JPH02276583A - エタノール生成物の製造方法 - 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 本発明はエタノールの製造法、特に再生できる担体材料
に結合した固定化酵母を使用ψるアル」−ル飲料の装造
法に関する。酵母の固定は醗酵容器自体で行なうことが
できるので、固定化中の汚染の危険を最少にする。

従来の技術 １１ま有史以前に始まった技術である。しかし、パスツ
ールがブト・り酒Ｗａ酵に閣づる彼の研究を公刊し、変
改理由を分析し、ブドウ酒製造に対する適切な処理を規
定したのはやつと１８６６年−Ｃあった。

伝統的に、醗酵はすべての果実や漿果に存在する野生酵
母により行なう。純粋１８養酵母による醗酵は良品質の
ブドウ酒をいつでム製造できるので今日ではごく前退に
行なわれる。ブドウ酒製造のこれらリベての一般的面お
よび酵母の特徴はＩトＪＩｔ　ｃ　ｈ　ｍおよびＧ、　
Ｒｅｅｄ編集のｒ　Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｊ第
５巻、Ｆｏｏｄ　ａｎｄ　Ｆｅｅｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉ
ｏｎ　ｗｉｔｈ　１４ｉＣｒＯ−ｏｒ９ａｎｉｓｍ、Ｖ
ｅｒｌａｇ　ＣｈｅｍｉｅおよびＧ、　ｒｔｅｅｄ編集
のｒ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ＨｉＣｒＯｂｉＯＩＯ（
ＩＶ　１４版、第９情。

１９８２にｐｒａｓｃｏｔｔおよびＤｕｎｎにより提示
される。

伝統的バッチ１ｌｉｉ１酵は時間がかかる。通常、ブド
ウ酒製造においてアルコール醗酵に要する時間は一般に
少なくとも２０〜５０１コを要する。懸濁酵母による連
続方法はこの工程を促進すると考えられるが、微生物汚
染のない状態で操作しおよび維持づることは難しい。さ
らに、ＫｉＪＭ’Ｕ度を促進するために、醗酵中のＰｔ
９母細胞溌喰を増加しなければ４家らないが、他方では
エタノールによる用゛ｌｔ昌＾最少にしなければならな
い。バッチ醗酵では、例えばリンゴジュースの場合、Ｍ
母細胞濃度は１〜２×１０８細胞／ｄリンゴ液である。

例えば−層高い酵母細胞濃度はカラムに充填した適当な
担体に酵母を固定化することにより得ることができ・る
。醗＾１ｆ液が固定化酵母を充填したカラムを通過する
場合、反応器のａ容積と接触する酵母柵胞数は非常に増
加する。接触面積が大きい程、醗１１ｉイは速くなる。

カラム反応器らエタノールによる阻古を減少する。エタ
ノール含有生成物が酵母層から連続的に除去されるから
である。この減少は理想的プラグフロー状態が達成され
る場合が最大である。

Ｍ　ＩＪ細胞をアルギン酸カルシウムに包埋できること
は公知であり、形成固定化酵母を使用して醗酵を早める
ことができる。多数の参考文献は実験室規模で適用でき
るようにこの技術について記載する。しかし、この技術
を工業化するためにかなりの努力もなされてぎた。ちっ
と６知られているものの１つは日本の協１０ｆｌｌｌｅ
のものであり、アルギネート固定化酵母をエタノール生
産供給原料に使用する。

工業的規模の操作では、アルギネート包理法に伴なう工
な困難は粒子の形成方法である。これは酵母スラリーお
よびアルギン酸ナトリウム溶液を一緒に混合する生産現
場で行なわなければならない。次にこの溶液をカルシウ
ム塩溶液に供給する場合、アルギネートは沈澱し、同時
に酵母細胞を沈澱粒子内に吸蔵する。粒子は通例率８Ｉ
ｉ／ビーズ形である。

アルギネート包埋酵母を利用する方法プラントはこれら
のビーズをＩＪ造するために特に設計した装置を有しな
ければならない。さらに、野生微生物により酵母が汚染
する潜在的危険がある。アルコール飲料フレーバの生成
が重要である場合（例えば、ビール、ブドウ酒、リンゴ
酒および同種の生成物）、この問題は特に重大である。

工業用／燃料エタノールの％Ａ造では、汚染の基準は生
産性にｒＩ？、菅するとはいえ飲料におりる程重要では
ない。

工業的規模で使用するアルギネートビーズに封する第２
の主な困難はビーズの物理的強度にある。

ビーズは軟かく、容易に圧縮できる。大きな醗酵カラム
の操作には問題があり、急速な下方への処理流は取扱い
が困難である。他方、醗酵における代表的上方流様式は
ビーズを非常に磨耗する。又、加圧下に圧縮可能材料を
使って反応器を下方に作動するのは実際に不可能である
。

包理法による第３の困難は、ビーズ内で基質が酵母と接
触する場合に、基質の接近性が減速するという拡散の限
界である。

最後に系が汚染、又は他では妨害されて連続操作を中断
しなければならない場合、全ロットのカラム材料（酵母
を含むアルギネート）は廃棄しなければならない。再使
用はできない。

