JP4221558B2 - Method for producing lactic acid - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乳酸の製造方法に関する。より詳細には、キャッサバパルプから、高収率でしかも安価に乳酸を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
キャッサバは、アフリカ、南米、東南アジアで広く栽培されているデンプン質の植物であり、主にタピオカデンプンの原料として使用されている。キャッサバを用いたタピオカデンプンの製造において、タピオカデンプンと共にタピオカデンプンの抽出後の搾り粕（以下、キャッサバパルプという。）が副生しており、このキャッサバパルプの副生量は、乾燥重量当たりでタピオカデンプンの生産量と同程度にも及んでいる。このように大量に排出されているキャッサバパルプは、その一部が飼料として利用されているものの、その大部分が有効に利用されることなく廃棄されているのが現状であり、その有効利用が望まれている。
【０００３】
キャッサバパルプには繊維質に加えて乾燥重量比で１０〜７０％程度ものデンプンが残存していることが分かっている。これまでに、キャッサバパルプ中のデンプンの有効利用について種々検討されており、その中でキュッサバパルプ中のデンプンを利用した乳酸の製造が試みられている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
キャッサバパルプから乳酸を製造する方法としては、キャッサバパルプに含まれるデンプンをアミラーゼ等の酵素の作用によってグルコースに分解し、このグルコースを利用して乳酸発酵する方法が知られている。かかるキャッサバパルプを利用した乳酸の製造方法には、従来、デンプンをグルコースに酵素分解し易くするために蒸煮等によりデンプンの結晶構造を崩壊（デンプンの糊化）させる工程が不可欠であった。
【０００５】
しかしながら、上記デンプンの結晶構造を崩壊させる処理には多大なコストや煩雑な工程を要する反面、そのデンプンの結晶構造を崩壊させる効果は十分ではなかった。そのため、従来の方法では酵素処理（アミラーゼ処理）を行ってもデンプンを十分に分解することができず、結果として、従来の方法に従って製造される乳酸の収率はキャッサバパルプに含まれるデンプン１００重量％に対して約４０〜５０％と満足できるものではなかった。
【０００６】
このように、高収率でしかも安価にキャッサバパルプから乳酸を製造する方法は、未だ見出されておらず、その開発が待たれている。
【０００７】
【非特許文献１】
クラナロング・シリロス（Klanarong Sriroth）等著、Processing of cassava waste for improved biomass utilization 、「バイオリソーステクノロジー（BIORESOURCE TECHNOLOGY）」、エルセバー・サイエンス社（Elsevier Science Ltd.）社発行、２０００年、７１巻、第６３−６９頁
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の目的は、上記のような従来の問題を解決することである。より詳細には、本発明は、キャッサバパルプから、高収率でしかも安価に乳酸を製造する方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討していたところ、（１）キャッサバパルプを一次乳酸発酵に供し、（２）得られた一次乳酸発酵物をアミラーゼで処理し、更に（３）得られたアミラーゼ処理乳酸発酵物を二次乳酸発酵に供することによって、キャッサバパルプから高収率でしかも安価に乳酸が製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち、本発明は、下記に掲げる乳酸の製造方法である：
項１．キャッサバパルプから乳酸を製造する方法であって、
（１）キャッサバパルプを一次乳酸発酵に供する工程、
（２）工程（１）で得られた一次乳酸発酵物をアミラーゼで処理する工程、及び
（３）工程（２）で得られたアミラーゼ処理乳酸発酵物を二次乳酸発酵に供する工程、
を含むことを特徴とする乳酸の製造方法。
項２．アミラーゼとしてα−アミラーゼとグルコアミラーゼの双方を用いて工程（２）のアミラーゼ処理に供する、項１に記載の乳酸の製造方法。
項３．水含有量を３０〜９９．５重量％となるように調整したキャッサバパルプを工程（１）の一次乳酸発酵に供する、項１又は２に記載の乳酸の製造方法。
項４．水含有量を４５〜９９．９重量％となるように調整したアミラーゼ処理乳酸発酵物を工程（３）の二次乳酸発酵に供する、項１乃至３のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
項５．工程（２）で得られたアミラーゼ処理乳酸発酵物を固液分離して、得られた固形残渣を工程（３）の二次乳酸発酵に供する、項１乃至４のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
項６．工程（２）で得られたアミラーゼ処理乳酸発酵物を抽出処理し、得られた抽出物を工程（３）の二次乳酸発酵に供する、項１乃至４のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
項７．工程（２）で得られたアミラーゼ処理乳酸発酵物を固液分離して、得られた固形残渣を抽出処理し、次いで得られた抽出物を工程（３）の二次乳酸発酵に供する、項１乃至４のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（Ａ）本発明の乳酸の製造方法は、図１に示すように、下記の工程（１）〜（３）を含む、キャッサバパルプから乳酸を製造する方法である。
（１）キャッサバパルプを一次乳酸発酵に供する工程
（２）工程（１）で得られた一次乳酸発酵物をアミラーゼで処理する工程
（３）工程（２）で得られたアミラーゼ処理乳酸発酵物を二次乳酸発酵に供する工程
本発明の乳酸の製造方法において原料として使用するキャッサバパルプとは、植物キャッサバの繊維質成分を広く意味するものであるが、好ましくは産業廃棄物の有効利用という観点から、タピオカデンプンの製造においてキャッサバからデンプンを抽出した残りの残存物（粕）を利用することができる。本発明では、タピオカデンプンの製造で副生されたキャッサバパルプをそのままの状態で使用することができ、又これを乾燥したものを使用することもできる。前者のキャッサバパルプを使用するとキャッサバパルプの乾燥工程を要しない点で有利であり、一方、後者のキャッサバパルプを使用するとキャッサバパルプを長期間の輸送或いは貯蔵等する必要がある場合にキャッサバパルプに雑菌が繁殖するのを抑制できる点で有利である。以下、本発明を工程毎に説明する。
【００１１】
工程（１）
工程（１）において、キャッサバパルプを一次乳酸発酵に供する。
【００１２】
工程（１）の一次乳酸発酵において、キャッサバパルプは乳酸発酵を行う微生物の培地成分として使用される。なお、工程（１）の一次乳酸発酵には、当該発酵に用いられる培地１００重量％に含まれる水含有量が、例えば３０〜９９．５重量％、好ましくは３５〜８５重量％、更に好ましくは４５〜７５重量％となるように、該培地中のキャッサバパルプの配合割合並びに水含有量を調整することが好ましい。培地の水含有量を上記範囲に調整することによって、後述する一次乳酸発酵を促進することが可能となる。
【００１３】
又、一次乳酸発酵に使用する培地（キャッサバパルプ含有培地）のｐＨとしては、後述する微生物が生育可能である範囲内にある限り制限されないが、例えば４〜７.５、好ましくは５〜６．５に調整することができる。このようなｐＨの調整には、ｐＨ調整剤として通常使用されている塩酸、酢酸、クエン酸等の酸或いは炭酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウム、アンモニア等のアルカリを用いることができる。
【００１４】
更に、必要に応じて、酵母エキス、コーンスティープリカー、ポリペプトン、肉エキス、大豆抽出物、カゼイン加水分解物等の培養補助成分やその他の任意の成分を上記キャッサバパルプと併用して用いることもできる。一例として、培養補助成分として酵母エキスを添加する場合、その添加割合としては、キャッサバパルプ含有培地１００重量％中に酵母エキスが０．０１〜５重量％となる範囲を挙げることができる。かかる範囲内になるように酵母エキスを添加することよって、一次乳酸発酵を促進することが可能となる。
