JPH04179488A - 凝集性微生物を用いるアルコールの連続発酵方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、糖類な凝集性微生物を用いて発酵。

させアルコールを連続生産する方法に関するものである
。

（従来の技術と発明が解決しようとする課題）一般に、
糖類からアルコールの連続発酵を行う場合、発酵微生物
が生成されたアルコールによって発酵阻害及び増殖阻害
を受けるため発酵槽内の生菌率及び発酵活性が低下する
。また、高アルコール濃度の環境下においては菌体の発
酵活性は低下し、発酵槽内のアルコール濃度を低いレベ
ルに維持することが必要となり、その後の工程で濃縮分
離のために多大のエネルギーを必要とする。

従来例えばエタノール濃度７０ｇ／ρ以上を維持し長期
間、安定して連続運転を行うことは困難であった。

上記の欠点を解決するため、これまでに種々の方法、装
置が提案されている。すなわち、アルコールの発酵生産
性を高くするためには発酵槽内の菌体濃度を高（する必
要があるが、これを達成する方法として固定化酵母を用
いる方法（「アルコールハンドブック」財団法人発酵工
業協会（昭和６３年３月１５日）発行、第１４６〜１４
７ページ）、菌体を担持する方法（止揚「アルコールハ
ンドブック」第１４９〜１５０ページ）、遠心分離等に
より菌体を発酵もろみから回収し発酵槽内に戻す方法（
止揚「アルコールハンドブック」第１４６ベージ）など
が提案されている。しかしながら、これらの方法では担
体のコストが大きいことや担体自体の劣化等の問題があ
る。また、遠心分離器の機械コストや、運転コストが大
きいといった問題があった。

一方、凝集性酵母を用い塔型の発酵槽に沈降分離槽を設
け、これを２段直列に配置し発酵生産を行う方法（止揚
「アルコールハンドブック」第１５０〜１５１ページ、
Ｊ、　ＦＥＲＭＥＮＴ、　ＢＩＯＥＮＧ、。

Ｖｏｌ、６９．　Ｎｏ、１．３９−４５．１９９０）が
提案されているが、塔型の発酵槽においては菌体濃度が
増大すると発酵槽内の撹拌が不十分となり片流れ等が起
こり発酵収率が低くなる欠点があった。また菌体の凝集
塊が生成し送液ラインの閉塞を引き起こす等の問題があ
った。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、これらの問題点を解決するために種々検
討した結果、発酵槽内の菌体濃度を高濃度に保つ方法と
して、凝集性微生物を用い糖類を発酵させるアルコール
発酵方法を２段階で実施すること、第１段階においては
酸素供給装置及び菌体分離濃縮のための沈降分離装置を
備えた撹拌型菌体増殖槽を採用し凝集性微生物を高濃度
に連続培養すること、そして、この増殖槽から第２段階
の本質的にナルコールを連続的に生産する発酵槽に、菌
体分離濃縮のための沈降分離装置を採用することにより
、発酵活性の高い微生物を連続的に供給することが可能
となり第２段階の発酵槽の高菌体濃度を維持し、高アル
コール濃度を保ちながら長期間に安定して連続運転が可
能となり上記問題点を克服しうることを見い出しこの知
見に基づきこの発明をなすに至った。

すなわちこの発明は、糖類からアルコール発酵微生物と
して凝集性微生物を用いてアルコールを連続的に生産す
るに当りその方法を少なくとも２段階で実施し、第１段
階で酸素供給装置および菌体分離装置を備えた撹拌型菌
体増殖槽において、本質的に発酵活性の高い凝集性微生
物を連続培養し、この発酵槽から第２段階の本質的に高
濃度アルコールを連続的に生産する発酵槽に微生物を供
給することを特徴とするアルコールの連続発酵生産方法
に関するものである。

この方法において、アルコール発酵に用いる凝集性微生
物は、沈降分離装置を用いて菌体濃度が濃縮できる酵母
または細菌を用いる。このような微生物としては特に好
気的条件により、より菌体増殖が促進される微生物が好
ましい。例えば、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ　ｃｅｒ
ｅｖｉｓｉａｅ属の凝集性酵母を用いる。

この凝集性微生物を用いることにより菌体濃度を高く保
つことが容易でかつ安価に行え菌体増殖のコストが低く
できる。またアルコール発酵での菌体の有効利用が可能
となる。一方凝集性でないと菌体が発酵をもろみに同伴
し発酵槽から流出するため菌体が利用されな（なるばか
りか菌体濃度が低（なり発酵槽の容積が大きくなるとい
う問題がある。

