JP2008278825A - Method for producing bioethanol - Google Patents

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JP2008278825A
JP2008278825A JP2007127140A JP2007127140A JP2008278825A JP 2008278825 A JP2008278825 A JP 2008278825A JP 2007127140 A JP2007127140 A JP 2007127140A JP 2007127140 A JP2007127140 A JP 2007127140A JP 2008278825 A JP2008278825 A JP 2008278825A
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JP2007127140A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Chiga
Makoto Hisamatsu
Tatsumi Ito
Hideaki Kiyokawa
眞 久松
龍美 伊藤
昭 千賀
英明 清川
Original Assignee
Chuo Kakoki Kk
Mie Univ
中央化工機株式会社
国立大学法人三重大学
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    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels
    • Y02E50/17Grain bio-ethanol

Abstract

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.
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.
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。 The present invention, carbohydrate-based raw material containing a lipid together with a non-cellulosic carbohydrates (sugars): From (biomass biological resources), bioethanol by ethanol fermentation: relates to a process for preparing (bioenergy bioenergy). 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。 In particular, the present invention is Baumkuchen, shortcake, a suitable invention when the lipid-rich waste confectionary carbohydrate-based raw material such as pancakes, further, even if the production scale is small workable small plant 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, the waste confectionery, will be described as mainly 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 either be directly burned, or, as an industrial waste, at present are garbage disposal.

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。 However, waste confectionery is sugar, with a high carbohydrate content, such as starch (carbohydrate), salinity (. Which contained sodium chloride as a secret ingredient) for including, generates pollution of dioxins. 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。 In addition, disposal Pastry is easy to corruption proceeds, if not faster the treatment, there is a possibility that the issue of corruption and bad odor. 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。 To keep storage, requires refrigeration and the like, extra fossil fuel (fossil fuel) is indirectly consumed.

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。 On the other hand, multiple of global warming and extreme weather events, has come to life that was too dependent on fossil fuel is recognized as a major cause. 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。 At the same time, mass production, mass consumption and mass disposal of the second half of the 20th century, has been also found that an activity beyond the Earth's capacity. 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。 The first half of the 21st century is, all the resources used carefully and properly, it is considered the time to transition to "sustainable development" type society that use leverage to production without compromising as much as possible the environment to a substance and energy required for life .

「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。 "Sustainable development" and is a concept that took up the central idea of ​​the report, which was published in 1987, "the World Commission on Environment and Development", "Our Common Future", while satisfying the desire of future generations , it refers to the development, such as also to satisfy the desire of the current generation. (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) (Glossary term "sustainable development" [online], the Ministry of Foreign Affairs [2007 April 26, the search], Internet <URL: htpp: //www.mofa.go.jp/mofaj/gaiko/kankyo/wssd/ quote from yogo.html>)
上記「持続可能な開発」の見地から、カーボンニュートラル(CO 2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。 From the standpoint of "sustainable development", to produce bioethanol from biomass carbon neutral (CO 2 neutral) are urgently needed. 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CO 2を大気中に放散しても、該CO 2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。 The carbon neutral, carbon in plants also the CO 2 by the oxidation reaction (combustion reaction) dissipated into the atmosphere, the CO 2 becomes a quantity taken from the atmosphere by carbon dioxide assimilation plants during the growth, the results speaking to become a 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 the production of bio-ethanol corn and sugar, from potatoes and high-yielding rice, etc., becomes the makeshift collide with any food problem.

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。 Moreover, since cellulose-based biomass, such as logging residues occurring in grass and thinning such an agricultural waste too rigid, problems to be solved in the saccharification step is still large. 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。 In addition, come such as scale of production design and commercialization of bio-ethanol is different from the type of biomass resources to be used. 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。 Current situation, is guaranteed a constant supply of biomass, and production scale is not large, it is almost can not operate the equipment.

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。 For businesses, and to alleviate the expenditure of fuel costs and industrial waste costs as much as possible, it is also an urgent need to improve to successfully incorporating product development and industrial activities can be performed constitution a system of environmental protection.