明が解決しようとする課 本発明の目的はカラム材料を現場で形成することを必要
としない連続カラム醗酵方法を開発することである。別
の目的は汚染源を除去する方法を開発することである。

局別の目的は圧に耐えることができるタイプの方法を開
発することである。

本発明の局別の方法は担体材料を再生し、再使用できる
方法を開発することである。それ以上の目的は少なくと
も最低約５％アルコールを約１層容１／日のような適度
な速度でアルコールを製造する方法を開発することであ
る。

課題を解決するための手段 これらおよび他の目的はエタノール生成物の主要製造方
法を指向する本発明により達成される。

本方法によれば、酵母醗酵性ＷＪｌｌ／炭水化物を含有
する水性基質をアニオン交換性を有するｎ体に固定した
酵母と接触さける。接触は好ましくは担体に固定したＮ
ａ１の充填層反応器に水性基質を通すことによって達成
できる。しかし、流動層反応器に固定化酵母を使用する
ことによっても達成できる。

酵母−担体組み合せは多孔性担体の表向に結合した酵母
から成る。担体は実質的に非圧縮性である。これは連続
的多孔性マトリックス、又は別法ではくぼみを有し、又
は網状、多孔性粒子から成る。マトリックス又は粒子は
順次個個の微粒子又は微小繊維から成る。この担体構造
は酵母細胞を出持する最高表面積を供する。１１体の単
位容積当り生成する高い酵８Ｎ細胞数は急速醗酵を号能
にする。

担体の顆粒又はマトリックス特性は微粒子又は微小繊維
を相互にゆるく結合し、フェルト状にし、織り、粘着し
又は顆粒化（以下結合）する。結合は各錫微粒子又は微
小繊維間のいくつかの接触点で化学的、粘着的又は機械
的結合を定着させることにより達成する。化学的結合は
これらの点で化学的’ｉ１ｍ結合反応を生じさせ達成す
る。粘着的結合は熱可塑性樹脂のような付加的成分の使
用により微小１１＄１又は微粒子を顆粒化又は粘着させ
ることにより達成する。機械的結合は接触点で繊維をか
らませ又は結ぶことにより、又はこれらの表面をからみ
合せて粒子を連結することにより達成する。後者の形態
では、マトリックスは管に充填した綿毛又は濾紙のよう
な連続構造を反応体全体に含む。次に、これらの最終形
では、粒子は分離し、個個になる。

微小繊維又は微粒子は所望する粗い表面の微小！１１１
１又は微粒子に形成できる任意のアニオン交換物質から
成る。これらの物質は天然セルロース又は再生セルロー
ス又ｔよ誘導体のレーヨンを含み、フェノールホルムア
ルデヒド樹脂のような合成アニオン交換樹脂およびアガ
ロース又はデキストリンをベースとするアニオン交換樹
脂などによりアニオン交換性を供する。好ましい担体は
化学的に修飾してアニオン交換性を供するセルロース又
はレーヨンから誘導した多孔性、顆粒アニオン交換樹脂
である。特に好ましい態様はポリスチレンと顆粒を形成
することにより粘着結合したジエチルアミノエチレン置
換セルロースの微小繊維又は微粒子を含む。

プラス荷電樹脂とマイナス荷電酵母細胞間に働く電力は
主として酵母細胞が樹脂表面に結合する原因となると信
じられる。この結合は酵母の実質的浸出を最少にし、そ
の１酵母と水性培地間の接触を緊密にする。

出発材料として使用する水性基質は少なくとも水および
加水分解澱粉、蔗糖、グルコース、フラクトース、マル
トース又はマルトトリオース（ラクトースおよびキシロ
ース）のような醗酵性炭水化物から成る。糖濃度はアル
コールを連続生産するのに十分であるが、酵母の醗酵活
性が完全に阻害される程高くはない。

本発明方法によれば、ｆｉｌ１％ｌにより形成する二酸
化炭素を含む工程パラメータをｔＩＩＩＩｌすることは
重要である。二酸化炭素は流体生成物流に維持でき、又
は除去できる。好ましい方法では、シリーズのカラムを
使用し、カラムの排出流からガスを除去するのにその相
互連絡を利用する。カラムの相Ｈ連絡タップをすべて使
用する場合、炭酸飽和しない生成物を形成する。カラム
を加圧下に維持することにより炭酸飽和生成物を生成で
きる。しかし、カラム圧はＩＩ？母の醗酵を実質的に減
少する程高くすることはできない。容易な日常的作業に
より一般に少なくとも約１４バールのこの限度を確定で
きる。

圧の他に、他の工程パラメータを変えてエタノール生産
畿および生成物の味に影響を与えることができる。これ
らのパラメータはカラム′６Ａ度、水性基質供給割合、
カラム滞留時間、カラム内の基質流の方向（重力方向に
又は重力に対し）、流れ方向の周期的反転、酵母菌株、
酵８１１１度および水性基質中のＩ’ｌｌ母の栄養物を
含む。これらのパラメータに対する適当な範囲は一２〜
４０℃の温度、供給割合０．０１〜１０反応器層容Ｍ　
（ｅＶ）／時間、０．１／１００ＩＩ間のｓｍｖＩ問お
よび酵母濃度１０〜１０１２酵母細胞／ｊ担体を含む。

Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ又はＣａｎｄｉｄａのよう
な酵母は使用できる。一般に、これらのパラメータは調
整により０．０５〜１５％のエタノール濃度を生産する
。

本発明の好ましい方法では、顆粒状担体のスラリーを最
初にカラムに入れ、担体を充填カラムに定着させる。担
体は熱苛性アルカリによる洗滌のような、それ自体既知
の方法により滅菌する。無菌稀酸溶液により中和し、無
菌水によりすすいだ後、酵母が担体粒子に結合し、固定
化するように酵母液を流１゜この面処理後、酵母カラム
は上記のように使用する。

本発明のさらに好ましい方法では、消費性のエタノール
生成物を製造する。この生成物はブドウ酒、清酒、アル
コール果実飲料、漿果飲料、植物飲料、その炭Ｍ処理変
型酒、ビール、又は上記生成物の低アルコール変型飲料
である。

消耗生成物の製造に使用する水性基質は果実、ａ果又は
植物ジュース又は抽出物、麦芽汁、加水分解植物材料、
又は天然又は合成起源由来の醗酵性糖を含有する水性シ
ラツブのような起源由来である。ジュースは果実、漿果
又は植物からの搾汁液である。抽出物は果実、漿果又は
植物を水と併せ、磨砕、加熱、圧搾、混合などにより処
理して製造した液である。加水分解植物材料は酸、醇素
又は自己加水分解のような技術によるセルロース、ヘミ
セルロースおよび／又は澱粉由来の材料である。

本発明の別の方法は例えば０．２容量％より少ないアル
コールを含有するような低アルコール飲料の製造を指向
する。本方法によれば、実施化工程および酵母担体材料
は主要生産方法のものと同じである。しかし、糖含量お
よび水性基質の供給割合は媒正して「低アルコール」生
産を供する。

供給割合はアルコール濃度を所望値に減少する程度に増
加する。又温度を降ＦすることによりＷａ酵は減速する
。糖濃度も飲料は過度に甘くはないが、アルコール醗酵
に対し十分な糖が存在するように適度に調整する。上記
の工程パラメータを連続的に調整することにより所望ア
ルコールレベルを選択できる。

本発明はさらに任意形の担体および酵母の組み合せを指
向する。好ましい形態は上記のようにその場所で製造し
たものおよび乾燥組み合せを含む。

無菌条件の乾燥組み合せは包装し、醗酵工場に輸送し、
使用に対し水性栄養物に浸漬して再溝成することができ
る。別法では乾燥形ｔよ家庭用に対し包装できる。

図面は固定化酵母カラムの製造工程図である。

図面は水和容器１、固定化解Ｂ１反応器２、滅菌液容器
３、中和酸容器４、酵母スラリー容器５、基質容器６、
二酸化炭素分離ロア、受は器８、および圧解放バルブ９
を示す。

本発明は上記のように非圧縮性かつ滅菌性の酵母−担体
系にすづいている。酵母−担体系の製造に使用する担体
の特に好ましい例はポリスチレンにより顆粒化した顆粒
状ＤＥＡＥ−セル０−ス（弱アニオン交換体）である。

この担体は商品として入手でき、固定化酵素、代表的に
はイソメラーゼに対し周知である（米国特許箱４．３５
５゜１１７号明ｌｌｌ書、この担体に関し詳細記載、を
参照）。図面に描写した酵母−担体系の好ましい製造方
法では、乾燥担体を水和容器１で水和し、カラム反応器
２にポンプで送る。好ましいＤＥＡＥセルＯ−ス担体は
酸およびアルｈり媒体に安定で、１００℃までの温度に
耐性である。従って、例えば熱苛性アルカリによりカラ
ムで容易に滅菌できる。他の樹脂は同様に適当に滅菌で
きる。

担体上への酵母固定は熱稀苛性アルカリ３による担体の
滅菌後達成される。次に担体［１２は水ですすぎ、担体
層を通して過当な稀ＩＩ４をポンプで送って中和する。

最後に担体層は滅菌水ですすぐ。

固定化は培養活性酵母スラリー５を反応器２にポンプで
送って行なう。担体は酵母を吸着する。酵母ＩＩＡＩＩ
ｉ！は担体が最適表面形を有するので担体表部に結合す
る。

好ましくは、酵母細胞は担体上で生育して約１０　〜１
０１２１１１１１／ｊｌ１体１１（Ｆ）密Ｉｅ供＄ル。

約１０９細胞密度は特に好ましい。この密度は十分な酵
素活性を供するに足りるもので水性基質の糖を１タノー
ルに実質的に転換しなければならない。

容器６からの基質は底部又は上部入口を通して反応器に
ポンプで送る。流速を調整することにより醗酵レベルを
ｉ制御できる。流速が遅いことは（約ＩＢＶ／日）担体
と基質間の接触時間が長いことで、従って高アルコール
レベルを意味する。

早い流速はアルコールレベルを低下する。反応器は大気
圧下に底部入口から供給を行なうことができ、二酸化炭
素は分離ロアを通して自由に系から分離される。生成物
は受け２ｉ８に集め、最終瓶詰前に濾過などによりさら
に処理する。

