JPS6043956B2 - アルコ−ル製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はかんしよ、キヤツサバ、ばれいしよ等のいも
類や米、麦、そは、とうもろこし等の穀類を起源とする
液化椴松を原料とし、ｐＨ３．４１）、下において糖化
酵素とアルコール発酵菌体とを一緒にまたは別別に固定
化したものを生体触媒として糖化と発酵を行わせること
によりアルコールを製造する方法に関する。

従来から地下殿粉であるいも類や地上殿粉である穀類
を酵素α−アミラーゼで処理することによりえられた液
化椴松は酵素グルコアミラーゼで糖化し、次に生酵母菌
体によりアルコール発酵する回分式アルコール製造は焼
ちゆう業界で試みられている。

さらに、この工程の連続化に目を向けると、液化酵素を
そのまま用いる椴粉質原料の液化についてはすでに技術
が完成している。糖化に関しては、糖化酵素をそのまま
用いるよりも、これを固定化した固定化糖化酵素による
連続化が有望といわれているが、ｐＨが４附近のために
常温では雑菌の混入がおこりやすいので耐熱固定化糖化
酵素を用い反応温度を５０゜Ｃ以上にして雑菌の混入な
しに糖化することができる。しかし、なまの発酵菌体
または固定化発酵菌体により、糖化液のアルコール連続
発酵は温度２０〜…℃、ＰＨ３５〜４５という雑菌の混
入し易い条件で行うために殺菌工程が必要となる。殺菌
工程を連続プロセスに組入れる必要があるが、それは技
術的にむつカルく、またできたとしてもプロセスが複雑
になる欠点がある。この欠点のために液化から発酵まで
一連のプロセスとしてアルコールの連続生産を工業的に
行つている例が見当らない。アルコール濃度３〜４（Ｖ
／Ｖ）％と低いビール発酵てはすでに一部連続式が採用
されているとはいえ雑菌の混入が避けられない。糖化工
程のない糖みつなどの糖質原料でさえ連続式といつても
設備は二系列を作り、一系列は殺菌を行い、一系列のみ
アルコール生産をしている。（ローゼン、プロセスバイ
オケミストリー、５月号、第２５〜２６ページ１９７時
参照）すなわち一系列のみがアルコールの連続生産に寄
与しているだけであるから建設費が高くつく。ブラシ”
ル、フイリツピンにおいては日産アルコール（純度９９
．５（Ｖ／Ｖ）％）１１０〜１５０にιという大工場に
おいても発酵は半回分式であるのは雑菌混入の恐れが大
きいためである。 最近固定化菌体によるアルコール連
続発酵が注目されているが、発酵条件が完全培地でｐＨ
３．５〜４．５と生菌体による発酵条件と大差がないた
め、雑菌混入の恐れを免れることができない。

石油ショック以来バイオマスから迅速に濃度の高いアル
コールが簡単に生産できるプロセスの完成が切望されて
いる。この実現のためには殺菌や減菌工程ができるだけ
少ないことが必要条件である。本発明者は先にアルギン
酸アルミニウム●カルシウムまたはアルギン酸アルミニ
ウム包括固定化酵母菌体による糖質原料のアルコール発
酵がＰＨ３．Ｏ以下という従来のアルコール発酵や固定
化菌体によるアルコール発酵では想像もつかない低ＰＨ
でも迅速に発酵し、高濃度のアルコールがえられること
を見出した。（特願昭５６−０４３６３明および特願昭
５６−１７４９４８号参照）。