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, in place of occurrence of the waste confectionery such, if capable of producing bioethanol, enables energy use is mixed with ethanol produced in-house at the same time can reduce the industrial waste and fossil fuels, the 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。 When incorporating this system, Rojas at (Lifestyles of Health and Sustainability) thinking, it is possible to image-making business activities and product sales. 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。 Therefore, to commercialize the system has been desired from the food companies group.

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)。 While not affect the patentability of the present invention, from one of the applicants of the present application, "method for producing fuel from waste Confectionery" that consists of the following it has been proposed previously (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。」 "Waste confectionery containing more than 45 wt% carbohydrate on a solids basis, characterized in that the production of fuel ethanol by alcohol fermentation by yeast."
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)。 Further, by one of the inventors of the present application, a method for producing an alcohol of the following configuration using the acid-salt of the alcoholic fermentation yeasts for use in the present invention has been proposed (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。」 "How producing ethanol which comprises adding an organic substrate containing monosaccharide in culture medium containing Issatchenkia spp orientalis species alcohol fermentation yeast MF-121 strain (accession number FERM P-19368)."
特開2004−242532号公報 JP 2004-242532 JP 特開2004−344084号公報 JP 2004-344084 JP

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, it is possible to meet the demand, a manufacturing method of bioethanol capable small operation, the present inventors do not know in the limited information.

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。 Also, in the case of carbohydrate-based raw material (biomass) such as waste confectionery as above, comprising a lipid which is a fermentation inhibitors, further includes a preservative, an emulsifier, various additives such as thickening agents. 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。 Therefore, there was the idea disclosed in Patent Document 1, not been put to practical use in terms of the fermentation efficiency at present.

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。 The present invention is, in view of the above, even in the lipid-rich carbohydrate-based material (mainly starch material), and an object thereof is to provide a process for producing ethanol good productivity.

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。 The present inventors have found that in order to solve the above problems, in the course of efforts to intensive development, a high concentration of ethanol, the pulverized starting material, if the extraction process, it is possible to practical preparation of yeast culture medium for and further it was found that even alcoholic fermentation is 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。 That is, the present inventors have found that in starch-based food composition tables of Table 1, rice (low lipid), bread (medium lipids), select Baumkuchen (high fat), ethanol fermentation of sulfuric acid hydrolyzate, JP It was tested using the salt and oxidation resistance alcohol fermentation yeast as described in 2. なお、試験の前にいずれも活性炭で前処理を行った。 It should be noted, were pretreated with either activated carbon prior to testing. 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。 As a result, although rice and bread is fermented, in the case of Baumkuchen be pretreated with activated carbon did not even growth of the yeast. 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。 Further, towards the rice lipid content is less that than fermentation earlier bread was found that could ethanol fermentation when also the ethanol degreasing treatment with Baumkuchen.

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, and conceived a method for producing bioethanol following configuration.

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、 The carbide-based raw material containing a lipid together with a non-cellulosic carbohydrates (sugars), after a suitable grinding process, lipid removal step, hydrolysis (liquefaction-saccharification) step, the ethanol containing ethanol fermentation step and fermenting ethanol concentration step in the process of manufacturing,
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。 The lipid removal step, ethanol was carried out by extraction method with extractant (solvent), characterized in that the degreasing starch is extract residue isolates a raw material of 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。 Incidentally, ethanol fermentation, generic ethanol fermentation yeasts (e.g., Saccharomyces Serbia cerevisiae) are possible using, be carried out using the acid / salt yeast, furthermore, alcohol fermentation yeast MF-121 strain (accession number FERM P-19368) is preferably used.

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。 The meaning of each value indicating the concentration in the following description, the converted value below 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。) %: Wt% (those displaying the g number of the specific component to the total weight 100 g%.)
w/v%:溶媒100cm 3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/m 3 w / v%: solvent as displaying the added g of solute% relative 100 cm 3 g / L: adding g of solute to solvent 1L (SI unit: kg / m 3)
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。 Hereinafter, for the desired mode for carrying out the present invention will be described. 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。 Incidentally, a conceptual diagram of the present invention in the case of producing bioethanol from waste confectionery in FIG.

