(57)【要約】【課題】バイオエタノール産業への進出、高アルコール飲料の製造や発酵管理の自動化が可能となる、米を原料とする糖化液や、該糖化液を仕込み水とする高濃度糖化液や、これら糖化液を用いたアルコールの製造方法を提供する。【解決手段】α化処理を施した精白米と米糠との混合物に、水の存在下、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ、タンパク質分解酵素を作用させ、Ｂｒｉｘが１５〜２５％、全窒素分が１．２ｍｇ／ｍｌ以上、カリウムが４００ｐｐｍ以上、リンが３００ｐｐｍ以上、マグネシウムが５０ｐｐｍ以上の開始糖化液を得た。また、α化処理を施した精米歩合９０％の精白米に、水の存在下、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させて得られる糖化液を仕込み水として用い、Ｂｒｉｘが４０％以上、全窒素分が３．０ｍｇ／ｍｌ以上、カリウムが５００ｐｐｍ以上、リンが４００ｐｐｍ以上、マグネシウムが１００ｐｐｍ以上の流加糖化液を得た。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
α化処理を施した精白米と米糠との混合物に、水の存在下、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させることを特徴とする糖化液の製造方法。
【請求項２】
精白米と米糠との混合物が、精米歩合８０％〜９５％の精白米８０〜９５重量部と米糠５〜２０重量部の混合物であることを特徴とする請求項１記載の糖化液の製造方法。
【請求項３】
糖化液のＢｒｉｘ（糖分）が１５〜２５％、全窒素分が１．２ｍｇ／ｍｌ以上、カリウムが４００ｐｐｍ以上、リンが３００ｐｐｍ以上、マグネシウムが５０ｐｐｍ以上の濃度となるように調整されることを特徴とする請求項１又は２記載の糖化液の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか記載の製造方法で得られるＢｒｉｘ（糖分）１５〜２５％の糖化液。
【請求項５】
α化処理を施した精白米と米糠との混合物に、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させる高濃度糖化液の製造方法であって、仕込み水として、α化処理を施した精米歩合９０〜９５％の精白米に、水の存在下、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させて得られる糖化液を用いることを特徴とする高濃度糖化液の製造方法。
【請求項６】
α化処理を施した精白米と米糠との混合物に、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させる高濃度糖化液の製造方法であって、仕込み水として、α化処理を施した精白米と米糠との混合物に、水の存在下、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させて得られる糖化液を用いることを特徴とする高濃度糖化液の製造方法。
【請求項７】
α化処理を施した精米歩合９０〜９５％の精白米に、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させる高濃度糖化液の製造方法であって、仕込み水として、α化処理を施した精白米と米糠との混合物に、水の存在下、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させて得られる糖化液を用いることを特徴とする高濃度糖化液の製造方法。
【請求項８】
精白米と米糠との混合物が、精米歩合８０％〜９５％の精白米８０〜９５重量部と米糠５〜２０重量部の混合物であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか記載の高濃度糖化液の製造方法。
【請求項９】
糖化液のＢｒｉｘ（糖分）が４０％以上、全窒素分が３．０ｍｇ／ｍｌ以上、カリウムが５００ｐｐｍ以上、リンが４００ｐｐｍ以上、マグネシウムが１００ｐｐｍ以上の濃度となるように調整される請求項５〜８のいずれか記載の高濃度糖化液の製造方法。
【請求項１０】
請求項５〜９のいずれか記載の製造方法で得られるＢｒｉｘ（糖分）４０％以上の高濃度糖化液。
【請求項１１】
請求項４記載の糖化液を開始糖化液とし、請求項１０記載の高濃度糖化液を流加糖化液として用いることを特徴とする高濃度アルコールの製造方法。
【請求項１２】
アルコール発酵酵母に発酵阻害を与えない糖濃度に調整した開始糖化液と、該開始糖化液の糖濃度より高い糖濃度の流加糖化液とを調製し、開始糖化液にアルコール発酵酵母を接種してアルコール発酵を行わせ、発酵液の糖濃度を直接的又は間接的にモニターしながら流加糖化液を発酵液に添加して、発酵液の糖濃度を制御しながらアルコール発酵を継続し、アルコール発酵全期間の３０〜８０％の時間内に流加糖化液の添加を終了して、アルコール濃度が１５ｖｏｌ／ｖｏｌ％以上となるまでアルコール発酵する半回分発酵法による高濃度アルコールの製造方法であって、前記開始糖化液として、請求項４記載の糖化液を用い、開始糖化液の糖濃度より高い糖濃度の流加糖化液として、請求項１０記載の高濃度糖化液を用いることを特徴とする高濃度アルコールの製造方法。
