JP2014212776A - 酵母培養方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストの原料を栄養源として酵母を十分に培養できる酵母培養方法を提供すること。
【解決手段】本発明の酵母培養方法は、キャッサバ粕を栄養源とすることを特徴とする方法である。
【選択図】なし

Description

本発明は、酵母培養方法に関する。

近年、環境保護等の観点から、小麦、トウモロコシ、キャッサバ芋などの澱粉を原料としてエタノールなどを製造する方法が知られている。このような方法では、糖からエタノールなど生成することができる酵母が用いられる。この酵母は、固形または液体の培養培地により増殖されて利用される。通常、酵母を培養して増殖する場合、ペプトンや酵母エキスを配合した培養培地が広く使用されている。
しかしながら、ペプトンや酵母エキスは共に高価であるために、微生物を工業的に培養しようとする場合、コストが高くなり、経済的でないといった問題がある。そこで、比較的に廉価で入手可能なコーンスティープリカーと多価アルコールを栄養源とする培養培地が提案されている（特許文献１）。

特開２００４−３２９１５７号公報

しかしながら、コーンスティープリカーは地域によっては輸送コストにより、コストが高くなる。また、コーンスティープリカーのように糖が含まれていない場合、別途の糖源や特許文献１のように多価アルコールが必要となるために、コストが高くなる。

本発明の目的は、低コストの原料を栄養源として酵母を十分に培養できる酵母培養方法を提供することにある。

従来、澱粉（スターチ）の製造に利用されたキャッサバ芋の粕であるキャッサバ粕は、飼料として一部利用されるものの、大半が廃棄されていた。このキャッサバ粕は、澱粉含有量が少ないことから、他に有効な利用方法はないと考えられていた。これに対し、本発明者らは、このような従来の技術常識にとらわれず、キャッサバ粕を栄養源として酵母の培養を試みたところ、驚くべきことに、キャッサバ粕を酵素分解したものは、糖源などの栄養源を十分に含み、酵母を十分に培養できることを見出した。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。
すなわち、本発明の酵母培養方法は、キャッサバ粕を栄養源とすることを特徴とする方法である。

本発明の酵母培養方法においては、キャッサバ粕を酵素で分解する酵素分解工程と、酵素分解後のキャッサバ粕を含有する培養培地にて酵母を培養する培養工程と、を備えることが好ましい。
本発明の酵母培養方法においては、前記酵素分解工程で用いる酵素が、α−アミラーゼおよびグルコアミラーゼからなる群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。
本発明の酵母培養方法においては、前記培養培地が、窒素、リン、カリウム、マグネシウムおよび亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種をさらに含有することが好ましい。
本発明の酵母培養方法においては、前記培養培地の糖濃度が、０．１質量％以上３０質量％以下であることが好ましい。
本発明の酵母培養方法においては、前記培養培地の乳酸濃度が、５質量％以下であることが好ましい。
本発明の酵母培養方法においては、前記培養培地の酢酸濃度が、１質量％以下であることが好ましい。

本発明によれば、低コストの原料を栄養源として酵母を十分に培養できる酵母培養方法を提供できる。

実施例１における酵母の増殖量と培養時間との関係を示すグラフである。 実施例２〜６および比較例１における酵母の増殖量の測定結果を示すグラフである。 実施例７における酵母の増殖量と培養時間との関係を示すグラフである。

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。
本発明の酵母培養方法は、キャッサバ粕を栄養源とすることを特徴とする方法である。具体的には、キャッサバ粕を酵素で分解する酵素分解工程と、酵素分解後のキャッサバ粕を含有する培養培地にて酵母を培養する培養工程と、を含むことで酵母を培養することができる。なお、酵素分解工程と培養工程とは、同時に行ってもよい。また、酵素分解工程の前に、キャッサバ粕を加熱する加熱工程をさらに備えていてもよい。

［加熱工程］
加熱工程においては、キャッサバ粕を加熱する。これにより、キャッサバ粕中の澱粉を糊化できる。そして、後述する酵素分解工程において、キャッサバ粕を分解しやすくなり、キャッサバ粕の糖化効果（糖の収率）を向上させることができる。
キャッサバ粕の加熱方法としては、例えば、水蒸気により６０℃以上１２０℃以下で加熱する方法を採用できる。なお、キャッサバ粕の加熱方法としては、この方法に限定されない。キャッサバ粕の水分量が十分である場合には、従前の各種加熱方法を適用して加熱すればよい。しかし、キャッサバ粕の含水率が５０質量％に満たない場合には、水の添加に代えて水蒸気による加熱にて水分を供給することができるという観点から、上記のような水蒸気による加熱方法が好ましい。