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 is basically, carbohydrates appropriate carbohydrate-based raw material containing a lipid together with a non-cellulosic, after a grinding step, (1) a lipid removal step, (2) liquefaction and saccharification process, (3) ethanol fermentation process and (4) a process for producing bioethanol through the order of fermentation ethanol concentration step.

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。 The carbohydrate-based material, of starch-based foods such as shown in Table 1, the waste those of medium lipid or lipid-rich can be suitably used. 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。 That is, the water from 0% conversion value (component total amount excluding water) lipid content of 4% or more, more desirably applied to more than 10%. 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。)。 When the lipid content is higher, is inhibited growth of the yeast (cell proliferation) is, or not ethanol fermentation is performed, or, be made the growth of the yeast, is very low efficiency of ethanol fermentation (time consuming.).

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。 Besides shown in Table 1, the starch-based food product, may be mentioned sponge cake, donut, snack foods, puddings (high fat) or the like. 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。 Incidentally, these confectionery, as additives, sweeteners, salt, thickening polysaccharides, preservatives and the like are contained.

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。 As a sweetener, sugar (sucrose), honey (glucose and fructose is the main component), trehalose, starch syrup, fructose (fructose), there are other oligosaccharides. 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。 These are the case of monosaccharides, as used in alcohol fermentation, in case of disaccharides, are easy to monosaccharification, it contributes to shortening of the total hydrolyzed step (liquefying saccharification).

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。 The thickening polysaccharide, a carrageenan, agar, alginic acid, xanthan gum, gellan gum, pectin, guar gum, tara gum, locust bean gum, etc. 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。 They select the appropriate enzyme if enzymatic hydrolysis and / or acid hydrolysis to monosaccharification, as a raw material for ethanol fermentation. 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。 That is, ethanol conversion material ratio by the total raw fermentation 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。 Preservatives, benzoic acid, sorbic acid, dehydroacetic acid acids, and the like. 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。 These components are often be an inhibitor of ethanol fermentation has been feared. 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。 However, the lipid removal step with ethanol extraction, simultaneously, the present inventors that preservatives can also be eliminated from the system of the ethanol fermentation was knowledge.

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。 Further, as other than starch based, desserts jelly, fruit juice beverages, various dairy products (milk beverages, yogurt, cheese), mention may be made of solid, semi-liquid food, fluids and the like. 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。 Many this, similarly to the above, since the carbohydrate-based component (carbohydrate) is contained in a large amount, then mixed with the starch-based carbohydrate, or alone, it can be used as biomass.

以下、各工程について詳細に説明する(図2・3参照)。 Follows is a detailed description of each step (see FIGS. 2 and 3). 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。 Incidentally, in illustrated example, "A" indicates an agitator, "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, take as carbohydrate-based materials, Baumkuchen, donuts, waste confectionery mixture of potato chips as an example the case of a carbohydrate-based material (2.5 kg).

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。 Component composition of the carbohydrate-based raw materials, lipids: about 24%, carbohydrate: about 52%, protein: about 6%, water: 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。 (1) When milling step the hydrocarbon feedstock is a solid or semi-solid can usually use the pulverizer generic. 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。 The mill can be used mixer (grinder) 12 or kneader.

(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。 (2) performed by extraction lipids removal process ethanol as an extractant (solvent). 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。 Extractant conditions in the (raw material concentration, ethanol concentration, temperature, time) varies depending on the composition of the carbohydrate-based raw material (especially lipid content) and forms (solid, liquid product).

原料濃度(固形原料の場合):10〜60w/v%、より普通には20〜40w/v% Raw materials concentration (in the case of solid raw materials): 10~60w / v%, more usually 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。 Ethanol concentration: 15~90w / v%, more usually 45~80w / v%, more usually a 55~65w / v%.