【００１５】
上記のように調製したキャッサバパルプ含有培地については、必要に応じて、蒸気殺菌（例えば、１２０℃、３０分間）或いはアルカリ殺菌（例えば、ｐＨ１１以上、１０℃以下、２０分間以上）等の通常使用されている殺菌処理を行うこともできる。特に、キャッサバパルプ中に約１×１０2CFU／ｇ（キャッサバパルプ乾燥重量）以上の微生物が雑菌として存在している場合には、これらの微生物による一次乳酸発酵への悪影響が懸念されるため、殺菌処理を行うことが望ましい。
【００１６】
本工程（１）の一次乳酸発酵は、上記のように調整したキャッサバパルプを含有する培地に微生物を植菌することによって開始される。かかる一次乳酸発酵において用いられる微生物としては、糖を分解して乳酸を生成し得るものであれば、特に制限されるものではない。このような微生物としては、例えば、ストレプトコッカス（Streptococcus）属、ペジオコッカス（Pediococcus）属、リューコノストック（Leuconostoc）属、ラクトバシラス（Lactobacillus）属等の微生物を挙げることができる。これらの中でも、ホモ乳酸発酵を行うことができるストレプトコッカス（Streptococcus）属、ペジオコッカス（Pediococcus）属、リューコノストック（Leuconostoc）属等の微生物が好ましい。上記微生物は、１種単独で用いてもよく、又２種以上を任意に組み合わせて用いてもよい。更に、これらの微生物として、担体に担持されている微生物剤を使用することもできる。又、本発明において、簡便には、上記微生物として市販されているものを用いることもできる。
【００１７】
一次乳酸発酵の発酵条件については、使用する微生物の種類、培地の水含有量、キャッサバパルプに含まれるグルコース量、発酵対象物の量、発酵槽の大きさ等に応じて、適宜設定することができる。
【００１８】
例えば、一次乳酸発酵における上記微生物の植菌量としては、１×１０3〜１×１０11CFU／ｇ（キャッサバパルプ含有培地重量）、好ましくは１×１０5〜１×１０9CFU／ｇの範囲に設定することができる。
【００１９】
一次乳酸発酵の発酵温度としては、上記乳酸菌が生育できる範囲であれば特に制限されない。一例としては、４〜６０℃、好ましくは１０〜５０℃、更に好ましくは２０〜３０℃の範囲を挙げることができる。又、発酵槽の雰囲気は、使用する微生物に応じて、好気的或いは嫌気的条件に適宜設定することができる。
【００２０】
又、一次乳酸発酵における発酵槽内の攪拌条件については特に制限されない。例えば、使用するキャッサバパルプ含有培地の水含有量が少なく乳酸発酵対象物が固体状である場合には非攪拌条件下で乳酸発酵を行うことができ、又使用するキャッサバパルプの水含有量が多く乳酸発酵対象物が液状である場合には攪拌条件下で乳酸発酵を行うことができる。
【００２１】
一次乳酸発酵の発酵時間としては、使用する微生物の種類や発酵条件等によって異なり、一律に規定することはできないが、例えば２〜１４日、好ましくは５〜１４日を挙げることができる。このような一次乳酸発酵の終了の判断基準として、例えば培地中のｐＨが４以下程度であることを目安とすることができる。
【００２２】
工程（２）
工程（２）において、工程（１）で得られた一次乳酸発酵物は、アミラーゼで処理される。
【００２３】
工程（２）のアミラーゼ処理において、アミラーゼ処理の対象物として一次乳酸発酵物をそのまま使用することができるが、必要に応じて一次乳酸発酵物（１００重量％）の水含有量が、例えば４０〜９９．５重量％、好ましくは５０〜８０重量％、更に好ましくは５５〜７０重量％となる範囲に調整して使用することもできる。又、必要に応じて、一次乳酸発酵物にｐＨ調整剤を添加して、該工程で使用するアミラーゼが効果的に作用できるように、一次乳酸発酵物のｐＨを適宜調整することができる。具体的には、水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カルシウム等の公知のｐＨ調整剤を用いて、一次乳酸発酵物のｐＨを３〜１０、好ましくは５．５〜９、更に好ましくは６〜７．５に調整することができる。このように水含有量及びｐＨを調整することでアミラーゼを効率的に作用させることが可能となる。
【００２４】
工程（２）において用いることができるアミラーゼとしては、例えばα−アミラーゼ、グルコアミラーゼ、β−アミラーゼ、エキソマルトテトラオヒドロラーゼ、プルラナーゼ、イソアミラーゼ等を挙げることができる。これらの酵素の中で、好ましくは耐熱性を備えるものである。又、これらの酵素の由来についても特に制限されるものではなく、例えば、かびや細菌等の微生物由来、植物由来、動物由来、遺伝子工学的手法を用いて製造されたもの等を用いることができる。これらの中で、カビ由来のアミラーゼはデンプン分解力が強いので好ましい。又、これらの酵素は１種単独で用いてもよく、又２種以上を組み合わせて用いてもよい。特に、α−アミラーゼとグルコアミラーゼ、或いはグルコアミラーゼとプルラナーゼを組み合わせて使用することによって、デンプン分解力を一層増強することができる。α−アミラーゼとグルコアミラーゼを併用する場合、その併用割合としては、例えばα−アミラーゼ１Ｕに対してグルコアミラーゼを０．０５〜０．８Ｕ、好ましくは０．０５〜０．２Ｕ、さらに好ましくは０．００５〜０．１Ｕとなるよう設定することができる。又、グルコアミラーゼとプルラナーゼを併用する場合、その併用割合としては、例えばグルコアミラーゼ１Ｕに対してプルラナーゼを０．００１〜１Ｕ、好ましくは０．０５〜０．５Ｕ、さらに好ましくは０．０５〜０．２Ｕとなるよう設定することができる。なお、本発明において、アミラーゼの活性単位は、標準測定条件下で、１時間に５．２６ｇのデンプン（Merck Amylum solubile. Erg・B6, Batch 99472575）を分解する酵素活性量を１Ｕとして示すものである。該アミラーゼ活性の詳細な測定条件については、「アミラーゼ」（学会出版センター、谷口肇／編）の記載に従うことができる。
【００２５】
なお、上記アミラーゼは必ずしも精製されている必要はなく、他の酵素や他のタンパク質等が混在している粗酵素であってもよい。又、上記アミラーゼとして、簡便には、商業的に入手できるものを使用することができる。商業的に入手できるものとしては、例えば商品名「クライスターゼＴ」（α−アミラーゼ、大和化成社製）、商品名「スミチームＡ−１」（α−アミラーゼ、新日本化学社製）、商品名「ネオピターゼＰＧ−２」（α−アミラーゼ、ナガセ生化学社製）、商品名「スピターゼＨＲ」（α−アミラーゼ、ナガセ生化学社製）、商品名「ヒメラーゼ」（α−アミラーゼ、シーピーアール社製）、商品名「スミチームＡＮ」（グルコアミラーゼ、新日本化学社製）、商品名「ダイザイム」（グルコアミラーゼ、大和化成社製）、商品名「スピターゼＭＫ」（グルコアミラーゼ、ナガセ生化学社製）、商品名「ヒメラーゼＣＴＡ」（グルコアミラーゼ、シーピーアール社製）、商品名「オプティマックス」（プルラナーゼ、ジェネンコール社製）、商品名「スプレンターゼ」（プルラナーゼ、天野エンザイム社製）、商品名「プロモザイム２００Ｌ」（プルラナーゼ、ノボ社製）、商品名「スピターゼＸＬ−４」（グルコアミラーズ・プルラナーゼ混合物、ナガセ生化学社製）等を挙げることができる。
【００２６】
上記アミラーゼの添加量としては、アミラーゼ処理対象物（工程（１）で得られた一次乳酸発酵物又はその処理物）乾燥重量１ｇ当たりにアミラーゼ活性で例えば０．０１〜２Ｕ、好ましくは０．０２〜１Ｕ、更に好ましくは０．１〜０．５Ｕとなる範囲を挙げることができる。
【００２７】
又、上記アミラーゼと共に、セルラーゼ、ヘミセルラーゼ、プロテアーゼ、ペクチナーゼ等の他の酵素を添加してもよく、これらの酵素を併用することによってアミラーゼによる作用を増強することができる。
【００２８】
工程（２）において、アミラーゼの処理温度としては、使用するアミラーゼの性質に応じて適宜設定することができるが、例えば３０〜１２０℃、好ましくは４０〜１００℃、更に好ましくは５０〜７５℃を挙げることができる。
【００２９】
アミラーゼの処理時間としては、使用するアミラーゼの種類、力価、量、反応温度等によって異なり、一律に規定できないが、例えば１分〜２時間、好ましくは５〜３０分間を挙げることができる。
【００３０】
