СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЗЕРНОВОГО СЫРЬЯ С ПОЛУЧЕНИЕМ ЭТАНОЛА, БЕЛКОВОГО ПРОДУКТА И ГЛЮТЕНА
METHOD OF PROCESSING GRAIN MATERIAL TO OBTAIN ETHANOL, PROTEIN PRODUCT AND GLUTEN

Изобретение относится к спиртовой промышленности.
Известен способ переработки зерна с получением этилового спирта и белкового продукта, который предусматривает освобождение зерна от шелухи, измельчение отделенного от шелухи зерна, смешивание его с жидкой фракцией, в качестве которой используют воду в смеси с бардой, тепловую обработку смеси с ферментативным гидролизом амилолитическими ферментами, стерилизацию массы, охлаждение ее, дополнительный ферментативный гидролиз - осахаривание, охлаждение до температуры брожения, сбраживание сусла с вводом в бродящую среду части барды, получение спирта и послеспиртовой барды, добавление к части последней отделенной шелухи для использования в качестве кормопродукта [Патент РФ №2127760. Способ переработки зерна с получением этилового спирта и белкового продукта. 20.03.1999].
Недостатками известного способа являются: высокая себестоимость спирта и его пониженный выход из 1 т зерна за счет вывода части крахмала из основного технологического процесса производства этанола с отделенной шелухой; сложность, трудоемкость процесса; возможность использования только для предприятий, предусматривающих сбраживание сусла непрерывно-поточным способом в батарее ферментеров, повышенный расход ферментных препаратов для гидролиза крахмала и некрахмальных полисахаридов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ переработки зерна с получением этилового спирта и белкового продукта [Патент РФ №2180921. Способ переработки зерна с получением этилового спирта и белкового продукта. 26.12.2000], включающий две стадии, на первой - полученную после шелушения зерна шелуху или сход с сита зерна после помола экстрагируют щелочным раствором при рН 10-11 в течение 40-60 мин при 50-60°C. Затем фракционируют на жидкую фракцию и нерастворимый остаток. Жидкую фракцию сепарируют и выделяют крахмально-белковый продукт, в оставшуюся жидкую фазу добавляют 10%-ный раствор HCl до рН 4,2-5,6, разделяют на сыворотку и белковую пасту, которую промывают и сушат с получением белкового продукта. На второй стадии крахмалистую фракцию зерна после шелушения или рассева замешивают с водой и вносят в нее полученные на первой стадии сыворотку и крахмально-белковый продукт. Замес подвергают водно-тепловой обработке, осахариванию. Полученное сусло сбраживают, из бражки выделяют барду и этиловый спирт.
Недостатками известного способа являются: пониженная биологическая ценность и потребительские свойства белкового продукта, полученного при переработке зерна пшеницы, высокий расход ферментов осахаривающего действия и, как следствие, высокая себестоимость спирта, а также длительность технологического процесса.
Технической задачей изобретения является разработка способа переработки зернового сырья с получением этанола, белкового продукта и глютена, позволяющего осуществить глубокую переработку основных компонентов зернового сырья с получением этанола и продуктов, обогащенных незаменимыми аминокислотами и белками, сохранить нормативные показатели выхода спирта, интенсифицировать технологический процесс, снизить энергозатраты, утилизировать послеспиртовую барду без дополнительных затрат на оборудование, организовать безотходное производство.
Для решения технической задачи изобретения предложен способ переработки зернового сырья с получением этанола, белкового продукта и глютена, характеризующийся тем, что из предварительно увлажненного зернового сырья после дробления на трехпозиционном рассеве отделяют отруби в количестве 10-25% от массы зерна и получают пшеничную муку, при этом проход через сита диаметром 0,16-0,25 мм должен составлять 85-100%, полученную муку смешивают с подогретой до 50°C водой в соотношении 1,5:1 и вносят целлюлолитический ферментный препарат «Висколаза 150Л» в дозировке 0,01% к массе целого зерна, полученный замес подвергают гомогенизации, затем суспензию подают в гидроциклон, где осуществляют ее разделение на два потока: первый поток содержит А-крахмал и пищевые волокна, второй поток - глютен, В-крахмал, пентозаны и растворимые белки, А-крахмал промывают, глютен и В-крахмал разделяют с одновременной промывкой на барабанных ситах, выделенный глютен направляют на сушку, А-крахмал соединяют с В-крахмалом, полученный замес с содержанием сухих веществ 24 мас.% разваривают и осахаривают, сусло сбраживают, из зрелой бражки сепарацией выделяют дрожжи, смешивают их с отрубями, сушат, гранулируют и используют в качестве белковой добавки к кормам, обездрожженную бражку направляют на получение этилового спирта, барду используют в качестве удобрения.