温度:常温〜80℃、より普通には55〜65℃ Temperature: room temperature ~80 ℃, more usually 55~65 ℃
時間:10〜120min、より普通には30〜60min Time: 10~120min, more usually 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。 Time lipid extract when the ethanol concentration and temperature is too low, it takes not practical. 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。 Further, the ethanol concentration is high, lipid extraction efficiency is tends to increase, and decreasing in accordance with bulking large tendency becomes highly concentrated. 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。 Therefore, the cost standpoint also consider the ethanol concentration, it is better not too high. また、温度が高すぎるとエタノールの蒸発量が多くなる。 Further, it is more the amount of evaporation of the ethanol the temperature is too high. ちなみに、エタノールの沸点は、78.3℃である。 By the way, the boiling point of ethanol is 78.3 ℃.

上記脂質除去工程を経たものは、固液分離を行う。 That through the lipid removal step, carrying out solid-liquid separation. 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。 Here, the starch-based feedstock may carbohydrates unnecessary or sparingly soluble in ethanol principal (starch or polysaccharide) is large, and centrifuged. 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。 (If the beverage as a raw material) When ethanol solubility of the solution, taking out the solids by the steps of concentrating evaporation separation or the like (high hydrate including.). 原料によっては、フィルター分離も可能である。 Some raw material, filter separation is 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。 Extracted solids, but not necessarily, usually lyophilized, and vacuum drying, it is desirable to sputter the moisture. 腐敗乃至変敗による悪臭の発生を防止するためである。 This is to prevent the occurrence of offensive odor by putrefaction or spoilage.

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。 In the above, carbohydrate-based raw material, sugar, honey, when the water-soluble carbohydrate containing a large amount of such fructose, advance, prior to the lipid removal step, with water or low concentration alcohol to undergo a water-soluble carbohydrate removal step it is desirable to. 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。 At the same time, is also removed some of the sodium chloride and a preservative contained in the confectionery, the load is reduced in lipid removal step and ethanol fermentation process is post-process, which contributes 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。 Thus separated and recovered water soluble carbohydrates may also be returned to the hydrolysis step.

(3)加水分解工程(液化・糖化工程) (3) Hydrolysis step (liquefying saccharification step)
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。 Usually, hydrolysis step, from the viewpoint of the liquefied ease, the two-stage enzymatic hydrolysis and acid hydrolysis.

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。 If the carbohydrate is starch, the enzyme, usually, amylase (e.g., alpha-amylase) is to use, confectionery such, since protein is also contained, by using the protease (proteolytic enzyme), pretreatment be carried out is desirable. 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。 Depending carbohydrate raw materials, it is preferable to use a plurality of kinds of amylases.

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。 Conditions of enzymatic hydrolysis by starch-based carbide varies depending on the type of enzyme, for example, in the case of α-amylase, and under the following conditions.

澱粉乳濃度・・・30〜100w/v%、 Starch milk concentration ··· 30~100w / v%,
pH・・・6.5〜7.0、 pH ··· 6.5~7.0,
液化温度/時間・・・80〜90℃×40〜80min、 Liquefaction temperature / time ··· 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。 The acid suitable amount acid hydrolysis according to the enzyme amount used.. The enzyme type, can be used sulfuric acid, hydrochloric acid, oxalic acid and the like. そのときの条件は、硫酸の場合、下記のような条件とする。 Conditions at that time, the case of sulfuric acid, and under the following conditions.

澱粉乳濃度・・・同上、 Starch milk concentration ... Same as above,
酸規定度・・・0.6〜1.0N Acid normality ··· 0.6~1.0N
液化温度/時間・・・100〜110℃×90〜150min、 Liquefaction temperature / time ··· 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。 Raw material through the hydrolysis step (hydrolysis solution), carrying out solid-liquid separation. 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。 Prior to the solid-liquid separation, but not necessarily, added an adsorbent (activated carbon, alumina, synthetic zeolite and the like), ethanol fermentation inhibitory components (impurities) so as not mixed into the alcohol fermentation process as much as possible put it is desirable.

