DD263302A1 - Verfahren zur erzeugung von gaerungsethanol und futterhefe - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Erzeugung von Gaerungsethanol und Futterhefe auf der Basis von Kohlenhydraten beschrieben mit dem Ziel, die Effektivitaet des diskontinuierlich oder kontinuierlich gefuehrten Gaerprozesses und der nachfolgenden Schlempeverhefung wesentlich zu verbessern. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass auf Grund des bevorzugten Abbaues der Glukose gegenueber der Fruktose durch die Gaerhefen die Nachgaerphase des Prozesses weitgehend verkuerzt und die im vergorenen Medium veerbleibende restliche Fruktose mit der Schlempe bei der biosynthetischen Futtereiweissgewinnung mit Hilfe von Wuchshefen genutzt wird.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das vorgeschlagene Verfahren ist in allen Spiritus-Futterhefefabriken, die Ethanol fermentativ mit Hilfe von Gärhefen und unter Einsatz von Kohlenhydraten vorzugsweise Melasse als C-Queile sowie Wuchshefen auf der Basis von Melasse/Melasseschlempe produzieren, anwendbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß sich die Gärzeit als wichtiger Faktor für die Produktivität einer Gärsnlage in Abhängigkeit von der Hefekonzentration weitgehend verkürzen läßt. Da es jedoch recht problematisch ist, a Wive Gärhefe in höheren Konzentrationen auf dem Wege der allgemein üblichen Züchtung bereitzustellen, ist man insbesondere bei den modernen kontinuierlichen alkoholischen Gärverfahren zum Prinzip der Heferückführung übergegangen.

Für die diskontinuierliche alkoholische Vergärung von Kohlenhydraten mit Heferückführung ist das sogenannte Melle-Boinot-Verfahren bekannt geworden, welches jedoch mit relativ niedrigen Hefekonzentrationen arbeitet und somit entsprechend lange Gärzeiten aufweist. .

Allen diesen Rückführungsverfahren ist eigen, daß die sogenannte Bodensatzhefe gänzlich oder zum hohen Prozentsatz dem .Gärprozeß wieder zugeführt wird. Da man jedoch aus volkswirtschaftlichen Gründen häufig nicht auf dieses wertvolle Eiweißfuttermittei für die Tierernährung verzichten kann, wird schon seit langem nach Wegen zur Gärzeitverkürzung bei vollem Hefeangebot für die Futterhefeerzeugung gesucht, um die Produktivität einer Gäranlage wesentlich zu verbessern. Im Patent DE-OS 2354556 wird die Produktivität der Gärbottiche durch stetigen und gezielten Sauerstoffeintrag und über spezielle Urp.wälzeinrichtungen verbessert.

Machteile des Verfahrens sind, hoher technischer und energetischer Aufwand, notwendige Wartung der Zusatzeinrichtungen, die Kohlendioxidgewinnung wird durch Sauerstoffzuführung in Frage gestellt.

Gemäß Patent DD 205450 werden durch Zusätze von Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid und andere Verbindungen die' Ethanolproduktivität im Gärmedium stimuliert.

Neben dem zusätzlichen Kostenaufwand wird bei Anwendung des Verfahrens auf mögliche negative Auswirkungen auf die Spritqualitäifür Genußzwecke und auf den nachfolgenden Prozeß der ächiempeverhefung nicht ausdrücklich hingewiesen. Im Patent Oc 2932572 wird vorgeschlagen, durch Zusatz von schaumdämpfenden Mitteln in Form eines ethanolischen Extraktes aus gemahlenem Malz und Einbau von mechanischen Mischvorrichtungan in die Gärbottiche eine Produktivitätssteigerung von Gäranlagen zu realisieren. .

Auch hierbei ist das Aufwand-Nutzen-Verhältnis nicht als günstig einzuschätzen.

Es ist insgesamt festzustellen, daß die vorgeschlagenen Verfahren zur Verkürzung der Gärzeit ohne Heferückführung mit mehr oder weniger großen Mängeln behaftet sind, indem zur Erzielung eines in der Regel bescheidenen Nutzeffektes ein relativ hoher technischer und energetischer Aufwand betrieben werden muß und nicht selten geschieht dies auf Kosten der Qualität der Endprodukte, wie Alkohol und Kohlendioxid.

