KR101265777B1 - Apparatus of preparing ethanol and method of preparing ethanol using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 기재는 카사바를 이용한 음료용 에탄올의 제조 장치 및 이를 이용한 에탄올의 제조 방법에 관한 것이다.
The present disclosure relates to an apparatus for producing ethanol for beverages using cassava and a method for producing ethanol using the same.
카사바 원료를 이용한 에탄올 생산 공정에서 카사바 외피 및 내피에 함유된 리나마린(linamarin)은 증자 및 당화 공정을 거쳐 아세톤을 발생시키며, 이는 발효 기작 및 발효 공정상의 오염균에 의해 다량의 이소프로필 알코올이 생성된다.In the ethanol production process using cassava raw material, linamarin contained in cassava skin and endothelium generates acetone through the increase and saccharification process, which generates a large amount of isopropyl alcohol by fermentation mechanism and contaminants in the fermentation process. do.
이소프로필 알코올은 일반적으로 인체에 독성이 있어 음료용 에탄올 생산시 그 생성량을 최소화시킬 필요가 있다. 따라서 에탄올 증류 공정에서 이를 제거할 필요가 있으나, 비점 차이를 이용한 분별 증류 공정에서는 목적 산물인 에탄올과 이소프로필 알코올의 비점이 비슷하여 분리가 어려운 실정이다.
Isopropyl alcohol is generally toxic to humans and needs to be minimized when producing ethanol for beverages. Therefore, it is necessary to remove it in the ethanol distillation process, but the fractional distillation process using the difference in boiling point is difficult to separate because the boiling point of the target product ethanol and isopropyl alcohol is similar.
본 발명의 일 구현예는 카사바를 이용한 에탄올 발효 공정 후의 산물에서 이소프로필 알코올의 생성량을 최소화시킴에 따라 고품질의 에탄올을 생산할 수 있는 음료용 에탄올의 제조 장치를 제공하기 위한 것이다.One embodiment of the present invention is to provide an apparatus for producing a beverage ethanol capable of producing high quality ethanol by minimizing the amount of isopropyl alcohol in the product after the ethanol fermentation process using cassava.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 카사바를 이용한 음료용 에탄올의 제조 장치를 이용한 음료용 에탄올의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
Another embodiment of the present invention is to provide a method for producing a beverage ethanol using the apparatus for producing a beverage ethanol using the cassava.
본 발명의 일 구현예는 카사바(cassava) 원료 및 물을 혼합하여 혼합물을 얻는 혼합기; 상기 혼합물을 가열하여 액화물을 얻는 증자기; 상기 액화물을 냉각시켜 아세톤을 포함하는 불순물을 적어도 일부 제거하는 탈기반응기; 및 상기 불순물이 적어도 일부 제거된 액화물로부터 에탄올을 얻는 발효기를 포함하고, 상기 탈기반응기는, 상단 및 하단 중 적어도 하나의 부위에 위치하고 공기가 유입되는 에어 이젝터(air ejector) 또는 에어 노즐(air nozzle)을 포함하는 음료용 에탄올의 제조 장치를 제공한다.One embodiment of the present invention is a mixer for mixing a cassava (cassava) raw material and water to obtain a mixture; A cooker for heating the mixture to obtain a liquefaction; A degassing reactor for cooling the liquefied to remove at least some of the impurities including acetone; And a fermenter for obtaining ethanol from the liquefied liquid from which at least part of the impurities are removed, wherein the degassing reactor is located at at least one of an upper end and a lower end, and an air ejector or air nozzle into which air is introduced. It provides a production apparatus for ethanol for beverages comprising a).
상기 탈기반응기의 탈기 온도는 75 내지 100℃ 일 수 있고, 운전 시간은 5 내지 60 분일 수 있다.The degassing temperature of the degassing reactor may be 75 to 100 ℃, the operating time may be 5 to 60 minutes.
상기 에어 이젝터 또는 에어 노즐로 투입되는 상기 공기의 투입량은 0.01 내지 0.04 부피/부피·분일 수 있다.The amount of the air introduced into the air ejector or the air nozzle may be 0.01 to 0.04 volume / volume / minute.
상기 음료용 에탄올의 제조 장치는 상기 불순물이 적어도 일부 제거된 액화물을 냉각시키는 냉각기를 더 포함할 수 있고, 상기 냉각기의 냉각은 62 내지 70℃까지 수행될 수 있다.The beverage ethanol manufacturing apparatus may further include a cooler for cooling the liquefied liquid from which at least a part of the impurities are removed, and the cooling of the cooler may be performed up to 62 to 70 ° C.
상기 음료용 에탄올의 제조 장치는 상기 불순물이 적어도 일부 제거된 액화물을 냉각시키는 냉각기 및 당화기를 더 포함할 수 있고, 상기 당화기는 하단에 위치하는 에어 이젝터 또는 에어 노즐을 포함할 수 있다.The beverage ethanol manufacturing apparatus may further include a cooler and a saccharifier for cooling the liquefied liquid from which at least a portion of the impurities have been removed, and the saccharifier may include an air ejector or an air nozzle disposed at a lower end thereof.
상기 불순물은 시안화수소 및 이소프로필 알코올로부터 선택되는 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. The impurity may further include at least one selected from hydrogen cyanide and isopropyl alcohol.
