Способ производства спирта из зернового сырья Российский патент 2023 года по МПК C12P7/06 

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к получению этилового спирта из зернового сырья.

Известен способ подготовки крахмалсодержащего сырья при производстве спирта, предусматривающий смешивание его с водой, нагревание до температуры клейстеризации и растворения крахмала, обработку полученной массы ультразвуком при температуре 90-100°С в течении 40-60 минут, осахаривание и сбраживание (Бирагова Н.Ф. Перспективные способы обработки зерна при производстве спирта // Ж. Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2003. - №1. - 17 с.).

Близким к предыдущему является способ подготовки крахмалсодержащего сырья, включающий смешивание его с водой, нагревание до температуры клейстеризации и растворения крахмала, обработку полученной массы ультразвуком с последующим осахариванием и сбраживанием полученного сусла. Перед обработкой массы ультразвуком в нее вносят ферментный препарат, содержащий α-амилазу, обработку проводят в течение 40-60 мин при 68-73°С и в течение 8-12 мин при 90-100°С, с последующим осахариванием и сбраживанием полученного сусла (Патент на изобретение №2252257 RU, МПК С12Р 7/06, опубл. 20.05.2005, бюл. №14).

Оба способа предусматривают обработку в течение 40-60 минут водно-зернового замеса в смесителе до или после внесения ферментных препаратов. К недостаткам данных способов относится продолжительная обработка.

Автор Рудик Ф.Я. с соавторами изучили различные способы обработки зерновых культур ультразвуком перед закладкой его на хранение или перед подготовкой зерна к помолу в мукомольной промышленности. Способы предусматривают процесс мойки зерна с последующей обработкой ультразвуковом с специально разработанных устройствах, подробно описанных в разработках (Патент на изобретение №208531 RU, МПК В02В 5/10, опубл. 23.12.2021, бюл. №36; Патент на изобретение №2707130 RU, МПК A01F 25/00, опубл. 25.03.2012, бюл. №33; Патент на изобретение №130519 RU, МПК В02В 1/04, опубл. 20.03.2013, бюл. №21; Патент на изобретение №126963 RU, МПК В02В 5/00, опубл. 20.04.2013, бюл. №11]. К недостаткам можно отнести дороговизну, сложность установок и длительность всего процесса (мойка, обработка, сушка).

Известен способ производства этилового спирта, предусматривающий измельчение зерна, смешивание измельченного зерна с водой и ферментным препаратом и предварительное разжижение замеса при температуре 40-45°С. Потом замес нагревают до 60-65°С и проводят последующее диспергирование водной суспензии крахмалсодержащего сырья в роторно-пульсационном аппарате. Далее полученную массу нагревают до 80-90°С и выдерживают при данной температуре в течение 20-30 минут для пастеризации. Затем проводят осахаривание массы, сбраживание сусла в течение 72 часов и перегонку бражки. (Патент на изобретение №2138555, МПК С12Р 7/06, опубл. 27.09.2009).

К недостаткам данного способа относятся высокие энерго- и теплозатраты, связанные с необходимостью измельчения зерна и подогревом замеса для его водно-тепловой обработки и пастеризации, большой расход дорогостоящих ферментных препаратов разжижающего действия, длительность процесса сбраживания.

Близким по исполнению является способ, который предусматривает ИК-обработку зерна при плотности лучистого потока 22-24 кВт/м² в течение 25-35 сек с нагревом его до температуры 130-145°С. Затем горячее зерно с температурой 130-145°С смешивают с водой, осуществляя охлаждение замеса до температуры 65-70°С. Далее замес диспергируют в роторно-пульсационном аппарате. Диспергированный замес пастеризуют при температуре 80-90°С в течение 10-15 мин. Затем проводят осахаривание массы, полученное сусло сбраживают в течение 40-48 ч и перегоняют. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс, снизить энерго- и теплозатраты и себестоимость спирта. [Патент на изобретение №2221872, МПК С12Р 7/06, опубл. 20.01.2004, бюл. №2].

Недостатки данного способа состоят в том, что ИК-обработка является очень энергоемким процессом (большее 100 кВт на 1 т зерна), поэтому ее применение затрудняет внедрение ресурсосберегающей технологии. При ИК-обработке происходит нагрев зерна до 130°С, при этом инактивируются собственные ферменты зерна. Особенно это важно при переработке ржи по низкотемпературной обработке (+60°С). После приготовления замеса его водно-тепловая обработка происходит при 90°С.

