Способ получения этилового спирта из молочной сыворотки

 

Использование: в спиртовой промышленности. Сущность изобретения: молочную сыворотку очищают от казеиновой пыли и молочного жира, смешивают с половиной количества послеспиртовой барды и доводят pH смеси до изоэлектрической точки лакто-альбуминовой фракции белков 4,4 - 4,6, концентрируют, из концентрата отделяют белки одним из известных способов, затем разделяют на два потока в соотношении 1 : 2; меньший из которых направляют на дрожжегенерацию, а затем смешивают на стадии главного спиртового брожения в логарифмической фазе роста дрожжей с большим потоком. Полученную бражку перегоняют с получением барды, которую разделяют на два равных потока, один из которых вводят в молочную сыворотку перед концентрированием, а оставшийся поток смешивают с отделенными белком, жиром и казеиновой пылью с получением кормового продукта.

Изобретение относится к спиртовой промышленности.

Известен способ производства этилового спирта из молочной сыворотки, предусматривающий очистку сыворотки от белков, сбраживание ее спиртовыми дрожжами, отгонку спирта и ректификацию [1] Наиболее близким к предлагаемому является способ производства этилового спирта из молочной сыворотки, предусматривающий очистку сыворотки от жиров и казеиновой пыли, выделение белка, сгущение сыворотки под вакуумом, разделение концентрированной сыворотки на два потока, один из которых направляют на дрожжегенерацию, а другой охлаждают до температуры брожения и вводят на стадию главного брожения в логарифмическую фазу роста дрожжей, перегонку бражки и ректификацию спирта с получением барды [2] Недостатком известного способа является то, что наряду с сывороткой используется крахмалсодержащее сырье, что делает технологию более сложной: удлиняется процесс брожения и требуется значительное количество дорогостоящего зернового сырья без утилизации отходов производства.

Цель изобретения ускорение процесса брожения за счет ведения его в стерильных условиях, улучшение качества этанола, уменьшение количества сточных вод за счет использования барды и получение наряду с высококачественным спиртом обогащенного биологически активными веществами (жиром, белком, органическими кислотами) кормового продукта, а также упрощение и удешевление процесса за счет использования только вторичного сырья молочной промышленности.

В способе производства этанола из молочной сыворотки, предусматривающем очистку сыворотки от жира, казеиновой пыли, доведение рН до 4,4-4,6 сгущение сыворотки, разделение концентрированной сыворотки на два потока, выделение белка, при этом один из потоков направляют на дрожжегенерирование, а другой охлаждают и вводят в бродящую массу на стадию главного брожения в логарифмической фазе роста дрожжей, перегонку с получением спирта и барды и ректификацию спирта, для достижения технического результата, заключающегося в ускорении процесса брожения, улучшении качества этанола, утилизации отходов производства и получении наряду со спиртом ценного кормового продукта; от общего потока барды отделяют часть, предпочтительно половину, вводят в сыворотку, отделенную от жира и казеиновой пыли, и в полученной смеси доводят рН до изоэлектрической точки, равной 4,4-4,6, а выделение белков проводят после концентрирования смеси сыворотки с бардой при данном значении рН и нагреве концентрата до температуры коагуляции белков, при этом оставшуюся часть барды смешивают с выделенными белками, жиром, казеиновой пылью с получением кормового продукта. Следует отметить, что при внесении барды в сыворотку устанавливается рН, равное 4,4-4,6, являющееся оптимальным не только для коагуляции белка, но и для размножения дрожжей и молочнокислых бактерий, а также для образования молочной кислоты и антибиотика низина, которые играют роль дезинфицирующих веществ и обеспечивают стерильность процесса брожения с одновременным обогащением среды биологически ценными веществами, содержащимися в барде, а именно: белками, витаминами, ферментами, аминокислотами.

