способ переработки злаковых культур

Формула изобретения

Способ переработки злаковых культур, включающий последовательное измельчение, заваривание сырья, осахаривание, охлаждение, брожение, перегонку спирта и его очистку, отличающийся тем, что сырье с остаточной влажностью 11-13% измельчают в дезинтеграторе и подвергают селективной экстракции для отделения от него растительных масел в среде диоксида углерода при давлении 16-30 МПа и температуре 32-35°С в течение 60-200 мин, затем осуществляют фракционную сепарацию растительных масел при давлении 0,1-0,3 МПа и температуре 0-20°С с последующей регенерацией растворителя, после чего обезжиренное сырье направляют на переработку для получения этилового спирта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области комплексной переработки растительного сырья, а именно к технологии получения из злаковых культур этилового спирта и растительных масел методами биотехнологии и экстракции, и может найти применение в пищевой промышленности, медицине и парфюмерии.

Известен способ получения этилового спирта из злаковых культур, при котором сахаристые вещества подвергают брожению с последующей перегонкой этилового спирта. Исходным продуктом для получения этилового спирта служит крахмал, содержащийся в том числе в злаковых культурах. (см. Н.Л.Глинка Общая химия, М. -Л., 1965 г., с.455).

Недостатком такого способа является то, что он не обеспечивает полного отделения при перегонке сивушных масел, что не позволяет использовать получаемый этиловый спирт, например, в лечебно-профилактических целях.

Наиболее близким по технической сущности является способ переработки крахмалсодержащего растительного сырья, в том числе злаковых культур, в этиловый спирт, включающий последовательное измельчение, заваривание сырья, охлаждение, ферментацию, брожение, перегонку спирта и его очистку (см. патент РФ №2138555, С 12 Р 7/06, БИ №27, 1999 г. - прототип).

Известный способ переработки растительного сырья является недостаточно эффективным прежде всего с точки зрения получения этилового спирта высокой очистки. В процессе переработки растительного сырья при повышенной температуре заваривания возможны потери ценных биологически активных веществ в целевом продукте и частичное образование новых продуктов, например из меланоидинов, которые трудно поддаются отделению при перегонке и дополнительной очистке спирта.

В основу изобретения поставлена задача разработать в том числе путем подбора технологических режимов и параметров неполярного растворителя эффективный, сравнительно дешевый и экологически чистый способ получения из злаковых культур ценных целевых продуктов в виде высококачественного этилового спирта и натурального витаминизированного растительного масла с максимальным сохранением их биохимического состава и физиологической активности.

Указанная задача решается тем, что в способе комплексной переработки злаковых культур в этиловый спирт, включающем последовательное измельчение, заваривание сырья, осахаривание, охлаждение, брожение, перегонку спирта и его очистку, согласно изобретению, сырье с остаточной влажностью 11-13% измельчают в дезинтеграторе и подвергают селективной экстракции для отделения из него растительных масел в среде диоксида углерода при давлении 16-30 МПа и температуре 32-35°С в течение 60-200 мин, затем осуществляют фракционную сепарацию растительных масел при давлении 0,1-0,3 МПа и температуре 0-20°С с последующей регенерацией растворителя, после чего обезжиренное сырье направляют на переработку для получения этилового спирта.

Предложенный способ позволяет одновременно получать этиловый спирт высокой очистки и ценные биологически активные растительные масла с высоким содержанием витамина Е. При этом максимально полно используются преимущества сверхкритической экстракции из злаковых культур в среде диоксида углерода, который затем полностью улетучивается из целевого продукта. При указанных параметрах диоксид углерода имеет аномально низкую вязкость и высокий коэффициент диффузии, что приводит к увеличению скорости экстракции, степени извлечения и чистоты растительных масел.

Переработка предложенным способом таких злаковых культур как рожь, ячмень и пшеница позволяет получить ценные растительные масла с высоким содержанием витамина Е. Сравнительно мягкий температурный режим сверхкритической экстракции в данном растворителе способствует сохранению биохимического состава и физиологической активности получаемых натуральных витаминизированных растительных масел. Указанный целевой продукт имеет широкий спектр применения от пищевой промышленности и медицины до парфюмерии.

В результате разработанной технологии переработки злаковых культур можно получать этиловый спирт высокий очистки и дополнительное количество ценного натурального витаминизированного растительного масла, обладающего высокой физиологической активностью, в количестве до 6% от полной массы сырья.

