JP4883511B2 - 砂糖の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、効率よく砂糖を製造し、同時に効率よくエタノールを製造する方法を提供することを目的とする。
植物由来の糖液を準備する工程は、当業者に公知の方法、例えば圧搾工程により行うことができる。具体的には、刈り取ったサトウキビの蔗茎部をカッターで15〜30cmに切断し、シュレッダーで細かく砕き、ロールミルで糖汁を搾り出す。糖分の搾出率をよくするために最終ロールに注水して95〜97%の糖分を搾り出す。次いで、石灰混和槽において、石灰を添加して不純物を凝集沈殿させた後、オリバーフィルターで沈殿物と清澄液を分離し、清澄液を蒸発濃縮する。得られる糖液には、主にスクロース、グルコース、フルクトースなどが含まれる。
蔗糖分解酵素阻害剤としては、銀イオン、銅イオン、水銀イオン、鉛イオン、メチル-α-D-グルコピラノシド、PCMB(p-chloromercuribenzoate)、グルコシル-D-プシコースなどが挙げられる。
発酵は、当業者に公知の方法により行うことができ、例えば発酵微生物と糖液を所定の割合で添加し発酵させる回分式、発酵微生物を固定化後、糖液を連続供給して発酵させる連続式などが挙げられる。
(1)圧搾工程
収穫後のサトウキビ(NiF8)の蔗茎部3200gをシュレッダーで裁断後、4重ロールミルで圧搾し、搾汁3114mL(搾汁重量=3348g、蔗糖含有量=563g、転化糖含有量=65g、純糖率=79.4%)を得た。
(2)清澄化・発酵工程
搾汁を5Lジャーファーメンターに移し、搾汁重量に対して0.05重量%の消石灰Ca(OH)2を添加し、pH調整と不純物の凝集をさせた。そこに蔗糖分解酵素を有さない酵母Saccharomyces dairenensis(NBRC 0211)を乾燥重量で0.3g植菌し、嫌気条件下、30℃で3時間、エタノール発酵させた。酵母は予めYM培地で前培養しておいたものを用いた。発酵終了後、酵母及び凝集した不純物をフィルターろ過し、発酵液3080mL(搾汁重量=3288g、エタノール濃度1.17vol%、蔗糖含有量=558g、転化糖含有量=0g)を分離した。
(3)エタノール蒸留・糖液濃縮工程
発酵液を減圧下で加熱し、蒸発したエタノール28.6gを冷却回収した後、引き続き水2193mLを蒸発させ、濃縮糖液837mL(糖液重量=1066g、蔗糖含有量=558g、転化糖含有量=0g、純糖率=93.8%)を得た。
(4)結晶化工程
糖液の1/2を引き抜き、更に減圧下で加熱し、蔗糖の過飽和度1.2まで濃縮した後、砂糖の種結晶(粒径250μm)50gを添加し、残りの濃縮糖液を少量ずつ添加しながら、約3時間結晶化させた。
(5)粗糖・糖蜜分離工程
結晶化させた砂糖及び糖蜜の混合物を、50〜100μmメッシュの濾布を用いた有孔壁型遠心分離機にて3000rpm20分間遠心分離し、砂糖371g(蔗糖回収率=65.9%:種結晶添加分抜き)と糖蜜234g(蔗糖含有量=151g、転化糖含有量=0g、純糖率=87.4%)に分離した。
生産プロセスのフロー図を図1に、物質収支の結果を図2に示す。
(1)圧搾工程
収穫後のサトウキビ(NiF8)の蔗茎部3200gをシュレッダーで裁断後、4重ロールミルで圧搾し、搾汁3000mL(搾汁重量=3264g、蔗糖含有量=546g、転化糖含有量=60g、純糖率=78.9%)を得た。
(2)清澄化・発酵工程
