JPH01215292A - アルコールの連続的発酵生産方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、キシロース等の五炭糖類からエタノール、
キシリトール等のアルコールを連続的に発酵生産する方
法に関するものである。

（従来の技術と発明が解決しようとする課１１１）五炭
糖類を発酵させてアルコールを工業的に生産しうる方法
は未だ提案されていない、その理由としては次のことが
あげられる。

キシロース等の五炭糖類からアルコールを発酵生産する
場合、一般的な方法を適用して、単に五炭糖類に１炭糖
類資化性微生物を酸素の供給下で作用させて発酵させる
だけでは、五炭糖類を発酵槽で使用する微生物は一般的
にアルコール耐性が低いため、発酵槽内のアルコール濃
度は低く制限されており、従って、発酵槽内のアルコー
ル濃度を高くすることができず、単位発酵槽当りのアル
コール生産性が低い、また、五炭糖類資化性徴生物の増
殖速度か遅く、アルコールの生産性が低いため、生産量
を増大させるためには発酵槽の容積が大となり、さらに
は生産されるアルコ゛−ルの濃度が希薄なためにアルコ
ール回収に多大のエネルギーを必要とする等、未解決の
問題点が多く、工業的生産方法には程遠い、　　　゛ （課題を解決するための手段） 本発明者らは、これらの問題点を解決するために種々検
討した結果、先ず五炭糖類及び五炭糖類資化性微生物の
増殖源である六炭糖類を微生物増殖発酵槽へ供給し、酸
素を供給することにより、五炭糖類資化性微生物を増殖
させて六炭糖類を消費させた後、微生物増殖発酵槽から
五炭糖類及び五炭糖類資化性微生物を抜き出して五炭糖
類発酵槽へ供給して、五炭糖類の発酵を行い、五炭糖類
発酵槽から抜き出された発酵液中のアルコールが蒸発分
離される前に発酵液中の五炭糖類資化性微生物を分離除
去するか、又は発酵液中のアルコールを蒸発分離した後
の発酵液中の五炭糖類資化性微生物を分離除去して微生
物増殖発酵槽へ返送して微生物増殖発酵槽内の微生物濃
度を高めることにより、上記の欠点を完全に克服するこ
とができた。

すなわちこの発明は、１度糖類からアルコールを連続的
に生産するに当り、五炭糖類及び六炭糖類が１炭糖類資
化性微生物増殖発酵槽へ供給され、次いで該微生物増殖
発酵槽から抜き出された五炭糖類及び微生物が五炭糖類
発酵槽へ供給されることを特徴とするアルコールの連続
的発酵生産方法に関するものである。

この発明の方法において、五炭糖類として、例えば、キ
シロース、六炭糖類として１例えば、グルコース、セロ
ビオース、フラクトース、ラクトース等が発酵槽へ供給
される。

この発明の方法において、五炭糖類発酵槽で生産される
アルコールはエタノール、キシリトール等である。

この発明の方法において、五炭糖類資化性微生物は１例
えば、クルイベロマイセス・セロビオポラス（にｌｕｙ
ｖｅｒｏｍｙｃｅｓ　ｃｅｌｌｏｂｉｏｖｏｒｕｓ）　
、クルイベロマイセスΦラクティス（Ｋｌｕｙｖｅｒｏ
■ｙｃｅｓｌａｃｔｉｓ）、キャンデイダ・トロピカリ
ス（Ｃａｎｄ　１ｄａｔｒｏｐｉｃａｌｉｓ）、又はパ
キソレン・タノフィラス（Ｐａｃｈｙｓｏｌｅｎ　ｔａ
ｎｎｏｐｈｉｌｕｓ）等である。従って、微生物増殖発
酵槽では、前記五炭糖類発酵槽で使用される五炭糖類資
化性微生物が増殖される。

