JPH05244925A - Method of controlling continuous fermentation of fermented alcoholic beverage by using bioreactor - Google Patents

Method of controlling continuous fermentation of fermented alcoholic beverage by using bioreactor

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JPH05244925A
JPH05244925A JP26200191A JP26200191A JPH05244925A JP H05244925 A JPH05244925 A JP H05244925A JP 26200191 A JP26200191 A JP 26200191A JP 26200191 A JP26200191 A JP 26200191A JP H05244925 A JPH05244925 A JP H05244925A
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JP
Japan
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fermentation
bioreactor
raw material
specific gravity
rate
Prior art date
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JP26200191A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideki Inaba
英樹 稲葉
Susumu Tachikawa
進 舘川
Yasuhiko Seike
康彦 清家
Kunio Yuki
邦夫 結城
Masayuki Tanabe
正行 田辺
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NIKKA UISUKII KK
Nikka Whisky Distilling Co Ltd
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
NIKKA UISUKII KK
Nikka Whisky Distilling Co Ltd
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To readily, effectively and continuously produce the subject high- quality fermented alcoholic beverage by using a bioreactor in which a fermentation solution circulates and controlling the fermentation by a specified method. CONSTITUTION:In fermenting while continuously supplying a fermentation raw material. to a bioreactor composed of a raw material supply-opening 1, an outlet pipe discharging a fermented alcoholic beverage and a ceramic filter module 3 formed into a loop shape by a circulation passage and capable of cross flow-filtering a fermented solution, distributing the clarified fermented solution into the outlet pipe and distributing the residual microorganism- containing fermented solution into the circulation passage, a suitable dilution ratio is selected using the specific gravity of the objective fermented solution as an indication. Specifically, a correlation between the cell concentration, the specific gravity of the raw material, the dilution ratio and the specific gravity of the fermented alcoholic beverage is determined in advance. The actual specific gravity of the raw material and the actual cell concentration in the bioreactor are subsequently measured. The measured values are compared with the above-mentioned data so as to select a dilution ratio.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックフィルタモ
ジュールを有するバイオリアクタを用いた醸造酒の連続
発酵における制御方法に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a control method for continuous fermentation of brewed liquor using a bioreactor having a ceramic filter module.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、醸造酒の製造は回分式発酵法で行
われていた。即ち、代表的な醸造酒である果実酒を例に
すると、原料果汁を発酵タンクに仕込み、これに酒母を
植菌して温度を一定範囲内に保ち、ある日数発酵するこ
とにより、発酵を完了していた。
2. Description of the Related Art Conventionally, brewed liquor has been produced by a batch fermentation method. That is, taking fruit liquor, which is a typical brewed sake, as an example, the raw material juice is charged into a fermentation tank, the mother of liquor is inoculated into the fermentation tank, the temperature is kept within a certain range, and the fermentation is completed for a certain number of days to complete fermentation Was.

【0003】発酵により、その果実酒の原料となるブド
ウ、リンゴなどの果汁中に含まれる糖類の一部は酵母に
より資化されアルコールが生産され、同時にエステル類
などの香気成分が分泌され、その香りが果実酒に付加さ
れる。製造された果実酒の品質の評価には、果実酒のア
ルコール度、残糖濃度などの定量的なものの他に、発酵
により生じた香り、原料の持つ味や香りなど、極めて感
覚的なファクターの総合評価で判断されている。通常、
原料の違いや、発酵度合いによりアルコール含量、残糖
濃度、香りなどの違う様々な果実酒が作られている。
By fermentation, yeast partially assimilates some of the sugars contained in the juice of grapes, apples, etc., which are the raw materials for the fruit wine, to produce alcohol, and at the same time, aroma components such as esters are secreted. A scent is added to fruit wine. To evaluate the quality of the fruit wine produced, in addition to quantitative ones such as the alcohol content and residual sugar concentration of the fruit wine, there are very sensory factors such as the aroma produced by fermentation, the taste and aroma of the ingredients. It is judged by comprehensive evaluation. Normal,
Various fruit liquors with different alcohol content, residual sugar concentration, aroma, etc. are produced depending on the difference in raw materials and the degree of fermentation.

【0004】一般に、原料果汁中には、グルコース、フ
ラクトース、シュークロース等、複数の糖類がそれぞれ
違う量で存在している。果実酒の製造においては、酵母
はこれらの糖を利用して発酵を行なっている。発酵の進
行程度を定量的な測定で知るために、これらの糖濃度又
はアルコール濃度を計測する方法が従来用いられていた
が、これらの濃度値は、果実酒の品質とは必ずしも一致
していないので、単にこれらの濃度値のみで発酵管理を
行うことは信頼性に問題があった。
Generally, a plurality of sugars such as glucose, fructose and sucrose are present in the raw material juice in different amounts. In the production of fruit wine, yeast utilizes these sugars for fermentation. In order to know the progress of fermentation by quantitative measurement, the method of measuring these sugar concentrations or alcohol concentrations has been conventionally used, but these concentration values do not always match the quality of fruit wine. Therefore, there is a problem in reliability when performing fermentation control only with these concentration values.

【0005】また、従来、上記の発酵の進行程度を定量
的な測定で知る方法とは別の方法として、回分式発酵法
においては、比重値を指標として、現実の発酵液の比重
値の測定による発酵管理を行っていた。すなわち、発酵
が進むにつれて糖類が消費されアルコールが生成するの
に伴い、次第に減少する比重の低下を監視し、目的の比
重になったところで発酵を停止して製品としていた。こ
のためにオペレーターは、様々な条件による発酵期間の
変動を管理するために比重を監視していた。
Further, as a method different from the conventional method of knowing the degree of progress of fermentation by quantitative measurement, in the batch fermentation method, the specific gravity value of the actual fermentation liquid is measured using the specific gravity value as an index. Fermentation was controlled by. That is, as the saccharides are consumed and alcohol is produced as the fermentation progresses, the decrease in the specific gravity is monitored, and the fermentation is stopped when the specific gravity is reached to obtain a product. For this reason, the operator had to monitor the specific gravity in order to control the variation of the fermentation period under various conditions.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、本発明
と同時に、バイオリアクタを用いた醸造酒の新規な連続
発酵方法を出願している。その連続発酵に係る発明は、
バイオリアクタを用いて酒母培養とそれに引続く連続発
酵を行って醸造酒を製造するものである。このバイオリ
アクタを用いた連続発酵を行うことで、従来の回分式の
発酵方法に比べ飛躍的に発酵速度を短縮することができ
る。
At the same time as the present invention, the present inventors have applied for a novel continuous fermentation method for brewing sake using a bioreactor. The invention of continuous fermentation is
A brewed liquor is produced by performing liquor culture and subsequent continuous fermentation using a bioreactor. By performing continuous fermentation using this bioreactor, it is possible to dramatically reduce the fermentation rate as compared with the conventional batch-type fermentation method.

【0007】さらに詳しくは、構成装置として、セラミ
ックフィルタモジュール、熱交換器、脱気部、循環ポン
プを含み、且つこれらの構成装置が任意の順で連結され
てループ状になったバイオリアクタを用いて、バイオリ
アクタ内で酵母を浮遊させた状態で培養液を循環させて
酒母培養を行ない、引き続き同一のバイオリアクタ内で
連続発酵を行うものであり、その連続発酵はセラミック
フィルタモジュールで発酵液の一部を濾過しながら濾液
を醸造酒として採取することにより連続発酵するもので
ある。
More specifically, a bioreactor including a ceramic filter module, a heat exchanger, a deaerator, and a circulation pump is connected as a constituent device, and these constituent devices are connected in an arbitrary order to form a loop. In the bioreactor, the fermentation broth is cultivated by circulating the culture solution with the yeast suspended in the bioreactor, and then continuous fermentation is performed in the same bioreactor. Continuous fermentation is performed by collecting the filtrate as brewed sake while filtering a part.

