JPH0422555B2 - - Google Patents
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- JPH0422555B2 JPH0422555B2 JP2829584A JP2829584A JPH0422555B2 JP H0422555 B2 JPH0422555 B2 JP H0422555B2 JP 2829584 A JP2829584 A JP 2829584A JP 2829584 A JP2829584 A JP 2829584A JP H0422555 B2 JPH0422555 B2 JP H0422555B2
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- Japan
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- butanol
- extractant
- fermentation
- present
- bacteria
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Description
本発明はブタノールの製造方法に係わるもので
ある。更に詳しくは、本発明はアセトン、ブタノ
ール醗酵において抽出操作を組み込んで培養を行
なうに当つて、新規な抽出溶剤(以下抽剤とい
う)を用いることにより、使用する菌に対して毒
性を示さず、醗酵生成物であるブタノールを効率
良く抽出して生産物による菌への阻害を解除し、
容易に抽出相よりブタノールを回収することによ
り、アセトン、ブタノール醗酵の生産性を向上さ
せるブタノールの製造方法に関するものである。
醗酵生産物の菌への阻害を解除する方法とし
て、又は単に生産物を回収する方法として抽出培
養が使用出来ることは公知である。他方、以前か
ら知られるアセトン、ブタノール醗酵によるブタ
ノール製造法の衰退の原因としては、石油化学と
比較した経済収支の悪化と、生産物であるブタノ
ールが菌に対して毒性を持つために高濃度生産が
できないことがあげられる。従来アセトン、ブタ
ノール醗酵において生産物の毒性を解除する方法
として、植物油であるひまし油を用いた吸収法に
よる醗酵が知られているが、抽剤としてひまし油
を用いた場合には水に対する充分な比重差がとれ
ないため分離性がわるいこと、ブタノールに対す
る分配係数が低いこと、高粘性であるために取扱
いに難があること等の問題点があり、工業的実施
のために適当な方法とはいえない。
抽剤を選択する上での重要な基準としては、抽
料中の抽質成分をより多く抽剤中へ溶かしうる選
択性が大きいこと、及び所要抽剤量を少なくでき
るかの判定基準となる分配係数を考慮することは
当然ながら、抽剤の分離、回収が容易であること
も重要であり、抽剤を分離、回収する上で備える
べき物理的性状としては、抽出した残りの相に抽
剤が溶け込まないこと、即ち本発明の場合水不溶
性であること、密度差が大きいこと、粘度があま
り大きくないこと等があげられる。
近年、エタノール製造に関し、種々の抽剤が見
出されているが、上記の条件を十分に満足するに
致つていない。
本発明者等はひまし油に替るより優れた抽剤を
用いてアセトン、ブタノール醗酵の生産性を向上
させるべく種々研究の結果、上記の条件を満足す
る優れた抽剤を見出して本発明に到つたものであ
る。
即ち本発明は醗酵法でグルコース原料からブタ
ノールを製造する方法において、醗酵液と抽剤を
醗酵槽で接触させ、抽出相からブタノールを回収
するに当つて、抽剤として平均炭素数16〜18の不
飽和アルコールまたは平均炭素数16〜20で側鎖を
有するアルコールを使用することを特徴とするブ
タノールの製造方法に係わるものである。本発明
によれば醗酵槽で生成するブタノールを含む抽出
相は分離槽で抽残相である醗酵液と分離された
後、該ブタノールは蒸留塔で抽剤と分離され、連
続的に回収される。一方、分離槽で分離された醗
酵液及び蒸留塔で分離された抽剤は醗酵槽に循環
される。
本発明者等は炭素数の多いアルコールは水不溶
性となり、またブタノールに対し分配係数が大き
いことに着目し検討を行なつたが、炭素数13まで
のアルコールを培養液に添加し、37℃にて醗酵テ
ストを行なつた所、毒性があり、菌の増殖がみら
れなかつた。また別にひまし油の主成分であるリ
シノール酸による醗酵テストも行なつたが、菌の
増殖がみられず、菌に対して毒性があつた。
一般に炭素数13までのアルコールは常温で液体
であり、それ以上の炭素数のものになると、常温
で固体となり、抽剤として使用できなくなる。そ
こで本発明者等は常温で液体でしかも炭素数の多
い枝分かれの多いアルコール及び不飽和アルコー
ルについて検討した所、平均炭素数12〜15の側鎖
アルコールでは、菌の増殖は可能であつたが、抽
剤無添加の対照区と比べてブタノール生成濃度は
かなり低く、ブタノール生産に対して阻害を示し
た。之に対し平均炭素数16〜18の不飽和アルコー
ル、及び平均炭素数16〜20の側鎖アルコールで
は、菌の増殖は対照区と同程度であり、しかもブ
タノールの生成濃度は対照区より高い結果が得ら
れ、ブタノールの生産性の向上が可能となること
がわかり本発明に到つたものである。かかるアル
コールとして特に好ましいものとしては、オレイ
ルアルコール及び炭素数16〜20のゲルベアルコー
ルがあげられる。
本発明に使用される抽剤である炭素数16〜18の
不飽和アルコール及び炭素数16〜20の側鎖アルコ
ールは水不溶性であつて抽剤のロスを防ぐことが
出来、しかも常温で液体である。又、水との密度
差が充分にあり、抽剤を培地から容易に分離、回
収し得る。ひまし油の如く水との密度差がない
と、分離困難となり、回収コストがかかつてく
る。更に粘性が比較的低く、移送及び取り扱いが
容易であり、蒸気圧も低く、揮散ロスを防ぐこと
が出来る。特に重要なことは微生物に対する毒性
がないことである。即ち本醗酵においては、生成
ブタノールの培地中濃度が1%になると、菌の活
性は低下し、ブタノールの連続生産は不可能とな
る。
本発明の抽剤は毒性がないので醗酵培地に抽剤
を添加し、培地中のブタノールを抽出しながら阻
害が解除でき、阻害物質を低濃度に維持しながら
醗酵を進行させることが可能である。
本発明の方法による場合、アセトン、ブタノー
ル醗酵による醗酵液からブタノールと同時に生成
するアセトン、エタノールも本発明の抽剤により
吸収除去される。
醗酵原料であるグルコース原料としては、糖
密、亜硫酸パルプ廃液、及び澱粉質原料や繊維素
原料を糖化したもの等が用いられる。
用いる菌としては、クロストリデイウム属、例
えばクロストリデイウム・アセトブチリクム等が
適当である。
本発明の方法に於て抽剤として用いられる不飽
和アルコールの代表としてのオレイルアルコール
と従来アセトン・ブタノール醗酵に用いられたひ
まし油とをブタノール濃度1%のテスト水溶液に
ついて分離性、分配係数等を比較すると、次表の
如くである。
The present invention relates to a method for producing butanol. More specifically, the present invention uses a new extraction solvent (hereinafter referred to as extractant) when culturing by incorporating an extraction operation in acetone and butanol fermentation, which does not show toxicity to the bacteria used. Efficiently extracts butanol, a fermentation product, and removes the inhibition of bacteria by the product.
