Способ сбраживания сусла при производстве этилового спирта

 

Использование: в микробиологической промышленности. Сущность изобретения: в сбраживаемое сусло вводят засевные дрожжи и подвергают его непрерывному сбраживанию, из сброженного сусла сепарацией выделяют дрожжи, от них отделяют поток-10-25% по объему , подвергают его тепловой обработке при температуре 48-50°С и рН 4,5-6,0 в течение 16-20 ч и возвращают в сусло , которое сбрамивают при удельной скорости потока 0,12-0,16 . 4 табл.

CGЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (! )) (gi)g С 12 P 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

} 4

ОО

00 о

1)

/ а

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21 ) 48491 01/1 3 (22) 10.07.90 (46) 30.11.92 Бюл. Р 44 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт гидролиза растительных материалов (72) В.А.Попова, Б.И.Токарев и С.А.Шишова (56) Авторское свидетельство CCCP

Р 30657, кл. С 12 Р 7/08, 1932.

Авторское свидетельство СССР

V 1569338, кл. С 12 Р 7/06, 1988.

Авторское свидетельство СССР

1 103681, кл. С 12 С 7/06, 1954.

Авторское свидетельство СССР

V 602543, кл. A 23 J 3/00, 1975.

Патент СССР Р 1303034, кл. С 12 P 7/06, опублик. 1987.

Изобретение относится к микробиологической и пищевой промышленности, а именно к способам получения спирта из растительных материалов.

Известны различные способы рециркуляции дрожжей при спиртовом брожении с использованием части биомассы в качестве дополнительного источника азота, связанные с нерациональными затратами углеродсодержащих.материалов субстрата и увеличением затрат энергии.

Известен способ непрерывного сбра. живания сусла с отделением дрожжей от сброженного сусла и разделением потока барды на два, один из которых,}подвергается пастеризации при температу (54) СПОСОБ СБРАЖИВАНИЯ СУСЛА ПРИ ,ПРОИЗВОДСТВЕ ЭТИЛОВОГО СПИРТА (57) Использование: в микробиологической промышленности. Сущность изобретения: в сбраживаемое сусло вводят засевные дрожжи и подвергают его непрерывному сбраживанию, из сброженного сусла сепарацией выделяют дрожжи, от них отделяют поток-10-254 по объему подвергают его тепловой обработке

Э а при температуре 48-50 С и рН 4,5-6,0 в течение 16-20 ч и возвращают в сусло, которое сбражива}от при удельной скорости потока 0,12-0,16 ч

4 табл. ре 60-100 С и возвращается на стадию сбраживания.

Недостатком данного способа является постепенное накапливание в сусле продуктов обмена микробной клетки и вероятность увеличения концентрации ингибиторов роста (например, левулиновой кислоты), что приводит к торможению брожения.

Целью изобретения является повышение выхода спирта.

Это достигается тем, что от дрожжей отделяется поток в количестве 1О25(по объему, подвергают его тепло" о вой обработке при температуре 48-50 С и рН 4,5-6,0 в течение 16-20 часов и возвращают их в сбраживаемое сусло, а сбраживание сусла осуществляют при удельной скорости потока 0,12

0,16 час .

Осуществление этого процесса позволяет на nepDoA стадии брожения добавить биологически активные вещества, выделенные из дро>нжей, активизировать брожение и повысить выход спир" та и но>не быт ь проведено следующим 10 образом, Гидролизат растительного сырья .после облагораживания (продувки па" ром, инверсии) нейтрализуют известью до рН 4,2-4,4, добавляют питательные 15 соли - азот и Фосфор, иэ расчета создания концентрации азота 150 мг/л, а фосфора 75 мг/л. Готовое сусло вместе с солями направляется в дрожжанку.

В ту же дро>нжанку подаются дрожжи после сепарации и для активации доожжей подается небольшое количество воздуха.

Собственно непрерывное брожение осуществляется в головных и хвостовом, 25 аппаратах. Брожение в головных аппаратах сопровождается быстрым потребле- нием сахара и интенсивным образованием спирта и выделением углекислоты.

Добра>кивание в хвостовых аппаратах 30 заключается в окончании ферментации спирта и полной утилизации галактоз.

Концентрация дрожжей в спиртовой батарее - 17-?5 г/л, температура брон<ения 32-33 С, время 6-8 часов, удель- 5 ная скорость потока - 0,12-0,16 час .

После непрерывного сбраживания сусла дрожжи отделяются на сепарации, из сбраживаемого сусла выделяется спирт, а барда используется для про- 40 изводства кормовых дрожжей. Выделенные при сепарации дрожжи разделяются на два потока. Один поступает в дрожжанку, а второй (10-253 по объему) подвергают тепловой обработке при температуре - 48-50 С, рН 4,5-6,0 в течение 16-20 часов и возврацают в. качестве источника биологически ак" тивных веществ.

Характеристика дрожжей, подвергнутыхтепловой обработке при различном 50 значении рН приведена в табл. 1. В диапазоне значений рН 4,5-6,0 достигается высокая степень гидролиза белка до аминокислот, отношение аминокислот к белку достигает 99,8i. Одно- 55 временно изменение диапазона величин рН приводит к торможению процессов, протекающих при тепловой обработке, инактивируя дрожжи или предотвращая инфицирование биомассы посторонними микроорганизмами.

Одновреиенно за 16-20 ч (табл. 2) достигается достаточно высокая степень гидролиза белка, когда отношение аиинокислот к белку составляет 83,,199,81. Время обработки менее 16 часов не о<>еспечивает высокой степени гидролиза белка, которая в 1,5-2,0 раза ниже, чем при выбранном времени. Удлинение времени обработки дрожжей более 20 часов увеличивает объем реактора,не изменяя существенно степень гидролиэа белка .

Изменение состава водорастворимых аминокислот в зависимости от времени тепловой обработки приведено в таол. 3. Выбранный диапазон парамет" ров обработки обеспечивает наиболее высокое содержание суммы аминокислот в составе сухих вецеств раствора (35,5 - 41,54), в то время как у необработанных дро><>ней они составили только 3,153 с.в. раствора. Отдельные аминокислоты достигают эа это время максимума, содер>кание 9 из 19 аминокислот увеличивается.

Оценка способа ображивания гидролизата приведена в табл. 4.

Гидролизат растительного сырья после облагораживания вместе с солями,обеспечивающими процесс брожения, подается в дроижайку, туда же поступает и дрожжевая суспензия после сепа-. рации - на 8-10 мз сусла подается

1 м дрожжей, одновременно туда же поступает поток дрожжей, подвергнутый тепловой обработке в количестве

0,05; 0,1, 0,25 и 0,35 мз. В зависимости от степени возврата дрожжей,,подвергнутых тепловой обработке (1025:;) удельная скорость потока изменялась от 0,12 до 0,16 час . Сам процесс брожения — температура 3233 С, рН 4,4-4,6 и снабжение дрожжей азотом и фосфором протекал во всех случаях одинаково.

При возврате в сбраживаемое сусло

10-25 ; по объему потока дрожжей, подвергнутых тепловой обработке отмечается увеличение выхода спирта с

51,4-52,0 до 56,6-56,8i со 100 кг сбра>ниваемых PD. Смешивание дрожжей, подвергнутых тепловой обработке с засевными дрожжами и гидролизатом, способствует активации молодых клеток и более экономичному расходованию са ;78 >

Та блица 1

Влияние рН на тепловую обработку дрожжевой суспензии рН суспензии

Характеристика суспензии

7,05 7,00

Азот общий, :; с.в.

7,10

7,10

Характеристика раствора

5,7 7,.". 7,1 7,2

Сухие вещества, Азот общий, 3

О 39 О 54 0 50 0 47

1,70 3,40 3 20 2,07

Аминокислоты, Отнопение аминокислот к белку, 69,6 99,8 99,8

70,5

Характеристика осадка

Азот общий, I с.в. 6,11

5,38

5,79

Табли ца 2

Влияние продолжительности тепловой обработки на характеристику дрожжевой суспензии

4 f Э (16 (20 f 30

Время обработки, час О

Характеристика сусп ензии

7,08

7,10

6,91

6,63

6,86

40,8

Азот общий, ; с.в. .Аминокислоты, ; с.B.

