Способ производства этилового спирта

Способ производства этилового спирта

Реферат

Изобретение относится к спиртовой промышленности, а именно к способам производства этилового спирта из зерна.

Известен способ производства этилового спирта, предусматривающий смешивание сырья с водой, нагревание до температуры начала клейстеризации от 50°С до 80°С в зависимости от вида зерна и электрогидравлическую обработку замеса при постоянном перемешивании (1).

К недостаткам данного способа относятся его энергоемкость из-за многоступенчатости схемы измельчения зерна, позволяющей получать помол с проходом 80-90% через сито с d=1 мм, пониженный выход этилового спирта из-за недостаточной подготовленности крахмальных гранул к осахариванию, длительность процесса сбраживания.

Известен способ производства этилового спирта, предусматривающий измельчение зерна, смешивание измельченного зерна с водой и ферментным препаратом, нагревание замеса до 60-65°С, последующее диспергирование водой суспензии крахмалсодержащего сырья в роторно-пульсационном аппарате, нагревание полученной массы до 80-90°С и ее выдержку в течение 20-30 мин для пастеризации (2).

Недостатками данного способа являются сложность процесса, высокие энерго- и теплозатраты, большой расход дорогостоящих ферментных препаратов, длительность процесса сбраживания, пониженный выход спирта.

Наиболее близким к предлагаемому является способ производства этилового спирта, предусматривающий ИК-обработку зерна при плотности лучистого потока 22-24 кВт/м² в течение 25-35 с, смешивание горячего зерна с водой до температуры 65-70°С, диспергирование замеса в роторно-пульсационном аппарате, его последующую пастеризацию при температуре 80-90°С в течение 10-15 мин, осахаривание массы и сбраживание сусла в течение 40-48 ч (3).

Недостатками данного способа являются многоступенчатость и сложность аппаратурного оформления процесса, предусматривающего включение в схему производства не типового оборудования - роторно-пульсационных аппаратов. Данное оборудование повышает требования к очистке зерна, снижает стабильность технологического цикла. Также способ характеризуется пониженным выходом спирта за счет потерь сбраживаемых углеводов на стадии пастеризации и повышенным расходом дорогостоящих ферментных препаратов осахаривающего действия.

Задачей данного изобретения является упрощение технологического процесса, повышение выхода спирта и снижение его себестоимости.

Поставленная задача достигается тем, что в способе производства этилового спирта из зерна, предусматривающем ИК-обработку зерна, приготовление замеса и его обработку, сбраживание осахаренного сусла и перегонку бражки, отличающегося тем, что ИК-обработку зерна проводят при плотности лучистого потока Е=16-18 кВт/м² в течение 40-50 с, замес готовят путем измельчения обработанного зерна, смешивания его с водой, внесения комплекса ферментных препаратов, включающего ферменты разжижающего действия в количестве 1,5-2,0 ед. АС на 1 г условного крахмала сырья, осахаривающего действия в количестве 5,5-6,5 ед. ГлА на 1 г условного крахмала сырья и протеолитического действия в количестве 0,01-0,02 ед. ПС на 1 г белка сырья, обработку замеса проводят при 56-58°С в течение 3-4 ч с получением осахаренного сусла.

ИК-обработка зерна при плотности лучистого потока Е=16-18 кВт/м² в течение 40-50 с приводит к резкому снижению прочности зерновки, что дает возможность получать с использованием одноступенчатого дробления помол, характеризующийся 95-100%-ным проходом через сито с d=1 мм. Такая степень дробления зерна повышает доступность крахмала сырья и дает возможность снизить температурный режим его обработки.

Указанное время ИК-воздействия на зерно обеспечивает достижение им такой микробиологической чистоты сырья, что отпадает необходимость в пастеризации замеса.

Одновременно в результате ИК-обработки зерна при данных режимах в нем протекают глубокие биохимические изменения: крахмал сырья подвергается термодеструкции, возрастает в 2-4 раза степень его клейстеризации и ферментативная атакуемость; белковый комплекс характеризуется процессами денатурации, приводящими к снижению растворимости белков. Однако их ферментативная атакуемость также возрастает.

Приготовление замеса из измельченного зерна, подвергнутого ИК-обработке, с водой с одновременным вводом комплекса ферментных препаратов, состоящего из ферментов разжижающего, осахаривающего и протеолитического действия позволяет осуществлять обработку замеса в одну стадию при температуре 56-58°С с получением осахаренного сусла, вместо многоступенчатого способа, включающего роторно-пульсационную обработку замеса при температуре 60-65°С, его пастеризацию при 80-90°С, охлаждение до температуры 56-58°С, ввод осахаривающих ферментных препаратов и осахаривание. Причем для достижения необходимой степени осахаривания на данной стадии используют осахаривающие ферментные препараты в количестве 7,5-9,0 ед. ГлА на 1 г условного крахмала сырья. Связано это с тем, что роторно-пульсационная обработка замеса, основанная на гидромеханических, звуковых и ультразвуковых явлениях приводит к деструкции полимеров зерна, имеющей отличный от ферментативного характер разрушения. Так среди продуктов механического разрушения крахмала накапливаются низкомолекулярные олигосахариды, которые в дальнейшем труднее гидролизуются осахаривающими ферментами.

