Способ производства этилового спирта из топинамбура

 

Изобретение относится к спиртовой промышленности. Клубни топинамбура измельчают. Измельченную массу гидролизуют под действием собственных инулиназ сырья в течение 2-3 ч. Инулиназы сырья активированы ионами Са⁺². Сусло асептируют формалином. Далее производственные дрожжи готовят путем поэтапного пересева на среды со снижением в них доли традиционного крахмалосодержащего компонента. Изобретение позволит упростить процесс, интенсифицировать отдельные технологические фракции и улучшить качество бражки.

Изобретение относится к спиртовой промышленности, а именно к способу производства этилового спирта из топинамбура.

Известен способ производства этилового спирта из топинамбура, предусматривающий измельчение клубней, подогрев измельченной массы, выдержку, охлаждение до температуры брожения, введение дрожжей и сбраживание [Климовский Д.Н., Стадников В.Н. Технология спирта. - М.: Пищепромиздат, 1955, с.278].

Недостатком этого способа является длительность процесса сбраживания и невысокий выход спирта. Так как содержащаяся в сырье инулиназа нетермостабильна и значительно инактивируется в ходе технологического процесса, а спиртовые дрожжи S. cerevisiae не содержат данного фермента, что не позволяет полно и глубоко деполимеризовать полифруктозы топинамбура.

Известен способ производства этилового спирта из топинамбура, включающий кислотный гидролиз измельченной массы минеральной кислотой и сбраживание дрожжами [Реферат "Получение этанола из клубней топинамбура", опубликованный в журнале РЖ "Биотехнология", выпуск 26Е, 1985, РЕФЕРАТ 5 E 386].

К недостаткам известного способа относится то, что при производстве спирта по описываемой технологии процесс осахаривания ведут в жестких условиях (pH= 2,0; t=124^oC), что сопровождается деградацией образовавшейся фруктозы, ведет к снижению выхода спирта из единицы сырья при одновременном ухудшении качества бражки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ производства этилового спирта из топинамбура, включающий измельчение клубней, кислотный гидролиз в мягких условиях (разбавленной серной кислотой при температуре 45^oC) при одновременном асептировании сусла. Далее сусло нагревают до температуры 75-85^oC, гомогенизируют в течение 3-4 часов, охлаждают и сбраживают [Авторское свидетельство 2064503, 03.06.94. МКИ⁶ : C 12 P 7/06].

К недостаткам известного способа относятся его сложность и пониженное качество бражки, т.к. процесс деполимеризации полифруктозидов (гидролиз) топинамбура идет под действием минеральной кислоты и механического воздействия.

Техническим результатом настоящего изобретения является значительное упрощение процесса, интенсификация отдельных технологических стадий, улучшение качества бражки за счет повышения в ней содержания этанола и снижения содержания летучих примесей.

Для этого в способе производства спирта из топинамбура гидролиз измельченной массы идет под действием собственных инулиназ сырья при оптимальных параметрах процесса (pH=5,6-6,0, что соответствует естественному значению кислотности сока из топинамбура и температуре 50-55^oC) в течение 2-3 часов.

Для дополнительной активации ферментов в среду вводят ионы Ca⁺² в виде сульфата. При этом степень гидролиза полифруктозидов достигает 70-80%. Сбраживание сусла ведут спиртовыми дрожжами S. cerevisiae поэтапно адаптированными при пересевах к нетрадиционному для них инулинсодержащему сырью. При сбраживании идет одновременно дальнейшее образование фруктозы из инулина под действием инулиназ топинамбура (pH среды не меняется, вместо подкисления сусла для поддержания асептических условий процесса проводят его обработку формалином) и превращение ее под действием ферментов спиртовых дрожжей в этанол. В бражке накапливается максимальное количество спирта при минимальном содержании летучих примесей. Последние образуются при жестких режимах обработки топинамбура и снижении кислотности сусла.

Способ осуществляют следующим образом. Топинамбур моют, измельчают, измельченное сырье смешивают с водой, добавляют соль сульфата кальция. Измельченную массу гидролизуют под действием собственных инулиназ при естественном pH среды самого топинамбура, температура 50-55^oC в течение 2-3 часов.