Технический результат изобретения заключается в глубокой переработке основных компонентов зерна с образованием продуктов, обогащенных протеином и аминокислотами, в интенсификации процесса производства этилового спирта, в организации безотходного производства.
Способ переработки зернового сырья с получением этанола, белкового продукта и глютена осуществляют следующим образом.
Освобожденное от примесей увлажненное зерновое сырье дробят и просеивают на трехпозиционном рассеве, отделяя отруби. При этом проход через сита диаметром 0,16-0,25 мм должен составлять 85-100%. Полученную муку смешивают с подогретой до 50°C водой в соотношении 1,5:1, вносят целлюлолитический ферментный препарат «Висколаза 150Л» в дозировке 0,01% к массе целого зерна. Ферментный препарат содержит в своем составе β глюканазу, ксиланазу и целлюлазу, обеспечивающие эффективный гидролиз некрахмальных полисахаридов: целлюлозы и гемицеллюлозы, а также оболочек и клеточных стенок сырья.
Внесение ферментного препарата обеспечивает более глубокое протекание и ускорение процесса гидролиза крахмала амилолитическими ферментами, а также дополнительное образование сбраживаемых сахаров массой более 0,2% в результате гидролиза некрахмальных углеводов. Полученный замес подвергают гомогенизации, после чего полученную суспензию в гидроциклонах разделяют на два потока. Первый поток содержит А-крахмал и пищевые волокна, второй поток содержит глютен, В-крахмал, пентозаны и растворимые белки.
А-крахмал промывают, глютен и В-крахмал разделяют с одновременной промывкой на барабанных ситах, выделенный глютен направляют на сушку, А-крахмал соединяют с В-крахмалом, полученный замес с содержанием сухих веществ 24 мас.% разваривают и осахаривают, сусло сбраживают, из зрелой бражки сепарацией выделяют дрожжи, смешивают их с отрубями, сушат, гранулируют и используют в качестве белковой добавки к кормам, обездрожженную бражку направляют на получение этилового спирта, барду используют в качестве удобрения.
Высушенный глютен представляет собой сыпучий продукт с влажностью не более 7%, содержанием белка не менее 75%, зольностью менее 1% и содержанием жира менее 1,25%.
Суспензия, полученная после смешивания А-крахмала и В-крахмала, содержит 24% сухих веществ. Крахмал в смеси частично деструктурирован, что повышает его ферментативную атакуемость и, как следствие, приводит к экономии ферментных препаратов в технологии получения этилового спирта на стадиях замеса и осахаривания.
Кроме того, сусло содержит водорастворимые фракции белка, в том числе аминокислоты, витамины, макро- и микроэлементы, что интенсифицирует процесс брожения сусла, так как дрожжи получают дополнительное азотное питание.
Гранулированная белковая добавка с влажностью 8-10%, полученная при смешивании отрубей с дрожжами, обогащена легкоусвояемым белком (содержание протеина не менее 25%).
Способ поясняется следующими примерами.
Пример 1. В качестве исходного сырья использовали пшеницу в количестве 180 т/сутки с крахмальностью 56%, влажностью 12%, содержанием белка 12,0%. Пшеницу дробят, просеивают на трехпозиционном рассеве, отделяют отруби, причем количество отрубей составляет 36 т (20%) от массы перерабатываемого зерна. Проход через сито d=0,16 мм составил 85%; проход через сито d=0,20 мм - 95%; проход через сито d=0,25 мм - 100%. Пшеничную муку в количестве 144 т смешивают с водой температурой 50°C в соотношении 1,5:1, и вносят ферментный препарат «Висколаза 150Л» с дозировкой 0,01% к массе зерна. Замес гомогенизируют. После чего на гидроциклоне разделяют на два потока.