なお、２種以上の酵素を組み合わせて使用する場合の反応形態については、使用する酵素の特性や至適反応条件等に応じて適宜設定することができ、使用する２種以上の酵素を同時に反応させてもよく、又使用する酵素毎に逐次反応させてもよい。具体的には、グルコアミラーゼとプルラナーゼを併用する場合にはこれらの酵素を同時に反応させる方法を、又耐熱性α−アミラーゼとグルコアミラーゼを併用する場合には耐熱性α−アミラーゼ、グルコアミラーゼの順で各々の酵素の至適条件で逐次反応させる方法を例示することができる。
【００３１】
かかるアミラーゼ処理によって、一次乳酸発酵物に含まれるデンプンはアミラーゼの作用によって低分子化される。
【００３２】
工程（３）
工程（３）において、工程（２）で得られたアミラーゼ処理乳酸発酵物は二次乳酸発酵に供される。
【００３３】
工程（３）の二次乳酸発酵において、上記アミラーゼ処理乳酸発酵物は乳酸発酵を行う微生物の培地成分として使用される。
【００３４】
二次乳酸発酵には、上記アミラーゼ処理乳酸発酵物を培地としてそのまま使用してもよく、又アミラーゼ処理乳酸発酵物（１００重量％）の水含有量が、例えば４５〜９９．５重量％、好ましくは５０〜８０重量％、更に好ましくは５５〜７０重量％となるように調整したもの培地として使用してもよい。更に、必要に応じて、酵母エキスやコーンスティープリカー、ポリペプトン、肉エキス、大豆抽出物、カゼイン加水分解物等の培養補助成分やその他任意の成分を添加してもよい。又、二次乳酸発酵に使用する微生物の種類等に応じて、アミラーゼ処理乳酸発酵物にｐＨ調整剤を適宜添加して、例えばｐＨが３〜１０、好ましくは５．５〜９となるように調整してもよい。
【００３５】
上記のように調整された二次乳酸発酵対象物を培地として利用して二次乳酸発酵を行う。かかる二次乳酸発酵において用いる微生物としては、工程（１）の一次乳酸発酵に関して記載した微生物を同様に使用することができる。又、二次乳酸発酵の発酵条件については、使用する微生物の種類、培地の水含有量、キャッサバパルプに含まれるグルコース量、発酵対象物の量、発酵槽の大きさ等に応じて、適宜設定することができる。
【００３６】
例えば、上記微生物の植菌量としては、例えば、菌濃度が１×１０3〜１×１０11CFU／ｇ（培地）、好ましくは１×１０5〜１×１０9CFU／ｇ（培地）となる範囲を挙げることができる。
【００３７】
二次乳酸発酵の発酵温度としては、使用する微生物の種類等に応じて適宜設定することができるが、例えば４〜６０℃、好ましくは１０〜５０℃、更に好ましくは２０〜３０℃を挙げることができる。又、二次乳酸発酵槽の雰囲気については、使用する微生物に応じて好気的或いは嫌気的条件に適宜設定することができる。
【００３８】
又、二次乳酸発酵の発酵時間としては、使用する微生物の種類や発酵条件等によって異なり、一律に規定することはできないが、例えば２〜１４日、好ましくは５〜１０日を挙げることができる。
【００３９】
かくして得られる二次乳酸発酵物から、濾過、遠心分離、フィルタープレス等の手段を用いて固形残渣を除去して、濾液や上清等の溶液画分を回収し、これを更に常法に従って濃縮・精製することによって乳酸を回収することができる。
【００４０】
一方、二次乳酸発酵物から回収される固形残渣については、乾燥して、家畜や家禽の飼料、或いは食品素材として利用することが可能である。特に、この残渣に一定量の乳酸を残存させておくことによって、乳酸含有素材としての付加価値を該固形残渣に備えさせることも可能である。
【００４１】
（Ｂ）本発明は、図２に示すように、工程（２）で得られたアミラーゼ処理乳酸発酵物を固液分離して、分離した固形残渣を工程（３）の二次乳酸発酵に供することもできる。このようにアミラーゼ処理乳酸発酵物を固液分離することによって、アミラーゼ処理乳酸発酵物が有するべたつき等に起因する製造に及ぼす悪影響（例えば、アミラーゼ処理乳酸発酵物の二次乳酸発酵槽への移送等の作業性の悪化等）を回避することが可能となる。
【００４２】
アミラーゼ処理乳酸発酵物を固液分離する方法としては、特に制限されるものではなく、濾過、遠心分離、フィルタープレス等の公知の固液分離手段を用いることができる。当該アミラーゼ処理乳酸発酵物の固液分離処理は、得られる固形残渣１００重量％中に、水分含量が通常３５〜７５重量％程度、好ましくは、４０〜６５重量％程度、更に好ましくは５０〜５５重量％程度の範囲となるように行われる。
【００４３】
アミラーゼ処理乳酸発酵物を固液分離して得られる液体画分については、一次乳酸発酵によって生成した乳酸が含有されているので、公知の乳酸回収手段を用いて濃縮又は精製等を行うことにより、該液体から乳酸を回収することができる。
【００４４】
又、アミラーゼ処理乳酸発酵物を固液分離して得られる固形残渣については、上述した工程（３）の二次乳酸発酵と同様の条件で二次乳酸発酵を行うことにより、固形残渣に含まれるグルコースを乳酸に変換することができる。
【００４５】
かくして得られる二次乳酸発酵物を、濾過、遠心分離、フィルタープレス等の手段を用いて固液分離し、得られた液体画分を更に公知の乳酸回収手段を用いて濃縮、精製等を行うことによって乳酸を回収することができる。
【００４６】
一方、当該固液分離によって回収された固形残渣については、上述したように、乾燥して、家畜や家禽の飼料、或いは食品素材として利用することが可能である。
【００４７】
（Ｃ）又、本発明は、図３に示すように、工程（２）で得られたアミラーゼ処理乳酸発酵物を抽出処理に供し、得られた抽出物を工程（３）の二次乳酸発酵に供することもできる。このアミラーゼ処理乳酸発酵物から抽出された抽出物には糖（主にグルコース）が含まれていることから、当該抽出物を用いて二次乳酸発酵することによって、二次乳酸発酵の際のハンドリングや発酵効率を向上させることが可能となる。
【００４８】
アミラーゼ処理乳酸発酵物の抽出方法としては、特に限定されるものではなく、当該技術分野において公知或いは慣用されている方法を用いることができる。具体的には、アミラーゼ処理乳酸発酵物に水を添加して水溶性成分を抽出処理した後、濾過、遠心分離、フィルタープレス等の手段によって固液分離を行い、抽出物を液体画分として回収する方法を例示することができる。かかる方法においてアミラーゼ処理乳酸発酵物に対する水の添加量としては、アミラーゼ処理乳酸発酵物（乾燥重量）１００重量部に対して、例えば２００〜２０００重量部、好ましくは５００〜１５００重量部、さらに好ましくは７５０〜１２５０重量部を挙げることができる。かかる範囲となるように水の添加量を調整することによって、固液分離により得られる液体は微生物の生育に適したグルコース濃度を有しており、そのまま二次乳酸発酵に使用することができる。
【００４９】
上記のようにして抽出した抽出物中に含まれる糖（主にグルコース）を炭素源として使用し、必要に応じて酵母エキスやコーンスティープリカー、ポリペプトン、肉エキス、大豆抽出物、カゼイン加水分解物等の培養補助成分やその他任意の成分を加えて二次乳酸発酵用培地を調製し、これを用いて二次乳酸発酵を行う。かかる二次乳酸発酵用培地としては、乳酸を生成する微生物が生育できる限り、特に制限されるものではないが、例えば、培地中のグルコース濃度を１〜１５重量％、好ましくは２〜１３重量％、更に好ましくは５〜１０重量％に調整することができる。かかる範囲になるようにグルコース濃度を調整することで、微生物による乳酸発酵を促進することができる。
【００５０】
二次乳酸発酵については、上述した工程（３）の二次乳酸発酵と同様の条件で行うことができる。
【００５１】
かくして得られた二次乳酸発酵物（培養液）から、濾過、遠心分離等の手段を用いて微生物を除去し、更に公知の乳酸回収手段を用いて濃縮又は精製等を行うことによって乳酸を回収することができる。
【００５２】
一方、アミラーゼ処理乳酸発酵物を抽出処理することによって副生する抽出残り粕については、乾燥することによって、家畜や家禽の飼料成分或いは食品素材として有効に利用することができる。
【００５３】
（Ｄ）更に、本発明は、図４に示すように、工程（２）で得られたアミラーゼ処理乳酸発酵物を固液分離して、得られた液体画分から乳酸を回収し、一方得られた固形残渣については更に抽出処理に供し、次いで該抽出処理で得られた抽出物を工程（３）の二次乳酸発酵に供することによって実施することができる。このようにアミラーゼ処理乳酸発酵物を固液分離して固形残渣を得る工程と該固形残渣を抽出処理して得られた抽出物を二次乳酸発酵する工程を組み合わせることによって、乳酸の製造における作業性や二次乳酸発酵の発酵効率等が向上し、工業的規模でも乳酸の効率的な生産が可能となる。
