DD236109A1

DD236109A1 - APPLICATION OF A SPECIFIC ENZYME COMPLEX FOR THE PRESSURE-FREE POWDER CIRCUIT PROCESS IN CEREAL BURNS

Info

Publication number: DD236109A1
Application number: DD27507185A
Authority: DD
Inventors: Karin Peglow; Michael Tischler; Klaus-Werner Echtermann; Wolfgang Hirte; Guenter Schulz
Original assignee: Sws Stammbetrieb Veb Baerensie
Priority date: 1985-04-11
Filing date: 1985-04-11
Publication date: 1986-05-28

Abstract

Die Erfindung betrifft die Anwendung eines spezifischen Enzymkomplexes fuer das drucklose Staerkeaufschlussverfahren in Getreidebrennereien. Es bestand die Aufgabe, mit Hilfe einer einzigen Enzymkulturloesung alle fuer die Vergaerung zu Ethanol geeigneten Getreidepolysaccharide zu hydrolysieren und die Ethanolausbeute ueber den mit Amylasen erreichbaren Wert zu steigern. Erfindungsgemaess wird ein spezifischer Enzymkomplex angewendet, zu dessen Gewinnung ein Enzymbildner auf einem geeigneten Naehrmedium kultiviert und die Wirkung des gewonnenen Enzymkomplexes zusammen mit den Rohkornenzymen des Getreides genutzt wird. Die Erfindung wird in Getreidebrennereien, die das DSA betreiben, verwendet.The invention relates to the use of a specific enzyme complex for the pressure-free Staerkeaufschlußverfahren in cereal distilleries. It was the task of using a single enzyme culture solution to hydrolyze all suitable for the fermentation to ethanol cereal polysaccharides and to increase the ethanol yield over the achievable with amylases value. According to the invention, a specific enzyme complex is used, for the production of which an enzyme-forming agent is cultured on a suitable nutrient medium and the effect of the enzyme complex obtained is used together with the crude grain enzymes of the cereal. The invention is used in grain distilleries that operate the DSA.

Description

Anwendung eines spezifischen Enzymkomplexes für das drucklose Stärkeaufschlußverfahren in GetreidebrennereienApplication of a specific enzyme complex for the unpressurized starch digestion process in cereal distilleries

2. Anwendungsgebiet der Erfindung2. Field of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren in der Brennerei zur komplexen Verwertung der im drucklosen StärkeaufSchluß verfahren (DSA) vorliegenden Getreideinhaltsstoffe durch einen auf das zu hydrolysierende Getreide abgestimmten Enzymkomplex.The invention relates to a process in the distillery for the complex utilization of the present in the pressureless starch dissolution process (DSA) cereal ingredients by an adapted to the grain to be hydrolyzed enzyme complex.

3. Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen3. Characterization of the known technical solutions

Bei der Gewinnung von Gärungsethanoi aus Getreide wird die Getreidestärke dem enzymatisehen Angriff zugänglich gemacht. Es stehen dafür zwei prinzipielle Verfahren zur Verfügung:In the production of fermentation ethanoi from cereals, the corn starch is made accessible to the enzymatic attack. There are two principal methods available for this:

- Aufschluß bei hohen Temperaturen und hohem Druck- digestion at high temperatures and high pressure

(Hochdruckdampfverfahren HDV, RöhrenaufSchlußverfahren RAV, TGL 37792)(High-pressure steam method HDV, tube closure method RAV, TGL 37792)

- Aufschluß bei atmosphärischem Druck und schonenden Temperaturen bis 64 "C (DSA) bzw. bei erhöhten Aufschlußtemperaturen bis 100 ^#C und Verzuckerungstemperaturen von 58 ^eC (TGL 32272, Werkstandard 01-84 DD-WP 133820, DE-OS 3149931/A 1) .- Digestion at atmospheric pressure and gentle temperatures up to 64 "C (DSA) or at elevated digestion temperatures up to 100 ^# C and saccharification temperatures of 58 ^e C (TGL 32272, factory standard 01-84 DD-WP 133820, DE-OS 3149931 / A ).

