DE3149931C2

DE3149931C2 -

Info

Publication number: DE3149931C2
Application number: DE3149931A
Authority: DE
Inventors: Hajime Takatsuki Osaka Jp Yoshizumi; Nobuya Matumoto; Osamu Ibaraki Osaka Jp Fukuda; Osamu Usuki Oita Jp Fukushi
Original assignee: Suntory Ltd
Current assignee: Suntory Ltd
Priority date: 1980-12-16
Filing date: 1981-12-16
Publication date: 1991-04-11
Also published as: CA1149763A; KR890000913B1; KR830007816A; GB2089836A; US4514496A; DE3149931A1; FR2496121B1; GB2089836B; FR2496121A1; BR8108070A; MX7479E

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Alko hol.

Es ist herkömmliche Praxis, eine Maische, bestehend aus einer Aufschlämmung eines vermahlenen stärkehaltigen Materials, bei hohen Temperaturen, wie 150°C, zu kochen [Industrial Ferment ation, Band 1, L.A. Underkofler und R.J. Hickey, Chemical Publishing Co., Inc. (1954) Seite 17, Trans Am. Inst. Chem. Eng., 40, 421 (1944), Food Can., 29, 23 (1969)]. Der Zweck eines Kochens besteht in dem Aufbrechen der Struktur des Rohmaterial- Grießes, um hierdurch die Stärke aus den Grießteilchen zu elu ieren und somit einen Viskositätsanstieg auf Grund einer Gela tinierung nach der Elution zu vermeiden, die Wirkungen der verflüssigenden und verzuckernden Enzyme zu unterstützen und weiterhin die für eine Verzuckerung und Fermentierung schäd lichen Mikroorganismen abzutöten. Nach dem Kochen muß jedoch die Maische auf eine Temperatur von etwa 25 bis 35°C, die die Fermentierungstemperatur darstellt, abgekühlt werden, und die zum Abkühlen erforderliche Energie ist hoch. Daher ist der Gesamt-Energieverbrauch einschließlich der für das Kochen ver brauchten Energie bei dem herkömmlichen Hochtemperatur-Koch verfahren außerordentlich hoch. Dies besitzt auch Gültigkeit für das Verfahren der DE-OS 29 43 727, bei dem Alkohol aus Cellulose oder einem Cellulosesubstrat durch gleichzeitige Zugabe von Cellulose und von Hefe hergestellt wird.

In den letzten Jahren führte die verschlechterte Energiever sorgung, die durch den erhöhten Erdölpreis bedingt ist, zu umfangreicher Forschungsarbeit im Hinblick auf die Entwick lung neuer Energiequellen. Insbesondere entwickelte man ein großes Interesse für Äthanol, das wiederholt aus Quellen für Biomassen, die unter der Einwirkung von Sonnenenergie erzeugt werden, hergestellt werden kann, da man es für einen Ersatz für einen Erdöl-Brennstoff hält.

Einige der vorliegenden Erfinder entwickelten bereits ein energiesparendes Verfahren zur Herstellung von Alkohol, das das Kochen bei einer Temperatur von 75 bis 85°C umfaßt (US-PS 40 92 434, ausgegeben am 30. Mai 1978, GB-PS 15 03 760, ausgegeben am 15. März 1978).

Andererseits sind Verfahren zum Brauen von japanischem Sake und zur Herstellung von Alkohol ohne Kochen bekannt [1. J.Ferm.Ass. Japan, 10, 319 (1952), 2. J.Ferm.Ass. Japan, 21, 83 (1963), 3. J.Ferment.Technol., 58, 237 (1980), 4. J.Brew.Soc. Japan, 75, 858 (1980), 5. Abstract of Papers, Annual Meeting of the Society of Fermentation Technology of Japan, Osaka, November 1980, Seite 4]. Diese Techniken er fordern jedoch einige spezielle Maßnahmen, wie die Ansäuerung der Maische (pH 3,5), die eine Verunreinigung mit schädlichen Mikroorganismen verhindert (vorstehend genannte Literatur stellen 1, 2, 3 und 4). Die Techniken des Stands der Technik erfordern auch eine längere Zeitdauer für die Verzuckerung und Fermentation (vorstehende Literaturstellen 1, 2, 4 und 5), oder derartige frühere Techniken erfordern komplizierte Ver fahrensstufen, wie eine Dialyse einer fermentierten Brühe (vorstehende Literaturstellen 3 und 4), und sind schwierig industriellen Zwecken anzupassen.

