Способ производства этилового спирта из зернового сырья

 

Изобретение относится к спиртовой промышленности. Способ осуществляют следующим образом. Приготовление замеса при гидромодуле 1:1,8 - 2,5 и 60-70^oС c одновременным диспергированием. Затем массу подвергают водно-тепловой и ферментативной обработке при активном перемешивании при 85-90^oС в течение 25-30 мин. После этого 20-30% массы возвращают на стадию приготовления замеса. Оставшуюся часть подвергают глубокому ферментативному гидролизу крахмала до концентрации сухих веществ в сусле 24-28% при 55-58^oС в течение 2-4 ч. После этого осуществляют сбраживание осахаренного сусла в течение 36-40 ч с последующим получением этилового спирта и послеспиртовой барды, которую разделяют на дисперсную фазу, направляемую для получения кормопродуктов, и жидкую фазу, часть из которой в количестве 30-40% от общего объема производственной воды возвращают на стадию приготовления замеса, а оставшуюся часть - на стадию сбраживания осахаренного сусла для его разбавления. Изобретение позволит сократить продолжительность процесса производства спирта из зернового сырья, снизить на 30-40% расход теплоэнергозатрат, уменьшить количество послеспиртовой барды на 40-60%, улучшить экологическую обстановку.

Изобретение относится к спиртовой промышленности, в частности к производству спирта из зернового сырья.

Известен способ производства этилового спирта из зернового сырья, предусматривающий измельчение сырья, смешивание его с водой, разжижение в присутствии ферментных препаратов, выдержку массы при температуре 65-70^oС в течение 4 часов, стерилизацию при 80^oС, разваривание при 125^oС в течение 15 минут, ферментативный гидролиз крахмала с использованием на каждой стадии выдержки, перемешивание массы и ее рециркуляцию по замкнутым циркуляционным контурам, включающим циркуляционные насосы и трубопроводы, сбраживание осахаренного сусла с последующим получением спирта и послеспиртовой барды (1).

К недостаткам этого способа относятся громоздкость технологической схемы, а также большие теплоэнергозатраты, поскольку водно-тепловую и ферментативную обработку осуществляют при высокой температуре.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ производства этилового спирта из зернового сырья, включающий приготовление замеса, водно-тепловую и ферментативную обработку в течение 2,5-3,0 часов при температуре до 95^oС, стерилизацию крахмалистой массы при температуре 110^oС, ферментативный гидролиз крахмала и сбраживание осахаренного сусла с последующим получением спирта и послеспиртовой барды (2).

Недостатками данного способа являются высокие теплоэнергозатраты, большие объемы неутилизируемой послеспиртовой барды, что приводит к ухудшению экологической обстановки. Кроме того, в данном способе не обеспечивается возможность ускорения процесса сбраживания осахаренного сусла.

Задачей данного изобретения является сокращение продолжительности процесса производства этилового спирта из зернового сырья, снижение расхода теплоэнергозатрат, уменьшение удельного объема послеспиртовой барды за счет утилизации ее жидкой фазы на разных стадиях технологического процесса, улучшение экологической обстановки.

Поставленная задача достигается тем, что в способе производства этилового спирта из зернового сырья, предусматривающем приготовление замеса, водно-тепловую и ферментативную обработку массы, ферментативный гидролиз крахмала и сбраживание осахаренного сусла с последующим получением этилового спирта и послеспиртовой барды, согласно изобретению приготовление замеса осуществляют при гидромодуле 1:1,8 - 2,5 с одновременным диспергированием при температуре 60-70^oС, водно-тепловую и ферментативную обработку массы проводят при активном перемешивании и температуре 85-90^oС в течение 25-30 минут, после чего 20-30% массы возвращают на стадию приготовления замеса, а оставшуюся часть подвергают глубокому ферментативному гидролизу крахмала до концентрации сухих веществ в сусле 24-28%, сбраживание осахаренного сусла осуществляют в течение 36-40 часов с последующим получением спирта и послеспиртовой барды, которую разделяют на дисперсную фазу, направляемую для получения кормопродуктов, и жидкую фазу, часть из которой в количестве 30-40% от общего объема производственной воды возвращают на стадию приготовления замеса, а оставшуюся часть - на стадию сбраживания осахаренного сусла для его разбавления.

