JPH0338835B2 - - Google Patents
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- JPH0338835B2 JPH0338835B2 JP61108626A JP10862686A JPH0338835B2 JP H0338835 B2 JPH0338835 B2 JP H0338835B2 JP 61108626 A JP61108626 A JP 61108626A JP 10862686 A JP10862686 A JP 10862686A JP H0338835 B2 JPH0338835 B2 JP H0338835B2
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- fermenter
- ethanol
- fermentable sugars
- fermentable
- line
- Prior art date
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Description
(産業上の利用分野)
この発明は、エタノールの発酵生産法に関する
ものである。
(従来の技術)
発酵法によるエタノール製造の通常の原料は糖
蜜であり、糖蜜中には蔗糖、葡萄糖、果糖の他
に、非発酵性糖類が含有されている。
非発酵性糖類とは、糖類がアルコール発酵させ
られる場合、通常、使用される微生物によつては
発酵させられない糖類であり、例えば、乳糖、キ
シロース、ラムノース、セロビオース、トレハロ
ース、メリビオース、ラフイノースなどである。
ラフイノースは甜菜原料の糖蜜中に多量に含有
されるが、微生物としてSaccharomyces spが使
用される場合、その三分の一量がフラクトース
に、三分の二量がメルビオースに転化する。
非発酵性糖類は原料源によつて変動するが、糖
蜜の全糖類中5〜11%程度の範囲内の含有量であ
る。
非発酵性糖類を含有する糖蜜が原料として発酵
槽へ供給され、発酵液の一定量が連続的に発酵槽
から抽出され、抽出された発酵液から製品エタノ
ールが分離されて回収され、製品エタノールが分
離回収された後の残液は発酵槽へ返送されるエタ
ノールの連続的生産法においては、非発酵性糖類
の蓄積が防止されなければならない。
非発酵性糖類が系内に蓄積すれば、非発酵性糖
類濃度が上昇し、発酵液の浸透圧が上昇し、微生
物による発酵能率は低下し、やがて微生物の細胞
膜が損傷し、微生物は死滅する。
同様に、原料糖蜜が含有して系内に入る灰分
も、系内に蓄積し、その濃度上昇により発酵液の
浸透圧が上昇し、微生物による発酵能率は低下
し、遂には微生物の細胞膜が損傷し、微生物は死
滅する。
系内から非発酵性糖類のみが分離されて回収さ
れる経済的方法はない。
従つて、系内の適当位置において工程流が二分
割されて、原料糖蜜が含有して系内に入る非発酵
性糖類量に相当する量の非発酵性糖類を含有する
一つの分割流が系外へ連続的もしくは間欠的に抽
出される。
(発明が解決しようとする問題点)
この非発酵性糖類の蓄積防止法の欠点は非発酵
性糖類とともに有用な発酵性糖類、場合によつて
は製品エタノールの少量も損失となることであ
る。
前記の通り、非発酵性糖類は糖蜜の全糖類中、
最小でも5%、最大では11%にも達する含有量で
あるため、これの系外への抽出に伴つて逸出する
有用成分量は看過し難い。
(問題点を解決するための手段)
この発明は、工程中において非発酵性糖類が最
も濃縮されている位置において、酵素により非発
酵性糖類が有用な発酵性糖類へ転化させられ、次
いで、この転化により生成した発酵性糖類も発酵
槽中において製品のエタノールへ転換されること
により、系内の非発酵性糖類の蓄積が防止される
方法である。
この発明の方法において、非発酵性糖類が発酵
性糖類へ転化させられるための酵素として、カル
ボヒドラーゼおよび/もしくは糖イソメラーゼが
使用される。
カルボヒドラーゼは、ガラクトシダーゼ、メリ
ビアーゼ、グルコシダーゼなどの総称であり、乳
糖、ラフイノース、メリビオース、セロビオー
ス、およびトレハロースなどの非発酵性糖類を、
ガラクトース、グルコース、およびフラクトース
などの発酵性糖類へ転化させる。
グルコースイソメラーゼは工業上の目的から定
着した慣用名であり、アルドースとケトースの相
互転移を行う酵素の総称であり、例えば非発酵性
糖類の一つであるキシロースを、発酵性糖類のキ
シルロースへ転化させる。
この発明の方法において、糖類原料によつて異
なるが、発酵性糖類に対し非発酵性糖類を75wt
%以下に制御してエタノール発酵を行わせるのが
好ましく、60wt%以下とするのがより好ましい。
この発明の方法において、非発酵性糖類の蓄積
対策に、灰分の蓄積の防止のための電気透析装置
が併用されて、発酵液中の無機塩類が、系外へ抽
出されることは有効である。
本来、酵素は生物体細胞内に形成される触媒で
あつて、複雑な構成の有機化合物であり、耐熱性
に乏しいため、エタノールの蒸発槽内など発酵液
が高温となる場所においては活性を喪失する危険
があるため、可及的に常温に近い温度条件下の使
用が適当である。
従つて、現段階の技術においては、二段のエタ
ノール蒸発槽を通過して降温した発酵液が酵素処
理を受けることが望ましいが、第一の蒸発槽の温
度に耐える耐熱性酵素が得られるならば、第一の
蒸発槽からの排出直後に非発酵性糖分が発酵性糖
分に転化する酵素処理を受けた発酵液が、次の発
酵槽への供給に先立ち、第二の蒸発処理に付され
てもよい。
この発明において、発酵液が酵素処理を受ける
前後に、逆浸透装置により水分が除去されて、糖
分が濃縮されることが甚だ有効である。
酵素処理に先立つて、逆浸透装置による濃縮が
行われる場合は、酵素が基質障害を受けない限度
内であれば、糖分濃度が高ければ高い程、酵素処
理速度は上昇する。
逆浸透装置による濃縮が行われる場合は、いず
れにしても原発酵槽、後続発酵槽へ供給される発
酵液中の発酵性の糖分濃度が上昇することとな
り、発酵槽中の発酵速度が上昇し、発酵槽の有効
容積が増大し小型化も可能であり、発酵槽排出液
中のエタノール濃度も上昇する。
逆浸透装置に使用される逆浸透膜は糖分を実質
的に透過させず、エタノールも可及的に透過させ
ず、さらに可及的に高耐熱性のものであることが
望ましく、発酵液含有塩分に関しては、可及的に
透過性が高いことが塩分の濃度上昇による浸透圧
の上昇がなく、微生物の活性その他のため望まし
い。
この発明において、二段のエタノール蒸発槽が
使用される場合は、第一の蒸発槽における蒸発は
0.8〜1.2ata・75〜105℃もしくは1.2〜10ata・95
〜180℃の範囲内とされ、第二の蒸発槽における
発酵液の蒸発は、20〜200mmHg・25〜65℃の範囲
内とされる。
この発明において、二段のエタノール蒸発槽が
使用される場合は、第一の蒸発槽の蒸発気およ
び/もしくは昇圧された第二の蒸発槽の蒸発気
は、凝縮器へ供給され、第二の蒸発槽流出の発酵
液は、凝縮器流出ガスおよび/もしくは第二の蒸
発槽排出ガス中のエタノールの吸収液として使用
されることは有用である。
この発明においても、最小限量の発酵液は、系
内から蓄積物排出のため、系内から抽出される
が、抽出される発酵液に含まれる酵素は当然損失
となり、これを補填するための酵素の補充が必要
である。
この発明において、使用されるカルボヒドラー
ゼおよび/もしくはグルコースイソメラーゼは担
