Технология получения этилового спирта с использованием пероксида водорода на стадии водно- 114 тепловой обработки сырья

Предпосылки применения пероксида водорода на стадии водно-тепловой обработки зернового замеса

Повсеместное распространение в спиртовой промышленности механико-ферментативной схемы разваривания зернового замеса, характеризующейся пониженными температурами обработки, серьезно обострило проблему развития микроорганизмов-контаминантов в ходе технологического процесса [5, 6]. Развитие посторонних микроорганизмов пагубно сказывается на жизнедеятельности дрожжей: снижается их бродильная активность, подавляется размножение. В результате развития микроорганизмов-контаминантов происходит повышенное накопление органических кислот, а также других метаболитов, способных повлиять на брожение или ухудшить качество этанола [1, 12].

Основное количество микроорганизмов-контаминантов попадает на производство вместе с зерном и водой [5, 6, 10, 12, 63]. Существующие в настоящее время режимы гидротермической обработки водно-зерновых замесов предусматривают в случае необходимости их стерилизацию при 105 °C в течение 30 мин, что явно недостаточно для таких грубодисперсных систем [4]. Вместе с тем на многих заводах исходя из экономических соображений температуру разваривания не поднимают выше 95 °C, в результате чего микроорганизмы-контаминанты сусла сохраняют жизнеспособность, снижается бродильная активность дрожжей, возрастают потери крахмалсодержащего сырья с несброженными углеводами.

Для предотвращения развития микроорганизмов-контаминантов в спиртовой промышленности применяются антибиотики (лактоцид, лактрол, вирджинамицин) [7-9, 15-17] и химические дезинфектанты (формалин, сернистая кислота, хлор) [1, 28]. Тем не менее в случае нарушений режимов использования антибиотиков велика вероятность появления антибиотикорезистентных штаммов микроорганизмов [20], а формалин и сернистая кислота токсичны для дрожжей [1].

Очевидно, что для эффективного снижения уровня микробной контаминации полупродуктов спиртового производства требуется вещество, обладающее широким спектром антимикробного действия, но при этом не оказывающее негативного воздействия на клетки дрожжей. Подобное сочетание трудноосуществимо, следовательно, необходимо интенсифицировать поиск иных способов решения проблемы микробной контаминации в спиртовой промышленности. Таким способом может быть применение антимикробного соединения на более ранних стадиях производства спирта, до внесения дрожжей.

Анализ научных публикаций показал, что антимикробную обработку в технологии этилового спирта проводят на стадиях подготовки сырья и брожения. В литературе отсутствовали данные о возможном проведении данной обработки на стадии разваривания.

Нами были проведены исследования по применению пероксида водорода на стадии разваривания зернового замеса для снижения микробной контаминации полупродуктов спиртового производства [173-175].

На начальном этапе работы было установлено, что пероксид водорода целесообразно добавлять на финальной стадии разваривания, когда каталаза зерна, вызывающая бурное разложение пероксида водорода и, как следствие, обильное пенообразование, полностью инактивирована в ходе предшествующей температурной обработки. Отсугствие сильного вспенивания полупродукта делает возможным промышленное применение данного способа антимикробной обработки. Кроме того, при такой схеме антимикробной обработки пероксид водорода не препятствует ферментативному гидролизу зернового замеса а-

амилазами.

Тепловую гидродинамическую и ферментативную обработку (ТГФО) проводили по двум режимам. Первый режим предложен В.Л. Яровенко с соавт. [1] и представляет собой в некотором роде классическую схему ТГФО зернового замеса. Измельченное зерно смешивали с водой температурой 50-55 °C, после чего полученный замес нагревали до температуры 70 °C и проводили тепловую гидродинамическую и ферментативную обработку (ТГФО) I ступени в течение 150 мин, ТГФО II ступени проводили при 95 °C в течение 30 мин [1]. В опытные образцы разваренной массы на II ступени ТГФО вводили пероксид водорода до концентрации 0,03; 0,05; 0,1 % в водной фазе полупродукта;

Однако практика работы спиртовых заводов выявила ряд недостатков данной схемы ТГФО: 1) повышенный расход острого пара в процессе нагрева и выдержки зернового замеса при 95 °C; 2) температура 95 °C не является оптимальной для действия а-амилазы [176].

Э.Н. Колдиным с соавт. [176] была предложена схема, оптимальная с точки зрения технологических показателей, экономии теплоресурсов и эффективности работы термостабильных ферментных препаратов, включающая смешивание помола с водой при температуре 50-55 °C, последовательный нагрев и выдержку массы при 72-75 °C в течение 90 мин, при 80-83 °C в течение 90 мин и стерилизацию при 105 °C в течение 30 мин. Данная схема была положена нами в основу второго режима ТГФО [175].

При проведении разваривания по второму режиму ТГФО использовали два контроля: первый контроль подвергали стерилизации 30 мин при 105 °C, второй контроль осахаривали непосредственно после выдержки при 83 °C. Опытные варианты вместо стерилизации обрабатывали пероксидом водорода.

Технологическая схема производства этилового спирта с проведением обеззараживания зернового замеса на стадии тепловой гидродинамической ферментативной обработки представлена на рис. 15.

Очищенное зерно поступает в молотковую дробилку 1. Далее измельченное зерно поступает в форсмеситель 6, где смешивается с ферментными препаратами и водой, поступающими из сборников 2 и 3 при помощи насосов 4 и 5 соответственно. Далее зерновой замес поступает в смеситель-предразварник 7, из которого подается плунжерным насосом 8 через контактную головку 9, в которой нагревается острым паром, в аппарат тепловой гидродинамической и ферментативной обработки (ТГФО) I ступени 12. В аппарате ТГФО I ступени замес выдерживается при постоянном перемешивании, осуществляемом механической мешалкой и рециркуляцией с помощью насоса 11, в течение заданного времени, затем подается при помощи насоса 13 через

Вола

Схема производства этилового спирта с проведением антимикробной обработки на стадии тепловой гидродинамической ферментативной обработки зернового замеса

Рис. 15. Схема производства этилового спирта с проведением антимикробной обработки на стадии тепловой гидродинамической ферментативной обработки зернового замеса

118

контактную головку 14 в аппарат ТГФО II ступени 18, где также выдерживается при постоянном перемешивании мешалкой и рециркуляцией насосом 17 в течение определенного времени. Пар в контактные головки 9 и 14 подается из коллектора острого пара 10. Из аппарата ТГФО II ступени разваренная масса насосом 19 подается в паросепаратор 20 и далее в осахариватель 23; туда же при помощи насосов 22 из сборников 21 подаются осахаривающие ферментные препараты. Готовое сусло при помощи насоса 24 через теплообменник 25 поступает в дрожжегенераторы 26 и бродильные аппараты 27. По окончании брожения зрелая бражка направляется на брагоректификацию.

Антимикробную обработку зернового замеса проводят в аппарате ТГФО II ступени раствором пероксида водорода, поступающим из сборника 15 при помощи насоса 16.

Новым в предложенной схеме является проведение антимикробной обработки зернового замеса на стадии тепловой гидродинамической ферментативной обработки посредством введения в него раствора пероксида водорода.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >