JP5215009B2 - Alcohol continuous production method - Google Patents

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Description

本発明は、アルコール連続生産方法に関し、詳しくは、凝集沈殿性を有する酵母を用いたアルコール連続生産方法に関する。   The present invention relates to an alcohol continuous production method, and more particularly, to an alcohol continuous production method using yeast having coagulation sedimentation properties.

特許文献１には、サッカロマイセス属セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）ＡＭ１２菌株（以下、必要によりＡＭ１２菌と称する）からなる酵母を用いたアルコールの生産方法が開示されており、ＡＭ１２菌は優れたアルコール生産能とアルコール耐性、凝集沈降性を有するという記載がある。
特開昭５９−１３５８９６号公報 Patent Document 1 discloses a method for producing alcohol using yeast consisting of Saccharomyces cerevisiae AM12 strain (hereinafter referred to as AM12 if necessary), and AM12 has excellent alcohol-producing ability. There is a description that it has alcohol resistance and coagulation sedimentation.
JP 59-135896 A

アルコールの連続生産では、発酵槽に連続的にアルコール原料を供給して酵母によりアルコール発酵を行い、一方で得られたアルコール培養液を発酵槽から引き抜いている。菌体リサイクルのないアルコール連続生産では、アルコール培養液中の菌体は発酵槽に戻されることはない。   In the continuous production of alcohol, an alcohol raw material is continuously supplied to a fermentor to perform alcoholic fermentation with yeast, while the obtained alcohol culture solution is drawn from the fermenter. In continuous alcohol production without cell recycling, cells in the alcohol culture are not returned to the fermenter.

発酵槽内では、アルコール原料と酵母の接触回数が多いほど反応効率が上がるので、攪拌等で完全混合することが好ましい。しかし、完全混合すれば、アルコール培養液を発酵槽から引き抜く際に、多量の酵母が一緒に抜き出されて、発酵槽内の菌体濃度が減少してしまう。   In the fermenter, since the reaction efficiency increases as the number of contact between the alcohol raw material and the yeast increases, it is preferable to completely mix by stirring or the like. However, if the alcohol is completely mixed, a large amount of yeast is extracted together when the alcohol culture solution is extracted from the fermenter, and the bacterial cell concentration in the fermenter decreases.

アルコール培養液の引き抜き量に対して、酵母の増殖量が少なければ、流出した菌体分を補うことができないので、発酵槽内に存在する酵母の菌体量が減少し、アルコール原料と酵母の接触回数は酵母の減少により大幅に低下して、アルコール生成反応の効率が低下する問題がある。   If the amount of yeast grown is small relative to the amount of alcohol culture withdrawn, the amount of yeast that has flowed out cannot be compensated for. There is a problem that the number of times of contact greatly decreases due to a decrease in yeast, and the efficiency of the alcohol production reaction decreases.

一方、発酵槽内を攪拌しなければ、凝集沈降性を有する酵母は沈降し、発酵槽底部に沈積してしまう。菌体は沈降が進むと、所定時間経過後は沈降領域から圧密領域に入るので、底部に菌体の層ゾーン（圧密ゾーン）が形成される。発酵槽の底部からアルコール原料を供給すると、この層ゾーンをアルコール原料が通過して、アルコール原料と酵母の接触が生じることになるが、かかる層ゾーンでの接触では圧密されていること、及びアルコール原料に対して酵母菌体量が過剰であることからアルコール原料と酵母の反応効率は極端に悪くなる問題がある。   On the other hand, if the inside of a fermenter is not stirred, the yeast which has coagulation sedimentation will settle, and will deposit on the bottom part of a fermenter. As the fungus body settles, it enters the consolidation area from the sedimentation area after a lapse of a predetermined time, so that a cell layer zone (consolidation zone) is formed at the bottom. When the alcohol raw material is supplied from the bottom of the fermenter, the alcohol raw material passes through this layer zone, and contact between the alcohol raw material and the yeast occurs. Since the amount of yeast cells is excessive with respect to the raw material, there is a problem that the reaction efficiency of the alcohol raw material and yeast becomes extremely poor.

特に、ＡＭ１２菌は、高いアルコール生産性とアルコール耐性を示す一方で、菌体の増殖能力が低いという特徴があり、上記問題が顕著に見られる。   In particular, AM12 bacteria are characterized by low cell growth ability while exhibiting high alcohol productivity and alcohol resistance, and the above-mentioned problems are noticeable.

本発明は、上記の問題を解決するものであり、本発明の課題は、菌体流出を防止し、アルコール原料と酵母の接触効率を向上させて、凝集沈殿性を有する酵母のアルコール生産能力を十分に生かすことが出来る高濃度アルコール連続生産方法を提供することにある。   The present invention solves the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to prevent the outflow of bacterial cells, improve the contact efficiency between the alcohol raw material and the yeast, and improve the alcohol production ability of the yeast having a coagulation sedimentation property. An object of the present invention is to provide a high-concentration alcohol continuous production method that can be fully utilized.

また本発明の他の課題は、以下の記載により明らかになる。   Other problems of the present invention will become clear from the following description.

上記課題は、以下の各発明によって解決される。   The above problems are solved by the following inventions.

（請求項１）
発酵槽内に凝集沈殿性を有する酵母を存在させ、発酵槽にアルコール原料を供給してアルコール発酵を行う際に、発酵槽下方にアルコール発酵液の強制的な液流を発生させてアルコールを生産するアルコール連続生産方法であって、
前記発酵槽の直径Ｒ（水平方向の槽断面の最大長さ）に対する前記アルコール発酵液の液面高さＨ（発酵槽内のアルコール発酵液を液面から下方に向かって槽内部の底面まで）の比（Ｈ／Ｒ）が、０．５〜２．０の範囲における発酵槽において、
該アルコール発酵液の液面高さＨに対して液面〜０．４Ｈまでの深さ領域に位置する酵母菌体濃度測定点Ａと、
液面高さＨに対して０．２Ｈ〜０．８Ｈまでの深さ領域で、前記菌体濃度測定点Ａよりも常に下方に位置する酵母菌体濃度測定点Ｂとの両方で、
菌体濃度ｄ１と菌体濃度ｄ２を各々測定し、
該菌体濃度ｄ１は菌体濃度ｄ２より濃度が小さく、
該菌体濃度ｄ１と菌体濃度ｄ２の比（ｄ２／ｄ１）が２．３以上５．６以下となるように発酵槽下方の液流を制御することを特徴とする高濃度アルコール連続生産方法。 (Claim 1)
In the fermenter, there is a coagulation-precipitating yeast, and when alcohol is fermented by supplying alcohol raw material to the fermenter, alcohol is produced by generating a forced flow of the alcohol fermented liquid below the fermenter. A continuous production method of alcohol,
Liquid level height H of the alcoholic fermentation liquid with respect to the diameter R of the fermenter (maximum length of the horizontal section of the tank) (alcohol fermentation liquid in the fermenter from the liquid surface downward to the bottom inside the tank) In the fermenter in the ratio (H / R) of 0.5-2.0,
Yeast cell concentration measurement point A located in a depth region from the liquid level to 0.4H with respect to the liquid level height H of the alcohol fermentation liquid,
In both the yeast cell concentration measurement point B, which is always located below the cell concentration measurement point A, in the depth region from 0.2H to 0.8H with respect to the liquid level height H,
Measure cell density d1 and cell density d2 respectively,
The cell concentration d1 is smaller than the cell concentration d2,
A high-concentration alcohol continuous production method characterized by controlling the liquid flow below the fermenter so that the ratio (d2 / d1) of the bacterial cell concentration d1 to the bacterial cell concentration d2 is 2.3 or more and 5.6 or less. .

