JPH0560351B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は新しい果汁液と酸素をカスケードの始
めに連続的に導入し、醗酵した果汁液をカスケー
ドの終りに連続的に集める、カスケード状態に配
置した醗酵容器で果汁液を連続醗酵することによ
るアルコールの生産方法およびカスケード状態に
配置した数個の醗酵容器から成るアルコールの連
続生産装置に関する。 （従来の技術） 本明細書で「果汁液」として以下記述する醗酵
性糖の豊富な培地の醗酵によりアルコールを生産
する各種既知方法および装置がある。既知方法の
うち、以下に畧述する３つの主要なタイプ、すな
わち１個の槽で行なうバツチ方法、カスケード状
態に配置した槽で行なう連続方法および循環醗酵
容器で行なう連続方法がある。 （発明が解決しようとする課題） １個の槽で行なうバツチ方法は簡単であるため
今日尚使用される。その主な不利な点は低生産性
である。 新しい果汁液と酸素をカスケードの初めに連続
的に導入し、最初の槽で生産又は導入後酵母に果
汁液と共に１つの槽から他の槽へ循環し、そして
醗酵果汁液はカスケードの終りに連続的に集め
る、カスケード状に配置した槽で行なう連続的方
法は１個の槽のバツチ方法より生産性は高くない
が、生産の中断および２つの生産バツチ間の槽の
清浄化の必要性が回避できる。 循環醗酵容器で行なう連続方法は高濃度の酵
母、時に凝集性酵母（flocculating yeast）を果
汁液に使用できる事実に基づく高生産性により区
別される。このタイプの既知方法では、果汁液の
酵母濃度は回収する醗酵果汁液から分離する少な
くとも酵母の部分を再循環することにより所望値
に保持する。このような再循環の結果は醗酵容器
中の酵母の平均滞留時間が長期になる。 （課題を解決するための手段） 本発明の目的は高生産性により区別されると共
に同時に酵母の再循環を回避して醗酵方法中果汁
液中の酵母の短期平均滞留時間を確保する、醗酵
によるアルコールの連続生産方法および装置を供
することである。 このために、本発明方法は凝集性酵母を使用
し、酵母の生育は最初の循環醗酵容器で促進し、
酵母の生育は少なくとも以後の循環醗酵容器では
抑止し、酵母はこのカスケードの終りに醗酵果汁
液から分離し、分離酵母を除去することを特徴と
する。 同様に、本発明による装置はカスケード状態に
配置した数個の循環醗酵容器およびデカンターを
含むことを特徴とする。 驚くべきことに醗酵果汁液から分離した酵母を
再循環して所望レベルにこの濃度を保持する必要
なしに果汁液中の高濃度の酵母により醗酵を行な
いうることが分つた。特に、カスケード状態に配
置した循環醗酵容器の使用は一方では、各醗酵容
器中の果汁液に対する凝集性酵母が使用できる内
部循環条件を確定することができ、他方では各醗
酵容器中の酵母マスの適当な再生を供するこのカ
スケードを通る果汁液に対し総体的循環条件を確
定できることが分つた。内部的および総体的と称
するこれらの２循環形は、一方では各醗酵容器の
内部回路の大部分にわたつて組み合され、他方で
は果汁液の非常に異る流れ割合、すなわち内部循
環に対し比較的高い流動速度および総体的循環に
対し比較的低い流動速度を含むが、こうしてそれ
ぞれ確定でき、実質的に別個に調整できる。 前記の結果、醗酵方法中果汁液の酵母の平均滞
留時間を20〜30時間に減少でき、一方同時に１時
間につき、および装置中の果汁液１につき20ｇ
のオーダーのアルコールの生産性を確保できるこ
とが分つた。 果汁液の酵母の平均滞留時間減少の重要性は望
ましくない微生物による果汁液の汚染の危険から
判断できる。ある通例の醗酵条件下で大部分の微
