PL50407B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano: 18.11.1966 50407 KI. 6b, 16/01 MKP C 12 c 44l2o UKD BIBLIOTEK,, "Jrzedu Patentowa Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Marek Bartko, mgr inz. Irena Jawo¬ rowska, mgr inz. Dionizy Krzyzaniak, mgr inz.Barbara Kukla, Zbigniew Kufel, inz. Bernadeta Lech, Alojzy Malkowski Wlasciciel patentu: Cukrownia Chelmza, Chelmza (Polska) Sposób prowadzenia fermentacji etanolowej w gorzelni melasowej Przedmiotem wynalazku jest sposób prowadzenia fermentacji etanolowej, pozwalajacy na trzykrotne zwiekszenie wydajnosci drozdzy paszowych w go¬ rzelniach melasowych bez stosowania napowietrza¬ nia w procesie glównej fermentacji, a wiec umo¬ zliwiajacy wykorzystywanie gazów fermentacyj¬ nych do wytwarzania suchego lodu i cieklego dwutlenku wegla.Drozdze paszowe posiadaja duze znaczenie jako niezbedny skladnik mieszanek paszowych, ponie¬ waz podwyzszaja w nich zawartosc biologicznie wartosciowego bialka, jak równiez zawartosc wita¬ min. Zapotrzebowanie na drozdze suszone jest tak duze, ze nawet po wykorzystaniu do ich produkcji odpadów przemyslu papierniczego, przemyslu mle¬ czarskiego i innych, podstawowym surowcem do wyrobu drozdzy pozostanie melas, produkt uboczny przemyslu cukrowniczego. Ze wzgledu na wysoka cene melasu, zasadnicze znaczenie na wybór takiej metody produkcji drozdzy paszowych, która za¬ pewnialaby maksymalna wydajnosc bialka z 1 kg melasu. W zwiazku z tym od kilku lat stosuje sie W gorzelniach melasowych wydzielanie drozdzy, powstajacych w procesie fermentacji etanolowej, przy czym koszt drozdzy suszonych, uzyskiwanych tu jako produkt uboczny, jest prawie dwukrotnie nizszy od kosztu drozdzy, produkowanych przez drozdzownie.Obecnie stosuje sie kilka sposobów prowadzenia fermentacji etanolowej melasu, przy czym mozna 10 15 30 wyróznic ogólnie trzy etapy procesu fermentacyjne¬ go. Pierwszym etapem jest przygotowanie czystej kultury drozdzy, do czego stosuje sie szereg ras i szczepów Saccharomyces cerevisiae. Drugi etap ma na celu przygotowanie zacieru drozdzowego, tak zwanej matki drozdzowej, a trzeci etap sta¬ nowi proces glównej fermentacji. Dla pierwszego i drugiego etapu przygotowuje sie brzeczke mela¬ sowa o stezeniu 10—14° Ballinga, zas stezenie brzeczki melasowej do glównej fermentacji wy¬ nosi 15—50° Ballinga, w zaleznosci od sposobu prowadzenia glównej fermentacji.O ile w dwóch pierwszych etapach nie ma istot¬ nych róznic w technologii poszczególnych gorzelni melasowych, to w sposobach prowadzenia glównej fermentacji istnieje szereg róznic. Stosuje sie wiec metody fermentacji periodycznej i fermentacji cia¬ glej. Przy periodycznym prowadzeniu procesu brzeczka melasowa moze byc dodawana w porcjach w okreslonych odstepach czasu, wzglednie przez ciagle dolewanie, az do-zapelnienia kadzi fermen¬ tacyjnej. Metoda fermentacji ciaglej melasu zostala opracowana w roku 1937 przez F.O. Gladkiego.Jej zasadniczym celem jest zmniejszenie zatrudnie¬ nia oraz zwiekszenie zdolnosci produkcyjnej urza¬ dzen przez skrócenie czasu fermentacji.Przy stosowaniu znanych metod prowadzenia fermentacji etanolowej w gorzelniach melasowych uzyskuje sie jednakze srednio tylko 40—60 kg drozdzy suszonych