JP2008278825A - Method for producing bioethanol - Google Patents

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Hideaki Kiyokawa
英明 清川
Akira Chiga
昭 千賀
Tatsumi Ito
龍美 伊藤
Makoto Hisamatsu
眞 久松
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CHUO KAKOKI
Mie University NUC
Chuo Kakohki Coltd
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CHUO KAKOKI
Mie University NUC
Chuo Kakohki Coltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing bioethanol in high productivity even by using a carbohydrate raw material (mainly starchy raw material) having high lipid content. <P>SOLUTION: The method for producing bioethanol from a carbohydrate raw material containing lipids in addition to non-cellulosic carbohydrate (sugars) such as waste cake contains a step to properly crush the raw material, a step to remove the lipids, a hydrolyzing (liquefying and saccharifying) step, an ethanol fermentation step and a concentrating step for the fermented ethanol. The lipid removing step is carried out by an extraction method to use ethanol as an extractant (solvent). The defatted starch obtained as an extraction residue by the extraction step is used as a raw material for the ethanol fermentation. The ethanol fermentation is preferably carried out by using an acid-tolerant/salt-tolerant yeast represented by MF-121 strain. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、非セルロース系の炭水化物(糖質)とともに脂質を含む炭水化物系原料(バイオマス:生物資源)から、エタノール発酵によりバイオエタノール(バイオエネルギー:生物エネルギー)を製造する方法に関する。特に、本発明は、バームクーヘン、ショートケーキ、ホットケーキ等の脂質高含有の廃棄洋菓子を炭水化物系原料とする場合に好適な発明であり、さらには、生産スケールが小さくても稼動可能な小型プラントに適した発明である。   The present invention relates to a method for producing bioethanol (bioenergy: bioenergy) by ethanol fermentation from a carbohydrate-based raw material (biomass: bioresource) containing lipid together with non-cellulosic carbohydrate (sugar). In particular, the present invention is an invention suitable for use as a carbohydrate-based raw waste confectionery such as balm kuchen, short cake, and hot cake as a carbohydrate-based raw material, and further to a small plant that can operate even at a small production scale. It is a suitable invention.

ここでは、廃棄洋菓子を、主として例に採り説明する。   Here, waste pastry is mainly described as an example.

従来、廃棄洋菓子は、そのまま燃焼させるか、又は、産業廃棄物として、生ゴミ処理されているのが現状である。   Conventionally, waste confectionery is currently burned as it is or treated as garbage as industrial waste.

しかし、廃棄洋菓子は、砂糖、澱粉(炭水化物)等の糖質含有率が高いとともに、塩分(隠し味として食塩を含有させる。)も含むため、ダイオキシン等の公害物を発生する。また、廃棄洋菓子は、腐敗が進行し易く、その処理を速くしないと、腐敗し悪臭を出すおそれがある。保管しておくには、冷蔵等が必要であり、余分な化石燃料(化石エネルギー)が間接的に消費される。   However, waste confectionery has a high sugar content such as sugar and starch (carbohydrate), and also contains salt (containing salt as a hidden taste), so it generates pollutants such as dioxins. In addition, waste Western confectionery tends to rot, and unless it is processed quickly, it may rot and produce a foul odor. In order to store it, refrigeration is required, and excess fossil fuel (fossil energy) is consumed indirectly.

他方、地球温暖化や異常気象の多発化は、化石燃料に依存し過ぎた生活が大きな原因であると認識されるようになってきた。同時に、20世紀後半の大量生産・大量消費・大量廃棄は、地球の許容量を越えた活動であることも分かってきた。21世紀前半は、あらゆる資源を大切に且つ適切に利用し、生活に必要な物質やエネルギーをできるだけ環境を損なわずに生産し活かして使う「持続可能な開発」型社会へ移行する時期と考えられる。   On the other hand, global warming and the frequent occurrence of abnormal weather have come to be recognized as a major cause of life dependent on fossil fuels too much. At the same time, mass production, mass consumption and mass disposal in the second half of the 20th century have also been found to be activities that exceed the earth's capacity. The first half of the 21st century is thought to be a time to shift to a “sustainable development” society that uses all resources carefully and appropriately, and uses and uses materials and energy necessary for daily life without damaging the environment as much as possible. .

「持続可能な開発」とは、「環境と開発に関する世界委員会」が1987年に公表した報告書「Our Common Future」の中心的な考え方を取り上げた概念で、将来の世代の欲求を満たしつつ、現在の世代の欲求も満足させるような開発をいう。(用語集「持続可能な開発」[online]、外務省[平成19年4月26日検索]、インターネット<URL:htpp://www.mofa.go.jp/mofaj/gaiko/kankyo/wssd/yogo.html>から引用)
上記「持続可能な開発」の見地から、カーボンニュートラル(CO2ニュートラル)のバイオマスからバイオエタノールを生産することは急務とされている。カーボンニュートラルとは、植物中の炭素は酸化反応(燃焼反応)によりCO2を大気中に放散しても、該CO2は植物が成長過程で炭酸同化作用により大気中から取り込んだ量となり、結果的にプラスマイナス・ゼロ(ニュートラル)になることをいう。
“Sustainable development” is a concept that focuses on the core concept of the report “Our Common Future” published in 1987 by the “World Committee on Environment and Development”, while satisfying the needs of future generations. Development that satisfies the needs of the current generation. (Glossary “Sustainable Development” [online], Ministry of Foreign Affairs [searched April 26, 2007], Internet <URL: htpp: //www.mofa.go.jp/mofaj/gaiko/kankyo/wssd/ (quoted from yogo.html>)
From the viewpoint of “sustainable development” above, it is urgent to produce bioethanol from carbon neutral (CO 2 neutral) biomass. Carbon neutral means that even if carbon in plants emits CO 2 into the atmosphere by oxidation reaction (combustion reaction), the CO 2 is taken up from the atmosphere by carbon assimilation during the growth process. It means becoming plus or minus zero (neutral).

バイオエタノールをトウモロコシや砂糖、イモ類や多収穫米等から生産すると、一時凌ぎにはなるがいずれ食料問題とぶつかる。   When bioethanol is produced from corn, sugar, potatoes, and high-yielding rice, it will temporarily surpass, but will eventually run into food problems.

また、農業廃棄物であるワラ類や間伐等で生ずる林地残材などのセルロース系バイオマスは堅すぎるため、糖化工程で解決しなければならない課題はまだ多い。さらに、利用するバイオマス資源の種類でバイオエタノールの製造設計や事業化の規模などが異なってくる。現状は、バイオマスの一定供給が保障され、生産スケールが大きくないと、稼動できない設備がほとんどである。   In addition, since cellulosic biomass such as straws that are agricultural wastes and forest land residues produced by thinning, etc. are too hard, there are still many problems that must be solved in the saccharification process. In addition, the production design of bioethanol and the scale of commercialization differ depending on the type of biomass resource used. At present, most facilities cannot be operated unless a large scale of production is guaranteed and a constant supply of biomass is guaranteed.

企業にとっては、燃料費や産廃費の支出を可及的に緩和することや、環境保全の仕組みをうまく取入れ商品開発や産業活動が行なえる体質へ改善することも急務である。   There is an urgent need for companies to reduce fuel costs and industrial waste expenses as much as possible, and to improve the system so that products can be developed and industrial activities can be carried out by incorporating environmental conservation mechanisms.

この見地から、廃棄洋菓子類の発生場所で、バイオエタノールを製造できると、産廃量を少なくできるのと同時に自前で生産したエタノールと化石燃料と混合してエネルギー利用が可能となり、ライフサイクルアセスメント(LCA:Lifecycle assesment)が向上する。   From this point of view, if bioethanol can be produced at the place where waste confectionery is generated, the amount of industrial waste can be reduced, and at the same time, it becomes possible to use energy by mixing ethanol and fossil fuel produced in-house, and Life Cycle Assessment (LCA) : Lifecycle assesment) is improved.

このシステムを取入れると、ロハス(Lifestyles of Health and Sustainability)的思考で、企業活動や商品販売のイメージ作りが可能となる。このため、当該システムを実用化することが、食品企業群から希求されている。   Incorporating this system makes it possible to create an image of corporate activities and product sales with the Lohas (Lifestyles of Health and Sustainability) thinking. For this reason, it is demanded by a group of food companies to put the system into practical use.