Die vorliegenden Erfinder haben das Verfahren der vorstehenden US-PS 40 92 434 und GB-PS 15 03 760 weiter untersucht und sind nun zu einem neuen energiesparenden Verfahren zur Her stellung von Alkohol bzw. Äthanol aus stärkehaltigen Materialien gelangt, das keine Kochstufe erfordert.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Alkohol, dadurch gekennzeichnet, daß man ein vermahlenes Getreide oder vermahlende stär kehaltige Wurzelfrüchte oder aus diesen Materialien abgetrennte Rohstärken mit einer Maischflüssigkeit in einem Gewichtsverhält nis (Gewicht des stärkehaltigen Materials : Gewicht der Maisch flüssigkeit) von 1 : 3,4 bis 1 : 1,8 mischt, um eine Aufschlämmung zu bilden; ohne Kochen der Aufschlämmung und ohne Einstellung von deren pH-Wert ein in Zucker überführendes Enzympräparat, abgeleitet von einer Mikroorganismus-Quelle, zu der Aufschlämmung in einer Menge von zumindest 3,5 Einheiten (bestimmt gemäß JIS K-7001) je g des stärkehaltigen Materials auf Naßbasis oder Malz oder beides zugibt, wobei bei der alleinigen Verwendung von Malz dieses in einer Menge von zumindest 10 Einheiten/g eingesetzt wird, und die Aufschlämmung allmählich mit einem in üblicher Weise im vorhinein erhaltenen Hefe-Starter nach Maßgabe des Wachstums der Hefe vereinigt, derart, daß die Hefe- Population stets bei 2×10⁷ Zellen/ml der Maische oder höher gehalten wird; und die Aufschlämmung vergärt.

Bei herkömmlichen industriellen Verfahren beträgt das Gewichts verhältnis von Rohmaterial zu Maischflüssigkeit 1 : 4,3 bis 1 : 2,8, jedoch ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Konzentration des Rohmaterials in der Aufschlämmung relativ hoch. Weiterhin wird erfindungsgemäß in der Anfangsstufe die Fermentation durchgeführt, indem man die Hefekonzentration bei etwa 2×10⁷ Zellen/ml Maische hält. Bei dem her kömmlichen Verfahren beträgt die Endkonzentration des erhaltenen Alkohols in der Maische etwa 11%, wohingegen sie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren etwa 15% beträgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der überraschenden Tatsache, daß durch Anwendung einer relativ hohen Maische konzentration eine hohe Fermentationsausbeute und eine etwa 40% höhere Alkohol-Endkonzentration in der Maische, als es bei dem herkömmlichen Verfahren möglich ist, ohne Kochen und ohne spezielle pH-Einstellung erzielt werden.

Die Bezeichnung "ohne Kochen" oder "nichtkochend", wie sie vorliegend verwendet wird, bedeutet, daß keine Wärmebehand lung durchgeführt wird, die zu einer Zunahme der Vieskosität der Aufschlämmung des stärkehaltigen Materials führt. Mit an deren Worten bedeutet dies, daß die Rohmaterial-Aufschlämmung nicht bei einer Temperatur behandelt wird, bei der die Stärke in α-Stärke umgewandelt oder gelatinisiert wird. Die Temperatur, bei der die Viskositätszunahme beginnt, differiert in Abhängigkeit von dem Rohmaterial und dessen Konzentration.

Die Tabelle I gibt die Beziehung zwischen der Anfangskonzen tration des Rohmaterials und der Temperatur für eine begin nende Viskositätszunahme bei einer Untersuchung hinsichtlich gemahlener unversehrter Maiskörner und Maisstärke mit Hilfe eines Amylographen bzw. Stärke-Aufzeichnungsgeräts wieder. Beträgt somit beispielsweise das Gewichtsver hältnis der gemahlenen unversehrten Maiskörner zum Maisch wasser 1 : 1,8, sollte die Aufschlämmung ohne Viskositätser höhung auf Grund einer Gelatinisierung bei einer Temperatur von geringer als 55,8°C hergestellt werden, und beträgt das Gewichtsverhältnis von Maisstärke zu Maischwasser 1 : 3,4, sollte die Aufschlämmung bei einer Temperatur von geringer als 66,5°C hergestellt werden.

Tabelle I

In einem nichtkochenden System neigt die Verunreinigung durch schädliche Mikroorganismen dazu, die Fermentationsausbeute zu vermindern oder die Fermentation zum Stillstand zu bringen. Erfindungsgemäß ist jedoch die Konzentration dr fermentier baren Zucker in der Maische groß genug, geht jedoch nicht über die Hefe-Fermentation hinaus. Es hat den Anschein, daß eine derartige geringe Konzentration der Zucker in der Maische die Verzuckerungsreaktion durch Inhibierung der Rückkopplung bzw. Selbstregulierung nicht beeinträchtigt.

Demzufolge führt das erfindungsgemäße Verfahren auf Grund einer Verknappung der assimilierbaren Zucker als Kohlenstoff quelle für das Wachstum von Bakterien nicht zu Bedingungen, die für ein Wachstum von schädlichen Mikroorganismen, wie ein Verderben herbeiführenden Bakterien, geeignet sind, und es be steht überhaupt keine Neigung zu einer Verunreinigung durch schädliche Mikroorganismen.

Weiterhin kann durch das erfindungsgemäße Verfahren Energie für das Kochen eingespart werden, und es besteht ein Vorteil hinsichtlich der Energiebilanz gegenüber herkömmlichen Ver fahren, die sich auf die Herstellung von Brennstoffalkoholen aus stärkehaltigen Materialien erstrecken.

