Торнадо 2500 для получения сахара из крахмала

Перспективы создания
предприятия по комплексной переработке пшеницы на сахаристые продукты с
использованием газо-вихревых биореакторов.

В ряду основных и социально значимых продуктов питания сахар
и сахаристые вещества стоят на одном из первых мест и являются наиболее
доступными продуктами в рационе россиян.

В 2000г сахарные заводы России выработали 6072,8 тыс. тонн
белого сахара, в том числе из отечественной сахарной свеклы – 1568 тыс. тонн и
из импортируемого сахара-сырца – 4504,8 тыс. тонн. Таким образом, доля
импортного сахара составляет 74,18%, что ставит Россию в абсолютную зависимость
от стран-экспортеров сахара и делает ее самым крупным мировым импортером
сахара-сырца.

Согласно международным стандартам и нормам ФАО,
продовольственная безопасность страны считается необеспеченной, если
производство жизненно важных продуктов питания составляет менее 75-80%
потребности населения в основных продуктах в соответствии с физиологическими
нормами.

Ликвидировать такое положение в сахарной промышленности
только наращиванием его производства из сахарной свеклы невозможно в связи с
неблагоприятными климатическими условиями в России.

Расчеты эффективности производства сахаропродуктов из
крахмала зерновых и сахара из свеклы для районов России, наиболее благоприятных
по ее возделыванию, показывают, что себестоимость сырья, необходимого для
производства 1 тонны сахаропродуктов из крахмала в 2,4 раза, а затраты труда –
в 2,3 раза ниже, чем при производстве сахара из свеклы. Удельные
капиталовложения в свеклосахарной промышленности на единицу продукции в 1,8
раза выше, чем при получении сахаропродуктов из крахмала. Эти различия еще
более экономически значимы в пользу сахаропродуктов из крахмала зерновых в
районах, менее благоприятных для возделывания свеклы.

Решить эту задачу можно, получая сахаристые продукты из
зерна кукурузы, пшеницы, ячменя, ржи с помощью ферментативного гидролиза
зернового крахмала.

Ферментативный гидролиз крахмала – это получение глюкозы,
мальтозы (моносахаров) из крахмала (полисахарида) с помощью специальных
катализаторов-ферментов.

Для районов Уральского, Сибирского и Дальневосточного
федеральных округов России как источники сахаристых продуктов особенно
интересны пшеница и рожь.

Урожайные годы (2000-2001 гг.) показали, что 15-25% объема
собранного урожая пшеницы оказываются невостребованными и хранятся в
хозяйствах, теряя свои кондиционные свойства. Так, на конец июня 2002 г. в
Новосибирской области осталось невостребованным 700 тысяч тонн пшеницы прошлого
урожая (из 3 млн. 680 тыс. тонн собранного). В Алтайском крае количество
невостребованного зерна в этом же году составило около 1,2 млн. тонн.

Глубокая комплексная переработка зерна пшеницы с
использованием всех его составляющих частей резко повышает экономическую
эффективность производства.

Его результатом является получение:

• различных
сахаристых продуктов из зернового крахмала (паток, глюкозных глюкозо-фруктозных
сиропов, глюкозы и т.д.);

• клейковины, которую добавляют в
муку низкого сорта, тем самым повышая ее качество (получение высокосортной
муки);

• высококалорийной кормовой
добавки из отходов производства двух первых продуктов.

В настоящее время на российских крахмалопаточных заводах практически
не используется пшеница, хотя в мире она является вторым по величине источником
крахмала после кукурузы.

Предпосылки для
создания предприятия по комплексной переработке пшеницы

1. Наличие
огромной сырьевой базы крахмалосодержащих продуктов (пшеница, рожь).

2. Возможность создания
высокоэкономичного производства за счет использования уникальных газо-вихревых
биореакторов и эффективной технологии полного ферментативного гидролиза
зернового крахмала.

3. Отсутствие крахмало-паточных
заводов на территории от Урала до Дальнего Востока.

4. Наличие крупного рынка
потребителей данной продукции на всей территории РФ.

5. Возможность вырабатывать большой
ассортимент сахаристых продуктов и паток с заданными характеристиками, что
невозможно сделать при химическом или химико-ферментативном способе.

Новизна и основные
преимущества предлагаемой газо-вихревой технологии гидролиза крахмала

Внедрение комплексной переработки зерновых сдерживается по
ряду причин, основной из которых является крайне низкая эффективность
используемого при гидролизе крахмала оборудования, связанная с тем, что
гидролизат крахмала на стадии клейстеризации является высоковязкой средой с
переменной вязкостью. Это определяет сложность аппаратного обеспечения данного
процесса, его высокую затратность, энергоемкость и низкую эффективность.

Главной сложностью процесса гидролиза крахмалов является
обеспечение быстрого и равномерного распределения ферментов в вязкой среде по
всему объему реактора.

Существующие в настоящее время ферментеры, в которых
перемешивание ведется с использованием многоярусных мешалок, имеют ряд
недостатков, основными из которых являются неравномерность перемешивания,
образование застойных зон, локальные перегревы, высокое энергопотребление и,
как следствие, невысокий КПД.