本願発明の特許性に影響を与えるものではないが、本願の出願人の一人から、先に下記構成の「廃棄洋菓子からの燃料の製造方法」が提案されている(特許文献1)。   Although it does not affect the patentability of the present invention, one of the applicants of the present application has previously proposed a “method for producing fuel from waste pastry” having the following configuration (Patent Document 1).

「糖質を固形分基準で45質量%以上含んだ廃棄洋菓子を、酵母菌によりアルコール発酵させて燃料用エチルアルコールを製造することを特徴とする。」
さらに、本願の発明者の一人により、本発明で使用する耐酸・耐塩性のアルコール性発酵酵母を使用して下記構成のアルコールを製造する方法が提案されている(特許文献2)。
“It is characterized in that waste Western confectionery containing 45% by mass or more of saccharides based on solid content is subjected to alcohol fermentation with yeast to produce ethyl alcohol for fuel.”
Furthermore, one of the inventors of the present application has proposed a method for producing an alcohol having the following constitution using the acid / salt-resistant alcoholic fermentation yeast used in the present invention (Patent Document 2).

「Issatchenkia属orientalis種のアルコール発酵性酵母MF−121株(受託番号FERM P−19368)を含む培養液に単糖を含む有機基質を加えることからなるエタノールを製造する方法。」
特開2004−242532号公報 特開2004−344084号公報
“A method for producing ethanol comprising adding an organic substrate containing a monosaccharide to a culture solution containing an alcohol-fermenting yeast strain MF-121 (Accession No. FERM P-19368) of the Issatchenkia orientalis species.”
JP 2004-242532 A JP 2004-344084 A

しかし、上記要望に応えることができる、小規模稼動が可能なバイオエタノールの製造方法は、本発明者らは寡聞にして知らない。   However, the present inventors are not well aware of a method for producing bioethanol capable of meeting the above-mentioned demand and capable of small-scale operation.

また、上記のような廃棄洋菓子のような炭水化物系原料(バイオマス)の場合、発酵阻害物質となる脂質を含み、さらには、防腐剤、乳化剤、増粘剤等の各種添加剤を含んでいる。このため、特許文献1のような発想はあったが、発酵効率の見地から実用化されていないのが現状である。   In addition, in the case of a carbohydrate-based raw material (biomass) such as the above-mentioned waste confectionery, it contains a lipid as a fermentation inhibitor and further contains various additives such as preservatives, emulsifiers, thickeners and the like. For this reason, although there was an idea like patent document 1, it is the present condition that it is not put into practical use from the viewpoint of fermentation efficiency.

本発明は、上記にかんがみて、脂質高含有の炭水化物系原料(主として澱粉質原料)であっても、生産性良好にエタノールを製造できる方法を提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a method capable of producing ethanol with good productivity even if it is a carbohydrate-based raw material (mainly starchy raw material) containing a high amount of lipid.

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意開発に努力をする過程で、高濃度のエタノール中で、粉砕原料を、抽出処理すれば、実用的な酵母用培地の調製が可能となり、さらには、アルコール発酵も可能となることを知見した。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors are able to prepare a practical yeast medium by extracting the ground raw material in high-concentration ethanol in the process of diligent development. Furthermore, it has been found that alcoholic fermentation is also possible.

すなわち、本発明者らは、表1の澱粉系食品成分表において、米飯(低脂質)、食パン(中脂質)、バームクーヘン(高脂質)を選択し、硫酸加水分解物のエタノール発酵を、特許文献2に記載されている耐塩・耐酸性アルコール発酵性酵母を用いて試験した。なお、試験の前にいずれも活性炭で前処理を行った。この結果、米飯及び食パンは発酵したが、バームクーヘンの場合は活性炭で前処理をしても酵母の生育すらしなかった。また、脂質含有率が少ない米飯の方が食パンより発酵が早いこと、バームクーヘンでもエタノールで脱脂処理をするとエタノール発酵できることを知見した。   That is, the present inventors selected rice (low lipid), bread (medium lipid), and baumkuchen (high lipid) in the starch-based food composition table of Table 1, and ethanol fermentation of sulfuric acid hydrolyzate was performed in Patent Literature. The salt-resistant and acid-resistant alcohol-fermenting yeast described in 2 was used for the test. In addition, before the test, all were pretreated with activated carbon. As a result, the cooked rice and bread were fermented, but in the case of Baumkuchen, even if pretreated with activated carbon, the yeast did not grow even. It was also found that cooked rice with less lipid content is faster in fermentation than bread, and that Baumkuchen can be ethanol fermented by degreasing with ethanol.

上記知見に基づき、下記構成のバイオエタノールの製造方法に想到した。   Based on the above findings, the inventors have come up with a method for producing bioethanol having the following constitution.

非セルロース系の炭水化物(糖質)とともに脂質を含む炭化物系原料を、適宜粉砕工程を経た後、脂質除去工程、加水分解(液化・糖化)工程、エタノール発酵工程及び発酵エタノール濃縮工程を含むエタノールを製造する方法において、
脂質除去工程を、エタノールを抽剤(溶媒)とする抽出法により行い、該抽残分離物である脱脂澱粉をエタノール発酵の原料とすることを特徴とする。
Carbide-based raw materials containing lipids together with non-cellulosic carbohydrates (sugars) are subjected to an appropriate grinding process, followed by a lipid removal process, hydrolysis (liquefaction / saccharification) process, ethanol fermentation process, and fermentation ethanol concentration process. In the manufacturing method,
The lipid removal step is performed by an extraction method using ethanol as an extractant (solvent), and the defatted starch as the extract residue is used as a raw material for ethanol fermentation.

なお、エタノール発酵は、汎用のエタノール発酵酵母(例えば、サッカロミセスセルビシエ)を使用可能であるが、耐酸/耐塩酵母を用いて行うこと、さらには、アルコール発酵性酵母MF−121株(受託番号FERM P−19368)を用いることが望ましい。   In addition, although ethanol fermentation can use general-purpose ethanol-fermenting yeast (for example, Saccharomyces cerevisiae), it is performed using acid-tolerant / salt-tolerant yeast. Furthermore, alcohol-fermenting yeast MF-121 (accession number FERM) P-19368) is desirable.

以下の説明で濃度を示す各値の意味は、SI単位では下記の換算値となる。   In the following description, the meaning of each value indicating the concentration is the following converted value in SI units.

%:質量%(全質量100gに対する特定成分のg数を%表示したもの。)
w/v%:溶媒100cm3に対して溶質の添加g数を%表示したもの
g/L:溶媒1Lに対する溶質の添加g数(SI単位:kg/m3
以下、本発明を実施するのに望ましい形態について、説明する。なお、図1に廃棄菓子類からバイオエタノールを製造する場合の本発明の概念図を示す。
%: Mass% (The number of g of the specific component with respect to 100 g of the total mass expressed in%)
w / v%: The number of grams of solute added expressed as a percentage of 100 cm 3 of solvent g / L: Number of grams of solute added to 1 L of solvent (SI unit: kg / m 3 )
Hereinafter, a desirable mode for carrying out the present invention will be described. In addition, the conceptual diagram of this invention in the case of manufacturing bioethanol from waste confectionery in FIG. 1 is shown.

本発明は、基本的に、非セルロース系の炭水化物とともに脂質を含む炭水化物系原料を適宜、粉砕工程を経た後、(1)脂質除去工程、(2)液化・糖化工程、(3)エタノール発酵工程及び(4)発酵エタノール濃縮工程の順に経てバイオエタノールを製造する方法である。   The present invention basically includes a carbohydrate-based raw material containing a lipid together with a non-cellulosic carbohydrate, after appropriately undergoing a pulverization step, and then (1) a lipid removal step, (2) a liquefaction / saccharification step, and (3) an ethanol fermentation step. And (4) a method for producing bioethanol through the fermentation ethanol concentration step in this order.