（請求項２）
発酵槽内に凝集沈殿性を有する酵母を存在させ、発酵槽にアルコール原料を供給してアルコール発酵を行う際に、発酵槽下方にアルコール発酵液の強制的な液流を発生させてアルコールを生産するアルコール連続生産方法であって、
該発酵槽のアルコール発酵液の液面〜０．４Ｖ（Ｖは発酵液の体積）までの深さ領域に位置する酵母菌体濃度測定点Ａと、
該菌体濃度測定点Ａよりも常に下方に位置してなり、液面から０．２Ｖ〜液面から０．８Ｖまでの深さ領域に位置する菌体濃度測定点Ｂとの両方で、
菌体濃度ｄ１と菌体濃度ｄ２を各々測定し、
該菌体濃度ｄ１は菌体濃度ｄ２より濃度が小さく、
該菌体濃度ｄ１と菌体濃度ｄ２の比（ｄ２／ｄ１）が２．３以上５．６以下となるように発酵槽下方の液流を制御することを特徴とする高濃度アルコール連続生産方法。 (Claim 2)
In the fermenter, there is a coagulation-precipitating yeast, and when alcohol is fermented by supplying alcohol raw material to the fermenter, alcohol is produced by generating a forced flow of the alcohol fermented liquid below the fermenter. A continuous production method of alcohol,
Yeast cell concentration measurement point A located in the depth region from the liquid level of the alcohol fermented liquid in the fermenter to 0.4 V (V is the volume of the fermented liquid);
The cell concentration measurement point A is always located below the cell concentration measurement point A, and both the cell concentration measurement point B located in the depth region from 0.2V to 0.8V from the liquid level,
Measure cell density d1 and cell density d2 respectively,
The cell concentration d1 is smaller than the cell concentration d2,
A high-concentration alcohol continuous production method characterized by controlling the liquid flow below the fermenter so that the ratio (d2 / d1) of the bacterial cell concentration d1 to the bacterial cell concentration d2 is 2.3 or more and 5.6 or less. .

（請求項３）
前記凝集沈殿性を有する酵母が、サッカロマイセス属セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）ＡＭ１２菌株（受託番号：ＦＥＲＭ ＢＰ−７９８）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高濃度アルコール連続生産方法。 (Claim 3)
The method for continuously producing high-concentration alcohol according to claim 1 or 2, wherein the yeast having the aggregation and precipitation property is Saccharomyces cerevisiae AM12 strain (Accession Number: FERM BP-798) .

（請求項４）
前記発酵槽内の平均酵母菌体濃度が、２０〜３３ｇ（乾燥重量）／Ｌであることを特徴とする請求項１、２又は３記載の高濃度アルコール連続生産方法。 (Claim 4)
The average yeast cell concentration in the fermenter is, 20~33g (dry weight) / claims 1, 2 or 3 high-concentration alcohol continuous production method, wherein the L is.

（請求項５）
前記発酵槽下方に液流を強制的に発生させる手段が、主として攪拌機の回転によるものであり、前記菌体濃度ｄ１と菌体濃度ｄ２の比（ｄ２／ｄ１）が、２．３未満の場合には該攪拌機の回転を停止するか又は回転数を減少し、ｄ２／ｄ１が５．６を越えている場合には攪拌機の回転を開始するか又は回転数を増加するように攪拌機の回転を制御することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の高濃度アルコール連続生産方法。 (Claim 5)
The means for forcibly generating a liquid flow below the fermenter is mainly due to rotation of a stirrer, and the ratio (d2 / d1) of the bacterial cell concentration d1 to the bacterial cell concentration d2 is less than 2.3. The rotation of the stirrer is stopped or the rotation speed is decreased, and when d2 / d1 exceeds 5.6 , the rotation of the agitator is started or the rotation speed of the agitator is increased. It controls, The high concentration alcohol continuous production method in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.

（請求項６）
菌体濃度の測定を、濁度計によって行うことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の高濃度アルコール連続生産方法。 (Claim 6)
The high concentration alcohol continuous production method according to any one of claims 1 to 5 , wherein the bacterial cell concentration is measured with a turbidimeter.

本発明によると、菌体流出を防止し、アルコール原料と酵母の接触効率を向上させて、凝集沈殿性を有する酵母のアルコール生産能力を十分に生かすことが出来る高濃度アルコール連続生産方法を提供することができる。   According to the present invention, there is provided a continuous high-concentration alcohol production method capable of preventing the outflow of bacterial cells, improving the contact efficiency between the alcohol raw material and the yeast, and sufficiently utilizing the alcohol production ability of the yeast having coagulation sedimentation properties. be able to.

本発明のアルコール連続生産方法は、発酵槽内に凝集沈殿性を有する酵母を存在させ、発酵槽にアルコール原料を供給してアルコール発酵を行う際に、発酵槽下方に強制的な液流を発生させてアルコールを生産する方法である。   The alcohol continuous production method of the present invention generates a forced liquid flow below the fermenter when the yeast having coagulation sedimentation is present in the fermenter and the alcohol raw material is supplied to the fermenter to perform alcoholic fermentation. And producing alcohol.

ここで、発酵槽下方の強制的な液流を発生させるのは、発酵原料と酵母の接触回数を増加させて発酵反応効率を上昇させるためである。しかし、発酵槽内に、攪拌等に由来する液流を発生させると、菌体が舞い上がり、そのまま発酵槽から外部に発酵液と共に排出されるおそれがあるが、本発明に用いる凝集沈殿性を有する酵母は、その菌体特有の性質として凝集沈降する働きが顕著であるので、発酵槽内の液面付近では菌体濃度が低くなり、発酵槽からの菌体流出は抑制される。   Here, the reason why the forced liquid flow below the fermenter is generated is to increase the frequency of contact between the fermentation raw material and the yeast to increase the fermentation reaction efficiency. However, if a liquid flow derived from stirring or the like is generated in the fermenter, the cells rise and may be discharged from the fermenter to the outside together with the fermented liquid. Since yeast has a remarkable function of aggregating and sedimenting as a characteristic characteristic of the microbial cells, the microbial cell concentration is lowered in the vicinity of the liquid surface in the fermenter, and microbial cell outflow from the fermenter is suppressed.

本発明者らは、発酵槽の上下方向の異なる２つの位置において測定される菌体濃度の比が特定範囲にあるように発酵槽下方の液流が調整されると、菌体流出を防止し、凝集沈殿性を有する酵母のアルコール生産能力を十分に生かすことが出来ることを見出したものである。   The present inventors prevent bacterial cell outflow when the liquid flow below the fermenter is adjusted so that the ratio of the bacterial cell concentration measured at two different positions in the vertical direction of the fermenter is within a specific range. It has been found that the alcohol-producing ability of yeast having a coagulation-precipitation property can be fully utilized.

本発明において、アルコール連続生産というのは、発酵槽にアルコール原料である糖液を例えば連続的に供給しながら、一方で、生成物を例えば連続的に取り出すことをいう。従って、アルコール原料を供給するのが不連続であっても、時間当たりの供給量が一定していればよい。   In the present invention, continuous alcohol production refers to continuously taking out a product, for example, while continuously supplying a sugar solution, which is an alcohol raw material, to a fermenter. Therefore, even if the supply of the alcohol raw material is discontinuous, the supply amount per hour may be constant.

また、本発明のアルコール連続生産においては、発酵槽から菌体の流出を抑制しているが若干の菌体は流出する可能性がある。しかし、かかる菌体流出によって発酵槽内の菌体濃度が減少することは防止されている。本発明では発酵槽の上下方向で適度な濃度バランスが維持されているために発酵槽内での菌体増殖量は流出量に比べれば多く、菌体を常時発酵槽に追加していくことは基本的に意図していない。しかし、種菌として追加することはあるだろうし、若干流出した菌体を分離して発酵槽内に返送することは本発明の効果を何等阻害するものでない。   In the continuous production of alcohol of the present invention, the outflow of cells from the fermenter is suppressed, but some cells may flow out. However, it is prevented that the microbial cell density | concentration in a fermenter reduces by this microbial cell outflow. In the present invention, since an appropriate concentration balance is maintained in the vertical direction of the fermenter, the amount of bacterial cell growth in the fermenter is larger than the outflow amount, and it is always added to the fermenter Basically not intended. However, it may be added as an inoculum, and separating the cells that have slightly flowed out and returning them to the fermenter does not impede the effects of the present invention.

