1 / 47

STARGEN TM : Процес без изпичане подходящ за дребно зърно

STARGEN TM : Процес без изпичане подходящ за дребно зърно. Барт Купс Мениджър по техническите продажби Етанолово гориво. Теми. Въведение – защо процес без изпичане Хидролизиращи ензими за гранулирано нишесте Процесът STARGEN TM при дребно зърно Положителни ефекти на процес без изпичане

sasson
Download Presentation

STARGEN TM : Процес без изпичане подходящ за дребно зърно

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. STARGENTM: Процес без изпичанеподходящ за дребно зърно Барт Купс Мениджър по техническите продажби Етанолово гориво

  2. Теми • Въведение – защо процес без изпичане • Хидролизиращи ензими за гранулирано нишесте • Процесът STARGENTMпри дребно зърно • Положителни ефекти на процес без изпичане • Процесът STARGENTMпри царевица • Изводи

  3. Предимства и недостатъци на традиционните процеси с изпичане ПредимстваНедостатъци Доказана технологияГоляма консумация на топлинна енергия Стерилна кашаВисока изходна концентрация на захар Добро извличане на нишестетоНежелани странични реакции Оптимизирани процесиГолеми разходи Пик на вискозитета

  4. 40% 35% 30% 25% % от цялата енергия на процеса* 20% 15% 10% 5% 0% Съхранение Смилане Подг. на кашата Дестилация Сепарация Изпаряване DDGS сушене Ферментация Традиционен процес за производство на етанол -Консумация на енергия • В зависимост от схемата на процеса: • Температура на втечняване • Възобновяване на енергията • При традиционния процес 10-15% от общото количество на енергиятасе консумира по време на втечняването. • Оборудването за изпичане и охлаждане е скъпо. * Source: Lurgi 2004

  5. Milled Grain Смляно зърно 60°C 55°C 90°C 60ºC 60ºC 32°C 32°C Прясна вода Fresh water SLURRY TANK LIQUEFACTION FERMENTATION SACCHARIFICATION РЕЗЕРВОАР ЗА КАШАТА ФЕРМЕНТАЦИЯ Процесът без изпичане пести енергия и средства 10-15% of Total Energy

  6. Традиционно, втечняване • Хидролизиращ ензим за гранулирано нишесте (Granular Starch Hydrolysing Enzyme - GSHE) Как се хидролизира нишесте без изпичане? • Conventional, Liquefaction Няма пик на вискозитета, възможност за по-голямо DS

  7. Хидролизата на гранулирано нишесте не е нещо ново • Тя се извършва ежедневно в природата!! • Природата не познава втечняването Преработката на суровото нишесте е описана ощепрез 1944 г. (Sigmund Schwimmer J. Biol. Chem. 156(1),203-204 (1944). • Никога не имала търговско приложение Варене на японско саке или преобразуване на нишесте на гранули за получаване на малтоза (Leach, USP 4,113,509 and USP 3,922,196).

  8. Глюкоза w/v DP3 w/v DP2 w/v Традиционни ензими при процеса без изпичане Настоящ процес на изпичане, използващ традиционен GA Гранулирано нишесте с традиционен GA 12 16 14 10 12 EtOH v/v EtOH v/v 8 % Етанол[V/V] 10 % Етанол[V/V] 6 8 DP>3 w/v 6 4 4 2 2 0 0 0 20 40 60 80 100 40 60 80 0 20 Часове Часове

  9. Теми • Въведение – защо процес без изпичане • Хидролизиращи ензими за гранулирано нишесте • Процесът STARGENTMпри дребно зърно • Положителни ефекти на процес без изпичане • Процесът STARGENTMпри царевица • Изводи

  10. Глюкоаамилази с GSHE действие 200 300 400 1 100 500 640 A. niger Glyco-hydro-15 SBD 620 Humicola Glyco-hydro-15 SBD 550 27 167 SBD R.oryzae RSH Литература: Ueda et al (1984), Microbiol. Sci. 1, 21-24 Hayashida et al (1989), Agric. Biol. Chem. 53, 923-929 Ashikari et al (1986), Agric. Biol. Chem. 50, 957-964 Allison et al, (1992), Curr. Genet 21, 225-229 Balls et al (1945), JBC 156, 203-210.