炭水化物系原料としては、表1に示すような澱粉系食品の内、中脂質乃至高脂質のものの廃棄物を好適に使用できる。すなわち、水分0%換算値(水分を除いた成分合計量)で脂質含有率が4%以上、さらには10%以上のものに適用することが望ましい。脂質含有率が高いと、酵母の生育(細胞増殖)が阻害され、エタノール発酵がなされないか、又は、酵母の生育がなされても、エタノール発酵の効率が極めて低い(時間がかかる。)。   As a carbohydrate-based raw material, among the starch-based foods as shown in Table 1, wastes with medium to high lipids can be suitably used. That is, it is desirable to apply to the case where the lipid content is 4% or more, further 10% or more with a 0% moisture conversion value (total amount of components excluding moisture). When the lipid content is high, yeast growth (cell proliferation) is inhibited and ethanol fermentation is not performed, or even if yeast is grown, the efficiency of ethanol fermentation is extremely low (it takes time).

Figure 2008278825
表1に示す以外に、澱粉系食品としては、カステラ、ドーナツ、スナック菓子、プディング(高脂質)等を挙げることができる。なお、これらの菓子類には、添加剤として、甘味料、食塩、増粘多糖類、防腐剤等が含有されている。
Figure 2008278825
In addition to those shown in Table 1, examples of starch-based foods include castella, donuts, snacks, and puddings (high lipid). These confectionery products contain sweeteners, salt, thickening polysaccharides, preservatives and the like as additives.

甘味料としては、砂糖(シュクロース)、蜂蜜(グルコースとフルクトースが主成分)、トレハロース、水飴、果糖(フルクトース)、その他オリゴ糖類がある。これらは、単糖類の場合は、そのままアルコール発酵に使え、二糖類の場合は、単糖化が容易であり、トータル的に加水分解工程(液化・糖化)の短縮に寄与する。   Sweeteners include sugar (sucrose), honey (mainly composed of glucose and fructose), trehalose, starch syrup, fructose (fructose), and other oligosaccharides. In the case of monosaccharides, these can be used as they are for alcohol fermentation, and in the case of disaccharides, they can be easily saccharified and contribute to shortening the hydrolysis process (liquefaction / saccharification) in total.

増粘多糖類としては、カラギーナン、寒天、アルギン酸、キサンタンガム、ジェランガム、ペクチン、グァーガム、タラガム、ローカストビーンガム、等がある。これらは、適当な酵素を選択して酵素加水分解及び/又は酸加水分解して単糖化すれば、エタノール発酵の原料となる。すなわち、原料全体の発酵によるエタノール変換原料比率が増大する。   Examples of thickening polysaccharides include carrageenan, agar, alginic acid, xanthan gum, gellan gum, pectin, guar gum, tara gum, locust bean gum and the like. These can be used as raw materials for ethanol fermentation if an appropriate enzyme is selected and mono-saccharified by enzymatic hydrolysis and / or acid hydrolysis. That is, the ethanol conversion raw material ratio by fermentation of the whole raw material increases.

防腐剤としては、安息香酸類、ソルビン酸類、デヒドロ酢酸類、等がある。これらの成分は、多くの場合、エタノール発酵の阻害物質となることが懸念されていた。しかし、エタノール抽出による脂質除去工程により、同時に、防腐剤もエタノール発酵の系外に排除可能であることを本発明者らは知見した。   Examples of the preservative include benzoic acids, sorbic acids, and dehydroacetic acids. In many cases, these components have been feared to be inhibitors of ethanol fermentation. However, the present inventors have found that the preservative can be excluded from the ethanol fermentation system at the same time by the lipid removal step by ethanol extraction.

また、澱粉系以外のものとして、各種デザートゼリー、果汁飲料、各種乳製品(乳飲料、ヨーグルト、チーズ)、等の固形物・半流動物・流動物を挙げることができる。これの多くは、上記と同様に、炭水化物系成分(糖質)が多量に含まれているため、上記澱粉系炭水化物と混合して、又は、単独で、バイオマスとして使用可能である。   Moreover, as other than the starch type, solids, semi-fluids and fluids such as various dessert jelly, fruit juice drinks, various dairy products (milk drinks, yogurt, cheese) can be exemplified. Many of these contain a large amount of carbohydrate-based components (carbohydrates) as described above, and therefore can be mixed with the above-mentioned starch-based carbohydrates or used alone as biomass.

以下、各工程について詳細に説明する(図2・3参照)。なお、図例中、「A」は攪拌機を示し、「J」は温調ジャケットを示す。   Hereinafter, each step will be described in detail (see FIGS. 2 and 3). In the examples, “A” indicates a stirrer, and “J” indicates a temperature control jacket.

ここでは、炭水化物系原料として、バームクーヘン、ドーナツ、ポテトチップの廃菓子混合物を炭水化物系原料(2.5kg)とする場合を例に採る。   Here, the case where the waste confectionery mixture of Baumkuchen, donuts, and potato chips is used as the carbohydrate-based material (2.5 kg) is taken as an example.

該炭水化物系原料の成分組成は、脂質:約24%、炭水化物:約52%、たんぱく質:約6%、水分:約18%である。   The component composition of the carbohydrate-based raw material is lipid: about 24%, carbohydrate: about 52%, protein: about 6%, and moisture: about 18%.

(1)粉砕工程
上記炭化水素系原料が固形乃至半流動性の場合は、通常、汎用の微粉砕機を使用できる。微粉砕機としては、ミキサー(粉砕機)12や混練機等を使用可能である。
(1) Pulverization step When the hydrocarbon-based raw material is solid or semi-fluid, a general-purpose fine pulverizer can be used. As the fine pulverizer, a mixer (pulverizer) 12, a kneader or the like can be used.

(2)脂質除去工程
エタノールを抽剤(溶媒)として抽出法により行う。このときの抽剤条件(原料濃度、エタノール濃度、温度、時間)は、炭水化物系原料の組成(特に脂質含有率)及び形態(固形物、流動物)により異なる。
(2) Lipid removal step This is performed by extraction using ethanol as an extractant (solvent). The extraction conditions (raw material concentration, ethanol concentration, temperature, time) at this time vary depending on the composition (particularly lipid content) and form (solid, fluid) of the carbohydrate-based raw material.

原料濃度(固形原料の場合):10〜60w/v%、より普通には20〜40w/v%
エタノール濃度:15〜90w/v%、より普通には45〜80w/v%、さらに普通には55〜65w/v%とする。
Raw material concentration (in the case of solid raw materials): 10-60 w / v%, more usually 20-40 w / v%
Ethanol concentration: 15-90 w / v%, more usually 45-80 w / v%, more usually 55-65 w / v%.

温度:常温〜80℃、より普通には55〜65℃
時間:10〜120min、より普通には30〜60min
上記エタノール濃度や温度が低すぎたりすると脂質抽出に時間がかかり実際的でない。また、エタノール濃度が高いと脂質抽出効率は増大傾向にあるが、該増大傾向は高濃度になるに従って逓減する。したがって、コスト的な見地も考慮するとエタノール濃度は、高すぎない方がよい。また、温度が高すぎるとエタノールの蒸発量が多くなる。ちなみに、エタノールの沸点は、78.3℃である。
Temperature: normal temperature to 80 ° C, more usually 55 to 65 ° C
Time: 10 ~ 120min, more usually 30 ~ 60min
If the ethanol concentration or temperature is too low, it takes time for lipid extraction, which is not practical. Further, when the ethanol concentration is high, the lipid extraction efficiency tends to increase, but the increasing tendency gradually decreases as the concentration increases. Therefore, the ethanol concentration should not be too high considering the cost. If the temperature is too high, the amount of ethanol evaporated increases. Incidentally, the boiling point of ethanol is 78.3 ° C.

上記脂質除去工程を経たものは、固液分離を行う。ここで、澱粉系原料が主体のエタノールに不要ないし難溶性の炭水化物(澱粉質や多糖類)が多い場合、遠心分離とする。エタノール溶解性の溶液の場合(飲料を原料とする場合)、蒸発分離等の濃縮工程を経て固形分(高含水物も含む。)を取り出す。原料によっては、フィルター分離も可能である。   What passed through the said lipid removal process performs solid-liquid separation. Here, when the starch-based raw material contains unnecessary or hardly soluble carbohydrates (starch and polysaccharides) in the main ethanol, the centrifugation is performed. In the case of an ethanol-soluble solution (when a beverage is used as a raw material), a solid content (including high water content) is taken out through a concentration step such as evaporation separation. Depending on the raw material, filter separation is also possible.

