Спосіб підготовки крохмалевмісної сировини до спиртового зброджування у виробництві спирту

1. Спосіб підготовки крохмалевмісної сировини до спиртового зброджування у виробництві спирту, який передбачає подрібнення зерна, змішування його з водою з досягненням певного значення гідромодуля "зерно-вода" та змішування з ферментним препаратом, первинну теплову обробку замісу, його гідротермоферментативну обробку та ферментативно-механічну обробку при сполученні режимних параметрів температури та часового терміну, оцукрювання крохмалю в замісі, охолодження одержаного сусла, який відрізняється тим, що при змішуванні подрібненого зерна з водою забезпечують гідромодуль "зерно-вода" в межах від 1:2 до 1:2,5 відповідно, і теплову обробку замісу при сполученні режимних параметрів температури та часового терміну здійснюють шляхом впливу сумарного теплового ефекту термодинамічних процесів переводу крохмалю в розчин та його гідролізу, при цьому первинну теплову обробку замісу проводять його нагрівом до температури 45-55°С з витримкою при цій температурі протягом 1-4 секунд, після чого здійснюють миттєвий нагрів замісу до робочої температури 80-90°С, і наступну гідротермоферментативну обробку замісу здійснюють шляхом стабілізованого температурного впливу на нього в межах температури 80-95°С з терміном витримування при цій температурі не менше ніж 20 хвилин, після чого здійснюють пастеризацію замісу шляхом його термічної' обробки при температурі більше ніж 80°С протягом пастеризаційної витримки 7-12 хвилин, при цьому одночасно збільшують поверхню доступу ферменту до змочених водою гранул крохмалю в розварених частинках подрібненого зерна шляхом впливу на них перепаду тиску в межах 3,0-4,0 бар., а потім ферментативно-механічну обробку замісу проводять протягом 180-200 хвилин послідовним триразовим температурним впливом, а саме - спочатку здійснюють температурну обробку замісу при температурі в межах 89-90°С протягом 60-70 хвилин, потім - при температурі в межах 88-90°С протягом 60-70 хвилин, і потім - при температурі в межах 8788°С протягом 60-70 хвилин, а після цього заміс охолоджують протягом 7-35 секунд шляхом поверхневого теплообміну. Пропоноване рішення належить до спиртової галузі, а саме до способу підготовки крохмалевмісної сировини до спиртового зброджування у виробництві спирту. Відомий спосіб підготовки крохмалевмісної сировини до спиртового зброджування у виробництві спирту, який передбачає подрібнення зерна, змішування його з водою з досягненням певного значення гідромодулю „зерно-вода" та змішування з ферментним препаратом, первинну теплову обробку замісу, його гідротермоферментативну оброб ку та ферментативно-механічну обробку при сполученні режимних параметрів температури та часового терміну, оцукрювання крохмалю в замісі, охолодження одержаного сусла [Патент України №9731А, м. кл. С12Р7/06, публ. 30.09.1996, бюл. №3]. Такий спосіб дозволяє підвисити розчинення крохмалю, але він не забезпечує економії пари та зниження ступеню виробничого забруднення сторонньою мікрофлорою. Відомий також спосіб підготовки крохмалевмісної сировини до спиртового зброджування у ВИ 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що пастеризацію замісу здійснюють шляхом його безперервної термічної обробки в процесі поступального безперервного руху маси замісу в трубчатому витримувані або шляхом періодичної термічної обробки. 3. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що охолоджене сусло передають на оцукрювання. 