В качестве прототипа выбран способ производства спирта предусматривающий очистку зерна от металлических и сорных примесей с последующей его мойкой холодной водой и выделением из массы зерна примесей, отличающихся от него гидродинамическими свойствами. Затем зерно обеззараживают в течение 10-15 мин при температуре 15-20°С в емкости для озонирования путем подачи в нее озонированной воды. Замачивание зерна осуществляют до уровня увлажнения 37-39%, затем производят гидроизмельчение и последующий замес с использованием ферментных препаратов: α-амилазы и глюкоамилазы, далее производят водно-тепловую и ферментативную обработку зерна при температуре 60-62°С в пределах 3 часов, а полученное сусло сбраживают при температуре 28-30°С в течение 60-66 часов. Способ позволяет сократить потребление тепла и снизить потребление охлаждающей воды (Патент на изобретение №2425884 RU, МПК С12Р 7/06, опубл. 10.08.2011, Бюл. №22)

Недостатками прототипа являются высокая энергоемкость процесса, высокий расход дорогостоящих ферментных препаратов, низкое качество сусла и конечного продукта.

Технической задачей изобретения является снижение энергозатрат на осуществление помола, потерь при помоле за счет увлажнения, расхода дорогостоящих ферментных препаратов, интенсификация процесса брожения.

Поставленная задача достигается тем, что в способе производства спирта из зернового сырья, предусматривает СВЧ-обработку зернового сырья, в качестве которого используют рожь или пшеницу или тритикале, в потоке частотой 2450 МГц с нагревом его до температуры 60-70°С, с последующим смешиванием с водой температурой 10-12°С в бункере-накопителе до уровня увлажнения 28-30% и сливом воды в смеситель, подвергание увлажненного зернового сырья измельчению до степени помола 90-95%, смешивание дробленого зернового сырья с водой в смесителе при гидромодуле 1:3,0…4,5, нагревание до температуры 90°С с выдержкой в течение 15 минут, охлаждением, внесением глюкаваморина, осахариванием под вакуум-охлаждением, внесением дрожжей в количестве 10% от объема сусла, сбраживанием в течение 48-60 часов и перегонкой.

Увлажнение и обработка зерна перед помолом с использованием СВЧ волн приводит к резкому снижению прочности зерновки и уменьшению плотности зерновой массы, так как процесс нагрева зерна в заданном режиме осуществляется однородно по всему объему зерновки без перегрева поверхности. Происходит ее внутренний нагрев, возникает избыточное давление внутри каждого отдельного зерна, меняется способность зерна к дроблению: при измельчении зерна на молотковой дробилке сила, необходимая для разрушения частиц, составляет 120-130 Н, после СВЧ и обработки в 3-4 раза ниже. Также в процессе обработки происходит частичная деструктуризация крахмала, что позволяет снизить (в случае применения ржи) или исключить применение разжижающих ферментных препаратов (в случае применения тритикале или пшеницы) и повышается микробиологическая чистота сырья. Предложенный способ приводит также к интенсификации процесса брожения и его сокращения до 48 часов.

Представлена технологическая схема производства спирта из зернового сырья.

Зерно подается норией 1 с помощью винтового конвейера 2 через магнитный сепаратор 3 в бункер-накопитель 12 через устройство СВЧ-обработки частотой 2450 МГц в потоке, которое состоит из диэлектрической трубы 4, жестко установленной в трубе 5 из нержавеющей стали. Энергия электромагнитного поля сверхвысокой частоты подается от СВЧ генератора 6 по волноводу 7, отражается от короткозамкнутого волновода 8 и поступает вниз по диэлектрической трубе 4, отражается от короткозамкнутого волновода 9 и поступает в волновод 10, где поглощается балластной нагрузкой 11. Обработка зерна в потоке энергией сверхвысокой частоты осуществляется до температуры, что позволяет провести обеззараживание и активацию зерна перед поступлением в бункер-накопитель 12. Регулировать подачу и скорость потока сусла можно с помощью винтового конвейера 2.

В бункер-накопитель 12 по трубе поступает вода температурой 10-12°С для дальнейшего смешивания с зерном. После выдержки зерна до уровня увлажнения 28-30%, воду сливают через патрубок в смеситель 16, а увлажненное зерно поступает в надвесовой бункер 13, откуда с помощью винтового конвейера 14 подается на молотковую дробилку 15, где его измельчают до степени помола 90-95%. Измельченное зерно поступает в смеситель 16, где смешивается с водой при гидромодуле 1:3,0…4,5 и через контактную головку пара 17 поступает в аппарат ГДФО 18. Затем смесь поступает в варочную колонну 19 где происходит разваривание смеси, которая после поступает через теплообменник 20 в осахариватель 21 для ферментативной обработки под вакуумом. Осахаренное сусло поступает в бродильные чаны 22, куда также задают дрожжи для спиртового брожения, длительность которого составляет 48-60 часов. Отходящий углекислый газ проходит через спиртоловушку 23, где пары спирта улавливают водой и водно-спиртовую смесь сливают в сборник браги 24. Из сборника 24 с помощью насоса 25 брага поступает в подогреватель браги 26, где происходит нагрев до 70-75°С. С помощью сепаратора диоксида углерода 27 из браги удаляют остатки СО₂, которые проходят через конденсатор 29, где захваченные пары спирта осаждаются водой. Подогретая и освобожденная от сопутствующих газов брага поступает в брагоэпюрационную колонну 28, где подвергается эпюрации. Часть водно-спиртовых паров конденсируется в подогревателе браги 24 и конденсаторе 29, часть - проходит через пеноуловитель 30. Далее водно-спиртовые пары поступают в эпюрационную колонну 31, где через дефлегматор 32 и конденсатор 29 происходит отбор головных фракций, а эпюрат с концентрацией спирта 35…40% об. поступает на спиртовую колонну 33, где на верхних тарелках происходит отбор чистого спирта. С нижних тарелок спиртовой колонны водно-спиртовые пары отбирают на сивушную колонну 34, где происходит отбор сивушных масел, а остаточные пары через дефлегматор в виде флегмы возвращают на спиртовую колонну через мерник 37. Так же в конденсаторе сивушной колонны отбирают водно-спиртовую смесь и возвращают на тарелки эпюрационной колонны 31. Лютерная вода с нижних тарелок спиртовой колонны с помощью насоса 35 подается в сборник лютерной воды 36, откуда ее через мерник 38 отправляют в эпюрационную колонну с целью уменьшения потерь спирта.

