Szesz- és élesztőgyártás

Az előadások a következő témára: "Szesz- és élesztőgyártás"— Előadás másolata:

1 Szesz- és élesztőgyártás
Barta Zsolt Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék 2018. január 23.

2 Az etanol felhasználási területei, magyarországi gyárak
A világ etanolfelhasználása millió m3-ben Élvezeti cikk Üzemanyag Oldószer Miért gyártunk „szeszt”? Élvezeti cikk Oldószer Vegyszeralapanyag Üzemanyag Magyarországon: Győri Szesz melasz, (gabona) Pannonia Ethanol, Dunaföldvár kukorica (száraz őrlés) Hungrana, Szabadegyháza kukoricakeményítő E numbers which describe the percentage of ethanol fuel in the mixture by volume

3 Alkohol előállítás Etil-alkohol előállítás: etilénből – szintetikus
fosszilis nyersanyagforrás kénsavas vízaddíció az összes alkohol termelés <5%-a erjesztéssel – megújuló forrásokból Alkoholos élvezeti cikkek előállítása: glükózból (szőlőcukor) BOR - erjesztés maltózból (malátacukor, diszacharid) SÖR - főzés fruktózból (gyümölcscukor) PÁLINKA – főzés

4 Nyersanyagok Közvetlenül erjeszthetőek
Mono- és diszacharid-tartalmú anyagok Az élesztőnek invertáz enzime van Melasz – szacharóz, glükóz, fruktóz legelterjedtebb közvetlenül erjeszthető cukorgyártás mellékterméke (az összes cukor 10-13%-a) tisztasági hányados: szárazanyagra (DM) vonatkoztatott cukortartalom (~0,6) DM=80% esetén a cukortartalom 48% (20% nitrogéntart. anyag, 10% ásványi a.) ipari fajlagos standard: 1 liter absz. etanolhoz 3,3 kg melasz ára nagy hatással van az alkohol előállítási költségére Répamelasz: szacharóz, raffinóz (trióz), invertcukor alig fontos a minősége, NO2--es melaszt nem tud jól erjeszteni az élesztő Nádmelasz: kb. a fele invertcukor (szacharóz:glükóz:fruktóz=2:1:1) De közvetlenül erj. szénhidrátok

5 Nyersanyagok Közvetlenül erjeszthetőek
Hidrol kristályos dextróz (=glükóz) előállítás anyalúgja Szabadegyháza Cukorrépa Cukornád Gyümölcslevek Szulfitszennylúg papírgyártás mellékterméke Svédország, Finnország hemicellulóz hidrolizátum: glükóz, mannóz, galaktóz, arabinóz, xilóz 2-3%-os cukortartalom, 2/3-a hexóz erjedést gátló anyagok nagy mennyiségű élesztő, folyamatos üzem faforgácshoz kötött élesztő/szeparátor+visszavezetés Tejsavó 4-5% laktóz sajt- és túrógyártás során keletkezik Fermentation of lactose may be “direct” by means of phosphorolysis and phosphorylation. Torulopsis keJir 149, Saccharomyces lactis 131, Torula lactosa 168, Zygosaccharomyces lactis 90, Torulopsis sphaerica 13, Xaccharomyces anamensis 145,l type F 93,2 Candida pseudotropicalis 32, Mycotorula la&is 130, Saccharomyces fragilis 15, and Torulopsis cremoris 2.

6 Nyersanyagok Közvetlenül NEM erjeszthetőek
Keményítő kukorica, búza amilóz – lineáris glükózpolimer, a-1,4 kötések amilopektin – elágazásokat is tartalmaz lineáris részek a-1,4 elágazásoknál a-1,6 kötések Lignocellulózok cellulóz (b-1,4 kötések), hemicellulóz, lignin fás- és lágyszárú növények „fő tömege” nagy mennyiségben képződnek olcsó nyersanyagok Egyéb: inulin (csicsóka - őszirózsafélék családjába tartozó gumós évelő) fruktóz polimer (DP: 10-60) a végén glükóz egységgel 20-28% szárazanyag, melynek 50-70%-a inulin

