Способ приготовления производственных дрожжей при производстве этилового спирта

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ДРОЖЖЕЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЭТИЛОВОГО СПИРТА(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию(72) Авторы Пушкарь Александр Александрович Тананайко Татьяна Михайловна Хлиманков Дмитрий Валерьевич(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию(56) ФАРАДЖЕВА Е.Д. и др. Общая технология бродильных производств. М. Колос, 2002. - С. 120-122. ВОСТРИКОВ С.В. и др. // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2006. -2. - С. 32-33.2136746 С 1, 1999.2006138437 , 2008.996437, 1983.2072693 1, 1997.1157058 , 1985.2265662 2, 2005.(57) Способ приготовления производственных дрожжей при производстве этилового спирта, заключающийся в том, что отбирают часть производственного сусла после ферментативно-тепловой обработки или после осахаривания, добавляют ортофосфорную и/или серную кислоту до достижения значения 4,2-5,7, вводят препарат кислой протеазы в количестве 0,1-0,5 ед. ПС/г условного крахмала или 0,5-2,5 ед. ПС/г белка и препарат глюкоамилазы в количестве 7,0-10,0 ед. ГлС/г условного крахмала при использовании сусла после ферментативно-тепловой обработки или в количестве 1,0-3,0 ед. ГлС/г условного крахмала при использовании осахаренного сусла, осуществляют глубокий ферментативный гидролиз при температуре 45-55 С в течение 1,5-3,0 часов, сусло охлаждают до температуры 28-30 С, вносят маточные дрожжи и осуществляют культивирование. Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к производству пищевого этилового спирта. Известен способ культивирования дрожжей для спиртового производства, предусматривающий культивирование дрожжей в аэробных условиях на стерильной питательной среде с содержанием сахара 4-6 . Среда содержит продукт декантации послеспиртовой барды и сусло или сахарозу. В процессе культивирования ведут подпитку суслом или раствором сахарозы в продукте декантации послеспиртовой барды до содержания сахара в питательной среде 4-6 . Культивирование осуществляют до достижения концентрации 14889 1 2011.10.30 дрожжевых клеток в культуральной жидкости на каждой ступени культивирования 5001000 млн/мл, после чего культуральную жидкость последней ступени выдерживают в анаэробных условиях в течение 2-3 часов 1. Недостатками способа является то, что при культировании дрожжей используют только углеводную часть питательной среды, а полученный посевной материал имеет низкую бродильную активность, так как выращен в аэробных условиях, а также многостадийность технологического процесса. Известен способ культивирования дрожжей для спиртового производства, при котором сусло отбирается из осахаривателя, дополнительно осахаривается для обогащения азотным питанием, пастеризуется, охлаждается до 30 и подкисляется серной кислотой до 3,8-4,0. В приготовленное сернокислое дрожжевое сусло вносят засевные дрожжи до 8 от объема дрожжевого аппарата, содержимое перемешивают и охлаждают до 2223 . Размножение дрожжей длится 18-20 часов при 27-30 С 2. Недостатками способа является низкий уровень накопления аминного азота, вследствие отсутствия дополнительных источников протеолитической активности, что отрицательно влияет на уровень накопления биомассы производственных дрожжей. Наиболее близким техническим решением к предложенному изобретению является способ культивирования дрожжей для спиртового производства 3 (прототип), предусматривающий культивирование дрожжей, при котором использовали сусло, приготовленное механико-ферментативным способом водно-тепловой обработки крахмалсодержащего сырья, при этом для повышения содержания аминного азота в сусле на стадии осахаривания вносили нейтральную протеазу из расчета 3 ед. ПС/с белка, после внесения протеазы через 20 минут дрожжевое сусло подкисляли до 4,5 раствором серной кислоты и выдерживали сусло при температуре 58-60 С в течение 2 часов. Сусло пастеризовали, охлаждали, доводили разбавленной серной кислотой до 3,8-4,0, вносили дрожжи в количестве 10 от объема сусла и проводили процесс дрожжегенерации в течение 18 часов при температуре 28-30 С. Недостатками известного способа являются многостадийность технологического процесса, низкая продолжительность экспозиции препарата протеазы в зоне благоприятных температур и , отсутствие эффективного гидролиза белков сусла непосредственно в процессе дрожжегенерации вследствие инактивации препарата нейтральной протеазы. Таким образом, задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка способа приготовления производственных дрожжей при