(57)【要約】【課題】生産性良好に脂質高含有の炭水化物系原料（主として澱粉質原料）であっても、生産性良好にバイオエタノールを製造できる方法を提供すること。【解決手段】非セルロース系の炭水化物（糖質）とともに脂質を含む廃棄菓子等の炭化物系原料から、適宜粉砕工程を経た後、脂質除去工程、加水分解（液化・糖化）工程、エタノール発酵工程及び発酵エタノール濃縮工程を含むバイオエタノールを製造する方法。脂質除去工程を、エタノールを抽剤（溶媒）とする抽出法により行う。抽出により発生した抽残分離物である脱脂澱粉を、エタノール発酵の原料とする。該エタノール発酵をＭＦ−１２１株に代表される耐酸／耐塩酵母を用いて行うことが望ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非セルロース系の炭水化物（糖質）とともに脂質を含む炭水化物系原料を、適宜粉砕工程を経た後、水溶性炭水化物除去工程、脂質除去工程、加水分解（液化・糖化）工程、エタノール発酵工程及び発酵エタノール濃縮工程を含むエタノールを製造する方法において、
前記脂質除去工程を、エタノールを抽剤（溶媒）とする抽出法により行い、該抽出抽残分離物である脱脂澱粉をエタノール発酵の原料とすることを特徴とするバイオエタノールの製造方法。
【請求項２】
前記エタノール発酵を耐酸／耐塩酵母を用いて行うことを特徴とする請求項１記載のバイオエタノールの製造方法。
【請求項３】
前記炭水化物系原料が、脂質含有率4％以上（水分0％換算値）であることを特徴とする請求項１又は２記載のバイオエタノールの製造方法。
【請求項４】
前記脂質除去工程において、濃度が15〜90w/ｖ％のエタノールを使用するとともに、温度を常温〜80℃とすることを特徴とする請求項１、２又は３記載のバイオエタノールの製造方法。
【請求項５】
前記加水分解工程を、酵素加水分解と酸加水分解の２段階で行うことを特徴とする請求項１〜４いずれか一記載のバイオエタノールの製造方法。
【請求項６】
前記耐酸／耐塩酵母として、Ｉｓｓａｔｃｈｅｎｋｉａ属ｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ種のアルコール発酵性酵母ＭＦ−１２１株（受託番号ＦＥＲＭ Ｐ−１９３６８）を用いることを特徴とする請求項２〜５いずれか一記載のバイオエタノールの製造方法。
【請求項７】
前記脂質除去工程に使用する前記エタノールの一部又は全部が、前記発酵エタノール濃縮工程で発生するエタノールであることを特徴とする請求項１〜６いずれか一記載のバイオエタノールの製造方法。
【請求項８】
前記発酵エタノール濃縮工程で発生する酵母培地残液（培養液残渣）を、酵母培地調製槽に戻して循環使用することを特徴とする請求項１〜７いずれか一記載のバイオエタノールの製造方法。
【請求項９】
前記エタノール発酵工程を、前記アルコール発酵性酵母ＭＦ−１２１株の酵母固定化担体の充填槽であるバイオリアクターで連続的に行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一記載のバイオエタノールの製造方法。
【請求項１０】
前記酵母固定化担体が植物繊維集合体で形成されていることを特徴とする請求項９記載のバイオエタノールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非セルロース系の炭水化物（糖質）とともに脂質を含む炭水化物系原料(バイオマス：生物資源)から、エタノール発酵によりバイオエタノール（バイオエネルギー：生物エネルギー）を製造する方法に関する。特に、本発明は、バームクーヘン、ショートケーキ、ホットケーキ等の脂質高含有の廃棄洋菓子を炭水化物系原料とする場合に好適な発明であり、さらには、生産スケールが小さくても稼動可能な小型プラントに適した発明である。
【０００２】
ここでは、廃棄洋菓子を、主として例に採り説明する。
【背景技術】
【０００３】
従来、廃棄洋菓子は、そのまま燃焼させるか、又は、産業廃棄物として、生ゴミ処理されているのが現状である。
【０００４】
