1
Élelmiszertechnológia alapjai II.levelezo
képzés
Tantárgy felelos Dr. Hoschke
Ágoston egyetemi tanár

• oktatási segédanyag
• élelmiszermérnök (BSc)
• levelezo hallgatók részére
• Sör-és szeszipari Tanszék
• 2008

2
Általános bevezetés

• Tematika
• Az élelmiszeripar ágazati felépítése,
  nemzetgazdasági szerepe
• A gyártástechnológia interdiszciplinaritása és
  kapcsolatrendszere
• A technológia fejlesztés és innováció
  élelmiszeripari jelentosége

3
Élelmiszeripar szerkezete
Iparág részarány ()
Húsipar 17,3
Tejipar 11,1
Takarmánygyártás 10,2
Baromfi feldolgozás 10,0
Gyümölcs zöldség feldolgozás 8,2
Malomipari termékek gyártása 6,8
Cukor- és keményíto hidrolízis ipar 6,2
Sütoipar és tésztagyártás 5,8
Üdítoitalok gyártása 4,9
Söripar 3,8
Dohánytermékek gyártása 3.2
Növényolaj ipar 3,0
Szesz- és szeszesital gyártás 2,6
Bortermelés 2,1
Egyéb élelmiszerek gyártása 4,8
4
Nyersanyagok és iparági technológiák

• Nyersanyagok
  Iparágak/technológiák
• Állati eredetu
  húsipar,tejipar
• Növényi eredetu
• gabonafélék
  malomipar,sütoipar,erjedésipar,
• 
  takarmányipar, maláta gyártás
  ,
• 
  keményítoipar,
• ipari növények
  cukoripar,édesipar,dohányipar,
• 
  növényolajipar
• gyümölcsök,zöldségek
  konzervipar,üdítoital-gyártás,
• 
  boripar,italgyártás
• Mikroorganizmusok
  fermentációs iparok
• 
  szeszipar, biofuel
• 
  pékéleszto,takarmányéleszto
• 
  éleszto hidrolízátum

5
Termelo Gyártó Felhasználó
A nyersanyagtermelés, a gyártástechnológia és a
fogyasztói igény kapcsolata
Technológia
Nyersanyagismeret Élelmiszermérnöki
Táplálkozástudományi és ismeretek
közgazdasági ismeretek
Alaptudományok - biokémia, él.kémia -
mikrobiológia - fizikai kémia Alkalmazott
tudományok - reológia - muveletek, gépek
- biomérnökség - léptéknövelés -
környezetvédelem

• Agrotechnika
• Kémiai összetétel
• Analitika
• Adalékok
• (pl. enzimek)
• Biztonság
• (pl. GMO, toxikus a.)

• Piaci és fogyasztói igény
• Táplálkozási szokások
• Él.ellenorzés, biztonság
• Globalizáció
• Marketing
• Információ

6
Kukoricaliszt / dara Natív keményíto, glutén,
csíraolaj, takarmány Dextrinek Glükózszörp
(maltodextrin) Keményítoszörp,
glükóz Maltodextrin, maltóz Glükóz Észterek,
éterek, oxidált keményíto
A kémiai és a biológia transzformáció
lehetoségei kukorica feldolgozásnál
Száraz orlés
Nedves orlés
Hokezelés
Savkezelés
Kukorica (Keményíto)
Sav GA
AA, GA, BA, Pullulanáz
Enzimes hidrolízis
Kémiai módosítás
Etilalkohol/biofuel Fermentációs iparok,
szénforrás Izocukor / fruktóz Aszkorbinsav /
szorbitol Biopolimer
Glükóz
7
Keményíto hidrolízis ipar

• Tematika
• A keményítoipar szerkezete és a keményítogyártás
  nyersanyagai
• A kukorica nedves orlésének muveletei és
  berendezései
• Keményíto származékok csoportosítása
• A keményíto hidrolízis elvi lehetoségei
• A keményíto lebontás enzimei /amilolítikus
  enzimek/
• Az amilolítikus enzimek hatásmechanizmusa,
  tulajdonságai
• A keményítolebontás ipari eljárásai
• Komplex kukorica feldolgozás technológiai
  lehetoségei
• Izocukor gyártás, a fruktóz alapú természetes
  édesítoszer jelentosége
• A keményíto hidrolízis ipar termékei és
  élelmiszeripari felhasználása

8
Ajánlott irodalom

• Sólyom,L és Kudron, J. Keményíto és
  keményítoipari termékek
• Mezogazdasági Kiadó, Budapest, 1985
• 2.fejezet A keményíto
  szerkezete..
• 4.fejezet Keményítoipari
  enzimkészítmények
• 6.fejezet A keményítogyártás
  technológiája

9
A keményítogyártás szerkezete

• Jellemzok
• nyersanyag
• módosított származékok növekedése
• enzimes technológiák elterjedése

10
Átlagos nyersanyag összetétel
Burgonya Búza Kukorica
Víz 75 15 15
Keményíto 15-20 62-65 70-75
Fehérje 2-3 10-12 8-10
Lipid gt 1 10-12 8-10
Rost 2-3 gt 0,5 2-4
Hamu 1 1 1-3

Termékek ( fo / iker) keményíto keményíto keményíto
Termékek ( fo / iker) - sikér csíraolaj
Termékek ( fo / iker) - - glutén
Mellék- termékek törköly - kukoricalekvár
Mellék- termékek gyümölcsvíz - rost
Mellék- termékek - - olajpogácsa
Feldolgozás problémái keményíto anomális
tulajdonságai, szemcseméret, kristályszerkezet,
összetétel
11
A keményíto szerkezete I.

• Elsodleges szerkezet
• D-glükóz homopolimer
• Másodlagos szerkezet
• Heteropolimer
• Lineáris amilózlánc (a-1,-4)
• Elágazó amilopektin (a-1,-6)

Amilózlánc
12
A keményíto szerkezete II.
Amilopektin szerkezete a-(1,4) glükozidos
kötések mellett a-(1,6 ), ritkábban a-(1,3)-as
elágazások
13
A keményíto viselkedése vizes közegben

• Anomális jelenségek
• polimer víz kapcsolat/ másodlagos kötések
  meghatározza a technofunkcionális tulajdonságokat
• ok hidrogénkötések stabilitása homérséklet
  függo
• Csirízesedés
• Retrogradáció (öregedés)
• Komplexképzodés (jódkomplex)

14
Retrogradáció (öregedés)

• Keményíto spontán változása, öregedése
• Gélben vízkiválás figyelheto meg
• Oldat zavarossá válik
• Alapvetoen kristályosodási folyamat
  (röntgendiffrakció)
• Hidrogénkötés képzodés keményítoláncok
  hidroxiljai között
• líneáris láncok egymás mellé rendezodnek -
  dehidratáció
• amilóz / amilopektin eltéro viselkedése
• aggregátumok képzoknek molekula asszociáció,
  flokkulálás
• irreverzibilis folyamat

• Keményítot felhasználó iparágakban káros
  jelenség
• Pékáruk öregedése
• Konzervek zavarossága
• Textil- és papíriparban káros borképzodés
• Csökkenti a keményíto savas
• és enzimes hidrolízálhatóságát
• Csökkenti a jódköto képességet

15
Jódköto képesség

• Jódköto képesség
• 6-8 glükóz / 1 Jód atom,
• rezonáns polijódlánc,
• hidrofób kötés
• kék komplex

