WO2001002534A1 - Procede de production d'un produit de fermentation - Google Patents

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WO2001002534A1
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yeast
fluidized bed
aggregating
liquid
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Masahide Sato
Shingo Umemoto
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Sapporo Breweries Limited
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    • C12M29/02Percolation
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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

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a fermentation product, and more particularly, to a method for producing a fermentation product by performing fermentation using a bioreactor in which immobilized microorganisms are arranged.
  • the amount of the amino acid diacetyl (DA) in the product and the amount of the ester in the product are higher than those of products manufactured by the traditional batch fermentation method.
  • the product obtained using the bioreactor had a problem in terms of flavor, and was particularly remarkable when the bioreactor was used for main fermentation.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-123969 discloses a continuous fermentation method using a fluidized bed reactor.
  • a method for circulating a fermentation liquor is disclosed.
  • this method improves the consumption of amino acids in the fermentation process, it does not sufficiently reduce the amount of diacetyl, which causes juvenile and immature odors, and the resulting product still has room for improvement in flavor.
  • the production method in a bioreactor including this method the number of suspended yeasts at the end of the main fermentation is generally low, and the fermentation rate in the fermentation process is unstable, making it difficult to control them. It also had.
  • cohesiveness refers to a property in which yeasts gather at the end of fermentation to form a lump and separate from the liquid and float or settle. If the cohesiveness is too high, flocculation occurs at an early stage, and the contact between the fermented liquid and the yeast occurs. If it is cut off and fermentation becomes insufficient, on the other hand, if the cohesiveness is too low, the amount of yeast recovered will be reduced because yeast is suspended in the liquid forever, and it will be necessary to separate and recover the yeast by centrifugation etc. It takes time and effort. For this reason, conventionally, it has been widely accepted that yeast having a certain level of cohesiveness (cohesive yeast) is used for the production of fermentation products. Such a flocculant yeast was also used in the method described in the gazette.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the related art, and when producing a fermentation product by a bioreactor using immobilized microorganisms, while maintaining a constant fermentation rate in the fermentation process,
  • the number of suspended yeasts at the time of termination can be stably maintained at a higher level than conventional ones, and especially when malt alcoholic beverages are produced by a bioreactor, the fermentation liquor and the amount of diacetyl in the final product can be reduced. It is intended to provide a method capable of improving the flavor of a final product by, for example, sufficiently reducing the amount.
  • the method for producing a fermentation product of the present invention is a method for producing a fermentation product by performing fermentation using a bioreactor in which immobilized microorganisms are disposed, wherein the non-aggregating yeast is used as the microorganism. Is used.
  • the malt alcoholic beverage of the present invention is produced by the method of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a fluidized bed reactor suitable for the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the number of continuous fermentations and the number of floating yeasts.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the number of continuous fermentations and the amount of extract consumed.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the number of continuous fermentations and the number of floating yeasts.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the number of continuous fermentations and the amount of diacetyl.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the number of continuous fermentations and the amount of extract consumed.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the number of continuous fermentations and the number of floating yeasts.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the number of continuous fermentations and the amount of diacetyl.
  • the present invention is a method for producing a fermentation product by performing fermentation using a bioreactor in which immobilized microorganisms are arranged, wherein a non-aggregating yeast is used as the microorganisms.
  • the yeast used in the present invention may be a non-aggregating yeast as described later, and a non-aggregating yeast is selected from yeasts according to the target fermentation product.
  • non-aggregated yeasts are selected from so-called alcoholic yeasts that produce alcohol, carbon dioxide, etc. by metabolizing brewing material liquids.
  • Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces ⁇ ⁇ Non-coagulable materials are selected from palm and the like.
  • Non-cohesive brewer's yeast is one such non-cohesive liquor yeast.
  • non-cohesive wine yeast non-cohesive sake yeast, and the like.
  • Malt alcoholic beverages such as beers can be produced using non-cohesive brewer's yeast.
  • aggregating property refers to a property in which yeasts dispersed in the fermentation process gather and adhere to and bind to each other on the cell surface to form a floc.
  • the bottom fermentation yeast used in normal beer production is compared with a strain that has the property that cells aggregate in the fermentation liquor to form clumps and are easily separated from the liquid quickly.
  • strains that have characteristics of dispersing and floating for a long period of time The former is called “aggregating yeast” and the latter is called “non-aggregating yeast (also called dusty yeast)”.
  • Such agglutinating property of yeast is essentially a genetic property of the yeast itself, and Lg—FLO present at a position corresponding to chromosome VIII of Saccharomyces cerevisiae 'Celepiche'
  • the gene is controlled by one gene (Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-266287), but water for brewing, raw materials, wort composition, wort aeration conditions, yeast culture conditions, fermentation vessels, yeast
  • the cohesive strength may be affected by handling, etc., or the cohesive strength may change depending on the fermentation process.
  • the cohesiveness varies depending on the type of yeast, and there are non-aggregable and non-aggregable yeasts of the same type due to differences in strains.
  • a method for selecting the non-aggregating yeast to be used in the method of the present invention by measuring the agglutinability of the yeast includes the method described in YEAST GENETICS: FUNDAMENTAL AND APPLIED ASPECTS, 205-224 (1983). Specifically, the following method is preferable.
  • a yeast suspension obtained by adding 0.6 g of yeast (yeast sedimented by centrifugation at 3000 X g for 10 minutes at the end of fermentation) to 20 ml of tap water, and adding 9 ml of this yeast suspension Add 1 ml of 0.5 M acetate buffer (pH 4.5) containing 1500 ppm of calcium ions to the mixture, shake it up and down by hand, etc., stir uniformly, and let stand at room temperature for 5 minutes.
