加工谷物的方法和设备 【技术领域】
本发明涉及农作物的加工；本发明涉及转化谷物的方法和设备，特别涉及转化玉米、大豆、谷类和其他类似农产品的方法和设备。
背景技术
有许多已知的方法和设备可以通过发酵和蒸馏从玉米中获得诸如乙醇等醇，以及生产出一种含高热量物质的水溶液。水溶液除了不含有水解转化为葡萄糖的淀粉以外，事实上含有玉米中的其他全部成分，尤其含有大量的残余固体产物，这些固体产物可溶部分进入所述水溶液中。
所述已知方法和设备的主要缺陷在于，水溶液中的成分尤其是蛋白质副产物，使所述水溶液不能被有效地再利用。必须将处理前的所述水溶液纯化以去除污染物，尤其是除去那些必须另行处理的固体残余物。
水溶液中的高热量物质也属于需处理的污染物质。事实上在处理之前，必须也要耗费更多的能量来去除水溶液中地这些高热量物质。
其他缺陷在于，固体残余物的存在使所述高热量物质或水溶液的热循环变得困难，因此所述的已知方法和设备需要持续并大量提供新鲜水源和加热所述水源所需的能量，从而增加了成本和需处理的或排放到环境中的污染物的数量。
已知还有由谷物获得动物饲料的方法和设备，其中，与酶一起加入呈干燥粉末状的饲料，并进行达200℃以上的热挤压加工而使饲料熟化，将其转变为一种压实的连续的糊剂，接着其可被位于挤压机尾部的刀具切成小丸。
所述最后一种已知方法和设备的缺陷在于，过高的温度使许多酶失活，从而降低了饲料的可消化性；而且使“干燥”的粉末进入挤压机需要强大的挤压力，这导致了能量的高消耗和挤压机构件的高损耗。
【发明内容】
本发明的主要目的在于提供一种转化谷物的方法和设备，以分别生产出醇和在悬液和溶液中基本不含残余物质的水性液体，所述残余物质来自于谷物蛋白。
本发明的另一目的在于提供一种生产饲料的方法和设备，所述饲料可以是丸状、粉末状或干燥颗粒状产品，也可以是中等湿度或液态的饲料；所述饲料具有高度的可消化性和吸收性，动物食用安全，并且能量消耗和损耗费用十分合适，这得益于本发明所述方法和设备提供的能量和产品的重新利用。
本发明的另一目的在于提供一种适于使用水性液体和相关高热量物质的方法和设备，其适于生产麸皮、油、氨基酸、酵母、谷类和预先煮制及消毒的含油种子，所述产物不含外源物质、破坏营养的组分、致病菌、霉菌和真菌毒素。
本发明的其他目的在于提供一种适用于连续循环生产的设备。
本发明的其他目的在于提供一种可利用水性液体和相关高热量物质的方法和设备，其将谷类和可发酵的糖类用于制造醇、有机酸、抗生素或其他物质。
【附图说明】
以下将具体参考附图，着重描述本发明的特征，其中：
图1为本发明所述方法的示意图，矩形代表加工步骤，圆形代表初始、中间和最终产物；
图2为本发明所述设备的示意图和局部视图；
图3至图6为图2所示设备的详细示意图；
图7为图2所示设备的一种变化形式的示意图。
【具体实施方式】
参考图1，数字1表示加工谷物B的方法，这是本发明的一个目的。
谷物B优选为玉米、大豆、谷类、类似农作物或它们的混合物。可以与来自于油或其他副产物的提取物一起加入谷物。
谷物B含有以下称为麸皮D的纤维组分和含有油性成分H的胚芽G。
谷物B还含有淀粉、蛋白质L和一些其他物质，如维生素、矿物盐类和灰份。
方法1包括依次进行的洗涤3、碾磨2、第一次水解4和胚芽分离9，该胚芽分离9适于将胚芽G从谷物B的剩余部分中分离出来。
将不含胚芽G的谷物B进行第二次水解5并分离固体成分8，这样就得到与谷物B的剩余部分分离的麸皮D，由此谷物B的剩余部分成为基本不含固体残余物的液体。
将不含麸皮的谷物B进行蛋白质分离13，从谷物B剩余部分分离得到蛋白质成分L，由此谷物B剩余部分不再含有蛋白质成分L。