• Apoláros jódmolekulák elférnek a hélix üregekbe
• Van der Waals-vonzás rögzíti, más apoláros jelleg
  mint vizes, vagy alkoholos közegnél
• Az alapállapotú és a gerjesztett állapotú
  jódmolekulák között más az energia különbség,
  mint a vizes oldatban más
  hullámhosszúságú fényt nyelnek el

I5--komplex
16
Kukorica / gabona nedves orlésének muveletei
Nyersanyag tárolása
Nyersanyag elokészítése
aprítás áztatás dagasztás
Feltárás
vibrációs síkszita hengerkimosó szita centrifugál
kimosó szita ívszita / szurohenger csigás mosó /
suríto hidrociklon szeparátor forgódobos
suríto centrifugál szeparátor ülepíto
centrifuga vákuum dobszuro horizontális tengelyu
- - vízteleníto centrifuga
Nyers keményíto elválasztása
csíra rost fehérje
Keményítotej tisztítása
Keményítotej surítése
Keményítotej víztelenítése
Szárítás
17
A keményítogyártás közös muveletei és gépei

• Kimosás, vibrációs síkszita
• elválasztás hengerkimosó szita centrifug
  ál kimosó szita
• ívszita, szurohenger
• Nyers keményítotej hidrociklonok
• finomító- és suríto csigás keményítomosók
• berendezések szeparátorok
• Vízteleníto forgódobos besurítok
• berendezések ülepíto centrifuga
• horizontális tengelyu vízteleníto centrifuga
  
• 
  centrifugál szeparátor
• vákuum dobszuro
• Keményítoszárító pneumatikus szárító
• berendezések
• Az elválasztás elve ? molekula méret szerint
  (pl. ívszita)
• ? suruség
  szerint (pl. multiciklon, szeparátor,centrifuga)

centrifuga
18
Ívszita
Elonye nincs forgó rész Hosszú
élettartam Automatizálható Kis energia/tér
igény Kis veszteség
szurlet szüredék Teljesítmény
200 m3 /h
19
A kukorica szem felépítése
Lisztes endosperm
Héj
Csíra
Szarus endosperm
Magcsúcs
20
Kénessavas áztatás

• A kukorica áztatás célja
• víz felvétel
• keményíto és fehérje hidratálás
• vázfehérje lazítás
• SO2 adszorpció (cisztin -S-S- kötések
  hasítása)
• vízoldható anyagok kioldása
• tejsav baktériumok elszaporítása (puffer hatás
  pH3,9-4,1-)
• sejtfal poliszacharidok
  puhítása)
• H2SO3 ? H HSO3_ ? H SO3_
• R1 - S?S R2 ? R1 S SO3_
  R2 - S_
• Paraméterek 48-52 C, 30-50h, 0,2-0,4g SO2 / kg
  kukorica
• folytonos ellenáramú
  diffúzió
• Lactobacillus bulgaricus
  (termofil), pH szabályozás

21
Ellenáramú kukorica áztató
rendszer automatikus szabályozás/mérés folyadék
szint, tartózkodási ido, áramlási
sebesség, SO2 koncentráció, ürítés, pH,
homérséklet
22
Keményíto üzem
Szemét, por
Kukorica
SO2
Tört szem
Orlés Takarmányüzem
Tisztítás
Áztatólé
Áztatósav
Áztatás
Durva orlés
Csíra
Csíra leválasztás
Csíra víztelenítés
Csíra szárító
Finom orlés
Mosóvíz
Rost
Takarmányüzem
Rost elválasztás
Rost víztelenítés
Surítés
Orölt tört szem
Keményíto Fehérje szeparáció
Glutén
Glutén szárító
Glutén víztelenítés
Mosóvíz
65
35
Multiciklonok
Szeszüzemi táptartály
Cukorüzemi táptartály
Szeszüzemi alapanyag
Vízteleníto centrifuga
Finomított keményítotej
Pneumatikus szárító
Natív keményíto
23
Keményíto származékok csoportosítása
Natív keményíto
Oldható keményíto
Módosított keményíto
Szubsztituált keményíto
Hidrolízált keményíto
Oxidált keményíto
Maltodextrinek (szörpök)
Keményíto cukor
Dextrinek
Glükóz
Maltózszörp
Izocukor
DE dextrose equivalent (glükóz egyenérték)
24
A keményítohidrolízis enzimei
Transzferázok
Izomerázok
Amilázok
Glükózizomeráz Ciklodextrin-transzferáz
Exoamilázok
Endoamilázok

• a-amiláz Pullulanáz b-amiláz
  Glükoamiláz
• R-enzim (amiloglükozidáz)
• Izoamiláz

25
A keményítobontó enzimek csoportosítása és hatás
mechanizmusa
glükoamiláz a-amiláz pullulanáz b-amiláz

Nem redukáló láncvég Redukáló láncvég
26
A keményítobontó enzimek jellemzése I.

• ALFA-AMILÁZ Ca-kofaktor
• Molekulatömeg 40-60 ezer Da
• pH tartomány 4,0 8,0
• homérséklet tartomány 40 95C
• Mechanizmus endo, csak az a- D (1,4 )
  kötéseket hasítja
• Termék G1 G8 oligoszacharid és
• a-határdextrin
• Elofordulás növény, állat, mikroorganizmus
• baktériumok B. subtilis
• Mezofil, termofil B. licheniformis
• B. stearothermophilus
• Penészgombák Aspergillus niger, Aspergillus
  oryzae
• Készítmények Tenase
• Optispirit
• Ceremix
• Termamyl

27
Alfa-amilázok

• Elofordulás (növényi, állati, mikrobiális)
• Élettani, technológiai jelentoség
• Általános jellemzok
• metalloenzimek

növényi állati baktérium penészgomba
pH tartomány 4,5-7,0 5,5-8,0 5,0-8,5 3,5-6,0
Homérséklet tartomány 60-70 40-50 65-95 50-65
Molekula tömeg (kDa) 20-40 20-40 40-110 50-76
Kofaktor /? aktivátor Ca2 Zn2 Ca2 Zn2 Ca2 Zn2 Ca2 Ba2
28
A kalcium szerepe

• Ca hatás / stabilizálás

MA 100 50
MA 100 50
3
ppm Ca2
1,5
0,3
60
0
30
0
2 4 6 h
2 4 6 h
B. licheniformis B.
amyloliquefaciens
29
A keményítobontó enzimek jellemzése II.

