201971. lajstromszámú szabadalom • Eljárás etanol előállítására melasz fermentálásával
HU 201971 A A találmány tárgya eljárás etanol előállítására szénhidráttartalmú szubsztrátum fermentorban történő fermentálásával, amelynek során a fermentorból folyamatosan fermentációs folyadék áramot vezetünk el, amelyből centrifugálással élesztőben dús áramot választunk le, ezért a fermentorba visszavezetjük és a lényegében élesztőmentes áramot egy első desztillációs lépésben etanolban gazdag fejtermékre és a visszamaradó folyékony fenéktermékre választjuk szét, amelynek egy részét a fermentorba visszavezetjük és a fennmaradó részt egy második desztillációs lépésben a maradék etanol kihajtásával lényegében etanolmentes koncentrált cefrévé alakítjuk. A folyamatos cefre és élesztő visszavezetéssel működő ismert eljárás (4 358 536. számú US szabadalmi leírás) egyik lényeges előnye az alacsony víz- és energiaigény, amely a melléktermékként kapott cefre bepárlásához szükséges. Ha a szokásos fermentálás során nyersanyagként például nádcukor melaszt alkalmazunk, nem fermentálható anyag formájában legfeljebb mintegy 10 tömeg% szárazanyag (DS) tartalmú cefre nyerhető, míg az említett folyamatos visszavezetés esetén a második desztillációs lépésben kapott cefre DS-tartalma 22-25 tömeg%, a fermentorban található anyag DS-tartalma mintegy 15 tömeg%. Elméletileg a cefre végső DS-tartalma tovább növelhető és ezáltal a bepárlásához szükséges energia tovább csökkenthető a vízbevezetés egyszerű csökkentésével és az első desztillációs lépésben nyert intermedierek cefre visszavezetési arányának növelésével. Az ismert folyamatos visszavezetési eljárásnál a vízbevezetés minimális mennyisége két lényeges kritériumtól függ. Az egyik feltétel abból adódik, hogy a nyersanyagban levő nem fermentálható anyagok egy része, amelynek koncentrációja csökkenő vízbevezetés esetén növekszik, ozmotikus hatású oldott sókat és molekulárisán oldott anyagokat tartalmaz. Ha az ozmotikus hatású anyagok koncentrációja a fermentációs folyadékban túllép egy bizonyos határt, az élesztő növekedésének üteme alacsonyabb lesz, mint az élő élesztősejtek pusztulási üteme. Az etanolkitermelés az aktív élesztősejtek számának csökkenése miatt, valamint a még aktív élesztősejtek etanoltermelő képességének csökkenése miatt visszaesik. A vízbevezetés mértékét meghatározó második tényező a rendszer áramlási képességeiből ered. Mérsékelt mennyiségű ozmotikus hatású oldott anyagot tartalmazó szemcsés nyersanyag fermentálása esetén például a vízbevezetés minimális mennyiségét átalában nem az oldható anyagok mennyisége, hanem a rendszer fluiditásának biztosítása érdekében az oldhatatlan anyagok maximális mennyisége határozza meg. Bizonyos cukornyersanyagok, így cukorrépa és nádcukor melasz fermentálása esetén azonban a fluiditás olyan alacsony vízbevezetést tesz lehetővé, amely az ozmotikus hatású anyagok túl nagy koncentrációja következtében szinte teljesen leállítja a fermentálást. A találmány feladata az etanoltermelő fermentálás módosítása a második desztillációs lépésben nyert cefre szárazanyag tartalmának további növelése érdekében. 1 A találmány értelmében ezt a feladatot etanol répa- vagy nádcukor melasz fermentálásával történő előállítása során úgy oldjuk meg, hogy a vízbevezetést például az alkalmazott melasz szubsztrátum koncentrációja alapján szabályozva az első szakaszban a fermentorben (FI) a nem fermentálható anyagok szárazanyag (DS) tartalomként számolt koncentrációját a kezdeti 5-15 tömeg% értékről 20-30 tömeg% értékre növeljük, amely tartományban az élesztő etanoltermelő képessége lecsökken, majd az adott fenéktermék visszavezetésével végzett folyamatos fermentálást és desztillálást a második szakaszban legalább a nem-fermentálható anyagok vonatkozásában megadott magas koncentrációig folytatjuk, miáltal a nem-fermentálható anyagok átlagos koncentrációja a fermentorban a két szakaszban meghaladja a 20 tömeg% értéket. A répa- és nádcukor melasz kifejezés alatt olyan különböző cukortartalmú frakciókat értünk, amelyek a cukornak cukornádból vagy cukorrépából történő feltárása során keletkeznek. Meglepő módon azt találtuk, hogy ha a víz bevezetését etanol melaszból történő fermentálása során az ismert recirkulációs eljáráshoz képest lecsökkentjük, és így az ozmotikus hatású anyagok fermentor-beli koncentrációját oly mértékben megnöveljük, hogy az élesztő növekedés és etanoltermelő képességének fenntartása tovább nem biztosítható, bizonyos, bár csökkent mértékű, etanoltermelő képesség hosszú időn keresztül mégis fenntartható, és így a cefre átlagos DS-tartalma jelentős mértékben növelhető. Azt találatuk továbbá, hogy a cefre DS-tartalmának növelése és a bepárlási költségek ezzel összefüggő csökkenése kiegyenlíti a hosszú idejű folyamatos fermentor üzemelési módszerről a korlátozott időtartalmú szakaszos üzemelésre való áttérés költségeit. A szakaszos üzemelés költségei a gyakori indításból és a fermentor kiürítéséből, az indításonként szükséges új élesztő előállításának költségeiből és az alacsonyabb átlagos etanoltermelés költségeiből tevődik össze. Ha a melasz fermentálását hosszú időn keresztül állandó 10-18 tömeg% DS tartalom mellett végezzük, a fermentációs folyadék 1 m-ére számolva óránként 8-15 kg etanol nyerhető, míg a találmány szerinti eljárás alacsonyabb átlagos etanoltermelés óránként és m3-enként 5-9 kg. Az élesztő etanoltermelésének csökkentésével olyan állapot érhető el, amikor az állandó etanoltermeléshez szükséges élesztő populáció a fermentorban csak az élesztő növekedését elősegítő oxigén- és tápanyag adagolással tartható fenn. A találmány szerinti eljárás lehetővé teszi az eredeti folyamatos visszavezetéses eljárás egy sor előnyének megtartását vagy megerősítését. így más etanol-fermentáló eljárással összehasonlítva a találmány szerinti eljárás során a fermentációs folyadék tartózkodási ideje a fermentorban csak 4-10 óra, ez az átlagos időtartam, amíg a folyadék eléri az első desztillációs lépést és mintegy 80-100 °C hőmérsékletre melegszik, mielőtt nagyobb részét fertőtlenített állapotban a fermentorba visszavezetnénk. így a teljes rendszer vonatkozásában nagyon alacsony ferőzési rizikót biztosíthatunk. Emellett, a találmány szerinti eljárás során a fertőzési rizikót 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