본 발명의 다른 일 구현예는 혼합기에 카사바(cassava) 원료 및 물을 투입하여 혼합물을 얻는 혼합 공정; 상기 혼합물을 증자기에 투입하고 가열하여 액화물을 얻는 증자 공정; 상기 액화물과 공기를 탈기반응기의 상단 및 하단 중 적어도 하나의 부위에 위치하는 에어 이젝터 또는 에어 노즐로 투입하고 냉각시켜 아세톤을 포함하는 불순물을 적어도 일부 제거하는 탈기반응 공정; 및 상기 불순물이 적어도 일부 제거된 액화물을 발효기에 투입하여 에탄올을 얻는 발효 공정을 포함하는 음료용 에탄올의 제조 방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention is a mixing process of obtaining a mixture by adding a cassava (cassava) raw material and water to the mixer; A steaming step of introducing the mixture into a steamer and heating to obtain a liquefaction; A degassing process for introducing at least part of the liquefied and air into an air ejector or an air nozzle positioned in at least one of the upper and lower parts of the degassing reactor and cooling the at least one of impurities including acetone; And it provides a method for producing a beverage ethanol comprising a fermentation step of obtaining ethanol by injecting a liquefied liquid at least partially removed the impurity.
상기 불순물은 시안화수소 및 이소프로필 알코올로부터 선택되는 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.The impurity may further include at least one selected from hydrogen cyanide and isopropyl alcohol.
상기 탈기반응 공정에서의 상기 액화물은 75 내지 100℃로 냉각될 수 있고, 상기 액화물의 체류시간은 5 내지 60 분일 수 있다.The liquefaction in the degassing process may be cooled to 75 to 100 ℃, the residence time of the liquefaction may be 5 to 60 minutes.
상기 에어 이젝터 또는 에어 노즐로 투입되는 상기 공기의 투입량은 0.01 내지 0.04 부피/부피·분일 수 있다.The amount of the air introduced into the air ejector or the air nozzle may be 0.01 to 0.04 volume / volume / minute.
상기 음료용 에탄올의 제조 방법은 상기 불순물이 적어도 일부 제거된 액화물을 냉각기에 투입하여 냉각시키는 냉각 공정을 더 포함할 수 있고, 상기 냉각 공정에서의 상기 액화물은 62 내지 70℃로 냉각될 수 있다.The method for preparing ethanol for beverages may further include a cooling step of cooling the liquid by removing the at least a part of the impurities into a cooler, wherein the liquefaction in the cooling process may be cooled to 62 to 70 ℃. have.
상기 음료용 에탄올의 제조 방법은 상기 불순물이 적어도 일부 제거된 액화물을 냉각기에 투입하여 냉각시키는 냉각 공정; 및 상기 냉각 공정을 통해 냉각된 액화물을 당화기에 투입하여 냉각시키는 당화 공정을 더 포함할 수 있고, 상기 당화 공정은 상기 냉각된 액화물과 공기를 상기 당화기의 하단에 위치하는 에어 이젝터 또는 에어 노즐로 투입하여 적어도 일부의 불순물을 제거할 수 있다.The method for producing a beverage ethanol includes a cooling step of cooling the liquid liquefied from which at least a part of the impurities are removed into a cooler; And a saccharification process of cooling the liquid liquefied cooled by the cooling process by adding the cooled liquid to the saccharifier, wherein the saccharification process includes the cooled liquid and the air at the bottom of the saccharifier. It can be added to the at least a part of the impurities can be removed.
상기 발효 공정은 상기 불순물이 적어도 일부 제거된 액화물을 산 처리하여 상기 발효기에 투입하여 발효시킬 수 있다.The fermentation process may acidify the liquefied from which at least a portion of the impurities have been removed, may be added to the fermenter to ferment.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
Other details of the embodiments of the present invention are included in the following detailed description.
발효 공정 후의 산물에서 이소프로필 알코올의 생성량을 최소화시킴에 따라 고품질의 음료용 에탄올을 생산할 수 있다.
High-quality beverage ethanol can be produced by minimizing the amount of isopropyl alcohol in the product after the fermentation process.
도 1은 일 구현예에 따른 음료용 에탄올의 제조 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 에탄올 제조 시 아세톤의 비산율을 도시한 그래프이다.
도 3은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따른 에탄올 제조 시 아세톤의 잔존율과 이소프로필알코올의 생성량을 도시한 그래프이다. 1 is a schematic diagram schematically showing an apparatus for preparing ethanol for beverages according to one embodiment.
Figure 2 is a graph showing the scattering rate of acetone in the production of ethanol according to Example 1 and Comparative Example 1.
Figure 3 is a graph showing the residual ratio of acetone and the amount of isopropyl alcohol production in the production of ethanol according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1.
이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
카사바(cassava)에 함유된 리나마린(linamarin)은 에탄올 발효를 위한 증자 공정 및 당화 공정에서 대사 분해물로 아세톤과 시안화수소를 형성하며, 형성된 분해물들은 발효 공정에서 효모 및 일부의 오염균에 의한 시너지 작용에 의해 수 내지 수십 ppm의 이소프로필 알코올을 생성한다.Linamarin contained in cassava forms acetone and hydrogen cyanide as metabolites in the steaming and saccharification process for ethanol fermentation, and the formed decomposition products are synergistic by yeast and some contaminants in the fermentation process. To produce several to several tens of ppm isopropyl alcohol.
하기 반응식 1에서는 리나마린(linamarin)의 분해 대사 반응을 보여준다. Scheme 1 shows the decomposition metabolism of linamarin.
