JPS5823789A - 高濃度エタノ−ルの製法 - 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】 本発明は、担体に固定化した固定化酵母を用（・る高濃
度エタノールの製法に関するものであり、さらに詳しく
は発酵によりエタノールを生成する発酵性糖の水溶液を
固定化酵母に接触させることによる高濃度エタノールを
製造する方法である。

酵母を用いたエタノールの発酵法による生産は古くから
行われてきたが、その生産様式は回分操作によるもので
あり極めて長時間を要するものであった。特に清酒工業
で行われてきた高濃度のエタノールの製造は、／ケ月以
上もの発酵時間を必要とするものであった。

最近、石油資源の枯渇の問題から代替エネルギーの開発
の必要性が高まり、農産物あるいは農産副産物からエタ
ノールを合成し、これを代替エネルギーあるいは石油化
学原料として利用することが注目されるようになった。

しかし、農産物あるいは農産副産物からエタノールを製
造する場合には、発酵性糖からエタノールを合成する工
程に長時間を要し、また高濃度のものを得難いために合
成されるエタノールの価格が高くなるという問題点があ
った。

これらの問題点を解決する方法として、高濃度の酵母を
固定化した固定化酵母を利用して農産物あるいは農産副
産物から誘導されるエタノールを短時間で製造する方法
が提案されている（特開昭３１１−／３！；２ｑ！；　
）。しかし、この固定化酵母を用いてグルコースからエ
タノールを製造する方法においても、高濃度のエタノー
ル生産を行うためには発酵性糖のみならず酵母の増殖に
必要な栄養素を含んだ培地を固定化酵母と接触させて酵
母の増殖を行いながら発酵させることによってのみ可能
といわれている（特開昭、１ｔ５−／Ａ３７９乙）。こ
の方法は、酵母の増殖が必須なため、原料として発酵性
糖の他に非常に高価なイーストエキスなどの栄養素が必
須であり、安価なエタノールの製法としては問題がある
のみならず、発酵性糖が酵母の増殖に使用されるため、
エタノールへの転化率が低下するという欠点がある。さ
らに微生物の成育に都合のよい栄養培地を連続して使用
するため、酵母以外の雑菌の混入及びその増殖が問題と
なり、生産を厳重な管理下に実施することが必要となる
。

本発明者らは、上記の固定化酵母法の問題点を解決し、
かつ高濃度エタノールを短時間に製造する方法について
鋭意研究を重ねた結果、固定化酵母と接触する発酵性糖
水溶液の濃度を常に／２０ｍｙ、Ａｌ以下に保つと固定
化酵母の酵素活性の失活が防止でき、発酵性糖゛１同時
に増殖に必要な栄養素を与えて固定化酵母法 にわたって収率よく発酵性糖がエタノールに発酵される
事実を見い出し本発明を完成するに至り九すなわち本発
明は、固定化酵母を用いて発酵性糖からエタノールを製
造する方法において、固定化酵母の増殖に必要な栄養素
を補給することなく、固定化酵母と接触させる液中の発
酵性糖濃度を／　２０　ｍ９／ｌｎｌ以下に保持しつつ
高濃度の発酵性糖を補給することを特徴とする高濃度エ
タノールの製造方法である。

本発明の方法において使用する酵母は、例えば協会６号
酵母（５ａｋｅ　ｙ潔ｔＩＦＯ２３ｔｉｂ　）、協会７
１字か号酵母（５ａｋｅ　ｙｅａｓｔ　ＩＦｏ　、２３
’１７　　）等のエタノール生成能を有する酵母であり
、特別のアルコール耐性酵母に限定されない。

