ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

способ получения этанола

Классы МПК:C12P7/06 этанол (как химический продукт)
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского научного центра Российской академии наук (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-04-26
публикация патента:

Изобретение относится к получению технического спирта. Способ предусматривает разбавление мелассы до содержания углеводов 20 г/100 см3 геотермальной водой фенольного класса с общей минерализацией 2.1 г/л. Для сбраживания используют дрожжи S. cerevisiae Y-503, культивируемые на питательной среде с геотермальной водой фенольного класса, которые более активно потребляют аминокислоты и минеральные вещества, что способствует интенсификации синтеза этанола. Изобретение позволяет обеспечить более полное сбраживание углеводов, повысить содержание спирта в бражке и снизить количество примесных соединений. 3 табл., 1 пр.

Изобретение относится к спиртовой промышленности, в частности к способам получения этанола, и может быть использовано для производства технического спирта - ректификата.

Известен способ сбраживания мелассного сусла с конечным продуктом этанолом, где питательная среда содержит углеводосодержащие материалы, а именно мелассу, а также ряд веществ, являющихся источниками минерального и азотного питания: сернокислый аммоний, гидроортофосфатаммония (аналог 1 - Маринченко В.А., Метюшев Б.Д., Щвец В.Н. Технология спирта из мелассы. Изд. объединение «Вища школа», 1975. 284 с.).

Известен способ сбраживания мелассного сусла, предусматривающий культивирование дрожжей в течение 48 часов на питательной среде, где в качестве минерального и азотного питания используют геотермальную воду нефенольного класса с общей минерализацией 5.2-5.4 г/л, разбавленную водопроводной водой до минерализации 4.0-4.2 г/л, гидроортофосфат аммония, мелассу, где конечным продуктом является пищевой этанол (аналог 2 - Абрамов Ш.А., Халилова Э.А. Способ сбраживания мелассного сусла // Патент РФ 2329302. БИ № 20.2008.).

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ сбраживания мелассного сусла, предусматривающий разбавление мелассы геотермальной водой фенольного класса с общей минерализацией 2.1 г/л, добавление гидроортофосфата аммония в количестве 2.58 г/л и последующее сбраживание культурой дрожжей SaccharomycescerevisiaeY-503 глубинным методом в периодическом режиме в анаэробных условиях при температуре 30±2°C в течение 72 часов (Котенко С.Ц., Халилова Э.А., Исламмагомедова Э.А. Использование геотермальной воды фенольного класса в технологии биосинтеза этанола // Производство спирта и ликероводочных изделий. 2010. № 3. С.21-29. (прототип)).

Недостатками известных способов являются: трудоемкость технологического процесса, дополнительные затраты на приобретение питательных солей (аналог-1); недостаточно полное сбраживание введенного сахара и, как следствие, невысокий выход спирта (аналог - 2, наиболее близкий аналог (прототип)).

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-технической информации, а также выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, показал, что заявитель не обнаружил аналог, позволяющий получить технический спирт, тождественный всем существующим признакам заявляемого изобретения. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого научно-технического решения критерию «новизна».

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - интенсификация технологического процесса получения этанола, улучшение качества бражки за счет повышения в ней содержания этанола и снижения летучих примесей.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении качества этанола за счет использования инокулята дрожжей с повышенной ферментативной активностью, снижения количества синтезируемых побочных метаболитов и увеличении его выхода за счет более полного сбраживания углеводов.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ получения этанола предусматривает разбавление мелассы до содержания углеводов 20.0 г/100 см3 геотермальной водой фенольного класса с общей минерализацией 2.1 г/л, добавление в разбавленную мелассу гидроортофосфата аммония в количестве 2.58 г/л и концентрированной серной кислоты до pH 5.0 и последующее перемешивание, затем в полученную смесь вводят предварительно адаптированную к мелассным средам, разбавленным геотермальной водой фенольного класса, культуру дрожжей Saccharomyces cerevisiaeY-503, содержание клеток в которой составляет 84.7 млн/мл, и сбраживают глубинным методом в периодическом режиме в анаэробных условиях при температуре 30°C±1 в течение 120 часов, затем дрожжи отделяют от культуральной жидкости с получением обездроженной зрелой бражки и последующим извлечением из нее этанола.