  • yeast yeast sedimented by centrifugation at 3000 X g for 10 minutes at the end of fermentation
  • yeast is aggregated and sedimented and deposited in the bioreactor vessel during the fermentation process. Is sufficiently prevented, and thereby the fermentation speed And the number of suspended yeast at the end of the main fermentation is stably maintained at a higher level than in the case of using conventional flocculating yeast.
  • the method of the present invention is used for the main fermentation of a malt alcoholic beverage, the amount of diacetyl in the fermentation liquid at the end of the main fermentation is sufficiently reduced by increasing the number of suspended yeasts at the end of the main fermentation.
  • the carrier for immobilizing the non-aggregating yeast is not particularly limited, and various types of carriers can be used.
  • a carrier composed of chitin, chitosan, alginic acid, and carrageenan is preferable. (A carrier using chitin / chitosan as a raw material).
  • the chitosan-based beads are hydrophilic and porous, so that the carbon dioxide gas can be easily discharged, and furthermore, they are not easily worn, and the density is close to that of the raw material liquid, so that the flowability is good.
  • chitosan-based beads have a large amount of microbiota that can be retained. Accordingingly, fermentation time tends to be shortened with chitosan-based beads, and growth and detachment because microorganisms are relatively slowly adsorbed and immobilized. Therefore, it is also possible to prevent dead cells from continuing to exist in the carrier as in the case of a comprehensive carrier.
  • the method of sterilization performed before immobilizing the non-aggregating yeast on such a carrier is arbitrary, and a high-pressure sterilization method, a sterilization method with caustic soda, a sterilization method with steam, and the like are preferable.
  • the method of immobilizing the non-aggregating yeast on the carrier is not particularly limited. For example, a method of adding the carrier to the yeast suspension and stirring or circulating the liquid can be mentioned, but other known methods are available. You may.
  • the immobilized microorganism non-aggregating yeast immobilized on a carrier
  • the raw material liquid and the immobilized microorganism come into contact with each other to perform fermentation therein.
  • bioreactors include complete mixing tank reactors, packed bed reactors, membrane reactors, fluidized bed reactors, horizontal reactors, etc.
  • a fluidized bed reactor that can easily discharge gas out of the system is preferred.
  • Such a fluidized bed reactor includes a fluidized bed in which immobilized microorganisms are placed, and a liquid circulation system that extracts a part of the fermentation liquid from the downstream side of the fluidized bed and returns it to the upstream side of the fluidized bed.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a fluidized bed reactor suitable for the present invention.
  • the fluidized bed reactor 1 shown in Fig. 1 has a reaction tank 2 and a liquid circulation section 3, and the reaction tank 2 is composed of a rectification section 4, a fluidized bed section 5, and an empty cylinder section 6 in that order from the upstream side.
  • a gas outlet 7 is provided at the downstream end of the reaction tank 2.
  • the liquid circulation section 3 is composed of a pipe 31 connected to a downstream side of the fluidized bed section 5 and an upstream side of the fluidized bed section 5 (a rectifying section 4 in FIG. 1), a pump 32 and a valve 33. Further, the pipe 31 is branched on the way and connected to the product tank 8 via the valve 34.
  • a raw material liquid tank 9 is connected to an upstream end of the reaction tank 2 by a pipe 92 having a pump 91.
  • the fluidized bed section 5 is a section in which a carrier on which microorganisms are immobilized is arranged.
  • the liquid circulating section 3 is configured to transfer a part of the fermentation liquor (raw material liquid) supplied to the reaction tank 2 to the fluidized bed section 5. This is a part that is extracted from the downstream side of the reactor and returned to the upstream side of the fluidized bed part 5 of the reaction tank 2 again.
  • the extracted fermentation liquor raw material liquid
  • the rectification unit 4 into the reaction tank 2, and the flow of the introduced liquor is adjusted here.
  • the hollow cylinder section 6 is a section for gas-liquid separation of the carbon dioxide gas generated during the fermentation and the fermentation liquor, and more specifically, a section from the liquid surface to the gas discharge section 7 above the reaction tank 2. Then, the gas such as carbon dioxide gas separated in the hollow cylinder section 6 is discharged from the gas discharge section 7 to the outside of the container.
  • the carrier on which the microorganisms are immobilized is placed in the fluidized bed section 5, and the raw material liquid is supplied from the raw material liquid tank 9 to the rectification section 4 using the pump 91 to perform fermentation. Perform Then, a part of the fermentation liquid (raw material liquid) is Using 2 to extract from the downstream side of the fluidized bed section 5, return to the upstream side of the fluidized bed section 5 of the reaction tank 2 (rectifying section 4 in Fig. 1) and circulate it to form a fluidized bed and ferment while forming .
  • the carbon dioxide gas generated during the fermentation is discharged to the outside of the vessel from the gas exhaust unit 7 through the hollow cylinder 6 without staying in the fluidized bed due to the circulation of the fermentation liquid and the like.
  • the liquid superficial velocity during fermentation (the linear velocity of the fluid per unit volume of the fluidized bed) can be varied depending on the density of the carrier on which the microorganisms are immobilized, but is preferably 1 to 20 cm / min, and 1 to 12 cm. / min is more preferred.
  • the fermentation termination liquid containing the fermentation product is taken out of the reactor 1 into the product tank 8 using the pump 32 and the valve 34, and the reactor 1
  • the above fermentation is repeatedly carried out by supplying a new raw material liquid from the raw material liquid tank 9 using the pump 91. That is, after the fermentation is completed, the fermentation is stopped by supplying a new raw material liquid to the reactor 1 at the same time as or immediately after the circulation is stopped and the fermentation finished liquid is drawn out of the reactor 1. Let them repeat.
  • the operation method of the reactor 1 can be any of a batch type, a repetitive batch type, and a continuous type.However, in order to obtain a product having a better flavor in a short time, the repetitive batch type fermentation is preferable. is there. Microbial growth and renewal are performed during fermentation, and the physiological state and growth cycle of the cells and the distribution of cells in the reactor 11 are similar to the batch operation, which is a traditional method for producing alcoholic beverages. Therefore, according to the repetitive batch method, the flavor tends to be better.