Первый поток содержит А-крахмал и пищевые волокна, второй поток содержит глютен, В-крахмал, пентозаны и растворимые белки.
А-крахмал после гидроциклонов направляют на систему сит, где происходит его промывка. Глютен и В-крахмал разделяют с одновременной промывкой на барабанных ситах. Выделенный глютен высушивают. Выход глютена - 10% от массы перерабатываемого сырья, т. е. 18 т высушенного глютена с содержанием белка 75%, влажностью не более 7%, содержанием золы менее 1%. А-крахмал соединяют с В-крахмалом, полученный замес с содержанием сухих веществ 24 мас.% разваривают и осахаривают, сусло сбраживают, из бражки выделяют барду и этиловый спирт, полученную барду используют в качестве удобрения. Из зрелой бражки сепарацией выделяют дрожжи, смешивают их с отрубями, высушивают, гранулируют, выход белковой добавки составляет 40 т.
Разваривание осуществляли по механико-ферментативной схеме. Замес с содержанием сухих веществ 24% перекачивают в аппарат гидродинамической и ферментативной обработки первой ступени (ГДФО-1), добавляют термостабильную альфа-амилазу из расчета 1 ед амилолитической способности (АС)/т условного крахмала. Замес выдерживают при температуре 75°C в течение 1 часа. Затем массу перекачивают в аппарат гидродинамической и ферментативной обработки второй ступени (ГДФО-2), доводят температуру до 85°C и в течение 1 ч осуществляют предварительный ферментативный гидролиз. После чего массу охлаждают 58°C и направляют в осахариватель, куда вносят ферментный препарат, содержащий в своем составе глюкоамилазу в количестве 7,5 ед. ГлС/г условного крахмала, и проводят осахаривание в течение 30 мин. Сусло сбраживают в течение 48 ч, затем выделяют из бражки спирт.
Выход спирта составляет 66,4 дал/т условного крахмала.
Пример 2. Процесс переработки зерна осуществляют аналогично примеру 1, только количество отделенных отрубей составляет 18 т (10%), проход через сито диаметром 1 мм составляет 90%. При этом выход глютена составит 8% от массы перерабатываемого зерна - 14,5 т, выход белковой добавки - 37 т.
Выход спирта составляет 66,1 дал/т условного крахмала.
Пример 3. Процесс переработки зерна осуществляют аналогично примеру 1, только количество отделенных отрубей составляет 45 т (25%). При этом выход глютена составит 7% от массы перерабатываемого зерна - 12,5 т, выход белковой добавки - 38 т.
Выход спирта составляет 65,9 дал/т условного крахмала.
Как видно из примеров, предлагаемый способ дает возможность значительно снизить себестоимость этилового спирта за счет рационального использования всех компонентов основного сырья, получить дополнительно сухой глютен с содержанием белка не менее 75%, используемый в ряде пищевых производств в качестве улучшителя или компонента при производстве хлебобулочных, кондитерских, мясных изделий, майонезов, соусов и т.д., взамен импортных аналогов клейковины и соевых белков, а также получить обогащенную легкоусвояемым протеином белковую добавку, применяемую для кормовых целей.
Одновременно интенсифицируется процесс сбраживания сусла, так как в составе сырья используют крахмальное молоко (А-крахмал и В-крахмал), обогащенное сбраживаемыми сахарами, аминокислотами, витаминами, макро- и микроэлементами.
Сохраняются нормативные показатели по выходу спирта из 1 т условного крахмала за счет вывода из технологического процесса фракции зерна, препятствующего доступности крахмала, что приводит к возможности снижения температурных параметров на стадиях технологического процесса, а также за счет того, что крахмал, содержащийся в сырье для производства белкового продукта, возвращается в основную технологию этилового спирта вместе с крахмальным молоком.
Предложенный способ переработки зернового сырья с получением этанола, белкового продукта и глютена позволяет:
- осуществить глубокую переработку основных компонентов зернового сырья с получением этанола и продуктов, обогащенных незаменимыми аминокислотами и белками;
- сохранить нормативные показатели выхода спирта;
- интенсифицировать технологический процесс;
- снизить энергозатраты, утилизировать послеспиртовую барду без дополнительных затрат на оборудование;
- организовать безотходное производство.