JPS5854795B2 - 低濃度糖液からのアルコ−ル生産方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、グルコースなどの糖を低濃度で含有する液に
おいて糖を酵母等の微生物作用により効率良くアルコー
ルに変換する低濃度糖液からのアルコール生産方法に関
するものである。

エチルアルコールは、内燃機関の燃料として注目されて
いる。

特に毎年再生産される資源であるバイオマスからの生産
が有望視されている。

これは、バイオマスに含有される糖を利用するものであ
る。

例えば、さとうきびのさとう汁あるいは澱粉やセルロー
ズなどの多糖類を加水分解して得られる糖液である。

アルコール生産は、高濃度糖液を原料とした酒類製造や
発酵アルコール製造等で技術的に確立されている。

しかし、低濃度糖液、例えばセルロースのセルラーゼ（
セルロース加水分解酵素）による糖化液（糖濃度３〜６
重量幅）などを原料とした場合、蒸発法などにより１０
〜２０重量饅程度に濃縮しなければならない。

そしてこの濃度操作によるエネルギーが大きいため、低
濃度糖液を原料としてエタノールを生産する場合、エネ
ルギー効率が非常に悪い。

ところで、低濃度糖液の発生量は、多くなる方向にある
。

例えば、高濃度糖液を原料とするアルコール発酵の廃液
、また、セルロース系物質を原料としたセルロースの糖
化液などがそれである。

特に後者は、将来食糧問題等から穀物を原料とするアル
コール生産が難しくなるため、需要が増加すると推則さ
れている。

したがって、低濃度糖液から効率良くアルコールを生産
する技術が必要である。

本発明の目的は、低濃度糖液からの効率的なアルコール
生産方法を提供しようとするものである。

本発明について概説すれば以下の通りである。

本発明は、グルコースを吸着した活性炭と酵母とを嫌気
的に接触させたところ、エタノールの生産がみられたこ
と、及び、前記反応後、好気的に活性炭と酵母を接触さ
せたところ、活性炭がほぼ再生されたことの二点から提
案するものである。

その方法は、以下のような操作を有機的に組合せること
により、低濃度糖液から効率良くエタノールを生産する
ものである。

本発明の特徴は、低濃度糖液（１０係以下）と活性炭と
を接触し、糖を活性炭に吸着せしめる工程と糖を吸着し
た活性炭とアルコール発酵能を有する酵母あるいは細菌
と嫌気条件下で混合接触させる工程とよりなる低濃度糖
液からのアルコール生産方法にある。

以下、本発明の詳細を図面によって説明する。

第１図は粒状活性炭を用いた場合の一実施例フローであ
る。

なお、活性炭は粒状と粉末で方式が異なるが、基本的に
は同じである。

フローは、三つの接触槽が交互に吸着、発酵、再生を繰
り返えすものであるが、この図は、接触槽６が吸着、接
触槽１７が発酵、及び接触槽２７が再生を行っている状
態を示したものである。

接触槽６，１７．２７に充てんしている活性炭の粒径は
０．１〜５關程度のものが良く、特に０．５〜２間のも
のは、単位容積当り−の充てん量が多くかつ、酵母ある
いは細菌と懸濁した場合、静置状態で両者が分離できる
ので良い。

しかし、活性炭の材質の違いにより比重等が異なるので
特に粒径は限定しない。

また各種とも槽内にドラフトチューブを設け、流動化を
容易にしているが、接触効率が高い構造であれば良く、
特に限定はしない。

低濃度糖液（１０係以下程度）の原料１は、接触槽６に
供給され、接触槽６内を上昇して活性炭と接触する。

なお、低濃度糖液としてはセルロースの酵素糖化液、ア
ルコール発酵廃液、希薄な糖蜜液などがあるが、糖濃度
が１０％以下のものを対象とする。

このとき、原料バルブ２、排出バルブ７、排気バルブ９
、排出切り替えバルブ１１は開いており、循環バルブ３
、通気バルブ５、返送バルブ８、プロスバルブ１０は閉
じている。

また循環ポンプ４は停止中である。

したがって活性炭と接触し糖分を活性炭に吸着された原
料は排出バルブ７、排出切り替えバルブ１１が設けられ
ている管路より接触槽２７に流入せしめ、原料１と活性
炭とは分離する。

一定量原料１を通液した後、原料バルブ１、排出切り替
えバルブ１１を閉じ、返送バルブ８を開き、混合槽３４
から返送ポンプ３５により酵母あるいは細菌の懸濁液が
供給される。