  • any material may be used as long as it is suitable for fermentation by the non-aggregating yeast to be used, and any known material can be used.
  • any known material can be used.
  • wort, fruit juice, sugar solution, saccharified cereal solution and the like are usually used alone or in an appropriate mixture.
  • appropriate nutrients may be added.Fermentation conditions are basically the same as known conditions.
  • the temperature is usually 15 ° C or lower, preferably 8 to 10 ° C
  • the temperature is usually 20 ° C or lower, preferably 15 to 20 ° C.
  • Examples of fermentation products that can be produced by the above method include products in various brewing fields such as malt alcoholic beverages, wine, sake, liquor, and soy sauce, and alcoholic beverages such as malt alcoholic beverages, wine, and sake are preferred. Among them, malt alcoholic beverages such as beer are more preferable because the flavor is improved according to the present invention.
  • flocculent strains A-1, A-2) and non-coagulable strains (A-1, A-2) selected from brewer's yeast (Saccharomyces' Celepiche, etc.) actually used at the production site by the above-described method and criteria were used.
  • Aggregating strains NA-1, NA-2, NA-3, NA-4, NA-5) were used.
  • Table 1 shows the results of the determination of their cohesiveness.
  • Table 1 also shows the results of determination of cohesion of type cultures NCYC-No. 203 and NCYC-No. 985 in NCYC (National Collection of Yeast Cultures (UK)). table 1
  • the main fermentation step was carried out in the above-mentioned repeated batch fermentation format (repeated batch type) under the following conditions. Then, a test for the number of suspended yeast described below was performed on the obtained fermented liquid.
  • Carrier chitosan-based beads (Fujibo Co., Ltd., Chitopearl HP),
  • A-1 Comparative Example 1
  • NA-1 Example 1
  • NA-2 Example 2
  • Yeast immobilization method Immobilization by contacting with a carrier for 2 days while circulating according to a conventional method (2.4g muddy yeast per 50ml carrier),
  • Wort used Wort adjusted to ll% Plato sugar content.
  • the main fermentation step was carried out in the above-mentioned repetitive batch fermentation format (repeated batch type) under the following conditions.
  • the obtained fermentation broth was subjected to a fermentability test, a suspended yeast number test, and a diacetyl production test described below.
  • Carrier chitosan-based beads (Fujibo Co., Ltd., Chitopearl HP),
  • A-2 Comparative Example 2
  • NA-3 Example 3
  • NA-4 Example 4
  • Yeast immobilization method Immobilization by contacting with a carrier for 2 days while circulating according to a conventional method (650 g of muddy yeast for 6 L of carrier),
  • Liquid tower speed 6 ⁇ 12 cni / niin
  • Wort used Wort adjusted to l l% Plato.
  • the main fermentation step was carried out in the above-mentioned repetitive batch fermentation format (repeated batch type) under the following conditions.
  • the fermented solution thus obtained was subjected to a fermentability test, a test for the number of floating yeasts, and a test for the amount of diacetyl produced in the same manner as described above. Further, in this example, a flavor component test and a sensory test of the final product were also performed.
  • Carrier chitosan-based beads (Fujibo Co., Ltd., Chitopearl HP),
  • NA-5 non-aggregating strain
  • Yeast immobilization method In the same manner as in Examples 3 and 4, according to a conventional method, about 13 kg of muddy yeast was immobilized while circulating about 13 kg of muddy yeast.
  • Wort used wort adjusted to l l% Plato.
  • Post fermentation temperature 8 ⁇ 0 ° C.
  • a non-aggregating yeast is used, as opposed to the conventional knowledge, to reduce the fermentation process. It is possible to maintain the fermentation rate at a constant level and to stably maintain the number of suspended yeast at the end of fermentation at a higher level.
  • the method of the present invention is employed, particularly when malt alcoholic beverages are produced by a bioreactor, it is possible to improve the flavor of the product by, for example, sufficiently reducing the amount of diacetyl in the fermentation liquor and the final product. It becomes possible.