生物の生育割合は非常に減少するので、これらは
果汁液を汚染できないが、それにも拘らず例えば
胞子から増殖し、３週〜１ケ月間に醗酵装置を侵
すことができる微生物がある。従つて、汚染の危
険なく長期間連続的に醗酵を行ないたい場合、果
汁液中の酵母の平均滞留時間を減少させることが
真に必須である。 本発明方法を実施するために、醗酵は好ましく
は少なくとも１バールの二酸化炭素圧力下に行な
う。これは酵母の生理学的活性および凝集能に対
し有利な効果を有する。 酵母は方法の始めに醗酵容器に導入し、その後
果汁液は好ましくは１につき30〜70ｇ（乾燥重
量）の酵母含量を有するような量に保持するのが
よい。 醗酵方法中生産された総酵母量の大部分は最初
の醗酵容器で生産される。このために、70〜100
ｇ／の醗酵性糖を含有する新しい果汁液を、醗
酵容器に含まれる果汁液容量につき新しい果汁液
を１時間当り0.8〜1.0容量で、換言すれば１時間
当り0.8〜1.0の希釈割合で最初の醗酵容器に導入
できる。この方法で最初の醗酵容器の果汁液のア
ルコール含量は尚酵母が所望の生育ができる30〜
40ｇ／の価に限定される。 最初の循環醗酵容器中の酵母の生育は生育に必
要な酸素の総量に等しいか、又はそれより僅かに
多い量で、好ましくは１ｇ乾燥重量の酵母および
１時間につき大気圧の酸素を果汁液中に完全に吸
収できる0.05〜0.15mlの酸素の量で、醗酵容器に
酸素を導入することにより促進できる。この唯一
の最少量の酸素の使用は、特に醗酵容器の果汁液
の内部循環のため酵母が果汁液中で遭遇する酸素
濃度の周期的変化又は脈動の効果により特に可能
になる。 次の循環醗酵容器中の酵母の生育は例えば、酸
素を導入しないことにより、および／又は果汁液
の同化性リン酸塩濃度を制限することにより抑止
できる。実際に以後の醗酵容器に通気する必要は
ない。果汁液に残留する酸素および最初の醗酵容
器に生産される中間代謝産物は以後の醗酵容器で
醗酵によりアルコールの生産を続けるために十分
である。 一方では、１時間に0.04〜0.4の希釈割合で150
〜250ｇ／の醗酵性糖を含有する新しい果汁液、
他方ではこのすぐ前の醗酵容器に導入された果汁
液の１時間当りの総量に等しい１時間当りの量で
前の醗酵容器から移した醗酵果汁液を、以後の各
醗酵容器に導入することができる。こうして以後
の醗酵容器の果汁液のアルコール含量を徐々に増
加し、カスケードの終りに55〜65ｇ／の果汁液
のアルコール含量を得ることができる。 最後に、酵母はカスケードの終りにデカンテー
シヨンにより醗酵果汁液から分離できる。酵母は
二酸化炭素圧力下のデカンターに醗酵果汁液から
分離することが好ましい。醗酵工程はこのデカン
ターで完了する。最後の循環醗酵容器から出る残
りの醗酵性糖をアルコールに変換する場合、デカ
ンターで分離した酵母は再循環しないが、その代
りに除去し、こうして果汁液中の酵母の平均滞留
時間を根本的に制限する。この平均滞留時間は醗
酵工程中１時間に生産した酵母量で除した醗酵容
器およびデカンターに存在する酵母の総量の商に
実質的に等しい。最初の醗酵槽に導入した新しい
果汁液がこの階段槽を通過するに要する平均時間
は果汁液中に酵母のこの平均滞留時間より一般に
明白に短かい。それによつて本発明方法および装
置の長期安定性、すなわち胞子形成微生物による
可能な汚染に対するこれらの免疫を改良する。 本発明装置はカスケード状に配置した数個の循
環醗酵容器およびデカンターを含むことを特徴と
する。循環醗酵容器は一方では果汁液を閉鎖回路
中で循環でき、他方では、醗酵帯又は槽に占める
条件が凝集性酵母を使用できる任意のタイプのも
