RU2036238C1

RU2036238C1 - Method of producing ethyl alcohol from the whey

Info

Publication number: RU2036238C1
Application number: RU9292001195A
Authority: RU
Inventors: А.И. Хрычева; Б.А. Устинников; С.В. Пыхова; И.В. Данилин; В.И. Яковлев; А.Д. Левшин
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Олимп"
Priority date: 1992-10-20
Filing date: 1992-10-20
Publication date: 1995-05-27

Abstract

FIELD: alcoholic industry. SUBSTANCE: whey is purified from casein dust and dairy fat with one-half quantity of post-alcohol malt residues, and pH value is brought about to isoelectric point of lacto-albumin protein fraction - 4.4-4.6. Then whey is concentrated, and proteins were removed from concentrate by known method and separated for two flows at the ratio 1:2; smaller flow is fed to the yeast generation, and then mixed with major flow at the stage of main alcoholic fermentation at the logarithmic phase of yeast growth. Prepared mash is distilled and malt residues is obtained. The latter is separated for two equal flows; one flow is added to the whey before concentration, and residual flow is mixed with separated protein, fat and casein dust for food product preparing. EFFECT: improved method of ethanol producing.

Description

Изобретение относится к спиртовой промышленности. The invention relates to the alcohol industry.

Известен способ производства этилового спирта из молочной сыворотки, предусматривающий очистку сыворотки от белков, сбраживание ее спиртовыми дрожжами, отгонку спирта и ректификацию [1]
Наиболее близким к предлагаемому является способ производства этилового спирта из молочной сыворотки, предусматривающий очистку сыворотки от жиров и казеиновой пыли, выделение белка, сгущение сыворотки под вакуумом, разделение концентрированной сыворотки на два потока, один из которых направляют на дрожжегенерацию, а другой охлаждают до температуры брожения и вводят на стадию главного брожения в логарифмическую фазу роста дрожжей, перегонку бражки и ректификацию спирта с получением барды [2]
Недостатком известного способа является то, что наряду с сывороткой используется крахмалсодержащее сырье, что делает технологию более сложной: удлиняется процесс брожения и требуется значительное количество дорогостоящего зернового сырья без утилизации отходов производства.A known method for the production of ethyl alcohol from whey, which involves the purification of whey from proteins, fermentation with alcohol yeast, distillation of alcohol and rectification [1]
Closest to the proposed method is the production of ethyl alcohol from whey, which involves the purification of whey from fats and casein dust, protein isolation, condensation of whey under vacuum, separation of concentrated whey into two streams, one of which is sent to yeast generation, and the other is cooled to fermentation temperature and introduced to the stage of main fermentation in the logarithmic phase of the growth of yeast, distillation of the mash and rectification of alcohol to obtain vinasse [2]
The disadvantage of this method is that along with whey, starch-containing raw materials are used, which makes the technology more complicated: the fermentation process is lengthened and a significant amount of expensive grain raw materials is required without the disposal of production waste.

Цель изобретения ускорение процесса брожения за счет ведения его в стерильных условиях, улучшение качества этанола, уменьшение количества сточных вод за счет использования барды и получение наряду с высококачественным спиртом обогащенного биологически активными веществами (жиром, белком, органическими кислотами) кормового продукта, а также упрощение и удешевление процесса за счет использования только вторичного сырья молочной промышленности. The purpose of the invention is the acceleration of the fermentation process by conducting it under sterile conditions, improving the quality of ethanol, reducing the amount of wastewater through the use of stillage and obtaining, along with high-quality alcohol enriched with biologically active substances (fat, protein, organic acids) a feed product, as well as simplification and cheaper process through the use of only secondary raw materials of the dairy industry.

