Способ сбраживания мелассного сусла для производства спирта

 

Изобретение относится к спиртовой промывшенности. Целью изобретения является повьппение выхода спирта за счет снижения потерь сахара на образование биомассы дрожжей и глицерина. Мелассу, предназначенную к сбраживанию , делят на две части в соотношении 42 и 58%. Первую часть обогащают источниками азота и фосфора в виде карбамида и диа1Ф1ОНийфосфата, подкисляют серной или соляной кислотой до рН 5,0-5,2, разбавляют водой до концентрации 16-17% СВ и используют для дроясжегенерирования. Размножение дрожжей ведут с тремя стадиями аэрирования: на первой - 100%, на второй - 70-60%, на третьей - 30-40% насыщение среды кислородом, с рециркуляцией производственных дрожжей с третьей на первую стадию. Оставшуюся часть мелассы подкисляют до рН 1,0- 1,5,обогащают ионами Mg, Zn в количестве соответственно (9,9 - 13,2)-IP , (9,6-12,8) 10 ; (1,1 - 1,5)-10 % к золе мелассы и используют для приготовления основного сусла концентрацией 54-56 % СВ; рН 1,8-2,0. В сусло подают производственньш дрожжи с содержанием дрожжевой биомассы 30-35 г/л и активной кислотностью среды 5,0-5,2 в соотношении 3:1, при этом рН сбражнываемой среды составляет 4,0-4,2, затем осуществляют анаэробное брожение. Высокое накопление дрожжевой биомассы вызьгоает ускорение анаэробного сбраживания и позволяет повысить начальную концентрацию сбраживаемого сусла, а понижение рН среды до 4,0-4,2 снижает прирост дрожжей в анаэробной стадии и уменьшает потери сахара на образование глицерина. 4 табл. с SS (Л «о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИК„„SU„„! 2965 (5 I ) 4 С 12 P 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ЫЕ1;1:, )., ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 1) 3893693/28- 13 (22) 13.05.85 (46) 15.03.87. Бюл. У 10 (71) Украинский научно-исследовательский институт спиртовой и ликеро-водочной промышленности (72) С.Т.Олийничук, А.Д.Коваленко, Л.В.Левандовский, Т.В.Островская и А.А.Егоров (53) 663.54(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 87253, кл. С 12 P 7/06, 1950.

Авторское свидетельство СССР

Ф 939548, кл. С 12 P 7/08, 1980. (54) СПОСОБ СБРАЖИВАНИЯ МЕЛАССНОГО

СУСЛА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СПИРТА (57) Изобретение относится к спиртовой промышленности. Целью изобретения является повышение выхода спирта за счет снижения потерь сахара на образование биомассы дрожжей и глицерина.

Мелассу, предназначенную к сбраживанию, делят на две части в соотношении

42 и 58Х. Первую часть обогащают источниками азота и фосфора в виде кар- . бамида и диамконийфосфата, подкисляют серной или соляной кислотой до рН 5,0-5,2, разбавляют водой до концентрации 16-17Х.СВ и используют для дрожжегенерирования. Размножение дрожжей ведут с тремя стадиями аэрирования. на первой — 100X, на второй — 70-60Х, на третьей — 30-40Х насыщение среды кислородом, с рециркуляцией производственных дрожжей с третьей на первую стадию. Оставшуюся часть мелассы подкисляют до рН 1,01,5, обогащают ионами Ng, Мп+ и 2п в количестве соответственно (9,9—

13,2).10, (9,6-12,8) 1О ; (1,1

1,5) 10 Х к золе мелассы и используют для приготовления основного сусла концентрацией 54-56 Х СВ; рН

1,8-2,0. В сусло подают производственные дрожжи с содержанием дрожжевой биомассы 30-35 г/л и активной кислотностью среды 5 0-5,2 в соотношении 3: 1, при этом рН сбражиываемой среды составляет 4,0-4,2, затем осу-. ществляют анаэробное брожение. Высокое накопление дрожжевой биомассы вызывает ускорение анаэробного сбраживания и позволяет повысить начальную концентрацию сбраживаемого сусла, а понижение рН среды до 4,0-4,2 снижает прирост дрожжей в анаэробной стадии и уменьшает потери сахара на образование глицерина. 4 табл.

Изобретение относится к спиртовой промышленности, в частности к способам сбраживания мелассы при однопродуктовом производстве спирта с гради-, ентно-непрерывным дрожжегенерированием.

