Спосіб виробництва етилового спирту з топінамбуру, Банк патентів

Винахід відноситься до спиртової промисловості, а саме способу виробництва етилового спирту. Топінамбур подрібнюють, готують з нього заміс, додають сіль сульфату кальцію та мультензимну композицію з ферментів протеолітичної дії у кількості 3,5-4,0 од. ПС на 1 г сировини та цитолітичної дії у кількості 0,2-0,5 од. ОЦС на 1 г сировини. Отриманий заміс гідролізують протягом 4-5 годин з отриманням освітленого сусла, яке потім поділяють на освітлене сусло і твердий залишок. Твердий залишок використовують для виробництва пектинопродуктів, а освітлене сусло охолоджують, асептують та зброджують протягом 24-36 годин. Отриману бражку поділяють на рідку та густу фракції, з яких густу використовують для виробництва дріжджів, а рідку переганяють з отриманням етанолу. Винахід дозволяє підвищити якість етилового спирту за рахунок зниження вмісту шкідливих летких домішок та інтенсифікувати процес зброджування завдяки збільшенню ступеня гідролізу вуглеводів топінамбуру та накопиченню в освітленому суслі значних кількостей вільних цукрів.

Винахід відноситься до спиртової промисловості, а саме способу виробництва етилового спирту з топінамбуру.

Відомий спосіб виробництва етилового спирту з топінамбуру, що включає подрібнення бульб, кислотний гідроліз в м'яких умовах (розведеною сірчаною кислотою при температурі 45°С) з одночасним асептуванням сусла, нагрівання сусла до температури 75-85°С, гомогенізацію протягом 3-4 годин, охолодження та зброджування [1].

Найбільш близьким до пропонованого є спосіб виробництва етилового спирту з топінамбуру, що передбачає подрібнення бульб топінамбуру, гідроліз подрібненої маси піддією власних інуліназ сировини, активованих введенням у середовище іонів кальцію у вигляді сульфату, асептування сусла низином, зброджування виробничими дріжджами, отриманими шляхом поетапного пересіву на середовища зі зниженням у них частки традиційного компонента, що містить крохмаль [2].

Недоліками даного способу є знижена якість етилового спирту через накопичення в бражці метанолу та інших шкідливих летких домішок, причинами яких є процеси руйнування протопектину топінамбуру, що відбуваються на стадії зброджування, а також процеси, що йдуть на стадії ректифікації при перегонці бражки, отриманої .

Крім того, спосіб характеризується тривалістю зброджування (40-48 год) та низькою ефективністю використання основної сировини.

Технічним результатом цього винаходу є підвищення якості етилового спирту, інтенсифікація процесу зброджування, підвищення ефективності використання основної сировини.

Зазначений технічний результат досягається за рахунок того, що спосіб виробництва етилового спирту з топінамбуру характеризується тим, що передбачає подрібнення бульб, приготування замісу з внесенням мультисензимної композиції з ферментів протеолітичної дії в кількості 3,5-4,0 од. ПС на 1 г сировини та цитолітичної дії у кількості 0,2-0,5 од. ОЦС на 1 г сировини, гідроліз замісу при температурі 50-55°С протягом 4-5 годин, з отриманням неосвітленого сусла, яке поділяють на освітлене сусло і твердий залишок, наступні охолодження освітленого сусла, асептування і зброджування при температурі 28-3 °С протягом 24-36 годин з отриманням бражки, яку поділяють на рідку і густу фракції, першу з яких переганяють з отриманням етилового спирту, а другу - використовують длявиробництва дріжджів, при цьому твердий залишок, отриманий при поділі неосвітленого сусла, використовують для одержання пектинопродуктів.

При розробці способів переробки топінамбуру необхідно враховувати, що основна частина пектинових речовин бульб представлена нерозчинним протопектином, що відноситься до високоетерифікованого, переклад якого розчин може відбуватися як на стадії отримання сусла, так і на стадії його зброджування. Розчинний пектин далі під дією високоактивної пектинестерази сировини гідролізується з утворенням частково або повністю деметоксильованої полігалактуронової кислоти та метилового спирту.

Отримання неосвітленого сусла, що передбачає подрібнення бульб, приготування замісу з подрібненої маси і води з додаванням до нього іонів Са +2 його гідроліз при температурах 50-55°С протягом 2-3 годин (за прототипом) практично не супроводжується руйнуванням протопектину бульб в зв'язку з короткочасністю процесу та неоптимальними температурними умовами дії ферментів, що беруть участь у деструкції протопектину.

Навпаки, в процесі зброджування неосвітленого сусла йде руйнування протопектину бульб, оскільки при температурі 30°С активність ферментів, що гідролізують протопектин вище, ніж при 50-55°С, а головне значно збільшується тривалість процесу з 2-3 години на стадії приготування сусла до 40-48 год на стадії зброджування.

Додаткові домішки, у тому числі і метанол, утворюються при перегонці бражки, отриманої при зброджуванні неосвітленого сусла, за рахунок термічних процесів, що йдуть у нерозчинних речовинах сировини (в твердій фазі бражки).

Тому основний шлях зниження домішок в етиловому спирті - зброджування та перегонка освітленого сусла.