Ein weiterer Vorteil beruht darauf, daß, da die Feststoffe in der Maische nach der Fermentation keine Wärmebehandlung erfahren haben, diese leichter abzufiltrieren sind und mit Hilfe eines einfachen Filtrations- oder Dekantationsverfahrens abgetrennt werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend im einzelnen beschrieben.

Herstellung des Ausgangs-Rohmaterials

Beispiele für das stärkehaltige Rohmaterial, das bei der Er findung verwendet wird, umfaßt Getreide, wie Mais, Sorghum, Gerste, Weizen, Reis, Hühnerhirse, Fennich bzw. Italienische Kolbenhirse und Echte Hirse bzw. Rispenhirse, stärkehaltige Wurzelfrüchte, wie Süßkartoffel und Maniok, und aus diesen Materialien isolierte bzw. abgetrennte Rohstärken.

Das Ausgangs-Rohmaterial kann eine Mischung derartiger Materi alien sein. Die Getreide werden als vermahlene unbeschädigte Körner oder als Mahlprodukte ganzer Körner, aus denen der Keim bereich entfernt worden ist, verwendet. Die stärkehaltigen Wurzelfrüchte werden als vermahlene Produkte verwendet, die entweder aus rohen stärkehaltigen Materialien oder aus ge trockneten stärkehaltigen Materialien erhalten werden. Der Teilchendurchmesser des Rohmaterials sollte besser so fein als möglich sein. Gewöhnlich reicht es aus, daß zumindest 30% des stärkehaltigen Materials eine Teilchengröße von nicht mehr als 840 µm besitzen.

Herstellung der Aufschlämmung

Das vermahlene Rohmaterial wird mit Maischflüssigkeit in einem Gewichtsverhältnis (vermahlenes Rohmaterial : Maisch flüssigkeit) auf Naßbasis von 1 : 3,4 bis 1 : 1,8 gemischt, um eine Aufschlämmung zu bilden. Die Maischflüssigkeit kann Wasser oder eine Mischung von Wasser und einem Destillati onsrückstand der Maische sein, die als "Destillationsrück stand" bekannt ist, oder ein Destillationsrück stand allein sein.

Ist die Konzentration des Rohmaterials in der Aufschlämmung geringer als die vorstehend angegebene Grenze (1 : 3,4), läuft die Fermentation nicht glatt ab. Ist sie höher als die vor stehend angegebene Grenze (1 : 1,8), nimmt sowohl die Wirksamkeit der Verzuckerung als auch die Fermentationsausbeute ab. Es ist wesentlich, daß die Konzentration des Rohmaterials in der Aufschlämmung innerhalb des vorstehend angegebenen Bereichs liegt.

Die Verwendung eines Destillationsrückstands aus der Abde stillation von Alkohol aus der Maische nach der Fermentation in Kombination mit Wasser ist bevorzugt, da Zucker, Stick stoff, Phosphor und andere Nährbestandteile, die in dem De stillationsrückstand zurückbleiben, verwertet werden können und die Verwertung des Destillationsrückstands die Puffer befähigung erhöht.

Der Destillationsrückstand kann ein solcher sein, der erhalten wird durch Abdestillieren von Alkohol aus der fermentier ten Maische mit Hilfe einer gewöhnlichen Destillation unter Wärme, oder ein solcher, der erhalten wird, indem man weiter hin rohe Feststoffe aus dem vorstehend genannten Destillationsrückstand- Typ entfernt. Der letztgenannte Typ ist jedoch bevorzugt.

Die Verwendung eines Destillationsrückstands zusammen mit Wasser wurde bisher in der Praxis durchgeführt, jedoch beträgt die Menge des Destillationsrückstands im Stand der Technik lediglich bis zu 50% der Gesamtmenge der Maischflüssigkeit.

Es ist bekannt, den Fermentationsrückstand, der nach dem Ab destillieren von Alkohol durch Vakuumdestillation verbleibt, direkt als Rohmaterial bei dem nächsten Zyklus der alkoholi schen Fermentation bzw. Gärung zu verwenden (offengelegte japanische Patentpublikation Nr. 15691/1981). Diese Methode erfordert jedoch eine spezielle Arbeitsweise und ist nicht einfach durchzuführen.

Da das erfindungsgemäße Verfahren kein Kochsystem umfaßt, ist die Viskosität der Aufschlämmung niedrig. Daher vermindert die Verwendung eines Destillationsrückstands in erhöhtem An teil nicht die Effizienz des Transports der Maische. Auf Grund dieser Vorteile kann der Destillationsrückstand in einem Anteil von 50 bis 100% anstelle von Maischwasser bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden.

Die Verwendung einer derart großen Destillationsrückstands- Menge ergibt den Effekt einer Erleichterung der Hefe-Aktivie rung, insbesondere während der frühen Fermentationsstufe, wo durch eine energische Fermentation begünstigt wird, und führt zu guten Fermentationsergebnissen.

