JPS586472B2 - アルコ−ルの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は二糖類、単糖類などの糖、或いはこれらの混合
物またはこれらの混合物を含む糖蜜を原料とし酵母を触
媒としてアルコールを製造する方法に関するものである
。

固定化した酵母を用いエタノールを製造することは既知
であって、例えば酵母（Ｓａｃｃｈａｒｏｍ−ｙｃｅｓ
ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）をアルギン酸カルシウムで包
括し細長い円柱状に成形した固定化酵母をカラムに充填
しカルシウム塩含有のグルコース水溶液を連続製造する
こと、および酵母（Ｓａｃｃｈａｒｏｍ−ｙｃｅｓ ｃ
ａｒｌｓｂｅｒｇｅｎｓｉｓ）をカラーギーナンで包括
し粒状に成形した固定化酵母によって充填層を形成しイ
ーストエキス、ミネラル、クエン酸含有のグルコース水
溶液からなる完全培地溶液よりエタノールを連続製造す
ることが報告されている。

このような固定化酵母をアルコールの製造に使用するに
あたって有効係数を大きくし反応収率を高めるため粒径
を小さくすると、充填層を形成したとき間隙率が小さい
ために液相に対する抵抗が増大し圧力損失が太きいと共
に反応収率の低下を招く。

また固定化酵母は一般的に機械的衝撃に弱いので互いに
または反応槽の壁、底に衝突し破壊される危険のある流
動層を形成するのに必ずしも適していない。

一般にアルコールを工業的に生産するには安価な糖蜜を
用いるのが有利であるとされている。

糖蜜は二糖類と単糖類との混合物のほか窒素、燐、マグ
ネシウム、カリウム更にビタミンを含んで居り、これよ
りアルコールを得る反応を簡単に示すと次式の通りであ
る。

この式（３）から判るようにアルコールと等モルの炭酸
ガスが生成し、前述のように固定化酵母で充填層を形成
した場合にはこの炭酸ガスの気泡が層内に残り固定化酵
母の濡れ面積を小さくして基質液の移動抵抗を更に大き
くするばかりか、アルコール濃度が高くなるため酵母と
してアルコール耐性菌を用いる必要がある。

また炭酸ガスが残留していると死菌では酵素活性を速か
に失うに至り、そのために液相として完全培地を用いて
酵母に充分な増殖能力を与え酵素活性を維持できるよう
にすることが必要とされ、このため培地に高価な窒素化
合物を含有させ生存菌が存在している固定化酵母による
アルコール醗酵を行わねばならないとされていた。

本発明は板状に形成し必要により補強材で補強した固定
化酵母を用い原料の糖からなる基質液に浸漬し回転しな
がら反応を行わせることにより固液間物質移動係数を大
きくし且つ生成した炭酸ガスを速かに排出可能ならしめ
窒素化合物を添加することなく高収率でアルコールを製
造できるようにしたものである。

以下本発明の実施の態様を図面に就いて説明する。

第１図、第２図はステンレス鋼、硬質合成樹脂または硝
子で作られ軸孔１を有するボス２をステンレス鋼または
硝子の細線を編組して形成した円形の網からなる補強材
３の中心部に固着し、この補強材３にボス２の厚さとほ
ぼ等しい厚さにして補強材３の径より少し大径の酵母層
４を固着して構成した固定化酵母１０を示し、酵母と結
合剤との混合物からなり補強材３を埋込んだ固定化酵母
１０の両表面には薄い保護膜５が被覆してある。

第３図は正六角形の外枠６と放射状の腕７とからなりス
テンレス鋼、硬質合成樹脂または硝子で作られた補強枠
３の中心に前記同様のボス２を固着し外枠６の内側に酵
母層４を回着して構成した固定化酵母１０を示している
。

これらの固定化酵母１０は表面積を酵母の量に比べ大き
くし効率、収率を向上させるためなるべく薄くするのが
よく、例えば直径１０ｃｍとしたとき３乃至５ｍｍ程度
の厚さに作られる。

また、生成した炭酸ガス、必要により供給した窒素、水
素、ヘリウム等の不活性ガス、基質液を通過させる孔８
が適当数設けてある。

第４図は竪形円筒形の反応槽１１の中心に原動機１２で
回転させられる駆動軸１３を上方から挿入し、ボス２の
軸孔１を駆動軸１３に嵌装固定することによって複数例
えば五枚の固定化酵母１０を水平に且つ上下ほぼ等間隔
で配置し、この反応槽１１を用いてアルコールを製造す
る例を示している。