При отриманніосвітленого сусла всі вуглеводи сировини, що потенційно зброджуються, повинні бути переведені в рідку фазу. Однак при поділі неосвітленого сусла, отриманого за режимними параметрами прототипу, в освітлене сусло переходить не більше 60-65% всіх вуглеводів сировини, що потенційно зброджуються, причому значна їх частина представлена поліфруктозанами, які безпосередньо погано незброджуються спиртовими дріжджами.

35-40% високомолекулярних фракцій поліфруктозанів і інуліну, що залишилися в твердому залишку, знаходяться в сировині у зв'язаному стані і не доступні для дії власних гідролаз сировини. Внесення в заміс мультисензимної композиції з ферментів протеолітичної дії в кількості 3,5-4,0 од. ПС на 1 г сировини та цитолітичної дії у кількості 0,2-0,5 од. ОЦС на 1 г сировини призводить до вивільнення вуглеводів, що знаходяться у зв'язаному стані, та переведення їх у рідку фазу. Водночас зазначені режими одержання замісу та його гідролізу не супроводжуються руйнуванням протопектину сировини. Після поділу неосвітленого сусла на освітлене сусло і нерозчинний залишок в останній переходить переважна більшість пектинових речовин бульб. Тому при зброджуванні освітленого сусла метанол не накопичується. Крім того, на стадії перегонки бражки, отриманої при зброджуванні освітленого сусла, також утворюється менше шкідливих летючих домішок, ніж при перегонці бражки, отриманої при зброджуванні неосвітленого сусла.

Збільшення тривалості гідролізу замісу до 4-5 годин дозволяє не тільки перевести в рідку фазу всі вуглеводи сировини, що потенційно зброджуються, але і провести їх глибокий гідроліз. Вміст вільних цукрів, що зброджуються спиртовими дріжджами, зростає до 70% сумарних вуглеводів. Як наслідок, скорочується тривалість зброджування до 24-36годин.

Підвищення ефективності використання основної сировини досягається за рахунок вироблення трьох кінцевих продуктів:

- Високоякісного етилового спирту з рідкої фракції бражки;

- дріжджів із густої фракції бражки;

- пектинопродуктів із твердого залишку.

Спосіб здійснюють наступним чином. Топінамбур миють, подрібнюють, подрібнену сировину змішують з водою, додають сіль сульфату кальцію та мультензимну композицію з ферментів протеолітичної дії у кількості 3,5-4,0 од. ПС на 1 г сировини та цитолітичної дії у кількості 0,2-0,5 од. ОЦС на 1 г сировини. Отриманий заміс гідролізують при природному середовищі рН, температурі 50-55°С протягом 4-5 годин. Отримане неосвітлене сусло поділяють на освітлене сусло та твердий залишок. Твердий залишок використовують для виробництва пектинопродуктів, а освітлене сусло охолоджують, вносять для асептування розчин низину з розрахунку 1000-2000 од. традиційного компонента, що містить крохмаль. Процес зброджування проводять протягом 24-36 годин. Отриману бражку поділяють на фракції. Рідку фракцію переганяють з одержанням етилового спирту, густу фракцію використовують для дріжджів.

Приготування виробничих дріжджів ведуть кілька етапів. На першому етапі дріжджі вирощують на стерильному солодовому суслі, на другому - середа складається з 70% солодового сусла і 30% освітленого сусла з топінамбуру, на третьому - 30% солодового сусла і 70% сусла з топінамбуру, на четвертому - насвітлен . При цьому на стадіях приготування виробничих дріжджів освітлене сусло з топінамбуру стерилізують протягом 20 хв.при 0,05 МПа.

Освітлене сусло, призначене для зброджування, асептують розчином низина, вносячи його в кількості 1000 од./100 мл сусла. Процес зброджування ведуть за 28-30°С, тривалість бродіння становить 36 годин. Отриману бражку сепарують, при цьому вона поділяється на рідку та густу фази. Густа фаза використовується для виробництва дріжджів, а рідка фаза прямує на перегонку для одержання етилового спирту.

Процес здійснюють аналогічно прикладу 1, але з тією відмінністю, що вносять мультензимну композицію ферментів протеолітичної дії в кількості 4,0 од. ПС на 1 г сировини та цитолітичної дії у кількості 0,5 од. ОЦС на 1 г сировини.

Процес здійснюють аналогічно прикладу 1, але з тією відмінністю, що гідроліз замісу проводять протягом 5 годин, а зброджування освітленого сусла - протягом 24 годин.

Пропонований спосіб порівняно з прототипом дозволяє підвищити якість етилового спирту за рахунок зниження вмісту шкідливих летких домішок, в першу чергу метанолу на 67-80%, інтенсифікувати на 30% процес зброджування через збільшення ступеня гідролізу вуглеводів топінамбуру та накопичення в освітленому колу вільних цукрів. Також спосіб дозволяє підвищити ефективність використання основної сировини, оскільки передбачає отримання трьох кінцевих продуктів: високоякісного етанолу, дріжджів та пектинопродуктів.

1. Патент Україна №2064503, 27.07.96, С12Р 7/06.

2. Патент Україна №2161652, 10.01.01, С12Р 7/06.