本発明の方法において使用する固定化酵母は、上記の酵
母を担体上等に固定化したものであるが、適用される固
定化手段には特別な制限はなく、発酵操作中に酵母が液
中に脱離、漏洩し難いものであればよい。例えば、酵母
を寒天、カラギーナン、アルギン酸ナトリウム、ポリビ
ニルアルコール、ポリアクリルアミド、カゼイン、ゼラ
チンなどの高分子中に包括し、ゲル化したもの、あるい
は粘土、ガラスピーズ、シリカゲル、磁器などの無機担
体又はイオン交換樹脂、ポリヒドロキシエチルメタクリ
レートなどの有機高分子の表面をゼラチン、寒天、カラ
ギーナン、アルギン酸ナトリウム、ポリビニルアルコー
ル、ポリアクリルアミドなどでコーティングし、ゲル化
処理した後に酵母を吸着若しくは結合させたもの等が使
用できる。

本発明の方法において使用する酵母の量につ（・ても特
別の限定はなく、酵母を大量培養した後集菌してゲルに
包括又は担体に吸着若しくは結合させてもよいし、ある
いは極く小量の酵母をゲルに包括又は担体に吸着若しく
は結合させた後栄養培地中で増殖させたものを使用して
もよい。

本発明の方法においては、発酵過程において固定化酵母
の増殖に必要な栄養素を補給することを要しない。発酵
過程におし・ては、酵母と接触させる発酵性糖溶液中の
発酵性糖の濃度が常に７２０〜ゲ以下、より好ましくは
／　０　！；　ｍｖｆｎｌ以下に保たれているので、酵
母が失活することがないためである。しかし、発酵を開
始する前に発酵に必要な酵母を準備する上での、固定化
酵母と栄養素とを接触させることについては、本発明は
何ら制限するものではない。

本発明にいう発酵性糖とは、使用する酵母によっても異
なるが、例えばグルコース、ガラクトース、サッカロー
ス、マルトース、ラクトース、うフイノース、メリビオ
ース、キシロース、アラビノース、デキストリン、トレ
ハロース、α−メチルグルコシド、イヌリンなどである
。特にグルコース、サッカロースが好適である。

酵母と接触させる発酵性糖溶液の濃度は、高濃度のエタ
ノールを得るためには高いことが望まし　−いが、／　
２０　ｍｙｙｆｎｌを越えると酵母の失活が顕著になり
、発酵を継続するには酵母の増殖に必要な栄養素の供給
が必須となるため適切ではない。発酵による発酵性糖の
エタノールへの転換が進むにつれ、溶液中の発酵性糖の
濃度は低下していくが、この溶液に対して高濃度の発酵
性糖溶液を連続的あるいは間欠的に補給することによっ
て、生成するエタノールの濃度を１りｏ　ｍｙ、＋ｉ：
以上の高濃度にすることが可能となる。補給に用いる高
濃度の発酵性糖溶液の濃度は／　、２０　ｍ９／ｆｎｌ
以上であればよく、発酵性糖１００％のものをも使用す
ることができ、目的とする製品エタノールの濃度に応じ
て変化させることかできる。しかし発酵性糖の補給量は
、固定化酵母と接触させる発酵性糖溶液の濃度が／　、
２０　ｍｙｙｆｎｌ、より好ましくは１０！；ｍ９を越
えないよう制限を受ける。大きな発酵速度を維持するた
めに、エタノールの生成に伴い副生ずる炭酸ガス量を検
量し、該ガス量に応じて高濃度の発酵性糖溶液を補給す
ることもできる。

発酵の条件としては、従来から知られて℃・るように槽
内の温度を３Ｓ℃以下に保ちながら緩やかに攪拌して実
施することが適切である。なお、発酵が進行するにつれ
接触液中のＰＨが低下するが、発酵過程においては接触
液のＰＨをダから７の範囲、好ましくはりから乙の範囲
内にコントロールすると発酵速度が向上する。

