DK174923B1 - Fremgangsmåde til fremstilling af et ethanolholdigt produkt under anvendelse af immobiliseret gær - Google Patents

Fremgangsmåde til fremstilling af et ethanolholdigt produkt under anvendelse af immobiliseret gær Download PDF

Info

Publication number
DK174923B1
DK174923B1 DK198904729A DK472989A DK174923B1 DK 174923 B1 DK174923 B1 DK 174923B1 DK 198904729 A DK198904729 A DK 198904729A DK 472989 A DK472989 A DK 472989A DK 174923 B1 DK174923 B1 DK 174923B1
Authority
DK
Denmark
Prior art keywords
carrier
yeast
reaction vessel
column
immobilized
Prior art date
Application number
DK198904729A
Other languages
English (en)
Other versions
DK472989A (da
DK472989D0 (da
Inventor
Heikki Lommi
Juha Ahvenainen
Original Assignee
Gea Liquid Proc Scandinavia As
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gea Liquid Proc Scandinavia As filed Critical Gea Liquid Proc Scandinavia As
Publication of DK472989D0 publication Critical patent/DK472989D0/da
Publication of DK472989A publication Critical patent/DK472989A/da
Application granted granted Critical
Publication of DK174923B1 publication Critical patent/DK174923B1/da

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12G—WINE; PREPARATION THEREOF; ALCOHOLIC BEVERAGES; PREPARATION OF ALCOHOLIC BEVERAGES NOT PROVIDED FOR IN SUBCLASSES C12C OR C12H
    • C12G3/00—Preparation of other alcoholic beverages
    • C12G3/02—Preparation of other alcoholic beverages by fermentation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12C—BEER; PREPARATION OF BEER BY FERMENTATION; PREPARATION OF MALT FOR MAKING BEER; PREPARATION OF HOPS FOR MAKING BEER
    • C12C11/00—Fermentation processes for beer
    • C12C11/07—Continuous fermentation
    • C12C11/075—Bioreactors for continuous fermentation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12C—BEER; PREPARATION OF BEER BY FERMENTATION; PREPARATION OF MALT FOR MAKING BEER; PREPARATION OF HOPS FOR MAKING BEER
    • C12C11/00—Fermentation processes for beer
    • C12C11/02—Pitching yeast
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12C—BEER; PREPARATION OF BEER BY FERMENTATION; PREPARATION OF MALT FOR MAKING BEER; PREPARATION OF HOPS FOR MAKING BEER
    • C12C11/00—Fermentation processes for beer
    • C12C11/09—Fermentation with immobilised yeast
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12C—BEER; PREPARATION OF BEER BY FERMENTATION; PREPARATION OF MALT FOR MAKING BEER; PREPARATION OF HOPS FOR MAKING BEER
    • C12C12/00—Processes specially adapted for making special kinds of beer
    • C12C12/04—Beer with low alcohol content
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12G—WINE; PREPARATION THEREOF; ALCOHOLIC BEVERAGES; PREPARATION OF ALCOHOLIC BEVERAGES NOT PROVIDED FOR IN SUBCLASSES C12C OR C12H
    • C12G3/00—Preparation of other alcoholic beverages
    • C12G3/02—Preparation of other alcoholic beverages by fermentation
    • C12G3/021—Preparation of other alcoholic beverages by fermentation of botanical family Poaceae, e.g. wheat, millet, sorghum, barley, rye, or corn
    • C12G3/022—Preparation of other alcoholic beverages by fermentation of botanical family Poaceae, e.g. wheat, millet, sorghum, barley, rye, or corn of botanical genus Oryza, e.g. rice
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12G—WINE; PREPARATION THEREOF; ALCOHOLIC BEVERAGES; PREPARATION OF ALCOHOLIC BEVERAGES NOT PROVIDED FOR IN SUBCLASSES C12C OR C12H
    • C12G3/00—Preparation of other alcoholic beverages
    • C12G3/02—Preparation of other alcoholic beverages by fermentation
    • C12G3/024—Preparation of other alcoholic beverages by fermentation of fruits other than botanical genus Vitis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12G—WINE; PREPARATION THEREOF; ALCOHOLIC BEVERAGES; PREPARATION OF ALCOHOLIC BEVERAGES NOT PROVIDED FOR IN SUBCLASSES C12C OR C12H
    • C12G3/00—Preparation of other alcoholic beverages
    • C12G3/02—Preparation of other alcoholic beverages by fermentation
    • C12G3/025—Low-alcohol beverages
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12C—BEER; PREPARATION OF BEER BY FERMENTATION; PREPARATION OF MALT FOR MAKING BEER; PREPARATION OF HOPS FOR MAKING BEER
    • C12C11/00—Fermentation processes for beer
    • C12C11/07—Continuous fermentation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Alcoholic Beverages (AREA)
  • Distillation Of Fermentation Liquor, Processing Of Alcohols, Vinegar And Beer (AREA)
  • Medicines Containing Material From Animals Or Micro-Organisms (AREA)
  • Cephalosporin Compounds (AREA)
  • Compounds Of Unknown Constitution (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

