Способ производства этилового спирта

Изобретение относится к спиртовой промышленности, а именно к способу производства спирта из зерна. Способ предусматривает ИК-обработку зерна при плотности лучистого потока Е=16-18 кВт/м² в течение 40-50 с, последующее измельчение зерна и приготовление замеса. В полученный замес вносят ферменты разжижающего действия в количестве 0,5-1,0 ед. АС на 1 г условного крахмала сырья и осахаривающего действия 4,5-5,0 ед. ГлА на 1 г условного крахмала сырья. Обработку замеса осуществляют при 56-58°С, рН 5,0-5,5 в течение 3-4 ч. Полученное осахаренное сусло сбраживают в течение 40-48 ч. Бражку перегоняют с получением этилового спирта и послеспиртовой барды. Барду разделяют на твердую и жидкую фазы. Весь объем жидкой фазы используют для приготовления замеса, а твердую фазу направляют на получение кормопродукта. Изобретение позволяет повысить выход спирта за счет доосахаривания декстринов, а также за счет глубоких биохимических изменений в зерне на стадии его ИК-нагрева улучшить качество кормопродукта.

 

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

Известен способ производства этилового спирта, предусматривающий ИК-обработку зерна при плотности лучистого потока 22-24 кВт/м² в течение 25-35 с, смешивание горячего зерна с водой до температуры 65-70°С, диспергирование замеса в роторно-пульсационном аппарате, его последующую пастеризацию при температуре 80-90°С в течение 10-15 мин, осахаривание массы и сбраживание сусла в течение 40-48 ч [1].

Недостатками данного способа являются многоступенчатость и сложность аппаратурного оформления процесса, предусматривающего включение в схему производства не типового оборудования - роторно-пульсационных аппаратов. Данное оборудование повышает требования к очистке зерна, снижает стабильность технологического цикла. Также способ характеризуется пониженным выходом спирта за счет потерь сбраживаемых углеводов на стадии пастеризации, в нем не решен вопрос утилизации послеспиртовой барды.

Наиболее близким к предлагаемому является способ производства этилового спирта, предусматривающий ИК-обработку зерна при плотности лучистого потока 16-18 кВт/м² в течение 40-50 с, его измельчение, характеризующееся 95-100%-ным проходом через сито с d=1 мм, смешивание помола с водой, внесение комплекса ферментных препаратов, включающего ферменты разжижающего действия в количестве 1,5-2,0 ед. АС на 1 г условного крахмала сырья, осахаривающего действия в количестве 5,5-6,5 ед. ГлА на 1 г условного крахмала сырья и протеолитического действия в количестве 0,01-0,02 ед. ПС на 1 г белка сырья, обработку замеса при 56-58°С в течение 3-4 ч [2].

Недостатками данного способа являются большие объемы неутилизируемой послеспиртовой барды, приводящие к ухудшению экологической обстановки вокруг предприятий, повышенные расходы дорогостоящих ферментных препаратов, пониженный выход спирта.

Техническим результатом на достижение которого направлено заявленое изобретение является повышение эффективности использования основного сырья спиртового производства за счет полной утилизации послеспиртовой барды, снижение энергозатрат, удешевление производства, повышение выхода спирта и качества кормопродукта.

Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что способ производства этилового спирта, характеризуется тем, что предусматривает пК-обработку зерна, приготовление замеса с внесением ферментных препаратов разжижающего действия в количестве 0,5-1,0 ед. АС на 1 г условного крахмала сырья и осахаривающего действия в количестве 4,5-5,0 ед. ГлА на 1 г условного крахмала сырья, обработку замеса в течение 3-4 часов при температуре 56-58°С и рН 5,0-5,5 с получением осахаренного сусла, введение в осахаренное сусло дрожжей и сбраживание в течение 40-48 часов с получением бражки, перегонку бражки с получением этилового спирта и послеспиртовой барды, которую разделяют на жидкую и твердую фазы, причем всю жидкую фазу используют при приготовлении замеса, а твердую фазу направляют на получение кормопродукта.

Для повышения эффективности использования основного сырья спиртового производства применяется выработка из него нескольких конечных продуктов, к примеру этилового спирта и кормопродуктов. Последние получают из отходов производства - послеспиртовой барды.

Основной путь ее утилизации - сушка. Причем сушка барды в натуральном виде связана с большим расходом топлива, так как в зависимости от содержания сухих веществ в барде количество удаляемой влаги при сушке находится в пределах 85-95 кг на 100 кг барды. Поэтому более эффективный путь - разделение послеспиртовой барды на жидкую и твердую фазы. Жидкую фазу используют на различных этапах технологического процесса, твердую подвергают сушке. Объем возвращаемой в технологию этанола жидкой фазы зависит в первую очередь от ее микробиологических показателей, которые определяются содержанием в зерне микроорганизмов и их степенью устойчивости к термообработке. При высокотемпературном воздействии в процессе разваривания замеса значительная часть микроорганизмов сырья погибает.