производстве этилового спирта, обеспечивающего высокий уровень накопления активной дрожжевой биомассы, позволяющей интенсифицировать процесс производства спирта, снизить его себестоимость, повысить качество и увеличить выход готового продукта. Это достигается тем, что способ приготовления производственных дрожжей при производстве этилового спирта, заключающийся в том, что отбирают часть производственного сусла после ферментативно-тепловой обработки или после осахаривания, добавляют ортофосфорную и/или серную кислоту до достижения значения 4,2-5,7, вводят препарат кислой протеазы в количестве 0,1-0,5 ед. ПС/г условного крахмала или 0,5-2,5 ед. ПС/г белка и препарат глюкоамилазы в количестве 7,0-10,0 ед. ГлС/г условного крахмала при использовании сусла после ферментативно-тепловой обработки или в количестве 1,03,0 ед. ГлС/г условного крахмала при использовании осахаренного сусла, осуществляют глубокий ферментативный гидролиз при температуре 45-55 в течение 1,5-3,0 часов,сусло охлаждают до температуры 28-30 С, вносят маточные дрожжи и осуществляют культивирование. Способ реализуется следующим образом. Очищенное от примесей крахмалсодержащее сырье измельчают на молотковой дробилке или вальцевом станке. Степень измельчения характеризуется 92-100 проходом через сито с диаметром ячейки 1 мм. Измельченное сырье и вода смешиваются в соотно 2 14889 1 2011.10.30 шении 12,3-3,5, образующийся замес поступает в смеситель, куда одновременно подают через дозатор ферментный препарат мезофильной -амилазы при расходе 2,5-4,0 ед. АС/г условного крахмала или ферментный препарат термостабильной -амилазы при расходе 0,35-0,55 ед. АС/г условного крахмала и комплексный препарат -глюканазы и ксиланазы в количестве 0,01-0,02 ед. -ГкС/г условного крахмала. В смесителе поддерживается температура 48-55 подачей на приготовление замеса теплой воды или непосредственным подогревом (рубашка, тены и т.д.). Масса в смесителе прибывает не менее 25 мин. Из смесителя замес подается насосом через контактную головку (или используется иной способ подогрева замеса) в аппарат гидродинамической и ферментативной обработки первой ступени (ГДФО-1 (аппарат гидродинамической и ферментативной обработки или ферментер-1. В контактной головке при использовании мезофильной -амилазы замес быстро нагревается до 65-75 или при использовании термостабильной -амилазы до 85-92 и поступает в ГДФО первой ступени (ферментер-1), где выдерживается в течение 120150 мин при постоянном перемешивании, осуществляемом механической мешалкой и/или рециркуляцией с помощью насоса (или другими устройствами, обеспечивающими активное перемешивание массы). Готовый замес через переливной патрубок непрерывно поступает в аппарат гидроферментативной обработки второй ступени (ферментер-2). В аппарате ГДФО второй ступени замес подогревается до 85-95 и выдерживается в непрерывном потоке при перемешивании в течение 40-120 мин. Из аппарата ГДФО второй ступени (ферментер-2) масса насосом подается в паросепаратор или непосредственно в вакуум-осахариватель, или через теплообменник в осахариватель, куда при температуре 55-60 вносится препарат глюкоамилазы при расходе 4,88,5 ед. ГлС/г условного крахмала и масса осахаривается не менее 20 мин. Часть осахаренного сусла поступает на стадию приготовления производственных дрожжей, оставшаяся часть через теплообменник - в бродильные чаны. Часть сусла, отобранную после стадии осахаривания на стадию приготовления производственных дрожжей, подвергают глубокому ферментативному гидролизу при 4,25,7, который достигают корректировкой ортофосфорной и/или серной кислотой, и температуре 45-55 с введением препарата кислой протеазы в количестве 0,1-0,5 ед. ПС/г усл. крахмала (0,5-2,5 ед. ПС/г белка) и препарата глюкоамилазы в количестве 1,0-3,0 ед. ГлС/г усл. крахмала в течение 1,5-3,0 часов. Или на стадию приготовления производственных дрожжей отбирается часть сусла после стадии ферментативно-тепловой обработки, после чего е подвергают глубокому ферментативному гидролизу при рН 4,2-5,7, который достигают корректировкой ортофосфорной и/или серной кислотой, и температуре 45-55 с введением препарата кислой протеазы в количестве 0,1-0,5 ед. ПС/г усл. крахмала (0,52,5 ед. ПС/г белка), при этом препарат глюкоамилазы вводят в количестве 7,010,0 ед. ГлС/г усл. крахмала в течение 1,5-3,0 часов. В качестве источников кислой пртеазы могут быть использованы препараты Новозим 25008, Дистицим Протацид Экстра, Альфалаза 2, -106 и др. В качестве источника глюкоамилазы - Сан Экстра Л, Глюкаваморин Г 20 Х, Дистицим Г, Диазим Х 4 и др. Затем полученное сусло, при необходимости, подкисляют ортофосфорной и/или серной кислотой до 3,8-4,6. В качестве дополнительного источника азотного питания, при необходимости, вносят карбамид или диаммоний фосфат в количестве 50-400 г/м 3, охлаждают до температуры 28-30 С, вносят маточные дрожжи и оставляют на размножение при температуре 24-28 . По достижении видимой концентрации сусла 1/2-1/3 от его начальной концентрации дрожжи считают зрелыми и передают в бродильный чан, при этом продолжительность дрожжегенерации составляет 10-15 часов, а общая продолжительность приготовления производственных дрожжей составляет 12-18 часов. 