D92 na 1000 litrów wyproduko- 5040750407 wanego 100%-wego etanolu. Najwieksza wydajnosc, wynoszaca okolo 65 kg drozdzy suszonych D92 na 1000 litrów etanolu, mozna osiagnac przy stosowaniu metody Boinofa, bedacej metoda zwrotnej sepe- racji drozdzy. Polega ona na tym, ze czesc draz- 5 dzy z odfermentowanego zacieru pozbawia sie bak¬ terii przez przemywanie roztworem kwasu siar¬ kowego, aktywuje przez krótkotrwala fermentacje w rozcienczonych roztworach melasu, a nastepnie skierowuje do szczepienia nastepnych zacierów 10 glównej fermentacji.Nalezy nadmienic, ze w celu zwiekszenia masy komórkowej drozdzy przy etanolowej fermentacji melasu nie mozna. adaptowac metod, stosowanych w drozdzownictwie wlasciwym, poniewaz przy !5 fermentacji drozdzowej stosuje sie rozcienczenie melasu 1 :25, podczas gdy w gorzelni ze wzgle¬ dów ekonomicznych stopien rozcienczenia melasu wynosi 1:3 do 1 :3,3. Fermentowanie zacierów 0 niskiej koncowej zawartosci alkoholu nie byloby 20 oplacalne z powodu zwiekszonych kosztów destyla¬ cji i zageszczaniu wyWaru.W ostatnich latach opracowano metode fermenta¬ cji melasu, której zastosowanie umozliwia dwu¬ krotne zwiekszenie uzysku drozdzy suszonych, 25 a mianowicie uzyskiwanie okolo 120 kg drozdzy su¬ szonych D92 na 1000 litrów produkowanego 100%- wego spirytusu. Zwiekszenie przyrostu komórek drozdzowych uzyskuje sie w tej metodzie droga stosowania w fazie glównej fermentacji stosunko- 30 wo silnego napowietrzania. Intensywnosc napowie¬ trzania jest rózna w poszczególnych okresach glów¬ nej fermentacji i wynosi 1—30 m3 powietrza na 1 m2 podstawowej powierzchni i godzine. Metoda ta nie moze byc jednak stosowana w tych gorzel- 35 niach melasowych, w których gazy fermentacyjne wykorzystuje sie do produkcji suchego lodu i cie¬ klego dwutlenku wegla. Niewielka bowiem nawet ilosc powietrza w gazach fermentacyjnych stanowi przeszkode do otrzymania cieklego dwutlenku we- 40 gla, zas proces usuwania powietrza z tych gazów jest kosztowny i wymaga szeregu skomplikowa¬ nych urzadzen. Poniewaz wykorzystywanie gazów fermentacyjnych do wytwarzania suchego lodu jest ze wzgledów gospodarczych wprowadzane w wie- 45 kszosci gorzelni melasowych, przeto wspomniana metoda w praktyce nie moze znalezc szerszego zastosowania.Znane metody prowadzenia fermentacji alkoho¬ lowej w gorzelniach melasowych, zmierzajace do 50 zwiekszania uzysku drozdzy suszonych, polegaja wiec badz na stosowaniu rozcienczonych zacierów, badz tez na napowietrzaniu zacierów glównej fer¬ mentacji. Sposoby te maja szereg wad, z których najwazniejsze to zwiekszanie zuzycia pary do od- 55 pedu spirytusu i zageszczania wywaru oraz roz¬ cienczanie gazu fermentacyjnego powietrzem.Celem wynalazku jest wyeliminowanie tych wad i opracowanie takiej metody prowadzenia fermen¬ tacji w gorzelni melasowej, która by zabezpieczala 60 zwiekszenie produkcji drozdzy paszowych do 150 kg drozdzy suszonych D92 na 1000 litrów wyproduko¬ wanego 100%-wego alkoholu, przy równoczesnym umozliwieniu wykorzystywania gazów fermentacyj¬ nych do produkcji suchego lodu. Osiaga sie to we- 65 dlug wynalazku dzieki temu, ze proces przygoto¬ wania drozdzy do glównej fermentacji prowadzi sie w taki sposób, iz uzyskuje sie