7 Segédanyagok Kénsav cc., vastartályokban tárolják, pH állításra használják Foszforsav [H3PO4] vagy szuperfoszfát [(NH4)2HPO4] foszforsavhoz saválló tartályok P-forrás Szalmiák (NH4OH), kiegészítő N-forrás (a melasznak is van asszimilálható N-tartalma) Habzásgátló anyagok (korábban) szulfonált növényolaj (ma) szintetikus habzásgátlók is Habzást okoznak: szaponinok (glikozidok) gabonánál sikér/zein – proteázos bontás fehérjék (autolizált sejtekből)

8 Melasz alapú technológia
Alapanyag fogadása Melasz ürítése: °C-ra kell melegíteni, szivattyú háza fűthető Direkt gőzbevezetés (gőzlándzsa) Csőkígyó a tartályban, nem hígul, jobb tárolhatóság Melasz előkészítése (általánosan, opcionális lépések) Hígítás Szakaszos, tartályban, 50%-osról kb %-os cukortartalomra sterilezéssel, (visszahűtéssel) együtt Folytonos, keverőfejben Magyarországon nem hígítanak, csak az erjesztőkádban Sterilezés °C-on, folytonosnál 1-5 perc, szakaszosnál ½ óra Mellékreakciók (cukorvesztés) elkerülése Segédanyagok hozzáadása Tápsó koncentráció pH beállítása

9 Szakaszos erjesztés I. - Győri Szeszgyár
I. Üzemi színtenyésztés (aerob, batch) - korábban Az erjesztéshez szükséges oltóélesztő mennyiséget sterilen állítja elő 6 m3-es réz kádak (2,5 m3-es hasznos térfogatban) ~5 kg élesztőt szaporítanak fel ~60 kg-ra óra alatt Egy ciklus: C.I.P. (cleaning in place) öblítés Ansatz töltés Összes melasz, tápsók pH 4,2-4,4 Sterilezés Direkt gőz, 95 °C, 30 perc Beoltás laboratóriumból kapott élesztővel, ipari törzs (B30) Balling-foka 10,5 az indulásnál és 3 körül lesz a végén Evaporációs és csőkígyós hűtés együtt, T: °C Balling-fok (Blg°) a cefre sűrűségét jellemzi, értéke a cukorkoncentráció %-ban tiszta cukoroldat esetében fokolóval mérik Ottlétemkor már csak kondicionálásra használták, két óráig nem tér magához a szárított élesztő előerjesztőbe

10 Szakaszos erjesztés II. - Győri Szeszgyár
II. Előerjesztés (aerob, fed-batch) – ma is (budafoki élesztőtejjel oltják) A főerjesztéshez szükséges élesztőmennyiség előállítása 30 m3-es szénacél kádak (20 m3 hasznos térf.) Intenzív levegőztetés, hűtés (T: 30 °C) Nem steril 8-10 óra Egy ciklus C.I.P. Ágyazóvíz be: víz, melasz egy része, tápsók, megfelelő pH (4,2 körül) Beoltás budafoki élesztőtejjel Melasz rátáplálás hígítatlanul: Induló Blg°: 6 Hagyják csökkeni 3,5-ig Melasz rátáplálás a 3,5-ös Blg° tartásával (fűrészfog) A pH alig változik, noha a melasz 8-as pH-jú Végén: Blg° 3, g/l élesztő sz.a. 2-3% alkohol

11 Szakaszos erjesztés III. - Győri Szeszgyár
III. Főerjesztés 110 m3-es szénacél kádak, kb. 30 óra a teljes erjedési idő, hűtés itt is kell (T: 30 °C) Előerjesztés cefréjével oltják az ágyazóvizet (50 m3 víz, 7 m3 melasz) Aerob szakasz 6-10 óra, intenzív levegőztetés, élesztőszaporítás Nincs melaszadagolás, végén 1-2% alkohol Rátáplált anaerob szakasz Minimális levegőztetés a cefre keveréséhez Melasz adagolás hígítatlanul Cukorkoncentrációt 0,5%-on tartják Nem táplált anaerob szakasz (utóerjesztés) 5-6 óra Nincs melaszadagolás Cukorkoncentráció 0,2% alá csökken (maradék cukor) Alkohol: 8-9% (Saccharomyces cerevisiae ~10%-ig tud erjeszteni, de ez törzsfüggő) Élesztő: g sz.a./l

