TWI631216B - 利用選擇性發酵方法之粗糖及乙醇之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題在於提供一種蔗糖不易於糖液之醱酵中分解、粗糖之產量較多、同時乙醇之產量亦較多的粗糖及乙醇之製造方法。解決課題之方法係一種粗糖及乙醇之製造方法，其包括如下步驟：將源自植物之糖液加熱及淨化之步驟；將潔淨糖液之Brix值濃縮至15~50%之步驟；將濃縮糖液冷卻至醱酵溫度之步驟；藉由使濃縮糖液醱酵而將濃縮糖液中除蔗糖以外之糖分選擇性地轉化為乙醇之步驟；及濃縮醱酵液之步驟。

Description

利用選擇性發酵方法之粗糖及乙醇之製造方法
本發明係關於一種粗糖及乙醇之製造方法，進而詳細而言係關於一種使源自植物之糖液醱酵之粗糖及乙醇之製造方法。
業界期望將源自植物之燃料用乙醇作為防止二氧化碳增加之汽油代替液體燃料，且自先前以來研究有利用微生物使源自植物之糖液醱酵而製造乙醇之方法。然而，若消耗源自植物之糖液作為乙醇之製造原料，則有壓迫作為食材之粗糖之生產的問題。
作為解決此問題之方法，專利文獻1中記載有如下粗糖及乙醇之製造方法：其不會導致粗糖之減量，且可藉由燃燒源自甘蔗之榨粕所獲得之能量而供給粗糖及乙醇之製造步驟等中所消耗之大致全部能量。
又，專利文獻2中記載有如下方法：為了進一步提昇粗糖及乙醇之製造效率，首先利用不具有蔗糖分解酵素之酵母使源自植物之糖液醱酵，進行加熱及過濾器過濾而淨化醱酵液，藉由濃縮經淨化之糖液而分離醱酵後糖液中所含之乙醇，並使蔗糖結晶化而製造粗糖及乙醇。該方法之特徵在於：活用先前之粗糖製造步驟，利用用於蒸發糖液中之水分之濃縮步驟，同時使乙醇蒸發。
源自植物之糖液例如甘蔗榨汁液等具有適於利用酵母進行之乙 醇醱酵之糖濃度及溫度。通常，源自植物之糖液例如甘蔗榨汁液等係經過如下淨化步驟而用於粗糖或乙醇之製造：首先進行加熱而進行源自原料之微生物之殺菌及糖液中之蛋白質之析出後，加入石灰或凝聚沈澱劑等添加物而沈澱分離夾雜物。因此，淨化步驟後之糖液之溫度變成不適於乙醇醱酵之高溫，故而專利文獻2之方法之特徵在於：醱酵步驟係針對淨化步驟前之糖液。
然而，專利文獻2之方法由於係使加熱前之未殺菌之源自植物之糖液醱酵，故而例如於轉化糖較多之糖液之醱酵時間延長之情形時，因於糖液之醱酵中混入酵母以外之微生物而分解之蔗糖之量較多，變得難以增加粗糖之產量。又，由於此類微生物亦會將分解之糖分轉化為乳酸或乙酸等其他物質，故而增加乙醇之產量亦存在極限。又，由於源自植物之糖液中通常含有較多之夾雜物、微生物等，故而難以重複利用酵母，尤其是使凝聚性酵母始終存在於醱酵槽內，不分離酵母而連續地醱酵這種效率良好之醱酵方法較為困難。此外，醱酵後之淨化步驟中將經加熱之醱酵液靜置於沈澱槽內時，由於通常之沈澱槽為大氣開放系統之槽，故而存在經加熱之醇之一部分蒸發，最終之乙醇回收量減少之問題。
於PCT/JP2013/074519號說明書中記載有將自植物榨汁所得之糖液加熱及淨化，繼而使所得之潔淨糖液醱酵，其後進行濃縮的粗糖及乙醇之製造方法。藉由對榨汁糖液於進行乙醇醱酵之前淨化，可獲得防止微生物之污染，提昇粗糖及乙醇之產量等效果，藉由該方法而解決上述問題。
然而，作為企業，若考慮以工業化規模實施之必要性，則期望上述粗糖及乙醇之製造方法進一步提昇能量效率。
於專利文獻3中記載有使用可將葡萄糖醱酵為醇但無法將果糖聚合物或蔗糖水解之酵母對含有蔗糖及果糖聚合物之基質之水溶液使葡 萄糖選擇性地進行乙醇醱酵。含有蔗糖及果糖聚合物之基質係藉由使果糖基轉移酶及葡萄糖異構酶同時作用於含蔗糖之基質而製備。作為含蔗糖之基質例示有糖蜜(molasses)等。
專利文獻3之發明之目的在於以糖蜜等為原料，提供果糖之含量較高之較甜之糖漿。糖蜜係自糖液使粗糖結晶化而回收後之殘渣，即由先前之粗糖製造方法所獲得之殘渣，但專利文獻3之發明並非如專利文獻2般係活用先前之粗糖製造步驟之方法，目標產物亦不同。含有較多果糖之糖漿之蔗糖含量較低，不僅消耗葡萄糖，亦消耗蔗糖。
由於本案發明係關於如下技術：其以提昇作為蔗糖結晶之粗糖之產率為目的，藉由葡萄糖與果糖之選擇性醱酵而提昇糖液之純糖率，即總可溶性固形物成分中蔗糖所占之含有比率，從而提昇粗糖之結晶回收效率，故而專利文獻3之發明與本案發明之解決課題不同。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2004-321174號公報
