Спосіб зброджування сусла із вуглеводовмісної сировини

Реферат: Спосіб зброджування сусла із вуглеводовмісної сировини включає приготування сусла, культивування дріжджів та його зброджування у бродильному апараті до одержання дозрілої бражки з наступним відбором парів спирту та їх конденсування, причому в процесі зброджування відбирають частину дозрілої бражки у вакуумний випарник, де її випаровують та охолоджують під вакуумом, утворену водно-спиртову парову суміш конденсують та спрямовують на подальшу переробку, а бражку зі зменшеним вмістом спирту повертають з вакуумного випарника у бродильний апарат. UA 97735 C2 (12) UA 97735 C2 UA 97735 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до спиртової промисловості, точніше до способів зброджування сусла із сировини, що містить вуглеводи, і може бути використаний на підприємствах спиртової промисловості для виробництва етанолу або бутанолу. Відомий спосіб зброджування сусла із вуглеводовмісної (мелясної) сировини, який включає змішування меляси, гідроортофосфату амонію, сірчанокислого амонію у звичайній водопровідній воді, перемішування, додавання культури дріжджів Saccharomyces cerevisiae Y503, причому для інтенсифікації процесу синтезу етанолу у середовищі зброджування до меляси додають геотермальну воду нефенольного класу, із загальною мінералізацією 5,2-5,4 г/л, розведену водопровідною водою до мінералізації 4,0-4,2 г/л, вмісту вуглеводів 18,6 г/100 3 см , 2,58 г/л гідроортофосфату амонію, концентровану сірчану кислоту для досягнення рН 5 із розрахунку 0,4-0,6 мл на 100 г меляси (1). Пропоноване технічне рішення забезпечує інтенсифікацію біосинтезу етанолу на 25 % при значному зниженні небажаних домішкових сполук через вплив геотермальної води у складі живильного середовища на морфофізіологічні властивості дріжджових кліток в анаеробних умовах. Недоліком даного способу є необхідність постійного постачання виробництва геотермальною водою з певними компонентами, необхідними для життєдіяльності живих організмів, які є стимуляторами фізіолого-біохімічніх процесів і активаторами мембранних перебудов в живій клітині, що створює сприятливі умови для інтенсифікації спиртного бродіння. Відомий спосіб зброджування вуглеводовмісної сировини (2), що включає приготування оцукреного сусла, культивування дріжджів та зброджування, в перші сім годин зброджування проводять при швидкості подачі сусла, яка дорівнює швидкості розбавлення середовища в -1 -1 бродильному апараті 0,2-0,3 год , з наступним її зменшенням до 0,04-0,10 год на 12-ту годину зброджування. Питома швидкість росту дріжджів під час зброджування сусла з крохмалевмісної -1 сировини також має значення 0,2-0,3 год . Тому при швидкості розбавлення зброджуваної маси -1 суслом, яка дорівнює питомій швидкості росту дріжджів (Д=m=0,2-0,3 год ), концентрація цукрів не перевищує значення, коли наступає гальмування біохімічних процесів в дріжджових клітинах. Технічним результатом даного винаходу є зниження концентрації цукрів зброджуваної маси в процесі зброджування та усунення таким чином фактору гальмування /інгібування/ синтезу біомаси дріжджів. До недоліків даного способу слід віднести технологічну складність постійного контролю питомої швидкості росту дріжджів під час зброджування сусла для запобігання гальмування біохімічних процесів в дріжджових клітинах. Відомий також спосіб зброджування сусла із вуглеводовмісної сировини, який передбачає приготування сусла, культивування дріжджів та його зброджування у бродильному апараті до одержання дозрілої бражки з наступним відбором парів спирту та їх конденсування, причому відведення відпрацьованої бражки здійснюють при досягненні вмісту в ній етанолу менше 0,5 %, а в процесі відведення бражку піддають декантуванню з виділенням фугату, після чого утворений фугат відправляють на стадію підготовки вихідної бражки (3). Недоліком даного способу, вибраного за прототип, є використання обладнання, зокрема резервуарів значних об'ємів (робочої секції) під розрідженням, що вимагає збільшення товщини стінок апаратів та монтажних витрат, а відповідно збільшення інвестиційних затрат. Крім того через вакуумну машину, яка створює розрідження в робочій секції, проходить вся кількість утвореного при бродінні вуглекислого газу, що вимагає значних енергозатрат. Задачею, поставленою в основу пропонованого технічного рішення, є інтенсифікація біосинтезу етанолу (бутанолу) шляхом зменшення його кількості в зброджуваному субстраті. Ця задача вирішується тим, що у способі зброджування сусла із вуглеводовмісної сировини, який передбачає приготування сусла, культивування дріжджів та його зброджування у бродильному апараті до одержання дозрілої бражки з наступним відбором парів спирту та їх конденсування, відповідно до пропонованого технічного рішення в процесі зброджування для інтенсифікації біосинтезу спирту шляхом зменшення його рівня в бражці відбирають частину дозрілої бражки у вакуумний випарник, де її випаровують та охолоджують за рахунок вакууму, утворену таким чином водно-спиртову парову суміш конденсують та спрямовують на подальшу переробку, а бражку зі зменшеним вмістом спирту повертають з вакуумного випарника у бродильний апарат. Задача вирішується зокрема тим, що бражку випаровують у вакуумному випарнику із застосуванням розпилювання, а також і тим, що бражку перед її надходженням до вакуумного