  11. Алфаамилази с GSHE действие SBD Каталитична област • Примери: Гъби • Aspergillus niger Yamazaki et al (1951), Nippon Nogeikagaku Kaishi 24, 181-185 • Aspergillus kawachi Kaneko et al (1996), J. Ferm & Bioeng.81, 292-298 • Rhizopus niveus Yamamoto et al (1990), Denpun Kagaku 37, 129-136 Бактерии • Bacillus circulans Ho et al (1992), J. Microbiol. & Biotechnol. 2, 56 • Bacillus polymixa Sohn et al, J.Microbiol. & Biotechnol. 2, 183.

  12. A. kawachi Alpha Amylase A. niger Glucoamylase Глюкоамилаза + Алфаамилаза Синергизъм между двата ензима pH 4.5, 32 oC, 4 hrs

  13. Ензими STARGEN™ Патентована смес за хидролизиране на нишесте от алфаамилаза отA. kawachi и глюкоамилаза отA. niger

  14. 18 Глюкоза 16 Малтоза 14 Глицерол 12 DP3+ 10 Етанол Етанол % [v/v] 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Време за ферментация [h] Ферментация на пшеница без изпичане(34% DS, 1.2 kg/MT STARGENTM001) Нишестено-йоден тест

  15. Теми • Въведение – защо процес без изпичане • Хидролизиращи ензими за гранулирано нишесте • Процесът STARGENTMпри дребно зърно • Положителни ефекти на процес без изпичане • Процесът STARGENTMпри царевица • Изводи

  16. Процесът STARGEN™при дребно зърно Смляно зърно 55°C 32°C Прясна вода СМИЛАНЕ / СМЕСВАНЕ АКТИВАЦИЯ ФЕРМЕНТАЦИЯ

  17. Анализ на ситото MBE 100 90 80 70 60 50 % през ситото 12 април: линия 1, 1.8mm, 6000kg/h 40 12 април: линия2, 1.5 mm, 8000kg/h 30 13 април: линия 2, 1.5 mm 15000 kg/h 20 14 април: линия 2, 1.5 mm 17000kg/h 10 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Размер на ситото (mm) Смилане Дребното зърно (пшеница, ръж, тритикал & ечемик) не изисква специални параметри на смилане, макар че дребното смилане (под 20% с големина над 1 mm) е за предпочитане. Целите царевични зърна изискват много фино смилане (95% с големина под 0.6 mm).

  18. 55°C 32°C Изпарителен кондензат Фин дестилат Киселинна амилаза OPTIMASHTM Киселинна протеаза Смесване Смляно зърно Сярна киселина Ензими, добавени с прясна вода Различни комбинации за Пшеница Ръж Ечемик Тритикал (Царевица) Прясна вода СМИЛАНЕ / СМЕСВАНЕ

  19. Етап на активация По време на етапа на активация: • Ензимът, намаляващ вискозитета, хидролизира влакната- намалява вискозитета • Алфаамилазата хидролизира разтвореното нишесте- намалява вискозитета • Протеазата хидролизира протеините- генерира свободен аминоазот за маята 52-58°C pH 3.2-4.0 Условията зависят от изходния материал Типични условия: pH 3.2-4.0 Температура 52ºC – 55ºC

  20. Прозорец с температурата на активация Тритикал 2500 Preferred mixing temperature Оптимални температури на активация Пшеница 55 oC Ръж 52 oC Тритикал 54-55 oC 2000 Microbial Growth 1500 Вискозитет на кашата [mPas] Gelatinization 1000 Каша: 25 % DS Без ензими 500 0 48 50 52 54 56 58 60 62 Температура [oC]