專利文獻2：日本專利第4883511號公報
專利文獻3：美國專利第4335207號公報
本發明係解決上述先前之問題者，其目的在於提供一種活用先前之粗糖製造步驟，於糖液之醱酵中不使蔗糖分解而增加粗糖之回收量，同時亦增加乙醇之回收量的粗糖及乙醇之製造方法。
本發明提供一種粗糖及乙醇之製造方法，其包括如下步驟：將源自植物之糖液加熱及淨化之步驟；將潔淨糖液之Brix(布里度)值濃縮至15~50%之步驟； 將濃縮糖液冷卻至醱酵溫度之步驟；藉由使濃縮糖液醱酵而將濃縮糖液中除蔗糖以外之糖分選擇性地轉化為乙醇之步驟；及濃縮醱酵液之步驟。
又，本發明提供一種粗糖及乙醇之製造方法，其包括如下步驟：將源自植物之糖液加熱及淨化之步驟；將潔淨糖液導入至多效蒸發罐之步驟；藉由在通過多效蒸發罐之位於首位之蒸發罐後，在導入至位於最後之蒸發罐之前取出潔淨糖液而濃縮潔淨糖液之步驟；將濃縮糖液冷卻至醱酵溫度之步驟；藉由使濃縮糖液醱酵而將濃縮糖液中除蔗糖以外之糖分選擇性地轉化為乙醇之步驟；將醱酵液加熱至濃縮溫度之步驟；及藉由通過位於繼取出濃縮糖液之蒸發罐之後之蒸發罐而濃縮醱酵液之步驟。
於某一形態中，藉由在通過多效蒸發罐之位於首位之蒸發罐之後，在導入至位於最後之蒸發罐之前取出潔淨糖液而將潔淨糖液之Brix值調節為15~40%。
於某一形態中，上述醱酵係使用蔗糖非合成代謝性酵母而進行。
於某一形態中，上述醱酵係使用不具有蔗糖分解酵素之酵母而進行。
於某一形態中，上述醱酵係於蔗糖分解酵素抑制劑之存在下進行。
於某一形態中，上述植物係選自由甘蔗、甜菜、桄榔、糖槭、 蜀黍所組成之群中之至少一種。
根據本發明之方法，由於使用經加熱及淨化之糖液進行醱酵，故而即便於含有較多轉化糖之糖液之醱酵時間延長之情形時，於糖液之醱酵中，蔗糖亦變得難以分解，粗糖之產量變多，同時乙醇之產量亦變多。又，由於供於醱酵之糖液藉由加熱而使微生物不活化及藉由去除夾雜物而淨化，故而不易產生因混入之微生物或夾雜物而污染酵母之情況，可容易地進行酵母之回收及再利用。進而於利用潔淨液之情形時，由於醱酵槽內不會累積微生物或夾雜物，可利用具有凝聚性之酵母，故而變得無需酵母分離機，可縮短步驟時間。此外，由於醱酵後不經過沈澱槽而直接濃縮，故而亦可消除由沈澱槽中之蒸發所導致之乙醇損耗。
進而，本發明之方法之熱之利用效率優異，乙醇之生產效率亦優異。此處，所謂乙醇之生產效率係指單位時間之乙醇生產量或單位設備體積之乙醇生產量。又，根據本發明之方法，可實現醱酵設備之小型化、設置成本之降低等。
圖1係參考例1中所用之製程的流程圖。
圖2係表示參考例1之製程之物質收支的圖。
圖3係表示比較例1之製程之物質收支的圖。
圖4係作為本案發明之一例之製程的流程圖。
圖5係表示實施例1之製程之物質收支的圖。
圖6係表示實施例2之製程之物質收支的圖。
圖7係表示實施例3之製程之物質收支的圖。
圖8係表示實施例4之製程之物質收支的圖。
於本發明之方法中，成為源自植物之糖液之原料之植物係可儲存糖分之植物。其中，較佳為所謂之砂糖之原料作物。作為砂糖之原料作物，具體而言可列舉甘蔗、甜菜、桄榔、糖槭、蜀黍等。較佳之植物為甘蔗及甜菜，特佳為甘蔗。由於該等之糖分之儲存量較多，且存在以該等為原料之製糖工廠，故而可容易地導入本發明。
源自植物之糖液係指提取植物中之糖分而獲得之液體。源自植物之糖液通常包括壓榨植物之儲存有糖分之部位而獲得之榨汁及熬煮儲存有植物糖分之部位而獲得之煮汁等。
通常將植物於壓榨或熬煮之前切斷或粉碎成適當尺寸。植物之壓榨可使用輥磨機等榨汁機構。又，於熬煮植物時，可放入溫水中加熱，或使用浸提器等熬煮機構。壓榨時之注加水之溫度及熬煮溫度係考慮糖分之萃取效率等而適當決定，通常為30℃~40℃。
進行糖液之加熱以使蔗糖分解酵素失活，使糖液中之蛋白質等改性並析出、沈澱。加熱溫度為65~105℃，較佳為80~105℃。若加熱溫度未達65℃，則變得無法於糖液之醱酵中使蔗糖分解酵素失活。再者，為了使蔗糖分解酵素失活，加熱時間為數秒~10分鐘即足夠。又，若加熱溫度未達65℃，則糖液之殺菌變得不充分。為了充分進行糖液之殺菌，較佳為將加熱溫度調節為100℃以上。