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１において、１は発酵槽であり、アルコール原料は発酵槽１の底部の原料供給口１０から供給される。発酵槽１内には凝集沈殿性を有する酵母が入れられている。   In FIG. 1, 1 is a fermenter, and an alcohol raw material is supplied from a raw material supply port 10 at the bottom of the fermenter 1. In the fermenter 1, yeast having coagulation sedimentation properties is placed.

原料供給口１０から発酵槽１内に例えば連続的にアルコール原料が供給されると、酵母によってアルコール発酵され、アルコール発酵液が得られる。アルコール発酵液は、排出口１１から引き抜かれる。なお、アルコール原料は発酵槽の底部から供給されれば供給の方法は限定されず、原料供給口１０の設置は一例を示したに過ぎない。同様にアルコール発酵液の引き抜きも上部から引き抜くものであればその引き抜き方法は限定されない。   For example, when an alcohol raw material is continuously supplied from the raw material supply port 10 into the fermenter 1, alcohol fermentation is performed by yeast to obtain an alcohol fermentation broth. The alcohol fermentation broth is drawn out from the outlet 11. In addition, if the alcohol raw material is supplied from the bottom of the fermenter, the supply method is not limited, and the installation of the raw material supply port 10 is merely an example. Similarly, the extraction method of the alcohol fermentation broth is not limited as long as it is extracted from the upper part.

本発明では、発酵槽内のアルコール発酵液の上下方向の異なる位置で菌体濃度ｄ１と菌体濃度ｄ２を各々測定する。   In the present invention, the bacterial cell concentration d1 and the bacterial cell concentration d2 are measured at different positions in the vertical direction of the alcoholic fermentation broth in the fermenter.

上下方向の異なる位置は、発酵槽の形態によって種々の位置を取り得る。発酵槽の形態は、例えば、図１に示すような円筒形に限らず、図４（Ａ）〜（Ｄ）に示されるような形態である場合もある。   Different positions in the vertical direction can take various positions depending on the form of the fermenter. The form of the fermenter is not limited to a cylindrical shape as shown in FIG. 1, for example, and may be a form as shown in FIGS.

例えば、図１に示す円筒形の場合には、菌体濃度ｄ１は、液面〜０．４Ｈ（液面高さＨ）までの深さ領域（ａ）に設けた菌体濃度測定点Ａで測定する。そのためにその位置に濃度計１２を設置する。また菌体濃度ｄ２は、０．２Ｈ〜０．８Ｈまでの深さ領域（ｂ）に設けた菌体濃度測定点Ｂで測定する。測定のために菌体濃度測定点の位置に濃度計１３を設置する。菌体濃度を測定する濃度計としては、濁度計（吸光度測定）などが挙げられる。なお、菌体濃度測定点Ａは菌体濃度測定点Ｂよりも常に上に設けられる。   For example, in the case of the cylindrical shape shown in FIG. 1, the bacterial cell concentration d1 is measured at the bacterial cell concentration measurement point A provided in the depth region (a) from the liquid level to 0.4H (liquid level height H). taking measurement. For this purpose, a densitometer 12 is installed at that position. The bacterial cell concentration d2 is measured at the bacterial cell concentration measurement point B provided in the depth region (b) from 0.2H to 0.8H. For the measurement, a densitometer 13 is installed at the position of the bacterial cell concentration measurement point. Examples of the concentration meter for measuring the bacterial cell concentration include a turbidimeter (absorbance measurement). The bacterial cell concentration measurement point A is always provided above the bacterial cell concentration measurement point B.

図４に示すような円筒形以外の形態の発酵槽において濃度測定位置を一義的に決定するには、直径（Ｒ）に対する液面高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｒ）が、０．５〜２．０であれば、上記の円筒形の深さ領域を適用できる。   In order to uniquely determine the concentration measurement position in a fermenter having a form other than the cylindrical shape as shown in FIG. 4, the ratio (H / R) of the liquid level height (H) to the diameter (R) is set to 0. If it is 5-2.0, said cylindrical depth area | region is applicable.

なお、直径Ｒは、水平方向の槽断面の最大長さであり、角型の場合は対角線の長さのうち最大長さを指し、液面高さＨは発酵槽内のアルコール発酵液を液面から下方に向かって槽内部の底面までを指す。   The diameter R is the maximum length of the horizontal tank cross section. In the case of a square shape, the diameter R indicates the maximum length of the diagonal lines, and the liquid surface height H is the alcohol fermentation liquid in the fermenter. From the surface to the bottom, it points to the bottom of the tank.

また、濃度測定位置は、上記のように液面からの深さによって規定する方法以外に、発酵槽１内のアルコール発酵液の体積によって規定することもできる。   Moreover, the concentration measurement position can also be defined by the volume of the alcohol fermentation broth in the fermenter 1 in addition to the method defined by the depth from the liquid surface as described above.

たとえば、菌体濃度ｄ１は、液面〜０．４Ｖ（Ｖは発酵液の体積）までの深さ領域（ａ）に設けた菌体濃度測定点Ａで測定する。また菌体濃度ｄ２は、液面から０．２Ｖ〜液面から０．８Ｖまでの深さ領域（ｂ）に設けた菌体濃度測定点Ｂで測定する。   For example, the bacterial cell concentration d1 is measured at the bacterial cell concentration measurement point A provided in the depth region (a) from the liquid level to 0.4 V (V is the volume of the fermentation broth). The bacterial cell concentration d2 is measured at a bacterial cell concentration measurement point B provided in a depth region (b) from 0.2V to 0.8V from the liquid level.

本発明では、発酵槽下方に強制的な液流を発生する手段が設けられる。液流を強制的に発生させる手段は、主として攪拌機の回転によるものが好ましい。即ち、攪拌機だけでもよいし、攪拌機と空気曝気の併用のいずれでも良いが、制御の便宜性を考慮すれば攪拌機のみによることが好ましい。   In the present invention, means for generating a forced liquid flow is provided below the fermenter. The means for forcibly generating the liquid flow is preferably mainly due to the rotation of the stirrer. That is, only a stirrer or a combination of a stirrer and air aeration may be used, but it is preferable to use only a stirrer in consideration of convenience of control.

ここで、強制的な液流を発生させる手段が攪拌羽根である場合に、その攪拌羽根を設置する部位である「発酵槽下方」というのは、発酵槽液面高さＨに対して、液面から０．５Ｈより下方に設置させることが好ましく、より好ましくは液面から０．８Ｈより下方に設置されることである。   Here, when the means for generating a forced liquid flow is a stirring blade, the “fermenter bottom”, which is a part where the stirring blade is installed, It is preferable to be installed below 0.5H from the surface, more preferably from 0.8H below the liquid surface.

１５は攪拌機であり、１５Ａは攪拌機用モータ、１５Ｂは攪拌羽根であり、本発明では、板状のパドルが好ましい。攪拌羽根１５Ｂの設置位置は、図示の態様では、深さ領域（ｂ）の下方であり、攪拌方向は水平方向である。   Reference numeral 15 denotes a stirrer, 15A denotes a stirrer motor, and 15B denotes a stirring blade. In the present invention, a plate-shaped paddle is preferable. The installation position of the stirring blade 15B is below the depth region (b) in the illustrated embodiment, and the stirring direction is the horizontal direction.

具体的に説明すると、発酵槽の直径が１２６ｍｍであり、発酵槽内の液量が、１０００ｍＬ（発酵槽の底から８５ｍｍ）である場合、液面から７７ｍｍ下方に４枚板羽根（攪拌翼の回転最大径（Ｘ）６４ｍｍ、各羽の大きさは１５×１２ｍｍ）の中心が位置するように設けることが好ましい。液面から７７ｍｍ下方というのは、液面から０．９Ｈ（Ｈは液面深さ）の部位に当たる。   Specifically, when the diameter of the fermenter is 126 mm and the amount of liquid in the fermenter is 1000 mL (85 mm from the bottom of the fermenter), four plate blades (stirring blades) It is preferable to provide the center of the maximum rotation diameter (X) of 64 mm and the size of each wing of 15 × 12 mm. 77 mm below the liquid level corresponds to a portion 0.9H (H is the liquid surface depth) from the liquid level.