Селективная экстракция биологически активного растительного масла из злаковых культур в среде неполярного летучего растворителя должна проводиться при давлении не ниже 16 МПа, поскольку в этом случае значительно снижается растворяющая способность диоксида углерода, соответственно уменьшаются скорость процесса и степень извлечения витаминизированного растительного масла из исходного сырья.

Повышение давления диоксида углерода в процессе экстракции более 30 МПа, при прочих равных условиях, усложняет аппаратурную и технологическую части способа, что снижает его технико-экономические параметры и себестоимость целевого продукта.

Узкий температурный диапазон экстракции растительных масел определяется необходимостью селективного извлечения из злаковых культур витаминизированных растительных масел. Снижение температуры процесса ниже 32°С при указанном давлении приводит к нарушению критического состояния данного вида растворителя и как следствие к резкому увеличению коэффициента вязкости диоксида углерода, снижению скорости процесса и степени извлечения целевого продукта.

Повышение температуры процесса более 35°С может привести к разложению термолабильных биологически активных компонентов экстрагируемого натурального растительного масла и к снижению его биологической ценности. Временной режим процесса экстракции сырья при этих условиях определяется опытным путем по максимальному выходу целевого продукта и лежит в диапазоне 60-200 мин.

Характерный диапазон измельчения сырья зерновых культур с остаточной влажностью 11-13% с помощью дезинтегратора также определяется опытным путей и составляет для дробленых частиц зерен пшеницы, ржи и ячменя 0,5-2 мм. При этом уже при размерах частиц сырья 0,5 мм выход целевого продукта максимален, а при размерах частиц более 2 мм заметно снижается.

Фракционную сепарацию целевого продукт в виде ценных растительных масел с последующей регенерацией растворителя необходимо осуществлять при давлении в сепараторе 0,1-0,3 МПа и температуре 0-20°С, которые являются оптимальными на завершающей стадии процесса для эффективного отделения витаминицированного растительного масла от растворителя.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. В качестве исходного сырья берут преимущественно злаковые культуры, такие как пшеница, рожь и ячмень, которые обычно используются на спиртовых заводах для получения этилового спирта. Высушенное зерно измельчают до размера частиц 0,5-2 мм. Измельченное сырье загружают в рабочий объем экстрактора и проводят селективную проточную экстракцию в среде диоксида углерода при давлении 16-30 МПа и температуре 32-35°С в течение 60-200 мин.

В течение указанного времени происходит сравнительно полное извлечение растительных масел из исходного сырья. Затем неполярный растворитель с содержащимся в нем растительным маслом направляют в рабочий объем сепаратора, в котором проводят фракционную сепарацию растительного масла при давлении 0,1-0,3 МПа и температуре 0-20°С. После отделения растворителя осуществляют его регенерацию, повышая давление до рабочего и вновь направляя в цикл.

После этого извлеченное из экстрактора обезжиренное сырье направляют на стадию получения этилового спирта.

Таким образом, предложенный способ получения этилового спирта из злаковых культур позволяет одновременно получать этиловый спирт высокой очистки и ценные биологически активные растительные масла.

Пример конкретного выполнения способа

Зерно пшеницы в количестве 2000 г с остаточной влажностью 11-13% измельчают в дезинтеграторе до размера частиц 1-1,5 мм, загружают в экстрактор с рабочим объемом 5 л, после чего вся система экстрактора подвергается вакуумированию.

В начале рабочего процесса устанавливают в экстракторе необходимые термодинамические параметры, в данном случае давление 25 МПа и температуру 32°С. Процесс экстрагирования исходного сырья при этих параметрах ведут в течение 75 мин, по истечении этого времени осуществляют фракционную сепарацию получаемых из пшеницы растительных масел при термодинамических параметрах в сепараторах - давлении 0,1-0,3 МПа и температуре 0-20°С.

В результате сверхкритической экстракции растительных масел из пшеницы, при общем содержании токоферолов 1361 мг % при заданных условиях в пересчете на 1 кг исходного сырья получено 6% целевого продукта от полной массы зерна.

В течение указанного времени происходит сравнительно полное извлечение растительных масел из исходного сырья. После их извлечения осуществляют регенерацию растворителя, повышают давление до рабочего и вновь направляют в цикл.

После этого извлеченное из экстрактора обезжиренное сырье направляют на стадию получения этилового спирта.

Таким образом, предложенный способ получения этилового спирта из злаковых культур позволяет одновременно получать этиловый спирт высокой очистки и дополнительное количество растительных масел с высоким содержанием ценных биологически активных веществ.