淨化步驟中之加熱之最佳條件係依存於實施規模等而變化。實際製造製程中，較佳為於加熱後靜置數小時進行沈澱分離以使糖液中之懸浮物及雜質沈澱。用以使糖液中之懸浮物及雜質沈澱之靜置時間為2小時~4小時，較佳為3小時左右。若靜置時間未達2小時，則難以使糖液中之懸浮物及雜質沈澱。
糖液之淨化係指去除糖液中所含有之除蔗糖以外之固形物成分。除蔗糖以外之固形物成分中含有纖維素、半纖維素、蛋白質、果膠等不溶性固形物成分；及蛋白質、果膠、胺基酸、有機酸、轉化 糖、灰分等可溶性固形物成分。
糖液中除蔗糖以外之固形物成分之去除例如係以如下方式進行。首先，於經加熱之糖液中添加石灰，使蛋白質、果膠等凝聚。於其中視需要添加氫氧化鈣或氧化鈣，或通入二氧化碳而產生碳酸鈣，使非糖分凝聚物吸附於碳酸鈣並沈澱。其次，過濾分離包含凝聚物及沈澱物之不溶物，獲得潔淨糖液。潔淨糖液中主要含有蔗糖、葡萄糖、果糖等。
潔淨糖液為經淨化之糖液，且為具有9重量%以上、較佳為9~18重量%、更佳為12~15重量%之蔗糖濃度之水溶液。若蔗糖濃度未達9重量%，則於先前之製糖步驟中之濃縮裝置、例如五效蒸發罐中，存在濃縮液之蔗糖濃度低於50重量%，導致結晶化步驟中砂糖結晶之融解，粗糖之回收量降低之可能性。潔淨糖液具有50%以上之純糖率。
繼而，濃縮潔淨糖液。濃縮主要係藉由使潔淨糖液所含之水蒸發而進行。藉由濃縮，潔淨糖液變成濃縮糖液(糖漿)。濃縮糖液由於液量減少，故而與未進行濃縮之情形相比，冷卻至醱酵溫度所必需之能量減少。又，醱酵設備小型化，安裝空間變狹小，設置成本變低廉，醱酵液之溫度調節所必需之能量亦減少。進而，濃縮糖液之糖濃度較高，有效率地進行醱酵而提昇乙醇之生產效率。
濃縮糖液之Brix值為15~50%，較佳為15~40%，更佳為20~30%。若濃縮糖液之Brix值未達15%，則乙醇之生產效率提昇得不那麼高，若Brix值超過40%，則有產生醱酵不良之可能性。
於糖液為甘蔗之榨汁之情形時，潔淨糖液之Brix值為10~20%，典型而言約為13%。於糖液為甜菜之煮汁之情形時，潔淨糖液之Brix值為15~20%，典型而言約為18%。
濃縮糖液之體積以潔淨糖液之體積為基準，為20~90體積%，較佳為30~90體積%，更佳為40~65體積%。若濃縮糖液之體積未達20 體積%，則有產生醱酵不良之可能性，若超過90體積%，則乙醇之生產效率提昇得不那麼高。
潔淨糖液為高溫，無需為了濃縮而進行加熱。於進行濃縮時，例如只要將潔淨糖液導入至蒸發濃縮裝置，將自潔淨糖液產生之蒸氣冷凝為水即可。蒸發濃縮裝置之具體例有如下多效蒸發罐：其具有相連結之複數個可減壓之蒸發罐，利用熱交換器將濃縮對象液首先通過之蒸發罐中所產生之蒸氣之熱回收而依序用於濃縮對象液之後通過之蒸發罐中。
所獲得之濃縮糖液藉由冷卻、放置、或若需要進行加熱等而調節至適於醱酵之溫度。適於醱酵之溫度為10~50℃，較佳為20~40℃，更佳為25~35℃。使調節至適當溫度之潔淨液醱酵，將濃縮糖液中除蔗糖以外之糖分選擇性地轉化為乙醇。此種選擇性醱酵方法之概念揭示於日本專利第4883511號。
選擇性醱酵之結果為，濃縮糖液中除蔗糖以外之糖分之含量變得非常少。根據選擇性醱酵之條件，存在濃縮糖液中轉化糖之含量實質上成為零之情況。藉由選擇性醱酵，濃縮糖液中轉化糖之濃度降低，可溶性固形物成分之濃度降低，另一方面由於蔗糖量未變化，故而純糖率提昇。選擇性醱酵結束後之濃縮糖液具有70%以上、更佳為80%以上、進而較佳為90%以上之純糖率。
再者，所謂純糖率係指液體中可溶性固形物成分(Brix)中所含之蔗糖之重量%。
選擇性醱酵之一種方法係使用蔗糖非合成代謝性酵母進行之醱酵。所謂醱酵係指酵母等微生物於無氧狀態下將糖分解之現象。所謂酵母係指通常之存在形態為單細胞之真菌類。所謂合成代謝係指利用酵母作為營養源。通常，糖於被合成代謝時分解。
酵母係於厭氧環境下醱酵時，將糖合成代謝而產生醇之代表性 之生物。作為通常之酵母可合成代謝之糖，可列舉葡萄糖、果糖等單糖；蔗糖等二糖等。本說明書中，除糖之分解外，糖之異構化等酵母可施加於糖之某些變化亦包含於合成代謝之含義中。