本発明によるエタノールの製造は、回分法でも連続法で
も実施することができる。回分法の場合には、例えば反
応槽に約／　００　ｍ９／ｆｎｌの濃度の発酵性糖（ゲ
ルコール）を仕込み、更に固定化酵母を仕込んだ後に、
温度を所定温度に保ちつつ緩やかに攪拌しつつ発酵を開
始させる。高濃度の発酵性糖溶液（例えば、グルコース
３００　Ｗ／ｆｎｌ　）を槽内の発酵性糖の濃度が／　
２０１に／／ｆｎｌを越えないよう連続的あるいは間欠
的に補給して発酵を実施することにより、エタノール濃
度が４係以上の高濃度エタノニルを生産することができ
る。

一方、高濃度エタノールの製造を連続法で実施する場合
には、次のような３種の方法が可能である。

（１）　　多段反応槽法 多段の反応槽の各々に固定化酵母を仕込み、第１の反応
槽に対し約／　００　ｍ９７ｆｎｌの濃度の発酵性糖溶
液を連続的に仕込む。発酵が定常状態になった第１の反
応槽からの流出液を分析し、これに対して発酵性糖の濃
度を／コＯ号郁以下に保つよつ７２０ｍｙ７ｆｎ１以上
の高濃度（例えば３００号剣）の発酵性糖溶液を追加し
、この混合液を第コの反応槽に仕込む。なお、この時に
混合液のＰＨをグから７、より好ましくはＳから乙の範
囲に制御することが好ましい。第コの反応槽の発酵が定
常状態になった後流出液を分析し、この流出液に再度高
濃度発酵性糖溶液を混合液中の発酵性糖の濃度を７２０
〜４１以下に保つよう追加し、この混合液を第３の反応
槽に仕込む。

この操作を繰り返すことによってアルコール濃度が乙Ｑ
　ｒｒｙｆｎ１以上の発酵製品を得ることができる。

（２）　　多段反応塔法 上述の多段反応槽法において、槽の代わりに固定化酵母
を充填した塔あるいは流動床槽を用いる。

（３）　　リサイクル法 固定化酵母を充填した塔又は反応槽に、まず発酵性糖の
溶液を供給し発酵を開始する。発酵が定常化してきたら
、出口からの流出液の一部をリサイクルさせるが、この
リサイクル液に高濃度の発酵性糖溶液を、反応槽入口で
の発酵性糖の濃度が／　、２０　ｍｙＡｌ以下となるよ
う加える。

この方式では仕込みの発酵性糖溶液の濃度と量及びリサ
イクル液量を制御することにより・、エタノール濃度が
１．Ｏｍｙ、４１１以上の高濃度エタノールを製造する
こ′″とが可能である。また、この方法では、例えば減
圧によりリサイクル液中の溶解炭酸ガス量を減少させる
こと並びにリサイクル液のＰＩ（を制御すること等によ
って固定化酵母の活性を長時間高い状態に保つことがで
きる。

なお、本発明の高濃度エタノールの製法を連続法で実施
すると最代発酵液中に少量の発酵性糖が残存するが、こ
の残存発酵性糖は固定化酵母を充填した塔を通すことで
更に減少させることが可能である。

以下、実施例を挙げて本発明の方法を具体的に説明する
。

実施例／ 協会６号酵母をグルコース１０チ、酵母エキス０．３チ
、麦芽エキスθ３％、及びペプトンＯ５％よりなる培地
（１）Ｈ＝ＡＯ）　Ｓｍｌに接種し、３０℃で２θ時間
振とう培養した。この培養液を滅菌処理した４４５％の
に一カラギーナン水溶液−〇ｍｌと混合し、ノズルより
滅菌処理した２％塩化カリウム水溶液！ｒ　００　ｍｌ
に滴下し、直径約３簡の球状ゲルにした。得られたゲル
を滅菌処理したＡ；００ｍ１のフラスコ中に移し、酵母
エキス０．　／　５％、塩化アンモニウムＯユＳ％、Ｋ
Ｈ２Ｐ０．０．　！；　！ｉ％、Ｍｇ８０４００１２％
、ＣａＣｌ、０．００２％、りｆ−７酸θ／％、Ｎａｃ
ｌＯ，２５％及びグルコース７０％を含むｐＨＨＯ２栄
養培地３００ｍ１を加え、３０°Ｃで緩やかに２０時間
振とうした。次にゲル以外の液を除去した後、上述の栄
養培地３００ｍ１をゲルに追加し、３０℃で２０時時間
中かな振とうを行って培養を続げた。その後再度ゲル以
外の液を除去し、上記栄養培地３００ｍ１をゲル加え、
３０℃で２０時間の増殖操作を行った。得られた固定化
酵母１０ｍ１を滅菌したｓｏｏｍｉのフラスコに移し、
１０チのグルコース及び／　％　ＭＣＩを含む溶液１０
ｍ１を添加し、３０℃で緩やかに振とうを行い発酵させ
た。