The present invention relates to a butanol production method that improves the productivity of acetone and butanol fermentation by easily recovering butanol from the extraction phase. It is known that extractive culture can be used as a method of removing inhibition of fermentation products from bacteria or simply as a method of recovering the products. On the other hand, the reasons for the decline of the long-known butanol production method using acetone and butanol fermentation are the deterioration of the economic balance compared to petrochemicals, and the fact that the product, butanol, is toxic to bacteria, making it difficult to produce at high concentrations. There are things that cannot be done. Conventionally, fermentation by absorption using castor oil, a vegetable oil, is known as a method to remove the toxicity of the product in acetone and butanol fermentation. It is not an appropriate method for industrial implementation because it has problems such as poor separability due to the inability to remove the liquid, low partition coefficient for butanol, and difficulty in handling due to high viscosity. . Important criteria in selecting an extractant are that it has a high selectivity that allows more of the extract components in the extract to be dissolved into the extract, and that the required amount of extractant can be reduced. Of course, it is important to consider the partition coefficient, but it is also important that the extractant can be easily separated and recovered. Examples include that the agent does not dissolve, that is, in the case of the present invention, that it is water-insoluble, that the difference in density is large, and that the viscosity is not very large. In recent years, various extractants have been discovered for ethanol production, but they have not yet fully satisfied the above conditions. The present inventors conducted various studies to improve the productivity of acetone and butanol fermentation by using a superior extractant to replace castor oil, and as a result, they discovered an excellent extractant that satisfies the above conditions and arrived at the present invention. It is something. That is, the present invention is a method for producing butanol from a glucose raw material by a fermentation method, in which a fermentation solution and an extractant are brought into contact with each other in a fermentation tank, and butanol is recovered from the extraction phase. The present invention relates to a method for producing butanol characterized by using an unsaturated alcohol or an alcohol having an average carbon number of 16 to 20 and a side chain. According to the present invention, the extraction phase containing butanol produced in the fermentation tank is separated from the fermentation liquor, which is the raffinate phase, in the separation tank, and then the butanol is separated from the extractant in the distillation column and continuously recovered. . On the other hand, the fermentation liquid separated in the separation tank and the extractant separated in the distillation column are circulated to the fermentation tank. The present inventors focused on the fact that alcohols with a large number of carbon atoms are water-insoluble and have a large partition coefficient relative to butanol. When we conducted a fermentation test, it was found to be toxic and no bacterial growth was observed. Separately, we conducted a fermentation test using ricinoleic acid, the main component of castor oil, but no bacterial growth was observed and the product was toxic to bacteria. In general, alcohols with up to 13 carbon atoms are liquid at room temperature, and alcohols with more than 13 carbon atoms become solid at room temperature and cannot be used as extractants. Therefore, the present inventors investigated highly branched alcohols and unsaturated alcohols that are liquid at room temperature and have a large number of carbon atoms, and found that bacteria could grow in side chain alcohols with an average number of carbon atoms of 12 to 15. The concentration of butanol produced was considerably lower than in the control plot without the addition of extractant, indicating inhibition of butanol production. In contrast, with unsaturated alcohols with an average carbon number of 16 to 