PL159970B1 - Sposób wytwarzania etanolu PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania etanolu poprzez fermentacje surowców skrobiowych, znamien- ny tym, ze surowce rozdrabnia sie tak, aby co najmniej 97% czastek bylo mniejszych od 1,2 mm, miesza z wodnym roztworem uplynniajacych preparatów enzymatycznych w stosunku wagowym 1 : 0,05 - 3,5, po czym c a l o s c stopniowo ogrzewa do temperatury 60 - 95°C, przetrzymuje sie w tej temperaturze przez 10-40 minut, a nastepnie chlodzi do temperatury 55-60°C, dodaje sie scukrzajace preparaty enzymatyczne, stopniowo chlodzi do temperatury 24-30°C, dodaje drozdze i poddaje fermentacji przez 2-3 doby. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania etanolu ze skrobi zawartej w nasionach zbóż lub innych surowcach skrobiowych.

Nieoczyszczony etanol czyli spirytus surowy jest wytwarzany z surowców zawierających skrobię przy użyciu drożdży Saccharomyces cerevisiae zdolnych do fermentacji cukrów prostych. Aby skrobię przeprowadzić do formy, którą drożdże są w stanie wykorzystać do fermentacji alkoholowej, należy jej ziarna skleikować i upłynnić, a następnie duże cząsteczki wielocukrów podzielić na małe cząsteczki cukrów prostych. Rozpuszczanie skrobi wymaga stosowania podwyższonych temperatur, a w celu wydobycia ziaren skrobi z tkanki roślinnej proces prowadzi się w zbiornikach pod ciśnieniem około 0,4 MPa. Ostateczne upłynnienie i scukrzenie skrobi przeprowadza się przy użyciu enzymów pochodzących ze słodu lub preparatów mikrobiologicznych. Działaniu wysokiej temperatury na surowiec skrobiowy towarzyszy strata części cukrów w wyniku procesu karmelizacji i tworzenia się związków Maillarda, co wpływa hamująco na aktywność drożdży. Fermentację scukrzonego zacieru prowadzi się z reguły trzy lub dwie doby w temperaturze optymalnej dla stosowanej rasy drożdży. Zacier po odfermentowaniu, zawierający 7,5 - 9,0% alkoholu, kieruje się do destylacji, w wyniku czego otrzymuje się spirytus surowy oraz wywar. Wydajność alkoholu ze 100 kg skrobi wynosi około 63,0 drn . Spirytus surowy poddaje się rektyfikacji uzyskując czysty etanol. Wywar gorzelniczy zawierający wartościowe pod względem paszowym składniki surowca skrobiowego i ewentualnie słodu wzbogacony o składniki pochodzące z drożdży, stanowi karmę dla zwierząt. Znane jest także tak zwane zimne zacieranie polegające na tym, że surowce zbożowe rozdrabnia się do struktury mąki i poddaje działaniu preparatów enzymatycznych. .

Opis patentowy St. Zjedn. Am. nr 4 514 496 przedstawia sposób produkcji etanolu z surowca rozdrobnionego tak, by ilość cząstek nie większych niż 0,840 mm wynosiła 30%. Na mieszaninę rozdrobnionego surowca z wodą działa się jedynie enzymem scukrzającym i dodaje się drożdże w ilości nie mniejszej niż 2 χ 10⁷ - 10⁶ komórek/ml. Czas fermentacji wynosi 4-5 dób. Przedłużenie procesu fermentacji jest istotną wadą tej technologii.

Znane jest także częściowe zawracanie odfiltrowanego wywaru do procesu zacierania.

Opis patentowy St. Zjedn. Am. nr 4 376 163 opisuje sposób ciągłej produkcji etanolu, który charakteryzuje się tym, że odfermentowany zacier jest rozdzielany na trzy frakcje. Koncentrat drożdżowy zawraca się do fermentacji, a strumień pozbawiony drożdży kieruje się do aparatu odpędowego, gdzie następuje rozdział na strumień etanolowy i wywarowy. Strumień wywarowy po oddzieleniu nierozpuszczalnych cząstek jest częściowo zawracany do procesu zacierania.

15*9 970

Znany z opisu patentowego St. Zjedn.Am. nr 4 447 535 sposób uzyskiwania stężonego wywaru polega na kleikowaniu i scukrzaniu skrobi przy zastosowaniu homogenizatora, a wywar po oddzieleniu nierozpuszczalnych składników jest zawracany do procesu i używany w procesie zacierania. Powyższe procesy technologiczne wymagają do realizacji znacznej ilości urządzeń takich jak wirówki, wyparki, pompy, co ma istotny wpływ na zużycie energii w przeliczeniu na jednostkę produkcji.

Celem wynalazku jest opracowanie energooszczędnego sposobu wytwarzania etanolu. Nieoczekiwanie okazało się, że procesowi zimnego zacierania można poddawać surowce o mniejszym stopniu rozdrobnienia na przykład jedynie na drobną śrutę.