stosunkowo duzy zasiew drozdzy o znacznej zawartosci azotu i o wy¬ sokiej aktywnosci biologicznej. Drozdze te, dodane do zacieru glównej fermentacji, wykazuja zdolnosc rozmnazania sie przez kilka generacji w warun¬ kach anaerobowych. Potrzebny zasiew drozdzy otrzymuje sie przez przygotowanie takiej ilosci matki drozdzowej, której objetosc stanowi 82—83°/o objetosci zacieru glównej fermentacji. % Wysoka aktywnosc biologiczna drozdzy uzyskuje' sie dzieki temu, ze w fazie przygotowania drozdzy do glównej fermentacji zmienia sie skokowo tem¬ peratura fermentacji w ten sposób, ze przez dwie godziny od poczatku trwania cyklu wynosi ona 30°C, a na przeciag dwóch nastepnych godzin zosta¬ je obnizona do 26°C. W momencie obnizenia tem¬ peratury fermentujacej cieczy dodaje sie 0,86 kg 25%-owej wody amoniakalnej na 1 m3 brzeczki, przy czym nastepuje intensywne asymilowanie przez drozdze azotu nieorganicznego i przez to zwiekszenie zawartosci azotu w drozdzach o okolo Wo.Obnizanie temperatury w kadzi fermentacyjnej z równoczesnym dodawaniem wody amoniakalnej jest zabiegiem, który jako taki jest znany i stoso¬ wany niekiedy w drozdzowniach na zakonczenie procesu produkcji drozdzy. Stosuje sie go miano¬ wicie w tych przypadkach, gdy kosztem nieznacz¬ nego zmniejszenia wydajnosci chodzi o otrzymanie drozdzy prasowanych o wiekszej trwalosci i wie¬ kszej sile podnoszenia. Na podstawie doswiadczen na skale fabryczna stwierdzono obecnie, ze tak przygotowane drozdze, wprowadzone do glównej fermentacji etanolowej melasu, podczas której utrzymuje sie temperature najkorzystniej wyno¬ szaca 30°C, pomimo warunków anaerobowych wy¬ kazuja tendencje do duzego przyrostu komórek drozdzowych w okresie fermentacji glównej. Przy¬ rost ten jest równy nawet dwukrotnej ilosci droz¬ dzy, zastosowanych jako zasiew do kadzi glównej, a wiec znacznie przekracza wyniki, jakie osiaga sie przy stosowaniu znanych metod, stosowa¬ nych w gorzelniach melasowych.Zgodnie z wynalazkiem, w okresie trwania glów¬ nej fermentacji, w celu zabezpieczenia dalszego wzrostu, komórek drozdzowych i skrócenia cyklu fermentacyjnego, stosuje sie energiczne mieszanie fermentujacej cieczy. W tym celu kadz fermenta¬ cyjna zaopatruje sie w specjalny przewód obiego¬ wy, w który wlacza sie pompe, korzystnie pompe przewalowa, to jest majaca duza wydajnosc przy niskim podnoszeniu. Za pomoca tej pompy prze¬ pompowuje sie ciecz fermentujaca w kierunku przeciwnym do kierunku splywania gestego roz¬ tworu melasu.Sposób wedlug wynalazku umozliwia trzykrotne zwiekszenie uzysku drozdzy paszowych w porówna¬ niu do wyników, uzyskiwanych przy stosowaniu znanych metod i pozwala na prowadzenie procesu przy uzyciu stezonych zacierów, a dzieki temu na utrzymanie korzystnych wskazników zuzycia ener¬ gii cieplnej. Równoczesnie sposób ten daje mozli¬ wosc wykorzystywania gazów fermentacyjnych do504&7 6 produkcji suchego lodu i cieklego dwutlenku we¬ gla.Sposób wedlug wynalazku jest dokladnie wy¬ jasniony w ponizszym przykladzie i w odniesieniu do rysunku, przedstawiajacego znany w zasadzie uklad urzadzen technologicznych gorzelni mela¬ sowej, wraz z pompami obiegowymi przy kadziach glównej fermentacji, stosowanymi w sposobie we¬ dlug