В способе производства этанола из молочной сыворотки, предусматривающем очистку сыворотки от жира, казеиновой пыли, доведение рН до 4,4-4,6 сгущение сыворотки, разделение концентрированной сыворотки на два потока, выделение белка, при этом один из потоков направляют на дрожжегенерирование, а другой охлаждают и вводят в бродящую массу на стадию главного брожения в логарифмической фазе роста дрожжей, перегонку с получением спирта и барды и ректификацию спирта, для достижения технического результата, заключающегося в ускорении процесса брожения, улучшении качества этанола, утилизации отходов производства и получении наряду со спиртом ценного кормового продукта; от общего потока барды отделяют часть, предпочтительно половину, вводят в сыворотку, отделенную от жира и казеиновой пыли, и в полученной смеси доводят рН до изоэлектрической точки, равной 4,4-4,6, а выделение белков проводят после концентрирования смеси сыворотки с бардой при данном значении рН и нагреве концентрата до температуры коагуляции белков, при этом оставшуюся часть барды смешивают с выделенными белками, жиром, казеиновой пылью с получением кормового продукта. Следует отметить, что при внесении барды в сыворотку устанавливается рН, равное 4,4-4,6, являющееся оптимальным не только для коагуляции белка, но и для размножения дрожжей и молочнокислых бактерий, а также для образования молочной кислоты и антибиотика низина, которые играют роль дезинфицирующих веществ и обеспечивают стерильность процесса брожения с одновременным обогащением среды биологически ценными веществами, содержащимися в барде, а именно: белками, витаминами, ферментами, аминокислотами. In a method for the production of ethanol from whey, which involves the purification of whey from fat, casein dust, adjusting the pH to 4.4-4.6, whey thickening, separation of concentrated whey into two streams, protein isolation, one of the streams being sent for yeast generation, and the other is cooled and introduced into the fermentation mass at the stage of main fermentation in the logarithmic phase of yeast growth, distillation to obtain alcohol and vinasse and distillation of alcohol, to achieve a technical result, which consists in accelerating the fermentation process Nia, ethanol quality improvement, waste disposal and receiving along with an alcohol of valuable feed product; part, preferably half, is separated from the total stillage stream, introduced into serum separated from fat and casein dust, and in the resulting mixture the pH is adjusted to an isoelectric point of 4.4-4.6, and the proteins are isolated after concentration of the mixture of serum and distillery stillage at a given pH value and heating the concentrate to the protein coagulation temperature, the remaining part of the stillage is mixed with the isolated proteins, fat, casein dust to obtain a feed product. It should be noted that when bard is added to serum, a pH of 4.4–4.6 is established, which is optimal not only for protein coagulation, but also for the propagation of yeast and lactic acid bacteria, as well as for the formation of lactic acid and nisin antibiotic, which play the role of disinfectants and ensure the sterility of the fermentation process while enriching the environment with biologically valuable substances contained in the bard, namely: proteins, vitamins, enzymes, amino acids.

Таким образом, впервые барда используется по новому назначению для регулирования рН среды с одновременным обогащением ее питательными веществами, усвояемыми дрожжами в процессе спиртового брожения. Смешивание барды с жиром и казеином позволяет рационально использовать отходы производства и обогатить готовый продукт ценными биологическими активными веществами барды, в которую входят все питательные вещества исходного сырья, перечисленные выше, наряду с белком, жиром, казеином молочной сыворотки, а также лактат кальция и другие минеральные вещества, вследствие чего барда используется как ценный кормовой продукт. Таким образом, наряду с высококачественным спиртом получается обогащенный биологически активными веществами кормопродукт при утилизации барды отхода производства спирта, сокращаются количества сточных вод и создается безотходное производство. Этот результат усиливается еще и тем, что белки выделяются из концентрированной частично сквашенной сыворотки в смеси с бардой при рН 4,4-4,6, так как при этом усиливается процесс коагуляции, увеличивается количество выделенного белка и повышается питательная ценность полученного кормового продукта, в который вводят белки сыворотки. Thus, for the first time, barda is used for a new purpose to regulate the pH of a medium while enriching it with nutrients assimilated by yeast in the process of alcoholic fermentation. Mixing dard with fat and casein makes it possible to rationally use production waste and enrich the finished product with valuable biological active substances of the bard, which includes all the nutrients of the raw materials listed above, along with protein, fat, whey casein, as well as calcium lactate and other mineral substances, as a result of which bard is used as a valuable feed product. Thus, along with high-quality alcohol, a fodder product enriched with biologically active substances is obtained during the disposal of distillery waste from the production of alcohol, the amount of wastewater is reduced and a waste-free production is created. This result is further enhanced by the fact that proteins are isolated from concentrated partially fermented whey in a mixture with bard at a pH of 4.4-4.6, as this increases the coagulation process, increases the amount of protein released and increases the nutritional value of the resulting feed product, in which injected whey proteins.