Использование жидкой фазы, полученной после разделения послеспиртовой барды, в процессе производства этанола, основанного на низкотемпературных энерго - и ресурсосберегающих способах обработки затора, ведет к инфицированию сред и, как следствие, к снижению выхода и понижению качества спирта. Связано это с тем, что основные группы микроорганизмов, содержащиеся в исходном зерне при данных режимах обработки (температура 56-58°С) сохраняют свою жизнеспособность.

ИК-обработка зерна при плотности лучистого потока Е=16-18 кВт/м² в течение 40-50 с позволяет получить микробиологически чистое сырье, так как быстрый нагрев зерновки до 130-140°С приводит к гибели как внешней, так и внутренней микрофлоры.

При переработке ИК-обработанного зерна по низкотемпературным (56-58°С) режимам получения сусла процесс не сопровождается инфицированием сред за счет микроорганизмов сырья, что позволяет получить барду, характеризующуюся высокими характеристиками.

После разделения барды жидкую фазу в 100%-ном объеме ее выработки задают на замес.

Жидкая фаза барды содержит необходимые для развития дрожжей аминокислоты, поэтому отпадает необходимость дополнительного внесения в замес ферментных препаратов протеолитического действия в количестве 0,01-0,02 ед. ПС на 1 г белка сырья.

Использование жидкой фазы барды на замес вместо воды (по прототипу) снижает pH с 6,0-6,5 до 5,0-5,5, а это ведет к понижению вязкости сред и, как следствие, к возможности снижения расхода ферментных препаратов разжижающего действия до 0,5-1,0 ед. АС на 1 г условного крахмала сырья.

Снижение pH замеса позволяет также уменьшить норму внесения препаратов осахаривающего действия до 4,5-5,0 ед. ГлА на 1 г условного крахмала сырья, так как они проявляют большую активность в слабокислой зоне среды, чем в нейтральной.

В целом данный способ позволит сохранить расход дорогостоящих ферментных препаратов, что удешевит производство.

В жидкой фазе барды присутствуют декстрины различного молекулярного веса, которые не сбраживаются дрожжами, но при повторном прохождении через технологический процесс подвергаются действию амилолитических ферментов с образованием дополнительного количества сбраживаемых углеводов, что ведет к повышению выхода спирта из 1 т условного крахмала сырья.

Кроме того, в результате ИК-обработки зерна при указанных режимах в нем протекают глубокие биохимические изменения, сопровождающиеся процессами деструкции углеводов сырья, денатурации в его белковом комплексе. Данные изменения приводят к повышению усвояемости получаемого из твердой фазы барды кормопродукта.

Таким образом, хотя использование жидкой фазы барды на стадии приготовления замеса известно, ее применение в способе получения этилового спирта из зерна, прошедшего стадию ИК-обработки, дает новый технический результат - позволяет перерабатывать сырье по низкотемпературным режимам получения сусла без ухудшения его микробиологических характеристик по сравнению со способами, предусматривающими высокотемпературную обработку технологических сред. Это приводит, во-первых, к значительному снижению энергозатрат, удешевлению производства, повышению выхода спирта за счет снижения потерь сбраживаемых углеводов при водно-тепловой и ферментативной обработке сырья при 85-90°С, сопровождается повышением качества кормопродукта.

Способ осуществляют следующим образом.

Зерно с влажностью 12,0-16,0% подвергают ИК-обработке при плотности лучистого потока Е=16-18 кВт/м² в течение 40-50 с. Затем обработанное зерно измельчают по одноступенчатой схеме дробления с использованием молотковой дробилки или вальцевого станка. Степень измельчения характеризуется 95-100%-ным проходом через сито с d=1 мм. Далее для приготовления замеса помол смешивают с жидкой фазой барды, гидромодуль составляет 1:3-1:4; рН 5,0-5,5. Температура используемой жидкой фазы выбирается с таким расчетом, чтобы конечная температура замеса после ввода комплекса ферментных препаратов составила 56-58°С. В качестве ферментов используют ферменты разжижающего действия в количестве 0,5-1,0 ед. АС на 1 г условного крахмала сырья, осахаривающего действия в количестве 4,5-5,0 ед. ГлА на 1 г условного крахмала сырья. Продолжительность обработки замеса при температуре 56-58°С составляет 3-4 ч. Полученное осахаренное сусло охлаждают, вводят дрожжи и сбраживают в течение 40-48 ч. Бражку перегоняют с получением этилового спирта и послеспиртовой барды. Барду разделяют на жидкую и твердую фазы. Весь объем жидкой фазы используют для приготовления замеса, твердую фазу направляют на получение кормопродукта.

