JP2010246435A - Method for producing ethanol - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高糖分廃棄物を糖化、発酵、および、蒸留してエタノールを製造するエタノール製造方法に関する。 The present invention relates to an ethanol production method for producing ethanol by saccharification, fermentation, and distillation of a high sugar content waste.
ここでいう高糖分廃棄物とは、大福もち、ドラ焼き等のお菓子廃棄物をいう。 The high-sugar content waste here means confectionery waste such as Daifukumochi and Dora-yaki.
食品廃棄物（生ごみ）中には、ご飯、パン、麺類などの炭水化物、六単糖、五単糖などが存在し、これをエタノール発酵させて液体燃料であるエタノールを製造するリサイクルシステムが構築できることが知られている。 In food waste (garbage), there are carbohydrates such as rice, bread, noodles, hexasaccharides, pentoses, etc., and a recycling system for producing ethanol, which is a liquid fuel, is fermented with ethanol. It is known that it can be done.
その方法はデンプンなどの糖源を含む有機廃棄物を回収し、糖化することにより単糖化して、エタノール発酵酵母を添加し、数時間から数ヵ月後程度で糖がすべて消費されてから、エタノール発酵液を蒸留してエタノールを分離精製する。 The method collects organic waste containing a sugar source such as starch, saccharifies it into monosaccharide, adds ethanol-fermenting yeast, and after all the sugar is consumed within a few hours to several months, ethanol is used. The fermentation broth is distilled to separate and purify ethanol.
従来、食品廃棄物中の炭水化物を利用してエタノールを製造する方法は種々の方法が提案されており、例えば、特許第４０３８５７７号公報（下記特許文献１）に記載されている。 Conventionally, various methods for producing ethanol using carbohydrates in food waste have been proposed, and are described in, for example, Japanese Patent No. 4038577 (Patent Document 1 below).
図１は、従来のエタノール製造方法の処理フローを示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a processing flow of a conventional ethanol production method.
すなわち、食品廃棄物に添加水を加えて糖化し、固液分離を行った後、蒸気により加熱して濃縮、発酵、蒸留することによりエタノールを製造していた。 That is, after adding saccharification by adding additional water to food waste and performing solid-liquid separation, ethanol was manufactured by heating, concentrating, fermenting, and distilling with steam.
しかし、この方法によると、糖化液の濃縮のために加熱装置と多大なエネルギーが必要となるため効率的にエタノール製造ができないという問題点があった。 However, according to this method, there is a problem in that ethanol cannot be efficiently produced because a heating device and a large amount of energy are required to concentrate the saccharified solution.
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、糖化液の濃縮工程を必要としない効率的なエタノール製造方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above and to provide an efficient ethanol production method that does not require a concentration step of a saccharified solution.
本発明は、前述の課題を解決するために鋭意検討の結果、大福もち、ドラ焼き等のお菓子廃棄物からなる高糖分廃棄物を用いることにより、糖化液の濃縮工程を必要としない効率的なエタノール製造方法を提供するものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載したとおりの下記内容である。
（１）高糖分廃棄物を糖化、発酵、および、蒸留してエタノールを製造する方法であって、前記高糖分廃棄物に添加水を加えたスラリーを固液分離し、
該固液分離後の濾液は発酵槽に直接投入して発酵させ、
前記固液分離後の残渣は糖化槽により糖液化した後に、前記発酵槽に投入して発酵させることを特徴とするエタノール製造方法。
（２）前記発酵前の糖化液の濃度を、Brix計(屈折計)を用いて測定し、該濃度が１５〜２０％の範囲になるように前記高糖分廃棄物および添加水の投入量を調整することを特徴とする（１）に記載のエタノール製造方法。
＜作用＞
（１）の発明によれば、高糖分廃棄物に添加水を加えたスラリーを固液分離し、
該固液分離後の濾液は発酵槽に直接投入して発酵させることにより、従来のような糖化工程および濃縮工程が必要ないので設備のコンパクト化と加熱に要するエネルギーを削減することができる。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present invention uses a high-sugar waste composed of confectionery waste such as Daifukumochi and Dora-yaki, thereby eliminating the need for a saccharified solution concentration step. The present invention provides a simple method for producing ethanol, the gist of which is as follows.
(1) A method for producing ethanol by saccharifying, fermenting and distilling a high sugar content waste, wherein a slurry obtained by adding added water to the high sugar content waste is solid-liquid separated,
The filtrate after the solid-liquid separation is directly put into a fermentor for fermentation,
The method for producing ethanol, wherein the residue after the solid-liquid separation is liquefied in a saccharification tank, and then charged into the fermentor for fermentation.