取り出した固形分は、必然的ではないが、通常、凍結乾燥、真空乾燥等して、水分を飛ばしておくことが望ましい。腐敗乃至変敗による悪臭の発生を防止するためである。   Although the taken-out solid content is not inevitable, it is usually desirable to remove moisture by freeze drying, vacuum drying, or the like. This is to prevent the generation of bad odor due to decay or deterioration.

なお、上記において、炭水化物系原料が、砂糖、蜂蜜、果糖等の水溶性炭水化物を多量に含む場合は、予め、脂質除去工程に先立ち、水または低濃度アルコールにより水溶性炭水化物除去工程を経るようにすることが望ましい。同時に、菓子類に含まれている食塩や防腐剤の一部も除去され、後工程である脂質除去工程及びエタノール発酵工程における負荷が低減されて、生産性向上に寄与する。   In the above, when the carbohydrate-based raw material contains a large amount of water-soluble carbohydrates such as sugar, honey, and fructose, the water-soluble carbohydrate removal step is previously performed with water or low-concentration alcohol prior to the lipid removal step. It is desirable to do. At the same time, part of the salt and preservatives contained in the confectionery is also removed, reducing the load in the lipid removal step and the ethanol fermentation step, which are subsequent steps, contributing to productivity improvement.

こうして分離回収した水溶性炭水化物は、加水分解工程に戻すことも可能である。   The water-soluble carbohydrate separated and recovered in this manner can be returned to the hydrolysis step.

(3)加水分解工程(液化・糖化工程)
通常、加水分解工程は、液化容易化の見地から、酵素加水分解と酸加水分解の二段とする。
(3) Hydrolysis process (liquefaction / saccharification process)
Usually, the hydrolysis step is made up of two stages of enzymatic hydrolysis and acid hydrolysis from the viewpoint of facilitating liquefaction.

炭水化物が澱粉質の場合、酵素としては、通常、アミラーゼ(例えば、αアミラーゼ)を使用するが、洋菓子類は、たんぱく質も含有しているため、プロテアーゼ(たんぱく質分解酵素)を使用して、前処理を行うことが望ましい。なお、炭水化物の原料によっては、複数種のアミラーゼを併用することが望ましい。   When the carbohydrate is starch, amylase (eg, α-amylase) is usually used as the enzyme. However, since confectionery also contains protein, it is pretreated using protease (protein degrading enzyme). It is desirable to do. Depending on the carbohydrate raw material, it is desirable to use a plurality of amylases in combination.

澱粉系炭化による酵素加水分解の条件は、酵素の種類により異なるが、例えば、αアミラーゼの場合、下記のような条件とする。   The conditions for enzyme hydrolysis by starch-based carbonization vary depending on the type of enzyme. For example, in the case of α-amylase, the following conditions are used.

澱粉乳濃度・・・30〜100w/v%、
pH・・・6.5〜7.0、
液化温度/時間・・・80〜90℃×40〜80min、
酵素使用量・・・酵素タイプに応じて適宜量
酸加水分解の酸としては、硫酸、塩酸、シュウ酸等を使用可能である。そのときの条件は、硫酸の場合、下記のような条件とする。
Starch milk concentration: 30-100 w / v%,
pH ... 6.5-7.0,
Liquefaction temperature / time ... 80 ~ 90 ℃ × 40 ~ 80min,
Enzyme use amount: Appropriate amount according to the enzyme type As the acid for acid hydrolysis, sulfuric acid, hydrochloric acid, oxalic acid, etc. can be used. The conditions at that time are as follows in the case of sulfuric acid.

澱粉乳濃度・・・同上、
酸規定度・・・0.6〜1.0N
液化温度/時間・・・100〜110℃×90〜150min、
加水分解工程を経た原料(加水分解溶液)は、固液分離を行う。この固液分離に先立ち、必然的ではないが、吸着剤(活性炭、アルミナ、合成ゼオライト等)を加えて、エタノール発酵阻害成分(夾雑物)が可及的にアルコール発酵工程に混入しないようにしておくことが望ましい。
Starch milk concentration ...
Acid normality ... 0.6-1.0N
Liquefaction temperature / time ... 100 ~ 110 ℃ × 90 ~ 150min,
The raw material (hydrolysis solution) that has undergone the hydrolysis step is subjected to solid-liquid separation. Prior to this solid-liquid separation, an adsorbent (activated carbon, alumina, synthetic zeolite, etc.) is added to prevent ethanol fermentation inhibiting components (contaminants) from entering the alcohol fermentation process as much as possible. It is desirable to keep it.

固液分離は、通常、生産性の見地から、遠心分離とするが、フィルター、沈降分離、等
であってもよい。こうして得られた糖化液(グルコース、フルクトース等の単糖類混合物)は、通常、グルコース換算で20〜40w/v%のものが得られる。
The solid-liquid separation is usually centrifugal separation from the viewpoint of productivity, but may be a filter, sedimentation separation, or the like. The saccharified solution thus obtained (a mixture of monosaccharides such as glucose and fructose) is usually 20 to 40 w / v% in terms of glucose.

(4)エタノール発酵工程
一対のバイオリアクター32、32を用意する。該バイオリアクター32は、循環運転するため、通常、培養液循環ポンプ36と培養液タンク(蓄積タンク)38、40等とを有する循環配管を備えたものとする(図3参照)。
(4) Ethanol fermentation process A pair of bioreactors 32 and 32 are prepared. The bioreactor 32 is usually provided with a circulation pipe having a culture solution circulation pump 36 and culture solution tanks (accumulation tanks) 38, 40 and the like for circulation operation (see FIG. 3).

バイオリアクター32の塔内には、アルコール発酵性酵母MF−121株の酵母固定化担体の充填層を形成する。該固定化担体は、特に限定されないが、例えば、植物繊維集合体(セルロース系)で形成することが望ましい。石油を原料とする合成樹脂に比して化石エネルギー投入量を削減できる。植物繊維集合体としては、具体的には、ヤシマット、麻マット、ヘチママット等を例示できる。なお、植物繊維集合体が、循環運転中に偏在しないように、所定間隔でバッフルを配しておく。また、植物繊維集合体に本発明のMF121株を予め固定担持させて、パッケージ化して取替え可能としておくこともできる。   In the column of the bioreactor 32, a packed bed of the yeast-immobilized carrier of the alcohol-fermenting yeast strain MF-121 is formed. The immobilization carrier is not particularly limited, but for example, it is preferably formed of a plant fiber aggregate (cellulosic). The amount of fossil energy input can be reduced compared to synthetic resins made from petroleum. Specific examples of plant fiber aggregates include palm mats, hemp mats, loofah mats and the like. In addition, baffles are arranged at predetermined intervals so that the plant fiber aggregates are not unevenly distributed during the circulation operation. Alternatively, the MF121 strain of the present invention may be fixedly supported in advance on a plant fiber assembly and packaged to be replaceable.

なお、本発明者らは、ヤシマットが、通気性が良好で、麻マットやヘチマより、MF121株の固定化能が高いことを確認している(図4(A)・(B)参照)。なお、固定化に使用した培養液は、pH2.5、グルコース3.0w/v%、ポリペプトン1.0w/v%、酵母エキス0. 5w/v%、硫酸ナトリウム2.5w/v%である。   In addition, the present inventors have confirmed that palm mat has good air permeability and higher immobilization ability of MF121 strain than hemp mat and loofah (see FIGS. 4A and 4B). The culture solution used for immobilization was pH 2.5, glucose 3.0 w / v%, polypeptone 1.0 w / v%, yeast extract 0.5 w / v%, sodium sulfate 2.5 w / v%.

ここで、アルコール発酵性酵母MF−121株とは、特許文献2に記載の「Issatchenkia属orientalis種のアルコール発酵性酵母MF−121株(受託番号FERM P−19368)」のことである。   Here, the alcohol-fermenting yeast MF-121 strain refers to “Issatchenkia orientalis alcohol-fermenting yeast MF-121 (accession number FERM P-19368)” described in Patent Document 2.

(4-0)酵母培養及び固定化
担体へのMF121株の固定化(担持)は、例えば、慣用の方法で行うことができる。すなわち、ヤシ繊維等の担体を、菌体を摂取した培養液中で浸漬して振とう培養により固定化してもよいが、後述のバイオリアクター内を菌体を含む培養液を所定時間通過させてもよい。
(4-0) Yeast culture and immobilization Immobilization (support) of the MF121 strain on a carrier can be performed, for example, by a conventional method. That is, a carrier such as coconut fiber may be immersed in a culture solution ingested with bacterial cells and immobilized by shaking culture, but the culture solution containing the bacterial cells is allowed to pass through a bioreactor described later for a predetermined time. Also good.