Далее производственные дрожжи готовят путем поэтапного пересева на среды со снижением в них доли традиционного крахмалосодержащего компонента.

На первом этапе готовят солодовое сусло с концентрацией 11% с. в., вводят засевные дрожжи.

Выращивание проводят при 28-30^oC в течение 20-24 часов. Дальнейшее размножение дрожжей ведут на средах с постепенной увеличивающейся долей замены солодового сусла на фильтрат гидролизата топинамбура, полученный на стадии гидролиза.

Последний этап выращивания дрожжей ведут на чистом фильтрате гидролизата топинамбура. После гидролиза сусло из топинамбура охлаждают до 22-24^oC, вносят для асептирования формалин, задают 10% от объема сусла промышленных дрожжей и направляют на брожение.

Пример 1. Для приготовления 1000 дал в сутки этилового спирта 77430 кг топинамбура с содержанием сбраживаемых углеводов 21% и влаги 70% измельчают на дробилке до частиц размером не более 3 мм, затем смешивают с водой в соотношении 1:0,5, задают 0,01% CaSO₄ от массы топинамбура. Проводят ферментативный гидролиз в течение 2 часов при 55^oC.

Для приготовления производственных дрожжей отбирают 10% гидролизата, отделяют его от твердых частиц, стерилизуют в течение 20 минут при 0,05 МПа. Первый этап выращивания производственных дрожжей ведут на стерильном солодовом сусле, второй - 70% солодового сусла и 30% гидролизата топинамбура, третий - 30% солодового сусла и 70% гидролизата топинамбура, четвертый - на гидролизате топинамбура.

Концентрация полученного сусла на всех стадиях составляет 11% с.в. Температура размножения - 28^oC, продолжительность 24 часа.

Приготовленные производственные дрожжи вносят в сусло из топинамбура, охлажденное до 22^oC и асептированное формалином (из расчета 0,75% к объему сусла 4% раствора формалина). Засев дрожжей составляет 10% от объема сусла. Процесс брожения осуществляют при 28^oC, выход спирта 61,5 дал из 1 т условного инулина топинамбура, продолжительность процесса брожения 48 часов.

Пример 2. Процесс осуществляют аналогично примеру 1, но с тем отличием, что гидромодуль сырье : вода составляет 1:0,25, ферментативный гидролиз ведут в течение 3 часов при 50^oC.

Выход спирта 59,5 дал из 1 т условного инулина топинамбура, продолжительность процесса брожения 48 часов.

Пример 3. Процесс осуществляют аналогично примеру 1, но с тем отличием, что выращивание производственных дрожжей ведут в три стадии. Вторая и третья стадии заменены одной, состав среды - 50% солодового сусла и 50% гидролизата топинамбура.

Выход спирта 61,0 дал из 1 т условного инулина.

Следует отметить, что в известном способе (прототипе) гидролиз инулина происходит в две стадии: обработка кислотой в течение 2 часов и гомогенизация на протяжении 3-4 часов. Такая технология предусматривает использование оборудования, выдерживающего соприкосновения с агрессивной средой, связана с большими энергозатратами. Одновременно бражка содержит меньше этанола (гидромодуль сырье : кислота составляет 1:0,75) и больше летучих примесей за счет снижения кислотности сусла. Предлагаемая технология значительно упрощает процесс, интенсифицирует стадию гидролиза путем использования активаторов (ионов Ca⁺²) инулиназ сырья и создания для них оптимальных параметров. Поддержание pH среды на уровне 5,6-6,0 не позволяет усилить действие пектолических ферментов топинамбура, а следовательно, создать условия для накопления в бражке летучих примесей, в частности метанола. Гидромодуль сырье : вода составляет 1 : 0,25 - 1 : 0,5, что увеличивает содержание этанола в бражке.

Формула изобретения

Способ производства этилового спирта из топинамбура, предусматривающий измельчение клубней, гидролиз измельченной массы, охлаждение и асептирование сусла, отличающийся тем, что гидролиз осуществляют под действием собственных инулиназ сырья, активированных ионами Са⁺² в течение 2 - 3 ч, асептирование сусла проводят формалином, при этом приготовление производственных дрожжей ведут путем поэтапного пересева на среды со снижением в них доли традиционного крахмалосодержащего компонента.