DE932302C

DE932302C - Process for the continuous fermentation of liquids containing carbohydrates on alcohol

Info

Publication number: DE932302C
Application number: DEP4840A
Authority: DE
Inventors: Richard Dr Lechner; Otto Dr Moldenhauer
Original assignee: Phrix Werke AG
Current assignee: Phrix Werke AG
Priority date: 1950-12-22
Filing date: 1950-12-22
Publication date: 1955-08-29

Description

Verfahren zur kontinuierlichen Vergärung von kohlehydrathaltigen Flüssigkeiten auf Alkohol Zur kontinuierlichen Vergärung von kohlehydrathaltigen Flüssigkeiten auf Alkohol ist eine Reihe von Verfahren bekannt. Der Vorteil der kontinuierlich arbeitenden Verfahren liegt in der höheren Wirtschaftlichkeit. Die Alkoholausbeuten sind höher und die Anlage- und Erzeugungskosten@sind infolge des größeren Durchsatzes vermindert.Process for the continuous fermentation of liquids containing carbohydrates on alcohol For the continuous fermentation of liquids containing carbohydrates A number of processes are known to act on alcohol. The advantage of continuously working method lies in the higher economic efficiency. The alcohol yields are higher and the investment and production costs @ are due to the greater throughput reduced.

Bei derartigen Alkoholgärungen ist es zur Erzielung hoher Ausbeuten wesentlich, daß sich die Hefe nicht vermehrt, sondern die gesamten vorhandenen Nährstoffe in Alkohol übergeführt werden. Zu diesem Zweck führen die bekannten Verfahren die Gärung mit Hefemengen durch, die im Bereich der sogenannten spezifischen cellulären Sättigung liegen, d. h. mit einer Hefekonzentration, bei der infolge fehlenden Lebensraumes für die einzelne Hefezelle jedes weitere Hefewachstum unterbleibt. Dadurch wird verhindert, daß durch Hefeneubildung Kohlehydrate der Vergärung zu Alkohol entzogen und die Alkoholausbeuten vermindert werden. Die Hefe wird der Zuckerlösung zu Beginn der Gärung zugesetzt, und die einmal festgesetzte Hefekonzentration wird während der Gärung weder durch Zufügen noch durch Abziehen von Hefe verändert. Die Hefe wird nach Beendigung der Gärung von der vergorenen Flüssigkeit abgetrennt und wieder in den Kreislauf zurückgeführt.In such alcohol fermentations, it is important to achieve high yields It is essential that the yeast does not multiply, but rather all the nutrients present be converted into alcohol. For this purpose, the known methods lead Fermentation with amounts of yeast in the range of the so-called specific cellular Saturation, d. H. with a yeast concentration at which as a result of a lack of living space no further yeast growth occurs for the individual yeast cells. This will prevents carbohydrates from fermenting to alcohol due to the formation of new yeasts and alcohol yields are reduced. The yeast becomes the sugar solution at the beginning added to fermentation, and the yeast concentration once established is increased during fermentation is not changed either by adding or removing yeast. Yeast is separated from the fermented liquid at the end of fermentation and again returned to the cycle.

Der zeitliche Ablauf der alkoholischen Gärung ist im allgemeinen dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Umsatzes der Kohlehydrate allmählich abnimmt, um sich im letzten Drittel oder Viertel des Gärprozesses, im sogenannten Endgärstadium, besonders zu verlangsamen. Es wurde bisher allgemein angenommen, daß eine weitere Erhöhung der Hefemenge über die der cellulären Sättigung entsprechende Konzentration hinaus keinen Erfolg bringen könne, weil ja schon die maximale Hefekonzentration in der Lösung vorhanden sei.The timing of the alcoholic fermentation is generally determined by this marked that the rate of turnover of carbohydrates gradually decreases to become in the last third or quarter of the fermentation process, im so-called final fermentation stage, especially to slow down. It has been general so far believed that a further increase in the amount of yeast above that of cellular saturation corresponding concentration could not bring success, because already the maximum yeast concentration is present in the solution.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daßdie Geschwindigkeit der Gärung nicht so sehr von der absoluten, in der Gärlösung vorhandenen Hefemenge abhängt als vielmehr von dem Zustand, in welchem sich die Hefe in den einzelnen Gärstadien befindet, und daß der trotz Vorhandenseins einer der cellulären Sättigung entsprechenden Hefemenge allmählichen Verlangsamung der Gärgeschwindigkeit entgegengetreten und damit insbesondere eine ausgedehnte Endgärphase dadurch vermieden werden kann; daß die Hefekonzentration, die bereits zu Beginn des Verfahrens im Gebiet der cellulären Sättigung liegt, mit fortschreitender Vergärung erhöht wird.Surprisingly, it has now been found that the speed of the Fermentation does not depend so much on the absolute amount of yeast present in the fermentation solution rather than the state in which the yeast is in the individual fermentation stages is located, and that the cellular saturation in spite of the presence Yeast amount countered gradual slowdown in fermentation speed and so that in particular an extended final fermentation phase can be avoided; that the yeast concentration, which is already at the beginning of the procedure in the area of cellular Saturation is increased as fermentation progresses.