(4-1)培養液調製工程
加水分解工程(糖化工程)で得た糖化液(炭素源)に、窒素源、ミネラルを添加するとともに、pH調節を行う。
(4-1) Culture solution preparation step A nitrogen source and minerals are added to the saccharified solution (carbon source) obtained in the hydrolysis step (saccharification step), and the pH is adjusted.

ここで、一般的に雑菌繁殖が抑制されるpH3.0以下、望ましくはpH2.0〜2.5に調節をする。これにより、エタノール発酵の稼動を一時的に止めても、殺菌することなく、再運転可能となる。すなわち、連続運転する必然性がなく、原料の確保が一時的に確保できなくてもよい。   Here, the pH is generally adjusted to 3.0 or less, preferably pH 2.0 to 2.5, at which miscellaneous bacteria growth is suppressed. Thereby, even if the operation of ethanol fermentation is temporarily stopped, re-operation is possible without sterilization. That is, there is no necessity for continuous operation, and it may not be possible to temporarily secure the raw material.

培養液の組成は、下記のような組成とする。さらに、ミネラル(Mg、Ca、Feイオン等)を微量添加しておくことが望ましい。このため、培養液調製水として、ミネラル分が豊富な地下水乃至海水を使用する。   The composition of the culture solution is as follows. Furthermore, it is desirable to add a minute amount of mineral (Mg, Ca, Fe ion, etc.). For this reason, groundwater or seawater rich in minerals is used as the culture solution preparation water.

pH調節用のアルカリ水としては、酸加水分解で使用した酸と反応して沈殿を生成させないものなら特に限定されない。たとえば、酸が硫酸の場合、NaOHaqやKOHaqを使用するが、アンモニア水であってもよい。アンモニア水を使用すれば、アンモニアと硫酸の反応生成物である硫安が、エタノール発酵の窒素補助源として使用可能となる。このため、窒素源である、ポリペプトンや酵母エキスの使用量を大幅に減じることができる。 The alkaline water for adjusting the pH is not particularly limited as long as it does not react with the acid used in the acid hydrolysis to form a precipitate. For example, when the acid is sulfuric acid, NaOH aq or KOH aq is used, but ammonia water may be used. If ammonia water is used, ammonium sulfate, which is a reaction product of ammonia and sulfuric acid, can be used as a nitrogen auxiliary source for ethanol fermentation. For this reason, the usage-amount of polypeptone and yeast extract which are nitrogen sources can be reduced significantly.

炭素源(グルコース)・・・3〜20w/v%、望ましくは10〜15w/v%
窒素源(ポリペプトン、酵母エキス、アンモニア等)・・・窒素源種類に応じて適宜量
ミネラル(Mg、Ca、Feイオン等)・・・0〜5w/v%、通常、工業用薬品を使用する。なお、水として、ミネラル分の豊富な地下水や海洋深層水を、乃至、鉱石粉末を添加した水を使用して補給することもできる。
Carbon source (glucose) ... 3-20w / v%, preferably 10-15w / v%
Nitrogen source (polypeptone, yeast extract, ammonia, etc.) ... Amount appropriate to the type of nitrogen source Mineral (Mg, Ca, Fe ion, etc.) ... 0-5w / v%, usually use industrial chemicals . In addition, as water, groundwater rich in minerals or deep sea water can be replenished using water added with ore powder.

(4-2)エタノール発酵工程
上記で調製をした培養液を、バイオリアクターに送り込み、循環させ、所定時間アルコール発酵をさせ、エタノールが設定濃度以上となったら、循環運転をしながら、その一部を濃縮塔へポンプ輸送する。エタノール濃度が高くなると、酵母活性が相対的に低下するためである。
(4-2) Ethanol fermentation process The culture solution prepared above is sent to the bioreactor, circulated, and subjected to alcohol fermentation for a predetermined time. Is pumped to the concentrating tower. This is because yeast activity is relatively decreased when the ethanol concentration is increased.

通常、エタノールの設定濃度は、3〜10w/v%(望ましくは4〜8w/v%)の範囲で適宜設定する。濃度が低すぎると、エタノール濃縮の生産性が低下する。   Usually, the set concentration of ethanol is appropriately set in the range of 3 to 10 w / v% (preferably 4 to 8 w / v%). If the concentration is too low, the productivity of ethanol concentration decreases.

また、一部を取り出す場合の還流比は培養液全体の1/10〜3/10、望ましくは動1.5/10〜2.5/10とする。還流率が低すぎても、還流率が高すぎても、生産性が低下する。
(5)発酵エタノノール濃縮工程
(5-1)一次濃縮工程
特に限定されず、本実施形態では、フラッシュ蒸発器44を使用して行う(図3参照)。フラッシュ蒸発器44は、加熱ジャケットJ及び攪拌機Aを備えた減圧蒸発槽44aと、減圧蒸発槽44aでフラッシュ蒸発させたエタノールを真空ポンプを備えた凝縮器(熱交換器)44bとで構成されている。
The reflux ratio when a part is taken out is 1/10 to 3/10 of the whole culture solution, preferably 1.5 / 10 to 2.5 / 10. If the reflux rate is too low or the reflux rate is too high, the productivity is lowered.
(5) Fermentation ethanol concentration process
(5-1) Primary concentration process It does not specifically limit, In this embodiment, it performs using the flash evaporator 44 (refer FIG. 3). The flash evaporator 44 includes a vacuum evaporation tank 44a having a heating jacket J and a stirrer A, and a condenser (heat exchanger) 44b having a vacuum pump of ethanol obtained by flash evaporation in the vacuum evaporation tank 44a. Yes.

減圧蒸発槽44aに噴射流入した発酵エタノールは、減圧蒸発槽44aの加熱ジャケットJで加熱された内壁で加熱気化して(水と分離されて)、凝縮器に送気・液化されて、一次濃縮エタノール(バイオエタノール)としてバイオエタノール回収タンク45に回収される。このときの一次濃縮エタノールは、通常、6〜20w/v%、望ましくは、8〜15w/v%の範囲で適宜設定する。   The fermented ethanol injected and flowed into the vacuum evaporation tank 44a is heated and vaporized by the inner wall heated by the heating jacket J of the vacuum evaporation tank 44a (separated from water), and then sent to the condenser and liquefied for primary concentration. It is recovered in the bioethanol recovery tank 45 as ethanol (bioethanol). The primary concentrated ethanol at this time is usually set appropriately within a range of 6 to 20 w / v%, preferably 8 to 15 w / v%.

(5-2)二次濃縮工程
こうして得た一次濃縮エタノールは、慣用の蒸発装置(蒸留装置)及び/又は脱水装置を使用して90w/v%以上、望ましくは95w/v%以上(エタノールの共沸濃度は96容量%)に濃縮して、工業用乃至燃料用のバイオエタノールとする。この濃縮されたバイオエタノールは、一部、前述の脂質除去工程のエタノール(抽剤)として循環使用することができる。
(6)培養液残渣循環工程
上記一次濃縮工程で生成した培養液残渣は、一般的な雑菌が繁殖しないpH3以下である。このため、培養培養液残渣タンク46、48に一時的に貯蔵しておいて、培養液調製槽34に還流させて循環使用することができる。このため、従来のバイオエタノールの製造では、廃棄していた培養液残渣の有効利用が可能となる。
(5-2) Secondary concentration step The primary concentrated ethanol thus obtained is 90 w / v% or more, preferably 95 w / v% or more (concentration of ethanol) using a conventional evaporation device (distillation device) and / or dehydration device. The azeotropic concentration is 96% by volume) to produce bioethanol for industrial or fuel use. This concentrated bioethanol can be partly recycled as ethanol (extractant) in the aforementioned lipid removal step.
(6) Culture liquid residue circulation process The culture liquid residue produced | generated at the said primary concentration process is below pH3 which a general miscellaneous germ does not propagate. For this reason, it can be temporarily stored in the culture medium residue tanks 46 and 48, and then returned to the culture medium preparation tank 34 for circulation. For this reason, in the production of conventional bioethanol, it is possible to effectively use the discarded culture solution residue.