のでよい。 本発明装置の構造に特に有効に役立つ循環醗酵
容器の１つのタイプはエアリフトポンプをのせた
醗酵槽を含むものである。このタイプの醗酵容器
では、醗酵工程中遊離した二酸化炭素の唯一の作
用下に果汁液を循環することができる。二酸化炭
素は向上バルブにより槽中の圧力下に溶液に保持
させ、バルブ上に位置するパイプ又はエアリフト
ポンプで膨脹することによりポンプ効果を働かせ
る。酸素は最少量で、任意には窒素および／又は
二酸化炭素との混合物形で、エアリフトポンプの
上部を醗酵槽の底部に連結する帰り管の上部に導
入でき、従つて槽に入る前に完全に果汁液が吸収
する。 本発明装置の好ましい一態様は各循環醗酵容器
が醗酵槽、槽の上部の向圧バルブ、向圧バルブ上
のエアリフトポンプおよびエアリフトポンプの上
部を槽の下部に連結する帰り管を含み、最初の醗
酵容器は帰り管の上部にガス注入要素を含み、各
醗酵容器は新しいおよび／又は移送した果汁液を
導入する要素および帰り管の下部に連結した醗酵
果汁液を移送する要素を含み、一方デカンターは
上部で醗酵果汁液の取り出しパイプに連結し、底
部でデカントした酵母を移すパイプに連結する加
圧下のデカント槽を含み、最後の醗酵容器から醗
酵果汁液を移送する要素はデカント槽に連結した
新しいおよび／又は移送した果汁液の導入要素に
連結する、ことを特徴とする。 循環醗酵容器の数は例えば２〜６個でよい。こ
れらの容量は重要で、好ましくは50m³〜数百m³で
ある。槽は円筒状中心部分、半球下部部分又は基
部および半球上部部分を含むことが好ましい。中
心部分の水平断面は果汁液が槽中で上昇する割合
は約0.5〜２cm／秒であるような寸法であるもの
が好ましい。エアリフトポンプの高さは少なくと
も１バールの過剰圧力が尚槽の上部に作用し、約
0.5バールの圧力は１時間につき醗酵容器の容量
の約５〜10倍に相当し、全体として回路の抵抗に
打ち勝つ流速で果汁液を循環させるのち利用でき
るような高さであることが好ましい。例えばエア
リフトポンプに約35％のガス保留に対し、これは
少なくとも約15ｍのポンプの全体の高さを意味す
る。 回路の抵抗は好ましくは管状タイプの熱交換器
に特に基づく。これは槽の上部および底部間に約
３℃より多くない温度差で醗酵槽中に約30〜35℃
の温度を維持するために例えば戻り管に供されね
ばならない。 最後にデカンターの槽は例えば平らな、又は僅
かに凸面のカバーにより上部で、その底部で円錐
基部により密閉された円筒体を含む。この槽の容
量は醗酵槽の容量の1/3又は1/2のオーダーのもの
でよい。 本発明装置は一態様を図示する図面を引用して
下記に記載する。 図面に例示の態様では、装置は階段状に配置し
た４個の循環醗酵容器１〜４およびデカンター５
から成る。各循環醗酵容器は半球上部および下部
により上部および下部で密閉した円筒状中心部分
を有する醗酵槽１１〜４１を含む。 各槽１１〜４１はその上部に向圧バルブ１２〜
４２を含み、それによつて槽の上部に位置するエ
アリフトポンプ１３〜４３と連絡する。各エアリ
フトポンプは簡単なポンプカラム又はパイプであ
り、上部でサイクロンタイプの脱ガスユニツト１
４〜４４に開口する。 各サイクロンの上部は二酸化炭素除去パイプ６
に連結し、一方その下部は帰り管１５〜４５に連
結し、こうしてエアリフトポンプ１３〜４３の上
部を槽１１〜４１の下部に連結する。 最初の醗酵容器は帰り管１５の上部に連結した
ガス注入パイプ７の形のガス注入器を含む。下端
では各帰り管１５〜４５は管−型熱交換器１６〜
４６を通過する。 各醗酵容器は熱交換器１６〜４６の下の帰り管
１５〜４５の下部に連結した新しいおよび／又は