12 Egyéb melaszos technológiák
Boinot-Melle – eljárás Az élesztőt többször felhasználják Nincs aerob élesztőszaporítás a főerjesztés alatt A szeszcefréből szeparálják az élesztőt, vízzel hígítják, savval 2-esre állítják a pH-t Savazási idő: 2-3 óra Átvágásos (félfolytonos) erjesztés A főerjesztés végén a cefre 15-20%-át megtartják, így a következő fermentációhoz nincs szükség előerjesztésre Folytonos erjesztés Sorba kapcsolt CSTR (folytonos kevert tartályreaktor) kaszkád Melaszt hígítják Egyhígításos Kéthígításos Élesztőszaporításhoz 10 Blg°, erjesztéshez 30 Blg° Különböző minőségű melaszoknál – élesztőszaporítás jobb melasszal Előnye: jól automatizálható, szakaszoshoz képest nagyobb produktivitás Hátránya: befertőződés veszélye

13 Egyhígításos folytonos melaszszeszgyártás
párhuzamosak Folytonos élesztőszaporítás – túlfolyón keresztül lejtős kiképzésű gyűjtőkádba kerül sorosak

14 Gabonaszeszgyártás A keményítőt cukorrá kell hidrolizálni (enzimes, savas) Keményítőbontó enzimek: -amiláz: 95 °C-ig termostabil, Topt: 85 °C, pH 5,0-6,5 folyósító enzim Ca+ ionokat igényel amiloglükozidáz (AMG): Topt: 60°C; pH: 4,2-4,8 cukrosító enzim pullulanáz: Topt: 60°C; pH: 4,2-4,8 AMG-vel együtt adagolják, elágazásbontó enzim Technológiai megoldások: Száraz őrlés A teljes szem bekerül a folyamatba daraként (Győr) Melléktermékek: Törköly (rostfrakció, az elfolyósítás után választják el, pl. 3 cellás hengeres szűrőn) Vagy a rost végighalad a fermentáción – desztilláción: DDGS, Distiller’s Dried Grains with Solubles (beszárított moslék: rost+egyéb nem illó) Nedves őrlés Csak a keményítőfrakció kerül elfolyósításra (Hungrana, Szabadegyháza) Kukoricalekvár (fehérjetartalmú anyag), csíra (olajtartalmú), fehérje (zein), rost *Szabadegyháza folytonos erjesztés: 21% cukor megy be, 0,3 a maradék cukor, pH 3,4-3,5 Befertőződésnél lesavanyítják 2-esre Betápban: édeslevek, áztatólé hígít, hidrol, elfolyósított, elcukrosított keményítő

15 Kukoricaszem nedves őrlése
Mechanikai tisztítás Áztatólé Áztatás CGF: Corn gluten feed Durva őrlés Bepárlás Csíra elválasztás Kukoricalekvár (50%) Mosás, szárítás Finom őrlés CGF: rost, törtszem és bepárolt áztatólé és esetleg az olajpogácsa is – konvencionális Hungrana: áztatólé szeszüzembe, csak egy kis része kerül bepárlásra, aztán a pl. a TEVA veszi B12 vitamin fermentációhoz, szeszüzemből moslék kerül rá a rostra 1,1 Mt/év Finom őrlés két tárcsával Árak: glükóz/izocukor? 600 €/t, glutén 850 €/t Forgó dobszárító, túlhevített gőzzel szárít, és egyéb energia visszanyerés is 12% EtOH a fermentáció végén, nyersszesz oszlop légköri, rektifikáló vákuumban, MVR/RVF esőfilmes bepárló Szintetikus EtOH is van CGF (moslék a szeszüzemből és rost) pelletálás Olaj préselés, extrakció Rost eltávolítás Rost Fehérje kinyerése Fehérje Nyers olaj Olaj pogácsa Keményítő Szárítás

