способ производства этилового спирта из крахмалсодержащего сырья

Формула изобретения

Способ получения этилового спирта, характеризующийся тем, что предусматривает приготовление зернового замеса, его тепловую гидродинамическую и ферментативную обработку, осуществляемую в две ступени, осахаривание разваренной массы ферментными препаратами с получением сусла, его охлаждение и сбраживание с получением зрелой бражки, которую подвергают перегонке, при этом на II ступени гидродинамической и ферментативной обработки в развариваемую массу вводят антисептик до концентрации 0,03-0,1% в водной фазе полупродукта, а в качестве антисептика используют перекись водорода.

Описание изобретения к патенту

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

Известен процесс производства этанола, который включает приготовление крахмал- или сахаросодержащей водной ферментационной среды, к которой на стадии осахаривания или сразу после осахаривания добавляют гидроперит (комплексное соединение перекиси водорода и мочевины) в количестве, достаточном, чтобы существенно снизить уровень бактериальной контаминации, гидроперит оставляют в контакте с ферментационной средой на время по меньшей мере один час, достаточное, чтобы существенно снизить уровень бактериальной контаминации, после чего в ферментационную среду добавляют дрожжи, которые продуцируют фермент каталазу, катализирующую разложение выделившейся перекиси водорода на воду и кислород, и затем продолжают процесс брожения для образования этанола [СА № 2300807 A1, 17.03.2000].

Недостатками данного способа являются дополнительные временные затраты на контакт гидроперита с ферментационной средой, необходимый для существенного снижения уровня микробной контаминации, недостаточная эффективность антимикробной обработки, так как ее проводят при температуре 30°С, снижение активности ферментов и подавление бродильной активности дрожжей в результате воздействия на них гидроперита, необходимость введения дополнительного оборудования для приготовления раствора гидроперита.

Известен способ производства этилового спирта из крахмалсодержащего сырья, предусматривающий измельчение сырья, смешивание его с водой и препаратом -амилаз при температуре 50-55°С, проведение тепловой гидродинамической и ферментативной обработки I ступени при температуре 65-70°С в течение 120-150 минут, при постоянном перемешивании, проведение тепловой гидродинамической и ферментативной обработки II ступени при температуре 80-95°С в течение 30-40 минут, при постоянном перемешивании, при переработке дефектного сырья предусматривается дополнительное прогревание зернового замеса острым паром до температуры 105°С, а при необходимости и до 130°С, охлаждение полученной массы, осахаривание массы ферментными препаратами, охлаждение осахаренного сусла, сбраживание сусла с последующей перегонкой образующейся бражки [Яровенко В.Л. Технология спирта. / В.Л.Яровенко. - М.: Колос, Колос-пресс. 2002. - С.104-105, 186-187, 244-254, 325-372].

Недостатками известного способа являются затраты энергии на стерилизацию зернового замеса, низкий выход этилового спирта, обусловленный неполной клейстеризацией крахмала в ходе тепловой гидродинамической и ферментативной обработки, развитие кислотообразующих микроорганизмов, контаминирующих полупродукты спиртового производства и образующих метаболиты, снижающие бродильную активность дрожжевой культуры, высокие температуры тепловой гидродинамической и ферментативной обработки зернового замеса, вследствие чего происходят потери сбраживаемых углеводов и накопление продуктов термической деградации углеводов, аминокислот, пектина (альдегиды, фурфурол, метанол и др.).

Известно, что споры бактерий устойчивы к действию высоких температур и при температуре ниже 100°С удельная скорость их гибели ничтожно мала. Кроме того, зерновой замес является грубодисперсной системой и в нем возможно существование участков с температурами ниже температуры разваривания.

На скорость гибели микроорганизмов в процессе термической стерилизации влияет также активность воды: чем она выше, тем быстрее погибают микроорганизмы. Наличие в зерновом замесе большого количества водосвязывающих веществ, таких как белки, полисахариды, снижает активность воды и ухудшает качество стерилизации.

Некоторые неспорообразующие микроорганизмы способны выдерживать действие высоких температур благодаря образуемой ими слизистой капсуле, которая также обладает высокой водосвязывающей способностью и препятствует проникновению влаги внутрь клетки. Так, бактерии рода Leuconostoc, образующие слизистую капсулу, погибают в жидких средах только при температуре 112-120°С, при выдержке в течение 20 мин.

Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является снижение микробной контаминации полупродуктов спиртового производства, повышение выхода этилового спирта.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства этилового спирта, включающем измельчение крахмалсодержащего сырья, смешивание его с водой и препаратом -амилаз, тепловую гидродинамическую и ферментативную обработку полученного замеса I ступени, тепловую гидродинамическую и ферментативную обработку полученного замеса II ступени, осахаривание разваренной массы ферментными препаратами, охлаждение сусла, сбраживание сусла и перегонку образующейся бражки, на II ступени гидродинамической и ферментативной обработки в развариваемую массу вводят антисептик до концентрации 0,03-0,1% в водной фазе полупродукта. В качестве антисептика используют перекись водорода.