Для интенсификации синтеза этанола в сбраживаемой мелассной среде и снижения нежелательных примесных соединений используется питательная среда, где в качестве дополнительного минерального и органического питания дрожжей служит геотермальная вода фенольного класса из скважины № 7-Т Кизлярского месторождения с общей минерализацией 2.1 г/л.

Геотермальная вода скв. № 7-Т характеризуется как гидрокарбонатно-хлоридно-сульфатная натриевая и имеет формулу:

способ получения этанола, патент № 2495936

По органолептическим показателям вода представляет бесцветную жидкость, без запаха, пресную с привкусом. В соответствии с существующей классификацией подземных вод Минздрава России такая вода может использоваться для технических нужд населения.

Преимуществом заявляемого способа по сравнению с известным прототипом является то, что данный способ позволяет осуществить не только более полное сбраживание углеводов, но и получить повышенное содержание спирта при снижении количества примесных соединений по сравнению с традиционной технологией. Кроме того, преимущество технологии по сравнению с прототипом складывается из следующих факторов:

1) В технологическом процессе спиртового брожения при идентичных температуре (30±2°C), pH (5.0) и использовании штамма дрожжей Saccharomyces cerevisiae Y-503 отличительным фактором в приготовлении инокулята и питательной среды для синтеза этанола, по сравнению с прототипом, является содержание углеводов в мелассных средах на последнем этапе адаптации и завершающем этапе спиртового брожения:

8.0-10.7-12.4-18.6 г/100 см3(прототип);

7.9-10.8-12.4-20.0 г/100 см3 (предлагаемое изобретение).

В таблице 1 показаны отличительные морфологические и технологические признаки предлагаемого изобретения и прототипа.

2) В нашем изобретении отличительным фактором являются также не только количество посевных дрожжей, но и их ферментативная активность, которая в значительной мере определяется условиями культивирования. В представленном изобретении это изменение состава среды (количество углеводов) в процессе образования инокулята, способствующее активации важных ферментов спиртового брожения: способ получения этанола, патент № 2495936 -фруктофуранозидазы, альдолазы, пируватдекарбоксилазы, алкогольдегидрогеназы, улучшающие конструктивный обмен, направленный на биосинтез конечного продукта - этанола (таблица 2).

3) Для достижения поставленной цели в изобретении по сравнению с прототипом имеется отличительное соотношение «рабочий объем» и «объем химического сосуда», так как известно, что для реализации спиртового брожения очень важно соотношение воздушного пространства и среды, которое обеспечивает интенсивность аэрации воздухом культуральной среды для увеличения синтеза конечного продукта-этанола.

способ получения этанола, патент № 2495936 предлагаемое изобретение прототип
«рабочий объем заполнения» (субстрат+инокулят)1450+150=1500 мл 270+30=300 мл
«объем химического сосуда»3000 мл500 мл
Соотношение1/2 1/0.6

4) Таким образом, в технологическом процессе получения этанола увеличение продолжительности культивирования дрожжей (72 ч:120 ч, прототип : предлагаемое изобретение) и увеличение содержания углеводов в среде в предлагаемом изобретении на 7.5% по сравнению с прототипом приводит:

- к перестройке ферментного комплекса таким образом, что дрожжевые клетки оказываются более приспособленными к мелассной среде с повышенным содержанием углеводов;

- к интенсификации биосинтеза этанола на 11.8% (10.2:11.4 об.%, прототип:предлагаемое изобретение) и снижению примесных соединений на 6.5% по сравнению с прототипом;

- почти полному сбраживанию углеводов (1.68:0.75%, прототип:предлагаемое изобретение).

Выращивание дрожжей в соответствии с перечисленными факторами позволяет получить сырье - технический этанол лучшего качества по сравнению с прототипом и по традиционной технологии, в соответствии с ГОСТом 10749.9-80.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, приведены в примере и таблицах.

Пример

С целью интенсификации процесса сбраживания мелассного сырья и получения активной разводки (инокулят) для дальнейшего культивирования на среде с высоким содержанием углеводов культуру дрожжей S.cerevisiae Y-503 (А.с. СССР № 1284998) предварительно адаптировали многократными пересевами к периодически обновляемым мелассным питательным средам с геотермальной водой фенольного класса из скв. № 7-Т Кизлярского месторождения (МПСГВ) с содержанием углеводов 7.9-10.8-12.4-20.0 г/100 см3 в течение 5 суток в периодическом режиме в анаэробных условиях при температуре 30°±1.