18 and side chain alcohols with an average carbon number of 16 to 20, bacterial growth was at the same level as in the control group, and the concentration of butanol produced was higher than in the control group. The present invention was based on the finding that the productivity of butanol can be improved. Particularly preferred such alcohols include oleyl alcohol and Guerbet alcohol having 16 to 20 carbon atoms. The extractants used in the present invention, unsaturated alcohols with 16 to 18 carbon atoms and side chain alcohols with 16 to 20 carbon atoms, are water-insoluble, prevent loss of extractants, and are liquid at room temperature. be. In addition, there is a sufficient difference in density from water, and the extractant can be easily separated and recovered from the culture medium. If there is no difference in density from water like castor oil, it will be difficult to separate, and recovery costs will increase. Furthermore, it has a relatively low viscosity, is easy to transport and handle, has a low vapor pressure, and can prevent volatilization loss. Of particular importance is the absence of toxicity to microorganisms. That is, in the main fermentation, when the concentration of produced butanol in the medium reaches 1%, the activity of the bacteria decreases and continuous production of butanol becomes impossible. Since the extractant of the present invention is non-toxic, inhibition can be removed by adding the extractant to the fermentation medium and extracting butanol from the medium, allowing fermentation to proceed while maintaining a low concentration of inhibitors. . According to the method of the present invention, acetone and ethanol, which are produced simultaneously with butanol from the fermentation liquid of acetone and butanol fermentation, are also absorbed and removed by the extractant of the present invention. As the glucose raw material that is the fermentation raw material, molasses, sulfite pulp waste liquid, and saccharified starchy raw materials and fibrous raw materials are used. Suitable bacteria to be used include those belonging to the genus Clostridium, such as Clostridium acetobutylicum. Comparison of separation properties, partition coefficients, etc. of oleyl alcohol, a representative unsaturated alcohol used as an extractant in the method of the present invention, and castor oil, conventionally used in acetone-butanol fermentation, in a test aqueous solution with a butanol concentration of 1%. Then, it will look like the following table.
【表】
粘性 高い 低い
上表の如くひまし油では水との比重差がとれな
いため、油相に水を抱きこんで分離性がわるく、
ブタノールに対する分配性も低く、高粘性である
ため、取扱いに難がある。之に対しオレイルアル
コールがブタノールの抽出用溶剤として優れた性
状を有することがわかる。尚炭素数16〜20のゲル
ベアルコールも同様な優れた性状を示す。
以下本発明を実施例について説明するが、本発
明はこれらの実施例に限定されるものでない。
実施例 1
グルコースを100g/含む複合培地800mlにポ
テト培地で培養した菌(クロストリデイウム・ア
セトブチリウム)を対培地5%接種し、37℃にて
嫌気的に培養した。培養開始後30時間で、生成し
たブタノールによる阻害が現われ、醗酵が緩慢と
なつた。ブタノールによる阻害を解除するため
に、抽剤としてオレイルアルコールを対培地40%
添加してブタノールを抽出した。この操作により
本菌は再び活性を取り戻し、醗酵生産を開始し
た。添加した抽剤は本菌に対し毒性を示さず、ま
たさらに生成するブタノールを抽出することが可
能であつた。抽剤を添加してから70時間後におけ
る抽出相を含めた全ブタノール濃度は、抽剤を添
加する前のブタノール濃度の2.5倍になつた。添
加した抽剤は培養液より容易に回収でき、吸収し
たブタノールを除去することにより再度使用でき
た。
実施例 2
グルコースを40g/含む複合培地700mlにポ
テト培地で培養した菌(クロストリデイウム・ア
セトブチリウム)を対培地5%接種し、37℃にて
嫌気的に培養した。生成するブタノールを抽出す
るために、抽剤としてオレイルアルコールを逐次
計500ml添加して培養した。培養26時間経過後、
グルコースを40g/補給し、さらに抽出相の60
%を新しい抽剤と入替えた。以上の操作により醗
酵は70時間持続できた。抽剤を添加しない培養で
は、ブタノール濃度が5g/で醗酵は停止した
が、本操作により抽出相を含めた全ブタノール濃
度は12g/まで上げることができた。
実施例 3
グルコースを60g/含む複合培地800mlにポ
テト培地で培養した菌(クロストリデイウム・ア
セトブチリクム)を対培地5%接種し、37℃にて
嫌気的に培養した。培養20時間経過後、抽剤とし
て炭素数20のゲルベアルコールを対倍地60%添加
し、生成したブタノールを抽出した。添加した抽
剤は本菌に対し毒性を示さず、またさらに生成す
るブタノールを抽出することが可能であつた。抽
剤添加後46時間における抽出相を含めた全ブタノ
ール濃度は、抽剤を添加する前のブタノール濃度
の2倍になつた。抽剤は容易に培養液より分離回
収でき、回収したブタノールを除去することによ
り再使用できた。[Table] Viscosity High Low As shown in the table above, castor oil cannot balance the difference in specific gravity with water, so water is trapped in the oil phase, making it difficult to separate.