【請求項１３】
請求項４記載の糖化液、又は請求項１０記載の高濃度糖化液を発酵基質として使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精白米や米糠を添加した精白米から効率的に糖化液を製造する方法や、かかる糖化液を仕込み水として利用して高濃度糖化液を製造する方法や、これら糖化液及び／又は高濃度糖化液を用いた高濃度アルコールを製造する方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、微生物の培養にはその成育促進のために窒素源や塩類、ビタミン類などの微量成分の供給源としてペプトンや肉エキス、酵母エキス、麦芽エキスなどの天然成分が用いられてきた。一方、米糠やフスマは古くからキノコの培養基として主に固体発酵における発酵促進物として用いられており、米糠やフスマに微生物の発酵を促進しうる物質の存在は知られていた。
【０００３】
微生物の発酵を促進するための米糠の処理方法及び処理物として、例えば、加熱処理した米糠又は麩と水に麹とミネラル成分の含有した鉱泉水及び／又はミネラル水とを混合し、主に麹の酵素で自己消化させて酵素消化液となし、当該酵母を加えて発酵させて、アルコールや乳酸菌や有機酸を含む酸性溶液に生成した有機質物の発酵分解促進資材の製造方法（例えば、特許文献１参照）や、無機質、水溶性ビタミン、糖質、フィチン酸及びタンパク質を含有する米糠抽出物を有効成分とする発酵促進剤（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【０００４】
また、米から糖化液を効率的に製造する方法として、生米に水を加え、１１５〜１２５℃に加熱し、４５〜５０℃に冷却後、アミラーゼを加えてホモジナイザーにより混合して糖化を行い、次いで９５℃以上に加熱して酵素を失活させる米糖化液の製造方法（例えば、特許文献３参照）や、でんぷん含有農産物（米を含む）を用いて、でんぷんをオリゴ糖へと加水分解する第一のでんぷん加水分解酵素、及びでんぷん又はオリゴ糖をグルコースへと加水分解する第二のでんぷん加水分解酵素でもってでんぷん含有農産物スラリー（糖化液）を処理することを含む方法（例えば、特許文献４参照）が知られている。
【０００５】
さらに、米糠そのものを発酵させてアルコールを得る方法として、無蒸煮の米糠及び／又は粉砕白米をそのまま発酵原料にして低温で発酵させるアルコール又は醸造酒類を製造する方法（例えば、特許文献５参照）が知られている。
【０００６】
他方、本発明者らは、糖類又は該糖類の含有物を原料とし、アルコール発酵酵母に発酵阻害を与えない糖濃度に調整した初発発酵液と、該初発発酵液の糖濃度より高い糖濃度の流加糖液とを調整し、初発発酵液にアルコール発酵酵母を接種してアルコール発酵を行わせ、発酵液の糖濃度を直接的又は間接的にモニターしながら流加糖液を発酵液に添加して、発酵液の糖濃度を制御しながらアルコール発酵を継続し、アルコール発酵全期間の３０〜８０％の時間内に流加糖液の添加を終了して、アルコール濃度が１５ｖｏｌ／ｖｏｌ％以上となるまで、半回分発酵法によりアルコール発酵して高濃度アルコールを製造する方法を提案している（例えば、特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２０１０８９号公報
【特許文献２】特開２００５−３３３８５１号公報
【特許文献３】特開２００３−２５０４８５号公報
【特許文献４】特開２００４−２４８６７３号公報
【特許文献５】特開平１０−２７６７５３号公報
【特許文献６】特開２００８−２２８６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
稲作は単位面積当たりのエネルギー収量が多く、連作可能（土地が劣化しない）であり、耕作放棄地や休耕田を活用するなどインフラが整っており新たな投資が不要であり、米は国内で生産可能な唯一の原料作物であり、酵母の増殖に必要な全ての栄養成分を含有している。そこで、本発明の課題は、米の有効利用、とりわけ、酒類製造業界におけるコスト削減効果（競争力の強化）やバイオエタノール産業への進出（新産業の創出）が期待でき、高アルコール飲料の製造（新酒類の創出・差別化）や発酵管理の自動化・品質安定化（省力化・労働環境の改善）が可能となる、米を原料とする糖化液や、該糖化液を仕込み水として利用する高濃度糖化液の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは前記課題を解決すべく、複数の異なる精米歩合（８５〜９５％）を有する精白米、及び精米歩合８５％の精白米と米糠との混合物に加水して、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させて、固液分離して得られた糖化液に、さらに酵母を添加して発酵させ、経時的に発生する炭酸ガスの重量を測定した。