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。 Solid-liquid separation is usually from productivity point of view, although a centrifuge, filter, settling, or the like. 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。 Thus obtained sugar solution (glucose, monosaccharides mixtures such as fructose) are usually those 20~40w / v% in terms of glucose is obtained.

(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。 (4) providing a process of fermentation for ethanol pair of bioreactor 32. 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)。 The bioreactor 32 for circulation operation, typically, and those with circulation pipe having a culture solution circulation pump 36 and the culture solution tank (storage tank) 38, 40, etc. (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。 Within the tower bioreactor 32, to form a packed bed of yeast immobilization pellets alcohol fermentation yeast MF-121 strain. 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。 The immobilizing carrier is not particularly limited, for example, it is preferably formed of vegetable fiber aggregate (cellulosic). 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。 Oil and reduce fossil energy input as compared with the synthetic resin as a raw material. 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。 The plant fiber assembly, specifically, Yashimatto, hemp mat, loofah mat like. 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。 Incidentally, plant fiber assembly, so as not unevenly distributed in the circulation operation, previously arranged baffle at predetermined intervals. 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。 Further, by previously fixed carrying MF121 strain of the present invention the plant fiber assembly, it is also possible to keep the replaceable to package.

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)。 The present inventors have Yashimatto is, good breathability, from hemp mats and loofah, (see FIG. 4 (A) · (B)), making sure high immobilization ability of MF121 strain. 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。 Incidentally, the culture medium used for immobilization, pH 2.5, glucose 3.0 w / v%, polypeptone 1.0 w / v%, yeast extract 0. 5w / 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 fermentation yeast MF-121 strain is that of "Issatchenkia spp orientalis species alcohol fermentation yeast MF-121 strain (accession number FERM P-19368)" disclosed 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。 (4-0) Immobilization of MF121 strain into yeast culture and immobilized carrier (carrier), for example, can be carried out in a conventional manner. 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。 That is, a carrier such as coconut fiber, by dipping to shaking culture in a culture medium ingesting the bacteria may be immobilized, but within bioreactor described later and a liquid culture containing cells was passed through a predetermined time it may be.

(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。 To (4-1) culture solution preparation step hydrolysis process sugar solution obtained in (saccharification step) (carbon source), a nitrogen source, along with the addition of minerals, performs pH adjustment.

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。 Here, generally pH3.0 below bacteria breed is suppressed, preferably the adjusted PH2.0~2.5. 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。 As a result, even if temporarily stop the operation of the ethanol fermentation, sterilization without, it is possible to re-operation. 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。 That is, there is no necessity to continuous operation, ensuring the material may be temporarily secured.

培養液の組成は、下記のような組成とする。 The composition of the culture medium, a composition as follows. 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。 Furthermore, minerals (Mg, Ca, Fe ions) It is desirable to keep trace amount. 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。 Therefore, as the culture liquid prepared water, minerals can be a rich ground water or sea 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。 The alkaline water for pH adjustment is not particularly limited if shall not form a precipitate by reacting with the acid used in the acid hydrolysis. たとえば、酸が硫酸の場合、NaOH aqやKOH aqを使用するが、アンモニア水であってもよい。 For example, if the acid is sulfuric acid, but using a NaOH aq and KOH aq, it may be aqueous ammonia. 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。 Using aqueous ammonia, ammonium sulfate is the reaction product of ammonia and sulfuric acid, and usable as a nitrogen auxiliary source of ethanol fermentation. 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。 Therefore, a nitrogen source, can be reduced significantly the amount of polypeptone and yeast extract.

炭素源(グルコース)・・・3〜20w/v%、望ましくは10〜15w/v% Carbon source (glucose) ··· 3~20w / v%, preferably 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。 Nitrogen sources (polypeptone, yeast extract, ammonia, etc.) ... nitrogen source type appropriate amount of mineral in accordance with the (Mg, Ca, Fe ions) ··· 0~5w / v%, typically use industrial chemicals . 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。 As water, minerals rich groundwater and deep sea water, or it may be replenished using a water with the addition of 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。 (4-2) a process of fermentation for ethanol broth was prepared as above, fed to the bioreactor, is circulated, by a predetermined time alcoholic fermentation, if ethanol is the set concentration or more, while the circulation operation, a part pumping the concentrated to the tower. 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。 When the ethanol concentration is increased, in order to relatively decrease the yeast activity.

