DD267508A1 - PROCESS FOR THE EXCLUSION OF CEREALS UNDER PRESSURE-FREE CONDITIONS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein druckloses Staerkeaufschlussverfahren, das es ermoeglicht, durch Aktivierung des Eigenenzympotentials des Getreides in der waessrigen Suspension (Verhaeltnis Getreide:Wasser 1:1 bis 1:3) unter Einsatz von amylolytischen, proteolytischen und cellulolytischen Aktivitaeten bei Temperaturen zu arbeiten, die bei Verwendung von Kuehlwasserabgaengen keinen weiteren Einsatz von Energie erfordern und gleiche Ausbeuten wie beim konventionellen Verfahren erreichen.The invention relates to a non-pressurized starch digestion method which makes it possible to operate at temperatures by activating the self-enzyme potential of the cereal in the aqueous suspension (ratio cerium: water 1: 1 to 1: 3) using amylolytic, proteolytic and cellulolytic activities. when using Kühlwasserabgaengen require no further use of energy and achieve the same yields as in the conventional method.
Description
Die Erfindung betrifft ein druckloses Aufschlußverfahrein und ist in Getreide- und Kornbrennereien (Roggen, Weizen) anwendbar.The invention relates to a pressureless digestion and is in grain and grain distilleries (rye, wheat) applicable.
Drucklose Aufschlußverfahren zur Vorarbeitung von Getreide zu Ethanol gewinnen international zunehmend an Bedeutung. Sie erfordern im Gegensatz zu Druckaufschlüssen wesentlich weniger Energie.Pressureless digestion processes for the preparation of cereals into ethanol are becoming increasingly important internationally. They require much less energy than pressure.
Das Kaltmaischverfahren, eine Form des drucklosen Aufschlußverfahrens, arbeitet bekanntlich im Vergleich zu anderen Verfahren bei niedrigerer Temperatur. Das Einteigen des Getreideschrotes erfolgt bei 45 bis 50°C. Im Temperaturbereich von 580C bis maximal 850C werden unterschiedliche Rasten eingehalten und stärkehydrolysierende Enzyme zugegeben, wobei das verzuckernde Enzym generell bei Temperaturen < 6O0C nach Rückkühlung dosiert wird. Einer solchen Verfahrensweise folgen auch sogenannte „über Nacht eingsteigte Maischen", die während der Einteigphase einer Enzymanreicherung unterliegen, jedoch nicht im Sinne der erfindungsgemäßen Lösung verarbeitet wenden.The cold mash process, a form of non-pressurized digestion process, is known to operate at lower temperature than other processes. The steepness of the cereal is carried out at 45 to 50 ° C. In the temperature range from 58 0 C to a maximum of 85 0 C different restraints are maintained and starch hydrolyzing enzymes added, the saccharifying enzyme is generally dosed at temperatures <6O 0 C after re-cooling. Such a procedure is also followed by so-called "overnight mashes", which are subject to enzyme enrichment during the single-stage phase, but are not processed in the sense of the solution according to the invention.
Bei Anwendung der bekannten Verfahrensschritte wurde nicht immer .1er angestrebte Getreideaufschluß erzielt, weil die Qualität des Rohstoffes erheblichen Schwankungen unterliegt, die sortun-, kultivations- und verarbeitungsbedingt sein können. Es wurde daher versucht, die auftretenden Nachteile durch verbesserte Vermahlung des Getreides und Modifikation der Technologie zu überwinden.When applying the known process steps not .1er desired grain digestion was achieved because the quality of the raw material is subject to considerable fluctuations, which may be due to sorting, cultivation and processing. It has therefore been attempted to overcome the disadvantages by improved milling of the crop and modification of the technology.
Ferner mußten die zudosierten Aktivitäten an mikrobieller Alpha-Amylase im Gegensatz zum Hochdruckdämpfverfahren erhöht werden.Furthermore, the dosed activities of microbial alpha-amylase had to be increased as opposed to the high pressure steaming method.
Mit der immer breiteren Anwendung miWobieller Enzympräparate haben sich auch Machteile eingestellt. So werden mikrobielle Proteasen vom Serintyp, wie sie in vielen Alpha-Amylasepräparaten des Handels als alkalische Protease vorliegen, von Inhibitoren des Getreides, vor alle'.i von Weizen, Roggen, Gerste und Hafer partiell oaer vollständig gehemmt. Aus biologischbiochemischer Sicht handelt es $ ich bei derartigen Reaktionen der Inhibitoren wahrscheinlich um Abwehrreaktionen der Pflanze gegenüber mikrobiellem Befall. Wenn inan dennoch eine enzymatische Wirkung erzielen will, muß man Aktivitäten vorgeben, die höher sind als die vorhandenen Hemmstoffkonzentrationen.With the increasing use of miWobieller enzyme preparations also Machteile have set. Thus, serine-type microbial proteases, such as those present in many alpha-amylase preparations of commerce as alkaline protease, are partially completely inhibited by inhibitors of the cereal, above all wheat, rye, barley, and oat. From a biological biochemical point of view, such reactions of the inhibitors are likely to be defense reactions of the plant to microbial attack. If, nevertheless, an enzymatic effect is to be achieved, one must specify activities which are higher than the existing inhibitor concentrations.