体に固定された固定化酵素とされることが有効で
ある。
通常、酵素は水溶性であるから、非発酵性糖類
が発酵性糖類へ転化されるための酵素は、発酵液
にそのまま添加されてもよいが、酵素補充の必要
量を低減するためにも、また、酵素には固定化に
より、耐熱性、および耐薬品抵抗性、即ち、原料
その他の成分であつて酵素の活性を阻害する物質
に対する抵抗性、がともに向上する傾向があるた
め、この発明において、担体に固定された固定化
酵素の使用が有効である。
酵素の固定化には、種々の方法が研究され、提
案されているが、最も一般的であり簡便な方法と
しては、アルギン酸ソーダと酵素の混合水溶液が
調製され、この水溶液が塩化カルシウム水溶液中
に滴下されて、非水溶性のアルギン酸カルシウム
であつて酵素を含有する小粒子が生成させられ
る。
この小粒子群を以て構成される充填層を酵素処
理されるべき発酵液が貫流させられる。
他の方法として、酵素と樹脂モノマー粉体が混
合され、所望の形状に成形された後、放射線ある
いは紫外線などにより酵素を担持する樹脂が硬化
させられ固定化酵素とされる。
この発明の方法において、発酵槽内の微生物と
しては、固定化微生物、凝集性微生物もしくは浮
遊性微生物が使用される。
発酵槽内の微生物として、凝集性微生物もしく
は浮遊性微生物が使用される場合は、発酵槽から
抽出された発酵液が蒸発槽もしくは熱交換器へ供
給されるに先立ち微生物が発酵液から分離され、
発酵槽へ返送される。
この発明の方法において、発酵槽中のエタノー
ル濃度は、8wt%以下に維持される。
従来は、原料糖類がセルロース系のもの、即
ち、木材、バガス、稲藁、麦藁その他を資源とし
て製造されたものである場合は、これら資源中の
ヘミセルロースに由来するキシロースの大量含有
が重大な問題であつたが、この発明の方法におい
てはグルコースイソメラーゼの作用により、非発
酵性糖類であるキシロースは発酵性糖類のキシル
ロースへ転化され、最終的には、微生物の作用に
より製品エタノールとして回収される。
(発明の効果)
この発明の方法によれば、エタノール発酵にお
いて発酵槽に非発酵性糖類の蓄積を防止し、効率
的かつ連続的にエタノール発酵を行うことができ
る。この発明によれば非発酵性糖類も有用な発酵
性糖類に転化させられ、これも発酵原料として利
用されて、エタノール生産が行われるという優れ
た効果を奏する。
(実施例)
この発明の方法を実施例および比較例により、
さらに詳細に説明する。
実施例 1
第1図に示すようフローシートに従い本発明方
法を実施した。
第1図において、発酵性糖類(フイリピン産甘
蔗糖みつ)の他に栄養物等を含む水溶液2000/
hrをライン21から第1発酵槽1へ供給した。第
1発酵槽1にはビーズ状の固定化酵母(アルギン
酸カルシウム担体にSaccharomyces cerevisiae
を固定したもの)を2500充填した。発酵槽1内
上部ではエタノール99.7Kg/hrが生成した。この
うち、0.3Kg/hrは発生した炭酸ガス95.3Kg/hr
と共にライン22から排出され、残りの99.4Kg/
hrは発酵性糖類5.0Kg/hr、非発酵性糖類22.0
Kg/hrと共にライン23から熱交換器7へ供給し
て予熱した後、第1蒸発槽3の上部へライン24
から供給した。この蒸発槽頂部からはエタノール
89.2Kg/hr、水143.7Kg/hrからなる蒸気がライ
ン28から排出されて熱交換器7へ供給され、凝
縮する。
一方、第1蒸発槽3底部からライン25に抜き
出した蒸発残液中のエタノールは10.2Kg/hrであ
つた。この蒸発残液はDDS社製HR99(商品名)
膜を備えた逆浸透膜装置5へ供給され、ライン2
6から水917.9Kg/hrが浸透液として取り出され
た。逆浸透膜装置5からライン27へ取り出され
た濃縮液はエタノール10.2Kg/hr、発酵性糖類
5.0Kg/hr、非発酵性糖類22.0Kg/hr、水726.1
Kg/hrであつた。この濃縮液は第2蒸発槽4上部
へ供給され、第2蒸発槽4頂部からエタノール
7.9Kg/hr、水199.9Kg/hrからなる蒸気がライン
30から真空ポンプ6へ供給されて大気圧まで圧
縮された後、第2蒸発槽4に設けられた加熱コイ
ル内へ供給されて必要な蒸発熱を供給すると同時
に凝縮し、ライン31からエタノール7.9Kg/hr
を得た。一方、エタノール2.3Kg/hr、発酵性糖
類5.0Kg/hr、非発酵性糖類22.0Kg/hr、水526.2
Kg/hrからなる蒸発残液はライン29から固定化
酵素反応器9へ供給された。
固定化酵素反応器9にはE coli起源のガラク
トシダーゼをポリアクリルアミドに固定化したも
のと市販の固定化グルコースイソメラーゼを1:
1の割合に混合して1000充填した。
固定化酵素反応器9において、非発酵性糖類が
発酵性糖類へ転化させられる。非発酵性糖類22.0
Kg/hrは12Kg/hrに減少し、発酵性糖類5.0Kg/
hrは15.0Kg/hrに増加しライン41から洗滌塔8
へ供給された。洗滌塔8頂部からは炭酸ガス
102.1Kg/hr、水1.8Kg/hrがライン43から排出
され、洗滌塔8底部からは発酵性糖類15Kg/hr、
エタノール2.6Kg/hr、水528.7Kg/hr、非発酵性
糖類12.0Kg/hr、灰分20.0Kg/hrがライン32か
ら第2発酵槽2へ供給された。
第2発酵槽2には第1発酵槽1と同様、ビーズ
状の固定化酵母(アルギン酸カルシウム担体に
Saccharomyces cerevisiaeを固定したもの)を
500充填した。
第2発酵槽2において、エタノール0.01Kg/
hr、水0.2Kg/hrは、発生した炭酸ガス6.8Kg/hr
共にライン33から排出され、ライン34からは
エタノール9.7Kg/hr、発酵性糖類1.0Kg/hr、水
528、5Kg/hr、非発酵性糖類12.0Kg/hr、灰分
20.0Kg/hrからなる発酵液を生産することができ
た。
全工程を通じて、エタノール106.8Kg/hr(平均
濃度10.9wt%)が生産された。
従つて、発酵性糖類および非発酵性糖類の全量
がエタノールに変換した場合を100%とするとエ
タノール収率は94.1%となつた。
結果を第1表に示した。
実施例 2
第2図に示すフローシートに従い本発明方法を
実施した。この場合、電気透析装置10を設けた
以外は実施例1と同様にして行つた。第2図にお
いて第1図と同符号は同じものを示す。したがつ
て第2図において第1発酵槽1、第2発酵槽2、
固定化酵素反応器9それぞれの充填剤は実施例1
と同様である。
第1蒸発槽3下部留出の蒸発残液は逆浸透膜装
置5に供給される前に電気透析装置10で蒸発残
液中の灰分を分離し、灰分はライン47から排出
された。
第1表に示す条件で操作し、全工程を通じて、
エタノール106.9Kg/hr(平均濃度18.9wt%)が生
産された。
従つて、発酵性糖類および非発酵性糖類の全量
がエタノールに変換した場合を100%とするとエ
タノール収率は94.2%となつた。
結果を第1表に示した。
比較例 1
固定化酵素反応器9を用いない以外は実施例1
と同様にして第4図に示すフローシートに従いエ
タノール発酵を実施した。同図において第1図と
同符号は同じものを示す。
第4図において第1発酵槽1、第2発酵槽2そ
れぞれの充填剤、充填量は実施例1と同様とし
た。
第1表に示す条件で操作し第2発酵槽2のライ
ン34からはエタノール2.6Kg/hr、発酵性糖類
1.0Kg/hr、水528.6Kg/hr、非発酵性糖類22.0
