DD267508A1 - PROCESS FOR THE EXCLUSION OF CEREALS UNDER PRESSURE-FREE CONDITIONS - Google Patents

PROCESS FOR THE EXCLUSION OF CEREALS UNDER PRESSURE-FREE CONDITIONS Download PDF

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DD267508A1 DD28226285A DD28226285A DD267508A1 DD 267508 A1 DD267508 A1 DD 267508A1 DD 28226285 A DD28226285 A DD 28226285A DD 28226285 A DD28226285 A DD 28226285A DD 267508 A1 DD267508 A1 DD 267508A1
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cereals
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Inventor
Alfred Taeufel
Rosemarie Gabor
Ingrid Emmer
Klaus-Werner Echtermann
Ulrike Zimare
Karlheinz Kirste
Heidrun Voigt
Wilhelm Flamme
Joachim Wesenberg
Siegfried Nowak
Original Assignee
Spirituosen Wein U Sekt Veb K
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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

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

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.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

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

Als Verz jckerungsmittel werden japanische Handelspräparate, vorzugsweise aus Rhizopus, jedoch auch Malz eingesetzt. DieAs tracing agent Japanese commercial preparations, preferably from Rhizopus, but also malt are used. The

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

Hefek'jltur zugesetzt und 120h fermentiert.Hefek'jltur added and fermented for 120h. Im WP 2*0137 wird ein Verfahren beschrieben, das die Rohstoffqualität berücksichtigt und auf der Basis ausgewählterWP 2 * 0137 describes a process that takes into account the quality of the raw materials and selected on the basis Getreidoparameter, z.B. Fallzahl und Katalase-Aktivität, eine angepaßte Aufschlußtemperatur und VerzuckerungsmittelgabeCereal parameters, e.g. Case number and catalase activity, an adjusted digestion temperature and saccharification agent

ermöglicht.allows.

Das WP 220137 gem davon aus, die enzymatischen Potenzen des Rohkorns stärker zu nutzen, da sie durch die pflanzeneigenenThe WP 220137 according to exploit the enzymatic potencies of the raw grain to use more, as they are by the plant's own Inhibitoren nicht beeinträchtigt werden können und getreidoeigene Amylasen hinsichtlich ihrer Spezifität naturgemäß amInhibitors can not be affected and grains own amylases naturally in terms of their specificity

meisten an das Substrat angepaßt sind.most adapted to the substrate.

ZIe! der ErfindungZIe! the invention

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.

Darlegung de* Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

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.

AusfuhrungsbeisplelAusfuhrungsbeisplel

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.

Claims (6)

1. Verfahren zum Aufschluß von Getreide,vo»3ugsweise Roggen,unter drucklosen Bedingungen unter Einsatz vcn mikrowellen Enzympräparaten oder Enzymkulturlösungen mit amylolytischer, proteolyti^cher und cellulolytischer Aktivität, dadurch gekennzeichnet, daß vor der eigentlichen Verarbeitung die ge'creideeigenen Enzyme durch eine Behandlung des Getreides in Suspension mit Wasser aktiviert werden, indem ein Getreide-Wasser-Verhältnis von 1:1 bis 1:3 eingesetzt wird.1. A process for the digestion of cereals, preferably rye, under unpressurised conditions using microwell enzyme preparations or enzyme culture solutions having amylolytic, proteolytic and cellulolytic activity, characterized in that, prior to the actual processing, thecarycidated enzymes are removed by treatment of the Activated cereals in suspension with water by a grain-water ratio of 1: 1 to 1: 3 is used. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf 283 bis 303 K eingestellte Suspension während der Behandlung ständig oder alternierend gerührt und der Prozeß nach 12 bis 20h abgebrochen wird.2. The method according to item 1, characterized in that the adjusted to 283 to 303 K suspension during the treatment constantly or alternately stirred and the process is stopped after 12 to 20h. 3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Getreidesuspension nach 12 bis 20 h Alpha-Amylase zugeführt wird.3. The method according to item 1 and 2, characterized in that the grain suspension after 12 to 20 hours of alpha-amylase is supplied. 4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Getreidesuspension während dor Behandlung celluiolytische und proteolytische Aktivitäten zugeführt werden, wobei der Zusatz dieser Enzymgemische anteilig und stufenweise erfolgt.4. The method according to item 1 to 3, characterized in that the grain suspension during treatment celluiolytische and proteolytic activities are supplied, wherein the addition of these enzyme mixtures is proportional and stepwise. 5. Verfahren nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der Maische in einem Bereich von 4 bis 6,0 eingestellt wird.5. The method according to item 1 to 4, characterized in that the pH of the mash is adjusted in a range of 4 to 6.0. 6. Verfahren nach Punkt 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maische durch Zugabe von Warmwasser von 313 bis 333K auf 293 bis 313K erwärmt wird.6. The method according to item 1 to 5, characterized in that the mash is heated by the addition of hot water from 313 to 333K to 293 to 313K.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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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