【００５４】
アミラーゼ処理乳酸発酵物を固液分離する方法としては、上述した（Ｂ）と同様の方法を用いることができる。アミラーゼ処理乳酸発酵物を固液分離して得られた液体については、一次乳酸発酵によって生成した乳酸を含有しているので、公知・慣用の乳酸回収手段を用いて濃縮又は精製等を行うことにより、該液体から乳酸を回収することができる。一方、アミラーゼ処理乳酸発酵物を固液分離して得られた固形残渣については、更に抽出処理に供され、次いで得られた抽出物は二次乳酸発酵工程に供される。
【００５５】
アミラーゼ処理乳酸発酵物の固液分離によって得られた固形残渣を抽出処理に供して、得られた抽出物を更に二次乳酸発酵する方法としては、上述した（Ｃ）と同様の方法を用いることができる。
【００５６】
かくして得られる二次乳酸発酵物（培養液）から微生物を除去し、更に公知・慣用の乳酸回収手段を用いて濃縮又は精製等を行うことによって乳酸を回収することができる。一方、固形残渣を抽出処理することによって副生する抽出残り粕については、乾燥することによって、家畜や家禽の飼料成分或いは食品素材として有効に利用することができる。
【００５７】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳しく説明する。なお、本発明は以下の実施例等により何ら限定されるものではない。なお、以下記載する実施例及び比較例において、乳酸の回収量は、Ｌ-乳酸測定キット（ベーリンガーマンハイム社製）を用いて乳酸濃度を測定し、該乳酸濃度の値から算出した。
【００５８】
実施例
乾燥したキャッサバパルプ（デンプン含量３２重量％、萬磅薯工業有限公司製）２００ｇに酵母エキスを１ｇ、水８００ｇを添加して、一次乳酸発酵用の培地（ｐＨ６．５）を調製した。このように調整した一次乳酸発酵用の培地にLactobacillus casei（NRIC 1042）を４×１０7CFU／ｇ（培地）となるように植菌して、３０℃で５日間静置して、一次乳酸発酵を行った。一次乳酸発酵終了時点での一次乳酸発酵物のｐＨは３．４であった。
【００５９】
次に、得られた一次乳酸発酵物にアンモニアを添加してｐＨを６．５に調整した。これにカビ由来のα−アミラーゼ（商品名「スミチームＬ」、新日本化学社製）０．１ｇを添加して、９５℃で１０分間酵素反応を行った。次いで、これにグルコアミラーゼ（商品名「スピターゼＭＫ」、ナガセ生化学社製）を０．１ｇ添加して４０℃で一昼夜酵素分解反応を行った。
【００６０】
このようにして得られたアミラーゼ処理乳酸発酵物をフィルタープレスによって、固形残渣３２０ｇと液体６８０ｇを分離した。かくして得られた液体を５Ｌ容器エバポレーター（ロータリーエバポレーターＮＥ、東京理化器機株式会社製）にて７０℃で２４時間蒸留することによって乳酸６．９ｇを回収した。更に、上記アミラーゼ処理乳酸発酵物固形残渣に水１０００ｇを添加して、十分攪拌した後、濾過によって上清（液体画分）９８０ｇと固形残渣３４０ｇに分離した。
【００６１】
次いで、この上清（液体画分）９８０ｇに酵母エキス１ｇを加え、更に炭酸カルシウムを添加してｐＨを５．８に調整した。これにLactobacillus casei（NRIC 1042）を４×１０7CFU/ｍＬとなるように植菌して、３７℃で７日間、二次乳酸発酵を行った。発酵終了後、遠心分離によって乳酸菌を除去した後、５Ｌ容器エバポレーター（ロータリーエバポレーターＮＥ、東京理化器機株式会社製）にて７０℃で２４時間蒸留することによって乳酸５１．７ｇを回収した。得られた乳酸をアミラーゼ処理後に得られた前記の乳酸と合わせた。
【００６２】
この結果、本乳酸の製造方法では、キャッサバパルプ（デンプン含量３２重量％）２００ｇから、乳酸を総量で５８．６ｇ製造することができ、キャッサバパルプに含まれるデンプンに対する乳酸の収率は９１．６％と下記する比較例１の方法で得られる収率に比して非常に高いことが明らかとなった。
【００６３】
比較例１
下記方法に従ってキャッサバパルプを製造した。
【００６４】
まず、乾燥したキャッサバパルプ（デンプン含量３２重量％、萬磅薯工業有限公司製）５００ｇに水５００ｇを添加してスラリー状にした後、これにα−アミラーゼ（商品名「スピターゼＨＲ」、ナガセ生化学社製）０．０６５ｇ添加して、１℃／分の昇温速度で１２０℃まで昇温した後、１２０℃で５分間保つことにより、キャッサバパルプ中のデンプンを糊化した。その後、これを室温まで冷ました後、塩酸を用いてｐＨを４．５に調整して、アミラーゼ（グルコアミラーゼ及びプルラナーゼの混合物、商品名「スピターゼＸＬ−４」、ナガセ生化学社製）０．３ｇを添加して、６０℃で２０時間反応を行い、グルコースを遊離させた（斯くして得られた反応溶液を以下糖化処理液という。）。糖化処理液中のグルコース濃度は１２４ｍｇ／ｇ（反応溶液重量）であった。
【００６５】
上記糖化処理液１ｋｇをジャーファーメンター（ＭＢＦ−５００、東京理化学器械株式会社製）に入れ、更にポリペプトン１０ｇ、酵母エキス２ｇ、リン酸一カリウム１ｇ、リン酸二ナトリウム二水和物４ｇ、硫酸マグネシウム７水和物１ｇを添加して、ｐＨを５．８に調整した後、Lactobacillus casei（NRIC 1042）を植菌して、３７℃、攪拌回転数１２０ｒｐｍ、非通気条件下で２００時間培養を行った。
【００６６】
培養後、培養液中には、乳酸が５４ｍｇ／ｇ（培養溶液重量）の濃度で遊離していた。一方、培養液中のグルコース濃度は０．４ｍｇ／ｇ（培養溶液重量）であり、殆ど培地中のグルコースが消費されていることが確認された。即ち、本試験結果から、従来の方法では、キャッサバパルプ（デンプン含量３２重量％）５００ｇから、乳酸を総量で５５ｇ製造することができ、キャッサバパルプに含まれるデンプンに対する乳酸の収率は３４．３％であることが確認された。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の乳酸の製造方法の一次乳酸発酵において、キャッサバパルプに含まれるグルコースが乳酸に変換されると共に、当該乳酸の作用によりキャッサバパルプに含まれるデンプンの結晶構造が崩壊してアミラーゼの作用を受け易い構造に変化する。よって、本発明によれば、かかる一次乳酸発酵を行うことによって、アミラーゼ処理の前処理として必要なデンプンの糊化工程が省略できるので、従来の製造方法に比して製造工程の簡略化、製造コストの低減ができる。又、一次乳酸発酵物中のデンプンは、蒸煮処理等によってデンプンを糊化したものに比べて、デンプンの結晶構造の崩壊率が高いため、アミラーゼの作用をより受け易く、デンプンをグルコースに効率的に分解することが可能となり、その結果として、製造できる乳酸の収率が向上する。
【００６８】
本発明の方法によって得られた乳酸は、食品添加物として清酒、ビール、清涼飲料、漬け物、醤油等の製造に利用することができ、又各種添加剤として医薬品や医薬部外品等の製造に利用することができる。更に、本発明の方法で製造された乳酸は安価であるため、生分解性ポリマーであるポリ乳酸の原料としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、工程（１）から工程（３）を含む本発明の乳酸製造方法における製造工程フローを示す図である。
【図２】 図２は、本発明の乳酸製造方法において、工程（２）で得られたアミラーゼ処理乳酸発酵物を固液分離して、分離した固形残渣を工程（３）の二次乳酸発酵に供する場合の製造工程フローを示す図である。
【図３】 図３は、本発明の乳酸製造方法において、工程（２）で得られたアミラーゼ処理乳酸発酵物を抽出処理に供し、得られた抽出物を工程（３）の二次乳酸発酵に供する場合の製造工程フローを示す図である。
【図４】 図４は、本発明の乳酸製造方法において、工程（２）で得られたアミラーゼ処理乳酸発酵物を固液分離して、得られた液体画分から乳酸を回収し、一方得られた固形残渣を更に抽出処理に供し、次いで該抽出処理で得られた抽出物を工程（３）の二次乳酸発酵に供する場合の製造工程フローを示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing lactic acid. More specifically, the present invention relates to a method for producing lactic acid from cassava pulp at a high yield and at a low cost.
