RU2162103C1

RU2162103C1 - Method of production of ethyl alcohol from grain stock

Info

Publication number: RU2162103C1
Application number: RU2000102798/13A
Authority: RU
Inventors: Л.Н. Крикунова; Е.М. Максимова; Е.М. Мельников; Л.Ю. Орешкина
Original assignee: Московский Государственный Университет пищевых производств
Priority date: 2000-02-08
Filing date: 2000-02-08
Publication date: 2001-01-20

Abstract

FIELD: alcohol production. SUBSTANCE: grains are wetted with solution of enzyme preparations with cytolytic activity and maintained at 50-55 C for 2-4 h, after which dried to moisture content 14-15.5% and separated into two fractions: husk and endosperm. The second fraction is mixed with water and subjected to water-heat treatment and hydrolysis. Resulting must is fermented to form ripe mash, from which is isolated alcohol, and to distillery dregs husk-containing fraction is added. EFFECT: improved quality of alcohol and reduced power consumption. 3 ex

Description

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

Известен способ производства этилового спирта из зернового сырья, предусматривающий измельчение зерна без разделения на фракции, смешивание его с водой, водно-тепловую обработку замеса при 140 - 150^oC, охлаждение массы до температуры 58 - 60^oC, сбраживание и выделение спирта из зрелой бражки [1].A known method for the production of ethyl alcohol from grain raw materials, which involves grinding grain without separation into fractions, mixing it with water, heat-water mixing at 140 - 150 ^o C, cooling the mass to a temperature of 58 - 60 ^o C, fermentation and isolation of mature alcohol brews [1].

Недостатком данного способа являются низкий выход спирта и большое количество примесей в бражке. The disadvantage of this method is the low yield of alcohol and a large amount of impurities in the mash.

Известен способ производства этилового спирта из зернового сырья, предусматривающий отделение шелухи от зерна, приготовление сусла из шелушенного зерна, сбраживание сусла непрерывно-поточным способом в батарее ферментаторов с последующим получением спирта и послеспиртовой барды, добавление к последней отделенной шелухи для использования в качестве кормопродукта, часть барды до смешивания с шелухой разделяют на два потока, один из которых на стадии водно-тепловой обработки смешивают с отделенным от шелухи зерном, а другой направляют на стадию брожения в каждый ферментатор [2]. A known method for the production of ethyl alcohol from grain raw materials, providing for the separation of husk from grain, the preparation of husk from husked grain, fermentation of the wort in a continuous-flow way in a fermenter battery, followed by alcohol and post-alcohol stillage, adding to the last separated husk for use as a feed product, part bards before mixing with the husk are divided into two streams, one of which at the stage of water-heat treatment is mixed with grain separated from the husk, and the other is directed a fermentation step in each fermenter [2].

Недостатком данного способа являются сложность и трудоемкость процесса, а также вывод части крахмала из основного технологического процесса производства этанола с оделенной шелухой. The disadvantage of this method is the complexity and complexity of the process, as well as the withdrawal of part of the starch from the main technological process for the production of ethanol with dressed husk.

Наиболее близким к предлагаемому является способ производства этилового спирта из зернового сырья, предусматривающий измельчение зерна, фракционирование его на шелуху и эндосперм, водно-тепловую обработку обеих фракций. Фракцию, содержащую шелуху, нагревают при 150 - 160^oC, а затем охлаждают и гидролизуют смесью амилолитических и цитолитических ферментов, водно-тепловую обработку эндосперма проводят при 65 - 75^oC, гидролизуют амилолитическими ферментами, стерилизуют, затем эндосперм дополнительно гидролизуют (осахаривают) и сбраживают, а полученное после основного гидролиза шелухи сусло разделяют на две части: твердую и жидкую, последнюю возвращают на стадию водно-тепловой обработки и ферментативного гидролиза эндосперма, а твердую добавляют к послеспиртовой барде и используют в качестве кормового продукта [3].Closest to the proposed is a method for the production of ethyl alcohol from grain raw materials, which involves grinding grain, fractioning it into husk and endosperm, and heat and water treatment of both fractions. The husk-containing fraction is heated at 150-160 ^° C, and then it is cooled and hydrolyzed with a mixture of amylolytic and cytolytic enzymes, the endosperm is water-heat treated at 65-75 ^° C, hydrolyzed with amylolytic enzymes, sterilized, then the endosperm is additionally hydrolyzed (saccharized) and fermented, and the wort obtained after the main hydrolysis of the husk is divided into two parts: solid and liquid, the latter is returned to the stage of water-heat treatment and enzymatic hydrolysis of the endosperm, and the solid is added to the post-alcohols oh bard and used as a feed product [3].