1 00 8971 робництві спирту, який передбачає подрібнення зерна, змішування його з водою з досягненням певного значення гідромодулю "зерно-вода" та змішування з ферментним препаратом, первинну теплову обробку замісу, його пдротермоферментативну обробку та ферментативно-механічну обробку при сполученні режимних параметрів температури та часового терміну, оцукрювання крохмалю в замісі, охолодження одержаного сусла [Патент України №35246А, м кл C12F7/08, публ 15 03 2001, бюл №2] Такий спосіб дозволяє підвисити вихід спирту, але він не в достатній мірі забезпечує економію пари і не дозволяє знизити ступень виробничої забруднення сторонньою мікрофлорою Найбільш близьким до пропонованого рішення є спосіб підготовки крохмалевмісної сировини до спиртового зброджування у виробництві спирту, який передбачає подрібнення зерна, змішування його з водою з досягненням певного значення гідромодулю „зерно-вода" та змішування з ферментним препаратом, первинну теплову обробку замісу, його пдротермоферментативну обробку та ферментативно-меха ніч ну обробку при сполученні режимних параметрів температури та часового терміну, оцукрювання крохмалю в замісі, охолодження одержаного сусла [Патент України №23794, м кл С12С7/04, публ 31 08 1998, бюл №4] Цей спосіб дозволяє найбільш повно використовувати вуглеводи сировини, але він передбачає застосування вакуум-охолодження і не забезпечує економію пари, а також не дозволяє знизити ступень виробничої забруднення сторонньою мікрофлорою і відповідно не дозволяє підвисити рівень асептичної ефективності виробництва. Завданням заявленого рішення є створення способу підготовки крохмалевмісної сировини до спиртового зброджування у виробництві спирту, який би за рахунок сполучення нових технологічних дій, сполучення режимних параметрів процесу, послідовності їх виконання дозволив би забезпечити економію пари, знизити ступень виробничого забруднення сторонньою мікрофлорою з ВІДПОВІДНИМ підвищенням рівня асептичної ефективності виробництва, в результаті чого забезпечити отримання бражки з МІЦНІСТЮ не менш 11 % алкоголю, а також поширити асортимент технологій підготовки крохмалевмісної сировини до спиртового зброджування у виробництві спирту Поставлене завдання вирішується тим, що спосіб підготовки крохмалевмісної сировини до спиртового зброджування у виробництві спирту передбачає подрібнення зерна, змішування його з водою з досягненням певного значення гідромодулю "зерно-вода" та змішування з ферментним препаратом, первинну теплову обробку замісу, його пдротермоферментативну обробку та ферментативно-механічну обробку при сполученні режимних параметрів температури та часового терміну, оцукрювання крохмалю в замісі, охолодження одержаного сусла. Новим в пропонованому способі є те, що при змішуванні подрібненого зерна з водою забезпечують гідромодуль "зерновода" в межах від 1 2 до 1 2,5 відповідно Теплову обробку замісу при сполученні режимних параметрів температури та часового терміну здійснюють шляхом впливу сумарного теплового ефекту термодинамічних процесів переводу крохмалю в розчин та його гідролізу Первинну теплову обробку замісу проводять його нагрівом до температури 45-55сС з витримкою при цій температурі на протязі 1-4 секунд, після чого здійснюють миттєвий нагрів замісу до робочої температури 80-90°С Наступну пдротермоферментативну обробку замісу здійснюють шляхом стабілізованого температурного впливу на нього в межах температури 8095°С з терміном витримування при цій температурі, не менш ніж 20 хвилин Потім здійснюють пастеризацію замісу шляхом термічної обробки замісу при температурі більш ніж 80°С на протязі пастеризаційної витримки 7-12 хвилин, при цьому одночасно збільшують поверхню доступу ферменту до змочених водою гранул крохмалю в розварених частинках подрібненого зерна шляхом впливу на них перепаду тиску в межах 3,0-4,0 бар Потім на протязі 180-200 хвилин проводять ферментативно-механічну обробку замісу послідовним трьохразовим температурним впливом, а саме - спочатку здійснюють температурну обробку замісу при температурі в межах 89-90°С на протязі 60-70 хвилин, потім - при температурі в межах 88-90°С на протязі 60-70 хвилин, і потім - при температурі в межах 87-88°С на протязі 60-70 хвилин Після цього заміс охолоджують на протязі 7-35 секунд шляхом поверхневого теплообміну В окремих випадках, при особливих умовах застосування пропонований спосіб характеризується наступними ознаками Пастеризацію замісу здійснюють шляхом його безперервної термічної обробки в процесі поступального