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。 Normally, setting the concentration of ethanol is appropriately set in the range of 3~10w / v% (preferably 4~8w / v%). 濃度が低すぎると、エタノール濃縮の生産性が低下する。 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。 Moreover, the reflux ratio in the case of taking out a part 1 / 10-3 / 10 of the whole broth, preferably a dynamic 1.5 / 10 to 2.5 / 10. 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。 Even reflux rate is too low, even if the reflux ratio is too high, productivity is lowered.
(5)発酵エタノノール濃縮工程 (5) fermentation Etanonoru concentration step
(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)。 (5-1) Primary concentration step is not particularly limited, in the present embodiment is carried out using flash evaporators 44 (see FIG. 3). 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。 Flash evaporator 44, a vacuum evaporation tank 44a provided with a heating jacket J and stirrer A, ethanol was flash evaporation at reduced pressure evaporation vessel 44a is composed of a condenser (heat exchanger) 44b having a vacuum pump there.

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。 Fermentation ethanol was injected flows into the vacuum evaporation vessel 44a is heated vaporized in the heated inner wall heating jacket J of vacuum evaporation tank 44a (separated water), it is air and liquefied in the condenser, primary concentration It is recovered in the bioethanol recovery tank 45 as ethanol (bioethanol). 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。 Primary concentration of ethanol in this case, usually, 6~20w / v%, desirably, appropriately set in the range of 8~15w / 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。 (5-2) Secondary concentration step thus primarily concentrated ethanol to give the conventional evaporator (distillation apparatus) and / or by using a dehydrator 90 w / v% or more, preferably 95 w / v% or more (ethanol azeotropic concentration was concentrated on a 96 volume%), and industrial or bioethanol fuel. 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。 The concentrated bioethanol, in part, can be recycled as ethanol (extractant) of the aforementioned lipid removal step.
(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。 (6) culture residue produced in culture residue circulating step said primary concentration step is pH3 below common bacteria do not breed. 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。 Therefore, in advance and temporarily stored in the culture broth residue tanks 46 and 48, it can be recycled by refluxing the culture solution preparation tank 34. 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。 Therefore, in the manufacture of conventional bioethanol, it is possible to effectively utilize the culture residue was discarded.

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 based on examples further illustrate details (see Flow FIGS. 2-3).

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/cm 3 )を使用した。 Incidentally, the bioreactor 32, packed bed of volume about 20L (20cmφ × 70cmH) (carrier) is Yashimatto (bulk density: 0.3~0.4g / cm 3) was used.

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。 The carbohydrate-based raw materials, waste Pastry (Baumkuchen, donuts, a mixture of 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。 MF121 medium, the synthetic medium for the following mold "modified Czapek (Czapeec)", the MF121 strain, was inoculated with a 0.078g / L, it was grown over 72h.

グルコース 30g/L Glucose 30g / L
ポリペプトン 10g/L Polypeptone 10g / L
酵母エキス 5g/L Yeast extract 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。 Thus were grown, the MF121 strain was transferred to a culture medium for ethanol fermentation of the following composition (12L).