１５時間後の反応液中のエタノール及びグルコースの濃
度を分析したところそれぞれ’ｌ　ｇ　ｔｒｍｌ及び／
　ｍｇｙｆｎｌとなっていた。次にフラスコにり０チの
グルコース溶液３　ｍｌを添加し、さらに発酵液は１１
０％力性ソーダ水溶液を添加してｐＨを乙としたのち、
３０℃でａ時間緩やかに振とうしたところ反応液中のエ
タノールはｇ　Ｏｍｙｆｎｌになっていた。

実施例コ 協会６号酵母をグルコース７０％、酵母エキス０３％、
麦芽エキス０３％及びペプトン０．　＆　％よりなる培
地（ｐＨ＝ムθ）！；Ｏｍｌに接種し、３０℃で２０時
間振とり培養させた。この培養液を滅菌処理した３０％
アルギン酸ソーダ水溶液’ｌ！；Ｏｍｌに加え、十分に
混合した。この混合液をノズルより滅菌処理した２％塩
化カルシウム水溶液に滴下し、平均粒径３醪の球状ゲル
を得た。

このゲルを第１図に示した１５１の反応槽１０／に入れ
、外套に３０℃の温水を流しながら、酵母エキスθ１５
チ、ＮＨ４Ｃｌ！０．．２５％、ＫＨ２ＰＯ４０Ｊ汐係
、Ｍｇ５０４０．０７２％、ＣａＣｌ２０．００２　％
、クエン酸０／チ、ＮａＣ１０，２５％、グルコース７
０％、ｐＨ−ｔ、０　の栄養培地を流速ＳＯθｍｌ／ｈ
ｒ　　でバルブ／及びコを経由して仕込んだ。反応槽か
らのガス及び液は分離槽１０．２で分離し、ガスはバル
ブｑを経て、液はバルブＳより流出させた。栄養培地を
２日間流した後、バルブｌ及びコを経でグルコース７０
％及びＣａ（Ｊ２７０％の水溶液を５００ｍ１／ｈ　ｒ
　　で７０時間流し続けた。このときの流出液を分析し
たところグルコース濃度は、ｌ　ｍａｌであった。そこ
で流出液の一部をリサイクルさせるためバルブ３及び乙
を徐々に開き、それと同時に）くルブＳを徐々にしぼる
ことによりノζルプ６及びノ（ルプＳを流れる流体の流
量比をｔＩ：／にコントロールさせた。このときパルプ
３０手前のｐＨメーターを見ながらバルブ７よりｔＩＯ
チカ性ソーダを添加しｐＨ−４になるようにコントロー
ルした。それと同時にバルブ／から補給する原料をグル
コース２０％、ＣａＣ１ｔ　ｌ　０％の液に切換えると
ともにその流速も／　Ｑ　Ｑ　ｍ４／ｈｒ　　にした。

この状態を保って７日後のバルブＳの流出液を分析した
ところエタノール濃度は９〜３号佃であった。さらに７
０後のバルブＳの流出液を分析したところエタノール濃
度は９３号以下あった。