Недостатками данного способа являются недостаточно высокое качество спирта из-за обработки фракции, содержащей шелуху, при высокой температуре с одновременными потерями части крахмала в этой фракции; большие затраты энергии из-за раздельной водно-тепловой обработки и ферментативного гидролиза фракции зерна и шелухи; сложность и трудоемкость процесса. The disadvantages of this method are the insufficiently high quality of alcohol due to the processing of the fraction containing the husk at high temperature with the simultaneous loss of part of the starch in this fraction; high energy costs due to the separate water-heat treatment and enzymatic hydrolysis of the grain and husk fractions; the complexity and complexity of the process.

Задачей данного изобретения является улучшение качества спирта, снижение энергозатрат при высоком выходе спирта. The objective of the invention is to improve the quality of alcohol, reducing energy consumption with a high yield of alcohol.

Сущность изобретения заключается в том, что по способу производства этилового спирта из зернового сырья, включающему отделение фракции, содержащей шелуху, от фракции, содержащей эндосперм, смешивание фракции эндосперма с водой, ее водно-тепловую обработку, гидролиз, сбраживание, для достижения технического результата перед отделением фракции, содержащей шелуху, от фракции, содержащей эндосперм, проводят предобработку зерна путем его увлажнения раствором ферментных препаратов цитолитического действия, отволаживания при 50 - 55^oC с последующей сушкой до влажности 14,0 - 15,5%, а фракцию, содержащую шелуху, смешивают с послеспиртовой бардой.The essence of the invention lies in the fact that according to the method for the production of ethyl alcohol from grain raw materials, comprising separating the fraction containing the husk from the fraction containing the endosperm, mixing the endosperm fraction with water, its heat and water treatment, hydrolysis, fermentation, to achieve a technical result before by separating the fraction containing the husk from the fraction containing the endosperm, the grain is pretreated by wetting it with a solution of enzyme preparations of cytolytic action, curing at 50 - 55 ^o C followed by by drying to a moisture content of 14.0 - 15.5%, and the fraction containing the husk is mixed with the post-alcohol distillery stillage.

Предобработка зерна позволяет снизить потери крахмала с отделяемой фракцией, содержащей шелуху, а следовательно, ведет к увеличению выхода спирта. Меняются структурно-механические свойства отдельных анатомических частей зерновки под действием ферментов цитолитического комплекса, ослабевает прочная связь, существующая в необработанном зерне между оболочками и алейроновым слоем, и последний при выделении не переходит во фракцию шелухи. Обработка зерна проходит в мягких условиях, максимальная температура сушки 75^oC, поэтому ухудшение качества спирта за счет термического разложения веществ зерна не происходит.Grain pretreatment reduces starch loss with a detachable fraction containing husk, and therefore leads to an increase in the yield of alcohol. The structural and mechanical properties of individual anatomical parts of the grains under the influence of enzymes of the cytolytic complex change, the strong bond existing in the untreated grain between the shells and the aleuron layer weakens, and the latter does not go into the husk fraction upon isolation. Grain processing takes place under mild conditions, the maximum drying temperature of 75 ^o C, so the deterioration of the quality of alcohol due to thermal decomposition of the substances of the grain does not occur.

Выведение из технологического процесса производства спирта фракции, содержащей шелуху, также способствует улучшению качества этанола, т.к. удаляется большая часть содержащихся в оболочках зерна пектиновых веществ - потенциальных источников образования метанола. Кроме того, уменьшаются материальные потоки в ходе производства спирта, это в свою очередь приводит к снижению энергозатрат, а также количества барды. Последнее способствует улучшению экологической обстановки на предприятии. The removal of the fraction containing husk from the technological process for the production of alcohol also helps to improve the quality of ethanol, since most of the pectin substances contained in the grain shells, potential sources of methanol formation, are removed. In addition, material flows are reduced during the production of alcohol, which in turn leads to a reduction in energy consumption, as well as the amount of stillage. The latter helps to improve the environmental situation at the enterprise.

Данное техническое решение может быть применено как в способе с водно-тепловой обработкой сырья при повышенном давлении, так и в схеме с механико-ферментативной обработкой. Для первого способа эффект выше, т.к. в этом случае за счет удаления из процесса фракции, содержащей шелуху, значительно повышается качество этанола при высоком выходе спирта, а также уменьшаются энергозатраты из-за возможности понижения температуры при водно-тепловой обработке на 20 - 30^oC без снижения выхода спирта.This technical solution can be applied both in the method with water-heat treatment of raw materials at elevated pressure, and in the scheme with mechanical-enzymatic processing. For the first method, the effect is higher, because in this case, due to the removal of the fraction containing the husk from the process, the quality of ethanol increases significantly with a high yield of alcohol, and energy costs are also reduced due to the possibility of lowering the temperature during water-heat treatment by 20-30 ^° C without reducing the yield of alcohol.

