Способ производства этилового спирта из зернового сырья

 

Использование: в спиртовой промышленности. Сущность способа заключается в следующем. Зерно измельчают, фракционируют на шелуху и эндосперм, каждую фракцию смешивают с водой и подвергают водно-тепловой обработке. Фракцию, содержащую шелуху, нагревают при 150 160°С в течение 1 1,5 ч. а затем охлаждают до 60°С и вводят целлюлолитические ферменты в виде культуры гриба или культуральной жидкости и амилолитические ферменты, осуществляя гидролиз крахмала, целлюлозы и других некрахмальных углеводов в течение 3 4 ч. Эндосперм также смешивают с водой, подвергают водно-тепловой обработке при 65 75°С в течение 1 2,5 ч, вводят амилолитические ферменты, осуществляя гидролиз крахмала, затем стерилизуют при 85 95°С и выдерживают при этой температуре 35 45 мин. После гидролиза эндосперм смешивают с шелухой и направляют на дополнительный гидролиз (осахаривание) амилолитическими ферментами. На дополнительный гидролиз направляют либо смесь эндосперма с шелухой, либо раздельно гидролизуют эндосперм и шелуху, а затем их смешивают. После основного ферментативного гидролиза шелухи полученное сусло можно разделить на две части: твердую и жидкую, последнюю возвращают на стадию водно-тепловой обработки и ферментативного гидролиза эндосперма, а твердую добавляют к послеспиртовой барде и используют в качестве кормового продукта. 2 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к спиртовой промышленности.

Известен способ производства этилового спирта из зернового сырья, предусматривающий приготовление затора, разваривание массы, охлаждение ее, введение амилолитических ферментных препаратов и целлюлолитических ферментов в виде культуральной жидкости или концентрата, осахаривание затора и сбраживание сусла [1] Недостатком данного способа является недостаточно высокий выход спирта.

Наиболее близким к предлагаемому является способ производства этилового спирта из зернового сырья, включающий отделение фракции, содержащей шелуху, от фракции, содержащей эндосперм зерна, смешивание этих фракций с водой, водно-тепловую обработку, охлаждение, раздельный гидролиз фракции, содержащей эндосперм, амилолитическаими ферментами и фракции, содержащей шелуху, с последующим образованием смеси фракций или одной из фракций [2] В этом способе шелуху гидролизуют серной кислотой при температуре 120-200^оС и высоком давлении. Недостатками данного способа являются невысокий выход спирта, большие теплоэнергозатраты, так как водно-тепловую обработку и кислотный гидролиз осуществляют при температурах выше 100^оС, а также ухудшение качества спирта, так как гидролиз осуществляют серной кислотой, что требует последующей нейтрализации кислоты известью, а использование извести для нейтрализации делает непригодным использование барды для откорма скота и ухудшает качество спирта.

Задача изобретения разработать способ получения высококачественного пищевого этилового спирта с большим выходом и уменьшить теплоэнергозатраты.

Сущность изобретения заключается в том, что по способу производства этилового спирта из зернового сырья, включающему отделение фракции, содержащей шелуху, от фракции, содержащей эндосперм, смешивание фракций с водой, разваривание, охлаждение, раздельный гидролиз фракции, содержащей эндосперм, амилолитическими ферментами и фракции, содержащей шелуху, сбраживание одной фракции или смеси этих фракций, для достижения технического результата, заключающегося в увеличении выхода спирта, улучшении его качества и снижении теплоэнергозатрат, согласно предлагаемому способу водно-тепловую обработку каждой фракции осуществляют при различных температурных режимах, а именно шелухи при 150-160^оС в течение 1-1,5 ч, а эндосперма при 65-75^оС в течение 1-2,5 ч с последующей стерилизацией массы при 85-95^оС в течение 35-45 мин, при этом ферментативный гидролиз эндосперма проводят в процессе его водно-тепловой обработки, а гидролиз шелухи осуществляют смесью амилолитических и целлюлолитических ферментов, осуществляя перед сбраживанием дополнительный ферментативный гидролиз каждой фракции или их смеси. Рекомендуется сусло, полученное из фракции, содержащей шелуху, разделить на твердую и жидкую части, жидкую часть возвратить на стадию водно-тепловой обработки эндосперма, а твердую добавить к послеспиртовой барде в качестве кормового продукта.

