Способ переработки зерна с получением этилового спирта и белкового продукта

 

Изобретение относится к производству спирта. Способ предусматривает две стадии, на первой из которых полученную после шелушения зерна шелуху или сход с сита зерна после помола экстрагируют щелочным раствором при рН 10-11 в течение 40-60 мин при 50-60^oС. Затем фракционируют на жидкую фракцию и нерастворимый остаток. Жидкую фракцию сепарируют и выделяют крахмально-белковый продукт, в оставшуюся жидкую фазу добавляют 10%-ный раствор HCl до рН 4,2-5,6, разделяют на сыворотку и белковую пасту, которую промывают и сушат с получением белкового продукта. На второй стадии крахмалистую фракцию зерна после шелушения или рассева замешивают с водой и вносят в нее полученные на первой стадии сыворотку и крахмально-белковый продукт. Замес подвергают водно-тепловой обработке, осахариванию. Полученное сусло сбраживают, из бражки выделяют барду и этиловый спирт. Изобретение позволит повысить выход спирта, интенсифицировать процесс и получить дополнительно ценный белковый продукт.

Изобретение относится к спиртовой промышленности.

Известен способ производства этилового спирта из зернового сырья, предусматривающий освобождение зерна от шелухи, измельчение отделенного от шелухи зерна, смешивание его с жидкой фракцией, в качестве которой используют воду в смеси с бардой, тепловую обработку смеси с ферментативным гидролизом амилолитическими ферментами, стерилизацию массы, охлаждение ее, дополнительный ферментативный гидролиз - осахаривание, охлаждение до температуры брожения, сбраживания сусла с вводом в бродящую среду части барды, получение спирта и послеспиртовой барды, добавление к части последней отделенной шелухи для использования в качестве кормопродукта [1] (RU 2127760 C1, 20.03.99).

Недостатком данного способа являются высокая себестоимость спирта и пониженный выход из 1 т зерна за счет вывода части крахмала из основного технологического процесса производства этанола с отделенной шелухой; сложность, трудоемкость процесса; возможность использования только для предприятий, предусматривающих сбраживание сусла непрерывно-поточным способом в батарее ферментеров, повышенный расход ферментных препаратов для гидролиза крахмала и некрахмальных полисахаридов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе переработки зерна с получением этилового спирта и белкового продукта характеризующемся двумя стадиями, на первой из которых полученную после шелушения зерна шелуху или сход с сита зерна после помола экстрагируют щелочным раствором при рН 10-11 в течение 40-60 мин при 50-60^oС, фракционируют на жидкую фракцию и нерастворимый остаток, жидкую фракцию сепарируют и выделяют крахмально-белковый продукт, в оставшуюся жидкую фазу добавляют 10%-ный раствор HCl до рН 4,2-5,6, разделяют на сыворотку и белковую пасту, которую промывают и сушат с получением белкового продукта, а на второй стадии крахмалистую фракцию зерна после шелушения или рассева замешивают с водой и вносят в нее полученные на первой стадии сыворотку и крахмально-белковый продукт, замес подвергают водно-тепловой обработке, осахариванию, полученное сусло сбраживают, из бражки выделяют барду и этиловый спирт.

Задачей данного изобретения является значительное снижение себестоимости спирта путем получения дополнительного высокорентабельного дефицитного пищевого белкового продукта; повышение выхода спирта; интенсификация процесса.

Способ переработки зерна осуществляется по двухпродуктовой схеме с получением высококачественного этилового спирта и пищевого белкового продукта. Сырьем для производства белкового продукта служит шелуха, полученная в результате шелушения зерна, или сход с сита, выделенный путем рассева помола зерна. В данном сырье в зависимости от культуры, объема способа выделения содержится до 10% крахмала от общего количества в зерне, а также 14-17% белковых веществ. Использование его в смеси с бардой для производства кормопродукта снижает выход спирта из 1 т перерабатываемого зерна за счет вывода части крахмала из основного технологического процесса.

В технологии производства пищевого белкового продукта образуются вторичные продукты: крахмально-белковый, сыворотка и нерастворимый остаток.