Das Verzuckerungsmittel, das zu der Aufschlämmung zugegeben wird, ist ein Präparat eines verzuckernden Enzyms, abgeleitet von einer Mikroorganismus-Quelle, oder Malz oder beides. Die Menge des verzuckernden Enzym-Präparats beträgt zumindest 3,5 Einheiten/g Rohmaterial auf Naßbasis, ausgedrückt als Enzym-Titer. Wird Malz verwendet, ist dessen Menge in der Menge des Rohmaterials eingeschlossen. Überdies ist es erforderlich, wenn Malz als einziges verzuckerndes Mittel verwendet wird, daß die Menge des Malzes zumindest 10 Einheiten/g als Titer äquivalent ist.

Als Präparate von in Zucker überführenden Enzymen, die von einer Mikroorganismus-Quelle abgeleitet werden, können bereits beste hende und im Handel erhältliche Enzym-Präparate verwendet werden. Beispiele hierfür sind die in Tabelle II mit A, B, C, D und E be zeichneten Produkte. Sie können entweder diejenigen sein, die in Mikroorganismus- Kulturbrühen anwesend sind, oder diejenigen, die aus Kulturbrü hen extrahiert worden sind. Z. B. ist es bekannt, daß sich von Mikroorganismen der Gattung Aspergillus und Rhizopus ableitende Verzuckerungsmittel rohe Stärke zersetzen, und diese sind als Verzuckerungsmittel bei der vorliegenden Erfindung verwendbar. Insbesondere sind von Rhizopus Sp. abgeleitete Enzym-Präparate für die praktische Durchführung der vorliegenden Erfindung ge eignet, da der pH der Aufschlämmung bei der Erfindung bei 4,0 bis 5,0 bei einem Durchschnitt von 4,6 liegt, und diese eine hö here Aktivität im Hinblick auf die Verzuckerung von roher Stärke besitzen als die von Aspergillus Sp. abgeleiteten und ein starkes Verzuckerungsvermögen zeigen. Es kommen auch Enzym-Präparate, abgeleitet von einer Mischung der Mikro organismen der vorstehenden Gattungen, in Frage. In den Enzym- Präparaten wirksame Enzyme sind u. a. Glucosidasen bzw. Maltasen, Amylase, Amylogklucosidase, Protease (sauer, neutral oder alka lisch), Cellulase, Pektinase und Glutase sowie deren Mischungen.

Die Verzuckerungsaktivität der von Mikroorganismen abgeleiteten Enzym-Präparate wird ausgedrückt als Enzym-Titer, gemessen ge mäß der Methode von JIS K-7001.

Andererseits wird eine Einheit des Verzuckerungsvermögens von Malz als die Aktivität definiert, die äquivalent ist einer Bildung von 10 mg Maltose während 10 Minuten bei 40°C und 1% löslicher Stärke (pH 4,5).

Bei der vorliegenden Erfindung beträgt der pH der Maische wäh rend der Fermentation gewöhnlich 4,0 bis 5,0 bei einem Durch schnitt von etwa 4,5. Andererseits beträgt der optimale pH für die Zersetzung von roher Stärke durch Malz etwa 4,6. Dem zufolge sind Enzyme in dem Malz, die an der Zersetzung von roher Stärke teilhaben, in der Nähe des optimalen pH von Malz wirksam.

Verzuckerung und Fermentation

Übliche alkoholisch fermentierende Hefen können ihre Aktivi täten bei einem Maische-pH von 4,0 bis 5,0 vollständig beibe halten. Demzufolge wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Verzuckerung der Stärke nicht verzögert, und die alkoholische Fermentation läuft rasch ab trotz der Tatsache, daß die Stärke nicht in α-Stärke überführt oder gelatinisiert wird. Diese Tatsache stellt einen der wesentlichen Punkte dar, die die Erfinder auffanden.

Der verwendete Hefe-Starter stellt eine Hefe dar, die in üblicher Weise kultiviert worden ist. Eine Ausführungsform besteht darin, während einer Zeitdauer von zumindest 10 Stunden ab dem Startzeitpunkt, bei dem die Rohmaterialaufschlämmung mit dem Hefe-Starter kombiniert wird, die Hefe-Population stets bei zumindest 2×10⁷ Zellen/ml Maische zu halten. Hierzu gibt man 2×10⁷ (Zellen/ml Maische) der Hefe zu der Aufschlämmung zu oder mischt den Hefe-Starter zu einem Teil der Aufschlämmung zu und gibt, nachdem die Hefe gewachsen ist, nach und nach die verbliebene Aufschlämmung zu. Die letztgenannte Methode ist auf Grund von verfahrenstechnischen Gesichtspunkten bevorzugt. Mit Hilfe dieser Arbeits weise erfolgte eine energische Fermentation, sobald die Roh materialaufschlämmung mit dem Hefe-Starter kombiniert wird. Da durch die Hefe die alkoholische Fermentation energisch ab läuft, vermehren sich schädliche Mikroorganismen trotz der Abwesenheit einer Kochstufe kaum, und es tritt keine Verun reinigung durch ein Verderben herbeiführende Mikroorganismen auf. Die Maische bewegt sich heftig in Art einer Konvektion. Dieses Konvektions-Phänomen verursacht eine Vereinheitlichung der Dichte der Hefe und anderer Komponenten, um bevorzugte Verzuckerungs- und Fermentationsbedingungen zu ergeben. Im einzelnen wird eine Elution der Stärke aus den vermahlenen Rohmaterialien begünstigt. Durch diese synergistischen Ef fekte können innerhalb nahezu der gleichen Zeitdauer wie bei herkömmlichen Verfahren mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne ein Kochen Fermentationsausbeuten erhalten werden, die denjenigen herkömmlicher Verfahren äquivalent oder höher sind als diese.