DK 174923 B1
Opfindelsen angår fremstilling af ethanol med særligt henblik på fremstilling af alkoholholdige drikke ved anvendelse af immobiliseret gær, som er bundet til et regenererbart materiale. Gærimmobilisering kan udføres i selve gæ-ringsreaktinnsheholderen, hvorved risikoen for kontaminering under immobi-5 liseringen formindskes.
Gæring er et håndværk, som har været kendt før historisk tid. Det var imidlertid først i 1866, at Pasteiir offentliggjorde sine værker om vingæring, analyserede årsagerne til ødelæggelse og foreskrev en hensigtsmæssig måde at 10 fremstille vin på.
Traditionelt foregår gæringen med de vilde gærarter, som forekommer på alle frugter og bær. I dag bruges oftere gæring med rene gærkulturer for på ensartet vis at fremstille vine af god kvalitet. Alle disse almene aspekter ved vin- _ J_5_fremstilling og beskrivelser aLaærarterne findes i_"Biotechnology—redigeret af- — ----- H-J Rehm og G Reed, Vol. 5: Food and Feed Production with Microorganisms, Verlag Chemie, og i Prescott & Dunn's "Industrial Microbiology", 4. udgave, kapitel 9, 1982, redigeret af G. Reed.
20 traditionel batch-gæring er tidskrævende. Typisk kræver den nødvendige tid til alkoholgæringen ved fremstilling af vin normalt mindst 20-50 døgn. Skønt en kontinuerlig proces med suspenderet gær kunne tænkes at fremskynde denne proces, er den vanskeligt at udføre og holde fri for mikrobiel kontaminering. Endvidere bør, for at fremskynde gæringshastigheden, gærcellekon-* 25 centrationen ved gæringen forhøjes, medens ethanolinhiberingen på den anden side bør mindskes. I en batch-gæring, for eksempel med æblesaft, er gærcellekoncentrationen 1-2 x 108 celler/ml most.
En højere gærcellekoncentration kan for eksempel tilvejebringes ved at im-30 mobilisere gæren på et egnet bærestof pakket på en kolonne. Når den gærende most føres gennem kolonnen pakket med immobiliseret gær, sker der 2 DK 174923 B1 en stor forøgelse i antallet af gærceller, som er i kontakt med mostvolumenet i reaktionsbeholderen. Denne større kontaktflade resulterer i hurtigere gæring. Kolonne-reaktionsbeholderen nedsætter også ethanolinhiberingen, da det ethanolholdige produkt kontinuerligt fjernes fra gærlejet. Denne reduktion 5 er på sit højeste, når der opnås en ideel propstrømningssituation.
Det er kendt, at gærceller kan indlejres i calciumalginat, og den resulterende immobiliserede gær kan anvendes ved hurtige gæringsprocesser. I mange litteraturhenvisninger beskrives denne teknik som den anvendes i laborato-10 rieskala. Imidlertid er der også gjort bestræbelser på at kommercialisere denne teknik. En af de bedst kendte er nok den anvendt af Kyowa Hakko i Japan, hvor alginatimmobiliseret gær bruges til fremstilling af næringsetha-nol.
15 Ved drift i kommerciel skala er en stor vanskelighed ved alginatindfangning den måde, hvorpå partiklerne dannes. Den skal udføres på produktionsstedet, hvor en gæropslæmning og en opløsning af natriumalginat blandes sammen. Når denne blanding tilføres en calcium-saltopløsning, udfælder al-ginat og lukker samtidig gærcellerne inde i de udfældede partikler. Partikler-20 ne er sædvanligvis i form af smådråber/perler.
Et procesanlæg, som anvender gær indlejret i alginat, skal have specielt kon-trueret udstyr blot for at fremstille disse perler. Endvidere er der en potentiel risiko for kontaminering af gæren med vilde mikroorganismer. Dette er især 25 kritisk, når det er vigtigt at fremstille en alkoholisk drikkevare med en særlig * smag (f.eks. øl, vin, æblevin og lignende produkter). Ved fremstilling af tek-nisk/brændstofethanol er kontamineringskriterieme ikke så vigtigtige som ved de konsumerbare produkter, omend de indvirker på produktiviteten.
30 En anden stor vanskelighed ved alginatperler anvendt i kommerciel skala er perlernes fysiske styrke. Perlerne er bløde og sammentrykkes let. Det kan 3 DK 174923 B1 være et problem at køre store gæringskolonner, og hurtige downflow processtrømme er vanskelige at håndtere. På den anden side slider en typisk up-flow gæringsmåde stærkt på perlerne. Ligeledes er det praktisk taget umuligt at køre en reaktionsbeholder downflow under tryk med sammentrykkeligt ma-5 teriale.
En tredie vanskelighed i forbindelse med indlejring er diffusionsbegrænsnin-geme, som nedsætter tilgængeligheden af det substrat, som er i kontakt med gæren inde i perlen.
10
Endelig skal, dersom systemet kontamineres eller på anden måde forstyrres, således at en kontinuerlig operation må afbrydes, alt kolonnemateriale (algi-nat sammen med gær) kasseres. Ingen genanvendelse er mulig.
15 European Brewery Convention Congress, Madrid, 1987, side 441-448, IRL _
Press, Oxford, England viser en fremgangsmåde til sekundær fermentering med gær, der er immobiliseret på DEAE cellulosepartikler, hvori diacetyl var reduceret i den immobiliserede gærreaktor. I modsætning til den foreliggende opfindelse angår det nævnte dokument en fremgangsmåde, hvor den immo-20 biliserede gærkolonne anvendes i den sekundære fermentering og ikke den primære fermentering US-A-4 546 081 angår en kontinuerlig fermentering til fremstilling af ethanol ved at anvende en fermenteringsbeholder pakket med tyndt filmmiddel frem-25 stillet ved at blande en vandig gærsuspension med fotokrydslinkerende harpiks. Ifølge denne metode er gærcellerne indelukket i partiklerne og ikke immobiliserede på overfladen som i den foreliggende opfindelse.
I Biotechnology and Biogengineering, Vol. 25, Nr. 9, side 2243-2262 beskri-30 ves ethanolfermentering i en gærimmobiliseret rørformet fermenter. Derved anvendes hvide birk træfliser i fermenteret til at immobilisere Saccharomyces 4 DK 174923 B1 cerevisiae gærceller. Den foreliggende opfindelse er mere effektiv i forhold til det nævnte dokument.
Formålet med nærværende opfindelse er at udvikle en fremgangsmåde til 5 kontinuerlig kolonnegæring, som ikke kræver, at kolonnematerialet dannes på stedet. Et andet formål er at udvikle en fremgangsmåde, som eliminerer kontamineringskilder. Et yderligere formål er at udvikle en fremgangsmåde af denne type, som kan modstå tryk. Endnu et formål med opfindelsen er at udvikle en fremgangsmåde, hvorved bærestoffet kan regenereres og gen-10 bruges. Yderligere formål omfatter udvikling af fremgangsmåder til fremstilling af alkohol med rimeligt store hastigheder, såsom mindst et minimum på ca. 1 lejevolumen ca. 5% alkohol pr. døgn.
Disse og andre formål opnås ved den foreliggende opfindelse, som er rettet 15 på en fremgangsmåde til den primære fremstilling af et ethanolisk produkt.
Ifølge denne fremgangsmåde bringes et vandigt substrat indeholdende et opløst kulhydrat, som kan forgæres af gær, i kontakt med gær immobiliseret på et bærestof med anionbytteregenskaber. Fortrinsvis opnås kontakten ved at føre det vandige substrat gennem en reaktionskolonne pakket med gær 20 immobiliseret på bærestoffet. Den kan imidlertid også opnås ved brug af den immobiliserede gær i en fluid bed reaktionskolonne.
Gær-bærestof-kombinationen omfatter gær bundet til overfladen af det porøse bærestof. Bærestoffet er i det væsentlige ikke-sammentrykkeligt. Det om-25 fatter en kontinuerlig porøs matrix eller, alternativt, porøse partikler med små fordybninger eller med netværkstruktur. Matricen eller partiklerne er sammensat af individuelle mikropartikler eller mikrofibre. Denne bærestofstruktur tilvejebringer et maksimalt overfladeareal, som kan bære gærceller. Det resulterende store antal gærceller pr. volumenenhed bærestof muliggør hurtig 30 gæring.
5 DK 174923 B1 Bærestoffets partikulære eller matrix-egenskab frembringes ved løst at binde, filte, væve, klæbe eller agglomerere (herefter kaldet "binding") mikropar-tikleme eller mikrofibrene sammen. Bindingen opnås ved at etablere kemiske, adhærerende eller mekaniske forbindelser i nogle af kontaktpunkterne 5 mellem de individuelle mikropartikler eller mikrofibre. Kemisk binding opnås ved at forårsage en kemisk tværbindingsreaktion i disse punkter. Adhærende binding opnås ved at agglomerere eller klæbe mikrofibrene eller mikropar-tiklerne sammen under anvendelse af yderligere en bestanddel, såsom en termoplastisk harpiks. Mekanisk binding opnås ved at filtre eller knytte fibre-10 ne sammen i kontaktpunkterne eller ved at forene partiklerne ved at sammenfiltre deres overflader. I sidstnævnte form vil matricen udgøre en kontinuerlig struktur gennem hele reaktionskolonnen, meget i lighed med bomuldsfnug eller filtrerpapir pakket i et rør. Også på dette tidspunkt, i deres endelige form, vil partiklerne være adskilte og individuelle.