所謂蔗糖非合成代謝性酵母係指於厭氧環境下醱酵時，將除蔗糖以外之糖合成代謝而產生醇之酵母。蔗糖非合成代謝性酵母於醱酵時不會使蔗糖發生實質性之變化。蔗糖非合成代謝性酵母之具體例可列舉不具有蔗糖分解酵素之酵母及蔗糖分解酵素基因之全部或一部分缺失之酵母。作為蔗糖分解酵素，已知有轉化酶。
具有蔗糖分解酵素之微生物具有SUC1、SUC2、SUC3、SUC4、SUC6及SUC7之6種蔗糖分解酵素基因。該等蔗糖分解酵素基因可藉由基因操作而破壞。
作為不具有蔗糖分解酵素之酵母，可列舉釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)ATCC56805、STX347-1D、NITE BP-1587、NITE BP-1588、酸酒酵母(Saccharomyces aceti)NBRC10055、橄欖油酵母(Saccharomyces hienipiensis)NBRC1994、意大利酵母(Saccharomyces italicus)ATCC13057、大連酵母(Saccharomyces dairenensis)NBRC 0211、特地酵母(Saccharomyces transvaalensis)NBRC 1625、羅西尼酵母(Saccharomyces rosinii)NBRC 10008、二孢接合酵母(Zygosaccharomyces bisporus)NBRC 1131等。不具有蔗糖分解酵素之酵母較佳為具有凝聚性之酵母，例如可列舉釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)NITE BP-1587、NITE BP-1588等。
選擇性醱酵之另一方法係使用蔗糖分解酵素抑制劑而進行之醱酵。
作為蔗糖分解酵素抑制劑，可列舉銀離子、銅離子、汞離子、鉛離子、甲基-α-D-葡萄糖苷、PCMB(p-chloromercuribenzoate，對氯汞苯甲酸鹽)、及葡糖基-D-阿洛酮糖等。
使濃縮糖液醱酵之操作及條件可藉由業者眾所周知之方法而進行，例如可列舉以特定之比率添加醱酵微生物與糖液而醱酵之批次式、及將醱酵微生物固定後連續供給糖液而醱酵之連續式等。
但於本發明之方法，由於藉由上述淨化步驟而進行微生物之不活化、及夾雜物之去除，故而於醱酵時，不會產生由野生酵母、乳酸菌、或乙酸菌等微生物所引起之蔗糖分解，又，可防止由轉化糖生產出除乙醇以外之產物(例如乳酸或乙酸等)，故而能夠以較高效率進行乙醇醱酵。又，藉由淨化步驟中之微生物之不活化及夾雜物之除去，使濃縮糖液醱酵後之酵母中不含微生物或夾雜物，故而可重複利用醱酵後之酵母。
於使濃縮糖液醱酵時添加於濃縮糖液中之酵母之量以濕重量計為5g/L以上，較佳為10~100g/L，更佳為15~60g/L。若酵母之添加量未達5g/L，則未進行醱酵，若量過多則於酵母回收時液體與酵母之分離變得無效率。
醱酵之結果所得之醱酵液中含有酵母、乙醇、水、蔗糖、灰分、胺基酸等。醱酵結束後分離酵母。
其後，將醱酵液加熱至適於使乙醇及水蒸發之溫度。由於醱酵液因最初之濃縮而減少液量，故而與未進行濃縮之情形相比，加熱至濃縮溫度所必需之能量減少。
繼而，將醱酵液再次濃縮。再次濃縮係為了自醱酵液回收乙醇，並由醱酵液製造粗糖而進行。
自醱酵液回收乙醇可藉由業者眾所周知之方法而進行，例如可列舉利用蒸餾將乙醇分離。若利用蒸餾而進行乙醇分離，則由於同時濃縮糖液，故而於粗糖製造中無需重新進行加熱濃縮，可一併節約時間及能量。
於較佳之一形態中，使用多效蒸發罐以濃縮潔淨糖液及濃縮醱 酵液。雖然多效蒸發罐之罐數越多越節約使用之蒸氣，但由於濃縮效率變差，因此通常使用具備4~5個蒸發罐者。
潔淨糖液在通過多效蒸發罐之位於首位之蒸發罐後，在導入至位於最後之蒸發罐之前，於經濃縮之狀態下暫且取出。以提供濃縮糖液所適當之Brix值之方式適當決定使潔淨糖液通過之蒸發罐之數。繼而，將濃縮糖液冷卻至醱酵溫度並進行醱酵。將所得之醱酵液加熱至濃縮溫度。
繼而，將加熱至濃縮溫度之醱酵液導入至位於繼取出濃縮糖液之蒸發罐之後之蒸發罐。於導入有醱酵液之蒸發罐中進行濃縮，並回收乙醇及水。
自醱酵液製造粗糖可藉由業者眾所周知之方法而進行，例如可列舉將砂糖結晶化等。具體而言，將濃縮糖液之一部分於抽氣減壓下加熱，以保持過飽和度為1.1~1.2之方式一面一點一點地添加剩餘之濃縮糖液一面使砂糖結晶較大地成長。取出一定大小以上之砂糖結晶，繼而利用離心分離機分離為砂糖結晶與糖液。