(2) The concentration of the saccharified solution before fermentation is measured using a Brix meter (refractometer), and the input amount of the high sugar waste and added water is adjusted so that the concentration is in the range of 15 to 20%. It adjusts, The ethanol manufacturing method as described in (1) characterized by the above-mentioned.
<Action>
According to the invention of (1), the slurry obtained by adding the added water to the high-sugar waste is subjected to solid-liquid separation,
The filtrate after the solid-liquid separation is directly charged into the fermentor and fermented, so that the conventional saccharification step and concentration step are not required, so that the energy required for downsizing and heating the equipment can be reduced.
また、上記固液分離後の残渣は炭水化物（大福餅のもち部及びドラ焼きのカステラ部等）が主たる構成物質であり、この残渣を糖化槽へ投入して上記と同様な方法で添加水を加え最適糖濃度として発酵槽でエタノール化することができるうえ、この残渣として回収される炭水化物は従来より小規模な糖化槽で酵素、水を加えることで糖分に転換しエタノール化して有効に利用できる。
（２）の発明によれば、発酵前の糖化液の濃度を、Brix計(屈折計)を用いて測定するので、高糖分廃棄物および添加水の投入量を発酵に適する１５〜２０％の範囲に調整することにより、廃棄物中の糖分を連続式Brix計で糖分濃度管理しながら水に溶解させ糖化工程を経ることなく直接発酵させることができるうえ、濃度管理を正確に行うことができ、それにより、発酵を安定的に継続させることが可能となる。
In addition, the residue after the solid-liquid separation is mainly composed of carbohydrates (Daifuku rice cake part and Dora-yaki castella part), and this residue is put into a saccharification tank and added water is added in the same manner as above. In addition, it can be ethanolized in the fermenter as the optimum sugar concentration, and the carbohydrates recovered as this residue can be converted to sugar by adding enzymes and water in a smaller saccharification tank and ethanolized and used effectively. .
According to the invention of (2), since the concentration of the saccharified solution before fermentation is measured using a Brix meter (refractometer), the input amount of high sugar waste and added water is 15-20% suitable for fermentation. By adjusting the range, the sugar content in the waste can be dissolved in water and directly fermented without going through the saccharification process while controlling the sugar concentration with a continuous Brix meter, and the concentration can be controlled accurately. Thereby, it becomes possible to continue fermentation stably.
本発明によれば、糖化液の濃縮工程を必要としない効率的なエタノール製造方法を提供することができ、具体的には下記のような産業上有用な著しい効果を奏する。
１）食品廃棄物（生ゴミ）を用いるエタノール化設備では１０％糖液を蒸気エネルギーを用いて１５％糖液に濃縮していたが、本発明の高糖分廃棄物を用いるエタノール製造方法では蒸気エネルギーを用いることなく添加水調整のみで１５%〜２０％糖液を得ることができるため設備のコンパクト化を図ることができると共に使用エネルギーも削減できる。
２）発酵前の糖度を測定し、高糖分廃棄物および添加水の投入量をオンラインで調整することにより、材料糖度変動の少ない、エネルギー効率等に優れたエタノール製造を可能とすることができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the efficient ethanol manufacturing method which does not require the concentration process of a saccharified liquid can be provided, and there exist the following industrially useful remarkable effects specifically ,.
1) 10% sugar solution was concentrated to 15% sugar solution using steam energy in the ethanolization equipment using food waste (raw garbage), but in the ethanol production method using the high sugar content waste of the present invention, steam was used. Since a 15% to 20% sugar solution can be obtained only by adjusting added water without using energy, the equipment can be made compact and the energy used can be reduced.
2) By measuring the sugar content before fermentation and adjusting the input amounts of high sugar content waste and added water on-line, it is possible to produce ethanol with less material sugar content fluctuation and excellent energy efficiency.
本発明を実施するための最良の形態および実施例について図１〜図３を用いて詳細に説明する。 Best modes and examples for carrying out the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図１は、従来のエタノール製造方法の処理フローを示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a processing flow of a conventional ethanol production method.
すなわち、食品廃棄物（生ごみ）に添加水を加えて糖化し、固液分離を行った後、蒸気により加熱して濃縮、発酵、蒸留することによりエタノールを製造していた。 That is, after adding added water to food waste (garbage) and saccharifying and performing solid-liquid separation, ethanol was manufactured by heating, concentrating, fermenting, and distilling with steam.