Таким образом, указанные существенные признаки влияют на технический результат ускорение процесса брожения, улучшение качества этанола, уменьшение количества сточных вод за счет утилизации отходов производства и получение наряду со спиртом ценного кормового продукта. Thus, these significant features affect the technical result, the acceleration of the fermentation process, the improvement of ethanol quality, the reduction of wastewater due to the disposal of production waste and the production of a valuable feed product along with alcohol.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Молочную сыворотку очищают от казеиновой пыли и жира, вводят часть послеспиртовой барды, предпочтительно половину, доводят рН до 4,4-4,6 и направляют на концентрирование одним из известных способов, например под вакуумом, обратным осмосом. Смесь концентрированной сыворотки с бардой нагревают до температуры коагуляции белков, равной 90-95^оС, выдерживают при этой температуре 40-90 мин и очищают от белков одним из известных способов, например сепарацией, ультрафильтрацией, декантацией.The whey is cleaned of casein dust and fat, a part of the post-alcohol stillage stillage is introduced, preferably half, the pH is adjusted to 4.4-4.6 and sent to concentration by one of the known methods, for example, under vacuum, reverse osmosis. The mixture was concentrated vinasse whey is heated to a temperature of coagulation proteins, equal to ^about 90-95 C, held at this temperature for 40-90 min and the proteins purified from one of the known methods such as separation, ultrafiltration, decantation.

Очищенный от белков концентрат сыворотки с бардой охлаждают до 30-32^оС и делят на два потока (в соотношении 1:2), меньший из которых пастеризуют при 80-85^оС, охлаждают до 25-30^оС, засевают маточными дрожжами и осуществляют в нем размножение дрожжей. В конце логарифмической фазы роста дрожжей в бродящую сыворотку вводят больший поток и ведут процесс сбраживания до концентрации спирта 4,5-6,8% бражку направляют на перегонку, а спирт на ректификацию. По- лученную при перегонке барду разделяют на два равных потока, один из которых смешивают с жиром, белком и казеиновой пылью, получая кормовой продукт, другой поток барды добавляют к сыворотке перед ее сгущением, устанавливая рН 4,4-4,6.The purified protein from vinasse whey concentrate was cooled to 30-32 ^{° C} and divided into two streams (in the ratio 1: 2), the smaller of which is pasteurized at 80-85 ^{° C,} cooled to 25-30 ^{° C,} inoculated with yeast and uterine carry out the reproduction of yeast in it. At the end of the logarithmic phase of yeast growth, a larger flow is introduced into the fermenting serum and the fermentation process is carried out to an alcohol concentration of 4.5-6.8%, the mash is sent for distillation, and the alcohol for distillation. Distillery distillery distillate obtained in distillation is divided into two equal streams, one of which is mixed with fat, protein and casein dust to obtain a feed product, the other distillery stillage stream is added to whey before thickening, setting the pH to 4.4-4.6.