この発明において微生物増殖発酵槽中の五炭糖類資化性
微生物の濃度は１通常５ｇ／皇以上、好ましくは５〜１
００　ｇ／４とする。また五炭糖類発酵槽中の五炭糖類
資化性微生物の濃度は１通常５ｇ／１以上、好ましくは
５〜１００ｇ／！Ｌとする。この五炭糖類発酵槽の発酵
液は六炭糖類を実質的に含有しないものである。ここで
実質的に含有しないとは濃度１ｇ／ｌ以下をいう。

また発酵温度は、使用される微生物の種類によって定ま
り、発酵槽とも通常２０〜４５℃、好ましくは２５〜３
５℃である。

この発明の方法において、微生物増殖発酵槽としては例
えば浮遊性微生物の発酵槽が用いられ、五炭糖類発酵槽
としては例えば固定化微生物、凝集性微生物あるいは浮
遊性微生物の発酵槽が用いられる０通常微生物増殖発酵
槽や五炭糖類発酵槽に攪拌機付きの浮遊性微生物の発酵
槽が使用されるが、エアリフト式や曝気式の発酵槽も使
用することがてきる。

この発明の方法において、微生物増殖発酵槽へ返送され
る発酵液の返送量は原料互変糖類供給重量に対し、０〜
５倍の範囲内が好ましい、この量が多すぎると１発酵槽
内のアルコール濃度が著しく低下し、蒸発器で回収され
るアルコール濃度が希Ｂとなり、発酵液の循環に必要な
動力が増大する。

この発明の方法において、蒸発器は内蔵する棚段が多孔
板式、バブルキャップトレイ又は充填塔型式などである
ことが好ましい、多孔板式及びバルブキャップトレイ式
の場合、その段数は４〜１５理論段が好ましく、充填塔
型式の場合は、その理論段に相当する充填高さを有する
充填層が好ましい。

この発明の方法において、微生物増殖発酵層へ供給され
る五炭糖類の供給量と六炭糖類の供給量が重量比でｌ：
ｏ、０１〜１：０．５の範囲内が好ましい。六炭糖類の
比率が少なすぎると、１炭糖類発酵槽で五炭糖類を資化
するために必要とする五炭糖類資化性微生物の濃度を維
持することが困難となり、多すぎると、互変−糖類資化
性微生物は六炭糖類を完全に資化することができず、未
資（１，の六炭糖類が発酵層へ供給されることになる。

六炭糖類が少量でも１炭糖類発酵層へ供給されると、五
炭糖類資化性微生物により六炭糖類のアルコール発酵が
優先的に進み、五炭糖類のアルコール化活性が阻害され
、五炭糖類のアルコール化反応が進行しない、従って、
五炭糖類からアルコール収率が低下することとなる。

この発明の方法において、微生物増殖発酵槽へ供給され
る六炭糖類を微生物増殖発酵槽内で完全に消費するため
には°、微生物増殖発酵槽へ酸素が１〜２００ｇ−ｍ０
１−０２／ｒｒ１″・ｈｒの範囲内の供給速度で供給さ
れることが好ましい、この量が少なすぎると、五炭糖類
資化性微生物の増殖速度が極端に低下し、多すぎると、
増殖速度が速くなり、五炭糖類も五炭糖類資化性微生物
の増殖に消費されるため、五炭糖類から得られるアルコ
ールの収率が低下する。１炭糖類発酵槽へは１炭糖類発
酵微生物のアルコール収率が高い０．．１〜５０ｇ・■
ＯＩ　−０２・ゴ・ｈｒの範囲内の供給速度て酸素が供
給されることが好ましい、この量が少なすぎると、五度
糖類資化性微生物のアルコール発酵速度が極端に低下し
、多すぎるとアルコール収率が低下する。

この発明の方法において、微生物増殖発酵槽あるいは１
炭糖類発酵槽へ供給される酸素の代わりに空気が供給さ
れてもよい、空気が供給される時は、それぞれの酸素供
給速度の範囲内に匹敵する酸素量を含む空気が供給され
ることになる。