反応槽１１はジャゲット１４に囲まれ一定温度に調節さ
れるもので、円錐状底部の下端に焼結金属板、多数の小
孔を設けた板等で作られた気体分散板１５を介して不活
性ガスの供給室１６を設けると共にその少し上方に基質
液の取出口１７を設け、更に頂部に基質液の供給口１８
および排気口１９を設ける。

原料の糖例えば糖蜜、蔗糖を原料槽２０から調節弁２１
、供給口１８を経て反応槽１１に入れ、最上位の固定化
酵母１０より上方に液面を有する基質液の相を形成し、
原動機１２により固定化酵母１０を回転させると共に圧
力容器２２の不活性ガスを調圧弁２３、供給管２４を経
て供給室１６に導入し気体分散板１５を通し気泡状に反
応槽１１へ送入する。

基質液および気泡は回転する固定化酵母１０によって攪
拌されると共にこれら三つの相が互いにまんべんなく接
触し、不活性ガスの気泡および生成した炭酸ガスは固定
化酵母１０２と反応槽１１との隙間および固定化酵母１
０の孔８を通って上昇し排気口１９から冷却器２５へ送
られ、ここで気体が連行したアルコールが凝縮して密閉
構造のアルコール容器２６に溜められる。

炭酸ガスと不活性ガスの混合物は排ガス管２７を通って
炭酸ガス吸収器２８へ送られ、残った不活性ガスはブロ
ア２９で吸引されて容器３０に貯蔵され、これよりブロ
ア３１で取出され供給室１６へ送られて循環するが、そ
の際に圧力容器２２から適宜補充する。

反応槽１１の基質液は取出口１７からポンプ３２を有す
る循環通路３３を通って供給口１８へ送られ一定量ずつ
循環させられ、これによってアルコール生成反応が回分
的に行われるもので、一定時間経過後またはアルコール
濃度が一定になったとき原動機１２、ポンブ３２を停止
し、循環通路３３の切換弁３４により取出口１７を取出
通路３５へ接続して反応槽１１の液を取出す。

或いは循環させることなく液面附近に設けた生成アルコ
ール取出口３６から適宜取出すと共に原料を補給し、ア
ルコール生成反応を連続操作によって行う。

第５図は横形円筒形の反応槽４１の中心に原動機４２で
回転させられる駆動軸４３を水平に挿入支持させ、ボス
２の軸孔１を駆動軸４３に嵌装固定することによって複
数の固定化酵母１０を鉛直に且つ横方向ほぼ等間隔で配
置し、この反応槽４１を用いてアルコールを製造する例
を示している。

反応槽４１の底には不活性ガスの気泡を送入する多孔管
４２が敷設され、また基質液の供給口４３、取出口４４
、排気口４５、排液口４６が反応槽４１に設けられてい
る。

原料の糖を原料糖４７からポンブ４８により反応槽４１
へ入れ、原動機４２により固定化酵母１０を回転させる
と共に多孔管４２から不活性ガスを気泡状に基質液の中
へ送入する。

基質液および気泡は回転する固定化酵母１０によって攪
拌されると共にこれら三つの相が互いにまんべんなく接
触し、ポンプ４８を運転して取出口４４、原液槽４７、
ポンプ４８、供給口４３の順で反応槽４１の基質液を循
環させることによってアルコール生成反応を回分的に行
うもので、一定時間経過後または一定アルコール濃度に
達したとき排液口４６から取出す。

不活性ガスおよび生成した炭酸ガスはアルコールの一部
を連行して排気口４５から排出されるもので、前記実施
例と同様の冷却器２５、アルコール容器２６、炭酸ガス
吸収器２８、容器３０、ブロア２９，３１および圧力容
器２２を具えていて、これらにより前記同様の処理が行
われる。

前記二つの実施例において固定化酵母１０を取付けた駆
動軸を複数本並列に設けて一個の反応槽内で回転させ、
また攪拌羽根を駆動軸に設けることもある。

更に複数の反応槽を上下または横に並べ共通の駆動軸の
一個または複数個ずつの固定化酵母１０を各反応槽の中
で回転させることもある。

以上のように本発明は板状に形成した固定化酵母を用い
原料の糖からなる基質液に浸漬して回転しながら反応を
行わせるものであるから、その寸法および使用個数を適
宜設定することによって基質液との接触面積を充分大き
くして従来の粒状のものに比べ効率、収率の低下を招か
ないようにできると共に、反応槽の壁、底等に衝突する
ことなく液中で回転するため破損の心配なく操作でき、
しかも回転によって基質液が攪拌されて固定化酵母と良
好に接触し固液間物質移動係数が大きいそして基質液の
圧力損失増大、反応収率の低下等を招かない反応系が形
成されるのである。