Добавление перекиси водорода на II ступени гидродинамической и ферментативной обработки эффективно снижает микробную обсемененность разваренной массы в результате совместного антимикробного действия химического и термического факторов. Уровень микробной контаминации разваренной массы снижается с 7·10⁵ КОЕ/мл до 0-10³ КОЕ/мл.

Добавление перекиси водорода на II ступени гидродинамической и ферментативной обработки способствует также более полной клейстеризации крахмала в результате окислительной деструкции крахмальных гранул и способности перекиси водорода образовывать водородные связи с гидроксильными группами глюкозных остатков, составляющих молекулу крахмала.

Пример 1 (контроль).

Данный пример воспроизводит способ, описанный в аналоге [Яровенко В.Л. Технология спирта. / В.Л.Яровенко. - М.: Колос, Колос-пресс. 2002. - С.104-105, 186-187, 244-254, 325-372].

Получение этилового спирта осуществляли в лабораторном реакторе с мешалкой.

В качестве исходного сырья использовали зерносмесь рожь-пшеница (содержание пшеницы 31,2%), влажностью 12,5%, крахмалистостью 57%. Зерносмесь в количестве 1,5 кг смешивали с дистиллированной водой в соотношении 1:3, ферментными препаратами Амилосубтилин Г3х из расчета 2,0 ед. АС на 1 г условного крахмала, Термамил СЦ (Novozymes) из расчета 300 мл/т условного крахмала и Шеарзим 500 Л (Novozymes) из расчета 30 мл/т условного крахмала и выдерживали при температуре 55°С в течение 20 минут. Далее замес нагревали при постоянном перемешивании со скоростью 120 об/мин до температуры 70°С и проводили гидродинамическую и ферментативную обработку I ступени в течение 150 минут, тепловую гидродинамическую и ферментативную обработку II ступени проводили при 95°С в течение 30 минут, затем разваренную массу охлаждали до 60°С и осахаривали ферментным препаратом САН Супер 240 Л (Novozymes) из расчета 890 мл/т условного крахмала. Осахаренное сусло охлаждали и сбраживали промышленным штаммом дрожжей Saccharomyces cerevisiae Allyeast superstart (Alltech. Inc. Nicholasville. Ky.) при температуре 30°С в течение 72 ч. Перегонку бражки осуществляли на лабораторной установке. Физико-химические и микробиологические показатели полупродуктов процесса получения этилового спирта представлены в таблице.

Пример 2. Процесс получения этилового спирта проводили аналогично примеру 1, но на II ступени тепловой гидродинамической и ферментативной обработки в развариваемую массу вводили перекись водорода до концентрации 0,03% в водной фазе полупродукта. Физико-химические и микробиологические показатели полупродуктов процесса получения этилового спирта представлены в таблице.

Пример 3. Процесс получения этилового спирта проводили аналогично примеру 1, но на II ступени тепловой гидродинамической и ферментативной обработки в развариваемую массу вводили перекись водорода до концентрации 0,1% в водной фазе полупродукта. Физико-химические и микробиологические показатели полупродуктов процесса получения этилового спирта представлены в таблице.

Физико-химические и микробиологические показатели полупродуктов спиртового брожения
Наименование показателя	Пример 1	Пример 2	Пример 3
Содержание микроорганизмов-контаминантов в разваренной массе, КОЕ/мл	7·105±35000	103±100	0
рН осахаренной массы	5,75±0,02	5,69±0,02	5,67±0,02
рН зрелой бражки	3,45±0,02	3,54±0,02	3,62±0,02
Концентрация титруемых кислот в осахаренной массе в пересчете на уксусную, г/л	0,66±0,01	0,66±0,01	0,66±0,01
Концентрация титруемых кислот в зрелой бражке в пересчете на уксусную, г/л	7,62±0,01	6,56±0,01	6,30±0,01
Содержание несброженных углеводов в зрелой бражке, г/100 мл бражки	0,190±0,009	0,086±0,009	0,084±0,009
Содержание нерастворенного крахмала в зрелой бражке, г/100 мл	0,23±0,02	0,21±0,02	0,09±0,02
Содержание спирта в зрелой бражке, об.%	9,2±0,1	9,5±0,1	9,8±0,1

Таким образом, предлагаемый способ позволит повысить выход этилового спирта на 0,3-0,6 об.% за счет устранения негативного влияния инфицирующей микрофлоры и более полного растворения крахмала.