【0008】ところで、上記連続発酵法においては、バ
イオリアクタ内へ供給する原料の供給速度若しくは、こ
の速度値より算出される希釈率を適切な値に制御しなけ
ればならない。このパラメーターは上記連続発酵法にお
ける重要な操作パラメーターである。この点をさらに具
体的に説明する。ここで、希釈率をD、原料供給速度を
F、リアクタ実効容積をVとすると、D=F/Vで示さ
れる。リアクタ実効容積Vはそのバイオリアクタに固有
の値であるから、原料供給速度Fを制御するためには、
希釈率Dを制御すればよい。
By the way, in the above continuous fermentation method, the feed rate of the raw material to be fed into the bioreactor or the dilution rate calculated from this rate value must be controlled to an appropriate value. This parameter is an important operating parameter in the above continuous fermentation method. This point will be described more specifically. Here, when the dilution rate is D, the feed rate of the raw material is F, and the reactor effective volume is V, D = F / V. Since the reactor effective volume V is a value specific to the bioreactor, in order to control the raw material supply rate F,
The dilution ratio D may be controlled.

【0009】そして、所定の品質の醸造酒を得るには、
希釈率D(又は原料供給速度F)を、酵母の発酵速度、
菌体濃度、原料、製造しようとする醸造酒の種類に基づ
き、適切な値に設定する必要がある。その理由は、原料
の希釈率D(又は原料供給速度F)が適正値を下回れ
ば、供給された原料がバイオリアクタ内に長く滞留する
ことになり、そのために、過剰に発酵が進行して、製品
に悪影響を与えるからである。また逆に、原料の希釈率
D(又は原料供給速度F)が適正値を上回れば、酵母の
発酵能力を越える量の原料が供給されるため、充分に発
酵されないまま濾過されて製品となるからである。
And, in order to obtain brewed sake of a predetermined quality,
Dilution rate D (or raw material feed rate F), yeast fermentation rate,
It is necessary to set an appropriate value based on the cell concentration, the raw material, and the type of brewed sake to be produced. The reason is that if the raw material dilution rate D (or the raw material supply rate F) is below an appropriate value, the supplied raw material will stay in the bioreactor for a long time, and therefore, fermentation will proceed excessively, This is because it adversely affects the product. On the contrary, if the raw material dilution rate D (or the raw material supply rate F) exceeds an appropriate value, the raw material is supplied in an amount exceeding the fermentation capacity of the yeast, and the product is filtered without being sufficiently fermented. Is.

【0010】そこで本発明では、バイオリアクタを用い
て品質の優れた醸造酒を連続的に生産する方法におい
て、希釈率Dの適正値を与えるための簡便かつ有効なバ
イオリアクタによる醸造酒の連続発酵の制御方法を提供
することを目的とする。
Therefore, in the present invention, in a method for continuously producing brewed liquor of excellent quality using a bioreactor, continuous fermentation of brewed liquor by a simple and effective bioreactor for giving an appropriate value for the dilution rate D It aims at providing the control method of.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明は、原料供給口と、発酵された醸造酒を
排出するための出口配管と、発酵液をクロスフロー濾
過し、発酵液のうち一部が透過して清澄化される透過液
を出口配管に分配し、その残りの微生物を含む発酵液を
循環路に分配する機能を持つセラミックフィルタモジュ
ールからなる以上〜の構成部を備え、且つセラミッ
クフィルタモジュールが循環路によりループ状に形成さ
れているバイオリアクタを用いて、発酵原料を前記バイ
オリアクタに連続的に供給しながら、目的とする発酵液
の比重を指標として適切な希釈率を選択して発酵を行う
ことにより、適切に発酵された品質の醸造酒を得ること
を特徴とするバイオリアクタによる醸造酒の連続発酵の
制御方法とするものである。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention provides a raw material supply port, an outlet pipe for discharging fermented brewed sake, a cross-flow filtration of the fermentation liquid, and a fermentation liquid. Part of the permeated liquid that permeates and is clarified is distributed to the outlet pipe, and a ceramic filter module having the function of distributing the fermentation liquid containing the remaining microorganisms to the circulation path Using a bioreactor in which the ceramic filter module is formed in a loop shape by a circulation path, while continuously supplying the fermentation raw material to the bioreactor, an appropriate dilution rate using the specific gravity of the target fermentation broth as an index A method for controlling continuous fermentation of brewed liquor by a bioreactor characterized in that brewed liquor of appropriately fermented quality is obtained by selecting and fermenting brewed liquor.

【0012】また、本発明は、発酵原料を供給するた
めの原料供給口と、発酵された醸造酒を排出するため
の出口配管と、発酵液をクロスフロー濾過し、発酵液
のうち一部が透過して清澄化される透過液を出口配管に
分配し、その残りの微生物を含む発酵液を循環路に分配
する機能を持つセラミックフィルタモジュールと、該
出口配管に設けられた、排出される醸造酒の流量をコン
トロールする流量コントロールバルブと、該流量コン
トロールバルブの下流に設けられた醸造酒の流量を計測
する流量計と、該流量コントロールバルブと該流量計
との間に設置され、該流量計の示す値に従って該流量コ
ントロールバルブの開閉度をフィードバック制御するこ
とのできる流量コントローラ、からなる以上〜の構
成部を備え、且つセラミックフィルタモジュールが循環
路によりループ状に形成されているバイオリアクタを用
いて、発酵原料を前記バイオリアクタに連続的に供給し
ながら、目的とする発酵液の比重を指標として適切な希
釈率を選択して発酵を行うことにより、適切に発酵され
た品質の醸造酒を得ることを特徴とするバイオリアクタ
による醸造酒の連続発酵の制御方法とするものである。
Further, according to the present invention, a raw material supply port for supplying a fermentation raw material, an outlet pipe for discharging a fermented brewed liquor, a cross-flow filtration of the fermentation liquid, and a part of the fermentation liquid A ceramic filter module having a function of distributing a permeated liquid that is permeated and clarified to an outlet pipe and a fermentation liquid containing the remaining microorganisms to a circulation path, and brewing to be discharged provided in the outlet pipe A flow rate control valve for controlling the flow rate of liquor, a flow meter for measuring the flow rate of brewed liquor provided downstream of the flow rate control valve, and the flow meter installed between the flow rate control valve and the flow meter. A flow rate controller capable of performing feedback control of the opening / closing degree of the flow rate control valve according to the value indicated by Using a bioreactor in which the module is formed in a loop by a circulation path, while continuously supplying fermentation raw materials to the bioreactor, select an appropriate dilution rate using the specific gravity of the target fermentation broth as an index. A method for controlling continuous fermentation of brewed liquor by a bioreactor, which is characterized by obtaining appropriately fermented brewed liquor by performing fermentation.