_ _15___________ ____ ____ _______ _
Mikrofibrene eller mikropartiklerne består af ethvert anionbytterstof, som kan formes til de med ru overflade forsynede ønskede mikrofibre eller mikropartikler. Disse stoffer omfatter nativ eller regenereret cellulose eller rayon, som er derivatiseret til tilvejebringelse af anionbytteregenskab, syntetiske anion-20 bytterharpikser, såsom phenolformaldehydharpikser, og agarose- eller dex-trinbaserede anionbytterharpikser. Hvide birkechips er udelukket. Det foretrukne bærestof er en porøs, partikelformet anionbytterharpiks opnået fra cellulose eller rayon, som er blevet kemisk modificeret til tilvejebringelse af anionbytteregenskaber. Særligt foretrukne udførelsesformer omfatter mikro-25 fibre eller mikropartikler af diethylaminoethylen-substitueret cellulose, bundet adhærerende ved agglomerering med polystyren.
Det antages, at de elektriske kræfter tilvejebragt mellem den positivt ladede harpiks og de negativt ladede gærceller er primært ansvarlige for bindingen 30 af gærceller til harpiksens overflader. Denne binding begrænser større ud- 6 DK 174923 B1 vaskning af gær, og tillader samtidig tæt kontakt mellem gæren og det vandige medium.
Det vandige substrat anvendt som udgangsmateriale består i det mindste af 5 vand og et forgærbart carbonhydrat, såsom hydrolyseret stivelse, saccharose, glucose, fructose, maltose eller maltotriose (lactose og xylose). Sukkerkoncentrationen vil være tilstrækkelig til at tillade kontinuerlig alkoholdannelse, men vil ikke være såhøj, at gærens forgærende aktivitet fuldstændig hæmmes.
10
Ifølge fremgangsmåden ifølge opfindelsen er det vigtigt at kontrollere den procesparameter, som er forbundet med carbondioxid dannet ved gæringen. Carbondioxid kan forblive i den flydende produktstrøm eller fjernes. Ved en foretrukken fremgangsmåde anvendes en serie kolonner, hvor hanerne i de 15 indbyrdes forbindelser er tilpasset til at fjerne gas fra kolonneudgangsstrømmen. Hvis alle hanerne i de indbyrdes forbindelser anvendes, dannes der et produkt uden kulsyre. Ved at holde kolonnerne under tryk kan der dannes et kulsyreholdigt produkt. Kolonnetrykket kan imidlertid ikke være så højt, at det i det væsentlige formindsker gæringen. Ved en vel tilrettelagt 20 arbejdsgang kan denne grænse fastlægges, og den vil almindeligvis vil være mindst ca. 14 bar.
Ud over tryk, kan andre procesparametre varieres til påvirkning af ethanolud-bytte og produktsmag. Disse parametre omfatter kolonnetemperatur, fødeha-25 stighed af vandigt substrat, kolonneopholdstid, substratstrømningsretning i kolonnen (med eller mod tyngdekraften), periodisk vending af strømretning, gærstamme, gærkoncentration og gærnæringsstoffer i det vandige substrat. Passende områder for disse parametre omfatter en temperatur på fra -2 til 40 'C, fødehastighed 0,01-10 reaktionsbeholder-lejevolumen (BV)/time, en op-30 holdstid på 0,1-100 timer og gærkoncentration på fra 109 til 1012 gærceller pr. liter bærestof. Der kan anvendes gærarter som Saccharomyces eller Candi- 7 DK 174923 B1 da. Almindeligvis vil disse parametre blive justeret til at danne en ethanol-koncentration på fra 0,05% til 15%.
Ved en foretrukken fremgangsmåde ifølge opfindelsen anbringes en op-5 slæmning af det partikelformede bærestof først i en kolonne, og bærestoffet får lov at sætte sig til en pakket kolonne. Bærestoffet steriliseres ved en i og for sig kendt metode, såsom vaskning med varm kaustisk opløsning. Efter neutralisering med steril, fortyndet syre og skylning med sterilt vand gennemløbes kolonnen med en gærvæske, således at gæren fasthæftes til og im-10 mobiliseres på bærestofparikleme. Efter denne forbehandling bruges gærkolonnen som ovenfor beskrevet.
Ved endnu en foretrukken fremgangsmåde fremstilles et konsumerbart etha-nolholdigt produkt. Dette produkt kan være vin, sake, en alkoholisk frugt- 15 bær- eller grøntsagsdrik, kulsyreholdige udførelsesformer deraf, I eller udfø-__ _ relsesformer af de foregående produkter med lavt alkoholindhold.
Det vandige substrat anvendt til fremstilling af det konsumerbare produkt opnås fra kilder såsom frugt-, bær- eller grøntsagssaft eller -ekstrakt, urter, hy-20 drolyseret plantemateriale eller en vandig sirup indeholdende en forgærbar sukkerart af naturlig eller syntetisk oprindelse. Saften er et flydende materiale presset af frugt, bær eller grøntsager. Ekstrakten er et flydende materiale dannet ved kombinering af frugt, bær eller grøntsager med vand og bearbejdning ved mosning, kogning, presning, blanding og lignende. Det hydroly-25 serede plantemateriale er materiale, som er afledt fra cellulose, hemicellulo-se og/eller stivelse ved en teknik såsom sur, enzymatisk eller auto-hydrolyse.
En anden fremgangsmåde ifølge opfindelsen angår fremstilling af drikkevarer med lavt alkoholindhold, indeholdende for eksempel under 0,2% alkohol efter 30 volumen. Ifølge denne fremgangsmåde er de udførte trin og gær-bærestofmaterialet de samme som anvendt ved den primære produktions- 8 DK 174923 B1 metode. Sukkerindholdet og fødehastigheden af vandigt substrat modificeres imidlertid for at opnå "lavalkohor-produktion. Fødehastigheden øges til en størrelse, som nedsætter alkoholkoncentrationen til den ønskede værdi. Også ved at nedsætte temperaturen kan gæringen gøres langsommere. Suk-5 kerkoncentrationen justeres også på passende vis, således at drikken ikke er for sød, men der er nok sukker til stede til alkoholgæring. Ved hele tiden at justere ovennævnte procesparametre kan man vælge et ønsket alkoholindhold.
10 Opfindelsen angår endvidere enhver form for kombinationen af bærestof og gær. Foretrukne former omfatter den fremstillet in situ som ovenfor beskrevet og en tørret kombination. Den tørrede kombination i aseptisk tilstand kan pakkes, transporteres til et gæringsanlæg og rekonstitueres til anvendelse ved nedsænkning i vandigt næringsstof. Alternativt kan den tørrede form 15 pakkes til hjemmebrug.
Figuren er et flow-diagram over fremstillingen af de immobiliserede gærkolonner. Figuren viser et hydreringskar 1, en reaktionsbeholder med immobili-seret gær 2, et kar med sterilisationsvæske 3, et kar med neutralisationssyre 20 4, et kar med gæropslæmning 5, et kar med substrat 6, en udgangsport for carbondioxid 7, et modtagekar 8 og en trykudløsningsventil 9.
Opfindelsen er baseret på et gær-bærestofsystem beskrevet ovenfor, som er ikke-sammentrykkeligt og steriliserbart. Et specielt foretrukket eksempel på et 25 bærestof til brug ved fremstilling af gær-bærestofsystemet er partikelformet DEAE-cellulose (svag anionbytter) agglomereret med polystyren. Dette bærestof er kommercielt tilgængeligt og er velkendt til immobilisering af enzymer, typisk isomerase (se US patent nr. 4 335 117 for detaljer vedrørende dette bærestof).
30 9 DK 174923 B1
Ved en foretrukken fremgangsmåde til fremstilling af gær-bærestofsystemet som vist i figuren, hydreres det tørre bærestof i et hydreringskar 1 og pumpes ind i en reaktionskolonne 2. Det foretrukne DEAE-cellulosebærestof er stabilt i sure og alkaliske medier og kan modstå temperaturer op til 100 ’C. Det kan 5 således let steriliseres i kolonnen, for eksempel med varm kaustisk alkali.
Andre harpikser kan hensigtsmæssigt steriliseres på lignende måde.