これは生酵母菌体と異なり包括固定化菌体は低ＰＨでも
活発にアルコール発酵する活性を有することによるもの
てある。この方法は野性バクテリアの混入がなく、糖み
つやケーンジユースの蒸煮の必要もないためにプロセス
が非常に簡単となり、工業的に非常に有利な方法である
。ところで、東南アジアやブラジルでは、ケーンジユー
スや糖みつなどのさとうきびからえられる糖質原料だけ
でなく殿粉原料が多い。そこで殿粉原料からアルコール
の大量生産をする目的で、液化殿粉の糖化と発酵を逐次
または並行して行わせ迅速に高濃度のアルコールを製造
する新しいプロセスの開発に鋭意研究を重ねた結果、酵
素グルコアミラーゼとアルコール発酵菌体とを同時また
は別別に固定化した生体触媒によりＰＨ２．４〜６さら
にはＰＨ２．４〜３．２という低ＰＨ下でも回分式、半
回分式ではもち論のこと、連続式においても容易に迅速
に高濃度のアルコールの生産ができると言う画期的な新
しい製造法を完成した。本法は野性菌体の含有の多いこ
うじを使用しないため雑菌の混入が少．く、特にＰＨ２
．４〜３．２て操作するために野性バクテリアの混入の
恐れがないという利点がある。既に完成されているいも
類や穀類の連続式液化法と、本発明にかか低ＰＨにおけ
る液化殿粉の連続式液化、発酵法とを組合せることによ
り、工業界が待．望していたいも類や穀類の液化、糖化
、発酵を一貫して連続して行い、長期間にわたりアルコ
ールを簡単に連続生産することができるプロセスの完成
をみるに至つた。本発明の方法は酵素グルコアミラーゼ
とアルコ・ール発酵菌体を同時または別別に固定化した
生体触媒を用いるのであるが、酵素グルコアミラーゼに
は衆知のように液化殿粉を１００％近く分解するリゾプ
ス●デレマ（ＲｈｉｚＯｐｕｓｄｅｌｅｍｅｒ）型と８
０％近く分解するアスパルギラス・ニガー（Ａｓｐｅｒ
ｇｉｌｌｓｎｉ？ｒ）型に大別されるが、いづれの型も
使用できる。

またアルコール発酵菌体の種類はアルコール発酵するも
のであれば菌株はなんでもよく、たとえば酵母ではサツ
カロミセス属（ＳａｃｃｈａｒＯｍｙｃｅｓ）のセルビ
シエ型（Ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）、カールスバーゲンシ
ス型（Ｃａｒｌｓｂｅｒｇｅｎｓｉｓ）、糖みつ発酵用
であるフオルモセンシス型（ＦＯｒｒＴｌＯｓｅｎｓｉ
ｓ）、ワイン用であるエノリプソイデオス型（Ｅｌｌｌ
ｐｓＯｉｄｅｕｓ）の０Ｃ−２、Ｗ−３やモンラツセ型
（ＭＯｎｔｒａｃｈｅｔ）、シゾサツカロマイセス属（
ＳｈｉｚＯｓａｃｃｈａｒＯｍｙｃｅｓ）のボンベ型（
ＰＯｍｂｅ）、キヤンデイダ属（Ｃａｎｄｊｄａ）のユ
テイリス型（Ｕｔｉｌｌｓ）など、またバクテリアでは
ーザイモモナス属（ＺｙｍＯｍＯｎａｓ）のモービイリ
イス型（ＭＯｂｉｌｌｓ）なども使用できる。さらには
これらの菌株の混合物であつてもよいことは本発明者の
知見からも明らかである（特願昭５６−１７４９４８号
参照）。ＰＨ３Ａ以下においては一般にバクテリアより
も酵母菌体の方が好ましい。固定化するアルコール発酵
菌体の培養には特別な方法は必要でなく、たとえばＹＭ
培地など一般に広く用いられている合成培地ケーンジユ
ース、さとうきびからの廃糖みつ、温州みかん糖みつり
んご、みかん、パイナツプル果汁などの天然培地で培養
し、集菌したものを使用すればよい。生体触媒の製法と
しては担体を用いないで、糖化酵素とアルコール発酵菌
体とを同時に固定化する場合には、固定化素材はアルギ
ン酸塩、Ｋ−カラギーナン、寒天、コラーゲンなどの天
然高分子またはポリアクリルアミドなどの合成高分子等
いづれも使用できる。これらにより包括固定化した生体
触媒は生体触媒内の発酵菌体か増触菌体となる操作条件
すなわち基質液には増殖に必要な栄養物を添加した方が
アルコール生産の活性を長期間維持できる。アルギン酸
カルシウム包括固定化する場合を例にとると、集菌した
湿濶アルコール発酵菌体と糖化酵素または糖化酵素液と
を一緒にアルギン酸ソーダ液とまぜ、Ｃａｃｌ２水溶液
を用いてゲル化させ、アルギン酸カルシウム包括固定化
糖化酵素・発酵菌体を作る。他の天然高分子の場合はこ
れと類似の方法で包括固定化できる。またポリアクリル
アミドなどの合成高分子による包括の場合は、モノマー
中に湿潤菌体を懸濁させ、これに重合開始剤、促進剤を
加え重合させることにより固定化できる。これらの生体
触媒をグルタルアルデヒドやポリエチレンイミン水溶液
で処理することにより酵素、菌体の漏えいを少くするこ
ともできる。しかし糖化酵素の漏えいを少くし、生体触
媒活性を長期間維持するには予め担体に糖化酵素を吸着
させた後、これと湿潤発酵菌体と上記と同じ方法で包括
固定化し担体付包括固定化糖化酵素・発酵菌体とする方
がよい。ここに使用する担体としてはアルミナ、シリカ
、角せん石、セライト、活性炭などの無機物質やイオン
交換樹脂またはイオン交換セルローズなどが用いられる
。糖化酵素とアルコール発酵菌体とを別別に固定化する
場合には固定化発酵菌体は湿潤菌体を上記の天然または
合成高分子で包括したものがよい結果を与える。

