JPS5854794B2 - エタノ−ルの製造方法 - Google Patents

エタノ−ルの製造方法

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JPS5854794B2
JPS5854794B2 JP56004637A JP463781A JPS5854794B2 JP S5854794 B2 JPS5854794 B2 JP S5854794B2 JP 56004637 A JP56004637 A JP 56004637A JP 463781 A JP463781 A JP 463781A JP S5854794 B2 JPS5854794 B2 JP S5854794B2
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yeast
reaction tower
liquid phase
reaction
tower
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JP56004637A
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和弘 山出
英夫 松山
正史 田端
達 福島
俊明 北嵐
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Tokyo Rikakikai Co Ltd
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Tokyo Rikakikai Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は三糖類、単糖類などの糖或いはこれらの混合物
、またはこれらの混合物を含む糖蜜、更に炭水化物また
はこれらから得た糖質物を原料とし酵母を触媒としてエ
タノールを製造する方法に関するものである。
従来、例えば廃糖蜜を原料とし酵母を使用してエタノー
ルを生産する技術は知られているが、塔形のバイオリア
クタを用いて廃糖蜜よりエタノールを連続生産する方法
は工業化されていない。
この系は嫌気性で、基質の糖は酵母菌体の増殖とエタノ
ールの生成とに消費され炭酸ガスを発生するものであり
、例えばバイオリアクタの一つである充填塔を用いたと
きは増殖菌体による閉塞、雑菌による汚染、腐敗などの
問題を生じやすく、これが工業化を妨げている大きな原
因である。
また、なま酵母をそのまま触媒に用いると生成したエタ
ノールによって酵母菌体の増殖が阻害され或いは酵母菌
体が仮死状態となり更に死滅してエタノール生成反応が
劣化乃至停止するので、エタノールにすぐれた耐性を有
する酵母を選択して使用するか、または糖を主成分とす
る液相を完全培地にして酵母に充分な増殖能力を与えな
ければならないという厄介な問題点がある。
更に、固定化酵母を触媒に用いると主成アルコールがか
なりの高濃度に達するまでは酵母菌体の増殖を劣化しな
いのでなま酵母に比べて有利であるが、固定化酵母によ
って充填層を形成すると液相の圧力損失が大きいばかり
か、固定化酵母が液圧で圧縮変形し互いに強く接触して
抵抗の増大を招くと共に液相との接触表面積が減少する
ため反応収率の低下を招き、且つまた固定化物の内部で
酵母菌体が高レベルで生存していないと高収率のエタノ
ール生産を期待できないという問題点がある。
即ち、糖を主成分とする液相からなる基質より酵母を触
媒に用いてエタノールを工業的に生産するにあたり、第
一にエタノールを経済的且つ高収率に生成すること、第
二に充填塔形の反応塔を用いたとき圧力損失、抵抗を増
大させないことが必要であり、更に第三に雑菌の混入が
ないこと、系の運転が安定していて定常状態でエタノー
ルの生産が行えることなどが必要である。
本発明は従来のなま酵母をそのまま或いは固定化して用
いる方法を改良し、凍結乾燥した酵母を用いることによ
って主に前記第一の条件を満足させるものであり、更に
無機質または有機質の支持層を充填した反応塔を用いる
ことによって主に前記第二の条件を満足させ、更にまた
前処理塔を用いることによって主に前記第三の条件を満
足させるものである。
第1図は本発明の実施態様を示すもので、竪形円筒状の
反応塔1の前段に同形の前処理塔2が設置されている。
原料の糖を主成分とする液相は原液槽3からポンプ4に
よって前処理塔2の底近くの外側周面に設けた供給口5
へ送られ、窒素、ヘリウムのような不活性ガスは圧力容
器6から二段の加湿器7,7を経て前処理塔2の底へ送
られ、焼結金属などの多孔質材料で作られたガス分散板
8を通ってこまかい気泡に分割される。
前処理塔2には殺菌した粒状セライトまたは珪藻土が充
填され、これらは全体として上下に連続した迷路状の通
路間隙を有する吸着層9を形成して居り、凍結乾燥した
酵母またはその固定化物が吸着層9にほぼ均一に分散さ
せられて混合している。
ポンプ4を連続運転して液相を前処理塔2へ送入すると
共に不活性ガスを送入し、並流上向充填塔と同じ方式で
液相の基質と気泡状の不活性ガスとを並流上向させ、基
