JP5257570B2

JP5257570B2 - エタノールの製造方法及びその製造施設

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Publication number: JP5257570B2
Application number: JP2007219305A
Authority: JP
Inventors: 武福森; 繁晴金本; 英則水野
Original assignee: Satake Corp
Current assignee: Satake Corp
Priority date: 2007-08-27
Filing date: 2007-08-27
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2027-08-27
Also published as: JP2009050195A

Description

本発明は、バイオマス資源を利用したエタノールの製造方法及びその製造施設に関する。特に、精米工場における無洗化処理工程からの副産物（いわゆる、研ぎ汁）を利用して、自動車用ガソリンの代替用などのバイオエタノールを製造する方法に関する。

各種生物学的材料からエタノールを製造する方法は周知であり、例えば、出発原料として、トウモロコシ等デンプン質が容易に糖化され得る材料を用い、この出発原料に醸造イースト菌等を添加してデンプン質を糖化・発酵処理し、次いで、発酵液を蒸留処理して水を分離するとエタノールが得られる。この際、副産物として二酸化炭素及び残渣物が生じるが、該二酸化炭素を単に大気に逃がすのではなく、再利用して工業用メタノール、アセチレン及びベンゼンを合成して有効活用する一方、残渣物については、動物飼料の補足物又は肥料として再利用する技術がある（特許文献１参照）。

上記出発原料に着目すると、わが国で作付けされている食用の穀物（米、小麦、大豆、サトウキビ等）を出発原料としてエタノールを製造することは、原料コストが非常に高いことと、残渣物から得られる動物飼料や植物肥料等が循環資源として再利用できるものの、ただ同然で取引されているために付加価値が低いという理由により、採算が合わず非現実的であった。したがって、出発原料としては、高価なデンプン質含有穀物を使用するのではなく、廃木材等のセルロース系廃棄物を用いると、経済的にも安く生産することができる。

しかしながら、上記廃木材等のセルロース系廃棄物を用いることについても、現在、研究開発段階であり、また、わが国で商業的なエタノール生産を行うにあたって継続的・恒常的に原料調達が可能であるか等の問題点がある。
特表昭５６−５０１３１１号公報

本発明は上記問題点にかんがみ、わが国で商業的なエタノール生産を行うにあたって継続的・恒常的に原料調達が可能であり、かつ、エタノール生産における副産物である二酸化炭素を有効活用するとともに、副産物である残渣物から付加価値の高い食品素材を製造することが可能なエタノールの生産方法及びその製造施設を提供することを技術的課題とする。

上記課題を解決するため本発明は、精米工場における無洗米化処理工程で回収される研ぎ汁に麹菌を接種して液化・糖化させるとともに、酵母を添加してアルコール発酵させてエタノールを生産するエタノール製造工程と、該エタノール製造工程でエタノールを製造する際に発生した二酸化炭素を回収し、これを脱脂用抽出溶媒として再利用して前記精米工場で回収される米糠等の副産物から機能性成分を抽出する機能性食品製造工程と、を備えるという技術的手段を講じた。

また、荷受された玄米を、粗選・精選を行った後、精米に加工し、さらに無洗米化処理を行って無洗米に仕上げる精米工場内に、前記無洗米化処理によって生じる研ぎ汁に麹菌を接種して液化・糖化させるとともに、酵母を添加してアルコール発酵させた後、蒸留処理するエタノール製造装置と、前記精米及び無洗米から取り分けた米糠などの外皮を圧搾し、圧搾後の搾り粕（かす）を脱脂処理して機能性成分を抽出する機能性食品製造装置と、前記エタノール製造装置で生産されたエタノールの副産物となる二酸化炭素を回収し、前記機能性食品製造工程に供給して脱脂用抽出溶媒として再利用する炭酸ガス回収・再利用装置と、を備えたエタノールの製造施設とするとよい。