以下、本発明を実施例に基づいて、さらに詳細に説明する(図2〜3の流れ参照)。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples (see the flow of FIGS. 2 to 3).

なお、バイオリアクター32は、容量約20L(20cmφ×70cmH)の充填層(担体)は、ヤシマット(嵩密度:0.3〜0.4g/cm3)を使用した。 The bioreactor 32 used a coconut mat (bulk density: 0.3 to 0.4 g / cm 3 ) as the packed layer (carrier) having a capacity of about 20 L (20 cmφ × 70 cmH).

炭水化物系原料としては、廃棄洋菓子(バームクーヘン、ドーナツ、ポテトチップの混合物:炭水化物含有率52%)を用意する。   As a carbohydrate-based raw material, waste Western confectionery (a mixture of Baumkuchen, donut, potato chips: carbohydrate content 52%) is prepared.

MF121培地は、下記カビ用の合成培地「改変ザペック(Czapeec)」に、MF121株を、0.078g/Lを接種して、72hかけて増殖させた。   As the MF121 medium, 0.078 g / L of the MF121 strain was inoculated into the following mold synthetic medium “modified Czapeec” and allowed to grow for 72 hours.

グルコース 30g/L
ポリペプトン 10g/L
酵母エキス 5g/L
こうして、増殖させた、MF121株を、下記組成のエタノール発酵用の培養液(12L)に移した。
Glucose 30g / L
Polypeptone 10g / L
Yeast extract 5g / L
The thus grown MF121 strain was transferred to a culture solution (12 L) for ethanol fermentation having the following composition.

NaNO3 3g/L
2HPO3 1g/L
MgSO4・7H2O 0.5g/L
FeSO4・7H2O 10mg/L
グルコース 100g/L
pH 2.5
この培養液を、各バイオリアクター32を所定時間、循環(流速0.2L/min×96h)させて、MF121株を担持させておく。
NaNO 3 3g / L
K 2 HPO 3 1g / L
MgSO 4 · 7H 2 O 0.5g / L
FeSO 4 · 7H 2 O 10mg / L
Glucose 100g / L
pH 2.5
This culture solution is circulated in each bioreactor 32 for a predetermined time (flow rate 0.2 L / min × 96 h) to carry the MF121 strain.

(1)粉砕工程:廃棄洋菓子の混合物をミキサー12に、投入して粉砕して、原料を調製する。   (1) Crushing step: A mixture of waste pastry confectionery is put into a mixer 12 and pulverized to prepare a raw material.

(2)脂質除去工程:上記粉砕物2.5kgを、内容積20L程度の脱脂処理容器14に移し、70w/v%エタノール12.5Lを添加して、攪拌しながら60℃×1hの条件で脱脂処理を行う。   (2) Lipid removal step: Transfer 2.5 kg of the above pulverized product to a degreasing container 14 having an internal volume of about 20 L, add 12.5 L of 70 w / v% ethanol, and degrease under conditions of 60 ° C. × 1 h with stirring. I do.

(3)固液分離工程:遠心分離装置16を用いて3000〜6000min-1×10minの条件で、脱脂澱粉(抽残物)と、脂質が溶けたエタノール(抽出液)とに固液分離を行う。 (3) Solid-liquid separation step: Separation of solid and liquid into defatted starch (extracted residue) and lipid-dissolved ethanol (extract) under the condition of 3000 to 6000 min −1 × 10 min using the centrifugal separator 16. Do.

(4)加水分解工程
(4-1)酵素加水分解工程(酵素糖化工程):固液分離で得た脱脂澱粉2.0kgを、酵素加水分解槽18に移す。そして、水2.5Lを加えて、攪拌しながらプロテアーゼ及びαアミラーゼを順次添加して酵素加水分解を行う。すなわち、プロテアーゼ適量を添加して至適温度50℃×0.5hの条件でたんぱく質の加水分解後、αアミラーゼ適量を添加して至適温度85〜90℃×1hで澱粉(炭水化物)の加水分解を行う。
(4) Hydrolysis step (4-1) Enzyme hydrolysis step (enzyme saccharification step): 2.0 kg of defatted starch obtained by solid-liquid separation is transferred to the enzyme hydrolysis tank 18. Then, 2.5 L of water is added, and protease hydrolysis and α-amylase are sequentially added while stirring to perform enzyme hydrolysis. That is, after adding the appropriate amount of protease and hydrolyzing the protein at the optimum temperature of 50 ° C x 0.5h, add the appropriate amount of α-amylase to hydrolyze the starch (carbohydrate) at the optimum temperature of 85 to 90 ° C x 1h. Do.

(4-2)上記で得た酵素糖化液を温調ジャケットJ付きのオートクレーブ20に移す。そして、12NのH2SO4をH2SO4濃度が0.8Nになる量添加して、攪拌しながら酸加水分解を105℃×2hの条件で行う。 (4-2) The enzyme saccharified solution obtained above is transferred to the autoclave 20 with the temperature control jacket J. Then, 12N H 2 SO 4 is added in an amount such that the H 2 SO 4 concentration becomes 0.8 N, and acid hydrolysis is performed under the condition of 105 ° C. × 2 h while stirring.

(4-3)上記で得た糖化液を夾雑物除去槽22へ移し、活性炭50gを添加して60℃×1hの条件で攪拌したものを遠心分離装置24に移す。   (4-3) The saccharified solution obtained above is transferred to the contaminant removal tank 22, and 50 g of activated carbon added and stirred under conditions of 60 ° C. × 1 h is transferred to the centrifugal separator 24.

該遠心分離装置により固液分離を行い、エタノール発酵の原料となる糖化液を回収する。このとき得られる糖化液は約4.0Lで、そのグルコース濃度は、約30w/v%なる。   Solid-liquid separation is performed by the centrifugal separator, and a saccharified solution as a raw material for ethanol fermentation is recovered. The saccharified solution obtained at this time is about 4.0 L, and the glucose concentration is about 30 w / v%.

(5)エタノール発酵工程
前記培養液調製槽34に、上記(4)で調製した糖化液に培養液残渣を添加するとともに、5NのNaOH、5NのNH4OH、および10w/v%ポリペプトンの10w/v%酵母エキス(栄養補給用)を添加し、下記組成の培養液(12L)を調製する。
(5) Ethanol fermentation step While adding the culture solution residue to the saccharified solution prepared in the above (4) to the culture solution preparation tank 34, 5N NaOH, 5N NH 4 OH, and 10w of 10w / v% polypeptone Add / v% yeast extract (for nutritional supplementation) to prepare a culture solution (12 L) having the following composition.

硫酸ソーダ/硫酸アンモニウム 2.5w/v%
グルコース 10w/v%
ポリペプトン 0.1w/v%
酵母エキス 0.1w/v%
そして、該培養液調製槽34で調製をした培養液第一タンク38へ送液し、該培養液第一タンク38から循環ポンプ36を介してリアクター32の底部へ流入させ上部から培養液第二タンク40を介して培養液第一タンク38へ戻す。
Sodium sulfate / ammonium sulfate 2.5w / v%
Glucose 10w / v%
Polypeptone 0.1w / v%
Yeast extract 0.1w / v%
Then, the culture solution is supplied to the first culture solution tank 38 prepared in the culture solution preparation tank 34, and flows from the first culture solution tank 38 to the bottom of the reactor 32 through the circulation pump 36. It returns to the culture medium first tank 38 via the tank 40.

こうしてリアクター32を介して、エタノール濃度が4.5w/v%に達するまで循環運転を行う。そして、エタノール濃度が4.5w/v%に達したら、バルブを切り替えて、発酵培養液タンク42へ10Lを送液する。   In this way, the circulation operation is performed through the reactor 32 until the ethanol concentration reaches 4.5 w / v%. When the ethanol concentration reaches 4.5 w / v%, the valve is switched and 10 L is fed to the fermentation culture tank 42.

同時に、培養液第一タンク38に培養液調製槽34から10Lの培養液を移す。   At the same time, 10 L of the culture solution is transferred from the culture solution preparation tank 34 to the culture solution first tank 38.