Для получения и переработки сред с содержанием сухих веществ до 24-28% при минимальном значении вязкости необходимо обеспечить ускоренное растворение максимального количества экстрактивных веществ зерна. Поскольку при данном режиме совмещается несколько способов разрушения структуры зерна, это обеспечивает высокое разрушающее воздействие и дает возможность обрабатывать среды с различным гранулометрическим составом частиц зерна с сохранением подвижности массы независимо от гидромодуля. Приготовление замеса при указанных параметрах обеспечивает глубокое разрушение содержащихся в зерне растворимых полисахаридов крахмальной и некрахмальной природы, при этом происходит расщепление имеющихся в зерне углеводов, белка, а также перевод нерастворимых гемицеллюлоз в растворимые формы. Кроме того, в жидкой фазе барды присутствуют декстрины различного молекулярного веса, которые не сбраживаются дрожжами, но при повторном прохождении через технологический процесс подвергаются действию амилолитических ферментов с образованием дополнительного количества сбраживаемых углеводов. Таким образом, хотя использование роторно-пульсационных аппаратов на стадии приготовления замеса известно (см. Патент РФ 2138555, С 12 Р 7/06, 1997), включение его в технологическую схему в совокупности с возвратом жидкой фазой барды и применение повышенной начальной температуры процесса дает новый технический результат - улучшение и ускорение растворения и гидролиза крахмала, что позволяет снизить расход материальных потоков и теплоэнергозатрат, а также интенсифицировать процесс получения этилового спирта в целом.

Наибольшие проблемы возникают при переработке зерна, содержащего в своем составе пентозаны, гумми-вещества, которые значительно повышают вязкость замеса уже при гидромодуле 3,5. При этом образуются нетехнологичные среды, недоступные для действия ферментных препаратов, что приводит к повышенному содержанию несброженных углеводов в зрелой бражке и снижению выхода спирта в целом. Проведение водно-тепловой и ферментативной обработки при указанных параметрах обеспечивает ускоренную клейстеризацию при максимальном разжижении крахмала, что связано с тем, что молекулы крахмала отделяются от зерен в самом начале их набухания, при этом вязкость массы снижается практически до нуля за счет активного перемешивания, и крахмал становится легкодоступным для действия амилолитических ферментных препаратов, благодаря чему происходит интенсивная деструкция крахмальных гранул с образованием разваренной массы.

Рециркуляция разваренной массы в количестве 20-30% на стадию приготовления замеса обеспечивает интенсификацию всей стадии процесса, а также снижение вязкости концентрированных сред за счет дополнительного воздействия ферментных препаратов, находящихся в массе в активном состоянии.

Проведение глубокого ферментативного гидролиза крахмала в течение 2-4 часов обеспечивает получение максимально прогидролизованного сусла с содержанием сухих веществ 24-28%. При работе по указанному режиму наряду с сохранением микробиологической чистоты процесса происходит накопление редуцирующих веществ, при этом степень осахаривания сусла достаточно высокая и составляет 92-98% от возможного.

Рост дрожжей в сусле повышенной концентрации лимитируется недостатком азота. Источником азота и других питательных веществ является жидкая фаза барды, при повторном использовании которой на стадию сбраживания осахаренного сусла осуществляется возврат гидролизата дрожжей и других органических соединений. Кроме того, благодаря возврату жидкой фазы барды улучшается буферная емкость сбраживаемого сусла, т.е. снижение рН во время брожения незначительно, что обеспечивает оптимальные условия для ферментативного доосахаривания. Таким образом, сокращение времени брожения обеспечивается за счет ускоренного сбраживания дрожжами максимально прогидролизованного и содержащего питательные вещества осахаренного сусла.

В этом и заключается причинно-следственная связь между существенными признаками и полученным результатом. В результате осуществления всей совокупности признаков решается задача - сокращение продолжительности процесса производства этилового спирта из зернового сырья, снижение расхода теплоэнергозатрат, сокращение удельного объема послеспиртовой барды за счет уменьшения производственной воды при приготовлении замеса и утилизации жидкой фазы барды на разных стадиях технологического процесса, улучшение экологической обстановки.

Способ осуществляют следующим образом.

Приготовление замеса осуществляют при гидромодуле 1:1,8 - 2,5 с одновременным диспергированием при температуре 60-70^oС. В замес непрерывно вводят амилолитический ферментный препарат из расчета 0,2-0,4 ед АС/т условного крахмала. Затем замес подвергают водно-тепловой и ферментативной обработке при температуре 85-90^oС в течение 25-30 минут и активном перемешивании, после чего 20-30% массы возвращают на стадию приготовления замеса. Оставшуюся разваренную массу охлаждают, вносят ферментный препарат амилолитического действия из расчета 8,0-9,0 ед ГлС/т условного крахмала и проводят глубокий ферментативный гидролиз при температуре 55-58^oС в течение 2-4 часов. После этого концентрированное осахаренное сусло охлаждают и осуществляют его сбраживание в течение 36-40 часов с последующим получением этилового спирта и послеспиртовой барды. Послеспиртовую барду разделяют на дисперсную фазу, направляемую для получения кормопродуктов, и жидкую фазу, часть из которой в количестве 30-40% от общего объема производственной воды возвращают на стадию приготовления замеса, а оставшуюся часть - на стадию сбраживания осахаренного сусла для его разбавления.