【0013】また、本発明は、前記のバイオリアクタを
用いて連続発酵の制御を行うのに、菌体濃度、発酵原料
の比重及び希釈率の各条件と、目的とする発酵液の比重
との相関関係を予め調べておき、この相関関係を基にし
て現実の発酵原料の比重と菌体濃度を測定して得た値か
ら適切な希釈率を選択するものである。また、本発明
は、発酵原料を供給するための原料供給口と、発酵
された醸造酒を排出するための出口配管と、発酵液を
クロスフロー濾過し、発酵液のうち一部が透過して清澄
化される透過液を出口配管に分配し、その残りの微生物
を含む発酵液を循環路に分配する機能を持つセラミック
フィルタモジュールと、該出口配管に設けられた、排
出される醸造酒の流量をコントロールする流量コントロ
ールバルブと、該流量コントロールバルブの下流に設
けられた醸造酒の流量を計測する流量計と、該流量コ
ントロールバルブと該流量計との間に設置され、該流量
計の示す値に従って該流量コントロールバルブの開閉度
をフィードバック制御することのできる流量コントロー
ラと、最適希釈率を自動的に計算し流量コントローラ
に計算した希釈率を与えることのできる希釈率コントロ
ーラ、からなる以上〜の構成部を備え、且つセラミ
ックフィルタモジュールが循環路によりループ状に形成
されているバイオリアクタを用いて、菌体濃度、発酵原
料の比重、原料供給速度(又は希釈率)の各データと好
ましい品質を有する醸造酒の比重の相関関係のデータが
予め入力されている希釈率コントローラに現実の原料比
重及びバイオリアクタ内の菌体濃度を希釈率コントロー
ラに入力し、該希釈率コントローラにおいて目的の品質
を有する醸造酒を得るための最適希釈率を計算し、得ら
れた最適希釈率を流量コントローラに設定値として与え
て発酵を行うことにより、適切に発酵された品質の醸造
酒を得ることを特徴とするバイオリアクタによる醸造酒
の連続発酵の制御方法とするものである。
Further, in the present invention, in order to control continuous fermentation using the above bioreactor, the conditions of cell concentration, specific gravity and dilution rate of fermentation raw material, and specific gravity of the target fermentation broth are set. The correlation is investigated in advance, and based on this correlation, an appropriate dilution rate is selected from the values obtained by measuring the actual specific gravity of the fermentation raw material and the bacterial cell concentration. Further, the present invention, a raw material supply port for supplying the fermentation raw material, an outlet pipe for discharging the fermented brewed liquor, cross-flow filtration of the fermentation liquid, a part of the fermentation liquid is permeated. A ceramic filter module having a function of distributing the permeated liquid to be clarified to the outlet pipe and distributing the fermentation liquid containing the remaining microorganisms to the circulation path, and the flow rate of the brewed liquor discharged in the outlet pipe. A flow rate control valve for controlling the flow rate, a flow meter provided downstream of the flow rate control valve for measuring the flow rate of brewed sake, and a value indicated by the flow meter installed between the flow rate control valve and the flow meter. According to the flow rate control valve, the degree of opening and closing of the flow rate controller can be feedback-controlled, and the optimal dilution rate is automatically calculated and the dilution rate calculated by the flow rate controller is calculated. Using a bioreactor having the above-mentioned components consisting of a diluting rate controller that can be obtained, and a ceramic filter module formed in a loop shape by a circulation path, bacterial cell concentration, specific gravity of fermentation raw material, raw material supply The data of the correlation of the specific gravity of the brewed liquor with the desired quality and each speed (or dilution rate) data is input in advance to the dilution rate controller. The actual material specific gravity and the bacterial cell concentration in the bioreactor are input to the dilution rate controller. By inputting and calculating the optimal dilution rate for obtaining brewed sake having the desired quality in the dilution rate controller and performing fermentation by giving the obtained optimal dilution rate as a set value to the flow rate controller, the fermentation is appropriately performed. A method for controlling continuous fermentation of brewed liquor by a bioreactor characterized by obtaining brewed liquor of the specified quality.

【0014】醸造酒の連続発酵を行うためのバイオリア
クタの構成の1例を図1に示す。図1に示すバイオリア
クタは原料供給口1、循環ポンプ2、セラミックフィル
タモジュール3、熱交換器4、脱気部5から構成されて
いる。これらの各構成部は任意の順にループ状に連結さ
れ、培養液又は発酵液が循環されるようになっている。
培養液又は発酵液はバイオリアクタ内に存在し、バイオ
リアクタのループ内全ての場所で酵母と反応が行われ発
酵する。
An example of the structure of a bioreactor for carrying out continuous fermentation of brewed sake is shown in FIG. The bioreactor shown in FIG. 1 includes a raw material supply port 1, a circulation pump 2, a ceramic filter module 3, a heat exchanger 4, and a deaeration unit 5. Each of these components is connected in a loop in an arbitrary order so that the culture solution or the fermentation solution is circulated.
The culture or fermentation broth is present in the bioreactor and reacts and ferments with the yeast everywhere in the loop of the bioreactor.

【0015】原料を原料供給口1より連続的に供給し、
循環ポンプ2によりバイオリアクタ内を循環させると、
このバイオリアクタ内で酵母と接触して発酵が行われ、
アルコールが生産される。発酵液がセラミックフィルタ
モジュール3を通過したとき、その一部が濾過され醸造
酒として取り出される。上記バイオリアクタに用いられ
るセラミックフィルタモジュール3には、フィルター機
能を持つ管状の膜エレメントを一本以上数本束ねて容器
に収容して一体化したモジュールが使用される。この管
状の膜エレメントは、酵母等の微生物を通さず発酵した
醸造酒を通すような孔径を持つ多孔質となっており、で
きるだけ透過流束(単位膜面積を単位時間に透過する透
過液量)が大きいものが望ましい。そして、その膜構造
は非対称構造であり、即ち、透過性能を持つ密層と、そ
れを支える多孔質支持層からなる構造であり、透過性能
を高めると共にその膜の強度を全体として高めたもので
ある。また、膜エレメントの材質には、このセラミック
フィルタモジュール3が蒸気殺菌、薬品洗浄に耐えるよ
うな材質、例えば、ジルコニアセラミック、アルミナセ
ラミックが好適に使用される。
The raw material is continuously supplied from the raw material supply port 1,
When the circulation pump 2 circulates in the bioreactor,
In this bioreactor, fermentation is carried out in contact with yeast,
Alcohol is produced. When the fermented liquid passes through the ceramic filter module 3, a part thereof is filtered and taken out as brewed sake. As the ceramic filter module 3 used in the bioreactor, a module is used in which one or more tubular membrane elements having a filter function are bundled, housed in a container, and integrated. This tubular membrane element is porous with a pore size that allows fermentation brewed sake to pass through without passing through microorganisms such as yeast, and the permeation flux as much as possible (permeate per unit membrane area per unit time) It is desirable that the value is large. Further, the membrane structure is an asymmetric structure, that is, a structure composed of a dense layer having a permeation performance and a porous support layer supporting the dense layer, which enhances the permeation performance and the strength of the membrane as a whole. is there. Further, as the material of the membrane element, a material such that the ceramic filter module 3 can withstand steam sterilization and chemical cleaning, for example, zirconia ceramic or alumina ceramic is preferably used.

【0016】このセラミックフィルタモジュール3を用
いた濾過は、液の流れ方向に垂直な方向に濾過する、い
わゆるクロスフロー濾過である。図2にクロスフロー濾
過の概念図を示す。図2に示すように、膜エレメントの
長手方向に供給される供給液は流れ方向に垂直な方向に
濾過される。このクロスフロー濾過において、膜エレメ
ントの膜面の液流速を十分なもの、例えば、膜面の流速
2〜4m/secとすると、循環流はほぼ完全混合状態
となってリアクタ内部を循環する。
The filtration using the ceramic filter module 3 is so-called cross-flow filtration in which the filtration is performed in a direction perpendicular to the flow direction of the liquid. FIG. 2 shows a conceptual diagram of cross-flow filtration. As shown in FIG. 2, the feed liquid supplied in the longitudinal direction of the membrane element is filtered in the direction perpendicular to the flow direction. In this cross-flow filtration, if the liquid flow velocity on the membrane surface of the membrane element is sufficient, for example, the flow velocity on the membrane surface is 2 to 4 m / sec, the circulation flow becomes a nearly completely mixed state and circulates inside the reactor.

【0017】前記熱交換器4は、循環ポンプ2の運転等
による蓄熱を抑え微生物の培養又は発酵に適した温度に
調節するためのものである。また、培養又は発酵の初期
の段階においては、最適温度に達していない場合がある
ので、その時は培養液又は発酵液を熱交換器4により加
温する。脱気部5は、酵母を用いて醸造酒を発酵すると
装置の運転中、発酵液中に炭酸ガスが発生し泡が出てく
るので、その炭酸ガスを抜くと同時に泡を消すためのも
のである。
The heat exchanger 4 serves to suppress heat accumulation due to the operation of the circulation pump 2 and adjust the temperature to a temperature suitable for culturing or fermentation of microorganisms. In addition, in the initial stage of culture or fermentation, the optimum temperature may not be reached, so at that time, the culture solution or fermentation solution is heated by the heat exchanger 4. The deaerator 5 is for removing bubbles as soon as carbon dioxide is generated and bubbles are generated in the fermentation liquid during operation of the device when fermenting brewed sake with yeast. is there.