Kg/hr、灰分20.0Kg/hrからなる発酵液が得られ
た。
実施例 3
第3図に示すフローシートに従い本発明方法を
実施した。同図は固定化酵素反応器2のライン3
4からの発酵液を循環ライン45により一部ライ
ン23に循環させた以外は実施例2と同様であ
り、第1表に示す条件で実施例2と同様にして運
転を行つた。
第3図において、稲藁をアルカリ前処理後、セ
ルラーゼを用いて加水分解して得た糖類(発酵性
糖類であるセルロース起源のグルコースの他に非
発酵性糖類であるヘミセルロース起源のキシロー
スを多量に含む)を原料として第1発酵槽1に
2300、第2発酵槽2に2000それぞれ充填し
た。
固定化酵素反応器9にはグルコースイソメラー
ゼのみを2000充填した。
全工程を通じて、エタノール159.2Kg/hr(平均
濃度15.6wt%)が生産された。
従つて、発酵性糖類および非発酵性糖類の全量
がエタノールに変換した場合を100%とするとエ
タノール収率は97.3%となつた。
結果を第1表に示した。
この結果より循環ライン45による顕著な収率
向上があつたことが分る。
(Industrial Application Field) This invention relates to a method for fermentative production of ethanol. (Prior Art) The usual raw material for producing ethanol by fermentation is molasses, and molasses contains non-fermentable sugars in addition to sucrose, glucose, and fructose. Non-fermentable sugars are sugars that cannot normally be fermented by the microorganisms used when the sugars are subjected to alcoholic fermentation, such as lactose, xylose, rhamnose, cellobiose, trehalose, melibiose, raffinose, etc. be. Raffinose is contained in large amounts in molasses, which is a raw material for sugar beets, but when Saccharomyces sp is used as a microorganism, one-third of the amount is converted to fructose and two-thirds is converted to melbiose. The content of non-fermentable sugars varies depending on the raw material source, but the content ranges from about 5 to 11% of the total sugars in molasses. Molasses containing non-fermentable sugars is supplied to the fermenter as a raw material, a certain amount of fermentation liquor is continuously extracted from the fermenter, and product ethanol is separated and recovered from the extracted fermentation liquor. In a continuous ethanol production method in which the residual liquid after separation and recovery is returned to the fermenter, accumulation of non-fermentable sugars must be prevented. If non-fermentable sugars accumulate in the system, the concentration of non-fermentable sugars increases, the osmotic pressure of the fermentation liquid increases, the fermentation efficiency of microorganisms decreases, and eventually the cell membranes of microorganisms are damaged and the microorganisms die. . Similarly, the ash contained in the raw molasses that enters the system accumulates in the system, and its concentration increases, which increases the osmotic pressure of the fermentation liquid, reduces the fermentation efficiency of microorganisms, and eventually damages the cell membranes of microorganisms. and the microorganisms die. There is no economical method for separating and recovering only non-fermentable saccharides from the system. Therefore, the process stream is divided into two at an appropriate position in the system, and one divided stream containing an amount of non-fermentable saccharides corresponding to the amount of non-fermentable saccharides that enters the system as contained in the raw molasses enters the system. Extracted to the outside continuously or intermittently. (Problems to be Solved by the Invention) A disadvantage of this method for preventing the accumulation of non-fermentable sugars is that along with the non-fermentable sugars, useful fermentable sugars and, in some cases, a small amount of the product ethanol are also lost. As mentioned above, non-fermentable sugars are the total sugars in molasses,