Цель изобретения — повышение выхода спирта путем снижения потерь .сахара на образование биомассы дрожжей и глицерина.

Способ осуществляют следующим образом.

Мелассу, предназначенную для сбраживания, делят на две части в отноше- 15 нии 42 и 58Х, Первую часть обогащают источниками азота и фосфора в виде карбамида и диаммонийфосфата по известным нормам, подкисляют серной или соляной кислотой до рН 5,0-5,2, разбавляют водой до концентрации 1617Х СВ и используют для дрожжегенерирования.

Размножение дрожжей ведут в последовательно соединенных дрожжегенераторах с тремя стадиями аэрирования: на первой стадии достигается 100Х-ное на второй — 70-60Х.-ное и на третьей—

30-40Х-ное насыщение среды кислородом (при этом расход воздуха соответственно составляет 20-25, 10-15, 5—

6 м /м ч), и с рециркуляцией произэ з водственных дрожжей с третьей на первую стадию. Мелассное сусло концентрацией 16-17Х СВ и активной кислотностью 5,0-5,2 направляют в головной

35 дрожже ге нера тор, и по пер е то чным коммуникациям оно, проходя три стадии аэрирования, постепенно сбраживается до видимой концентрации сухих Веществ 40

7-8Х. В связи с тем, что при однопродуктовом производстве объем производственных дрожжей составляет 75Х от конечного объема зрелой бражки,то скорость разбавления среды в голов-, ном дрожжегенераторе составляет 0,5 ч и при коэффициенте рециркуляции производственных дрожжей с третьей стадии аэрирования на первую, равном

0,2, содержание биомассы в производственных дрожках составляет 30-35 г/л.

Такое количество дрожжей является достаточным для анаэробного броже ния мелассного сусла и обеспечивает требуемое содержание дрожжевой биомассы в зрелой бражке (25-28 г/л) .

Оставшуюся часть мелассы (58Х) подкисляют до рН 1,0-1,5, обогащают ионами Ng, Мп+", Zn++ в количестве

79 2 соответственно.(9,9-13,2). 10 ", (9,612,8) 10, (1,1-1,5) 10 Х к золе мелассы и используют для приготовления основного сусла концентрацией

54-56Х СВ; рН 1,8-2,0.

Производственные дрожжи с содержанием дрожжевой биомассы 30-35 r/ë и активной кислотностью среды 5,0-5,2 поступают в головной бродильный аппарат, куда одновременно поступает основное сусло концентрацией 54-56Х СВ и активной кислотностью 1,8-2,0. При соотношении производственных дрожжей и основного сусла 3:1 в головном бродильном аппарате рН сбраживаемой среды составляет 4,0-4,2. Высокое накопление дрожжевой биомассы в аэробной стадии вызывает ускорение анаэробного сбраживания и позволяет повысить начальную концентрацию сбраживаемого сусла, а понижение рН среды до 4,04,2 снижает прирост дрожжей в анаэробной стадии и уменьшает потери сахара на образование глицерина.

При подкислении мелассы для анаэробного брожения до рН 1,0-1,5 и после ее смешивания с производственными дрожжами на стадии главного брожения обеспечивается значение рН 4,04,2, что уменьшает.анаэробный прирост биомассы и связанные с этим потери сахара, а также способствует снижению потерь сахара на образование глицерина на этой стадии.

Дальнейшее снижение значения рН нецелесообразно в связи с ухудшением при этом физиологического состояния дрожжей и замедлением брожения.

Подкисление мелассы до рН 1,6 и выше ведет к повышению рН мелассного сусла на стадии главного брожения до значений выше, чем 4,2, что снижает эффективность ингибирования анаэробного прироста биомассы и увеличивает потери на этой стадии сахара, в том числе на образование глицерина.

Оптимальность предлагаемых пределов подкисления мелассы подтверждается данными, представленными в табл.1.

Так как оптимальное действие фермента .энолазы, превращающей 2-фосфоглицериновую кислоту в фосфоэнолпировиноградную кислоту, проявляется при рН 5,2-5,5, а:при снижении рН до 4,04,2 активность энолаэы уменьшается, мелассу, а следовательно, и сбражи— ваемую среду обогащают ионами Mg

3 12965

Mn", Zn, что активизирует действие указанного фермента.