• PULLULANÁZ Molekulatömeg 50 - 150 ezer Da
• pH tartomány 4,5 7,5
• homérséklet tartomány 40 55C
• Mechanizmus endo, csak az a-1,6 kötéseket
  hasítja
• Termék amilóz
• lineáris maltodextrin
• Elofordulás mikroorganizmus - Aerobacter
  aerogenes
• Egyéb a-D (1 6) kötéseket bontó enzimek
• R-ENZIM
• Növényi eredet
• a-határdextrinek a-1,6-os kötéseit is bontja
• IZOAMILÁZ
• Éleszto, penészgomba eredet
• A pullulánt a-D(1 6) kötéseket
  tartalmazó maltotrióz polimer nem tudja bontani

30
A keményítobontó enzimek jellemzése III.

• GLÜKOAMILÁZ Molekulatömeg 40 - 150 ezer Da
• Amiloglükozidáz pH tartomány 3,5 5,5
• (glükoprotein) homérséklet tartomány 40
  60C
• Mechanizmus exo, minden glükozidos kötést bont
• Termék b-D-glükóz
• Elofordulás elsosorban mikroorganizmus, állati
  szövet
• penészgombák Aspergillus niger
• Készítmények Optidex
• SAN
• Dextrináz
• BÉTA-AMILÁZ Molekulatömeg 100 - 200 ezer Da
• pH tartomány 4 8
• homérséklet tartomány 40 60C
• Mechanizmus exo, csak az a-D (1, 4 ) kötéseket
  hasítja
• Termék b-D-maltóz és b-határdextrin

31
Enzimes keményíto hidrolízis ipari lehetoségei
Keményíto
Folytonos technológia Bakteriális a-amiláz,
pH6-6,5 100-120C Ca,
pH6,0-6,5 70-95 C
feltárás folyósítás
Keményítoszörp (DE 30-80)
Maltodextrin DE 5-20)
Cukrosítás Szakaszos pH4-5 60C, A.niger
GA A.oryzae AA
Cukrosítás szakaszos
Maltóz szirup Maltóz
Cukrosítás szakaszos pH5,5, 50 C,
AAß-amiláz B. aA P. aA
Glükózszörp
Izomerizáció folytonos
pH7,5-8,5 60-65C glükózizomeráz
Izocukor (HFCS)
Fruktóz szirup Fruktóz
Elválasztás (GFr)
32
Keményíto hidrolízis/lebontás lehetoségei1.Savas
hidrolízis

• H reverzió
• Keményíto Glükóz Genciobióz
• -3H2O Intramolekuláris vízvesztés
• HO CH CH OH
• H
• HO H2 C H C C H
  C
• O
• OH OH
• H
• CH CH
• HO H2 C C C
  HO HMF
• O
• POLIMERIZÁCIÓ
• CH3 C CH2 CH2
• HCOOH Polimerek
• O COOH

33
Savas hidrolízis (Kroyer eljárás)
pára
Keményíto zagy 20 Be
expanziós tartály
sav pH 2,0
csokígyó 140C
visszacsapó szelep

• Kroyer reaktor
• goz
• keményítozagy

folyósított keményíto
nagy nyomású pumpa
goz kondenzátum
Cso a csoben reaktor 15 bar
2-3 perc tartózkodási ido pulzáló
áramlás lamináris áramlás gátlása
34
2. Savas/enzimes hidrolízis

• lépés Savas lebontás DE 18-20
• (sósav, salétromsav, kénsav)
• 2. lépés pH állítás 4,5
• (szóda, kalcium-karbonát)
• 3. lépés glükoamilázos cukrosítás 60C, 70 óra
• DE, dextróz ekvivalens 0 100 között,
• kifejezi a hidrolízis -os mértékét
  (glükózban)
• Natív keményíto 0 glükóz 100

35
3. Enzimes hidrolízis

• Enzimes katalízis
• lépés alfa-amilázos folyósítás pH6,0 T60-90C
• 2. lépés pH állítás 4,5
• lépés glükoamilázos cukrosítás pH4,5-5,0
  T55-65C

CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH

O
O
O
O
H H2O
C1
C1
C4

C1
C4
C1
O
OH
OH
O
Reszintézis Gn G Gn1 1,6 és
1,3 kötésu oligoszachridok
izomaltóz izomaltotrióz Transzglükozidáz
hatás
36
A keményíto biokonverzió fo szakaszai

• Enzimes Muveleti lépések Termékek
• folyamat

Keményíto szuszpenzió
csirízesedés
1.
folyósítás
Maltodextrinek
dextrinizálás
oligoszacharidok
Maltóz szirup Kevert szirupok Glükóz szirupok Fr
/ Gl szirup (izocukor) Nagy fruktóz tartalmú
szirupok Kristályos fruktóz
2.
cukrosítás
izomerizáció
3.
Glükóz oligoszacharid
fruktóz dúsítás
37
A keményíto folyósítása

• 1. Csirizesítés legkritikusabb lépés
• szárazanyag 25-40
• vízfelvétel 20-60C (duzzadás H kötések
  felbontása)
• gélesítés gyors viszkozitás
  növekedés
• retrogradáció megakadályozása
• sav adagolás (Kroyer technológia)
  pH1,5-2,0, 140-150C
• hoinjektor / a-amiláz
  pH6,0-6,5 110-140C
• - B. subtilis 85-87C
• - termostabil 95-100C
• 2. Folyósítás
• szakaszos
• - 0,2 0,4 liter B. subtilis a-amiláz
• 25-40 sz.a., pH6,8-7,0 Ca2 200-400ppm,
  85-90C, 20 perc
• - nyomás alatti hokezelés (140C, 5 perc)
• - hutés 85C
• - 0,8 1,8 liter/ tonna a-amiláz, reakció ido
  függ a kívánt DE értéktol
• - enzim aktiválás (100C, 10-15 min)
• folytonos egy- és két ,ill. három részletben
  adagolt alfa-amiláz

38
Goz injektor (Jet cooker)
39
A keményíto folyósítása /enzim adagolás 3
részletben/
folyósító tartály
expanziós tartály
kevero tartály
goz injektor
AA
Keményíto zagy
CaCl2 ?AA
105-140C
dextrinizáló tartály
AA
85C
100C
hocserélo
60C
Folyósított keményíto
Muveletek / technológiai paraméterek
Paraméterek Keményíto sz.a. 35-42 pH6,0-6,5 Ter
mostabil alfa amiláz Ca 2 (50-100ppm)
hofeltárás folyósítás dextrinizálás
Homérséklet (C) Reakció ido Enzim (l/t) DE érték 135-142 0,2-0,5 min 0,2 (20) 1-3 100 20-30 min 0,5 (50) 10-15 85 120-150 min 0,3 (30) 18-25
40
Cukrosítás

• Glükóz eloállítás A. niger glükoamiláz (GA)
• Különbözo édesítoszer A. niger GA / A. oryzae
  aA, izocukor(GI)
• A.oryzae alfa-amiláz (aA)
  maltotrióz, maltóz termék
• Általános reakció feltételek
• szakaszos technológia
• kevertetett reaktor
• pH3,8-4,5
• T55-60C
• reakció ido 48-72 h
• Probléma transzglükozidáció izomaltóz
• reszintézis izomaltotrióz
• kristályos glükóz gyártásnál 20-30-os
  veszteség
• hidrol!