In einigen Fällen kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Gestalt des Fermentationstanks die Konvektion der Maische erzwungenermaßen bewirkt werden. Wird ein in erheblichem Aus maß durch Bakterien verunreinigtes Rohmaterial verwendet, kann das erfindungsgemäße Verfahren in Gegenwart von weniger als 320 ppm Schwefeldioxid durchgeführt werden. Wie vorstehend erwähnt, ist das erfindungsgemäße Verfahren einfach und wirtschaftlich, und die Endkonzentration des erhaltenen Al kohols in der Maische ist so hoch wie 15% oder mehr. Demzu folge kann reiner Alkohol in wirtschaftlicher Weise mit Hil fe herkömmlicher Destillationen erzeugt werden.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung eingehender.

Verzuckernde Enzym-Präparate

Die Tabelle II zeigt die Analyse von verschiedenen verzuckernden Enzym-Präparaten aus Mikroorganismen.

Tabelle II

Man gab 1 g Enzym-Präparat zu 1000 ml destilliertem Wasser und rührte dann gelegentlich während einer Stunde bei 30°C. Die durch Zentrifugieren (3000 Upm, 10 Minuten) erhaltene überste hende Flüssigkeit wurde als Enzymlösung verwendet. Das Verflüs sigungsvermögen, das Dextrinierungsvermögen, das Verzuckerungs vermögen, die Protease, Cellulase und Pektinase wurde mit Hilfe der modifizierten Wohlgemuth-Methode, der Tsujisaka-, JIS K 7001-, Kunitz-, Miller- bzw. Willstätter-Schudel-Methoden untersucht.

Die Tabelle III zeigt die Analyse der Malz-Arten.

Tabelle III

Man gab 1 g vermahlenes Malz zu 1000 ml destilliertem Wasser und rührte dann gelegentlich während einer Stunde bei 30°C. Die durch Zentrifugieren (3000 UpM, 10 Minuten) erhaltene überstehende Flüssigkeit wurde als Enzymlösung verwendet. Das Verzuckerungsvermögen wurde nach der Methode gemäß JIS K 7001 untersucht. Eine Einheit des verzuckernden Enzyms (Amylase) ist definiert als die Aktivität, die der Bildung von 10 mg Maltose während 10 Minuten bei 40°C aus 1% löslicher Stärke (pH 4,5) äquivalent ist.

Herstellung der Proben

Es wurden stärkehaltige Rohmaterialien unter trockenen Be dingungen vermahlen und für die Analyse verwendet. Die Mahl grade waren wie folgt: Bei der Süßkartoffel und Maniok, die als Rohmaterialien verwendet wurden, handelte es sich um ge trocknete Materialien.

Tabelle IV

Beispiel 1

185 g vermahlenes Produkt einer jeden der verschiedenen in Tabelle V angegebenen Getreidearten, 370 ml Wasser, 1,15 g (15,6 Einheiten/g Rohmaterial als Verzuckerungsvermögen) des in Tabelle II angegebenen, von Rhizopus Sp. abgeleiteten ver zuckernden Enzym-Präparats A und 45 ml Hefe-Starter (Saccharo myces Sp., 1,2×10⁸ Zellen/ml) wurden unter Rühren in einem 1 l-Erlenmeyer-Kolben gemischt, und die Fermentation wurde während 120 Stunden bei 25°C durchgeführt. Die Fermentations ergebnisse sind in Tabelle V angegeben.

Tabelle V

Beispiel 2

140 g vermahlenes Produkt einer von Keimen befreiten Fraktion einer jeden der in Tabelle VI gezeigten Getreidearten, 0,28 g (5,0 Einheiten/g Rohmaterial) des in Tabelle II angegebenen, von Rhizopus Sp. abgeleiteten verzuckernden Enzym-Präparats A, 80 ml Wasser, 322 ml Destillationsrückstand und 25 ml Hefe- Starter (1,1×10⁸ Zellen/ml) wurden unter Rühren gemischt, und die Fermentation wurde 90 Stunden bei 30°C durchgeführt. Der verwendete Destillationsrückstand wurde erhalten, indem man die einem Alkoholgewinnungsturm entnommene Abwasserflüssigkeit einer Zentrifugaltrennung unterzog, um grobe feste Komponenten zu entfernen. Die Ergebnisse sind in Tabelle VI angegeben.