攪拌羽根の回転数は、３０〜１５０ｒｐｍが好ましく、より好ましくは４０〜１２０ｒｐｍの範囲、更に好ましくは５０〜１００ｒｐｍの範囲で適宜決められる。   The rotational speed of the stirring blade is preferably 30 to 150 rpm, more preferably 40 to 120 rpm, and still more preferably 50 to 100 rpm.

この回転数は、上記の発酵槽を使用して見出された数値であるので、発酵槽等の条件が異なれば好ましい回転数も変動する。即ち槽の大きさや攪拌羽根の直径、槽の深さが変わったときには、回転数はスケールアップあるいはスケールダウンの手法で考慮する必要がある。スケールアップあるいはスケールダウンするときには以下に述べる計算方法で算出される攪拌強度（動力）から求められる回転数を採用すればよい。   Since this rotation speed is a numerical value found using the fermenter, the preferable rotation speed varies if conditions such as the fermenter are different. That is, when the size of the tank, the diameter of the stirring blade, or the depth of the tank changes, the number of rotations needs to be considered by a scale-up or scale-down technique. When scale-up or scale-down is performed, the rotation speed obtained from the stirring intensity (power) calculated by the calculation method described below may be adopted.

参考に、実施例に用いた発酵槽の動力を求める。   For reference, the power of the fermenter used in the examples is determined.

発酵槽の機器データ（内径Ｄ：０．１２６ｍ、液深Ｈ：０．０８５ｍ、翼径ｄ：０．０６４ｍ、翼幅ｂ：０．０１２ｍ、攪拌速度：５０ｒｐｍ、４枚平羽根タービン（邪魔板なし）、）およびアルコール発酵液の物性データ（密度ρ：１．０６２（ｋｇ／ｍ３）、粘度μ：３５．５５（Ｐａ・ｓ））から、翼回転数ｎを求め（＝ ０．８３３ｓ−１）、次式にて攪拌レイノルズ数Ｒｅを求める（数１）。 Fermenter equipment data (inner diameter D: 0.126 m, liquid depth H: 0.085 m, blade diameter d: 0.064 m, blade width b: 0.012 m, stirring speed: 50 rpm, 4 flat blade turbine (baffle plate None)))) and the physical property data of the alcohol fermentation broth (density ρ: 1.062 (kg / m 3 ), viscosity μ: 35.55 (Pa · s)), the blade rotation speed n was determined (= 0.833 s). -1 ), the stirring Reynolds number Re is obtained by the following equation (Equation 1).

撹拌に必要な動力に関する無次元数である動力数Ｎｐ は、撹拌レイノルズ数Ｒｅ との関係から、邪魔板なしの場合の翼幅ｂ’の２枚羽根パドル翼に関する永田の式（数２）   From the relationship with the stirring Reynolds number Re, the power number Np, which is a dimensionless number related to the power required for stirring, is Nagata's formula for the two-blade paddle blade of the blade width b 'without the baffle plate (Expression 2)

を変形し、羽根枚数ｎｐ が２以外の場合には羽根枚数と羽根幅の積ｎｐ×ｂが同じである２枚羽根パドル翼、すなわち羽根幅ｂ’＝（ｎｐｂ）／２ として上式よりＮｐが推算される。４枚羽根（ｎｐ＝４）の場合、ｂ’＝（ｎｐｂ）／２＝０．０２４ｍ なので、低Ｒｅ 範囲および邪魔板無しの場合の動力数は永田の式（数２）より、Ｎｐ＝ ４９３４８７．８となり、この発酵槽において回転数５０ｒｐｍで攪拌するために必要な動力Ｐは、数３式によって求められ、０．３２５６５５Ｗとなる。 When the number of blades n p is other than 2, the two-blade paddle blade having the same number n of blades and the blade width np × b, that is, the blade width b ′ = (n p b) / 2 N p is estimated from the equation. In the case of four blades (n p = 4), b ′ = (n p b) /2=0.024 m, so the power number in the low Re range and no baffle is from Nagata's formula (Equation 2), N p = 4933487.8, and the power P required to stir at 50 rpm in this fermenter is determined by Equation 3 and is 0.325655W.

発酵槽の仕様や攪拌羽根の仕様等が変わる場合にも、上記のように動力を計算し、回転数を求めることができる。   Even when the specifications of the fermenter, the specifications of the stirring blades, and the like change, the power can be calculated as described above to determine the rotation speed.

次に本発明において、各菌体濃度測定点における菌体濃度の測定頻度は、３０分〜１時間に１回程度が液流制御、例えば攪拌制御を好適に行う上で好ましい。上記の測定データは、制御部１６に入力される。   Next, in the present invention, the measurement frequency of the bacterial cell concentration at each bacterial cell concentration measurement point is preferably about once every 30 minutes to 1 hour in order to suitably perform liquid flow control, for example, stirring control. The measurement data is input to the control unit 16.

以下に、本発明の高濃度アルコール連続生産制御方法における好ましい態様を説明する。   Below, the preferable aspect in the high concentration alcohol continuous production control method of this invention is demonstrated.

この態様は、菌体濃度測定点Ａの菌体濃度ｄ１と菌体濃度測定点Ｂの菌体濃度ｄ２に依拠して、攪拌機の回転を制御する方式である。   This mode is a method of controlling the rotation of the stirrer based on the cell concentration d1 at the cell concentration measurement point A and the cell concentration d2 at the cell concentration measurement point B.

図２に示すフローチャートの如く、菌体濃度測定点Ａの菌体濃度ｄ１、菌体濃度測定点Ｂの菌体濃度ｄ２が測定されると（Ｓ１）、そのデータは図３に示す制御部１６の入力部１６０に入力される（Ｓ２）。入力された測定データは記憶部１６１に保存することも好ましい。   When the bacterial cell concentration d1 at the bacterial cell concentration measurement point A and the bacterial cell concentration d2 at the bacterial cell concentration measurement point B are measured (S1) as shown in the flowchart of FIG. 2, the data is the control unit 16 shown in FIG. Is input to the input unit 160 (S2). It is also preferable to store the input measurement data in the storage unit 161.

入力部１６０から送られたデータは、判断手段１６２において、所定の判断がなされ、その判断結果は出力部１６３に送られ、出力部１６３で制御用の出力信号に変換され、その制御信号は攪拌機１５に送られ、攪拌羽根の回転の停止又は開始が制御される。   The data sent from the input unit 160 is subjected to a predetermined judgment in the judging means 162, the judgment result is sent to the output unit 163, and the output unit 163 converts it into an output signal for control. 15, the stop or start of the rotation of the stirring blade is controlled.

判断手段１６２は、菌体濃度測定点Ａの菌体濃度ｄ１と菌体濃度測定点Ｂの菌体濃度ｄ２の比（ｄ２／ｄ１）を算出し、その比が１．７以上６．６以下の範囲にあるか否か判断する（Ｓ３）。制御に用いるｄ２／ｄ１の値は、好ましくは２．０以上６．０以下、更に好ましくは２．３以上５．６以下である。   The judging means 162 calculates the ratio (d2 / d1) of the cell concentration d1 at the cell concentration measurement point A and the cell concentration d2 at the cell concentration measurement point B, and the ratio is 1.7 or more and 6.6 or less. It is judged whether it is in the range of (S3). The value of d2 / d1 used for control is preferably 2.0 or more and 6.0 or less, and more preferably 2.3 or more and 5.6 or less.

図示の例では、２．３以上５．６以下の範囲に閾値を設定した場合を代表的事例として説明している。   In the illustrated example, a case where a threshold value is set in a range of 2.3 to 5.6 is described as a representative case.