搾汁を5Lジャーファーメンターに移し、搾汁重量に対して0.05重量%の消石灰Ca(OH)2を添加し、pH調整と不純物の凝集をさせた。そこに蔗糖分解酵素遺伝子SUC2を破壊した酵母菌株Saccharomyces cervisiae BY4742を乾燥重量で0.3g植菌し、嫌気条件下、30℃で3時間、エタノール発酵させた。破壊株は予めYM培地で前培養しておいたものを用いた。発酵終了後、酵母及び凝集した不純物をフィルターろ過し、発酵液2986mL(搾汁重量=3180g、エタノール濃度1.38vol%、蔗糖含有量=546g、転化糖含有量=0g)を分離した。
(3)エタノール蒸留・糖液濃縮工程
発酵液を減圧下で加熱し、蒸発したエタノール32.8gを冷却回収した後、引き続き水2083mLを蒸発させ、濃縮糖液860mL(糖液重量=1065g、蔗糖含有量=546g、転化糖含有量=0g、純糖率=87.1%)を得た。
(4)結晶化工程
糖液の1/2を引き抜き、更に減圧下で加熱し、蔗糖の過飽和度1.2まで濃縮した後、砂糖の種結晶(粒径250μm)50gを添加し、残りの濃縮糖液を少量ずつ添加しながら、約3時間結晶化させた。
(5)粗糖・糖蜜分離工程
結晶化させた砂糖及び糖蜜の混合物を、50〜100μmメッシュの濾布を用いた有孔壁型遠心分離機にて3000rpm20分間遠心分離し、砂糖351g(蔗糖回収率=64.3%:種結晶添加分抜き)と糖蜜239g(蔗糖含有量=123g、転化糖含有量=23g、純糖率=65.8%)に分離した。
物質収支の結果を図3に示す。
収穫後のサトウキビ(NiF8)の蔗茎部3000gをシュレッダーで裁断後、4重ロールミルで圧搾し、搾汁2868mL(搾汁重量=3120g、蔗糖含有量=524g、転化糖含有量=61g、純糖率=78.3%)を得た。
(2)清澄化・発酵工程
搾汁を5Lジャーファーメンターに移し、搾汁重量に対して0.05重量%の消石灰Ca(OH)2を添加し、pH調整と不純物の凝集をさせた。そこに蔗糖分解酵素阻害剤であるメチル-α-D-グルコピラノシドを濃度60mMとなるように添加した後、蔗糖分解酵素を有する酵母Saccharomyces cervisiae(Taiken396株)を乾燥重量で0.6g植菌し、嫌気条件下、30℃で6時間、エタノール発酵させた。酵母は予めYM培地で前培養しておいたものを用いた。発酵終了後、酵母及び凝集した不純物をフィルターろ過し、発酵液2870mL(搾汁重量=3064g、エタノール濃度6.20vol%、蔗糖含有量=252g、転化糖含有量=0g)を分離した。
(3)エタノール蒸留・糖液濃縮工程
発酵液を減圧下で加熱し、蒸発したエタノール150gを冷却回収した後、引き続き水2494mLを蒸発させ、濃縮糖液330mL(糖液重量=420g、蔗糖含有量=252g、転化糖含有量=0g、純糖率=94.0%)を得た。
(4)結晶化工程
糖液の1/2を引き抜き、更に減圧下で加熱し、蔗糖の過飽和度1.2まで濃縮した後、砂糖の種結晶(粒径250μm)50gを添加し、残りの濃縮糖液を少量ずつ添加しながら、約3時間結晶化させた。
(5)粗糖・糖蜜分離工程
結晶化させた砂糖及び糖蜜の混合物を、50〜100μmメッシュの濾布を用いた有孔壁型遠心分離機にて3000rpm20分間遠心分離し、砂糖203g(蔗糖回収率=29.2%:種結晶添加分抜き)と糖蜜151g(蔗糖含有量=88g、転化糖含有量=0g、純糖率=81.0%)に分離した。
物質収支の結果を図4に示す。
蔗糖分解酵素を有さない酵母 S. dairenensis(NBRC 0211)、S. transvaalensis(NBRC 1625)、S. rosinii(NBRC 10008)、Z. bisporus(NBRC 1131)と、蔗糖分解酵素を有す酵母S. cervisiae BY4742の蔗糖分解酵素遺伝子を破壊した株(BY4742 SUC2-)をサトウキビ搾汁に植菌して、蔗糖を分解せずに転化糖のみをエタノールに変換するか確認するため、発酵試験を行なった。比較対照のため、蔗糖分解酵素を有す酵母S. cervisiae(Taiken396株)も同様な発酵試験を行なった。