【0018】本発明で使用するバイオリアクタは、セラ
ミックフィルタモジュール3から排出される醸造酒の量
を調整するための流量調整バルブ9を有している。この
流量調整制御には、流量調整バルブ9より下流に設けた
流量計7の示す量により流量調整バルブ9の開閉度を制
御することのできる流量コントローラ8を用いてフィー
ドバック制御される。
The bioreactor used in the present invention has a flow rate adjusting valve 9 for adjusting the amount of brewed liquor discharged from the ceramic filter module 3. In this flow rate adjustment control, feedback control is performed using a flow rate controller 8 capable of controlling the degree of opening / closing of the flow rate adjustment valve 9 by the amount indicated by a flow meter 7 provided downstream of the flow rate adjustment valve 9.

【0019】次に、本発明の制御方法を説明する。上記
のようなバイオリアクタを用いた連続発酵では、所定の
品質の醸造酒を得るには、連続的に供給される原料の原
料供給速度又はこの原料供給速度より算出される希釈率
を適切な値になるように設定することが不可欠な条件で
ある。その希釈率を適切な値に設定するには、酵母の発
酵速度、菌体濃度、原料の種類、製造しようとする醸造
酒の種類に基づき、適切な値に設定する必要がある。
Next, the control method of the present invention will be described. In the continuous fermentation using the bioreactor as described above, in order to obtain a brewed liquor of a predetermined quality, the raw material supply rate of the continuously supplied raw material or the dilution rate calculated from this raw material supply rate is set to an appropriate value. It is an indispensable condition to set to become. In order to set the dilution rate to an appropriate value, it is necessary to set it to an appropriate value based on the fermentation rate of yeast, the cell concentration, the type of raw material, and the type of brewed sake to be produced.

【0020】ここで、希釈率をD、原料供給速度をF、
リアクタ実効容積をVとすると、希釈率Dは、D=F/
Vで示される。本発明では、醸造酒の製造工程における
比重と糖含量の関係が直線的であり、醸造酒の品質と比
重との関係が経験的に相関関係にあることがわかったの
で、比重によって醸造酒の品質の判定をある程度決定で
きることを利用し、比重を指標とすることによって本発
明で用いるバイオリアクタの操作パラメータである希釈
率Dの最適制御方法を見いだした。
Here, the dilution rate is D, the raw material supply rate is F,
When the reactor effective volume is V, the dilution ratio D is D = F /
Indicated by V. In the present invention, the relationship between the specific gravity and the sugar content in the production process of brewed liquor is linear, and it has been empirically found that the relationship between the quality and specific gravity of brewed liquor is empirically correlated. The optimum control method of the dilution rate D, which is the operating parameter of the bioreactor used in the present invention, was found by utilizing the fact that the quality judgment can be determined to some extent and by using the specific gravity as an index.

【0021】本発明では、発酵原料の比重値を計測し、
その値から目的とする最終的に発酵された醸造酒の比重
までいくら低下させればよいか、つまりどれだけ発酵さ
せるか計画し、バイオリアクタへ原料供給速度(又は希
釈率D)を決定することにより、バイオリアクタの運転
を制御する。本発明の制御の方法の1つは、試行錯誤的
に集めた実験データを基にして、これらの実験データか
ら相関関係を見出し、目的の醸造酒を生産するための最
適な原料供給速度を決定する方法である。この方法は次
の通りである。例えば、実験室レベルの検討で菌体濃
度、発酵原料の比重、原料供給速度(又は希釈率)の条
件を種々変えて実験を行ない、目的とする醸造酒の比重
との相関関係のデータを得る。それらの相関関係をデー
タとして保存する。次に、現実のバイオリアクタに投入
する原料の比重及びバイオリアクタ内の菌体濃度を測定
し、その測定値を前記の予め保存しておいたデータより
相関関係を調べ、目的の品質の醸造酒を得るための最適
希釈率を選択する。このデータを基にして、例えば、実
際に果実酒生産を目的としたバイオリアクタで菌体濃
度、原料果汁の比重を測定して、目的とする製品の果実
酒を得るための最適な原料果汁供給速度(又は希釈率)
を決定して連続的発酵の制御をする実例を実施例1に詳
細に示す。
In the present invention, the specific gravity of the fermentation raw material is measured,
Planning how much to reduce from that value to the specific gravity of the final fermented brew, that is, how much to ferment, and to determine the feed rate (or dilution rate D) of the raw material to the bioreactor Controls the operation of the bioreactor. One of the control methods of the present invention is to find out the correlation from these experimental data based on experimental data collected by trial and error, and determine the optimum raw material supply rate for producing the desired brewed liquor. Is the way to do it. This method is as follows. For example, in laboratory-level studies, experiments are conducted by changing conditions such as bacterial cell concentration, specific gravity of fermentation raw material, raw material supply rate (or dilution rate), and obtain correlation data with specific gravity of brewed sake. . Save those correlations as data. Next, the specific gravity of the raw material to be fed into the actual bioreactor and the bacterial cell concentration in the bioreactor are measured, and the correlation is investigated from the previously stored data, and the brewed liquor of the desired quality is measured. Select the optimal dilution rate to obtain Based on this data, for example, by measuring the bacterial cell concentration and the specific gravity of the raw fruit juice in a bioreactor for the purpose of actually producing fruit liquor, the optimal raw fruit juice supply to obtain the fruit liquor of the desired product is obtained. Speed (or dilution rate)
Example 1 shows in detail the control of continuous fermentation.

【0022】つぎに、さらに自動化をするために、予
め、菌体濃度、原料果汁の比重、原料供給速度(又は希
釈率)の各データと好ましい品質を有する果実酒の比重
との相関関係を調べたデータを入力した希釈率コントロ
ーラ10に、現実の発酵原料の比重及びバイオリアクタ
内の菌体濃度を入力し、ここで、目的の品質を有する果
実酒を得るための、最適希釈率を自動的に算出し、得ら
れた最適希釈率を流量コントローラ8に設定値として与
えることにより、自動的に発酵を制御する方法を実施例
2に示す。
Next, for further automation, the correlation between each data of the bacterial cell concentration, the specific gravity of the raw material juice, the raw material supply rate (or the dilution rate) and the specific gravity of the fruit liquor having a preferable quality was investigated in advance. The actual specific gravity of the fermentation raw material and the bacterial cell concentration in the bioreactor are input to the dilution rate controller 10 in which the data obtained is input, and the optimum dilution rate for obtaining fruit wine having the desired quality is automatically calculated. Example 2 shows a method of automatically controlling fermentation by calculating the optimum dilution rate and giving the obtained optimum dilution rate to the flow rate controller 8 as a set value.

【0023】以下に示す実施例においては、発酵原料と
して果汁を用いた果実酒の例を示したが、本発明の制御
方法は醸造酒に適用できるものならばどのような発酵原
料でも使用可能である。例えば、発酵原料として米もし
くは米麹の糖化液を用いて本発明の制御方法により発酵
を行うことができる。
In the following examples, an example of fruit liquor using fruit juice as a fermentation raw material was shown, but the control method of the present invention can use any fermentation raw material as long as it can be applied to brewing liquor. is there. For example, fermentation can be carried out by the control method of the present invention using a saccharified liquid of rice or rice koji as a fermentation raw material.

【0024】[0024]

【実施例1】図3に本実施例の制御方法で用いるバイオ
リアクタの制御ブロック図を示す。本実施例の方法で
は、あらかじめ種々の条件下で実験検討行ない、菌体濃
度、原料果汁の比重、果実酒の比重と希釈率との関係を
把握しておく。もちろん知識情報処理技術を利用し得ら
れたデータをデータベース化すると更に有効である。
Example 1 FIG. 3 shows a control block diagram of a bioreactor used in the control method of this example. In the method of this example, experiments are conducted under various conditions in advance to understand the relationship between the bacterial cell concentration, the specific gravity of the raw fruit juice, the specific gravity of the fruit wine and the dilution rate. Of course, it is more effective to make a database of the data obtained by using the knowledge information processing technology.

