Повышение выхода этилового спирта и качества сухой барды при производстве биоэтанола из крахмального молока

ТЕХНОЛОГИЯ

УдК 662.754

Повышение выхода этилового спирта и качества сухой барды

при производстве биоэтанола из крахмального молока

М. В. Туршатов,

канд. техн. наук;

В. П. Леденев,

канд. техн. наук;

В. В. Кононенко,

канд. техн. наук;

В. А. Кривченко,

канд. техн. наук;

А. О. Соловьев;

Н. Д. Моисеева;

Л. Г. Корженко

ВНИИПБТ-

филиал ФГБУН «ФИЦ

питания и биотехнологии»

Распоряжением Правительства Российской Федерации от 18 июля 2013 г. № 1247-р утвержден план мероприятий («дорожная карта») «Развитие биотехнологий и генной инженерии» (далее — дорожная карта) [1]. Программой предусмотрено к 2020 г. использование биотоплива в объеме не менее 10 % к объему всего топлива, получаемого в РФ путем нефтепереработки. Для этого годовой объем производства биоэтанола должен составлять порядка 350-400 млн дал в год.

В настоящее время в Правительстве РФ прорабатываются поправки к федеральному закону № 171 -ФЗ от 22.11.95 г. «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции и т. д.» [2] в части производства биоэтанола. Основной из них является снятие акциза с этилового спирта, произведенного на топливные цели. Принятие этой поправки в совокупности с уже принятой дорожной картой даст толчок масштабному производству биоэтанола в России.

При этом стоимость биоэтанола, получаемого на российских заводах, должна конкурировать

с ценой зарубежных производителей, а также с ценой бензина и оксигенатов. В таких условиях для рентабельной работы предприятия себестоимость одного декалитра биоэтанола должна составлять 240-270 руб. Анализ структуры себестоимости этилового спирта, производимого из зернового сырья по однопродуктовой схеме, показывает, что средняя производственная стоимость 1 дал этанола составляет около 360 руб. Сокращение теплоэнергозатрат и водо-потребления за счет внедрения энергосберегающих технологий, а также оптимизация условно-постоянных расходов могут снизить производственную стоимость биоэтанола до 300-310 руб. за 1 дал [3, 4]. Дополнительно снизить себестоимость этилового спирта можно лишь за счет сокращения затрат на сырье, что возможно путем комплексной его переработки.

В настоящее время в условиях импортозамещения на российском рынке растет спрос на продукты глубокой переработки зерна: нативный и модифицированные крахмалы, глюкозно-фруктозные сиропы, глютен или клейковину, аминокислоты и т. д. [5]. При про-

Таблица 1

ВСР Содержание сухих веществ, % Условная крахмалистость, % Массовая доля сырого протеина, % на АСВ

Крахмальное молоко 22,5 20,1 6,2

Отруби пшеничные 89,8 17,2 16,4

ПИВО и НАПИТКИ

6 • 2016

изводстве указанных продуктов в большом количестве образуются вторичные сырьевые ресурсы (ВСР) — крахмальное молоко и отруби, реализация которых низкорентабельна, а утилизация высокозатратна. В то же время перечисленные ВСР содержат крахмал (табл. 1) и, следовательно, могут быть использованы в качестве сырья для получения биоэтанола.

На основании изложенного были проведены исследования по переработке на биоэтанол и сухие кормопродукты вторичных сырьевых ресурсов, образующихся при глубокой переработке зернового сырья.

Исследования по переработке перечисленных ВСР на этиловый спирт проводили как по отдельности, так и в смеси. Схема проведения эксперимента представлена в табл. 2.

Основные технологические показатели зрелой бражки по каждому варианту эксперимента представлены в табл. 3.

Анализ полученных данных показывает, что при сбраживании крахмального молока (опыт 1) наблюдаются отличные показатели несброженных углеводов и нерастворенного крахмала, при этом фактический выход спирта существенно ниже нормативных показателей для пшеницы.