本発明のエタノールの製造方法によれば、精米工場における無洗米化処理工程で回収される研ぎ汁を用いてエタノールを製造することができるので、近年の無洗米の急速な需要拡大により継続的、かつ、恒常的に、しかも安価に原料調達が可能となる。また、研ぎ汁は多数のデンプン粒子を含有するものであり、廃材木等のセルロース系廃棄物と比較しても容易に液化・糖化するため、不純物が少なく高濃度のエタノールを製造することが可能となる。また、研ぎ汁は液状であるために加水分解処理や粉砕処理が不要となる。さらに、エタノール製造工程でエタノールを製造する際に発生した二酸化炭素を回収し、これを脱脂用抽出溶媒として再利用して前記精米工場で回収される米糠等の副産物から機能性成分を抽出する機能性食品製造工程を備えているから、機能性食品を製造する際に、二酸化炭素を脱脂用抽出溶剤として使用するから無害であり、ｎ−ヘキサンのように食品素材中に灯油様の臭いが付着することもない。さらに、付加価値の高い食品素材を製造することで、エタノールを生産する際の採算性が飛躍的に向上する。

本発明のエタノールの製造方法は、出発原料として精米工場における無洗化処理工程からの研ぎ汁が用いられる。本発明者らは、炊飯時に研ぐ必要のない無洗化処理米が、近年、急速に需要拡大されていることにより、その副産物である研ぎ汁が継続的、かつ、恒常的に、しかも安価に原料調達が可能であることを見出した。また、研ぎ汁は多数のデンプン粒子を含有するものであり、廃木材等のセルロース系廃棄物と比較しても容易に液化・糖化するため、不純物が少なく高濃度のエタノールを製造することが可能であることを見出した。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明のエタノールの製造方法の工程を示すブロック図であり、図１を参照しながら本発明のエタノールの製造方法を説明する。

図１の工程１は、大規模穀物乾燥調製貯蔵施設であり、荷受された高水分の籾を、粗選、乾燥、貯留を行った後、籾摺機１に供給される。籾摺機１により原料籾が籾摺・精製されると、玄米は工程２の精米工場に出荷され、副産物となる籾殻は工程６のガス化発電設備に供給される。工程２の精米工場で使用される精米機２は、研削式精米機、摩擦式精米機、ブラシロールによる研磨式精米機、湿式摩擦式精米機など各種精米機を使用することができる。また、湿式摩擦式精米機を扱わない場合、精米機２の前工程に、玄米に対して２％重量の水を添加後、常温で５分間テンパリングを行う加水工程を設けるとよい。

ブラシロールによる研磨式精米機を用いた場合、ブラシロールの仕様としては、ブラシ素材がSUS304,ひねり線、線径が0.6mm、ブラシ長が25mmのものを使用するとよい。これにより、通常の突起部を有する摩擦式精穀ロールに比べて、胚乳回収率が向上し、砕米発生率が減少することが分かった（下表参照）。

そして、前記精米機２の副産物となる糠及び胚芽は工程４に供給され、精品となる白米は、ロータリシフタ又は色彩選別機からなる精選機３を経て無洗米製造装置４に供給される。そして、該無洗米製造装置４の副産物となる研ぎ汁は、まず、麹菌が投入されている発酵タンク５Aに供給されて液化され、次いで、発酵タンク５Bに供給されて糖化が行われる。発酵タンク５A，５Bでは、アミラーゼを分泌する麹菌が研ぎ汁のデンプン質を溶かして液化・糖化が行われて糖化液が作成される。この製法に限らず、特殊な酵母を用いて、麹菌によりデンプン質を糖化する工程を省略することも可能である。また、精選機３により精選された微砕粒を研ぎ汁に混合して処理することも可能である。次に、この糖化液は、工程３の酵母菌が投入されている発酵タンク６に供給されてアルコール発酵が行われる。

発酵タンク６では、酵母が糖化されたデンプン質を発酵してアルコールを生ずる働きをする。発酵タンク６Ｂから取り出されたエキスは、エタノール含有アルコールであり、次の蒸留装置７に供給される。蒸留装置７では、加熱蒸気を利用することによって、エタノール含有アルコールを熱して蒸留処理を行い、高濃度のエタノールが得られ、工業用エタノール、燃料用エタノールとして提供される。