そして、発酵前と所定時間発酵後の発酵物の組成を分析した結果、全窒素量、無機塩量、菌体密度は、異なる精米歩合を有する精白米、及び精白米と米糠との混合物により差異のあることを見いだし、また、発酵速度は、菌体密度と深く関連していることを見いだした。そして、糠を一部用いる精白米からの原料に前記酵素を作用させて得られた糖化液を、流加培養システムにおけるアルコール製造の開始糖化液として使用し、また、仕込液として前記糖化液を用いて、一定の精米歩合を有する精白米を同様に酵素処理して高濃度糖化液を製造し、該高濃度糖化液を同じく流加培養システムにおける流加糖化液として使用すると、効率的なアルコール発酵が行われ、濃度１９．８％という高濃度アルコールを短期間で製造できることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、［１］α化処理を施した精白米と米糠との混合物に、水の存在下、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させることを特徴とする糖化液の製造方法や、［２］精白米と米糠との混合物が、精米歩合８０％〜９５％の精白米８０〜９５重量部と米糠５〜２０重量部の混合物であることを特徴とする上記［１］記載の糖化液の製造方法や、［３］糖化液のＢｒｉｘ（糖分）が１５〜２５％、全窒素分が１．２ｍｇ／ｍｌ以上、カリウムが４００ｐｐｍ以上、リンが３００ｐｐｍ以上、マグネシウムが５０ｐｐｍ以上の濃度となるように調整されることを特徴とする上記［１］又は［２］記載の糖化液の製造方法や、［４］上記［１］〜［３］のいずれか記載の製造方法で得られるＢｒｉｘ（糖分）１５〜２５％の糖化液や、［５］α化処理を施した精白米と米糠との混合物に、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させる高濃度糖化液の製造方法であって、仕込み水として、α化処理を施した精米歩合９０〜９５％の精白米に、水の存在下、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させて得られる糖化液を用いることを特徴とする高濃度糖化液の製造方法や、［６］α化処理を施した精白米と米糠との混合物に、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させる高濃度糖化液の製造方法であって、仕込み水として、α化処理を施した精白米と米糠との混合物に、水の存在下、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させて得られる糖化液を用いることを特徴とする高濃度糖化液の製造方法や、［７］α化処理を施した精米歩合９０〜９５％の精白米に、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させる高濃度糖化液の製造方法であって、仕込み水として、α化処理を施した精白米と米糠との混合物に、水の存在下、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させて得られる糖化液を用いることを特徴とする高濃度糖化液の製造方法に関する。
【００１１】
また、本発明は、［８］精白米と米糠との混合物が、精米歩合８０％〜９５％の精白米８０〜９５重量部と米糠５〜２０重量部の混合物であることを特徴とする上記［５］〜［７］のいずれか記載の高濃度糖化液の製造方法や、［９］糖化液のＢｒｉｘ（糖分）が４０％以上、全窒素分が３．０ｍｇ／ｍｌ以上、カリウムが５００ｐｐｍ以上、リンが４００ｐｐｍ以上、マグネシウムが１００ｐｐｍ以上の濃度となるように調整される上記［５］〜［８］のいずれか記載の高濃度糖化液の製造方法や、［１０］上記［５］〜［９］のいずれか記載の製造方法で得られるＢｒｉｘ（糖分）４０％以上の高濃度糖化液や、［１１］上記［４］記載の糖化液を開始糖化液とし、上記［１０］記載の高濃度糖化液を流加糖化液として用いることを特徴とする高濃度アルコールの製造方法や、［１２］アルコール発酵酵母に発酵阻害を与えない糖濃度に調整した開始糖化液と、該開始糖化液の糖濃度より高い糖濃度の流加糖化液とを調製し、開始糖化液にアルコール発酵酵母を接種してアルコール発酵を行わせ、発酵液の糖濃度を直接的又は間接的にモニターしながら流加糖化液を発酵液に添加して、発酵液の糖濃度を制御しながらアルコール発酵を継続し、アルコール発酵全期間の３０〜８０％の時間内に流加糖化液の添加を終了して、アルコール濃度が１５ｖｏｌ／ｖｏｌ％以上となるまでアルコール発酵する半回分発酵法による高濃度アルコールの製造方法であって、前記開始糖化液として、上記［４］記載の糖化液を用い、開始糖化液の糖濃度より高い糖濃度の流加糖化液として、上記［１０］記載の高濃度糖化液を用いることを特徴とする高濃度アルコールの製造方法や、［１３］上記［４］記載の糖化液、又は上記［１０］記載の高濃度糖化液を発酵基質として使用する方法に関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、Ｂｒｉｘ（糖分）が１５〜２５％、全窒素分が１．