［酵素分解工程］
酵素分解工程においては、キャッサバ粕を酵素で分解する。
原料に利用するキャッサバ粕としては、含水率が３０質量％以上、好ましくは７０質量％以上９０質量％以下のものを用いることができる。含水率が前記下限未満では、未分解のキャッサバ粕が分解されるまでに長い時間を要してしまう傾向にあり、また、酵素分解後のキャッサバ粕を含有する培養培地中の糖濃度が必要以上に高くなってしまう恐れがある。一方、前記上限を超えると、酵素分解後のキャッサバ粕を含有する培養培地中の糖濃度が低くなる傾向にあり、結果として酵母の増殖量が少なくなる傾向にある。
ここで、含水率が３０質量％の生のキャッサバ粕、すなわちキャッサバ芋から澱粉を抽出した後に廃棄されるキャッサバ粕を用いる場合に限られない。例えば、乾燥されたキャッサバ粕に含水率が３０質量％以上、好ましくは７０質量％以上９０質量％以下となるように水を添加したり、生のキャッサバ粕および乾燥のキャッサバ粕を混合したものに必要に応じて水を添加したりしたものでもよい。

本発明に用いる酵素としては、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ、セルラーゼ、ペクチナーゼおよびプロテアーゼなどが挙げられる。これらの中でも、キャッサバ粕中の澱粉を糖化する観点からは、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼが好ましい。また、キャッサバ粕中の成分をより多く利用するという観点からは、α−アミラーゼおよびグルコアミラーゼなどの糖化酵素の他に、セルラーゼ、ペクチナーゼおよびプロテアーゼなどの糖化酵素以外の酵素を併用することがより好ましい。これらの酵素は１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

α―アミラーゼは、キャッサバ粕１ｇ当たり９×１０^−５Ｕ以上６００Ｕ以下、好ましくは８×１０^−３Ｕ以上０．６Ｕ以下で添加する。α―アミラーゼの添加量が、９×１０^−５Ｕより少ないとキャッサバ粕中の澱粉を分解するために時間を要してしまう傾向にあり、他方、６００Ｕより多く添加しても、キャッサバ粕中の澱粉が糖に分解されるまでの時間の短縮があまり図れず、費用対効果の点で有効ではない。
グルコアミラーゼは、キャッサバ粕１ｇ当たり３×１０^−４Ｕ以上２００Ｕ以下、好ましくは３×１０^−２Ｕ以上０．２Ｕ以下で添加する。グルコアミラーゼ添加量が、３×１０^−４Ｕより少ないとキャッサバ粕中の澱粉を分解するために時間を要してしまう傾向にあり、他方、２００Ｕより多く添加しても、キャッサバ粕中の澱粉が糖に分解されるまでの時間の短縮があまり図れず、費用対効果の点で有効ではない。

α−アミラーゼおよびグルコアミラーゼなどの糖化酵素の他に、セルラーゼ、ペクチナーゼおよびプロテアーゼなどの糖化酵素以外の酵素を併用する場合、以下のような添加量とすることが好ましい。
セルラーゼは、キャッサバ粕１ｇ当たり１×１０^−４Ｕ以上１００Ｕ以下、特に１×１０^−２Ｕ以上０．１Ｕ以下で添加することが好ましい。
ペクチナーゼは、キャッサバ粕１ｇ当たり１×１０^−３Ｕ以上１０００Ｕ以下、特に１×１０^−１Ｕ以上１Ｕ以下で添加することが好ましい。
プロテアーゼは、キャッサバ粕１ｇ当たり１×１０^−４Ｕ以上１００Ｕ以下、特に１×１０^−２Ｕ以上０．１Ｕ以下で添加することが好ましい。

前記酵素をキャッサバ粕に混合する方法としては、（i）キャッサバ粕を反応槽（ジャーファーメンター）へ搬送するスクリューコンベヤやラインミキサーなどにより、酵素とキャッサバ粕とを管内混合する方法、（ii）混練機にて酵素とキャッサバ粕と混合する方法など、従来公知の各種方法を利用できる。

前記酵素分解工程における処理時間は、澱粉の分解および効率性とのバランスの観点から、４時間以上１２０時間以下であることが好ましい。
前記酵素分解工程における処理温度は、２０℃以上１００℃以下であることが好ましく、４０℃以上９５℃以下であることがより好ましい。