自砂糖結晶分離之糖液通常稱為糖蜜。糖蜜可適量混和於濃縮糖液而再次用作醱酵原料。藉此，糖液所含糖分之利用效率進一步提昇。
實施例
根據以下實施例更具體地說明本發明，但本發明並不限定於該等。
參考例1
(將甘蔗作為原料，使用不具有蔗糖分解酵素之酵母之情形時使潔淨糖液醱酵之製程之驗證)
(1)壓榨步驟
將收穫後之甘蔗之蔗莖部3200g利用輥磨機壓榨，獲得榨汁3130 g。
再者，以下所謂純糖率係指於潔淨糖液中可溶性固形物成分(Brix)中所含蔗糖之重量%。
(2)加熱及淨化步驟
將榨汁移至5L燒杯中，以100℃加熱10分鐘。繼而，添加相對於榨汁重量為0.085重量%之熟石灰Ca(OH)2，調整pH值，使懸浮物及雜質凝聚。將凝聚之懸浮物及雜質用過濾器過濾，分離出潔淨糖液重量=3000g(蔗糖含量=253g、轉化糖含量=81g、純糖率=70%)。再者，藉由加熱將榨汁中所含之微生物殺菌。
(3)冷卻步驟
將所得之潔淨糖液自95℃冷卻至30℃。冷卻所需之能量為195kJ。
(4)醱酵步驟
將所得之潔淨糖液移至5L缸式醱酵槽中，接種以濕重量計150g之不具有蔗糖分解酵素之凝聚性酵母釀酒酵母(STX347-1D)，於30℃下進行乙醇醱酵4小時。酵母係使用預先用YM(Yeast-Malt，酵母-麥芽)培養基預培養者。醱酵結束後，藉由沈澱分離而回收酵母及凝聚之雜質，分離出醱酵液3100g(乙醇濃度1.1wt%、蔗糖含量=253g、轉化糖含量=0g)。
(5)乙醇蒸餾及糖液濃縮步驟
將醱酵液於減壓下加熱升溫至70℃，冷卻回收蒸發之乙醇33g後，繼續使水蒸發，獲得濃縮糖液468g(蔗糖含量=253g、轉化糖含量=0g、純糖率=90%)。醱酵液之升溫所需之能量為124kJ。
(6)結晶化步驟
抽出糖液之1/2，進一步於減壓下加熱，濃縮至蔗糖之過飽和度為1.2後，添加砂糖之晶種(粒徑250μm)23g，一面一點一點地添加剩 餘之濃縮糖液，一面進行約3小時結晶化。
(7)粗糖、糖蜜分離步驟
將經結晶化之砂糖及糖蜜之混合物用使用50~100μm網眼之濾布之有孔壁型離心分離機以3000rpm離心分離20分鐘，分離為粗糖174g(蔗糖回收率=69%，去除晶種添加分量)與糖蜜112g。
將生產製程之流程圖示於圖1，將物質收支之結果示於圖2。
比較例1
(將甘蔗作為原料，使用不具有蔗糖分解酵素之酵母之情形時使榨汁醱酵之製程之驗證)
(1)壓榨步驟
將收穫後之甘蔗(NiF8)之蔗莖部3000g利用切碎機切斷後，用四輥磨機壓榨，獲得榨汁2843mL(榨汁重量=2985g、蔗糖含量=351g、轉化糖含量=112g、純糖率=63.9%)。
(2-1)醱酵步驟
將所得榨汁移至5L缸式醱酵槽中，接種以濕重量計142g之不具有蔗糖分解酵素之凝聚性酵母釀酒酵母(STX347-1D)，並於厭氧條件下，於30℃下進行乙醇醱酵24小時。酵母係使用預先用YM培養基預培養者。醱酵結束後，藉由沈澱分離而回收酵母及凝聚之雜質計245g，分離出醱酵液2822g(乙醇濃度2.16wt%、蔗糖含量=281g、轉化糖含量=15g)。
(2-2)加熱及淨化步驟
將醱酵液移至5L燒杯中，以100℃加熱10分鐘。繼而，添加相對於榨汁重量為0.085重量%之熟石灰Ca(OH)2，調整pH值，使懸浮物及雜質凝聚。將凝聚之懸浮物及雜質用過濾器過濾，分離出潔淨糖液2719g(乙醇濃度1.53wt%、蔗糖含量=277g、轉化糖含量=15g、純糖率=68.6%)。與實施例1不同，於加熱步驟中蒸發了乙醇19g。
(3)乙醇蒸餾及糖液濃縮步驟
將潔淨糖液移至5L蒸發器中，於減壓下加熱，冷卻回收蒸發之乙醇42g後，繼續使2104mL水蒸發，獲得濃縮糖液573g(蔗糖含量=277g、轉化糖含量=15g、純糖率=80.6%)。
(4)結晶化步驟
抽出糖液之1/2，進一步於減壓下加熱，濃縮至蔗糖之過飽和度為1.2後，添加砂糖之晶種(粒徑250μm)29g，一面一點一點地添加剩餘之濃縮糖液，一面進行約3小時結晶化。
(5)粗糖、糖蜜分離步驟
將經結晶化之砂糖及糖蜜之混合物用使用50~100μm網眼之濾布之有孔壁型離心分離機以3000rpm離心分離20分鐘，分離為砂糖186g(蔗糖回收率=67%，去除晶種添加分量)與糖蜜172g(蔗糖含量=97g、轉化糖含量=12g、純糖率=61.3%)。