さらに、培養液調製槽34へは、糖化液4Lと後述のフラッシュ蒸発器44から発生する培養液残渣4L、及び、無機塩含有水(又は地下水)4Lとからなる混合液に、前述と同様、pH調節剤と酵母栄養補給剤を添加して、前述組成の培養液を調整しておく。   Further, to the culture solution preparation tank 34, a mixture solution consisting of 4L of saccharified solution, 4L of a culture solution residue generated from a flash evaporator 44, which will be described later, and 4L of inorganic salt-containing water (or groundwater) is added as described above. A culture medium having the above composition is prepared by adding a pH regulator and a yeast nutrition supplement.

(6)エタノール濃縮工程
フラッシュ蒸発器44により減圧下に噴射蒸発させたものを凝縮して8%エタノールをバイオエタノール回収タンク45に回収する。このときのエタノール回収量は、約5Lである。
(6) Ethanol concentration step The vapor evaporated under reduced pressure by the flash evaporator 44 is condensed and 8% ethanol is recovered in the bioethanol recovery tank 45. The amount of ethanol recovered at this time is about 5L.

そして、フラッシュ蒸発器44でエタノール分離により発生した培養液残渣は、培養液残渣第一タンク46に一旦貯留する。このときの培養液残渣のアルコール濃度は約1%となる。そして、該培養液残渣第一タンク46の培養液残渣は、培養液残渣第二タンク48を介して培養液調節槽34へ送液可能となっている。該培養液残渣第二タンク48は、各工程を円滑に行うための緩衝的作用を担う。   The culture medium residue generated by the ethanol separation in the flash evaporator 44 is temporarily stored in the culture medium residue first tank 46. The alcohol concentration of the culture solution residue at this time is about 1%. The culture solution residue in the culture solution residue first tank 46 can be sent to the culture solution adjustment tank 34 via the culture solution residue second tank 48. The culture residue second tank 48 has a buffering action for smoothly performing each process.

なお、図5に、MF121株を、振とう培養(回分式)と、本発明のバイオリアクター(連続式)とを用いて、発酵比較を行った試験結果を示す。   In addition, the test result which performed fermentation comparison was used for FIG. 5 using shaking culture (batch type) and the bioreactor (continuous type) of this invention about MF121 stock | strain.

発酵溶液の最高エタノール濃度、エタノール変換率は振とう培養の方が若干高い。しかし、バイオリアクターの方が、エタノール生産の開始時間が早いので、エタノール生産性は倍近いとなることが推定される。   The maximum ethanol concentration and ethanol conversion rate of the fermentation solution are slightly higher in the shaking culture. However, since the bioreactor has a faster ethanol production start time, it is estimated that ethanol productivity is nearly doubled.

なお、バイオリアクターは、好気発酵のイメージが強いこと、及び、大規模生産を予定していたため、エタノール発酵には、ほとんど使用されてこなかった。しかし、本発明で使用するバイオリアクターは、ポンプで培養液を送液するが、実質的な通気はさせない。このため、半嫌気発酵となっていると考えられ、送液は、振とう培養における攪拌に相当すると考えられる。   In addition, since the bioreactor has a strong image of aerobic fermentation and planned large-scale production, it has hardly been used for ethanol fermentation. However, the bioreactor used in the present invention feeds the culture solution with a pump, but does not allow substantial ventilation. For this reason, it is thought that it is semi-anaerobic fermentation, and liquid feeding is considered to correspond to stirring in shake culture.

廃棄菓子類からバイオエタノールを得る場合の本発明の概念図である。It is a conceptual diagram of this invention in the case of obtaining bioethanol from waste confectionery. 本発明の炭水化物系原料からバイオエタノールを製造する実施例において、加水分解工程までを示す流れ図である。In the Example which manufactures bioethanol from the carbohydrate type raw material of this invention, it is a flowchart which shows to a hydrolysis process. 同じくエタノール発酵工程以降を示す流れ図である。It is a flowchart which shows the ethanol fermentation process after the same. バイオリアクターにおける各種担体におけるMF−121菌株の培養液を同一条件で通過させて固定化した重量当たり(A)及び体積当たり(B)の菌体量を示すヒストグラムである。It is a histogram which shows the amount of microbial cells per weight (A) and volume (B) which fixed the culture medium of MF-121 strain in the various support | carriers in a bioreactor by making it pass on the same conditions. MF121株を、振とう培養(回分式)と、本発明のバイオリアクター(連続式)とを用いて、発酵比較を行った試験結果を示すグラフ図である。It is a graph which shows the test result which performed fermentation comparison about MF121 stock | strain using the shaking culture (batch type) and the bioreactor (continuous type) of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

14・・・脱脂処理容器
32・・・バイオリアクター
34・・・培養液調製槽
42・・・発酵培養液タンク
44・・・フラッシュ蒸発器
46・・・培養液残渣第一タンク
14 ... Degreasing container 32 ... Bioreactor 34 ... Culture solution preparation tank 42 ... Fermentation culture solution tank 44 ... Flash evaporator 46 ... Culture solution residue first tank

Claims (10)