２．３以上５．６以下の範囲にある場合には攪拌機の回転は測定時の状態を維持する。   When it is in the range of 2.3 or more and 5.6 or less, the rotation of the stirrer maintains the state at the time of measurement.

２．３以上５．６以下の範囲にない場合には、攪拌機の回転を調整する（Ｓ４）。   If not in the range of 2.3 to 5.6, the rotation of the stirrer is adjusted (S4).

即ち、２．３未満である場合は、出力部１６３から攪拌機１５に停止信号を送り、攪拌羽根の回転を停止するか又は回転数を減少させる。   That is, when it is less than 2.3, a stop signal is sent from the output unit 163 to the stirrer 15, and the rotation of the stirring blade is stopped or the number of rotations is decreased.

２．３未満とは、攪拌が強すぎてアルコール発酵液が抜き取られる発酵槽上部にも菌体が多く存在し、流出しやすくなっているということである。攪拌機１５の回転が停止した状態または、回転数が減少した状態にすると、菌体の沈降が進むので、菌体濃度ｄ１が菌体濃度ｄ２に対して小さくなり、ｄ２／ｄ１の値は大きくなる。   Less than 2.3 means that there are a lot of cells in the upper part of the fermenter where the alcohol fermentation broth is extracted because the stirring is too strong, and it is easy to flow out. When the rotation of the stirrer 15 is stopped or the number of rotations is reduced, the sedimentation of the bacterial cells proceeds, so that the bacterial cell concentration d1 becomes smaller than the bacterial cell concentration d2, and the value of d2 / d1 becomes larger. .

一方、５．６を超えている場合は出力部１６３から攪拌機１５に開始信号を送り、攪拌羽根の回転を開始するか又は回転数を増加させる。   On the other hand, when it exceeds 5.6, a start signal is sent to the stirrer 15 from the output part 163, and rotation of a stirring blade is started or the number of rotations is increased.

本態様において、閾値の上限値を超えているときは、攪拌が弱すぎて菌体が必要以上に沈降し、層ゾーン（圧密ゾーン）が形成され始めていると考えられる。この状態は、アルコール原料と酵母の反応効率が悪くなっているということである。攪拌羽根の回転を開始した状態または回転数を増加させた状態にすると、攪拌によって菌体の沈降が解消されるので菌体濃度ｄ１が菌体濃度ｄ２に対して大きくなり、ｄ２／ｄ１の値は小さくなる。   In this embodiment, when the upper limit value of the threshold is exceeded, it is considered that the agitation is too weak and the cells settle more than necessary, and a layer zone (consolidation zone) is starting to be formed. This state means that the reaction efficiency between the alcohol raw material and the yeast has deteriorated. When the rotation of the stirring blade is started or the number of rotations is increased, sedimentation of the cells is eliminated by stirring, so that the cell concentration d1 becomes larger than the cell concentration d2, and the value of d2 / d1 Becomes smaller.

攪拌羽根の回転を調整した後は、再度ｄ１及びｄ２を測定する。   After adjusting the rotation of the stirring blade, d1 and d2 are measured again.

回転調整の効果を確認する上では、回転調整を行った後の測定は、調整から１分以上、好ましくは３分以上間をおいて行うことが望ましい。   In order to confirm the effect of the rotation adjustment, it is desirable that the measurement after the rotation adjustment is performed at least 1 minute, preferably at least 3 minutes after the adjustment.

以上、本発明の好ましい態様を説明したが、本発明において、凝集沈殿性を有する酵母としては、上記ｄ２／ｄ１が上記のような値を示す沈降性を備えた酵母であれば構わないが、好ましくは、サッカロマイセス属セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）ＡＭ１２菌株（ＡＭ１２菌）からなる酵母が用いられる。   As mentioned above, although the preferable aspect of this invention was demonstrated, as long as the yeast which has the sedimentation property in which d2 / d1 shows the above values as a yeast which has a coagulation sedimentation property, Preferably, yeast consisting of Saccharomyces cerevisiae AM12 strain (AM12 strain) is used.

ＡＭ１２菌は、工業技術院生物工業研究所 微生物工業技術研究所（現：独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター（ＩＰＯＤ））に、微工研受託番号第６７４９号として寄託されており、入手できる。   AM12 has been deposited with the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Depositary (IPOD)) as the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, under No. 6749. Available.

本発明は、発酵槽内の攪拌動力を調整し、凝集と混合のバランスを取って酵母菌体濃度が薄い部分と濃い部分を作り出すので、酵母菌体の発酵槽外への流出防止と、アルコール原料と酵母の効率的な接触の促進をはかることができる。   Since the present invention adjusts the stirring power in the fermenter and balances the aggregation and mixing to produce a portion with a low yeast cell concentration and a portion with a high concentration, preventing the yeast cells from flowing out of the fermenter and alcohol. It is possible to promote efficient contact between the raw material and the yeast.

すなわち、発酵槽上部（薄い部分）から引き抜くアルコール発酵液に含まれる酵母菌体の濃度が１４ｇ（乾燥重量）／Ｌ未満、好ましくは１０ｇ（乾燥重量）／Ｌ未満、より好ましくは７ｇ（乾燥重量）／Ｌ未満であり、発酵槽の上下方向の中間部位（濃い部分）における酵母菌体の濃度が、３１〜３８ｇ（乾燥重量）／Ｌ、より好ましくは３２〜３７ｇ（乾燥重量）／Ｌ、更に好ましくは３３〜３６ｇ（乾燥重量）／Ｌとなる。   That is, the concentration of yeast cells contained in the alcohol fermentation liquid drawn from the upper part (thin part) of the fermenter is less than 14 g (dry weight) / L, preferably less than 10 g (dry weight) / L, more preferably 7 g (dry weight). ) / L, and the concentration of the yeast cells in the intermediate portion (dark portion) in the vertical direction of the fermenter is 31-38 g (dry weight) / L, more preferably 32-37 g (dry weight) / L, More preferably, it is 33 to 36 g (dry weight) / L.

本発明において、発酵槽内のアルコール発酵液中の平均酵母菌体濃度は、２０〜３３ｇ（乾燥重量）／Ｌ、好ましくは２５〜３２ｇ（乾燥重量）／Ｌ、より好ましくは、２６〜３１ｇ（乾燥重量）／Ｌである。なお、ここで平均酵母菌体濃度とは、完全混合状態の時に測定される菌体濃度であり、発酵槽内の全酵母菌体量（乾燥重量：ｇ）を発酵槽内のアルコール発酵液量（Ｌ）で除した値に等しい。   In the present invention, the average yeast cell concentration in the alcoholic fermentation broth in the fermenter is 20 to 33 g (dry weight) / L, preferably 25 to 32 g (dry weight) / L, more preferably 26 to 31 g ( Dry weight) / L. Here, the average yeast cell concentration is a cell concentration measured in a completely mixed state, and the total amount of yeast cells in the fermenter (dry weight: g) is the amount of alcohol fermentation liquid in the fermenter. Equal to the value divided by (L).

本発明で用いるアルコール原料は、穀物由来の原料が好ましく、例えば米、麦、イモなどは糖濃度が高いので好ましい例として挙げられる。糖濃度としては、穀物原料の糖化反応効率の観点から、グルコース換算で１００〜３００ｇ／Ｌの範囲が好ましく、より好ましくは１５０〜２００ｇ／Ｌの範囲である。   The alcohol raw material used in the present invention is preferably a cereal-derived raw material. For example, rice, wheat, potato and the like have high sugar concentrations, and are preferred examples. The sugar concentration is preferably in the range of 100 to 300 g / L, more preferably in the range of 150 to 200 g / L in terms of glucose, from the viewpoint of saccharification reaction efficiency of the grain raw material.

希釈率（アルコール原料供給速度を培養体積で割った値）は好ましくは０．１〜０．３の範囲であり、より好ましくは０．１４〜０．１８の範囲である。   The dilution rate (value obtained by dividing the alcohol raw material supply rate by the culture volume) is preferably in the range of 0.1 to 0.3, more preferably in the range of 0.14 to 0.18.