It is difficult to handle because it has low distributability to butanol and high viscosity. In contrast, it can be seen that oleyl alcohol has excellent properties as a solvent for extracting butanol. Note that Guerbet alcohol having 16 to 20 carbon atoms also exhibits similar excellent properties. The present invention will be described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. Example 1 800 ml of a complex medium containing 100 g of glucose was inoculated with bacteria (Clostridium acetobutyrium) cultured in potato medium at a rate of 5% relative to the medium, and cultured anaerobically at 37°C. Thirty hours after the start of culture, inhibition by the produced butanol appeared and fermentation became slow. To remove inhibition by butanol, 40% oleyl alcohol was added to the medium as an extractant.
was added to extract the butanol. Through this operation, the bacterium regained its activity and started fermentation production. The added extractant was not toxic to the bacteria, and it was also possible to extract the produced butanol. The total butanol concentration including the extraction phase 70 hours after adding the extractant was 2.5 times the butanol concentration before adding the extractant. The added extractant could be easily recovered from the culture solution and could be used again by removing the absorbed butanol. Example 2 Bacteria (Clostridium acetobutylium) cultured in potato medium were inoculated at 5% of the medium into 700 ml of a complex medium containing 40 g of glucose, and cultured anaerobically at 37°C. In order to extract the produced butanol, a total of 500 ml of oleyl alcohol was sequentially added as an extractant and cultured. After 26 hours of culture,
Supplementation of 40g/glucose and additional 60g of glucose in the extraction phase
% was replaced with new extractant. With the above operations, fermentation could last for 70 hours. In culture without adding an extractant, fermentation stopped when the butanol concentration was 5 g//, but by this operation, the total butanol concentration including the extraction phase could be increased to 12 g//. Example 3 Bacteria (Clostridium acetobutylicum) cultured in potato medium were inoculated into 800 ml of a complex medium containing 60 g/g of glucose at 5% of the medium and cultured anaerobically at 37°C. After 20 hours of culture, Guerbet alcohol with 20 carbon atoms was added as an extractant at a ratio of 60% to the medium to extract the produced butanol. The added extractant was not toxic to the bacteria, and it was also possible to extract the produced butanol. The total butanol concentration, including the extraction phase, 46 hours after adding the extractant was twice the butanol concentration before adding the extractant. The extractant could be easily separated and recovered from the culture solution, and could be reused by removing the recovered butanol.
Claims (1)
造する方法において、醗酵液と抽剤を醗酵槽で接
触させ、抽出相からブタノールを回収するに当つ
て、抽剤として平均炭素数16〜18の不飽和アルコ
ールまたは平均炭素数16〜20で側鎖を有するアル
コールを使用することを特徴とするブタノールの
製造方法。1. In a method for producing butanol from glucose raw materials by fermentation, the fermentation solution and extractant are brought into contact in a fermentation tank, and when butanol is recovered from the extraction phase, an unsaturated alcohol with an average carbon number of 16 to 18 is used as the extractant. Or a method for producing butanol, characterized in that an alcohol having an average carbon number of 16 to 20 and a side chain is used.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2829584A JPS60172290A (en) | 1984-02-17 | 1984-02-17 | Preparation of butanol |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2829584A JPS60172290A (en) | 1984-02-17 | 1984-02-17 | Preparation of butanol |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60172290A JPS60172290A (en) | 1985-09-05 |
| JPH0422555B2 true JPH0422555B2 (en) | 1992-04-17 |
Family
ID=12244622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2829584A Granted JPS60172290A (en) | 1984-02-17 | 1984-02-17 | Preparation of butanol |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60172290A (en) |
Families Citing this family (8)
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|---|---|---|---|---|
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-
1984
- 1984-02-17 JP JP2829584A patent/JPS60172290A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPS60172290A (en) | 1985-09-05 |
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