［培養工程］
培養工程においては、酵素分解後のキャッサバ粕を含有する培養培地にて酵母を培養する。
本発明に用いる培養培地は、前記酵素分解後のキャッサバ粕を含有する培地である。この培養培地には、キャッサバ粕中の澱粉が分解されて糖が含まれている。そして、この糖を糖源として酵母を培養できる。
この培養培地は、酵母の増殖量の観点から、糖源以外の栄養源をさらに含有することが好ましい。糖源以外の栄養源としては、窒素、リン、カリウム、マグネシウムおよび亜鉛などが挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、この培養培地には、必要に応じて、公知の栄養源（酵母エキス、ポリペプトンなど）を適宜添加してもよい。

前記培養培地の糖濃度は、酵母の増殖量の観点から、０．１質量％以上３０質量％以下であることが好ましい。
前記培養培地の乳酸濃度は、５質量％以下であることが好ましい。乳酸濃度が前記上限を超えると、酵母の増殖量が低下する傾向にある。
前記培養培地の酢酸濃度は、１質量％以下であることが好ましい。酢酸濃度が前記上限を超えると、酵母の増殖量が低下する傾向にある。
前記培養培地のｐＨは、酵母の増殖量の観点から、５以上であることが好ましく、５以上８以下であることがより好ましい。

本発明に用いる酵母は、アルコール発酵酵母など一般的に酵母と称されるものを用いることができる。このような酵母としては、サッカロミセス属セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）、および耐熱性酵母であるクリベロミセス属マーキシアナス（Kluyveromyce marxianus）などが挙げられる。これら酵母は１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
そして、前記酵母は、初期酵母濃度が光学密度（ＯＤ）で０．０５以上１０以下の範囲で添加することが好ましい。この範囲で添加することで、培養培地にて酵母を効率良く培養できる。

前記培養工程における処理時間は、酵母の増殖量および効率性とのバランスの観点から、４時間以上１２０時間以下であることが好ましく、１０時間以上３０時間以下であることがより好ましい。
前記培養工程における処理温度は、２０℃以上５０℃以下であることが好ましく、３０℃以上４０℃以下であることがより好ましい。
前記培養工程では、通常、反応槽への通気と槽内の撹拌とが行われるが、これらの方法としては、適宜公知の方法を採用できる。

以上説明した本発明の酵母培養方法によれば、大半が廃棄されていたキャッサバ粕という低コストの原料を栄養源して酵母を十分に培養できる。そして、この酵母培養方法で得られた酵母は、キャッサバ粕を用いてエタノールを作製する場合に用いる酵母として特に好適に用いることができる。

［変形例］
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは、本発明に含まれるものである。
例えば、本発明に用いる酵母としては、前記酵母以外の微生物を用いてもよく、細菌類（例えばZymomonas mobirisなど）を用いてよい。

以下に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。なお、実施例および比較例において、諸特性（培養培地の糖濃度、乳酸濃度、酢酸濃度およびｐＨ）を以下のような方法で測定した。
（i）培養培地の糖濃度、乳酸濃度および酢酸濃度
高速液体クロマトグラフィー（Ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ、以下「ＨＰＬＣ」、東ソー株式会社製）を使用して、培養培地の糖濃度、乳酸濃度および酢酸濃度を測定した。ＨＰＬＣカラムは、Ａｍｉｎｅｘ ＨＰＸ ８７Ｈ ｃｏｌｕｍｎ （ＢｉｏＲａｄ）を使用した。測定条件は、０．６ｍｌ／ｍｉｎで６５℃に設定し、移動相として１ｍ−ｍｏｌ硫酸水溶液を使用した。検出器は、紫外検出器を使用した。
（ii）培養培地のｐＨ
ジャーファーメンターに付属したｐＨ計により測定した。

（実施例１）
あらかじめ水３４００ｍＬが添加されたキャッサバ粕６００ｇに、１０Ｌのジャーファーメンター内でα−アミラーゼおよびグルコアミラーゼを混合した後、５０℃で２４時間の酵素分解処理をした。この後、酵素分解処理により得られた生成物を培養培地として、この培養培地に初期酵母濃度がＯＤで０．５となるように酵母を添加し、下記の条件下にて酵母を培養した。酵母の増殖量（単位：ＯＤ）と培養時間との関係を図１に示す。
培養培地の糖濃度：２質量％
培養培地の乳酸濃度：０．３質量％
培養培地の酢酸濃度：０．０２５質量％
培養培地のｐＨ：５〜６
培養培地の温度：３７℃
撹拌速度：３００ｒｐｍ
培養時間：２４時間