Процесс сбраживания осуществляли на адаптированных дрожжах S.cerevisiaeY-503 в течение 120 ч глубинным методом в периодическом режиме в анаэробных условиях в лабораторной установке при температуре 30°C±1, pH 5.0 на питательной среде следующего состава г/л: меласса (в пересчете на 20.0 г/100 см 3) 488.74; гидроортофосфата аммония 2.58; геотермальная вода с минерализацией 2.1 г/л с определенным качественным и количественным составом, необходимым для целенаправленного синтеза технического этанола - остальное.

Мелассу разбавляют геотермальной водой до содержания углеводов 20.0 г/100 см3, 2.58 г/л гидроортофосфата аммония, концентрированную серную кислоту для достижения pH 5.0 из расчета 0.4-0.6 мл на 100 г мелассы; содержимое хорошо перемешивают. Стерильную питательную среду разливают по 1.35 л в сосуды вместимостью 3 л, затем засевают вегетативной культурой указанного штамма в количестве 150 мл из дрожжевой суспензии последней стадии адаптации на МПСГВ, 1 мл которой содержит 84.7 млн/мл клеток. В качестве пеногасителя используют структол - 0.1 мл/1.5 л среды. По окончании 120 часового эксперимента дрожжи отделяют от культуральной жидкости центрифугированием (5000g, 15 мин) на лабораторной стационарной центрифуге ЦЛС - 344.2. На всех этапах исследований осуществлялся контроль за функциональной морфологией дрожжевой культуры и технологическими свойствами сбраживаемого субстрата. В обездроженной зрелой бражке определяют выход этанола, остаточный сахар.

Таким образом, получение технического этанола достигается при использовании в составе питательной среды геотермальной воды фенольного класса с минерализацией 2.1 г/л, содержании углеводов 20.0 г/100 см 3 и накоплении дрожжевой популяции до 84.7 млн/мл. Показано преимущество предлагаемого способа спиртового брожения мелассного сырья практически по всем показателям на среде с геотермальной водой фенольного класса по сравнению с прототипом. К концу спиртового брожения общее содержание опытной дрожжевой популяции возросло, по сравнению с контролем, почти в 3 раза, что позволило более полно сбраживать сахара и синтезировать этанол. При этом ресурсы углеводного питания на опытной среде востребованы на 5.8% больше по сравнению с прототипом (таблица 1).

Профиль качественных показателей сброженного субстрата в предлагаемом изобретении указан в таблице 3.

Изобретение позволяет направить обмен веществ, происходящий в процессе производства спирта по такому метаболическому пути, который способствует интенсификации углеводного обмена в сбраживаемой среде и повышению содержания целевого продукта брожения - технического спирта (на 11.8%) по сравнению с прототипом.

Получение технического этанола с применением геотермальной воды фенольного класса может служить альтернативой существующим способам.

Библиография

1. Маринченко В.А., Метюшев Б.Д., Щвец В.Н. Технология спирта из мелассы. Изд. объединие «Вища школа», 1975. 284 с.

2. Абрамов Ш.А., Халилова Э.А. Способ сбраживания мелассного сусла // Патент РФ 2329302. БИ № 20. 2008.

3. Котенко С.Ц., Халилова Э.А., Исламмагомедова Э.А. Использование геотермальной воды фенольного класса в технологии биосинтеза этанола // Производство спирта и ликероводочных изделий. 2010. № 3. С.27-29.

4. Абрамов Ш.А., Котенко С.Ц., Далгатова Б.И,. Эфендиева Д.А, Халилова Э.А. Способ получения питательной среды для выращивания хлебопекарных дрожжей // Патент РФ 2084519. БИ № 20. 1997. С.270.

5. Абрамов Ш.А., Котенко С.Ц., Халилова Э.А., Исламова Ф.И., Омаров М.М. Способ получения сушеных дрожжей // Патент РФ 2151795. БИ № 18. 2000. С.138.).