系を加圧下に操作する場合、基質６は担体層を充填形に
保持し、こうしてプラグフＯ−に到達するために上部入
口から供給づる。Ｐａ酵割合は適用圧が形成二酸化炭素
をＩＮＬ、て保持するのに十分な高さであるように（流
速により）　ｆｔ、ｌＪ御する。最終生成物が二酸化炭
素を含むもの以外は受は器のパルプ９を通して圧をＩＷ
故する。圧および適度の限度に溶解二酸化炭素を保持す
るために、２［ｉｉ又はそれ以上の周じ反応器２をシリ
ーズで備え、各反応器内の過剰の二酸化炭素を放出する
ことが得策である。

担体は材料の色沢が均一に輝くまで熱苛性アルカリを担
体層に供給して再生することができる。

次いで担体はｐＨが約１０に達するまで水ですすぎ、適
当な稀酸を担体層を通してボン！で送ることにより中和
する。最後に担体は滅菌水ですすぐ。

担体はＨ母の生育および水性基質との接触に対し適当な
Ｒ境を供するために重要である。顆粒化ＤＥＡＥ−セル
ロースのような非圧縮性アニＡ”ン交換担体はアルギネ
ートビーズのような軟質のゲル状担体に比較していくつ
かの有利性を有する。

これらの特性は一層少ないマスの移送問題、−層容易な
固定化、−層早い開始の学さ、−層容易な増加、再生能
力の大きな改良および担体の長い寿命を含む。

実験卒規模の試験で、ゲル状担体、すなわちアルギネー
トビーズおよび本発明の好ましい担体、すなわちＤＥＡ
Ｅ−セルロース顆粒を比較した。

ＤＥＡＥ−セルロースから製造した担体はエタノール生
産に使用するには一層容易で、多くのＭ質について一層
望ましい生産能力を有した。これらの要素は処理中酵母
と水性基質間の一層良好な接触を示唆する。

本発明の限定としてのつもりはないが、本発明による固
定化酵母と担体の相互作用様式は収量の増加を説明でき
ると信じられる。電子顕微鏡写真は、アルギネートビー
ズでは酵母はコロニーで生育し、そのうちのいくつかは
アルギネート層を通してビーズ表面に生育することを示
す。酵母は恐らくアルギネートビーズの「活性部位」と
して作用するものであろう。顕微鏡写真はＤＥＡＥ−セ
ルロース顆粒は多孔性で、微小繊維の網状マトリックス
であることを示す。この構造により水性基質は顆粒の内
側で酵母ｌ１ｒｆｉを生育させることができる。こうし
て、酵母は微小ｍ維の内部および外部ポケットにむしろ
ゆるく、別別に生育し、これらの個個の細胞はカラムの
「活性醗酵部位」として作用する。従って、単位担体表
面積につき一層多い酵１」細胞は本発明の担体を使用す
る場合ＰＩｉ酵に利用できる。

顆粒状ＤＥＡＥ−セルロースのような担体の表面上への
酵母細胞固定化の機作は多くの利点を与える。第一に酵
母細胞は実質的にすべてが担体の表面上にある。こうし
て、細胞は溶液に自由に懸濁しているかのように作用す
る。

第二に、実質的に拡散限界がなく、醗酵性流体基質は酵
母と自白に接触できる。又酵母が生存に必要とする栄養
物は妨害なく必要物から人手することができ、担体粒子
の内部に透過する。

第三に、本発明による担体の性質は酵母細胞の固定がカ
ラム内のその場所で行なうことができるので容易に出発
でき、再生できる。この処理は汚染の危険を少なくし、
全体的に系の状態を改良する。さらに、カラムｔよ容易
に再生でき、これは重要な経済的利点である。再生は在
住化学的不純物により又は水性微生物汚染の汚染又は固
定化酵母自体の突然変異による汚染があるので得策であ
る。

例えば、ＤＥＡＥ−セル０−スのような担体から製造し
たカラム反応器を再生するために、消費カラムは洗滌し
、熱苛性アルカリ溶液又は水中の有機剤のような別の滅
菌媒体により滅菌することができる。洗滌、中和俊、担
体は再整備、再固定の準備ができる。パイロット規模の
試験では、このようなカラムは再生の必要なく少なくと
も１３週利用した。実験室規模では、周じカラムは約３
０週利用した。

一般に、担体を含む全体の反応器系は上記処理により滅
菌できる。無菌培養酵母を担体層を通してポンプで送り
、又はＷＩｍさせる場合、野生菌株又は細菌による酵母
／担体汚染の危険は最少である。酵母がカラムに付着す
る場合（適当な装置Ｉ量ハ約１０　〜１０１２ｉ？７１
１１１１１／ｊｉＬｉ体テｔ１５ル）、カラムはリン酸
アンモニｅクムおよび糖の水性培地のような栄養溶液を
約１日間反応器にゆっくりポンプで送ることによりさら
に状態を整えることができる。この処理により酵母はｍ
高密度まで繁殖できる。

本発明により使用するすべての酵母−担体系で一般に真
実であるように、好ましい担体の具体例の１つ、顆粒状
ＤＥＡＥ−セルロースは非圧縮性（非１ｋｉ！潤性）で
ある。この性質は醗酵の実施方法に関し種種変化できる
。