Вероятно, это связано с большими затратами сахаров на рост биомассы дрожжей в условиях дефицита белкового и аминокислотного питания. При переработке отрубей в этанол (опыт 2) концентрация спирта в зрелой бражке составляет всего 1,5 % об. Это приведет к высоким эксплуатационным затратам на нагрев, охлаждение и перекачку полупродуктов спиртового производства, что неприемлемо в условиях ресурсосберегающих технологий.

Данные по сбраживанию сусла из крахмального молока с добавлением отрубей (опыт 3) свидетельствуют об эффективности совместной переработки ВСР от комплексной переработки сырья на биоэтанол. В данном варианте эксперимента получены наилучшие результаты по выходу спирта.

Согласно федеральному закону 171 -ФЗ в части переработки барды производство спирта разрешается

Технология

Таблица 2

Показатели

Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3

Параметры, режимы, стадии Сырье

Крахмальное молоко Отруби Крахмальное молоко

Приготовление замеса 1

Гидромодуль - 1/7

Температура, °С 65

Продолжительность, мин 30

Ферментные препараты, Л-Фера - 0,3 л/тук Л-Фера -Вискоферм 0,3 л/тук - 0,3 л/т СВ

Водно-тепловая обработка

Температура, °С 85...90

Продолжительность, мин 150

Осахаривание

Температура, °С 58...60

Продолжительность, мин 60

Ферментные препараты Сахзайм 2Х Плюс — 0,5 л/тук Олекса (кислая протеаза) - 0,1 л/т СВ

Брожение

Дрожжи Этанол Рэд

Температура, °С 32...35

Продолжительность, ч 65

Питание для дрожжей Карбамид, диаммоний фосфат

Таблица 3

Технологический показатель Значение

Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3

Отброд, °Б -0,5 1,0 -0,5

рН 4,45 5,9 4,40

Кислотность, °Д 0,35 0,1 0,3

Содержание спирта, % об. 11,4 1,5 10,8

Остаточные углеводы, г/100 см3

общие 0,21 0,51 0,35

растворимые 0,18 0,41 0,29

нерастворенный крахмал 0,02 0,09 0,05

Выход спирта, дал/тук:

фактический 65,5 65,9 66,35

нормативный (для пшеницы) 66,3 66,3 66,3

только при условии полной переработки и / или утилизации барды. Производство биоэтанола из ВСР также попадает под действие данного закона, поэтому далее был проведен анализ характеристик получаемой при переработке ВСР в биоэтанол барды с целью даль-

нейшей ее переработки в сухие кормопродукты.

В табл. 4 представлены результаты дисперсного анализа барды для каждого варианта опыта. Исследование проводили методом мокрого ситового анализа с промывкой, высушиванием и количе-

6 • 2016 ПИВО и НАПИТКИ 39

технология'

Таблица 4

Опыт 0-0,5 мм Количественная доля фракций, % 0,5-1,0 мм 1,0-1,5 мм 1,5-2,0 мм 2,0-2,5 мм Средний диаметр частиц, мм Дисперсность, мм-1

1 88,5 7,9 3,6 — — 0,57 1,75

2 9,4 21,0 32,7 23,5 13,4 1,54 0,65

3 20,5 30,5 28,4 14,5 6,1 1,28 0,78

Таблица 5

Опыт Продукт Массовая доля сырого протеина, % на АСВ Массовая доля белка по Барнштейну, % на АСВ

Барда 18,8 16,3

1 Осадок барды 36,2 32,8

Фильтрат барды 9,1 7,8

Барда 19,0 17,6

2 Осадок барды 19,2 17,5

Фильтрат барды 18,0 16,4

Барда 21,1 19,1

3 Осадок барды 21,9 19,6

Фильтрат барды 20,3 18,4

ственным определением каждой фракции.

В табл.5 приведены результаты исследований по содержанию сырого протеина и истинного белка в исследуемых образцах барды.