図１に示す結果からも明らかなように、本発明の酵母培養方法（実施例１）によれば、キャッサバ粕を栄養源して酵母を十分に培養できることが確認された。

（実施例２〜６）
あらかじめ水８５ｍＬが添加されたキャッサバ粕１５ｇに、３００ｍＬのフラスコ内でα−アミラーゼおよびグルコアミラーゼを混合した後、攪拌しながら５０℃で２４時間の酵素分解処理をした。この後、酵素分解処理により得られた生成物に、下記表１に記載の配合割合で添加成分を添加して混合したものを培養培地として、この培養培地に初期酵母濃度がＯＤで２となるように酵母を添加し、下記の条件下にて酵母を培養した。酵母の増殖量（単位：ＯＤ）の測定結果を図２に示す。
培養培地の糖濃度：２質量％
培養培地の乳酸濃度：０．３質量％
培養培地の酢酸濃度：０．０２５質量％
培養培地の温度：３７℃
撹拌速度：３００ｒｐｍ
培養時間：９６時間

（比較例１）
３００ｍＬのフラスコ内に、糖濃度２質量％のグルコース水溶液に下記表１に記載の配合割合で添加成分を添加して混合したものを培養培地として投入した。この培養培地に初期酵母濃度がＯＤで２となるように酵母を添加し、下記の条件下にて酵母を培養した。酵母の増殖量（単位：ＯＤ）の測定結果を図２に示す。
培養培地の糖濃度：２質量％
培養培地の乳酸濃度：０質量％
培養培地の酢酸濃度：０質量％
培養培地の温度：３７℃
撹拌速度：３００ｒｐｍ
培養時間：９６時間

図２に示す結果からも明らかなように、本発明の酵母培養方法において、培養培地に窒素、リン、カリウム、マグネシウム、銅、亜鉛などを添加した場合（実施例２〜６）には、酵母の増殖量が変化することが確認された。そして、培養培地への添加割合によっては、グルコース水溶液に酵母エキスとポリペプトンを添加した、従来のコストが高い培養培地を用いた場合（比較例１）と増殖量が同等レベルとできることが確認された。

（実施例７）
あらかじめ水３４００ｍＬが添加されたキャッサバ粕６００ｇに、１０Ｌのジャーファーメンター内でα−アミラーゼおよびグルコアミラーゼを混合した後、５０℃で２４時間の酵素分解処理をした。この後、酵素分解処理により得られた生成物に、実施例３と同様の配合割合で添加成分を添加して混合したものを培養培地として、この培養培地に初期酵母濃度がＯＤで０．５となるように酵母を添加し、下記の条件下にて酵母を培養した。酵母の増殖量（単位：ＯＤ）と培養時間との関係を図３に示す。
培養培地の糖濃度：２質量％
培養培地の乳酸濃度：０．３質量％
培養培地の酢酸濃度：０．０２５質量％
培養培地のｐＨ：５〜６
培養培地の温度：３７℃
撹拌速度：３００ｒｐｍ
培養時間：２４時間

図３に示す結果からも明らかなように、培養培地に窒素およびリン（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４および（ＮＨ_４）_２ＨＰＯ_４）を添加した場合（実施例７）には、図１に示す実施例１よりも酵母の増殖量が向上していた。このことから、本発明の酵母培養方法において、培養培地に窒素およびリンなどを添加した場合には、酵母の増殖量が向上することが確認された。

Claims (7)

1. キャッサバ粕を栄養源とすることを特徴とする酵母培養方法。
2. 請求項１に記載の酵母培養方法において、
   キャッサバ粕を酵素で分解する酵素分解工程と、
   酵素分解後のキャッサバ粕を含有する培養培地にて酵母を培養する培養工程と、
   を備えることを特徴とする酵母培養方法。
3. 請求項２に記載の酵母培養方法において、
   前記酵素分解工程で用いる酵素が、α−アミラーゼおよびグルコアミラーゼからなる群から選択される少なくとも１種を含む
   ことを特徴とする酵母培養方法。
4. 請求項２または請求項３に記載の酵母培養方法において、
   前記培養培地が、窒素、リン、カリウム、マグネシウムおよび亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種をさらに含有する
   ことを特徴とする酵母培養方法。
5. 請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の酵母培養方法において、
   前記培養培地の糖濃度が、０．１質量％以上３０質量％以下である
   ことを特徴とする酵母培養方法。
6. 請求項２から請求項５までのいずれか１項に記載の酵母培養方法において、
   前記培養培地の乳酸濃度が、５質量％以下である
   ことを特徴とする酵母培養方法。
7. 請求項２から請求項６までのいずれか１項に記載の酵母培養方法において、
   前記培養培地の酢酸濃度が、１質量％以下である
   ことを特徴とする酵母培養方法。