通常の大気圧下で、反応器／連続醗酵容器は次のように
操作できる。基質は反応器の底部から供給し、醗酵中形
成するＣＯ２は担体層から自由に放散させる。しかし、
この技術では、理想的プラグ７０−状態には到達できな
い（Ｃｏ、、の泡は常に層をかき乱寸）、そして後混合
は１タノールの生産を妨害し、こうして生産性が低下す
る。

本発明の非−圧縮性担体系は二酸化炭素を溶解状態に維
持するために加圧下に操作することもできる。カラムは
Ｆ方流条件およびこの充Ｉａ層形で操作することもでき
、理想的プラグフ〇−に達する。

数個の加圧カラムをシリーズで操作し高圧を避けること
もできる。シリーズ配列は最終生成物に高濃度のアルコ
ールを望む場合特に有用である。

この方法はカラムの充填特性を崩壊させる、すなわち通
路を形成する二酸化炭素の有害な放出なしに上方流様式
で操作できる。カラム間で、二酸化炭素は流れから分離
する。反応器の寸法は特別の流動化および二酸化炭素−
分離空間を全く必要としないので一層小ざく保持できる
。

基本的に任意の醗酵性流体基質はエタノール生成物の生
産に対する供給材料として使用できるが、固定化酵母カ
ラムに供給前に顆粒状不純物はすべて濾別することを条
件とする。代表的ＭＷの例は：１）麦芽汁 ｉｉ）果実ジュース １ｉｉ）漿果ジュース ｉｖ）糖シラツブ Ｖ）澱粉シラツブ Ｖ＋）植物材料からの任意の加水分解物ｖ１１）任意の
果実、漿果、麦芽又は同様の抽出物によりフレーバ付与
した糖シラツブ である。

代表的全糖濃度は基本原料により当初および添加糖の双
方を含む１００〜２５（１／ｊである。

酵母栄養物（リン、窒素源などを含む）は初めの原料に
有利である限りバランスするために必要である。勿論、
糖濃度はどの位のアルコール量を、おＪ：びどの位の甘
味を最終生成物が有することをＩＩ持するかにより広く
変化できる。天然フレーバ、油などを含有１Ｊることも
できる。糖は少なくとも１単量％から醗酵作用を阻害す
る過（例えば、約３０〜４０重量％）まで、好ましくは
培地全重量に対し約４〜２５重量％の濃度で含む。

カラムを通る水性基質の流速はエタノール生産能力が流
速に依存するので重要なパラメータである。流速は担体
に結合して残存する酵母細胞数を決定することも分った
。高流速では、酵ｆｆｌ細胞の流出は増加する。従って
、エタノール生産は基質処理頃の割合のみでなく固定化
系に結合した細胞数にも依存する。流速が高くなり過ぎ
ると、エタノール生産は不完全および／又は不適当にな
る。

−流速をｇ１ｍｌ！することにより、代表的には水性基
質全容量に対し０．０５〜１５容廼％の濃度を求めるこ
とにより、エタノール濃度を調整できる。流速を調整す
ることにより、醗酵容器にはこの範囲内のエタノール濃
度を得ることができる。

担体材料に結合して残留する酵母細ａｍは低流速で比較
的安定であるらしく、酵母の生育および細胞の浸出がバ
ランスしていることを示唆する。

高流速では浸出は増加するが、流速が減少すると細胞数
は再び通常レベルに戻る。流速は自己分解を避けるため
に十分に高くして死亡細胞を浸出させるべきである。固
定化酵母カラムの操作中、酵母は水性基質の醗酵性糖に
より生育性を維持する。

固定化醇ｆ娃カラム反応器は上記のように加圧できる。

操作圧はカラム内に二酸化炭素を溶解保持し、固定化酵
母カラムを通して００２泡沫の可能な通路形成を避ける
ために十分な高さであるべきである。代表的高さは１４
バールである。

適当な温度は伝統的バッチ醗酵方法で使用するものであ
る。０〜４０℃、好ましくは１０〜３５℃の範囲である
。この湿度は加熱ジャケットによりカラムを加温し、又
は環境的に調節した室にカラムを維持し、又は冷却によ
り維持できる。勿論、酵母は有利に使用できるある程度
の熱を発現する。

圧は操作温度により選択する。

醗酵後、溶離エタノール生成物は貯Ｒ湿度に冷却し、通
例の［酢漬処理、例えば、濾過、殺菌および包装に対し
緩衝タンクに集める。

上記エタノール生産系は伝統的醗酵方法より−Ｉｌｌ♀
く、二層有利な系であり、伝統的ＩＩ酵方法から形成す
る味に等しい許容しつる味を有する生成物を生産する。

醗酵に必要な時間は本発明により辿から４３よそ時間ま
で減少し、本方法の連続性と共に、工業的アルコール又
はアルコール飲料生産において時間および経費の節約に
対し莫大な可能性を供する。