Данные дисперсного анализа барды, образующейся при переработке крахмального молока, показывают, что размер почти 90 % частиц дисперсной фазы барды колеблется в основном диапазоне 0-0,5 мм. Переработка такой барды в сухие кормопродукты не представляется возможной с использованием оборудования по разделению, концентрированию и сушке, применяемого в спиртовой отрасли в настоящее время, в связи с отсутствием в ней клетчатки, выступающей в качестве «носителя» для мелкодисперсных частиц барды.

Использование сушильного оборудования для мелкодисперсных продуктов в значительной мере повысит себестоимость продукции.

Содержание сырого протеина в барде в варианте опыта 1 составляет около 18,5-19,0%, что ниже показателей действующего стандарта ГОСТ 31809-2012 «Барда кормовая. Технические условия». Таким образом, можно сделать вывод, что при переработке крахмального молока на биоэтанол и кормо-

продукты выход спирта находится на уровне ниже нормативного, содержание протеина в барде не соответствует требованиям стандарта на кормопродукт, при этом переработка барды крайне затруднительна вследствие мелкодисперсности ее осадка и низкой концентрации сухих веществ.

Анализ показателей барды, образующейся при переработке отрубей (опыт 2), показал, что исследуемая барда в силу высокого содержания дисперсной фазы с достаточно крупным средним диаметром частиц, представленным в основном клетчаткой, эффективно разделяется на центрифуге. Высокое содержание дисперсной фазы также положительно сказывается на дальнейших стадиях переработки: смешивании с упаренным фильтратом и сушке. Однако содержание протеина в полученной барде также ниже показателей ГОСТ на барду кормовую, что связано с низким приростом биомассы дрожжей в ходе спиртового брожения вследствие низкой концентрации сбраживаемых сахаров.

Характеристики барды, полученной в опыте 3, показывают, что она по своим показателям близка к зерновой барде. Анализ дисперсного состава свидетельствует об

эффективности процесса разделения на центрифуге, а получаемый фильтрат соответствует требованиям для эффективного концентрирования на вакуум-выпарной установке. Содержание протеина в барде также находится в пределах требований ГОСТ 31809-2012 на сухую барду.

На основании проведенных исследований можно сделать вывод о том, что оптимальным способом получения биоэтанола и сухих кормо-продуктов из ВСР от комплексной переработки зерна является переработка крахмального молока с добавлением 10% отрубей. Для данного сырья разработана аппаратурно-технологическая схема, включающая приемку, смешивание, водно-тепловую и ферментативную обработку, дрожжегенерацию, сбраживание, брагоректификацию, переработку барды (разделение, сушка, вакуум-упаривание).

ЛИТЕРАТУРА

1. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 18 июля 2013 г. № 1247-р «Об утверждении плана мероприятий («дорожной карты») «Развитие биотехнологий и генной инженерии».

2. Федеральный закон № 171-ФЗ от 22.11.95 г. «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции и об ограничении потребления (распития) алкогольной продукции» (с последующими редакциями № 18-ФЗ от 07.01.1999 г., № 102-ФЗ от 21.07.2005 г., № 301-Ф3 от 01.12.2007 г., № 279-ФЗ от 25.12.2008 г., № Збб-ФЗ от 27.12.2009 г.).

3. Туршатов, М. В. Технико-экономические аспекты получения спирта из вторичных сырьевых ресурсов, образуемых при комплексной переработке пшеницы / М. В. Туршатов [и др.] // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2015. — № 1. — С. 33-35.