Since the content reaches a minimum of 5% and a maximum of 11%, it is difficult to overlook the amount of useful components escaping when extracted from the system. (Means for Solving the Problems) This invention involves converting non-fermentable saccharides into useful fermentable saccharides by enzymes at the position where non-fermentable saccharides are most concentrated during the process, and then This method prevents the accumulation of non-fermentable sugars in the system by converting the fermentable sugars produced by the conversion into the product ethanol in the fermenter. In the method of the invention, carbohydrases and/or sugar isomerases are used as enzymes for converting non-fermentable sugars into fermentable sugars. Carbohydrase is a general term for galactosidase, melibiase, glucosidase, etc., and it processes non-fermentable sugars such as lactose, raffinose, melibiose, cellobiose, and trehalose.
Converted to fermentable sugars such as galactose, glucose, and fructose. Glucose isomerase is a common name established for industrial purposes, and is a general term for enzymes that mutually transfer aldose and ketose. For example, it converts xylose, a non-fermentable sugar, to xylulose, a fermentable sugar. . In the method of this invention, 75wt of non-fermentable saccharide is added to fermentable saccharide, although it varies depending on the saccharide raw material.
It is preferable to carry out ethanol fermentation by controlling the content to 60wt% or less, and more preferably to 60wt% or less. In the method of this invention, it is effective to use an electrodialysis device to prevent the accumulation of ash in order to prevent the accumulation of non-fermentable sugars, and to extract the inorganic salts in the fermentation liquid to the outside of the system. . Originally, enzymes are catalysts formed within the cells of living organisms, and they are organic compounds with a complex structure.As they have poor heat resistance, they lose their activity in places where the fermentation liquid is exposed to high temperatures, such as in an ethanol evaporation tank. Therefore, it is appropriate to use the product under temperature conditions as close to room temperature as possible. Therefore, in the current state of the art, it is desirable that the fermented liquor passed through the two-stage ethanol evaporator and then subjected to enzyme treatment is treated with the enzyme. For example, a fermentation liquor that has been subjected to an enzyme treatment in which non-fermentable sugars are converted to fermentable sugars immediately after being discharged from a first evaporator is subjected to a second evaporation treatment before being supplied to the next fermenter. It's okay. In this invention, it is extremely effective to remove water and concentrate sugar content using a reverse osmosis device before and after the fermentation liquid is subjected to enzyme treatment. When concentration is performed using a reverse osmosis device prior to enzyme treatment, the higher the sugar concentration, the higher the enzyme treatment rate, as long as the enzyme is within the limit of substrate damage. If concentration is performed using a reverse osmosis device, the