[0002]
[Prior art]
Cassava is a starchy plant widely cultivated in Africa, South America and Southeast Asia, and is mainly used as a raw material for tapioca starch. In the production of tapioca starch using cassava, squeezed rice cake (hereinafter referred to as cassava pulp) after tapioca starch is produced as a by-product along with tapioca starch. It is as much as starch production. Although a large amount of cassava pulp discharged in this way is partly used as feed, most of it is discarded without being effectively used. It is desired.
[0003]
It has been found that cassava pulp contains about 10 to 70% of starch by dry weight ratio in addition to fiber. So far, various studies have been made on the effective use of starch in cassava pulp, and attempts have been made to produce lactic acid using starch in cassava pulp (for example, see Non-Patent Document 1).
[0004]
As a method for producing lactic acid from cassava pulp, a method is known in which starch contained in cassava pulp is decomposed into glucose by the action of an enzyme such as amylase, and lactic acid fermentation is performed using this glucose. In the conventional method for producing lactic acid using cassava pulp, in order to facilitate enzymatic degradation of starch into glucose, a process of disrupting the crystal structure of starch by starch or the like (starch gelatinization) has been indispensable.
[0005]
However, the treatment for destroying the crystal structure of the starch requires a great deal of cost and complicated steps, but the effect of disrupting the starch crystal structure is not sufficient. Therefore, in the conventional method, even if the enzyme treatment (amylase treatment) is performed, the starch cannot be sufficiently decomposed. As a result, the yield of lactic acid produced according to the conventional method is 100 wt% of starch contained in cassava pulp. % To about 40 to 50% was not satisfactory.
[0006]
Thus, a method for producing lactic acid from cassava pulp at a high yield and at a low cost has not yet been found, and its development is awaited.
[0007]
[Non-Patent Document 1]
Klanarong Sriroth et al., Processing of cassava waste for improved biomass utilization, “BIORESOURCE TECHNOLOGY”, published by Elsevier Science Ltd., 2000, 71, 63- 69 pages
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to solve the conventional problems as described above. More specifically, an object of the present invention is to provide a method for producing lactic acid from cassava pulp at a high yield and at a low cost.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present invention have intensively studied to solve the above-mentioned problems. (1) The cassava pulp is subjected to primary lactic acid fermentation, (2) the obtained primary lactic acid fermentation product is treated with amylase, and (3 ) By subjecting the obtained amylase-treated lactic acid fermented product to secondary lactic acid fermentation, it was found that lactic acid can be produced from cassava pulp at high yield and at low cost, and the present invention has been completed. That is, the present invention is a method for producing lactic acid listed below:
Item 1. A method for producing lactic acid from cassava pulp,
(1) A step of subjecting cassava pulp to primary lactic acid fermentation,
(2) a step of treating the primary lactic acid fermentation product obtained in step (1) with amylase; and
(3) A step of subjecting the amylase-treated lactic acid fermented product obtained in step (2) to secondary lactic acid fermentation,
A process for producing lactic acid, comprising:
Item 2. Item 2. The method for producing lactic acid according to Item 1, wherein both α-amylase and glucoamylase are used as the amylase and are subjected to the amylase treatment in the step (2).
Item 3. Item 3. The method for producing lactic acid according to item 1 or 2, wherein the cassava pulp adjusted to have a water content of 30 to 99.5% by weight is subjected to primary lactic acid fermentation in step (1).
Item 4. Item 4. The method for producing lactic acid according to any one of Items 1 to 3, wherein the amylase-treated lactic acid fermented product adjusted to have a water content of 45 to 99.9% by weight is subjected to the secondary lactic acid fermentation in step (3).
Item 5. Item 5. The lactic acid fermentation product according to any one of Items 1 to 4, wherein the amylase-treated lactic acid fermentation product obtained in step (2) is subjected to solid-liquid separation, and the obtained solid residue is subjected to secondary lactic acid fermentation in step (3). Production method.
Item 6. Item 5. The method for producing lactic acid according to any one of Items 1 to 4, wherein the amylase-treated lactic acid fermentation product obtained in the step (2) is subjected to an extraction treatment, and the obtained extract is subjected to the secondary lactic acid fermentation in the step (3). .
Item 7. The solid-liquid separation of the amylase-treated lactic acid fermentation product obtained in step (2), the resulting solid residue is subjected to extraction treatment, and then the obtained extract is subjected to secondary lactic acid fermentation in step (3). The method for producing lactic acid according to any one of 1 to 4.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(A) As shown in FIG. 1, the method for producing lactic acid according to the present invention is a method for producing lactic acid from cassava pulp, which includes the following steps (1) to (3).
(1) Process of using cassava pulp for primary lactic acid fermentation
(2) A step of treating the primary lactic acid fermented product obtained in step (1) with amylase
(3) A step of subjecting the amylase-treated lactic acid fermentation product obtained in step (2) to secondary lactic acid fermentation
The cassava pulp used as a raw material in the method for producing lactic acid of the present invention broadly means the fibrous component of plant cassava. Preferably, from the viewpoint of effective utilization of industrial waste, cassava pulp is preferably used in the production of tapioca starch. The remaining residue (rice cake) from which starch is extracted from can be used. In the present invention, the cassava pulp produced as a by-product in the production of tapioca starch can be used as it is, or a dried product of this can be used. The use of the former cassava pulp is advantageous in that it does not require a drying step of the cassava pulp. On the other hand, the use of the latter cassava pulp can cause miscellaneous bacteria in the cassava pulp when it is necessary to transport or store the cassava pulp for a long period of time. It is advantageous in that it is possible to suppress the breeding. Hereinafter, this invention is demonstrated for every process.
[0011]
Process (1)
In step (1), cassava pulp is subjected to primary lactic acid fermentation.
[0012]
In the primary lactic acid fermentation in step (1), cassava pulp is used as a medium component of a microorganism that performs lactic acid fermentation. In the primary lactic acid fermentation in step (1), the water content contained in 100% by weight of the medium used for the fermentation is, for example, 30 to 99.5% by weight, preferably 35 to 85% by weight, and more preferably. It is preferable to adjust the blending ratio of cassava pulp and the water content in the medium so as to be 45 to 75% by weight. By adjusting the water content of the culture medium to the above range, primary lactic acid fermentation described later can be promoted.
[0013]
Further, the pH of the medium (cassava pulp-containing medium) used for the primary lactic acid fermentation is not limited as long as it is within the range in which microorganisms described later can grow, but it is, for example, 4 to 7.5, preferably 5 to 6. 5 can be adjusted. For such pH adjustment, an acid such as hydrochloric acid, acetic acid or citric acid or an alkali such as sodium hydrogen carbonate, sodium hydroxide or ammonia which is usually used as a pH adjusting agent can be used.
[0014]
Furthermore, if necessary, culture auxiliary components such as yeast extract, corn steep liquor, polypeptone, meat extract, soybean extract, casein hydrolyzate, and other optional components can be used in combination with the cassava pulp. . As an example, when adding a yeast extract as a culture auxiliary component, the addition ratio can include a range in which the yeast extract is 0.01 to 5% by weight in 100% by weight of the cassava pulp-containing medium. By adding the yeast extract so as to be within such a range, it becomes possible to promote primary lactic acid fermentation.
[0015]
The cassava pulp-containing medium prepared as described above is usually used for steam sterilization (for example, 120 ° C., 30 minutes) or alkali sterilization (for example, pH 11 or more, 10 ° C. or less, 20 minutes or more) as necessary. The sterilization process currently performed can also be performed. In particular, about 1 x 10 in cassava pulp2When microorganisms of CFU / g (cassava pulp dry weight) or more are present as miscellaneous bacteria, there is a concern about adverse effects on primary lactic acid fermentation by these microorganisms, so it is desirable to perform sterilization treatment.