4. Леденев, В. П. Российский биоэтанол и комплексная переработка сырья — актуальная реальность / В. П. Леденев,

B. А. Поляков //Ликероводочное производство и виноделие. — 2006. — № 11. —

C. 6.

5. Римарева, Л. В. Биологические аспекты переработки растительного сырья на топливныйбиоэтанол / Л. ВРимаре-ва // Производство спирта и ликеро-водочных изделий. — 2007. — № 3. — С. 4-5, 45. &

40 ПИВО и НАПИТКИ 6 • 2016

Повышение выхода этилового спирта и качества сухой барды при производстве биоэтанола из крахмального молока

Ключевые слова

барда; биоэтанол; вторичные сырьевые ресурсы (ВСР); крахмальное молоко; кормопродукты; отруби; протеин.

Реферат

В настоящее время для России производство биоэтанола — это актуальная и приоритетная задача. Один из основных критериев производства биоэтанола — его низкая производственная стоимость. Анализ структуры себестоимости биоэтанола показывает, что достичь конкурентной цены можно лишь при переработке вторичных сырьевых ресурсов (ВСР) от комплексной переработки зерна на такие продукты, как крахмал, глютен, глюкозно-фруктозные сиропы, аминокислоты и др. В статье приведены результаты исследования по переработке в биоэтанол и сухие кормопродукты крахмального молока и отрубей — основных ВСР, образующихся при глубокой переработке зернового сырья. Так, при переработке крахмального молока наблюдаются отличные показатели зрелой бражки по несброженным углеводам и не-растворенному крахмалу. Однако выход спирта при этом составляет 65,5 дал на 1т условного крахмала, что на 0,8 дал ниже нормативного. Вероятно, это связано с большими тратами сахаров на рост биомассы дрожжей в условиях дефицита белкового и аминокислотного питания. При этом содержание протеина в барде ниже требований действующих стандартов. Кроме того, в образующейся барде практически отсутствуют взвешенные вещества, что усложняет ее переработку в сухие продукты. При переработке отрубей в биоэтанол концентрация спирта в зрелой бражке составляет всего 1,5% об., что может привести к высоким эксплуатационным затратам и неприемлемо в условиях ресурсосберегающих технологий. Наилучшие результаты по выходу спирта (66,35 дал) дала переработка крахмального молока с добавлением 10% отрубей. Характеристики барды, полученной при переработке в биоэтанол такой смеси ВСР, свидетельствуют о том, что она близка к зерновой. Анализ дисперсного состава показал эффективность процесса разделения на центрифуге, а получаемый фильтрат соответствовал требованиям для эффективного концентрирования на вакуум-выпарной установке. Содержание протеина в барде также находится в пределах требований ГОСТ 31809-2012 на сухую барду и составляет 21-22%.

Авторы

Туршатов Михаил Владимирович, канд. техн. наук; Леденев Владимир Павлович, канд. техн. наук; Кононенко Валентин Васильевич, канд. техн. наук; Кривченко Вера Александровна, канд. техн. наук; Соловьев Александр Олегович; Моисеева Надежда Дмитриевна; Корженко Людмила Григорьевна ВНИИПБТ—

филиал ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии», 111033, Москва, ул. Самокатная, д. 4б, lab78@mail.ru

Increasing the Ethanol Yield

and Dry Stillage Quality in the Production

of Bioethanol of Starch Milk

Key words

bard; bioethanol; secondaiy raw materials (SRM); starch milk; feedstuff; bran; protein.