14889 1 2011.10.30 Зрелые производственные дрожжи вносят в бродильный чан в количестве 8-10 и сбраживают. В зрелых производственных дрожжах сохраняется около 60-90 от введенной протеолитической активности кислой протеазы, тем самым обеспечивается протеолиз сусла в процессе его сбраживания. Обогащение сбраживаемого сусла аминокислотами в процессе стадии сбраживания способствует наиболее полному выбраживанию сусла, интенсификации спиртового брожения и сокращению его сроков с 68-72 до 52-64 часов. Вследствие прямой ассимиляции аминокислот из среды без их дезаминирования на стадии сбраживания сокращается расход сахара, снижается образование побочных продуктов брожения, увеличение выхода этилового спирта. При этом расход кислой протеазы на все количество перерабатываемого крахмалсодержащего сырья составляет 0,008-0,05 ед. ПС/г усл. крахмала (прототип - 0,2 ед. ПС/г усл. крахмала). Применение ферментного препарата кислой протеазы в результате деструкции белка зерна приводит к образованию свободных аминокислот. Обеспечение сусла легкоассимилируемыми компонентами азотного питания (аминокислотами) ускоряет рост и интенсифицирует размножение дрожжевых клеток, повышает их бродильную активность,интенсифицирует потребление углеводов, при этом продолжительность дрожжегенерации сокращается с 18-24 до 10-15 часов. Количество дрожжевых клеток, генерация которых проведена на подготовленном обогащенном аминокислотами сусле в результате протеолиза растительного белка, увеличивается в 1,4-2,0 раза. Интенсивное потребление дрожжами углеводов способствует выводу продуктов гидролиза крахмала, ускоряет действие глюкоамилазы и усиливает глубину ферментативного расщепления полисахаридов. Кроме этого, вследствие синергетического воздействия кислой протеазы и глюкоамилазы, за счет гидролиза белковых веществ зерна увеличивается доступность к деструкции крахмальных гранул. Данный факт способствует сокращению расхода глюкоамилазы на стадии доосахаривания на 50-85 . Из полученной бражки брагоректификацией выделяют спирт. Далее приведены примеры конкретного выполнения изобретения. Пример 1 Очищенное от примесей зерно измельчают на молотковой дробилке. Степень измельчения характеризуется 93-95 проходом через сито с диаметром ячейки 1 мм. Измельченное зерновое сырье и вода смешиваются в соотношении 13, образующийся замес поступает в смеситель, куда одновременно подают через дозатор ферментный препарат Бан 480 при расходе 3,0 ед. АС/г условного крахмала и комплексный препарат Вискоферм (препарат -глюканазы и ксиланазы) в количестве 0,012 ед. -ГкС/г условного крахмала. В смесителе поддерживается температура 50-55 подачей на приготовление замеса теплой воды. Замес выдерживается 30 мин. Из смесителя замес подается насосом через контактную головку (или используется иной способ подогрева замеса) в аппарат гидродинамической и ферментативной обработки первой ступени (ГДФО-1 или ферментер-1). В контактной головке замес быстро нагревается до 70-75 , поступает в ГДФО первой ступени (ферментер-1), где выдерживается в течение 150 мин при постоянном перемешивании, осуществляемом механической мешалкой и/или рециркуляцией с помощью насоса (или другими устройствами, обеспечивающими активное перемешивание массы). Готовый замес через переливной патрубок непрерывно поступает в аппарат гидроферментативной обработки второй ступени (ферментер-2). В аппарате ГДФО второй ступени замес подогревается до 85-95 и выдерживается в непрерывном потоке при перемешивании в течение 40 минут. Из аппарата ГДФО второй ступени (ферментер-2) масса насосом подается через теплообменник в осахариватель, куда при температуре 55-60 вносится препарат Сан Экстра Л при расходе 6,5 ед. ГлС/г условного крахмала, и масса осахаривается 40 мин. 14889 1 2011.10.30 Часть осахаренного сусла поступает на стадию дрожжегенерации, оставшаяся часть через теплообменник - в бродильные чаны. На стадии приготовления производственных дрожжей осахаренное производственное сусло подвергают