[0016]
Primary lactic acid fermentation of this process (1) is started by inoculating a microorganism in the culture medium containing cassava pulp adjusted as mentioned above. The microorganism used in the primary lactic acid fermentation is not particularly limited as long as it can decompose saccharide to produce lactic acid. Examples of such microorganisms include microorganisms such as Streptococcus genus, Pediococcus genus, Leuconostoc genus, and Lactobacillus genus. Among these, microorganisms such as Streptococcus genus, Pediococcus genus, and Leuconostoc genus that can perform homolactic fermentation are preferable. The microorganisms may be used alone or in any combination of two or more. Further, a microbial agent supported on a carrier can be used as these microorganisms. In the present invention, a commercially available microorganism can also be used for convenience.
[0017]
The fermentation conditions for primary lactic acid fermentation can be set as appropriate according to the type of microorganism used, the water content of the medium, the amount of glucose contained in cassava pulp, the amount of fermentation object, the size of the fermenter, etc. it can.
[0018]
For example, the amount of inoculated microorganisms in primary lactic acid fermentation is 1 × 10Three~ 1x1011CFU / g (cassava pulp-containing medium weight), preferably 1 × 10Five~ 1x109Can be set in the range of CFU / g.
[0019]
The fermentation temperature for primary lactic acid fermentation is not particularly limited as long as the lactic acid bacteria can grow. As an example, the range of 4-60 degreeC, Preferably it is 10-50 degreeC, More preferably, the range of 20-30 degreeC can be mentioned. Moreover, the atmosphere of a fermenter can be suitably set to aerobic or anaerobic conditions according to the microorganisms to be used.
[0020]
Moreover, it does not restrict | limit especially about the stirring conditions in the fermenter in primary lactic acid fermentation. For example, when the water content of the cassava pulp-containing medium to be used is small and the lactic acid fermentation target is solid, lactic acid fermentation can be performed under non-stirring conditions, and the cassava pulp to be used has a high water content. When the lactic acid fermentation target is liquid, lactic acid fermentation can be performed under stirring conditions.
[0021]
The fermentation time for primary lactic acid fermentation varies depending on the type of microorganism used, the fermentation conditions, and the like, and cannot be uniformly defined. For example, it can be 2 to 14 days, preferably 5 to 14 days. As a criterion for determining the end of such primary lactic acid fermentation, for example, it can be a guideline that the pH in the medium is about 4 or less.
[0022]
Process (2)
In step (2), the primary lactic acid fermentation product obtained in step (1) is treated with amylase.
[0023]
In the amylase treatment of the step (2), the primary lactic acid fermented product can be used as it is as an object of the amylase treatment, but the water content of the primary lactic acid fermented product (100% by weight) is, for example, 40 to 40%. It can also be used by adjusting to a range of 99.5% by weight, preferably 50 to 80% by weight, more preferably 55 to 70% by weight. Moreover, if necessary, a pH adjuster can be added to the primary lactic acid fermented product, and the pH of the primary lactic acid fermented product can be adjusted as appropriate so that the amylase used in the step can act effectively. Specifically, the pH of the primary lactic acid fermented product is 3 to 10, preferably 5.5 to 9, more preferably 6 to 6 using a known pH adjuster such as sodium hydroxide, sodium hydrogen carbonate, calcium carbonate or the like. It can be adjusted to 7.5. Thus, it becomes possible to make amylase act efficiently by adjusting water content and pH.
[0024]
Examples of the amylase that can be used in the step (2) include α-amylase, glucoamylase, β-amylase, exomaltotetraohydrolase, pullulanase, and isoamylase. Among these enzymes, those having heat resistance are preferable. Further, the origin of these enzymes is not particularly limited, and for example, those derived from microorganisms such as fungi and bacteria, plant origins, animal origins, those produced using genetic engineering techniques, etc. can be used. . Among these, mold-derived amylase is preferable because of its strong starch decomposing ability. Moreover, these enzymes may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. In particular, by using a combination of α-amylase and glucoamylase or glucoamylase and pullulanase, the ability to degrade starch can be further enhanced. When α-amylase and glucoamylase are used in combination, the combination ratio is, for example, 0.05 to 0.8 U, preferably 0.05 to 0.2 U, more preferably 0 to 1 U of α-amylase. It can be set to 0.005 to 0.1U. Further, when glucoamylase and pullulanase are used in combination, the combined ratio is, for example, 0.001 to 1 U, preferably 0.05 to 0.5 U, more preferably 0.05 to 0 with respect to 1 U of glucoamylase. .2U can be set. In the present invention, the activity unit of amylase indicates the amount of enzyme activity for degrading 5.26 g of starch (Merck Amylum solubile. Erg · B6, Batch 99472575) per hour under standard measurement conditions. is there. About the detailed measurement conditions of this amylase activity, it can follow the description of "Amylase" (Academic Publishing Center, Jun Taniguchi / edition).
[0025]
The amylase is not necessarily purified, and may be a crude enzyme in which other enzymes, other proteins, and the like are mixed. As the amylase, a commercially available one can be used. Examples of commercially available products include “Christase T” (α-amylase, manufactured by Daiwa Kasei Co., Ltd.), “Sumiteam A-1” (α-amylase, manufactured by Shin Nippon Chemical Co., Ltd.), “Neopitase PG-2” (α-amylase, manufactured by Nagase Biochemical Co., Ltd.), trade name “Spitase HR” (α-amylase, manufactured by Nagase Biochemical Co., Ltd.), trade name “Himerase” (α-amylase, manufactured by CPR Corporation) ), Trade name "Sumiteam AN" (Glucoamylase, manufactured by Shin Nippon Chemical Co., Ltd.), trade name "Daizyme" (Glucoamylase, manufactured by Daiwa Kasei Co., Ltd.), trade name "Spitase MK" (Glucoamylase, manufactured by Nagase Biochemicals) , Trade name "Himerase CTA" (Glucoamylase, CPR), trade name "Optimax" (Pulllanase, Genencor), trade name "Splentase" (Pulllanase, Amano Enzyme), trade name "Promozyme 200L" (Pulllanase, Novo), trade name "Spitase XL-4" (Glucoa Millers-Pullanase mixture, Nagase Seikagaku) Can be mentioned.
[0026]
The amount of amylase added is, for example, 0.01 to 2 U, preferably 0.02 in terms of amylase activity per 1 g of dry weight of the amylase treatment target (primary lactic acid fermented product obtained in step (1) or its treated product). The range which becomes -1U, More preferably, it becomes 0.1-0.5U can be mentioned.
[0027]
In addition to the amylase, other enzymes such as cellulase, hemicellulase, protease, and pectinase may be added, and the action of amylase can be enhanced by using these enzymes together.
[0028]
In the step (2), the amylase treatment temperature can be appropriately set according to the properties of the amylase to be used, and is, for example, 30 to 120 ° C, preferably 40 to 100 ° C, more preferably 50 to 75 ° C. Can be mentioned.
[0029]
The amylase treatment time varies depending on the type, titer, amount, reaction temperature, and the like of the amylase to be used, and cannot be uniformly defined. For example, it can be 1 to 2 hours, preferably 5 to 30 minutes.
[0030]
In addition, about the reaction form in the case of using 2 or more types of enzymes in combination, it can set suitably according to the characteristic, optimal reaction conditions, etc. of the enzyme to be used, and reacts 2 or more types of used enzymes simultaneously. The reaction may be performed sequentially for each enzyme used. Specifically, when glucoamylase and pullulanase are used in combination, a method of reacting these enzymes simultaneously is used. A method of sequentially reacting under the optimum conditions of each enzyme can be exemplified.
[0031]
By such amylase treatment, the starch contained in the primary lactic acid fermentation product is reduced in molecular weight by the action of amylase.
[0032]
Step (3)
In step (3), the amylase-treated lactic acid fermentation product obtained in step (2) is subjected to secondary lactic acid fermentation.
[0033]
In the secondary lactic acid fermentation in step (3), the amylase-treated lactic acid fermented product is used as a medium component of a microorganism that performs lactic acid fermentation.