将不含胚芽、固体残余物麸皮D的，亦不含蛋白质L的液态的谷物B进行发酵6和蒸馏7而分别得到醇E和水性液体F，该水性液体F含有不易挥发的成分，并且除了发酵用酵母以外，几乎不含固态或液态的残余物。
所述碾磨2是十分粗略的，以避免过度破碎胚芽G。
通过将谷物B与相关酶混合来进行第一次水解4和第二次水解5，所述水解过程分别在例如约95℃和60℃的可控温度下进行。
相应于第一次水解4和第二次水解5，谷物B还分别与碱化添加剂W(用于溶解谷物B的蛋白质)和一种酸化剂X(用于降低谷物B的蛋白质的溶解性)混合。此外，碱化剂W和酸化剂X分别具有激活相应酶的作用。
分离步骤9、13和8中采用强制性倾析或类似的分离方法。
发酵6是在把在前述步骤中得到的液态谷物B和酵母混合后进行的；发酵时，将谷物在预设的温度下保持一段预定的时间。
蒸馏7就是将发酵后的谷物分馏蒸发。
本发明所述的方法中，在第一次水解4和发酵6的过程中向谷物中加入水。
此外，第一次和第二次水解可以合并为单个步骤，或者水解的总次数可以超过2次。
采用洗涤3和碾磨2来预处理谷物B，使其成为满足后续加工步骤要求的水中混合物，该水中混合物除了含有灰份、糖和维生素，还含有麸皮D、淀粉、蛋白质L、胚芽G的油H，这些成分的比例根据谷物特性不同而有所不同。
通过有关的酶对加热后的谷物的作用，第一次水解4将淀粉转变为糊精，所述淀粉碎裂并粘附在胚芽上。
通过有关的酶的作用和加热，第二次水解5将由谷物中的淀粉转变而来的糊精分解为糖，尤其是葡萄糖。
发酵6和蒸馏7分别将葡萄糖转变为醇以及将醇从水性液体F中分离出来，该水性液体F含有酵母，而基本不含其他固体残余物、淀粉和葡萄糖。该水性液体具有高热能。
在本发明所述方法中，水性液体F最终用于(至少部分用于)在各步骤中向谷物里加水，例如洗涤3，和用于在第一次水解4中加热谷物B。
方法1包括从水性液体F中进行酵母分离14，从而得到发酵6中产生的酵母M，将酵母从水性液体F中分离从而使水性液体F被纯化，即去除了溶液中的固体或其他物质。酵母M可被储存、干燥，可水解和/或自溶，可用酶解或机械方法破坏细胞膜，可以被包装，可在加工过程中重复使用，或加入到饲料中。
在本发明所述方法中，将经过洗涤3的预洗涤或进一步的单独洗涤过程清洗的谷物B，在纯化后的水性液体F中煮制28而获得消毒的谷物B。
这些消毒的谷物B可作为湿润饲料使用，或者经干燥29后加工成干燥饲料J，或者经过酸化并与固体和/或液体食品添加剂Y混合30而得到饲料的半成品。
上述半成品经过挤压、切割和干燥31后可得到丸状饲料K，或者经过均质化32得到均质化的饲料P，其可直接用于或经过喷雾干燥33得到可溶性粉末Q。
本发明的方法包括将胚芽分离9中得到的胚芽G进行细碾磨10，并将该研磨后的胚芽G与由蛋白质分离13得到的蛋白质部分L一起进行蛋白水解11。
利用添加剂S所激活的相关酶的效应，蛋白水解11溶解胚芽膜而得到了蛋白质的氨基酸溶液，这些蛋白质为从胚芽13中释放出的蛋白质以及从蛋白分离13得到的其他蛋白质。
此外，蛋白水解11释放出胚芽中的油性成分。
蛋白水解11得到的产物经强制性倾析进行油分离12，得到相互分离的油H和氨基酸N溶液。
所述终溶液经浓缩27后得到浓缩的氨基酸N溶液，其适用于饲料包装、储存或添加剂处理。
将上述得到的油H转至合适的存储容器，用于包装或销售。
使采用固体成分分离8从谷物B的剩余部分中分离得到的麸皮D依次经干燥25、麸皮碾磨26后，得到含谷蛋白的麸皮D。