Cel ten osiągnięto przez enzymatyczne upłynnianie i scukrzanie skrobi zawartej w rozdrobnionym surowcu.

Istota wynalazku polega na tym, że surowce skrobiowe rozdrabnia się tak, by co najmniej 97% cząstek było mniejszych od 1,2 mm, miesza się z wodnym roztworem upłynniającym preparatów enzymatycznych w stosunku wagowym 1 : 0,05 - 3,5, po czym całość stopniowo ogrzewa się do temperatury 60-95°C, przetrzymuje się w tej temperaturze przez 10-40 minut, a następnie chłodzi się do temperatury 55-60°C, dodaje się scukrzające preparaty enzymatyczne, stopniowo chłodzi do temperatury 24-30°C, dodaje drożdże i poddaje fermentacji przez 2-3 doby.

Surowiec rozdrabnia się tak, by co najmniej 97% cząstek miało wielkości poniżej 1,2 mm.

Rozdrobniony surowiec miesza się w kadzi zaciemej z wodnym roztworem enzymu α-amylazy o stężemu ⁵³ χ ^{103 JASZMg} skrobt w stosunku wa^gow^ym na ¹ część śruty ^2,5 - ^3,2 cz^ęścⁱ roztworu wodnego enzymu upłynniającego. Korzystnie jest aby wodny roztwór enzymu w chwili dozowania surowca miał temperaturę 45-50°C. Uzyskuje się przez to użycie wody pochłodniczej, ajeszcze lepiej przez mieszaninę wody i gorącego wywaru dodanego w ilości do 70%. Nieoczekiwanie okazało się, że z pełnym powodzeniem można stosować wywar nie filtrowany.

Podczas mieszania medium ogrzewa się do temperatury 60-95°C. Wskazane jest przetrzymywanie mieszaniny w warunkach optymalnego działania użytej α-amylazy przez okres do 40 minut. Po schłodzenie mieszaniny do temperatury 50-60°C wprowadza się glukoamylazę w iloście 4 χ 10⁷ JGAZMg skrobi. Mieszaninę stale schładza się do temperatury nastawienia fermentacji to jest do temperatury 24-28°C, po czym dodaje się drożdże z gatunku Saccharomyces cereymae w ńośri co najmniej ⁵ χ ¹⁰⁷ fomóre^ml. ^Po cz^ym ^do zaderu ewentualme ^do^daje się 0,02 - 0,023% formaliny. Tak przygotowany zacier poddaje się fermentacji w temperaturze 33-35°C przez 2-3 doby. Stężenie alkoholu w odfermentowanym zacierze osiąga poziom 9,5-11,0%. Ten fakt wpływa w sposób znaczący na oszczędność energii zużywanej w procesie odpędu. W aparacie odpędowym następuje rozdział mieszaniny na dwie frakcje: spirytus surowy i wywar. Wydajność alkoholu ze 100 kg skrobi, w procesie według wynalazku wynosi ponad 64,0 dm3.

Część otrzymanego wywaru zawraca się do kadzi zaciemej celem zastąpienia nim części wody technologicznej. Uzyskuje się przez to wykorzystanie ciepła wywaru, które prowadzi do dalszych oszczędności energii, a także zawrócenie resztkowych cukrów do fermentacji, co z kolei wpływa na podwyższenie wydajności alkoholu z surowca.

Jednokrotne zawrócenie niefiltrowanego wywaru przy procesie według wynalazku powoduje zwiększenie suchej masy wywaru o około 30%, białka surowego w wywarze o około 30%, tłuszczu w wywarze o około 50%, związków mineralnych w wywarze o około 70%.

Zastąpienie 50% wody, potrzebnej do zacierania, przez niefiltrowany wywar pozwala na zwiększenie wydajności etanolu do 55,0 dm3 ze 100 kg skrobi, a więc o ponad 2 dm3 w porównaniu z wydajnością uzyskiwaną w metodzie klasycznej. Zawracanie niefiltrowanego wywaru powoduje ponadto poprawę jego wartości paszowej.

Wynalazek szczegółowo ilustrują poniższe przykłady.

Przykład I. Ziarno żyta o wilgotności 13,5% i zawartości skrobi 55,8% rozdrobniono przy użyciu młyna udarowego w takim stopniu, że analiza sitowa wykazała zawartość 98,2% cząstek poniżej 1,2 mm. Kadź zaciemą napełniono wodą o temperaturze 48°C w ilości 2,5 m3, ^do^dano ^0,130 dm^{3 p}re^paratu enzymatyczne^go ^Termam^{yl 12}°L (firm^{y N}OVO). ^Włączono mieszadło i wprowadzono 1 Mg śruty żytniej. W trakcie dozowania śruty zawartość kadzi ogrzewań żywą parą, zwracając przy tym uwagę na to, żeby temperatura nie przekroczyła 52°C.

159 970 β

Następnie dodano 1,5 kg wapna hydratyzowanego rozpuszczonego w 10 dm wody, pH zacieru wynosiło 6,1. Po wprowadzeniu całej ilości śruty rozpoczęto bardziej intensywne ogrzewanie. Z chwilą osiągnięcia temperatury 90°C zamknięto dopływ pary i wyłączono mieszadło. Po upływie 15 minut rozpoczęto chłodzenie upłynnionego zacieru. Dodano 0,350 dm³ kwasu siarkowego rozcieńczonego w 5 dm3 wody, pH zacieru wynosiło teraz 5,4. W momencie uzyskania temperatury 55°C dodano 1,0 dm3 preparatu enzymatycznego SAN 150L (firmy NOVO). Kiedy temperatura wynosiła 26°C wyłączono chłodzenie. Ekstrakt pozorny zacieru sło^dkie^go wynosti !9^,0°B^lg. Do zacieru te^go ^do^dano ^{350 d}m^{3 d}roż^dży ^Sacc^harom^yces cerevl· sfee. ^Zawarto^ść ka^dzi w ilo^ści 37°⁰ dm^{3 p}rze^pom^powano ^do ^ka^dzi fermentacyjnej. ^W ten s^posó^b przygotowano jeszcze dwie porcje zacieru (bez dodatku drożdży) i wszystkie trzy porcje fermentowały w jednej kadzi fermentacyjnej w temperaturze 34°C przez 3 doby. Stężenie alkoholu w zacierze odfermentowanym wynosiło 9,7%. Zacier ten poddano destylacji i uzyskano wydajnoife ^{64,3 d}m³ a&ohofe ze l⁰⁰ kg skroM. Cz^ęść otrzymanego wywaru zawrócono ^do procesu zacierania, a pozostałość przeznaczono do skarmiania zwierząt.

^Prz^ykład H. Do kadzⁱ zaciemej zawferaj^ącej^2,7 m³ wody ϋ nie filtrowanego wywaru^, otrzymanego z procesu wg przykładu 1, w stosunku objętościowym 1:1 i temperaturze 51°C ^dodano ^{0,100 d}m^{3 p}re^paratu enzymatycznego ^Am^ylogal ^CS ('Tektowin Jasło) oraz ¹ M^{g ś}rut^y pszennej (przygotowanej jak w przykładzie 1). Dodano następnie 1,2 kg wapna hydratyzowane^go rozpuszczone^go w ^{5 d}m³ wo^dy: ^pH zacferu wynosUo ^{6,0 Z}awarto^ść ka^ ogrzewano ^do temperatury 64°C i przetrzymywano w tej temperaturze prze 40 minut, po czym dodano 0,120 drn preparatu enzymatycznego Amylogal CS. Dodano 0,3 dm3 kwasu siarkowego rozcieńczonego, w ^{3,0 d}m³ wody: ^pH w^ynosⁱło teraz ^{5,4 p}o^dczas chlotdzema u^płynmone^go zacferu w temperaturze 60°C dodano 2,1 dm3 preparatu enzymatycznego Glukopol P (Pektowin Jasło), a prz^y tem^peraturze ²⁵°C zakoszono chło^dzenfe ^{i d}odano ^{300 d}m^{3 d}ro^żdży. ^W ten s^pos^ób przygotowano jeszcze dwie porcje zacierów (bez dodatku drożdży). Przygotowane trzy porcje zacieru fermentowały w temperaturze 34°C w ciągu trzech dób. Zacier odfermentowany zawierał 9,9% alkoholu. Wydajność 65,6 dm3 ze 100 kg skrobi.

Podobne postępowanie jak opisane powyżej przeprowadzono przy użyciu pszenżyta, sorga i tapioki i uzysakno analogiczne wyniki.

Istotnym czynnikiem charakteryzującym sposób według wynalazku jest jego prostota pozwalająca na łatwe zastosowanie w gorzelniach rolniczych produkujących spirytus surowy.

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania etanolu poprzez fermentację surowców skrobiowych, znamienny tym, że surowce rozdrabnia się tak, aby co najmniej 97% cząstek było mniejszych od 1,2 mm, miesza z wodnym roztworem upłynniających preparatów enzymatycznych w stosunku Wagowym 1: 0,05 - 3,5, po czym całość stopniowo ogrzewa do temperatury 60 - 95°C, przetrzymuje się w tej temperaturze przez 10-40 minut, a następnie chłodzi do temperatury 55-60°C, dodaje się scukrzające preparaty enzymatyczne, stopniowo chłodzi do temperatury 24-30°C, dodaje drożdże i poddaje fermentacji przez 2-3 doby.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wodny roztwór preparatów enzymatycznych sporządza się z dodatkiem do 70% niefiltrowanego wywaru.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do zacieru słodkiego dodaje się 0,02 0,023% formaliny.

   ★ ★ 4r