Immobilisering af gær på bærestoffet udføres efter sterilisation af bærestoffet med varm fortyndet kaustisk alkali 3. Bærestoflejet 2 skylles derpå med vand 10 og neutraliseres ved at pumpe en passende fortyndet syre 4 gennem bærestoflejet, til slut skylles bærestoflejet med sterilt vand. Immobiliseringen udføres ved at pumpe en dyrket aktiv gæropslæmning 5 ind i reaktionsbeholderen 2. Bærestoffet adsorberer derpå gæren. Gærcellerne binder til bærestoffets overflader som et resultat af bærestoffets optimale overfladeformer.
15 ___ _ Gærcellerne dyrkes foretrukket på bærestoffet til opnåelse af en tæthed på mellem ca. 109 - 1012 celler pr. liter bærestof, idet en tæthed på ca. 109 celler er særligt foretrukket. Tætheden skal være tilstrækkelig til at tilvejebringe nok enzymatisk aktivitet til i det væsentlige at omdanne sukkerarteme i det van-20 dige substrat til ethanol.
Substratet fra kar 6 pumpes gennem reaktionsbeholderen enten gennem bund- eller toptilløbet. Gæringsniveauet kan kontrolleres ved at justere gennemløbshastigheden. Langsom gennemløbshastighed (ca. 1 BV/døgn) giver 25 en lang kontakttid mellem bærestoffet og substratet og således højt alkoholindhold. På den anden side nedsætter hurtigere gennemløb alkoholindholdet. Reaktionsbeholderen kan køres ved atmosfæretryk under tilledning fra bundtilløbet, idet carbondioxid frit udskilles fra systemet gennem en afgangsport 7.
Produktet opsamles i et modtagekar 8, hvorfra det viderebehandles ved filtre-30 ring osv., før det til slut tappes på flasker.
10 DK 174923 B1 Når systemet køres under tryk, tilføres substratet 6 fra indløbet foroven for at holde bærestoflejet på pakket form og således nå en propstrømning. Gæringshastigheden kontrolleres på en sådan måde (ved gennemløbshastighed), at det tilførte tryk er højt nok til at holde det dannede carbondioxid op-5 løst. Trykket udløses gennem ventilen 9 påmodtagekarret, med mindre det er hensigten, at slutproduktet skal indeholde carbondioxid. For at holde trykket og opløst carbondioxid inden for rimelige grænser, er det tilrådeligt at have to eller flere serieforbundne ensartede reaktionsbeholdere og frigøre overskydende carbondioxid mellem hver reaktionsbeholder.
10 Bærestoffet kan regenereres ved at tilføre varm kaustisk alkali gennem bærestoflejet indtil materialets farve er ensartet lys. Derpå skylles bærestoffet med vand, indtil der opnås en pH på ca. 10, og neutraliseres ved at pumpe en passende fortyndet syre gennem bærestoflejet. Til slut skylles bærestoffet 15 med sterilt vand.
Bærestoffet er vigtigt ved tilvejebringelsen af et egnet miljø for gærvækst og kontakt med det vandige substrat. Det ikke-sammentrykkelige anionbytter-bærestof, såsom agglomereret DEAE-cellulose, har adskillige nyttige kvalite-20 ter sammenlignet med bløde, gelagtige bærestoffer, såsom alginatperler.
Disse kvaliteter omfatter færre masseoverføringsproblemer, nemmere immobilisering, hurtigere opstart, nemmere opskalering, meget forbedret regene-rerbarhed og lang levetid for bærestoffet.
25 Ved eksperimenter i laboratorieskala er et gelagtigt bærestof, dvs. alginatperler, og et foretrukket bærestof ifølge opfindelsen, dvs. DEAE-cellulosegranula, blevet sammenlignet. Bærestoffet fremstillet af DEAE-cellulose var lettere at anvende ved ethanolfremstilling, og med mange substrater havde det en mere ønskværdig produktionskapacitet. Disse faktorer 30 tyder på en bedre kontakt mellem gær og vandigt substrat under behandlingen.
11 DK 174923 B1
Det antages, men skal ikke betragtes som en begrænsning af opfindelsen, at måden, hvorpå den immobiliserede gær og bærestoffet ifølge opfindelsen samvirke med hinanden kan forklare det øgede udbytte. Elektronmikrografier 5 viser, at i alginatperleme vokser gæren i kolonier, hvoraf nogle vokser gennem alginatlaget til overfladen af perlen. Det antages, at gærkolonierne fungerer som de "aktive steder" i alginatperleme. Mikrofotografieme viser, at DEAE-cellulosegranula er porøse mikrofibermatricer med netværkstruktur.
Denne struktur tillader det vandige substrat at nå de gærceller, som vokser 10 inde i granula. Gæren vokser således ret løst og adskilt i mikrofibrenes indvendige og udvendige lommer, og disse individuelle celler fungerer som "aktive gæringssteder" i kolonnen. Som følge heraf er der ved anvendelse af bærestoffet ifølge opfindelsen flere gærceller tilgængelige for gæring pr. enhed bærestofoverfladeareal.
_ _15___ _____ _____
Mekanismen med immobilisering af gærceller på overfladen af bærestoffet, såsom granulær DEAE-cellulose, frembyder mange fordele. For det første, at gærcellerne i det væsentlige alle findes på bærestoffets overflade. Cellerne fungerer således, som om de var frit suspenderet i en opløsning.
20
For det andet, at der ikke er nogen væsentlige diffusionsbegrænsninger, og det fermenterbare flydende substrat kan frit komme i kontakt med gæren.
Også de næringsstoffer, som er nødvendige for gærens levedygtighed, er tilgængelige uden at være hindret af nødvendigheden af at skulle permeere 25 ind i bærestofpartiklemes indre.
For det tredie, at egenskaberne af bærestoffet ifølge opfindelsen også tillader let opstart og regenerering, fordi gærcelle-immobilisering kan foregå in situ inde i kolonnen. Denne procedure nedsætter risikoen for kontaminering og 30 forbedrer systemets tilstand som helhed. Hertil kommer, at kolonnen let kan regenereres, hvilket er en vigtig økonomisk fordel. Regenerering er somme 12 DK 174923 B1 tider hensigtsmæssig på grund af kemiske urenheder eller kontaminering fra det vandige substrat, mikrobiel kontaminering eller fra mutationer i selve den immobiliserede gær. For at regenerere en reaktionskolonne fremstillet af et bærestof, såsom for eksempel DEAE-cellulose, kan den brugte kolonne va-5 skes og steriliseres med en varm kaustisk opløsning eller med et andet steriliserende medium, såsom et organisk stof i vand og lignende. Efter vaskning og neutralisering er bærestoffet parat til igen at blive tilsat gær og blive reim-mobiliseret. Ved opstillinger i pilotskala er en sådan kolonne blevet anvendt i mindst 13 uger uden nødvendighed for regenerering. I laboratorieskala er en 10 lignende kolonne blevet anvendt i ca. 30 uger.
Generelt kan hele reaktionsbeholdersystemet, herunder bærestoffet, steriliseres ved den ovennævnte behandling. Når en aseptisk dyrket gær derpå pumpes eller elueres gennem bærestoflejet vil risikoen for at kontaminere 15 gæren/bærestoffet med vildtypestammer eller bakterier være minimal. Når gæren er fastgjort til kolonnen (en passende charge er fra ca. 109 til 1012 gærceller/liter bærestof), kan kolonnen yderligere konditioneres ved langsomt at pumpe en næringsopløsning, såsom et vandigt medium bestående af ammoniumphosphat og sukker gennem reaktionsbeholderen i ca. 1 døgn.
20 Denne proces bevirker, at gæren tiltager til maksimal tæthed.
Som det almindeligvis gælder for alle gær-bærestofsystemer anvendt ifølge opfindelsen, er en af de foretrukne bærestof-udførelsesformer, granuleret DEAE-cellulose, ikke-sammentrykkelig (ikke-opsvulmende). Denne egenskab 25 tillader stor variation med hensyn til, hvordan gæringen kan udføres.
Under normalt atmosfæretryk kan reaktionsbeholderen/den kontinuerlige fermentor køres på følgende måde. Substratet fødes ind fra reaktionsbeholderens bund, og det under gæringen dannede CO2 får frit lov til at udvikles 30 fra bærestoflejet. Med denne teknik kan der imidlertid ikke opnås en ideel 13 DK 174923 B1 propstrømningssituation (CCVbobler forstyrrer altid lejet) og tilbageblanding forårsager ethanolinhibering og nedsætter således produktiviteten.
Hftf \\s\srs f«^mrv\Antrv/t/l/Alino ΙΙαΙλλ 1/αλ λλλΑ 1/λ LSI !^uv~uuhmmSi ιΐι;ι\ι«νιι^ν k/u^i oy oiwi 11 iik/i^w u^i ii ινν·^νι i inuii i\fc/“ 5 res under forhøjet tryk for at opretholde carbondioxid på opløst form. Kolonnen kan da også køres i en downflow-tilstand, og i dette pakket-leje system opnås en ideel propstrømning.
Ifølge en særlig udførelsesform er vendes strømningen af det vandige sub-10 strat gennem reaktoren periodisk.