ＡＭ１２菌は、前述のように高いアルコール生産性を持つのでその能力を生かすには、発酵槽に供給するアルコール原料を増やし（希釈率を上げる）、次々とアルコールを生産すればよい。   Since the AM12 bacteria have high alcohol productivity as described above, the alcohol raw material supplied to the fermenter can be increased (increase the dilution rate) and alcohol can be produced one after another in order to make use of its ability.

しかし、希釈率を上げると、発酵槽の底部から供給されるアルコール原料によって起こる液流が、菌体を巻き上げ、攪拌の作用をもたらし、菌体が流出してしまうことがある。本発明の制御方法では、発酵槽内の状態を、ｄ２／ｄ１といった菌体濃度の比によって判断し、発酵槽内の攪拌機の回転を調整するので、こういった場合でも、菌体の流出を抑え、好適な菌体濃度分布になるようにすることができる。   However, when the dilution rate is increased, the liquid flow caused by the alcohol raw material supplied from the bottom of the fermenter may roll up the cells and cause a stirring action, and the cells may flow out. In the control method of the present invention, the state in the fermenter is judged by the ratio of the bacterial cell concentration such as d2 / d1, and the rotation of the stirrer in the fermenter is adjusted. It can suppress and it can be set as a suitable bacterial cell concentration distribution.

本発明のアルコール生産方法によって発酵槽内の菌体量を多く維持することで、高負荷の連続アルコール生産にも対応できるようになり、結果としてアルコール生産性を上げることができる。   By maintaining a large amount of bacterial cells in the fermenter by the alcohol production method of the present invention, it becomes possible to cope with high-load continuous alcohol production, and as a result, alcohol productivity can be increased.

本発明において、発酵槽内に空気供給管（図１における符号１７）を設けることもできる。   In the present invention, an air supply pipe (reference numeral 17 in FIG. 1) may be provided in the fermenter.

空気量は酸素補給の意味で０．１〜０．２（ｖｖｍ）が好ましく、より好ましくは０．１２５〜０．１７（ｖｖｍ）の範囲である（ｖｖｍ：volume gas / (volume liquid / minute)）。酵母の菌体増殖を促す上では、アルコール発酵を阻害しない範囲で、できるだけ多くの空気を供給できることが好ましい。   The amount of air is preferably 0.1 to 0.2 (vvm) in terms of oxygen supplementation, more preferably 0.125 to 0.17 (vvm) (vvm: volume gas / (volume liquid / minute) ). In order to promote the growth of yeast cells, it is preferable that as much air as possible can be supplied as long as alcohol fermentation is not inhibited.

発酵槽内の培養液の温度は、格別限定されないが、酵母の至適発酵温度の観点から、４０℃以下が好ましく、より好ましくは３０〜３５℃の範囲である。温度調節には、ヒーターおよび冷却器などの調節手段を採用できるが、格別限定されない。   Although the temperature of the culture solution in a fermenter is not specifically limited, 40 degreeC or less is preferable from a viewpoint of the optimal fermentation temperature of yeast, More preferably, it is the range of 30-35 degreeC. For temperature adjustment, adjustment means such as a heater and a cooler can be adopted, but there is no particular limitation.

ｐＨは、格別限定されないが、酵母の至適ｐＨの観点から、３〜７の範囲が好ましく、より好ましくは３．５〜５．０の範囲である。ｐＨ調整手法としては、ｐＨメータで計測したデータに基づきｐＨ調整剤を連続的に供給してｐＨを調整するｐＨ制御システムを採用することができる。   Although pH is not specifically limited, From the viewpoint of the optimum pH of yeast, the range of 3-7 is preferable, More preferably, it is the range of 3.5-5.0. As a pH adjustment method, a pH control system that adjusts pH by continuously supplying a pH adjusting agent based on data measured by a pH meter can be employed.

以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はかかる実施例によって限定されない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to such examples.

実施例１
＜図１に示す発酵槽による連続発酵＞
ＡＭ１２菌を用いて、発酵槽にアルコール原料（グルコース）を供給すると共に、供給する原料と同じ速度で発酵液（培養液）を抜き出し、連続発酵を菌体リサイクルなしで行った。以下の実験では、発酵槽内に存在するＡＭ１２菌酵母菌体は、単に菌体ともいう。 Example 1
<Continuous fermentation by the fermenter shown in FIG. 1>
While supplying alcohol raw material (glucose) to a fermenter using AM12 bacteria, the fermentation liquid (culture liquid) was extracted at the same speed as the raw material supplied, and continuous fermentation was performed without bacterial cell recycling. In the following experiment, AM12 fungal yeast cells present in the fermenter are also simply referred to as fungal cells.

発酵槽は、直径１２６ｍｍであり、発酵槽内の液量は、１０００ｍＬ（発酵槽の底から液面までの高さ（Ｈ）は８５ｍｍ）である。   The fermenter has a diameter of 126 mm, and the amount of liquid in the fermenter is 1000 mL (the height (H) from the bottom of the fermenter to the liquid level is 85 mm).

発酵槽の運転条件は、温度３０℃、ｐＨ５、アルコール原料中の糖濃度は、グルコース換算で２００ｇ／Ｌである。   The operating conditions of the fermenter are a temperature of 30 ° C., pH 5, and the sugar concentration in the alcohol raw material is 200 g / L in terms of glucose.

＜実験１＞
本実験は、発酵槽内の攪拌を制御する際の制御因子である菌体濃度測定点Ａ、菌体濃度測定点Ｂ、菌体濃度測定点Ｃにおける各菌体濃度ｄ１、ｄ２、ｄ３と、槽内の攪拌機の回転数との関係を調べた。本実験では、Ａ点、Ｂ点の他にＣ点も設けている。 <Experiment 1>
In this experiment, the bacterial cell concentration measurement point A, the bacterial cell concentration measurement point B, and the bacterial cell concentration measurement point C, which are control factors for controlling the stirring in the fermenter, The relationship with the rotation speed of the stirrer in the tank was investigated. In this experiment, C point is provided in addition to A point and B point.

菌体濃度測定点Ａは液面下１０ｍｍ（０．１１Ｈ）、菌体濃度測定点Ｂは、液面下５０ｍｍ（０．５８Ｈ）、菌体濃度測定点Ｃ（図示せず）は液面下８０ｍｍ（０．９４Ｈ）に設定した。   The bacterial cell concentration measurement point A is 10 mm (0.11H) below the liquid level, the bacterial cell concentration measurement point B is 50 mm (0.58H) below the liquid level, and the bacterial cell concentration measurement point C (not shown) is below the liquid level. It was set to 80 mm (0.94H).

攪拌機は攪拌羽根（４枚板羽根：攪拌翼の回転最大径６４ｍｍ、各羽の大きさは１５×１２ｍｍ）が液面から７７ｍｍ下方（０．９１Ｈ）に羽根の中心が位置するように設置し、回転数を変更可能なものを用いた。   The stirrer is installed so that the center of the blade is located 77mm below the liquid level (0.91H) with a stirring blade (four plate blades: maximum rotating blade diameter of 64mm, each blade size is 15x12mm) The one that can change the rotation speed was used.

その結果を図５に示す。   The result is shown in FIG.

図５に示すように、運転開始の回転数は３００ｒｐｍに設定し、回転数を減少して行った。菌体濃度測定点Ａにおけるの菌体濃度は、２５０ｒｐｍで低下し始め、５０ｒｐｍでは菌体濃度６．２ｇ／Ｌ程度まで低下した。つまり５０ｒｐｍであれば、液面〜０．２Ｈの菌体濃度は極めて低く、菌体の流出の危険性がほとんど心配ないと言える。   As shown in FIG. 5, the rotation speed at the start of operation was set to 300 rpm, and the rotation speed was decreased. The cell concentration at the cell concentration measurement point A began to decrease at 250 rpm, and decreased to about 6.2 g / L at 50 rpm. In other words, at 50 rpm, the bacterial cell concentration from the liquid level to 0.2H is extremely low, and it can be said that there is almost no risk of the bacterial cell outflow.

