способ производства этилового спирта из топинамбура

Формула изобретения

Способ производства этилового спирта из топинамбура, предусматривающий измельчение клубней, гидролиз измельченной массы, охлаждение и асептирование сусла, приготовление производственных дрожжей и сбраживание сусла, отличающийся тем, что асептирование сусла проводят антибиотиком низином, а внесение его в сусло осуществляют в количестве 1000 - 2000 ед/100 мл.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к спиртовой промышленности, а именно к способу производства этилового спирта из топинамбура.

Известен способ производства этилового спирта из топинамбура, включающий кислотный гидролиз измельченной массы минеральной кислотой и сбраживание дрожжами S. cerevisiae (реферат "Получение этанола из клубней топинамбура", опубликованный в журнале РЖ "Биотехнология", выпуск 26 E, 1985, реферат 5 Е 386).

К недостаткам известного способа относится то, что при производстве спирта по описываемой технологии процесс осахаривания ведут в жестких условиях (pH 2,0; t = 124^oC), что сопровождается деградацией образовавшейся фруктозы, ведет к снижению выхода спирта из единицы сырья при одновременном ухудшении качества бражки.

Известен способ производства этилового спирта из топинамбура, включающий измельчение клубней, кислотный гидролиз в мягких условиях (разбавленной серной кислотой при температуре 45^oC) с одновременным асептированием сусла, нагрев сусла до температуры 75-85^oC, гомогенизацию в течение 3 - 4 часов, охлаждение и сбраживание (авторское свидетельство 2064503, 03.06.94. МКИ⁶ С 12 P 7/06).

К недостаткам известного способа относится его сложность и пониженное качество бражки, т.к. процесс деполимеризации полифруктозидов (гидролиз) топинамбура идет под действием минеральной кислоты и механического воздействия. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ производства этилового спирта из топинамбура, включающий измельчение клубней топинамбура, гидролиз измельченной массы под действием собственных инулиназ сырья, активированных вводом в среду ионов Ca⁺² в виде сульфата, асептирование сусла формалином, сбраживание производственными дрожжами, полученными путем поэтапного пересева на среды со снижением в них доли традиционного крахмалсодержащего компонента (патент 2144084,10.01.2000 г.).

К недостаткам известного способа относится угнетение дрожжевых клеток при асептировании сусла химическим реагентом - формалином и, как следствие, снижение эффективности сбраживания и выхода этанола из единицы сырья.

Техническим результатом настоящего изобретения является интенсификация процесса брожения и повышение выхода этанола.

Для этого в способе производства спирта из топинамбура асептирование среды ведут с использованием антибиотика низина, оказывающего бактериостатическое действие на ряд грамположительных бактерий (молочнокислые, пропионовокислые, стафилакокки, сарцины, некоторые кислотоустойчивые бактерии) и не оказывающего влияния на дрожжи. Последние не теряют жизнеспособности и способности к флокуляции.

Способ осуществляют следующим образом. Топинамбур моют, измельчают, измельченное сырье смешивают с водой, добавляют соль сульфата кальция. Измельченную массу гидролизуют под действием собственных инулиназ при естественном pH среды самого топинамбура при температуре 50-55^oC в течение 2 - 3 часов.

Производственные дрожжи готовят путем поэтапного пересева на среды со снижением в них доли традиционного крахмалсодержащего компонента.

После гидролиза сусло из топинамбура охлаждают до 22 - 24^oC, вносят для асептирования раствор низина (0,01% к объему), содержащий 1000 - 2000 ед/100 мл сусла, задают 10% от объема сусла промышленных дрожжей и направляют на брожение.

Пример 1. Для приготовления этилового спирта 77430 кг топинамбура с содержанием сбраживаемых углеводов 21% и влаги 70% измельчают на дробилке до частиц размером не более 3 мм, затем смешивают с водой в соотношении 1 : 0,5, задают 0,01% CaSO₄ от массы топинамбура. Проводят ферментативный гидролиз в течение 2 часов при 55^oC.

Для приготовления производственных дрожжей отбирают 10% гидролизата, отделяют его от твердых частиц, стерилизуют в течение 20 минут при 0,05 МПа. Первый этап выращивания производственных дрожжей ведут на стерильном солодовом сусле, второй - 70% солодового сусла и 30% гидролизата топинамбура, третий - 30% солодового сусла и 70% гидролизата топинамбура, четвертый - на гидролизате топинамбура. Концентрация полученного сусла на всех стадиях составляет 11% с.в., температура размножения - 28^oC, продолжительность 24 часа.

Приготовленные производственные дрожжи вносят в сусло из топинамбура, охлажденное до 22^oC и асептированное низином (из расчета задачи 0,01% раствора низина, содержащего 1000 ед/100 мл сусла). Засев дрожжей составляет 10% от объема сусла. Процесс брожения осуществляют при 28^oC, продолжительность процесса 40 часов, выход спирта из 1 т условного инулина топинамбура составляет 61,7 дал.

Пример 2. Процесс осуществляют аналогично примеру 1, но с тем отличием, что низин вводят из расчета 1500 ед/1000 мл сусла, а продолжительность брожения составляет 48 часов.

Выход спирта 62,3 дал из 1 т условного инулина топинамбура.

Пример 3. Процесс осуществляют аналогично примеру 1, но с тем отличием, что выращивание производственных дрожжей ведут в три стадии. Вторая и третья стадии заменены одной, составы среды - 50% солодового сусла и 50% гидролизата топинамбура.

Выход спирта 61,7 дал из 1 т условного инулина топинамбура.

Следует отметить, что в известном способе (прототипе) асептирование сусла осуществляют с использованием химического реагента - формалина, который при необходимой для поддержания микробиологической чистоты сусла концентрации (0,75% к объему сусла 4% раствора формалина) негативно влияет на спиртовые дрожжи

Применение низина в концентрациях 1000 - 2000 ед/100 мл сусла позволяет повысить в 1,3-1,5 раза выход биомассы дрожжей, снизить в 2,0-2,5 раза содержание в них мертвых клеток, использовать накопившийся в дрожжевых клетках гликоген равномерно как на энергетические цели, так и на конструктивные процессы.