従来通常の回分式発酵方法を適用しても発酵槽内の微生
物濃度はＩｇ／見以下であったが、この発明の方法によ
ると、１炭糖類発酵槽内の微生物濃度は、微生物増殖発
酵槽内での増殖及び分離回収されて微生物増殖発酵槽へ
循環される微生１物などから、５〜１００　ｇ／ｊｌと
高く保持することが可能となった。

次に、図面によりこの発明をさらに詳細に説明する。

第１図は、この発明の一実施態様を示すフローシートで
あり、ライン１１から五炭糖類、ラインｌＯから六炭糖
類、さらにライン１２から酸素がそれぞれ微生物増殖発
酵槽１へ供給され、六炭糖類を消費しなから五炭糖類資
化性微生物が増殖する。ラインｌｌから供給される五炭
糖類は、一部がライン１３から１炭糖類発酵槽２へ供給
されてもよい、微生物増殖発酵槽ｌヘライン１１から供
給される五炭糖類とラインｌＯから供給される六炭糖類
の供給量は重量比て１：０．０１〜ｌ：０．５の範囲内
に調整される。

微生物増殖発酵槽ｌには、ライン１２から酸素が１〜２
００ｇ・禦Ｏ１−Ｏ２／ｍ３・ｈｒの範囲内の供給速度
で供給されている一温度は好ましくは２０〜４５℃であ
る。

六炭糖類を完全に消費して増殖した五炭糖類資化性微生
物は五炭糖類と共にライン１５から１炭糖類発酵槽２へ
供給される。一方、微生物増殖発酵槽頂部ｌの頂部から
はＣＯ□がライン１４へ排出される。

互変糖類発酵４６２は、ライン１６から酸素が０．１〜
５０ｇ・■ｏ１　・０２／ｒｆ−ｈｒの範囲内の供給速
度で供給されている。

１炭糖類発酵槽２において、温度２０〜４５℃で五炭糖
類資化性微生物により発酵アルコールが生産される。互
変糖類発酵槽２頂部からＣ０２がライン１７へ排出され
、ライン１８へ発酵液が抜き出されて蒸発器３へ供給さ
れる。

蒸発器３は減圧蒸発であり、２０〜８０　ｍｍ１１ｇ・
ａｂｓ、２０〜４５℃に保持され、発酵液中のアルコー
ルが気相へ移行されて蒸発器３頂部からアルコールがラ
イン１９へ排出されて回収される。

蒸発処理が加熱蒸発の場合は、０．８〜１．２ａｔｅ　
、　７５〜１０５℃又は１．２〜ｌＯａｔｍ。

９５〜１８０℃に保持されて発酵液中のアルコールが気
相へ移行される。従って、加熱蒸発の場合は、発酵液中
に存在している五炭糖類資化性微生物・が完全に死滅す
るので、微生物分離器４を蒸発器３の前に設置し１発酵
槽２から抜き出された発酵液が蒸発器３へ供給される前
に発酵液中に存在している五炭糖類資化性微生物を遠心
分離、膜分離、沈降分離等の分離手段により一除去して
もよい、しかしながら、蒸発処理が減圧蒸発の場合であ
っても、微生物分離器４を蒸発器３の前に設置すること
ができる。

蒸発器３において気相へ移行されたアルコールは蒸発器
３頂部からライン１９へ排出され回収される。一方、ア
ルコールが分離された発酵液はライン２０から微生物分
離器４へ供給され１発酵液中の五炭糖類資化性微生物が
発酵液から分離されてライン２２から微生物増殖発酵槽
ｌへ返送される。

一方、五炭糖類資化性微生物が分離除去された発酵液は
ライン２１から次工程へ供給されるが、原料１炭糖類供
給量に対し、０〜５倍の範囲内の発酵液がライン２１か
らライン２３を介して互変糖類発酵槽２へ返送される。