將比較例1之物質收支之結果示於圖3。
實施例1
(將甘蔗作為原料，使用不具有蔗糖分解酵素之酵母之情形時使濃縮糖液(Brix=20)醱酵之製程之驗證)
(1)壓榨步驟
將收穫後之甘蔗之蔗莖部3200g利用輥磨機壓榨，獲得榨汁3130g。
(2)加熱、靜置及淨化步驟
將榨汁移至5L燒杯中，以100℃加熱10分鐘。繼而，添加相對於榨汁重量為0.085重量%之熟石灰Ca(OH)2，調整pH值，使懸浮物及雜質凝聚。其後，將榨汁靜置3小時而使凝聚之懸浮物及雜質沈澱。將雜質等用過濾器過濾，分離出潔淨糖液3000g(蔗糖含量=253g、轉化糖含量=81g、純糖率=70%)。用過濾器過濾時，由於雜質等已沈 澱，故而過濾速度加快。再者，潔淨糖液係藉由加熱而將榨汁中所含微生物殺菌。
(3)濃縮步驟
將潔淨糖液於減壓下加熱，獲得濃縮糖液1800g(蔗糖含量=253g、轉化糖含量=81g、純糖率=70%)。
(4)冷卻步驟
將所得之濃縮糖液自95℃冷卻至30℃。冷卻所需之能量為117kJ。
(5)醱酵步驟
濃縮糖液冷卻後，將其移至5L缸式醱酵槽中，接種以濕重量計90g之不具有蔗糖分解酵素之凝聚性酵母釀酒酵母(STX347-1D)，於30℃下進行乙醇醱酵5小時。酵母係使用預先用YM培養基預培養者。醱酵結束後，藉由沈澱分離而回收酵母及凝聚之雜質，分離出醱酵液1840g(乙醇濃度=1.9wt%、蔗糖含量=253g、轉化糖含量=0g)。
(6)乙醇蒸餾及糖液濃縮步驟
將醱酵液於減壓下自30℃加熱升溫至70℃，冷卻回收蒸發之乙醇33g後，繼續使水分蒸發，獲得濃縮糖液464g(蔗糖含量=253g、轉化糖含量=0g、純糖率=91%)。醱酵液之升溫所需之能量為74kJ。
(7)結晶化步驟
抽出糖液之1/2，進一步於減壓下加熱，濃縮至蔗糖之過飽和度為1.2後，添加砂糖之晶種(粒徑250μm)23g，一面一點一點地添加剩餘之濃縮糖液，一面進行約3小時結晶化。
(8)粗糖、糖蜜分離步驟
將經結晶化之砂糖及糖蜜之混合物用使用50~100μm網眼之濾布之有孔壁型離心分離機以3000rpm離心分離20分鐘，分離為粗糖 176g(蔗糖回收率=70%，去除晶種添加分量)與糖蜜108g。再者，上述粗糖量176g係自所回收之粗糖量199g中減去晶種分量23g之值。
將生產製程之流程圖示於圖4，將物質收支之結果示於圖5。於實施例1中，用於將濃縮糖液冷卻至醱酵溫度，醱酵後加熱至濃縮溫度所必需之能量為191kJ，與需要319kJ之參考例1相比，實質性地提昇了能量效率。
實施例2
(將甘蔗作為原料，使用不具有蔗糖分解酵素之酵母之情形時使濃縮糖液(Brix=50)醱酵之製程之驗證)
(1)壓榨步驟
將收穫後之甘蔗之蔗莖部3200g用輥磨機壓榨，獲得榨汁3130g。
(2)加熱、靜置及淨化步驟
將榨汁移至5L燒杯中，以100℃加熱10分鐘。繼而，添加相對於榨汁重量為0.085重量%之熟石灰Ca(OH)2，調整pH值，使懸浮物及雜質凝聚。其後，將榨汁靜置3小時而使凝聚之懸浮物及雜質沈澱。將雜質等用過濾器過濾，分離出潔淨糖液3000g(蔗糖含量=253g、轉化糖含量=81g、純糖率=70%)。用過濾器過濾時，由於雜質等已沈澱，故而過濾速度加快。再者，潔淨糖液係藉由加熱而將榨汁中所含微生物殺菌。
(3)濃縮步驟
將潔淨糖液於減壓下加熱，獲得濃縮糖液720g(蔗糖含量=253g、轉化糖含量=81g、純糖率=70%)。
(4)冷卻步驟
將所得之濃縮糖液自70℃冷卻至30℃。冷卻所需之能量為29kJ。
(5)醱酵步驟
濃縮糖液冷卻後，將其移至5L缸式醱酵槽中，接種以濕重量計36g之不具有蔗糖分解酵素之凝聚性酵母釀酒酵母(STX347-1D)，於30℃下進行乙醇醱酵10小時。酵母係使用預先用YM培養基預培養者。醱酵結束後，藉由沈澱分離及離心分離而回收酵母及凝聚之雜質，分離出醱酵液736g(乙醇濃度=4.8wt%、蔗糖含量=253g、轉化糖含量=0g)。
(6)乙醇蒸餾及糖液濃縮步驟
將醱酵液於減壓下自30℃加熱升溫至70℃，冷卻回收蒸發之乙醇33g後，繼續使水分蒸發，獲得濃縮糖液464g(蔗糖含量=253g、轉化糖含量=0g、純糖率=91%)。醱酵液之升溫所需之能量為29kJ。