法例は本発明の多数の側面をさらに説明する。

しかし、十分に上記に特徴化したように例は本発明の限
定又は特性化としての意味を有するものではない。

例１ カラム反応器の調製 Ｆｉｎｎｉｓｈ　Ｓｕｇａｒ　Ｃｏ、Ｌｔｄ、、による
米国特許第４゜３５５．１１７号明ａｌｌ囚により￥Ｊ
造した、３１５〜８４０μｍ又は４７０〜８４０μｌの
粒度を有する顆粒状ＤＥＡＥ−セルロース（ＧＤＣ）を
担体として使用した。すべての試験では、担体を満たし
、滅菌し、ＧＤＣを扱かう次の方法に従ってそこに酵母
を固定した： 図面を引用すると、水和容器１は最初に水を半分満たす
。ミキサーを動かし、乾燥担体（ＧＤＣ）を容器１に移
した。水和が完了すると、（約５時間）固定化酵母反応
器２に水を半分満たし、水和容器１からの担体水スラリ
ーは反応器２に移した。

反応器の水レベルを維持するために、反応器の底部パル
プは反応器への流入および流出流が１！喜同じであるよ
うに調整した。次いで反応器の担体は反応器２に熱稀苛
性アルカリ３をポンプで通すことにより滅菌した。次に
担体層は水ですすぎ、反応器２の担体層に適当な１４を
ポンプで通すことによって中和し、最後に担体層を無菌
水ですすいだ。

酵母スラリーは容器５で製造した。次に酵母スラリーは
約１〜４時間で担体層をポンプで通し、それによって酵
母を担体上に吸着させた。こうして酵母は担体上に固定
した。反応器２は基本的に醗酵の準備を終了した。

■ユ リンゴジュースの醗酵 酵母はバッチｉｌ酵で行なったように培養し、約５００
ａｅの各担体層は例１記載の１ｌａ１細胞量により製造
した。

担体は０．３１５〜０．８４０ａｓ＋の粒度を有した。

酵母がカラム（直径５０履および高さ２５０〜３００　
ｔｒｍ　）の担体層上に吸着直後、基質は１層容積／日
の流速で供給を開始した。基質は殺菌りんごジュースで
、１ｇ／ｌのリン酸アンモニウムをｌ母栄養物として添
加した。全糖１ａは糖をりんごジュースに添加して２２
（１／Ｊに調整した。

醗酵はゆっくり始まり、３ｉ後エタノールは約４．５％
であった。

例３ 粒度０．４７０〜０．８４０ｍｍの担体を装填し１＝カ
ラムを使用して例２を反復した。５０日の操作後、流速
を約０．８層容積／日に減少し、これは次週中エタノー
ルレベルを５％から７〜８％に直ちに増加した。

例４ 巾が広く、長さが短かいく直径７５履および高さ１５２
ｍ）カラムを使用して例３を反復した。

担体層を滅菌し、洗滌し、中和（メタ重亜流酸ナトリウ
ム）して、酵母固定化は実質的に一層高濃度の酵母細胞
により行なった二５００ｍのＧＤＣに対し１億５千万個
の細胞／−を含む６００ｄの酵母スラリーを使用した。

カラムからの漏出は５００万個のｉ胞ヌｄで、従って、
全固定化量は９ｘ１０１０細胞であった。これは２Ｘ１
０９！ＩＩ胞／ｄＧＤｃ又は５Ｘ１０９細胞／９ＧＤＣ
に等しい。

りんごジュース基質を供給する前に、カラムは酵母栄養
物含有基質溶液により１日処理した。醗酵は例２および
３と比較した場合急速に始まり、第２日にエタノールレ
ベルは既に８％であった。

流速は１層容積／日で、栄養物レベルは１９／Ｊジユー
スであった。いくらかの材料は二酸化炭素還流によりこ
のカラムから逸出した。

３週ｍ流速の減少はアルコールレベルを再度上界さぜた
。１．５つ°１後、栄養物レベルを２９／ｐに上げ、こ
れはアルコールレベルをさらに上昇させ、操作の第３月
中爪は約１０％エタノールレベルで安定した。

匠５ 例４を８ｇ反応器を使用して反復した。反応器は排出口
ラインにスクリーンプレートを有しＧＤＣ粒子をすべて
保留するように組み立てた。系は１週内に１０％エタノ
ールレベルに安定化した。

８層反応器からの生成物部分はさらに第２の５００ｄカ
ラムに供給してエタノールレベルを増加した。

すべての試験は室温（２０〜２３℃）で行なった。第２
反応器は二酸化炭素を溶解して保持するに十分な＾さの
圧下に操作する場合、泡立つシャンペンタイプの生成物
を得た。醗酵時と同じ圧型に瓶詰する場合、これは第２
醗酵（瓶中で）を不必要とし、こうして「シャンペン」
方法の複雑性を軽減する。

匠ｌ 主要ビール醗酵 カラムの調製Ｊ３よび酵母固定化は例１記載の方法に従
って行った。５００ｄの担体層は二酸化炭素の分離を容
易にするために上端の広いガラスカラムに充填した。麦
芽汁を醗酵カラムの底部に供給した。Ｗ！Ｉ母細胞濃度
はｉ　ｏ９ｍ胞／９ＧＤＣに調整した。