互変糖類発酵槽２及び蒸発器３は、それでれ１組のみ図
示しているが、それぞれ２．［１以上あってもよい。

第２図は、前述の五炭糖類と五炭糖類資化性微生物とで
発酵する方法を連続式で行うとした場合の想定フローシ
ートであり、ライン１１から１度糖類及びライン１６か
ら酸素がそれぞれ発酵槽２へ供給される。互変糖類発酵
槽２において、温度２０〜４５℃で五炭糖類資化性微生
物により発酵　゛アルコールが生産される。

五炭糖類発酵槽２頂部からＣＯ２がライン１７へ排出さ
れ、ライン１８へ発酵液が抜き出されて蒸発器３へ供給
される。蒸発器３において気相へ移行されたアルコール
は蒸発器３頂部からライン１９へ排出され回収される。

一方、アルコールが分離された発酵液はライン２０から
微生物分離器４へ供給され１発酵液中の五炭糖類資化性
微生物が発酵液から分離されてライン２２から発酵槽２
へ返送される。

一方、１度糖類資化性微生物が分離除去された発酵液は
ライン２１から次工程へ供給されるが、一部はライン２
２から発酵槽２へ返送される五炭糖類資化性微生物と混
合して発酵槽２へ返送される。

（実施例） 次に、この発明の方法を実施例及び比較例により具体的
に説明する。

実施例１ 第１図に従って、エタノールの発酵を行ワた。

ライン１１からキシロース１１重量％（６０ｇ／ｈｒ）
　、セロビオース４重量％（２０ｇ／ｈｒ）を含む五炭
糖類及びライン１０から六炭糖類としてグルコース４重
量％（２０ｇ／ｈｒ）を微生物増殖発酵槽ｌへ供給した
。微生物増殖発酵槽ｌへ供給される五炭糖類の供給量と
六炭糖類の供給量は重量比で１：０．２５に調整した。

微生物分離器ｍ槽ｌは、容量０．６立で五炭糖類資化性
微生物として、クルイベロマイセス・セロビオポラスを
使用し、３０℃に保持し、ライン１２から酸素を４ｇ−
Ｉｌｏｌ・０２／ｒｎ″・ｈｒの供給速度で供給した。

クルイベロマイセス・セロビオポラスはグルコースを完
全に消費して増殖した。

微生物増殖発酵槽ｌからクルイベロマイセス・セロビオ
ポラスを４０　ｇ／ｌ含む発酵液を５３０ｇ／ｈｒ抜き
出したが１発酵液中にグルコースは殆ど検出されなかっ
た。

発酵液をライン１５を介して容ｆｉ５Ｊｌ、ライン１６
から酸素が４ｇ−ｍｏｌ　　・０２／ｒｎ”−ｈｒの供
給速度で供給されている発酵槽２へ供給し、温度３０℃
でエタノールの発酵を行った（五炭糖類に対するクルイ
ベロマイセス・セロビオポラスの濃度３６．５％）０発
酵槽２からエタノール３０ｇ／ｈｒ（６度２．４重量％
）を含む発酵液を抜き出し、ライン１８を介して蒸発器
３へ供給した。蒸発器３は減圧蒸発であり、３５ｇｍＨ
ｇ＊　ａｂｓ　、　３０℃に保持され１発酵液中のエタ
ノールが気相へ移行されて蒸発器３頂部からエタノール
３０ｇ／ｈｒを含む蒸気がライン１９へ排出され秦縮さ
れて回収された。蒸発器３底部から発酵液をライン２０
へ抜き出し、遠心分離器４へ供給した０分離された微生
物はライン２２から微生物増殖発酵槽ｌへ返送した。一
方、遠心分離器４で微生物が分離された発酵液中には、
キシロース、セロビオースは殆ど検出されなかった。こ
の発酵液はライン２１へ抜き出し１次工程へ供給したが
、原料互変糖供給重量に対し、約１．４倍の範囲内の発
酵液がライン２１からライン２３を介して発酵槽２へ返
送Ｉされた。