図１の工程４は、前記工程2の精米機２で生じた副産物から付加価値の高い健康食品等を製造するための機能性食品製造工程を示す。

該機能性食品製造工程では、精米機２から取り分けた糠及び胚芽がそれぞれ油回収機８Ａ，８Ｂに供給される。該油回収機８Ａ，８Ｂは圧搾式の搾油機でよく、米糠油や胚芽油を得ることができる。次に、搾油された米糠油、胚芽油及びそれらの搾り粕（かす）はそれぞれ精油装置９Ａ，９Ｂに供給される。精油装置９Ａ，９Ｂには、二酸化炭素が送給されており、該二酸化炭素の性状としては、液体状態又は超臨界状態のものを使用することができる。この二酸化炭素は脱脂用抽出溶剤として使用するもので、ｎ−ヘキサンを使用しないので、無害であり、また、食品中に灯油様の臭いが付着することもない。脱脂用抽出溶媒としては、これらに限定されることなく、例えば、前記エタノール製造工程で得られたエタノールを使用することもできる。

前記精油装置９Ａ，９Ｂでは、米糠油及び胚芽油が得られ、これらは血液中のコレステロールを減少させるというγ-オリザノールが含有した健康食品、医薬品、化粧品、食品用油として提供される。一方、二酸化炭素により脱脂された搾り粕（かす）のうち、脱脂糠は微粉砕機１０に、脱脂胚芽は機能性成分抽出機１１にそれぞれ供給される。前記微粉砕機１０により粉砕された脱脂糠は、配合飼料を主に、漬物等の食品用粉末、肥料等として提供される。機能性成分抽出機１１に供給された脱脂胚芽は、酵素処理、エタノール抽出等によりγ-アミノ酪酸、フィチン酸、イノシトール、ビタミンＢ1といった機能性成分を抽出し、濃縮・乾燥・粉末化処理を経て、健康食品として提供される。

図１の工程５は、前記発酵タンク５Ａ，５Ｂ及び６の副産物である二酸化炭素を回収し、前記工程４に供給して再利用するための炭酸ガス回収・再利用装置である。エタノールを製造する際に発生する二酸化炭素を、単に大気に逃がさずに再利用する技術として、化学薬品に転換する方法及び石油化学製品の生産に転換する方法は公知であるが、機能性食品製造工程で使用することは知られていない。

図１の工程６は、前記籾摺機１の副産物である籾殻を回収し、ガス化発電機１２の燃料として用いるガス化発電工程である。該ガス化発電機１２は前記工程１乃至工程５の電気をまかなうことが可能であり、また、発電に伴い発生する排熱は、前記エタノール製造工程の蒸留装置７において使用する熱源に利用することができ、籾殻を循環資源として再利用することができる。

図２は本発明のエタノールの製造施設に適用される穀物乾燥調製施設の概略図である。穀物乾燥調製施設は、収穫された高水分の生籾を受け入れる荷受ホッパ１３と、藁屑等の夾雑物を除去する粗選機１４と、粗選された生籾を計量する計量機１６と、生籾を一時貯蔵する貯蔵タンク１９と、籾を乾燥する乾燥機２２とにより主要部が構成される。符号２６は間隙サイロであって、乾燥開始直後の籾をテンパリングするもので、籾が設定水分に乾燥されるまでは前記乾燥機２２と該間隙サイロ２６との間を循環しながらの乾燥が行われる。符号２５は間隙サイロ２６に併設された貯留サイロであって、籾が設定水分にまで乾燥された後に該貯留サイロ２５に貯留されることになる。