該懸濁液の容量は、活性炭の充てん容量の２倍以下の方
が発酵が早く好ましい。

使用する酵母あるいは細菌としては、Ｓａｃｃｈａｒｏ
ｍｙｃｅｓｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ、Ｓａｃｃｈａｒｏｍ
ｙｃｅｓ ｃａｒｉｓｂｅｒｇｅｎｓｉｓ 、 Ｂａｃ
ｉｌｌｕｓ ｓｔｅｒｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｌｕｓ等
のエタノール生産菌であれば良く特に限定しない。

またその菌体濃度は、５０〜１００ ｇ／ｌ程度が良い
。

混合槽３４は、遠心分離機２２で分離された酵母あるい
は細菌と炭素源を含まない培地３６を混合するものであ
る。

該使用培地３６は、使用する菌により異なる。

例えばＳａｃｃｈａｒｏ−ｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓ
ｉａｅ の場合は以下の通りであるが、窒素源等の試
薬は種々あるので特に限定しない。

培地組成：酵母エキス６ｇ／ｌ、尿素４ｇ／ｌ、リン酸
−カリウム１．０ｇ／ｌ、リン酸二ソーダ１．０ｇ／Ａ
？、儲酸マグネジ酸マグネシウム０．５化カルシウム０
．１６ｇ／ｌ、ＰＨ４，０ 酵母あるいは細菌の懸濁液の供給を完了すると返送バル
ブ８を閉じ、かつ循環バルブ３を開くとともに循環ポン
プ４を始動する。

この状態が接触槽１７である。

原料バルブ１２、通気バルブ１５、排出バルブ１８、返
送バルブ１９を閉じ、循環バルブ１３、排気バルブ２０
を開き、循環ポンプ１４が稼動中である。

循環ポンプ１４は、接触槽１７の上部液を接触槽下部に
圧入し、活性炭を流動化し混合する。

接触槽１７内は、発酵に適したｐＨ１温度、例えば、Ｓ
ａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓｃｅｒｅｖｉｓｉａｅであれ
ば、ｐＨ４，０、温度３０℃にコントロールされている
。

一定時間経過後、循環ポンプ１４を停止し、循環バルブ
１３を閉じ、静置する。

静置後、排出バルブ１８を開き、活性炭層上部の液を抜
き出し、遠心分離機２２に送る。

この遠心分離機２２で酵母あるいは細菌のスラリー液と
エタノールを含有する発酵液に分け、スラリー液はポン
プ３３を駆動して混合槽３４にエタノールを含有する発
酵液は管３７より抽出する。

液の抜き取り完了後、排出バルブ１８を閉じ、通気バル
ブ１５を開き、コンプレッサー１６より空気を圧入する
。

この状態が接触槽２７である。原料バルブ２３、循環バ
ルブ２４、排出バルブ２８、返送バルブ２９ ブロスバ
ルブ３１．排出切り替えバルブ３２を閉じ、通気バルブ
２６は開く。

槽内のｐＨ及び温度を生育に適した値にコントロールし
た状態で一定時間空気を通気し、残留酵母あるいは細菌
と活性炭とを混合する。

そして、通気バルブ２６を閉じ、排出バルブ２８、排出
切り替えバルブ３２、原料バルブ２３を開き、原料１を
通液する。

この状態が接触槽６である。以上のように各接触槽が、
吸着、発酵、及び再生を繰り返えすことにより、低濃度
糖液のエタノール発酵を行わせるものである。

なお、２１が排出切り替えバルブ、２５が循環ポンプ、
３０が排気バルブである。

実施例 １ 粒状活性炭を用いた場合についてグルコースの吸着、活
性炭と酵母の嫌気条件下での接触による発酵、及び好気
条件下での活性炭と酵母との接触による再生を行った。

接触槽は、内径１ＯｃｒｒＬ、高さ１００ｃｒＩＬのも
ので、内径４ｃｒＩＬ、高さ４０ｃｒｒＬの内円管を槽
底から３ｃＩｒＬの位置に中心が槽と一致するように設
置した。

また槽内には１〜２間の粒径の活性炭を４Ｋｐ充てんし
た。

１条のグルコース水溶液を５１／ｈで槽底から通液した
。

その結果、第２図に示す通液量と排出液中のグルコース
濃度との関係が得られ、通液量１５１以上で破過した。

次いで、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓ
ｉａｅ及び前述組成の培地の混合液を４１投入した。