２ｍｇ／ｍｌ以上、カリウムが４００ｐｐｍ以上、リンが３００ｐｐｍ以上、マグネシウムが５０ｐｐｍ以上という発酵速度を向上させる成分（増殖促進成分）を含有する糖化液（開始糖化液）や、Ｂｒｉｘ（糖分）が４０％以上、全窒素分が３．０ｍｇ／ｍｌ以上、カリウムが５００ｐｐｍ以上、リンが４００ｐｐｍ以上、マグネシウムが１００ｐｐｍ以上という発酵速度を向上させる成分（増殖促進成分）を含有する高濃度糖化液（流加糖化液）が得られ、これらの糖化液を用いて、４８時間で１８．２％という世界最高水準のアルコール発酵速度、及び６６時間で１９．８％という世界最高濃度の到達アルコール濃度を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】精米歩合の違いによる発酵経過を示す図である。
【図２】タンパク質分解酵素量の違いによる発酵経過を示す図である。
【図３】流加培養システム（本発明の米糖化液使用）を用いたアルコール発酵経過を示す図である。
【図４】流加培養システム（従来法）を用いたアルコール発酵経過を示す図である。
【図５】流加培養システム概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の糖化液の製造方法としては、α化処理を施した精白米と米糠との混合物に、水の存在下、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させる方法であれば特に制限されず、上記精白米と米糠との混合物としては、精米歩合８０％〜９５％の精白米８０〜９５重量部と米糠５〜２０重量部の混合物、好ましくは８５％の精白米８５重量部と米糠１５重量部の混合物を好適に例示することができる。本発明の糖化液、すなわち、酵素処理後の精白米及び米糠の水溶性抽出物は、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素による酵素反応終了後、反応物を遠心分離処理、圧搾処理、濾過処理等の固液分離処理を行うことにより得られ、必要に応じて固液分離処理後に水で希釈し、成分濃度を調整することもできる。本発明の糖化液は、カリウム、リン、マグネシウムなどの塩類（ミネラル）、水溶性ビタミン類、単糖類、二糖類などの糖質、タンパク質、ペプチド、アミノ酸類など、酵母の増殖促進成分が含有されている。得られた糖化液をアルコール発酵に使用するときなどは、酵母が生育阻害を受けて発酵速度が低下することがないように、Ｂｒｉｘ（糖分）が１５〜２５％、全窒素分が１．２ｍｇ／ｍｌ以上、カリウムが４００ｐｐｍ以上、リンが３００ｐｐｍ以上、マグネシウムが５０ｐｐｍ以上の濃度となるように、中でも、Ｂｒｉｘが２０〜２１％、全窒素分が１．３〜１．９ｍｇ／ｍｌ、カリウムが４５０〜６００ｐｐｍ、リンが３００〜６００ｐｐｍ、マグネシウムが７０〜１５０ｐｐｍの濃度となるように、調整することが好ましい。
【００１５】
本発明の高濃度糖化液の製造方法としては、α化処理を施した精白米と米糠との混合物に、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させる高濃度糖化液の製造方法であって、仕込み水として、α化処理を施した精米歩合９０〜９５％の精白米に、水の存在下、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させて得られる糖化液を用いる方法、すなわち、精米歩合９０〜９５％の精白米をα化し、α化した前記精白米に、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を混和し、作用させて、精白米の水溶性抽出物である塩類、水溶性ビタミン類、糖質及びタンパク質、ペプチド、アミノ酸類を含有させた糖化液を得、得られた糖化液を仕込み水として利用する方法を好適に例示することができる他、α化処理を施した精白米と米糠との混合物に、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させる高濃度糖化液の製造方法であって、仕込み水として、α化処理を施した精白米と米糠との混合物に、水の存在下、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させて得られる糖化液（すなわち、本発明の糖化液）を用いる方法や、α化処理を施した精米歩合９０〜９５％の精白米に、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させる高濃度糖化液の製造方法であって、仕込み水として、α化処理を施した精白米と米糠との混合物に、水の存在下、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ及びタンパク質分解酵素を作用させて得られる糖化液（すなわち、本発明の糖化液）を用いる方法を例示することができる。