菌体濃度測定点Ｂの菌体濃度は、回転数が５０ｒｐｍまで減少させてもほとんど低下しないことがわかった。５０ｒｐｍ以下になるとｄ２の菌体濃度は減少していく。   It was found that the bacterial cell concentration at the bacterial cell concentration measurement point B hardly decreased even when the rotational speed was reduced to 50 rpm. When it becomes 50 rpm or less, the bacterial cell concentration of d2 decreases.

凝集と混合のバランスを取って酵母菌体濃度が薄い部分と濃い部分を作り出し、酵母菌体の発酵槽外への流出防止と、アルコール原料と酵母の効率的な接触を促すうえでは、ｄ２／ｄ１の値が大きく、かつ、アルコール原料と酵母の反応（接触）効率が悪い層ゾーンを形成せずにｄ２の濃度が高くなっている（図５で菌体濃度を示す曲線がピークを示す）回転数の範囲が効率的と考え、図５から３０〜１５０ｒｐｍにおける濃度比（ｄ２／ｄ１）を求めた。   The balance between aggregation and mixing creates a portion with low and high yeast cell concentration to prevent the yeast cell from flowing out of the fermenter and to promote efficient contact between the alcohol raw material and the yeast. The concentration of d2 is high without forming a layer zone where the value of d1 is large and the reaction (contact) efficiency of the alcohol raw material and yeast is poor (the curve showing the cell concentration in FIG. 5 shows a peak). The range of the number of rotations was considered efficient, and the concentration ratio (d2 / d1) at 30 to 150 rpm was determined from FIG.

３０ｒｐｍ、４０ｒｐｍ、５０ｒｐｍ、１００ｒｐｍ、１２０ｒｐｍ、１５０ｒｐｍにおける、ｄ２／ｄ１の値は、それぞれ６．６、６．０、５．６、２．３、２．０、１．７であった。   The values of d2 / d1 at 30 rpm, 40 rpm, 50 rpm, 100 rpm, 120 rpm, and 150 rpm were 6.6, 6.0, 5.6, 2.3, 2.0, and 1.7, respectively.

上記より、ｄ２／ｄ１の最小値は、１．７であり、最大値は６．６であった。   From the above, the minimum value of d2 / d1 was 1.7, and the maximum value was 6.6.

本発明では、上記の知見より、攪拌機の制御因子の閾値として、最小値ｄ２／ｄ１＝１．７、最大値ｄ２／ｄ１＝６．６を採用した。   In the present invention, based on the above findings, the minimum value d2 / d1 = 1.7 and the maximum value d2 / d1 = 6.6 were adopted as the threshold values of the control factor of the stirrer.

＜実験２＞
この実験は、ｄ２／ｄ１＝２．３、ｄ２／ｄ１＝５．６を閾値として、攪拌機の回転数の制御を行い、エタノール生産性に与える影響について調べた。 <Experiment 2>
In this experiment, d2 / d1 = 2.3 and d2 / d1 = 5.6 were used as threshold values to control the rotation speed of the stirrer, and the influence on ethanol productivity was examined.

実験１と同じ発酵槽を用いて、糖濃度が２００ｇ／Ｌ（グルコース換算）のアルコール原料を供給し、エタノールの連続生産を行った。   Using the same fermentor as in Experiment 1, an alcohol raw material having a sugar concentration of 200 g / L (in terms of glucose) was supplied, and ethanol was continuously produced.

なお、菌体濃度測定点の位置は実験１と同じである。   The position of the bacterial cell concentration measurement point is the same as in Experiment 1.

図６は発酵槽内の平均酵母菌体濃度、及び抜き取られたアルコール発酵液中のグルコース濃度、エタノール濃度を示すグラフ、図７はエタノール生産性と希釈率を示すグラフ、図８は攪拌の回転数と通気流量を示すグラフである。   FIG. 6 is a graph showing the average yeast cell concentration in the fermenter and the glucose concentration and ethanol concentration in the extracted alcohol fermentation broth, FIG. 7 is a graph showing ethanol productivity and dilution rate, and FIG. 8 is a rotation of stirring. It is a graph which shows a number and ventilation flow volume.

エタノール生産性を上げるため、菌体の増殖にあわせて、希釈率Ｄは、連続生産開始から２２日目までは０．１、２２〜３３日目までは０．１４、３３〜５０日目は０．１８と上げたが、希釈率を０．１８にした３３日目で、平均酵母菌体濃度（図６の四角印）が２０ｇ／Ｌを下回る量まで減少している。   In order to increase ethanol productivity, the dilution rate D is 0.1 from the start of continuous production until the 22nd day, 0.14 until the 22nd to the 33rd day, and 0.14, the 33rd to the 50th day. Although it was raised to 0.18, on the 33rd day when the dilution rate was set to 0.18, the average yeast cell concentration (square mark in FIG. 6) decreased to an amount below 20 g / L.

これは、希釈率が０．１８になったことによって、連続生産開始時の攪拌機の回転数１５０ｒｐｍでは、攪拌が強くなりすぎて菌体が上層に舞い上がり流出したためである。   This is because when the dilution rate was 0.18, the stirring was too strong at the rotation speed of the stirrer at the start of continuous production, so that the bacterial cells rose to the upper layer and flowed out.

さらに、エタノール濃度（図６の三角印）が低下し、グルコース濃度（図６の丸印；エタノールに変換されなかったアルコール原料）が上昇して、エタノール生産性が悪くなった。   Furthermore, the ethanol concentration (triangle mark in FIG. 6) decreased, the glucose concentration (circle mark in FIG. 6; alcohol raw material not converted to ethanol) increased, and ethanol productivity deteriorated.

ここで、本発明を用いて、回転数の調整を４０日目から行った。   Here, the rotation speed was adjusted from the 40th day using the present invention.

ｄ２／ｄ１＝２．３を未満だったので、回転数を減少させる制御を行ったところ、４１日目には平均酵母菌体濃度が３０ｇ／Ｌ以上になった。その結果、攪拌制御前のエタノール実濃度平均値は７５．２ｇ／Ｌであったが、攪拌制御後は９３．９ｇ／Ｌと上昇し、エタノール生産性も向上した（表１）。また、回転数を減少させて運転を続けることによりｄ２／ｄ１の値が上昇し、５．６を超えたときには、回転数を増加させる制御を行った。   Since d2 / d1 was less than 2.3, the average yeast cell concentration was 30 g / L or more on the 41st day when control to reduce the rotation speed was performed. As a result, the average value of the actual ethanol concentration before stirring control was 75.2 g / L, but increased to 93.9 g / L after stirring control, and ethanol productivity was also improved (Table 1). Further, when the value of d2 / d1 was increased by continuing the operation while decreasing the rotation speed and exceeded 5.6, control was performed to increase the rotation speed.

なお、本実施例の発酵槽は円筒状であることから、０．５８Ｈの深さ地点にある菌体濃度測定点Ｂは液面から０．２Ｖ〜液面から０．８Ｖまでの深さ領域（ｂ）にあり、０．１１Ｈの深さ地点にある菌体濃度測定点Ａは液面〜０．４Ｖ（Ｖは発酵液の体積）までの深さ領域（ａ）にある。   In addition, since the fermenter of a present Example is cylindrical shape, the fungus | concentration density | concentration measurement point B in the depth point of 0.58H is a depth area | region from 0.2V to 0.8V from a liquid level. In (b), the cell concentration measurement point A at the depth point of 0.11H is in the depth region (a) from the liquid level to 0.4 V (V is the volume of the fermentation broth).