このとき、菌体濃度は６０ ｇ／ｌとした。

そして、槽上部より液を抜き取り、ポンプにより槽底部
より圧入し、活性炭をゆるやかに流動させた。

なお、槽内温度及びｐＨは、それぞれ３０℃、４．０に
コントロールした。

発酵の結果を第３図に示す。

３時間で液内エタノール濃度は１０ ｇ／ｌに達した。

次に、３０分静置後、排出口より発酵ブロスを引き抜き
、槽内のｐＨ１温度を維持しながら槽底部からの通気を
３時間行った。

通気後、再び１俤のグルコース溶液を通液したところ、
第２図とほぼ同様の結果が得られた。

実施例 ２ ０．２，０．５，１，５，２０，３０．４０ｇ／ｌのグ
ルコース水溶液について、実施例１の装置を用いて同一
ゐ操作を行った。

ただし、吸着工程では、各水溶液の通液速度は、５ｇ／
ｌ以下では１０７／ｈ、 ２０ ｇ／１以上では、ＩＡ
／ｈとした。

その結果、いずれも発酵操作により、約１０ｇ／ｌのエ
タノール溶液が得られた。

なお、処理量ハクルコース濃度が高くなるほど少なくな
った。

以上より本発明は、広範囲の低濃度糖液に適用できるこ
とがわかる。

実施例 ３ 実施例１において充てん量を８に２とした場合の生成エ
タノール濃度を調べた。

グルコース濃度は、１０ｇ／ｌとした。

また、発酵操作における液の循環は、抜き取り口にネッ
トを設は液だけを循環した。

その結果、生成エタノールの濃度は、２１ｇ／ｌと実施
例１の約２倍の値となった。

実施例 ４ 第１図に示すように三層切り替えによる連続操作を行っ
た。

各種とも実施例１で用いた種形状で、１〜２間の粒径の
活性炭を４ Ｋｐ充てんした。

バルブ、ポンプ遠心分離機の操作は、プログラムタイマ
ーで制御した。

各種の切り替え時間は、３．５時間とし、吸着、発酵、
再生の条件は、実施例１と同様とした。

その結果、６〜１０ ｇ／１３のエタノール濃度のブロ
スが、毎時平均約１１得られた。

次に粉末活性炭を用いた場合の一実施例を第４図のフロ
ーで説明する。

粒状活性炭を用いた場合との違いは、活性炭と酵母ある
いは細菌が分離されることなく混合状態でフローを流れ
ることである。

原料１及び活性炭と酵母あるいは細菌の懸濁液が接触槽
３９に供給され混合攪拌される。

次いで接触槽３９の排出液から遠心分離機４０で活性炭
と酵母あるいは細菌が分離され、こ力らはバッファタン
ク４２に貯留され、残りは分離液として管路４１より排
出される。