16 Általános technológiai lépések - Gabonaszesz gyártás (száraz őrlés)
Szuszpenzió készítés Elfolyósítás Keményítő csirízesítése (hőmérséklet, vizes közeg), dextrinesítés (a-amiláz) Nagy hőmérsékletű jet cooker ( °C), nincs enzimadagolás Kisebb hőmérsékletű (105 °C) jet-ek, a-amiláz adagolás (ábra, Dunaföldvár) Reaktorkaszkád, T: 85 °C, a-amiláz adagolás Győr, tartózkodási idő: 3 óra Cukrosítás (AMG enzim) Maltózból, maltodextrinekből glükóz Cukrosítás az erjesztéssel együtt (SSF) Számos előnye van: Nem kell külön reaktor Nincs cukorinhibíció Nincs ozmotikus stressz (élesztőre) Kisebb a tejsavas befertőződés veszélye Ideje: óra Utófermentor szükséges (Győr) gőz *Szabadegyháza: Keményítő hidrolízis jet cooker 108°C, 8 min utána a-amiláz 95°C, 40% DM, 3 h utána 11 DE Csak cukrosítás (nincs erjesztés): 60°C-on AMG-vel 37-38% DM 80 h (ez télen hosszabb, nyáron sok szörp fogy, akkor rövidebb), monoszacharid tartalom 95% a végén (95 DE) folytonos erjesztés: 21% cukor megy be, 0,3 a maradék cukor, pH 3,4-3,5 Befertőződésnél lesavanyítják 2-esre Betápban: édeslevek, áztatólé hígít, hidrol, elfolyósított, elcukrosított keményítő 1-5 min 105°C Vákuum Lehűl Nincs retrogradáció

17 Pannonia Ethanol, Dunaföldvár
6. moslék szeparálás és szárítás 5. desztilláció és abszolutizálás 8. biogázosítás 7. bepárlás 4b. SSF erj. EtOH tárolás vízelőkészítés t/év (később már 1 Mt/év), 1/3 etanol, 1/3 DDGS, 1/3 CO2 néhány nap leállás csak évente, annyira jól megy minden Vízelőkészítés: hypo, RO, ioncsere a kazán előtt, szennyvíz nincs, mert a szárítás során kilép a víz wide-gap lemezes hőcserélőket használnak, kivéve a desztillálásnál, ahol csöves kalapácsos őrlés, utána pneumatikus szállítás SSF 50 óra, végén v/v% EtOH fermentorok hűtése kívülről történik, 2800 m3 dekanter centrifugák 35-40%-os szilárd frakciót adnak folyadék frakció egyik fele bepárlás 5? testes, 6-ról 35-38%-ra; másik vissza a szuszpenzió készítéshez, de ecetsav, tejsav feldúsulhat (Gábor szabályozási megjegyzése: érdemes a puffertartályban a koncentrációt visszavezetéssel állandó értéken tartani, így stabil a bepárlótelep) bepárlás kondenzált párája biogázosításra, Fe3+-t, H3PO4-et kapnak, jól érzik magukat, mert hamarabb kell lefejteni az iszapot mint gondolták, valószínűleg UASB, metán 1-2% földgázt vált ki DDGS 11% nedvesség, DGS csak ha nem jó a szárítás hűtőtornyok fából +2 fermentor, és azokhoz 3 hűtőtorony Osztott enzimadagolás, először kicsit kevesebb, mint a fele 2800 m3-esek a fermentorok, h a feltöltés (közben és a végén kapja az AMG-t), h fermentációs idő, 34°C a fermentáció, komló a fertőtlenítéshez, karbamid Élesztőszaporítás 8 h, 70% cefre+30% víz, karbamid, komló, AMG, etanol red törzs CIP: vizes, lúgos mosás a fermentornál (hőcserélőnél savas is a végén) Cefreoszlopot direkt gőzzel fűtik, betáp a tetejére, páracsővel vezetik át a következő oszlopba, ott nincs fűtés, csak kondenzátor (3. oszlop tovább koncentrál?) 4 min a molekulaszűrő oszlop működése, utána regenerálás 6-7. bepárló test között (szumma 8 test) vesznek el sűrítményt, trikanterekre viszik, és szilárd, vizes és olajost fázist kapnak  kukoricaolaj állati takarmányhoz keverik a felvásárlók, tonna/nap Szirupot kevernek hozzá a centrifugáról lejövő szilárd maradékhoz Konstans DGS termelés, mert a megnövekedett fermentációs üzemrész miatt a szárítás szűk lett, 2-3 napig tárolható, propionsavval a tárolhatóság 2-3 nappal meghosszabbítható 2 sorba kapcsolt dobszárító, az első végén 30-40% a nedvesség, a második éri el a 12%-ot, de itt nem lehet olyan meleg, mert meggyulladna A fűtés hőátadó felületen történik (az égéstérben láng melegíti a hőhordozó anyagot tartalmazó tartályt, melynek alja a dob szájához kapcsolódik?), de nem a paláston, hanem a szájánál (500°C az elsőben, a végén is még 100°C felett van), a füstgáz nem érintkezik az anyaggal A csövön haladva lehűl (pneumatikus szállítás), majd kúpokba ömlesztik 4a. élesztőszaporítás hűtőtornyok 2. szuszpenzió készítés és gőzinjektor 3. elfolyósítás 1. őrlés DDGS tárolás

