Спосіб виробництва етилового спирту із крохмалевмісної сировини

Спосіб виробництва етилового спирту з крохмалевмісної сировини, що включає приготування замісу із розріджуючими ферментами, нагрів замісу, ферментативну обробку клейстеризованого 36930 Для підтримання постійної температури в рубашку апарату гідроферментативної обробки подають додаткову кількість гріючої пари. Заміс із апарату гідроферментативної обробки І-го ступеню безперервно поступає в апарат гідроферментативної обробки ІІ-го ступеню, де підігрівається до температури 80-90°С і розварюється при інтенсивному перемішуванні на протязі 0,5-1,0 години, далі заміс подається в другу контактну головку, де в залежності від якості сировини підігрівається до 105...130°С і через стерилізатор та регулюючий клапан видувається в паросепаратор, звідки прямує до вакуум-оцукрювача. У вакуум-оцукрювачі підтримується розрідження, яке забезпечує зменшення температури замісу до 58...60°С. У вакуумоцукрювач додаються оцукрюючі ферменти, за рахунок чого розріджений крохмаль розщеплюється до зброджуваних спиртовими дріжджами цукрів. Оцукрена маса (сусло), яка виходить із вакуум-оцукрювача розподіляється на два потоки. Перший потік в кількості 8-10% від оцукреної маси з температурою 56-58°С прямує в дріжджовий апарат для приготування виробничих дріжджів, а другий - охолоджується в теплообмінному апараті і поступає на бродіння в бродильний апарат. В дріжджовий апарат додають азотне живлення. Після чого температур у сусла підіймають до 80...85°С і пастеризують для запобігання розвитку молочно- та оцтовокислих бактерій, при цьому витрачається додаткова кількість гріючої пари. Пастеризоване сусло охолоджують, додають маточні спиртові дріжджі і зброджують на протязі 18-24 годин, отримані виробничі дріжджі змішують у бродильному апараті з суслом і залишають на бродіння при температурі 28-30°С. Середній термін бродіння - 72 години, після чого отримують зрілу спиртову бражку. Недоліком цього способу є значна енергоємність виробництва за рахунок підвищеної температури розварювання сировини, а також обмежений вихід спирту із одиниці сировини, за рахунок температурного руйнування вуглеводів та неповного гідролізу сировини до зброджуваних дріжджами цукрів. Спільними із винаходом є такі суттєві ознаки прототипу: приготування замісу разом із розріджуючим ферментом, нагрів замісу в контактній головці, ферментативна обробка клейстеризованого крохмалю розріджуючим ферментом, стерилізація замісу в разі необхідності, оцукрення розрідженого крохмалю оцукрюючим ферментом, приготування виробничих дріжджів та бродіння. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу виробництва етилового спирту із крохмалевмісної сировини шляхом зміни параметрів технологічних операцій та зв'язків між ними, забезпечити зниження енерговитрат та охолоджуючої води; підвищи ти питомий вихід спирту за рахунок додаткового вилучення крохмалю з рослинної сировини, більш глибокого його гідролізу до зброджуваних дріжджами цукрів та зменшення температурного руйнування останніх під час розварювання. Поставлена задача вирішується тим, що у способі виробництва спирту із крохмалевмісної сировини, який вимагає приготування замісу разом із розріджуючим ферментом, нагрів замісу в контактній головці, ферментативну обробку клейстеризованого крохмалю оцукрюючим ферментом, приготування виробничих дріжджів та бродіння, згідно з винаходом, при приготування замісу в змішувач разом з розріджуючим ферментом додається речовина, яка прискорює гідроліз крохмалю (ПГК) та зменшує в'язкість замісу, наприклад, кислота, солі органічних або неорганічних кислот, поверхневоактивні речовини, тощо; вилучення крохмалю із сировини та його розрідження здійснюється під час приготування замісу та ферментативної обробки при спільній дії речовини прискорювача гідролізу крохмалю та розріджуючого ферменту при температурному оптимумі останнього - 73...95°С. Нагрів замісу до цієї температури проводиться гріючою парою або вторинною парою, яка створюється під час