Flere kolonner under tryk kan også køres i serie for at undgå højt tryk. Serieopbygningen er specielt nyttig, dersom en stor alkoholkoncentration i slutpro- . duktet er ønskelig. Denne metode muliggør kørslen som downflow uden den ______ 15_skadelige frigørelse af carbondioxid. sorrukunne forstyrre-den pakkede natur— — af kolonnen, dvs. forårsage kanaldannelse. Mellem kolonnerne udskilles carbondioxid fra strømmen. Reaktionsbeholderens størrelse kan også mindskes, da der ikke kræves ekstra plads til fluidisering og carbondioxidudskillelse.
20
Faktisk kan ethvert forgærbart flydende substrat bruges som fødemateriale til fremstilling af det ethanolholdige produkt, under forudsætning af at alle partikelformede urenheder bortfiltreres, før tilførsel til den immobiliserede gærkolonne. Eksempler på typiske substrater kan være: 25 (i) urt (ii) frugtsaft (iii) bærsaft (iv) sukkersirup 30 (v) stivelsessirup (vi) ethvert hydrolysat af plantemateriale 14 DK 174923 B1 (vii) sukkersiruper med smag af enhver ekstrakt af frugt, bær, malt eller lignende (viii) ethvert vandigt substrat, som anvendes ved fremstilling af øl, vin eller spiritus 5
En typisk sukkerkoncentration er fra 100 til 250 g/l incl. både oprindelige og tilsatte sukkerarter i afhængighed af det basale råmateriale. Gæmæringsstof-ferne (incl. kilder til phosphor, nitrogen etc.) skal være afstemte, med mindre de er passende i det oprindelige råmateriale. Sukkerkoncentrationen kan na-10 turligvis varieres bredt i afhængighed af, hvor meget alkohol og hvor meget sødme slutproduktet forventes at indeholde. Det kan også indeholde naturlige smagsstoffer, olier og lignende. Sukkeret vil forefindes i en koncentration på fra mindst 1 vægt-% til en mængde, som vil hæmme gæringsfunktionen (f.eks. ca. 30 til 40 vægt-%), foretrukket ca. 4 til 25 vægt-% i forhold til medi-15 ets totale vægt.
Det vandige substrats gennemløbshastighed gennem kolonnen er en vigtig parameter, fordi ethanolproduktionskapaciteten afhænger af gennemløbshastigheden. Det er også vist, at gennemløbshastigheden er bestem-20 mende for antallet af gærceller, som forbliver bundet på bærestoffet. Med høje gennemløbshastigheder forhøjes udløb af gærceller, så derfor kan ethanolproduktionen også afhænge af antallet af celler bundet i det immobili-serede system, og ikke kun af substratets passeringshastighed. Hvis gennemløbshastigheden er for stor, er ethanolproduktionen ufuldstændig og/eller 25 mangelfuld. Ved at kontrollere gennemløbshastigheden kan ethanolkon-centrationen kontrolleres, typisk ved at søge at opnå en koncentration som er fra 0,05 til 15 volumen-% i forhold til det totale volumen af det vandige substrat. Ved at justere gennemløbshastigheden kan der opnås en ethanolkon-centration inden for dette område.
30 15 DK 174923 B1
Det antal gærceller, som forbliver bundet til bærestofmaterialet, synes at være relativt stabilt ved lave gennemløbshastigheder, hvilket tyder på, at gærvækst og udvaskning af cellerne er i balance. Ved højere gennemløbshastigheder stiger udvaskningen, men celletallet vender tilbage til det normale ni-5 veau igen, når gennemløbshastigheden nedsættes. Gennemløbshastigheden skal være høj nok til at muliggøre udvaskning af døde celler for at undgå autolyse. Under driften af den immobiliserede gærkolonne, holdes gæren levedygtig af fermenterbare sukkerarter i det vandige substrat.
10 Den immobiliserede gærreaktionskolonne kan sættes under tryk som omtalt ovenfor. Trykket under driften skal være højt nok til at holde carbondioxid opløst i kolonnen og undgå den mulige kanaldannelse af C02-boblerne gennem den immobiliserede gærkolonne. Typisk trykstørrelse er 14 bar.
_________ 15 En passende temperatur er den anvendt ved traditionelle fremgangsmåder _ ved batch-gæring. Den ligger i området fra 0 til 40 'C, foretrukket fra 10 til 35 'C. Denne temperatur kan enten opretholdes ved at opvarme kolonnerne med varmekapper eller holde kolonnerne i et miljømæssigt kontrolleret rum eller ved afkøling. Gæren udvikler naturligvis også en vis grad af varme, som 20 også med fordel kan udnyttes. Trykket vælges i henhold til driftstemperaturen.
Efter gæringen afkøles det eluerede ethanolholdige produkt til opbevaringstemperaturen og opsamles i en puffertank til konventionel eftergæringsbe-25 handling, f.eks. filtrering, pasteurisering og emballering.
Det oven for beskrevne system til fremstilling af ethanol er et hurtigere og mere bekvemt system end traditionelle gæringsprocesser og frembringer et produkt med acceptabel smag svarende til den smag, der opnås ved konven-30 tionelle gæringsprocesser. Den til gæringen nødvendige tid nedsættes fra uger til at være et spørgsmål om timer ved den foreliggende opfindelse, som 16 DK 174923 B1 sammen med fremgangsmådens kontinuerlige natur tilvejebringer et vældig stort potentiale for tidsmæssige og økonomiske besparelser ved fremstilling af teknisk alkohol eller alkoholholdige drikkevarer.
5 De følgende eksempler tjener til at belyse opfindelsen, men skal ikke opfattes som begrænsende.
EKSEMPEL 1 10 Fremstilling af kolonnereaktor
Granulær DEAE-cellulose (GDC) fremstillet ifølge US patentskrift nr. 4 355 117 af Finnish Sugar Co. Ltd. med en partikelstørrelse på 315-840 pm eller 470-840 pm blev anvendt som bærestof. I alle forsøgene blev bærestoffet 15 påfyldt, steriliseret og gær immobiliseret derpå ifølge den følgende fremgangsmåde til håndtering af GDC:
Med henvisning til tegningen, blev hydreringskarret (1) først fyldt halvt op med vand. Omrøreren blev sat i gang og tørt bærestof (GDC) overført til kar-20 ret (1). Da hydreringen var tilende (ca. 5 timer), blev den immobiiiserede gær-reaktionsbeholder (2) fyldt halvt med vand, og den vandige opslæmning af bærestof fra hydreringskarret (1) blev overført til reaktionsbeholderen (2).
For at opretholde vandindholdet i reaktionsbeholderen blev bundventilen i reaktionsbeholderen justeret således, at indgangsstrømmen til og udgangs-25 strømmen fra reaktionsbeholderen var nogenlunde ens. Bærestoffet i reaktionsbeholderen blev derpåsteriliseret med varm fortyndet kaustisk alkali (3) ved at pumpe det gennem reaktionsbeholderen (2). Bærestoflejet blev derpå skyllet med vand og neutraliseret ved at pumpe en passende fortyndet syre (4) gennem bærestoflejet i reaktionsbeholderen (2), og til slut blev bærestof-30 lejet skyllet med sterilt vand.
17 DK 174923 B1
Der blev lavet en gæropslæmning i karret (5). Gæropslæmningen blev derpå pumpet gennem bærestoflejet i løbet af ca. 1-4 timer, hvorved gæren blev adsorberet på bærestoffet. Gæren var nu immobiliseret på bærestoffet. Re-akiionsbenoideren (2) var siori sei parat tii gæring.
5 EKSEMPEL 2 Gæring af æblesaft 10 Gæren blev dyrket som til batch-gæringer, og bærestoflejer på ca. 500 ml hver blev fremstillet med en mængde gærceller som beskrevet i eksempel 1.
Bærestoffet havde en partikelstørrelse på 0,315-0,840 mm.
- 15 Umiddelbart efter at gæren var blevet adsorberet på bærestoflejet i koionnen--- (diameter 50 mm og højde 250-300 mm) blev substrattilførslen startet med en strømningshastighed på 1 lejevolumen/døgn. Substratet var pasteuriseret æblesaft med 1 g/l ammoniumphosphat tilsat som gærnæringsstof. Den totale sukkerkoncentration blev justeret til 220 g/l ved at sætte sukker til æblesaf-20 ten. Gæringen startede langsomt, og efter 3 uger var ethanolindholdet ca.
4,5%.
EKSEMPEL 3 25 Eksempel 2 blev gentaget, idet der anvendtes en kolonne fyldt med et bærestof med en partikelstørrelse på 0,470-0,840 mm. Efter 50 dages drift blev strømningshastigheden sat ned til 0,8 lejevolumen/døgn, hvilket straks forøgede ethanolindholdet i løbet af den følgende uge fra 5% til 7-8%.
30 EKSEMPEL 4 18 DK 174923 B1
Eksempel 3 blev gentaget, idet der anvendtes en kolonne, som var bredere og kortere (diameter 75 mm og højde 152 mm). Da bærestoflejet var blevet 5 steriliseret og vasket og neutraliseret (natrium-metabisulfit), blev gærimmobiliseringen udført med væsentlig højere gærcellekoncentration·, til 500 ml GDC blev anvendt 600 ml gæropslæmning indeholdende 150 millioner celler/ml. Udsivningen gennem kolonnen var 5 millioner celler/ml, således at den totale immobiliserede mængde var 9 x 1010 celler. Dette er lig med 2 x 109 celler/ml 10 GDC eller 5 x 109 celler g GDC.