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Description

曰月糸田 β 発酵生産物の製造法 技術分野
本発明は、 発酵生産物の製造法に関し、 より詳しくは、 固定化微生物が内部に 配置されたバイオリアクターを用いて発酵を行うことにより発酵生産物を製造す る方法に関する。 背景技術
バイオテクノロジーの発展により、 麦芽アルコール飲料 (ビール類)、 ワイン 、 清酒、 酢、 醤油等の醸造分野において固定化微生物を利用したバイオリアクタ 一による発酵生産物の製造が検討されており、 このようにバイオリアクターを用 いることによって、
1 ) 高濃度の酵母を固定化して発酵を行なう め醸造が速く終了し、 醸造期間の 短縮が可能となり、 それに伴って製造タンクの本数及び建設費の低減が可能とな る、
2 ) 連続発酵が可能となるため酵母の投入 ·回収が不要となる、
といったことが期待されている。
しかしながら、 バイオリアクターを用いてビール等を製造した場合、 従来は、 伝統的な回分式の発酵法で製造した製品に比べて製品中のアミノ酸ゃジァセチル ( D A ) の量が多く、 エステルの量が少なくなり、 結果としてバイオリアクター を用いて得た製品は香味上の欠点があるという問題があり、 バイオリアクターを 主発酵に用いた場合に特に顕著であった。
そのため、 このような問題の解決を図るべく従来から研究がなされており、 特 開平 7— 1 2 3 9 6 9号公報には流動層型リアクターを用いた連続発酵法におい て発酵液を循環させる方法が開示されている。 しかしながら、 この方法によって も発酵過程におけるアミノ酸の消費は改善されるものの、 若臭 ·未熟臭の原因と なるジァセチルの量の低減は十分ではなく、 得られる製品は未だ香味上改良の余 地を有するものであった。 また、 この方法を含むバイオリアクターでの製造方法 に関しては、 主発酵終了時における浮遊酵母数が一般的に低く、 また発酵過程に おける発酵速度が不安定となり、 それらの制御が困難であるという課題も有して いた。
ところで、 ビール等の発酵生産物を製造するための酵母としては、 従来からあ る程度の凝集性を有することが必要であると認識されていた。 すなわち、 凝集性 とは発酵終了時に酵母が集まって塊となって液から分かれて浮上又は沈降する性 質をいい、 凝集性が高すぎると早い時期に凝集が起こり、 発酵液と酵母の接触が 断たれて発酵不十分となり、 他方、 凝集性が低すぎるといつまでも酵母が液中に 浮遊しているため酵母の回収量が低減し、 遠心分離等による酵母の分離、 回収が 必要となる等の無駄な手間と時間がかかる。 そのため、 従来は、 発酵生産物の製 造にはある程度の凝集性を有する酵母 (凝集性酵母) を使用することが常識とさ れており、 前述の特開平 7 - 1 2 3 9 6 9号公報に記載の方法においてもこのよ うな凝集性酵母が使用されていた。
本発明は、 上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、 固定化微 生物を利用したバイオリアクターによって発酵生産物を製造するにあたって、 発 酵過程における発酵速度を一定に保つと共に、 発酵終了時における浮遊酵母数を 従来のものよりも高い水準に安定して維持することができ、 これにより特に麦芽 アルコール飲料をバイオリアクターによって製造する場合には、 発酵液並びに最 終製品中のジァセチルの量を十分に低減する等して、 最終製品の香味を改善する ことが可能な方法を提供することを目的とする。 発明の開示 本発明者らは、 上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、 固定化微生物を 利用したバイオリアクターを用いる場合においては、 酵母を分離 ·回収する必要 がないことから従来の認識に反して非凝集性の酵母を用いることができ、 それに よって発酵過程における発酵速度が一定となり、 発酵終了時における浮遊酵母数 が後発酵にとってより好ましい水準に安定して維持されるようになり、 特に麦芽 アルコール飲料の主発酵にかかるバイオリアクターを用いる場合においては発酵 液並びに最終製品中のジァセチルの量が十分に低減される等して製品の香味が向 上するということを見出し、 本発明を完成するに至った。
すなわち、 本発明の発酵生産物の製造法は、 固定化微生物が内部に配置された バイオリアクターを用いて発酵を行うことにより発酵生産物を製造する方法にお いて、 前記微生物として非凝集性酵母を用いることを特徴とする方法である。 また、 本発明の麦芽アルコール飲料は、 前記本発明の方法により製造されたも のであることを特徴とするものである。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に好適な流動層型リアクターの一例の概略模式図である。 図 2は、 継続発酵回数と浮遊酵母数との関係を示すグラフである。
図 3は、 継続発酵回数とエキス消費量との関係を示すグラフである。
図 4は、 継続発酵回数と浮遊酵母数との関係を示すグラフである。
図 5は、 継続発酵回数とジァセチル量との関係を示すグラフである。
図 6は、 継続発酵回数とエキス消費量との関係を示すグラフである。
図 7は、 継続発酵回数と浮遊酵母数との関係を示すグラフである。
図 8は、 継続発酵回数とジァセチル量との関係を示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。 本発明は、 固定化微生物が内部に配置されたバイォリアクターを用いて発酵を 行うことにより発酵生産物を製造する方法であり、 前記微生物として非凝集性酵 母を用いる。