Abstract

Currently, production of bioethanol is a topical and a priority objectivefor Russia. One of the main criteria for the bioethanol production is its low manufacturing cost. Analysis bioethanol cost structure shows that competitive prices can reach only the processing secondary raw materials (SRM) of complex processing grain products such as starch, gluten, glucose-fructose syrups, amino acids and other. The results of the study on processing into bioethanol and dry feedingstuffs starch milk and bran — the main SRM formed in the deep processing of raw grain. So the processing of the starch milk is observed excellent performance the mature mash on the unfermented carbohydrates and undissolved starch. However, the yield of alcohol in this case is just 65.5 dal per tonne of conditional starch, which is 0.8 dal below the standard. Perhaps this is due to spend more sugars on the growth of yeast biomass in conditions of deficiency of protein and amino acid nutrition. In this case the protein content in the vinasse below the requirements of existing standards. Moreover, in the produced vinasse practically no suspended matter, this greatly complicates its processing into dry products. During the processing of bran in bioethanol concentration of alcohol in mature mash is only 1.5 vol. %, which will lead to high maintenance and unacceptably in a resource-saving technology. The best results for alcohol yield (66.35 dal) were obtained by processing starch milk supplemented with 10% bran. Characteristics vinasse obtained by processing in bioethanol such a mixture SRM indicates that it is on the parameters close to the grain. Analysis of the particulate composition demonstrates the effectiveness of the separation process in a centrifuge, and the filtrate obtained meets the requirements for the effective concentration at the vacuum evaporation installation. Protein content of the vinasse is well within the requirements of GOST 31809-2012 dry vinasse and was 21-22%.

Authors

Turshatov Mikhail Vladimirovich,

Candidate of Technical Science;

Ledenyov Vladimir FOvlovich,

Candidate of Technical Science;

Kononenko Valentin Vasilyevich,

Candidate of Technical Science;

Knvchenko Vera Alexandrovna,

Candidate of Technical Science;

Solovyov Alexandr Olegovich;

Moiseeva Nadezhda Dmitrievna;

Korzhenko Lyudmila Grigoryevna

ARRIFB—branch «FRC of Nutrition and Biotechnology»,

4b Samokatnaya St., Moscow, 111033, Russia,

lab78@mail.ru

ТЕХНОЛОГИЯ J

Конкурс «ГрандЭтикет-2017» на международной выставке индустрии напитков Beviale Moscow 2017

В конце ноября в пресс-центре информационного агентства «Интерфакс» состоялась пресс-конференция, посвященная презентации 2-й Международной выставки индустрии производства, упаковки и этике-тирования напитков Beviale Moscow 2017 и 12-го международного конкурса на лучшую этикетку «ГрандЭтикет-2017», который 2-й раз пройдет в рамках выставки.

В пресс-конференции приняли участие руководитель дирекции зарубежных выставок компаний NuernbergMesse г-н Маркус Ретц, президент российского «Союза ячменя, солода, хмеля и пиво-безалкогольной продукции» Александр Мордовин, управляющий «Союза независимых пивоваров Германии» Роланд Демляйтнер, генеральный директор Национальной конфедерации упаковщиков Александр Бойко, представители структур исполнительной власти РФ.

Первая выставка Beviale Moscow состоялась осенью 2015 г. В сложнейших условиях санкционного давлении на Россию и осложнения экономической ситуации в стране немецкая выставочная компания NuernbergMesse организовала и с успехом провела в России новую специализированную выставку с участием 116 экспонентов из 18 стран. Уже тогда выставку поддержали Национальная конфедерация упаковщиков, журнал «Тара и упаковка» и ряд других отраслевых изданий.

В 2015 г. журнал «Тара и упаковка» при поддержке Национальной конфедерации упаковщиков и дирекции выставки успешно провел 11-й международный конкурс «ГрандЭтикет-2015». На выставке состоялось награждение победителей конкурса, была организована выставка этикеток — победителей конкурса.

В ходе пресс-конференции Александр Бойко рассказал журналистам о целях и задачах конкурса «ГрандЭтикет-2017» — это повышение конкурентоспособности российских напитков, расширение экспортных возможностей российских предпринимателей, работающих в данном сегменте рыночной экономики.

В 2017 г. выставка пройдет в МВЦ «Крокус Экспо» с 28 февраля по 2 марта. Тематика проекта включает всю производственную цепочку индустрии напитков, от поставок сырья и производства, упаковки и этикетирования до организации сбыта. Как и в прошлый раз, выставку сопровождает масштабная деловая программа с участием ведущих российских и немецких экспертов отрасли.

Г

6 • 2016

ПИВО и НАПИТКИ 41