もち論、菌体を担体に付着させてもよく、さらにはその
後高分子で包括してもよい。また固定化糖化酵素は酵素
を担体に吸着させるだけでもよいが、吸着させた後グル
タルアルデヒド処理などをすることにより寿命を長くす
ることもてきる。さらにより寿命を長くするには吸着さ
せた後上記の天然または合成高分子で包括したものでも
よい。さらには包括後グルタルアルデヒド、ポリエチレ
ンイミン等の処理をしてもよい。また担体を用いない固
定化糖化酵素は糖化酵素をこれら高分子て包括固定化し
たもの、さらには包括後グルタルアルデヒド、ポリエチ
レンイミン等の処理をしたものてある。これらの固定化
糖化酵素・発酵菌体または固定化発酵菌体の形状は粒状
、円柱状、円盤状など任意の形をつくることができるが
、粒状のものが取扱いに便利である。アルコール発酵菌
体として酵母菌を用いたこれらの固定化糖化酵素・発酵
菌体の粒状のものを使用した例をとると、これらをバイ
オリアクターに充てんし、けん気または好気的に、常圧
または減圧下、いも類や穀類もしくはこれらの混合物の
液化液またはこれに菌体増殖用の窒素源として果汁、ま
たは（ＮＨ４）２Ｓ０４さらには酵母工キズ、りん酸を
加え、１２〜葵゜Ｃ．．ＰＨ２．４〜６で回分式、半回
分式あるいは連続式操作を行い、糖化と発酵とを並行し
て行うものである。特にＰＨ３ｌ以下では野性バクテリ
アの繁殖がなく、困難なしに連続運転することができる
。連続操作では３０℃、ＰＨ２．８において滞留時間１
５〜０時間で３０日以上活性が維持され、６〜９（Ｗ／
■）％のアルコールをうることができた。固定化糖化酵
素と固定化発酵菌体とを充てん層型バイオリアクターの
連続操作をするとき、固定化糖化酵素と固定化発酵菌体
をませて充てんするときは糖化と発酵が並行して行われ
ることになる。他方供給液側に前者を、送出液側に後者
を充てんしたときは糖化と発酵とが逐次行われることに
なる。以下実施例を挙げて本発明を説明する。

実施例１ ＹＭ培地で振とう培養し遠心器で集菌した湿潤パン酵母
サツカロミセスサツカロミセス●セルビシエ２９ｙと同
じ方法で集菌した糖みつ発酵酵母、サツカロミセス・フ
オルモンシス２９ｙ１およびリゾプス●デレマー型の市
販グルコアミラーゼ酵素８５Ｖとをまぜ、これをかくは
ん下８５ｙの１．５（Ｗ／Ｖ）％アルギン酸ソーダ水溶
液に入れ、このスラリーをノズルを通し１６（Ｗ／Ｗ）
％のＣａｃｌ２水溶液に滴下し、ゲル化させ、１．５〜
２．５？径のアルギン酸カルシウム包括固定化糖化酵素
発酵菌体粒子をつくる。

コーンスターチ１００ｙに水を加えて０．５′とし、こ
のスラリーに２ｇ／ｅのＣａｃｌ２を添加、１ＮＮａ０
Ｈ′（−ＰＨ６．５とした後加熱する。８０℃に達した
ところで１ｙの市販α−アミラーゼ酵素を加え、８５〜
９０℃に３紛〜１時間保つ。