Eine weitere Möglichkeit zur Steigerung der Produktivität einer Gäranlage ist im Einsatz von osmophilen Hefen zu sehen. Dies sind Hefezellen, die hohe Zuckerkonzentrationen bei wesentlich längeren Gärzeiten vergären, aber hohe Alkoholkonzentrationen im Gärmedium erzielen. ..

(Branntweinw. 118,16 [1978] 262-267 und 120, 23 [1930] 414-415 sowie Proc. Biochem. 11,2 [1976] 10-12)

Ziel der Erfindung -

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der aufgezeigten Mängel und Nachteile. Es wird daher eine technische Lösung vorgeschlagen, welche die Gärzeiten sowohl beim diskontinuierlichen als auch beim kontinuierlichen Prozeß der alkoholischen Melassevergärung wesentlich herabsetzt, indem aufgrund der bevorzugten Assimilation der Glukose durch die Gärhefen aus dem invertierten Melassezucker die Nachgärphase beträchtlich verkürzt und die restliche Fruktosezusammen mit den anderen Schlsmpeinhaltsstoffen verheft werden.

Somit wird eine Erhöhung der Produktivität von Gäranlagen, eine Verbesserung der Ökonomie der gesamten biochemischen Produktion bei kombinierter Gärung und Verhefung sowie eine Verringerung der Abwasserlast ohne Inanspruchnahme von

Investmittel erreicht. ' ' .

Die anfallende Bodensatzhefe wird dabei in voller Höhe der Volkswirtschaft für die Tierernäherung zur Verfügung gestellt und

das Kohlendioxid genutzt. ι '

Darlegung des Wesens der Erfindung

Für die Ethanol- und Hefeerzeugung aus zuckerhaltigen Substraten haben insbesondere die Disaccharide, wie z.B. Saccharose, eine große Bedeutung. Bekanntlich besteht der Melassezuckerzur Hauptsache aus Saccharose, die durch Enzyme der Hefezellen hydrolysiert, d.h. in jeweils ein Molekül Glukose und Fruktose aufgespalten und in dieser Form assimiliert wird.

Aus der Fachliteratur ist bekannt, daß die zur Sprithersteilung verwendeten Saccharomyces-Hefen von den angebotenen Hexosen die Glukose in der Regel bevorzugt verwerten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, für ein diskontinuiGriiches Zulaufverfahren der.alkohlischen Melassevergärung die Effektivität wesentlich zu verbessern. Zur Erreichung des Zieles bietet sich die Verkürzung der Gärzeit unter Umgehung einer Heferückfühiung an. Somit würde die Bodensatzhefe als wertvolles Eiweißfuttermittel der Volkswirtschaft im vollen Umfange erhalten bleiben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem aufgrund des bevorzugten Abbaues der Glukose gegenüber der Fruktose durch die Gärhefen im invertierten Melassezucker-Medium die Nachgärphase des Prozesses weitgehend verkürzt und die im Medium verbleibende Fruktose nach der Entgeisiung der alkoholhaltigen Lösung gemeinsam mit der Schlempe einer Futtereiweißgewinnung mit Hilfe von Wuchshefen zugeführt wird.

Bei Messungen im gärenden Medium wurde festgestellt, daß bereits 6 bis 8 Stunden vor Prozeßende die Glukosewerte bei etwa 2g/l stagnieren, während die Werte für die Fruktose noch mindestens 18g/l ausweisen und im Verlaufe der Nachgärphase langsam durch die Hefezellen abgebaut werden. Es wird vorgeschlagen, den Gärprozeß, der neben einer 15stündigen Zuiaufphase (Hauptgärung) noch eine 6 bis Ssiündiga Abgärphase (Nachgärung) umfaßt, zu einem Zeitpunkt, wo der Glukosewert 2 g/l erreicht, jedoch spätestens nach 19 Stunden zu beenden. Das vergegorene Medium wird in bekannter Weise in der Destillation aufgearbeitet und die entgeisterte Fermentationslösung (Schlempe) mit relativ hohem Fruktoseanteil zur weiteren Verarbeitung für die Futterhefeerzeugung bereitgestellt, wo Fruktose und andere Schlempenbestandteile unter aeroben Bedingungen abgebaut und zur Zellsubstanzsynthese genutzt werden.