Характеристика раствора

6,84

0,460

7,33

0,516

5,96

0,298

7,33

0,460

7,07

0,452

1,81

Сухие вещества, 3

Азот обций, Аминокислоты, 3

2,91

0,063

3,22

2,79

2,39

0,77

0,09

5 харов субстрата. одновременно полностью используются ценные вещества части дрожжей и предотвращается сброс избыточных дрожжей из спиртовой ба5 тареи, т.е. не только интенсифицируется процесс и открывается наиболее легкий способ защиты окружающей среды от попадания живых микроорганизмов. 10

Формула изобретения

Способ сбраживания сусла при производстве этилового спирта, предусматр>:ва;>щей вве-= i >å в сусло зас-.евныx дрожней, непрерывное сбражив,>ние сусла, отделение дро>лжей от сброженного сусла и возврат их в сбраживаемое сусло, отличающийся тем, <>T(:. с целью повышения выхода спирта, от дрожжей отделяют поток в количестве 10-25"ь по объему, подвергают его тепловой обработке при температуре 48-50 С и рН 4,5-6,0 в течение 16-20 ч и возвращают его в сбраживаемое сусло, а сбраживание сусла осуцествляют при удельной скорости потока 0,12-0,16 ч

1 /78186

»»родолн<ение табл 2

9 16 ?О I 30

Отношение аминокис;лот к бел»<у, Характеристика осадка

64,1 83,1 97,0

99,8

22,8 41,3

Азот обций, 3 с.в. 6,86 6,80 6,11 5,79 5,57 5,38

Табли ца 3

Динамика изменения состава водорастворимых аминокислот (4 с. в. »

Бремя обработки, час

5,36

1,62

4,46

1,69

1,72 3,67

1,13 1 36

0,19 .

0,08

0,67

0,76

4,32

О, 5-4

1,96

2,27

8,77

0,30

0,25

1,29 1,59

4,84 0,44

10,26

1,12

0,29

0,16

0,40

2,64

2,16

1,19

1,01

3,06

3,96

2„60

0,63

0,63

0,?3

0,03

0,16

Цистин

Валин

Иетионин

Изолейцин

1,80

0,62

2,23

1,23

0,44

1,16

0,18

0,45

0,44

0,59

2,04

0,05

1,51

0,17

2,48 - 3,27

2,23

0,2/

0,40

Лейцин

0,05

1,31

1,09

1,09

1,02

Ти розин

Фенилаланин

0,39

0,26

1,00

1,06 1,44

2,30

0,23

О,?4

0,06

0,84

0,81

0,65

0,41

0,52 -масляная к-та

Орнитин

»Е, 48

0,51

0,39 .

0,12

1,80 2,57 2,64

2,65 t,10

0,36

0,17

Лизин

Гистидин

Аргинин

Сумма

0,84

1,25

1,25

0,55

0,50

0,02

1,43

0,44

1,10

0,03

3,15

Доля водорастворимых аминокислот от обн»ей суммы

18,2 27,2 31,8 35,1

8,9.0 9

Лспарагиновая к-та

Треонин

Серин

Глитаминовая к-та

Пролин

Глицин

1,50

1,98

2,88

0,63

1,49

0,45

1,36

2,45

15,39 25,02 35,52 4 1,48 45,77. 10

Табли ца 4

Сбраживание сусла

Прото- Предлагаемый способ тип

Возврат дрожжей после тепловой обработки, 3

10 25

0 5 35

1,24 1,25 1,28 1,29 1,26

1,06 1,05 1,10 1,06 1,02

Концентрация спирта, 4

Отношение СО /спирт

Выход спирта со 100 кг сбраииваемых сахаров

52,0 51,4 У6,8 56,6 52,6

100 98,8 109,2 108,8 100,6

0,125 0,125 0,125 0,167 0,100

Выход спирта от прототипа, 3

Уд.скорость, час потока

Составитель О.Белевич

Редактор Л.Павлова Техред И.Иоргентал

Корректор Т. Палий

Заказ 4165 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж"35,. Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101