Bei beiden Verfahren werden gegenwärtig Amylasen als stärkespaltende Enzyme bei einer Verzuckerungstemperatur von 57 *C eingesetzt.In both processes, amylases are currently used as starch-cleaving enzymes at a saccharification temperature of 57 * C.

Die amylolytisehen Enzyme werden aus Grünmalz, Brennereidarrmalz und aus mikrobiellen Enzympräparaten gewonnen. Im DD-WP 151472 wird die "Anwendung eines cellulolytischen und hemicellu· lolytischen Enzymkomplexes zur Ethanolgewinnung" zusätzlich zum Einsatz von Amylasen beschrieben.The amylolytic enzymes are derived from green malt, distillate distillate and microbial enzyme preparations. DD-WP 151472 describes the "use of a cellulolytic and hemicellulolytic enzyme complex for ethanol production" in addition to the use of amylases.

Die bekannten technischen Lösungen beinhalten also den getrennten Einsatz von Amylasen zur Hydrolyse oder von Amylasen und Cellulasen, wie in den Patenten SU-PS WO 81/00857, SU-PS 316719, SU-PS 741582 A. DD-PS 213240 und SU-PS 1017713 A beschrieben .The known technical solutions thus include the separate use of amylases for the hydrolysis or of amylases and cellulases, as described in the patents SU-PS WO 81/00857, SU-PS 316719, SU-PS 741582 A. DD-PS 213240 and SU-PS 1017713 A described.

Die Hydrolyse der Getreidecellulose ist durch Amylasen nicht möglich. Die Cellulasen allein können nicht die Stärke des Getreides hydrolysieren. Demzufolge wäre zur komplexen Verwertung der Getreidepolysaccharide und damit zur Steigerung der Ethanolausbeute der Einsatz von zwei Enzymkomplexen (Amylase und Cellulase) notwendig.The hydrolysis of the cereal cellulose is not possible by amylases. The cellulases alone can not hydrolyze the starch of the grain. Consequently, the use of two enzyme complexes (amylase and cellulase) would be necessary for complex utilization of the grain polysaccharides and thus for increasing the ethanol yield.

Jedoch ergibt sich durch alleinigen Einsatz des der Erfindung zugrunde liegenden Enzymkomplexes als Verzuckerungsmittel im DSA eine amylolytisehe, cellulolytische , xylanolytische und glucanolytisehe Spaltung der Polysaccharide des Getreides im Zusammenwirken mit korneigenen Enzymen. Dadurch können sämtliche vergärbare Polysaccharide der Umsetzung zu Ethanol zugänglich gemacht werden.However, the exclusive use of the enzyme complex on which the invention is based, as the saccharifying agent in the DSA, results in an amylolytic, cellulolytic, xylanolytic and glucanolytic cleavage of the polysaccharides of the cereal in interaction with internal enzymes of the enzyme. As a result, all fermentable polysaccharides can be made accessible to the conversion to ethanol.

Enzympräparate, die im Aktivitätsspektrum sowohl Amylasen als auch Cellulasen in ausreichender Menge aufweisen, die auf die Hydrolyse von Getreidepolysacchariden abgestimmt wurden, sind bisher nicht beschrieben worden.Enzyme preparations which have in the activity spectrum both amylases and cellulases in sufficient amount, which were tailored to the hydrolysis of cereal polysaccharides, have not been described.

4. Ziel der Erfindung4. Object of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, mit Hilfe einer einzigen Enzymkulturlösung alle in der Getreidemaische enthaltenen Polysaccharide, die aus vergärbaren Mono- oder Disacchariden zusammengesetzt sind, zu hydrolysieren.The object of the invention is to hydrolyze all polysaccharides contained in cereal mash, which are composed of fermentable mono- or disaccharides, with the aid of a single enzyme culture solution.