先ず、 本発明にかかる酵母及びその固定化担体について説明する。 本発明にお いて使用される酵母は、 後述するように非凝集性である酵母であればよく、 対象 とする発酵生産物に応じた酵母の中から非凝集性のものが選択される。 例えば、 酒類の製造に用いる酵母としては、 醸造原料液を代謝してアルコールや炭酸ガス 等を産生するいわゆる酒類酵母の中から非凝集性のものが選択され、 具体的には サヅカロミセス ·セレピシェ、 サッカロミセス · ゥパルム等の中から非凝集性の ものが選択される。 このような非凝集性の酒類酵母としては非凝集性ビール酵母
、 非凝集性ワイン酵母、 非凝集性清酒酵母等が挙げられ、 例えば非凝集性ビール 酵母を用いてビール類といった麦芽アルコール飲料を製造することができる。 ここで、 凝集性とは、 発酵過程において分散していた酵母が集合して細胞表面 で付着 '結合して塊 (フロック) を形成する性質をいう。 通常のビール製造に用 いられる下面発酵酵母では、 発酵液中で細胞が凝集して塊を形成して液中から速 やかに分離し易い特性を持った株と、 凝集しにく く比較的長い期間分散 ·浮遊す る特性を持った株とがあり、 前者を 「凝集性酵母」、 後者を 「非凝集性酵母 (塵 状酵母ともいう)」 という。
このような酵母の凝集性は、 本質的には酵母自身の持つ遺伝的特性で、 サッカ 口ミセス 'セレピシェの第 V I I I染色体に相当する位置に存在する L g— F L O
1遺伝子によつて制御されるということが報告されているが (特開平 8- 266287号 公報)、 醸造用水、 原料、 麦汁組成、 麦汁通気条件、 酵母の培養条件、 発酵容器 、 酵母の取り扱い等によっても影響されたり、 発酵経過の時期によって凝集性の 強さが変化していくこともある。 このように酵母株によっても凝集性には強弱が あり、 同じ種類の酵母でも株の差によって非凝集性のものと凝集性のものとがあ るため、 本発明においては下記の方法等によって非凝集性の株を選択し、 その株 に由来した非凝集性酵母を使用することが好ましく、 かかる非凝集性酵母のみを 使用することが特に好ましい。
このように酵母の凝集性を測定して本発明の方法に使用する非凝集性酵母を選 択する方法としては、 YEAST GENETICS : FUNDAMENTAL AND APPLIED ASPECTS, 20 5- 224 ( 1983 )に記載の方法等があり、 具体的には以下の方法が好ましい。
すなわち、 酵母 (発酵終了時に 3000 X g、 10分間の遠心分離により沈澱分離さ れた酵母) 0.6gを 20mlの水道水に添加して得られる酵母懸濁液に、 この酵母懸濁 液 9 mlに対して 1 mlの 1500ppmのカルシウムイオンを含む pH4.5の 0.5M酢酸緩衝 液を加え、 手で上下に振とうする等して全体を均一に攪拌して室温にて 5分間静 置する。
そして、 凝集の程度を目視 (肉眼) にて観察し、 以下の基準:
0 :非凝集性 (肉眼にて液と塊の境界が確認されず、 酵母の凝集 '沈降が認めら れない)
1 :弱い凝集性 (肉眼にて液と塊の境界は確認できないが、 一部の酵母の凝集 - 沈降が認められる)
2 :並みの凝集性 (肉眼にて液と塊の境界が確認でき、 酵母の凝集 ·沈降が認め られる)
3 :強い凝集性 (殆ど完全に酵母が凝集 ·沈降し、 上清も殆ど完全に清澄となる )
にしたがって 4段階に判定する。 本発明においては、 上記判定基準における非凝 集性 (レベル 0 ) の条件を満たす非凝集性の株を選択し、 その株に由来した非凝 集性酵母を使用することが好ましく、 かかる非凝集性酵母のみを使用することが 特に好ましい。
このように本発明の方法においては従来の認識に反して非凝集性株に由来した 非凝集性酵母を使用することにより、 発酵過程において酵母がバイオリアクター 容器内に凝集して沈降 ·堆積することが十分に防止され、 それによつて発酵速度 が一定に保たれると共に、 主発酵終了時における浮遊酵母数が従来の凝集性酵母 を用いる場合に比べて高い水準に安定して維持される。 また、 特に麦芽アルコー ル飲料の主発酵に本発明の方法を採用する場合においては、 主発酵終了時の浮遊 酵母数向上により主発酵終了時の発酵液中のジァセチル量が十分に低減され、 更 には後発酵でジァセチルがー層効率よく還元されて最終製品中のジァセチル量が 十分に低減され、 かかる未熟臭成分の減少によって製品の香味が向上する。 上記非凝集性酵母を固定化する担体としては、 特に制限されず各種のものが使 用できる力 特にキチン ·キトサン、 アルギン酸、 カラギ一ナンからなる担体が 好ましく、 とりわけキトサン系ビーズ (キトサンのァセチル化により得られるキ チン ·キトサンを原料とする担体) が好ましい。 キトサン系ビーズは親水性で多 孔質であるため炭酸ガスの排出が容易となり、 その上摩耗しにく く、 密度が原料 液に近いために流動性も良好となる。 更に、 キトサン系ビーズは保持できる微生 物量が多レ、ため、 キトサン系ビーズによれば発酵時間をより短縮できる傾向にあ り、 しかも微生物が比較的緩やかに吸着固定化されるため増殖や離脱が容易とな り、 包括担体のように死菌体が担体内に存在し続けることも回避される。
このような担体に非凝集性酵母を固定化するに先だって行われる殺菌の方法は 任意であり、 高圧滅菌法、 苛性ソーダによる殺菌法、 蒸気による殺菌法等が好ま しい。 また、 担体に非凝集性酵母を固定化する方法も特に制限されず、 例えば酵 母懸濁液に担体を加えて攪拌あるいは液を循環させる方法が挙げられるが、 その 他の公知の方法であってもよい。
次に、 本発明にかかるバイオリアクターについて説明する。 本発明にかかるバ ィォリアクターは内部に前記固定化微生物 (担体に固定化された非凝集性酵母) が配置され、 その内部で原料液と固定化微生物とが接触して発酵が行なわれるも のである。 このようなバイオリアクターとしては、 その形式から完全混合槽型リ アクター、 充填層型リアクター、 膜型リアクター、 流動層型リアクター、 横形リ ァク夕一等が挙げられるが、 麦芽アルコール飲料の主発酵のように醸造用原料の 代謝によってアルコールと炭酸ガスが生成される発酵にはガスを系外に排出する のが容易な流動層型リアクターが好ましい。