しかし、廃棄洋菓子は、砂糖、澱粉（炭水化物）等の糖質含有率が高いとともに、塩分（隠し味として食塩を含有させる。）も含むため、ダイオキシン等の公害物を発生する。また、廃棄洋菓子は、腐敗が進行し易く、その処理を速くしないと、腐敗し悪臭を出すおそれがある。保管しておくには、冷蔵等が必要であり、余分な化石燃料（化石エネルギー）が間接的に消費される。
【０００５】
他方、地球温暖化や異常気象の多発化は、化石燃料に依存し過ぎた生活が大きな原因であると認識されるようになってきた。同時に、20世紀後半の大量生産・大量消費・大量廃棄は、地球の許容量を越えた活動であることも分かってきた。21世紀前半は、あらゆる資源を大切に且つ適切に利用し、生活に必要な物質やエネルギーをできるだけ環境を損なわずに生産し活かして使う「持続可能な開発」型社会へ移行する時期と考えられる。
【０００６】
「持続可能な開発」とは、「環境と開発に関する世界委員会」が1987年に公表した報告書「Our Common Future」の中心的な考え方を取り上げた概念で、将来の世代の欲求を満たしつつ、現在の世代の欲求も満足させるような開発をいう。（用語集「持続可能な開発」[online]、外務省［平成19年4月26日検索］、インターネット＜URL：htpp://www.mofa.go.jp/mofaj/gaiko/kankyo/wssd/yogo.html＞から引用）
上記「持続可能な開発」の見地から、カーボンニュートラル（CO2ニュートラル）のバイオマスからバイオエタノールを生産することは急務とされている。カーボンニュートラルとは、植物中の炭素は酸化反応（燃焼反応）によりCO2を大気中に放散しても、該CO2は植物が成長過程で炭酸同化作用により大気中から取り込んだ量となり、結果的にプラスマイナス・ゼロ（ニュートラル）になることをいう。
【０００７】
バイオエタノールをトウモロコシや砂糖、イモ類や多収穫米等から生産すると、一時凌ぎにはなるがいずれ食料問題とぶつかる。
【０００８】
また、農業廃棄物であるワラ類や間伐等で生ずる林地残材などのセルロース系バイオマスは堅すぎるため、糖化工程で解決しなければならない課題はまだ多い。さらに、利用するバイオマス資源の種類でバイオエタノールの製造設計や事業化の規模などが異なってくる。現状は、バイオマスの一定供給が保障され、生産スケールが大きくないと、稼動できない設備がほとんどである。
【０００９】
企業にとっては、燃料費や産廃費の支出を可及的に緩和することや、環境保全の仕組みをうまく取入れ商品開発や産業活動が行なえる体質へ改善することも急務である。
【００１０】
この見地から、廃棄洋菓子類の発生場所で、バイオエタノールを製造できると、産廃量を少なくできるのと同時に自前で生産したエタノールと化石燃料と混合してエネルギー利用が可能となり、ライフサイクルアセスメント（ＬＣＡ：Lifecycle assesment）が向上する。
【００１１】
このシステムを取入れると、ロハス(Lifestyles of Health and Sustainability)的思考で、企業活動や商品販売のイメージ作りが可能となる。このため、当該システムを実用化することが、食品企業群から希求されている。
【００１２】
本願発明の特許性に影響を与えるものではないが、本願の出願人の一人から、先に下記構成の「廃棄洋菓子からの燃料の製造方法」が提案されている（特許文献１）。
【００１３】
「糖質を固形分基準で４５質量％以上含んだ廃棄洋菓子を、酵母菌によりアルコール発酵させて燃料用エチルアルコールを製造することを特徴とする。」
さらに、本願の発明者の一人により、本発明で使用する耐酸・耐塩性のアルコール性発酵酵母を使用して下記構成のアルコールを製造する方法が提案されている（特許文献２）。
【００１４】
「Ｉｓｓａｔｃｈｅｎｋｉａ属ｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ種のアルコール発酵性酵母ＭＦ−１２１株（受託番号ＦＥＲＭ Ｐ−１９３６８）を含む培養液に単糖を含む有機基質を加えることからなるエタノールを製造する方法。」
【特許文献１】特開2004−242532号公報