Крахмально-белковый продукт имеет пастообразную консистенцию, содержит 50-60% крахмала, около 10% белка. Крахмал крахмально-белкового продукта, который получают в результате щелочной обработки сырья, частично деструктурирован, что повышает его ферментативную атакуемость и как следствие приводит к экономии ферментных препаратов в технологии этилового спирта на стадиях замеса и осахаривания.

Сыворотка содержит водорастворимые фракции белка, в том числе аминокислоты, витамины, макро- и микроэлементы. Использование ее интенсифицирует процесс брожения сусла, так как дрожжи получают дополнительное питание. Кроме того, сыворотка, имеющая кислую реакцию среды (рН 4,2-5,6), нейтрализует крахмально-белковый продукт, рН которого 10-11. Таким образом данные вторичные продукты, образующиеся при производстве пищевого продукта, используется полностью в основной технологии этанола. Последнее способствует улучшению экологической обстановки на предприятии.

Крахмалистая фракция зерна, образующаяся после отделения шелухи или схода с сита при рассеве помола, предназначена для производства этилового спирта.

В случае использования метода шелушения крахмалистая фракция зерна подвержена измельчению.

Данное технологическое решение может быть применено как в способе сводно-тепловой обработки сырья при повышенном давлении, так и в схеме с механико-ферментативной обработкой, при периодическом или непрерывном способе сбраживания сусла.

Способ осуществлялся следующим образом. Зерно разделают на крахмалистую фракцию и сырье для производства белкового продукта. Последнее представляет собой отделенную от зерна шелуху или сход с сита при рассеве помола. Масса его составляет 15-25% от объема зерна. В сырье добавляют раствор щелочи, рН замеса составляет 10-11, и ведут процесс экстрагирования белков при постоянном перемешивании 40-60 мин, температура экстракции 50-60^oС. Затем проводят отделение нерастворимого остатка, а из жидкой фракции выделяют сепарированием (центрифугированием) крахмально-белковый продукт.

В оставшуюся жидкую фазу добавляют раствор HCl до рН 4,2-5,6, соответствующей изоэлектрической точке осаждения белков. Полученную смесь направляют на сепарирование (центрифугирование) для отделения белковой пасты от сыворотки. Белковую пасту промывают, сушат и получают пищевой белковый продукт.

Крахмалистую фракцию зерна, представляющую собой измельченное шелушением зерно или проход через сито d=1 мм при рассеве помола, смешивают с водой, сывороткой и крахмально-белковым продуктом.

Гидромодуль замеса 1:2,5-1:3,5, температура 50-55^oС. В замес вводят амилолитические ферменты, нагревают до 85-95^oС и осуществляют предварительный ферментативный гидролиз, затем массу стерилизуют. Либо водно-тепловую обработку проводят под давлением при 110-120^oС, затем охлаждают до 56-58^oС и выдерживают в течение 0,5-1 ч с использованием ферментного комплекса, то есть осуществляют окончательный гидролиз (осахаривание). Полученное сусло охлаждают до температуры брожения, сбраживают непрерывным либо периодическим способом. Выделяют спирт из зрелой бражки, а к барде добавляют нерастворимый остаток для производства кормопродукта.

Пример 1. В качестве исходного сырья использовали пшеницу. 100 т пшеницы с крахмальностью 54% и влажностью 14% измельчали. Степень измельчения составляла 78%-ный проход через сито d=1 мм. Сход с сита (22% от общей массы помола) использовали для получения белкового продукта. Его смешивали с раствором NaOH в соотношении 1:10, экстракцию белков вели при следующих режимах: рН 10, температура 55^oС, продолжительность 60 мин. Затем экстрагируемую массу разделяли на жидкую фракцию и нерастворимый остаток. Последний смешивали с бардой и использовали для производства кормопродукта. Жидкую фракцию подвергали сепарированию и выделяли крахмально-белковый продукт.

В оставшуюся жидкую фазу добавляли 10%-ный раствор HCl до рН 5,5 и проводили осаждение белков, которые отделяли от сыворотки, промывали и сушили. Получали 2,3 т белкового продукта с содержанием белка 55%.