глубокому ферментативному гидролизу (совмещенный протеолиз и доосахаривание сусла). Производят подкисление сусла внесением ортофосфорной кислоты до 4,4-4,6 и его охлаждение до температуры 50 С. В подготовленное сусло вводят препарат кислой протеазы Альфалаза 2 в количестве 0,3 ед. ПС/г усл. крахмала(1,5 ед. ПС/г белка) и препарат глюкоамилазы Сан Экстра Л в количестве 3,0 ед. ГлС/г усл. крахмала, осуществляют гидролиз в течение 2,5 часов. Полученное сусло подкисляют ортофосфорной кислотой до рН 4,2. В качестве дополнительного источника азотного питания вносят карбамид в количестве 250 г/м 3, охлаждают до температуры 28-30 , вносят маточные дрожжи и оставляют на размножение при температуре 26-28 . По достижении видимой концентрации сусла 1/2 от его начальной концентрации дрожжи считают зрелыми и передают в бродильный чан, при этом продолжительность дрожжегенерации составляет 10-15 часов. Зрелые производственные дрожжи вносят в бродильный чан в количестве 8 и сбраживают. Продолжительность спиртового брожения 56-64 часа. Из полученной бражки брагоректификацией выделяют спирт. Пример 2 Очищенное от примесей зерно измельчают на молотковой дробилке или вальцевом станке. Степень измельчения характеризуется 94-96 проходом через сито с диаметром ячейки 1 мм. Измельченное зерновое сырье и вода смешиваются в соотношении 12,5, образующийся замес поступает в смеситель, куда одновременно подают через дозатор ферментный препарат термостабильной -амилазы Амилекс 3 Т при расходе 0,4 ед. АС/г условного крахмала и комплексный препарат Ламинекс 2 (препарат -глюканазы и ксиланазы) в количестве 0,015 ед. -ГкС/г условного крахмала. В смесителе поддерживается температура 48-53 подачей на приготовление замеса теплой воды. Замес выдерживается 40 мин. Из смесителя замес подается насосом через контактную головку (или используется иной способ подогрева замеса) в аппарат гидродинамической и ферментативной обработки первой ступени (ГДФО-1 или ферментер-1). В контактной головке при использовании замес быстро нагревается до 85-90 С поступает в ГДФО первой ступени (ферментер-1), где выдерживается в течение 120 мин при постоянном перемешивании, осуществляемом механической мешалкой и/или рециркуляцией с помощью насоса (или другими устройствами, обеспечивающими активное перемешивание массы). Готовый замес через переливной патрубок непрерывно поступает в аппарат гидроферментативной обработки второй ступени (ферментер-2). В аппарате ГДФО второй ступени замес при температуре 85-95 выдерживается в непрерывном потоке при перемешивании в течение 120 минут. Из аппарата ГДФО второй ступени (ферментер-2) масса насосом части декстринизированной массы направляется на дрожжегенерацию, а вторая часть через теплообменник в бродильный чан, куда при температуре 28-30 С вносится препарат Диазим Х 4 при расходе 7,0 ед. ГлС/г условного крахмала, при этом сусло осахаривается и сбраживается в бродильном чане. На стадии приготовления производственных дрожжей отбирают разжиженное декстринизированное сусло после стадии ферментативно-тепловой обработки и подвергают глубокому ферментативному гидролизу (совмещенный протеолиз и доосахаривание сусла). Производят подкисление сусла внесением ортофосфорной кислоты до 4,4-4,6 и его охлаждение до температуры 51-53 . В подготовленное сусло вводят препарат кислой протеазы Дистицим Протацид Экстра в количестве 0,5 ед. ПС/г усл. крахмала (2,5 ед. ПС/г 5 14889 1 2011.10.30 белка) и препарат глюкоамилазы Диазим Х 4 в количестве 10,0 ед. ГлС/г усл. крахмала,осуществляют гидролиз в течение 3,0 часов. Полученное сусло охлаждают до температуры 28-30 , вносят маточные дрожжи и оставляют на размножение при температуре 26-28 . По достижении видимой концентрации сусла 1/2 от его начальной концентрации дрожжи считают зрелыми и передают в бродильный чан, при этом продолжительность дрожжегенерации составляет 10-14 часов. Зрелые производственные дрожжи вносят в бродильный чан в количестве 10 и сбраживают. Продолжительность спиртового брожения 52-60 часов. Из полученной бражки брагоректификацией выделяют спирт. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс производства спирта, уменьшить энергопотребление, снизить его себестоимость, повысить качество и увеличить выход готового продукта. Источники информации 1. Патент РФ 2136746, МПК С 12 Р 7/06 // Бюл.23. - 10.09.1999. 2. Фараджева Е.Д. и др. Общая технология бродильных производств. - М. Колос,2002. - С. 120-122. 3. Востриков С.В. и др. // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2006.2. - С. 32-33. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6