【特許文献２】特開2004−344084号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、上記要望に応えることができる、小規模稼動が可能なバイオエタノールの製造方法は、本発明者らは寡聞にして知らない。
【００１６】
また、上記のような廃棄洋菓子のような炭水化物系原料（バイオマス）の場合、発酵阻害物質となる脂質を含み、さらには、防腐剤、乳化剤、増粘剤等の各種添加剤を含んでいる。このため、特許文献１のような発想はあったが、発酵効率の見地から実用化されていないのが現状である。
【００１７】
本発明は、上記にかんがみて、脂質高含有の炭水化物系原料（主として澱粉質原料）であっても、生産性良好にエタノールを製造できる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意開発に努力をする過程で、高濃度のエタノール中で、粉砕原料を、抽出処理すれば、実用的な酵母用培地の調製が可能となり、さらには、アルコール発酵も可能となることを知見した。
【００１９】
すなわち、本発明者らは、表１の澱粉系食品成分表において、米飯（低脂質）、食パン（中脂質）、バームクーヘン（高脂質）を選択し、硫酸加水分解物のエタノール発酵を、特許文献２に記載されている耐塩・耐酸性アルコール発酵性酵母を用いて試験した。なお、試験の前にいずれも活性炭で前処理を行った。この結果、米飯及び食パンは発酵したが、バームクーヘンの場合は活性炭で前処理をしても酵母の生育すらしなかった。また、脂質含有率が少ない米飯の方が食パンより発酵が早いこと、バームクーヘンでもエタノールで脱脂処理をするとエタノール発酵できることを知見した。
【００２０】
上記知見に基づき、下記構成のバイオエタノールの製造方法に想到した。
【００２１】
非セルロース系の炭水化物（糖質）とともに脂質を含む炭化物系原料を、適宜粉砕工程を経た後、脂質除去工程、加水分解（液化・糖化）工程、エタノール発酵工程及び発酵エタノール濃縮工程を含むエタノールを製造する方法において、
脂質除去工程を、エタノールを抽剤（溶媒）とする抽出法により行い、該抽残分離物である脱脂澱粉をエタノール発酵の原料とすることを特徴とする。
【００２２】
なお、エタノール発酵は、汎用のエタノール発酵酵母（例えば、サッカロミセスセルビシエ）を使用可能であるが、耐酸／耐塩酵母を用いて行うこと、さらには、アルコール発酵性酵母ＭＦ−１２１株（受託番号ＦＥＲＭ Ｐ−１９３６８）を用いることが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下の説明で濃度を示す各値の意味は、ＳＩ単位では下記の換算値となる。
【００２４】
％：質量％（全質量100ｇに対する特定成分のｇ数を％表示したもの。）
w/ｖ％：溶媒100ｃｍ3に対して溶質の添加g数を％表示したもの
ｇ／Ｌ：溶媒１Ｌに対する溶質の添加ｇ数（ＳＩ単位：ｋｇ／ｍ3）
以下、本発明を実施するのに望ましい形態について、説明する。なお、図１に廃棄菓子類からバイオエタノールを製造する場合の本発明の概念図を示す。
【００２５】
本発明は、基本的に、非セルロース系の炭水化物とともに脂質を含む炭水化物系原料を適宜、粉砕工程を経た後、(1)脂質除去工程、(2)液化・糖化工程、(3)エタノール発酵工程及び(4)発酵エタノール濃縮工程の順に経てバイオエタノールを製造する方法である。
【００２６】
炭水化物系原料としては、表１に示すような澱粉系食品の内、中脂質乃至高脂質のものの廃棄物を好適に使用できる。すなわち、水分0％換算値（水分を除いた成分合計量）で脂質含有率が4％以上、さらには10％以上のものに適用することが望ましい。脂質含有率が高いと、酵母の生育（細胞増殖）が阻害され、エタノール発酵がなされないか、又は、酵母の生育がなされても、エタノール発酵の効率が極めて低い（時間がかかる。）。
【００２７】
【表１】
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表１に示す以外に、澱粉系食品としては、カステラ、ドーナツ、スナック菓子、プディング（高脂質）等を挙げることができる。なお、これらの菓子類には、添加剤として、甘味料、食塩、増粘多糖類、防腐剤等が含有されている。