質中の固形物を除去すると共にエタノール生成反応を行
わせる。
液相は前処理塔2の上端近くに設けた送出口10から移
送通路11を通ってポンプ12により或いは落差により
反応塔1の底近くに設けた供給口13へ送られ、また若
干の炭酸ガスを混入した不活性ガスは予備反応塔1の頂
端からガス通路14を通って反応塔1の底へ送られ、ガ
ス分散板15によってこまかい気泡に分割される。
前処理塔2は吸着層9のみを充填してもよく、ポンプ4
によって供給さ力る液相の圧力変動をなくし系の運動を
安定化するばかりか、液相に含有されている固形物を除
去し、従って固形物中の雑菌の混入が防止されるもので
、特に廃糖蜜を原料とする場合に有効である。
反応塔1には殺菌或いは凍結乾燥したおが屑、かんな屑
または砕木パルプ、殺菌した金属または硝子の細線から
なる綿状物その他で構成され液相および気相を通過させ
る迷路状の通路間隙を有すると共に望ましくは液圧で圧
縮変形しにくい性質の支持層16が充填してあり、凍結
乾燥した酵母またはその固定化物が支持層16はほぼ均
一に分散して混合支持されている。
前処理塔2から移送通路12を通って反応塔1の底近く
に送入された液相とガス通路14を通って反応塔1の底
に送入された不活性ガスとは気泡が液相を連行すること
によって支持層16の空隙を並流上向し、支持層16に
支持されている酵母を触媒としエタノールを生成して上
部に達し、液相および不活性ガスは上端近くの送出口1
7および頂端の排気口18より排出され、それぞれ凝縮
器19.20を経て容器21.22に溜められる。
容器21.22にはエタノール含有の反応生成物が溜め
られるもので、これらの容器21.22および凝縮器1
9,20はポンプ23で循環する冷却水によって冷却さ
れ、排気口18から炭酸ガスおよび生成エタノールの蒸
気を連行して排出された不活性ガスも冷却されることに
よってエタノールの回収率を向上する。
この場合、単糖類の内でグルコース、フラクトースなど
および三糖類の内でスクロースなどを発酵させてエタノ
ールを生成するにはサツカロミセス セルビジアエ、サ
ツカロミセス カールスバーゲンス、シゾサツカロミセ
ス ボンベ、シゾサツカロミセス メラアセイのような
酵母、ザイモモナス モビルスのようなバクテリア、サ
ツカロミセス セルビジアエ バ エリプソイドオスの
ようなワイン酵母が適し、また単糖類の内でガラクトー
スなどおよび三糖類の内でラクトースなどを発酵させて
エタノールを生成するにはキャンディダ ヌウードトロ
ピカルヌ、クルイベロミセスフラギリスのような酵母が
適し、糖の種類によって適切なものを選択し且つ必要に
より二種以上を併用するもので、本発明において酵母は
発酵酵素を生成分泌する微生物を包含する。
本発明においては先に述べたように凍結乾燥した酵母を
使用することを第一の特徴としている。
即ち、選択した酵母を例えば湿潤状態のまま予備凍結し
た後にこれを一10℃程度で凍結乾燥し、更に5係グル
タルアルデヒド溶液を噴霧したものをそいまま或いはポ
リアクリルアミド、カラギーナンなどで包括固定化して
使用するのである。
凍結乾燥させる際の冷却速度、冷却温度、残存水分の量
は任意であって、この処理によって一般的に40〜45
係程度の量の酵母が死滅し、これが生存酵母菌体の活性
維持および増殖の栄養源となる。
尚、凍結乾燥した酵母を固定化して用いるときは、支持
層を使用することなく基質からなる液相と固定化酵母か
らなる固相と不活性ガスの気泡からなる気相とによって
反応塔内で三相流動層を形成してもよく、この場合は懸
濁状態で反応を行わせる。
酵母を固定化しないときは反応塔に支持層を充填してこ
れに混合支持させ、液相と気相とを並流上向させて反応
を行わせる。
もつとも、送出した液相から酵母を分離し反応塔へ戻す
装置を設ければ固定化しない酵母をそのまま使用するこ
とも可能である。
尚また、二基以上の反応塔を並列に設けて同時に発酵を
行わせまたは直列に設けて順次発酵を行わせることもあ
り、更に反応塔の液相は連続的または回分的に補充、交
換される。
以上のように本発明によると、原料の糖を生成分とする
液相を反応塔に入れその底から不活性ガスを気泡状に送
入して上昇流を生じさせ、酵母の存在下でエタノール生
成反応を行わせるにあたり、酵母を凍結乾燥したものを
使用するものであるから、死滅酵母菌体と生存酵母菌体
とが共存した状態の酵母を用いることとなり、このため
生存酵母体は死滅酵母菌体を栄養源として活性を維持す
ると共に増殖を行い、基質の糖を消費することなく且つ
高価な窒素化合物を添加して増殖能力を与える必要もな
く従って経済的且つ高収率にエタノールを生成すること
ができるものである。
また、本発明によると、凍結乾燥した酵母を反応塔に充
填した支持層に混入支持させ、液相と気泡状の気相とを
並流上向させて支持層を通過させ、その間にアルコール
生成反応を行わせるものであるから、適当な空隙率を有
する支持層を用いることによって固定化酵母で充填層を
形成する従来方式のような圧力損失、抵抗の増大を招く
という不都合がなくなり所期の反応収率を維持できるの
である。
更に、本発明によると、反応塔の前段に吸着層を充填し
