Спосіб виробництва спиртових бражок з крохмалевмісної сировини

Реферат: Спосіб виробництва спиртових бражок з крохмалевмісної сировини включає приготування зернового замісу із розріджуючим ферментним препаратом термостабільної дії, водою та фільтратом барди, отримання розрідженого сусла, приготування виробничих дріжджів та бродіння. Постадійний гідроліз біополімерів зернової сировини відбувається у змішувачі та в апаратах гідротермоферментативної обробки при об'єднанні процесів нагрівання, розварювання сировини на стадії приготування замісу здійснюється гідроліз білків до амінокислот за допомогою протеолітичних ферментних препаратів, вуглеводів до низькомолекулярних декстринів за допомогою кислостійкої -амілази, геміцелюлози до пентоз і гексоз геміцелюлітичними ферментними препаратами в апараті термоферментативної обробки І ступеня. UA 103235 U (54) СПОСІБ ВИРОБНИЦТВА СПИРТОВИХ БРАЖОК З КРОХМАЛЕВМІСНОЇ СИРОВИНИ UA 103235 U UA 103235 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до спиртової промисловості і може бути використана при виробництві спиртових бражок із крохмалевмісної сировини. Відомий спосіб одержання спиртових бражок (Патент України на винахід № 35246, МПК7 С12Р 3/00, бюл. № 96, 2003 Р-). Цей спосіб дозволяє збільшити питомий вихід спирту за рахунок зменшення температурної деструкції крохмалю, дещо знизити питомі витрати пари, однак наявність оцукрювача потребує додаткових витрат води і гріючої пари на його мийку та стерилізацію, викликає часткову термічну інактивацію ферментів в процесі оцукрення, використання низькотемпературної воднотеплової обробки зернових замісів сприяє інфікуванню сусла сторонньою мікрофлорою. В результаті збільшується кислотність сусла та спиртової бражки, інактивуються ферментні препарати, зменшується питомий вихід спирту, інгібуються дріжджі, уповільнюється бродіння, погіршується якість ректифікованого спирту. Недоліком цього способу є боротьба із сторонньою мікрофлорою, необхідно застосовувати різноманітні антисептики, в тому числі і антибіотичної дії, які не завжди забезпечують стабільний довгостроковий результат у зв'язку із звиканням до них мікроорганізмів. При змішуванні тонкодисперсного зерна з гарячою водою у змішувачі утворюються грудки, погіршується контакт крохмальних зерен з водою та ферментами, зменшується ступінь гідролізу крохмалю, висока температура пари в контактній головці збільшує температурну інактивацію ферментів. Все це викликає наднормативне підвищення кислотності, збільшення нерозчинного крохмалю та незброджуваних цукрів в зрілій бражці, зменшує вихід спирту з одиниці сировини, погіршує його якість. Крім того, для приготування зернового замісу потрібна велика кількість технологічної води, що збільшує питомі витрати на товарну продукцію, а використання фільтрату барди, який має понижену кислотність для часткової заміни води при приготуванні зернового замісу ще більше підвищує кислотність сусла та інактивує ферментні препарати. Як прототип вибрано за найбільшою кількістю співпадаючих суттєвих ознак та досягнутим результатом спосіб одержання спиртових бражок із крохмалевмісної сировини, який передбачає приготування зернового замісу разом із розріджуючим ферментом термостабільної дії, водою та фільтратом барди, розрідження сусла в передрозварнику-змішувачі при температурі 55...80 °C, рН 3,8...5,5 та в апараті термоферментативної обробки при температурі 60...90 °C, а також пастеризацію розрідженого сусла в пастеризаторі, при температурі 70...90 °C (Патент України на винахід № 67537, МПК51 C12F 3/00, бюл. № 4, 2012 Р-). Цей спосіб дозволяє забезпечити більш ефективні заходи боротьби із сторонньою мікрофлорою, дозволяє проводити більш глибокий гідроліз біополімерів сировини, зменшити витрати ферментних препаратів, збільшити питомий вихід спирту. Недоліком цього способу є, те що при рециркуляції фільтрату барди на стадії приготування замісу в кількості 30...40 % від загальної кількості води відбувається зниження його кислотності до рН 3,8…4,5, що провокує інактивацію ферменту α-амілази і як наслідок збільшення кількості незброджених вуглеводів у зрілій бражці та зменшення питомого виходу товарного спирту; використання коштовної термостабільної α-амілази на стадії приготування зернового замісу знижує рентабельність виробництва; використання гріючої пари на стадії приготування замісу, термоферментативної обробки замісу та його пастеризації збільшує енергоємність технології в цілому. Вказані недоліки обмежують впровадження у виробництво способу, який вибраний за прототип. Спільними з технічним рішенням, що заявляється, є такі суттєві ознаки прототипу: приготування зернового замісу із розріджуючим ферментним препаратом термостабільної дії, водою та фільтратом барди, отримання розрідженого сусла, приготування