Способ производства бражного дистиллята
Изобретение относится к химической промышленности, в частности к способам синтеза кислородсодержащих химических соединений на основе ферментативной или бродильной переработки органического сырья, и может быть использовано при производстве ациклических композиций преимущественно этилового спирта. Способ включает предварительную подготовку органического углеводсодержащего сырья, его сбраживание с использованием культуры дрожжей Saccharomyces cerevisiae, раса XII, и перегонку полученной при этом бражки. Предварительную подготовку сырья проводят путем последовательного измельчения и приготовления его водной суспензии с одновременной термообработкой, термостатированием и комплексной ферментацией. Сбраживание осуществляют анаэробно в условиях облучения источником ИК-излучения при температуре 29-30°С в течение 60-72 часов. В процессе сбраживания осуществляют периодическое перемешивание воздействием ультразвука. В процессе приготовления водной суспензии термообработку осуществляют путем добавления воды с температурой 95-100°С в течение 3-5 минут, а термостатирование - путем добавления воды с температурой 50-60°С в течение 15-20 минут. Использование изобретения позволит унифицировать процесс производства этанола. 3 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к химической промышленности, а более конкретно к способам синтеза кислородсодержащих химических соединений на основе ферментативной или бродильной переработки органического сырья и может быть использовано при производстве ациклических композиций преимущественно этилового спирта.
Известен способ получения хлебного спирта, предусматривающий смешивание сырья с водой, тепловую обработку, ферментацию, сбраживание сусла с использованием дрожжей Saccharomyces cerevisiae XII, дистилляцию в ректификационной установке, см., пат. BG, кл. С12Р 1/865, №50336, опубликован 15.07.1992. Недостатком этого способа является неполный выход спирта из сырья по причине недостаточной гранулометрической и термической обработки сырья на стадии его предварительной подготовки.
Известен способ производства этилового спирта, предусматривающий измельчение сырья, смешивание его с водой, тепловую обработку массы, ферментативное осахаривание с получением сусла, приготовление засевных дрожжей Saccharomyces cerevisiae и сбраживание сусла, при этом перед тепловой обработкой осуществляют гомогенизацию массы в течение 4-24 ч, а тепловую обработку проводят при 75-95°С, перед тепловой обработкой осуществляют гомогенизацию массы в течение 4-24 ч, а тепловую обработку проводят при 75-95°С, см., пат. RU, кл. С12Р 7/06, №2072693, опубликован 27.01.1997. Способ характеризуется высокой степень кондиционирования исходного сырья, однако применение указанных засевных дрожжей не всегда является эффективным.
Известен способ получения спирта, основанный на сбраживании молочной сыворотки и дополнительного утлеводсодержащего сырья, для сбраживания которого используют культуру дрожжей Saccharomyces cerevisiae, раса XII, и перегонке полученной при этом бражки в спирт, при этом соотношение молочной сыворотки и дополнительного углеводсодержащего сырья устанавливают в диапазоне 1:10-1:20, см., пат. RU, кл. С12Р 7/06, №2118368, опубликован 27.08.1998. Указанный известный объект изобретения - способ принят в качестве прототипа как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату аналог. Данный способ позволяет снизить энергозатраты, трудоемкость и длительность технологического процесса и не требует дополнительного специализированного оборудования.
Недостатком прототипа является ограниченная возможность его применения для разнообразных типов исходного сырья. По существу он является специфическим и предназначен для переработки только молочной сыворотки, которая не нуждается в тщательной предварительной подготовке. Указанные недостатки прототипа не позволяют использовать его для целей предлагаемого способа.
Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, который выражается в расширении сырьевой базы для производства бражного дистиллята и повышении полноты выхода спирта. В предлагаемом способе максимально сохранены все положительные свойства прототипа, наиболее важным из которых является применение дрожжей Saccharomyces cerevisiae, раса XII.
В конечном итоге, указанный технический результат позволяет унифицировать процесс производства бражного дистиллята, удешевить и упростить его.