безперервного руху маси замісу в трубчатому витримувачі або шляхом періодичної термічної обробки Охолоджене сусло передають на оцукрювання Практичне здійснення заявленого рішення в промислових умовах ВІДПОВІДНО ДО формули корисної моделі, ілюструється наступними прикладами Приклад 1 ВІДПОВІДНО ДО формули корисної моделі пропоноване рішення - спосіб підготовки крохмалевмісної сировини до спиртового зброджування (зброджування) у виробництві спирту здійснюють наступним чином Вихідну зернову сировину - зерно очищають В процесі очищення зерно звільняють від матеріалів іншого походження та сміття на зерноочисній машині, а від металевих домішок - на магнітному сепараторі В очищеному зерні залишкова засміченість зерна (в основному мінеральне сміття) не перевищує 1% по масі зерна, металеві домішки відсутні Потім очищене зерно зважують за допомогою автоматичної ваги і подрібнюють на молотковій дробарці Основна вимога при подрібненні до подрібненого зерна прохід через сито діаметром отворів 1мм повинен бути не менше 93% (кукурудзи - не менше 97%), залишок частинок на ситі 1,5мм відсутній Режим роботи молоткової дробарки забезпечує потрібну ступінь подрібнення зерна та необхідну потужність Подрібнене зерно піспя молоткової дробарки направляють в змішувач для змішування з водою 8971 та з ферментним препаратом, який попередньо перемішується з водою в потоці. При цьому при змішуванні подрібненого зерна з водою забезпечують гідромодуль "зерно-вода" 1:2, тобто масове співвідношення зерна і води складає 1:2 відповідно. Водночас в змішувач - в подрібнене зерно для приготування замісу за допомогою регулювального клапану додають воду, яка має температуру 65±5°С, при цьому використовують відпрацьовану на стадії ректифікації воду з температурою 65±5°С. Визначення кількості води, необхідної для виготовлення замісу, здійснюють витратоміром води. Дозування води через регулювальний клапан здійснюють у кількості, яка залежить від вимог до концентрації сусла, яке одержують після оцукрювання крохмалю в замісі, та від крохмалистості вихідної сировини (зерна) - із розрахунку отримання концентрації сусла {не цідженого) не менш 22% при визначенні по цукрометру. Ферментний препарат - бактеріальну термостабільну альфа-амілазу до подрібненого зерна додають в кількості, яка залежить від кількості подрібненого зерна, що застосовують у виробництві, та від вмісту в цьому подрібненому зерні крохмалю, тобто від крохмалистості зерна. КІЛЬКІСТЬ бактеріальної термостабільної альфа-амілази, що дозують насосом-дозатором, встановлюють, виходячи з рекомендацій виробника цього ферментного препарату. Контроль фактичної кількості витраченого ферментного препарату здійснюють за допомогою зворотного зв'язку завдяки сигналу, який надходить від ваг, на яких зважується ферментний препарат. Як ферментний препарат застосовують, наприклад препарат TEGAMYL HS120L - бактеріальну термостабільну альфаамілазу для розрідження крохмалю (характеристика наведена в таблиці 1). За необхідністю рН одержаної суміші подрібненого зерна, води та ферментного препарату корегують згідно з існуючими вимогами до цього препарату шляхом додаткового дозування розчину вапна або фільтрату барди. Рівномірне розмішування подрібненого зерна з попередньо змішаним з водою ферментним препаратом забезпечують завдяки інтенсивному перемішуванню, при цьому виключається утворення рихлих гранул з крупинок подрібненого зерна. Таким чином в змішувачі одержують технологічне середовище - суміш подрібненого зерна з бактеріальною термостабільною альфа-амілазою та з підігрітою до певної температури водою, яке у технології спиртового виробництва називають замісом. Теплову обробку замісу, яка характеризується основними режимними параметрами - певними значеннями температури та часового терміну, здійснюють шляхом впливу сумарного теплового ефекту термодинамічних процесів переводу крохмалю в розчин та його гідролізу. При розробці температурних параметрів пропонованого рішення врахувалась також температури плавлення