Пример 1. В качестве исходного сырья использовали зерно пшеницы, имеющее влажность 14% и крахмалистость 56,3%. Пшеницу перед подачей в бункер-накопитель подвергали СВЧ обработке в потоке генератором с частотой 2450 МГц. Далее зерно смешивали с водопроводной водой температурой 10-12°С и выдерживали до уровня влажности 28-30. Далее остатки воды сливали в смеситель, а увлажненное зерно подвергали дроблению до степени помола 90-95% проход через сито в 1 мм. Смешивание дробленного зерна с водой осуществляли в смесителе, снабженным мешалкой. Для достижения конечной концентрации сухих веществ в замесе 18% гидромодуль зерно: вода, составил 1:3. Далее массу нагревали в варочном аппарате до температуры 90°С, выдерживали 15 минут, охлаждали до 57°С и задавали глюкавамарин из расчета 6,0*10⁶ ед. ГлА/т при активности фермента 200 ед/см³ и проводили осахаривание 25-30 минут, которое оценивали по йодной пробе. Далее осахаренное сусло охлаждали до температуры 22°С и вносили дрожжи в количестве 10% от объема сусла. Процесс брожения при температуре 28°С длился 48 часов. По завершении процесса проводили отгонку спирта.

Пример 2. В качестве исходного сырья применяли рожь влажностью 14,5%, крахмалистость 51,4%. Далее способ осуществляли аналогично примеру 1.

Пример 3. В качестве исходного сырья применяли тритикале влажностью 14,0%, крахмалистость 62,6%. Далее способ осуществляли аналогично примеру 1, но гидромодуль, исходя из крахмалистости, составил 1:3,5.

Предлагаемый способ, по сравнению с прототипом, позволит значительно снизить энергозатраты на 10-15% и теплозатраты на 15-25%. При этом способ не требует использования ферментных препаратов, применяемых на стадии предобработки сырья, что снизит себестоимость продукции. Одновременно ускоряется процесс сбраживания с 72 до 48-60 часов.

Изобретение относится к спиртовой промышленности. Способ производства спирта из зернового сырья предусматривает СВЧ-обработку зернового сырья, в качестве которого используют рожь, или пшеницу, или тритикале, в потоке частотой 2450 МГц с нагревом его до температуры 60-70°С, с последующим смешиванием с водой температурой 10-12°С в бункере-накопителе до уровня увлажнения 28-30% и сливом воды в смеситель, подвергание увлажненного зернового сырья измельчению до степени помола 90-95%, смешивание дробленого зернового сырья с водой в смесителе при гидромодуле 1:3,0…4,5, нагревание до температуры 90°С с выдержкой в течение 15 минут, охлаждением, внесением глюкаваморина, осахариванием под вакуум-охлаждением, внесением дрожжей в количестве 10% от объема сусла, сбраживанием в течение 48-60 часов и перегонкой. Предлагаемый способ не требует использования ферментных препаратов, применяемых на стадии предобработки сырья, а также позволяет ускорить процесс сбраживания с 72 до 48-60 часов. 1 ил., 3 пр.

Способ производства спирта из зернового сырья, предусматривающий СВЧ-обработку зернового сырья, в качестве которого используют рожь, или пшеницу, или тритикале, в потоке частотой 2450 МГц с нагревом его до температуры 60-70°С, с последующим смешиванием с водой температурой 10-12°С в бункере-накопителе до уровня увлажнения 28-30% и сливом воды в смеситель, подвергание увлажненного зернового сырья измельчению до степени помола 90-95%, смешивание дробленого зернового сырья с водой в смесителе при гидромодуле 1:3,0…4,5, нагревание до температуры 90°С с выдержкой в течение 15 минут, охлаждением, внесением глюкаваморина, осахариванием под вакуум-охлаждением, внесением дрожжей в количестве 10% от объема сусла, сбраживанием в течение 48-60 часов и перегонкой.