Før tilførsel af æblesaftsubstrat blev kolonnen behandlet i 1 døgn med substratopløsning indeholdende gærnæringsstof. Gæringen startede hurtigt i sammenligning med eksemplerne 2 og 3, og på den anden dag var ethano-15 lindholdet allerede på 8%. Strømningshastigheden var 1 lejevolumen/døgn og næringsstofindholdet 1 g/l saft. Noget materiale blev også tabt fra denne kolonne ved carbondioxidtilbagestrømning.
Nedsættelse af fødehastigheden efter 3 uger fik alkoholindholdet til at stige 20 igen. Efter 1,5 måned blev næringsstofindholdet sat op til 2 g/l, hvilket fik alkoholindholdet til at stige yderligere, og i løbet af den tredie måned det var i drift, stabiliseredes systemet ved et ca. 10% ethanolindhold.
EKSEMPEL 5 25
Eksempel 4 gentoges under anvendelse af en 8 liters reaktionsbeholder. Reaktionsbeholderen var konstrueret således, at der i udgangsledningen også var en filterplade til tilbageholdelse af GDC-partikler. Systemet stabiliseredes til et indhold på 10% ethanol i løbet af en uge. En del af produktet fra reakti-30 onsbeholderen på 8 liter blev ført videre til en anden 500 ml kolonne for at øge ethanolindholdet.
19 DK 174923 B1
Alle forsøg blev udført ved stuetemperatur (20-23 °C). Når den anden reaktionsbeholder blev kørt under et tryk, som var højt nok til at holde carbondioxid opløst, opnåedes et mousserende produkt af champagnetypen, sorn, hvis det 5 tappes på flaske under det samme tryk, som det er gæret ved, gør den sekundære gæring (i flaskerne) unødvendig og således gør "champagne"-processen mindre kompliceret.
EKSEMPEL 6 10
Primær ølgæring
Fremstilling af kolonne og immobilisering af gær blev udført ved at følge proceduren beskrevet i eksempel 1. Et 500 ml bærestofleje blev pakket på en —--- 45—glaskolonne-som-var-bredere-i-den-øvre-eFide-for-at-lette-eaFbøndioxidudsk!!---- — leisen. Urten blev tilført fra bunden af gæringskolonnen. Koncentrationen af gærceller blev justeret til 109 celler/g GDC.
Som fødemateriale blev anvendt traditionel urt til brygning af pilsnerøl. Urten 20 blev fremstillet af 18 kg bygmalt (pilsnertype) som gav et slutvolumen på 100 I færdig urt (12.0 °P). Blandingen af vand og maltskrå blev mæsket i et kar ved programmeret infusionsmetode, med hvil ved en temperatur på 48 °C i 15 minutter, 63 eC i 30 minutter, 72 ’C i 20 minutter og 78 'C ved afslutningen af mæskningen.
25
Urten blev klaret i et lauter kar og skyllet to gange med 78 "C vand. Urten blev kogt i en urtkedel i ca. 90 minutter. Der blev tilsat humle-pellets ved kogningens begyndelse (total mængde α-syrer var ca. 10 g). Præcipitering dannet under kogningen blev fraskilt i en hvirvelstrømsseparator. Den klare-30 de urt blev afkølet i en plade-varmeveksler fra 100 °C til 10 ‘C.
20 DK 174923 B1
Urtens sammensætning var følgende:
Original ekstrakt 12,0 ‘Plato
Farve 10,0 ‘EBC
5 Bitterhed 25 EBU
pH 5,3
Tilsyneladende dæmpningsgrad 85%
Urtens sammensætning kan imidlertid variere som følger: 10
Original ekstrakt 6-18 ‘Plato pH 4,5-5,5
Tilsyneladende dæmpningsgrad 65-100% 15 Gæring af urten i reaktionskolonnen blev startet langsomt. Efter én uges drift kunne der herved produceres en acceptabel øl ved en tilførselshastighed på mindre end ét lejevolumen/dag. Kolonnens funktionsmåde var omtrent som for vinreaktionsbeholderne i eksemplerne 2 og 3.
20 EKSEMPEL 7
Sake-gæring
Der blev fremstillet sake med lavt alkoholindhold (japansk risvin). Kolonnen 25 blev fremstillet og gæren immobiliseret, idet man fulgte proceduren anført i eksempel 1.
Til fremstilling af substratet blev risen først gjort flydende ved dampning og hydrolysering med α-amylase og amyloglucosidase. Det herved fremkomne 30 hydrolysat blev filtreret for at fjerne alle mekaniske urenheder og uhydrolyse-rede rester. Substratet blev til slut fortyndet, således at glucosekoncentratio- 21 DK 174923 B1 nen var 23%, da det blev tilført kolonnen. Kolonnen havde et bærestofvolumen på ca. 500 ml. Kolonnediameteren var 70 mm og forholdet mellem diameter og højde af bærestoffet ca. 1:2. Der blev sammenlignet med Ca-aiginai-indiejret gær. Tilførselshastigheder, parameire og resuitaier for begge 5 gæringer er angivet i den følgende tabel.
RESULTAT
Reaktionsbeholder Bærestof_GDC_Ca-alginat 10 Gæringstid (døgn) 15 25
Temperatur ('C) 15-20 15-20
Middelværdi for ethanol (% efter volumen) 9,99 13,6
Middel gennemløbshastighed — ----15------ (lejevolumen/time)-------- - -07069- - -07099-------------
Produktivitet (g/time/l bærestof) 5,44 10,62 EKSEMPEL 8 20
Mjød-gæring
Der fremstilledes mjød med lavt alkoholindhold (traditionel skandinavisk drik).
25 Gæringshastigheden blev kontrolleret ved at regulere tilførselshastigheden, og man opnåede den påkrævede smag og alkoholindhold i produktet.
Fremstilling af kolonnen og immobilisering af gæren blev udført, idet man fulgte proceduren beskrevet i eksempel 1. Koncentrationen af gærceller blev 30 tilpasset til opnåelse af 109 celler/g GDC.
22 DK 174923 B1
Det vandige gæringssubstrat var følgende:
Krystalsukker (hvidt) 500 g
Honning 125 g 5 Blødt brunt sukker 625 g
Saft af 2 citroner
Vand 101
Kolonnen har et bærestofvolumen på 500 ml. Substratet tilførtes fra bunden.
10 Tilførselshastigheden var i begyndelsen 1 lejevolumen pr. 5-10 timer. Efter at gæringen var stabiliseret, reguleredes tilførselshastigheden til 1 lejevolumen pr. 1-5 timer i afhængighed af det ønskede ethanolindhold og sødme i produktet. Ethanolindholdet i drikken var mellem 0,2 og 2,0% efter vægt. For at opretholde gærens levedygtighed tilsattes små mængder ammo* 15 niumphosphat (10-100 ppm) som næringsstof.
Produktionen blev udført ved stuetemperatur ved de ovenfor beskrevne parametre. Den immobiliserede gær-reaktionsbeholder kan også køres under tryk ved lavere temperatur. Så opløses den dannede carbondioxid, og man 20 kan undgå til sidst at tilsætte carbondioxid.
Ud over det foregående substrat kan andre råmaterialer også bruges som substrater. De indeholder alle forgærbare sukkerarter, f.eks. malt, frugter og bær. Slutproduktets smag afhænger af råmateriale, sukkerkoncentration og 25 gæringshastighed.
30 EKSEMPEL 9 23 DK 174923 B1 Påvisning af gærimmobmseririQ på flere bæiesiuMer 5
En ølgær fra "Collection of Industrial Micro-organisms at the Technical Research Center of Finland" (samling nr. A-75050) blev immobiliseret på to harpikser med anionbytteregenskaber.
10 Harpikserne var: Granuleret DEAE cellulose af varemærket SPEZYME GDC 220 og en syntetisk anionbytterharpiks af varemærket DUOLITE A 568.
Immobiliseringerne blev udført ifølge nedenstående procedure: ----------4§_ Gæren-blev-inkuberet-i 48-timer-i-en-maltekstraktvæske-ved-30 -C-Harpiksen — blev steriliseret ved vaskning med 1 M natriumhydroxid, pufret til pH 5,0-5,1 og vasket med sterilt vand. En harpiksprøve med en tørvægt på 10 g blev skyllet i en glaskolonne med en indre diameter på 20 mm udstyret med en sintret glasbundplade. 100 ml gærsuspension blev ved tyngdekraften ført 20 igennem kolonnen med en omtrentlig hastighed på 3 lejevolumener/time, hvorefter kolonnen blev vasket med 100 ml sterilt vand.
Gærsuspensionens cellekoncentrationen før og efter immobiliseringen blev bestemt ved en agarpladetælling. Ud fra forskellen blev antallet af immobili-25 serede celler beregnet. Resultatet udtrykt som immobiliserede celler pr. gram harpiks var følgende:
Harpiks_Gær_Tilbudt_Immobiliseret 30 SPEZYME® A-75050 2,3 x108 2,1 x10® DUOLITE® A-75050 2,3x 10® 2,2x10® EKSEMPEL 10 24 DK 174923 B1
Regeneration af bærestoffet 5 DEAE-cellulosekolonnen anvendt i forsøgene blev regenereret ved at tilføre en varm (ca. 60 "C) opløsning af kaustisk soda (2% natriumhydroxid) gennem kolonnen, indtil materialets farve var ensartet lys. Kolonnen blev skyllet med sterilt vand, indtil afgangsopløsningens pH var ca. 10, og neutraliseret 10 med natriumpyrosulfit til en pH på ca. 7. Kolonnen blev skyllet med sterilt vand og fyldt med urt, tilsat gærceller (ca. 1010 celler/liter bærestof), cellerne blev dyrket i nærvær af beluftet urt i 24 timer og var derpå rede til gæring af substratet.