Способ осуществляется следующим образом. Зерно увлажняют раствором ферментных препаратов цитолитического действия до влажности 18 - 20%, выдерживают в течение 2 - 4 ч при температуре 50 - 55^oC. Затем зерно высушивают до влажности 14,0 -15,5%, в качестве сушильного агента используется воздух, подогретый до температуры 70 - 75^oC. Зерно разделяют на две фракции: шелуху и эндосперм. Фракцию, содержащую эндосперм, измельчают, смешивают с водой, подвергают водно-тепловой обработке при 65 - 75^oC, вводят амилолитические ферменты, осуществляя гидролиз крахмала, затем массу стерилизуют при 80 - 100^oC. Либо водно-тепловую обработку проводят под давлением при 110 - 120^oC, охлаждают до 56 - 58^oC, проводят окончательный гидролиз амилолитическими ферментами (осахаривание). Сусло охлаждают до температуры брожения, сбраживают, брожение ведут непрерывно-поточным способом. Выделяют спирт из зрелой бражки, а к послеспиртовой барде добавляют фракцию, содержащую шелуху. Последняя находится в подготовленном виде для получения кормового продукта высокой энергетической ценности.The method is as follows. The grain is moistened with a solution of enzyme preparations of cytolytic action to a moisture content of 18 - 20%, kept for 2 - 4 hours at a temperature of 50 - 55 ^o C. Then the grain is dried to a moisture content of 14.0 -15.5%, air is used as a drying agent, heated to a temperature of 70 - 75 ^o C. The grain is divided into two fractions: husk and endosperm. The fraction containing the endosperm is ground, mixed with water, subjected to water-heat treatment at 65 - 75 ^o C, amylolytic enzymes are introduced by hydrolysis of starch, then the mass is sterilized at 80 - 100 ^o C. Either the water-heat treatment is carried out under pressure at 110 - 120 ^o C, cooled to 56 - 58 ^o C, carry out the final hydrolysis of amylolytic enzymes (saccharification). The wort is cooled to a fermentation temperature, fermented, fermentation is carried out in a continuous-flow way. Alcohol is isolated from the mature mash, and a fraction containing husk is added to the post-alcohol bard. The latter is in prepared form to obtain a feed product of high energy value.

Пример 1. В качестве исходного сырья используют рожь. 100 т ржи с крахмалистостью 54% и начальной влажностью 14% увлажняют раствором ферментного препарата Ксилоглюканофоетидина П10Х в количестве 6 м³ (конечная влажность зерна составляет 18,9%), норма задачи ферментного препарата - 10 ед. активности на 1 г некрахмальных углеводов. Отволаживание проводят при температуре 50^oC в течение 3 ч, затем зерно высушивают до влажности 14%. Шелушением разделяют на две фракции: шелуху и эндосперм. Получают 15% шелухи, в которую переходит около 1,5% крахмала против 5-7% без обработки. Фракцию, содержащую эндосперм, подвергают водно-тепловой обработке при 70^oC в течение 1 часа и осуществляют ферментативный гидролиз α-амилазой в количестве 2 ед. АС/г крахмала, затем массу стерилизуют при 90^oC, охлаждают, вводят глюкоамилазу в количестве 7,5 ед. ГлС/г крахмала для окончательного гидролиза, который проводят в течение 30 мин. Сусло направляют на брожение, сбраживают, выделяют спирт, а в барду добавляют фракцию, содержащую шелуху.Example 1. As the feedstock use rye. 100 tons of rye with a starchiness of 54% and an initial moisture content of 14% are moistened with a solution of the enzyme preparation Xyloglucanofoetidine P10X in an amount of 6 m ³ (final grain moisture content is 18.9%), the norm of the task of the enzyme preparation is 10 units. activity per 1 g of non-starch carbohydrates. The smoothing is carried out at a temperature of 50 ^o C for 3 hours, then the grain is dried to a moisture content of 14%. Peeling is divided into two fractions: husk and endosperm. Get 15% of the husk, which goes about 1.5% of starch versus 5-7% without treatment. The fraction containing the endosperm is subjected to water-heat treatment at 70 ^o C for 1 hour and carry out enzymatic hydrolysis of α-amylase in an amount of 2 units. AC / g of starch, then the mass is sterilized at 90 ^o C, cooled, introduced glucoamylase in an amount of 7.5 units. HlS / g starch for the final hydrolysis, which is carried out for 30 minutes The wort is sent to fermentation, fermented, alcohol is isolated, and a fraction containing husk is added to the bard.