При сбраживании фракции, содержащей эндосперм, можно в сусло добавить источник азота, например диаммонийфосфат или карбамид. Использование ферментных препаратов, способных гидролизовать некрахмальные углеводы, ведет к увеличению выхода спирта, а гидролиз раздельных фракций способствует полному дезагрегированию белково-целлюлозно-крахмального комплекса. При использовании целлюлолитических ферментов гидролизуются гемицеллюлозы, в том числе β -глюканы и целлюлоза, количество которых в зерне составляет 40-50% Этот технический результат еще более усиливается предварительной раздельной водно-тепловой обработкой (растворением) сырья при различных температурных режимах, в частности эндосперм при мягком режиме без применения повышенного давления, что создает безопасные условия работы и экономит теплоэнергозатраты на 30-40% а дополнительная ферментативная обработка в совокупности с предварительной обработкой уже подготовленного сырья способствует быстрому протеканию процесса сбраживания без сверхнормативного нарастания кислотности в зрелой бражке с увеличением выхода этанола за счет более глубокого гидролиза и деструкции некрахмальных углеводов сырья.

Все варианты, а именно дополнительный гидролиз каждой фракции отдельно или в смеси, являются эквивалентными и не нарушают единства изобретения.

Таким образом, совокупность существенных признаков обеспечивает получение нового технического результата увеличение выхода спирта и снижение расхода тепловой энергии, т. е. существенные признаки находятся в причинно-следственной связи с указанным техническим результатом.

Способ осуществляют следующим образом. Зерно измельчают, фракционируют на шелуху и эндосперм, каждую фракцию смешивают с водой и подвергают водно-тепловой обработке. Фракцию, содержащую шелуху, нагревают при 150-160^оС в течение 1-1,5 ч, а затем охлаждают до 60^оС и вводят целлюлолитические ферменты в виде культуры гриба или культуральной жидкости и амилолитические ферменты, осуществляя гидролиз крахмала, целлюлозы и других некрахмальных углеводов в течение 3-4 ч. Эндосперм также смешивают с водой, подвергают водно-тепловой обработке при 65-75^оС в течение 1-2,5 ч, вводят амилолитические ферменты, осуществляя гидролиз крахмала, затем стерилизуют при 85-95^оС и выдерживают при этой температуре 35-45 мин.

После гидролиза эндосперм смешивают с шелухой и направляют на дополнительный гидролиз (осахаривание) амилолитическими ферментами. На дополнительный гидролиз направляют либо смесь эндосперма с шелухой, либо раздельно гидролизуют эндосперм и шелуху, а затем их смешивают. После основного ферментативного гидролиза шелухи полученное сусло можно разделить на две части: твердую и жидкую, последнюю возвращают на стадию водно-тепловой обработки и ферментативного гидролиза эндосперма, а твердую добавляют к послеспиртовой барде и используют в качестве кормового продукта.

При сбраживании сусла, полученного из эндосперма, в последнее вводят источник неорганического азота и фосфора диаммонийфосфат и карбамид. Брожение ведут непрерывно-поточным способом, сбраживают смесь сусел или только сусло, полученное из эндосперма, а шелуху выводят из процесса в качестве добавки к барде.

Все варианты способа пояснены примерами.

П р и м е р 1. В качестве исходного сырья используют ячмень. 100 т ячменя измельчают на молотковой дробилке, затем с помощью сит фракционируют на фракцию, содержащую эндосперм, и фракцию, содержащую шелуху. Ячмень содержит 52% крахмала и 16% некрахмальных углеводов. После фракционирования получают 20% шелухи, содержащей 10% крахмала и 70% некрахмальных углеводов. Шелуху смешивают с водой в соотношении 1:6, осуществляют водно-тепловую обработку при 150^оС в течение 1 ч, охлаждают до 60^оС и вводят ферментные препараты Амилосубтилин Гх в количестве 2 ед АС/г крахмала (условного крахмала) и культуральную жидкость гриба-продуцента целлюлолитических ферментов Penicillium citreo-viride в количестве 15 ед.С₁ и 8 ед.С_х на 1 г. Гидролиз осуществляют в течение 4 ч. Фракцию, содержащую эндосперм, содержащую 62,5% крахмала и 2% некрахмальных углеводов, подвергают водно-тепловой обработке при 65^оС в течение 1 ч и осуществляют ферментативный гидролиз α -амилазой в количестве 2 ед.АС/г крахмала, затем массу стерилизуют при 85^оС и дополнительно выдерживают 35 мин.

Полученное сусло из шелухи и эндосперма смешивают и смесь направляют на дополнительный ферментативный гидролиз ферментным препаратом Глюкаваморрином из Aspergillus awamori T-2 ВУД в количестве 7,5 ед./г крахмала. Гидролиз ведут в течение 20-30 мин.