(7)結晶化步驟
抽出糖液之1/2，進一步於減壓下加熱，濃縮至蔗糖之過飽和度為1.2後，添加砂糖之晶種(粒徑250μm)23g，一面一點一點地添加剩餘之濃縮糖液，一面進行約3小時結晶化。
(8)粗糖、糖蜜分離步驟
將經結晶化之砂糖及糖蜜之混合物用使用50~100μm網眼之濾布之有孔壁型離心分離機以3000rpm離心分離20分鐘，分離為粗糖176g(蔗糖回收率=70%，去除晶種添加分量)與糖蜜108g。再者，上述粗糖量176g係自所回收之粗糖量199g中減去晶種分量23g之值。
將物質收支之結果示於圖6。實施例2中用於將濃縮糖液冷卻至醱酵溫度，醱酵後加熱至濃縮溫度所必需之能量為58kJ，與需要319kJ之參考例1相比，實質性地提昇了能量效率。
實施例3
(將甘蔗作為原料，使用不具有蔗糖分解酵素之酵母之情形時使 濃縮糖液(Brix=15)醱酵之製程之驗證)
(1)壓榨步驟
將收穫後之甘蔗之蔗莖部3200g利用輥磨機壓榨，獲得榨汁3130g。
(2)加熱、靜置及淨化步驟
將榨汁移至5L燒杯中，以100℃加熱10分鐘。繼而，添加相對於榨汁重量為0.085重量%之熟石灰Ca(OH)2，調整pH值，使懸浮物及雜質凝聚。其後，將榨汁靜置3小時而使凝聚之懸浮物及雜質沈澱。將雜質等用過濾器過濾，分離出潔淨糖液3000g(蔗糖含量=253g、轉化糖含量=81g、純糖率=70%)。用過濾器過濾時，由於雜質等已沈澱，故而過濾速度加快。再者，潔淨糖液係藉由加熱而將榨汁中所含微生物殺菌。
(3)濃縮步驟
將潔淨糖液於減壓下加熱，獲得濃縮糖液2400g(蔗糖含量=253g、轉化糖含量=81g、純糖率=70%)。
(4)冷卻步驟
將所得之濃縮糖液自95℃冷卻至30℃。冷卻所需之能量為156kJ。
(5)醱酵步驟
濃縮糖液冷卻後，將其移至5L缸式醱酵槽中，接種以濕重量計120g之不具有蔗糖分解酵素之凝聚性酵母釀酒酵母(STX347-1D)，於30℃下進行乙醇醱酵5小時。酵母係使用預先用YM培養基預培養者。醱酵結束後，藉由沈澱分離而回收酵母及凝聚之雜質，分離出醱酵液2450g(乙醇濃度=1.5wt%、蔗糖含量=253g、轉化糖含量=0g)。
(6)乙醇蒸餾及糖液濃縮步驟
將醱酵液於減壓下自30℃加熱升溫至70℃，冷卻回收蒸發之乙 醇33g後，繼續使水分蒸發，獲得濃縮糖液464g(蔗糖含量=253g、轉化糖含量=0g、純糖率=91%)。醱酵液之升溫所需之能量為98kJ。
(7)結晶化步驟
抽出糖液之1/2，進一步於減壓下加熱，濃縮至蔗糖之過飽和度為1.2後，添加砂糖之晶種(粒徑250μm)23g，一面一點一點地添加剩餘之濃縮糖液，一面進行約3小時結晶化。
(8)粗糖、糖蜜分離步驟
將經結晶化之砂糖及糖蜜之混合物用使用50~100μm網眼之濾布之有孔壁型離心分離機以3000rpm離心分離20分鐘，分離為粗糖176g(蔗糖回收率=70%，去除晶種添加分量)與糖蜜108g。再者，上述粗糖量176g係自所回收之粗糖量199g中減去晶種分量23g之值。
將物質收支之結果示於圖7。實施例3中用於將濃縮糖液冷卻至醱酵溫度，醱酵後加熱至濃縮溫度所必需之能量為254kJ，與需要319kJ之參考例1相比，實質性地提昇了能量效率。
實施例4
(將甘蔗作為原料，使用不具有蔗糖分解酵素之凝聚性酵母之情形時使濃縮糖液(Brix=40)醱酵之製程之驗證)
(1)壓榨步驟
將收穫後之甘蔗之蔗莖部3200g利用輥磨機壓榨，獲得榨汁3130g。
(2)加熱、靜置及淨化步驟
將榨汁移至5L燒杯中，以100℃加熱10分鐘。繼而，添加相對於榨汁重量為0.085重量%之熟石灰Ca(OH)2，調整pH值，使懸浮物及雜質凝聚。其後，將榨汁靜置3小時而使凝聚之懸浮物及雜質沈澱。將雜質等用過濾器過濾，分離出潔淨糖液3000g(蔗糖含量=253g、轉 化糖含量=81g、純糖率=70%)。用過濾器過濾時，由於雜質等已沈澱，故而過濾速度加快。再者，潔淨糖液係藉由加熱而將榨汁中所含微生物殺菌。
(3)濃縮步驟
將潔淨糖液於減壓下加熱，獲得濃縮糖液900g(蔗糖含量=253g、轉化糖含量=81g、純糖率=70%)。
(4)冷卻步驟
將所得之濃縮糖液自95℃冷卻至30℃。冷卻所需之能量為45kJ。
(5)醱酵步驟