次に１２０〜１５０℃で１紛間蒸煮する。これを８５℃
まで下げ、１ｇのα−アミラーゼを添加、８５℃で１時
間保持し、二次液化する。これを３０℃まて冷却し、硫
酸などの酸を添加して、ＰＨ２．８の液化殿粉液とする
。この液化殿粉液０．１ｆに上記固定化糖化酵素・発酵
菌体粒子３０ｆを入れ、３０℃、ＰＨ２．８で振とうす
る。３（転）間後、液は７．２（Ｗ／■）％のエタノー
ル溶液となつた。

固定化糖化酵素・発酵菌体粒子を取出し、生理食塩水て
洗浄後、新しい液化殿粉液０．１ｅに入れ、同様の回分
式操作を行う。この回分操作を１〔繰返した後、液を集
め蒸留し、９１（Ｗ／Ｖ）％のエタノール６１ｍＬをえ
た。さらにＰＨ２．４では３０時間振とう後、液は４（
Ｗ／Ｖ）％のエタノールとなつた。同様の回分操作を繰
返し、蒸留することにより９０（Ｗ／Ｖ）％のエタノー
ル３４ｍ１をえた。実施例２ ２０〜５０メッシュのアルミナ４４ｙを７０％エチルア
ルコールに繰返し洗浄し、吸着している有機物質を除去
し、さらにエーテルに浸して洗浄後８０顛Ｈｇ減圧下で
エーテルを十分放散させる。

次に２３ｍ１のアスパルギラス●ニガー型のグルコアミ
ラーゼ溶液（２０００Ｕ／ｍｌ）に浸し、一夜放置する
。単糖として１０（Ｗ／■）％を含む温州みかん発酵み
つのみで振とう培養、集菌したワイン酵９）Ｃ−２の２
５ｙと同様に培養したワイン酵母モンラツセ２５ｙと上
記の固定化糖化酵素であるグルコアミラーゼ吸着アルミ
ナとを、かくはん下１．５（Ｗ／■）％のアルギン酸ア
ンモニウム水溶液５０ｙの中に入れ、ノズルを通し、１
５（Ｗ／Ｗ）％のＣａｃｌ２水溶液中に適下しアルギン
酸カルシウム包括アルミナ担体糖化酵素・発酵菌体粒子
をつくる。これを取出し５ｇ／ｆのＡｌ２（ＳＯ４）３
・１６〜１８Ｈ２０と単糖として２０ｇ／ｅを含む温州
みかん果汁中に入れ５℃で二昼夜放置すると、径１．５
〜２醜のアルギン酸アルミニウム・カルシウム包括アル
ミナ担体糖化酵素アルコール発酵菌体粒子がえられた。
内容積３５０ｍ１の三段上下円すい形バイオリアクター
にこの粒子７０ｍ１を充てんした。実施例１に示す液化
殿粉１ｅに濃縮りんご果汁（単糖として４５０（ｇ／′
）６７ｍ１と２ｙの酵母工キズを添加したものを供給液
とし、ＰＨ２．７、３０℃滞留時間３ｃｔｆ間で６０日
以上７〜８（Ｗ／Ｖ）％のアルコール溶液がバイオリア
クター上部より連続的に流出した。実施例３五島列島産
切干しさつまいも２００ｙを８５ｅの磁性容器に３７ｆ
＄ｌ径の磁性球５０９，と共に充てんし、このボールミ
ルで２（転）間粉砕した１００メッシュ以下の粉末１２
５ｙを実施例１におけるコーンスターチの代りに用い、
このスラリー１ｅに２ｙの（Ｎｌｌ４）２Ｓ０４を添加
し、実施例１と同じ操作て液化し、さらにろ過し、硫酸
でＰＨ２．８としたものを供給液化殿粉液とした。