температурної витримки замісу; під час розрідження крохмалю та температурної обробки сировини її піддають впливу механічних коливань. Технічний результат, який можна досягти при здійсненні винаходу, є зменшення витрат гріючої пари та охолоджуючої води за рахунок зменшення температури теплової обробки сировини, збільшення питомого виходу спирту за рахунок додаткового вилучення крохмалю з рослинної клітини та більш глибокого гідролізу сировини до зброджуваних дріжджами цукрів, та зменшеннятемпературного руйнування останніх під час розварювання. Даний спосіб дасть можливість знизити собівартість вітчизняного спирту і підвищити його конкурентоспроможність на внутрішньому та зовнішньому ринках. Між сукупністю суттєви х ознак винаходу і технічним результатом, який можна досягти, існує причинно-наслідковий зв'язок. У способі вперше передбачено при приготуванні замісу додавати у змішувач разом із розріджуючим ферментом речовини, які прискорюють гідроліз крохмалю, зменшують в'язкість замісу, наприклад, кислоти, солі органічних або неорганічних кислот, поверхневоактивні речовини, тощо. Це забезпечує щільний контакт між ферментом та сировиною, прискорює процес вилучення крохмалю та його гідроліз. Вплив інтенсивних механічних коливань на сировину в апаратах механічної активації під час її температурної обробки та розрідження сприяє додатковому вилученню крохмалю та більш глибокому гідролізу рослинної сировини до зброджуваних дріжджами цукрів, збільшує за рахунок цього питомий вихід спирту. Розрідження крохмалю в апаратах термоферментативної обробки проводиться при пом'якшеному температурному впливі 73...95°С в залежності від виду і якості сировини та термостабільності розріджуючого ферменту, це скорочує витрати гріючої пари та охолоджуючої води, зменшує температурне руйнування цукрів та підвищує за рахунок цього питомий вихід спирту. Нагрів замісу до температури, яку підтримують в апаратах ферментативної обробки, здійснюється прямим контактом з гріючою парою в контактній головці або вторинною парою, яку відводять з витримувача в теплообмінник апарату термоферментативної обробки, що, в свою чергу, зменшує загальні енерговитрати. 2 36930 На фігурі наведено принципову те хнологічну схему, яка пояснює спосіб. В схему входять: 1 - змішувач; 2, 6, 14 - насоси; 3, 7 - контактні головки; 4 - апарат теплоферментативної обробки - І; 5, 10, 12 - апарати механічної активації; 8 - стерилізатор; 9 — витримувач замісу; 11 - оцукрювач; 13 - апарат теплоферментивної обробки - II; 15 - о холоджувач сусла; 16 дріжджовий апарат; 17 - бродильний апарат. Для здійснення способу використовували типове обладнання, яке виробляється заводами харчового машинобудування. Спосіб здійснюється таким чином. Заміс готують в змішувачі 7, де змішується подрібнене зерно, гаряча вода, термостабільний розріджуючий фермент та речовина-прискорювач гідролізу крохмалю. Завдяки дії розріджуючого ферменту починається гідроліз крохмалю. Речовина-прискорювач гідролізу крохмалю дозволяє зменшити в'язкість замісу і забезпечити більш щільний контакт розріджуючого ферменту з сировиною та прискорити гідроліз крохмалю до зброджуваних цукрів. Із змішувача 1 частково розріджений заміс насосом 2 подають в контактну головку 3, де швидко нагрівають до температури, оптимальної для дії розріджуючого ферменту. Якщо переробляється кондиційна сировина, то зразу починається процес термоферментативної обробки, який проходить в апараті II термоферментативної обробки 13. Тут продовжується розрідження крохмалю при температурі, оптимальній для дії розріджуючого ферменту. Під дією впливу інтенсивних механічних коливань, які створені за допомогою апарату механічної активації 12, з рослинної сировини вилучають додаткову кількість крохмалю та забезпечують більш глибокий гідроліз рослинної сировини до зброджування цукрів. При цьому в процесі ферментативної обробки під дією температури, розріджуючого ферменту та інтенсивного, механічного впливу закінчується клейтеризація та розрідження крохмалю. Розріджений заміс