виробничих дріжджів та бродіння. В основу технологічного рішення, що заявляється, поставлена задача більш повного гідролізу біополімерів сировини, зменшення енергозатрат за рахунок рециркуляції теплоти розрідженого сусла та барди, зменшення собівартості товарної продукції за рахунок зниження витрат коштовної α-амілази термостабільної дії, зменшення питомих витрат технологічної води за рахунок її заміни фільтратом барди. Поставлена задача вирішується тим, що у способі виробництва спиртових бражок з крохмалевмісної сировини, що включає приготування зернового замісу із розріджуючим ферментним препаратом термостабільної дії, водою та фільтратом барди, отримання розрідженого сусла, приготування виробничих дріжджів та бродіння, згідно з корисною моделлю постадійний гідроліз біополімерів зернової сировини відбувається у змішувачі та в апаратах 1 UA 103235 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 гідротермоферментативної обробки при об'єднанні процесів нагрівання, розварювання сировини на стадії приготування замісу здійснюється гідроліз білків до амінокислот за допомогою протеолітичних ферментних препараті, вуглеводів до низькомолекулярних декстринів за допомогою кислостійкої α-амілази, геміцелюлози до пентоз і гексоз геміцелюлітичними ферментними препаратами в апараті термоферментативної обробки І ступеня, остаточний гідроліз здійснюється термостабільною α-амілазою в апараті термоферментативної обробки II ступеня, витрата протеолітичного ферментного препарату складає 0,05 ПС/г сировини, кислостійкої та термостабільної α-амілаз 0,5 АС/г крохмалю, геміцелюлози - 5,0 ГЛЗ/г крохмалю, при температурі замісу 55-60 °C протягом 20...40 хв. при рН 3,8...5,5 із додаванням 30...50 % кислостійкої α-амілази та протеолітичного ферменту, а гідроліз геміцелюлози здійснюють в апараті термоферментативної обробки І ступені при температурі 70...72 °C протягом 1,5...2,0 год., остаточне розрідження здійснюється із додаванням 50...70 % термостабільної α-амілази в апараті термоферментативної обробки II ступені протягом 60...90 хв. при температурі 80...90 °C, оцукрення розрідженого сусла здійснюється в бродильному апараті за допомогою ферментного препарату глюкоамілази. Крім того для зменшення питомих енерговитрат використовується рекуперація теплоти розрідженого сусла для нагріву замісу та теплоти барди для нагріву сусла. Даний спосіб дозволяє використовувати багаторазово фільтрат барди. Між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі і технічним результатом, якого можна досягти, існує причинно-наслідковий зв'язок. У способі передбачено використання кислотостійкої α-амілази на стадії приготування замісу, що дозволяє проводити заміну технологічної води фільтратом барди, яка має кислотну реакцію і провокує зниження рН замісу 3,8...4,5; додавання протеолітичних ферментних препаратів забезпечує гідроліз білків до амінокислот, що запобігає їх адсорбції на поверхні ферментів і зберігає їх стабільність на послідуючих стадіях технологічного процесу, використання целюлолітичних ферментних препаратів забезпечує гідроліз геміцелюлоз сировини до пентоз та гексоз, що зменшує в'язкість замісу, задавання термостабільної α-амілази дозволяє підвищити температуру ферментативної обробки і пригнітити патогенну мікрофлору, а рециркуляція теплоти розрідженого сусла та барди зменшує питомі енергозатрати. В процесі зброджування розрідженого сусла в бродильний апарат задають ферментний препарат глюкоамілазу. На кресленні наведено принципово-технологічну схему, яка пояснює заявлений спосіб. До схеми входять: 1 - збірник ФП - α-амілази; 2 - збірник ФП - протеаза; 3 - змішувач; 4, 5 рекуперативні теплообмінники; 6 - ТФО першого ступеня; 7 - ТФО другого ступеня; 8 - збірник ФП - ксиланаза; 9 - збірник термостабільної α-амілази; 10 - збірник ФП - глюкоамілази; 11 дріжджанка; 12 - охолоджувач сусла; 13 - бродильний апарат, 14 - бардяний фільтр. Умовні позначення: БР - барда, ФБ - фільтрат барди, В - вода, Б - бражка. Далі корисна модель ілюструється такими прикладами конкретної реалізації способу. Приклад 1 3 Подрібнене жито із збірника разом із технологічною водою - 2,8 м та фільтратом барди 4,2 3 м подається в гомогенізатор, де ретельно перемішується для запобігання утворення грудок. Однорідний заміс самопливом надходить в змішувач 3, перемішується механічною мішалкою з 3 фільтратом барди - 3,5 м та термостабільною α-амілазою і підігрівається гріючою парою через барботер до температури 55 °C. Зерно, вода та фільтрат барди подається у змішувач 3 у співвідношенні, яке забезпечує концентрацію сухих речовин в замісі на рівні 20 % при рН 4,5. В змішувачі 3 здійснюють попередню гідродинамічну та термоферментативну обробку сировини при інтенсивному гідродинамічному перемішуванні протягом 30 хв. З змішувача 