Спосіб підготовки крохмальвмісної сировини до спиртового зброджування

1. Способ подготовки крахмалосодержащего сырья для спиртового брожения, предусматривающий измельчение сырья, смешивание его с водой, термическую обработку в присутствии амилолитических ферментов, выдержку массы, дополнительный ввод амилолитических ферментов в массу, стерилизацию, вакуумохлаждение и оса 23794 Достигается технический результат тем, что в способе подготовки крахмалсодержащего сырья для спиртового брожения, предусматривающем измельчение сырья, смешивание его с водой, термическую обработку в присутствии амилолитических ферментов, выдержку массы, дополнительный ввод амилолитических ферментов в массу, стирилизации, вакуумохлаждение и осахаривание с получением сусла, смесь тонко измельченого сырья с водой подкисляют до pH – 5,0 – 5,5 и поддерживает его на протяжении всего процесса подготовки сырья, в смесь добавляют целлюлолитические и протеолитические ферменты из расчета соответственно 400-600 и 105-150 тыс.ед. на 1т условного крахмала и выдерживают при температуре не более 40-50ºС. При этом декстринизацию, растворение и осахаривание крахмала проводят в три ступени с постепенным снижением температуры от 100-105ºС до 58-50ºС. Дополнительный ввод в массу амилолических ферментов проводят в два приема, причем 15-20 от общего расхода вводят на первую ступень и 70-80% на вторую. Антисептик задают в сусле перед его охлаждением. Приедпочтительно в качестве подкисляющего агента использовать молочную кислоту, а в качестве антисептика – дикатионий в количестве 0,20,5 г на 1 м3 сусла. Применение целлюлолитических и протеолитических ферментных препаратов повышает степень доизмельчения сырья за счет деструкции клеточных стенок, дезагрегирование белковогокрахмального комплекса и высвобождения крахмальных зерен из клеточных структур сырья. Экспериментальным путем установлено, что оптимальными дозировками целлюлозы и протеазы на 1т условного крахмала являются 500 и 300 тыс.ед. соответственно. Во избежание температурной инактивации ферментов, смесь с введенными в нее целлюлолитическими и протеолитическими ферментными препаратами выдерживают при температуре не более 45ºС. Подкисление смеси осуществляют до pH 5,05,5 и поддерживают его на протяжении всего процеса подготовки сырья, так как эта величина pH согласно проведенным исследованиям, является оптимальной для действия амилолитических ферментов и не выходит за пределы оптимальных значений pH для целлюлолитических и протеолитических ферментов. В результате за счет комплексного использования амилолитических, протеолитических и целлюлолитических ферментов достигается наиболее полное доизмельчение сырья, что способствует эффективному проведению последующих стадий процесса его подготовки для спиртового брожения. Для осуществления декстринизации растворения и осахаривания крахмал с получением сусла необходимо провести три технологических стадии, а именно, стерилизацию разваренной массы с частичной декстринизацией и разжижением крахмала, окончательную декстринизацию и полное растворение крахмала и, наконец, осахаривание крахмала с получением сусла. Поэтому получение сусла из разваренного сырья проводят в три ступени. На первой ступени температуру массы поддерживают на уровне 90-95ºС, что достаточно для ее стерилизации повышение температуры нецелесообразно, поскольку при 100ºС и более возникают потери сбраживаемых сахаров за счет связывания их аминокислотами (сахароаминная реакция) с образованием устойчивых сахароаминных комплексов – меланоидинов. Образование меланоидинов нежелательно еще и потому, что они оказывают ингибирующее влияние на амилолитические ферменты. С учетом возможной температурной иноактивации a-амилазы при достаточно высокой температуре (90-95ºС) и, таким образом, неполной степени ее использования, дополнительное ее количество вводят в массу в два приема – на первую и вторую ступени, причем на первую ступень, где поддерживают высокую температуру (90-95ºС), задают меньшее количество a-амилазы (15-20% от общего расхода), однако, достаточное для частичной декстринизации и растворения крахмала, что подтверждено экспериментальным путем. На второй ступени поддерживают температуру 70-80ºС, оптимальную для действия a-амилазы, поэтому в массу на этой ступени задают основное ее колличество (70-80% от общего расхода). Этого количества a-амилазы, действующей в оптимальных условиях, достаточно для полной декстринизации и растворения крахмала. На третьей ступени поддерживают температуру 58-60°С, оптимальную для действия глюкоамилазы,обеспечивающей расщепление крахмала, декстринов и алигосахаридов на сбраживаемые моносахариды, в основном, глюкозу. Относительно высокая температура (105-58°С). поддерживаемая на вышеописанных ступенях, препятствует развитию инфекции. Однако споры ряда микроорганизмов, попадающих в массу с исходным сырьем, выдерживают температуру разваривания (100-105°С), стерилизации (90-95°С), сохраняют жизнеспособность и могут произрастать при соответствующих условиях. В интервале температур, характерных для охлаждаемого сусла (60-22°С), находятся оптимумы