41
A keményíto enzimes cukrosítása
Glükóz oldat (DE96-98)
vákuum dobszuro
glükoamiláz
Keményíto szirup (DE15-20)
csíraolaj
60C
glükóz
Steril szuro gyertya
szilárd
ülepíto
Cukrosító tartály
Kation- és anion cserélok

• Paraméterek
• Folyósított keményíto sz.a. 40-42 DE15-20
  pH4,2-4,5
• Enzim Aspergillus niger glükoamiláz
• Reakció ido 45-55 óra
• Termék 94-96 glükóz tartalom
• Szennyezok színanyagok, fémek (Ca 2), HMF
• szerves savak, nitrogénvegyületek
• mikroorganizmusok

42
A keményíto hidrolízis eljárásainak
összehasonlítása
Paraméterek Savas Savas/ enzimes Enzimes
Bontásfok 75 - 85 92 - 95 97 - 98
Glükóz tart. () 80 - 85 90 - 91 97 - 98
Reverzió () 10 - 12 5 - 8 1
HMF () 0,2 0,5 gt 0,2 -
Relatív szín 10 - 20 0,2 2,0 gt 0,2
43
Maltóz szirupok

• Technológia hasonló a keményítoszörp
  eloállításához
• eltérés speciális enzimek, pullulanáz,
  b-amiláz, A. oryzae a-amiláz
• Felhasználás / tulajdonságok
• alacsony higroszkóposság
• kristályosodás gátlás (édesipar,
  gyümölcskonzervek, stb)
• könnyu lebontás / tápszer / söripar
• édesítoszer (hidrogénezés maltitol)

Fobb termékek DE G () Maltóz () Oligoszach. ()
Maltóz szirup 40-50 7-10 40-50 10-15
Nagy DE értéku M.Sz. 60-70 35-40 30-40 5-15
Extra Maltóz szirup 60 1-2 85-90 5-15
Kristályos maltóz 95 felett
44
Keményíto hidrolízis termékek
Termékek Bontásfok (DE) Felhasználás
Maltodextrin 3-20 állományjavító
Maltodextrin 3-20 fermentációs iparok ragasztó
Keményíto- szörpök 15-30 állományjavító, töltoanyag
Keményíto- szörpök 30-50 édesítoszer, konzerv
Keményíto- szörpök 50-75 italtechnológia, édesipar
Keményíto- cukor 60-80 édesipar
Keményíto- cukor 60-80 cukrászat
Glükóz 96-98 kristályos glükóz
Glükóz 96-98 Dextróz szörp
Glükóz 96-98 hidrol / Corvital
Glükóz intermedier izocukor (HFCS) C-vitamin
alkohol / élesztogyártás
45
Komplex kukorica feldolgozásizocukor eloállítás
46
Komplex kukorica feldolgozás

• Cél értéknövelo feldolgozás
• termékszerkezet
• agrárágazat problémái
• (olajválság, biotechnológia, árak,
  túltermelés)

Kukorica feldolgozás lehetoségei Szárazorlés
Nedves orlés Három frakció 10 csíra
Öt frakció keményíto 35 liszt
fehérje 55 dara takarmány
olaj kukoricalekvár Korlátozott
számú termék Nagy termék variáció
Elonyök 20-kal kisebb beruházás Összes
komponens külön kinyerheto Nem függ a nyersanyag
minoségtol flexibilis technológia Kisebb
fajlagos energiaszükséglet tovább
feldolgozás Nincs szennyvíz széles
termékválaszték Hátrányok 35 nem kerül
feldolgozásra szennyvíz probléma Nincs értékes
termék beruházás nagy Csak elektromos
energia nyersanyag minoség Nem flexibilis
47
A komplex kukorica feldolgozás folyamatábrája
Kukorica
Tört szem
Egész szem
áztatóvíz
Szeszüzem
Keményítoüzem
Elopárlat
Glutén
Kukorica rost
Csíra
Finomszesz
Keményítotej
Moslék
Izocukor
Glükóz szörp
Takarmány üzem
Natív keményíto
Glükóz szirup
Keményíto hidrolizátum
Kristályos glükóz
Izoszörp F42
Izocukor F55
48
Glükóz izomerizáció

• Jelentosége szacharóz helyettesítése
  /invertázG-F?GF/
• kukorica keményíto glükóz GF F
  (dúsítás)
• 
  új típusú édesítoszer
• Glükóz izomerizáció lehetséges útjai
• - lúgos
• - enzimes glükózizomeráz rögzített enzim
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  (pH 7-8, T50-60C)
  Co2 kofaktor
• Glükóz fruktóz
  2,3-endiol pszikóz (pH 8-10,
  60-80C)
• Aldóz ---ketóz átrendezodés
  enolízáció

izomerizáció
49
Glükózizomeráz

• Elsodlegesen xilózizomeráz
• Fermentáció (inducerxilóz ! Drága)
• helyettesítés, búzakorpa, xilán
• új törzsek, konstitutív mutáns
• katabolit represszió szabályozás
• körülmények 25-30 óra, 30 C, Co2, Mg2
• fermentlé feldolgozás sejtfeltárás
  intracelluláris enzim, rögzítés
• Enzim tulajdonságok
• 4 alegység, Molekulatömeg 150-170 ezer Da
• Co2, kofaktor
• Ca2, inhibítor (Mg2 védohatás)
• pH optimum 7,5-8,5 hom.optimum 60-65 C
• Fejlesztés
• extracelluláris enzimtermelo törzsek
• hostabilitás fokozása
• Ca érzékenység megszüntetése

Glucose isomerase crystals under thescanning
electron microscope
50
Izocukor eloállítás muveleti lépései

• keményítotej hidrolízise
• nyers glükóz oldat
• retentát
  membránszurés
• vákuumdobszurés permeát
• bepárlás bepárlás
• fehérjeszurés
• glükóz ioncserélés
• bepárlás izomerizálás
• kristályosítás bepárlás
• fruktóz dúsítás

glükóz szirup
F55 izocukor
hidrol
F42 izocukor
kristályos glükóz
F80-95 fruktóz
kristályos fruktóz
51
Izocukor eloállítása kukorica keményítobol
AA
GA
GI
Keményíto maltodextrin glükóz izocukor (HFCS)
Glükóz izomerálás
adalékok
glükóz
exp. huto
Izocukor (70-72 sz.a)
goz
sterilezo
automatikus szabályozó
bepárló
enzim reaktor
steril szuro
ioncserélo
Paraméterek Szubsztrát 42-45 glükóz
Homérséklet 60 C
pH 7,8

Adalék MgSO4 / NaHSO3 Rögzített glükóz
izomeráz
Str. albus, B. coagulans
Aktív centrum Co2 /védo Mg2
Inhibítor Ca2
Termék izocukor 42 fruktóz 52
glükóz 6 oligoszacharid
52
Optimális izomerizációs paraméterek

• Szubsztrát koncentráció 38-45 (sz.a.)
• mikrobiológiailag steril
• Ca-ion mentes
• 96-98 DE értéku glükóz
• pH 7,8-8,2
• Homérséklet 58-65C
• Enzim rögzített glükózizomeráz
• (kovalens rögzítés, szferikus szerkezet)
• Adalék MgSO4 (150-220 ppm, 20xCa2)
• NaHSO4
• Tartózkodási ido 0,8 - 4,0 óra (min - max)
• Konverzió 42-45 fruktóz
• Bioreaktor töltött ágy, soros kapcsolás
• üzemi élettartam max. 3 t½ ( 10 maradék
  aktivitás)
• 3000 óra

53
Növelt fruktóz tartalom elérési lehetoségei
54
Az izocukor alapú édesítoszerek
Fruktóz Glükóz Egyéb szénhidrát Relatív édesítés
F42 42-44 50-54 4-6 0,9
F55 55-60 40-35 3-5 1-1,1
F90 (VHFS) 92-95 5-7 lt 1 1,5
Kristályos fruktóz F100 99-100 0-1 - 1,7
Szacharóz 1,0
55
Kukorica keményíto alapú édesítoszergyártás
Új természetes alapú édesítoszer Bevezetés
indokai (1960 ? napjaink) USA High Fructose Corn
Syrup (15-42 fruktóz) EU Isoglucose (42-60
fruktóz)