一般に、食品廃棄物（生ごみ）の糖分は１０％程度でその工程は糖化→固液分離→濃縮→発酵→蒸留である。エタノール発酵においては発酵液中のエタノール濃度が９％までは酵母の活動が活発であるが９％を超えると逆に発酵阻害要因となるため発酵液中のエタノールが９％以下となるよう糖分の調整を行っている。この目的で濃縮工程では蒸気により水分を蒸発させて糖濃度を１５％で管理している。 Generally, the sugar content of food waste (garbage) is about 10%, and the process is saccharification → solid-liquid separation → concentration → fermentation → distillation. In ethanol fermentation, the activity of yeast is active up to an ethanol concentration of 9% in the fermentation broth, but if it exceeds 9%, it becomes a factor that inhibits fermentation, so that the sugar content is reduced to 9% or less. Adjustments are being made. For this purpose, in the concentration step, water is evaporated by steam and the sugar concentration is controlled at 15%.
また、糖分は次式の反応によりエタノールとなりその濃度は糖分量の５１％である。 Further, the sugar content becomes ethanol by the reaction of the following formula, and its concentration is 51% of the sugar content.
C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2
しかし、この方法において使用する蒸気エネルギーは濃縮工程が最も多く濃縮工程では蒸留工程の約３倍の蒸気を必要としており（濃縮倍率：１．６）、糖化液の濃縮のために加熱装置と多大なエネルギーが必要となるため効率的にエタノール製造ができないという問題点があった。
C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2
However, the steam energy used in this method is the most in the concentration step, and the concentration step requires about three times as much steam as the distillation step (concentration ratio: 1.6). There is a problem that ethanol cannot be efficiently produced because a large amount of energy is required.
一方、例えば大福もち、ドラ焼き等のお菓子廃棄物（高糖分廃棄物）の糖分は５５％に達する。この糖分を酵母菌を用いてエタノールとして回収するには上記理由により高糖分廃棄物に水を添加して糖分１５％液にすることが必要である。 On the other hand, sugar content of confectionery waste (high sugar content waste) such as Daifukumochi and Dora-yaki reaches 55%. In order to recover this sugar as ethanol using yeast, it is necessary to add water to the high sugar waste to make a 15% sugar solution for the above reasons.
図２は、本発明のエタノール製造方法の実施形態を例示する図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating an embodiment of the ethanol production method of the present invention.
図２に示すように、本実施形態においては、前処理工程で、大福もち、ドラ焼き等のお菓子廃棄物からなる高糖分廃棄物に添加水を加えたスラリーを固液分離し、該固液分離後の濾液は発酵槽に直接投入して発酵させ、前記固液分離後の残渣は糖化槽により糖液化した後に、前記発酵槽に投入して発酵させることにより、効率的なエタノール製造方法を提供するものである。 As shown in FIG. 2, in this embodiment, in the pretreatment step, a slurry obtained by adding added water to a high-sugar waste made of confectionery waste such as Daifukumochi and Dora-yaki is solid-liquid separated, and the solid is separated. The filtrate after the liquid separation is directly put into a fermentor for fermentation, and the residue after the solid-liquid separation is liquefied in a saccharification tank and then put into the fermenter for fermentation, thereby producing an efficient ethanol. Is to provide.
また、固液分離後の糖化液の糖分濃度が１５〜２０％になるように、連続式Brix計（屈折計）で管理しながら添加水を加えたスラリーの固形物（炭水化物部分）を例えば遠心分離機を用いて固液分離する。ここで得られる液は糖液濃度が高いため直接発酵槽に投入して発酵させることにより、糖化工程および濃縮工程を省略できることで設備のコンパクト化と加熱に要するエネルギー（蒸気エネルギー）を削減することができる。 Moreover, the solid substance (carbohydrate part) of the slurry to which the added water is added while being controlled by a continuous Brix meter (refractometer) so that the sugar concentration of the saccharified solution after solid-liquid separation is 15 to 20%, for example, is centrifuged. Solid-liquid separation is performed using a separator. Since the liquid obtained here has a high concentration of sugar solution, it is possible to omit the saccharification step and the concentration step by directly putting it into the fermenter for fermentation, thereby reducing the energy (steam energy) required for compact equipment and heating. Can do.