本発明に使用できる発酵槽の一例を示す概略図Schematic showing an example of a fermenter that can be used in the present invention 本発明の制御の一例を示すフローチャートThe flowchart which shows an example of the control of this invention 制御部の概略図Schematic diagram of the control unit 本発明に用いることができる発酵槽の形状の他の例を示す図The figure which shows the other example of the shape of the fermenter which can be used for this invention 攪拌機の回転数と菌体濃度の関係を示すグラフGraph showing the relationship between the rotation speed of the stirrer and the bacterial cell concentration 酵母菌体濃度とグルコース濃度、エタノール濃度を示すグラフGraph showing yeast cell concentration, glucose concentration, and ethanol concentration エタノール生産性と希釈率を示すグラフGraph showing ethanol productivity and dilution rate 攪拌機の回転数と通気流量を示すグラフGraph showing stirrer speed and flow rate

符号の説明Explanation of symbols

１：発酵槽
１０：原料供給口
１１：排出口
１２：菌体濃度測定点Ａにおける菌体濃度を測定する濃度計
１３：菌体濃度測定点Ｂにおける菌体濃度を測定する濃度計
１５：攪拌機
１５Ａ：攪拌機用モータ
１５Ｂ：攪拌羽根
１６：制御部
１６０：入力部
１６１：記憶部
１６２：判断手段
１６３：出力部
１７：空気供給管 1: Fermenter 10: Raw material supply port 11: Discharge port 12: Densitometer that measures the cell concentration at the cell concentration measurement point A 13: Densitometer that measures the cell concentration at the cell concentration measurement point B 15: Stirrer 15A: Stirrer motor 15B: Stirrer blade 16: Control unit 160: Input unit 161: Storage unit
162: Determination means 163: Output unit 17: Air supply pipe

Claims (6)

発酵槽内に凝集沈殿性を有する酵母を存在させ、発酵槽にアルコール原料を供給してアルコール発酵を行う際に、発酵槽下方にアルコール発酵液の強制的な液流を発生させてアルコールを生産するアルコール連続生産方法であって、
前記発酵槽の直径Ｒ（水平方向の槽断面の最大長さ）に対する前記アルコール発酵液の液面高さＨ（発酵槽内のアルコール発酵液を液面から下方に向かって槽内部の底面まで）の比（Ｈ／Ｒ）が、０．５〜２．０の範囲における発酵槽において、
該アルコール発酵液の液面高さＨに対して液面〜０．４Ｈまでの深さ領域に位置する酵母菌体濃度測定点Ａと、
液面高さＨに対して０．２Ｈ〜０．８Ｈまでの深さ領域で、前記菌体濃度測定点Ａよりも常に下方に位置する酵母菌体濃度測定点Ｂとの両方で、
菌体濃度ｄ１と菌体濃度ｄ２を各々測定し、
該菌体濃度ｄ１は菌体濃度ｄ２より濃度が小さく、
該菌体濃度ｄ１と菌体濃度ｄ２の比（ｄ２／ｄ１）が２．３以上５．６以下となるように発酵槽下方の液流を制御することを特徴とする高濃度アルコール連続生産方法。 In the fermenter, there is a coagulation-precipitating yeast, and when alcohol is fermented by supplying alcohol raw material to the fermenter, alcohol is produced by generating a forced flow of the alcohol fermented liquid below the fermenter. A continuous production method of alcohol,
Liquid level height H of the alcoholic fermentation liquid with respect to the diameter R of the fermenter (maximum length of the horizontal section of the tank) (alcohol fermentation liquid in the fermenter from the liquid surface downward to the bottom inside the tank) In the fermenter in the ratio (H / R) of 0.5-2.0,
Yeast cell concentration measurement point A located in a depth region from the liquid level to 0.4H with respect to the liquid level height H of the alcohol fermentation liquid,
In both the yeast cell concentration measurement point B, which is always located below the cell concentration measurement point A, in the depth region from 0.2H to 0.8H with respect to the liquid level height H,
Measure cell density d1 and cell density d2 respectively,
The cell concentration d1 is smaller than the cell concentration d2,
A high-concentration alcohol continuous production method characterized by controlling the liquid flow below the fermenter so that the ratio (d2 / d1) of the bacterial cell concentration d1 to the bacterial cell concentration d2 is 2.3 or more and 5.6 or less. . 発酵槽内に凝集沈殿性を有する酵母を存在させ、発酵槽にアルコール原料を供給してアルコール発酵を行う際に、発酵槽下方にアルコール発酵液の強制的な液流を発生させてアルコールを生産するアルコール連続生産方法であって、In the fermenter, there is a coagulation-precipitating yeast, and when alcohol is fermented by supplying alcohol raw material to the fermenter, alcohol is produced by generating a forced flow of the alcohol fermented liquid below the fermenter. A continuous production method of alcohol,
該発酵槽のアルコール発酵液の液面〜０．４Ｖ（Ｖは発酵液の体積）までの深さ領域に位置する酵母菌体濃度測定点Ａと、Yeast cell concentration measurement point A located in the depth region from the liquid level of the alcohol fermented liquid in the fermenter to 0.4 V (V is the volume of the fermented liquid);
該菌体濃度測定点Ａよりも常に下方に位置してなり、液面から０．２Ｖ〜液面から０．８Ｖまでの深さ領域に位置する菌体濃度測定点Ｂとの両方で、The cell concentration measurement point A is always located below the cell concentration measurement point A, and both the cell concentration measurement point B located in the depth region from 0.2V to 0.8V from the liquid level,
菌体濃度ｄ１と菌体濃度ｄ２を各々測定し、Measure cell density d1 and cell density d2 respectively,
該菌体濃度ｄ１は菌体濃度ｄ２より濃度が小さく、The cell concentration d1 is smaller than the cell concentration d2,
該菌体濃度ｄ１と菌体濃度ｄ２の比（ｄ２／ｄ１）が２．３以上５．６以下となるように発酵槽下方の液流を制御することを特徴とする高濃度アルコール連続生産方法。A high-concentration alcohol continuous production method characterized by controlling the liquid flow below the fermenter so that the ratio (d2 / d1) of the bacterial cell concentration d1 to the bacterial cell concentration d2 is 2.3 or more and 5.6 or less. . 前記凝集沈殿性を有する酵母が、サッカロマイセス属セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）ＡＭ１２菌株（受託番号：ＦＥＲＭ ＢＰ−７９８）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高濃度アルコール連続生産方法。 The method for continuously producing high-concentration alcohol according to claim 1 or 2, wherein the yeast having the aggregation and precipitation property is Saccharomyces cerevisiae AM12 strain (Accession Number: FERM BP-798) . 前記発酵槽内の平均酵母菌体濃度が、２０〜３３ｇ（乾燥重量）／Ｌであることを特徴とする請求項１、２又は３記載の高濃度アルコール連続生産方法。 The average yeast cell concentration in the fermenter is, 20~33g (dry weight) / claims 1, 2 or 3 high-concentration alcohol continuous production method, wherein the L is. 前記発酵槽下方に液流を強制的に発生させる手段が、主として攪拌機の回転によるものであり、前記菌体濃度ｄ１と菌体濃度ｄ２の比（ｄ２／ｄ１）が、２．３未満の場合には該攪拌機の回転を停止するか又は回転数を減少し、ｄ２／ｄ１が５．６を越えている場合には攪拌機の回転を開始するか又は回転数を増加するように攪拌機の回転を制御することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の高濃度アルコール連続生産方法。 The means for forcibly generating a liquid flow below the fermenter is mainly due to rotation of a stirrer, and the ratio (d2 / d1) of the bacterial cell concentration d1 to the bacterial cell concentration d2 is less than 2.3. The rotation of the stirrer is stopped or the rotation speed is decreased, and when d2 / d1 exceeds 5.6 , the rotation of the agitator is started or the rotation speed of the agitator is increased. It controls, The high concentration alcohol continuous production method in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. 菌体濃度の測定を、濁度計によって行うことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の高濃度アルコール連続生産方法。 The high concentration alcohol continuous production method according to any one of claims 1 to 5 , wherein the bacterial cell concentration is measured with a turbidimeter.
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