concentration of fermentable sugars in the fermentation liquid supplied to the primary fermenter and subsequent fermenter will increase, and the fermentation rate in the fermenter will increase. , the effective volume of the fermenter increases, making it possible to downsize it, and the ethanol concentration in the fermenter effluent also increases. The reverse osmosis membrane used in the reverse osmosis device should be one that does not substantially allow sugar to pass through, does not allow ethanol to pass through as much as possible, and has as high heat resistance as possible, and should not allow salt content in the fermentation liquid to pass through. Regarding this, it is desirable that the permeability be as high as possible because there will be no increase in osmotic pressure due to increases in salt concentration, and the activity of microorganisms will be maintained. In this invention, when a two-stage ethanol evaporator is used, the evaporation in the first evaporator is
0.8~1.2ata・75~105℃ or 1.2~10ata・95
The temperature is within the range of ~180°C, and the evaporation of the fermentation liquid in the second evaporation tank is within the range of 20-200 mmHg and 25-65°C. In this invention, when a two-stage ethanol evaporator is used, the evaporated air in the first evaporator and/or the pressurized evaporated air in the second evaporator is supplied to the condenser, and the evaporated air in the second evaporator is supplied to the condenser. The fermentation liquor of the evaporator effluent is advantageously used as an absorption liquor for ethanol in the condenser effluent gas and/or the second evaporator exhaust gas. In this invention as well, a minimum amount of fermentation liquid is extracted from the system in order to discharge accumulated substances from the system, but the enzymes contained in the extracted fermentation liquid are naturally lost, and enzymes are needed to compensate for this loss. Replenishment is necessary. In this invention, it is effective that the carbohydrase and/or glucose isomerase used are immobilized enzymes that are immobilized on a carrier. Since enzymes are usually water-soluble, enzymes for converting non-fermentable saccharides to fermentable saccharides may be added directly to the fermentation broth, but in order to reduce the amount of enzyme supplementation required, Furthermore, immobilization of enzymes tends to improve both heat resistance and chemical resistance, that is, resistance to substances that are raw materials and other components that inhibit enzyme activity. , the use of immobilized enzymes immobilized on carriers is effective. Various methods have been researched and proposed for enzyme immobilization, but the most common and simple method is to prepare a mixed aqueous solution of sodium alginate and the enzyme, and then add this aqueous solution to a calcium chloride aqueous solution. Dropwise, small particles of water-insoluble calcium alginate containing the enzyme are produced. The fermentation liquid to be enzyme-treated is caused to flow through the packed bed made up of the small particles. As another method, the enzyme and resin monomer powder are mixed, molded into a desired shape, and then the resin supporting the enzyme is cured by radiation or ultraviolet rays to form an immobilized enzyme. In the method of this invention, immobilized microorganisms, flocculent microorganisms, or planktonic microorganisms are used as microorganisms in the fermenter. When flocculent microorganisms or planktonic microorganisms are used as microorganisms in the fermenter, the microorganisms are separated from the fermentation liquor before the fermentation liquor extracted from the fermenter is supplied to the evaporator or heat exchanger,