【００１６】
上記精白米と米糠との混合物としては、精米歩合８０％〜９５％の精白米８０〜９５重量部と米糠５〜２０重量部の混合物、好ましくは８５％の精白米８５重量部と米糠１５重量部の混合物を好適に例示することができ、上記精米歩合９０〜９５％の精白米としては精米歩合９０％の精白米を好適に例示することができる。本発明の高濃度糖化液は、酵素反応終了後、反応物を遠心分離処理、圧搾処理、濾過処理等の固液分離処理を行うことにより得ることができる。高濃度糖化液は粘性が高いために完全な固液分離が困難になるが、米の微細残渣が混入していても実用上問題はない。また、必要に応じて固液分離処理の前後に水で希釈し、成分濃度を調整することもできる。本発明の高濃度糖化液としては、Ｂｒｉｘ（糖分）が４０％以上、全窒素分が３．０ｍｇ／ｍｌ以上、カリウムが５００ｐｐｍ以上、リンが４００ｐｐｍ以上、マグネシウムが１００ｐｐｍ以上の濃度となるように、中でも、Ｂｒｉｘが４５〜５５％、全窒素分が３．０〜５．０ｍｇ／ｍｌ、カリウムが５００〜７００ｐｐｍ、リンが４００〜５００ｐｐｍ、マグネシウムが１００〜１５０ｐｐｍの濃度となるように調整して用いることができる。
【００１７】
本発明の前記精白米は、玄米を精米歩合８０〜９５％に精米し、玄米果皮及び種皮（米糠）と胚乳（精白米）とに分離することにより得られる。ここで、例えば精米歩合９０％とは、玄米を、精米して、得られる精白米が玄米の重量の９０％であり、残りの玄米果皮及び種皮（米糠）が１０％であることを意味する。なお、この操作で米糠は粉砕され、その後の酵素反応の促進効果及び有効成分の抽出効果を高めることができる。
【００１８】
上記α化処理としては、精白米を水に浸漬して吸水させ、必要に応じて米糠と混合した後の、蒸煮処理、過熱水蒸気処理、高周波処理等を挙げることができ、例えば、蒸煮処理の場合には、９５〜１１０℃、好ましくは９８〜１０５℃で、２０〜２４０秒間、好ましくは４０〜１８０秒間の条件で行うのがよく、過熱水蒸気処理には、例えば１２１℃、１５分のオートクレーブ処理を示すことができる。
【００１９】
α化処理後、冷却してα−アミラーゼ、グルコアミラーゼ、タンパク質分解酵素を添加して酵素反応を行うが、市販のものを用いることができ、例えば、α−アミラーゼとしては、『アミラーゼＡＤ「アマノ」１』（商品名、天野エンザイム株式会社製）、「コクゲンＳＤ−Ａ」（商品名、大和化成社製）、「スピターゼＨＳ」（商品名、ナガセケムテックス社製）などが使用できる。また、グルコアミラーゼとしては、「グルクザイムＡＦ６」（商品名、天野エンザイム社製）、「ユニアーゼ３０」（商品名、ヤクルト薬品工業社製）、「スミチーム」（商品名、新日本化学工業社製）などが使用できる。さらに、タンパク質分解酵素としては、『プロテアーゼＡ「アマノ」Ｇ』（商品名、天野エンザイム社製）、「アロアーゼＮＳ」（商品名、ヤクルト薬品工業社製）、「スミチームＬＰ」（商品名、新日本化学工業社製）などが使用できる。前記酵素の代わりに、これらの酵素を含む麹菌や麹、例えば、黒麹、黄麹、紅麹を用いることができ、また、これら酵素と麹、麹と麹を混合して用いても酵母等の発酵促進効果を有する糖化液を得ることができる。
【００２０】
酵素反応時のｐＨは特別調整する必要はないが、使用する酵素が作用するｐＨの範囲内でなければならない。酵素反応時間は反応温度にもよるが、でんぷんがグルコースに、タンパク質がペプチド・アミノ酸へ十分分解される時間が必要である。一例としては５５℃、２４時間で十分であるが、分解が十分にできているかの確認は糖度、全窒素、カリウム、マグネシウム、リンの各成分を分析することにより確認することができる。また、米のでんぷんが、酵母が資化可能な二単糖以下に分解されたかの確認は、培養試験若しくは糖分析を行うことで実施できる。米の分解が終了後、遠心分離などの方法により、固液分離することによって窒素源や炭素源、塩類、ビタミン類を含有する米糖化液を得ることができる。得られた米糖化液は黄色の透明な液体である。
【００２１】