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
상기 분해물 중 시안화수소는 약 25.7℃의 낮은 비점으로 인하여 생성된 후 대부분이 비산(飛散)되어 제거되지만, 상기 아세톤의 경우 상대적으로 높은 약 56.5℃의 비점으로 인하여 전처리의 매쉬(mash) 내에 잔존하게 된다. 또한 카사바 원료 자체의 변질 및 분해 과정에서 수 ppm의 약 82℃의 비점을 갖는 이소프로필 알코올이 생성되며, 이렇게 생성된 불순물은 발효 공정에 영향을 미치므로 제거할 필요가 있다. The hydrogen cyanide in the decomposed product is generated due to the low boiling point of about 25.7 ° C., and then, most of it is scattered and removed, but the acetone remains in the mash of the pretreatment due to the relatively high boiling point of about 56.5 ° C. do. In addition, isopropyl alcohol having a boiling point of about 82 ° C. of several ppm is produced during the deterioration and decomposition of the cassava raw material itself, and the impurities thus generated need to be removed because they affect the fermentation process.
상기 아세톤, 시안화수소 및 이소프로필알코올과 같은 불순물들은 카사바 원료에서 전분이 당으로 분해되는 과정에서 발생한다. 이러한 불순물들을 효과적으로 제거하기 위해서는 1차적으로 카사바 원료의 전처리가 충분히 이루어져 원료 내에서 상기 불순물이 충분히 용출되어야 하고, 이를 위한 pH 조절 및 소정의 온도 조건에서 제거 작업이 병행되는 것이 필요하다.Impurities such as acetone, hydrogen cyanide and isopropyl alcohol are generated during the decomposition of starch into sugar in cassava raw materials. In order to effectively remove these impurities, first, the pretreatment of the cassava raw material is sufficiently performed so that the impurities are sufficiently eluted in the raw material, and it is necessary to perform the pH adjustment and the removal operation under predetermined temperature conditions for this purpose.
일 구현예에 따르면 이러한 불순물의 제거를 위하여 고온의 전처리 과정을 거치는 증자 공정과 중온의 처리 과정을 거치는 당화 공정 사이에 에어 이젝터 또는 에어 노즐을 구비한 탈기반응기를 이용한 탈기반응 공정을 거치도록 한다. 상기 탈기반응 공정을 통하여, 분해된 아세톤을 제거하고 생성된 일부의 이소프로필알코올을 비산시켜 제거함으로써 발효 공정에서의 아세톤에서 기인하는 이소프로필알코올 발생을 최소화시킬 수 있고, 이에 따라 고품질의 음료용 에탄올을 제조할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a degassing reaction process using a degassing reactor equipped with an air ejector or an air nozzle is performed between the steaming process undergoing a high temperature pretreatment process and the saccharification process undergoing a medium temperature process to remove such impurities. Through the degassing process, by removing the decomposed acetone and by removing some of the isopropyl alcohol produced by the degassing process, it is possible to minimize the isopropyl alcohol generated due to acetone in the fermentation process, according to the high-quality beverage ethanol Can be prepared.
구체적으로 일 구현예에 따른 음료용 에탄올의 제조 방법을 제조 장치와 함께 설명하며, 상기 제조 장치는 도 1을 참고하여 설명한다.Specifically, a method of manufacturing ethanol for a beverage according to an embodiment will be described with a manufacturing apparatus, and the manufacturing apparatus will be described with reference to FIG. 1.
도 1은 일 구현예에 따른 음료용 에탄올의 제조 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram schematically showing an apparatus for preparing ethanol for beverages according to one embodiment.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 음료용 에탄올의 제조 장치는 혼합기(10), 증자기(20), 탈기반응기(30) 및 발효기(미도시)를 포함할 수 있고, 상기 탈기반응기는 상단 및 하단 중 적어도 하나의 부위에 위치하는 에어 이젝터(air ejector) 또는 에어 노즐(air nozzle)(35)을 구비할 수 있다. Referring to FIG. 1, the apparatus for preparing ethanol for beverage according to the embodiment may include a
상기 음료용 에탄올의 제조 장치를 이용하여 음료용 에탄올을 제조하는 방법은 다음과 같다.Method for producing a beverage ethanol using the production apparatus of the beverage ethanol is as follows.
상기 혼합기(10)에 카사바(cassava) 원료 및 물을 투입하여 혼합물을 얻는 혼합 공정, 상기 혼합물을 상기 증자기(20)에 투입하고 가열하여 액화물을 얻는 증자(cooking) 공정, 상기 액화물과 공기를 상기 탈기반응기(30)에 구비된 상기 에어 이젝터 또는 에어 노즐(35)로 투입하고 냉각시켜 불순물을 적어도 일부 제거하는 탈기반응 공정, 그리고 상기 불순물이 적어도 일부 제거된 액화물을 발효기(미도시)에 투입하여 에탄올을 얻는 발효 공정을 거쳐 고품질의 에탄올을 생산할 수 있다.A mixing process of obtaining a mixture by adding a cassava raw material and water to the
상기 혼합 공정은 상기 카사바 원료를 전처리하기 위해 물과 혼합하는 과정이다. 상기 카사바 원료는 카사바 분말(flour), 카사바 칩(chip), 생(fresh) 카사바 등을 사용할 수 있다. The mixing process is a process of mixing the cassava raw material with water to pretreat. The cassava raw material may be cassava powder, cassava chips, fresh cassava, or the like.