ラガービールｍ”ｌＮに対する伝統的麦芽汁を供給材料
として使用した。麦芽汁は１８Ｎｙの大麦麦芽から製造
しくビルズナータイプ）、最終容積１００ｇの最終麦芽
汁（１２，０°Ｐ）を得た。水および醸造用麦芽の混合
物は４８℃で１５分、６３℃で３０分、７２℃で２０分
静止し、磨砕の終りに７８℃で予定した浸出法により１
１１ｍの容器で磨砕した。

麦芽汁は麦芽汁濾過器で清澄化し、７８℃の水で２回す
すいだ。麦芽汁は約９０分かまで煮沸した。ホップベレ
ットを煮沸の初めに添加した（アルファ酸の全量は約１
（ｌであった）。煮沸中形成する沈澱は渦巻中で分離し
た。清澄化麦芽汁はプレート熱交換機で１００℃から１
０℃に冷却した。

麦芽汁の組成は次の通りであった： 初めの抽出物　　　　１２．０　　　°プラトー色　　
　　　　　　　　　　　　　１０．０　　　　　　Ｅ　
Ｂ　Ｇ苦味　　　　　　　　２５　　　　　ＥＢＬＩＥ
ＩＨ５，３ 見掛減衰割合　　　　８５％ しかし、麦芽汁の組成は次のように変化できる：初めの
抽出物　　　６〜１８　　°プラトーＤＨ４，５〜５．
５ 見掛減衰割合　　　６５　〜１００％ 反応器カラムにおける麦芽汁の醗酵はゆっくり始まった
。ＩＭｌｌｌの操作後、１１１１容積７日供給割合より
少ない割合で許容しうるビールを製造することができた
。カラム挙動は例２および例３のブドウ酒反応器のもの
と同じであった。

例７ 清酒の醗酵 低アルコール清酒（日本の米酒）を製造した。

カラムを装造し、ｌＳｌ母は例１に示す方法に従って固
定化した。

基質を製造するために、米は最初に蒸し、アルファミラ
ーゼおよびアミログルコシダーゼにより加水分解して液
化した。形成加水分解物はすべての１械的不純物および
未加水分解残留物を除去するために濾過した。１質はカ
ラムに供給した場合グルコース濃度が２３％であるよう
に最後に稀釈した。カラムは約５００ｍの担体カラムを
有した。

カラムの直径は７０１Ｍで、（口体の直径対高さ比は約
１：２であった。比較をＣａ−フルギネート捕捉酵母に
より行なった。供給割合、パラメータおよび両醗酵の結
果は取去に示す。

結　　果 支持体　　　　　　　ＧＤＣＣａ−アルギ反応器　　ネ
ート反応器 醗酵時間（日）　　　　　　１５　　　　　２５温　度
（’Ｃ）　　　　１５〜７０　　　１５〜２０エタノー
ル平均値　　　　９．９９　　　　１３．６（Ｖ／Ｖ％
） 平均流速（ＢＶ／時ＩＩ　）　　　　０．０６９　　　
　０．０９９生産性　　　　　５．４４　　１０．６２
（９／時聞／１支持体） 例８ はらみつ酒醗酵 低アルコールはちみつ酒（伝統的スカンジナビア飲料）
を製造した。

Ｐａ酵割合は供給材料割合の調整により調整し、所要フ
レーバおよびアルコール含量を有する生成物を得た。

カラムの製造および酵母の固定化は例１記載の方法に従
って行なった。酵母細胞濃度は１ｏ９細胞／９ＧＤＣを
得るように調整した。

酵母の水性基質は次のように処方した：結晶（白）糖　
　　　　　　５００ｇ はちみつ　　　　　　　　　１２５ｇ ソフト褐色糖　　　　　　　６２５９ ２１１１Ｎのレモンジュース 水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１０ρ
カラムは５００ｄの担体容積を有した。基質は底部に供
給した。初めの供給割合は１１ｉＪ容積１５〜１０時間
であった。醗酵が安定化した後、供給材料割合は生成物
のエタノール金遣および所望甘味により１層容積７１〜
５時間に調整した。エタノール含ｆ！１は飲料の０．２
〜２．０％ｗ／ｗであった。ｌ’Ｐｌ母の生育能力を維
持するために、少量のリン酸アンモニウム（１０〜１０
００１）ｌ）を栄蓬物として添加した。

上記パラメータにより室温で製造を行なった。

固定化酵母反応器は加圧下に一層低温で操作することも
できる。その場合形成二酸化炭素は溶解し、二酸化炭素
の最終添加はｔｒａできる。

上記基質の他に、他の原料も基質として使用することも
できる。すべてが醗酵性糖、例えば麦芽、果実および漿
果を含有する。最終生成物のフレーバは＠料、糖濃度、
およびａｌｌ！８速度による。

例９ 種の　　上の　出回　　の 「Ｃｏ１１ｅｃｔｉｏｎ　ｏｒ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ
　Ｍｉｃｒｏ−ｏｒｇａｎｉｓｎ＋ａｔ　ｔｈｅ　Ｔｅ
ｃｈｎｉｃａｌ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏ
ｒ　Ｆｉｎｌａｎｄ　Ｊ（Ｃ０１１ｅＣｔｉＯｎ番号Ａ
−７５０５０）からの醸造家酵母をアニオン交換機能を
有する２種の樹脂上に固定化した。