It is sent back to the fermenter. In the method of this invention, the ethanol concentration in the fermenter is maintained below 8 wt%. Conventionally, when raw sugars are cellulose-based, that is, produced from wood, bagasse, rice straw, wheat straw, or other resources, the large amount of xylose derived from hemicellulose in these resources has been a serious problem. However, in the method of the present invention, xylose, which is a non-fermentable saccharide, is converted into xylulose, which is a fermentable saccharide, by the action of glucose isomerase, and finally recovered as product ethanol by the action of microorganisms. (Effects of the Invention) According to the method of the present invention, it is possible to prevent non-fermentable sugars from accumulating in a fermenter during ethanol fermentation, and to perform ethanol fermentation efficiently and continuously. According to this invention, non-fermentable saccharides are also converted into useful fermentable saccharides, which are also used as fermentation raw materials to produce ethanol, which is an excellent effect. (Example) The method of this invention is explained by an example and a comparative example.
This will be explained in more detail. Example 1 The method of the present invention was carried out according to the flow sheet shown in FIG. In Figure 1, an aqueous solution containing nutrients, etc. in addition to fermentable sugars (cane molasses from the Philippines)
hr was supplied to the first fermenter 1 from line 21. The first fermenter 1 contained bead-shaped immobilized yeast (Saccharomyces cerevisiae on a calcium alginate carrier).
(fixed) was filled with 2500. In the upper part of fermenter 1, 99.7 kg/hr of ethanol was produced. Of this, 0.3Kg/hr is the carbon dioxide gas generated, which is 95.3Kg/hr.
The remaining 99.4Kg/
hr is fermentable sugars 5.0Kg/hr, non-fermentable sugars 22.0
Kg/hr is supplied from the line 23 to the heat exchanger 7 for preheating, and then the line 24 is supplied to the upper part of the first evaporation tank 3.
Supplied from. Ethanol is released from the top of this evaporation tank.
Steam consisting of 89.2 Kg/hr and water 143.7 Kg/hr is discharged from line 28 and supplied to heat exchanger 7, where it is condensed. On the other hand, the amount of ethanol in the evaporation residue extracted from the bottom of the first evaporation tank 3 into the line 25 was 10.2 Kg/hr. This evaporation residual liquid is HR99 (product name) manufactured by DDS.
The line 2 is supplied to a reverse osmosis membrane device 5 equipped with a membrane.
6, 917.9 Kg/hr of water was taken out as permeate. The concentrated liquid taken out from the reverse osmosis membrane device 5 to the line 27 contains ethanol 10.2Kg/hr and fermentable sugars.