【0025】バイオリアクタに原料となるリンゴ果汁を
仕込み、種酵母を植菌する。酵母を培養液中に浮遊させ
ながら循環ポンプ2によりバイオリアクタ内を循環させ
て酒母培養を行う。酒母培養を所定の菌体濃度となるま
で回分状態で行う。即ち、回分状態の培養とは、発酵原
料が仕込まれたバイオリアクタに、酒母培養時に発酵原
料を供給することなく、且つ流量調整バルブ9を開くこ
となく行う酒母培養の前半の培養である。言い換えれ
ば、バイオリアクタ内に物質の出入りがなく、培養液を
バイオリアクタ内で循環させた状態で行う培養である。
この酒母培養の前半の培養に続いて酒母培養の後半の培
養である連続培養を行い、所定の菌体濃度になるまで高
密度培養を行う。
Apple juice, which is a raw material, is charged into a bioreactor, and seed yeast is inoculated. While the yeast is suspended in the culture solution, the circulation pump 2 circulates the inside of the bioreactor to culture the mother liquor. The liquor culture is carried out in a batch state until the cell concentration reaches a predetermined level. That is, the batch culture is a culture in the first half of the liquor culture, which is performed without supplying the fermentation raw material to the bioreactor charged with the fermentation raw material at the time of culturing the liquor and without opening the flow rate adjusting valve 9. In other words, there is no substance in and out of the bioreactor, and the culture is performed while the culture solution is circulated in the bioreactor.
After the first half of the liquor culture, continuous culture, which is the second half of the liquor culture, is performed, and high-density culture is performed until a predetermined bacterial cell concentration is reached.

【0026】次に、温度など環境条件を果実酒の製造に
適したものに整え、果実酒の連続発酵を開始する。この
時、手分析あるいはオンラインセンサーで原料果汁の比
重、及び発酵液中の菌体濃度を測定し、前記した予め実
験により得た菌体濃度、原料果汁の比重、生産する果実
酒の比重と希釈率の相関関係のデータに基づいて、最適
な希釈率を選択し、流量コントローラ8に所定値を入力
する。流量コントローラ8は、設定流量となるように流
量調節バルブ9をコントロールし、さらに下流に設けた
流量計7によりフィードバック制御を行う。なお、菌体
濃度はあらかじめ求めたOD値(濁度)と菌数の相関か
ら求めた。
Next, environmental conditions such as temperature are adjusted to those suitable for fruit wine production, and continuous fermentation of fruit wine is started. At this time, the specific gravity of the raw fruit juice and the bacterial cell concentration in the fermentation broth were measured by manual analysis or an online sensor, and the bacterial cell concentration obtained by the above-mentioned experiment, the specific gravity of the raw juice, and the specific gravity and dilution of the fruit wine to be produced were diluted. The optimum dilution rate is selected based on the data of the rate correlation, and a predetermined value is input to the flow rate controller 8. The flow rate controller 8 controls the flow rate adjusting valve 9 so that the set flow rate is achieved, and feedback control is performed by the flow meter 7 provided further downstream. The bacterial cell concentration was determined from the correlation between the OD value (turbidity) and the number of bacteria determined in advance.

【0027】最適希釈率のデータの1例を次の表1に示
す。
An example of the optimum dilution rate data is shown in Table 1 below.

【0028】[0028]

【表1】 [Table 1]

【0029】この表1のデータの意味することは、発酵
液の菌体濃度が5×108 cell/mlであり、供給
する原料比重が1.0505であるとき、求める比重を
有する果実酒を得るのに、希釈率をどのような値のもの
を選択するべきかを示している。このことは、前記した
ように、用いた原料や製造する醸造酒の種類に応じて最
終製品の比重が異なるので、目的とする比重の製品を得
るための最適な希釈率をこの様な相関関係を示したデー
タから知ることができる。
The meaning of the data in Table 1 is that when the cell concentration of the fermentation broth is 5 × 10 8 cells / ml and the specific gravity of the raw material to be supplied is 1.0505, fruit wine having the required specific gravity is obtained. It shows what kind of value should be selected for the dilution rate in order to obtain it. This means that, as described above, the specific gravity of the final product differs depending on the raw materials used and the type of brewed liquor to be produced. It can be known from the data shown.

【0030】したがって、製品の比重を計測して監視す
ることによって、目的の品質を有する果実酒、即ち、果
実酒の品質と果実酒の比重は相関するので目的とする比
重を持つ果実酒を製造するために目的の製品の比重を指
標として、その比重が得られるように希釈率を上記のよ
うに選択して発酵を行う。この相関データにより実際に
果実酒発酵を行った例について、希釈率を0.08とし
たときの発酵液の比重、酵母菌体の数の経時変化を図5
のグラフに示す。図5のグラフについての実験は、6l
容積のバイオリアクタを用い、原料果汁の比重を1.0
505、菌体濃度を5×108 cell/mlで発酵を
行った。
Therefore, by measuring and monitoring the specific gravity of the product, the fruit wine having the desired quality, that is, the quality of the fruit wine and the specific gravity of the fruit wine are correlated, so that the fruit wine having the desired specific gravity is produced. In order to do so, the fermentation is performed by using the specific gravity of the target product as an index and selecting the dilution rate as described above so that the specific gravity can be obtained. FIG. 5 shows changes over time in the specific gravity of the fermented liquor and the number of yeast cells when the dilution ratio was set to 0.08 for the example in which fruit wine fermentation was actually performed using this correlation data.
Is shown in the graph. The experiment on the graph of FIG.
Using a volume bioreactor, set the specific gravity of the raw juice to 1.0
Fermentation was carried out at a cell concentration of 5 × 10 8 cells / ml.

【0031】なお、本実施例の場合、最初の検討時に
は、菌体濃度を2×108 〜7×10 8 cell/ml
の間で検討を行ったが、実際の実施条件は、バイオリア
クタの設定条件(主に膜面積)及び製品の品質から判断
して菌体濃度を5×108 cell/mlとした。前記
表1に示す最適希釈率データの原料比重1.0505、
菌体濃度5×10 8 cell/mlより、比重1.02
4付近の製品を得るには希釈率を0.08にすればよい
ことを示しているから、実際に希釈率0.08にて連続
発酵を行ったところ、比重1.0232〜1.0239
の果実酒が得られた。
In the case of the present embodiment, the first examination
Is a bacterial cell concentration of 2 × 108~ 7 × 10 8cell / ml
However, the actual implementation conditions were
Judgment based on setting conditions (mainly membrane area) and product quality
And the cell concentration is 5 × 108cell / ml. The above
The raw material specific gravity of the optimum dilution ratio data shown in Table 1 is 1.0505,
Cell concentration 5 × 10 8Specific gravity 1.02 from cell / ml
To obtain a product around 4, the dilution rate should be 0.08
Therefore, it is actually continuous at a dilution rate of 0.08.
When fermented, specific gravity 1.0232-1.0239
The fruit wine was obtained.

【0032】図5からは、上記条件のバイオリアクタを
用いて果実酒の発酵を行ったとき、希釈率0.08とし
て発酵を行えば、製品の果実酒の比重が1.0232〜
1.0239とほぼ一定にすることができ、品質の一定
とした果実酒が得られたことを示す。
From FIG. 5, when the fermentation of fruit liquor was carried out using the bioreactor under the above conditions, if the fermentation was carried out at a dilution ratio of 0.08, the specific gravity of the fruit liquor of the product was 1.0232-32.
It can be made almost constant at 1.0239, indicating that fruit wine of constant quality was obtained.

【0033】[0033]

【実施例2】本実施例は、自動化を考慮したものであ
り、最適希釈率を原料果汁の比重、菌体濃度より自動的
に求める方法を示す。即ち、本実施例は、実施例1のバ
イオリアクタにおいて、オペレーターが適切な希釈率を
流量コントローラに直接入力していたのに代えて、適切
な希釈率の選択を希釈率コントローラに自動的に行わせ
るものである。
[Embodiment 2] This embodiment takes automation into consideration, and shows a method for automatically obtaining the optimum dilution rate from the specific gravity of the raw fruit juice and the bacterial cell concentration. That is, in the present example, in the bioreactor of Example 1, the operator directly inputs an appropriate dilution rate to the flow rate controller, but an appropriate dilution rate is automatically selected by the dilution rate controller. It is something that can be done.