このような流動層型リアクターとしては、 固定化微生物が内部に配置された流 動層部と、 流動層部の下流側から発酵液の一部を抜き出して流動層部の上流側に 戻す液循環部とを備えたものが好ましく、 図 1に本発明に好適な流動層型リアク 夕一の一例の概略模式図を示す。
図 1に示す流動層型リアクター 1は、 反応夕ンク 2及び液循環部 3を備えてお り、 反応タンク 2はその上流側から順に整流部 4、 流動層部 5、 空筒部 6により 構成されており、 反応タンク 2の下流側端部にはガス排出部 7が設けられている 。 そして、 液循環部 3は流動層部 5の下流側及び流動層部 5の上流側 (図 1では 整流部 4 ) に接続された配管 3 1とポンプ 3 2及びバルブ 3 3とから構成されて おり、 更に配管 3 1は途中で分岐してバルブ 3 4を介して生産物タンク 8に接続 されている。 また、 反応タンク 2の上流側端部には、 原料液タンク 9がポンプ 9 1を有する配管 9 2によって接続されている。
流動層部 5は、 微生物を固定化した担体を内部に配置してある部分であり、 液 循環部 3は、 反応タンク 2に供給された発酵液 (原料液) の一部を流動層部 5の 下流側から抜き出して再び反応タンク 2の流動層部 5の上流側に戻す部分である 。 図 1に示すリアクター 1においては、 抜き出された発酵液 (原料液) は整流部 4から反応タンク 2内に戻され、 導入された液の流れがここで整えられる。 また 、 空筒部 6は、 発酵中に生じる炭酸ガスと発酵液とを気液分離する部分であり、 具体的には液面から反応タンク 2上部のガス排出部 7までの部分である。 そして 、 空筒部 6で分離された炭酸ガス等の気体はガス排出部 7から容器外に排出され る。
図 1に示す流動層型リアクター 1においては、 微生物を固定化した担体を流動 層部 5に配置し、 原料液を原料液タンク 9からポンプ 9 1を用いて整流部 4に供 給して発酵を行なう。 そして、 発酵液 (原料液) の一部を液循環部 3のポンプ 3 2を用いて流動層部 5の下流側から抜き出し、 再び反応タンク 2の流動層部 5の 上流側 (図 1では整流部 4 ) に戻して循環させることにより流動層を形成させつ つ発酵させる。 発酵中に生成した炭酸ガスは、 発酵液を循環させていること等に よって流動層内に滞留することなく、 空筒部 6を経てガス排気部 7より容器外に 排出される。 なお、 発酵中の液空塔速度 (流動層単位体積あたりの流体の線速度 ) は、 微生物を固定化した担体の密度によって変動させることができるが、 1〜 20cm/minが好ましく、 1〜12cm/minがより好ましい。
図 1に示す流動層型リアクター 1においては、 発酵が終了した後、 発酵生産物 を含む発酵終了液をリアクター 1からポンプ 3 2及びバルブ 3 4を用いて生産物 タンク 8に取り出すと共に、 リアクター 1に原料液タンク 9からポンプ 9 1を用 いて新たな原料液を供給して前記の発酵を反復実施することが好ましい。 すなわ ち、 発酵が終了した後、 循環を停止して発酵終了液をリアクター 1外に抜き出す と同時、 又はその直後に、 リアクタ一 1に新たな原料液を供給することによって 、 前記の発酵を反復して行なわせる。
なお、 リアクター 1の運転方法は、 回分式、 反復回分式、 連続式のいずれも可 能であるが、 より良好な香味を有する製品を短時間で得るためには反復回分式の 発酵が好適である。 発酵中に微生物の増殖と更新が行なわれ、 また菌体の生理状 態や増殖周期及びリアクタ一 1内の菌体分布等が伝統的な酒類の製造方法である 回分式操作に類似しているため、 反復回分式によれば香味がより良好になる傾向 にめる。
発酵生産物を製造するための原料としては、 使用する非凝集性酵母による発酵 に適したものであればよく、 既知のものを任意に使用することができる。 例えば 、 酒類の製造には、 通常は麦汁、 果汁、 糖液、 穀類糖化液等が単独で、 もしくは 適宜混合して用いられる。 その他、 必要に応じて適当な栄養分等を加えてもよい また、 発酵条件については基本的には既知の条件と変わらず、 例えば発酵温度 としては麦芽アルコール飲料醸造の場合は通常 1 5°C以下、 好ましくは 8〜 1 0 °Cであり、 ワイン醸造の場合は通常 20°C以下、 好ましくは 1 5〜20°Cである 本発明の方法で製造可能な発酵生産物としては、 麦芽アルコール飲料、 ワイン 、 清酒、 舴、 醤油等の様々な醸造分野における生産物が挙げられるが、 麦芽アル コール飲料、 ワイン、 清酒等の酒類が好適であり、 中でも本発明によれば香味が 向上することからビール等の麦芽アルコール飲料がより好ましい。
[実施例]
以下、 実施例及び比較例により本発明の内容をより具体的に説明するが、 本発 明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
なお、 以下の実施例及び比較例では、 実際に製造現場で用いたビール酵母 (サ ッカロミセス 'セレピシェ等) から前述の方法及び基準によって選別した凝集性 株 ( A— 1, A— 2 ) 及び非凝集性株 (NA— 1, NA- 2 , NA— 3, NA- 4, NA-5) を使用した。 それらの凝集性を判定した結果を表 1に示す。 また 、 参考として、 NCYC (National Collection of Yeast Cultures (英国)) に おけるタイプカルチヤ一 NCYC-No .203及び NCYC -No .985についても同様に凝集性を 判定した結果を表 1に示す。 表 1
Figure imgf000010_0001
9 差替え用紙(規則 26) 宰施例 1〜 2 び比較例 1
図 1に示す流動層型バイオリアクター (全容積: 1 8 0 m l ) を用い、 以下の 諸条件の下で主発酵工程を前述の繰り返し回分発酵形式 (反復回分式) で行った 。 そして、 得られた発酵液について後述する浮遊酵母数試験を実施した。
[主発酵条件]
担体 : キトサン系ビーズ (富士紡績社製、 キトパール HP)、