известных микроорганизмав. Чтобы подавить их развитие и избежать инфицирования сусла, предлагаемый антисептик дикатионий вводят именно перед его охлаждением. Применение в качестве подкисляющего агента молочной кислоты обусловлено тем, что, вопервых, молочная кислота термолабильна, менее агрессивна по сравнению с серной и соляной кислотами (не вызывает коррозии оборудования), а также, что очень важно, служит дополнительным антисептиком; во-вторых, в случае использования молочной кислоты вместе серной при перегонке бражки не образуется гипс, затрудняющий работу бражных колон; в-третьих, молочная кислота в отличие от минеральных, серной или соляной, не образует сернокислых и солянокислых солей калия, которые отрицательно влияют на качество барды, понижая ее кормовую ценность, а также, попадая в сточные воды, затрудняют их очистку. Рекомендуемый к применению антисептик дикатионий выгодно отличается от традиционных антисептиков высокой эффективностью. Так, расход дикатиония составляет 0,2-0,5 г на 1 м3 сусла, 2 23794 против 200-250 и 50-60 г/м3 хлорной извести и сульфохлоратила соответственно. Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Крахмалосодержащее сырье измельчают до размера частиц не более 1,0 мм, помол смешивают с водой в соотношении 1:(4,04,5), смесь нагревают до температуры 40-45ºС, подкисляют до pH 5,0-5,5 и поддерживают его на протяжении всего процесса подготовки сырья. В смесь добавляют термостойкую a-амилазу в количестве 5-10% от общего расхода, целлюлолитические и протеолитические ферменты из расчета соответственно 400-600 и 105-150 тыс.д. на 1 т условного крахмала и выдерживают в течение 4060 мин при указанной температуре для изменения сырья под действием ферментов. Смесь подвергают развариванию с кратковременным нагревом ее до температуры 100105ºС. Затем в три ступени проводят декстринизацию, растворение и осахаривание крахмала. Разваренную массу с температурой 100-105ºС непрерывно подают на первую ступень, где за счет самоиспарения под ваккумом температура массы снижается до 90-95ºС. В массу вводят первую порцию дополнительного количества термостойкой a-амилазы в количестве 15-20% от общего расхода и в течении 30-40 мин проводят декстринизацию и разжижение крахмала с одновременной стерилизацией массы. Затем подают на вторую ступень, где за счет самоиспарения под ваккуумом охлаждают до оптимальной для действия термостойкой a-амилазы температуры 70-80ºС, после чего вводят основное количество термостойкой a-амилазы – 70-80% от общего расхода и в течение 40-50 мин проводят окончательное растворение крахмала. Далее массу подают на третью ступень, где за счет самоиспарения под вакуумом охлаждают до температуры 58-60ºС, после чего вводят глюкоамилазу из расчета 300 тыс.ед. на 1 т условного крахмала и в течение 30-60 мин проводят осахаривание крахмала. В полученное сусло вводят антисептик, например, дикатионий в количестве 0,2-0,5 г на 1 м3 сусла, охлаждают до температуры складки (22-24ºС) и направляют на брожение. Пример. Измельчают зерно пшеницы до 100%-го прохода частиц через сито размером 1 мм. Помол смешивают с водой в соотношении 1:4, подогревают до температуры 42ºС, подкисляют молочной кислотой до pH 5,2, вводят концентрированный ферментный препарат «Fermamyl» в количестве 16 мл на 1 т условного крахмала, что соответствует 8% от общего расхода, целлюлозу и протеазу соответственно в количествах 500 и 140 тыс.ед. на 1 т условного крахмала и выдерживают в течении 50 мин. Количество концентрированного ферментного препарата «Fermamyl» определено исходя из указанной в сертификате нормы его расхода – 200 мл на 1т. условного крахмала. Массу подвергают кратковременному(1-2мин) подогреву острым паром до температуры 102ºС, после чего направляют на первую ступень декстринизации, растворения, и осахаривания крахмала, добавляют концентрированный ферментный препарат «Fermamyl» в количестве 36 мл на 1 т условного крахмала, что составляет 18% от общего расхода, выдерживают при температуре 92ºС и pH 5,2 в течении 30 мин для стерилизации массы и дальнейших декстранизации и растворения крахмала. Затем массу подают на вторую ступень, вводят основное количество препарата «Fermamyl» 148 мл на 1 т условного крахмала, что составляет 74% от общего расхода, и выдерживают при температуре 75ºС и pH 5,2 в течение 40 мин для окончательной декстринизации и полного растворения крахмала. Далее массу подают на третью ступень, где охлаждают под вакуумом до температуры 59ºС, вводят концентрированный ферментный препарат глюкоамилазы «San Super» из расчета 300 тыс.ед. на 1 т условного крахмала, что согласно сертификату составляет 1000 мл и осахаривают при указанной температуре и pH 5,2 в течение 40 мин. В полученное сусло задают антисептик дикатионий в количестве 0,35 г на 1 м3, охлаждают до температуры складки (220С) и передают на брожение. Подготовка крахмалсодержащего сырья по предлагаемому способу позволит увеличить выход спирта на 0,8-1,5% в сравнении со способомпрототипом (68,0-68,7 против 67,5-67,7 дал на 1 т условного крахмала). __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3