П р и м е р 1. 100 т молочной сыворотки, содержащей 0,5% казеиновой пыли и 0,4% молочного жира, нагревают до 40^оС и сепарированием выделяют казеиновую пыль и молочный жир. Затем устанавливают рН сыворотки 4,6. Для этого в 99,2 т оставшейся молочной сыворотки с рН 5,0, содержащей 6,0% СВ, 4,5% лактозы, 0,84% белков, 0,5% минеральных веществ, 0,1% молочного жира, вводят 17,0 т послеспиртовой барды, смесь пастеризуют при 70^оС в течение 15 мин, охлаждают до 28^оС и засевают 3% 12-часовой закваски Streptococcus lactis. Сквашивание осуществляют в течение 12 ч до достижения рН 4,6. Полученную смесь, обогащенную антисептиком низином и молочной кислотой, содержащую 5,54% СВ и 3,83% лактозы, в количестве 116 т направляют на концентрирование под вакуумом. После концентрирования до 15% СВ концентрат в количестве 38,6 т нагревают до 90^оС, выдерживают при этой температуре 40 мин, а затем отделяют белки декантацией, получая 4,6 т лактозно-белкового концентрата. Подготовленный концентрат в количестве 34 т охлаждают до 30^оС, вводят 0,01% формалина и делят на два потока в соотношении 1:2, из которых одну часть направляют на дрожжегенерацию, а две части на брожение. На стадии дрожжегенерации сыворотку пастеризуют при 85^оС, охлаждают до 30^оС, вводят диаммонийфосфат и олеиновую кислоту в количестве 0,05 кг, засевают маточными дрожжами вида Candida pseudotropicalis, гидролизующими лактозу, и осуществляют процесс дрожжегенерации. В конце логарифмической фазы роста дрожжей в бродящую массу вводят больший поток и ведут брожение при 30^оС в течение 40 ч до концентрации спирта 6,8% Бражку с концентрацией спирта 6,8% направляют на перегонку с получение барды, которую разделяют на две части: 50% возвращают в процесс, смешивают с сывороткой, отделенной от жира и казеиновой пыли, для доведения рН до изоэлектрической точки 4,4, а 50% смешивают с отделенными белками, казеиновой пылью и жиром, получая кормовой продукт, содержащий 8% СВ, 2,4% протеина, 0,5% лактозы, 0,2% жира и до 3% органических кислот. Выход спирта составляет 59,18 дал и 1 т лактозы.PRI me R 1. 100 tons of whey containing 0.5% casein dust and 0.4% milk fat, heated to 40 ^° C and separation of casein dust and milk fat. Serum pH was then adjusted to 4.6. To do this, in 99.2 tons of remaining whey with a pH of 5.0, containing 6.0% SV, 4.5% lactose, 0.84% protein, 0.5% minerals, 0.1% milk fat, is administered DDGS 17.0 m, the mixture was pasteurized at ⁷⁰ ° C for 15 min, cooled to 28 ^{° C} and inoculated with 3% of 12-hour sourdough Streptococcus lactis. Fermentation is carried out for 12 hours until a pH of 4.6 is reached. The resulting mixture, enriched with the antiseptic nisin and lactic acid, containing 5.54% CB and 3.83% lactose, in an amount of 116 tons, is sent for concentration under vacuum. After concentration to 15% DM concentrate in an amount of 38.6 tons was heated to 90 ^{° C,} kept at this temperature for 40 minutes and then separated by decantation proteins, yielding 4.6 t of lactose protein concentrate. The prepared concentrate in an amount of 34 tons is cooled to 30 ^° C, 0.01% formalin is introduced and divided into two streams in a 1: 2 ratio, of which one part is sent to yeast generation and two parts to fermentation. In step drozhzhegeneratsii whey is pasteurized at 85 ^{° C,} cooled ^to 30 ° C, is introduced diammonium phosphate and oleic acid in an amount of 0.05 kg, seeded uterine yeast species Candida pseudotropicalis, hydrolyzing lactose and carried drozhzhegeneratsii process. At the end of the logarithmic phase of growth in yeast fermenting mass is introduced a greater flow and conduct fermentation at ³⁰ ° C for 40 h until the alcohol concentration of 6.8% to the mash alcohol concentration of 6.8% is directed to distillation to obtain vinasse, which is separated into two parts : 50% is returned to the process, mixed with whey separated from fat and casein dust to bring the pH to an isoelectric point of 4.4, and 50% is mixed with separated proteins, casein dust and fat to obtain a feed product containing 8% CB, 2.4% protein, 0.5% lactose, 0.2% fat and up to 3% organic ki slot The yield of alcohol is 59.18 dal and 1 ton of lactose.

П р и м е р 2. Способ осуществляют по примеру 1, только в качестве исходного сырья берут 100 т казеиновой сыворотки с рН 4,3, рН доводят до 4,6 путем введения в смесь сыворотки с бардой раствора едкого натра до необходимого значения рН. PRI me R 2. The method is carried out as in example 1, only as starting material take 100 tons of casein whey with a pH of 4.3, the pH is adjusted to 4.6 by introducing into the mixture of serum with barda caustic soda solution to the desired pH .

П р и м е р 3. Способ осуществляют по примеру 1, только в качестве сырья берут 100 т творожной сыворотки с рН 4,8. рН устанавливают равным 4,4 путем кратковременной выдержки в смеси с бардой в течение 20 мин. PRI me R 3. The method is carried out as in example 1, only as raw materials take 100 tons of curd whey with a pH of 4.8. The pH is adjusted to 4.4 by short exposure to a mixture with vinasse for 20 minutes.