상기 증자 공정은 상기 카사바 원료를 고온에서 전처리하는 과정으로서, 상기 증자기(20) 내에서 상기 카사바 원료 및 물의 혼합물을 90 내지 110℃의 온도 및 0.5 내지 3 시간 동안, 구체적으로는 95 내지 105℃의 온도 및 1 내지 2 시간 동안 가열하여 액화물을 얻는다. 상기 증자 공정이 상기 온도 및 시간 범위 내에서 수행될 경우 원료 내에 함유된 시안 배당체가 유리되어 액화물 내의 아세톤 함량이 높아지며 액화액의 점도가 상당히 낮아지게 된다. The steaming process is a process of pre-treating the cassava raw material at a high temperature, the mixture of the cassava raw material and water in the
상기 탈기반응 공정은 탈기반응기(30)의 상단 및 하단 중 적어도 하나의 부위에 위치하는 에어 이젝터(air ejector) 또는 에어 노즐(air nozzle)(35)을 통하여 에어가 공급되어 액화물을 폭기시킴으로써 불순물을 제거하는 과정이다.In the degassing reaction process, air is supplied through an air ejector or an
상기 불순물은 아세톤을 포함할 수 있고, 시안화수소 및 이소프로필 알코올로부터 선택되는 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다.The impurities may include acetone and may further include at least one selected from hydrogen cyanide and isopropyl alcohol.
구체적으로, 상기 증자 공정에서 얻어진 액화물은 펌프로 이송되며, 이송된 액화물은 상기 에어 이젝터 또는 에어 노즐(35)을 통한 상기 탈기반응기(30)로 공급되어 폭기될 수 있다. Specifically, the liquefaction obtained in the steaming process is transferred to the pump, the conveyed liquefaction may be supplied to the
상기 에어 이젝터 또는 에어 노즐(35)은 상기 탈기반응기(30)의 상단, 하단 또는 양단에 모두 위치될 수 있다. 상기 에어 이젝터 또는 에어 노즐(35)이 상기 탈기반응기(30)의 하단에 위치할 경우 공기가 공급되어 액화물을 폭기시킬 수 있으며, 상기 탈기반응기(30)의 상단에 위치할 경우 상기 탈기반응기(30) 내의 탈기면의 표면적을 넓혀줄 수 있다. 또한 상기 에어 이젝터 또는 에어 노즐(35)이 상기 탈기반응기(30)의 하단에 위치할 경우, 유입구의 노즐의 개수는 1 내지 6개로 조절할 수 있으며, 교반 효율을 증가시키기 위하여 상기 탈기반응기(30)의 상단 및 측면에 교반기를 더 구비할 수도 있다.The air ejector or
상기 탈기반응기(30)는 사이클론형, 원통형, 구형, 사각형 및 컬럼형 반응기를 포함 할 수 있다. The degassing
상기 에어 이젝터 또는 에어 노즐(35)로 투입되는 상기 공기의 투입량은 0.01 내지 0.04 부피/부피·분일 수 있고, 구체적으로는 0.02 내지 0.03 부피/부피·분일 수 있다. 상기 투입량 범위로 공기가 공급될 경우 원료 내에 유리된 상기 불순물의 효과적인 제거가 가능하며 과량의 에어 공급시 원료 손실 및 에너지 비용의 증가를 가져올 수 있다. The amount of the air introduced into the air ejector or the
상기 탈기반응기의 탈기 온도는 75 내지 100℃ 일 수 있고, 구체적으로는 85 내지 95℃ 일 수 있다. 다시 말하면, 상기 탈기반응기를 통하여 액화물은 상기 온도 범위로 냉각될 수 있다. 상기 액화물이 상기 온도 범위에서 냉각될 경우 상기 불순물의 비점을 초과하기 때문에 불순물의 제거 효율이 높아지며, 이는 다른 공정에서의 제거율보다 높은 수치를 보인다. The degassing temperature of the degassing reactor may be 75 to 100 ° C, specifically 85 to 95 ° C. In other words, the liquefaction can be cooled to the temperature range through the degassing reactor. When the liquefaction is cooled in the temperature range, since the boiling point of the impurity is exceeded, the removal efficiency of the impurity is increased, which is higher than the removal rate in other processes.
상기 탈기반응기(30)의 운전 시간은 5 내지 60 분일 수 있고, 구체적으로는 20 내지 40 분일 수 있다. 다시 말하면, 상기 탈기반응기(30)에서의 상기 액화물의 체류시간은 상기 범위 내일 수 있다. 상기 시간 범위 동안 상기 액화물이 체류할 경우 충분한 폭기 작용으로 인하여 상기 불순물이 초기 수준 대비 20 내지 70%로 제거될 수 있다. The operation time of the degassing
상기 폭기시 발생한 증기는 외부로 배출시킬 수 있다. 도 1에서 보는 바와 같이, 상기 탈기반응기(30)는 상단에 위치하는 증기 냉각기(36) 및 배출기를 더 구비할 수 있는데, 이를 통해 상기 응축된 증기나 냉각된 응축액을 외부로 배출할 수 있다. Steam generated during the aeration can be discharged to the outside. As shown in FIG. 1, the degassing
상기 탈기반응기(30)는 내부에 방해판(baffle plate)을 포함할 수 있다. 에어 이젝터 또는 에어 노즐을 통하여 유입된 공기가 상기 방해판에 의해 분산됨으로써 액화물과의 접촉 표면적을 넓혀 불순물 제거율을 높일 수 있다. The degassing
상기 탈기반응 공정은 연속식, 회분식 또는 반복 회분식일 수 있다. The degassing process can be continuous, batch or repeated batch.
상기 탈기반응 공정을 통하여 얻어진, 상기 불순물이 적어도 일부 제거된 액화물을 상기 발효기에 투입하기 전에 냉각시키는 냉각 공정을 더 거칠 수 있다. The cooling process may be further performed to cool the liquefied liquid from which at least a part of the impurities have been removed through the degassing reaction before entering the fermentor.