移送した果汁液の導入要素を含む。最初の醗酵容
器に対しては、これらの要素は新しい希釈果汁液
の導入パイプ１８および新しい希釈果汁液の導入
バルブ１９を含む。以後の醗酵容器に対しては、
これらの要素は移送した果汁液の導入パイプ２７
〜４７および新しい果汁液の導入パイプ２８〜４
８を含み、これは新しい濃果汁液の導入バルブ２
９〜４９により新しい濃果汁液の供給パイプ８に
連結する。 さらに各醗酵容器は熱交換器１６〜４６の下の
帰り管に連結した醗酵果汁液移送要素を含む。最
初の３個の醗酵容器に対しては、これらの要素は
以後の醗酵容器の移送果汁液の導入パイプ２７〜
４７に、移送バルブ１０２〜３０２により連結し
た醗酵果汁液の移送パイプ１０１〜３０１を含
む。最後の醗酵容器に対しては、これらの要素は
醗酵果汁液の移送用の１個のパイプ４０１から成
り、これはデカンター５の移送果汁液の導入用パ
イプ５７に直接連結する。 最後に、各帰り管１５〜４５はベンチユリタイ
プの混合要素１０５〜４０５を通つて槽１１〜４
１の下部に開口する。 デカンター５は上部を平らなカバーにより、下
部を円錐基部により密閉した円筒体を有する加圧
下のデカント槽５１を含む。槽５１はその上部、
又はカバーで除去バルブ５０２により醗酵果汁液
除去用パイプ５０１に連結する。槽５１はその基
部で排出バルブ５０４により排出パイプ５０３に
連結する。 デカンター５はまたデカント槽の円筒体の下部
に連結した新しいおよび／又は移送果汁液の導入
用要素を含む。これらの要素は最後の醗酵容器の
移送果汁液の導入用パイプ５７および注入バルブ
５９により供給パイプ８に連結した新しい濃果汁
液の導入用パイプ５８を含む。 次例は連続醗酵によりアルコールを生産する本
発明方法の１態様を例示する。 例 本発明方法により連続醗酵を行なうために、図
面に引用した上記のものと同じ装置を使用する。 この装置では、各４個の醗酵容器は全体の容量
は100m³および全体の高さ24ｍを有する。デカン
ターは50m³の容量を有する。醗酵容器およびデカ
ンターの槽は直径５ｍを有する。 必要量の凝集酵母Saccharomyces cerevisiae
CBS2961を槽に導入し、および／又は槽で生産
する初めの出発相後、連続醗酵工程を次表に示す
条件下で行なう：

【表】 これらの条件下で、果汁液の総循環割合、換言
すれば装置内の全体の流速は163m³／時間である。
サイクロンにより除去したCO₂から回収したアル
コールを含めてアルコールの総生産は9.63t／時
間となり、これは１時間当り、装置の総容積の
当り、21.4ｇのアルコール生産性を表わす。生産
酵母の総量は400Kg／時間になり、これは１当
り110ｇの乾燥重量の酵母を含有する3.63m³／時
間のサスペンジヨン形で除去する。 醗酵方法は胞子形成微生物により汚染の危険な
しに数ケ月間行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本方法による連続醗酵法の概略工程図を
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 新しい果汁液および酸素をカスケードの初め
   に連続的に導入し、醗酵果汁液をカスケードの終
   わりに連続的に集めるカスケードの状態に配置し
   た醗酵容器で果汁液を連続醗酵することによるア
   ルコールの生産方法において、凝集性酵母を使用
   し、酵母の生育は最初の循環醗酵容器で促進さ
   せ、酵母の生育は少なくとも１個の以後の循環醗
   酵容器で抑止し、酵母は、カスケードの終わりに
   醗酵果汁液から分離し、ついで分離酵母を除去す