5.0Kg/hr, non-fermentable sugars 22.0Kg/hr, water 726.1
It was Kg/hr. This concentrated liquid is supplied to the upper part of the second evaporation tank 4, and from the top of the second evaporation tank 4, ethanol is
Steam consisting of 7.9Kg/hr and water 199.9Kg/hr is supplied from the line 30 to the vacuum pump 6 and compressed to atmospheric pressure, and then supplied to the heating coil provided in the second evaporation tank 4 to generate the necessary At the same time as supplying heat of vaporization, 7.9Kg/hr of ethanol is condensed from line 31.
I got it. On the other hand, ethanol 2.3Kg/hr, fermentable sugars 5.0Kg/hr, non-fermentable sugars 22.0Kg/hr, water 526.2
The evaporation residue consisting of Kg/hr was fed from line 29 to the immobilized enzyme reactor 9. The immobilized enzyme reactor 9 contains E coli-derived galactosidase immobilized on polyacrylamide and commercially available immobilized glucose isomerase at 1:1.
They were mixed at a ratio of 1:1 and filled 1,000 times. In the immobilized enzyme reactor 9, non-fermentable sugars are converted to fermentable sugars. Non-fermentable sugars 22.0
Kg/hr decreased to 12Kg/hr, fermentable sugars 5.0Kg/hr.
hr increased to 15.0Kg/hr from line 41 to washing tower 8.
was supplied to. Carbon dioxide gas is emitted from the top of washing tower 8.
102.1Kg/hr, water 1.8Kg/hr are discharged from line 43, and fermentable sugars 15Kg/hr are discharged from the bottom of washing tower 8.
Ethanol 2.6 Kg/hr, water 528.7 Kg/hr, non-fermentable sugars 12.0 Kg/hr, and ash 20.0 Kg/hr were supplied to the second fermenter 2 from the line 32. Similar to the first fermenter 1, the second fermenter 2 contains bead-shaped immobilized yeast (on a calcium alginate carrier).
fixed Saccharomyces cerevisiae)
500 filled. In the second fermenter 2, ethanol 0.01Kg/
hr, water 0.2Kg/hr is carbon dioxide gas generated 6.8Kg/hr
Both are discharged from line 33, and from line 34 9.7Kg/hr of ethanol, 1.0Kg/hr of fermentable sugars, and water are discharged.
528, 5Kg/hr, non-fermentable sugars 12.0Kg/hr, ash content
It was possible to produce a fermented liquid containing 20.0 kg/hr. Throughout the entire process, 106.8 Kg/hr of ethanol (average concentration 10.9 wt%) was produced. Therefore, assuming that the total amount of fermentable saccharides and non-fermentable saccharides were converted to ethanol as 100%, the ethanol yield was 94.1%. The results are shown in Table 1. Example 2 The method of the present invention was carried out according to the flow sheet shown in FIG. In this case, the same procedure as in Example 1 was carried out except that the electrodialyzer 10 was provided. In FIG. 2, the same symbols as in FIG. 1 indicate the same things. Therefore, in FIG. 2, the first fermenter 1, the second fermenter 2,
The packing material for each of the immobilized enzyme reactors 9 was as described in Example 1.
It is similar to Before the evaporation residual liquid distilled from the lower part of the first evaporation tank 3 was supplied to the reverse osmosis membrane device 5, the ash content in the evaporation residual liquid was separated in an electrodialysis device 10, and the ash content was discharged through a line 47. Operated under the conditions shown in Table 1, throughout the process,
Ethanol 106.9Kg/hr (average concentration 18.9wt%) was produced. Therefore, assuming that the total amount of fermentable saccharides and non-fermentable saccharides were converted to ethanol as 100%, the ethanol yield was 94.2%. The results are shown in Table 1. Comparative Example 1 Example 1 except that the immobilized enzyme reactor 9 was not used.
Ethanol fermentation was carried out in the same manner as above according to the flow sheet shown in FIG. In this figure, the same symbols as in FIG. 1 indicate the same things. In FIG. 4, the filler and filling amount of the first fermenter 1 and the second fermenter 2 were the same as in Example 1. By operating under the conditions shown in Table 1, 2.6 kg/hr of ethanol and fermentable sugars were produced from the line 34 of the second fermenter 2.
1.0Kg/hr, water 528.6Kg/hr, non-fermentable sugars 22.0
A fermentation liquid was obtained with an ash content of 20.0 Kg/hr and an ash content of 20.0 Kg/hr. Example 3 The method of the present invention was carried out according to the flow sheet shown in FIG. The figure shows line 3 of immobilized enzyme reactor 2.