また反応に伴い生成する炭酸ガスは反応槽から排出除去
するので前記の式（３）で示す反応は右方向へ進行して
アルコール生成反応が有利に行われ、且つ生成アルコー
ルの一部および必要により供給する不活性ガスは炭酸ガ
スに随伴して排出されるので基質液内のアルコールの高
濃度化が自動的に制御調整され酵母としてアルコール耐
性菌を用いる必要がないという効果がもたらされるもの
である。

更に炭酸ガスは固定化酵母が回転していてその結果基質
液が表面を洗いながら攪拌されるため固定化酵母表面に
附破し或いは基質液内に停滞して固定化酵母と基質液と
の接触を妨げるという不都合がなく、且つ逐次排出除去
されるため固定化酵母内の各酵素の活性寿命が長くなり
仮死状態或いは死菌であっても差支えないばかりか、高
価な窒素化合物を含んだ培地を用いる必要がなく安価、
高効率、高収率でアルコールを製造できるものである。

次に本発明の試験結果を述べる。

培養した酵母（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅ
ｖｉｓｉａｅ）を高速遠沈分離した湿潤酵母（水分８０
％）を１ｇ当りアクリルアミドモノマ０．２ｇ、Ｎ，Ｎ
’−メンチレンビスアクリルアミド０．０５ｇ、２．５
ｗｔ％過硫酸カリ０．４ｃｃ，５ｗｔ％ジメチルアミノ
ビロピオニトリル０．４ｃｃの割で加え、１００メッシ
ュのステンレス鋼製網からなる補強材に固定させ、直径
９５ｍｍ、厚さ３ｍｍの円板形の固定化酵母を作る。

〔試験１〕 内径１３．５ｃｍの竪形円筒形反応槽に固定化酵母五枚
を装備した駆動軸を第４図のように挿入し、基質液と固
定化酵母との容積和が１０７０ｃｍ３となるように基質
液を入れ、液温３０℃に保持して１５０ｒ．ｐ．ｍで固
定化酵母を回転させながら循環液１３００ｃｍ３／ｈ、
供給液２１６ｃｍ３／ｈの割合の速度で基質液を循環さ
せた。

但し不活性ガスは供給しない。

０．２ｍｏｌ／ｌのグルコースを含んだ基質液を用い循
環液の一部を取出したところ、定常後にグルコースと果
糖との和が０．１２ｍｏ１／ｌ，アルコール０．６（Ｗ
／Ｖ）％の液が送出された。

また０．１ｍｏｌ／ｌの蔗糖を含んだ基質液ではグルコ
ースと果糖との和が０．１３ｍｏｌ／ｌ、蔗糖０．２５
ｍｏｌ／ｌ、アルコール０．３（Ｗ／Ｖ）％の液が送出
された。

〔試験２〕 内径１２ｃｍ、高さ４０ｃｍの竪形円筒形反応槽に固定
化酵母三十枚を装備した駆動軸を第４図のように挿入し
、基質液と固定化酵母との容積和が３０００ｃｍ３とな
るように基質液を入れ、前記試験１と同一条件で操作し
た。

０．２ｍｏｌ／ｌのグルコースを含んだ基質液を用い定
常後に果糖０．０ ２ｍｏｌ／ｌ，アルコール１．７（
ｗ／ｖ）％の液が送出された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる固定化酵母の一例の一部切截し
た平面図、第２図は縦断面図、第３図は固定化酵母の異
なる例の一部切截した平面図、第４図および第５図は本
発明の異なる実施の態様を示す一部切截した説明図であ
る。 ２・・・・・・ボス、３・・・・・・補強材、４・・・
・・・酵母層、１０・・・・・・固定化酵母、１１・・
・・・・反応槽、１７・・・・・取出口、１８・・・・
一・供給口、１９・・・・・・排気口、４１・・・・・
・反応槽、４３・・・・・・供給口、４４・・・・・・
取出口、４５・・・・・・排気口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 板状に形成した固定化酵母を反応槽の中の原料の糖
   からなる基質液に浸漬して回転させ、且つ発生する炭酸
   ガスを反応槽から排出除去することを特徴とするアルコ
   ールの製造方法。