wynalazku.Przyklad. Podstawowa brzeczke melasowa o dwóch stopniach rozcienczenia przygotowuje sie w ten sposób, ze ze zbiornika 1 wprowadza sie melas do kaskadowego mieszalnika 2, w którym przez odpowiednie dozowanie wody otrzymuje sie brzeczke o gestosci 70°Blg. Brzeczka ta sluzy do nasilania kadzi glównej fermentacji 12. W drugim natomiast mieszalniku kaskadowym 3 przyrzadza sie brzeczke o nizszym stezeniu, to jest o gestosci 8—10°Blg. Brzeczka ta sluzy do rozmnazania droz¬ dzy. Do mieszalnika kaskadowego 3 doprowadza sie kwas siarkowy ze zbiornika 4, wyciag super- fosfatu ze zbiornika 5 i roztwór wody amoniakal¬ nej ze zbiornika 6. v Proces fermentacji dzieli sie na trzy fazy. W pier¬ wszej fazie przygotowuje sie czysta kulture droz¬ dzy. Przygotowanie tej kultury- w aparatach pro- pagacyjnych Lindnera 7, 8 i 9 prowadzi sie jednym ze znanych sposobów, stosujac stezenie brzeczki 8— 9°Blg, temperature fermentacji 29°C oraz okresowe napowietrzanie. Czysta kulture drozdzy Saccharo- myces cerevisiae, szczep On„ po rozmnozeniu w la¬ boratorium wprowadza sie w ilosci 20 litrów do aparatu propagacyjnego 7. Wymiany czystej kul¬ tury w aparatach propagacyjnych dokonuje sie co 7 dni. Zwiekszenie ilosci drozdzy zarodowych uzyskuje sie przez systematyczne wprowadzanie w okresach 90-cio godzinnych do aparatu 7 po 10 kg drozdzy nastawnych D25.Przed wprowadzeniem do aparatu propagacyj¬ nego drozdze nastawne rozdrabnia sie i zalewa 10 litrami 5%-wego roztworu wodnego kwasu siar¬ kowego. Ozas trwania kapieli kwasowej wynosi 20 minut. W pierwszym aparacie propagacyjnym 7 o pojemnosci 200 litrów przygotowuje sie brzeczke o stezeniu 9°Blg, dodaje pozywki w postaci kwas¬ nego fosforanu amonowego w ilosci odpowiadaja¬ cej 0,29 kg kwasu, do uzyskania kwasowosci 1,2— 1,3°D. Cala zawartosc sterylizuje sie za pomoca pary wodnej, ogrzewajac brzeczke przez 30 minut do 100°C.Po ochlodzeniu brzeczki do 29°C wprowadza sie drozdze czystej kultury, wzglednie drozdze na¬ stawne po kapieli kwasowej. Po ukonczeniu fer¬ mentacji cala zawartosc aparatu, to jest 150 litrów, przetlacza sie sprezonym powietrzem do przygoto¬ wanej, wysterylizowanej i ochlodzonej brzeczki w drugim aparacie propagacyjnym 8. Objetosc brzeczki wynosi 550 litrów. Nastepnie, po rozmno¬ zeniu sie drozdzy w drugim propagatorze 8, cala jego zawartosc przetlacza sie do trzeciego aparatu propagacyjnego 9, którego calkowita pojemnosc wynosi 4000 litrów. W tym propagatorze przygo¬ towuje sie uprzednio sterylizowana brzeczke o ste¬ zeniu 9°Blg, ukwaszona do 1,2—1,4°D. Objetosc przygotowanej brzeczki wynosi 1000 litrów.Jako pozywki dodaje sie wyciagu superfosfatu w ilosci odpowiadajacej 0,75 kg P205 oraz 1,2 kg siarczanu amonowego. Temperatura fermentacji 29°C. Objetosc brzeczki w trzecim propagatorze 9 5 po dodaniu drozdzy z drugiego aparatu 8 wynosi lacznie 1700 litrów. Po odfermentowaniu cieczy do gestosci 4,5°Blg dodaje sie porcjami po 600 litrów brzeczki, wysterylizowanej i ochlodzonej w drugim propagatorze 8. 10 Po dodaniu trzech porcji po 600 litrów, calko¬ wita objetosc drozdzy zarodowych w trzecim pro¬ pagatorze 9 wynosi 3500 litrów. 