Таблица 1
Отличительные морфологические и технологические признаки в предлагаемом изобретении и прототипе
ПоказателиВарианты
Предлагаемое изобретение Прототип
Инокулят
1. Общее количество клеток, млн/мл 84.7028.90
2. Форма и размер клеток, мкм округло-овальные (80-

90%), округлые (10%):

6-7×7-8,

6×8-8.5,

9×9
округлоовальные, яйцевидные, 6×8.5-6×8
3. Количество почкующихся клеток, %35.00 25.00
4. Количество мертвых клеток, %0.05 6.50
Сброженный субстрат
1. Этанол, об.% 11.4010.20
способ получения этанола, патент № 2495936
2. Остаточный сахар, г/100 см30.75 1.68
3. Потребление углеводов, %96.2590.97

Таблица 2
Активность ферментов штамма Saccharomyces cerevisiae Y-503 в зависимости от содержания углеводов в инокуляте с геотермальной

водой, E/мг
Ферменты, Е/мгВарианты
Предлагаемое изобретение Прототип
1. способ получения этанола, патент № 2495936 -фруктофуранозидаза35.1±1.42 32.5±1.58
2. альдолаза0.41±0.01 0.35±0.02
3. пируватдекарбоксилаза 19.7±1.0216.7±1.05
4. алкогольдегидрогеназа 0.65±0.050.57±0.04

Таблица 3
Содержание примесных соединений при сбраживании мелассных питательных сред с геотермальной водой фенольного класса дрожжами Saccharomyces cerevisiae Y-503
Продукт броженияЕдиница измере нияВарианты
Предлагаемое изобретение Прототип
1. Ацетальдегид мг/дм37007.650 7498.100
2. Ацетон мг/дм3101.720 108.990
3. 2-Бутанон мг/дм310.095 10.602
4. Этил ацетат мг/дм3737.440 789.061
5. Метанол об.%0.0110.012
6. 2-Пропанол мг/дм310.495 11.429
7. 1-Пропанол мг/дм35603.270 5995.500
8. Изобутанол мг/дм31320.930 1413.694
9. 1 - Бутанол мг/дм3145.380 155.643
10. Изоамилол мг/дм36006.160 6426.712
11. Гексанол мг/дм338.160 40.952
12. Кротональдегид мг/дм343.880 47.439
13. Фенилэтанол мг/дм31074.720 1149.048
Сумма примесных соединений мг/дм322099.911 23647.182

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения этанола, характеризующийся тем, что предусматривает разбавление мелассы до содержания углеводов 20 г/100 см3 геотермальной водой фенольного класса с общей минерализацией 2,1 г/л, добавление в разбавленную мелассу гидроортофосфата аммония в количестве 2,58 г/л и концентрированной серной кислоты до pH 5,0 и последующее перемешивание, затем в полученную смесь вводят предварительно адаптированную к мелассным средам, разбавленным геотермальной водой фенольного класса, культуру дрожжей S. cerevisiae Y-503, содержание клеток в которой составляет 84,7 млн/мл, и сбраживают глубинным методом в периодическом режиме в анаэробных условиях при температуре 30°C±1 в течение 120 ч, затем дрожжи отделяют от культуральной жидкости с получением обездроженной зрелой бражки и последующим извлечением из нее этанола.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2495936

patent-2495936.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C12P7/06 этанол (как химический продукт)

Патенты РФ в классе C12P7/06:
способ получения этанола в процессе ферментации -  патент 2529371 (27.09.2014)
способ дезагрегирования и декристаллизации целлюлозного материала и продукт, полученный указанным способом -  патент 2525140 (10.08.2014)
способ производства этилового спирта из зернового сырья -  патент 2525131 (10.08.2014)
разжиженная биомасса, способ ее получения, ее применение и способ ее сбраживания -  патент 2521514 (27.06.2014)
способ подготовки зернового сырья к сбраживанию -  патент 2509806 (20.03.2014)
способ получения спирта -  патент 2506312 (10.02.2014)
солнечная установка для выработки спирта и сопутствующих материалов -  патент 2505520 (27.01.2014)
способ производства этилового спирта и устройство для его осуществления -  патент 2502804 (27.12.2013)
периодический способ производства спирта и кожухотрубный струйно-инжекционный аппарат, используемый при осуществлении способа -  патент 2499050 (20.11.2013)
питательная добавка для среды спиртового брожения -  патент 2495926 (20.10.2013)


Наверх