Таким образом, впервые барда используется по новому назначению для регулирования рН среды с одновременным обогащением ее питательными веществами, усвояемыми дрожжами в процессе спиртового брожения. Смешивание барды с жиром и казеином позволяет рационально использовать отходы производства и обогатить готовый продукт ценными биологическими активными веществами барды, в которую входят все питательные вещества исходного сырья, перечисленные выше, наряду с белком, жиром, казеином молочной сыворотки, а также лактат кальция и другие минеральные вещества, вследствие чего барда используется как ценный кормовой продукт. Таким образом, наряду с высококачественным спиртом получается обогащенный биологически активными веществами кормопродукт при утилизации барды отхода производства спирта, сокращаются количества сточных вод и создается безотходное производство. Этот результат усиливается еще и тем, что белки выделяются из концентрированной частично сквашенной сыворотки в смеси с бардой при рН 4,4-4,6, так как при этом усиливается процесс коагуляции, увеличивается количество выделенного белка и повышается питательная ценность полученного кормового продукта, в который вводят белки сыворотки.

Таким образом, указанные существенные признаки влияют на технический результат ускорение процесса брожения, улучшение качества этанола, уменьшение количества сточных вод за счет утилизации отходов производства и получение наряду со спиртом ценного кормового продукта.

Способ осуществляют следующим образом.

Молочную сыворотку очищают от казеиновой пыли и жира, вводят часть послеспиртовой барды, предпочтительно половину, доводят рН до 4,4-4,6 и направляют на концентрирование одним из известных способов, например под вакуумом, обратным осмосом. Смесь концентрированной сыворотки с бардой нагревают до температуры коагуляции белков, равной 90-95^оС, выдерживают при этой температуре 40-90 мин и очищают от белков одним из известных способов, например сепарацией, ультрафильтрацией, декантацией.

Очищенный от белков концентрат сыворотки с бардой охлаждают до 30-32^оС и делят на два потока (в соотношении 1:2), меньший из которых пастеризуют при 80-85^оС, охлаждают до 25-30^оС, засевают маточными дрожжами и осуществляют в нем размножение дрожжей. В конце логарифмической фазы роста дрожжей в бродящую сыворотку вводят больший поток и ведут процесс сбраживания до концентрации спирта 4,5-6,8% бражку направляют на перегонку, а спирт на ректификацию. По- лученную при перегонке барду разделяют на два равных потока, один из которых смешивают с жиром, белком и казеиновой пылью, получая кормовой продукт, другой поток барды добавляют к сыворотке перед ее сгущением, устанавливая рН 4,4-4,6.

П р и м е р 1. 100 т молочной сыворотки, содержащей 0,5% казеиновой пыли и 0,4% молочного жира, нагревают до 40^оС и сепарированием выделяют казеиновую пыль и молочный жир. Затем устанавливают рН сыворотки 4,6. Для этого в 99,2 т оставшейся молочной сыворотки с рН 5,0, содержащей 6,0% СВ, 4,5% лактозы, 0,84% белков, 0,5% минеральных веществ, 0,1% молочного жира, вводят 17,0 т послеспиртовой барды, смесь пастеризуют при 70^оС в течение 15 мин, охлаждают до 28^оС и засевают 3% 12-часовой закваски Streptococcus lactis. Сквашивание осуществляют в течение 12 ч до достижения рН 4,6. Полученную смесь, обогащенную антисептиком низином и молочной кислотой, содержащую 5,54% СВ и 3,83% лактозы, в количестве 116 т направляют на концентрирование под вакуумом. После концентрирования до 15% СВ концентрат в количестве 38,6 т нагревают до 90^оС, выдерживают при этой температуре 40 мин, а затем отделяют белки декантацией, получая 4,6 т лактозно-белкового концентрата. Подготовленный концентрат в количестве 34 т охлаждают до 30^оС, вводят 0,01% формалина и делят на два потока в соотношении 1:2, из которых одну часть направляют на дрожжегенерацию, а две части на брожение. На стадии дрожжегенерации сыворотку пастеризуют при 85^оС, охлаждают до 30^оС, вводят диаммонийфосфат и олеиновую кислоту в количестве 0,05 кг, засевают маточными дрожжами вида Candida pseudotropicalis, гидролизующими лактозу, и осуществляют процесс дрожжегенерации. В конце логарифмической фазы роста дрожжей в бродящую массу вводят больший поток и ведут брожение при 30^оС в течение 40 ч до концентрации спирта 6,8% Бражку с концентрацией спирта 6,8% направляют на перегонку с получение барды, которую разделяют на две части: 50% возвращают в процесс, смешивают с сывороткой, отделенной от жира и казеиновой пыли, для доведения рН до изоэлектрической точки 4,4, а 50% смешивают с отделенными белками, казеиновой пылью и жиром, получая кормовой продукт, содержащий 8% СВ, 2,4% протеина, 0,5% лактозы, 0,2% жира и до 3% органических кислот. Выход спирта составляет 59,18 дал и 1 т лактозы.

