DE2944483A1

DE2944483A1 - Verfahren zur herstellung von alkohol aus staerke oder staerkehaltigen rohstoffen

Info

Publication number: DE2944483A1
Application number: DE19792944483
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr.-Ing. Heinz 4050 Mönchengladbach Houben; Georg Dipl.-Ing. 4040 Neuss Osthaus; Dipl.-Ing. Friedrich J. 4040 Neuss Zucker
Original assignee: Supraton F J Zucker GmbH
Current assignee: BWS Technologie GmbH
Priority date: 1979-11-03
Filing date: 1979-11-03
Publication date: 1981-05-07
Also published as: ATA537080A; FR2468645B1; CH647549A5; FR2468645A1; DE2944483C2; AT386224B; JPS5672693A; JPS638751B2

Description

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Verfahren zur Herstellung von Alkohol aus Stärke oder stärkehaltigen Rohstoffen

Die Erfindung betrifft ein vorzugsweise kontinuierlich durchführbares Verfahren zur Herstellung von Alkohol aus Stärke oder stärkehaltigen Rohstoffen, wie beispielsweise Kartoffeln, Getreide, insbesondere Roggen, Weizen, Mais, Reis oder Hirse, sowie Maniok-, Tapioka- und Cassavamehl.

Bekanntlich muß Stärke als nicht direkt vergärbares Kohlenhydrat mit Hilfe von Enzymen zunächst zu den vergärbaren Zuckern abgebaut werden, bevor die alkoholische Gärung möglich ist. Dazu ist es zunächst erforderlich, die stärkehaltigen Rohstoffe aufzuschließen, wobei die Stärkezellen aus ihren Zellverbänden gelöst und geöffnet werden und die Stärke freigelegt wird, die dann leichter verzuckert werden kann. Dieser Aufschluß erfolgt beim sogenannten Dämpfverfahren meist im HENZE-Dampfer bei höheren Temperaturen unter Druck, worauf dann entspannt und gekühlt und anschließend Enzym zugegeben wird, um die aufgeschlossene und verkleisterte Stärke zu verzuckern. Hierbei handelt es sich somit um ein nicht-kontinuierliches, chargenweise durchzuführendes Verfahren, bei dem der Rohstoff bei 150C bis zu seiner Verkleisterung ca. 1 1/2 bis 2 Stunden benötigt. Es ist offensichtlich, daß dieses bekannte Verfahren außerordentlich energieaufwendig ist.

Es ist auch schon bekannt, eine Teilmenge des Enzyms der Stärke voi dem Verkleistern im HENZE-Dampfer zuzusetzen, so daß dieses schon beim Aufheizen im gewissen Umfange

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eine Verzuckerung auslösen kann, doch werden die Enzyme bei den für die Verkleisterung erforderlichen hohen Temperaturen von weit mehr als 100°C inaktiviert und müssen dann nach völliger Verkleisterung der Stärke ergänzt werden, damit die völlige Verzuckerung stattfindet.

Ein Verfahren zum Verkleistern von Stärke bzw. stärkehaltigen Produkten unter erheblicher Energieeinsparung ist bereits aus der DE-PS 19 22 932 bekannt, und dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man Dampf und Stärkesuspension koaxial in das Zentrum einer Homogenisiermaschine einleitet. Dieses Verfahren hat sich in der Praxis außerordentlich bewährt, da das Verkleistern der Stärke in einer Zone hoher Dichte von Scher- und Kavitationskräften stattfindet und ein gleichmäßiges intensives Verteilen des Dampfes einerseits und auch eine ständige Abnahme der an sich kontinuierlich steigenden Viskosität im Zeitpunkt ihrer Entstehung erfolgt. Als Homogenisiermaschine kann bei diesem bekannten Verfahren mit Erfolg vor allem eine Vorrichtung benutzt werden, die aus einem Gehäuse mit darin umlaufendem kegelstumpfförmigem Rotor besteht, dessen Mantelfläche mit koaxialen Ringen gestaffelten Durchmessers ausgestattet ist, die jeweils auf Lücke stehen mit gleichartigen Ringen an der dem Rotor gegenüberliegenden Gehäuseinnenwand. Mit diesem bekannten Verfahren ist es beispielsweise möglich, 180 kg/Stunde native Kartoffelstärke bei einem Dampfdruck von nur 1,4 bar über Atmosphärendruck und einem Kraftbedarf von 8 kWh voll zu verkleistern.

Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, daß es unter Anwendung dieses Verfahrens möglich ist, die bisher umständliche Vorverzuckerung der Stärke kontinuierlich bei hohen Konzentrationen unter gleichzeitiger Senkung der Energiekosten durchzuführen und damit auch die Gewinnung von Alkohol aus Stärke bzw. stärkehaltigen Rohstoffen

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fortschrittlicher als bisher möglich zu gestalten.

Das neue Verfahren zur Herstellung von Alkohol aus Stärke oder stärkehaltigen Rohstoffen ist dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Suspension von Stärke bzw. zweckmäßig zerkleinerten stärkehaltigen Rohstoffen zusammen mit a^Araylase und unter gleichzeitiger Dampfzufuhr koaxial in das Zentrum einer Homogenisiermaschine einführt, dort unter feinster Verteilung des Enzyms bei Temperaturen im Bereich zwischen 80° und 12O°C, vorzugsweise

zwischen 9O und 1OO°C, schlagartig mechanisch und thermisch verkleistert, anschließend den Stärkekleister zur Verflüssigung und Vorverzuckerung bei Temperaturen im Bereich zwischen 7O° und 8O°C sich selbst überläßt, die verflüssigte und vorverzuckerte Stärke dann kontinu-

ierlich auf Temperaturen im Bereich zwischen 50° und 65°C kühlt und unter Zugabe :von ß-Amylose und gegebenenfalls a-^Glucosidase bis zur Glukose abbaut und die hierbei erhaltene süße Maische schließlich in an sich bekannter Weise vergärt.

Als Homogenisiermaschine kann bei diesem Verfahren vorzugsweise eine Vorrichtung der oben geschilderten Art eingesetzt werden, die aus einem Gehäuse mit darin umlaufendem kegelstumpfförmigem Rotor besteht, dessen Mantelfläche mit koaxialen Ringen gestaffelten Durchmessers ausgestattet ist, die jeweils auf Lücke stehen mit gleichartigen Ringen an der dem Rotor gegenüberliegenden Gehäuseinnenwand.

Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung hat es sich als .zweckmäßig erwiesen, die α-Amyläse unmittelbar der Stärkesuspension zuzugeben, bevor diese in die Homogenisiermaschine eingeführt wird. Es ist jedoch auch möglich. Stärkesuspension und Dampf koaxial in das Zentrum der Homogenisiermaschine einzuführen und gleichzeitig in die Maschine α-Amylose einzudüsen. In

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beiden Fällen wird bei der sich in der Homogenisiermaschine einstellenden Temperatur von beispielsweise 95°C das in der Suspension enthaltene oder aber eingedüste Enzym in der Stärkesuspension extrem fein verteilt, während die Stärke selbst schlagartig unter der Einwirkung der Scher- und Kavitationskräfte mechanisch und thermisch verkleistert wird.

Dieser gebildete Stärkekleister wird dann eine gewisse Zeit bei Temperaturen im Bereich zwischen 70 und 80 C sich selbst überlassen, wobei er sich verflüssigt und vorverzuckert wird. In diesem Stadium kann dem Stärkekleister kaltes Wasser zugegeben werden, das mit zur Kühlung beiträgt, den Stärkekleister aber gleichzeitig noch verdünnt. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Stärkekleister etwa 1.5 Minuten sich selbst zu überlassen, bevor er gekühlt und gegebenenfalls gleichzeitig verdünnt wird. Nachdem die verflüssigte und vorverzuckerte Stärke auf Temperaturen im Bereich zwischen 5O und 65 C abgekühlt, ist, erfolgt die Zugabe von ß-Amylase und gegebenen- falls auch von a-Glucosidase, die die Stärke dann bis zur Glukose abbauen und die sogenannte süße Maische liefern, die schließlich in an sich bekannter Weise zu Alkohol vergärt wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung hat gegenüber den bisher üblichen Verfahren der Alkoholgewinnung aus Stärke bzw. stärkehaltigen Rohstoffen in erster Linie den großen Vorteil, daß eine kontinuierliche Arbeitsweise bei der Stärkeverkleisterung und Vorverzuckerung ermöglicht wird, daneben aber insbesondere den der ganz erheblichen Energieersparnis und vor allem die Möglichkeit, mit wesentlich höheren Konzentrationen arbeiten zu können, da bis zu 40% Trockensubstanz bei der Verkleisterung möglich ist gegenüber nur 20% TS bei den bisher üblichen Verfahren.