18 Hungrana (Szabadegyháza)
Keményítő elfolyósítás: jet cooker 108°C, 8 min utána a-amiláz 95°C, 40% szárazanyag tartalom (DM), 3 óra a végén a dextróz egyenérték (DE) 11 Cukrosítás az erjesztéstől szeparáltan (SHF): 60°C-on, AMG-vel, 37-38% DM, 80 óra (ez télen hosszabb, nyáron sok szörp fogy, akkor rövidebb) a végén 95 DE Folytonos erjesztés: -betáp: 21%-os cukoroldat édeslevek, hidrol, hidrolizált keményítő -pH 3,4-3,5 (befertőződésnél lesavanyítják 2-esre) -0,3% a maradék cukor

19 Alkoholgyártás, upstream műveletek, áttekintés
EtOH termelés I. generáció közvetlenül erjeszthetőek melasz erjesztés KOMPLEXITÁS keményítő hidrolízis EtOH termelés I. generáció közvetlenül nem erjeszthetőek gabona elfolyósítás cukrosítás erjesztés SSF Fölül a biokémiai folyamatok (kivéve cellulóz hozzáférhetővé tétele), alul színessel a technológiai lépések cellulóz hozzáférhetővé tétele cellulóz hidrolízis EtOH termelés II. generáció közvetlenül nem erjeszthetőek lignocellulózok előkezelés enzimes hidrolízis erjesztés SSF

20 Előkészítési műveletek
Közvetlenül NEM erjeszthetőek előkészítési műveletei az erjesztés előtt Keményítőtartalmúaknál: folyósítás és cukrosítás Lignocellulózoknál erjesztést gátló anyagok (HMF, furfurol, lignin degradációs termékek) képződhetnek 1/a. Előkezelés: Kémiai: savas, lúgos, szerves oldószeres Fiziko-kémiai: gőzrobbantás, AFEX (folyékony ammóniával történő robbantás) (fizikai, biológiai) 1/b. Enzimes hidrolízis: SSF, Simultaneous Saccharification and Fermentation (erjesztéssel együtt cukrosít) SHF, Separate Hydrolysis and Fermentation (külön cukrosít és erjeszt) Celluláz enzimkomplex: endoglükanázok, cellobiohidrolázok, b-glükozidáz 2. Kétlépcsős savas hidrolízis Először a hemicellulóz hidrolizál, utána a cellulóz Savas oldatba viszi a hemicellulózt, lúgos: lignin és hemicellulóz részben, szerves oldószer: lignin, de alkoholgyártáshoz drága.

21 Generációk, erjesztési paraméterek, kivitelezési lehetőségek
Üzemanyagalkohol vonatkozásban: 1. generációs: Ipari léptékben létező technológiák, gazdaságos Közvetlenül erjeszthetőkből, keményítőtartalmúakból (részben élelmiszer alapanyagok is) 2. generációs: Kísérleti és demonstrációs üzemek, első termelő üzemek, nagyobb előállítási költség Lignocellulózokból (nem élelmiszer alapanyagok) Az erjesztés során mérik: Hőmérséklet: °C között tartják pH: szakaszosnál 4,2-4,8 között, folytonosnál 3,5 körül Cukortartalom: Balling-fokolóval Az erjesztés kivitelezésének lehetőségei melaszon: Szakaszos Boinot-Melle Átvágásos Folytonos

22 Életciklus elemzés (LCA), szén-dioxid emisszió csökkentés
* CO2 emisszió csökkentés energiaegységre vonatkoztatva a fosszilishoz hasonlítva

23 Bioüzemanyagok szén-dioxid emisszió csökkentése a fosszilis párjukhoz képest
CO2 emisszió csökkentés energiaegységre vonatkoztatva a fosszilishoz hasonlítva

24 Földhasználat változás (LUC)
1. Példán keresztül szemléltetve: Változás előtt: legelő és erdő Közvetlen változás (dLUC – direct land use change): energetikai célú növénytermesztés, csökken a legelő Közvetett változás (iLUC – indirect land use change): legelő kialakítása az erdő egy részén Az (i)LUC által okozott CO2 kibocsátás növekedés nagyon bizonytalanul becsülhető, de az LCA során ezt is figyelembe kell venni Az 1. generációs üzemanyagoknál jelentős DE: mezőgazdasági, erdészeti melléktermékek nem okoznak földhasználat változást 2. 3.