この結果、石炭糖類からのエタノールの総生産量は３０
ｇ／ｈｒてあった。

比較例１ 第２図に従って実施例１と同じ条件でエタノールの発酵
を行った。

ライン１１からキシロース１１重量％（６０ｇ／ｈｒ）
セロビオース４重量％（２０ｇ　／ｈｒ）を含む石炭糖
類を発酵槽２からエタノール１５ｇ／ｈｒ（ｅ度１．２
重量％）を含む発酵液がライン１８を介して蒸発器３へ
供給された。蒸発器３頂部からエタノール１５ｇ／ｈｒ
を含む蒸気がライン１９へ排出され凝縮されて回収され
た。蒸発器３底部から発酵液をライン２０へ抜き出し、
微生物分離器４へ供給した。分離された微生物はライン
２２から発酵槽２へ返送した。一方、遠心分離器４で微
生物が分離された発酵液はライン２１へ抜き出　　　　
　゛し、次工程へ供給された。この発酵液にはキシロー
ス１０ｇ／ｈｒ、セロビオース４ｇ／ｈｒが含まれてい
たが一部はライン２２から発酵槽２へ供給される微生物
と混合して原料互変糖類供給重量に対し約１．４倍の範
囲内で発酵槽２へ返送した。

この結果、石炭糖類からのエタノールの総生産？は１５
ｇ／ｈｒであった。

比較例２ 第２図の方法を変更して回分式により実施例１と同じ条
件でエタノールの発酵を行った。ただし、発酵槽は５文
、微生物分離器４は省略、発酵槽へは実施例１の１０時
間相当量の原料を供給した。

発酵終了までに約１００時間を要した。最終的に回収さ
れたエタノール量は、２４０ｇであった。すなわち、エ
タノール生産量は２．４ｇ／ｈｒてあった。

（発明の効果） この発明により、発酵槽内の五炭糖類資化性微生物の濃
度は、微生物増殖発酵層内ての増殖及び分離回収されて
微生物増殖発酵槽へ循環される１炭糖類発酵資化性微生
物等から、５〜１００ｇ／見と高く保持することが可能
となった。また１発酵槽からの発酵液中のアルコールを
蒸発器で分離除去し、再び発酵槽へ返送することにより
、発酵槽内のアルコール濃度を微生物に対する阻害が生
じない程度に低く保持することができた。これらのこと
から、発酵槽内のアルコール発酵速度は、前述の従来の
回分式発酵法に比較して１０倍以上となった。また、ア
ルコール収率も実施例、比較例に示した通り、大幅に向
上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施悪様を示すフローシートで
あり、第２図は、発酵方法の一例を示すフローシートで
ある。 符号の説明 ｌ・・・微生物増殖発酵槽 ２・・・発酵槽 ３・・・蒸発器 ４・・・微生物分離器 特許出願人　新燃料油開発技術研究組合代理人　弁理士
　飯　１）敏　Ｅ、１ｉ、。 ：：−１，：： 第　　１１′４ 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）五炭糖類からアルコールを連続的に生産するに当
   り、五炭糖類及び六炭糖類が五炭糖類資化性微生物増殖
   発酵槽へ供給され、次いで該微生物増殖発酵槽から抜き
   出された五炭糖類及び微生物が五炭糖類発酵槽へ供給さ
   れることを特徴とするアルコールの連続的発酵生産方法
   。
2. （２）微生物増殖発酵槽へ供給される五炭糖類の供給量
   と六炭糖類の供給量が重量比で１：０．０１〜１：０．
   ５の範囲内である特許請求の範囲第１項記載の生産方法
   。
3. （３）微生物増殖発酵槽へ酸素が１〜２００ｇ・ｍｏｌ
   ・Ｏ＿２／ｍ＾３・ｈｒの範囲内の供給速度で供給され
   る特許請求の範囲第１項記載の生産方法。
4. （４）五炭糖類発酵槽へ酸素が０．１〜５０ｇ・ｍｏｌ
   ・Ｏ＿２／ｍ＾３・ｈｒの範囲内の供給速度で供給され
   る特許請求の範囲第１項記載の生産方法。