また、上記固液分離で発生する残渣は炭水化物が主体であり、これを有効利用する目的で別に設ける簡易糖化槽に移して酵素及び添加水を連続式Brix計で管理しながら加え炭水化物を糖に転換させることで糖分１５〜２０％の糖液とし、この糖化液を上記発酵槽で発酵させることによりエタノールとすることができる。 In addition, the residue generated by the above solid-liquid separation is mainly carbohydrates, which is transferred to a simple saccharification tank provided separately for the purpose of effectively using this, and the carbohydrates are added to sugars while managing the enzyme and added water with a continuous Brix meter. By converting it, a sugar solution having a sugar content of 15 to 20% can be obtained, and ethanol can be obtained by fermenting this saccharified solution in the fermenter.
この残渣として回収される炭水化物は糖分が低いので酵素が働き易いため従来より小規模な簡易糖化槽で比較的少ない酵素および添加水を加えることで糖分に転換しエタノール化して有効に利用できる。 Since the carbohydrate recovered as a residue has a low sugar content, the enzyme is easy to work. Therefore, it can be converted into a sugar content and ethanolized by adding a relatively small amount of enzyme and added water in a simple saccharification tank, which can be used effectively.
また、発酵前の糖化液の糖度を測定し、高糖分廃棄物および添加水の投入量をオンラインで調整することにより、糖液濃度を規定範囲（発酵液中のエタノールが９％以下となるよう好ましくは１５〜２０％）に調整することができるので、材料糖度変動の少ない、エネルギー効率等に優れたエタノール製造を可能とすることができできる。 In addition, by measuring the sugar content of the saccharified solution before fermentation and adjusting the amount of high-sugar waste and added water on-line, the concentration of the sugar solution is within a specified range (so that ethanol in the fermentation solution is 9% or less). (Preferably 15 to 20%), it is possible to enable ethanol production with little variation in material sugar content and excellent energy efficiency.
本発明においては、熱源は問わないが、ガス化溶融炉の発電設備に用いる約２００℃の中低温の抽気蒸気を用いることによりエネルギー効率を向上させることができる。 In the present invention, although the heat source is not limited, energy efficiency can be improved by using medium-low temperature extraction steam of about 200 ° C. used for power generation equipment of a gasification melting furnace.
また、前記固液分離工程等で固形分として分離した残渣を、嫌気発酵し、回収した可燃ガスを前記廃棄物処理装置の焼却もしくは溶融熱源、またはエタノールプラントの加熱蒸気源として用いることにより、前記残渣を嫌気状態に保った状態で、食品廃棄物に含まれる微生物(新たに種菌を加えても当然良いが)の働きで、メタンを主成分とする可燃性ガスを回収することができる。この技術は、可溶化された原料を固形分濃度が１０％程度で、３５℃以上の温度に保持し、タンク内で攪拌することにより微生物の活動が活発化するが、本発明の残渣は既に可溶化しており、蒸留廃水等を添加することにより新たな水・燃料を加えることなく容易に発酵を行うことができる。また、回収したメタン等の可燃性ガスは、隣接した焼却もしくは溶融設備の外部燃料代替として用いることができる。更には、可燃ガスを用いた独立のガスエンジン発電機や、蒸気発生器等を用いることにより、所内の電力や蒸気の一部をまかなうことが可能となる。 Further, the residue separated as a solid content in the solid-liquid separation step or the like is subjected to anaerobic fermentation, and the recovered combustible gas is used as an incineration or melting heat source of the waste treatment apparatus, or as a heating steam source of an ethanol plant, With the residue kept in an anaerobic state, the combustible gas containing methane as a main component can be recovered by the action of microorganisms contained in the food waste (although it is possible to newly add inoculum). In this technique, the solubilized raw material has a solid content concentration of about 10% and is maintained at a temperature of 35 ° C. or higher, and the activity of microorganisms is activated by stirring in the tank. It is solubilized and can be easily fermented without adding new water / fuel by adding distilled waste water or the like. The recovered combustible gas such as methane can be used as an external fuel substitute for adjacent incineration or melting equipment. Furthermore, by using an independent gas engine generator using a combustible gas, a steam generator, or the like, it is possible to cover a part of the electric power and steam in the station.
また、前記蒸留工程で濃縮した回収したエタノールと分離された水溶液を、前記糖化工程に用いる加水液として再利用し、残りの前記廃棄物処理装置の焼却もしくは溶融工程で噴霧処理することにより、廃液を少なくすることができ、更には糖化工程に必要な熱（６０℃）をまかなうことができる。また、さらに廃液は有機分を含み処理せずそのまま廃水として流すことはできないが、隣接する焼却炉や溶融炉の高温部分に噴霧することにより、有機分は燃焼無害化することが可能となる。 Further, the recovered ethanol concentrated in the distillation step and the separated aqueous solution are reused as the water used in the saccharification step, and the remaining liquid is sprayed in the incineration or melting step of the waste treatment apparatus, thereby producing a waste liquid. In addition, the heat (60 ° C.) necessary for the saccharification process can be provided. Further, the waste liquid contains an organic component and cannot be treated as it is without being treated. However, the organic component can be made harmless by spraying it on a high temperature portion of an adjacent incinerator or melting furnace.