【0034】本実施例で用いたバイオリアクタのブロッ
ク図を図4に示す。実施例1のブロック図に加え、更
に、最適希釈率を自動的に計算し、流量コントローラ8
に計算した希釈率を与えることのできる希釈率コントロ
ーラ10を用いたものである。該希釈率コントローラ1
0は、どのような形式の装置でもよいが、プログラムの
開発、操作性、柔軟性、拡張性を考慮すると、コンピュ
ータ(パソコン、ミニコンなど)が有利である。
A block diagram of the bioreactor used in this example is shown in FIG. In addition to the block diagram of the first embodiment, the optimum dilution rate is automatically calculated, and the flow rate controller 8
The dilution rate controller 10 capable of giving the calculated dilution rate is used. The dilution rate controller 1
Although 0 may be any type of device, a computer (personal computer, minicomputer, etc.) is advantageous in view of program development, operability, flexibility, and expandability.

【0035】希釈率コントローラ10には、予め菌体濃
度、発酵原料の比重、原料供給速度(又は希釈率)の各
データと好ましい品質を有する醸造酒の比重の相関関係
のデータが入力されており、現実に用いる原料果汁の比
重、バイオリアクタ内の菌体濃度が手分析結果による入
力、あるいはオンラインセンサから自動入力がなされ、
ここで、比較検討され計算されて最適な希釈率の決定が
行われ、更に、得られた希釈率を流量コントローラ8へ
指示している。計算の手法は様々な形式が考えられる
が、その都度適切なプログラムを開発すればよい。一例
として、酵母の活性状態を生物化学工学的パラメータで
ある比消費速度νで表し、物質収支式より導いた計算式
を用いて希釈率Dの最適値を求める方法があり、以下に
その手法を用いて発泡性リンゴ酒の生産を行った実施例
を示す。
The dilution ratio controller 10 is preliminarily input with the data of the correlation between the cell density, the specific gravity of the fermentation raw material, the raw material supply rate (or the dilution rate) and the specific gravity of the brewed liquor having a preferable quality. , The specific gravity of the raw material juice actually used, the bacterial cell concentration in the bioreactor is input by the manual analysis result, or is automatically input from the online sensor,
Here, the optimum dilution rate is determined by comparing and calculating, and further the obtained dilution rate is instructed to the flow rate controller 8. There are various possible calculation methods, but an appropriate program should be developed each time. As an example, there is a method of expressing the active state of yeast by a specific consumption rate ν which is a biochemical engineering parameter, and obtaining an optimum value of the dilution rate D using a calculation formula derived from a mass balance formula. An example of producing sparkling cider liquor using the same is shown.

【0036】一般に、連続培養系での基質濃度Sに関す
る物質収支式は次の式(1)で表される。 V(ds/dt)=−V(ds/dt)c +FSf −FS 式(1) V :発酵液量 F :培地供給速度 Sf :供給培地中の基質濃度 S :培養槽内の基質濃度 (ds/dt) :発酵槽内の基質濃度変化 (ds/dt)c :微生物による基質の消費速度 (1)の両辺をVで割って、次の式(2)が導きだされ
る。
In general, the substance balance equation relating to the substrate concentration S in a continuous culture system is represented by the following equation (1). V (ds / dt) = - V (ds / dt) c + FS f -FS formula (1) V: Fermentation liquid amount F: medium feed rate S f: substrate concentration in the feed medium S: substrate concentration in the culture tank (Ds / dt): Substrate concentration change in the fermenter (ds / dt) c : Substrate consumption rate by microorganisms Both sides of (1) are divided by V to obtain the following formula (2).

【0037】 (ds/dt)=−(ds/dt)c +D(Sf −S) 式(2) D=F/V :希釈率 一方、比消費速度νは基質の消費速度を菌体濃度で割っ
たものと定義されているから、次の式(3)で表され
る。 ν=(ds/dt)c /X 式(3) X :菌体濃度 式(3)を式(2)に代入して、次の式(4)が導き出
される。
(Ds / dt) = − (ds / dt) c + D (S f −S) Formula (2) D = F / V: Dilution rate On the other hand, the specific consumption rate ν is the substrate consumption rate and the bacterial cell concentration. It is defined as being divided by, and is expressed by the following equation (3). ν = (ds / dt) c / X Equation (3) X: Cell concentration By substituting Equation (3) into Equation (2), the following Equation (4) is derived.

【0038】 (ds/dt)=−ν・X+D(Sf −S) 式(4) 基質の投入と微生物による消費がバランスのとれた状
態、定常状態の場合(ds/dt)=0であるから、こ
の状態における式(4)は、次の式(5)で示される。 D=ν・X/(Sf −S) 式(5) リンゴ酒発酵の場合、基質であるリンゴ果汁に含まれる
糖はグルコース、フラクトース、シュークロース等の複
数種類が混合しており、基質としては単一の糖源ではな
いので、バイオリアクタ内の基質濃度Sを与えることは
できない。そこで、比重と糖含量の関係が直線的であ
り、比重が糖類の消費とアルコール生成に伴って変化す
ることから、本実施例では式(5)の基質濃度Sを比重
ρに置き換えて希釈率Dを求めた。従って、式(5)は
次の式(6)に書き換えられる。
(Ds / dt) = − ν · X + D (S f −S) Formula (4) A state in which the substrate input and the consumption by the microorganism are balanced, and in the steady state (ds / dt) = 0. Therefore, the equation (4) in this state is represented by the following equation (5). D = ν · X / (S f −S) Formula (5) In the case of apple fermentation, the sugar contained in the apple juice, which is a substrate, is a mixture of multiple types of glucose, fructose, sucrose, etc. Is not a single sugar source and therefore cannot provide a substrate concentration S in the bioreactor. Therefore, since the relationship between the specific gravity and the sugar content is linear and the specific gravity changes with the consumption of sugar and the production of alcohol, in this example, the substrate concentration S of the formula (5) was replaced with the specific gravity ρ to obtain the dilution ratio. D was calculated. Therefore, the equation (5) can be rewritten as the following equation (6).

【0039】 D=ν・X/(ρf −ρ) 式(6) ρf :原料果汁の比重 ρ :目的とするリンゴ酒の比重 式(6)に基づいて、パソコンを使用した希釈率コント
ローラ10で適希釈率を計算し、得られた希釈率Dを流
量コントローラ8に自動的に設定値として与えてリンゴ
酒発酵を行った。
D = ν · X / (ρ f −ρ) Formula (6) ρ f : Specific gravity of raw fruit juice ρ: Specific gravity of target cider liquor Based on formula (6), a dilution rate controller using a personal computer The appropriate dilution rate was calculated at 10, and the obtained dilution rate D was automatically given to the flow rate controller 8 as a set value to perform apple sake fermentation.

【0040】νは、その時の培養環境や酵母の種類によ
って様々な値をとるので、事前の実験で求めておく必要
がある。Xは、常法によりサンプリング、あるいはオン
ライン測定によりOD値、乾燥菌体濃度、生菌数として
測定する。本実施例の場合、レーザー式濁度計によるO
D値をそのまま用いた。パソコンのソフトは、OD値を
オンライン測定できるようにし、比消費速度ν及び比重
値はオペレータが直接入力できるようにした。また、比
消費速度νは糖濃度レベルによって変化する場合がある
ので、予め比重との相関関係を調べたデータを用意して
おく。
Since ν takes various values depending on the culture environment at that time and the type of yeast, it is necessary to obtain it in advance by experiments. X is measured as an OD value, a dry cell concentration, and a viable cell count by a conventional method or sampling or online measurement. In the case of the present embodiment, O by a laser turbidimeter
The D value was used as is. The software of the personal computer made it possible to measure the OD value online, and the operator could directly input the specific consumption rate ν and the specific gravity value. In addition, since the specific consumption rate ν may change depending on the sugar concentration level, data for which the correlation with the specific gravity is investigated is prepared in advance.