非セルロース系の炭水化物(糖質)とともに脂質を含む炭水化物系原料を、適宜粉砕工程を経た後、水溶性炭水化物除去工程、脂質除去工程、加水分解(液化・糖化)工程、エタノール発酵工程及び発酵エタノール濃縮工程を含むエタノールを製造する方法において、
前記脂質除去工程を、エタノールを抽剤(溶媒)とする抽出法により行い、該抽出抽残分離物である脱脂澱粉をエタノール発酵の原料とすることを特徴とするバイオエタノールの製造方法。
Carbohydrate-based raw materials containing lipids together with non-cellulosic carbohydrates (saccharides) are appropriately crushed, then water-soluble carbohydrate removal step, lipid removal step, hydrolysis (liquefaction / saccharification) step, ethanol fermentation step and fermented ethanol In a method for producing ethanol including a concentration step,
A method for producing bioethanol, characterized in that the lipid removal step is carried out by an extraction method using ethanol as an extractant (solvent), and the defatted starch as the extract residue is used as a raw material for ethanol fermentation.
前記エタノール発酵を耐酸/耐塩酵母を用いて行うことを特徴とする請求項1記載のバイオエタノールの製造方法。   The method for producing bioethanol according to claim 1, wherein the ethanol fermentation is performed using acid-resistant / salt-resistant yeast. 前記炭水化物系原料が、脂質含有率4%以上(水分0%換算値)であることを特徴とする請求項1又は2記載のバイオエタノールの製造方法。   The method for producing bioethanol according to claim 1 or 2, wherein the carbohydrate-based raw material has a lipid content of 4% or more (0% water equivalent value). 前記脂質除去工程において、濃度が15〜90w/v%のエタノールを使用するとともに、温度を常温〜80℃とすることを特徴とする請求項1、2又は3記載のバイオエタノールの製造方法。   The method for producing bioethanol according to claim 1, 2 or 3, wherein in the lipid removal step, ethanol having a concentration of 15 to 90 w / v% is used and the temperature is set to room temperature to 80 ° C. 前記加水分解工程を、酵素加水分解と酸加水分解の2段階で行うことを特徴とする請求項1〜4いずれか一記載のバイオエタノールの製造方法。   The method for producing bioethanol according to any one of claims 1 to 4, wherein the hydrolysis step is performed in two stages of enzyme hydrolysis and acid hydrolysis. 前記耐酸/耐塩酵母として、Issatchenkia属orientalis種のアルコール発酵性酵母MF−121株(受託番号FERM P−19368)を用いることを特徴とする請求項2〜5いずれか一記載のバイオエタノールの製造方法。   The method for producing bioethanol according to any one of claims 2 to 5, wherein an alcohol-fermenting yeast strain MF-121 (Accession No. FERM P-19368) of Issatchenkia orientalis species is used as the acid / salt-resistant yeast. . 前記脂質除去工程に使用する前記エタノールの一部又は全部が、前記発酵エタノール濃縮工程で発生するエタノールであることを特徴とする請求項1〜6いずれか一記載のバイオエタノールの製造方法。   The method for producing bioethanol according to any one of claims 1 to 6, wherein a part or all of the ethanol used in the lipid removal step is ethanol generated in the fermentation ethanol concentration step. 前記発酵エタノール濃縮工程で発生する酵母培地残液(培養液残渣)を、酵母培地調製槽に戻して循環使用することを特徴とする請求項1〜7いずれか一記載のバイオエタノールの製造方法。   The method for producing bioethanol according to any one of claims 1 to 7, wherein the yeast medium residual liquid (culture liquid residue) generated in the fermentation ethanol concentration step is returned to the yeast medium preparation tank for circulation. 前記エタノール発酵工程を、前記アルコール発酵性酵母MF−121株の酵母固定化担体の充填槽であるバイオリアクターで連続的に行うことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一記載のバイオエタノールの製造方法。   The bioethanol according to any one of claims 1 to 8, wherein the ethanol fermentation step is continuously carried out in a bioreactor that is a filling tank of a yeast-immobilized carrier of the alcohol-fermentable yeast MF-121 strain. Manufacturing method. 前記酵母固定化担体が植物繊維集合体で形成されていることを特徴とする請求項9記載のバイオエタノールの製造方法。
The method for producing bioethanol according to claim 9, wherein the yeast immobilization carrier is formed of a plant fiber aggregate.
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Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011152079A (en) * 2010-01-27 2011-08-11 Oji Paper Co Ltd Saccharifying fermentation system of cellulose-based biomass
WO2012005246A1 (en) * 2010-07-06 2012-01-12 三菱重工業株式会社 Fermentation system using sugar solution and fermentation method using sugar solution
JP2013528400A (en) * 2010-06-18 2013-07-11 ビュータマックス・アドバンスド・バイオフューエルズ・エルエルシー Method and system for removing undissolved solids prior to extractive fermentation in the production of butanol
KR101425172B1 (en) 2012-11-27 2014-08-01 한국화학연구원 Method of improving sugar yield from starch-containing biomass
KR101497225B1 (en) 2013-07-30 2015-02-27 주식회사 창해에탄올 Manufacturing method of the fermentation product from starchy biomass
US8980060B2 (en) 2008-02-01 2015-03-17 Mitsubishi Heavy Industries Mechatronics Systems, Ltd. Biomass hydrothermal decomposition apparatus, method thereof, and organic material production system using biomass material
US9102956B2 (en) 2010-03-10 2015-08-11 Mitsubishi Heavy Industries Mechatronics Systems, Ltd. Biomass hydrothermal decomposition apparatus, temperature control method thereof, and organic raw material production system using biomass material
US9102965B2 (en) 2011-01-13 2015-08-11 Mitsubishi Heavy Industries Mechatronics Systems, Ltd. Saccharide-solution producing apparatus, fermentation system, saccharide-solution producing method, and fermentation method
US9238827B2 (en) 2008-02-01 2016-01-19 Mitsubishi Heavy Industries Mechatronics Systems, Ltd. Biomass hydrothermal decomposition apparatus and method
US9404135B2 (en) 2010-09-03 2016-08-02 Mitsubishi Heavy Industries Mechatronics Systems, Ltd. Biomass decomposition apparatus and method thereof, and sugar-solution production system using biomass material
US9422519B2 (en) 2010-07-09 2016-08-23 Mitsubishi Hitachi Power Systems Environmental Solutions, Ltd. Biomass hydrothermal decomposition system and saccharide-solution production method using biomass material
US9850511B2 (en) 2010-07-09 2017-12-26 Mitsubishi Hitachi Power Systems Environmental Solutions, Ltd. Biomass processing system and saccharide-solution production method using biomass material
US9868932B2 (en) 2010-03-10 2018-01-16 Mitsubishi Hitachi Power Systems Environmental Solutions, Ltd Biomass hydrothermal decomposition apparatus, temperature control method thereof, and organic raw material production system using biomass material
KR20180049135A (en) * 2010-05-24 2018-05-10 질레코 인코포레이티드 Processing biomass
CN110106207A (en) * 2019-05-27 2019-08-09 德宏依诺纯咖啡有限公司 A method of bio-ethanol is produced using coffee waste
WO2020045422A1 (en) * 2018-08-27 2020-03-05 積水化学工業株式会社 Method for producing organic material
US10792588B2 (en) 2008-02-01 2020-10-06 Mitsubishi Hitachi Power Systems Environmental Solutions, Ltd. Organic material production system using biomass material and method

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8980060B2 (en) 2008-02-01 2015-03-17 Mitsubishi Heavy Industries Mechatronics Systems, Ltd. Biomass hydrothermal decomposition apparatus, method thereof, and organic material production system using biomass material
US10792588B2 (en) 2008-02-01 2020-10-06 Mitsubishi Hitachi Power Systems Environmental Solutions, Ltd. Organic material production system using biomass material and method
US9238827B2 (en) 2008-02-01 2016-01-19 Mitsubishi Heavy Industries Mechatronics Systems, Ltd. Biomass hydrothermal decomposition apparatus and method
JP2011152079A (en) * 2010-01-27 2011-08-11 Oji Paper Co Ltd Saccharifying fermentation system of cellulose-based biomass
US9868932B2 (en) 2010-03-10 2018-01-16 Mitsubishi Hitachi Power Systems Environmental Solutions, Ltd Biomass hydrothermal decomposition apparatus, temperature control method thereof, and organic raw material production system using biomass material
US9102956B2 (en) 2010-03-10 2015-08-11 Mitsubishi Heavy Industries Mechatronics Systems, Ltd. Biomass hydrothermal decomposition apparatus, temperature control method thereof, and organic raw material production system using biomass material
KR102032075B1 (en) * 2010-05-24 2019-10-14 질레코 인코포레이티드 Processing biomass
KR20180049135A (en) * 2010-05-24 2018-05-10 질레코 인코포레이티드 Processing biomass
JP2013528400A (en) * 2010-06-18 2013-07-11 ビュータマックス・アドバンスド・バイオフューエルズ・エルエルシー Method and system for removing undissolved solids prior to extractive fermentation in the production of butanol
US11236369B2 (en) 2010-07-06 2022-02-01 Mitsubishi Heavy Industries Power Environmental Solutions, Ltd. Fermentation system and fermentation method using saccharide solution
WO2012005246A1 (en) * 2010-07-06 2012-01-12 三菱重工業株式会社 Fermentation system using sugar solution and fermentation method using sugar solution
JP2012016298A (en) * 2010-07-06 2012-01-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Fermentation system using sugar solution and fermentation method using sugar solution
US9422519B2 (en) 2010-07-09 2016-08-23 Mitsubishi Hitachi Power Systems Environmental Solutions, Ltd. Biomass hydrothermal decomposition system and saccharide-solution production method using biomass material
US9567558B2 (en) 2010-07-09 2017-02-14 Mitsubishi Hitachi Power Systems Environmental Solutions, Ltd. Biomass hydrothermal decomposition system and saccharide-solution production method using biomass material
US9850511B2 (en) 2010-07-09 2017-12-26 Mitsubishi Hitachi Power Systems Environmental Solutions, Ltd. Biomass processing system and saccharide-solution production method using biomass material
US9404135B2 (en) 2010-09-03 2016-08-02 Mitsubishi Heavy Industries Mechatronics Systems, Ltd. Biomass decomposition apparatus and method thereof, and sugar-solution production system using biomass material
US9434971B2 (en) 2011-01-13 2016-09-06 Mitsubishi Heavy Industries Mechatronics Systems, Ltd. Saccharide-solution producing apparatus, fermentation system, saccharide-solution producing method, and fermentation method
US9102965B2 (en) 2011-01-13 2015-08-11 Mitsubishi Heavy Industries Mechatronics Systems, Ltd. Saccharide-solution producing apparatus, fermentation system, saccharide-solution producing method, and fermentation method
KR101425172B1 (en) 2012-11-27 2014-08-01 한국화학연구원 Method of improving sugar yield from starch-containing biomass
KR101497225B1 (en) 2013-07-30 2015-02-27 주식회사 창해에탄올 Manufacturing method of the fermentation product from starchy biomass
WO2020045422A1 (en) * 2018-08-27 2020-03-05 積水化学工業株式会社 Method for producing organic material
US11519010B2 (en) 2018-08-27 2022-12-06 Sekisui Chemical Co., Ltd. Method for producing organic substance
JP7284738B2 (en) 2018-08-27 2023-05-31 積水化学工業株式会社 Method for producing organic substance
CN110106207A (en) * 2019-05-27 2019-08-09 德宏依诺纯咖啡有限公司 A method of bio-ethanol is produced using coffee waste
CN110106207B (en) * 2019-05-27 2023-02-10 德宏依诺纯咖啡有限公司 Method for producing bioethanol by using coffee wastes

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