상기 냉각은 도 1에서 보는 바와 같이 상기 탈기반응기(30)에서 배출된 액화물이 유입되는 냉각기(38)에 의해서 65 내지 70℃까지 수행될 수 있다.As shown in FIG. 1, the cooling may be performed to 65 to 70 ° C. by the cooler 38 into which the liquefied liquid discharged from the degassing
상기 음료용 에탄올의 제조 장치는, 도 1에서 보는 바와 같이, 상기 탈기반응기(30)를 통해 얻어진 상기 액화물을 당화시키는 당화기(40)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 탈기반응 공정 이후 상기 액화물을 상기 당화기(40)에 투입하여 당화시키는 당화 공정을 더 거칠 수 있다.As shown in FIG. 1, the apparatus for preparing beverage ethanol may further include a
또한 상기 냉각기(38)를 통한 냉각 공정으로부터 냉각된 액화물을 당화기(40)에 투입하여 냉각시키는 당화 공정을 더 거칠 수 있다.In addition, the saccharification process of cooling the liquid liquefied from the cooling process through the cooler 38 to the
상기 당화기(40)는 도 1에서 보는 바와 같이 상기 당화기(40)의 하단에 위치하는 에어 이젝터 또는 에어 노즐(45)을 구비할 수 있다. 상기 당화 공정은 상기 에어 이젝터 또는 에어 노즐(45)을 통하여 공기가 공급되어 상기 냉각기(38)를 통하여 냉각된 액화물을 폭기하여 불순물을 제거할 수 있다. As shown in FIG. 1, the
다시 말하면, 상기 탈기반응 공정에서 액화물이 1차로 폭기되어 불순물을 일부 제거한 후, 불순물이 일부 제거된 액화물은 상기 당화 공정에서 2차로 폭기되어 불순물을 다시 일부 제거할 수 있다.In other words, after the liquefaction is primarily aerated in the degassing process to remove some impurities, the partially liquefied liquor may be secondly aerated in the saccharification process to partially remove the impurities.
상기 에어 이젝터 또는 에어 노즐(45)로 투입되는 상기 공기의 투입량은 상기 탈기반응기(30)에 구비된 상기 에어 이젝터 또는 에어 노즐(35)로 투입되는 공기의 투입량과 동일할 수 있다. The amount of the air introduced into the air ejector or the
상기 당화 공정을 통하여 에어 이젝터 또는 에어 노즐에 의한 폭기 작용으로 인하여 상기 액화물은 55 내지 63℃로 냉각될 수 있고, 구체적으로는 58 내지 62℃로 냉각될 수 있다. 상기 액화물이 상기 온도 범위로 냉각될 경우 당화효소의 활성 온도로 유지되어 효과적인 당화 공정을 수행할 수 있으며, 당화 공정 중 일부 아세톤의 제거할 수 있다. Due to the aeration effect by the air ejector or the air nozzle through the saccharification process, the liquefaction may be cooled to 55 to 63 ℃, specifically may be cooled to 58 to 62 ℃. When the liquefaction is cooled to the temperature range it can be maintained at the active temperature of the glycosylase can perform an effective saccharification process, it is possible to remove some acetone during the saccharification process.
또한 상기 탈기반응 공정을 통해 얻어진 상기 액화물을 30 내지 35℃로 냉각하여 발효기로 공급하거나, 상기 당화기(40)를 이용하여 당화 후 얻어진 당화물을 발효기로 이송하기 전에 산 처리하여 액화물의 pH를 3.8 내지 4.5로 조절할 수 있다. 상기 산은 황산, 인산, 염산 등을 사용할 수 있다. 상기 산 처리를 할 경우, 발효 공정에서 오염균 생성 억제 및 전처리 공정에서 충분히 제거하지 못한 아세톤이 발효 도중 오염균에 의하여 이소프로필알코올로 생성되는 것을 막아줄 수 있다. In addition, the liquid liquefied obtained through the degassing reaction is cooled to 30 to 35 ℃ supplied to the fermentor, or the acidification of the liquefied by the acid treatment before transferring the saccharification obtained after saccharification using the
상기 당화기(40)의 운전 시간 또한 상기 탈기반응기(30)의 운전 시간과 동일할 수 있다. The operating time of the
일 구현예에 따르면 상기 탈기반응 공정을 거친 액화물이 상기 당화 공정을 거치지 않고 냉각기(48)를 통하여 약 32℃까지 냉각될 수 있고, 이러한 냉각된 액화물을 발효시키는 SSF(simultaneous saccharification and ermentation) 공정으로도 운전이 가능하다. According to one embodiment, the liquefied liquid that has undergone the degassing reaction may be cooled to about 32 ° C. through the cooler 48 without undergoing the saccharification process, and the SSF (simultaneous saccharification and ermentation) for fermenting the cooled liquefied liquid Operation is also possible in the process.
상기 불순물이 적어도 일부 제거된 액화물로부터 발효 공정을 통해 고품질의 에탄올을 생성할 수 있다.
High quality ethanol can be produced through a fermentation process from the liquefied liquid from which at least some of the impurities are removed.
이하 실시예를 통하여 상술한 본 발명의 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to examples. The following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention.