樹脂は商標名ＳＰＥＺＹＭＥ　　ＧＤＣ２２０の顆粒状
ＤＥＡＥセルロースおよび商標名ＤＵＯＬＩＴＥ　　Ａ
　　５６８の合成アニオン交換樹脂であった。

固定化は次の手順に従って行なった： 酵母は３０℃で麦芽抽出液に４８時間インキュベートし
た。樹脂は１Ｍ苛性ソーダにより洗滌して滅菌し、ｐｔ
１５．０〜５．１に緩衝し、滅菌水で洗滌した。１０ｇ
の樹脂の乾ｊＩ試料はガラス焼結底部プレートを備えた
２０ａｍ＋の上記と同じガラスカラムにフラッシュした
。１００ａｅの酵母サスペンションを３Ｉ！１容積／時
間のおよその割合でカラムを重力により通した。その後
カラムは１００ｄの滅菌水で洗滌した。

固定化前および後の酵母サスペンションの細胞ｎ度は寒
天プレート計数法により測定した。差から固定化ＩＩｌ
胞数を計算した。樹１１ｔａ　１　ｇ当りの固定化ｌｌ
胞としての結果は次の通りであった：樹　脂　　　　酵
母　　提供　　　固定化５ＰＥ２ＹＨＥ（商標）　　　
Ａ−７５０５０２，３ｘ　１Ｇ　８２，１ｘ　１０８Ｄ
ＵＯＬＩｒＥ（ｉｏｉ　Ｆｌ　）　　Ａ−７５０５０２
，３ｘ　１０８２．　ＩＸ　１０８例１０ 担体の再生 試験に使用し゛たＤＥＡＥセルロースカラムは材料の色
沢が均一に輝くまで熱（約６０℃）苛性ソーダ溶液（２
％苛性ソーダ）をカラムを通して供給して再生した。カ
ラムはカラムを出る溶液のＤｌｌが約１０になるまで滅
菌水ですすぎ、ピロ亜１ｊＩＭナトリウムにより約７の
０１１に中和した。カラムは滅菌水ですすぎ、麦牙汁を
満たし、酵母細胞（約１０１０細胞／ｊ担体）を定着さ
せ、細胞は２４時間通気麦芽汁の存在で生育し、基質の
醗酵に対する用意が整った。

【図面の簡単な説明】

第１１ｉ！１は固定化Ｍ母カラムの製造工程図を示す。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （１）醗酵性糖を含有する水性基質をアニオン交換性を
   有する実質的に非圧縮性担体表面に固定しに酵母細胞を
   含有する反応器に通してエタノール生成物を製造するこ
   とを特徴とする、エタノール生成物の製造方法。
2. （２）アニオン交換性を有する実質的に非圧縮性担体の
   水性混合物を反応器に装填し、 任意には装填反応器を滅菌し、 担体上に酵母液を吸着させ、 醗酵性糖を含有する水性基質を固定化酵母含有反応器に
   供給し、そして エタノール生成物を回収する、請求項１記載の方法。
3. （３）担体は連続性多孔性マトリックス、又はくぼみ、
   又は網状の多孔性粒子から成り、このマトリックス又は
   粒子はゆるく結合した多数の微粉子又は微小繊維から形
   成する構造を有し、これらは化学的に、粘着的に又は機
   械的に個個の微粒子又は微小繊維間の少なくともいくつ
   かの接触点で相互に結合する、請求項１又は２記載の方
   法。
4. （４）粒子を形成する微粒子又は微小繊維はアニオン交
   換樹脂から成る、請求項３記載の方法。
5. （５）微粒子又は微小繊維は天然又はアニオン交換特性
   を供する再生セルロース誘導体から成る群から選択した
   アニオン交換樹脂から成る、請求項３又は４記載の方法
   。
6. （６）微粒子又は微小繊維は粘着結合により相互に結合
   する、請求項３から５のいずれか１項に記載の方法。
7. （７）担体はポリスチレンにより顆粒化した微小繊維か
   ら形成する粒子を含み、アニオン交換樹脂はジエチルア
   ミノエチレン置換セルロースである、請求項３から５の
   いずれか１項に記載の方法。
8. （８）反応器内に充填した担体から固定化酵母材料を除
   去し、そして新しい酵母液をカラムに通して新酵母細胞
   を担体上に固定化させることにより反応器の醗酵能を再
   生する、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 　 （９）熱苛性アルカリをカラムに通して固定化酵母材料
   を除去し、カラムを水ですすぎ、稀酸をカラムに通して
   中和し、水ですすぎ、そして新酵母液をカラムに通す、
   請求項８記載の方法。
10. （１０）順列に連結し、かつ各反応器を出る流体からガ
    スを除去する要素を有する複数の反応器に水性基質を通
    す、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
11. （１１）生成する二酸化炭素の実質的部分を溶解状態で
    維持するのに十分な圧で水性基質を反応器に通し、それ
    によつて炭酸飽和エタノール生成物を製造する、請求項
    １から９のいずれか１項に記載の方法。
12. （１２）反応器を通す水性基質流は重力と反対の方向に
    ある、請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
13. （１３）反応器を通す水性基質流を周期的に逆転させる
    、請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。