作为本发明目的之一，所述的加工谷物的设备100包括串联的以下装置：谷物B的容器和移动装置50；洗涤装置51；碾磨装置52；第一次水解站53和胚芽分离装置65，胚芽分离装置65例如为离心式的，它具有胚芽出口和不含胚芽的谷物B的出口。
上述不含胚芽的谷物B的出口与第二次水解站54和分离站55串联，所述分离站55具有蛋白质成分的出口、固体成分的出口(主要为麸皮)和谷物B的剩余液体成分的出口。
上述谷物B的剩余液体成分的出口与发酵站56和蒸馏站57串联，所述蒸馏站57为蒸发冷凝式，具有分别排出醇和水性液体的分离的出口，所述水性液体基本不含固体成分、淀粉、油和蛋白质。
连接装置包括管道、阀门、泵送装置和已知但图示中未显示的中间储器；这些连接装置将设备100中的各个装置和站连接起来。
谷物B的容器和移动装置50包括一个收集桶，桶上有一个已知但图示中未显示的耳蜗形装置，该耳蜗形装置用于负载料仓，从该料仓内取出谷物B并用传送带等传送装置运送至洗涤装置51。
碾磨装置52能够进行粗略碾磨，以免将谷物碾成碎末。
通过水合和存储装置63使碾磨装置52连接于第一次水解站53。这些存储装置63与输水装置61连接，用于在碾磨后的谷物B中加水和补偿谷物B的不规则的流量。
第一次水解站53和第二次水解站54均包括可调温的谷物B的酶反应室59，酶运送装置58和添加剂运送装置60通入该反应室。运送装置58和60包括各自的贮存器和比例调节器，这些贮存器和比例调节器用于调节与谷物B混合的酶和酸化添加剂的量。另外，第一次水解站53和第二次水解站54分别包括多个桶组成的存储装置62，所述桶位于相关酶反应室59的上游和下游，用于使谷物B在设备100内保持几乎稳定的流量。
第一次水解站53包括输水装置61，其将水分别运送至酶反应室59和热交换装置64；所述热交换装置64例如可以是逆流式的，它插入到第一次水解站53的入口、出口的连接处，以实现热量再生。
第一次水解站53和第二次水解站54可以合并为单个水解站。
发酵站56具有发酵用酵母运送装置和与输水装置61的连接装置(图示中未显示)。
分离站55包括固体成分的分离装置68，该固体成分的分离装置68(过滤式或离心式)的入口与第二次水解站54的出口连接；该固体成分的分离装置68的液体成分出口和固体成分出口分别与蛋白质成分分离装置67(离心式)的入口和麸皮处理装置69连接。
麸皮处理装置69串联式地包括热风干燥机、磨石和旋转进料器，在该麸皮处理装置69的出口处得到含有谷蛋白的麸皮。
蛋白质成分分离装置67的蛋白质成分出口与第二处理装置70连接，其非蛋白质成分出口与发酵站56连接。
胚芽分离装置65的胚芽出口通过碾磨装置71与第二处理装置70连接，该碾磨装置71能够精细碾磨胚芽碎片。
第二处理装置70包括第一存储装置62，蛋白质成分分离装置67的蛋白质成分出口和碾磨装置71的出口连入该存储装置62。第二处理装置70的第一存储装置62为蛋白水解站72送料，用于蛋白质成分和碾磨后胚芽的水解。通过第二处理装置70的第二存储装置62，蛋白水解站72的出口与氨基酸分离装置73连接，该氨基酸分离装置73的氨基酸出口与浓缩装置74连接，用于生成浓缩氨基酸N。所述氨基酸分离装置73的剩余出口排出油性成分H，该油性成分H运送到相应的密封储器中，待后续使用。
在分离站55中，蛋白质成分分离装置67和固体成分分离装置68可被包括在一种名为三相卧螺离心机(tricanter)的单个装置中。
胚芽分离装置65、分离站55和第二处理装置70与输水装置61连接。
以上这些胚芽分离装置65、分离站55和第二处理装置70与给水系统连接，或者甚至与蒸馏站57的水性液体F的出口连接。