передають на оцукрення, яке здійснюють в оцукрювачі 11 на протязі 0,5¸25 годин. На оцукрення задають оцукрюючий фермент. При перемішуванні проходить оцукрення розрідженого крохмалю до зброджуваних дріжджами цукрів. Частину оцукреного замісу (сусла) в кількості 8...10% відводять в дріжджовий апарат 16 для приготування виробничих дріжджів. В дріжджовий апарат задають додаткові ферменти в залежності від виду та якості сировини. Другу частину сусла відводять в бродильний апарат 17, де змішують з виробничими дріжджами. Зріла бражка з бродильного апарату поступає на перегонку та ректифікацію. При переробці некондиційного або плівчастого зерна спосіб працює по-іншому. В змішувач 1 разом з подрібненим зерном, гарячою водою, фільтратом барди, речовиною-прискорювачем гідролізу крохмалю подається нетермостабільний ферментний препарат. Частково розріджений в змішувачі 1 заміс, після нагрівання в контактній головці 5 до температури оптимальної дії нетермостабільного розріджуючого ферменту, направляється в апарат І тепло ферментивної обробки 4, в якому продовжується розрідження крохмалю. З апарату 4 заміс насосом 6 подається в стерилізатор 8 крізь контактну головку 7, де швидко нагрівається до температури стерилізації. Потім заміс проходить стадію витримки у витримувачі замісу 9 при температурі стерилізації на протязі 1,0....1,5 год. При цьому гинуть патогенні мікроорганізми, які викликають закисання бражки. Для додаткового вилучення крохмалю сировини з рослинної клітини та більш глибокого гідролізу сировини до зброджування дріжджами вуглеводів заміс на стадії термоферментативної обробки та витримки замісу піддають активному механічному впливу в апаратах механічної активації 5 і 10. Після витримки заміс поступає в оцукрювач 11. Далі спосіб працює як і у випадку кондиційної сировини. Далі винахід ілюструється такими прикладами реалізації способу у розрахунку на одну тону умовного крохмалю сировини. Приклад 1. Перероблюють кондиційну пшеницю. Заміс готують в змішувачі 1, де змішується 1,8 т подрібненої пшениці, 6,3 м 3 гарячої води, яка забезпечує в змішувачі температуру 60°С, 300 мл термостабільного розріджуючого ферменту (100% від його загальної кількості) та 800 мл речовиниприскорювача гідролізу крохмалю. В змішувачі 1, завдяки дії розріджуючого ферменту, починається гідроліз крохмалю, під дією речовини ПГК зменшують в'язкість замісу і забезпечують більш щільний контакт розріджуючого ферменту з сировиною та прискорюють гідроліз крохмалю до зброджуваних цукрів. Термін перебування замісу в змішувачі - 20...60 хв. Із змішувача 1 частково розріджений заміс насосом 2 подають в контактну головку 3, де швидко нагрівають до температури 90°С, після чого направляють в апарат II теплоферментативної обробки 13, в якому продовжується розрідження крохмалю при температурі 85°С на протязі 2-х годин. Під дією впливу інтенсивних механічних коливань, які утворюють за допомогою апарату механічної активації 12 з рослинної сировини вилучають додаткову кількість крохмалю та забезпечують більш глибокий гідроліз рослинної сировини до зброджування цукрів і збільшують за рахунок цього питомий вихід спирту. В апараті II теплоферментативної обробки 13 під дією температури, розріджуючого ферменту та інтенсивного механічного впливу закінчується клейстеризація та розрідження крохмалю. З апарату 13 розріджений заміс передають в оцукрювач II, в якому його змішують при температурі 58-60°С з 800 мл оцукрюючого ферменту на протязі 2,5 годин. В оцукрювачі 11 проходить оцукрення розрідженого крохмалю до зброджуваних дріжджами цукрів. Десять відсотків оцукреного сусла при температурі 58-60°С насосом 14 подають в дріжджовий апарат 16, в який для більш повного оцукрення крохмалю додають 50 мл оцукрюючого ферменту. Решту сусла охолоджують в теплообміннику 15 до 30-32°С і подають в бродильний апарат 17, куди поступають виробничі дріжджі з дріжджового апарату 16. Зріла бражка подається на перегонку та ректифікацію. Температура приготування замісу, теплоферментативної обробки, витрати ферментів, речовини ПГК, гріючої пари та питомий вихід спирту наведені в прикладі 1 таблиці. 