П р и м е р 4. Способ осуществляют по примеру 1, только в качестве сырья используют подсырную сыворотку с рН 5,5. рН доводят до значения 4,6 путем выдержки ее в смеси с бардой в течение 24 ч, при этом происходит сквашивание и установление необходимого значения рН. Следует отметить, что наиболее оптимальным количеством барды, добавляемой к сыворотке для доведения рН до 4,4-4,6, является половина ее количества. Можно несколько увеличить это значение, например до 55% или уменьшить, например до 45% Однако, если вводить меньше, например 40% то сыворотка будет недостаточно обогащена биологически активными веществами барды и рН не достигнет изоэлектрической точки; если же вводить более 55% то никакого нового эффекта наблюдаться не будет. PRI me R 4. The method is carried out as in example 1, only as raw materials use cheese whey with a pH of 5.5. The pH is adjusted to a value of 4.6 by holding it in a mixture with distillery vinasse for 24 hours, whereupon it is ripened and the desired pH value is set. It should be noted that the most optimal amount of stillage added to serum to bring the pH to 4.4-4.6 is half of its amount. You can slightly increase this value, for example up to 55% or decrease, for example up to 45%. However, if you enter less, for example 40%, then the serum will not be sufficiently enriched with biologically active substances of the bard and the pH will not reach the isoelectric point; if you enter more than 55%, then no new effect will be observed.

Таким образом, предпочтительным количеством вводимой на стадии доведения рН барды является половина ее потока. рН 4,4-4,6 совпадает с изоэлектрической точкой лактозо-альбуминовой фракции белков молочной сыворотки и обеспечивает их быструю коагуляцию. Thus, the preferred amount introduced at the stage of adjusting the pH of the stillage is half of its flow. pH 4.4-4.6 coincides with the isoelectric point of the lactose-albumin fraction of whey proteins and ensures their rapid coagulation.

Таким образом, введение барды позволяет наряду с оптимизацией рН, при которой происходит коагуляция белков сыворотки, обогатить среду биологически активными веществами барды, потребляемой дрожжами в процессе спиртового брожения, в результате чего ускоряется процесс брожения в 1,5 раза по сравнению с прототипом, так как процесс идет в стерильных условиях без нарастания кислотности; использовать в качестве сырья только молочную сыворотку вторичный продукт молочного производства, снизить количество сточных вод за счет утилизации барды и получить высококачественный кормовой продукт, содержащий сухие вещества, протеин, лактозу, органические кислоты, а также улучшить качество этанола за счет чистоты брожения и обогащения его биологически активными веществами молочной сыворотки. Thus, the introduction of vinasse, in addition to optimizing the pH at which whey protein coagulates, enriches the environment with biologically active substances of vinasse, consumed by the yeast during alcohol fermentation, resulting in a 1.5-fold acceleration of the fermentation process compared to the prototype, since the process goes under sterile conditions without an increase in acidity; use only milk whey as a secondary product of milk production as a raw material, reduce the amount of wastewater by recycling vinasse and obtain a high-quality feed product containing solids, protein, lactose, organic acids, and also improve the quality of ethanol due to the purity of fermentation and its enrichment biologically active substances of whey.

Claims

METHOD FOR PRODUCING ETHYL ALCOHOL FROM MILK SERUM, which involves purifying whey from casein dust and milk fat, isolating protein, adjusting the pH in serum to the isoelectric point of the lactoalbumin fraction of proteins, separating the concentrate into two streams, one of which is sent to yeast generation and the other is introduced the mass at the stage of the main alcoholic fermentation in the logarithmic phase of the growth of yeast, distillation to obtain alcohol and stillage and distillation of alcohol, characterized in that from the resulting postalcohol the ards separate part, preferably half, and injected into whey purified from casein dust and milk fat, and adjust the pH to the isoelectric point of the lactoalbumin fraction of the proteins in the resulting mixture, the protein is extracted from whey concentrate at a given pH value, followed by mixing of the isolated proteins , casein dust and milk fat with the remainder of the stillage with obtaining the feed product.