Bei einer modernen Massenproduktion von Futterhefe wird das Kohlenstoffangebot der Schlempe in der Regel durch Zuführung von unsteriler Rohmelasse erhöht. Gemäß der vorgeschlagenen Verfahrensweise erfoigt hier die Anreicherung der C-Quelle mit der Fruktosa in der sterilisierten (pasteurisierten) Schlempe durch entsprechende Melassezudosierung in der Hauptgärphase, dabei wird das Infektionsrisiko beim Veihafungsprozeß wesentlich herabgesetzt.

Ein geringfügiger Abfall im Endalkoholgehalt der vergorenen Maische wird durch eine geringere Fuselölbildung, die bei der alkoholischen Gärung insbesondere in der Nachgärphase auftritt, wieder ausgeglichen.

Ausführungsbeispiele

I.Beispiel

Zu einem Gäransatz von 100 m³ Flüssigkeit, enthaltend 300kg Hefe (HTS), 2350kg Zucker (RS) und 1200kg Ethanol, werden innerhalb von 15 Stunden kontinuierlich insgesamt 40t Melasse (47% RS) zugegeben. Anschließend wird 2 Stunden nachgegoren. Die Glukosekonzentration ist dann auf einen konstanten Wert von 2g/l abgesunken. Es liegen folgende Verhältnisse vor:

Fiüssigkeitsvoiumen 128,6 m³ Hefekonzentration (HTS) · 7g/l

RS-Konzentration 18g/l

Ethanolkonzentration 9,6Voi,-%

Rohproteingehalt der Hefe 46,9%

Nach dem Destillieren wird die Schlempe in einem Marnmutfermentor ohne Zusatz von Melasse verheft. Aus einer Schlempemenge von 100m³ erhält man 1100-1200kg (HTS) Hefe mit einem Rohproteingehalt von mindestens 51%.

2. Baispiel

Zu einem Gäransatz nach Beispiel 1 werden innerhalb von 15 Stunden 55t Melasse (47% RS) zugegeben. Anschließend wird Stunden nachgegoren. Danach ist die Glukosekonzentration auf einen Wert von 2g/l abgesunken. Es liegen folgende Verhältnisse vor:

Flüssigkeitsvolumen 139,3 m³ Hefekonzentration (HTS) 7 g/l

RS-Konzenträtion 35g/l Etharolkonzeritration 9,6Vol.-%

Rohproteingehalt der Hefe 46,3%

Nach dem Destillieren wird die Schlempe ohne Zusatz von Melasse in einem Tauchstrahlfermentor verheft. Aus 100 m³ Schlempe erhält man 2850-2950kg Hefe (HTS) mit einem Rohproteingehalt von mindestens 5Ί %.

Claims (8)

1. Verfahren zur Erzeugung von Gärungsethanoi und Futterhefe auf der Basis von zuckerhaltigen Substraten, vorzugsweise Melasse, gekennzeichnet dadurch, daß durch den vorrangigen Abbau der Glukose gegenüber der Fruktose durch die Gärhefen die Gesarntgärzeit wesentlich verkürzt wird.

2. Verfahren nach Punkt 1. gekennzeichnet dadurch, daß es sowoh! bei einem diskontinuierlichen als auch bei einem kontinuierlichen Gärprozeß anwendbar ist.

3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß eine Verkürzung der Gärzeit um mindestens 20% erzielt wird.

4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß beim diskontinuierlichen Gärprozeß in der Fermentationslösung ein Endalkoholgehalt von mindestens S,5 Vol.-% und beim kontinuierlich geführten Prozeß eine solche von mindestens 9 Vol.-% erreicht wird.

5. Verfahren nach Punkt 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die gewonnene Hefemenge mindestens 12_f4kg Hefetrockensubstanz/hlW beträgt.

6. Verfahren nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß bei der Vergärung von Melassemaischen eine ungeklärte, unsterilisierte und konzentrierte Melasse zum Einsatz kommt.

7. Verfahren nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Rohproteingehalt der Bodensatzhefe mindestens 46% beträgt.

8. Verfahren nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die im Fermentorablauf enthaltene Fruktose auf Wuchshefe verarbeitet wird.