Ebenfalls werden Alpha-Amylasen tierischer Herkunft, z.B. Speichel- und Pankreasamylase sowie diejenigen von Getreideschädlingen (Kornkäfer, Getreidewanze), stark inhibiert.Also, alpha-amylases of animal origin, e.g. Salivary and pancreatic amylase as well as those of cereal pests (grain beetle, cereal bug), strongly inhibited.
Dagegen werden bakterielle oder fungale Alpha-Amylasen durch getreideeigene Alpha-Amylase-lnhibiU>ren kaum gehemmt. In der Praxis kann man folglich beim Einsatz von bakteriellen Alpha-Amylasö-Präparaten davon ausgehen, daß die Alpha-Amylase weitgehend wirksam bleibt.In contrast, bacterial or fungal alpha-amylases are scarcely inhibited by native alpha-amylase inhibitors. In practice, it can therefore be assumed, when using bacterial alpha-amylase preparations, that the alpha-amylase remains largely effective.
Proteolytische Nebenaktivitäten können jedoch je nach, ihror Zusammensetzung partiell bzw. vollständig gehemmt werden. Nach dem gegenwärtigen Kenntnisstand sind die getreideeigenen Inhibitoren temperatur- un 1 pH-stabil. Sie werden erst nach Einwirkung von Temperaturen oberhalb 8O0C und entsprechend langer Einwirkungsdauer ausgeschaltet, was beim Hochdruckdämpfverfahren der Fall ist.However, proteolytic side activities may be partially or completely inhibited depending on their composition. According to the current state of knowledge, the cereal inhibitors are temperature-stable and pH-stable. They are turned off only after exposure to temperatures above 8O 0 C and correspondingly long exposure time, which is the case with the high-pressure damping method.
Das in der DE-OS 3149931 beschriebene Verfahren geht von bestimmten relativ hohen Maischekonzentrationen aus (Verhältnis Wasser zu Getreide 1:1,8 bis 1:3,4) und arbeitet im Temperaturbereich unterhalb der Viskositätserhöhung der Stärke.The method described in DE-OS 3149931 is based on certain relatively high mash concentrations (ratio of water to grain 1: 1.8 to 1: 3.4) and operates in the temperature range below the viscosity increase of the starch.
-2- 26T508-2- 26T508
oingss'/Uten relativ hohen Aktivitäten (bei Getreide von 15,6 bis 25 Einheiten je g Rohmaterial) werden zusammen mit deroingss' / Uten relatively high activities (cereals from 15.6 to 25 units per g of raw material) are together with the
ermöglicht.allows.
meisten an das Substrat angepaßt sind.most adapted to the substrate.
Ziel der Erfindung ist es, Verfahrensparameter zu realisieren, die die volle Nutzung korneigener Enzyme gewährleisten, dessen Wirkung durcn den Zusatz von Enzympräparaten mit amylolytischen, cellulolytischen und proteolytischen Aktivitäten 7U ergänzen, so daß es möglich wird, Stärkelösung und -verzuckerung bei Temperaturen durchzuführen, die bei Verwendung von Brunnen- und Kühlwasserabgängen (3G3 bis 323K) keinen weiteren Einsatz von Wärmeenergie erfordern.The aim of the invention is to realize process parameters which ensure the full utilization of natural enzymes whose action is supplemented by the addition of enzyme preparations with amylolytic, cellulolytic and proteolytic activities 7U, so that it is possible to carry out starch solution and saccharification at temperatures When using well and cooling water outlets (3G3 to 323K), do not require any further use of heat energy.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß die Alpha-Amylase-Aktivität in einem Geireideschrot erheblich zunimmt, wenn man eine wäßrige Suspension im Verhältnis 1:1 bis 1:3 über 12 bis 23 h bei Temperaturen von 283 bis 303 K ständig oder alternierend rührt. Die Aktivitätszunahme an Alpha-Amylase beträgt 30 bis 50% bezogen auf die ursp·. ünglichs Aktivität dos Schrotes. Darüber hinaus werden weiter korneigene I nzyme aktiviert, da die Zunahme der reduzierenden Zucker und des Extraktgehaltes in der Schrotsuspension allein aus de r Wirkung der amylolytischen Aktivitäten nicht zu erklären ist. Diese Wirkungen werden durch Zusatz proteoiytischer und cellulolyVschiir Aktivitäten weiter verstärkt. Im Ergebnis dieser komplexen Wirkung kann im erheblichen Umfang auf die im Vergleich zu bekannten drucklosen Aufschlußverfahren üblichen Gaben an amylolytischen Enzymen verzichtet werden, da die aktivierten korneigener· Enzyme spezifischer wirken als konventionell» amylolytische Enzympräparate.It has surprisingly been found that the alpha-amylase activity increases significantly in a Geireideschrot when stirring an aqueous suspension in the ratio 1: 1 to 1: 3 for 12 to 23 hours at temperatures of 283 to 303 K constantly or alternately. The increase in activity of alpha-amylase is 30 to 50% relative to the ursp. Only Activity dos Schrotes. In addition, further grain own I nzyme be activated because the increase in reducing sugar and the extract content in the meal suspension alone de r de r effect amylolytic activity can not be explained. These effects are further enhanced by the addition of proteolytic and cellulolytic activities. As a result of this complex action, it is possible to dispense with amylolytic enzymes which are customary in comparison to known pressureless digestion methods, since the activated corneigenic enzymes act more specifically than conventional amylolytic enzyme preparations.