た前処理塔を設置し液相を先ずこの前処理塔に通し、し
かる後に反応塔へ送入するものであるから、ポンプによ
って供給される液相はこの前処理塔が調圧室としての機
能をもっていることから圧力変動が吸収され一定圧力と
なって反応塔へ送られることとなり、このため系の運転
が安定化し定常状態でエタノールの生産が行えるばかり
か、液相に含有されている固形物が吸着層によって除去
され、従って固形物中の雑菌が反応塔に混入し汚染、腐
敗を招くという不都合がなくなるもので、特に廃糖蜜を
原料とするエタノールの生産に適するものである。
次に本発明の試験結果を述べる。
湿潤酵母サツカロミセス セルビジアエ (Saccharomyces cerevisiae
)を予備凍結した後に一10℃で凍結乾燥し更に5饅グ
ルタルアルデヒド溶液を噴霧したもの2.13.!i’
と殺菌したかんたんな屑とを混合して直径2crIL1
高さ10確の塔に充填し、加湿した窒素ガスを塔の底の
焼結ガラス製のガス分散板を通して分散送入すると共に
液相を塔の底近くにチューブポンプで送入し連続運転し
た。
液相の糖は7〜10日毎に濃度をを高め、第1〜11日
はグルコース0.10M、フラクトース0.38M、第
12〜17日はグルコース0137M1フラクトース0
.38M、第18〜24日はグルコース0.48M、フ
ラクトース0.55Mとし、送出液中のエタノール、糖
を分析して第2図の結果を得た。
グラフのEはエタノール、Fはフラクトース、Gはグル
コースを示す。
また、原料の糖としてコーンシュガーを用い、且つ液相
にはイーストエキス8.5、NH4c A’ 1.3、
M、!i’ 5O4−7H201,0、cao120.
06 (J/13 )の割で添加すると共にリン酸緩衝
液を加えてPH4,5に調整し、この液相および窒素ガ
スを空塔速度4.2X10−3および0.93 ((m
/mi n )で送入した。
反応塔の滞留時間は4時間、温度は30℃に維持した。
第2図から判るように滞留時間の五倍でほぼ定常操作が
でき、且つ糖濃度を高めて高濃度のエタノールを安定よ
く生産することができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施態様を示すフローシート1、第2
図は試験結果を示すグラフである。 1・・・・・・反応塔、2・・・・・・前処理塔、3・
・・・・・原液槽、9・・・・・・吸着層、11・・・
・・・移送通路、14.・、・・・ガス通路、15・・
・・・・ガス分散板、16・・・・・・支持層、17・
・・・・・送出口、18・・・・・・排気口。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 原料の糖を主成分とする液相を反応塔に入れ、不活
    性ガスの気泡からなる気相を反応塔に底から送入して上
    昇流を生じさせ酵母の存在下でエタノール生成反応を行
    わせるにあたり、凍結乾燥した酵母を使用することを特
    徴とするエタノールの製造方法。 2 原料の糖を主成分とする液相を反応塔に入れ、不活
    性ガスの気泡からなる気相を反応塔に底から送入して上
    昇流を生じさせ酵母の存在下でエタノール生成反応を行
    わせるにあたり、凍結乾燥した酵母を使用し且つ無機質
    または有機質の支持層を反応塔に充填すると共に前記の
    酵母を支持層に混入支持させ、液相と気相とを並流上向
    させることを特徴とするエタノールの製造方法。 3 原料の糖を主成分とする液相を反応塔に入れ、不活
    性ガスの気泡からなる気相を反応塔に底から送入して上
    昇流を生じさせ酵母の存在下でエタノール生成反応を行
    わせるにあたり、凍結乾燥した酵母を使用し且つ液相は
    吸着層を充填した前処理塔を通し固形物を除去して反応
    塔へ送入することを特徴とするエタノールの製造方法。 4 原料の糖を主成分とする液相を反応塔に入れ、不活
    性ガスの気泡からなる気相を反応塔に底から送入して上
    昇流を生じさせ酵母の存在下でエタノール生成反応を行
    わせるにあたり、凍結乾燥した酵母を使用し且つ無機質
    または有機質の支持層を反応塔に充填すると共に前記の
    酵母を支持層に混入支持させ、液相は吸着層を充填した
    前処理塔を通し固形物を除去して反応塔へ送入し気相と
    並流上向させることを特徴とするエタノールの製造方法
JP56004637A 1981-01-16 1981-01-16 エタノ−ルの製造方法 Expired JPS5854794B2 (ja)

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JPH0325266Y2 (ja) * 1984-12-24 1991-05-31

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JPH0325266Y2 (ja) * 1984-12-24 1991-05-31

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