(에탄올의 제조 방법)(Method for producing ethanol)
실시예Example 1 One
혼합기에 건조 카사바(cassava)를 분쇄한 카사바 분말 및 물을 투입하여 혼합물을 얻은 후, 상기 혼합물을 증자기에 투입하고 가열하여 액화물을 얻는다. 이어서 상기 액화물과 공기를 탈기반응기의 상단 및 하단에 위치하는 에어 이젝터로 투입하여 상기 액화물을 30분 동안 95℃에서 폭기시켜 액화물 중 아세톤 및 일부의 이소프로필알코올을 제거한다. 이때 상기 공기의 투입량은 0.02 부피/부피·분으로 조절한다. 또한 상기 탈기반응기의 상단에 위치하는 증기 냉각기 및 배출기를 통해 상기 냉각시 발생한 응축된 증기를 배출시킨다. 상기 아세톤 및 일부의 이소프로필알코올이 제거된 액화물을 냉각기에 투입하여 65℃로 냉각시킨다. 상기 냉각된 액화물을 당화기에 이송, 당화효소를 0.1 중량/액화물 중량 투입하며 당화기에 구비된 에어 이젝터로 0.02 부피/부피·분의 공기를 30분 동안 투입하여 상기 액화물을 폭기시켜 액화물 중 아세톤 및 일부의 이소프로필알코올을 제거하면서 당화시킨다. 상기 불순물이 제거된 당화물을 발효기에 투입, 효모(yeast)를 주입하여 100시간 이상 에탄올 발효를 통하여 이소프로필알코올이 생성되지 않은 발효 에탄올 매쉬(mash)를 제조한다.Into a mixer, a cassava powder obtained by pulverizing dry cassava (cassava) and water are added to obtain a mixture. The mixture is then poured into a steamer and heated to obtain a liquefied product. Subsequently, the liquefaction and air are introduced into an air ejector positioned at the upper and lower ends of the degassing reactor to aeration the liquefaction at 95 ° C. for 30 minutes to remove acetone and some isopropyl alcohol from the liquefaction. At this time, the input amount of air is adjusted to 0.02 volume / volume / minute. In addition, the condensed steam generated during the cooling is discharged through the steam cooler and the discharger located at the top of the degassing reactor. The liquid liquefied from the acetone and some isopropyl alcohol is introduced into a cooler and cooled to 65 ° C. Transfer the cooled liquefaction to the saccharifier, add 0.1 wt / g of saccharase to the saccharification enzyme, and inject the 0.02 vol / vol · min air into the air ejector provided for the saccharifier for 30 minutes to aerated the liquefaction. It is glycosylated while removing heavy acetone and some isopropyl alcohol. The fermentation ethanol mash that is not produced isopropyl alcohol is produced through ethanol fermentation for 100 hours or more by injecting the sugars from which the impurities are removed into the fermentor and yeast.
실시예Example 2 2
실시예 1에서 탈기반응기의 상단 및 하단에 위치하는 에어 이젝터로 투입하는 공기의 투입량을 0.04 부피/부피·분으로, 당화기의 에어 이젝터로 투입하는 공기의 투입량을 0.04 부피/부피·분으로 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 장치 및 방법으로 에탄올을 제조한다.In Example 1, the amount of air introduced into the air ejectors positioned at the upper and lower ends of the degassing reactor was adjusted to 0.04 volume / volume / minute, and the amount of air introduced into the air ejector of the saccharifier was adjusted to 0.04 volume / volume / minute. Except that, ethanol is prepared by the same apparatus and method as in Example 1.
실시예Example 3 3
실시예 1에서 탈기반응기의 상단 및 하단에 위치하는 에어 이젝터로 투입하는 공기의 투입량을 0.01 부피/부피·분으로, 당화기의 에어 이젝터로 투입하는 공기의 투입량을 0.01 부피/부피·분으로 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 장치 및 방법으로 에탄올을 제조한다.In Example 1, the amount of air introduced into the air ejectors located at the upper and lower ends of the degassing reactor was adjusted to 0.01 volume / volume / minute, and the amount of air introduced into the air ejector of the saccharifier was adjusted to 0.01 volume / volume / minute. Except that, ethanol is prepared by the same apparatus and method as in Example 1.
비교예Comparative example 1 One
혼합기에 건조 카사바(cassava)를 분쇄한 카사바 분말 및 물을 투입하여 혼합물을 얻은 후, 상기 혼합물을 증자기에 투입하고 가열하여 액화물을 얻는다. 상기 냉각된 액화물을 당화효소와 함께 당화기에 투입하여 당화시킨다. 상기 당화된 당화물을 효모와 함께 발효기에 투입하여 이소프로필알코올이 4.5 ppm 함유된 발효 에탄올 매쉬(mash)를 제조한다.
Into a mixer, a cassava powder obtained by pulverizing dry cassava (cassava) and water are added to obtain a mixture. The mixture is then poured into a steamer and heated to obtain a liquefied product. The cooled liquefaction is added to the saccharifier with glycosylation to glycosylate. The saccharified saccharin is added to the fermentor together with the yeast to prepare a fermented ethanol mash containing 4.5 ppm of isopropyl alcohol.
평가 1: Evaluation 1: 폭기Aeration 유무에 따른 아세톤 Acetone with or without 비산율Scattering rate 평가 evaluation
도 2는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 에탄올 제조 시 아세톤의 비산율을 도시한 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the scattering rate of acetone in the production of ethanol according to Example 1 and Comparative Example 1.