スケール:担体 50ml、 麦汁量 100ml、
使用菌株: A— 1 (比較例 1 )、 N A - 1 (実施例 1 )、 N A— 2 (実施例 2 )、 酵母固定化法:常法に従い循環しながら 2日間担体と接触させて固定化 (担体 50mlに対して泥状酵母 2.4g)、
流速 :約 l ml/分、
発酵温度: 8°C—定、
発酵時間: 4 8時間 Z回、
継続発酵回数: 1 0回 (回分発酵)、
使用麦汁:糖度 ll%Platoに調整した麦汁。
(浮遊酵母数試験)
各回の主発酵終了後、 発酵液中の浮遊酵母数をトーマの血球計算盤を用いて測 定した。 得られた結果を表 2及び図 2に示す。 なお、 繰り返し発酵の最初の数回 は、 担体中酵母の馴養期間に相当することから、 測定の対象から外した (以下同 様)。
表 2及び図 2に示した結果から明らかなように、 この条件で非凝集性株を用い た場合は発酵終了時の浮遊酵母数が 2〜 4千万 eel ls/mlと通常の発酵の場合によ り近い高い水準に安定して維持された。 一方、 凝集性株を用いた場合は発酵後半 で酵母が担体上部に沈降する様子が観察され、 発酵終了時の浮遊酵母数が 7回目 の発酵までは 1千万 cel ls/ml以下であった。
なお、 1 0回の継続発酵終了後に担体中の酵母数を測定したところ、 3株とも 109 cells/担体 lml当り程度であり、 非凝集性株においても凝集性株と同様に 主発酵用バイオリアクターとしての実用に耐え得る固定化酵母数が達成されたこ とが確認された。 また、 担体に固定化されている酵母の様子を電子顕微鏡にて確 認したところ、 非凝集性株も凝集性株と同様にキトサン系ビーズ担体中に十分に 固定化されていることが確認された。 更に、 10回の維続発酵終了後に担体内外 の死細胞率を調べたところ、 3株とも 10%以下で問題はなかった。 表 2
Figure imgf000012_0001
室施例 :^〜 4 7 ト卜, 例 2
図 1に示す流動層型バイオリアクター (全容積: 20リットル) を用い、 以下 の諸条件の下で主発酵工程を前述の繰り返し回分発酵形式 (反復回分式) で行つ た。 そして、 得ら.れた発酵液について後述する発酵性試験、 浮遊酵母数試験、 ジ ァセチル生成量試験を実施した。
[主発酵条件]
担体 : キトサン系ビーズ (富士紡績社製、 キトパール HP)、
スケール:担体 6L、 麦汁量 8L
使用菌株: A— 2 (比較例 2)、 NA-3 (実施例 3)、 NA— 4(実施例 4)、 酵母固定化法:常法に従い循環しながら 2日間担体と接触させて固定化 (担体 6Lに対して泥状酵母 650g)、
液空塔速度: 6〜12 cni/niin,
発酵温度 : 8°C—定、
発酵時間 : 48時間/回、
11
差替え用紙 (規則 ノ 継続発酵回数: 7回 (回分発酵)、
使用麦汁:糖度 l l %Platoに調整した麦汁。
(発酵性試験)
各回の主発酵過程においては、 発酵速度比較の指標として発酵開始 2 4時間の エキス消費量を振動式密度計 (アントンパール社製、 D M A 5 8 ) により測定し た値を使用した。 得られた結果を表 3及び図 3に示す。
表 3及び図 3に示した結果から明らかなように、 非凝集性株を用し、た場合は発 酵速度は 1回目以降でほぼ一定の値に収束した (約 6.7%/24hr)。 また、 主発酵 はほぼ 2日間で終了した。 なお、 非凝集性株を用いた場合は、 酵母がリアクタ— の中に堆積する様子は観察されなかった。
—方、 凝集性株を用いた場合は凝集 '沈降した酵母がリアクター容器内に堆積 し、 発酵に関与する酵母量が増加して発酵速度が速くなる傾向にあり、 発酵速度 は一定しなかった。 なお、 凝集性株を用いた場合における発酵 3回目が 2回目よ りも発酵速度が緩やかになっているが、 これはその間に短時間の麦汁交換により 堆積した酵母を取り除いたためである。 このように凝集性株を使用した場合はそ の発酵速度の制御に難があり、 発酵速度を安定化させるためには堆積酵母の除去 といった処理を行なう必要があった。 表 3
Figure imgf000013_0001
* 1
カラム内を洗浄し、発酵速度を制御した (浮遊酵母数試験)
各回の主発酵終了後、 発酵液中の浮遊酵母数を実施例 1と同様の方法で測定し た。 得られた結果を表 4及び図 4に示す。
表 4及び図 4に示した結果から明らかなように、 非凝集性株を用いた場合は発 酵終了時の浮遊酵母数が N A— 3については 2.3〜3.9千万 cel ls/nil、 A - 4に ついては 1.8〜3.3千万 cel ls/mlと高い水準に安定して維持された。 一方、 凝集性 株を用いた場合は 0.5〜3. 1千万 cel ls/mlであり、 反復回分発酵の後半で酵母がリ アクター内に堆積し、 その影響によつて主発酵終了時の浮遊酵母数の変動が激し いことが認められた。 表 4
主発酵終了時浮遊酵母数 ( 106cells/ml)
Figure imgf000014_0001
. (ジァセチル生成量試験)
各回の主発酵終了後、 発酵液中のジァセチル (D A) の生成量をガスクロマト グラフィー (島津製作所社製、 G C— 1 4 B ) により測定した。 得られた結果を 表 5及び図 5に示す。
表 5及び図 5に示した結果から明らかなように、 非凝集性株を用いた場合は主 発酵終了時のジァセチル生成量力 ^'0 · 3〜0 · 6ρρπιと低い水準に安定して維持された 。 二方、 凝集性株を用いた場合は 0.4〜1.3ppraであり、 ジァセチルの生成量は非 凝集性株では凝集性株の半分程度でかつ低い水準に安定して維持されることが明 らかになった。
13 差替え用紙 (規則 26) 表 5
Figure imgf000015_0001
* 2 :通常レベル:約 0.4ppm 5