3 36930 Приклад 2. Для замісу беруть 1,6 т кондиційної кукурудзи (в розрахунку на 1 т умовного крохмалю), 5,8 м 3 гарячої води, 400 мл розріджуючого ферменту та 900 мл речовини-прискорювача гідролізу крохмалю. Спосіб здійснюється так, як у прикладі 1, за винятком того, що заміс підігрівають у змішувачі 1 гріючою парою до температури клейстеризації кукурудзяного крохмалю - 75°С; в контактній головці 3 заміс підігрівають до 97°С. Теплоферментативну обробку замісу в апараті 13 здійснюють під час інтенсивного механічного впливу в апараті механічної активації при 95°С на протязі 2,0 годин. Оцукрюючий фермент задають в оцукрювач 11 та дріжджовий апарат 16, відповідно, 900 і 100 мл. У прикладі 2 таблиці наведено температури приготування замісу, теплоферментативної обробки, витрати ферментів, речовини ПГК, гріючої пари та питомий вихід спирту. Приклад 3. Перероблюють жито IV ступеню дефектності. Заміс готують в змішувачі 1, в який задають 350 мл нетермостабільного і розріджуючого ферменту, 700 мл речовини ПГК, 2,5 т жита, 8,5 м 3 гарячої води, яка забезпечує в змішувачі 55°С. В змішувачі 1, завдяки дії розріджуючого ферменту, починається розрідження крохмалю; під дією речовини ПГК зменшують в'язкість замісу і забезпечують щільний контакт ферменту з сировиною, завдяки чому прискорюють гідроліз крохмалю. Термін перебування замісу в змішувачі 20...30 хвилин. Із змішувача 1 частково розріджений заміс насосом 2 подають в контактну головку 3, де його швидко нагрівають до 80°С і після чого направля ють та апарат І теплоферментативної обробки 4, в якому продовжується розрідження крохмалю на протязі 2,5 годин при 75°С. З апарату 4 заміс насосом 6 перекачується в стерилізатор 8 крізь контактну головку 7, де швидко нагрівається до 110°С. Із стерилізатора 8 заміс подають у витримувач замісу 9, де він витримується при 105°С на протязі 1,0 години, при цьому гинуть патогенні мікроорганізми, які викликають закисання бражки. Для додаткового вилучення крохмалю сировини з рослинної клітини та більш глибокого гідролізу сировини до зброджуваних дріжджами вуглеводів заміс в апараті 4 та витримувачі 9 піддають активному механічному впливу в апараті механічної активації 5 і 10. З витримувача 9 заміс поступає в оцукрювач 11, куди задають 850 мл оцукрюючого ферменту та 150 мл целюлолетичного ферменту, який сприяє гідролізу клітинної оболонки жита та зменшенню в'язкості оцукреного сусла. В дріжджовий апарат додають 50 мл оцукрюючого ферменту для більш повного оцукрення крохмалю та забезпечення дріжджів достатньою кількістю зброджуваних цукрів на стадії їх початкового розброджування. У прикладі 3 таблиці наведено температури приготування замісу, витрати ферментів, речовини ПГК, гріючої пари та питомий вихід спирту. Для порівняння у таблиці також наведені дані за прототипом. Наведені в таблиці дані підтверджують досягнення технічного результату. Спосіб може бути реалізований на типовому обладнанні і не потребує значних додаткових капіталовкладень. 4 60 75 1 5 55 3 Кукурудза Жито IV ступеню дефектності Прототип 55 Кукурудза Кондиційна пшениця В змішувачі 2 Сировина № прикладу 70 75 І 90 95 85 ІІ В апараті ферментативної обробки 120 110 В стерилізаторі Температура, °С 110 105 Витримувач замісу Оцукрюючий 50 (6%) Дріжджовий апарат Оцукрюючий 100 (10%) Оцукрюючий 800 (94%) Оцукрювач Оцукрюючий 850 (94,5%) целюлолітичн. 150 (100%) Оцукрюючий 1000 (100%) Розрідж, термостаб. 350 (100%) Розрідж. термостаб. 400 (100%) Оцукрюючий 50 (5,5%) Оцукрюючий 900 (90%) Розрідж. термостаб. 400 (100%) Розрідж. термостаб. 300 (100%) Змішувач Витрати ферментів, мл/т (%) 700 900 800 Витрати ПГК, мл 845 795 435 340 Витрати' гріючої пари. кг 64,0 68,1 69,0 68,5 Питомий вихід спирту, дал/т Таблиця 36930 Фіг. 36930 6 36930 __________________________________________________________ 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 ___________________________________________________________ 7