Технология "wet mill"(ликбез)

История технологии “wet mill” начиналась более 150 лет назад с производства крахмала для прачечных. Широкое применение новых разработок в области сепарации, позволили провести выделение важных со-продуктов, таких как кукурузное масло, клетчатки и глютена зерна. Параллельно с развитием производства крахмала, разработанные технические новшества позволили провести модернизацию спиртовой отрасли и поднять производство на новый технологический уровень.
В связи с энергетическим кризисом 70-х, значительно возросла потребность в альтернативном топливе, что позволило бы сократить зависимость от нефтяного импорта. Эта потребность послужила основанием для крупномасштабного производства биоэтанола из зерна.
В настоящее время в мире существует несколько крупных компаний, комбинирующих выделение со-продуктов с получением спирта.

Основой технологии “wet mill” является процесс выделения крахмала зерна, глютена, зародыша и клетчатки в водной среде. Началу процесса предшествует стадия очистки зерна с последующим его замачиванием. Затем зерно направляется на мокрое дробление для последующей сепарации зародыша и отделения клетчатки. Оставшийся после сепарации раствор, содержащий растворенный крахмал и глютен, направляется на вторую стадию сепарации. На данном этапе происходит выделение глютена из оставшегося раствора с образованием влажного глютена и крахмала. Полученный влажный крахмал, посредством разных технологических операций, преобразуется в следующие продукты: сухой крахмал, этанол, концентрированная фруктоза. Зародыш зерна, выделенный ранее, используется для производства рафинированного кукурузного масла. Клетчатка и глютен представляют собой ценные кормовые добавки.

Очистка и замачивание
Первым шагом технологического процесса, предшествующему стадии замачивания, является очистка поступившего сырья. Прошедшее стадию очистки, зерно подвергается замачиванию в слабокислой среде (0.1?0.2 % серной кислоты) при температуре 50-55°С, в течении 24 – 40 часов. Это позволяет размягчить зародыш зерна разрушить структурные белковые связи эндосперма и освободить крахмальные гранулы.

Выделение зародыша
После стадии замачивания, размягченное зерно подвергается процессу грубого дробления и сепарации. Грубое дробление замоченного зерна преследует цель выделить зародыш и возможно большее количество крахмала. Сепарация используется для выделения из раствора частей зародыша и отделения их от остальных составляющих зерна. Полученная фракция, содержащаяся зародыш, подвергается ряду технологических операций: промывается для отделения свободного крахмала и подвергается прессованию для удаления избытка воды. После удаления избыточной влаги, выделенный зародыш подвергается процессу сушки, с последующим его охлаждением и подачей на хранение. Очистка, измельчение и прессование зародыша может вестись непосредственно на предприятии, но зачастую, высушенный зародыш поставляется производителям кукурузного масла.
Неотделенная часть зародыша, входящая в состав получаемой мезги, направляется на производство высокопродуктивной кормовой добавки. Это продукт, в состав которого входит 20% белка, 1% жира и до 12% клетчатки. Из-за высокого содержания клетчатки, получаемый продукт добавляется в корм скоту и часто используется как носитель микрокомпонентов этого корма.

Выделение клетчатки
После стадии выделения зародыша, образовавшийся жидкий раствор подвергается второму, более интенсивному и тонкому измельчению, который позволяет отделить крахмал и глютен от оставшейся клетчатки. Окончательное разделение твердой (клетчатка) и жидкой (крахмал и глютен) частей раствора, происходит на специальных фильтрах. Полученная в процессе фильтрации клетчатка дополнительно промывается от остатков крахмала и подвергается прессованию до 60% влажности.

Производство экстракта
Промывная и замочная вода направляется на процесс выпаривания в выпарную установку, для получения продукта, богатого питательного веществами. Этот концентрированный продукт представляет собой сухой экстракт, который используется в животноводстве как кормовая добавка. Крупный рогатый скот – одни из главных потребителей этой добавки, т.к. только они способны усвоит продукт с высоким содержанием клетчатки.