кристалічних ламелей крохмалів жита (55,691°С), кукурудзи (62,1-95,3°С), пшениці (60,189°С), ячменю (57,0-88DC). В змішувачі здійснюють первинну теплову обробку одержаного замісу шляхом його нагріву до температури 45-55°С, температуру замісу в змішувачі підтримують на цьому рівні; термін перебування одержаного замісу при температурі 45-55°С в змішувачі складає від 1 до 4 секунд. За період знаходження усіх компонентів замісу в змішувачі проходить початкова ефективна стадія контакту води, ферментного препарату та крохмалю подрібненого зерна. Потім здійснюють миттєвий нагрів замісу: заміс вливають струменем в попередньо виготовлену масу замісу, яка нагріта до робочої температури 80-90°С. В подальшому здійснюють гідротермоферментативну обробку одержаного замісу. Для цього заміс із змішувача самопливом поступає в апарат гідротермоферментативної обробки (ГДФО), в котрому стабілізують температурний режим в межах температури 80-95°С, залежно від виду зерна, що переробляється. Об'єм апарату гідротермоферментативної обробки забезпечує витримку в ньому технологічного середовища - замісу не менш ніж 20 хвилин при інтенсивному перемішуванні за допомогою мішалки, в результаті чого здійснюється більш рівномірне розподілення ферментного препарату та стабільне дотримання необхідної температури нагріву, що досягається завдяки автоматичному регулюванню. Після вищезазначеної термообробки на протязі не менш ніж 20 хвилин при температурі 80-95°С заміс із апарату ГДФО за допомогою центробіжного насосу подають в трубчатий витримувач, де здійснюють пастеризацію цього замісу. З метою ефективної пастеризації в трубчатому витримувачі заміс знаходиться у поступальному безперервному рухові при температурі більше 80°С на протязі пастеризаційної витримки 7-12 хвилин, при цьому водночас з пастеризацією продовжуються процеси гідролізу та ферментативної обробки. Одночасно в процесі пастеризації у гарячому замісі додатково збільшують поверхню доступу ферменту до контактної поверхні змочених водою гранул крохмалю в оклейстеризованих частинках подрібненого зерна шляхом впливу на них перепаду тиску в межах 3,04,0бар. При проходженні частинок подрібненого зерна через тарілчастий клапан, які вже пройшли первинну гідротеплоферментативну обробку (вони вже на протязі 30-40 хвилин знаходяться в контакті з водою та ферментом при температурі більш 80°С), тобто через щілину із зони малих швидкостей в зону високих швидкостей на їх поверхні при перепаді тиску здійснюється поверхневе руйнування гелеутворуючих оболонок, що інтенсифікує доступ ферменту до крохмалю, і в результаті дозволяє збільшити ступень гомогенізації технологічного середовища - заміс стає більш гомогенним (однорідним). Після цього здійснюють ферментативномеханічну обробку замісу шляхом послідовного трьохразового температурного впливу. В процесі ферментативно-механічної обробки спочатку здійснюють температурну обробку замісу при температурі в межах 89-90°С на протязі 60-70 хвилин, потім - при температурі в межах 88-90°С на протязі 60-70 хвилин, і потім - при температурі в межах 87-88"С на протязі 60-70 хвилин. Для цього заміс самопливом поступає в три послідовно з'єднанні 8971 переливними трубопроводами апарати ферментативної обробки (АФО), обладнаних ефективними перемішуючими пристроями. В таких апаратах встановлюють необхідний температурний режим: в першому апараті - 89-90°С, в другому апараті 88-89°С, в третьому апараті - 87-88°С. Загальний термін перебування замісу в трьох апаратах ферментативно-механічної обробки складає 180-200 хвилин. На протязі такого часу проходить подальша інтенсифікація клейстери за ції крохмалю сировини з одночасним продовженням інтенсивної розріджуючої дії на крохмаль бактеріальної термостабільної альфа-амілази, а також перехід крохмалю в розчинений стан. Перед подачею в оцукрувач заміс охолоджують до температури ефективної дії ферментів, тобто до 50-60°С. Охолодження здійснюють шляхом поверхневого теплообміну на пластинчатому теплообміннику M15M-FM8 (виробництво