【0041】実際にパソコンにより所定の演算をし、流
量制御装置への設定値転送を行い連続発酵を行った結果
を図6のグラフに示す。この連続発酵の方法を次に説明
する。容積6lのバイオリアクタを用いて、酒母培養を
行った後、希釈率0.04で連続発酵を行った。この
間、生産されたリンゴ酒の比重は1.012であった。
ここで、オペレーターにより比重1.015のリンゴ酒
を生産するように指示を与えた。流量コントローラ8で
は、この指示に基づいて希釈率Dを求める計算が次のよ
うに行われた。実験的に求めた比消費速度νのデータに
基づいてν=1.85×10-5、菌体濃度Xの測定値9
4.8、原料果汁の比重測定値1.050が前記式
(6)に代入されて計算され希釈率D=0.05の値が
得られた。流量コントローラ8では、さらに、この希釈
率0.05が原料供給速度に変換され、得られた原料供
給速度300ml/hが流量コントローラ8に設定値と
して与えられる。このようにして原料供給速度を制御し
て発酵を行った。その結果、最終的に比重1.0152
付近のリンゴ酒が得られた。
The graph of FIG. 6 shows the result of continuous fermentation by actually performing a predetermined calculation with a personal computer, transferring the set value to the flow rate control device. The method of this continuous fermentation will be described below. After carrying out liquor culture using a bioreactor with a volume of 6 liters, continuous fermentation was carried out at a dilution rate of 0.04. During this period, the specific gravity of the produced apple liquor was 1.012.
Here, the operator was instructed to produce apple wine having a specific gravity of 1.015. In the flow rate controller 8, the calculation for obtaining the dilution rate D based on this instruction was performed as follows. Based on the data of the specific consumption rate ν obtained experimentally, ν = 1.85 × 10 −5 , the measured value of the bacterial cell concentration X 9
4.8, 1.050 of the measured specific gravity of the raw material juice was substituted into the above formula (6) to calculate a dilution ratio D = 0.05. In the flow rate controller 8, the dilution rate 0.05 is further converted into a raw material supply rate, and the obtained raw material supply rate of 300 ml / h is given to the flow rate controller 8 as a set value. In this way, fermentation was performed by controlling the raw material supply rate. As a result, the specific gravity finally becomes 1.0152.
We got apple cider in the vicinity.

【0042】さらに、オペレーターにより比重1.02
3の製品を生産するように指示を与えた。この時、流量
コントローラ8では、菌体濃度Xの測定値94.3、比
基質消費速度νの値2.27×10-5、原料果汁の比重
値1.050の値が前記式(6)に代入されて、希釈率
D=0.08の値が得られた。流量コントローラ8で
は、さらに、この希釈率0.08を原料供給速度が変換
され、得られた原料供給速度480ml/hが流量コン
トローラ8に設定値として与えられた。このようにして
原料供給速度を制御して発酵を行った。その結果、最終
的に比重1.0235付近のリンゴ酒が得られた。
Further, the operator has a specific gravity of 1.02.
Instructions were given to produce 3 products. At this time, in the flow rate controller 8, the measured value of the bacterial cell concentration X is 94.3, the value of the specific substrate consumption rate ν is 2.27 × 10 −5 , and the specific gravity value of the raw material juice is 1.050. To obtain a value of dilution rate D = 0.08. The flow rate controller 8 further converted the dilution rate of 0.08 into the raw material supply rate, and the obtained raw material supply rate of 480 ml / h was given to the flow rate controller 8 as a set value. In this way, fermentation was performed by controlling the raw material supply rate. As a result, apple cider having a specific gravity of around 1.0235 was finally obtained.

【0043】以上のように、本実施例の制御方法によれ
ば、簡単な特性式を導き、比重値を用いて最適希釈率を
求めることができる。更に、オンライン測定項目を強化
して完全に自動的に最適運転が可能である。また、本実
施例の場合、簡単な特性式を用いたが、知識情報処理的
な手段、ファジイ制御、ニューラルネットワークなどを
用いることにより、さらに柔軟な最適制御が可能であ
る。
As described above, according to the control method of the present embodiment, it is possible to derive a simple characteristic formula and obtain the optimum dilution rate using the specific gravity value. In addition, online measurement items can be enhanced to allow fully automatic optimum operation. Further, in the case of the present embodiment, a simple characteristic expression is used, but by using a knowledge information processing means, fuzzy control, a neural network, etc., more flexible optimum control is possible.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明は、以上、説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。 (1)比重を指標として希釈率制御が可能である。 (2)あらかじめ実験検討を行い、原料の比重、菌体濃
度、製品の比重との関係を把握することで目的とする発
酵液の比重を指標とし希釈率の最適値を設定できる。
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects. (1) It is possible to control the dilution rate using the specific gravity as an index. (2) The optimum value of the dilution rate can be set by using the specific gravity of the target fermentation broth as an index by conducting an experimental study in advance and ascertaining the relationship between the specific gravity of the raw material, the bacterial cell concentration, and the specific gravity of the product.

【0045】(3)原料の選定、酵母の選定、発酵温
度、菌体濃度などの初期条件を設定し、希釈率を操作す
ることで、様々な品質の醸造酒が連続的に且つ高速度で
生産できる。 (4)事前検討で求められた発酵特性に基づき制御特性
式を作成すること、及びデータベース化、ファジィ、ニ
ューラルネットワークなどの知識情報処理を行うことで
希釈率の自動制御が可能となる。
(3) By selecting initial conditions such as selection of raw materials, selection of yeast, fermentation temperature, and cell concentration and controlling the dilution rate, brewed liquors of various qualities can be continuously and at high speed. Can be produced. (4) It is possible to automatically control the dilution rate by creating a control characteristic formula based on the fermentation characteristics obtained in the preliminary examination and by performing knowledge information processing such as database, fuzzy, and neural network.

【0046】(5)発酵液の比重及び菌体濃度のオンラ
イン測定を行うことにより、自動制御が容易になる。
(5) By performing on-line measurement of the specific gravity of the fermentation broth and the bacterial cell concentration, automatic control becomes easy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】醸造酒の連続発酵を行うためのバイオリアクタ
の構成を示す。
FIG. 1 shows the configuration of a bioreactor for continuous fermentation of brewed sake.

【図2】クロスフロー濾過の概念図を示す。FIG. 2 shows a conceptual diagram of cross-flow filtration.

【図3】実施例で用いるバイオリアクタの制御ブロック
図を示す。
FIG. 3 shows a control block diagram of a bioreactor used in an example.

【図4】別の実施例で用いるバイオリアクタの制御ブロ
ック図を示す。
FIG. 4 shows a control block diagram of a bioreactor used in another embodiment.

【図5】希釈率を0.08としたときの発酵液の比重、
酵母菌体の数の経時変化を示す。
FIG. 5: Specific gravity of the fermentation broth when the dilution rate is 0.08,
The time-dependent change of the number of yeast cells is shown.

【図6】パソコンにより所定の演算をし、流量制御装置
への設定値転送を行い連続発酵を行った結果を図6のグ
ラフに示す。
FIG. 6 is a graph of FIG. 6 showing a result of continuous fermentation by performing a predetermined calculation by a personal computer, transferring a set value to a flow rate control device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 原料供給口 2 循環ポンプ 3 セラミックフィルタモジュール 4 熱交換器 5 脱気部 6 醸造酒 7 流量計 8 流量コントローラ 9 流量調整バルブ 10 希釈率コントローラ 1 Raw Material Supply Port 2 Circulation Pump 3 Ceramic Filter Module 4 Heat Exchanger 5 Degassing Section 6 Brewing Sake 7 Flow Meter 8 Flow Controller 9 Flow Control Valve 10 Dilution Ratio Controller

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清家 康彦 神奈川県平塚市夕陽ケ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社平塚研究所内 (72)発明者 結城 邦夫 千葉県柏市東中新宿4−1−5 (72)発明者 田辺 正行 千葉県松戸市胡録台146−401 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yasuhiko Seike 63-30 Yuhigaoka, Hiratsuka-shi, Kanagawa Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Hiratsuka Laboratory (72) Inventor Kunio Yuki 4-1-5 Shinjuku, Higashi-chu, Kashiwa, Chiba ( 72) Inventor Masayuki Tanabe 146-401, Kosokudai, Matsudo City, Chiba Prefecture