設定水分まで乾燥された籾は、搬出用コンベア２７、切換弁２８により貯留サイロ２５から取り出され、籾摺調製工程に搬送される。籾摺調製工程には、前述の籾摺機１と揺動式の穀粒選別機２９とが設けられている。籾摺機１に籾が供給されると、籾殻と玄米とに分離され、副産物となる籾殻は前記ガス化発電工程に供給される。一方、籾摺機１により摺り落とされた玄米と籾との混合物は揺動式選別機２９に供給され、該揺動式選別機２９において玄米と、籾と、籾と玄米の混合物とに選別される。選別後の玄米は次工程の精米機２に供給されるが、籾は籾摺機１に返還されて再籾摺りが行われ、混合物は揺動式選別機２９に返還されて再選別が行われることになる。

精米機２に供給された玄米は白米と糠・胚芽とに分離され、副産物の糠・胚芽が前記機能性食品製造工程に供給され、白米は次工程に至る。白米は、ロータリシフタ又は色彩選別機からなる精選機３を経て無洗米製造装置４に供給される。そして、該無洗米製造装置４の副産物となる研ぎ汁は、前記エタノール製造工程に供給されることになる。

図１の穀物調製加工工程１及び精米工程２において、原料籾55トンを籾摺、精米を行うと、精白米40トン、糠2.9トン、胚芽1.3トンが得られた。精選機３にて得られる微細粒は0.2トンであり、無洗米製造装置４にて排出される研ぎ汁1リットル中に含まれる米デンプン量は約2％であり、40トンの精白米を無洗化処理して得られた研ぎ汁から生じる米デンプン量は0.8トンである。この微細粒と研ぎ汁とを合わせた米デンプン量1トンが液化・糖化・発酵・蒸留処理されることになる。

エタノール製造工程２で得られたエタノールは、0.425キロリットル、工程５で回収された二酸化炭素は、0.325トンであった。機能性食品製造工程４において、糠2.9トン及び胚芽1.3トンを搾油・脱脂・精製処理を行うと、米糠油・胚芽油0.5トン、機能性成分0.3トン、食品用粉末3.7トンが得られた。

機能性成分の粉末100グラムあたりの成分含有量は表２のようになった。

本発明のエタノールの製造方法の工程を示すブロック図である。本発明のエタノールの製造施設に適用される穀物乾燥調製施設の概略図である。

符号の説明

１籾摺機
２精米機
３精選機
４無洗米製造装置
５発酵タンク
６発酵タンク
７蒸留装置
８油回収機
９精油装置
１０微粉砕機
１１機能性成分抽出機
１２ガス化発電機
１３荷受ホッパ
１４粗選機
１５揚穀機
１６計量機
１７揚穀機
１８搬入用コンベア
１９貯蔵タンク
２０排出用コンベア
２１揚穀機
２２乾燥機
２３揚穀機
２４搬入用コンベア
２５貯留サイロ
２６間隙サイロ
２７搬出用コンベア
２８切換弁
２９揺動選別機

Claims

精米工場における無洗米化処理工程で回収される研ぎ汁に麹菌を接種して液化・糖化させるとともに、酵母を添加してアルコール発酵させてエタノールを生産するエタノール製造工程と、
該エタノール製造工程でエタノールを製造する際に発生した二酸化炭素を回収し、これを脱脂用抽出溶媒として再利用して前記精米工場で回収される米糠等の副産物から機能性成分を抽出する機能性食品製造工程と、
を備えたことを特徴とするエタノールの製造方法。
荷受された玄米を、粗選・精選を行った後、精米に加工し、さらに無洗米化処理を行って無洗米に仕上げる精米工場内に、
前記無洗米化処理によって生じる研ぎ汁に麹菌を接種して液化・糖化させるとともに、酵母を添加してアルコール発酵させた後、蒸留処理するエタノール製造装置と、
前記精米及び無洗米から取り分けた米糠などの外皮を圧搾し、圧搾後の搾り粕（かす）を脱脂処理して機能性成分を抽出する機能性食品製造装置と、
前記エタノール製造装置で生産されたエタノールの副産物となる二酸化炭素を回収し、前記機能性食品製造工程に供給して脱脂用抽出溶媒として再利用する炭酸ガス回収・再利用装置と、
を備えたことを特徴とするエタノールの製造施設。