Claims (14)

  1. 25 DK 174923 B1
  2. 1. Fremgangsmåde til fremstilling af et ethanolholdigt produkt, kendetegnet ved, at et vandigt substrat indeholdende en forgærbar sukkerart i 5 det første produktionstrin føres gennem en reaktionsbeholder indeholdende gærceller immobiliseret på overfladerne af et i det væsentlige ikke-sammentrykkeligt bærestof sammensat af en kontinuerlig porøs matrix eller porøse partikler med små fordybninger eller med netværkstruktur, idet matricen eller partiklerne har en struktur dannet af mange løst forbundne mikro-10 partikler eller mikrofibre, som på kemisk, adhærerende eller mekanisk vis er bundet sammen ved i det mindste nogle kontaktpunkter mellem de individuelle mikropartikler eller mikrofibre, hvilke mikropartikler eller mikrofibre, er sammensat af en anionbytterharpiks, med det forbehold at hvide birkechips er udelukket. ---------15- ------------- -------- ------------- --------- —
  3. 2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at en reaktionsbeholder påfyldes en vandig blanding af et overvejende ikke-sammentrykkeligt bærestof som defineret i krav 1, 20 den fyldte reaktionsbeholder eventuelt steriliseres, en gæropslæmning adsorberes på bærestoffet, 25 et vandigt substrat indeholdende en forgærbar sukkerart føres ind i reaktionsbeholderen indeholdende immobiliseret gær, og det ethanolholdige produkt udvindes.
  4. 3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at mikropartikler- ne eller mikrofibrene er sammensat af en anionbytterharpiks valgt blandt na- 26 DK 174923 B1 tiv eller regenereret cellulose derivatiseret til tilvejebringelse af anionbyttere-genskab.
  5. 4. Fremgangsmåde ifølge kravene 1 til 3, kendetegnet ved, at mikro-5 partiklerne eller mikrofibrene er bundet sammen ved adhærerende bindinger.
  6. 5. Fremgangsmåde ifølge kravene 1 til 3, kendetegnet ved, at bærestoffet omfatter partikler dannet af mikrofibre agglomereret med polystyren, og at anionbytterharpiksen erdiethylaminoethylen-substitueret cellulose. 10
  7. 6. Fremgangsmåde ifølge kravene 1 til 5, kendetegnet ved, at en reaktionsbeholders gæringskapacitet regenereres ved fjernelse af det immobi-liserede gærmateriale fra det i reaktionsbeholderen pakkede bærestof, og at der føres en ny gæropslæmning igennem kolonnen til immobilisering af nye 15 gærceller på bærestoffet.
  8. 7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendetegnet ved, at det immobiliserede gærmateriale fjernes ved, at en varm opløsning af kau-20 stisk alkali føres gennem kolonnen, kolonnen skylles med vand, en fortyndet syre føres gennem kolonnen for at neutralisere, 25 der skylles med vand, og ny gæropslæmning føres gennem kolonnen. 30 27 DK 174923 B1
  9. 8. Fremgangsmåde ifølge kravene 1 til 7, kendetegnet ved, at det vandige substrat føres gennem adskillige serieforbundne reaktionsbeholdere med midler til fjernelse af gas fra væsken, som forlader hver reaktionsbehol- UCI . 5
  10. 9. Fremgangsmåde ifølge kravene 1 til 7, kendetegnet ved, at det vandige substrat føres igennem reaktionsbeholderen ved et tryk, som er tilstrækkeligt til at holde en væsentlig del af det dannede carbondioxid i opløst form til dannelse af et kulsyreholdigt etanolholdigt produkt. 10
  11. 10. Fremgangsmåde ifølge kravene 1 til 9, kendetegnet ved, at strømmen af vandigt substrat gennem reaktionsbeholderen sker i retning mod tyngdekraften. ----------15 11. Fremgangsmåde-ifølge-kraveneltilQ^ k-e-n d-e-t- e g-n e t—ved, at--------- strømmmen af vandigt substrat gennem reaktionsbeholderen vendes periodisk.
  12. 12. Indretning til fremstilling af et ethanolholdigt produkt omfattende: 20 a) en reaktionsbeholder (2) indeholdende gærceller immobiliseret på overfladerne af et i det væsentlige ikke-sammentrykkeligt bærestof sammensat af en kontinuerlig porøs matrix eller porøse partikler med små fordybninger eller netværkstruktur, idet matricen eller partiklerne har en struktur 25 dannet af mange løst forbundne mikropartikler eller mikrofibre som på kemisk, adhærende eller mekanisk vis er bundet sammen i det mindste ved nogle kontaktpunkter mellem de individuelle mikropartikler eller mikrofibre, hvilke mikropartikler eller mikrofibre er sammensat af en anionbytterharpiks, med det forbehold at hvide birk chips er udelukket, hvilken reaktionsbeholder 30 (2) er kombineret med 28 DK 174923 B1 b) en beholder (1) for hydrering af tørt bærestof før dette pumpes ind i reaktionsbeholderen (2), c) en beholder (3) omfattende en steriliseringsvæske til sterilisering 5 af bærestoffet i reaktionsbeholderen(2), d) en beholder (4) omfattende en neutraliserende syre til neutralisering af bærestoffet efter sterilisering, 10 e) en beholder (5) omfattende gæropslamningen, der skal pumpes ind i reaktionsbeholderen (2) og skal fikseres på overfladen af bærestoffet, f) en beholder (6) omfattende substratet, der skal behandles i reaktionsbeholderen (2), 15 g) separationsporte (7) for carbondioxid, h) en beholder (8) for modtagelse af slutproduktet efter behandlingen i reaktionsbeholderen (2), og 20 i) trykudløsende ventiler (9).
  13. 13. Indretning ifølge krav 12, hvori reaktionsbeholderen (2) omfatter flere kolonner under tryk i serier. 25
  14. 14. Indretning ifølge krav 13, hvori midler til udskillelse af carbondioxid fra strømmen er placeret mellem kolonnerne. DK 174923 B1 EJ \i] ππππ ^»T.T T. T -i >Efiir X 2 O I ^ -1-Γ- v γ
DK198904729A 1988-09-27 1989-09-26 Fremgangsmåde til fremstilling af et ethanolholdigt produkt under anvendelse af immobiliseret gær DK174923B1 (da)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US24989888 1988-09-27
US07/249,898 US5079011A (en) 1988-09-27 1988-09-27 Method using immobilized yeast to produce ethanol and alcoholic beverages