• Problémák
• Európai Közös Piaci Mezogazdasági Politika
• cukor lobby
• áttörés ? 55-60 fruktóz tartalmú szörp
  felhasználható szacharóz helyett az üdítoiparban.
• 1985 ? Coca Cola, Pepsi Cola
• 1995-re telítodött a piac 6 millió tonna elso
  generáció termék /42-55Fr/
• termék-szerkezet változás
• növelt fruktóz tartalom elotérbe kerül (
  jelenleg 25millió tonna felett)

56
Édesítoszerek / gyógyélelmiszerek

• Glikémiás index (Jenkins kutatásai)
• Vércukor emelo szénhidrátok csoportosítása
• gyors szénhidrátok Gix gt 90
• közepes szénhidrátok Gix 70 90
• lassú szénhidrátok Gix lt 70
• Gix értékek
• Poliszacharidok 80 -100
• Kenyér 100 -110
• Rizs 80
• Tészták 60 -70
• Glükóz 138
• Fruktóz 28!
• Szacharóz 86
• A fruktóz természetes édesítoszer lehet
  cukorbetegek részére

57
Rögzített enzimekés rögzített sejtek
58
Rögzített enzimes bioreaktorok

• Elonyei
• újra felhasználás
• muveletszám csökkenése
• folyamatos technológia
• nagy fajlagos aktivitás
• rövid reakcióido
• reaktor térfogat csökkenés
• mellékreakciók kisebb valószínusége
• kisebb energia szükséglet
• többlépéses (kémiai szintézis) reakciók
  helyettesítése
• gazdaságosság?

59
Rögzített enzimes technológiák sikeres ipari
bevezetésének alapveto kérdései

• Eljárás alapvetoen új technológia és a termék is
  egyedülálló a piacon
• Termék új, jobb minoségu, nagyobb kitermelés
• Enzim kisebb költség, megfelelo stabilitás
• Szubsztrát alkalmas a közvetlen felhasználásra
• (koncentráció, mentes szilárd részektol, stb.)
• Muvelet szükséges-e elo- és utókezelés,
• automatizálható-e a folyamat
• termék és melléktermék-képzodés ellenorizheto
• Üzemesítés léptéknövelés megvalósítható
• infrastruktúra, személyi feltételek
• Gazdaságosság az eljárás valóban a legjobb
  megoldás,
• versenyképes-e a hagyományos technológiával
• van-e igény

60
Enzim vagy sejt rögzítés
ENZIM SEJT
Extracelluláris enzim Intracelluláris enzim
Nincs szükség kofaktorra Az enzim érzékeny
Kis rögzítési veszteség Sejtfeltárás / extrakció nagy aktivitás veszteséget okoz
A rögzített enzim stabil Konszekutív reakciók
Az üzemi feltételek között Szubsztrát / termék Kis molekulaméret
A zavaró enzimrendszerek inaktiválhatók
Sejtrögzítés szükséges - multienzim
rendszerek - kofaktort igénylo rendszerek -
koimmobilizálás
61
Rögzített enzimek/sejtek élelmiszeripari
alkalmazása (félüzemi és üzemi méret)
ALKALMAZÁS ENZIM / SEJT REAKTOR TÍPUS
Fruktóz szirup glükózizomeráz Töltött ágyas reaktor
Laktóz hidrolízis (tej) laktáz Cso, membrán, fluid ágyas
Laktóz hidrolízis (savó) laktáz Töltött ágyas és membrán
Keményíto cukrosítás glükoamiláz Töltött ágyas reaktor
Raffinóz hidrolízis a-galaktozidáz Töltött ágyas reaktor
Szacharóz hidrolízis invertáz Töltött ágyas reaktor
Izomaltulóz mikrobasejt Töltött ágyas reaktor
Glükonsav gyártás glükózoxidáz Kevertetett és töltött ágyas
UHT tej kezelés szulfhidriloxidáz fluid ágyas reaktor
Zsírsav átészterezés lipáz Töltött és fluid ágyas reaktor
Gyümölcslé derítés pektinészteráz Fluid ágyas reaktor
Instant tea tannáz Töltött ágyas reaktor
Fehérje hidrolízis tripszin Kevertetett és töltött ágyas
(sör, gyümölcslé, bor stb.) papain Töltött ágyas reaktor
Etanol gyártás élesztosejt Töltött és fluid ágyas reaktor
Sör gyártás élesztosejt Töltött és fluid ágyas reaktor
62
Rögzített / immobilizált / enzimek
Rögzítési módszerek csoportosítása
Oldott enzim
Oldhatatlan enzim
kötés
bezárás
ultraszuro membrán
üreges csoreaktor
gélbezárás
mikrokapszulázás
keresztkötés
hordozóhoz kötés
fizikai adszorpció
ionos kötés
fém komplex
kovalens kötés
Kombinált rögzítés adszorpció keresztkötés
63
Különbözo rögzítési technikák összehasonlítása
JELLEMZOK ADSZORPCIÓ KOVALENS GÉLBEZÁRÁS
Technológia Kötési ero Fajlagos aktivitás Rögzítési költség Alkalmazhatóság Regenerálhatóság Védelem a mikrobiális fertozéssel szemben egyszeru gyenge közepes kicsi általános igen nem nehéz eros nagy nagy általános nem nem nehéz közepes kicsi közepes korlátozott nem igen
64
Bioreaktor típusok
kevertetett (szakaszos)
kevertetett (folyamatos)
folyamatosan áramló kevertetett reaktor
töltött ágyas
recirkulációs
CFST ülepítovel
fluid ágyas
üreges csoreaktor (hollow fiber)
CFST ultraszuro membrán
65
Szeszipar
66
Ajánlott irodalom

• Gyimesi,L és Sólyom,L Éleszto és Szeszipari
  Kézikönyv
• Mezogazdasági Kiadó,
  Budapest,1979
• 1.fejezet Éleszto- és
  szeszgyártás mikrobiológiája
• 4.fejezet Szeszgyártás
• Békési,Z. és Pándi,F.Pálinkafozés
• Mezogazda Kiadó, Budapest,
  2005
• 2.fejezet. A
  gyümölcspálinkák alapanyagai
• 4.fejezet. Lepárlás és
  pálinkafozés

67
Anaerob fermentációAz alkoholos erjesztés
elméleti alapjai

• Tematika
• Történeti áttekintés
• Az anaerob fermentáció biokémiai alapjai
• Az alkoholos erjedés fo lépései
• A Saccharomyces cerevisiae szerepe az alkoholos
  erjesztésben
• Másodlagos erjedési melléktermékek
• Az élesztotörzsek ipari alkalmazásának elvárásai
• Az ipari erjesztési technológiák fo jellemzoi
• Az élesztok élelmiszeripari alkalmazása

68
ANAEROB FERMENTÁCIÓS ELJÁRÁSOKSzeszipari
technológia történelem

• Prehisztorikus idok tudatos erjesztés
• gyümölcs, ecetes erjesztés
• Idoszámítás elotti korszak
• Asszíria (Kr.e. 3000) ? szolotermesztés
• Babilónia (malátázás) ? sörerjesztés
• Egyiptom ? erjesztett italok
• Írott emlékek
• Kr.e. 300 sumér sörgyártási technológia
• babiloniak 20 sör receptúra
• tejsavas erjesztés
• egyiptomiak pörkölés (árpa)
• cukor pótanyag
• gyümölcs sörök