Die Vorteile der neuen Arbeitsweise sind offensichtlich. Die Gärdauer wird erheblich abgekürzt, indem es gelingt, die Endvergärung der ursprünglichen Nährlösung rasch zu erreichen; ein Erfolg, der sich bisher nicht erzielen ließ, vielmehr hat man es bei den bekannten Arbeitsweisen in Kauf genommen, daß die Gärung gegen Schluß des Verfahrens trotz Vorhandenseins im Bereich der cellulären Sättigung liegender Hefemengen sich ständig verlangsamt und zumeist vor Erreichen einer vollständigen Vergärung der Nährlösung abgebrochen werden muß. Mit dem Vorteil der Abkürzung der Gärdauer einher geht die Einsparung an Gärraum, d. h. daß mit vorhandenem Gärraum eine größere Menge an Gärsubstrat durchgesetzt werden kann. Die Hefe wird schneller im Kreislauf geführt, ist kürzere Zeit der Einwirkung der Stoffwechsel- bzw. Gärprodukte ausgesetzt und kann deshalb länger gärkräftig gehalten werden.The advantages of the new way of working are obvious. The fermentation time is shortened considerably by succeeding in the final fermentation of the original To reach nutrient solution quickly; a success that has not yet been achieved, on the contrary, with the known working methods one has accepted that fermentation towards the end of the procedure despite the presence in the area of cellular saturation Lying amounts of yeast are constantly slowed down and mostly before reaching a full Fermentation of the nutrient solution must be stopped. With the advantage of shortening the The fermentation time goes hand in hand with the savings in fermentation space, i. H. that with existing fermentation chamber a larger amount of fermentation substrate can be enforced. The yeast speeds up circulated, the metabolic or fermentation products take effect for a shorter period of time exposed and can therefore be kept fermenting longer.

Das neue Verfahren eignet sich besonders zur Vergärung verdünnter Kohlehydratlösungen, wie sie bei der Hydrolyse oder Vorhydrolyse cellulosehaltiger Ausgangsstoffe, z. B. Stroh oder anderer Einjahrespflanzen, Häcksel, Holz; Sägespäne u. dgl. erhalten werden, da bei diesen verdünnten Lösungen im Gegensatz zu den bekannten Verfahren keine Möglichkeit einer Erhöhung der Zuckerkonzentration gegen Ende des Gärvorganges besteht.The new process is particularly suitable for dilute fermentation Carbohydrate solutions, as they are in the hydrolysis or prehydrolysis of cellulose Starting materials, e.g. B. Straw or other annual plants, chaff, wood; Sawdust and the like, since these dilute solutions in contrast to the known No possibility of increasing the sugar concentration towards the end of the procedure Fermentation process exists.

Nach der Abtrennung der Hefe von der vergorenen Lösung wird die gewonnene Hefe zunächst vorteilhaft wie üblich z. B. durch Waschen mit Wasser gereinigt. Ein Teil der Hefe wird zum Anstellen frischer Kohlehydratlösungen verwendet, während der andere Teil erst in einem späteren Gärstadium der in Gärung befindlichen Koblehydratlösung zugesetzt wird. Bei Zugabe. frischer Hefe während der Gärung muß mit einer gewissen Anlaufzeit gerechnet werden, ehe die Hefe volle Gärkraft entwickelt. Es ist deshalb vorteilhaft, die Hefe schon etwas vor dem Zeitpunkt, von dem ab . sie wirken soll, zuzusetzen.After the yeast has been separated from the fermented solution, the obtained Yeast initially beneficial as usual z. B. cleaned by washing with water. A Some of the yeast is used to make fresh carbohydrate solutions while the other part only in a later fermentation stage of the fermentation coble hydrate solution is added. When adding. fresh yeast during fermentation must be with some The start-up time must be expected before the yeast develops full fermentation power. It is therefore beneficial to the yeast a little before the point in time from which. it should work, to add.

