DE2944483C2

DE2944483C2 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Alkohol aus Stärke oder stärkehaltigen Rohstoffen

Info

Publication number: DE2944483C2
Application number: DE2944483A
Authority: DE
Inventors: Heinz Prof. Dr.-Ing. 4050 Mönchengladbach Houben; Georg Dipl.-Ing. 4040 Neuss Osthaus; Friedrich J. Dipl.-Ing. 4040 Neuss Zucker
Original assignee: Supraton F.J. Zucker GmbH, 4040 Neuss
Current assignee: BWS Technologie GmbH
Priority date: 1979-11-03
Filing date: 1979-11-03
Publication date: 1984-05-30
Also published as: FR2468645B1; AT386224B; JPS638751B2; ATA537080A; DE2944483A1; CH647549A5; JPS5672693A; FR2468645A1

Description

Erfindungsgegenstand ist das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren. Die Patentansprüche 2 bis 4 nennen Ausgestaltungen der Erfindung.

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-Dämpfer 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, also chargenweisc durchzuführendes. Verfahren, bei dem der Rohstoff bei 150³C bis zu seiner Verkleisterung ca. IV.) bis 2 Stunden benötigt. Es ist offensichtlich, daß dieses bekannte Verfahren außerordentlich energieaufwendig ist.

Es ist auch schon bekannt, eine Teilmenge des Enzvms der Stärke vor dem Verkleistern im HENZE-Dämpfer zuzusetzen, so daß dieses schon beim Aufheizen im gewissen Umfange eine Verzuckerung auslösen kann, doch werden die Enzyme bei den für die Verkleisterung erforderlichen hohen Temperaturen von weit mehr als 100⁰C 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 .ich 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 fortschrittlicher als bisher möglich zu gestalten.

Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die oc-Amylase 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 Λ-Amylase einzudüsen. In beiden Fällen wird bei der sich in der Homogenisiermaschine einstellenden Temperatur von beispielsweise 95°C das in der Suspension enthaliene oder aber eingedüste Enzym :n der Stärkesuspension extrem fein verteilt, während die Stärke selbst schLgartig unter der Einwirkung der Scher- und Kavitationskräfte mechanisch und thermisch verkleistert wird.

Dieser gebildete Stärkekl'eister wird dann eine gewisse Zeit bei Temperaturen im Bereich zwischen 70°C und 80⁰C 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 15 Minuten sich selbst zu überlassen, bevor er gekühlt und gegebenenfalls gleichzeitig verdünnt wird. Nachdem die verflüssigte und vorver-

t>5 zuckerte Stärke auf Temperaturen im Bereich zwischen 50⁰C und 65°C abgekühlt ist, erfolgt die Zugabe von /?-Amylase und gegebenenfalls auch von Λ-Glucosidase. die die Stärke dann bis zur Glukose abbauen und die

sogenannte süßte Maische liefern, die schließlich in an sich bekannter Weise zu Alkohol vergoren wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung hat gegenüber den bisher üblichen Verfahren der Alkoholgewinnung aus Stärke bzw. stärkehaltigen Rohstoffen in erster Li- s nie den großen Vorteil, daß eine kontinuierliche Arbeitsweise bei der Stärkeverkleisterung und Vorverzukkerung 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% T. S. bei den bisher üblichen Verfahren.
Die Erfindung wird durch das nachstehende Beispiel weiter erläutert

Beispiel

Ein stärkehaltiger Rohstoff, beispielsweise Mais odsr Tapiokamehl, wird unter gleichzeitiger Zufuhr von wrmem Wasser akts Wärmeaustauschern kontinuierlich einer Schneckenmonopumpe zudosiert, und zwar in Mengen bis zu 44 kg Feststoff pro 100 kg Wasser, so daß ca. 40% Trockenstoffkonzentration vorliegt. Gleichzeitig wird in die Schnecke eine 1 bis 2%ige Lö· sung von ar-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 mechanische und ther- jo misch verkleistert.

Es ist jedoch auch möglich, die Enzymlösung nicht der Schneckenpumpe zuzudosieven, sondern unmittelbar in die Homogenisiermaschine ein.:nriüscn.

Der Stärkekleister einschließlich de- 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 /-Amylase und Λ-Glucosidase zugegeben werden, die die Stärke in etwa 1 Stunde bis zur Glukose abbauen. Die hierbei erhaltene süße Maische

« wird gekühlt und anschließend in an sich bekannter

Weise vergoren.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Alkohol aus einer wäßrigen Suspension von Stärke bzw. zweckmäßig zerkleinerten stärkehaltigen Rohstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man die wäßrige Suspension zusammen mit <*-Amylase unter gleichzeitiger Dampfzufuhr koaxial in das Zentrum einer Homogenisiermaschine einführt, dort unter feinster Verteilung des Enzyms bei Temperaturen im Bereich zwischen 80⁰C und 120⁰C schlagartig mechanisch und thermisch verkleistert, anschließend den Stärkekleister zur Verflüssigung und Vorverzuckerung bei Temperaturen im Bereich zwischen 70⁰C und 80⁰C sich selbst überläßt, die verflüssigte und vorverzuckerte Stärke dann kontinuierlich auf Temperaturen im Bereich zwischen 50° C und 65°C kühlt und unter Zugabe von,/?-Amylase in an sich bekannter Weise bis zur Glukose abbaut und die hierbei erhaltene süße Maische schließlich in ebenfalls bekannter Weise vergärt, wobei als Homogenisiermaschine eine solche verwendet wird, die aus einem Gehäuse mit darin umlaufenden 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.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Λ-Amylase in die Homogenisiermaschine eindüst, während Stärkesuspension und Dampf in deren Zentrum koaxial eingeführt •»erden.

3. Verfahren nach Anspruch !. dadurch gekennzeichnet, daß man zum Abbau zur Glukose /-Amylasc und Λ-Glucosidase zugibt.

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