JPH0689A - 繰り返し回分発酵法による アルコールの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 糖質原料又は澱粉質原料を用い、繰り返し回
分発酵法によりアルコールを生産する方法において、速
度水頭を測る方式のガス流量計を用い発酵排ガスの流量
が０．３５〜０．１ｍ³／ｋｌ・ｈｒ、もしくはそれ以
下になった時を発酵終了時として繰り返し回分発酵させ
てアルコールを製造する。 【効果】 原料から効率よくアルコールを製造するとと
もに、酵母の損傷を少くして、効率的な繰り返し回分発
酵法を可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は繰り返し回分発酵の繰り
返しを適確に行いアルコールを効率よく製造する方法に
関するものである。

【０００２】更に詳細には、本発明は、発酵排ガスの流
量が発酵液１ｋｌ当たり１時間に０．３５〜０．１ｍ³
もしくはそれ以下になった時を発酵の終点として次の回
分発酵に移り、アルコールを効率よく製造する方法に関
するものである。

【０００３】本発明の回分発酵法は従来の回分発酵法に
比してアルコール生産性が高く、きわめて効率的である
ところから、アルコール製造界に寄与するところ大なる
ものがある。

【０００４】

【従来技術及び問題点】一般に、発酵法によるアルコー
ルの製造は回分式発酵法が主流である。近年、これに代
わる繰り返し回分法、半連続法、連続法などの発酵法が
研究され、その一部は実用化されつつある。従来、回分
式又は繰り返し回分式では、発酵の終点を確認する方法
としてアルコール濃度を測定したり、残糖量を測定する
方法が採用されてきた。また、経験的な簡易確認法とし
て発酵液表面から発生してくる発酵排ガスの状態を観察
したり、発酵液の密度を測定したり、発酵液の濁度を観
察又は測定して発酵の終点を確認することも行なわれて
きた。したがって、分析や測定に長時間を要するもの、
判定確認に経験と熟練を要するものが多かった。その原
因としては、発酵液の簡易分析測定技術が立ち後れてい
ること、使用される原料が自然の農産物であり非常に多
くの成分を含んでいることが上げられる。さらに原料の
品質、酵母の活性、混入する雑菌の種類及び数などがそ
のつど微妙に変化するために、同じ方法で行った場合で
も発酵経過のパターンが大きく変動することが原因して
いる。また、従来の発酵工程には回分式が多く、酒母の
使用が１回だけで２回以上使用されるということが殆ど
なかったことから、生成されたアルコールの影響を受け
て酵母の活性が低下しないうちに発酵の終了を迅速に把
握して、次の工程に移らなければならないという必要性
が殆どなかった。さらに、発酵速度そのものを高めよう
という試みや、分析や測定にかかる時間を短縮する方法
の検討はなされてきたが、実用化に至るものは少なかっ
た。最近、広く研究されるようになった繰り返し回分
法、半連続法、連続法などの実用化にあたっては、発酵
管理のための迅速かつ適確な分析測定方法が強く求めら
れているにも拘わらず、分析に時間を要することからサ
ンプリングの回数や試料の数を多くすることのできない
従来法がそのまま採用されている。このことにより高速
で長期間安定的な発酵法の実用化が立ち後れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これら従来
法の欠点を克服して、各回分の発酵を高密度の菌体で迅
速に行わせ、しかも発酵の終了を適確かつ迅速に把握し
て次のバッチへ切り替えるという長期間安定した繰り返
し回分発酵法によるアルコール製造法の提供を目的とす
るものである。

【課題を解決するための手段】本発明においては、速度
水頭を測る方式のガス流量計を用いることによって回分
発酵の終了を判定することができることを見出したもの
である。

【０００６】また、本発明においては、速度水頭を測る
方法のガス流量計を用い、発酵排ガスの流量が、発酵液
１ｋｌ当たり１時間に０．３５〜０．１ｍ³もしくはそ
れ以下、好ましくは、０．３〜０．１５ｍ³になった時
に回分発酵を終了させ、酵母をすみやかに次の回分発酵
に移行させることによってアルコールの効率的生産を達
成することができたものである。