фірми "Альфа-Лаваль", Швеція) на протязі 20-30 секунд. Охолоджений заміс подають в оцукрувач, в який потім за допомогою насосів - дозаторів подають також необхідну для завершення розрідження залишків клейстеризованого крохмалю композицію ферментних препаратів в концентрованому вигляді. За допомогою ефективного перемішуючого пристрою здійснюють інтенсивне перемішування замісу та ферментного препарату (ферменту) на протязі терміну 20 хвилин, розрідження залишків 8 клейстеризованого крохмалю завершується та проходить його гідроліз до зброджуваних вуглеводнів. Одержане солодке сусло Із оцукрувача на протязі 20 хвилин переміщують насосом через теплообмінник типу "Труба в трубі", де продовжується процес завершення процесу оцукрювання проходить повне дооцукрювання крохмалю, при цьому сусло охолоджується до температури складки. Приклад 2. Здійснюють, як приклад 1, але як ферментний препарат застосовують Зимаджунт НТ-340С (характеристика наведена в таблиці 1), а пастеризацію замісу і ферментативну обробку здійснюють шляхом періодичного способу обробки, використовуючи апарати гідро ферментативної обробки. Приклад 3. Здійснюють, як приклад 1, але як ферментний препарат застосовують BIALFA Т (характеристика наведена в таблиці 1). Приклад 4. Здійснюють, як приклад 1, але як ферментний препарат застосовують Амілекс (характеристика наведена в таблиці 1). Приклад 5. Здійснюють, як приклад 1, але як ферментний препарат застосовують MAXAMIL (характеристика наведена в таблиці 1). Приклад 6. Здійснюють, як приклад 1, але як ферментний препарат застосовують NERVANASE (характеристика наведена в таблиці 1). Таблиця 1 Характеристика ферментних препаратів Назва ферментХарактеристика ферменту (ферментного препарату) ного препарату Діапазон дії, температура, °С Діапазон дії РН Зимаджунт НТ- Бактеріальна термостабільна альфа-амілаза. Гідролі340С зує внутрішні 1,4 глюкозидні зв'язки крохмалю 80-95 5,0-8,0 Термостабільна бактеріальна термостабільна альфаамілаза для розрідження о клейстеризованого крохмалю 85-110 5,0-6,8 70-100 5,8-6,8 30-55 5,0-5,4 80-100 5,5-6,5 70-95 5,5-6,5 85-110 5,0-7,0 TEGAMYL HS400L Бактеріальна термостабільна альфа-амілаза для розTEGAMYL рідження оклейстеризованого крохмалю HS120L BIALFA Т Бактеріальна термостабільна альфа-амілаза для розрідження крохмальних заторів Амілекс MAXAMIL NERVANASE Термостабільна альфа-амілаза швидко понижує в'язкість клейстеризованих крохмалів на стадії підварювання та оцукрювання. Термостабільна альфа-амілаза для розчеплення крохмалю Бактеріальна альфа-амілаза ендогенної дії використовується на стадії розчеплення крохмалю Пропонований спосіб пройшов широкі виробничі випробування на протязі 4-х місяців в технологічних циклах діючого виробництва з відповідною статистичною обробкою одержаних результатів, оцінкою асептичної ефективності, ступеню зниження контамінації сторонньою мікрофлорою. Застосування заявленого рішення забезпечує дотримання вимог законодавства України про вихід із однієї тони умовного крохмалю, при меншому споживанню теплової енергії в результаті її економії. Порівняно з існуючою технологією пропонований спосіб дозволяє зменшити витрати пари на 35 8971 37% менш. При приготуванні дріжджів та при бродінні сусла можливість отримання умовно мікробіологічно-чистого оцукреного солодкого сусла перед поданням його в дріжджові апарати дає можливість уникнути повторної пастеризації сусла в дріжджових апаратах. Використання заявленого способу забезпечує зниження ступеню виробничої забруднення сторонньою мікрофлорою в 2-3 рази, внаслідок чого збільшується ритмічність виробничих процесів, зменшується кількість дезинфекцій обладнання, виробничих приміщень, і, відповідно витрат на дезинфекції зменшуються в 2-3 рази. Профілактичне миття та дезинфекція обладнання здійснюють не частіше одного разу в декаду, при цьому застосовують механічну мийку за допомогою миючих машинок та хімічно-дезинфікуючих розчинів. Позитивний технічний результат при застосуванні пропонованого способу