Указанный положительный результат достигается тем, что способ производства бражного дистиллята, который включает предварительную подготовку органического углеводсодержащего сырья, его сбраживание, для чего используют культуру дрожжей Saccharomyces cerevisiae, раса XII, и перегонку полученного при этом бражного дистиллята в спирт, отличается от прототипа тем, что предварительную подготовку органического углеводсодержащего сырья проводят путем последовательного измельчения и приготовления его водной суспензии с одновременной термообработкой и термостатированием, сбраживание осуществляют анаэробно в условиях облучения при температуре 29-30°С в течение 60-72 часов, при этом в процессе сбраживания осуществляют периодическое перемешивание.
Согласно способу предпочтительно на этапе предварительной подготовки органического углеводсодержащего сырья проводят его комплексную ферментацию.
В дополнение к изложенному в процессе приготовления водной суспензии термообработку осуществляют путем добавления воды с температурой 95-100°С в течение 3-5 минут, а термостатирование - путем добавления воды с температурой 50-60°С в течение 15-20 минут.
Наиболее полно цели изобретения соответствует облучение источником ИК-излучения.
Во всех случаях реализации способа целесообразно выполнение периодического перемешивания путем воздействия ультразвука.
Применительно к предлагаемому способу производства бражной дистиллят является ценным химическим веществом, которое получают в процессе брожения или синтеза, и широко применяют в качестве сырья в химической промышленности. Применение дрожжей Saccharomyces cerevisiae, раса XII обусловлено тем, что она обладает ценными производственными свойствами: хорошо сбраживает глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, на 1/3 раффинозу, несколько слабее галактозу. При сбраживании крахмалсодержащего сырья накапливают 6-8,5% спирта (по объему), зернокартофельного - до 13 об.%. Дрожжи расы XII развиваются в интервале температур 5-38°С с оптимумом 30-33°С. Раса XII - верхнебродящая, дрожжи пылевидные, не образующие хлопьев. Оптимум рН 3,8-4,0. После сбраживания зернокартофельных заторов расой XII остаются неиспользованными около 0,1% галактозы, 0,4% декстринов и 0,5% пентоз. Культивирование дрожжей осуществляют в анаэробных условиях. При этом наряду с основным продуктом брожения - этиловым спиртом в зрелой бражке образуется глицерин, высшие спирты, альдегиды, органические кислоты, эфир и диоксид углерода.
В качестве исходного органического углеводсодержащего сырья может быть использовано как сырье растительного происхождения, зерновые культуры, корнеплоды и т.д., так и сырье животного происхождения, например молочная сыворотка, а также их смеси. Клубни, например картофель или топинамбур, содержат витамины С и В, белки, различные аминокислоты, сахара, в них много калия, цинка, железа. Молочная сыворотка является побочным продуктом при производстве сыров, творога, казеина и относится ко вторичному молочному сырью. Состав различных видов молочной сыворотки характеризуется следующим образом, %: лактоза 4,2-4,5; сухие вещества 6,0-6,8; белковые вещества 0,7-1,0; минеральные соли 0,5-0,7; молочный жир 0,1-0,4.
Облучение бражки источником ИК-излучения приводит к нагреву ее инфракрасными лучами в заданном режиме однородно по всему объему без перегрева поверхности и вызывает термодиффузионный поток. Специфические свойства ИК-излучения проявляются и в интенсификации процессов биохимических превращений вследствие резонансного воздействия поглощаемой энергии на связи в молекулах полимеров. Осуществляется термодеструкция крахмала, приводящая к накоплению в сырье декстринов. Нагрев при ИК-излучении повышает и микробиологическую чистоту. Биохимические превращения, происходящие в зерне под действием ИК- излучения, сопровождаются деструктуризацией полимеров, в частности крахмала, что дает возможность частично исключить использование ферментных препаратов разжижающего действия, а также получить сусло, характеризующееся повышенным содержанием низкомолекулярных соединений: сахаров и аминного азота, что приводит к интенсификации процесса брожения, снижает его продолжительность до 72 часов.
Перемешивание водной суспензии сырья путем воздействия ультразвуковыми волновыми колебаниями сжатия и разряжения приводит к тому, что вся суспензия подвергается колебаниям, которые оказывают на трещины в твердых частицах сырья расклинивающее знакопеременное воздействие, приводящее к разрушению этих частиц.