The procedure was the same as in Example 2, except that the fermentation liquor from No. 4 was partially circulated to line 23 through circulation line 45, and the operation was carried out in the same manner as in Example 2 under the conditions shown in Table 1. In Figure 3, rice straw is pretreated with alkaline and then hydrolyzed using cellulase to produce sugars (fermentable sugars such as glucose derived from cellulose and non-fermentable sugars such as xylose derived from hemicellulose). ) into the first fermenter 1 as raw material
2300 and 2000 were filled into the second fermenter 2, respectively. The immobilized enzyme reactor 9 was filled with 2000 glucose isomerase alone. Throughout the entire process, 159.2 Kg/hr of ethanol (average concentration 15.6 wt%) was produced. Therefore, assuming that the total amount of fermentable saccharides and non-fermentable saccharides were converted to ethanol as 100%, the ethanol yield was 97.3%. The results are shown in Table 1. This result shows that the circulation line 45 significantly improved the yield.
【表】【table】
【表】【table】
第1図は電気透析装置を設置しないが固定化酵
素反応器を設置したこの発明の一実施例であり、
第2図は電気透析装置および固定化酵素反応器を
設置したこの発明の一実施例であり、第3図は電
気透析装置および固定化酵素反応器を設置し、第
2発酵槽上部から排出される発酵液の大部分を第
1発酵槽上部から排出される発酵液に循環させた
この発明の一実施例であり、第4図は電気透析装
置および固定化酵素反応器を設置しない比較例で
ある。
符号の説明、1……第1発酵槽、2……第2発
酵槽、3……第1蒸発槽、4……第2蒸発槽、5
……逆浸透膜装置、6……真空ポンプ、7……熱
交換器、8……洗滌塔、9……固定化酵素反応
器、10……電気透析装置、21,22……ライ
ン、23,24……ライン、25,26……ライ
ン、27,28……ライン、29,30……ライ
ン、31,32……ライン、33,34……ライ
ン、41,42……ライン、43,44……ライ
ン、45,46……ライン、47……ライン。
Figure 1 shows an embodiment of the present invention in which an electrodialysis device is not installed but an immobilized enzyme reactor is installed.
Fig. 2 shows an embodiment of the present invention in which an electrodialysis device and an immobilized enzyme reactor are installed, and Fig. 3 shows an embodiment in which an electrodialysis device and an immobilized enzyme reactor are installed. This is an embodiment of the present invention in which most of the fermentation liquor is circulated to the fermentation liquor discharged from the upper part of the first fermenter, and Figure 4 shows a comparative example in which an electrodialysis device and an immobilized enzyme reactor are not installed. be. Explanation of symbols: 1...First fermenter, 2...Second fermenter, 3...First evaporator, 4...Second evaporator, 5
... Reverse osmosis membrane device, 6 ... Vacuum pump, 7 ... Heat exchanger, 8 ... Washing tower, 9 ... Immobilized enzyme reactor, 10 ... Electrodialysis device, 21, 22 ... Line, 23 , 24... line, 25, 26... line, 27, 28... line, 29, 30... line, 31, 32... line, 33, 34... line, 41, 42... line, 43, 44... line, 45, 46... line, 47... line.
Claims (1)
されない発酵液が蒸発処理に付され、発酵液中の
エタノールが、気相に移行し分離して、回収され
る方法において、 蒸発槽から流出する発酵液がカルボヒドラーゼ
および/もしくはグルコースイソメラーゼにより
処理されて発酵槽中の微生物によつて利用されな
い非発酵性糖分が発酵性糖分に転化した後、原発
酵槽および/もしくは他の発酵槽へ供給される、
ことを特徴とするエタノールの発酵生産法。[Claims] 1. A method in which a fermented liquor extracted from a fermenter and substantially free of microorganisms is subjected to evaporation treatment, and ethanol in the fermented liquor is transferred to the gas phase, separated, and recovered. , after the fermentation liquor flowing out of the evaporator is treated with carbohydrase and/or glucose isomerase to convert non-fermentable sugars that are not utilized by the microorganisms in the fermenter into fermentable sugars, the raw fermenter and/or other supplied to the fermenter,
A fermentation production method for ethanol characterized by the following.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60-101714 | 1985-05-14 | ||
| JP10171485 | 1985-05-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6255093A JPS6255093A (en) | 1987-03-10 |
| JPH0338835B2 true JPH0338835B2 (en) | 1991-06-11 |
Family
ID=14307970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61108626A Granted JPS6255093A (en) | 1985-05-14 | 1986-05-14 | Production of ethanol by fermentation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6255093A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011135860A (en) * | 2009-12-04 | 2011-07-14 | Ehime Prefecture | Method for saccharifying cellulose |
-
1986
- 1986-05-14 JP JP61108626A patent/JPS6255093A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6255093A (en) | 1987-03-10 |
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