【０００７】本発明においては、まず図１の１の酒母槽
に９〜１６％の糖濃度となるように原料を送り、加水す
る。９０〜１２０℃の殺菌温度で０．５〜１時間の殺菌
処理を行い冷却する。その後、酵母を接種し、発酵のス
ターターである酒母を仕込む。この酒母仕込みでは、適
当な助成料、例えば硫安を必要に応じて加える。添加量
についてはある程度の目安はあるが、手っ取り早いのは
同じ原料を使用してフラスコ試験を実施し、至適添加濃
度を予め決定しておく方法である。酵母接種にあたって
は、予めフラスコで培養しておいた種酵母を無菌的に添
加し、雑菌の混入を防ぐ。酒母槽については、特に制限
はなく殺菌の加熱条件に耐える材質と構造であればよ
い。一般にスチーム加熱が主流であるが、そのための温
度計、圧力計、安全弁などの付属機器を備えている。通
気については除菌空気が槽底部から糖液全体へ均一に分
散するよう配慮されたものとなっている。攪拌装置は使
用原料が沈降しやすい場合や酒母の粘度が高くなる場合
に必要となる。最近では通気によって生ずる攪拌効果だ
けにとどめ、一般に機械的攪拌は省略されることが多
い。つまり、通気方法が適切であれば必ずしも攪拌装置
は付設されていなくてもよいということである。諸条件
の中でもっとも重要となるのは培養中の温度管理である
が、一般に発酵液の温度は使用する酵母の至適温度付近
に制御される。特殊なものを除くと酵母の至適温度は３
０〜３２℃である。温度調節装置としては加熱器、冷却
器をそれぞれ設けるか、あるいは両方の機能を併せ持つ
ものを付設するのが望ましいが、寒冷地を除き一般に温
度センサーと冷却装置の組み合わせだけで、特に加熱装
置は付設されていない。つまり、発酵は発熱反応の一種
であり、普通の状態では発酵液の温度が酵母の生育許容
範囲を上回る温度まで上昇することから発酵槽に冷却器
は必要であっても、発酵期間中は寒冷地を除いては、加
熱器は必ずしも必要としないからである。最大の発熱時
でも温度を許容範囲内に制御できる冷却能力さえあれば
十分である。もし、発酵熱によって温度が異常に上昇
し、管理温度範囲を越えてしまうと、酵母が損傷を受
け、その後の発酵に悪影響を及ぼす。酵母を接種した後
の酒母の培養は０．０２５〜０．０５０ＶＶＭで２４時
間連続通気をしながら３０〜３２℃で２４〜４８時間行
う。この後、予め調製しておいた本醪に培養後の酒母を
添加して発酵させ、アルコールを生成させるわけである
が、培養後の酒母を本醪に添加する時期については酒母
中の酵母の増殖経過を考慮して決定する。