5. Darlegung des Wesens der Erfindung5. Presentation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe einer einzigen Enzymkulturlösung im drucklosen Stärkeaufschlußverfahren alle Polysaccharide des Getreides zu hydrolysieren. Dadurch soll die Zugabe der für die Stärkekonversion benötigten Enzyme aus Darrmalz, Grünmalz oder aus mikrobiell hergestellten Enzympräparaten bzw. die gleichzeitige Kultiverung von mehreren verschiedenen Enzymbildnern (Amylasen, Cellulasen) entfallen.The invention has for its object to hydrolyze all polysaccharides of the grain with the help of a single enzyme culture solution in the pressureless starch digestion process. As a result, the addition of the enzymes required for the conversion of starch from Darrmalz, green malt or from microbially produced enzyme preparations or the simultaneous cultivation of several different enzyme formers (amylases, cellulases) omitted.

Durch die vollständige Hydrolyse der zur Vergärung geeigneten Kohlenhydrate ist es möglich, die Ethanolausbeute so zu steigern, daß diese über dem bisherigen erreichbaren Wert beim Amylaseeinsatζ liegt.Due to the complete hydrolysis of the carbohydrates suitable for fermentation, it is possible to increase the ethanol yield so that it is above the previous achievable value for Amylaseeinsatζ.

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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein spezifischer Enzymkomplex für das drucklose Stärkeaufschlußverfahren in Getreidebrennereien angewendet wird. Die Gewinnung des Enzymkomplexes erfolgt durch einen Enzymbildner z. B. der Gattung Penicillium (DD-WP C 12 N 263571/7). der auf einem dafür geeigneten Nährmedium (DD-WP C 12 N 262656/4) kultiviert wird. Der Enzymkomplex wird allein zur Hydrolyse der zur Vergärung geeigneten Ge treidepolysaccharide verwendet, wobei eine synergistische Wirkung der aktiven Bestandteile des Komplexes mit den im Getreide vorhandenen Rohkornenzymen stattfindet .According to the invention the object is achieved in that a specific enzyme complex for the non-pressure starch digestion method is applied in cereal distilleries. The recovery of the enzyme complex is carried out by an enzyme generator z. B. the genus Penicillium (DD-WP C 12 N 263571/7). which is cultured on a suitable nutrient medium (DD-WP C 12 N 262656/4). The enzyme complex is used solely for the hydrolysis of Ge suitable for fermentation geidepolysaccharide, with a synergistic effect of the active ingredients of the complex takes place with the Rohkornenzymen present in the grain.

Der verwendete Enzymkomplex besitzt amy1olytisehe , cellulolytische. xylanolytisehe und glucanolytische Aktivitäten. Bei diesem Verfahren wird der Enzymkomplex im Rahmen des bekannten Maischverfahrens (TGL 33272) bei Verzuckerungstemperaturen von 53 °C - 57 °C und pH-Werten von 5.3 bis 5,8 eingesetzt.The enzyme complex used has amy1olytisehe, cellulolytic. xylanolytic and glucanolytic activities. In this process, the enzyme complex is used in the known mashing process (TGL 33272) at saccharification temperatures of 53 ° C.-57 ° C. and pH values of 5.3 to 5.8.

Die Wirkung erstreckt sich auf die Verwendung von Roggen und/ oder Weizen, wobei auch geschädigte Getreidechargen (niedriger Katalase-Wert) mit gleichem Erfolg verarbeitet werden können.The effect extends to the use of rye and / or wheat, whereby also damaged grain batches (low catalase value) can be processed with equal success.

Im Verlaufe des Maischens tritt, neben vollständiger Verzuckerung der vergärbaren Polysaccharide, eine wesentliche Viskosität serniedri gung ein, die eine Erhöhung der Konvektion in der Maische ermöglicht, die Pumpfähigkeit verbessert und so zu technologischen und energetischen Vorteilen führt.In the course of mashing occurs, in addition to complete saccharification of the fermentable polysaccharides, a significant viscosity serniedri tion that allows an increase in convection in the mash, improves pumpability and thus leads to technological and energy advantages.