досягається саме в межах кількісних параметрів способу, які вказані в формулі корисної моделі - за межами цих значень позитивний результат не досягається. В існуючих способах підготовки замісів у виробництві спирту (як з подальшою їх обробкою при температурі до 100°С, так і при їх обробці при температурі більше 140°С) здійснюють приготування замісу при температурі 55-60°С з витримкою при цій температурі значний терміновий період, що є недоцільним, тому що інфекція, яка знаходиться в споровому вигляді (віруси, бактерії, грибки І т. і.) в зерні при попаданні в сприятливе середовище(волога, температура, корисні властивості замісу) дуже швидко починає розмножуватись і в подальшому практично неможливо уникнути високого ступеню мікробіологічного забруднення замісів. Ліквідувати інфекцію, в межах температур нижче температури стерилізації, практично не можливо. В подальшому у виробничому процесі це призводить до непередбачуваних новоутворювань, які шкідливо впливають на раціональну ефективність використання та дію ферментних препаратів, спиртових дріжджів і на весь виробничій технологічний цикл, що знижує якість кінцевого продукту та ефективність ведення виробництва. В існуючих схемах охолодження замісу перед оцукрюванням як правило використовується вакуум охолодження, що не завжди раціональним в забезпеченні мікробіологічної чистоти, в зв'язку з чим в останній час виробники відказуються від такого процесу в оцукрувачі, а проводять цей процес в бродильному апараті. Однак в такому випадку спостерігається таке явище, як відкладання на Комп'ютерна верстка А Рябко 10 поверхнях охолодження при температурі нижче 45°С гранул нерозчиненого, неоцукреного крохмалю, який в свою чергу також при засіванні спорами сприяє розвитку інфекцій, при цьому не витримується раціональна умова виробництва - швидкість проходження сусла по схемі більша ніж швидкість наростання інфекції'. Враховуючи однакову рівномірність розподілення ферментів, умови їх оптимальної дії" в густому суслі та ступінь розчиненого крохмалю перед оцукрюванням (перед подачею в оцукрувач), при концентрації сухих речовин 22% і відповідній текучості в три рази меншу ніж після оцукрувача, що в свою чергу відображає процес гідролізу та позитивно позначається на перекачуванні і природньому перемішуванні солодкого сусла в бродильному апараті за допомогою вуглекислого газу, який виділяється при бродінні. Звертаючи увагу на те, що ступінь розчинення крохмалю в суслі після оцукрювання (перед подачею сусла в бродильний апарат) більша - в 7-9 раз вища при поданні ферментів в оцукрувач (оптимальні умови гідролізу температура, рН, термін витримки) ніж при поданні ферментів в бродильний апарат безпосередньо та з метою інтенсифікації, особливо на початку бродіння, в технологічному циклі використовують процес оцукрювання, а для уникнення недоліків, які пов'язані з вакуум охолодженням замісу, цю операцію здійснюють з застосуванням поверхневого теплообміну (на пластинчатому теплообміннику). Таким чином сукупність усіх ознак пропонованого способу підготовки крохмалевмісної сировини до спиртового зброджування у виробництві спирту, сполучення нових ознак - технологічних дій (операцій), режимних параметрів, послідовність їх виконання дозволяє забезпечити економію пари, знизити ступінь виробничого забруднення сторонньою мікрофлорою і, відповідно - підвисити рівень асептичної ефективності виробництва, і в результаті на наступній стадії виробництва отримувати бражку з міцністю більше 1 1 % алкоголю (в існуючій технології - 8,0-9,5%). Крім того пропоноване рішення дозволяє поширити асортимент технологій підготовки крохмалевмісної сировини до спиртового зброджування у виробництві спирту. Джерела інформації: 1. Патент України №9731А, м. кл. С12Р7/06, публ. 30.09.1996, бюл. №3. 2. Патент України № 35246А, м. кл. C12F7/08, публ. 15.03.2001, бюл. №2. 3. Патент України №23794А, м. кл. С12С7/04, публ. 31.08.1998, бюл. №4 - прототип. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. КІЛІВ-42, 01601