도 2를 참고하면, 비교예 1의 경우 초기 30.6ppm에서 180분 경과 후 27.4ppm까지 아세톤의 함량이 줄어들었고, 실시예 1의 경우 초기 30.6ppm에서 180분 경과 후 2.4ppm까지 아세톤의 함량이 줄어들었다. 즉, 비교예 1은 아세톤의 비산율이 10.4%인 반면, 실시예 1은 92.2%로서 81.8%나 더 높은 제거율을 얻을 수 있음을 확인하였다.Referring to FIG. 2, in the case of Comparative Example 1, the content of acetone was reduced from 30.6ppm at the beginning of 180 minutes to 27.4ppm, and in Example 1, the content of acetone was reduced from 2.4 at the initial 30.6ppm to 2.4ppm after 180 minutes. It was. That is, in Comparative Example 1, the acetone scattering rate was 10.4%, while Example 1 was 92.2%, and it was confirmed that 81.8% or higher removal rate could be obtained.
또한 실시예 1의 경우 60분까지 급격한 제거율을 나타내며 이후의 180분까지는 완만한 제거율을 나타냄에 따라, 아세톤의 비산 시간은 60분까지가 최적임을 알 수 있다.In addition, in the case of Example 1 shows a sharp removal rate up to 60 minutes and a gentle removal rate up to 180 minutes afterwards, it can be seen that the scattering time of acetone is up to 60 minutes.
평가 2: 공기의 투입량에 따른 아세톤 잔존율 및 이에 따른 이소프로필알코올 생성량 평가Evaluation 2: Evaluation of Acetone Retention Rate and Isopropyl Alcohol Production According to Air Input
도 3은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따른 에탄올 제조 시 아세톤의 잔존율과 이소프로필알코올의 생성량을 도시한 그래프이다. Figure 3 is a graph showing the residual ratio of acetone and the amount of isopropyl alcohol production in the production of ethanol according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1.
도 3을 참고하면, 공기의 투입량이 각각 0.02, 0.04 및 0.01 부피/부피·분인 실시예 1 내지 3과 비교예 1의 경우, 공기 투입 시간 60분 경과 후 아세톤의 잔존율은 각각 15.47 ppm, 8.83 ppm, 21.8 ppm, 그리고 28.7ppm으로 분석되었다. Referring to FIG. 3, in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, in which air input amounts were 0.02, 0.04, and 0.01 volume / volume / minute, respectively, the residual ratios of acetone after 60 minutes of air input time were 15.47 ppm and 8.83, respectively. It was analyzed at ppm, 21.8 ppm, and 28.7 ppm.
또한 당화물 내의 아세톤 잔존량을 근거로 발효 실험을 실시한 결과, 실시예 1 및 2에서는 이소프로필알코올이 생성되지 않았으며, 실시예 3의 경우 이소프로필알코올 생성량이 1.4 ppm으로 비교예 1의 이소프로필알코올 생성량인 4.5ppm 보다 68.9% 이상 적게 생성됨을 확인하였다.In addition, as a result of the fermentation experiment based on the amount of acetone remaining in the saccharide, isopropyl alcohol was not produced in Examples 1 and 2, and in Example 3, isopropyl alcohol was produced in 1.4 ppm of isopropyl of Comparative Example 1. It was confirmed that more than 68.9% less than the production of alcohol 4.5ppm.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of the invention.
Claims (16)
상기 혼합물을 가열하여 액화물을 얻는 증자기;
상기 액화물을 냉각시켜 아세톤을 포함하는 불순물을 적어도 일부 제거하는 탈기반응기; 및
상기 불순물이 적어도 일부 제거된 액화물로부터 에탄올을 얻는 발효기
를 포함하고,
상기 탈기반응기는, 상단 및 하단 중 적어도 하나의 부위에 위치하고 공기가 유입되는 에어 이젝터(air ejector) 또는 에어 노즐(air nozzle)을 포함하는
음료용 에탄올의 제조 장치.
A mixer in which cassava raw material and water are mixed to obtain a mixture;
A cooker for heating the mixture to obtain a liquefaction;
A degassing reactor for cooling the liquefied to remove at least some of the impurities including acetone; And
Fermenter to obtain ethanol from liquefied liquid from which at least part of the impurities are removed
Including,
The degassing reactor may include an air ejector or an air nozzle positioned in at least one of the upper and lower ends, through which air is introduced.
Apparatus for producing ethanol for beverages.
상기 탈기반응기의 탈기 온도는 75 내지 100℃인 음료용 에탄올의 제조 장치.
The method of claim 1,
Degassing temperature of the degassing reactor is 75 to 100 ℃ manufacturing apparatus for ethanol for beverages.
상기 탈기반응기의 운전 시간은 5 내지 60 분인 음료용 에탄올의 제조 장치.
The method of claim 1,
Operation time of the degassing reactor is a device for producing ethanol for beverages 5 to 60 minutes.
상기 에어 이젝터 또는 에어 노즐로 투입되는 상기 공기의 투입량은 0.01 내지 0.04 부피/부피·분인 음료용 에탄올의 제조 장치.
The method of claim 1,
Apparatus for producing ethanol for beverages in which the amount of air introduced into the air ejector or air nozzle is 0.01 to 0.04 volume / volume / minute.
상기 음료용 에탄올의 제조 장치는 상기 불순물이 적어도 일부 제거된 액화물을 냉각시키는 냉각기를 더 포함하고,
상기 냉각기의 냉각은 62 내지 70℃까지 수행되는 음료용 에탄올의 제조 장치.
The method of claim 1,
The apparatus for producing beverage ethanol further includes a cooler for cooling the liquefied liquid from which the impurities are at least partially removed.
Cooling of the cooler is an apparatus for producing a beverage ethanol is carried out to 62 to 70 ℃.