【００２８】
甘味料としては、砂糖（シュクロース）、蜂蜜（グルコースとフルクトースが主成分）、トレハロース、水飴、果糖（フルクトース）、その他オリゴ糖類がある。これらは、単糖類の場合は、そのままアルコール発酵に使え、二糖類の場合は、単糖化が容易であり、トータル的に加水分解工程（液化・糖化）の短縮に寄与する。
【００２９】
増粘多糖類としては、カラギーナン、寒天、アルギン酸、キサンタンガム、ジェランガム、ペクチン、グァーガム、タラガム、ローカストビーンガム、等がある。これらは、適当な酵素を選択して酵素加水分解及び／又は酸加水分解して単糖化すれば、エタノール発酵の原料となる。すなわち、原料全体の発酵によるエタノール変換原料比率が増大する。
【００３０】
防腐剤としては、安息香酸類、ソルビン酸類、デヒドロ酢酸類、等がある。これらの成分は、多くの場合、エタノール発酵の阻害物質となることが懸念されていた。しかし、エタノール抽出による脂質除去工程により、同時に、防腐剤もエタノール発酵の系外に排除可能であることを本発明者らは知見した。
【００３１】
また、澱粉系以外のものとして、各種デザートゼリー、果汁飲料、各種乳製品（乳飲料、ヨーグルト、チーズ）、等の固形物・半流動物・流動物を挙げることができる。これの多くは、上記と同様に、炭水化物系成分（糖質）が多量に含まれているため、上記澱粉系炭水化物と混合して、又は、単独で、バイオマスとして使用可能である。
【００３２】
以下、各工程について詳細に説明する（図２・３参照）。なお、図例中、「Ａ」は攪拌機を示し、「Ｊ」は温調ジャケットを示す。
【００３３】
ここでは、炭水化物系原料として、バームクーヘン、ドーナツ、ポテトチップの廃菓子混合物を炭水化物系原料（2.5ｋｇ）とする場合を例に採る。
【００３４】
該炭水化物系原料の成分組成は、脂質：約24％、炭水化物：約52％、たんぱく質：約6％、水分：約18％である。
【００３５】
（１）粉砕工程
上記炭化水素系原料が固形乃至半流動性の場合は、通常、汎用の微粉砕機を使用できる。微粉砕機としては、ミキサー（粉砕機）１２や混練機等を使用可能である。
【００３６】
（２）脂質除去工程
エタノールを抽剤（溶媒）として抽出法により行う。このときの抽剤条件（原料濃度、エタノール濃度、温度、時間）は、炭水化物系原料の組成（特に脂質含有率）及び形態（固形物、流動物）により異なる。
【００３７】
原料濃度（固形原料の場合）：10〜60w/ｖ％、より普通には20〜40w/ｖ％
エタノール濃度：15〜90w/ｖ％、より普通には45〜80w/ｖ％、さらに普通には55〜65w/ｖ％とする。
【００３８】
温度：常温〜80℃、より普通には55〜65℃
時間：10〜120min、より普通には30〜60min
上記エタノール濃度や温度が低すぎたりすると脂質抽出に時間がかかり実際的でない。また、エタノール濃度が高いと脂質抽出効率は増大傾向にあるが、該増大傾向は高濃度になるに従って逓減する。したがって、コスト的な見地も考慮するとエタノール濃度は、高すぎない方がよい。また、温度が高すぎるとエタノールの蒸発量が多くなる。ちなみに、エタノールの沸点は、78.3℃である。
【００３９】
上記脂質除去工程を経たものは、固液分離を行う。ここで、澱粉系原料が主体のエタノールに不要ないし難溶性の炭水化物（澱粉質や多糖類）が多い場合、遠心分離とする。エタノール溶解性の溶液の場合（飲料を原料とする場合）、蒸発分離等の濃縮工程を経て固形分（高含水物も含む。）を取り出す。原料によっては、フィルター分離も可能である。
【００４０】
取り出した固形分は、必然的ではないが、通常、凍結乾燥、真空乾燥等して、水分を飛ばしておくことが望ましい。腐敗乃至変敗による悪臭の発生を防止するためである。
【００４１】
なお、上記において、炭水化物系原料が、砂糖、蜂蜜、果糖等の水溶性炭水化物を多量に含む場合は、予め、脂質除去工程に先立ち、水または低濃度アルコールにより水溶性炭水化物除去工程を経るようにすることが望ましい。同時に、菓子類に含まれている食塩や防腐剤の一部も除去され、後工程である脂質除去工程及びエタノール発酵工程における負荷が低減されて、生産性向上に寄与する。