Um diese Effekte nutzen zu könner., ist das Einhalten von Temperaturen kleiner 500C erforderlich. Der Zusatz von proteolytischen und cellulolytischen Aktivitäten sichert, daß bei Anwendung der beschriebenen Verfahrensweise Ethanolausbeuten erzielt werden können, die in der Größenordnung konventioneller Verfahren liegen.For these effects to use rounder., Keeping temperatures below 50 0 C is required. The addition of proteolytic and cellulolytic activities ensures that ethanol yields that are on the order of conventional methods can be achieved using the described procedure.
Im Ergebnis eier erfindungsgemäßen Lösung resultiert ein Verfahren, welches durch die Nutzung der in Brennereien anfallenden Sekundärenergie {Kühlwasserabgänge) für den Maischprozbß keiner gesonderten Wärmeenergiezuführung bedarf.As a result of the solution according to the invention results in a method which does not require a separate heat energy supply by the use of the secondary energy accumulating in distillery {cooling water outlets) for the Maischprozbß.
1100g Rogrjenfeinschrot werden im Msischgefäß mit 220OmI auf 298 K erwärmten Wasser verrührt und 16h unter schwachem Rühren gehalten. Danach wird auf 313K erwärmt und 0,^85g Alpha-Amylase (Aktivität = 350 x 109 ΙΕ/kg) und 2,42ml Glucoamylase (Aktivität - 3 x 10e E/l) zugegeben. Nach 1 h wird durch Zugabe von kaltem Wasser auf Abstelltemperatur gekühlt. Nach üblicher Vergärung mit einer Brennereihefe innerhalb, on 70 h gelangt die Maische zur Destillation. Die Ausbeute beträgt 621 E/100kg Stärke.1100g Rogrjenfeinschrot be stirred in the mixing vessel with 220OmI to 298 K heated water and kept for 16 h with gentle stirring. Thereafter, it is heated to 313K, and 0, ^ 85g alpha-amylase (activity = 350 x 10 9 ΙΕ / kg) and 2,42ml glucoamylase (activity - 3 x 10 e e / l) was added. After 1 h is cooled by addition of cold water to shutdown temperature. After usual fermentation with a distillery yeast within, on 70 h the mash arrives to the distillation. The yield is 621 U / 100kg starch.
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DD28226285A DD267508A1 (en) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | PROCESS FOR THE EXCLUSION OF CEREALS UNDER PRESSURE-FREE CONDITIONS |
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DD (1) | DD267508A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004081193A3 (en) * | 2003-03-10 | 2005-08-04 | Broin And Associates Inc | Method for producing ethanol using raw starch |
US7919289B2 (en) | 2005-10-10 | 2011-04-05 | Poet Research, Inc. | Methods and systems for producing ethanol using raw starch and selecting plant material |
EP4239075A1 (en) | 2022-03-04 | 2023-09-06 | Technische Universität München | Process for the production of ethanol and/or fermentation by-products from a starch-containing biomass |
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1985
- 1985-10-31 DD DD28226285A patent/DD267508A1/en active IP Right Grant
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EP4239075A1 (en) | 2022-03-04 | 2023-09-06 | Technische Universität München | Process for the production of ethanol and/or fermentation by-products from a starch-containing biomass |
WO2023166177A1 (en) | 2022-03-04 | 2023-09-07 | Technische Universität München | Process for the production of ethanol and/or fermentation by-products from a starch-containing biomass |
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