Выделение глютена и крахмала
Глютен значительно легче крахмала, поэтому становится возможным провести его выделение на центрифуге. После центрифугирования, полученная фракция глютена направляется на дополнительную сепарацию, позволяющую получить концентрированную массу. Полученный “глютеновый кек” охлаждается до 35°С и фильтруется на ротационном вакуум-фильтре. Это позволяет получить продукт с 60%-ой влажностью.

Сухой глютен 
Концентрированный глютен, после стадии вакуумной фильтрации, высушивается до 10%-ой влажности, что позволяет получить пригодный к использованию продукт. Сухой глютен представляет собой богатую белковую добавку, содержащую 60% белка, 1% жира, и 3% волокна. Она очень высоко ценится при выращивании птицы и активно используется как компонент корма в свиноводстве.

Промывка крахмала и его выделение
Крахмальный раствор, полученный после стадий сепарации, подвергается процессу промывки, необходимому для удаления посторонних растворимых и нерастворимых примесей. Это достигает путем последовательной сепарации через батарею гидроциклонов. Такая последовательность процесса позволяет получить крахмал, с чистотой на выходе более 99%. После сепарации, крахмал может быть преобразован в различные продукты: этанол, концентрированный сироп фруктозы или сухой крахмал.

Производство спирта из крахмала

Процесс получения спирта по технологии “wet mill” достаточно сложен, т.к. ему предшествует большое число технологических операций, связанных с выделением отдельных компонентов зерна. Но предварительное выделение ценных составляющих является несомненным плюсом технологии “wet mill”, т.к. процесс производства спирта, в этом случае, не сопровождается образованием послеспиртовой барды. Это, в свою очередь, позволяет обойти стороной проблемы, связанные с ее последующей утилизацией.

Разваривание
Крахмальное молочко (раствор крахмала) проходит смешивание с разжижающими ферментами и нагревается до температуры, оптимальной для действия амилаз. Под действие ферментов и высоких температур происходит распад молекул крахмала на низко- и среднемолекулярные декстрины и сахара. Оптимальный уровень рН в растворе поддерживается добавлением серной кислоты или гидроксида натрия. Высокая температура позволяет провести стерилизацию полученного раствора и сократить количество посторонних микроорганизмов в среде.

Осахаривание
Полученный раствор проходит стадию охлаждения с последующим внесением в него осахаривающих ферментов (глюкоамилаз), задача которых состоит в преобразовании молекул декстрина в простые сахара, способные перерабатываться дрожжами на спирт.

Брожение (ферментация)
В осахаренное и подготовленное к брожению сусло добавляются дрожжи, которые преобразуют молекулы сахаров на спирт и углекислый газ. Процесс брожения является непрерывным и подходит к завершению приблизительно через 48-60 часов. За этот период все доступные сахара сусла перерабатывают в спирт и углекислый газ. Полученная в результате брожения бражка содержит до 10% спирта, который необходимо выделить на стадии дистилляции. В технологии “wet mill”, полученная в результате брожения дрожжевая биомасса, сепарируется и возвращается обратно в ферментер для поддержания высокой концентрации клеток в исходном сусле.

Дистилляция (укрепление)
Бражка, освобожденная от дрожжевой массы и содержащая около 10% спирта, непрерывным потоком подается в многоколонную систему ректификации, где происходит выделение спирта, его последующее укрепление и очистка от сопутствующих примесей. По завершении процесса ректификации получается питьевой спирт, крепостью 96-96,5%. Полученная в результате дистилляции лютерная вода используется повторно и направляется на стадию замачивания зерна, На этом процесс получения питьевого спирта заканчивается.
В технологии производства биоэтанола процесс дистилляции рассчитан только на укрепление, а не на высокую степень очистки от сопутствующих примесей. Кроме того, технологический процесс получения биоэтанола дополняется стадиями обезвоживания и денатурирования спирта.

Обезвоживание
Прошедший стадию укрепления спирт, крепостью 96%, проходит систему молекулярных сит, где избавляется от остаточного количества воды и становится абсолютным этанолом.