【００４２】
こうして分離回収した水溶性炭水化物は、加水分解工程に戻すことも可能である。
【００４３】
（３）加水分解工程（液化・糖化工程）
通常、加水分解工程は、液化容易化の見地から、酵素加水分解と酸加水分解の二段とする。
【００４４】
炭水化物が澱粉質の場合、酵素としては、通常、アミラーゼ（例えば、αアミラーゼ）を使用するが、洋菓子類は、たんぱく質も含有しているため、プロテアーゼ（たんぱく質分解酵素）を使用して、前処理を行うことが望ましい。なお、炭水化物の原料によっては、複数種のアミラーゼを併用することが望ましい。
【００４５】
澱粉系炭化による酵素加水分解の条件は、酵素の種類により異なるが、例えば、αアミラーゼの場合、下記のような条件とする。
【００４６】
澱粉乳濃度・・・30〜100w/ｖ％、
ｐＨ・・・6.5〜7.0、
液化温度／時間・・・80〜90℃×40〜80min、
酵素使用量・・・酵素タイプに応じて適宜量
酸加水分解の酸としては、硫酸、塩酸、シュウ酸等を使用可能である。そのときの条件は、硫酸の場合、下記のような条件とする。
【００４７】
澱粉乳濃度・・・同上、
酸規定度・・・0.6〜1.0Ｎ
液化温度／時間・・・100〜110℃×90〜150min、
加水分解工程を経た原料（加水分解溶液）は、固液分離を行う。この固液分離に先立ち、必然的ではないが、吸着剤（活性炭、アルミナ、合成ゼオライト等）を加えて、エタノール発酵阻害成分（夾雑物）が可及的にアルコール発酵工程に混入しないようにしておくことが望ましい。
【００４８】
固液分離は、通常、生産性の見地から、遠心分離とするが、フィルター、沈降分離、等
であってもよい。こうして得られた糖化液（グルコース、フルクトース等の単糖類混合物）は、通常、グルコース換算で20〜40w/ｖ％のものが得られる。
【００４９】
（４）エタノール発酵工程
一対のバイオリアクター３２、３２を用意する。該バイオリアクター３２は、循環運転するため、通常、培養液循環ポンプ３６と培養液タンク（蓄積タンク）３８、４０等とを有する循環配管を備えたものとする（図３参照）。
【００５０】
バイオリアクター３２の塔内には、アルコール発酵性酵母ＭＦ−１２１株の酵母固定化担体の充填層を形成する。該固定化担体は、特に限定されないが、例えば、植物繊維集合体（セルロース系）で形成することが望ましい。石油を原料とする合成樹脂に比して化石エネルギー投入量を削減できる。植物繊維集合体としては、具体的には、ヤシマット、麻マット、ヘチママット等を例示できる。なお、植物繊維集合体が、循環運転中に偏在しないように、所定間隔でバッフルを配しておく。また、植物繊維集合体に本発明のＭＦ１２１株を予め固定担持させて、パッケージ化して取替え可能としておくこともできる。
【００５１】
なお、本発明者らは、ヤシマットが、通気性が良好で、麻マットやヘチマより、ＭＦ１２１株の固定化能が高いことを確認している（図４（Ａ）・（Ｂ）参照）。なお、固定化に使用した培養液は、ｐＨ2.5、グルコース3.0w/ｖ％、ポリペプトン1.0w/ｖ％、酵母エキス0. 5w/ｖ％、硫酸ナトリウム2.5w/ｖ％である。
【００５２】
ここで、アルコール発酵性酵母ＭＦ−１２１株とは、特許文献２に記載の「Ｉｓｓａｔｃｈｅｎｋｉａ属ｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ種のアルコール発酵性酵母ＭＦ−１２１株（受託番号ＦＥＲＭ Ｐ−１９３６８）」のことである。
【００５３】
（4-0)酵母培養及び固定化
担体へのＭＦ１２１株の固定化（担持）は、例えば、慣用の方法で行うことができる。すなわち、ヤシ繊維等の担体を、菌体を摂取した培養液中で浸漬して振とう培養により固定化してもよいが、後述のバイオリアクター内を菌体を含む培養液を所定時間通過させてもよい。
【００５４】
（4-1）培養液調製工程
加水分解工程（糖化工程）で得た糖化液（炭素源）に、窒素源、ミネラルを添加するとともに、ｐＨ調節を行う。
【００５５】