   ることを特徴とする、上記アルコール生産方法。 ２ 醗酵は少なくとも１バールの二酸化炭素圧力
   下で行う、請求項１記載の方法。 ３ 果汁液は醗酵容器中で１につき30〜70ｇ乾
   燥重量の酵母含量を有する、請求項１記載の方
   法。 ４ １につき70〜100ｇの醗酵性糖を含有する
   新しい果汁液を１時間につき0.8〜1.0の稀釈割合
   で最初の醗酵容器に導入する、請求項１記載の方
   法。 ５ 果汁液の酵母乾燥重量１ｇにつき大気圧の
   0.05〜0.15mlの酵素を１時間につき最初の醗酵容
   器に導入する、請求項１記載の方法。 ６ 一方では１時間につき0.04〜0.4の稀釈割合
   で１につき150〜250ｇの醗酵性糖を含有する新
   しい果汁液、他方ではすぐ前の醗酵容器に導入し
   た果汁液の１時間当りの総量に等しい１時間当り
   の量で前の醗酵容器から移した醗酵果汁液を、以
   後の醗酵容器のそれぞれに導入する、請求項１記
   載の方法。 ７ 果汁液のアルコール含量は最初の醗酵容器で
   は30〜40ｇ／で、カスケードの終わりで55〜65
   ｇ／である、請求項１記載の方法。 ８ 酵母は加圧下のデカンターで醗酵果汁液から
   分離し、そこで醗酵は完了する、請求項１記載の
   方法。 ９ 連続醗酵によりアルコールの製造法を実施す
   るためのカスケード状態に配列した複数の醗酵容
   器を含む装置であつて、カスケード状態に配列さ
   れた数個の循環醗酵容器１〜４とデカンター５か
   ら成り、各循環醗酵容器１〜４は醗酵槽１１，２
   １，３１，４１、この醗酵槽の上部に向圧バルブ
   １２，２２，３２，４２、向圧バルブの上にエア
   リフトポンプ１３，２３，３３，４３およびエア
   リフトポンプの上部と醗酵槽の低部に連結してい
   る帰り管１５，２５，３５，４５から成り、第１
   醗酵槽１１は帰り管の上部にガスを導入するため
   の要素７および帰り管１５の低部に連結する新し
   い果汁液を導入する要素１８，１９を含み、後続
   の醗酵槽は移送果汁液を導入する要素２７，３
   ７，４７および帰り管２５，３５，４５の低部に
   連結する新しい果汁液を導入する要素２８，３
   ８，４８を含み、一方デカンター５は、醗酵した
   果汁液を除くためにその上部でパイプ５０１を連
   結し、かつその低部でデカントした酵母を空にす
   るためのパイプ５０３に連結する加圧下のデカン
   ト槽５１を含み、最後の醗酵容器４から移送果汁
   液を導入するための要素５７はデカント槽５１の
   低部に連結する新鮮果汁導入用要素５８に連結し
   ていることを特徴とする、上記醗酵装置。 １０ 各循環醗酵容器１〜４は醗酵槽１１，２
   １，３１，４１、槽の上部の向圧バルブ１２，２
   ２，３２，４２、向圧バルブ上のエアリフトポン
   プ１３，２３，３３，４３およびエアリフトポン
   プの上部を槽の下部に連結する帰り管１５，２
   ５，３５，４５を含み、最初の醗酵容器は帰り管
   の上部にガス導入用要素７を含み、各醗酵容器は
   新しいおよび／又は移送果汁液の導入用要素２
   ７，３７，４７，５７および帰り管の下部に連結
   した醗酵果汁液の移送用要素２８，３８，４８，
   ５８を含み、一方、デカンター５は上部で醗酵果
   汁液の除去用パイプ５０１に、そして基部でデカ
   ントした酵母を移すパイプに連結した加圧下のデ
   カンテーシヨン槽を含み、最後の醗酵容器の醗酵
   果汁液の移送要素はデカンテーシヨン槽の下部に
   連結した新しいおよび／又は移送果汁液の導入用
   要素に連結する、請求項９記載の装置。