69
Szeszipari technológia történelem (folyt.)

• Idoszámítás utáni korszak
• 300-500 kelta, német felsoerjesztés
• Moselle-Rohne Borvidék (Marcus
  Aurélius Probus)
• IX-XI. sz.lepárlás, illóanyag kinyerés
• borpárlat Spirit vini
• XIII-XIV. sz. élesztohab kinyerés pálinka,
  sörfozés
• Orelans-i ecetgyártás
• XVII. sz. Leewenhock éleszto, mikroszkóp
• Adam, Pistorius, Coffay-Still
  desztilláció
• XVIII. sz. lepárlás muveleti eszközei (kond.,
  rektifikáló)
• XIX. sz. szétválnak a szakmák/ tudományágak
• biokémia, mikrobiológia, kémia, analitika
• Pasteur, Hansen, Koch, Erxleben
• (goz eroátviteli rendszerek ? nagyüzemi
  szeszgyártás)
• XX. sz. mérnöki, biomérnöki, biotechnológiai
  eredmények

70
Anaerob fermentáció (erjesztés)

• ATP regeneráló folyamat (metabolikus), amelyben a
  szerves szubsztrát (hexóz) terméke szimultán
  elektron donor, és elektron akceptor

Mikroorganizmusok szigorúan anaerobok
(Clostridium) aerotoleránsak
(Lactobacillus) mikroaerofilek (coli, ecetsav
baktérium) fakultatív anaerobok (S.
cerevisiae) obligát aerob (Candida,
Clodotorula)
71
Erjedési folyamatok végtermékei
72
Alkoholos erjedés fobb lépései (EMP ciklus)
egyensúly!
73
Saccharomyces cerevisiae

• Fakultatív anaerob szervezet
• Anyagcserét szabályozó mechanizmusok
• Pasteur effektus molekuláris oxigén jelenlétében
  az erjesztés gátlódik
• Crabtree effektus a cukor felesleg még jó oxigén
  ellátás mellett is gátolja a
  légzési enzimeket
• aerob 6CO2 6H2O
• Hexóz lebontás
• anaerob 2CH3-CH2-OH 2CO2
• A légzés energia mérlege
• Glükóz 6H2O 6CO2 673,4 kcal
• 100 kg 48 kg éleszto szárazanyag
• Az erjesztés energiamérlege /hatásfok26/
• Glükóz 2Pi 2ADP C2H5OH 2CO2 2ATP
  14,6kcal
• 100 kg 51 kg 49 kg

74
Az anaerob és az aerob anyagcsere utak
ANAEROB
AEROB
glükóz
2 etanol
NAD
glikolízis
6 O2 6 H2O
NADH2
2 ATP
2NADH2 2NAD
34 ATP
terminális oxidáció
2 piruvát
2 acetaldehid
2 CO2
2 ATP
2 NADH2
6NADH2 6NAD 2FADH2 2FAD
2NAD
2 CO2
2 Ac-CoA
2 GTP
citromsav kör
4 CO2
75
Saccharomyces cerevisiae jelentosége az
erjesztésben

• Életciklus dominál a diploid fázis (nemesítés)
• jó erjesztés
• minimális melléktermék
• Anyagcsere folyamatok obligát aerob
• fakultatív anaerob
• különbség a glikolízis útban
• piroszolosav ? terminális oxidáció (ob. aer.)
• vadélesztok Rhodotorula, Saccharomycopsis,
  Candida
• Fakultatív anaerob
• fermentatív fajok (Sc. és Schizosaccharomyces)
  
• respiratív fajok (vadélesztok)

76
Saccharomyces cerevisiae jelentosége az
erjesztésben (folyt.)

• Fermentatív fajok represszáló szénforrások
  (G,F,Mannóz) jelenlétében az alkoholos erjedés
  részaránya aerob viszonyok között is preferált,
  gyors a cukor bontás, kicsi légzési hasznosulás
• Katabolit represszió (Crabtree effektus)
• glükóz jelenlétében a légzési enzimek szintézise
  gátolt
• Respiratív fajok glükóz légzési enzimeket gátló
  hatása nem érvényesül, dominál a terminális
  oxidáció
• Pasteur effektus (átkapcsoló mechanizmus)
• az élesztok oxigén jelenlétében csökkentik a
  glükóz felvételt és alkohol helyett sejttömeg
  képzodik
• energetikai problémák (hatásfok! 2/38 ATP arány
  20x több cukor szükséges

77
Másodlagos erjedési melléktermékek képzodési
lehetoségei piroszolosavból
78
Az erjesztés során képzodo termékek
Alkoholok Savak Észterek Egyebek
Glicerin Etanol n-Propanol Butanolok Amilalkoholok Feniletanol Ecetsav Tejsav Piroszolosav Borostyánkosav Kaprilsav Almasav Vajsav Etilacetát bármilyen észter a keletkezett savakból és alkoholokból CO2 Acetaldehid Diacetil H2S Pentándiol Butándiol Acetálok
79
Erjedési mellékreakciók I.
1) Glicerin képzodés
2) Szerves savak képzodése
80
Élesztotörzsek erjedésipari alkalmazásának
elvárásai
81
Speciális elvárások az élesztotörzsek ipari
alkalmazásánál
82
Ipari erjesztési technológiák fo jellemzoi
83
Élesztok ipari alkalmazása

• Söripar S. cerevisiae, felsoerjesztésu ale
• S. pastorianus (S. carlsbergensis)
• alsóerjesztésu lager
• Boripar S. cerevisae, Zygosaccharomyces,
  Schizosaccharomyces, Saccharomycodes
  nemzettségek
• Szeszipar S. cerevisiae, Kluyveromyces lactis
  tejsavó
• Élesztogyártás Saccharomyces cerevisiae
• Takarmányéleszto Candida utilis, Kluyveromyces
  sp., Torulopsis sp.
• Szín és ízanyagok termelése
• Rekombináns fehérjék eloállítása

84
Ipari szeszgyártás

• Tematika
• A szeszipar ágazati felosztása és kapcsolata az
  agrárágazattal
• Az etilalkohol felhasználási területei
• Az iparág helyzete, történeti áttekintés és az
  eloállítás problémái
• Az alkohol eloállítás nyersanyagai
• Az ipari szeszgyártás muveletei és jellemzo
  technológiai lépései
• A bioalkohol (biofuel) eloállítás lehetoségei és
  problémái
• A cellulóz alapú alkoholgyártás
• Az ipari szeszgyártás fejlesztési irányai

85
Ajánlott irodalom

• Gyimesi,L és Sólyom,L Éleszto és Szeszipari
  Kézikönyv
• Mezogazdasági Kiadó,
  Budapest,1979
• 1.fejezet Éleszto- és
  szeszgyártás mikrobiológiája
• 4.fejezet Szeszgyártás
• Békési,Z. és Pándi,F.Pálinkafozés
• Mezogazda Kiadó, Budapest,
  2005
• 2.fejezet. A
  gyümölcspálinkák alapanyagai
• 4.fejezet. Lepárlás és
  pálinkafozés

86
Erjedésipari ágazat

• Jellemzoi
• sokféle vállalkozási forma
• fermentáció/ muveleti fejlodés
• nyersanyag
• új fejlesztési irányok eloretörése
• biofuel, pálinka, enzimes keményíto- és cellulóz
  hidrolízis,
• szimultán erjesztés és cukrosítás,folytonos
  technológiák
• Tulajdonviszonyok
• külföldi toke
• decentralizálás
• kisvállalkozások növekedése
• Foglalkoztatottság
• 1990-2000 között jelentos (25-40) csökkenés
• jelenlegi helyzet