25 A képen 1 millió m3, és 100x ennyi képződik
Ha az egy év alatt képződött svéd famennyiséget etanollá alakítanák, majdnem ki lehetne váltani Svédország fosszilis üzemanyag fogyasztását. Svédországban nagy az erdőterület, és ~9 millió a lakosság. A lignocellulóz alapú etanolnak van létjogosultsága, azonban teljes helyettesítést nem tesz lehetővé.

26 Downstream: szesz lepárlás és finomítás -Cefreoszlop
A szesz lepárlás és finomítás célja kettős: Nagy alkoholkoncentráció elérése Tisztítás (egyéb illó anyagok eltávolítása) Cefreoszlop Cefre a táptartályból, 8-9% EtOH Előmelegítő, 70°C-on lép ki a cefre, hőintegráció Oszlop tetejére érkezik (1. tányér), csak kifőző régió Direkt gőzbevezetés (ábrán, moslék hígul) / visszaforraló 18-20 szitatányér, könnyű tisztítani, olcsó, nem jó leállítani Nyersszesz: fejtermék, (V/V)% EtOH Moslék: Szeszmentes, nagyrészt nem illó anyagok Bepárlás (többfokozatú), ha sok a szilárd anyag, szeparálás előzi meg Nyomás csökken Élesztő benne lehet Melasznál vinasz, nagy K-tartalom miatt nem jó takarmány ezért talajjavító (P-tartalom is nagy) Gabonánál: a) DDGS (rostfrakció benne) – takarmány b) vinasz (törkölyelválasztás a fermentáció előtt) cefre KOND. g/f Nyersszesz 40-60(V/V)% ELŐMELEGÍTŐ g f CEFREO. Szabadegyháza: moslék anaerob erjesztés mezofil körülmények között, majd aerob szakasz, utána Duna - korábban gőz moslék bepárlásra

27 Guillaume-féle lepárló- és finomítótelep
Dunaföldváron három oszlopos rendszer páraátvezetéssel: 1. cefreoszlop (fűtés), 2. rektifikáló (nincs fűtés), 3. stripper (fűtés, itt van kozmaolaj elvétel, és ide jön vissza a regenerátum az abszolutizálásból. Előpárlat elvétel nincs.

28 Előpárlatoszlop Feladata: az alkoholnál kisebb forráspontú komponensek (metanol, acetaldehid, etil-acetát) elválasztása Előpárlat 95%-a EtOH A nyersszeszt (1.) luttervízzel (3.) hígítják, (V/V)% javul az elválasztás Visszahúzás (2.), szennyezett szesz Deflegmátor: parciális kondezátor, reflux beállítása Gőzfázisú fejtermék lép be Egy része kondenzál, ez lesz a reflux A maradék gőz a kondenzátorban kondenzál Előpárlat+utópárlat+piridines oldat=denaturált szesz Aldehidoszlop (nincs az ábrán): csökkenti az előpárlat EtOH tartalmát Betápja az előpárlat Fejterméke a „koncentrált” előpárlat, fenéktermékét visszahúzzák A szeszkitermelés 85%-ról 95%-ra javul előpárlat DEFLEGMÁTOR 3. 2. 1. ELŐPÁRLATO. gőz

29 Finomító-, végfinomító-, utópárlatoszlop
Finomítóoszlop Kifőző (betáp alatt) és dúsító régió (fölött) Luttervíz: alkoholmentes 40-50%-os etanolnál dúsul a kozmaolaj (az oszlop alsó harmada) izo-amilalkohol: , izo-butilalkohol lakkiparban oldószer A finomítványt folyadékként veszik el A fejterméket visszahúzzák (esetleg előpárlati komponensek) Régen harangsapkás, ma szitatányér (50-70 tányér) Végfinomító Indirekt fűtés visszaforralóval, ne híguljon a termék Alul 96 (V/V)% EtOH Fejterméket visszahúzzák Utópárlatoszlop Kozmaolaj elvétel, vízzel hígít, 8-10 (V/V)% EtOH Két fázisra válik szét Kozmaolajmosó: dekantőr, vizes fázis (alsó réteg vissza az oszlopba) Utópárlat: EtOH-nál nagyobb forráspontú komponensek KOND. DEFL. Finomítvány (4.-5. tányér) FINOMÍTÓO. 40-50(V/V)% Előtisztított szesz 15-18 (V/V)% gőz Luttervíz (alszeszvíz)