Изобретение иллюстрируется примерами.

Пример 1. В качестве исходного сырья использовали рожь крахмалистостью 52,3%. Для приготовления этилового спирта 30 т ржи измельчали, затем смешивали с 42 т воды и 18 т жидкой части барды при температуре 60^oС с непрерывным внесением амилолитического ферментного препарата в количестве 0,4 ед АС/т условного крахмала. Одновременно замес подвергали диспергированию в роторно-пульсационном аппарате. При введении жидкой фазы барды показатель рН замеса понизился до 5,6. При этом концентрация полученного замеса на начальном этапе составила 13,2% сухих веществ. Затем замес подвергали водно-тепловой и ферментативной обработке при температуре 90^oС в течение 30 минут и активном перемешивании, после чего 30% разваренной массы возвращали на стадию приготовления замеса. При данном режиме обработки происходит растворение крахмала, его деструкция, в результате которого образуется однородная разваренная масса с содержанием сухих веществ 22-24%. Оставшуюся разваренную массу охлаждали до температуры 58^oС, подавали ферментные препараты амилолитического действия и подвергали глубокому ферментативному гидролизу крахмала в течение 4 часов, в результате которого получали осахаренное сусло концентрацией 24,3% сухих веществ. Полученное концентрированное осахаренное сусло охлаждали до температуры 24^oС и подавали в бродильные чаны. Для разбавления концентрированного осахаренного сусла вносили оставшуюся часть жидкой фазы барды. Засев дрожжей составлял 10% от объема сусла. Процесс брожения осуществляли при температуре 28^oС, продолжительность процесса составила 40 часов.

По завершении процесса брожения производили отгонку образовавшегося спирта на брагоректификационной установке, качество которого соответствовало сорту "Экстра". Послеспиртовую барду разделяли на дисперсную фазу, направляемую для получения кормопродуктов, и жидкую фазу, часть из которой в количестве 30-40% от общего объема производственной воды возвращали на стадию приготовления замеса, а оставшуюся часть - на стадию сбраживания осахаренного сусла для его разбавления.

Пример 2. Процесс осуществляли аналогично примеру 1, но с тем отличием, что в качестве исходного сырья использовали пшеницу крахмалистостью 54,1%. Приготовление замеса осуществляли при температуре 70^oС, количество жидкой фазы барды на стадии приготовления замеса составляло 40%. Водно-тепловую и ферментативную обработку массы проводили при температуре 85^oС в течение 25 минут. Количество разваренной массы, возвращаемой на стадию приготовления замеса, составило 20%. Продолжительность процесса сбраживания осахаренного сусла составила 37 часов. Показатели зрелой бражки соответствовали нормативным, образующийся спирт соответствовал сорту "Экстра".

Предлагаемый способ позволяет сократить продолжительность процесса производства этилового спирта из зернового сырья до 36-40 часов, снизить на 30-40% расход теплоэнергозатрат, уменьшить количество образующихся отходов, в частности барды, на 40 60%, улучшить экологическую обстановку.

Источники информации 1. Патент РФ 2156806, С 12 Р 7/06, 2000.

2. Типовой технологический регламент производства спирта из крахмалистого сырья. М., 1998 - прототип.

Формула изобретения

Способ производства этилового спирта из зернового сырья, предусматривающий приготовление замеса, водно-тепловую и ферментативную обработку массы, ферментативный гидролиз крахмала и сбраживание осахаренного сусла с последующим получением этилового спирта и послеспиртовой барды, отличающийся тем, что приготовление замеса осуществляют при гидромодуле 1: 1,8 - 2,5 с одновременным диспергированием при 60-70^oС, водно-тепловую и ферментативную обработку массы проводят при активном перемешивании и 85-90^oС в течение 25-30 мин, после чего 20-30% массы возвращают на стадию приготовления замеса, а оставшуюся часть подвергают глубокому ферментативному гидролизу крахмала до концентрации сухих веществ в сусле 24-28%, сбраживание осахаренного сусла осуществляют в течение 36-40 ч с последующим получением этилового спирта и послеспиртовой барды, которую разделяют на дисперсную фазу, направляемую для получения кормопродуктов, и жидкую фазу, часть из которой в количестве 30-40% от общего объема производственной воды возвращают на стадию приготовления замеса, а оставшуюся часть - на стадию сбраживания осахаренного сусла для его разбавления.