NaNO 3 3g/L NaNO 3 3g / L
2 HPO 3 1g/L K 2 HPO 3 1g / L
MgSO 4・7H 2 O 0.5g/L MgSO 4 · 7H 2 O 0.5g / L
FeSO 4・7H 2 O 10mg/L FeSO 4 · 7H 2 O 10mg / L
グルコース 100g/L Glucose 100g / L
pH 2.5 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。 The culture predetermined time each bioreactor 32, was circulated (flow rate of 0.2L / min × 96h), allowed 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) grinding step: to the mixture mixer 12 waste confectionery and triturated by introducing, 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: the ground product 2.5 kg, was transferred to a degreasing treatment vessel 14 of about inner volume 20L, with the addition of 70 w / v% ethanol 12.5 L, degreasing treatment at a stirring 60 ° C. × 1h 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: In the conditions of 3000~6000min -1 × 10min using a centrifugal separator 16, and defatted starch (raffinate), the solid-liquid separation in the ethanol lipid dissolved (extract) 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。 (4) Hydrolysis step (4-1) enzymatic hydrolysis step (enzymatic saccharification step): defatted starch 2.0kg obtained by solid-liquid separation, transferred to enzymatic hydrolysis tank 18. 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。 Then, by adding water 2.5L, perform enzymatic hydrolysis by adding protease and α-amylase successively with stirring. 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。 That is, the hydrolysis after protein hydrolysis under conditions of optimum temperature 50 ° C. × 0.5h added protease suitable amount, starch optimum temperature 85-90 ° C. × 1h was added to α-amylase suitable amount (carbohydrate) 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。 (4-2) Transfer enzyme saccharified solution obtained above into an autoclave 20 equipped with temperature control jacket J. そして、12NのH 2 SO 4をH 2 SO 4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。 Then, the 12N of H 2 SO 4 were added amount H 2 SO 4 concentration of a 0.8N, with stirring the acid hydrolysis of 105 ° C. × 2h while conditions.

(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) a saccharified solution obtained above was transferred to the contaminant removal tank 22, transfer those stirring under the conditions of 60 ° C. × 1h was added to the activated carbon 50g to centrifuge 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。 Subjected to solid-liquid separation by centrifugal separation device, to collect the sugar solution as a raw material for ethanol fermentation. 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。 In this case the resulting saccharified solution was about 4.0 L, the glucose concentration becomes 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NH 4 OH、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) in ethanol fermentation process the culture solution preparation tank 34, with the addition of culture liquid residue sugar solution prepared above (4), NaOH of 5N, NH of 5N 4 OH, and 10w / v% polypeptone 10w / v% added yeast extract (for nutrition), prepared broth having the following composition (12L).

硫酸ソーダ/硫酸アンモニウム 2.5w/v% Sodium sulfate / ammonium sulfate 2.5w / v%
グルコース 10w/v% Glucose 10w / v%
ポリペプトン 0.1w/v% Polypeptone 0.1w / v%
酵母エキス 0.1w/v% Yeast extract 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。 Then, was fed to the culture medium first tank 38 was prepared in the culture solution preparation tank 34, the culture broth second from the top is allowed to flow through the circulation pump 36 to the bottom of the reactor 32 from the first tank 38 through the tank 40 back to the culture first tank 38.

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。 Thus through the reactor 32, the ethanol concentration is carried out the circulation operation until the 4.5w / v%. 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。 Then, the ethanol concentration reached a 4.5 W / v%, by switching the valve, feeding a 10L to the fermentation culture solution 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, transfer the culture 10L from the culture solution preparation vessel 34 into 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, the culture solution preparation tank 34, the culture liquid residue 4L generated a sugar solution 4L from the flash evaporator 44 described later, and an inorganic salt containing water (or ground water) in a mixture consisting of 4L, similar to the above, by adding a pH adjusting agent and yeast nutrition supplements, previously adjusted culture solution of the aforementioned composition.

(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。 (6) recovering the ethanol concentration step flash evaporator 44 8% ethanol to condense those jetted evaporated under reduced pressure to bioethanol recovery tank 45. このときのエタノール回収量は、約5Lである。 Ethanol recovery amount at this time is approximately 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。 Then, the culture solution residue generated by ethanol separated in flash evaporators 44, temporarily stored in the culture solution remaining 渣第 one tank 46. このときの培養液残渣のアルコール濃度は約1%となる。 Alcohol concentration in the culture liquid residue in this case is approximately 1%. 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。 Then, the culture fluid residue of the culture broth remaining 渣第 one tank 46 is capable of feeding the culture medium adjusting tank 34 through the culture medium remaining 渣第 two tanks 48. 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 broth remaining 渣第 two tanks 48 is responsible for buffering action for performing the steps smoothly.