本発明の高濃度アルコールの製造方法としては、上記本発明の糖化液を開始糖化液とし、上記本発明の高濃度糖化液を流加糖化液として用いる方法であれば特に制限されず、より具体的には、アルコール発酵酵母に発酵阻害を与えない糖濃度に調整した開始糖化液（本発明の糖化液）と、該開始糖化液の糖濃度より高い糖濃度の流加糖化液（本発明の高濃度糖化液）とを調製し、開始糖化液にアルコール発酵酵母を接種してアルコール発酵を行わせ、発酵液の糖濃度を直接的又は間接的にモニターしながら流加糖化液（高濃度糖化液）を発酵液に添加して、発酵液の糖濃度を制御しながらアルコール発酵を継続し、アルコール発酵全期間の３０〜８０％の時間内に流加糖化液の添加を終了して、アルコール濃度が１５ｖｏｌ／ｖｏｌ％以上となるまでアルコール発酵する半回分発酵法による高濃度アルコールの製造方法を好適に例示することができる。前記開始糖化液として、前記糖化液のＢｒｉｘ（糖分）が１５〜２５％、全窒素分が１．２ｍｇ／ｍｌ以上、カリウムが４００ｐｐｍ以上、リンが３００ｐｐｍ以上、マグネシウムが５０ｐｐｍ以上の濃度となるように調整された糖化液を用い、前記開始糖化液の糖濃度より高い糖濃度の流加糖化液として、前記糖化液のＢｒｉｘ（糖分）が４０％以上、全窒素分が３．０ｍｇ／ｍｌ以上、カリウムが５００ｐｐｍ以上、リンが４００ｐｐｍ以上、マグネシウムが１００ｐｐｍ以上の濃度となるように調整された高濃度糖化液を用いることが特に好ましい。
【００２２】
本発明の高濃度アルコールの製造方法に用いられる装置としては、発酵槽、流加糖化液貯留槽、発酵槽内の発酵液に通気する通気手段、発酵槽内の発酵液を攪拌する攪拌手段、発酵槽内の発酵液の糖濃度を直接的又は間接的にモニターする検知手段、検知手段からの信号に基づいて流加糖化液貯留槽から流加糖化液を発酵槽に流加させる制御手段を備えた装置を用いることができ、例えば、図５に示す装置を具体的に挙げることができ、以下、図５の装置における本発明の製造方法を説明する。
【００２３】
図５において、１は流加糖化液貯留槽、２は流量計、３は発酵槽、４はリレーユニット、５はフローセルタイプの屈折式糖度計、６は制御用コンピュータ、７と８は送液ポンプ、９はエアーポンプ、１０は発酵槽内の撹拌手段を表わす。
【００２４】
発酵槽３は、エアポンプ９により流量計２で測定された所定量の酸素を流入する通気手段と、発酵液を撹拌するための撹拌手段１０と、フローセルタイプの屈折式糖度計５のフローセルに発酵液が流入、流出して糖度を検知するための検知手段、及び流加糖化液貯留槽１より高濃度の糖化液を発酵槽に流加するため流加手段を備えており、いずれもポンプを介して高濃度糖化液や検知手段に用いる糖化液の流出入を行っている。発酵槽３に通気される酸素量は、酵母の種類、酵母の状態、培地の種類、発酵温度等により異なるが微酸素状態となるような量である。撹拌は、撹拌翼を有する撹拌棒を駆動装置により回転させるが、酸素量と同様に酵母の種類及び酵母の状態、流加糖化液の糖濃度（粘度）等により異なるが、２５０ｒｐｍ前後の回転数で行うことが好ましい。
【００２５】
先ず、発酵槽３に所定濃度の本発明の開始糖化液を仕込み、更に酵母を仕込んだ後に温度を所定温度に保ちつつ撹拌手段１０により穏やかに撹拌しながら発酵を開始させる。発酵期間全般にわたりフローセルタイプの屈折式糖度計５により測定された糖濃度を所定の糖濃度になるようにモニターしながら制御用コンピュータ６により、リレーユニット４を動作させ送液ポンプ８の電源をＯＮ、ＯＦＦさせることにより、開始糖化液の糖濃度より高い本発明の高濃度糖化液が収容された流加糖化液貯留槽１よりポンプ８を介して糖化液が適宜流加される。例えば、フローセルタイプの屈折式糖度計においては、経時的に所定の間隔で測定するが、例えば１０秒間隔、さらには、これより短いとより正確に測定できる。このように常に正確な糖濃度を測定し、その測定値に基づいて所望の糖化液の流加、糖濃度の維持、或いは糖化液の流加を終了することができる。所定の時間発酵後、高濃度糖化液の流加を終了させて、その後も発酵を続け、アルコールの生成具合をみて発酵を終了させる。本発明では、１０〜３５℃で２〜１５日間発酵を行い、例えば、２８．５℃で発酵させた場合２日間の培養でアルコール濃度は約１８％に達する。
【００２６】
本発明の糖化液や高濃度糖化液は、ビタミン類や微量成分をはじめとして様々な栄養成分を含有しているため、酵母細胞の増殖を促進し、発酵速度を向上させることが可能となることから、アルコール発酵の他、発酵食品の製造及び発酵法による食品添加物や医薬品等の物質生産に有用な発酵基質として利用可能である。また、原料には米以外を使用していないため、安全な発酵原料である。本発明の糖化液の利用される分野としては、清酒、焼酎等の酒類製造、食酢等の調味料製造、有機酸やアミノ酸、核酸等の物質生産、パン酵母製造など微生物生産等微生物を利用する様々な分野で利用できる。
【００２７】
さらに、本発明は、Ｂｒｉｘ（糖分）が１５〜２５％の糖化液を開始糖化液として、また、Ｂｒｉｘ（糖分）が４０％以上の糖化液を流加糖化液（高濃度糖化液）として用いて、流加培養システムに供することにより、高濃度アルコールを製造することができることから、本発明の高濃度アルコールの製造方法は、余剰の米を利用して、バイオエタノールを効率的に生産することができ、エコ対策の一環に役立つことが期待される。