30 Abszolutizálás Üzemanyagalkohol keverékekhez (E5-E85): 99,95 (V/V)%<EtOH Azeotrop pont: 96 (V/V)% (légköri nyomáson) Abszolutizálás Terner azeotrop desztilláció (Győri Szesz korábban) Minimális forráspontú heteroazeotrop elegy Harmadik komponens: ciklohexán, benzol, kloroform vízzel ne elegyedjen, olcsó legyen Három oszlop (Fonyó-Fábry: Vegyipari művelettani alapismeretek 710 o.): 1. azeotrop desztilláció (alul EtOH), 2. harmadik komponens visszanyerés, 3. víz elválasztás Pervaporáció membránnal Molekulaszűrés (Győri Szesz, Hungrana, Pannonia Ethanol) Zeolitos oszlop: nagyobb nyomáson a víz adszorbeál, etanol nem, gőzként lép be és ki Regenerálás – legalább két oszlop szükséges, 5-10 percenként vált: vákuumban, etanollal regenerálnak (a termelt EtOH 15-40%-ával) Kétnyomásos eljárás, Fonyó-Fábry 709 o. (nem jellemző, csak elvi lehetőség) Alapja, hogy az azeotrop összetétel nyomásfüggő A regenerálás alatt lévő oszlop alulról kapja az abszolút etanol gőzt (ellenkező irányban halad át rajta, mint a vízmegkötésnél) – alcohol textbook Pervaporáció: folyadék az egyik oldalon, vákuum (vagy inert gáz a másik oldalon). Víz lép át, és a membránban válik gőzzé.

31 Élesztőgyártás Mire használjuk az élesztőt: Sütőélesztő-gyártás:
Sütőélesztő gyártás – élő sejtek, melyek keleszteni tudnak, aerob ferm. Takarmányélesztő gyártás (SCP) – elölt sejtek, fehérje, aerob fermentáció Szeszgyártásnál – EtOH, anaerob fermentáció Sütőélesztő-gyártás: Saccharomyces cerevisiae fakultatív anaerob nincs levegő: EtOH Crabtree-effektus van levegő: a cukor határozza meg, hogy szaporodik vagy erjeszt sok a cukor – átkapcsolja az anyacserét és EtOH termelődik Cukrot kellően alacsony szinten kell tartani fed-batch ekkor szaporodik, CO2-t, vizet és hőt termel (szaporodásnál kJ /mol metabolizált glükóz, míg az erjesztésnél csak -92 kJ/mol) az EtOH konc.-t 0,1% alatt próbálják tartani Hőmérséklet: 30 °C pH: 4,5-4,8 Technológiai különbség a szesz és élesztő gyártás között: anaerob vs. aerob + alacsony cukor Citromsav ciklus – Szent-Györgyi -Krebs

32 Sütőélesztő-gyártás Budafokon
Nyersanyag: melasz Segédanyagok: Szalmiák a N-, foszforsav a P-igény fedezésére Kis mennyiségben vitaminokat (B1, B6), biotint, nyomelemeket (zink, réz) kell adni Kénsav a pH állításhoz Habzásgátló (módosított repceolaj) Vízellátás: A fermentációhoz használt víz az ivóvíz hálózatból jön Hűtővíz a Dunából (ez a fogyasztás 80%-a) Melasz előkészítés: Hígítás Derítő szeparátor (centrifuga) iszapot, rostot távolít el Sterilezés: direkt gőzzel 130 °C-ra melegítik csőkígyó (kb. 1 perc tartási idő) végén hővisszanyerés (lehűlve előmelegít)