活性炭と酵母あるいは細菌のスラリーは、スラリーポン
プ４３により発酵槽４４に供給される。

このとき、Ｃ源を除く培地が、培地調製槽４５より供給
される。

なお、発酵槽４４の酵母あるいは細菌の菌体濃度は、５
０〜１００ｇ／ｌ程度が良い。

発酵槽４４内のｐＨ１温度は、酵母あるいは細菌に適し
た値でコントロールされる。

一定時間滞留した活性炭及び酵母あるいは細菌は、発酵
槽４４より発酵ブロスと共に排出される。

そして、遠心分離４６＃ｃより発酵液４７と活性炭と酵
母あるいは細菌が分離される。

活性炭と酵母あるいは細菌のスラリーは、バッファタン
ク４８に貯留され、次いでスラリーポンプ４９により再
生槽５０に送られる。

再生槽５０は、酵母あるいは細菌の生育に適した温度、
ｐＨに維持され、槽下部より空気５１を圧入し通気攪拌
を行っている。

活性炭と制酵あるいは細菌は一定時間滞留した後、スラ
リーポンプ５２により接触槽３９に送られる。

以上のように粉末活性炭と酵母あるいは細菌のスラリー
が、連続的に吸着、発酵、再生の工程を流れることによ
り、低濃度糖液のエタノール発酵を行わせるものである
。

実施例 ５ 第４図に示す装置を用い粉末活性炭を用いた場合の低濃
度糖液でのエタノール発酵を行った。

接触槽、発酵槽及び再生槽の容積は、それぞれ４１、１
０１．４１とし、仕込み率を０．６とした。

操作は以下のとおりである。

１０ ｇ／１１のグルコース溶液及び活性炭と酵母の懸
濁液をそれぞれ、４１／ｈ及びＩ Ｉｌ／ｈで接触槽に
連続的に供給し、これらの混合液を５１／ｈで排出した
。

なお、入口の活性炭および酵母の濃度は、それぞれ約Ｉ
Ｋｙ／１３及び０．Ｉ Ｋｆ！／ ＃であった。

なお、接触槽の温度は、２０±３℃であった。

接触槽からの排出液より遠心分離機により活性炭及び酵
母のスラリーを回収し、発酵槽に０．５７／ｈで供給し
た。

このとき同時に培地を１１／ｈで供給した。

そして、１．！Ｍ／ｈで槽内液を排出した。

発酵条件は、実施例１と同様とした。次いで、排出液か
ら遠心分離により活性炭と酵母のスラリー及び発酵液を
分離した。

その結果、１８〜２２ ｇ／ｌのエタノール濃度の発酵
液が得られた。

なお、培地の供給量を０．５７／ｈとした場合、発酵液
のエタノール濃度は、３０〜４３ ｇ／ＩＩ トなった
。

次に活性炭及び酵母のスラリーにそれぞれの濃度がＩＫ
ｙ／１３及び０．Ｉ Ｋｙ／ ｌになるように培地を加
え、懸濁液とした。

さらに再生槽に送り、通気攪拌を行なった。

そして、活性炭及び酵母の懸濁液を接触槽に供給し再利
用した。

本発明によれば低濃度糖液を濃縮することなく、エタノ
ール発酵の原料として利用できるため、効率的かつ経済
的である。

また、本発明は、アセトン・ブタノール菌を用いるブタ
ノール発酵のみならず、有機酸やアミノ酸発酵にも適用
でき汎用性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、粒状活性炭を用いた場合の本発明の一実施例
を示すフロー図、第２図は本発明一実施例による粒状活
性炭の破過曲線図、第３図は、グルコース吸着活性炭と
酵母の接触とによる発酵結果を示す線図、第４図は、粉
末活性炭を用いた場合の本発明の一実施例を示すフロー
図である。 １・・・・・・原料、４・・・・・・循環ポンプ、６・
・・・・・接触槽、１６・・・・・・コンプレッサー
１７・・・・・・接触槽、２２・・・・・・遠心分離機
、２７・・・・・・接触槽、３９・・・・・・接触槽、
４０・・・・・・遠心分離機、４４・・・・・・発酵槽
、４７・・・・・・発酵槽、５０・・・・・・再生槽。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 活性炭に原料となる低濃度糖液を接触させて活性炭
   に糖分を吸着せしめ、しかる後この糖分を吸着した活性
   炭と低濃度糖液とを分離し、かつこの活性炭に微生物懸
   濁液を嫌気条件下で混合し、しかして活性炭を有するこ
   の微生物懸濁液を発酵せしめてアルコールとしてなるこ
   とを特徴とする低濃度糖液からのアルコール生産力法。 ２、特許請求の範囲第１項記載において、発酵後活性炭
   をアルコールから分離し、この分離した活性炭を微生物
   懸濁液と好気条件下で接触させると共に接触後活性炭を
   分離し、その後この活性炭を低濃度糖液との接触に再使
   用してなることを特徴とする低濃度糖液からのアルコー
   ル生産方法。 ３ 粉末活性炭と微生物の懸濁液に原料となる低濃度糖
   液を混合するとともに粉末活性炭に糖分を吸着せしめ、
   しかる後この糖分を吸着した活性炭と微生物のスラリー
   を低濃度糖液から分離し、かつこの粉末活性炭と微生物
   のスラリーに懸濁液を供給するとともに嫌気条件下で混
   合し、しかして粉末活性炭と微生物を有するこの懸濁液
   を発酵せしめてアルコールとしてなることを特徴とする
   低濃度糖液からのアルコール生産方法。 ４ 特許請求の範囲第３項記載において、発酵後粉末活
   性炭と微生物の懸濁液をアルコールから分離し、この分
   離した粉末活性炭と微生物の懸濁液を好気条件下で混合
   せしめ、その後この懸濁液を低濃度糖液との混合に再使
   用してなることを特徴とする低濃度糖液からのアルコー
   ル生産方法。