2000 litów odfer¬ mentowanego plynu oddaje sie do nastawiania fermentacji drozdzowej, a do pozostalych 1500 li- is trów dodaje sie porcjami wysterylizowanej i ukwa- szonej brzeczki, az do ponownego zapelnienia. Cykl ten powtarza sie do czasu ponownego wprowa¬ dzenia czystej kultury do, pierwszego aparatu 7.Druga faze stanowi przygotowanie drozdzy do 20 glównej fermentacji. Fermentacje drozdzowa pro¬ wadzi sie w odpowiednio przygotowanych kadziach drozdzowych 10. Kadzie te sa wyposazone dodat¬ kowo w urzadzenie do napowietrzania zacierów drozdzowych, na przyklad w wiazki perforowanych 25 rurek miedzianych 11, ulozonych na dnie kadzi.Jako zródlo sprezonego powietrza stosuje sie spre¬ zarke 22 z pierscieniem wodnym. Powietrze jest kierowane poprzez filtr 23 do poszczególnych kadzi drozdzowych. Calkowita pojemnosc kadzi drozdzo- 30 wych powinna wynosic co najmniej 22% objetosci kadzi glównej fermentacji. Ze wzgledu na zjawisko pienienia, stopien napelnienia kadzi drozdzowej wynosi 80% jej calkowitej pojemnosci. Przygoto¬ wanie drozdzy w kadzi drozdzowej odbywa sie 35 w ten sposób, ze do kadzi drozdzowej wprowadza sie 20% brzeczki melasowej o gestosci 9°Blg w sto¬ sunku do koncowej objetosci cieczy w kadzi.Nastepnie przeprowadza sie sterylizacje brzeczki za pomoca ogrzewania para. Po ochlodzeniu do 40 28°C dodaje sie ze zbiornika 4 kwasu siarkowego az do uzyskania kwasowosci 0,9—1,1°D oraz wo¬ dnego wyciagu superfosfatu ze zbiornika 5. Do¬ daje sie taka ilosc, pozywki, aby dawka ta w prze¬ liczeniu na P205 wynosila 0,65 kg na 1 m3 kon- 45 cowej ilosci cieczy w kadzi. Do tak przygotowanej brzeczki wprowadza sie 2000 litrów drozdzy zaro¬ dowych z trzeciego aparatu propagacyjnego 9. Przez caly czas trwania fermentacji prowadzi sie napo¬ wietrzanie brzeczki, stosujac 20 m3 powietrza na 50 1 m3 brzeczki i godzine. Doplyw wody chlodzacej reguluje sie tak, azeby temperatura fermentacji wynosila 30°C. Po odfermentowaniu brzeczki do gestosci 4,5°Blg rozpoczyna sie ciagle dolewanie ukwaszonego, rozcienczonego do 9°Blg melasu. 55 Szybkosc doplywu brzeczki reguluje sie w ten sposób, aby gestosc fermentujacej cieczy utrzymac w granicach 6—6,5°Blg.Po napelnieniu kadzi wstrzymuje sie doplyw brzeczki i nastepuje teraz proces dojrzewania droz- 60 dzy. Po uzyskaniu gestosci 4,5°Blg 52% calej obje¬ tosci drozdzy odprowadza sie do kadzi glównej fermentacji, a do pozostalej ilosci cieczy w kadzi drozdzowej dodaje sie brzeczke melasowa o gestos¬ ci 9°Blg, w ilosci 10% w stosunku do czynnej po- 65 jemnosci kadzi. Ukwasza sie calosc kwasem siar-50407 8 kowym do uzyskania kwasowosci 1,1—1,3°D, a na¬ stepnie dodaje sie wyciagu superfosfatu w ilosci wyzej podanej. Temperature cieczy doprowadza sie do 30°C i rozpoczyna ciagle dolewanie rozcienczo¬ nej brzeczki, przy stalym napowietrzaniu zawar¬ tosci kadzi.Po dwóch godzinach obniza sie temperaure cie¬ czy do 26°C i w tym momencie dodaje ze zbior¬ nika 5 roztwór 25°/o-owy wody amoniakalnej, w ilosci 0,86 kg na 1 m3 brzeczki. Nie przerywajac doplywu brzeczki i napowietrzania cieczy utrzy¬ muje sie temperature fermentacji 26°C az do cal¬ kowitego napelnienia kadzi odfermentowania brzeczki do 4,5°Blg. Gazy fermentacyjne, rozcien¬ czone powietrzem, skierowuje sie do oddzielnej pluczki wodnej 24, a nastepnie odprowadza je do atmosfery. Po