Пример 1. В качестве исходного сырья использовали зерно пшеницы, имеющее влажность 13,8% и крахмалистость 55,9%. 10 т пшеницы подвергали ИК-обработке при плотности лучистого потока Е=16-18 кВт/м² в течение 50 с. После ИК-обработки зерно измельчали до 100%-ного прохода через сито с d=1 мм. Далее помол смешивали с жидкой фазой барды, которую получали после разделения послеспиртовой барды. Гидромодуль зерножидкая фаза составлял 1:4. 3 замес вносили ферментные препараты: разжижающего действия - 1,0 ед. АС на 1 г условного крахмала сырья; осахаривающего действия - 5,0 ед. ГлА на 1 г условного крахмала сырья. Процесс обработки сырья вели при 56-58°С, рН 5,5 в течение 4 ч. Далее в охлажденное осахаренное сусло вводили дрожжи в количестве 10% от объема сусла. Процесс брожения осуществляли при температуре 28°С, продолжительность брожения составляла 40 ч.

Эффективность использования зерна по сравнению с прототипом возросла на 65%.

Экономия ферментных препаратов составила: разжижающего действия - 30%, осахаривающего действия - 10%, протеолитического действия - 100%.

Выход спирта повысился на 0,2 дал на 1 т условного крахмала сырья.

Пример 2. В качестве исходного сырья использовали зерно ржи, имеющее влажность 14,5% и крахмалистость 54,5%. 10 т ржи подвергали ИК-обработке при плотности лучистого потока Е=16-18 кВт/м² в течение 45 с. После ИК-обработки зерно измельчали до 95%-ного прохода через сито с d=1 мм. Далее помол смешивали с жидкой фазой барды при гидромодуле 1:4. В замес вносили ферментные препараты: разжижающего действия - 0,5 ед. АС на 1 г условного крахмала сырья; осахаривающего действия - 4,5 ед. ГлА на 1 г условного крахмала сырья. Далее процесс вели аналогично примеру 1.

Эффективность использования зерна по сравнению с прототипом возросла на 67%.

Экономия ферментных препаратов составила: разжижающего действия - 50%, осахаривающего действия - 20%, протеолитического действия - 100%

Выход спирта повысился на 0,05 дал на 1 т условного крахмала сырья.

Пример 3. Процесс вели аналогично примеру 1 при гидромодуле зерно: жидкая фаза 1:3 и рН обработки сырья равным 5,0.

Эффективность использования зерна по сравнению с прототипом возросла на 66%.

Экономия ферментных препаратов составила: разжижающего действия - 30%, осахаривающего действия - 10%, протеолитического действия - 100%.

Выход спирта повысился на 0,1 дал на 1 т условного крахмала сырья.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволит повысить эффективность использования основного сырья спиртового производства на 65-67% за счет полной утилизации отхода производства, причем получаемого в значительных объемах (на 1 тыс. дал спирта в среднем 120-130 м³). Одновременно улучшится экологическая обстановка спиртового предприятия. Также способ позволит сократить расход дорогостоящих ферментных препаратов разжижающего и осахаривающего действия и отказаться от использования ферментов протеолитического действия, что удешевит производство. Также за счет доосахаривания декстринов сырья повышается выход спирта, а за счет глубоких биохимических изменений в зерне на стадии его ИК-нагрева - улучшит качество кормопродукта.

Литература

1. Патент РФ №2221872, 2004, С12Р 7/06.

2. Патент РФ №2265663, 2005, С12Р 7/06.

Способ производства этилового спирта, характеризующийся тем, что предусматривает ИК-обработку зерна, приготовление замеса с внесением ферментных препаратов разжижающего действия в количестве 0,5-1,0 ед. АС на 1 г условного крахмала сырья и осахаривающего действия в количестве 4,5-5,0 ед. ГлА на 1 г условного крахмала сырья, обработку замеса в течение 3-4 ч при температуре 56-58°С и рН 5,0-5,5 с получением осахаренного сусла, введение в осахаренное сусло дрожжей и сбраживание в течение 40-48 ч с получением бражки, перегонку бражки с получением этилового спирта и послеспиртовой барды, которую разделяют на жидкую и твердую фазы, причем всю жидкую фазу используют при приготовлении замеса, а твердую фазу направляют на получение кормопродукта.