УСТАНОВКА КОНСЕРВИРОВАНИЯ РАСТВОРА САХАРОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ МИКРОБНОГО ОБСЕМЕНЕНИЯ

Полезная модель предназначена для применения в биотехнологии, в частности, биотехнологического получения бутилового спирта сбраживанием сахаров, а именно в процессе получения сахаров из растительного сырья для защиты полученного раствора сахаров (2÷6)% от микробного обсеменения и развития нежелательной микрофлоры.
Известна установка для получения органических растворителей по патенту РФ №2405826, опубл. 10.12.2010, содержащая устройство для грубого помола углеводсодержащего сырья, экстрактор для отделения смолы, устройство для тонкого помола сырья, смеситель для смешивания измельченного сырья с водой, устройство для ферментолиза полученной суспензии, ферментер для сбраживания раствора сахаров, вакуум-насос, концентратор, дображиватель и устройство для разделения целевых продуктов. Установка по данному патенту является наиболее близким техническим решением и принята за прототип.
Недостатком данной установки является наличие в ней концентратора (устройства концентрирования раствора сахаров), оказывающего тепловое воздействие на окружающую среду и требующего затрат на дополнительные производственные площади.
Технической задачей настоящей полезной модели является создание установки консервирования раствора сахаров для защиты от микробного обсеменения, лишенной недостатков вышеописанной установки и обеспечивающей возможность сократить тепловое воздействие на окружающую среду и затраты на создание установки за счет введения в нее устройства дозируемой подачи этанола.
Поставленная задача решается тем, что установка консервирования раствора сахаров для защиты от микробного обсеменения, включающая последовательно соединенные устройство для измельчения сырья, экстрактор для удаления смол, устройство для ферментативного гидролиза древесины, устройство для выделения лигнина из раствора сахаров, ферментер и устройство для разделения смеси органических растворителей на фракции с выделением ацетона, этанола и бутанола, согласно полезной модели, снабжена устройством дозируемой подачи этанола, соединенным с устройством для разделения смеси органических растворителей на фракции с выделением ацетона, этанола и бутанола и с устройством для выделения лигнина из раствора сахаров.
Введение в установку устройства дозируемой подачи этанола связано со свойствами этилового спирта (этанола), обладающего мощным противомикробным действием и широко применяемого в медицине, ветеринарии, пищевой промышленности для обеззараживания и (или) предотвращения роста и развития нежелательной микрофлоры. Указанные свойства этанола, полученного в устройстве для разделения смеси органических растворителей на фракции с выделением ацетона, этанола и бутанола, используются при введении его в раствор сахаров устройства для выделения лигнина из раствора сахаров, образовавшегося в результате ферментативного гидролиза древесины.
Использование этого дополнительного устройства позволяет ввести в раствор сахаров этиловый спирт в концентрации (2÷6)%, достаточной для предотвращения роста и развития в растворе сахаров нежелательной микрофлоры и исключить использование в установке, в отличие от прототипа, затратное и влияющее на экологию устройство концентрирования раствора сахаров.
Заявляемая установка, обеспечивающая битехнологическое получение из богатого целлюлозой растительного сырья технических сахаров, предназначенных для дальнейшей микробиологической трансформации в различные продукты микробиологической промышленности поясняется схемой, состоящей из последовательно соединенных устройства 1 для измельчения сырья, экстрактора 2 для удаления смол, устройства 3 для ферментативного гидролиза древесины, устройства 4 для выделения лигнина из раствора сахаров, ферментера 5, устройства 6 для разделения смеси органических растворителей на фракции с выделением ацетона, этанола и бутанола и устройства 7 дозируемой подачи этанола, соединенного с устройством 4 для выделения лигнина из раствора сахаров и с устройством 6 для разделения смеси органических растворителей на фракции с выделением ацетона, этанола и бутанола.
Работа установки поясняется следующим. Древесина состоит в основном из целлюлозы (представляющей собой полимер глюкозы и некоторых других сахаров) и лигнина. Содержатся в древесине также смолы и камеди, обладающие антибактериальными свойствами. Для трансформации древесной целлюлозы в сахара с помощью ферментов, разрушающих целлюлозу, необходимо увеличить доступность целлюлозы молекулам ферментов. Для этого используют устройство для измельчения сырья (древесины), например, специальные мельницы, после чего, из древесины удаляют смолы с помощью экстрактора для удаления смол, которые могут мешать ферментативной трансформации целлюлозы в сахара. Измельченная обессмоленная древесина поступает в устройство для ферментативного гидролиза древесины, куда вводят также раствор ферментов, например бактерии Clostridia acetobutylicum, разрушающих целлюлозу. После завершения процесса ферментативного гидролиза, от образовавшегося раствора сахара с концентрацией ~4%, отделяют лигнин в устройстве 4, а раствор сахара концентрируют до 40-60%, чтобы предотвратить его порчу микроорганизмами, присутствующими в воздухе, в воде и древесном сырье с помощью дозировано поступающего этанола из устройства 7. Полученный сахар подают в ферментер 5, где его утилизируют (поедают) микроорганизмы - клостридии, выделяющие в качестве отходов свей жизнедеятельности этанол, бутанол, ацетон, а также углекислый газ и водород. Все эти вещества имеют своего потребителя, в частности этанол, кроме всего прочего, используют для добавления в раствор сахаров, чтобы предотвратить его порчу, что и обеспечивает заявляемая установка. Такой подход позволяет исключить устройство концентрирования раствора сахаров, и последующего его разбавления до значений, пригодных в качестве среды для роста клостридий, а также экономить энергию, производственные площади, и снизить давление на окружающую среду за счет уменьшения сброса тепла.
Полученный на установке консервирования раствора сахаров для защиты от микробного обсеменения побочный продукт - этанол дозировано подается в устройство 4, где добавляется в раствор сахаров в концентрации (2÷6)%. При более низких концентрациях этанол теряет свои консервирующие свойства, при более высоких, может подавлять рост и развитие бутанол-продуцирующих и других промышленных штаммов микроорганизмов.
В то же время, в устройстве 7, ацетон и этанол удаляются из образовавшейся смеси органических растворителей одним из известных методов, дистилляцией, например, либо по отдельности или в смеси и могут применяться, в частности, для экстракции смол из растительного сырья (устройство 2) или для других технологических целей.
Использование полезной модели позволяет длительно хранить раствор сахаров, избежать стадии концентрирования, удалять, при необходимости, излишки этанола отгонкой, сушить сахара в распылительных сушилках, в которых при сушке основного продукта, этанол испарится и может быть сконденсирован известными способами. Кроме того, использование устройства дозированной подачи этанола позволяет снизить затраты энергии для получения конечного продукта и тепловое воздействие на окружающую среду, сократить требуемые для производства единицы продукта производственные площади.