Крахмалистую фракцию зерна, представляющую собой проход через сито d=1 мм при рассеве помола, в количестве 78 т смешивали с водой, сывороткой и крахмально-белковым продуктом. Гидромодуль замеса составлял 1:3, температура 55^oС. В замес вводили термостабильную альфа-амилазу из расчета 1 ед АС/т условного крахмала, после чего температуру поднимали до 85^oС и в течение 1,5 ч осуществляли предварительный ферментативный гидролиз, затем массу стерилизовали при 100^oС, охлаждали до 55^oС, вводили глюкоамилазу в количестве 7,5 ед ГлС/г условного крахмала и проводили осахаривание в течение 30 мин. Сусло сбраживали в течение 60 ч, затем выделяли из бражки спирт.

Выход спирта составлял 65,9 дал/т условного крахмала.

Пример 2. В качестве исходного сырья использовали пшеницу. 100 т пшеницы с крахмальностью 54% и влажностью 14% подвергли шелушению. Выделяли 15% шелухи, а шелушенное зерно дробили. Степень дробления составляла 100%-ный проход через сито d= l мм. Шелуху в количестве 15 т смешивали с раствором NaOH в соотношении 1:10, экстракцию белков вели при следующих режимах: рН 10,5, температура 60^oС, продолжительность 40 мин. Затем экстрагируемую массу разделяли на жидкую фракцию и нерастворимый остаток. Последний смешивали с бардой и использовали для производства кормопродукта. Жидкую фракцию подвергали сепарированию и выделяли крахмально-белковый продукт. В оставшуюся жидкую фазу добавляли 10%-ный раствор HCl до рН 4,2 и проводили осаждение белков, которые отделяли от сыворотки, промывали и сушили.

Получали 1,4 т белкового продукта с содержанием белка 50%.

Крахмалистую фракцию зерна, представляющуюся собой измельченное зерно после отделения шелухи, в количестве 85 т смешивали с водой, сывороткой и крахмально-белковым продуктом. Гидромодуль замеса составил 1:3,5, температура 55^oС. В замес вводили термостабильную альфа-амилазу из расчета 1,5 ед АС/т условного крахмала. Гидротермическую обработку проводили при 120^oС, затем массу охлаждали и проводили осахаривание в течение 30 мин. Сусло сбраживали в течение 62 ч, затем выделяли из бражки спирт. Выход спирта составлял 66,0 дал/т условного крахмала.

Пример 3. Процесс переработки зерна ведут по примеру 2, только количество выделенной шелухи составляет 25%.

Получали 3,0 т белкового продукта с содержанием белка 56%. Выход спирта составлял 66,4 дал/т условного крахмала.

Предлагаемый способ позволяет значительно снизить, получить себестоимость этилового спирта за счет рационального использования основного сырья, получают дополнительно дорогостоящий дефицитный белковый продукт, используемый в ряде пищевых производств в качестве улучшителя или компонента при производстве хлебобулочных, кондитерских, мясных изделий, майонезов, соусов и т.д., взамен импортных аналогов клейковины и соевых белков.

Одновременно происходит интенсификация процесса сбраживания сусла, так как в составе сырья используют сыворотку, богатую аминокислотами, витаминами, макро- и микроэлементами.

Выход спирта из 1 т условного крахмала повышается за счет вывода из технологического процесса фракции зерна, препятствующих доступности крахмала, что приводит к возможности снижения температурных параметров из стадии подготовки сырья. Кроме того, повышается выход спирта из 1 т зерна, так как крахмал, содержащийся в сырье для производства белкового продукта, возвращается в основную технологию этилового спирта вместе с крахмально-белковым продуктом.

Формула изобретения

Способ переработки зерна с получением этилового спирта и белкового продукта, характеризующийся двумя стадиями, на первой из которых полученную после шелушения зерна шелуху или сход с сита зерна после помола экстрагируют щелочным раствором при рН 10-11 в течение 40-60 мин при 50-60^oС, фракционируют на жидкую фракцию и нерастворимый остаток, жидкую фракцию сепарируют и выделяют крахмально-белковый продукт, в оставшуюся жидкую фазу добавляют 10%-ный раствор HCL до рН 4,2-5,6, разделяют на сыворотку и белковую пасту, которую промывают и сушат с получением белкового продукта, а на второй стадии крахмалистую фракцию зерна после шелушения или рассева замешивают с водой и вносят в нее полученные на первой стадии сыворотку и крахмально-белковый продукт, замес подвергают водно-тепловой обработке, осахариванию, полученное сусло сбраживают, из бражки выделяют барду и этиловый спирт.