように構成される液化槽であって:
前記原料を受け入れるための入口;および
糖および非溶解固体を含む原料スラリーを排出するための出口
を含む液化槽と;
前記非溶解固体を前記原料スラリーから除去して、(i)前記糖を含む水溶液および(ii)前記非溶解固体の部分を含むウェットケーキを生成するように構成される遠心分離機であって:
前記原料スラリーを受け入れるための入口;
前記水溶液を排出するための第1の出口;および
前記ウェットケーキを排出するための第2の出口
を含む遠心分離機と;
前記水溶液を発酵させて、ブタノールを生成するように構成される発酵装置であって:
前記水溶液を受け入れるための第1の入口;
抽出剤を受け入れるための第2の入口;
ブタノールに富んだ前記抽出剤を排出するための第1の出口;および
発酵ブロスを排出するための第2の出口
を含む発酵装置と
を含む、ブタノールを生成するためのシステム。
A liquefaction tank configured to liquefy a raw material to produce a raw slurry:
An inlet for receiving the raw material; and a liquefaction tank including an outlet for discharging the raw slurry containing sugar and undissolved solids;
A centrifuge configured to remove the undissolved solid from the raw slurry to produce a wet cake comprising (i) an aqueous solution comprising the sugar and (ii) a portion of the undissolved solid:
An inlet for receiving the raw slurry;
A centrifuge including a first outlet for discharging the aqueous solution; and a second outlet for discharging the wet cake;
A fermentation apparatus configured to ferment the aqueous solution to produce butanol:
A first inlet for receiving the aqueous solution;
A second inlet for receiving the extractant;
A system for producing butanol comprising: a first outlet for discharging said extractant rich in butanol; and a fermentation apparatus including a second outlet for discharging fermentation broth.
前記遠心分離機が、前記非溶解固体を前記原料スラリーから除去しながら、生成される油を排出するための第3の出口をさらに含む、請求項50に記載のシステム。   51. The system of claim 50, wherein the centrifuge further comprises a third outlet for discharging generated oil while removing the undissolved solid from the raw slurry. 前記原料スラリー中の前記糖を糖化するように構成される糖化槽であって:
前記原料スラリーを受け入れるための入口;および
前記原料スラリーを排出するための出口を含む糖化槽をさらに含む、請求項50に記載のシステム。
A saccharification tank configured to saccharify the sugar in the raw slurry:
51. The system of claim 50, further comprising a saccharification tank comprising an inlet for receiving the raw slurry; and an outlet for discharging the raw slurry.
前記水溶液中の前記糖を糖化するように構成される糖化槽であって:
前記水溶液を受け入れるための入口;および
前記水溶液を排出するための出口を含む糖化槽をさらに含む、請求項52に記載のシステム。
A saccharification tank configured to saccharify the sugar in the aqueous solution:
53. The system of claim 52, further comprising a saccharification tank comprising an inlet for receiving the aqueous solution; and an outlet for discharging the aqueous solution.
前記原料を磨砕するように構成される乾式粉砕機であって:
前記原料を受け入れるための入口;および
磨砕された原料を排出するための出口を含む乾式粉砕機をさらに含む、請求項50に記載のシステム。
A dry grinder configured to grind the raw material comprising:
51. The system of claim 50, further comprising a dry grinder comprising an inlet for receiving the raw material; and an outlet for discharging ground raw material.
20〜35質量%の粗タンパク質、
1〜20質量%の粗脂肪、
0〜5質量%のトリグリセリド、
4〜10質量%の脂肪酸、および
2〜6質量%の脂肪酸イソブチルエステル
を含む組成物。
20-35% by weight crude protein,
1-20% by weight crude fat,
0-5% by weight of triglycerides,
A composition comprising 4 to 10% by mass of a fatty acid and 2 to 6% by mass of a fatty acid isobutyl ester.
25〜31質量%の粗タンパク質、
6〜10質量%の粗脂肪、
4〜8質量%のトリグリセリド、
0〜2質量%の脂肪酸、および
1〜3質量%の脂肪酸イソブチルエステル
を含む組成物。
25-31% by weight crude protein,
6-10% by weight crude fat,
4-8% by weight of triglycerides,
A composition comprising 0-2% by weight of fatty acid and 1-3% by weight of fatty acid isobutyl ester.
20〜35質量%の粗タンパク質、
1〜20質量%の粗脂肪、
0〜5質量%のトリグリセリド、
4〜10質量%の脂肪酸、および
2〜6質量%の脂肪酸イソブチルエステル
を含む組成物。
20-35% by weight crude protein,
1-20% by weight crude fat,
0-5% by weight of triglycerides,
A composition comprising 4 to 10% by mass of a fatty acid and 2 to 6% by mass of a fatty acid isobutyl ester.
26〜34質量%の粗タンパク質、
15〜25質量%の粗脂肪、
12〜20質量%のトリグリセリド、
1〜2質量%の脂肪酸、
2〜4質量%の脂肪酸イソブチルエステル,
1〜2質量%のリジン、
11〜23質量%のNDF、および
5〜11質量%のADF
を含む組成物。
26-34% by weight crude protein,
15-25% by weight crude fat,
12-20% by weight of triglycerides,
1-2% by weight of fatty acids,
2-4% by weight fatty acid isobutyl ester,
1-2% by weight of lysine,
11-23 wt% NDF and 5-11 wt% ADF
A composition comprising
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