Совмещение стадий обработки замеса и осахаривания и проведение их при температуре 56-58°С позволяет исключить многоступенчатость процесса, снизить потери сбраживаемых углеводов, сократить за счет синергетического эффекта расход осахаривающих ферментных препаратов. Известно, что под действием разжижающих ферментных препаратов крахмал гидролизуется по внутренним α-1,4 гликозидным связям. Полученные продукты ферментативного расщепления легко гидролизуются осахаривающими препаратами, что позволяет снизить их расход на 20-30%.

Для накопления необходимого количества аминокислот в замес дополнительно вводят ферментные препараты протеолитического действия в количестве 0,01-0,02 ед. ПС на 1 г белка сырья.

Способ осуществляется следующим образом.

Зерно с влажностью 12,0-16,0% подвергают ИК-обработке при плотности лучистого потока Е=16-18 кВт/м² в течение 40-50 с. Затем обработанное зерно измельчают по одноступенчатой схеме дробления с использованием молотковой дробилки или вальцевого станка. Степень измельчения характеризуется 95-100%-ным проходом через сито с d=1 мм. Далее помол смешивают с водой при гидромодуле 1:3,5-1:4,0. Температура используемой воды выбирается с таким расчетом, чтобы конечная температура замеса после ввода комплекса ферментных препаратов составляла 56-58°С. Ферментные препараты разжижающего действия используются в количестве 1,5-2,0 ед. АС на 1 г условного крахмала сырья, осахаривающего действия - 5,5-6,5 ед. ГлА на 1 г условного крахмала сырья, протеолитического действия - 0,01-0,02 ед. ПС на 1 г белка сырья. Продолжительность обработки замеса при температуре 56-58°С составляет 3-4 ч. Полученное осахаренное сусло охлаждают, вводят дрожжи и сбраживают в течение 40-48 ч, бражку перегоняют с получением этилового спирта.

Пример 1. В качестве исходного сырья использовали зерно пшеницы, имеющее влажность 14,2% и крахмалистость 56,7%. 10 т пшеницы подвергали ИК-обработке при плотности лучистого потока Е=16-18 кВт/м² в течение 50 с. После ИК-обработки зерно измельчали до 100% прохода через сито с d=1 мм. Далее помол смешивали с водой при гидромодуле зерно : вода, равном 1:4,0. В замес вносили комплекс ферментных препаратов: разжижающего действия - 2,0 ед. АС на 1 г условного крахмала сырья; осахаривающего действия - 5,5 ед. ГлА на 1 г условного крахмала сырья; протеолитического действия - 0,01 ед. ПС на 1 г белка сырья. Процесс обработки сырья вели при 56-58°С в течение 4 ч. Далее в осахаренное сусло вводили дрожжи в количестве 10% от объема сусла. Процесс брожения осуществляли при температуре 28°С, продолжительность брожения составила 48 ч.

Экономия ферментных препаратов осахаривающего действия составила 30%, повышение выхода спирта - 0,05 дал на 1 т условного крахмала сырья.

Пример 2. В качестве исходного сырья использовали зерно ржи, имеющее влажность 14,0% и крахмалистость 54,1%. 10 т ржи подвергали ИК-обработке при плотности лучистого потока Е=16-18 кВт/м² в течение 45 с. После ИК-обработки зерно измельчали до 100% прохода через сито с d=1 мм. Далее помол смешивали с водой при гидромодуле зерно : вода, равном 1:4,0. В замес вносили комплекс ферментных препаратов: разжижающего действия - 2,0 ед. АС на 1 г условного крахмала сырья; осахаривающего действия - 6,0 ед. ГлА на 1 г условного крахмала сырья; протеолитического действия - 0,02 ед. ПС на 1 г белка сырья. Процесс обработки сырья вели при 56-58°С в течение 3 ч. Далее процесс вели аналогично примеру 1.

Экономия ферментных препаратов осахаривающего действия составила 22%, повышение выхода спирта - 0,03 дал на 1 т условного крахмала сырья.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет значительно упростить технологический процесс за счет совмещения стадии обработки замеса, включающей, в свою очередь, роторно-пульсационную обработку и пастеризацию, и получения осахаренного сусла. Повышается выход этанола из-за снижения потерь сбраживаемых углеводов при переходе на низкотемпературный режим обработки сырья. Одновременно на 20-30% сокращается расход осахаривающих ферментных препаратов, что снижает себестоимость этилового спирта.

Источники информации

1. Патент РФ №2212449, 2003, С 12 Р 7/06.

2. Патент РФ №2138555, 1999, С 12 Р 7/06.

3. Патент РФ №2221872, 2004, С 12 Р 7/06.

Способ производства этилового спирта, предусматривающий ИК-обработку зерна, приготовление замеса и его обработку, сбраживание осахаренного сусла и перегонку бражки, отличающийся тем, что ИК-обработку зерна проводят при плотности лучистого потока Е=16-18 кВт/м² в течение 40-50 с, замес готовят путем измельчения обработанного зерна, смешивания его с водой, внесения комплекса ферментных препаратов, включающего ферменты разжижающего действия в количестве 1,5-2,0 ед АС на 1 г условного крахмала сырья, осахаривающего действия в количестве 5,5-6,5 ед ГлА на 1 г условного крахмала сырья и протеолитического действия в количестве 0,01-0,02 ед ПС на 1 г белка сырья, обработку замеса проводят при 56-58°С в течение 3-4 ч.