各菌株は、前々培養として5mLのYM培地で30℃、24時間振とう培養した後、前培養として300mLのYPD培地で30℃、12h振とう培養したものを発酵に用いた。前培養培地から遠心分離により酵母を回収し、発酵栓付き300mL三角フラスコに入れた搾汁100mL(搾汁中の蔗糖濃度は12.0%、転化糖濃度は3.0%)に酵母を懸濁させて発酵させた。発酵は30℃,120rpmで振とうしながら行なった。発酵に伴う糖濃度、エタノール濃度の経時変化を調査した結果を図5に示す。
一般的な酵母であるS. cervisiae(Taiken396株)では、蔗糖分解酵素の働きにより発酵開始から3時間目でほぼすべての蔗糖が転化糖に分解され、24時間目ではすべての糖分がエタノールに変換された。
一方、蔗糖分解酵素を有さない4種類の酵母および蔗糖分解酵素遺伝子破壊株では、エタノール生成速度に差はあるものの、すべてにおいて蔗糖分解が見られず、転化糖のみがエタノールに変換されることを確認した。
蔗糖分解酵素を有す一般的な酵母S. cervisiae(Taiken396株)をサトウキビ搾汁に植菌して、蔗糖分解酵素阻害剤であるメチル-α-D-グルコピラノシドを濃度60mMとなるように添加し、発酵試験を行ない、蔗糖、転化糖、エタノール濃度の経時変化を調査した。菌株は、前々培養として10mLのYM培地で30℃、24時間振とう培養した後、前培養として500mLのYPD培地で30℃、12h振とう培養したものを発酵に用いた。発酵栓付き300mL三角フラスコに搾汁100mL(搾汁中の蔗糖濃度は10.0%、転化糖濃度は3.0%)とメチル-α-D-グルコピラノシド60mMを入れ、そこに前培養培地から遠心分離により回収した酵母を添加し、発酵させた。発酵は30℃,120rpmで振とうしながら行なった。発酵に伴う糖濃度、エタノール濃度の経時変化を調査した結果を図6に示す。
一般的な酵母であるS. cervisiae(Taiken396株)は、阻害剤が無い条件では蔗糖分解酵素の働きにより発酵開始6時間目でほぼすべての蔗糖が転化糖に分解され、エタノールに変換された。蔗糖分解速度が,酵母の転化糖消費速度より速いため、転化糖が消費されて純糖率が高くなった時には蔗糖が完全に消費されており、発酵液から砂糖生産を行なうことは不可能であることが確認された。
一方、阻害剤がある条件では蔗糖分解速度が遅れ、発酵開始6時間目で約半分の蔗糖を残し、すべての転化糖がエタノールに変換された。発酵開始8時間目での発酵液の純糖率は94.0%と高く、砂糖の結晶化が容易にできる純糖率であった。
Claims (5)
- 蔗糖分解酵素を有さない酵母で植物由来の糖液を発酵させる前処理工程と、
発酵させた糖液から砂糖を製造する工程と、
を有することを特徴とする砂糖の製造方法。 - 蔗糖分解酵素阻害剤の存在下で、植物由来の糖液を酵母で発酵させる前処理工程と、
発酵させた糖液から砂糖を製造する工程と、
を有することを特徴とする砂糖の製造方法。 - さらに、発酵させた糖液から砂糖を製造する前に、発酵させた糖液からエタノールを回収する工程を有する請求項1又は2記載の製造方法。
- 発酵させた糖液からエタノールを回収する工程が蒸留によるエタノールの分離を行うことを含む、請求項3記載の製造方法。
- 前記植物がサトウキビである、請求項1〜4のいずれか1項記載の製造方法。
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