випарника додатково підігрівають. Зменшення у процесі бродіння сусла концентрації спирту за рахунок його часткового відбору запобігає гальмуванню біохімічних процесів та створює умови для більш інтенсивного процесу біосинтезу, а випаровування шляхом розпилювання бражки сприяє більш ефективному відбору 1 UA 97735 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 водо-спиртової парової суміші та її охолодженню. Додатковий підігрів бражки сприяє процесу випаровування. Спосіб пояснюється кресленням, на якому схематично зображена установка для реалізації способу, що заявляється. Установка містить бродильний апарат 1, у якому здійснюють підготовку бражки шляхом змішування сусла, що підводиться через патрубок 2 з дріжджами, ферментними препаратами та іншими допоміжними речовинами, які надходять через патрубок 3. Бродильний апарат містить також теплообмінник 4 для відведення тепла, утвореного у процесі бродіння та підтримання заданої температури, а також патрубок для відведення утвореного під час бродіння вуглекислого газу 5. Вихід 6 бродильного апарата 1 підключений до вакуумного випарника 7 через циркуляційний насос 8. Для додаткового нагріву бражки на 2-3 °С, що дозволить збільшити кількість бражного конденсату та відповідно знизити вміст спирту (етанолу або бутанолу) в охолодженій бражці, циркулярний насос 8 може бути підключений до вакуумного випарника 7 через теплообмінник 9. Вакуумний випарник 7 містить також вихідні патрубки виведення бражки зі зменшеним рівнем спирту 10 та виведення паро-спиртової суміші 11, який з'єднаний з конденсатором 12 з трубопроводом 13 виведення бражного дистиляту. Вихідний патрубок 10 з'єднаний трубопроводом 14 з бродильним апаратом 1. Спосіб реалізується таким чином. Заздалегідь приготовленим вуглеводовмісним суслом (вміст сухих речовин 25-40 % мас.) через патрубок 2 наповнюють бродильний апарат 1. Також в бродильний апарат 1 через патрубок 3 задають виробничі дріжджі, інші речовини (ферментні препарати, додаткове живлення та ін.) та здійснюють процес бродіння із накопиченням спирту (етанолу або бутанолу), причому для одержання бутанолу використовують дріжджі з бактеріями Clostridium acetobutylicum. Тепло, утворене у процесі бродіння, відводять за допомогою вмонтованого або виносного теплообмінника 4 (підтримання заданої температури бродіння). При накопиченні етанолу в бражці понад 7 об. % (бутанолу понад 1 об. %) зменшують його рівень в бражці з одночасним охолодженням за допомогою виносного вакуумного випарника 7. Для цього вмикають циркуляційний насос 8, яким подають бражку у випарник 7, додатково підігріваючи її на 2-3 °С у теплообміннику 9. У випарнику 7 створюється розрідження не менше - 96 кПа. Бражка із температурою 34-36 °С, потрапляючи у випарник 7, кипить і охолоджується до 28-34 °С залежно від створеного розрідження. Для більшої ефективності процесу випаровування бражку можуть подавати у вакуумний випарник 7 із застосуванням технології розпилювання. Охолоджена бражка через вихідний патрубок 10 виведення бражки із зниженим вмістом спирту повертається у бродильний апарат 1 по трубопроводу 14. Водно-спиртові пари із вмістом етанолу 30-60 % об. (бутанолу 2-5 об. %), які виходять із вакуумного випарника 7 через вихідний патрубок 11 виведення водно-спиртової парової суміші потрапляють у конденсатор 12, де повністю конденсуються та виводиться через трубопровід 13 виведення бражного дистиляту. Далі утворений конденсат надходить у передаточну ємність або на подальшу переробку. У випадку здійснення безперервного циклу зброджування для інтенсифікації процесу одержання етанолу (бутанолу) установка може містити батарею бродильних апаратів 1 із відповідним включенням у систему циркуляційного насоса 8, вакуумного випарника 7 та конденсатора 12 до бродильних апаратів, вміст етанолу в яких не менше 7 % об (бутанолу 1 об. %). Завдяки своєчасному видаленню частки продукту життєдіяльності дріжджів - спирту і вуглекислого газу, що є інгібіторами процесу спиртного бродіння, зменшується їх накопичення в бродильному апараті, внаслідок чого інтенсифікується процес накопичення етанолу (бутанолу). Джерела інформації: 1. Патент Російської Федерації № 2329302, кл. С12Р 7/06, публ. 10.07.2008 p. 2. Патент України № 29299, кл. С12Р 7/00, публ. 16.09.2002 p. 3. Патент Російської Федерації № 2314347, кл. С12Р 7/06, публ. 10.01.2998 p. (прототип). ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 1. Спосіб зброджування сусла із вуглеводовмісної сировини, що передбачає приготування сусла, культивування дріжджів та його зброджування у бродильному апараті до одержання дозрілої бражки з наступним відбором парів спирту та їх конденсування, який відрізняється тим, що в процесі зброджування відбирають частину дозрілої бражки у вакуумний випарник, де її випаровують та охолоджують під вакуумом, утворену водно-спиртову парову суміш конденсують та спрямовують на подальшу переробку, а бражку зі зменшеним вмістом спирту повертають з вакуумного випарника у бродильний апарат. 2 UA 97735 C2 2. Спосіб зброджування сусла за п. 1, який відрізняється тим, що бражку випаровують у вакуумному випарнику шляхом розпилювання. 3. Спосіб зброджування сусла за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що бражку перед її надходженням до вакуумного випарника додатково підігрівають. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3