PROCESS FOR THE TREATMENT OF STARCH OR RAW MATERIALS CONTAINING STARCH

Abstract: 1. Process for the treatment of starch or raw materials containing starch for the production of fermentable sugar solutions, in which the raw materials are crushed mechanically, are suspended with water, are hydrolyzed at a temperature of more than 100 degrees C, are gelatinized and than after cooling are enzymatically saccharified, characterized in that the saccharified suspension is cooled down by dilution to fermentation temperature or a slightly higher temperature and that the insoluble solid materials are separated thereafter before the fermentation.

Description: Verfahren zum Aufbereiten von Stärke oder stärkehaltigen Rohstoffen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbereiten von Stärke oder stärkehaltigen Rohstoffen für die Herstellung vergärbarer Zuckerlösungen, bei welchem die Rohstoffe mechanisch zerkleinert, mit Wasser aufgeschlämmt, thermisch bei 0 Temperaturen von über 100 C aufgeschlossen, insbesondere verkleistert, und anschliessend, insbesondere enzymatisch, verzuckert werden. Aus der EP-A 0 044 428 ist ein derartiges Verfahren bereits bekannt geworden, bei welchem das stärkehaltige Material (z.B. Mais, Rüben, Rohr) durch mechanische Aufbereitung (Brechen, Sieben, Sichten) in eine stärkereiche (Speichergewebe) und stärkearme (Schalen) Fraktion getrennt wird. Die Trennung erfolgt unter Ausnutzung der unterschiedlichen Festigkeit und Dichte der beiden Gewebetypen. Die stä.rkearme Fraktion kann zu Futtermitteln weiterverarbeitet werden. Anschliessend wird die stärkereiche Fraktion befeuchtet, wobei ein Wassergehalt von ca. 50 % eingestellt und thermisch aufgeschlossen wird. Der thermische Aufschluss des Zellgewebes und der Stärkekörner erfolgt unter Sattdampfbedingungen bei 110 bis 130 0C. Die aufgeschlossene Stärkefraktion wird mit 0 Wasser weiter verdünnt und bei ca. 70 C enzymatisch ver- zuckert. Die Verzuckerung erfolgt in einem Mischwerk, der Wassergehalt der Aufschlämmung beträgt hiebei 65 bis 80 %. Bei den bekannten Verfahren wurden nun bereits vor dem thermischen Aufschluss Enzyme für die Vergärung des Substrates zugesetzt und es wurde die erhaltene Aufschlammung unmittelbar einer alkoholischen Gärung unterworfen. Nachteilig bei einer solchen Verfahrensweise ist die Tatsache, dass in einem derartigen Substrat während der Gärung die Gärungsgeschwindigkeit von Verdünnungs- und Diffusionsvorgängen in der Schlempe bestimmt wird, so dass sich eine hohe Gärzeit ergibt. Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine vergärbare Zuckerlösung herzustellen, welche in wesentlich kürzerer Zeit unmittelbar im Anschluss an die Aufbereitung zu Alkohol vergoren werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, dass die verzuckerte Aufschlämmung auf Gärtemperatur oder eine geringfügig höhere Temperatur, insbesondere durch Verdünnen, abgekühlt wird, und dass die ungelösten Feststoffe, gegebenenfalls nach einer Flockung, vor dem Vergären abgetrennt werden. Durch die Abtrennung eines weiteren Teiles rückgewinnbarer Feststoffe nach der Verzuckerung lässt sich ein weiterer Rohstoff für die Futtermittelerzeugung gewinnen, sofern keine Flockung vorgenommen wurde. Für die alkoholische Gärung kann durch die Verdünnung im Anschluss an die Verzuckerung unmittelbar die erforderliche Gärungstemperatur, beispielsweise ca. 35 0C, eingestellt werden. Die Abscheidung der Feststoffe nach dem Abkühlen kann beispielsweise durch Zentrifugieren oder Filtrieren erfolgen und gegebenenfalls durch eine Flockung der Feststoffe unterstützt werden. Für die nachfolgende Alkoholgärung wird somit eine praktisch feststofffreie Lösung erhalten, so dass der Gärprozess durch inerte Feststoffe oder Adsorptionsvorgänge nicht beeinträchtigt wird. In Verbindung mit einem nachgeschalteten Gärverfahren lässt sich bei der erfindungsgemässen Verfahrensführung ein Grossteil der erhaltenen Lösungen bzw. Hilfsstoffe im Kreislauf führen, so dass sich eine besonders hohe Wirtschaftlichkeit ergibt. Die nach dem Abkühlen abgetrennten Feststoffe können gegebenenfalls zusammen mit den nicht verzuckerbaren Feststoffen der mechanischen Zerkleinerung einer Futtermittelerzeugung zugeführt werden. Insbesondere bei Herstellung eines Gärsubstrates durch Beladen von Hefe mit der auf erfindungsgemässe Weise hergestellten Zuckerlösung fällt vor dem Einbringen des Hefeschlammes in den Gärbehälter eine weitere Restzucker enthaltende Flüssigkeit an, welche erfindungsgemäss in vorteilhafter Weise für das Verdünnen der verzuckerten Aufschlämmung auf Gärtemperatur eingesetzt werden kann. Die vom Hefeschlamm abgetrennte Lösung weist in der Regel 1 bis 8 Gew.% Zucker auf und lässt sich auch an anderen Stellen eines Verfahrens zur Herstellung von Äthanol aus stärkehaltigen Rohstoffen mit Vorteil wieder einsetzen. Hiebei kann so vorgegangen werden, dass die vom Hefeschlamm vor dem Einbringen desselben in den Reaktionsraum abgetrennte, Restzucker, vorzugsweise Mengen von 1 bis 8 Gew.