6. Ausführungsbeispiel6th embodiment

Das Getreide Roggen und/oder Weizen ist zu reinigen und zu Feinschrot zu vermählen. Das erhaltene Feinschrot muß so beschaffen sein, daß 90 % der Partikel ein'1,0 mm-Lochsieb passieren .The cereal rye and / or wheat must be cleaned and ground into fine meal. The resulting fine meal must be such that 90% of the particles pass through a 1 mm perforated sieve.

In einem Einteige- oder Maischbottich sind für je 100 kg Schrot 280 bis 320 1 Wasser mit einer Temperatur von höchstens 50 °C vorzulegen .In a single-stage or mash tun, for each 100 kg of meal, 280 to 320 liters of water with a maximum temperature of 50 ° C shall be submitted.

Durch Zusatz von Schwefelsäure ist der pH-Wert der Maische auf 5,3 bis 5,5 einzustellen. Das Maischgut ist zur Lösung der hauptsächlichen Getreideinhaltsstoffe (Getreidestärke) bisBy adding sulfuric acid, the pH of the mash is adjusted to 5.3 to 5.5. The mash is the solution of the main cereal ingredients (cereal starch) to

^ 64 *C zu erwärmen. Die eingestellte Temperatur ist 30 Minuten zu halten.^ 64 * C to warm. The set temperature should be kept for 30 minutes.

Danach ist eine Temperatur von 53 - 55 "C einzustellen. Nach Erreichen dieser Temperatur werden 10 - 20 1 Kulturlösung bzw. 1-21 Konzentrat des Enzymkomplexes hinzugefügt . Danach ist eine Verzuckerungsrast von 10 Minuten zu halten.Thereafter, set a temperature of 53-55 ° C. After reaching this temperature, 10 to 20 liters of culture solution or 1-2 liters of concentrate of the enzyme complex are added, followed by a saccharification rest of 10 minutes.

Anschließend wird auf Abstelltemperatur von S 2 3 ⁰C gekühlt wobei bei 30 ⁰C die für den Gärprozeß notwendige Menge an Hefe hinzugefügt wird.It is then cooled to shutdown temperature of S 2 3 ⁰ C wherein at 30 ⁰ C necessary for the fermentation process amount of yeast is added.

Nach der Vergärung und dem AbdestilIieren des Rohethanols werden 351 1 bis 385 1 Ethanol pro 1 t Getreide (65,5 - 72 1 E/dt Stärke) gegenüber Ethanolausbeuten von 350 1 (65,5 1 W/dt Stärke) bei Einsatz von amylolytischen Verzuckerungsmitteln erzielt.After fermentation and distilling off the crude ethanol 351 1 to 385 1 of ethanol per 1 t of cereals (65.5 - 72 1 E / dt strength) against ethanol yields of 350 1 (65.5 1 W / dt strength) using amylolytic Achieved saccharifying agents.

Claims

/ 5 7. Inventions claim

1. Application of a specific enzyme complex for the druckose starch digestion process in cereal distilleries characterized in that takes place by sole addition of the enzyme complex together with the Rohkornenzymen hydrolysis of all suitable for the fermentation to ethanol cereal polysaccharides.

2. Application according to item 1, characterized in that this enzyme complex can be used in the pressureless starch digestion process with rye and / or wheat.

3. Application according to item 1, characterized in that also damaged grain (Katalse values 4 40 ml 0_ / g of grain) can be processed with equal success.

4. Application according to item 1, characterized in that in addition to the saccharification a significant viscosity seiniedrigung the mash occurs.

5. Application according to item 1, characterized in that for the production of a suitable enzyme complex a strain of Penicillium janthinellum or of its naturally occurring or artificially induced genetic variants is used.