3 однорідна маса перекачується циркуляційним насосом до апарата гідротермоферментативної обробки 16, де через барботер догрівається парою до температури 65 °C та завершується процес гідролізу клейстеризованого крохмалю до декстринів в апарата гідротермоферментативної обробки II 7 при температурі 80 °C протягом 60 хв. Пастеризоване сусло охолоджується через охолоджувач 12 і подається в дріжджовий апарат 11 для приготування засівних дріжджів та в бродильний апарат 13. Оцукрення розрідженого сусла відбувається в бродильному апараті 13, куди задається глюкоамілаза та гідролітичні ферментні препарати. Технологічні характеристики заявленого способу наведені в прикладі 1 таблиці. Приклад 2 2 UA 103235 U 3 5 10 15 Для приготування зернового замісу використали 3,5 тонни пшениці, 3,0 м технологічної 3 води, 7,0 м фільтрату барди. Спосіб здійснюють так, як описано у прикладі 1, за винятком того, що температура в змішувачі, в апаратах гідротермоферментативної обробки І, II дорівнювала 60, 70 та 87 °C відповідно, термін пастеризації становив 60 хв., а рН сусла - 4,2. У прикладі 2 таблиці 1 наведено температури технологічних режимів, технологічні показники зрілої бражки, вихід спирту, технологічної води та фільтрату барди. Приклад 3 Для виробництва зернової бражки взяли 3,5 тонни кукурудзи. Спосіб здійснювали так, як описано у прикладі 1, за винятком того, що для приготування 3 3 замісу взяли 3,15 м технологічної води та 7,35 м фільтрату барди, а температура в змішувачі, в апаратах гідродинамічної обробки І, II дорівнювала відповідно 60, 72 та 90 °C. Термін пастеризації становив 60 хв. Для порівняння у таблиці також наведено дані за прототипом. Наведені у таблиці дані підтверджують досягнення технічного результату. Спосіб може бути реалізований на типовому обладнанні і не потребує значних додаткових капіталовкладень. В наведеній таблиці 1 дані по прикладах 1-3 та по прототипу підтверджують досягнення технічного результату. Таблиця 1 Температура, °C АТФО № Сировина прикладу Змішувач 1 2 3 1 прототип 2 3 Жито Пшениця Кукурудза Жито Пшениця Кукурудза 55 57 60 55 60 65 Технологічні показники зрілої бражки КонцеНероВодоКислотність, нтрація зчинний розчинні Пастеризатор град, спирту, крохмаль, вуглеводи, I II кислотності % об. г/100 см3 г/100 см3 65 80 9,7 0,51 0,095 0,56 67 87 9,8 0,49 0,085 0,21 70 90 10,22 0,53 0,095 0,36 67 62 80 8,9 0,45 0,100 0,35 85 80 87 9,2 0,35 0,090 0,3 90 83 90 9,5 0,4 0,080 0,25 Витрати технологічної води на приготування замісу, м3 2,8 3,0 3,15 7,0 6,0 8,0 Витрати фільтрату барди, м3 4,2 7,0 7,35 3,5 4,0 2,5 20 25 Технічний результат, якого можна досягнути при здійсненні корисної моделі, є більш повний гідроліз біополімерів сировини при рециркуляції фільтрату барди, збільшення питомого виходу товарного спирту, зменшення витрат технологічної води та енергоносіїв. Спосіб, що заявляється, дасть можливість знизити собівартість вітчизняного спирту і підвищити його конкурентоспроможність як на внутрішньому, так і на зовнішньому ринках. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 Спосіб виробництва спиртових бражок з крохмалевмісної сировини, що включає приготування зернового замісу із розріджуючим ферментним препаратом термостабільної дії, водою та фільтратом барди, отримання розрідженого сусла, приготування виробничих дріжджів та бродіння, який відрізняється тим, що постадійний гідроліз біополімерів зернової сировини відбувається у змішувачі та в апаратах гідротермоферментативної обробки при об'єднанні процесів нагрівання, розварювання сировини, на стадії приготування замісу здійснюється гідроліз білків до амінокислот за допомогою протеолітичних ферментних препараті, вуглеводів до низькомолекулярних декстринів за допомогою кислостійкої -амілази, геміцелюлози до пентоз і гексоз геміцелюлітичними ферментними препаратами в апараті термоферментативної обробки І ступеня, остаточний гідроліз здійснюється термостабільною -амілазою в апараті термоферментативної обробки II ступеня, витрата протеолітичного ферментного препарату складає 0,05 ПС/г сировини, кислостійкої та термостабільної -амілаз 0,5 АС/г крохмалю, геміцелюлози - 5,0 ГЛЗ/г крохмалю, при температурі замісу 55-60 °C протягом 20…40 хв. при рН 3,8…5,5 із додаванням 30…50 % кислостійкої -амілази та протеолітичного ферменту, а гідроліз геміцелюлози здійснюють в апараті термоферментативної обробки І ступеня при температурі 70…72 °C протягом 1,5…2,0 год., остаточне розрідження здійснюється із додаванням 50…70 % термостабільної -амілази в апараті термоферментативної обробки II ступені протягом 60…90 хв. при температурі 80…90 °C, оцукрення розрідженого сусла здійснюється в бродильному апараті за допомогою ферментного препарату глюкоамілази. 3 UA 103235 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4