zakonczeniu fermentacji 52°/o zawar¬ tosci odpuszcza sie do nastawienia glównej fer¬ mentacji i cykl w kadziach drozdzowych powtarza na nowo. Czas trwania cyklu wynosi cztery go¬ dziny.Trzecia faze stanowi glówna fermentacja. Do wy¬ mytej, wysterylizowanej i ochlodzonej kadzi glów¬ nej fermentacji 22 wprowadza sie dojrzala brzeczke drozdzowa z poszczególnych kadzi drozdzowych, w ilosci 82% w stosunku do czynnej pojemnosci kadzi fermentacyjnej. Nastepnie ze zbiornika 1, przez kaskadowy mieszalnik 2, rozpoczyna sie ciagle dolewanie melasu o gestosci okolo 70°Blg, az do napelnienia kadzi. Szybkosc doplywu stezo¬ nej brzeczki reguluje sie tak, aby gestosc fermen¬ tujacej cieczy utrzymac na poziomie 8—8,5°Blg.Kadzie fermentacyjne maja dodatkowe wyposaze¬ nie w postaci pomp obiegowych 13, wlaczonych w specjalny przewód cyrkulacyjny. Wydajnosc pomp wynosi 2000 l/min i wysokosc podnoszenia 1,52 m slupa wody. Pompy sa tak wlaczone, ze kierunek cieczy wewnatrz kadzi jest od dolu do góry, a wiec przeciwny do kierunku doplywu me¬ lasu do kadzi.Pompa ma za zadanie utrzymanie fermentujacej cieczy w stalym ruchu. Stosowanie tego rodzaju mieszania jest konieczne ze wzgledu na dosc duza lepkosc doplywajacego melasu oraz ze wzgledu na to, ze gaz fermentacyjny jest przeznaczony do do wytwarzania suchego lodu, a wiec nie powinien 15 20 30 35 40 byc rozcienczony powietrzem, co mialoby miejsce, gdyby stosowac znana metode napowietrzania. Gaz fermentacyjny, po czesciowym oczyszczeniu w pluczce wodnej 25, zostaje skierowany do zbior¬ nika dwutlenku wegla. Przez caly czas trwania glównej fermentacji pompa obiegowa powinna byc w ruchu. Temperature fermentacji utrzymuje sie w granicach 30—32°C. Czas fermentacji wynosi 26—28 godzin. W ten sposób otrzymuje sie odfer¬ mentowany zacier o nastepujacej charakterystyce: zawartosc alkoholu zawartosc suchej substancji kwasowosc zawartosc drozdzy — 9,5 — 10 — 0,3 — 50 — 10,5% obj. — 11,5%, — 0,6°D, — 52 g D25/litr.Po ukonczonej fermentacji zacier przesyla sie za pomoca pompy wirowej 14 na stacje separatorów I 15. Uzyskane mleczko drozdzowe I przemywa sie woda w zbiorniku 16, a nastepnie za pomoca pompy 17 kieruje na separatory II 18. Mleczko drozdzowe z separatora II splywa do zbiornika 19, skad przeplywa do plazmolizera 20. Po ukonczeniu procesu plazmolizy skierowuje sie je na suszarke walcowa 21. PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób prowadzenia fermentacji etanolowej w go¬ rzelni melasowej przy wykorzystywaniu gazów fer¬ mentacyjnych do produkcji suchego lodu i ciekle¬ go dwutlenku wegla, znamienny tym, ze do glów¬ nej fermentacji stosuje sie duzy zasiew, wynoszacy na 1 m3 brzeczki glównej fermentacji co najmniej 3,5 kg suchej masy drozdzy o znacznej zawar¬ tosci azotu i o wysokiej aktywnosci biologicznej, otrzymanych w fazie przygotowawczej, podczas której obniza sie skokowo temperature fermen¬ tacji z 30°C do 26°C, dodajac równoczesnie 25%- wego roztworu wody amoniakalnej, przy czym w fazie glównej fermentacji miesza sie fermen¬ tujaca ciecz za pomoca pompy cyrkulacyjnej, zwlaszcza pompy o duzej wydajnosci i niskim pod¬ noszeniu, powodujac ruch cieczy w kierunku prze¬ ciwnym do kierunku doplywu melasu.50407 PL