%, insbesondere 4 Gew.%, enthaltende Lösung, einer Aufbereitung der Zuckerlösung, insbesondere zum Verdünnen und Kühlen einer verkleisterten Stärkelösung für das Verzuckern, zum Kühlen einer verzuckerten Lösung auf Gärtemperatur oder zum Herstellen stärkehaltiger Lösung, rückgeführt wird. Es kann somit die von der flotierten Hefe abgetrennte Zuckerlösung, welche bereits Gärtemperatur aufweisen kann, in der Stärkeaufbereitung und Stärkeverzuckerung zur Gewinnung der Zuckerlösung wieder eingesetzt werden. Im besonderen kann die genannte Lösung zur Befeuchtung des Stärkematerials vor der thermischen Konditionierung eingesetzt werden. Ebenso ist es möglich, die rückgeführte Lösung zur Verdünnung der thermisch aufgeschlossenen Stärke einzusetzen. Eine derartige Verdünnung ist für die enzymatische Verzuckerung von Stärkelösungen erforderlich, wobei gleichzeitig die Abkühlung des Materials von den Temperaturen der Verkleisterung bzw. thermischen Konditionierung, welche üblicherweise bei rund 1200C liegen, auf rund 70 0C vorgenommen werden kann, wobei sich eine besonders günstige Temperatur für die enzymatische Verzuckerung ergibt. Ebenso kann die Restzucker enthaltende Lösung zur Abkühlung der verzuckerten Aufschlämmung auf Gärungstemperatur bzw. eine geringfügig über der Gärung temperatur liegende Temperatur verwendet werden, so dass ein unmittelbar im Anschluss an ein derartiges Aufbereitungsverfahren von Stärke bzw. stärkehaltigen Rohstoffen angeschlossenes Gärverfahren mit hoher Wärmerückgewinnung bzw. Energieausbeute besonders wirtschaftlich durchgeführt werden kann. Bei Verwendung dieser Lösung für das Zudosieren des Polyelektrolyten zum Hefeschlamm kann die Polyelektrolytlösung annähernd auf Gärungstemperatur erwärmt werden, so dass auch hier besonders schonende Bedingungen und damit eine hohe Gärleistung sichergestellt werden kann. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten schematischen Flussdiagramms näher erläutert. In dem Flussdiagramm, welches beispielsweise für Mais Gültigkeit hat, aber ohne nennenswerte Adaption auch für andere stärkehaltigen Rohstoffe Gültigkeit hat, folgt nach einer mechanischen Aufbereitung ein Mischen mit Wasser. Das für die Herstellung dieser Mischung erforderliche Wasser kann aus einem nachgeschalteten Gärverfahren rückgewonnen werden, wobei lediglich Austragverluste durch Frischwasser ersetzt werden müssen. Der thermische Aufschluss bzw. Verkleisterung 0 erfolgt anschliessend in einem Autoklaven bei etwa 120 C. Im Anschluss an diesen thermischen Aufschluss ist ein Verdünnen und Abkühlen für die Verzuckerung erforderlich, wobei auch hier wiederum mit Vorteil eine Restzucker enthaltende Lösung aus nachfolgenden Verfahrensstufen, beispielsweise einer Gärung, eingesetzt werden kann. Anschliessend an die Verzuckerung wird neuerlich mit Wasser gemischt und gekühlt, worauf ungelöste Feststoffe abgetrennt werden. Die ungelösten Feststoffe können zusammen mit den Schalen aus der mechanischen Aufbereitung einer Futtermittelerzeugung zugeführt werden. Das auf diese Weise erhaltene Filtrat stellt eine weitgehend reine Zuckerlösung dar, welche unmittelbar einer Vergärung unterworfen werden kann.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zum Aufbereiten von Stärke oder stärkehaltigen Rohstoffen für die Herstellung vergärbarer Zuckerlösungen, bei welchem die Rohstoffe mechanisch zerkleinert, mit Wasser aufgeschlämmt, thermisch bei Temperaturen von über 1000C aufgeschlossen, insbesondere verkleistert, und anschliessend, nach einem Kühlen, insbesondere enzymatisch, verzuckert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die verzuckerte Aufschlämmung auf Gärtemperatur oder eine geringfügig höhere Temperatur, insbesondere durch Verdünnen, abgekühlt wird und dass die ungelösten Feststoffe in an sich bekannter Weise, gegebenenfalls nach einer Flockung , vor dem Vergären abgetrennt werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennten Feststoffe, gegebenenfalls zusammen mit den nicht verzuckerbaren Reststoffen aus der mechanischen Aufbereitung, in an sich bekannter Weise einer Futtermittelerzeugung zugeführt werden. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von mit Zucker beladener Hefe als Gärsubstrat die vom Hefeschlamm vor dem Einbringen desselben in den Reaktionsraum abgetrennte Restzucker, vorzugsweise in Mengen von 1 bis 8 Gew.%, insbesondere 4 Gew.%, enthaltende Lösung einer Aufbereitung der Zuckerlösung, insbesondere für das Verdünnen und Kühlen einer verkleisterten Stärkelösung für das Verzuckern, zum Kühlen einer verzuckerten Lösung auf Gärtemperatur oder zum Herstellen stärkehaltiger Lösungen rückgeführt wird.

Inventors: CVITAS, VILIM, DIPL.-ING., FALTEJSEK, KARL, DIPL.-ING., HANKE, REINHART, DIPL.-ING., TRESO, BERTALAN
Applicants: VOEST-ALPINE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: C13K1
IPC codes: C12P19, C13K1