Создание специалистами ЗАО «Саяны» (Новосибирск)
газо-вихревых безградиентных биореакторов позволило разработать новую, гораздо
более эффективную технологию процесса ферментативного гидролиза крахмала.

Газо-вихревой безградиентный биореактор – аппарат нового
поколения, не имеющий близких по принципу перемешивания аналогов в мире.

На III международной выставке «МИР БИОТЕХНОЛОГИИ’2005» в
Москве он стал победителем в номинации «Оборудование» и награжден золотой
медалью.

Газо-вихревой безградиентный биореактор признан экспертами
одной из наиболее перспективных разработок в области высоких технологий в
России.

Перемешивание в аппарате осуществляется путем создания в
жидкой среде трехмерного потока жидкости в виде «вращающегося вихревого кольца»
за счет перепада давления над поверхностью и силы трения воздушного потока о
поверхность суспензии. В результате биореактор отличается от традиционных
аппаратов с механической мешалкой тем, что:

• осуществляет
эффективное перемешивание с низкими энергозатратами (в 10-12 раз ниже, чем у
аппаратов с мешалкой);

• работает, не меняя своих
характеристик, при заполнении от 10 до 90% объема;

• обеспечивает быстрое и
равномерное распределение ферментов по всему объему биореактора при
перемешивании среды, независимо от ее вязкости.

Разработанная специалистами ЗАО «Саяны» газо-вихревая
технология ферментативного гидролиза крахмала по экономическим показателям
значительно превосходит существующие в мире за счет:

• резкого
сокращения времени ферментации;

• низких энергозатрат на
ферментацию (в 7-8 раз ниже, чем в существующих технологиях);

• высокого процента выхода
конечного продукта;

• возможности вырабатывать большой
ассортимент сахаристых продуктов с заданными характеристиками;

• простоты обслуживания и
долговечности эксплуатации ферментационного оборудования;

• отсутствия механического
устройства перемешивания в жидкости, ухудшающего качество патоки.

В проведенных экспериментах при гидролизе 30-процентной
суспензии крахмала полная конверсия достигается через 16 часов (стандартный
показатель – 72 часа). Содержание в растворе сахаров составляет: глюкозы – 98,4%
(стандартный показатель 95-98%), мальтозы – 0,78%.

Доклад о полученных результатах был сделан на 13
Международной конференции по крахмалу, проходившей 21-23 июня 2005 г. в Москве.
Информация будет опубликована издательством «Nova Science Publishers».

В настоящее время разработана рабочая конструкторская
документация и создана опытно-промышленная установка с газо-вихревым
биореактором объемом 2500 литров (Торнадо 2500), в которой успешно проведен
полный технологический цикл ферментативного гидролиза крахмала.

Пилотное предприятие по гидролизу пшеничного крахмала с
газо-вихревым биореактором объемом 2500 литров расположено на территории г.п.
Кольцово.

Защита
интеллектуальной собственности

Газо-вихревые биореакторы защищены российским патентом,
патентом в Европе 98963676.6, патентом в Японии 2000-574215, патентом в США
09/787,525.

Технология ферментативного гидролиза крахмала защищена
патентом № 2004130609 «Способ биоконверсии крахмалосодержащего сырья».

Краткий анализ рынка
потребителей

Покупателями и пользователями выпускаемой продукции являются
предприятия пищевой промышленности РФ.

Способ двойной ферментативной конверсии дает возможность
вырабатывать большой ассортимент сахаристых продуктов и паток с заданными
характеристиками. В настоящее время предприятия пищевой промышленности
(пивоваренные заводы, кондитерские предприятия, хлебокомбинаты, производители
мороженого, прохладительных напитков и т.д.) имеют потребность именно в патоках
с заданным содержанием различных сахаров.

Еще одной особенностью предлагаемой технологии является
возможность в дальнейшем получения глюкозы, глюкозо-фруктозных сиропов и
фруктозы (продукт для диабетиков).

Потребность в патоке по РФ по разным оценкам составляет
более 400 тыс. тонн в год.

Экономические и социальные
проблемы, решаемые предприятий по комплексной переработке пшеницы

1. Пищевая
промышленность и население обеспечиваются необходимыми сахаристыми продуктами.

2. Повышается общая эффективность
сельского хозяйства региона за счет более глубокой переработки производимого
зернового сырья, в том числе низких сортов и некондиционного.

3. Снимается проблема
перепроизводства зерновых, стабилизируется спрос.

4. Обеспечивается круглогодичная
загруженность предприятий по переработке зерновых на сахаристые продукты.

5. Создаются новые рабочие места.

6. Уменьшается отток из региона финансов,
направляемых на закупку сахаропродуктов.

7. Повышается наполняемость местного
и Федерального бюджетов.

Создание на территориях РФ (особенно в СФО, УФО, ДФО) предприятий
по комплексной переработке пшеницы с использованием газо-вихревых технологий
является целесообразным и необходимым фактором для дальнейшего устойчивого
развития зернового сектора сельского хозяйства региона и обеспечения населения
необходимыми сахаристыми продуктами.

Работы ведутся при содействии Фонда Бортника.

Ю.А.Рамазанов, генеральный директор ЗАО «Саяны»

Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» http://www.cbio.ru/