87
Erjedésipari ágazat (folyt.)

• Bruttó termelési érték
• szeszipar, italtechnológiák, izocukor ?
  növekedés
• Agrotechnika
• kulcskérdés a nyersanyag ár!
• termelés visszaesése (cukorrépa, gyümölcs,
  árpa)
• Kitörési pontok
• terméshozam növelés
• céltermelés/ minoség
• feldolgozottság növelése (bioalkohol)
• EU piacra betörés/ új termékek

88
Szeszipar ágazati felosztása
Alapanyagok Termékek
Ipari szeszgyártás Ipari szeszgyártás
Keményíto Cellulóz Egyéb cukortartalmú levekdiszacharidok, mezogazdasági és ipari melléktermékek, (bagasz,melasz, szulfit-szennylúg, tejsavó, stb.) finomszesz, biofuel biofuel finomszesz finomszesz és Biofuel/ipari szesz
Italipar Italipar
Gyümölcsök Szolo Gabona borok, pálinkák bor, borpárlat sör, whisky, párlatok
Likoripar Likoripar
finomszesz, borok, pálinkák, párlatok, gyógynövény kivonatok, illó olajok természetes, természet azonos és szintetikus szinezékek, aromák finomszesz, borok, pálinkák, párlatok, gyógynövény kivonatok, illó olajok természetes, természet azonos és szintetikus szinezékek, aromák
89
Etilalkohol felhasználási területei
90
Szeszipar kapcsolata az agrárágazattal

• Kulcskérdés ? nyersanyag
• agrotechnika/ terméshozam
• céltermelés
• Gazdaságosság ? feldolgozottság fokozása
• jelenlegi helyzet kukorica 4-5
• búza 2
• árpa 10-12
• cukorrépa/ melasz 100
• Felhasználás
• gabonafélék kukorica (keményíto, szesz,
  izocukor, sör)
• árpa (sör)
• búza (fehérje, keményíto)
• cukorrépa melasz (éleszto, szesz)
• gyümölcs égetett szeszes italok, ecet

termelés visszaesés (20-30), vetésterület
csökkenés, nyersanyagár növekedés
91
Hazai ipartörténet
XIX. század második felében alakult ki a szerkezet

• Szeszgyártás
• 1870-es évek ? mezogazdasági szeszgyártás
  (kisüzem)
• ? ipari szeszgyárak (3000 szeszfozde)
• évente 200 millió hlf termelés
• 1914 termelés 124 millió hlf
• 830 mezogazdasági
• 30 ipari szeszgyár
• 1920-1950 csökken a termelés
• nyersanyag bovülés
• (1921 20 millió hlf)
• 1948 államosítás, centralizáció
• új ágazati struktúra

burgonya, gabona, bor
92
Hazai ipartörténet (folyt.)

• 1989 6 szeszgyár, termelés 60 millió hlf
• új eljárások, takarmányéleszto,
  ecetgyártás
• víztelenítési technológiák
• rekonstrukció
• 1998 3 szeszgyár (Gyor, Szabadegyháza, Budafok)
• 1 borlepárló (Kunfehértó)
• kb. 10 középüzem (100 ezer hlf alatt)
  (vegyes alapanyag)
• kb. 800 lakossági szeszfozde
• Éves etilalkohol termelés 53 millió hlf
• Belföldi értékesítés 38 millió hlf

93
Alkoholgyártás nyersanyagai

• Közvetlenül erjesztheto melasz (50 szacharóz)
• cukorrépa (10-15 szacharóz)
• gyümölcs (7-12 G, F, Sz)
• tejsavó (4-5 laktóz)
• szulfit szennylúg (2-3)
• Közvetve (poliszacharid) erjesztheto
• kukorica
• burgonya
• gabona
• cellulóztartalmúak
• csicsóka(inulin)?
• Etilén / Acetilén / Koolaj.(Szintetikus alkohol)

94
Közvetlenül erjesztheto szénhidrát források

• cukornád, cukorrépa nincs szükség enzimre
• cukor cirok szacharózon kívül keményíto
• amiláz/ celluláz adagolás
• melasz invertáz /növeli a kitermelést
• asszociál az éleszto sejtfalon, elosegíti a
  cukor transzportot
• bagasz (kipréselt cukornád)
• celluláz/ hemicelluláz fokozza a kitermelést
  invertáz
• tejsavó környezetvédelmi probléma
• BOD /BOI/ 30-40ezer mg/l
• a laktózt a S.cerevisiae nem
  képes hasznosítani
• USA 9 millió tonna/ év savó
• potenciális 35 millió hl alkohol
• Magyarország 60 ezer tonna/ év savó

95
Közvetlenül erjesztheto szénhidrát források
(folyt.)

• tejsavó összetétel
• 90-95 víz
• 4-5 laktóz
• 0,5-0,8 fehérje
• 0,1-0,3 zsír
• 0,5 hamu
• 0,1-1,0 tejsav
• pH 4,5-6,0
• probléma laktóz fermentálhatóság (S.
  cerevisiae nem fermentálja)
• hasznosítási lehetoség
• ? hidrolízis ß-galaktozidáz (GalGlü)
  S.cerevisiae erjesztés
• ? közvetlen erjesztés Kluyveromyces lactis
  élesztogombával ? kevert szubsztrát
  (kukorica-savó) és kevert éleszto

96
Keményíto tartalmú nyersanyagok feltárása

• Alapelv ? feltárás és folyósitás
  alfa-amiláz
• ? cukrosítás
  glükoamiláz
• kukorica termostabilis a-amiláz, (B.
  amiloliquefaciens, B. licheniformis
• nem termostabilis a-amiláz
  (B. subtilis)
  glükoamiláz (Asp. niger )
• árpa probléma a ß-glükán (glükóz
  extrakció) tartalom
• megoldás proteolitikus enzim
  (feltárásnál) és ß-glükanáz
• 
  adagolás(erjesztés elott)
• rizs hántolatlan rizs magas
  ß-glükán tartalom, ß-glükanáz adagolás
• cassava/ manióka gumós
  (keményítotartalom 25-30)
• aprítás/ szeletelés/
  szárítás ? ipari nyersanyag forrás
• feldolgozás mint a
  kukorica ? a-amiláz glükoamiláz
  
• A kitermelést fokozza a
  celluláz adagolás (T. reseii)
• 150-160 liter absz. alkohol / tonna

97
Alkohol gyártásnál alkalmazott enzimek,
mikroorganizmusok az erjesztheto szénhidrátok
eloállítására

• 1., Keményíto tartalom hidrolízise
• Maláta (csíráztatott árpa) kitermelés 100 kg
  árpa 80 kg maláta
• a folyamatban részt vevo enzimek a
  -és ß-amiláz, proteázok, peptidázok,
  
  hemicellulázok, fitáz
• alkalmazás söripar és
  italtechnologiák
• Kukorica, búza, burgonya.stb.
• bakteriális és penészgomba eredetu
  amilolitikus enzimek
• Rizs (Koji process) penészgomba
  (Asp.oryzae) eredetü amiláz-és proteáz
• hántolatlan rizs összetörés külso
  epidermisz megsértése mosás áztatás
• (12 óra) fozés (1 óra)
  lehutés 1-2 fahamu adagolás - beoltás koji
  csírával
• (manuális muvelet, a spórák
  eloszlatása a rizsfelületen)
• inkubálás 35C-on 12-24 órán át
  szétosztás kis fatálcákra fermentálás
• spóra képzodés 5-6 nap szárítás
  tárolás
• 2., Cellulóz tartalom hidrolízise
• celluláz enzimkomplexek (mikrobiális
  enzimforrás)
• 3., Inulin (fruktóz polimer)tartalom hidrolízise
• inulináz enzim,vagy savas hidrolízis
• inulin
  fruktóz

