Способ производства этилового спирта из зернового сырья

 

Изобретение относится к спиртовой промышленности. Способ осуществляют следующим образом. Зерно увлажняют раствором ферментных препаратов цитолитического действия, выдерживают в течение 2-4 ч при температуре 50-55°С, высушивают до влажности 14-15,5% и разделяют на две фракции: шелуху и эндосперм. Затем фракцию, содержащую эндосперм, смешивают с водой, проводят водно-тепловую обработку и гидролиз. Полученное сусло сбраживают, выделяют спирт из зрелой бражки, а к послеспиртовой барде добавляют фракцию, содержащую шелуху. Способ позволяет улучшить качество спирта и снизить энергозатраты при высоком выходе спирта.

Изобретение относится к спиртовой промышленности.

Известен способ производства этилового спирта из зернового сырья, предусматривающий измельчение зерна без разделения на фракции, смешивание его с водой, водно-тепловую обработку замеса при 140 - 150^oC, охлаждение массы до температуры 58 - 60^oC, сбраживание и выделение спирта из зрелой бражки [1].

Недостатком данного способа являются низкий выход спирта и большое количество примесей в бражке.

Известен способ производства этилового спирта из зернового сырья, предусматривающий отделение шелухи от зерна, приготовление сусла из шелушенного зерна, сбраживание сусла непрерывно-поточным способом в батарее ферментаторов с последующим получением спирта и послеспиртовой барды, добавление к последней отделенной шелухи для использования в качестве кормопродукта, часть барды до смешивания с шелухой разделяют на два потока, один из которых на стадии водно-тепловой обработки смешивают с отделенным от шелухи зерном, а другой направляют на стадию брожения в каждый ферментатор [2].

Недостатком данного способа являются сложность и трудоемкость процесса, а также вывод части крахмала из основного технологического процесса производства этанола с оделенной шелухой.

Наиболее близким к предлагаемому является способ производства этилового спирта из зернового сырья, предусматривающий измельчение зерна, фракционирование его на шелуху и эндосперм, водно-тепловую обработку обеих фракций. Фракцию, содержащую шелуху, нагревают при 150 - 160^oC, а затем охлаждают и гидролизуют смесью амилолитических и цитолитических ферментов, водно-тепловую обработку эндосперма проводят при 65 - 75^oC, гидролизуют амилолитическими ферментами, стерилизуют, затем эндосперм дополнительно гидролизуют (осахаривают) и сбраживают, а полученное после основного гидролиза шелухи сусло разделяют на две части: твердую и жидкую, последнюю возвращают на стадию водно-тепловой обработки и ферментативного гидролиза эндосперма, а твердую добавляют к послеспиртовой барде и используют в качестве кормового продукта [3].

Недостатками данного способа являются недостаточно высокое качество спирта из-за обработки фракции, содержащей шелуху, при высокой температуре с одновременными потерями части крахмала в этой фракции; большие затраты энергии из-за раздельной водно-тепловой обработки и ферментативного гидролиза фракции зерна и шелухи; сложность и трудоемкость процесса.

Задачей данного изобретения является улучшение качества спирта, снижение энергозатрат при высоком выходе спирта.

Сущность изобретения заключается в том, что по способу производства этилового спирта из зернового сырья, включающему отделение фракции, содержащей шелуху, от фракции, содержащей эндосперм, смешивание фракции эндосперма с водой, ее водно-тепловую обработку, гидролиз, сбраживание, для достижения технического результата перед отделением фракции, содержащей шелуху, от фракции, содержащей эндосперм, проводят предобработку зерна путем его увлажнения раствором ферментных препаратов цитолитического действия, отволаживания при 50 - 55^oC с последующей сушкой до влажности 14,0 - 15,5%, а фракцию, содержащую шелуху, смешивают с послеспиртовой бардой.

Предобработка зерна позволяет снизить потери крахмала с отделяемой фракцией, содержащей шелуху, а следовательно, ведет к увеличению выхода спирта. Меняются структурно-механические свойства отдельных анатомических частей зерновки под действием ферментов цитолитического комплекса, ослабевает прочная связь, существующая в необработанном зерне между оболочками и алейроновым слоем, и последний при выделении не переходит во фракцию шелухи. Обработка зерна проходит в мягких условиях, максимальная температура сушки 75^oC, поэтому ухудшение качества спирта за счет термического разложения веществ зерна не происходит.

Выведение из технологического процесса производства спирта фракции, содержащей шелуху, также способствует улучшению качества этанола, т.к. удаляется большая часть содержащихся в оболочках зерна пектиновых веществ - потенциальных источников образования метанола. Кроме того, уменьшаются материальные потоки в ходе производства спирта, это в свою очередь приводит к снижению энергозатрат, а также количества барды. Последнее способствует улучшению экологической обстановки на предприятии.

Данное техническое решение может быть применено как в способе с водно-тепловой обработкой сырья при повышенном давлении, так и в схеме с механико-ферментативной обработкой. Для первого способа эффект выше, т.к. в этом случае за счет удаления из процесса фракции, содержащей шелуху, значительно повышается качество этанола при высоком выходе спирта, а также уменьшаются энергозатраты из-за возможности понижения температуры при водно-тепловой обработке на 20 - 30^oC без снижения выхода спирта.