Die erfindungsgemäße Durchführung des Gärprozesses kann entweder so erfolgen, daß bei Hintereinanderschaltung mehrerer Gärbehälter die neue Hefe in einen odermehrere spätere Behälter, vorzugsweise einen der letzten der Reihe, eingeführt wird oder daß bei Anwendung eines Gärbehälters, der eine gewisse Führung für Hefe und Flüssigkeit aufweist, der Hefezusatz. zur teilvergorenen Flüssigkeit an einer geeigneten Stelle der Gärvorrichtung nach Ablauf einer bestimmten Gärzeit erfolgt. Im ersteren Falle ist eine zwangläufige Führung der Hefe nicht erforderlich.The implementation of the fermentation process according to the invention can either be like this take place that when several fermentation tanks are connected in series, the new yeast in one or more later containers, preferably one of the last in the series, is introduced will or that when using a fermentation tank that some guidance for yeast and liquid, the yeast additive. for partially fermented liquid on one suitable place of the fermentation device takes place after a certain fermentation time. In the former case it is not necessary to keep the yeast in a compulsory manner.

Beispiel In einem Vorratsbehälter wird ein in üblicher Weise vorbereitetes Strohvorhydrolysat mit 4°/0 Zuckergehalt mit einer wäßrigen Hefesuspension (Hefebrei) in der Weise vermischt, daß die Hefekonzentration in der Mischung 66 g Preßhefe (mit einem Wassergehalt von 750/0) je Liter Mischung beträgt. Die mit Hefe angestellte Zuckerlösung (Maische) wird nun kontinuierlich durch mehrere Gärbehälter geleitet, die vorteilhaft mit Rührern oder ähnlichen Bewegungseinrichtungen versehen sind. Die Temperatur in den Gärbehältern wird auf 29 bis 35°, je nach der verwendeten Heferasse, eingestellt:.' Die Geschwindigkeit des Maischestroms wird so geregelt, daß die den letzten Gärbehälter verlassende Maische restlos vergoren ist. Die Maische tritt von unten in das erste Gärgefäß ein, verläßt dieses oben und gelangt wieder von unten in einen zweiten Gärbehälter, in den gleichzeitig von unten je Liter zufließende Maische weitere 66 g Preßhefe in Form eines Hefebreis eingebracht werden, und zwar vorzugsweise desjenigen, der beim Separieren der fertigvergorenen Maische zurückgewonnen wird. Die vergorene Maische wird oben abgezogen, um nach Durchströmen eines dritten Gärgefäßes über ein Zwischengefäß auf einem Hefeseparator in eine hefefreie vergorene Lösung und einen Hefebrei zerlegt zu werden. Der Hefebrei wird, gegebenenfalls nach einer dazwischengeschalteten Wäsche od. dgl., im Kreislauf zur Hälfte zum Anstellen frischer Zuckerlösung in das Vorratsgefäß geleitet und zur anderen Hälfte in das. zweite Gärgefäß eingeführt.Example In a storage container a prepared in the usual way is Straw pre-hydrolyzate with 4% sugar content with an aqueous yeast suspension (yeast pulp) mixed in such a way that the yeast concentration in the mixture is 66 g of compressed yeast (with a water content of 750/0) per liter of mixture. The one employed with yeast Sugar solution (mash) is now continuously passed through several fermentation tanks, which are advantageously provided with stirrers or similar movement devices. The temperature in the fermentation tanks is between 29 and 35 °, depending on the one used Heferasse, set :. ' The speed of the mash flow is regulated in such a way that that the mash leaving the last fermentation tank is completely fermented. The mash enters the first fermentation vessel from below, leaves it at the top and returns from below into a second fermentation tank, into which at the same time per liter flowing from below Mash another 66 g of compressed yeast can be introduced in the form of a yeast pulp, namely preferably that which is recovered during the separation of the fermented mash will. The fermented mash is withdrawn at the top, after flowing through a third Fermentation vessel via an intermediate vessel on a yeast separator into a yeast-free fermented one Solution and a yeast pulp to be broken down. The yeast pulp is, if necessary, after an interposed laundry or the like, in the circuit half to be turned on fresh sugar solution is fed into the storage container and the other half into the. second fermentation vessel introduced.

Claims

PATENT CLAIM: Process for the continuous fermentation of carbohydrate-containing liquids on alcohol with recycling of the yeast, characterized in that the yeast concentration, which is already in the area of cellular saturation at the beginning of the process, is increased as fermentation progresses. Cited publications: German patent specifications No. 744 68z, 630 193, 596 107, 744 133, 732 607, 340 904 6 0 7 712, 180 993