СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ Н-БУТИЛОВОГО СПИРТА ИЗ ТОПИНАМБУРА Российский патент 2013 года по МПК C12P7/16 

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к способу производства н-бутилового спирта из возобновляемых растительных биоресурсов. Известно, что при сбраживании различных углеводов ацетонобутиловыми бактериями синтезируются одновременно три целевых продукта, получивших общее название органические растворители: н-бутиловый спирт, ацетон и этанол, процентное соотношение которых колеблется в пределах 60:30:10. Это соотношение не является строго постоянным и может варьировать в сторону увеличения выхода того или иного продукта брожения. Наиболее ценный из органических растворителей - бутиловый спирт (н-бутанол). Н-бутанол является усовершенствованным экологически чистым биотопливом и по своим эксплуатационным свойствам ближе к неэтилированному бензину, чем традиционным видам топлива, что позволяет использовать его в качестве добавки к автомобильному топливу.

Известен способ, в результате которого за 68-72 часа брожения на мучных средах ацетонобутиловыми бактериями в культуральной жидкости накапливается 13,5-15,5 г/дм³ органических растворителей, в том числе н-бутилового спирта 9,0-10,0 г/дм³, ацетона 3,5-4,0 г/дм³ и этанола 1,0-1,5 г/дм³ (Промышленный регламент на производство растворителей: ацетона, бутанола и этанола способом брожения. ПР64-35-89, г.Ефремов, 1989).

К недостаткам известного способа производства органических растворителей относятся: недостаточно высокий выход растворителей, в частности, н-бутанола, использование ценного пищевого сырья - муки для сбраживания.

Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является повышение выхода н-бутилового спирта в 1,38 раза и сокращение продолжительности процесса брожения на 8 часов. Указанный технический результат достигается тем, что в качестве сырья для получения органических растворителей используют дешевое высокопродуктивное инулинсодержащее растительное сырье - не продовольственного ряда - топинамбур.

Способ осуществляют следующим образом. Топинамбур моют, клубни измельчают на дробилке, измельченную массу смешивают с водой из расчета 4,8% по условному крахмалу (инулину), проводят водно-тепловую обработку измельченной массы при 0,8 атм в течение 20-25 минут, охлаждают до температуры 37±2°C, затем в подготовленное сусло засевают среды ацетонобутиловых бактерий и проводят анаэробное брожение в течение 60 часов при 37°C±2°C. Количество бактериальной культуры составляет 10% от объема среды. В результате брожения получается бражка, в которой содержатся растворители, примесные соединения (органические кислоты и сухие вещества, состоящие из несброженных углеводов, протеина), кроме того, бражка содержит растворенные газы брожения - углекислый и водород. Для выделения растворителей из бражки и разделения друг от друга бражку их подвергают перегонке и ректификации.

Способ получения растворителей иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1 (по традиционному способу). Готовят мучной затор путем смешивания ржаной обдирной муки крахмалистостью 46-50% с горячей водопроводной водой из расчета 4,8% по условному крахмалу. Полученную массу разваривают в течение 60 мин и стерилизуют при 1,5 атм водяного пара в течение 1,5 ч. Далее охлаждают сусло до температуры 37±2°C и засевают ацетонобутиловыми бактериями в количестве 10% от объема сусла. Брожение проводят при температуре 37°C в течение 68-72 часа.

Пример 2 (по предлагаемому способу). Для получения органических растворителей топинамбур с содержанием сбраживаемых углеводов 18% и влаги 70% измельчают на дробилке до частиц размером не более 1 мм, затем смешивают с водой из расчета 4,8% по условному инулину, подвергают водно-тепловой обработке при 0,8 атм водяного пара в течение 25 минут. Полученное сусло охлаждают до 37±2°C, засевают ацетонобутиловыми бактериями в количестве 10% от объема сусла. Процесс брожения осуществляют при температуре 37°C в течение 60 часов.

Экспериментальные результаты представлены в таблице.

Таблица Способ Содержание растворителей, г/дм³ Содержание бутанола, % Время брожения, ч Ацетон Бутанол Этанол Сумма Традиционный 43 10,0 1,5 15,6 61,1 68 Предлагаемый 4,2 13,8 1,4 19,4 71,1 60

Как видно из таблицы, предлагаемый способ получения н-бутанола из топинамбура позволяет повысить выход н-бутилового спирта в 1,38 раза по сравнению с контролем и сократить продолжительность брожения на 8 ч.

Способ предусматривает получение н-бутилового спирта путем анаэробного сбраживания ацетонобутиловыми бактериями сусла, полученного из измельченных клубней топинамбура. Изобретение позволяет увеличить выход н-бутилового спирта, сократить время сбраживания и снизить себестоимость получаемого продукта. 2 пр., 1 табл.

Способ получения н-бутилового спирта из топинамбура, характеризующийся тем, что предусматривает измельчение клубней до частиц размером не более 1 мм, смешивание измельченной массы с водой из расчета 4,8% по инулину, проведение водно-тепловой обработки при 0,8 атм в течение 20-25 мин и охлаждение, затем полученное сусло засевают ацетонобутиловыми бактериями в количестве 10% от объема сусла и проводят анаэробное брожение в течение 60-66 ч при температуре 37±2°C, после чего полученную бражку подвергают перегонке и ректификации.