【００２８】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下の実施例において、ブリックスの測定には、フローセルタイプに改良した屈折式ブリックス計（アタゴ社製、ＲＸ−５０００）を使用し、アルコール濃度の測定には、ガスクロマトグラフ（島津製作所製、ＧＣ９Ａ、ＦＩＤ検出器）を用い、全量注入法による絶対検量線法で求め、菌体密度は、培養液の１ｍｌをあらかじめ重量を測定したマイクロテストチューブに採取して、１５０００ｒｐｍ、３分間の遠心分離を行いその上澄みを除去後、その湿重量を測定して先の空重量を差し引くことで求めた。また、全窒素の測定にはビュッヒ・ラボテクニック社（スイス）製の「ケルダールオートサンプラーシステム：Ｋ−３７０／Ｋ−３７１」を用い、カリウム、マグネシウム及びリンの測定にはセイコーインスツルメンツ社製の「誘導結合プラズマ発光分析装置：ＳＰＳ３０００」を用いた。
【実施例１】
【００２９】
玄米を精米歩合８５％、９０％、９５％に精白し、それぞれの精白米１００ｇを純水に２時間浸漬後、軽く脱水した。また、８５％精白米８５ｇも同様に処理し、その後８５％精白米を調製した際に排出した米糠１５ｇを含水した８５％精白米に添加し、１２１℃、１５分のオートクレーブ処理を行った。８５％、９０％、９５％精白米それぞれ１００ｇも同様に、１２１℃、１５分のオートクレーブ処理を行った。純水１００ｍｌにα−アミラーゼ（天野エンザイム株式会社製の「アミラーゼＡＤ「アマノ」１」）、グルコアミラーゼ（天野エンザイム株式会社製の「グルクザイムＡＦ６」）を０．１％、プロテアーゼ（天野エンザイム株式会社製の「プロテアーゼＡ「アマノ」Ｇ」）を０．０５％添加した酵素溶液を、粗熱を取ったそれぞれの蒸米に加えて、５８℃で２２時間酵素反応を行った。酵素反応終了後、それぞれの反応物を遠心分離して固液分離を行い、糖化液を得た。得られた米糖化液のＢｒｉｘを測定し、高糖圧迫を引き起こさないように純水で希釈してＢｒｉｘ２０〜２１％になるよう調整した。
【００３０】
得られたそれぞれの米糖化液７．５ｍｌに前培養した協会９号酵母０．１ｍｌを添加して、３０℃で振とう培養を行った。２時間毎、培養容器を含めた培養液の重量を電子天秤にて測定することで、発酵により糖が消費されて発生した炭酸ガスの重量を測定した。その結果を図１に示す。図１に示すように、精米歩合が低くなる程発酵速度が遅くなっていることがわかる。最も速い玄米組成（８５％精白米及び米糠混合物）は２４時間以内に発酵が終了しているのに対して、８５％精白米では７２時間経過しても発酵は終了しなかった。発酵終了後の菌体密度は精米歩合が低下するに従い低くなっており、玄米組成と８５％精白米で約５倍の開きがあった。このことから、発酵速度は菌体密度と深く関連していることがわかった。菌体密度の向上に影響する因子について検討するために、発酵前後の各成分含量及び菌体密度を表１に示す。各成分の上の数字は、発酵前の含有量を、下の数字は発酵後の含有量を示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１に示すように米糖化液は、精米歩合が低くなるにしたがい全窒素が高くなり、逆にカリウム、マグネシウム、リンは低くなっている。このことから、塩類は糠成分中に多量に存在していることがわかる。一方、米糠中にはタンパク質も心白よりも多量に含まれているが、そのタンパク質はプロテアーゼによって分解されにくいことが示唆される。発酵終了後の各栄養成分は玄米組成とした８５％精白米＋米糠以外、カリウムとリンが殆どなくなっており、菌体密度の差がカリウムとリンの不足により、引き起こされたと考えられた。しかしながら、８５％精白米ではカリウムとリンは残存しているものの菌体密度が非常に低いことから、糠中に酵母の増殖に係わる成分の存在が示唆される。したがって、発酵促進効果を有する糖化液の製造には９０％以上の精米歩合の白米を使用するか、白米に米糠を添加しなければならない。
【実施例２】
【００３３】
玄米を９０％となるように精白し、この９０ｇを２時間純水中に浸漬後、米糠１０ｇを添加して１２１℃、１５分間オートクレーブした。１００ｍｌの純水にα−アミラーゼ、グルコアミラーゼを原料米に対して各０．１０％、プロテアーゼを原料米に対して０％、０．０２５％、０．０５％、０．１０％となるよう添加し、粗熱を取った蒸米に添加して５８℃で２２時間糖化を行った。糖化後それぞれを遠心分離して固液分離を行った。これら糖化液のＢｒｉｘを測定し、それぞれの糖化液をＢｒｉｘ２０〜２１％に調整した。
【００３４】
得られた米糖化液７．５ｍｌに前培養した協会９号酵母を０．１ｍｌ添加して、３０℃で振とう培養を行い２時間毎にその重量を測定し、発酵により糖が消費され発生した炭酸ガスの重量を求めた。また、糖化液と発酵修了後の培養上清の全窒素、カリウム、リン、マグネシウムの濃度を測定した。図２に示すように、プロテアーゼ添加量が多くなるに従い、発酵速度は速くなっているのがわかる。また、表２に示すように全窒素はプロテアーゼ添加量が多くなるにしたがって多くなっており、これに伴い菌体密度の上昇、発酵速度の向上が認められる。また、カリウムやマグネシウム、リンなどの塩類もプロテアーゼ添加量が多くなると若干多くなっていることから、プロテアーゼ処理により塩類の溶出量が増加することは明らかである。これらのことから、発酵速度を向上させるためには菌体密度を上昇させることが必須であり、そのためには米糠の添加と共にプロテアーゼによる処理が必要である。