この発明の方法において、糖類として、例えばグルコー
ス、シェークロース、フラクトース、キシロース、ガラ
クトース、セオビオースまたは、でんぷん糖化液、糖蜜
、砂糖きびまたは砂糖大根の絞り汁等が発酵槽に供給さ
れる。

この発明の方法において、第１段階の菌体増殖槽への最
適な酸素供給条件は菌体の種類によって定まるが、１〜
１５００　ｍｏｌ／ｍ”−ｈｒ　、好ましくは５０〜１
０００　ａ＋ｏｌ／ｍ”・ｈｒの範囲で供給することが
望ましい。空気又は高濃度酸素を含む空気を供給する場
合にはそれぞれの酸素供給速度に匹敵する酸素量を含む
空気を供給する。また第２段階への酸素供給量は好まし
くは０〜３００ＩＩＩＯ１／Ｉ！１３・ｈｒの範囲であ
り、この場合、アルコール発酵は酸素を余り必要としな
いので増殖槽より低減でき微生物によっては０でもよい
。

この発明の方法において、酵母エキス、麦芽エキス、ポ
リペプトン等の菌体増殖に必要な栄養液を第１段階の増
殖槽及び第２段階の発酵槽に加えることもできる。

この発明の方法において、第１段階の増殖槽は酸素供給
のための気体の分散装置を設置することが好ましい。

この発明の方法において、第１段階の増殖槽は高濃度菌
体と糖類を十分に撹拌するための撹拌翼を設置する。こ
の撹拌翼の形式は、発酵槽内の撹拌が十分に行われるの
もであればよいが、好ましくはプロペラ−、リボン翼等
せん断力の小さいものを備える方が良い。これはせん断
力が大きい場合においては菌体の凝集性能に悪影響があ
り菌体の沈降分離槽において菌体の沈降が不十分となり
高菌体濃度が維持できなくなる場合があるためである。

この発明の方法において、第２段階の発酵槽は必ずしも
撹拌槽でなく基型発酵槽を用いることも可能であるが発
酵槽内の混合を行うための装置が必要である。例えばエ
アリフト式発酵槽を用いる。撹拌型の発酵槽を用いるの
が混合状態を適切に制御する上で好ましい。

第１段階及び第２段階の増殖槽及び発酵槽に用いる菌体
の沈降分離装置は、槽内部に設けても槽の外部に設けて
もよいが、いずれの槽における菌体濃度も、乾燥菌体重
量として１０　ｇ／Ｉ２以上、好ましくは５０〜１２０
　ｇ＃！に維持することが望ましい。

さらに、第１の増殖槽の沈降分離装置で菌体を分離した
流出液は、その一部または全部を第２段階の発酵槽また
は生産物ラインに送れるようにする。また、この流出液
に含まれる糖及びアルコールがほとんどない場合は、廃
棄されてもよい。

一方、第１段階の増殖槽からの分離菌体はその一部また
は全部が第２段階の発酵槽に送られ残りの部分は第１段
階の増殖槽に戻される。

この発明の方法においては、第１段階の増殖槽及び第２
段階の発酵槽にそれぞれ独立して供給糖類の含有濃度及
び速度を変更することが可能であり、増殖槽の供給濃度
は１〜２０％が好ましい。

第２段階の発酵槽に供給する糖類含有濃度が２０％以上
が好ましく、２０〜５０％がより好ましい。

また、第１段階槽内の残糖濃度は、好ましくは５０ｇ／
ｌ以下、より好ましくは１０ｇ／ｌ以下であり、第２段
階の発酵槽内の残糖濃度は好ましくは１０ｇ／ρ以下で
ある。この濃度が高い場合には、沈降分離装置において
発酵に伴い発生する炭酸ガスにより菌体の沈降分離が不
十分となり発酵槽内の菌体濃度の減少を引き起こすのみ
ならず、流出する未発酵の糖が増加するためにアルコー
ルの発酵収率も低下する。

この発明において第１段階の増殖槽のアルコール濃度は
７０ｇ／ρ以下にするのが好ましい。

７０ｇ／ｌを越えるとアルコールにより増殖阻害が太き
（なり、菌が死滅し菌体濃度が低下するのみならずアル
コール発酵阻害が起こり発酵速度が低下するためである
。また第２段階の発酵槽においてはアルコール濃度７０
ｇ／Ｉ２以上、好ましくは８０〜１５０ｇ／Ｉ２に発酵
させる。