Способ осуществляется следующим образом. Зерно увлажняют раствором ферментных препаратов цитолитического действия до влажности 18 - 20%, выдерживают в течение 2 - 4 ч при температуре 50 - 55^oC. Затем зерно высушивают до влажности 14,0 -15,5%, в качестве сушильного агента используется воздух, подогретый до температуры 70 - 75^oC. Зерно разделяют на две фракции: шелуху и эндосперм. Фракцию, содержащую эндосперм, измельчают, смешивают с водой, подвергают водно-тепловой обработке при 65 - 75^oC, вводят амилолитические ферменты, осуществляя гидролиз крахмала, затем массу стерилизуют при 80 - 100^oC. Либо водно-тепловую обработку проводят под давлением при 110 - 120^oC, охлаждают до 56 - 58^oC, проводят окончательный гидролиз амилолитическими ферментами (осахаривание). Сусло охлаждают до температуры брожения, сбраживают, брожение ведут непрерывно-поточным способом. Выделяют спирт из зрелой бражки, а к послеспиртовой барде добавляют фракцию, содержащую шелуху. Последняя находится в подготовленном виде для получения кормового продукта высокой энергетической ценности.

Пример 1. В качестве исходного сырья используют рожь. 100 т ржи с крахмалистостью 54% и начальной влажностью 14% увлажняют раствором ферментного препарата Ксилоглюканофоетидина П10Х в количестве 6 м³ (конечная влажность зерна составляет 18,9%), норма задачи ферментного препарата - 10 ед. активности на 1 г некрахмальных углеводов. Отволаживание проводят при температуре 50^oC в течение 3 ч, затем зерно высушивают до влажности 14%. Шелушением разделяют на две фракции: шелуху и эндосперм. Получают 15% шелухи, в которую переходит около 1,5% крахмала против 5-7% без обработки. Фракцию, содержащую эндосперм, подвергают водно-тепловой обработке при 70^oC в течение 1 часа и осуществляют ферментативный гидролиз α-амилазой в количестве 2 ед. АС/г крахмала, затем массу стерилизуют при 90^oC, охлаждают, вводят глюкоамилазу в количестве 7,5 ед. ГлС/г крахмала для окончательного гидролиза, который проводят в течение 30 мин. Сусло направляют на брожение, сбраживают, выделяют спирт, а в барду добавляют фракцию, содержащую шелуху.

При этом количество метанола в отгонах бражки снижается на 40%. Выход спирта составляет 66,9 дал/т условного крахмала.

Пример 2. Процесс предобработки зерна ведут по примеру 1. Однако в качестве сырья для производства спирта используют пшеницу с крахмалистостью 53% и начальной влажностью 15,0%, отволаживание проводят при температуре 55^oC в течение 2,5 ч. Зерно высушивают до влажности 15,0%. В 15%-ную фракцию шелухи переходит менее 1,5% крахмала против 3-5% без обработки.

Количество метанола в отгонах бражки снижается на 38%, выход спирта составляет 66,5 дал/т условного крахмала.

Пример 3. Процесс предобработки зерна ведут по примеру 1, только используют рожь влажностью 15,5%, отволаживание проводят при температуре 52^oC в течение 3,5 ч. Получение сусла осуществляют по технологии с водно-тепловой обработкой под давлением. Водно-тепловую обработку фракции, содержащей эндосперм, проводят при температуре 110^oC в течение 40 минут, затем охлаждают, вводят амилолитические ферменты, проводят гидролиз крахмала в одну стадию.

Количество метанола в отгонах бражки снижается на 46%. Выход спирта из 1 т условного крахмала составляет в этом случае 65,3 дал.

Предлагаемый способ позволяет значительно повысить качество спирта за счет выведения из технологического процесса фракции, содержащей шелуху, а также снизить энергозатраты. При этом некрахмальные полисахариды переходят в более подготовленном виде в кормопродукт по сравнению с прототипом, а выход спирта из единицы сырья остается высоким из-за снижения потерь крахмала во фракции, содержащей шелуху.

Источники информации 1. Технология спирта. / В.Л. Яровенко, В.А.Маринченко, В.А.Смирнов и др. ; Под ред. Проф. В.Л.Яровенко. - М.: Колос, 1999. - 464 с.

2. Патент РФ N 2127760, C 12 P 7/06, 1999.

3. Патент РФ N 2041950, C 12 P 7/06, 1995.

Формула изобретения

Способ производства этилового спирта из зернового сырья, включающий отделение фракции, содержащей шелуху, от фракции, содержащей эндосперм, смешивание фракции эндосперма с водой, ее водно-тепловую обработку, гидролиз, сбраживание, отличающийся тем, что перед отделением фракции, содержащей шелуху, от фракции, содержащей эндосперм, проводят предобработку зерна путем его увлажнения раствором ферментных препаратов цитолитического действия, отволаживания при 50 - 55^oС с последующей сушкой до влажности 14,0 - 15,5%, а фракцию, содержащую шелуху, смешивают с послеспиртовой бардой.