上述的蒸馏站57的水性液体F出口与酵母分离装置75(离心式)连接，该装置75的出口排出酵母M，其剩余出口连接到已知的煮制装置76，该装置含有从洗涤装置51运送来的谷物B，在该装置内通过设定温度下的煮制，制备出经消毒的谷物B，所述设定温度低于在清洁消毒和煮制谷物后会降低其营养价值的温度。
合适的和特定的洗涤装置可以为煮制装置76提供谷物B。
煮制装置76的出口连接于第三处理装置78，该装置串联式地包括酸化装置79和搅拌装置80，该搅拌装置80用于搅拌经煮制后消毒并冷却的谷物和固态的、液态的或含有酶的食品添加剂Y。此外，搅拌装置80可在消毒后的谷物B中加入氨基酸N，和/或由设备100转化或改性而成的其他产物。
搅拌装置80的出口与丸状饲料生产装置81(已知类型)连接，用于生产丸状饲料K，所述饲料也可为其他市售形式的饲料。
食品添加剂搅拌装置80的出口可与粉剂饲料生产装置82连接，该粉剂饲料生产装置82用于生产粉末状饲料P，粉剂饲料生产装置82串联式地包括均质化器和干燥机，该干燥机是所谓喷雾式的干燥机，或是具有类似功能的干燥机。
此外，煮制装置76的出口可与干燥装置77连接，用于生产干燥饲料J。
显然，设备100可以生产中度湿润或液体饲料R。
图7所示的设备100的变化形式进一步包括一个浸析站102，分别由供给装置101给浸析站102提供无油谷物Z和由蒸馏站57给浸析站102提供水性液体F，所述无油谷物Z由提取油后的大豆饼或剩余的种子组成。
浸析站102的出口与糖分离装置103连接，该糖分离装置103的出口分别排出无油谷物Z的糖成分ZZ和高蛋白成分LL。
以上糖成分LL与高蛋白成分浓缩装置104连接，用于生成浓缩形式的高蛋白成分LL。
糖分离装置103的糖成分ZZ的出口与醇发酵装置110和蒸馏装置111串联，用于生成醇E。
显然，糖分离装置103的糖成分ZZ的出口也可以与发酵站56和蒸馏站57串联。
糖分离装置103的糖成分ZZ的出口也可与第一发酵装置105和第二发酵装置106连接，以分别生成有机酸AO和抗生素AN，这些产物可以被各自的浓缩器112所浓缩。
而且，糖分离装置103的糖成分ZZ的出口可与第三发酵装置107、第四发酵装置108和第五发酵装置109连接，再与各自的浓缩器112连接，而获得用于农业、畜牧业或工业的不同物质。所述不同物质可由各自不同的微生物和/或霉菌菌株发酵得到。
糖分离装置103的出口可与不同的蛋白水解装置113连接，该蛋白水解装置113为分离器114供料，该分离器114适于分别提供氨基酸N和食物纤维AF。
关于所述设备100的这种变化形式的一种可能操作是这样的：采用无油谷物Z与水性液体F混合，然后在酸性环境中浸析，分离出浸析产物中的高蛋白成分LL(适于浓缩)和糖成分ZZ。所述糖成分ZZ主要由可发酵的糖组成，可用于醇发酵和蒸馏，以获得醇E。
平行地或替代地，通过不同的发酵及随后相应的浓缩过程，糖成分ZZ可生成有机酸、抗生素和其他产物。
本发明的主要优势在于提供了一种方法和设备，该方法和设备用于加工谷物并分别生成醇和一种基本上不含污染性固体残余物的水性液体。
本发明的其他优势在于提供了一种方法和设备，该方法和设备适用于生产饲料，该饲料可以为呈丸状、粉末状或干燥颗粒状的饲料，或中度湿润的或液态的饲料；该饲料具有高度可消化性和吸收作用，动物食用安全。所述方法和设备可使用水性液体和相关的高热量物质，还可以提供麸皮、油、氨基酸和分离出的酵母。
其他优势在于提供了一种适于连续循环生产的设备。
其他优势在于提供了一种方法和设备，该方法和设备可利用水性液体和相关高热量物质，由无油种子得到可发酵糖，并由此将可发酵糖转化为醇、有机酸、抗生素或其他物质。