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。 Incidentally, in FIG. 5, the MF121 strain and shake culture (batch), by using the bioreactor of the present invention (continuous), shows the test results of fermentation comparison.

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。 Maximum ethanol concentration of the fermentation solution, ethanol conversion is higher in shake culture slightly. 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。 However, towards the bioreactor, the start time of the ethanol production is faster, ethanol productivity that is estimated to be 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。 It should be noted that the bioreactor, that the image of the aerobic fermentation is strong, and, because we had planned a large-scale production, the ethanol fermentation, have not been rarely used. 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。 However, the bioreactor used in the present invention is to feed the culture solution by a pump, not substantial ventilation. 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。 Therefore, thought has a semi-anaerobic fermentation, liquid feed is considered to correspond to the stirring in shaking 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。 From the waste confectionery is a conceptual diagram of the present invention when obtaining the bioethanol. 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 an embodiment for producing bioethanol from carbohydrate-based material of the present invention, it is a flow diagram showing up to the hydrolysis step. 同じくエタノール発酵工程以降を示す流れ図である。 Is a flow chart similarly showing the subsequent process of fermentation for ethanol. 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。 Is a histogram showing the amount of cell bodies per weight immobilized by passing under the same conditions cultures of MF-121 strain in various carriers in the bioreactor (A) and per volume (B). 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。 The MF121 strain and shake culture (batch), by using the bioreactor of the present invention (continuous) is a graph showing the test results of fermentation comparison.

符号の説明 DESCRIPTION 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 treatment vessel 32 ... bioreactor 34 ... culture solution preparation tank 42 ... fermentation broth tank 44 ... flash evaporator 46 ... culture remaining 渣第 one tank

Claims (10)

  1. 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、 The carbohydrate-based raw material containing a lipid together with a non-cellulosic carbohydrates (sugars), after a suitable grinding process, water-soluble carbohydrate removal step, the lipid removal step, hydrolysis (liquefaction-saccharification) step, the process of fermentation for ethanol and fermentation ethanol a method of producing ethanol comprising the concentration step,
    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。 The lipid removal step, ethanol was carried out by extraction method with extractant (solvent) method of bioethanol, characterized in that the degreasing starch is extraction raffinate isolates a raw material of ethanol fermentation.
  2. 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。 Method for producing bioethanol according to claim 1, characterized in that by using the acid / salt yeast the ethanol fermentation.
  3. 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 carbohydrate-based raw material, manufacturing method of bioethanol claim 1 or 2, wherein the lipid content of more than 4% (0% in terms of value moisture).
  4. 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。 In the lipid removal step, the concentration of ethanol is used in 15~90w / v%, claim 1, 2 or 3 method for producing bioethanol, wherein that the temperature and room temperature to 80 ° C..
  5. 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。 Wherein the hydrolysis step, the manufacturing method of claims 1 to 4 bioethanol any one, wherein a carried out in two stages of enzymatic hydrolysis and acid hydrolysis.
  6. 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。 As the acid / salt yeast production process according to claim 2-5 bioethanol any one, wherein the use Issatchenkia spp orientalis species alcohol fermentation yeast MF-121 strain (accession number FERM P-19368) .
  7. 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。 Wherein a portion of the ethanol or all, the manufacturing method of claims 1 to 6 bioethanol any one, wherein the ethanol generated by fermentation ethanol concentration step used in the lipid removal step.
  8. 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 fermentation ethanol concentration step in generated yeast media bottoms (culture residue) The method of claims 1 to 7 bioethanol any one, wherein a circulating used back into yeast media preparation tank.
  9. 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 ethanol fermentation process, bioethanol according to any one of claims 1 to 8, wherein continuously be carried out in the bioreactor is filled vessel yeast immobilization pellets alcohol fermentation yeast MF-121 strain the method of production.
  10. 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。 Method for producing bioethanol according to claim 9, wherein the yeast immobilized carrier is characterized in that it is formed in the plant fiber assembly.
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