Способ производства этилового спирта

 

Изобретение относится к спиртовой промышленности. Способ предусматривает ИК-обработку зерна при плотности лучистого потока 22-24 кВт/м² в течение 25-35 с с нагревом его до температуры 130-145^oС. Затем горячее зерно с температурой 130-145^oС смешивают с водой, осуществляя охлаждение замеса до температуры 65-70^oС. Далее замес диспергируют в роторно-пульсационном аппарате. Диспергированный замес пастеризуют при температуре 80-90^oС в течение 10-15 мин. Затем проводят осахаривание массы, полученное сусло сбраживают в течение 40-48 ч и перегоняют. Изобретение позволит интенсифицировать процесс, снизить энерго- и теплозатраты и себестоимость спирта.

Изобретение относится к спиртовой промышленности, а именно к способам производства этилового спирта из крахмалсодержащего сырья.

Известен способ производства этилового спирта, предусматривающий измельчение крахмалсодержащего сырья, смешивание его с водой и приготовление водной суспензии, тепловую обработку суспензии, а именно предварительный ее нагрев при 40-45^oС и высокотемпературное разваривание при 135-150^oС и давлении 0,6 МПа в течение 40-60 минут, охлаждение и осахаривание полученной массы ферментными препаратами, охлаждение и сбраживание сусла, перегонку образующейся бражки (1).

К недостаткам данного способа относятся высокие теплозатраты на нагрев затора, длительность процесса сбраживания, большой расход дорогостоящих ферментных препаратов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ производства этилового спирта, предусматривающий измельчение зерна, смешивание измельченного зерна с водой и ферментным препаратом и предварительное разжижение замеса при температуре 40-45^oС. Потом замес нагревают до 60-65^oС и проводят последующее диспергирование водной суспензии крахмалсодержащего сырья в роторно-пульсационном аппарате. Далее полученную массу нагревают до 80-90^oС и выдерживают при данной температуре в течение 20-30 минут для пастеризации. Затем проводят осахаривание массы, сбраживание сусла в течение 72 часов и перегонку бражки (2).

Недостатками данного способа являются высокие энерго- и теплозатраты, связанные с необходимостью измельчения зерна и подогревом замеса для его водно-тепловой обработки и пастеризации, большой расход дорогостоящих ферментных препаратов разжижающего действия, длительность процесса сбраживания.

Задачей данного изобретения является снижение энерго- и теплозатрат, интенсификация процесса, снижение себестоимости спирта за счет экономии дорогостоящих ферментных препаратов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе производства этилового спирта из зернового сырья, предусматривающем смешивание зерна с водой, диспергирование замеса в роторно-пульсационном аппарате, пастеризацию массы, ее осахаривание, сбраживание сусла и перегонку, перед смешиванием зерна с водой осуществляют ИК-обработку зерна при плотности лучистого потока 22-24 кВт/м² в течение 25-35 с нагревом его до температуры 130-145^oС, при смешивании зерна с водой осуществляют охлаждение замеса до температуры 65-70^oС, пастеризацию диспергированного замеса осуществляют при температуре 80-90^oС в течение 10-15 минут, а сбраживание осуществляют в течение 40-48 часов.

Предобработка зерна перед диспергированием с использованием ИК-облучения приводит к резкому снижению прочности зерновки и уменьшению плотности зерновой массы, так как процесс нагрева зерна инфракрасными лучами в заданном режиме осуществляется однородно по всему объему зерновки без перегрева поверхности и вызывает термодиффузионный поток влаги. Происходит ее внутренний нагрев, возникает избыточное давление внутри каждого отдельного зерна, меняется способность зерна к дроблению: при измельчении зерна на молотковой дробилке сила, необходимая для разрушения частиц, составляет 120-130 Н, после ИК-обработки она снижается в 4-5 раз.

Специфические свойства ИК-излучения в режиме высокотемпературной ИК-обработки проявляются и в интенсификации процессов биохимических превращений вследствие резонансного воздействия поглощаемой энергии на связи в молекулах полимеров. Осуществляется термодеструкция крахмала, приводящая к накоплению в зерне декстринов. Высокотемпературный нагрев зерна при ИК-обработке повышает и микробиологическую чистоту сырья.

В целом, зерно, прошедшее ИК-обработку, не требует измельчения, а может быть непосредственно смешано с водой и направленно в роторно-пульсационный аппарат. Таким образом, из технологического процесса исключается достаточно энергоемкая операция - измельчение (на размол 1 т зерна нужно затратить в среднем 70-90 кДж электроэнергии).

Варьирование времени обработки зерна зависит от его начальной влажности. Режимы обработки даны для зерна с влажностью 12,0-16,0%.

Зерно, подвергнутое ИК-обработке при плотности лучистого потока Е=22-24 кВт/м² в течение 25-35 с, нагревается до 130-145^oС. А поэтому для достижения требуемой температуры замеса, равной 65-70^oС, при гидромодуле сырье:вода 1: 3,5-1:4,0 тепловые затраты на замес среды снижаются в 2-2,5 раза.