また実施例２と同じ前処理をした円柱状アルミナ４４４
ｙを２３０ｍ１のアスパラギラス・ニガー型グルコアミ
ラーゼ溶液（２０００Ｕ／ｍｌ）に浸し、一昼夜放置吸
着させ、さらにこれに５（Ｗ／Ｖ）％グルタルアルデヒ
ド水溶液に浸し、架橋する。ＹＭ培地て培養し、遠心器
て集菌した湿潤パン酵母１００ｙを１．５（Ｗ／Ｖ）％
のアルギン酸ソーダ水溶液中に入れ、かくはん下、ノズ
ルを通し、１５（Ｗ／Ｖ）％のＣａｃｌ２水溶液中に適
下し、ゲル化させ１ｍ径のアルギン酸カルシウム包括固
定化発酵菌体粒子をつくつた。上記アルミナ担体固定糖
化酵素５０ｙとアルギン酸カルシウム包括固定化発酵菌
体１００ｙとを内容積０．５ｆの上下円すい型バイオリ
アクターに充てんし、バイオリアクターに上記供給液を
送り、滞留時間３０時間、３（代）で３０日以上９．５
（Ｗ／■）％のエタノール溶液がバイオリアクター上部
より連続的に流出した。実施例４ ブラジル産切干しキヤツサバを原料とし、これ”を実施
例３と同じようにボールミルにて粉砕した１００メッシ
ュ以下の粉体に水を加えて、２５（Ｗ／Ｖ）％のスラリ
ーとする。

これに市販のα−アミラーゼの０．６ｇ／′を添加し、
９０℃で３紛かくはんする。さらに、１２０℃で加圧下
２紛おき、次にこれに０．６ｇ／′のα−アミラーゼ、
２ｇ／ｅ（７）Ｃａｃｌ。を添加し、３Ｃ＠、９０′Ｃ
でかくはんする。これを室温まで下げ、不溶物質を除去
した後、１ｇ／ｅの（ＮＨ４）２Ｓ０４を添加し、さら
に酸でＰＨ２．８としたものを供給液とした。ワイン酵
母０Ｃ−２とパン酵母とをＹＭ培地中で振とう混合培養
し、集菌した５００ｆ！をかくはん下８５０ｙの１．５
（Ｗ／Ｖ）％のアルギン酸ソーダ水溶液中に入れる。

この懸濁液をノズルを通し、５℃に保つた１１．５（Ｗ
／Ｖ）％のＣａｃｌ２水溶液５ｅ中に適下し、ゲル化さ
せ、アルギン酸カルシウム包括固定化混合菌体粒子をつ
くる。これを取出し０．１Ｍ（７）ＫＡＬ（ＳＯ４）２
水溶液２ｅ中に入れ、さらにマグネチツクスターラーに
よるゆるいかくはん下、ＰＨ２．８〜３に保持しながら
、０．５Ｍ（７）ＫＡＬ（ＳＯ４）２水溶液を約２ｅ滴
下する。かくして１〜１．５ｗ！ｔ径のアルギン酸アル
ミニウム・カルシウム包括固定化混合発酵菌体粒子がえ
られる。この粒子０．６６ｅと上記固定化糖化酵素０．
６６ｅとをませた生体触媒を内容積３．２ｅの三段上下
円すい型バイオリアクターに充てんする。上記供給液は
３０′Ｃでバイオリアクターの下部より流入し、上部よ
り液とＣＯ２ガスとは別別に流出する。充てんした生体
触媒は流出せず、バイオリアクターに留まる。供給液容
積速度１６０〜２７０ｍ１／Ｈｒて流出液中のアルコー
ル濃度は７７〜９０ｇ／ｆであつた。この流出液を一段
目高沸点分離塔、二段目ベンゼンを用いる共沸塔からな
る連続蒸留塔に通し９９．５（Ｖ／Ｖ）％のアルコール
が１７〜２０ｍ１／Ｈｒが連続的に流出した。実施例５ １年４ケ月前に収穫した米、品種初霜（岐阜県産）を原
料とし、実施例３と同じようにボールミルにて粉砕した
１００メッシュ以下の粉体を水に加えて２５（Ｗ／■）
％のスラリーとする。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ かんしよ、キヤツサバ、ばれいしよ等のいも類や米
   、麦、そば、とうもろこし等の穀類を起源とする液化殿
   粉を原料とし、ｐＨ３．４以下において糖化酵素とアル
   コール発酵菌体とを一緒にまたは別別に固定化したもの
   を生体触媒として糖化と発酵を行わせることを特徴とす
   るアルコール製造法。