また、エタノール発酵においては食品廃棄物からの糖化液から効率的にエタノール発酵を行うために、発酵工程の入り側に図示されていないBrix計(屈折計)を設置して複数種類の糖分、塩分、SS分(懸濁固形物分)を含む前記糖化液の濃度を測定し、該濃度が規定範囲（好ましくは１５〜２０％）に収まるように高糖分廃棄物および添加水の投入量をオンラインで調整することにより、材料糖度変動が少なく、添加水分を少なくしてエネルギーロスを低減することによりエネルギー効率に優れたエタノール製造を可能とすることができる。 In ethanol fermentation, in order to efficiently perform ethanol fermentation from saccharified liquid from food waste, a Brix meter (refractometer) (not shown) is installed on the entry side of the fermentation process to install multiple types of sugar and salt. , Measure the concentration of the saccharified solution containing SS (suspended solids), and input the amount of high sugar waste and added water input so that the concentration falls within the specified range (preferably 15-20%) By adjusting the ratio, it is possible to produce ethanol with excellent energy efficiency by reducing the sugar content fluctuation and reducing the added water to reduce the energy loss.
なた、エタノール発酵により糖をエタノールに変換させたあと、そのエタノール発酵液から蒸留器によりエタノールを分離した後、膜分離装置により約９９．５％以上の無水エタノールを精製することができる。 In addition, after sugar is converted to ethanol by ethanol fermentation, ethanol is separated from the ethanol fermentation solution by a distiller, and then about 99.5% or more of absolute ethanol can be purified by a membrane separator.
また、製造したエタノールは消毒液、液体燃料、自動車燃料として利用できる。 The produced ethanol can be used as a disinfectant, liquid fuel, or automobile fuel.
図３は、本発明のエタノール製造方法の実施例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the ethanol production method of the present invention.
図３に示すように本実施例においては、高糖分廃棄物３ｔを用い、添加水７ｔを混合して６０℃で糖化し、前述のBrix計(屈折計)を用いて発酵工程入り口で糖液濃度（糖度）を測定し、この糖度が１５％になるように廃棄物またはおよび添加水の投入量を調整し、３０℃で発酵させ、エタノール７．５%の発酵液を固液分離した結果、濃縮工程なしで、発酵液量８．２ｔ、製品エタノール量６３０ｋｇを製造することができ、本発明の効果が確認できた。 As shown in FIG. 3, in this example, high sugar content waste 3t was used, 7t of added water was mixed and saccharified at 60 ° C., and sugar solution was added at the entrance of the fermentation process using the aforementioned Brix meter (refractometer). Result of measuring the concentration (sugar content), adjusting the input amount of waste or added water so that this sugar content is 15%, fermenting at 30 ° C., and solid-liquid separating the 7.5% ethanol fermentation broth Without the concentration step, it was possible to produce a fermentation liquid amount of 8.2 t and a product ethanol amount of 630 kg, and the effects of the present invention could be confirmed.
Claims (2)
該固液分離後の濾液は発酵槽に直接投入して発酵させ、
前記固液分離後の残渣は糖化槽により糖液化した後に、前記発酵槽に投入して発酵させることを特徴とするエタノール製造方法。 A method for producing ethanol by saccharifying, fermenting and distilling a high sugar content waste, wherein a slurry obtained by adding water to the high sugar content waste is solid-liquid separated,
The filtrate after the solid-liquid separation is directly put into a fermentor for fermentation,
The method for producing ethanol, wherein the residue after the solid-liquid separation is liquefied in a saccharification tank, and then charged into the fermentor for fermentation.
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|---|---|---|---|
| JP2009097535A JP2010246435A (en) | 2009-04-14 | 2009-04-14 | Method for producing ethanol |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014192546A1 (en) * | 2013-05-28 | 2014-12-04 | アサヒグループホールディングス株式会社 | Raw sugar and ethanol production method using selective fermentation |
| WO2015122538A1 (en) * | 2014-02-17 | 2015-08-20 | 国立大学法人三重大学 | Alcohol manufacturing method |
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2009
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