【００３５】
【表２】
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【実施例３】
【００３６】
９０％精白米５４０ｇを２時間純水中に浸漬・脱水後、その米糠６０ｇを添加して１２１℃、１５分間オートクレーブした。６００ｍｌの純水にα−アミラーゼ、グルコアミラーゼ、プロテアーゼを原料米に対して各０．１０％となるよう添加後、粗熱を取った蒸米に添加して５８℃で２２時間糖化を行った。糖化後、遠心分離して固液分離を行い、糖化液のＢｒｉｘを測定、純水で希釈してＢｒｉｘ２０％に調整した開始糖化液９００ｍｌを得た。前記開始糖化液には、全窒素が１．４３ｍｇ／ｍｌ、カリウムが５１０ｐｐｍ、マグネシウムが８７ｐｐｍ、リンが３５０ｐｐｍの濃度の各成分を含有していた。
【実施例４】
【００３７】
９０％精白米５００ｇを２時間純水中に浸漬・脱水後、１２１℃、１５分間オートクレーブした。５００ｍｌの純水にα−アミラーゼ、グルコアミラーゼ、プロテアーゼを原料米に対して各０．１０％となるよう添加後、粗熱を取った蒸米に添加して５８℃で２２時間糖化を行った。糖化後、遠心分離して固液分離を行い、Ｂｒｉｘ３５％程度の糖化液６５０ｍｌを得た。この糖化液５００ｍｌを次の蒸米の仕込み水として用い、２段糖化を１段目と同様にして行いＢｒｉｘ約５０％の高濃度糖化液６２０ｍｌを得た。前記高濃度糖化液には、全窒素が４．２５ｍｇ／ｍｌ、カリウムが５７５ｐｐｍ、マグネシウムが１２４ｐｐｍ、リンが４４８ｐｐｍの濃度の各成分を含有していた。
【実施例５】
【００３８】
実施例３で得られた開始糖化液９００ｍｌをジャーファーメンターに入れ、これに前培養した協会９号酵母１５ｍｌを添加して培養温度２８．５℃、通気量５０ｍｌ／分、攪拌速度２５０ｒｐｍで培養を開始した。発酵液糖化液のＢｒｉｘを１０秒ごとに測定し、Ｂｒｉｘが２．７％低下してから、この低下した状態のＢｒｉｘ値を一定に保ちながら、実施例４で得られた高濃度糖化液３５０ｍｌを漸次流加した。その後、さらにＢｒｉｘが０．５％低下してから７０ｍｌを２回、さらに０．５％低下してから６０ｍｌ、５０ｍｌとＢｒｉｘ値を一定に保ちながら流加し、最終的に６００ｍｌを流加した。流加終了後、そのまま発酵を継続し、Ｂｒｉｘ値の低下が認められなくなってから６６時間で発酵を終了した。このときの発酵経過を図３に示す。
【００３９】
図３より、Ｂｒｉｘは設定した値で安定して推移しており、流加終了後も順調に低下して発酵開始後約５８時間で一定に達した。流加速度は流加開始から順調に伸びており、流加終了時にもその落ち込みは少なくなっていた。菌体密度は発酵開始後１２時間後から急速に増加し、３６時間では６０ｍｇ／ｍｌを超え、その後徐々に低下して６０時間以降急速に低下した。アルコール濃度は発酵開始１２時間以降急速に上昇し、４８時間では１８％を超え、６０時間には約２０％に達していた。このことから、本発明により調整された米糖化液が高発酵性糖化液であることは明らかであり、この米糖化液を用いると、高濃度アルコールを効率的に得ることができることがわかる。
【００４０】
［比較例］
１５％グルコース、２ＭＹ培地（酵母エキス：０．６％、麦芽エキス：０．６％、ペプトン：１％）９００ｍｌをジャーファーメンターに入れ、これに前培養した協会９号酵母１５ｍｌを添加して培養温度２８．５℃、通気量５０ｍｌ／分、攪拌速度２５０ｒｐｍで培養を開始した。発酵液糖化液のＢｒｉｘを１０秒ごとに測定し、Ｂｒｉｘが１．１％低下してから、５５％グルコース、ＭＹ培地を６００ｍｌ、Ｂｒｉｘ値を一定に保ちながら流加した。流加終了後、そのまま発酵を継続し、Ｂｒｉｘ値の低下が認められなくなってから９０時間で発酵を終了した。このときの醗酵経過を図４に示した。
【００４１】
図３と図４の比較から、明らかに本発明によって得られた米糖化液を使用した方の菌体密度が向上し、アルコール生成速度及びアルコール濃度の向上が認められる。また、到達アルコール濃度も向上しており、本発明によって得られた米糖化液が酵母の菌体密度を向上させ、アルコール生成能を向上させる効果があることが確認されたことから、本発明により得られた糖化液の発酵促進効果は明らかである。
【符号の説明】
【００４２】
１  流加糖化液貯留槽
２  流量計
３  発酵槽
４  リレーユニット
５  フローセルタイプの屈折式糖度計
６  制御用コンピュータ
７  送液ポンプ
８  送液ポンプ
９  エアーポンプ
１０  撹拌手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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