図 1に示す流動層型バイオリアクター (全容積: 4 5 0リットル) を用い、 以 下の諸条件の下で主発酵工程を前述の繰り返し回分発酵形式 (反復回分式) で行 つた。 そして、 得られた発酵液について前述と同様の方法により発酵性試験、 浮 遊酵母数試験、 ジァセチル生成量試験を実施した。 更に、 本実施例では、 最終製 品の香味成分試験及び官能試験も実施した。
[主発酵条件]
担体 : キトサン系ビーズ (富士紡績社製、 キトパール HP)、
スケール:担体 120L、 麦汁量 170L、
使用菌株: N A - 5 (非凝集性株)、
酵母固定化法:実施例 3、 4と同様に、 常法に従い担体 120Uこ対して泥状酵母 約 13kgを循環しながら固定化した、
夜空塔速度: 6〜12 cm/mins
発酵温度 : 8°C—定、
発酵時間 : 4 8時間/回、
継続発酵回数: 9回 (回分発酵)、
使用麦汁:糖度 l l%Platoに調整した麦汁。
[後発酵条件]
スケール : 30L、
期間 : 4週間、
後発酵温度 : 8〜0°C。
14 差替え用紙 (規則 26) 本実施例の発酵性試験においては、 表 6及び図 6に示した結果から明らかなよ うに、 馴養期間終了後の発酵速度はほぼ一定の値 (平均値約 5. 8%/24hr) とな つた。 また、 この場合も凝集性株の使用時に見られるバイオリアクター内での酵 母の堆積は観察されなかった。 表 6
Figure imgf000016_0001
また、 ·本実施例の浮遊酵母数試験においては、 表 7及び図 7に示した結果から 明らかなように、 他の小スケールバイオリアクターを用いた実施例の場合に比べ てやや低い 1千万〜 2千万 cel ls/ml (平均値約 1千 5百万 cel is/ml ) の水準であ つたが、 8 0リツトルスケールバイオリアクタ一において凝集性株を使用した場 合の一般的水準 (3百万〜 1千万 cel ls/ml ) に比べて高い水準に安定的に保持す ることができた。 表 7
Figure imgf000016_0002
更に、 本実施例のジァセチル生成量試験においては、 表 8及び図 8に示した結 果から明らかなように、 主発酵終了時のジァセチル生成量が 0.5〜0.7ppm (平均 値約 5.8ppm) であった。 表 8
Figure imgf000016_0003
15
差替え用紙 26 オリアクターでの主発酵を終了したビールは、 引き続き 3 0リツ トルスケ ールで 4週間の後発酵を行ない、 その後に最終製品ビールについて低沸点揮発成 分 (L.V.C.) 、 ジァセチルの分折及び官能検査を行なった。 なお、 低沸点揮発成 分の分析は島津製作所社製ガスクロマトグラフィ一 G C 4 Aにより行なった。 表 9に、 9回目の主発酵により得られたビールを用いて得た最終製品ビールに ついての低沸点揮発成分及びジァセチルの分析結果を示す。 表 9に示した結果か ら明らかなように、 本実施冽で得られた最終製品ビールにおいては標準的なビー ルの分析値に比べて酢酸エステル量が高いのが特徴的である力 バイオリアクタ 一発酵で特に問題となるジァセチル量は 0.02ppmと官能的にも殆ど感じられない レベルまで還元され低下していた。
また、 本実施例で得られた最終製品ビールの試飲結杲は、 通常のビールと比較 して大きな差異はなく、 概ね良好であった。 表 9
Figure imgf000017_0001
産業上の利用可能性
以上説明したように、 本発明の方法によれば、 固定化微生物を利用したバイオ リアクターによって発酵生産物を製造するにあたって、 従来の認識に反して非凝 集性の酵母を用いることにより、 発酵過程における発酵速度を一定に保つと共に 発酵終了時における浮遊酵母数をより高い水準に安定して維持することが可能と なる。
そして、 特に麦芽アルコール飲料をバイォリアクターによって製造する場合に 本発明の方法を採用すれば、 発酵液並びに最終製品中のジァセチルの量を十分に 低減する等して製品の香味を向上させることが可能となる。
16
^替 え用紙 (規則 26)

Claims

言青求の範固
1 . 固定化微生物が内部に配置されたバイオリアクターを用いて発酵を行うこ とにより発酵生産物を製造する方法において、 前記微生物として非凝集性酵母を 用いることを特徴とする発酵生産物の製造法。
2 . 前記非凝集性酵母として以下の条件 (a ) を満たすものを用いることを特 徴とする請求項 1に記載の方法。
( a ) 酵母 0.6gを 20mlの水道水に添加して得られる酵母懸濁液に、 該酵母懸濁液 9 mlに対して 1 mlの 1500ppmのカルシゥムイオンを含む pH4.5の 0.5M酢酸緩衝液 を加え、 全体を均一に攪拌して室温にて 5分間静置した後に、 肉眼にて酵母の凝 集 ·沈降が認められないこと。
3 . 前記バイオリアクターとして、 固定化微生物が内部に配置された流動層部 と、 前記流動層部の下流側から発酵液の一部を抜き出して該流動層部の上流側に 戻す液循環部とを備えた流動層型リアクターを用いることを特徴とする請求項 1 又は 2に記載の方法。
4 . 前記流動層部の下流側から発酵液の一部を抜き出して該流動層部の上流側 に戻すことにより流動層を形成させつつ発酵を行い、 得られた発酵生産物を前記 リアクターから取り出すと共に該リアクターに新たな原料液を供給して前記発酵 を反復実施することを特徴とする請求項 3に記載の方法。
5 . 前記固定化微生物として、 非凝集性酵母をキトサン系固定化用担体に固定 化したものを用いることを特徴とする請求項 1〜4のうちのいずれか一項に記載 の方法。
6 . 前記非凝集性酵母が非凝集性酒類酵母であり、 前記発酵生産物が酒類であ ることを特徴とする請求項 1〜 5のうちのいずれか一項に記載の方法。
7 . 前記非凝集性酵母が非凝集性ビール酵母であり、 前記発酵生産物が麦芽ァ ルコール飲料であることを特徴とする請求項 1〜5のうちのいずれか一項に記載 の方法。
8 . 請求項 1〜7のうちのいずれか一項に記載の方法により製造されたもので あることを特徴とする麦芽アルコール飲料。
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