При этом количество метанола в отгонах бражки снижается на 40%. Выход спирта составляет 66,9 дал/т условного крахмала. At the same time, the amount of methanol in the distillates of the mash is reduced by 40%. The alcohol yield is 66.9 dal / ton of conventional starch.

Пример 2. Процесс предобработки зерна ведут по примеру 1. Однако в качестве сырья для производства спирта используют пшеницу с крахмалистостью 53% и начальной влажностью 15,0%, отволаживание проводят при температуре 55^oC в течение 2,5 ч. Зерно высушивают до влажности 15,0%. В 15%-ную фракцию шелухи переходит менее 1,5% крахмала против 3-5% без обработки.Example 2. The grain pretreatment process is carried out as in example 1. However, wheat with a starch content of 53% and an initial moisture content of 15.0% is used as a raw material for the production of alcohol, grazing is carried out at a temperature of 55 ^o C for 2.5 hours. The grain is dried to moisture 15.0%. Less than 1.5% of starch passes into the 15% husk fraction versus 3-5% without treatment.

Количество метанола в отгонах бражки снижается на 38%, выход спирта составляет 66,5 дал/т условного крахмала. The amount of methanol in the distillation of mash is reduced by 38%, the yield of alcohol is 66.5 dal / ton of conventional starch.

Пример 3. Процесс предобработки зерна ведут по примеру 1, только используют рожь влажностью 15,5%, отволаживание проводят при температуре 52^oC в течение 3,5 ч. Получение сусла осуществляют по технологии с водно-тепловой обработкой под давлением. Водно-тепловую обработку фракции, содержащей эндосперм, проводят при температуре 110^oC в течение 40 минут, затем охлаждают, вводят амилолитические ферменты, проводят гидролиз крахмала в одну стадию.Example 3. The grain pretreatment process is carried out as in example 1, they only use rye with a moisture content of 15.5%, and tearing is carried out at a temperature of 52 ^o C for 3.5 hours. Wort production is carried out according to the technology with water-heat treatment under pressure. Water-heat treatment of the fraction containing the endosperm is carried out at a temperature of 110 ^° C. for 40 minutes, then it is cooled, amylolytic enzymes are introduced, and the starch is hydrolyzed in one step.

Количество метанола в отгонах бражки снижается на 46%. Выход спирта из 1 т условного крахмала составляет в этом случае 65,3 дал. The amount of methanol in the distillation of mash is reduced by 46%. The yield of alcohol from 1 ton of conventional starch is in this case 65.3 dal.

Предлагаемый способ позволяет значительно повысить качество спирта за счет выведения из технологического процесса фракции, содержащей шелуху, а также снизить энергозатраты. При этом некрахмальные полисахариды переходят в более подготовленном виде в кормопродукт по сравнению с прототипом, а выход спирта из единицы сырья остается высоким из-за снижения потерь крахмала во фракции, содержащей шелуху. The proposed method can significantly improve the quality of alcohol by removing from the process fraction containing husk, as well as reduce energy consumption. At the same time, non-starch polysaccharides are converted into a fodder product in a more prepared form compared to the prototype, and the alcohol yield from a unit of raw material remains high due to a decrease in starch losses in the fraction containing husk.

Источники информации
1. Технология спирта. / В.Л. Яровенко, В.А.Маринченко, В.А.Смирнов и др. ; Под ред. Проф. В.Л.Яровенко. - М.: Колос, 1999. - 464 с.Sources of information
1. The technology of alcohol. / V.L. Yarovenko, V.A. Marinchenko, V.A. Smirnov and others; Ed. Prof. V.L. Yarovenko. - M .: Kolos, 1999 .-- 464 p.

2. Патент РФ N 2127760, C 12 P 7/06, 1999. 2. RF patent N 2127760, C 12 P 7/06, 1999.

3. Патент РФ N 2041950, C 12 P 7/06, 1995. 3. RF patent N 2041950, C 12 P 7/06, 1995.

Claims

A method for the production of ethyl alcohol from grain raw materials, comprising separating the fraction containing the husk from the fraction containing the endosperm, mixing the endosperm fraction with water, its heat and water treatment, hydrolysis, fermentation, characterized in that before separating the fraction containing the husk from the fraction comprising endosperm grain preprocessing performed by wetting it with a solution of enzyme preparations cytolytic actions otvolazhivaniya at 50 - 55 ^o C, followed by drying to a moisture content of 14.0 - 15.5%, and the fraction containing husks, CME ivayut with DDGS.