Tabelle VI

Beispiel 3

185 g eines ganzkörnig vermahlenen Produkts von weißem Mais und Sorghum, 0,33 g (4 Einheiten/g Rohmaterial) des in Tabelle II angegebenen, von Rhizopus Sp. abgeleiteten verzuckernden Enzyms B, 80 mg K₂S₂O₅, 370 ml Wasser und 25 ml Hefe-Starter (1,2×10⁸ Zellen/ml) wurden unter Rühren gemischt, und die Fermentation wurde während 110 Stunden bei 32°C durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle VII angegeben.

Tabelle VII

Beispiel 4

Man gab 4 l Hefe-Starter (1,2×10⁸ Zellen/ml) in einen 100 l-Fermentationstank. Ein ganzkörnig vermahlenes Produkt (Vermahlungsgrad F) von Sorghum und Maischflüssigkeit wurden in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 2 vermischt, und das in Tabelle II angegebene, von Asp. Sp. abgeleitete verzuckernde Enzym-Präparat D wurde in einer Menge von 20 Einheiten/g Sorghum als Verzuckerungsvermögen zur Bildung einer Aufschlämmung zugegeben. Die Aufschlämmung wurde nach und nach derart zugegeben, daß die Anzahl der Hefezellen in der Maische nach der Zugabe stets bei mehr als 2×10⁷ Zellen/ml gehalten wurde. Die Gesamtmenge der Maische wurde auf 84 l eingestellt, und die Fermentation wurde während 96 Stunden bei 32°C durch geführt. Die bei diesem Versuch verwendete Maischflüssigkeit war eine Mischung von Wasser und Destillationsrückstand in einem Verhältnis von 7 : 3, auf das Volumen bezogen. Der ver wendete Destillationsrückstand wurde erhalten, indem man die in Beispiel II beschriebene Behandlung durchführte. Die Er gebnisse sind in Tabelle VIII angegeben, die zeitliche Ände rungen in der Menge des direkt reduzierenden Zuckers in der Maische zeigt, und in Tabelle IX, die zeitliche Änderungen in der Anzahl der Hefezellen in der Maische und die Fermen tationsergebnisse angibt.

Tabelle VIII

Tabelle IX

Beispiel 5

Man brachte 400 ml Hefe-Starter (1,2×10⁸ Zellen/ml) in einen 10-l-Glas-Fermentationstank (Innendurchmesser 20 cm, Höhe 40 cm) ein. Man mischte ein jedes der verschiedenen Ma terialien in vermahlenem Zustand, wie in Tabelle X angegeben, und die Maischflüssigkeit in einem Verhältnis von 1 : 2 und gab 23 Einheiten als Verzuckerungsvermögen je g Rohmaterial des in Tabelle II angegeben, von Asp. Sp. abgeleiteten verzuckernden Enzym-Präparats D zu, um eine Aufschlämmung zu bilden. Die Aufschlämmung wurde allmählich derart zugegeben, daß die An zahl der Hefezellen in der Maische nach der Zugabe stets bei mehr als 2×10⁷ Zellen/ml gehalten wurde. Die Gesamtmenge der Maische wurde auf 8,4 l eingestellt, und die Fermentation wurde bei 35°C während 110 Stunden durchgeführt. Die bei diesem Versuch verwendete Maischflüssigkeit war eine Mischung von Wasser und Destillationsrückstand in einem Verhältnis von 1 : 1, und der Destillationsrückstand wurde erhalten, indem man die gleiche Behandlung wie in Beispiel 2 durchführte.

Tabelle X

Beispiel 6

Man gab 400 ml Hefe-Starter (1,1×10⁸ Zellen/ml) in einen 10-l-Glas-Fermentationstank (Innendurchmesser 20 cm, Höhe 40 cm). Man mischte ein vermahlenes Produkt eines jeden der in Tabelle XI angegebenen Rohmaterialien und Maischflüssigkeit in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1,8 und gab 4 Einheiten als Verzuckerungsvermögen je g Rohmaterial an in Tabelle II ge zeigtem, von Asp. Sp. abgeleitetem verzuckernden Enzym-Prä parat E zu, um eine Aufschlämmung zu bilden. Die Aufschlämmung wurde allmählich derart zugegeben, daß die Anzahl der Hefezellen in der Maische nach der Zugabe stets bei mehr als 2×10⁷ Zellen/ml gehalten wurde. Die Gesamtmenge der Maische wurde auf 8,4 l eingestellt, und die Fermentation wurde wäh rend 120 Stunden bei 32°C durchgeführt. Die bei diesem Versuch verwendete Maischflüssigkeit war eine Mischung von Wasser und Destillationsrückstand in einem Verhältnis von 8 : 2. Der Destillationsrückstand wurde erhalten, indem man die gleiche Behandlung wie in Beispiel 2 durchführte.