[0034]
For secondary lactic acid fermentation, the amylase-treated lactic acid fermented product may be used as it is as a medium, and the water content of the amylase-treated lactic acid fermented product (100% by weight) is, for example, 45 to 99.5% by weight, preferably May be used as a medium adjusted to 50 to 80% by weight, more preferably 55 to 70% by weight. Furthermore, you may add culture auxiliary components, such as yeast extract, corn steep liquor, polypeptone, a meat extract, a soybean extract, and a casein hydrolyzate, and other arbitrary components as needed. Further, depending on the type of microorganism used in the secondary lactic acid fermentation, a pH adjuster is appropriately added to the amylase-treated lactic acid fermented product so that the pH becomes, for example, 3 to 10, preferably 5.5 to 9. You may adjust.
[0035]
Secondary lactic acid fermentation is performed using the secondary lactic acid fermentation target prepared as described above as a medium. As the microorganism used in the secondary lactic acid fermentation, the microorganisms described with respect to the primary lactic acid fermentation in the step (1) can be similarly used. In addition, the fermentation conditions for secondary lactic acid fermentation are appropriately set according to the type of microorganism used, the water content of the medium, the amount of glucose contained in cassava pulp, the amount of fermentation target, the size of the fermenter, etc. can do.
[0036]
For example, the inoculation amount of the microorganism is, for example, a bacterial concentration of 1 × 10Three~ 1x1011CFU / g (medium), preferably 1 × 10Five~ 1x109The range which becomes CFU / g (medium) can be mentioned.
[0037]
Although it can set suitably as a fermentation temperature of secondary lactic acid fermentation according to the kind etc. of microorganisms to be used, 4-60 degreeC, Preferably it is 10-50 degreeC, More preferably, 20-30 degreeC is mentioned. Can do. Moreover, about the atmosphere of a secondary lactic acid fermenter, it can set suitably to aerobic or anaerobic conditions according to the microorganisms to be used.
[0038]
The fermentation time for secondary lactic acid fermentation varies depending on the type of microorganism used, fermentation conditions, etc., and cannot be defined uniformly. For example, it can be 2 to 14 days, preferably 5 to 10 days. .
[0039]
From the secondary lactic acid fermented product thus obtained, solid residue is removed by means of filtration, centrifugation, filter press, etc., and a solution fraction such as filtrate and supernatant is collected, and this is further concentrated according to a conventional method. -Lactic acid can be recovered by purification.
[0040]
On the other hand, the solid residue recovered from the secondary lactic acid fermented product can be dried and used as feed for livestock or poultry or as a food material. In particular, by adding a certain amount of lactic acid to the residue, it is possible to provide the solid residue with added value as a lactic acid-containing material.
[0041]
(B) In the present invention, as shown in FIG. 2, the amylase-treated lactic acid fermentation product obtained in step (2) is subjected to solid-liquid separation, and the separated solid residue is subjected to secondary lactic acid fermentation in step (3). You can also Thus, by solid-liquid separation of the amylase-treated lactic acid fermented product, adverse effects on the production due to the stickiness etc. of the amylase-treated lactic acid fermented product (for example, transfer of the amylase-treated lactic acid fermented product to the secondary lactic acid fermenter, etc. It is possible to avoid the deterioration of workability.
[0042]
The method for solid-liquid separation of the amylase-treated lactic acid fermented product is not particularly limited, and known solid-liquid separation means such as filtration, centrifugation, and filter press can be used. In the solid-liquid separation treatment of the amylase-treated lactic acid fermented product, the water content is usually about 35 to 75% by weight, preferably about 40 to 65% by weight, more preferably 50 to 55% in 100% by weight of the obtained solid residue. It is carried out so as to be in the range of about% by weight.
[0043]
About the liquid fraction obtained by solid-liquid separation of the amylase-treated lactic acid fermented product, since lactic acid produced by primary lactic acid fermentation is contained, by performing concentration or purification using a known lactic acid recovery means, Lactic acid can be recovered from the liquid.
[0044]
In addition, the solid residue obtained by solid-liquid separation of the amylase-treated lactic acid fermented product is included in the solid residue by performing the secondary lactic acid fermentation under the same conditions as the secondary lactic acid fermentation in the step (3) described above. Glucose can be converted to lactic acid.
[0045]
The secondary lactic acid fermented product thus obtained is subjected to solid-liquid separation using means such as filtration, centrifugation, and filter press, and the resulting liquid fraction is further concentrated and purified using known lactic acid recovery means. Thus, lactic acid can be recovered.
[0046]
On the other hand, as described above, the solid residue collected by the solid-liquid separation can be dried and used as livestock or poultry feed or food material.
[0047]
(C) Moreover, as shown in FIG. 3, the present invention uses the amylase-treated lactic acid fermented product obtained in step (2) for the extraction treatment, and the obtained extract is used in the secondary lactic acid fermentation of step (3). It can also be used. Since the extract extracted from the amylase-treated lactic acid fermented product contains sugar (mainly glucose), the secondary lactic acid fermentation is performed using the extract to handle during the secondary lactic acid fermentation. And the fermentation efficiency can be improved.
[0048]
The extraction method of the amylase-treated lactic acid fermented product is not particularly limited, and methods known or commonly used in the technical field can be used. Specifically, after adding water to the amylase-treated lactic acid fermented product to extract water-soluble components, solid-liquid separation is performed by means of filtration, centrifugation, filter press, etc., and the extract is recovered as a liquid fraction The method of doing can be illustrated. In such a method, the amount of water added to the amylase-treated lactic acid fermented product is, for example, 200 to 2000 parts by weight, preferably 500 to 1500 parts by weight, more preferably 100 parts by weight of the amylase-treated lactic acid fermented product (dry weight). 750 to 1250 parts by weight can be mentioned. By adjusting the amount of water added so as to be in this range, the liquid obtained by solid-liquid separation has a glucose concentration suitable for the growth of microorganisms and can be used as it is for secondary lactic acid fermentation.
[0049]
Sugar (mainly glucose) contained in the extract extracted as described above is used as a carbon source, and if necessary, yeast extract, corn steep liquor, polypeptone, meat extract, soybean extract, casein hydrolyzate A secondary lactic acid fermentation medium is prepared by adding a culture auxiliary component such as the above and other optional components, and a secondary lactic acid fermentation is performed using this medium. The medium for secondary lactic acid fermentation is not particularly limited as long as microorganisms producing lactic acid can grow. For example, the glucose concentration in the medium is 1 to 15% by weight, preferably 2 to 13% by weight. More preferably, it can be adjusted to 5 to 10% by weight. By adjusting the glucose concentration so as to be in this range, lactic acid fermentation by microorganisms can be promoted.
[0050]
About secondary lactic acid fermentation, it can carry out on the same conditions as the secondary lactic acid fermentation of the process (3) mentioned above.
[0051]
From the secondary lactic acid fermented product (culture solution) thus obtained, microorganisms are removed by means of filtration, centrifugation, etc., and further lactic acid is recovered by concentration or purification using known lactic acid recovery means. can do.
[0052]
On the other hand, the extraction residue koji produced as a by-product by extracting the amylase-treated lactic acid fermented product can be effectively used as a feed ingredient or food material for livestock and poultry by drying.
[0053]
(D) Furthermore, as shown in FIG. 4, the present invention is obtained by solid-liquid separation of the amylase-treated lactic acid fermented product obtained in step (2) and recovering lactic acid from the obtained liquid fraction. The solid residue can be further subjected to an extraction treatment, and then the extract obtained by the extraction treatment can be subjected to the secondary lactic acid fermentation in step (3). Work in the production of lactic acid by combining the step of solid-liquid separation of amylase-treated lactic acid fermented product in this way and the step of secondary lactic acid fermentation of the extract obtained by extracting the solid residue. And fermentation efficiency of secondary lactic acid fermentation are improved, and efficient production of lactic acid becomes possible even on an industrial scale.
[0054]
As a method for solid-liquid separation of the amylase-treated lactic acid fermented product, the same method as in the above (B) can be used. The liquid obtained by solid-liquid separation of the amylase-treated lactic acid fermented product contains lactic acid produced by primary lactic acid fermentation, so it can be concentrated or purified using known / conventional lactic acid recovery means. The lactic acid can be recovered from the liquid. On the other hand, the solid residue obtained by solid-liquid separation of the amylase-treated lactic acid fermented product is further subjected to an extraction treatment, and then the obtained extract is subjected to a secondary lactic acid fermentation step.
[0055]
As a method of subjecting the solid residue obtained by solid-liquid separation of the amylase-treated lactic acid fermented product to extraction treatment and further subjecting the obtained extract to secondary lactic acid fermentation, the same method as in (C) described above is used. Can do.