Дополнительное снижение тепловых затрат связано и с возможностью сокращения времени пастеризации полученной массы при 90^oС с 20-30 минут до 10-15 минут за счет повышения микробиологической чистоты зерна.

Биохимические превращения, происходящие в зерне под действием ИК-обработки, сопровождаются деструктуризацией полимеров, в частности крахмала, что дает возможность исключить использование ферментных препаратов разжижающего действия (норма дозировки составляет 2,0-2,5 ед АС на 1 г условного крахмала-сырья), а также получить сусло, характеризующееся повышенным содержанием низкомолекулярных соединений:сахаров и аминного азота, что приводит к интенсификации процесса брожения, снижает продолжительность до 40-48 часов.

Способ осуществляется следующим образом.

Зерно с влажностью 12,0-16,0% подвергают ИК-обработке при плотности лучистого потока Е=22-24 кВт/м² в течение 25-35 с. Процесс осуществляют с использованием аппарата УТЗ-4 (установка для термообработки растительного сырья ИК-излучением), описанного в Патенте РФ (3). Затем горячее зерно с температурой 130-145^oС смешивают с водой при гидромодуле 1:3,5-1:4,0. Температура используемой воды выбирается с таким расчетом, чтобы конечная температура замеса составляла 65-70^oС. Далее замес диспергируют в роторно-пульсационном аппарате (4). Обработанная суспензия направляется на пастеризацию, которая происходит при 80-90^oС в течение 10-15 минут. Прошедшую тепловую обработку массу охлаждают, вносят в нее ферментные препараты осахаривающего действия (7,5-9,0 ед ГлА на 1 г условного крахмала-сырья), проводят осахаривание. Полученное сусло сбраживают в течение 40-48 часов, бражку перегоняют с получением этилового спирта.

Пример 1. В качестве исходного сырья использовали зерно пшеницы, имеющее влажность 13,5% и крахмалистость 54,5%. 10 т пшеницы подвергали ИК-обработке при плотности лучистого потока Е=22-24 кВт/м² в течение 30 с. После ИК-обработки зерно прогревалось до температуры 140^oС. Далее его смешивали с водой при гидромодуле зерно:вода, равном 1:4,0. На замес использовали воду, имеющую температуру 52^oС. Температура самого замеса составила 70^oС. Замес направляли для диспергирования в роторно-пульсационный аппарат. Обработанная в роторно-пульсационном аппарате суспензия поступала в приемную емкость, из которой ее передавали на тепловую контактную головку варочной станции, в которой полученная масса нагревалась, а затем выдерживалась 10 минут при 90^oС для пастеризации. Полученную массу охлаждали до 56-58^oС, задавали 8,0 ед ГлА на 1 г условного крахмала-зерна (препарат САН Супер) и проводили осахаривание в течение 30 минут. Далее в осахаренное сусло вносили дрожжи в количестве 10% от объема сусла. Процесс брожения осуществляли при температуре 28^oС, продолжительность брожения составила 48 часов.

По завершении процесса брожения производили отгонку образовавшегося спирта на брагоректификационной установке, качество которого соответствовало сорту "Экстра".

Энергозатраты процесса по сравнению с прототипом снизились на 10-12%, теплозатраты - на 15-17%.

Пример 2. В качестве исходного сырья использовали зерно ржи, имеющее влажность 15,0% и крахмалистость 55,0%. 10 т ржи подвергали ИК-обработке при плотности лучистого потока Е=22-24 кВт/м² в течение 35 с. После ИК-обработки зерно имело температуру 145^oС. Его смешивали с водой при гидромодуле зерно: вода, равном 1: 3,5. На замес использовали воду, имеющую температуру 42^oС. Температура самого замеса составила 65^oС.

Далее процесс вели аналогично примеру 1.

Энергозатраты процесса по сравнению с прототипом снизились на 9-10%, теплозатраты - на 22-25%.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволит значительно снизить энергозатраты на 10-15% и теплозатраты на 15-25%. При этом способ не требует использования ферментных препаратов, применяемых на стадии предобработки сырья, что снизит себестоимость продукции. Одновременно ускоряется процесс сбраживания с 72 до 40-48 часов.

Литература 1 Регламент производства спирта из крахмалистого сырья, М., 1979, ч.1, с.27-51.

2 Патент РФ 2138555, 1999, С 12 Р 7/06.

3 Патент РФ 2134995, 1999, A 23 L 1/8, 1/20.

4 Международная заявка PCT/Ru 96/00297, кл. В 01 F 7/00.

Формула изобретения

Способ производства этилового спирта из зерна, предусматривающий смешивание зерна с водой, диспергирование замеса в роторно-пульсационном аппарате, пастеризацию массы, ее осахаривание, сбраживание сусла и перегонку, отличающийся тем, что перед смешиванием зерна с водой осуществляют ИК-обработку зерна при плотности лучистого потока 22-24 кВт/м² в течение 25-35 с с нагревом его до температуры 130-145°С, при смешивании зерна с водой осуществляют охлаждение замеса до температуры 65-70°С, пастеризацию диспергированного замеса осуществляют при температуре 80-90°С в течение 10-15 мин, а сбраживание сусла проводят в течение 40-48 ч.