П р и м е р 2. Способ осуществляют по примеру 1, только в качестве исходного сырья берут 100 т казеиновой сыворотки с рН 4,3, рН доводят до 4,6 путем введения в смесь сыворотки с бардой раствора едкого натра до необходимого значения рН.

П р и м е р 3. Способ осуществляют по примеру 1, только в качестве сырья берут 100 т творожной сыворотки с рН 4,8. рН устанавливают равным 4,4 путем кратковременной выдержки в смеси с бардой в течение 20 мин.

П р и м е р 4. Способ осуществляют по примеру 1, только в качестве сырья используют подсырную сыворотку с рН 5,5. рН доводят до значения 4,6 путем выдержки ее в смеси с бардой в течение 24 ч, при этом происходит сквашивание и установление необходимого значения рН. Следует отметить, что наиболее оптимальным количеством барды, добавляемой к сыворотке для доведения рН до 4,4-4,6, является половина ее количества. Можно несколько увеличить это значение, например до 55% или уменьшить, например до 45% Однако, если вводить меньше, например 40% то сыворотка будет недостаточно обогащена биологически активными веществами барды и рН не достигнет изоэлектрической точки; если же вводить более 55% то никакого нового эффекта наблюдаться не будет.

Таким образом, предпочтительным количеством вводимой на стадии доведения рН барды является половина ее потока. рН 4,4-4,6 совпадает с изоэлектрической точкой лактозо-альбуминовой фракции белков молочной сыворотки и обеспечивает их быструю коагуляцию.

Таким образом, введение барды позволяет наряду с оптимизацией рН, при которой происходит коагуляция белков сыворотки, обогатить среду биологически активными веществами барды, потребляемой дрожжами в процессе спиртового брожения, в результате чего ускоряется процесс брожения в 1,5 раза по сравнению с прототипом, так как процесс идет в стерильных условиях без нарастания кислотности; использовать в качестве сырья только молочную сыворотку вторичный продукт молочного производства, снизить количество сточных вод за счет утилизации барды и получить высококачественный кормовой продукт, содержащий сухие вещества, протеин, лактозу, органические кислоты, а также улучшить качество этанола за счет чистоты брожения и обогащения его биологически активными веществами молочной сыворотки.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭТИЛОВОГО СПИРТА ИЗ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ, предусматривающий очистку сыворотки от казеиновой пыли и молочного жира, выделение белка, доведение рН в сыворотке до изоэлектрической точки лактоальбуминовой фракции белков, разделение концентрата на два потока, один из которых направляют на дрожжегенерацию, а другой вводят в бродящую массу на стадию главного спиртового брожения в логарифмическую фазу роста дрожжей, перегонку с получением спирта и барды и ректификацию спирта, отличающийся тем, что от полученной послеспиртовой барды отделяют часть, предпочтительно половину, и вводят в очищенную от казеиновой пыли и молочного жира сыворотку, а доведение рН до изоэлектрической точки лактоальбуминовой фракции белков осуществляют в полученной смеси, при этом выделение белка проводят из концентрата сыворотки при данном значении рН с последующим смешиванием выделенных белков, казеиновой пыли и молочного жира с оставшейся частью барды с получением кормового продукта.