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(1)原料供給口と、 発酵された醸造酒を排出するための出口配管と、 発酵液をクロスフロー濾過し、発酵液のうち一部が透
過して清澄化される透過液を出口配管に分配し、その残
りの微生物を含む発酵液を循環路に分配する機能を持つ
セラミックフィルタモジュール、からなる以上〜の
構成部を備え、且つセラミックフィルタモジュールが循
環路によりループ状に形成されているバイオリアクタを
用いて、 (2)発酵原料を前記バイオリアクタに連続的に供給し
ながら、目的とする発酵液の比重を指標として適切な希
釈率を選択して発酵を行うことにより、適切に発酵され
た品質の醸造酒を得ることを特徴とするバイオリアクタ
による醸造酒の連続発酵の制御方法。
(1) Raw material supply port, outlet pipe for discharging fermented brewed sake, cross-flow filtration of fermentation broth, and a part of the fermentation broth permeates to be clarified The liquid is distributed to the outlet pipe, and the ceramic filter module having the function of distributing the fermentation liquid containing the remaining microorganisms to the circulation path is provided, and the ceramic filter module is provided with a loop shape by the circulation path. By using the formed bioreactor, (2) by performing fermentation while continuously supplying the fermentation raw material to the bioreactor, selecting an appropriate dilution rate using the specific gravity of the target fermentation solution as an index , A method for controlling continuous fermentation of brewed liquor by a bioreactor, which comprises obtaining brewed liquor of appropriately fermented quality.
【請求項2】(1)発酵原料を供給するための原料供
給口と、 発酵された醸造酒を排出するための出口配管と、 発酵液をクロスフロー濾過し、発酵液のうち一部が透
過して清澄化される透過液を出口配管に分配し、その残
りの微生物を含む発酵液を循環路に分配する機能を持つ
セラミックフィルタモジュールと、 該出口配管に設けられた、排出される醸造酒の流量を
コントロールする流量コントロールバルブと、 該流量コントロールバルブの下流に設けられた醸造酒
の流量を計測する流量計と、 該流量コントロールバルブと該流量計との間に設置さ
れ、該流量計の示す値に従って該流量コントロールバル
ブの開閉度をフィードバック制御することのできる流量
コントローラ、からなる以上〜の構成部を備え、且
つセラミックフィルタモジュールが循環路によりループ
状に形成されているバイオリアクタを用いて、 (2)発酵原料を前記バイオリアクタに連続的に供給し
ながら、目的とする発酵液の比重を指標として適切な希
釈率を選択して発酵を行うことにより、適切に発酵され
た品質の醸造酒を得ることを特徴とするバイオリアクタ
による醸造酒の連続発酵の制御方法。
2. A raw material supply port for supplying a fermentation raw material, an outlet pipe for discharging a fermented brewed liquor, and a cross-flow filtration of the fermentation liquid to partially permeate the fermentation liquid. And a clarified permeate to be distributed to the outlet pipe, and a ceramic filter module having a function of distributing the fermentation liquid containing the remaining microorganisms to the circulation path, and the brewed liquor discharged from the outlet pipe. A flow rate control valve for controlling the flow rate of the brewery, a flow meter provided downstream of the flow rate control valve for measuring the flow rate of the brewed liquor, and a flow meter installed between the flow rate control valve and the flow meter. A flow rate controller capable of performing feedback control of the opening / closing degree of the flow rate control valve according to the indicated value. Using a bioreactor in which the loop is formed in a loop by a circulation path, (2) while continuously supplying the fermentation raw material to the bioreactor, an appropriate dilution rate using the specific gravity of the target fermentation broth as an index. A method for controlling continuous fermentation of brewed liquor by a bioreactor, wherein brewed liquor of appropriately fermented quality is obtained by selecting and fermenting.
【請求項3】 目的とする発酵液の比重を指標として適
切な希釈率を選択する方法が、予め、菌体濃度、発酵原
料の比重及び希釈率の各条件と、目的とする発酵液の比
重との相関関係を調べ、この相関関係を基にして適切な
希釈率を選択することを特徴とする請求項1又は2記載
のバイオリアクタによる醸造酒の連続発酵の制御方法。
3. A method for selecting an appropriate dilution rate using the specific gravity of the target fermentation broth as an index is such that the conditions such as the bacterial cell concentration, the specific gravity and the dilution rate of the fermentation raw material, and the specific gravity of the target fermentation broth are preliminarily set. The method for controlling continuous fermentation of brewed liquor by a bioreactor according to claim 1 or 2, characterized in that an appropriate dilution rate is selected based on this correlation.
【請求項4】(1)発酵原料を供給するための原料供
給口と、 発酵された醸造酒を排出するための出口配管と、 発酵液をクロスフロー濾過し、発酵液のうち一部が透
過して清澄化される透過液を出口配管に分配し、その残
りの微生物を含む発酵液を循環路に分配する機能を持つ
セラミックフィルタモジュールと、 該出口配管に設けられた、排出される醸造酒の流量を
コントロールする流量コントロールバルブと、 該流量コントロールバルブの下流に設けられた醸造酒
の流量を計測する流量計と、 該流量コントロールバルブと該流量計との間に設置さ
れ、該流量計の示す値に従って該流量コントロールバル
ブの開閉度をフィードバック制御することのできる流量
コントローラと、 最適希釈率を自動的に計算し流量コントローラに計算
した希釈率を与えることのできる希釈率コントローラ、
からなる以上〜の構成部を備え、且つセラミックフ
ィルタモジュールが循環路によりループ状に形成されて
いるバイオリアクタを用いて、 (2)菌体濃度、発酵原料の比重、原料供給速度(又は
希釈率)の各データと好ましい品質を有する醸造酒の比
重の相関関係のデータが予め入力されている希釈率コン
トローラに、現実の原料比重及びバイオリアクタ内の菌
体濃度を入力し、 (3)該希釈率コントローラで目的の品質を有する果実
酒を得るための最適希釈率を自動的に算出し、 (4)得られた最適希釈率を流量コントローラに設定値
として与えて発酵を行うことにより、適切に発酵された
品質の醸造酒を得ることを特徴とするバイオリアクタに
よる醸造酒の連続発酵の制御方法。
4. A raw material supply port for supplying a fermentation raw material, an outlet pipe for discharging fermented brewed liquor, and a cross-flow filtration of the fermentation liquid to partially permeate the fermentation liquid. And a clarified permeate to be distributed to the outlet pipe, and a ceramic filter module having a function of distributing the fermentation liquid containing the remaining microorganisms to the circulation path, and the brewed liquor discharged from the outlet pipe. A flow rate control valve for controlling the flow rate of the brewery, a flow meter provided downstream of the flow rate control valve for measuring the flow rate of the brewed liquor, and a flow meter installed between the flow rate control valve and the flow meter. A flow controller that can feedback-control the opening / closing degree of the flow control valve according to the indicated value, and an optimal dilution ratio that is automatically calculated and calculated by the flow controller. Dilution factor controller that can provide the rate,
A bioreactor having the above-mentioned components and having a ceramic filter module formed in a loop by a circulation path, and (2) bacterial cell concentration, specific gravity of fermentation raw material, raw material supply rate (or dilution rate) ) And the data of the correlation of the specific gravity of the brewed liquor having a preferable quality are input in advance, the actual material specific gravity and the bacterial cell concentration in the bioreactor are input to the dilution rate controller, and (3) the dilution is performed. The rate controller automatically calculates the optimum dilution rate for obtaining fruit wine with the desired quality, and (4) the fermentation is performed by giving the obtained optimum dilution rate to the flow rate controller as a set value for fermentation. A method for controlling continuous fermentation of brewed liquor by a bioreactor, which is characterized by obtaining fermented brewed liquor of fermented quality.
JP26200191A 1991-10-09 1991-10-09 Method of controlling continuous fermentation of fermented alcoholic beverage by using bioreactor Withdrawn JPH05244925A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015126704A (en) * 2013-12-27 2015-07-09 サントリーホールディングス株式会社 Fruit wine production method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015126704A (en) * 2013-12-27 2015-07-09 サントリーホールディングス株式会社 Fruit wine production method

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