На брожение направляют полученную смесь сусел, получая при этом 3773,2 дал спирта. По известному способу получают 3374,8 дал, увеличение выхода составляет 12% П р и м е р 2. Технологию получения спирта осуществляют по примеру 1, только водно-тепловую обработку шелухи ведут при 160^оС в течение 1,5 ч, эндосперма 75^оС в течение 2,5 ч с последующим подъемом температуры до 95^оС и выдержкой при этой температуре в течение 45 мин. Дополнительный ферментативный гидролиз осуществляют отдельно каждой фракции с последующим их смешиванием перед брожением. Выход спирта также увеличился на 12% П р и м е р 3. Процесс получения спирта ведут по примеру 1, только водно-тепловую обработку осуществляют шелухи при 155^оС в течение 1,2 ч, эндосперма при 70^оС в течение 2 ч. Температуру поднимают до 90^оС и выдерживают 40 мин. Дополнительный ферментативный гидролиз осуществляют каждой фракции отдельно. После дополнительного ферментативного гидролиза получено 140 т сусла, содержащего шелуху, и 56,1 т сусла, содержащего эндосперм. От сусла, содержащего шелуху, отделяют 11 т густой части, выводят из процесса и добавляют к послеспиртовой барде, используя в качестве кормового продукта, а жидкую часть возвращают на стадию водно-тепловой обработки и гидролиза эндосперма. На сбраживание направляют сусло, полученное из эндосперма. В процессе брожения в сусло вводят карбамид 260 г на 1 м³ сусла. Получено спирта 3680 дал, увеличение выхода 9% П р и м е р 4. В качестве исходного сырья для получения спирта используют пшеницу в количестве 100 т с крахмалистостью 56% содержанием некрахмальных углеводов 12% Зерно фракционируют на шелуху и эндосперм на шелушильной машине, а затем после отделения измельченной шелухи эндосперм дополнительно измельчают на молотковой дробилке и подвергают водно-тепловой обработке и основному и дополнительному ферментативному гидролизу по примеру 1. При водно-тепловой обработке эндосперма для поддержания заданной температуры 65^оС и увеличения степени дисперсности сырья массу циркулируют через корундовый трубопровод в специальную емкость. На брожение направляют каждую фракцию, смешивая их в процессе брожения. В сусло задают диаммонийфосфат 500 г на 1 м³ сусла. Всего получено спирта 4235,5 дал, в контрольном способе по известной технологии 3707,2 дал. Увеличение выхода составляет 12% Предлагаемый способ за счет дополнительного использования некрахмальных углеводов сырья позволяет значительно увеличить выход спирта и на 30-40% снизить расход тепловой энергии за счет дезагрегирования белково-целлюлозно-крахмального комплекса. Кроме того, предлагаемый способ дает возможность получить ценный кормовой продукт и высококачественный спирт из зерна с утилизацией отходов производства. Параметры процесса в их граничных значениях являются оптимальными для достижения технического результата.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЭТИЛОВОГО СПИРТА ИЗ ЗЕРНОВОГО СЫРЬЯ, предусматривающий отделение фракции, содержащей шелуху зерна, от фракции, содержащей эндосперм, смешивание фракций с водой, водно-тепловую обработку, раздельный гидролиз фракции, содержащей эндосперм, амилолитическими ферментами и фракции, содержащей шелуху, с последующим сбраживанием смеси фракций, раздельно фракций или одной из фракций, отличающийся тем, что водно-тепловую обработку каждой фракции осуществляют при различных температурных режимах, а именно: шелухи при 150-160^oС в течение 1-1,5 ч, а эндосперма при 65-75^oС в течение 1-2,5 ч с последующей стерилизацией массы при 85-95^oС в течение 35-45 мин, при этом ферментативный гидролиз эндосперма осуществляют в процессе его водно-тепловой обработки, а гидролиз шелухи проводят смесью амилолитических и целлюлолитических ферментов, осуществляя перед сбраживанием дополнительный ферментативный гидролиз каждой фракции отдельно от их смеси.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сусло, полученное из шелухи, после дополнительного гидролиза разделяют на твердую и жидкую части, возвращая последнюю на стадию водно-тепловой обработки и гидролиза эндосперма с последующим сбраживанием последнего, а твердую часть добавляют к послеспиртовой барде для использования в качестве кормопродукта.

3. Способ по пп. 1, 2, отличающийся тем, что при сбраживании сусла из эндосперма в процессе брожения в него вводят источник азота в виде карбамида или диаммонийфосфата.