【０００８】本醪は酒母と同様、所定の糖濃度となるよ
うに原料を図１の２の主発酵槽に投入し、加水して調製
する。本醪の糖濃度は１５〜２５％程度とするが、使用
する酒母中の酵母数によって調節するのがよく、目標と
しては雑菌による汚染を考慮して生酵母１×１０⁸個当
たり０．０６〜０．１６ｇの糖量となるように仕込むの
が望ましい。これは繰り返しの１バッチを２４時間以内
に終わらせるための目標であるから、これより短時間に
熟成させて次のサイクルに移行するためには、酵母数に
対する糖量を小さい値にしなければならない。本発明の
１バッチのサイクルタイムは２４時間を目標としている
が、これは切り替え時の仕込み時間と発酵時間を含むも
ので、実際の工場での生産体制を考えた場合、これが望
ましいからである。また、本醪中の酵母数を調節する方
法としては本醪に対する酒母添加量、つまり酒母使用量
を変える方法もある。酵母については好気の呼吸状態の
時と嫌気の発酵状態の時があるため、発酵管理上考慮す
る必要がある。この二つの状態による差は僅かである
が、発酵時間の遅延または短縮となって表れる。繰り返
し回分発酵ではサイクルを重ねる度に酒母のときよりも
酵母数が徐々に増加してくる。この酵母数増加ペースに
合わせ、しかも上記の酵母数に対する糖量の範囲に入る
ように、本発明ではバッチごとに１〜３％ずつ糖濃度を
上げていく方法を採用している。そして、酵母数がほぼ
最高値となったら菌株のアルコール耐性を考慮して、繰
り返し回分発酵が継続できる上限値に仕込み糖濃度を設
定し、以後その条件での仕込みと発酵を繰り返す。この
間、攪拌は連続で行い、切り替え時の酵母沈降、上澄み
液抜き出しの時だけ停止する。一方、通気については酵
母の状態を見ながら多少変更することもあるが、切り替
え後０．０２５ＶＶＭで１〜４時間行えば十分である。
ただし、呼吸系の代謝をする酵母が多くなりすぎると、
いわゆる“糖の徒食現象”が現れ、糖分が消費されてい
るにもかかわらずアルコールの発酵歩合が上がらないと
いう結果になるから、酵母数が増えてきたら通気量を多
少減らすことが望ましい。なお、繰り返し回分発酵法で
の仕込み糖濃度の上限値は使用する菌株のアルコール耐
性により自ずと決まってくるから、予め確認試験を実施
しておく必要がある。主発酵槽の構造、材質も基本的に
は酒母培養槽と変らないが、本発明の主発酵工程で連続
通気を行うのは原則として１バッチ目だけとしているの
で、通気による攪拌効果が期待できない２バッチ目以降
のことを考えると攪拌装置はあったほうがよい。攪拌を
行わない静置発酵でも発酵は進むが終了時間が遅れるこ
とになる。特に凝集性酵母の場合には攪拌が必要であ
り、その効果は軽視できない。使用する酵母と主発酵槽
の形状を考慮して、最も適した攪拌装置を選び、運転時
の作動条件を決める必要がある。繰り返し回分発酵では
１バッチごとに熟成醪を抜き出すわけであるが、使用す
る酵母、すなわち凝集性酵母と非凝集性酵母の違いによ
って、抜き出し方をそれぞれタンク側面及び底部からと
することが望ましい。また、凝集性酵母を使用する場合
は、次のバッチの酒母として残す２０〜３０％容量の酒
母沈降部分が観察できるようにサイトグラスを設置する
のが望ましい。酵母の凝集状態、色、沈降性などを観察
するとともに、酵母の活力や総数を目視により推測でき
る。

【０００９】使用する酵母としては遠心分離機を必要と
しない凝集性酵母が望ましいが、非凝集性酵母でも遠心
分離機を設置して各バッチ終了時に酵母を回収し、これ
を主発酵槽に戻して再利用するという方法をとれば、繰
り返し回分発酵を長期間継続することができる。要する
に、繰り返し回分発酵の回数をなるべく多く重ね、安定
した良好な発酵状態を長期間保持するためには、いかに
酵母の活性と生菌率を高く維持するかが重要なポイント
となる。天然の原料を使用するにあたっては主に培地組
成の変動によって、発酵経過の再現性が得られないこと
が往々にしてある。その他温度、ｐＨ、通気、攪拌など
多くの要因も関係することが知られている。したがっ
て、本法のような繰り返し回分法による高速発酵法にお
いては早めに発酵の終了を感知し、速やかに次のバッチ
へ移行することが要求される。このような事情を考慮し
て考案したのがＣＯ₂を主成分とする発酵排ガスの流量
を測定することにより、いち早く発酵の終了を感知し、
切り替え操作に移行する本発明の方法である。このよう
な方法についてはフランス特許（特許番号２６０６５１
４）にも提唱されているが、このフランス特許はワイン
の回分発酵における進捗及び展開の予測と、発酵の管理
及び制御に炭酸ガスの流量測定を利用するというもので
あるに過ぎない。

【００１０】したがって、このフランス特許は本発明の
いう繰り返し回分発酵法における各サイクルの発酵終了
までの時間の予測と発酵終了の検知のために発酵排ガス
の流量を測定する方法とは目的を異にしている。本発明
は具体的には発酵槽の発酵排ガス排気口あるいは排気管
中に発酵排ガスの速度水頭を測る方式であるピトー管を
挿入し、その全圧及び静圧を測定し、その差から動圧を
求めて次式からガスの流量Ｑを算出するものである。

