способ переработки зерна с получением этилового спирта и белкового продукта

Формула изобретения

Способ переработки зерна с получением этилового спирта и белкового продукта, предусматривающий две стадии, на первой из которых из шелухи зерна или схода с сита зерна после помола при рассеве получают крахмало-белковый продукт, сыворотку и белковую пасту, которую промывают и сушат, а на второй стадии крахмалистую фракцию зерна замешивают с водой и вносят в нее полученные на первой стадии сыворотку и крахмало-белковый продукт, замес подвергают водно-тепловой обработке, осахаривают, полученное сусло сбраживают, из бражки выделяют барду и этиловый спирт, отличающийся тем, что в качестве сырья используют двух- или трехкомпонентную смесь из пшеницы, ржи, ячменя, промывание белковой пасты осуществляют раствором соляной кислоты с рН 3,0-4,5, а на стадии осахаривания в замес добавляют промывную воду, массу стерилизуют и охлаждают до 56-58^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к спиртовой промышленности.

Известен способ переработки зерна с получением этилового спирта, предусматривающий освобождение зерна от шелухи, измельчение отделенного от шелухи зерна, смешивание его с жидкой фракцией, в качестве которой используют воду в смеси с бардой, тепловую обработку смеси с ферментативным гидролизом амилолитическими ферментами, стерилизацию массы, охлаждение ее, дополнительный ферментативный гидролиз - осахаривание, охлаждение до температуры брожения, сбраживание сусла с вводом в бродящую среду части барды, получение спирта и послеспиртовой барды, добавление к части последней отделенной шелухи для использования в качестве кормопродукта (RU 2127760 C1, 20. 03. 99) [1].

Недостатком. данного способа являются высокая себестоимость спирта и пониженный выход из 1 т зерна за счет вывода части крахмала из основного технологического процесса производства этанола с отделенной шелухой; сложность, трудоемкость процесса; возможность использования только для предприятий, предусматривающих сбраживание сусла непрерывно-поточным способом в батарее ферментеров, повышенный расход ферментных препаратов для гидролиза крахмала и некрахмальных полисахаридов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки зерна с получением этилового спирта и белкового продукта, характеризующийся двумя стадиями, на первой из которых полученную после шелушения зерна шелуху или сход с сита зерна после помола экстрагируют щелочным раствором при рН 10-11 в течение 40-60 мин при 50-60^oС, фракционируют на жидкую фракцию и нерастворимый остаток, жидкую фракцию сепарируют и выделяют крахмало-белковый продукт, в оставшуюся жидкую фазу добавляют 10%-ный раствор НСl до рН 4,2-5,6, разделяют на сыворотку и белковую пасту, которую промывают и сушат с получением белкового продукта, а на второй стадии крахмалистую фракцию зерна после шелушения или рассева замешивают с водой и вносят в нее полученные на первой стадии сыворотку и крахмало-белковый продукт, замес подвергают водно-тепловой обработке, осахариванию, полученное сусло сбраживают, из бражки выделяют барду и этиловый спирт (RU 2180921 C1, 26.12.2000) [2].

К недостаткам известного способа относятся пониженные выход, биологическая ценность и потребительские свойства белкового продукта, полученного при переработке зерна пшеницы, завышенный расход ферментов осахаривающего действия, и, как следствие, достаточно высокая себестоимость спирта.

Техническим результатом данного изобретения является снижение себестоимости спирта путем получения дополнительного высокорентабельного дефицитного пищевого белкового продукта с повышенными биологической ценностью и потребительскими качествами; повышение выхода спирта, интенсификация процесса.

Это достигается тем, что в способе переработки зерна с получением этилового спирта и белкового продукта, предусматривающем две стадии, на первой из которых из шелухи зерна или схода с сита зерна после помола при рассеве получают крахмало-белковый продукт, сыворотку и белковую пасту, которую промывают и сушат, а на второй стадии крахмалистую фракцию зерна замешивают с водой и вносят в нее полученные на первой стадии сыворотку и крахмало-белковый продукта, замес подвергают водно-тепловой обработке, осахаривают, полученное сусло сбраживают, из бражки выделяют барду и этиловый спирт, в качестве сырья используют двух- или трехкомпонентные смеси из пшеницы, ржи, ячменя, промывание белковой пасты осуществляют раствором соляной кислоты с рН 3,0-4,5, а на стадии осахаривания в замес добавляют промывную воду, массу стерилизуют и охлаждают до 56-58^oС.

Способ переработки зерна осуществляют по двухпродуктовой схеме с получением высококачественного этилового спирта и пищевого белкового продукта. Сырьем для производства белкового продукта служит шелуха, полученная в результате шелушения двух- или трехкомпонентных смесей зерна (пшеница: рожь; пшеница: ячмень; пшеница: рожь: ячмень), или сход с сита, выделенный путем рассева помола зерносмеси. Использование ржи и ячменя в смеси с пшеницей изменяет фракционный и аминокислотный состав белков сырья.