상기 음료용 에탄올의 제조 장치는
상기 불순물이 적어도 일부 제거된 액화물을 냉각시키는 냉각기 및 당화기를 더 포함하고,
상기 당화기는 하단에 위치하는 에어 이젝터 또는 에어 노즐을 포함하는 음료용 에탄올의 제조 장치.
The method of claim 1,
The manufacturing apparatus of the ethanol for the beverage
Further comprising a cooler and a saccharifier for cooling the liquefied liquid from which the impurities have been at least partially removed,
The glycosylator is an apparatus for producing ethanol for beverages comprising an air ejector or an air nozzle located at the bottom.
상기 불순물은 시안화수소 및 이소프로필 알코올로부터 선택되는 적어도 하나를 더 포함하는 음료용 에탄올의 제조 장치.
The method of claim 1,
The impurity is an apparatus for producing a beverage ethanol further comprises at least one selected from hydrogen cyanide and isopropyl alcohol.
상기 혼합물을 증자기에 투입하고 가열하여 액화물을 얻는 증자 공정;
상기 액화물과 공기를 탈기반응기의 상단 및 하단 중 적어도 하나의 부위에 위치하는 에어 이젝터 또는 에어 노즐로 투입하고 냉각시켜 아세톤을 포함하는 불순물을 적어도 일부 제거하는 탈기반응 공정; 및
상기 불순물이 적어도 일부 제거된 액화물을 발효기에 투입하여 에탄올을 얻는 발효 공정
을 포함하는 음료용 에탄올의 제조 방법.
A mixing step of introducing a casava raw material and water into the mixer to obtain a mixture;
A steaming step of introducing the mixture into a steamer and heating to obtain a liquefaction;
A degassing process for introducing at least part of the liquefied and air into an air ejector or an air nozzle positioned in at least one of the upper and lower parts of the degassing reactor and cooling the at least one of impurities including acetone; And
Fermentation process to obtain ethanol by injecting a liquefied liquid at least partially removed the impurity
Method for producing a beverage ethanol comprising a.
상기 불순물은 시안화수소 및 이소프로필 알코올로부터 선택되는 적어도 하나를 더 포함하는 음료용 에탄올의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The impurity is a method for producing a beverage ethanol further comprises at least one selected from hydrogen cyanide and isopropyl alcohol.
상기 탈기반응 공정에서의 상기 액화물은 75 내지 100℃로 냉각되는 음료용 에탄올의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The liquefaction in the degassing step is a method for producing ethanol for a beverage is cooled to 75 to 100 ℃.
상기 탈기반응기에서의 상기 액화물의 체류시간은 5 내지 60 분인 음료용 에탄올의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The residence time of the liquefaction in the degassing reactor is a method for producing ethanol for beverages 5 to 60 minutes.
상기 에어 이젝터 또는 에어 노즐로 투입되는 상기 공기의 투입량은 0.01 내지 0.04 부피/부피·분인 음료용 에탄올의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
A method of producing ethanol for beverages in which the amount of the air introduced into the air ejector or the air nozzle is 0.01 to 0.04 volume / volume / minute.
상기 음료용 에탄올의 제조 방법은
상기 불순물이 적어도 일부 제거된 액화물을 냉각기에 투입하여 냉각시키는 냉각 공정을 더 포함하고,
상기 냉각 공정에서의 상기 액화물은 62 내지 70℃로 냉각되는
음료용 에탄올의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Method for producing the beverage ethanol is
Further comprising a cooling step of cooling the liquid by removing the at least a part of the impurities to the cooler,
The liquefaction in the cooling process is cooled to 62 to 70 ℃
Method for producing ethanol for beverages.
상기 음료용 에탄올의 제조 방법은
상기 불순물이 적어도 일부 제거된 액화물을 냉각기에 투입하여 냉각시키는 냉각 공정; 및
상기 냉각 공정을 통해 냉각된 액화물을 당화기에 투입하여 냉각시키는 당화 공정을 더 포함하고,
상기 당화 공정은 상기 냉각된 액화물과 공기를 상기 당화기의 하단에 위치하는 에어 이젝터 또는 에어 노즐로 투입하여 적어도 일부의 불순물을 제거하는
음료용 에탄올의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Method for producing the beverage ethanol is
A cooling step of cooling the liquefied liquid from which at least a part of the impurities have been removed by putting it into a cooler; And
It further includes a saccharification process for cooling the liquid liquefied cooled by the cooling process by putting in the saccharifier,
In the saccharification process, the cooled liquefied liquid and air are introduced into an air ejector or an air nozzle positioned at a lower end of the saccharifier to remove at least some impurities.
Method for producing ethanol for beverages.
상기 발효 공정은 상기 불순물이 적어도 일부 제거된 액화물을 산 처리하여 상기 발효기에 투입하여 발효시키는 음료용 에탄올의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The fermentation process is a method of producing ethanol for beverages to acidify the liquid liquefied from which at least a part of the impurities have been removed and put into the fermenter.
상기 발효 공정은 상기 불순물이 적어도 일부 제거된 액화물을 산 처리하여 상기 발효기에 투입하여 발효시키는 음료용 에탄올의 제조 방법.15. The method of claim 14,
The fermentation process is a method of producing ethanol for beverages to acidify the liquid liquefied from which at least a part of the impurities have been removed and put into the fermenter.
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KR100674257B1 (en) | 2006-12-24 | 2007-01-30 | 서희동 | A manufacturing method of the drinking water which used unpolished rice vinegar produced by deep sea water |
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