33 Élesztőgyártás Budafokon Fermentáció
Színtenyésztés: Batch, 14 h, a végén 200 kg élesztő DM Inokulum laborból (Johan-palack, 5 literes, vattadugón át levegőzik) Csak élesztő (nincs idegen csíra) Levegőztetés: steril levegő, keverés is (nincs szükség keverőre) A rendszer steril (hattyúnyakas kémény), az összes melaszt az elején kapja Mivel az elején sok a cukor, alkohol is képződik, ezt az oltóélesztő fermentációban metabolizálják a sejtek 2. Oltóélesztő fermentáció Fed-batch, 21 h, a végén kg élesztő DM nem steril N-szint szabályozása 3. Eladóélesztő fermentáció Fed-batch, óra, a végén kg élesztő DM 13 méter magas, erősen levegőztetett fermentorok Idegen csíra a 103/ml értéket nem haladja meg élesztő 10^8-10^9/ml – 20% szárazanyag a fermentáció végén (Gábor szerint 15%?) miért jó az oltóág: 1) kis sejtkoncentrációnál nagyobb a bakteriális túlnövés esélye 2) jobb több léptékre bontani a rendszert, mert így produktívabb a termelő lépték (pl. oltóággal 15 óra vs. oltóág nélkül 60 óra)

34 Élesztőgyártás Budafokon A levegőbevezetés fejlődése
1. Perforált cső Statikus, a levegőztető elem nem forog Aztán dinamikus rendszerek 2. Vogelbush 60 ford/min, 5 m átmérő Sűrített levegőt igényelt 3. Frings 1400 ford/min, 50 cm átmérő Önbeszívó, nem kellett hozzá kompresszor Nem volt energiahatékony Az oltóélesztő gyártásnál még mindig használják Visszatérés a statikushoz 4. „Mikrolyukas” perforált cső lézerrel készítik 1000 kW-os kompresszor biztosítja a levegőt (külön hálózatot igényel)

35 Élesztőgyártás Budafokon A cefre feldolgozása
Szeparálás – élesztő szeparátorok Terméke az élesztőtej (nehéz fázis) és a vérce (élesztőmentes cefre, könnyű fázis) Könnyű fázisból vinasz készül: melléktermék, besűrített vérce (60%-os szárazanyagtartalom), talajjavító Vákuumdobszűrő bemerül, vákuum rászívja a dobra, fölül mosás, kés levágja (kb. 30% sza.) Csigás extruder itt lesz fehér a keverés miatt szín nem mutat minőséget, de elterjedt, hogy a fehér jobb a melasz maradéka miatt barnás Formázás, csomagolás Tárolás fontos a levegőztetés és hűtés, mert él, és hőt termel (jól tárolva fél évig is eláll) Szárított élesztő: N2 atmoszférában, 30 °C-on, fluidágyban, de ezt importáljuk burgonyakeményítő a vákuumdobszűrőre (német termék)

36 Takarmányélesztő gyártás
Összetétel: Fehérjetartalom a sejt szárazanyagának 40-60%-a B vitaminok ergoszterin (a D provitaminja) rosttartalma kicsi, ezért könnyen emészthető Nyersanyag: sokféle (szeszmoslék, tejsavó, szulfitszennylúg, lignocellulózok) - olcsó legyen Törzs: Torula vagy Candida: a nyersanyagot jól hasznosítják (aminosavakat, pentózokat is) mellettük nem tudnak elszaporodni a baktériumok (mivel alacsony pH lehetséges) Technológia: igen sokféle, folytonos technológiák terjedtek el Lefrancois-eljárás: (Magyarországon megszűnt a gyártás) Szeszmoslék és melasz a nyersanyag, és a végén bekeverik a szeszgyári fenékélesztőt is Szaporítás: habemulzió formájában Utószaporítás: nincs tápanyagadagolás, a beadagolt elfogyasztása UV-besugárzás: az ergoszterin D vitaminná alakul Vákuumbepárlás: sejtek elölése, sejtmembrán elroncsolódik, sejtanyag kiszabadul

37 Takarmányélesztő gyártás Technológiai vázlat
Nyersanyag és tápsók előkészítése Színtenyész készítés Folytonos szaporító szakasz (CSTR, steady-state) Utóérlelés szakasza Szeparálás Mosás félfolytonos színtenyéstés 12-15% DM az élesztőtej, vákuumbep. után 30%, porl. szárítás után 90% UV besugárzás Vákuumbepárlás (sejtek lizálnak) Porlasztva szárítás

38 Köszönöm a figyelmet!