なお発酵温度は、菌の種類によって定まるがいずれの槽
も、通常、１５〜６５℃、好ましくは２５〜４０℃であ
る。

この発明の方法において、発酵槽からの発酵排出ガス中
のアルコールを回収するためにアルコール回収装置、例
えばコンデンサーまたはスクラバー等を設けることもで
きる。

次に図面によりこの発明をさらに詳細に説明する。

第１図は、この発明の実施態様を示すフローシートであ
りライン４から糖類、ライン５から酸素または空気等を
第１段階の撹拌型菌体増殖槽１に供給する。

アルコール発酵に用いる凝集性微生物は、好気的条件に
おいて、より菌体増殖が促進される。ライン４及びライ
ン１３から、菌体増殖に必要な栄養液を加えることもで
きる。

撹拌型菌体増殖槽１は酸素供給のための気体の分散装置
を備え、また、高濃度の菌体と糖類を十分に撹拌するた
めの撹拌翼を備える。撹拌翼の形は好ましくはプロペラ
−、リボン翼等旋断力の小さいものがよい。撹拌型菌体
増殖槽１の発酵液はライン２２（発酵槽内部に分離槽３
を設ける場合はライン２２及びライン２３は必要ない）
を通り沈降分離槽３に送る。

さらに、増殖槽の沈降分離装置３で分離された流出液は
ライン８を通り、その一部または全部を第２段階のアル
コール発酵槽２またはライン９を経てライン１１に送ら
れる。

また、この流出液に含まれる糖及びアルコールがほとん
どない場合はライン９を経てライン１０に送り排出する
。

一方、沈降分離菌体はライン６を通り、必要量をライン
７を通してアルコール発酵槽２に送り、その残りの部分
を菌体増殖槽１に返送する。

また、発酵ガスは増殖槽１のライン１６及び沈降分離槽
３のライン２０を通り排出する。発酵ガス中に含まれる
アルコールはアルコール回収装置２４によりライン２５
から回収され、ライン２６から発酵ガスが排出される。

第２段階の発酵槽２は例えばエアリフト式発酵槽を用い
る。また、発酵槽２においてライン１４から排出する発
酵ガスをライン１５．１２を経由し発酵槽２に返送循環
し、撹拌効果を得ることもできる。好ましくは撹拌槽型
の発酵槽を用いた方が混合状態を適切に制御できる。ア
ルコール発酵ガスはライン１４及びライン２１を通り排
出される。

アルコール発酵終了液はライン２３を通り沈降分離槽３
３に送られ菌体を分離し、菌体を含む液はライン１７を
通り発酵槽２に返送される。なお、必要によってはライ
ン１８を通し菌体を引き抜くことも可能であり、また引
き抜いた菌体をライン１９を通し菌体増殖槽１に送るこ
とができる。

なお、菌体の沈降分離層３３は発酵槽内部に設けても発
酵槽の外部に設けても良い。また、増殖槽１及び発酵槽
２にそれぞれ独立して糖類の含有濃度及び／または供給
速度を変更できる。また、ライン１３からアルコール発
酵槽２に供給する糖類含有濃度は２０％以上がよい。

さらに、菌体増殖槽ｌ及びアルコール発酵槽２内の糖濃
度は、５０ｇ／ρ以下、好ましくは１０ｇ／１２以下で
運転する。

（実施例） 次に、この発明の方法を実施例及び比較例により具体的
に説明する。

実施例１ 糖類として、発酵性糖を５６．６％含むフィリピン産糖
蜜を使用した。発酵培養液の組成は栄養源として硫酸ア
ンモニウム３ｇ／Ｑ、消泡剤としてアデカノールＬＧ２
９４　（商品名）を０．１ｍｌ／℃とした。糖組成は、
上記糖蜜を水で希釈し菌体増殖槽用とアルコール発酵槽
用にそれぞれ８０ｇ／４２．３００ｇ／ｌの糖濃度に調
製した。

これらの発酵培地は１２０℃で１０分間殺菌しそれぞれ
の発酵槽に供給した。

凝集微生物としてＳａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ　ｃｅｒ
ｅｖｉｓｉａｅＩＲ−２を用いて第１図に従って、エタ
ノール発酵を行った。この凝集性微生物は、本発明によ
る方法に導入する前に常法による予備培養にかけられる
。

ライン４を通し、菌体増殖槽１に糖濃度８０ｇ／ｌを含
む糖蜜培地を増殖槽１に希釈率０．１８７ｈ−’の流量
で導入した。その際、接種は上記発酵槽の１０％とした
。酸素供給は空気を増殖槽に通気することにより行った
。酸素供給速度は１４０ｍｏｌ／ｍ”・ｈｒとした。撹
拌翼はプロペラ−型とし、回転数は２０Ｏｒｐｍとした
。発酵温度は３０℃で実施し、その際のｐＨは４．７５
〜４．８に保たれた。