Die Ergebnisse sind in Tabelle XI angegeben.

Tabelle XI

Beispiel 7

120 g der aus einem jeden der in Tabelle XII angegebenen Roh materialien isolierten Stärkefraktion, 1,34 g (25 Einheiten/g Rohmaterial an in Tabelle II gezeigtem, von Rhizopus Sp. abge leitetem verzuckernden Enzym-Präparat B, 408 ml Destillationsrückstand und 25 ml Hefe-Starter wurden unter Rühren gemischt, und die Fermentation wurde während 96 Stunden bei 35°C durch geführt. Der bei diesem Versuch verwendete Destillationsrückstand war die aus dem Alkoholgewinnungsturm entnommene Flüssigkeit. Die Ergebnisse sind in Tabelle XII angegeben.

Tabelle XII

Beispiel 8

1540 g ganzkörnig vermahlenes Produkt (Vermahlungsgrad E) von gelbem Mais, 1260 g im Handel erhältliche Maisstärke, 10,5 g (8,4 Einheiten/g Rohmaterial) an von Rhizopus Sp. ab geleitetem verzuckernden Enzym-Präparat (B in Tabelle II), 5,6 l Wasser und 2,4 l Destillationsrückstand und 500 ml Hefe- Starter (1,0×10⁸ Zellen/ml) wurden gemischt, und die Fermentation wurde während 100 Stunden bei 32°C durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle XIII angegeben.

Tabelle XIII

Beispiel 9

126 g ganzkörnig vermahlenes Produkt (Vermahlungsgrad B) von gelbem Mais, 14 g (4,6 Einheiten/g Rohmaterial) an vermahle nem Malz (A in Tabelle III angegeben), 0,22 g (3,5 Einheiten/g Rohmaterial) an verzuckerndem Enzym-Präparat aus Rhizopus Sp. (B in Tabelle II), 80 mg K₂S₂O₅, 402 ml Wasser und 25 ml Hefe- Starter (1,1×10⁸ Zellen/ml) wurden unter Rühren gemischt, und die Fermentation wurde während 96 Stunden bei 30°C durch geführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle XIV angegeben.

Tabelle XIV

Beispiel 10

670 ml Hefe-Starter (1,0×10⁸ Zellen/ml) wurden in einen 10-l-Glas-Fermentationstank (Innendurchmesser 20 cm, Höhe 40 cm) eingebracht. Vermahlener Mais, vermahlenes Malz (B in Tabelle III; 22 Einheiten/g Rohmaterial als Verzuckerungsver mögen) und Maischflüssigkeit wurden in einem Gewichtsverhält nis (Mais : Malz : Maischflüssigkeit) von 4 : 1 : 14,5 gemischt, und man gab 320 ppm K₂S₂O₅ zu, um eine Aufschlämmung zu bilden. Die Aufschlämmung wurde allmählich derart zugegeben, daß die Anzahl der Hefezellen in der Maische nach der Zugabe stets bei mehr als 2×10⁷ Zellen/ml gehalten wurde. Die Gesamt menge der Maische wurde auf 8,7 l eingestellt, und die Fermentation wurde während 96 Stunden bei 32°C durchgeführt.

Die bei diesem Versuch verwendete Maischflüssigkeit war eine Mischung von Wasser und Destillationsrückstand in einem Ver hältnis von 7 : 3. Die Ergebnisse sind in Tabelle XV angegeben.

Tabelle XV

Ein dem vorstehenden Versuch ähnlicher Versuch wurde durch geführt unter Verwendung von Sorghum, Gerste, Weizen, Roggen und Reis. Die Ergebnisse sind in Tabelle XVI angegeben.

Tabelle XVI

Beispiel 11

800 ml Hefe-Starter (1,3×10⁸ Zellen/ml) wurden in einen 10-l-Glas-Fermentationstank (Innendurchmesser 20 cm, Höhe 40 cm) eingebracht.

Ein vermahlenes Produkt eines jeden der in Tabelle XVII an gegebenen Rohmaterialien, vermahlenes Malz (C in Tabelle III, 11,6 Einheiten/g Rohmaterial als Verzuckerungsvermögen) und Wasser wurden in einem Gewichtsverhältnis von 8,7 : 1 : 22,8 (vermahlenes Produkt : vermahlenes Malz : Wasser) vermischt, und man gab weiterhin 160 ppm K₂S₂O₅ zu, um eine Aufschlämmung zu bilden.

Die Aufschlämmung wurde nach und nach zu dem Tank derart zu gegeben, daß die Anzahl der Hefezellen in der Maische nach der Zugabe stets bei mehr als 2×10⁷ Zellen/ml gehalten wurde. Die Gesamtmenge der Maische wurde auf 8,8 l einge stellt, und die Fermentation wurde während 120 Stunden bei 28°C durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle XVII an gegeben.