При дозах микроэлементов меньше предлагаемых пределов не обеспечивается активация фермента энолазы при рН 4,0-4,2, а увеличение доз до значений больше указанных пределов нецелесообразно, так как дальнейший эффект активизации энолазы незначителен. 10

Обогащение среды ионами Mg, Мп", Zn в количестве (9,9-13,2) .10, (9 612 8). 10 (1 1 1 5) 104 золе мелассы позволяет интенсифицировать анаэробное, брожение при низком 15 значении рН (4,0-4,2) и завершить процесс брожения в течение 24 ч при концентрации спирта в бражке 12,1 об.Х, о чем свидетельствуют данные табл.2.

Пример 1. Способ сбраживания мелассного сусла осуществляют на установке, включающей четыре последовательно соединенных дрож:кегенератора и десять бродильных аппаратов. Мелассу, поступающую на сбраживание, делят на две части в соотношении 42 и

58%. Меньшую часть (42%) обогащают азотом и фосфором в виде карбамида и диаммонийфосфата в количестве со30 ответственно 1,0 и 1,5 кг/т мелассы, подкисляют серной кислотой до рН 5,0 и разбавляют водой до концентрации

16% СВ.

Приготовленное мелассное сусло по- 35 дают в головной дрожжегенератор емкостью 5,0 м . В этот же дрожжегенез ратор вносят чистую культуру дрожжей в количестве 1000 л и производят размножение дрожжей при постоянном аэри40 ровании с расходом воздуха .20м /м ч.

Дрожжи из первого дрожжегенератора перетекают во второй, в котором расход воздуха на аэрирование составляет

I0 м /м .ч, а затем в последующие

45 дрожжегенераторы, в которых расход э з воздуха снижается до 5 м /м -ч.

Часть производственных дролскей из четвертого дрожжегенератора рециркулируют в первый со скоростью 1 м /ч. з 50

При прохождении дрожжей от первого к последнему дрожжегенератору концентрация сухих веществ в них снижается от 16 до 7,5Х, а. концентрация дрожжевой биомассы увеличивается от )2

55 до 32 г/л.

Оставшуюся часть мелассы (58%} подкисляют серной кислотой до рН 1,0, 79 4 обогащают ионами Mg, Мп, 7п в виде карбоксилина в количестве 60 г/т мелассы

> что соответствует содержанию в среде ионов Mg, Мп", Zn +, соответственно, 9,9:10, 9,6.10, 1,1-10 Х, и разбавляют водой до концентрации

54% СВ. При смешивании производственных дрожжей и основного сусла в соотношении 3:1 в головном бродильном аппарате средняя начальная концентрация сусла составляет 26 г/100 мл с содержанием дрожжевой биомассы 24 г/л при активной кислотности среды 4,0.

Сбраживаемая среда последовательно проходит все бродильные аппараты, в которых происходит анаэробное сбраживание введенного сахара.

Пример 2. Сбраживание мелассного сусла осуществляют аналогично примеру 1. Оставшуюся часть мелассы (58%) подкисляют серной кислотой до рН 1,2, обогащают ионами Мя +, Мп +, ++

Zn в виде карбоксилина в количестве

75 г/т мелассы, что соответствует содержанию ионов Mg++, 1!,О 10 Х, Mn+ 10,8 10 %, Zn 1,3 10 %, и разбавляют водой до концентрации 55Х СВ.

При смешивании производственных дрожжей и основного сусла в соотношении

3:1 в головном бродильном аппарате средняя начальная концентрация составляет 28 r/ 100 мл с содержанием биомассы дрожжей 26 г/л при активной кислотности среды 4,1. Сбраживаемая среда последовательно проходит все бродильные аппараты, в которых проис-, ходит анаэробное сбраживание сахара.

Пример 3. Сбраживание мелас сного сусла осуществляют аналогично примеру 1. Оставшуюся часть мелассы (58Х)подкисляют серной кислотой до рН !,5, обогащают ионами Mg Ип, Zn + в виде карбоксилина в количестве 90 г/т мелассы, что соответствует содержанию ионов Mg + 13,2 )О Х, Мп 12,8 "

10 Х, Zn+ + 1,5 )0 X, и разбавляют водой до концентрации 56Х СВ. При смешивании производственных дрожжей и основного сусла в соотношении 3:1 в головном бродильном аппарате средняя начальная концентрация сусла составляет 29,0 r/!00 мл с содержанием дрожжевой биомассы 26 г/л при активной кислотности 4,2.