このとき、増殖槽１内の菌体濃度は乾燥重量が１２０ｇ
／ｌ、アルコール濃度は４８ｇ／ρ、残糖濃度は０．１
ｇ／ｌとなった。この発酵液を沈降分離器３に導入しこ
の流出液を全量アルコール発酵槽２に導入した。この時
の流出液中の菌体濃度は１３ｇ／ρとなった。なお。分
離菌体は全量を菌体増殖槽１に返送した。

一方、アルコール発酵槽２に糖濃度３００ｇ／Ｉ２の糖
蜜培地を希釈率０．０７５ｈ−’で供給し、酸素供給は
空気を用い供給速度２２．３ｍｏｌ／ｍｓ・ｈｒとした
。撹拌翼はプロペラ−型とし、回転数は１１００ｒｐと
した。発酵温度は３０℃とした。この際のｐＨは、４．
７５〜４．８に保たれた。この時のアルコール発酵槽２
内の菌体濃度は９０〜１００ｇ／ｌ、アルコール濃度は
８０ｇ／ρの高濃度に保持できた。残糖濃度は２ｇ／ｌ
以下になった。なお、この試験における全発酵槽容積に
対する希釈率は０．１１８ｈ−’となった。以上の運転
条件において、安定して５００時間以上連続運転が可能
であった。

比較例１ アルコール発酵槽２を用いた１槽のみでアルコール発酵
試験を実施した。発酵培地は実施例１と同様の糖蜜培地
を用いた。糖濃度はｔ８０ｇ／ｌとし、希釈率を実施例
１の全発酵槽容積に対する希釈率に合わせた。その他の
発酵槽の条件は実施例１に合わせた。

この結果、発酵槽内の菌体濃度は、次第に減少し３０　
ｇ／４となり、アルコール濃度も低下し、安定運転がで
きなかった。

また糖濃度３００　ｇ／ｌとして希釈率０．０５ｈ−１
で同様１槽のみでの発酵を行ったところ残糖濃度が１０
０ｇ／ｌ以上となり沈降分離が困難であり、安定運転が
できなかった。

（発明の効果） この発明によれば、第１段の菌体の増殖槽で凝集性微生
物を最適条件で高密度に培養、増殖させ、槽容量を小型
化しつるとともに第２段の発酵槽では高菌体濃度、かつ
高糖濃度で高アルコール濃度のアルコール発酵を達成す
ることができるという優れた作用効果を奏する。具体的
にはこの発明により、アルコール発酵槽内の菌体濃度を
９０〜ｌ　ＯＯｇ／Ｉ２、アルコール濃度は８０ｇ７４
以上に保持できた。残糖濃度は２ｇ／Ｉ２以下になり発
酵収率が向上した。そしてこのような発酵条件下で以上
の運転条件において、安定して５００時間以上連続運転
が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の１実施態様を示すフローシートで
ある。 １・・・菌体増殖槽 ２、アルコール発酵槽 ３．３３・・・分離槽 ４〜２３・・・ライン ２４・・・アルコール回収装置 ２５．２６・・・ライン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）糖類からアルコール発酵微生物として凝集性微生
   物を用いてアルコールを連続的に生産するに当りその方
   法を少なくとも２段階で実施し、第１段階で酸素供給装
   置および菌体分離装置を備えた撹拌型菌体増殖槽におい
   て、本質的に発酵活性の高い凝集性微生物を連続培養し
   、この発酵槽から第２段階の本質的に高濃度アルコール
   を連続的に生産する発酵槽に微生物を供給することを特
   徴とするアルコールの連続発酵生産方法。 （２）第１段階の菌体増殖槽への酸素供給速度を１〜１
   ５００ｍｏｌ／ｍ＾３．ｈｒの範囲として供給する請求
   項１記載の方法。 （３）発酵槽における菌体濃度を１０ｇ／ｌ以上に維持
   する請求項１又は２記載の方法。（４）第１段階の増殖
   槽及び第２段階の発酵槽がそれぞれ独立して供給糖類の
   含有濃度及び速度を変更することが可能である、請求項
   １、２又は３記載の方法。 （５）第２段階の発酵槽に供給する糖類の含有濃度が２
   ０％以上である請求項４記載の方法。 （６）第１段階及び第２段階の増殖槽及び発酵槽内の残
   糖濃度を５０ｇ／ｌ以下で運転する請求項１、２、３又
   は４記載の生産方法。