実施例３ 実施例コに従って調製した酵母培養液を遠心分離し、菌
体１０ｇを得た。この菌体を精製したアクリル酸アミド
／Ｓｇ、Ｎ、Ｎ’−メチレン−ビス−アクリル酸アミド
／ｇ及び酢酸緩衝液７３０ｇの混合液に加え、０℃に冷
却しながら、よく混合しへ次にこの混合液にテトラメチ
ルエチレンジアミン０３ｇ、続いて過硫酸アンモニウム
の２０％水溶液５　ｍｌを加えて重合を行った。重合の
開始と同時に反応器を氷水で冷却し、内部温度が３５　
’Ｃ以上に上昇しないよう制御した。重合終了後ゲルを
取り出し、ゲルを約３Ｘ３×３ｒｒｔｍの大きさに切断
し、これを酢酸緩衝液で十分洗浄した。得られたゲルを
第２図に示したλ段連続反応槽の反応槽１０乙及び１０
ｇ（容量はそれぞれ１３０ｍ１及び２３０ｍ１　）にそ
れぞれＳＯｇ及び７５ｇずつ入れた。次に反応槽／θ乙
及び１０ｇの外套に３０℃の温水を流し、入口／／及び
／４’より酵母エキスｏ、ｉｓチ、ＮＨ４Ｃ１０，２！
；チ、ＫＨ２Ｐ０．　０、Ｓタチ、Ｍｇ５０゜０．０／
２％、ｃａＢ２θＯ０，２％、クエン酸θ／チ、ＮａＣ
１０，２！ｉ　％及びグルコース１０チを含むｐＨ−１
，０の栄養培地をそれぞれ３　Ｑ　ｍ４４′１ｒ　及び
７５　ｍｌ／ｈｒ　の流速で２日間流した。発生する炭
酸ガスは出口／２及び／乙より、流出液は出口／３及び
／りより抜き出した。次に栄養培地の供給を停止し、反
応槽１０乙には１０チグルコース溶液を入口／／より、
反応槽１０ｇには反応槽１０乙の流出液に入口／ｑより
グルコース濃度３００ｍｙ７ｆｎｌの液を、２５　ｍｌ
／ｈｒ　−を補給したものを供給しｊ島次にこの混合液
のｐＨをｐＨメーター１０Ｓで測定し補給するグルコー
ス溶液にｌＩＯチカ性ソーダと添加しｐ　Ｈ＝−４にコ
ントロールした。７日後に反応槽１０ｇの出口／７の液
を分析したところ７９ｍｖｌｒｌであった。なお反応槽
１０乙の出口液にはグルコースは検出されなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法をリサイクル法に従って実施する
際に使用する装置の一例で、第２図は本発明の方法を多
段反応槽法で実施する際に使用する装置の一例である。 ／〜７：バルプ ｇ＝温水人口　　　　　　９：温水出ロ／／〜／７：入
口又は出口配管 １０／　、　／（Ｂ　、　１０ｇ　：反応槽１０２　、
１０７　、１０９　：分離槽１０３：多孔板 ＩＯ’ｌ　：邪魔板 １０５：ｐＨメーター

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／　固定化酵母を用いて発酵性糖からエタノールを製造
   する方法において、固定化酵母の増殖に必要な栄養素を
   補給することなく、固定化酵母と接触させる液中の発酵
   性糖濃度を／　２０　ｍｑ７ｆｎｌ以下に保持しつつ高
   濃度の発酵性糖溶液を補給することを特徴とする高濃度
   エタノ−１ルの製造方法。 ２　回分法による特許請求の範囲第１項記載の製造方法
   。 ３、　多段に連結した連続反応槽を使用し、前記高濃度
   の発酵性糖溶液を２段目以後の反応槽に補給する特許請
   求の範囲第１項記載の製造方法。 ケ　連続反応槽を使用し、槽出口液の一部をリサイクル
   させる特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 Ｓ、　エタノールの生成に伴い副生ずる炭酸ガスな横置
   し、該ガス置忘じて前記高濃度の発酵性糖溶液を補給す
   る特許請求の範囲第ｔ２，３又は９項記載の製造方法。