  21. 2.5 2 1.5 Скорост на растеж 1 0.5 0 25 30 35 40 45 50 55 Температура [oC] Контрол на лактобацилачрез подходящ контрол на температурата Редуциран растеж на лактобацила Редуциран растеж на лактобацила L. amylovorus L. pontis * Адаптация отГеорг Волфрум ( 2002)

  22. 32°C Ферментация Дозировката на STARGENTM, добавен след охлаждане до температурата на ферментация, зависи от изходната суровина. STARGENTM

  23. 17.0 16.5 16.0 Етанол [% об. при 66 часа] 15.5 15.0 14.5 14.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 Начално pH при ферментация Особености на ферментацията Влияние на ферментационното pH Ензимът (и маята) толерират ниското pH, което гарантира антимикробна устойчивост. Субстрат: пшеница STARGEN™: 0.9 kg/t FERMGEN™: 60 g/t Урея: 500 ppm Твърди частици: 34%

  24. 0.7 0.6 0.5 Скорост на растеж 0.4 0.3 0.2 0.1 0 3 4 5 6 7 pH Контрол на лактобацила чрезферментация при ниско pH L. amylovorus L. pontis Reduced Lactobacillus growth * Адаптация отГеорг Волфрум ( 2002)

  25. Особености на ферментацията Процес без изпичане • По време на етапа на активация се образуват около 60-80 грама разтворими декстрини/литърчрез прибавянето на киселинна алфаамилаза (±200-240 за традиционния вариант). • По време на етапа на пълнене на ферментатора тези декстрини се преобразуват в глюкоза и се ферментират (начало на ферментацията). Свободната глюкоза обикновено е от порядъка на 20 грама/литър. • Веднага след като завърши пълненето на ферментаторасвободната глюкоза спада дои под 0.05 %, като запазва тези стойности през цялото време на ферментацията. • Гранулирането нишесте постепенно се преобразува в глюкоза и се ферментира. • Около 20-30 часа след началото на ферментацията (в зависимост от дозата на ензима и температурата на предварителното третиране)кашата става отрицателна спрямо нишестето. • Броят на клетките на маята и нейната жизнеспособност са значително по-високи, отколкото при процеса с изпичане (няма загуба на фактори на растежа, витамини и др.)

  26. Теми • Въведение – защо процес без изпичане • Хидролизиращи ензими за гранулирано нишесте • Процесът STARGENTMпри дребно зърно • Положителни ефекти на процес без изпичане • Процесът STARGENTMпри царевица • Изводи

  27. 90 С изпичане 80 Без изпичане 70 60 50 Температура [oC] 40 30 20 10 0 0 2 0.3 0.5 0.8 1.1 1.4 1.7 2.3 2.6 2.9 3.2 3.5 3.8 Време [часове] Икономия на енергия и по-малък брой машини По-малко пара (без изпичане) и по-малко вода за охлаждане. ВТЕЧНЯВАНЕ “ИЗПИЧАНЕ” ПОДГОТОВКА НА КАШАТА ЗАХАРИФИКАЦИЯ & ФЕРМЕНТАЦИЯ

  28. Зърно Прясна вода Фин дестилат Кондензат Втечняване 88 oC Ферментация 31 oC Охлаждаща вода: -690 MJ/t зърно ПАРА: 290 MJ/t зърно Процес “STARGEN™” Зърно Прясна вода Активация 55 oC Ферментация 31 oC Фин дестилат Кондензат Охлаждаща вода: -290 MJ/t зърно Сравнение на енергийно изпичане с “изпичане & охлаждане” и преработка без изпичане Традиционен процес • Няма допълнителна пара, по-малко охлаждаща вода • Може да се използва по-висок % на финия дестилат

  29. 0.6 0.5 0.4 0.3 Пара [kg за литър етанол] 0.2 0.1 0 A-царевица B-пшеница C-царевица D-пшеница Традиционен процес за производство на етанол - етап на печене с консумация на енергия При стойност на парата 15 евро/тон това прави 0.33-0.75 евроцента за литър етанол