Tabelle XVII

Beispiel 12

185 g vermahlener Maniok (getrocknet), 370 ml Wasser, 200 ml Destillationsrückstand, 0,58 g (7,8 Einheiten/g Rohmaterial) an von Rhizopus Sp. abgeleitetem verzuckernden Enzym-Präpa rat (A in Tabelle II), 45 ml Hefe-Starter (1,2×10⁸ Zellen/ml) wurden unter Rühren gemischt, und die Fermentation wurde während 96 Stunden bei 30°C durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle XVIII angegeben.

Tabelle XVIII

Beispiel 13

185 g vermahlene Süßkartoffel (getrocknete Chips), 305 ml Wasser, 165 ml Destillationsrückstand, 0,32 g (3,9 Einheiten/g Rohmaterial) an von Rhizopus Sp. abgeleitetem verzuckertem Enzym (B in Tabelle II) und 40 ml (1,0×10⁸ Zellen/ml) Hefe-Starter wurden unter Rühren gemischt, und die Fermentation wurde während 120 Stunden bei 32°C durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle XIX angegeben.

Tabelle XIX

Beispiel 14

112 g vermahlenes Produkt eines jeden der in Tabelle XX angegebenen (getrockneten) Rohmaterialien, 28 g vermahlenes Malz (B in Tabelle III, 22 Einheiten/g Rohmaterial), 200 ml Wasser, 200 ml Destillationsrückstand, 320 mg K₂S₂O₅ und 25 ml (1,3×10⁸ Zellen/ml) Hefe-Starter wurden gemischt, und die Fermentation wurde während 120 Stunden bei 28°C durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle XX angegeben.

Tabelle XX

Beispiel 15

400 ml Hefe-Starter (1,3×10⁸ Zellen/ml) wurden in einen 10-l-Glas-Fermentationstank (Innendurchmesser 20 cm, Höhe 40 cm) eingebracht.

Getrennt wurde ein vermahlenes Produkt einer von Keimen be freiten Fraktion eines jeden der in Tabelle XXI angegebenen Getreidearten und Maischflüssigkeit in einem Gewichtsver hältnis von 1 : 2,5 gemischt, und das von einem Mikroorganismus abgeleitete Enzym-Präparat (C in Tabelle II, 5,9 Einheiten/g Rohmaterial) wurde zugegeben, um eine Auf schlämmung zu bilden. Die Aufschlämmung wurde dann nach und nach dem Tank derart zugegeben, daß die Anzahl der Hefezellen in der Maische nach der Zugabe stets bei mehr als 2×10⁷ Zellen/ml gehalten wurde. Die Gesamtmenge der Maische wurde auf 7,6 l eingestellt, und die Fermentation wurde während 120 Stunden bei 30°C durchgeführt. Die bei diesem Ver such verwendete Flüssigkeit war eine Mischung von Wasser und Destillationsrückstand in einem Verhältnis von 1 : 1. Die Er gebnisse sind in Tabelle XXI angegeben.

Tabelle XXI

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Alkohol, dadurch gekenn zeichnet, daß man ein vermahlenes Getreide oder vermahlene stär kehaltige Wurzelfrüchte oder aus diesen Materialien abgetrennte Rohstärken mit einer Maischflüssigkeit in einem Gewichtsverhält nis (Gewicht des stärkehaltigen Materials : Gewicht der Maisch flüssigkeit) von 1 : 3,4 bis 1 : 1,8 mischt, um eine Aufschlämmung zu bilden; ohne Kochen der Aufschlämmung und ohne Einstellung von deren pH-Wert ein in Zucker überführendes Enzympräparat, abgeleitet von einer Mikroorganismus-Quelle, zu der Aufschlämmung in einer Menge von zumindest 3,5 Einheiten (bestimmt gemäß JIS K-7001) je g des stärkehaltigen Materials auf Maßbasis oder Malz oder beides zugibt, wobei bei der alleinigen Verwendung von Malz dieses in einer Menge von zumindest 10 Einheiten/g eingesetzt wird, und die Aufschlämmung allmählich mit einem in üblicher Weise im vorhinein erhaltenen Hefe-Starter nach Maßgabe des Wachstums der Hefe vereinigt, derart, daß die Hefe- Population stets bei 2×10⁷ Zellen/ml der Maische oder höher gehalten wird; und die Aufschlämmung vergärt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als stärkehaltiges Material Mais, Sorghum, Weizen, Gerste, Roggen, Reis, Hühnerhirse, Fennich, italienische Kolbenhirse, echte Hirse, Rispenhirse, Süßkartoffel oder Maniok oder hieraus abgetrennte rohe Stärke eingesetzt wird.

3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Maischflüssigkeit Destillationsrückstand eingesetzt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Enzympräparat von einem Mikroorganismus der Gattung Rhizopus ableitet.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Titer des Enzympräparats 3,5 bis 25 Ein heiten beträgt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzuckerungsaktivität des zugesetzten Malzes 10 bis 25 Einheiten beträgt.