Данные зерновые культуры содержат большее количество высокомолекулярных белков глиадинов и глютелинов, которые при их выделении из щелочного раствора в изоэлектрической точке легко переходят в осадок, когда альбумины и глобулины большей частью остаются в сыворотке. Это повышает выход белкового продукта из композитных смесей. Кроме того, на повышение выхода оказывает влияние эффект взаимоагрегации белков различных зерновых культур. Рожь и ячмень характеризуются белками, имеющими более сбалансированный аминокислотный состав, о чем свидетельствует повышение скора ряда незаменимых аминокислот, таких как, лизин, треонин, валин и др., что повышает биологическую ценность и, как следствие, потребительские свойства белкового продукта.

Промывка белковой пасты раствором соляной кислоты с рН 3-4,5 необходима для удаления из белкового продукта остаточных фракций полисахаридов и красящих соединений и приводит, во-первых, к повышению в продукте содержания белка на 3-5%, во вторых, улучшается его цвет - до светло-бежевого.

Вторичным продуктом данной стадии является промывная вода. Она характеризуется наличием низкомолекулярных растворимых форм сбраживаемых углеводов, а также кислой реакцией среды (рН 3,2-4,5), что делает данный продукт перспективным при использовании в технологическом процессе производства спирта. А именно, внесения его на стадию осахаривания замеса, прошедшего водно-тепловую обработку. Использование промывных вод понижает рН среды до значений оптимальных для действия осахаривающих ферментных препаратов.

Использование двух- или трехкомпонентных смесей зерна благоприятно влияет на состав вторичных продуктов от производства пищевого белка. Так, крахмало-белковый продукт характеризуется повышенным содержанием крахмала (на 3-7%). А это при возврате его в технологию этанола увеличивает выход последнего.

Аналогичные положительные изменения отмечаются и в сыворотке, которая содержит в 1,5-2,0 раза больше свободных сахаров и в 1,2-1,5 раза больше общих растворимых сбраживаемых углеводов. Данные низкомолекулярные соединения способствуют интенсификации спиртового брожения и одновременно повышают выход спирта.

Способ осуществляли следующим образом.

Компонентные смеси зерна (пшеница: рожь; пшеница: ячмень, взятые в соотношении 1: 1-1: 1,5, либо пшеница: рожь: ячмень -1:1:1-2:1:2) разделяют на крахмалистую фракцию и шелуху или сход с сита при рассеве помола. В последнее добавляют раствор щелочи, рН замеса составляет 10-11, и ведут процесс экстрагирования белков при постоянном перемешивании 40-60 мин, температура экстракции 50-60^oС. Далее проводят отделение нерастворимого остатка, а из жидкой фракции выделяют сепарированием (центрифугированием) крахмало-белковый продукт.

В оставшуюся жидкую фазу добавляют раствор НСl до рН 4,2-5,6, соответствующий изоэлектрической точке осаждения белков. Полученную смесь направляют на сепарирование (центрифугирование) для отделения белковой пасты от сыворотки.

Белковую пасту смешивают с раствором соляной кислоты с рН 3-4,5 при соотношения продукт: промывающий агент 1:5-1:10 и при перемешивании выдерживают 15-20 мин. Потом смесь направляют на сепарирование (центрифугирование) для отделения промытой белковой пасты от промывных вод. Далее белковую пасту сушат и получают пищевой белковый продукт.

Крахмалистую фракцию зерна, представляющую собой измельченное шелушенное зерно двух или трех зерновых культур или проход через сито d=1 мм при рассеве помола зерносмеси, смешивают с водой, сывороткой и крахмало-белковым продуктом. (Вода задается в случае недостатка жидкой фазы при заданном гидромодуле замеса 1:2,5-1:3,5 с учетом объема образующихся промывных вод).

Температура замеса составляет 50-55^oС, в замес вводят амилолитические ферменты, нагревают и осуществляют предварительный ферментативный гидролиз. В полученную массу добавляют промывную воду, подвергают ее стерилизации, далее охлаждают до 56-58^oС и выдерживают в течение 0,5-1 ч с использованием ферментного комплекса, то есть осуществляют окончательный гидролиз (осахаривание).

Полученное сусло охлаждают до температуры брожения, сбраживают непрерывным либо периодическим способом. Выделяют спирт из зрелой бражки.