  30. Ролята на ензимите Добавените или ендогенните зърнени ензими не се активират и са активни през цялото време на процеса на ферментация. Ендогенни ензими Зърнена фитаза (ръж, тритикал, пшеница и ечемик) Зърнена протеаза Зърнена екзо-фруктаназа Технически ензими OPTIMASH™ (Намаляване на вискозитета и частично разграждане на целулозата) STARGEN™001 FERMGEN™ (киселинна протеаза) GC626 (киселинна алфаамилаза)

  31. 0.14 Преди активация След активация 0.12 0.1 0.08 Фитат- P [%] 0.06 0.04 0.02 0 Ръж Пшеница Ечемик Ендогенна фитаза Дребното зърно, като ръж, пшеница, тритикал е богато на фитаза. Този ензим не се активира по време на процеса без изпичане. Фитат-> Фосфат Подобрява се храненето на маята Подобрява се качеството на DDGS Условия Температура : 55 oC Време на третиране : 2 часа pH : 3.4

  32. 1.2 1 Традиционен процес Процес без изпичане 0.8 Фруктан 0.6 [g/100 g каша] 0.4 0.2 0 Начална стойност След “втечняване” 68 h ферментация 24 h ферментация 48 h ферментация Влияние върху ферментируемите NS полизахариди 0.15 g/100g фруктоза струва доста пари Ръж: Фруктан: 4.38% dsb Твърди частици в кашата: 22.1 % dsb

  33. 15 14.8 14.6 Етанол [% v/v] при 44 часа 14.4 14.2 14 контрол +0.06 kg /ton +0.12 kg/ton +0.18 kg/ton Доза наFERMGEN Влияние на киселинната протеаза При процеса без изпичанезърното с голямо количество на ендогенна протеаза (ръж, тритикал) не изисква добавяне напротеаза, урея и амоняк. Добавката е полезна при VHG ферментация на пшеница и царевица.

  34. 1600 1400 25% DS 27% DS 1200 29% DS 48 o C 31% DS Вискозитет на кашата [mPas] 1000 32 o C 800 600 32 o C 400 200 0 Смесване Охл.на кашата Край на ферм. 1 4 Етап на процеса Намаляване на вискозитета на ръжената каша Добавен ензим* Добавените ензими занамаляване на вискозитета са активни по време на целия процес. При процес без изпичане ензимът не се активира. По-добро действие на стъкления съд. По-голямо количество твърди частици в мократа пулпа. *OPTIMASH™ VR

  35. Препоръки по отношение на процеса

  36. Ферм.пшеница № 108-133 Доза на STARGEN - 1.56 kg/t зърно 14 14.0 12 12.0 10 10.0 11.0 8 EtOH [vol. %] Ethanol [vol. %] 8.0 10.0 6 6.0 9.0 4 4.0 8.0 3 2 y = 0.000039x - 0.007258x + 0.407978x + 4.044656 2 2.0 7.0 3 2 y = 2E-05x - 0.0047x + 0.341x + 3.3877 EtOH vol.% 0 6.0 0.0 0 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 50 5.0 Време на ферм. [h] Време [h] 4.0 12.00 3.0 10.00 2.0 1.0 8.00 EtOH [% v/v] 0.0 6.00 0 10 20 30 40 50 60 4.00 2.00 Часове след зареждане 0.00 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Време на ферм. [h] Преобразуване на дребното зърно при различните видовес помощта на STARGENTM 001 Пшеница Тритикал Ръж Ечемик

  37. Добив на етанол

  38. Сравнение на цената при използване наSTARGENTMи традиционния метод * Дипломна работа за магистърска степен: Хелена Ставклинт, Разграждан на гранулирано нишесте с помощта на STARGENTMв производството на биоетанол, Университет в Линкьопингс, Швеция, 2006.