98
Nyersanyagra vonatkoztatott alkohol hozamok
Nyersanyag tonna 1 m3 etanolhoz
melasz 3,1-3,2
kukorica/ gabona 2,8-3,2
fahulladék 3,0-4,0
cassava 7-8
burgonya 8-11
cukorrépa 10-12
tejsavó 35-38
szulfitszennylúg 70-100
99
Ipari mezogazdasági nyersanyagok
(terméshozam-alkohol kinyerés)
Nyersanyag Terméshozam (t/ha) Alkohol (hl/ha) Alkohol (t/ha)
cukornád 54 36 2,88
cukorrépa 35 35 2,80
édes cirok 46 35 2,80
kukorica 5,7 22 1,76
búza 2,1 7-8 0,60
burgonya/ batáta 16-18 17 1,40
100
Alkoholgyártás technológiai lépései

• Nyersanyag feltárás és cefrézés
• csirizesítés (keményíto hidratálása, oldása)
• hidrolízis ? folyósítás (aA)
• ? cukrosítás (GA, ßA)
• cél fermentálható szénhidrát
• Fermentálás anaerob cukor ? alkohol
• élesztotörzsek S. cerevisiae
• S. carlsbergensis
• Xymomonas mobilis (trópusi országok)
• 
  Klujveromyces lactis (savó erjesztés)
• Desztillálás alkohol koncentrálás
• finomítás
• víztelenítés
  (abszolutizálás)

101
A szeszgyártás muveleti lépései

• Nyersanyag feltárása
• Cefrézés
• Erjesztés
• Leerjedt cefre feldolgozása
• szeparálás
• Desztilláció
• nyersszesz kinyerése
• finomszesz desztillálása
• vízmentes alkohol eloállítása

102
Kisüzemi, szakaszos (Henze gozölo)
kukorica kukorica
felmelegítés (perc) 30-60
tart. ido (perc) 120-180
túlnyomás (Atm.) 3,5-4,0
vízadag (m3/t) 1,5-2,0
burgonya burgonya
felmelegítés (perc) 25-30
tart. ido (perc) 20-30
túlnyomás (Atm.) 2,5-3,0
vízadag (m3/t) 0,2- 0,5
103
Német eljárás
Feltárás nyomás alatti gozölés / orlés
nélkül burgonya 20-30 perc 2,5 atm 0,5 m3
víz/tonna kukorica 150-180 perc 4,0 atm 2,0
m3 víz/tonna kifúvatás Hidrolízis
folyósítás ? nagy homérséklet (80C 20-30
perc) ? kis homérséklet (55C 1-2
óra) enzim adagolás egyszeri a-amiláz
cukrosítás 60C-on glükoamiláz adagolás ?
hutés erjesztés 30C-on
szimultán folyamat
104
Folytonos feltárás

• Feltárás jellemzoi
• termostabilis a-amiláz
• 2 részletben adagolás
• jet cooker 150C 0,5-1,0 perc
• folyósítás 80-90C
• 30-60 perc csoreaktor
• együttes cukrosítás, erjesztés
• 60C ? 30-35C

Expanziós ciklon
goz
glükoamiláz éleszto
orölt szem víz
a-amiláz
víz
a-amiláz
etanol
30-35C 60-100 h
80-90C
goz
goz
moslék
Jet cooker (hoinjektor)
Csoreaktor
Desztilláló
Erjeszto
Cefrézo

• Alternatív megoldás keveros reaktor a csoreaktor
  helyett
• Energia megtakarítás 60-70 (!) 6-9 MJ/l
  alkohol
• cefrézovíz elomelegítése (moslék adagolás)
• kondenz ho felhasználása
• cefrézési ido csökkentése
• cefrekonc. növelése (? 30 sz.a.)

105
Keményítotartalmú nyersanyagok enzimes feltárása,
cukrosítása és technológiai fejlodése

• szakaszos, Henze (maláta enzimek aß-amiláz)
• szakaszos, Henze (mikrobiális a-amiláz és
  glükoamiláz)
• folyamatos (mikrobiális enzimek)
• folyamatos (jet cooker, termostabil a-amiláz és
  glükoamiláz)
• Mikrobiális enzimek elonyeikitermelés növekedés,
  egyideju erjesztés, cukrosítás

106
A szeszgyártás muveleti lépései

• Nyersanyag feltárása
• Cefrézés
• Erjesztés
• Leerjedt cefre feldolgozása
• szeparálás
• Desztilláció
• nyersszesz kinyerése
• finomszesz desztillálása
• vízmentes alkohol eloállítása

107
Erjesztés

• Cél rövid erjesztés
• nagy alkohol- és élesztotartalom
• kis metabolit képzodés
• Optimális feltételek
• kis erjesztheto szénhidrát tartalom (2-3)
• alkoholturo éleszto mutáns
• nagy oltóéleszto mennyiség
• kis ozmotikus nyomás
• biosz anyagok
• intenzív cefremozgatás
• reakció körülmények pH3,9-4,5 t30-35C
• Az erjesztés feladatai
• fajéleszto szaporodás biztosítása
  
• káros élesztogombák, mikrobák gátlása
• metabolit képzodés szabályozása
• maximális alkoholképzés
• hatékony, gazdaságos fermentáció

108
A szeszes erjesztés feltételei

• Éleszto Saccharomyces cerevisiae
• elvárások jó erjesztoképesség (próbaerjesztés
  15 szacharóz 500 cm3 / 12 h, maradék cukor lt
  0,3) nitrogéntartalom
• Szénhidrát forrás 6 szénatomos monoszacharid
• diszacharidok (szacharóz, maltóz)
• Tápanyagok Foszfor szuperfoszfát
• Nitrogén ammóniumszulfát
• Bioszanyagok kukoricalekvár
• malátacsíra extrakt
• éleszto autolizátum
• vitaminok

109
A szeszes erjesztés feltételei (folyt.)

• Habzásgátló szulfonált növényolaj
• Adszorbensek aktív szén
• makropórusos szilika
• Reakciókörülmények
• homérséklet 28 35C (302C)
• pH 3,9 4,2 (3,5 ? 6,0)
• ozmózisnyomás
• levegoztetés (10 40 m3/m2/h) élesztoszap.
• Szubsztrátkoncentrációsz.a. tartalom súly-ban
• Balling(Blgº) Brix(Bxº)
  szacharométer
• Baumé(Beº) cukortartalom -ban aerométer
• melasz látszólagos sz.a. tartalom
• tömény melasz 80-82Blgº/tényleges szacharóz
  tart.50-52.

110
Elvárások ipari szeszgyártásnál

• gyors erjesztés
• jó adaptivitás
• tolerancia nagy kezdeti cukorkoncentráció iránt
  (max. 25-30)
• alkoholturo képesség 10 feletti
  alkoholkoncentrációnál
• kis metabolit képzés (észterek, egyéb alkoholok,
  diacetil)
• szaporodás nagy erjesztési homérsékleten is
• ozmotikus tolerancia (só, nyomás)
• széles szubsztrát felhasználás (szelektivitás!)
• nagy alkoholtermelés (max 15 v/v)