Пример 1. В качестве исходного сырья использовали смесь зерновых культур: пшеница, рожь, ячмень при соотношении 1:1:1. 100 т зерносмеси с крахмалистостью 54% и влажностью 14% измельчали. Степень измельчения составляла 75%-ный проход через сито d=l мм. Сход с сита (25% от общей массы помола) использовали для получения белкового продукта. Его смешивали с раствором NaOH в соотношении 1:10, экстракцию белков вели при следующих режимах: рН 10, температура 55^oС, продолжительность 60 мин. Затем экстрагируемую массу разделяли на жидкую фракцию и нерастворимый остаток. Последний смешивали с бардой и использовали для производства кормопродукта. Жидкую фракцию подвергали сепарированию и выделяли крахмало-белковый продукт. В оставшуюся жидкую фазу добавляли 10%-ный раствор НСl до рН=5,5 и проводили осаждение белков, которые затем отделяли от соляной сыворотки. Белковую пасту смешивали с раствором соляной кислоты с рН=3,0 при гидромодуле 1:7, смесь выдерживали 20 мин при периодическом перемешивании. Далее отделяли промывную воду и промытую белковую пасту сушили.

Получали 2,5 т белкового продукта с содержанием белка 60%.

Крахмалистую фракцию зерносмеси, представляющую собой проход через сито d1=1мм при рассеве помола, в количестве 75 т смешивали с водой, сывороткой и крахмало-белковым продуктом. Гидромодуль замеса составлял 1:3,5 и рассчитывался с учетом объема образующихся промывных вод. Замес нагревали до температуры 55^oС, вводили термостабильную альфа-амилазу из расчета 1 ед. АС/г условного крахмала, после чего температуру поднимали до 85^oС и в течение 1,5 ч осуществляли предварительный ферментативный гидролиз. Затем массу смешивали с промывной водой, стерилизовали при 100^oС, охлаждали до 55^oС, вводили глюкоамилазу в количестве 7,5 ед. Гл С/г условного крахмала и проводили осахаривание в течение 30 минут. Сусло сбраживали в течение 55 ч, затем выделяли из бражки спирт.

Выход спирта составлял 66,0 дал/т условного крахмала.

Пример 2. В качестве исходного сырья использовали смесь пшеницы и ячменя, взятых в соотношении 1:1. 100 т зерносмеси с крахмалистостью 52% и влажностью 14% подвергали шелушению. Выделяли 15% шелухи, а шелушенное зерно дробили. Степень дробления составляла 100%-ный проход через сито d=1 мм, шелуху в количестве 15 т смешивали с раствором NaOH в соотношении 1:10, экстракцию белков вели при следующих режимах: рН 10,5, температура 60^oС, продолжительность 40 мин. Затем экстрагируемую массу разделяли на жидкую фракцию и нерастворимый остаток. Последний смешивали с бардой и использовали для производства кормопродукта. Жидкую фракцию подвергали сепарированию и выделяли крахмало-белковый продукт. В оставшуюся жидкую фазу добавляли 10%-ный раствор НСl до рН 4,2 и проводили осаждение белков. Затем белковую пасту промывали раствором соляной кислоты с рН 3,0, отделяли промывную воду и сушили.

Получали 1,6 т белкового продукта с содержанием белка 61%.

Крахмалистую фракцию зерна, представляющую собой измельченную пшеницу и ячмень после отделения шелухи, в количестве 85 т смешивали с водой, сывороткой и крахмало-белковым продуктом.

Гидромодуль замеса составил 1:3,5 с учетом объема промывных вод, температура 55^oС. В замес вводили термостабильную альфа-амилазу из расчета 1,5 ед. АС/г условного крахмала. Гидротермическую обработку проводили при 120^oС, затем в массу вводили промывную воду, охлаждали и проводили осахаривание в течение 30 мин. Сусло сбраживали 55 ч; затем выделяли из бражки спирт.

Выход спирта составлял 65,9 дал/т условного крахмала.

Пример 3. Процесс переработки зерна ведут по примеру 2, соляной только промывку белковой пасты проводили раствором соляной кислоты с рН 4,5.

Получали 1,6 т, белкового продукта с содержанием белка 60%. Выход спирта составлял 65,8 дал/т условного крахмала.

Предлагаемый способ позволяет снизить себестоимость этилового спирта за счет выработки повышенного количества дорогостоящего более сбалансированного по аминокислотному составу пищевого белкового продукта, содержащего до 60-62% белка, имеющего улучшенную цветность, и, как следствие, расширенные возможности использования в ряде пищевых производств в качестве улучшителя или компонента при производстве хлебобулочных, кондитерских, мясных изделий, майонезов, соусов и т. д. , взамен импортных аналогов клейковины и соевых белков.

Одновременно происходит интенсификация процесса сбраживания сусла за счет дополнительного внесения с вторичными продуктами (крахмало-белковым, сывороткой, промывными водами) низкомолекулярных форм углеводов, а также создания более оптимальных условий для действия осахаривающих ферментных препаратов.

Кроме того, повышается выход спирта, так как возвращаемые в технологию этанола вторичные продукты содержат больше сбраживаемых углеводов.