  39. Теми • Въведение – защо процес без изпичане • Хидролизиращи ензими за гранулирано нишесте • Процесът STARGENTMпри дребно зърно • Положителни ефекти на процес без изпичане • Процесът STARGENTMпри царевица • Изводи

  40. Преобразуване на царевицата За напълно стрита царевица: • Необходимо стриване – много фино (> 95% под 0.6 mm) • Доза на STARGEN™001 – сравнително висока (2.5 kg/t зърно) • Време на ферментация – доста голямо • Добавяне на протеаза - помага • Активация – не е необходима

  41. Преобразуване на царевицата За разделяне на царевицата на фракции (ендосеме): • Необходимо стриване - нормално • Доза на STARGEN™001 - нормална (1.5-1.8 kg/t зърно) • Време на ферментация - средно • Добавяне на протеаза - съществено • Активация – не е необходима

  42. Ендосеменни процеси • При разделяне на зърното на фракции от него се отнемат ценни хранителни вещества. Тези хранителни вещества са: свободен аминоазот, албумин, малки количества минерали и мастноразтворими витамини. • Протеазата играе важна роля в заместването на тези хранителни вещества. За целта, обаче, трябва да се използва подходящ тип протеаза. • Има много видове протеаза. Повечето от тях действат при неутрално или основно pH. При ферментацията, обаче, pH е киселинно (3.8-5.8). Киселинната гъбична протеаза е по-подходящаза етаноловата индустрия. • Освен това, протеазата разгражда по-голямо количество отнишестено-протеиновата матрица, което води до увеличаване на количеството на нишестето, което ще се преобразува в етанол.

  43. % Етанол 30% ds, 4.3 pH, 32°C 20.00 18.00 16.00 14.00 12.00 Без протеаза 10.00 Киселинно-гъбична протеаза 8.00 Неутрална протеаза№1 Неутрална протеаза №2 6.00 Алкална протеаза №1 Алкална протеаза №2 4.00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Време[h] Влияние на различните видове протеаза върхуендосеменната STARGEN ферментация при царевица • Киселинно-гъбичната протеаза (Acid fungal protease - AFP) е най-ефикасна в сравнение с останалите видове протеаза. • AFP е предназначена да действа при такова pH. Механизмът на действието й е различен от този на другите видове протеаза; той създава по-ценни хранителни вещества за маята. • Ползата от добавянето на други видове протеаза в сравнение със случая, когато не се добавя никакво хранително вещество, е твърде малка. % [v/v]

  44. % Етанол 30% ds, 4.3 pH, 32°C 1.25 kg/MT STARGEN 001 20.00 18.00 16.00 14.00 % [v/v] 12.00 10.00 FERMGEN 0 kg/MT ds 8.00 FERMGEN 0.25 kg/MT ds FERMGEN 0.50 kg/MT ds FERMGEN 0.75 kg/MT ds 6.00 FERMGEN 1.0 kg/MT ds 4.00 0 10 20 30 40 50 60 70 Време[h] Реакция в зависимост от дозата на протеазата принискоенергиен процес • С увеличаване на дозата на протеазата количеството на произведения етанол също се увеличава. • Ефектът при доза на протезата 1.0 kg/MT показва незначително подобрение в сравнение с доза 0.75. • Този ефект зависи и от дозата на GA, времето във ферментатора, % ds, и др. • Повишаването на дозата на протеазата над 1.0 kg/MT е безсмислено.

  45. Теми • Въведение – защо процес без изпичане • Хидролизиращи ензими за гранулирано нишесте • Процесът STARGENTMпри дребно зърно • Положителни ефекти на процес без изпичане • Процесът STARGENTMпри царевица • Изводи

  46. Предимства на процеса без изпичане • По-малко количество необходима топлинна енергия • По-ниска изходна концентрацияна захар (маята не изпитва осмотично налягане) • По-малко странични реакции (не се наблюдават реакции на Мейар-Браунинг) • Отлично развитие & жизнеспособност на маята (ниско количество глицерол) • Липсата на пик във вискозитета дава възможност за обработка при по-голямо количество на твърдите частици • Възможност за добавяне на по-голямо количество фин дестилат • Процесът е характеризира с по-малко етапи и съответно – по-малко разходи • По-висок добив на етанол

  47. Благодарим за вниманието !

More Related