[0056]
Lactic acid can be recovered by removing microorganisms from the secondary lactic acid fermented product (culture solution) thus obtained, and further performing concentration or purification using a known / common lactic acid recovery means. On the other hand, the extraction residue koji produced as a by-product by extracting the solid residue can be effectively used as a feed ingredient or food material for livestock and poultry by drying.
[0057]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. In addition, this invention is not limited at all by the following examples. In Examples and Comparative Examples described below, the amount of lactic acid recovered was calculated from the lactic acid concentration by measuring the lactic acid concentration using an L-lactic acid measurement kit (Boehringer Mannheim).
[0058]
Example
1 g of yeast extract and 800 g of water were added to 200 g of dried cassava pulp (starch content 32% by weight, manufactured by Sakai Kogyo Co., Ltd.) to prepare a medium (pH 6.5) for primary lactic acid fermentation. In the medium for primary lactic acid fermentation adjusted in this wayLactobacillus casei(NRIC 1042) 4 × 107Inoculated to CFU / g (medium) and allowed to stand at 30 ° C. for 5 days for primary lactic acid fermentation. The pH of the primary lactic acid fermentation product at the end of the primary lactic acid fermentation was 3.4.
[0059]
Next, ammonia was added to the obtained primary lactic acid fermented product to adjust the pH to 6.5. To this, 0.1 g of mold-derived α-amylase (trade name “Sumiteam L”, manufactured by Shin Nippon Chemical Co., Ltd.) was added, and an enzyme reaction was performed at 95 ° C. for 10 minutes. Next, 0.1 g of glucoamylase (trade name “Spitase MK”, manufactured by Nagase Biochemical Co., Ltd.) was added thereto, and an enzymatic degradation reaction was performed at 40 ° C. overnight.
[0060]
The solid residue 320 g and the liquid 680 g were separated from the amylase-treated lactic acid fermented product thus obtained by a filter press. The liquid thus obtained was distilled at 70 ° C. for 24 hours with a 5 L container evaporator (rotary evaporator NE, manufactured by Tokyo Rika Kikai Co., Ltd.) to recover 6.9 g of lactic acid. Furthermore, 1000 g of water was added to the solid residue of the amylase-treated lactic acid fermented product, and the mixture was sufficiently stirred, and then separated into 980 g of a supernatant (liquid fraction) and 340 g of a solid residue by filtration.
[0061]
Next, 1 g of yeast extract was added to 980 g of this supernatant (liquid fraction), and calcium carbonate was further added to adjust the pH to 5.8. to thisLactobacillus casei(NRIC 1042) 4 × 107After inoculating to CFU / mL, secondary lactic acid fermentation was performed at 37 ° C. for 7 days. After completion of the fermentation, lactic acid bacteria were removed by centrifugation, and 51.7 g of lactic acid was recovered by distillation at 70 ° C. for 24 hours in a 5 L container evaporator (rotary evaporator NE, manufactured by Tokyo Rika Kikai Co., Ltd.). The obtained lactic acid was combined with the lactic acid obtained after amylase treatment.
[0062]
As a result, in the production method of lactic acid, 58.6 g of lactic acid can be produced in total from 200 g of cassava pulp (starch content 32% by weight), and the yield of lactic acid with respect to starch contained in cassava pulp is 91.6. % And the yield obtained by the method of Comparative Example 1 described below was found to be very high.
[0063]
Comparative Example 1
Cassava pulp was produced according to the following method.
[0064]
First, 500 g of water was added to 500 g of dried cassava pulp (starch content 32% by weight, manufactured by Sakai Kogyo Co., Ltd.) to form a slurry, and then α-amylase (trade name “Spitase HR”, Nagase Seika (Chemical Co., Ltd.) 0.065 g was added, the temperature was raised to 120 ° C. at a rate of 1 ° C./min, and then kept at 120 ° C. for 5 minutes to gelatinize the cassava pulp starch. Then, after cooling this to room temperature, the pH was adjusted to 4.5 using hydrochloric acid, and amylase (mixture of glucoamylase and pullulanase, trade name “Spitase XL-4”, manufactured by Nagase Biochemical Co., Ltd.) 3 g was added and reacted at 60 ° C. for 20 hours to liberate glucose (the reaction solution thus obtained is hereinafter referred to as a saccharification treatment solution). The glucose concentration in the saccharification treatment solution was 124 mg / g (reaction solution weight).
[0065]
1 kg of the above saccharification treatment solution is put into a jar fermenter (MBF-500, manufactured by Tokyo Riken Kikai Co., Ltd.), and further 10 g of polypeptone, 2 g of yeast extract, 1 g of monopotassium phosphate, 4 g of disodium phosphate dihydrate, magnesium sulfate After adding 1 g of heptahydrate to adjust the pH to 5.8,Lactobacillus casei(NRIC 1042) was inoculated and cultured for 200 hours at 37 ° C., with a stirring speed of 120 rpm, and under non-aerated conditions.
[0066]
After the culture, lactic acid was liberated in the culture solution at a concentration of 54 mg / g (weight of the culture solution). On the other hand, the glucose concentration in the culture solution was 0.4 mg / g (culture solution weight), and it was confirmed that the glucose in the medium was almost consumed. That is, from this test result, in the conventional method, 55 g of lactic acid can be produced from 500 g of cassava pulp (starch content: 32% by weight), and the yield of lactic acid based on starch contained in cassava pulp is 34.3. %.
[0067]
【The invention's effect】
In the primary lactic acid fermentation of the method for producing lactic acid of the present invention, glucose contained in cassava pulp is converted to lactic acid, and the crystal structure of starch contained in cassava pulp is destroyed by the action of the lactic acid, so that amylase acts. It changes to an easy structure. Therefore, according to the present invention, by performing such primary lactic acid fermentation, the starch gelatinization step necessary as a pretreatment for the amylase treatment can be omitted, so that the production process can be simplified and produced as compared with the conventional production method. Cost can be reduced. In addition, starch in primary lactic acid fermented product is more susceptible to amylase action because starch has a higher crystal disintegration rate than starch gelatinized by steaming treatment, etc., and starch is more efficient for glucose. As a result, the yield of lactic acid that can be produced is improved.
[0068]
Lactic acid obtained by the method of the present invention can be used as a food additive for the production of sake, beer, soft drinks, pickles, soy sauce, etc., and as various additives for the production of pharmaceuticals and quasi drugs. Can be used. Furthermore, since lactic acid produced by the method of the present invention is inexpensive, it is also useful as a raw material for polylactic acid, which is a biodegradable polymer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a production process flow in a lactic acid production method of the present invention including steps (1) to (3).
FIG. 2 is a diagram showing the lactic acid production method of the present invention, wherein the amylase-treated lactic acid fermentation product obtained in step (2) is subjected to solid-liquid separation, and the separated solid residue is subjected to secondary lactic acid fermentation in step (3). It is a figure which shows the manufacturing process flow in the case of using for.
FIG. 3 shows, in the lactic acid production method of the present invention, the amylase-treated lactic acid fermentation product obtained in step (2) is subjected to an extraction treatment, and the obtained extract is used in the secondary lactic acid fermentation of step (3). It is a figure which shows the manufacturing process flow in the case of using for.
FIG. 4 shows a lactic acid production method of the present invention, in which the amylase-treated lactic acid fermentation product obtained in step (2) is subjected to solid-liquid separation, and lactic acid is recovered from the obtained liquid fraction. It is a figure which shows the manufacturing process flow in the case of subjecting the solid residue further to an extraction process, and then using the extract obtained by this extraction process for the secondary lactic acid fermentation of a process (3).
Claims (6)
（１）キャッサバパルプを、ホモ乳酸発酵を行うことができる微生物を用いて乳酸発酵する工程、
（２）工程（１）で得られた乳酸発酵物をアミラーゼで処理する工程、及び
（３）工程（２）で得られたアミラーゼ処理乳酸発酵物を、ホモ乳酸発酵を行うことができる微生物を用いて乳酸発酵する工程、
を含むことを特徴とする乳酸の製造方法。A method for producing lactic acid from cassava pulp,
(1) A step of lactic acid fermentation of cassava pulp using a microorganism capable of performing homolactic fermentation,
(2) A step of treating the lactic acid fermented product obtained in step (1) with amylase, and (3) a microorganism capable of carrying out homolactic fermentation of the amylase-treated lactic acid fermented product obtained in step (2). Using lactic acid fermentation,
A process for producing lactic acid, comprising:
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