Этот эффект имеет место и при отделении друг от друга зерен крахмала, входящих в состав этих частиц, и при разрушении самих зерен крахмала. Все это положительно сказывается на времени и полноте протекающих процессов брожения. Способ ультразвукового перемешивания обеспечивает разрушение наиболее труднодоступных для жидкости гранул крахмала. В результате выход крахмала из сырья увеличивается. Кроме того, образующиеся после обработки частицы крахмала имеют очень малые размеры (0,5-0,1 мкм). Это обеспечивает практически полный переход крахмальной части сырья в растворимое состояние.
Увеличение растворимости крахмала приводит к интенсификации разжижения крахмалистой массы, а также последующих процессов осахаривания и брожения, а в конечном счете приводит к увеличению выхода спирта, повышению его качества при сокращении времени процесса.
В зависимости от типа исходного сырья используют различные комбинации ферментных препаратов. Комплексная ферментация включает в себя ферментные препараты разжижающего действия, которые используются в количестве 1,5-2,0 ед. АС на 1 г условного крахмала сырья, осахаривающего действия - 5,5-6,5 ед ГлА на 1 г условного крахмала сырья, протеолитического действия - 0,01-0,02 ед. ПС на 1 г белка сырья.
Реализация способа на примере твердых корнеплодов осуществляется следующим образом. Клубни тщательно моют в проточной воде, просушивают в течение 5-10 час при окружающей температуре, измельчают до размера частиц не более 1,5-2,0 мм; смешивают полученную массу с кипятком в соотношении примерно 1:3. При этом смесь в течение 3-5 минут нагревается примерно до 90°С. После чего в результате добавления в смесь воды с температурой 50-60°С в течение 15-20 минут ее охлаждают до 29-30°С и термостатируют. В прошедшую тепловую обработку массу при необходимости вносят ферментные препараты осахаривающего действия (8,3 ед ГлА на 1 г условного крахмала-сырья) и проводят осахаривание. Массу помещают в анаэробную бродильную емкость. Полученный замес сбраживают дрожжами Saccharomyces cerevisiae расы XII в количестве 10% от объема сусла в течение 60-72 ч при температуре 29-30°С. Поддержание температуры в заданных пределах осуществляют посредством облучения бражки преимущественно источником ИК-излучения. Примерно через каждый час на 20-30 сек включают ультразвуковое перемешивающее устройство с генерируемой частотой 20 кГц. Содержание спирта в бражке составило 8-12 градусов. Дальше бражку перегоняют с получением бражного дистиллята. В результате перегонки был получен продукт со следующими качественными показателями:
- крепость 50-70%;
- массовая концентрация альдегидов 300-500 мг/дм3;
- объемная доля метилового спирта не более 0,13%;
- массовая концентрация сивушного масла в пересчете на смесь изоамилового и изобутилового спиртов (3:1) в безводном спирте не более 5000 мг/дм3.
Таким образом, способ производства бражного дистиллята обладает рядом существенных преимуществ в сравнении с прототипом, существенно расширяет сырьевую базу для производства спирта, унифицирует сам процесс и повышает полноту выхода.
1. Способ производства бражного дистиллята, включающий предварительную подготовку органического углеводсодержащего сырья, его сбраживание, для чего используют культуру дрожжей Saccharomyces cerevisiae, раса XII, и перегонку полученной при этом бражки, отличающийся тем, что предварительную подготовку органического углеводсодержащего сырья проводят путем последовательного измельчения и приготовления его водной суспензии с одновременной термообработкой и термостатированием, сбраживание осуществляют анаэробно в условиях облучения источником ИК-излучения при температуре 29-30°С в течение 60-72 ч, при этом в процессе сбраживания осуществляют периодическое перемешивание.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе предварительной подготовки органического углеводсодержащего сырья проводят его комплексную ферментацию.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в процессе приготовления водной суспензии термообработку осуществляют путем добавления воды с температурой 95-100°С в течение 3-5 мин, а термостатирование - путем добавления воды с температурой 50-60°С в течение 15-20 мин.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что периодическое перемешивание осуществляют путем воздействия ультразвуком.