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DK472989D0 DK472989D0 (da) 1989-09-26
DK472989A DK472989A (da) 1990-03-28
DK174923B1 true DK174923B1 (da) 2004-02-23

Family

ID=22945484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DK198904729A DK174923B1 (da) 1988-09-27 1989-09-26 Fremgangsmåde til fremstilling af et ethanolholdigt produkt under anvendelse af immobiliseret gær

Country Status (16)

Country Link
US (1) US5079011A (da)
EP (1) EP0361165B1 (da)
JP (1) JP2695942B2 (da)
KR (1) KR0153762B1 (da)
AT (1) ATE114721T1 (da)
AU (1) AU629849B2 (da)
CA (1) CA1336764C (da)
DE (1) DE68919620T2 (da)
DK (1) DK174923B1 (da)
ES (1) ES2067510T3 (da)
FI (1) FI87658C (da)
GR (1) GR3015024T3 (da)
LT (1) LT3668B (da)
LV (1) LV10501B (da)
NZ (1) NZ230564A (da)
RU (1) RU2060277C1 (da)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5314814A (en) * 1985-11-15 1994-05-24 Gist-Brocades Preparation of novel immobilized biocatalysts
FI895116A0 (fi) * 1989-10-27 1989-10-27 Cultor Oy Foerfarande foer framstaellning av en alkoholfri maltdryck.
DE4003404A1 (de) * 1990-02-05 1991-08-08 Moselland Eg Winzergenossensch Gaerprodukt mit vermindertem ethanolgehalt
US5612072A (en) * 1990-10-23 1997-03-18 Cultor Ltd. Process for the production of non-alcoholic or low alcohol malt beverage
DE4239612A1 (de) * 1992-11-25 1994-05-26 Cultor Oy Bioreaktor mit immobilisierten, Milchsäure-produzierenden Bakterien und dessen Verwendung in Fermentationsverfahren
GB9227134D0 (en) * 1992-12-31 1993-02-24 Fuller Jess P Cell support structure
CA2133789A1 (en) * 1994-10-06 1996-04-07 Ronald James Neufeld Immobilized-cell carrageenan bead production and a brewing process utilizing carrageenan bead immobilized yeast cells
CA2188971A1 (en) 1995-10-27 1997-04-28 Beatriz Sanchez Malt beverage having stabilized flavor and methods of production thereof
KR100440723B1 (ko) * 1996-12-30 2004-10-02 오비맥주 주식회사 고정화효모를이용한맥주의제조방법
US6013491A (en) * 1997-08-06 2000-01-11 Martinez; Leticia Fibrous cellulose support containing adhered yeast for converting sucrose to glucose and fructose
DE19848623A1 (de) * 1998-10-21 2000-04-27 Cultor Corp Preiswerte Immobilisierungsmatrizen aus natürlichen Materialien
US20020197273A1 (en) * 2000-04-18 2002-12-26 Shozo Umezawa Antitumor/immunocompetent supplementary healthy foods
ES2378762T5 (es) 2001-07-26 2017-02-23 Dupont Nutrition Biosciences Aps Procedimiento para mejorar el cuerpo y el sabor de las bebidas de malta
US20030106437A1 (en) * 2001-10-19 2003-06-12 Pajunen Esko Juhani Method and apparatus for the continuous biocatalytic conversion of aqueous solutions, having one or more degassing stages
GB2386905B (en) * 2002-02-25 2005-08-17 Pentax Corp Carrier for cell culture and method for culturing cells
DE10308864B4 (de) * 2003-02-28 2007-03-01 Paulaner Brauerei Gmbh & Co. Kg Neues Brauverfahren, damit gebrautes Bier und dessen Verwendung
EP1848792A1 (en) * 2005-02-14 2007-10-31 Diageo Great Britain, Ltd. Method of preparing a beverage
PL1835035T3 (pl) * 2006-03-15 2010-07-30 Explora Laboratories Sa Sposób immobilizowania komórek na żywicy
US8252566B2 (en) * 2008-05-20 2012-08-28 Jj Florida Properties Llc Ethanol production from citrus waste through limonene reduction
US9255280B2 (en) * 2008-05-20 2016-02-09 Jj Florida Properties Llc Removal of fermentation inhibiting compounds from citrus waste using solvent extraction and production of ethanol from citrus waste
US20100124584A1 (en) * 2008-11-20 2010-05-20 Benjamin Alexander Apparatus and method for continuous fermentation
WO2012004219A1 (de) 2010-07-06 2012-01-12 Fermtec Gmbh Verfahren zur herstellung eines düngemittels
US20200377831A1 (en) * 2017-04-19 2020-12-03 Pint At Home, Llc Systems and methods for processing non-fermented liquids
RU2743488C1 (ru) * 2020-01-28 2021-02-19 Олег Валентинович Синельников Способ улавливания компонентов на любом этапе процесса брожения либо на этапе после прекращения процесса брожения
FR3118061B1 (fr) * 2020-12-18 2023-07-14 Ifp Energies Now Procédé de production d’alcools avec un support sur lequel sont immobilisés des micro-organismes

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US435517A (en) 1890-09-02 Tucking-guide for sewing-machines
JPS5950313B2 (ja) * 1977-06-29 1984-12-07 東レ株式会社 微生物菌体固定化繊維およびその製造法
US4350765A (en) * 1979-06-13 1982-09-21 Tanabe Seiyaku Co., Ltd. Method for producing ethanol with immobilized microorganism
US4355108A (en) * 1980-05-22 1982-10-19 The Curators Of The University Of Missouri Ethanol production with an immobilized cell reactor
JPS56169590A (en) * 1980-05-30 1981-12-26 Jgc Corp Continuous alcohol fermentation by immobilized yeast
DE3021629A1 (de) * 1980-06-09 1981-12-17 C.H. Boehringer Sohn, 6507 Ingelheim Coimmobilisate aus gaerfaehigen hefen mit angekoppelten enzymen sowie ihre herstellung und anwendung
US4355117A (en) * 1980-10-08 1982-10-19 Nabisco Brands, Inc. Process for preparing agglomerated fibrous cellulose
CA1191098A (en) * 1981-07-13 1985-07-30 Minoru Nagashima Process for manufacturing alcohol by fermentation
JPS5959195A (ja) * 1982-09-27 1984-04-04 Shinenerugii Sogo Kaihatsu Kiko 固定化微生物菌体による連続アルコ−ル製造方法
JPS60186292A (ja) * 1983-10-21 1985-09-21 Res Assoc Petroleum Alternat Dev<Rapad> エタノ−ルの醗酵生産方法
US4698224A (en) * 1984-04-10 1987-10-06 Kirin Beer Kabushiki Kaisha Production of alcoholic beverages
BR8505366A (pt) * 1984-10-29 1986-08-05 Amoco Corp Processo para fazer um sistema biocatalitico e sistema biocaralisador obtido
CA1321048C (en) * 1987-03-05 1993-08-10 Robert W. J. Lencki Microspheres and method of producing same
US4915959A (en) * 1988-05-09 1990-04-10 Suomen Kokeri Oy Method for the continuous maturation of fermented beer

Also Published As

Publication number Publication date
ATE114721T1 (de) 1994-12-15
ES2067510T3 (es) 1995-04-01
JPH02276583A (ja) 1990-11-13
US5079011A (en) 1992-01-07
LTIP932A (en) 1995-03-27
FI894205A (fi) 1990-03-28
NZ230564A (en) 1991-07-26
DK472989A (da) 1990-03-28
FI894205A0 (fi) 1989-09-06
CA1336764C (en) 1995-08-22
AU4104289A (en) 1990-04-05
RU2060277C1 (ru) 1996-05-20
EP0361165B1 (en) 1994-11-30
KR0153762B1 (en) 1998-10-01
DE68919620T2 (de) 1995-05-11
LV10501A (lv) 1995-02-20
JP2695942B2 (ja) 1998-01-14
AU629849B2 (en) 1992-10-15
FI87658B (fi) 1992-10-30
GR3015024T3 (en) 1995-05-31
DE68919620D1 (de) 1995-01-12
FI87658C (fi) 1993-02-10
DK472989D0 (da) 1989-09-26
LV10501B (en) 1995-10-20
KR900004929A (ko) 1990-04-13
EP0361165A1 (en) 1990-04-04
LT3668B (en) 1996-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DK174923B1 (da) Fremgangsmåde til fremstilling af et ethanolholdigt produkt under anvendelse af immobiliseret gær
US4929452A (en) Method for rapidly fermenting alcoholic beverages
CN104630017B (zh) 一种提高果酒储存稳定性的方法
EP1106679B1 (en) Process for producing fermentation product
EP1046706A1 (en) Method and apparatus for the continuous biocatalytic conversion of aqueous solutions, having one or more degassing stages
CA1326219C (en) Method for the continuous maturation of fermented beer
WO2010042896A1 (en) Novel yeast strain and methods of use thereof
US20030106437A1 (en) Method and apparatus for the continuous biocatalytic conversion of aqueous solutions, having one or more degassing stages
WO2017214673A1 (en) A yeast strain and uses thereof
Munroe Fermentation
NO178792B (no) Fremgangsmåte ved fremstilling av ikke-alkoholiske maltdrikker
JPS6037971A (ja) 加熱殺菌ビール製造用の改良醸造法
NO310423B1 (no) Fremgangsmåte ved fremstilling av ikke-alkoholisk öl og anordning for utförelse derav
Iserentant Beers: recent technological innovations in brewing
MXPA03007565A (es) Soporte inerte fibroso para la fermentacion de cerveza clara y vino.
Hatti-Kaul Enzyme production
JP7572996B2 (ja) 麦芽発酵飲料の製造方法及び麦芽発酵飲料
Martinez et al. Bioreactor Technology
Cross Development of a Yeast Retention Fermenter
CN1076842A (zh) 一种植物发酵饮料的制法
Lother Immobilized Saccharomyces cerevisiae and Leuconostoc oenus for alcoholic and malolactic fermentation in continuous wine making
AU2002250153A1 (en) Fibrous inert support for fermentation of clear beer and wine
JPS62232374A (ja) 固定化酵母を用いた酒類の連続醗酵法

Legal Events

Date Code Title Description
PBP Patent lapsed

Country of ref document: DK