濃縮糖液冷卻後，將其移至5L缸式醱酵槽中，接種以濕重量計45g之不具有蔗糖分解酵素之凝聚性酵母釀酒酵母(NITE BP-1587)，於30℃下進行乙醇醱酵5小時。酵母係使用預先用YM培養基預培養者。醱酵結束後，藉由沈澱分離而回收酵母及凝聚之雜質，分離出醱酵液920g(乙醇濃度=3.8wt%、蔗糖含量=253g、轉化糖含量=0g)。
(6)乙醇蒸餾及糖液濃縮步驟
將醱酵液於減壓下自30℃加熱升溫至70℃，冷卻回收蒸發之乙醇33g後，繼續使水分蒸發，獲得濃縮糖液464g(蔗糖含量=253g、轉化糖含量=0g、純糖率=91%)。醱酵液之升溫所需之能量為37kJ。
(7)結晶化步驟
抽出糖液之1/2，進一步於減壓下加熱，濃縮至蔗糖之過飽和度為1.2後，添加砂糖之晶種(粒徑250μm)23g，一面一點一點地添加剩餘之濃縮糖液，一面進行約3小時結晶化。
(8)粗糖、糖蜜分離步驟
將經結晶化之砂糖及糖蜜之混合物用使用50~100μm網眼之濾布之有孔壁型離心分離機以3000rpm離心分離20分鐘，分離為粗糖176g(蔗糖回收率=70%，去除晶種添加分量)與糖蜜108g。再者，上述粗糖量176g係自所回收之粗糖量199g中減去晶種分量23g之值。
將物質收支之結果示於圖8。實施例4中用於將濃縮糖液冷卻至醱酵溫度，醱酵後加熱至濃縮溫度所必需之能量為82kJ，與需要319kJ之參考例1相比，實質性地提昇了能量效率。
【生物材料寄存】 國內寄存資訊【請依寄存機構、日期、號碼順序註記】
1.食品工業發展研究所；103年08月05日；BCRC 920092
2.食品工業發展研究所；103年08月05日；BCRC 920093
國外寄存資訊【請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記】
1.日本；獨立行政法人製品評價技術基盤機構 專利微生物寄存中心；2013年04月11日；NITE BP-01587
2.日本；獨立行政法人製品評價技術基盤機構 專利微生物寄存中心；2013年04月11日；NITE BP-01588

Claims (10)

  1. 一種粗糖及乙醇之製造方法，其包括如下步驟：將源自植物之糖液加熱及淨化而獲得潔淨糖液之步驟；將上述潔淨糖液之Brix值濃縮至15~50%之步驟；將濃縮糖液冷卻至醱酵溫度之步驟；藉由使濃縮糖液醱酵而將濃縮糖液中除蔗糖以外之糖分選擇性地轉化為乙醇之步驟；及濃縮醱酵液之步驟。
  2. 一種粗糖及乙醇之製造方法，其包括如下步驟：將源自植物之糖液加熱及淨化而獲得潔淨糖液之步驟；將上述潔淨糖液導入至多效蒸發罐之步驟；藉由在通過多效蒸發罐之位於首位之蒸發罐後，在導入至位於最後之蒸發罐之前取出上述潔淨糖液而濃縮上述潔淨糖液之步驟；將濃縮糖液冷卻至醱酵溫度之步驟；藉由使濃縮糖液醱酵而將濃縮糖液中除蔗糖以外之糖分選擇性地轉化為乙醇之步驟；將醱酵液加熱至濃縮溫度之步驟；及藉由通過位於繼被取出濃縮糖液之蒸發罐之後之蒸發罐而濃縮醱酵液之步驟。
  3. 如請求項2之粗糖及乙醇之製造方法，其藉由在通過多效蒸發罐之位於首位之蒸發罐後，在導入至位於最後之蒸發罐之前取出上述潔淨糖液而將上述潔淨糖液之Brix值調節為15~40%。
  4. 如請求項1至3中任一項之粗糖及乙醇之製造方法，其中上述醱酵係使用蔗糖非合成代謝性酵母而進行。
  5. 如請求項1至3中任一項之粗糖及乙醇之製造方法，其中上述醱酵係使用不具有蔗糖分解酵素之酵母而進行。
  6. 如請求項1至3中任一項之粗糖及乙醇之製造方法，其中上述醱酵係於蔗糖分解酵素抑制劑之存在下進行。
  7. 如請求項1至3中任一項之粗糖及乙醇之製造方法，其中上述植物係選自由甘蔗、甜菜、桄榔、糖槭、蜀黍所組成之群中之至少一種。
  8. 如請求項4之粗糖及乙醇之製造方法，其中上述植物係選自由甘蔗、甜菜、桄榔、糖槭、蜀黍所組成之群中之至少一種。
  9. 如請求項5之粗糖及乙醇之製造方法，其中上述植物係選自由甘蔗、甜菜、桄榔、糖槭、蜀黍所組成之群中之至少一種。
  10. 如請求項6之粗糖及乙醇之製造方法，其中上述植物係選自由甘蔗、甜菜、桄榔、糖槭、蜀黍所組成之群中之至少一種。
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