Сбраживаемая среда последовательно проходит все бродильные аппараты, Показатель рН 1 2 рН 1 6 рн 0,9

4,5

4,1

3,5

24

12,0

12,1

11,3

66,68 66,54

Т а б л и ц а 2

Показатель

Ng 9,0 ° 10

Мц 8,5 10

Zn 0,9.10

24 24

11,7

12,0

12,1

Несброжеиный сахар, r/)00 мл

0,92

0,45

0,46

66,68 66,54

66,01

5 1296 в которых протекает анаэробное сбраживание введенного сахара.

В табл.3 приведены показатели сбраживаемого мелассного сусла и зрелой бражки..

Сравнительные данные, по предлагаемому и известному способам представлены в табл.4. и предлагаемый способ позволяет увеI личить выход спирта на 0,15 дал из

1. т условного крахмала, интенсифицировать при однопродуктовом производстве процесс накопления биомассыдрожжей в аэробиых условиях и за счет этого сократить период главного брожения с одновременною повышением начальной концентрации сбражнваемого сусла, повысить концентрацию спирта в зрелой бражке до 12,5 об.й и снизить энергозатраты на ее перегонку. рН сусла на стадии главного брожения

Продолжительность брожения, ч

Концентрация спирта в бражке, об.Ж

Выход спирта, дал/т условного к ахмала

Продолжительность брожения, ч

Концентрация спирта в бражке, об.Х

Выход спирта, дал/т условного крахмала

579 6

Формула изобретения

Способ сбраживания мелассного сусла для производства спирта, предусматривающий разделение мелассного сусла на две части, одну из которых используют для дифференцированного аэробного дрожжегенерирования с рециркуляцией в процессе дрожжегенерирования производственных дрожжей, внесение в другую часть мелассного сусла производственных дрожжей и анаэробное его брожение, о т л и— чающий с я тем, что, с целью повышения выхода спирта путем снижения потерь сахара на образование биомассы дрожжей и глицерина, мелассное сусло перед внесением в нее производственных дрожжей подкисляют до рН среды 1,0-1,5 и обогащают его ионами Mg, Мп и Zn в количестве соответственно (9,9-13,2) 10, {9 612 8), 10-5 (1 1 1 5) 10-4 У золе мелассы.

Таблица 1

Оптимальная дозировка микроэлементов {Ng, Mn, Zn) рН мелассы 1,2 (сусла 4,0) Ng 1II,О 10 Mg 13,8 ° 10

Мп 10,8 10 Nn 13,5 10

Zn l„3 lO Zn 1,8.10

1296579

Таблица 3

Значение

Показатель

Производственные дрожжи

7,6,5 0 рН

Биомасса дрожжей, г/л

Концентрация спирта, об.X

Содержание глицерина, г/л

32,8

4,5

3,9

Головной бродильный аппарат

Видимая концентрация СВ, X

Действительная концентрация СВ,Х

12,4

15,0

4,1 рН

Биомасса дрожжей, г/л

Концентрация спирта, об.7.

Содержание глицерина, г/л

26,4

8,2

5,4

Зрелая бражка

Видимая концентрация СВ,Х

6,9

Действительная концентрация СВ,X 12,0

4,1 рН

Биомасса дрожжей, г/л

Концентрация спирта, об. Ж

Несброженные углеводы, г/100 мл

Содержание глицерина, r/ë

25,4

12,5

0,55

6,2

Выход спирта, дал/т условного крахмала

66,68

Продолжительность брожения, ч

Видимая концентрация Св, 7

Действительная концентрация СВ, Х

1296579

Таблица 4

Способ

Показатель

Извест- Предлаганый емый

Видимая концентрация

СВ, 7.

6,0

Действительная концентрация СВ, Х

8,7

12,0

5,2

4,1 рн

Биомасса дрожжей, г/л

Концентрация спирта, об.%

32,0

25„4

12,5

9,5

Несброженные углеводы, Х к введенным на брожение

2.,5

Содержание г/л

6,2

6,5 глицерина

0,065

0,050 а.алкоголя

Выход спирта, дал/т условного крахмала

66,53

66,68

Составитель Л.Пашинина

Редактор А.Огар Техред A.Êðàâ÷óê Корректор И. Эрдейи

Заказ 717/28 Тираж 500 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll303S, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.11роектная,4.