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Die Erfindung wird durch das nachstehende Beispiel weiter erläutert.

Beispiel

Ein stärkehaltiger Rohstoff, beispielsweise Mais oder Tapiokamehl, wird unter gleichzeitiger Zufuhr von warmem Wasser aus Wärmeaustauschern kontinuierlich einer Schneckenmonopumpe zudosiert, und zwar in Mengen bis zu 44 kg Feststoff pro 100 kg Wasser, so daß ca. 40% Trockenstoff konzentration vorliegt. Gleichzeitig wird in die Schnecke eine 1 bis 2%ige Lösung von a-Amylase, bezogen auf Feststoff, zudosiert. Dieser Ansatz wird unter gleichzeitiger Dampfzufuhr koaxial in das Zentrum einer Homogenisiermaschine, beispielsweise einer SUPRATON-Maschine, eingeführt,und dort bei ca. 95°C schlagartig mechanisch und thermisch verkleistert.

Es ist jedoch auch möglich, die Enzymlösung nicht der Schneckenpumpe zudosieren, sondern unmittelbar in die Homogenisiermaschine einzudüsen.

Der Stärkekleister einschließlich des darin feinverteilten Enzyms wird dann aus der Homogenisiermaschine abgezogen und ca. 15 Minuten sich selbst überlassen, wobei die Stärke unter Reduktion ihrer Kettenlänge verflüssigt und in gewissem Umfange vorverzuckert wird. Anschließend wird unter gleichzeitigem Zugeben von kaltem Wasser auf etwa 55°C gekühlt und verdünnt, worauf die ß-Amylase und ci-Glucosidase zugegeben werden, die die Stärke in etwa 1 Stunde bis zur Glukose abbauen. Die hierbei erhaltene süße Maische wird gekühlt und kann anschließend in an sich bekannter Weise vergoren werden.

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Claims

VON KRfclSLhR SCHÖNWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler + 1973 Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. K.W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selting, Köln Dr. H.-K. Werner, Köln SUPRATON F. J. Zucker GmbH, DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF 0-5000 KÖLN 1 , 2. Nov. 1979 Ke/To. Am Henselsgraben 5, 4040 Neuss 21 (Allerheiligen) Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Alkohol aus Stärke oder stärkehaltigen Rohstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Suspension von Stärke bzw. zweckmäßig zerkleinerten stärkehaltigen Rohstoffen zusammen mit a-Amylase und unter gleichzeitiger Dampfzufuhr koaxial in das Zentrum einer Homogenisiermaschine einführt, dort unter feinster Verteilung des Enzyms bei Temperaturen im Bereich zwischen 80 und 120C schlagartig mechanisch und thermisch verkleistert, anschließend den Stärkekleister zur Verflüssigung und Vorverzuckerung beim Temperaturen im Bereich zwischen 70° und 80 C sich selbst überläßt, die verflüssigte und vorverzuckerte Stärke dann kontinuierlich auf Temperaturen im Bereich zwischen 50° und 65°C kühlt und unter Zugabe von ß-Amylose und gegebenenfalls a-Glucosidase bis zur Glukose abbaut und die hierbei erhaltene süße Maische schließlich in an sich bekannter Weise vergärt.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine u-Amylase enthaltende Stärkesuspension in die Homogenisiermaschine einführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die a-Amylose in die Homogenisiermaschine eindüst, während Stärkesuspension und Dampf in deren Zentrum koaxial eingeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Stärkekleister beim Kühlen gleichzeitig mit kaltem Wasser verdünnt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Stärkekleister etwa 15 Minuten sich selbst überläßt, bevor man ihn kühlt und gegebenenfalls gleichzeitig verdünnt.

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