【００１１】

【表１】

【００１２】また、ピトー管以外にアニューバ流量計を
用いることもできる。このようにして計測した流量を発
酵開始直後から経時的あるいは連続的に記録する。そし
て、画かれたカーブあるいは単位時間当たりの速度の減
少値から発酵終了までの時間が予測できる。さらに、そ
のまま測定を続ければガス流量がゼロに近づいて行くか
ら、発酵の終了を予めガス流量値で定めておくことによ
り、発酵管理の方法を熟知していない人でも容易に、し
かも迅速かつ精確に発酵の終了を感知することができ
る。アルコール発酵をほぼ完了させ、しかも生成した高
濃度アルコールの酵母自身への影響を最小限にくい止め
るためには、発酵排ガス流量が０．１〜０．３ｍ³／ｋ
ｌ・ｈｒになった時点を発酵の終了と見なし、切り替え
操作を開始するのが適切である。ただし、アルコール耐
性の強い菌株を用いる場合や比較的低い糖濃度で発酵さ
せる場合には、さらに低流量まで発酵を継続させてもさ
しつかえない。発酵を継続させるべきか、中断させて切
り替えるべきかの判断は、発酵終了直前の発酵排ガス流
量経過を見て、その曲線が舟底型を示すかどうかで決め
るのも有力な方法である。すなわち、発酵液中の生成ア
ルコールや塩類などの影響により酵母の活力が低下して
きて発酵途中に急激な発酵排ガス流量の減少が起り、そ
の後微量の発酵排ガスの流出が長時間続くという現象が
みとめられたら、そのバッチの発酵を長時間継続しない
ようにし、逆にこの現象が表れる前であれば、発酵時間
の多少の延長はさしつかえない。もっとも、最終バッチ
であれば、それ以上同じ酵母を使用するわけではないの
で同現象が表れても発酵を継続してよいことになる。ピ
トー管の測定範囲が不適切であれば、発酵排ガス管径の
変更あるいは径の異なる複数の排ガス管を使い分ける方
法を採用すればよい。発酵排ガス流量の出力とサイクル
切り替え時に使用する機器、たとえば攪拌機、タイマ
ー、自動バルブ、ポンプなどの入力を制御装置内でシー
ケンスに組めば一連の切り替え作業を自動化することも
できる。

【００１３】繰り返し回分発酵の場合、本醪の仕込みの
たびに酒母を調製する必要がないという大きな特徴があ
る。しかし、切り替え操作の遅れがあれば生成したアル
コールによって酵母自身が損傷を受け、酵母の生菌数及
び生菌率が共に下がってくるのが一般的である。また、
新しい糖液を加えても逆に雑菌の増殖が活発となり、通
気して賦活処理しても徐々にアルコールの生成量及び発
酵歩合が低下してくる。本発明によれば、繰り返し回分
発酵法を実施するにあたって極めて重要となる切り替え
時期の見極めが適確に行えるので、発酵管理が容易とな
る。さらに、生酵母数に対して糖量が一定以下となるよ
うな糖液調製、すなわち仕込み糖濃度を酵母にとって無
理のないように段階的に変更すれば、アルコール生産性
の良い安定した繰り返し回分発酵法を長期間にわたり継
続することができる。さらに切り替え操作を自動化すれ
ば大幅な省力化を図ることができる。

【００１４】以下、本発明を実施例及び比較例で更に説
明する。

【００１５】

【実施例１】

【００１６】酒母槽に糖濃度が１６％となるように原料
糖みつを加え、さらに硫安を対糖０．２５％添加して酒
母を調製した。殺菌冷却後、予め前培養した凝集性酵母
Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ
ＡＴＣＣ２６６０３株を無菌的に接種し、３２℃で２４
時間培養した。この間、０．０２５ＶＶＭで連続通気を
行った。本醪１バッチ目の仕込み糖濃度は１６．３％と
なり、硫安は０．０２％添加した。これに酒母を添加し
主発酵を開始した。通気は酒母添加後、０．０２５ＶＶ
Ｍで２４時間連続とし、攪拌も同様に、２４時間続け
た。第２バッチ目以降の通気は切り替え後０．０５ＶＶ
Ｍで２時間だけとした。また糖濃度は酵母数を考慮して
第２バッチも１７．３％と低くした。ただし、第３バッ
チは２０％、第４〜１２バッチは多少変動しているが目
標を２２％とし、全部で１２サイクル行った。発酵排ガ
スの流量は、Ｌ型ピトー管とダスタックサンプラーＥＳ
−３０２ＥＴ（岡野製作所社製）を用いて連続的に測定
し、各バッチの発酵の終了を０．３ｍ³／ｋｌ・ｈｒと
した。発酵終了後は撹拌を止め、酵母を沈降させて上澄
液を抜き出し、新しい糖液を加えて次のバッチに移行し
た。

【００１７】その結果を図２に、またその時の発酵排ガ
ス流量経過を図３にそれぞれ示す。第４ないし第５バッ
チからは排ガス流量の低下曲線が急勾配を示すようにな
り、良好な発酵経過であったことがわかる。このような
場合、ガス流量計による発酵の終了の判断も容易とな
る。

【００１８】

【比較例１】

【００１９】本発明との比較の意味で、従来法である添
掛法（回分式）による発酵試験を行った。酒母について
は非凝集性酵母Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅ
ｖｉｓｉａｅ ３９６株（ＩＦＯ ０２１６）を用いて
実施例１と同様に調製した。本醪はいずれも糖濃度１６
〜１７％を目標に仕込み、酒母添加後約２０時間目から
糖濃度約４２％の添醪を約２０時間かけて添加した。酒
母及び添醪の各添加量はそれぞれ容量比で３％と３３％
である。硫安は対糖０．０２％添加し、通気及び攪拌と
も酒母添加後３時間（通気量は０．０５ＶＶＭ）とし
た。３２℃で発酵させた発酵液の分析結果は表２のとお
りである。発酵を可能なかぎり完結させていることか
ら、発酵歩合を見ると実施例１よりも若干上回ってい
る。しかしながら、発酵日数が少なくとも４日間となっ
ていることを考えると、効率つまりアルコール生産性
（ｇ／ｌ・ｈｒ）は実施例１の結果の約１／４となる。
また、この回分式添掛法では酒母及び添醪の調製が毎回
必要となる。実施例１と同じ方法で測定した発酵排ガス
流量経過を平均してみると、図４に示すとおりとなり、
実施例１と比べて発酵経過が遅く、後半のガス発生が微
量ながら長時間続くことがわかる。したがって、本発明
のように発酵の終了を発酵排ガスの流量で見極めること
は困難である。

【００２０】

【表２】

【００２１】

【実施例２】

【００２２】酒母は非凝集性酵母Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙ
ｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ ３９６株（ＩＦＯ ０
２１６）を用いて実施例１と同様に調製した。本醪の調
製も基本的には実施例１と同様に行った。ただし、糖濃
度は１バッチ目、２バッチ目は１７％、３バッチ目から
６バッチ目までは２０％、７バッチ目は２１％とし、８
バッチ目以降１７バッチ目まで２２％を続けた。酵母の
回収は遠心分離機により１４００Ｇ・２分の条件で行
い、沈降分離したものを毎回酒母として次のバッチに加
えた。最終バッチの菌体の回収量は約５０ｇ／ｌ（湿重
量）であった。その結果を図５に示し、実施例１と同じ
方法で測定した発酵排ガスの流量経過の一部を図６に示
す。これでわかるように、非凝集性酵母でも遠心分離機
を導入することにより実施例１に示した凝集性酵母の場
合と同様、本発明の効果を出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において凝集性酵母を用いてアルコール
発酵を行うためのプロセスフロー図である。１：酒母
槽、２：主発酵槽、３：スクラバー、４：酒母移送ポン
プ、５：熟成醪抜き出しポンプ、６：攪拌機、７：流量
計センサー、８：通気ライン、９：原料供給ライン

【図２】実施例１における発酵経過を示すグラフであ
る。

【図３】実施例１の２，３，４，５，８，１２バッチ目
の発酵排ガス流量経過を示すグラフである。

【図４】比較例１の添掛法によるアルコール発酵排ガス
流量経過を示すグラフである。

【図５】実施例２における発酵経過を示すグラフであ
る。

【図６】実施例２の５，１０，１６バッチ目の発酵排ガ
ス流量経過を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 糖質原料又は澱粉質原料を用い、繰り返
   し回分発酵法によりアルコールを生産する方法におい
   て、速度水頭を測る方式のガス流量計により発酵の終了
   を予測または判定することを特徴とするアルコールの製
   造法。
2. 【請求項２】 発酵排ガスの流量が、発酵液１ｋｌ当た
   り１時間に０．３５〜０．１ｍ³もしくはそれ以下にな
   る時又はなった時を発酵の終了と判定することを特徴と
   する第１項記載のアルコールの製造法。