ここで、一般的に雑菌繁殖が抑制されるｐＨ3.0以下、望ましくはｐＨ2.0〜2.5に調節をする。これにより、エタノール発酵の稼動を一時的に止めても、殺菌することなく、再運転可能となる。すなわち、連続運転する必然性がなく、原料の確保が一時的に確保できなくてもよい。
【００５６】
培養液の組成は、下記のような組成とする。さらに、ミネラル（Ｍｇ、Ｃａ、Ｆｅイオン等）を微量添加しておくことが望ましい。このため、培養液調製水として、ミネラル分が豊富な地下水乃至海水を使用する。
【００５７】
ｐＨ調節用のアルカリ水としては、酸加水分解で使用した酸と反応して沈殿を生成させないものなら特に限定されない。たとえば、酸が硫酸の場合、ＮａＯＨaqやＫＯＨaqを使用するが、アンモニア水であってもよい。アンモニア水を使用すれば、アンモニアと硫酸の反応生成物である硫安が、エタノール発酵の窒素補助源として使用可能となる。このため、窒素源である、ポリペプトンや酵母エキスの使用量を大幅に減じることができる。
【００５８】
炭素源（グルコース）・・・3〜20w/ｖ％、望ましくは10〜15w/ｖ％
窒素源（ポリペプトン、酵母エキス、アンモニア等）・・・窒素源種類に応じて適宜量
ミネラル（Ｍｇ、Ｃａ、Ｆｅイオン等）・・・0〜5w/ｖ％、通常、工業用薬品を使用する。なお、水として、ミネラル分の豊富な地下水や海洋深層水を、乃至、鉱石粉末を添加した水を使用して補給することもできる。
【００５９】
(4-2)エタノール発酵工程
上記で調製をした培養液を、バイオリアクターに送り込み、循環させ、所定時間アルコール発酵をさせ、エタノールが設定濃度以上となったら、循環運転をしながら、その一部を濃縮塔へポンプ輸送する。エタノール濃度が高くなると、酵母活性が相対的に低下するためである。
【００６０】
通常、エタノールの設定濃度は、3〜10w/ｖ％（望ましくは4〜8w/ｖ％）の範囲で適宜設定する。濃度が低すぎると、エタノール濃縮の生産性が低下する。
【００６１】
また、一部を取り出す場合の還流比は培養液全体の１/10〜3／10、望ましくは動1.5／10〜2.5／10とする。還流率が低すぎても、還流率が高すぎても、生産性が低下する。
（５）発酵エタノノール濃縮工程
(5-1)一次濃縮工程
特に限定されず、本実施形態では、フラッシュ蒸発器４４を使用して行う（図３参照）。フラッシュ蒸発器４４は、加熱ジャケットＪ及び攪拌機Ａを備えた減圧蒸発槽４４ａと、減圧蒸発槽４４ａでフラッシュ蒸発させたエタノールを真空ポンプを備えた凝縮器（熱交換器）４４ｂとで構成されている。
【００６２】
減圧蒸発槽４４ａに噴射流入した発酵エタノールは、減圧蒸発槽４４ａの加熱ジャケットＪで加熱された内壁で加熱気化して（水と分離されて）、凝縮器に送気・液化されて、一次濃縮エタノール（バイオエタノール）としてバイオエタノール回収タンク４５に回収される。このときの一次濃縮エタノールは、通常、6〜20w/ｖ％、望ましくは、8〜15w/ｖ％の範囲で適宜設定する。
【００６３】
(5-2)二次濃縮工程
こうして得た一次濃縮エタノールは、慣用の蒸発装置（蒸留装置）及び／又は脱水装置を使用して90w/ｖ％以上、望ましくは95w/ｖ％以上（エタノールの共沸濃度は96容量％）に濃縮して、工業用乃至燃料用のバイオエタノールとする。この濃縮されたバイオエタノールは、一部、前述の脂質除去工程のエタノール（抽剤）として循環使用することができる。
（６）培養液残渣循環工程
上記一次濃縮工程で生成した培養液残渣は、一般的な雑菌が繁殖しないｐＨ3以下である。このため、培養培養液残渣タンク４６、４８に一時的に貯蔵しておいて、培養液調製槽３４に還流させて循環使用することができる。このため、従来のバイオエタノールの製造では、廃棄していた培養液残渣の有効利用が可能となる。
【実施例】
【００６４】
以下、本発明を実施例に基づいて、さらに詳細に説明する（図２〜３の流れ参照）。
【００６５】
なお、バイオリアクター３２は、容量約20Ｌ（20ｃｍφ×70ｃｍＨ）の充填層（担体）は、ヤシマット（嵩密度：0.3〜0.4ｇ／ｃｍ3）を使用した。
【００６６】
炭水化物系原料としては、廃棄洋菓子（バームクーヘン、ドーナツ、ポテトチップの混合物：炭水化物含有率52％）を用意する。
【００６７】
ＭＦ１２１培地は、下記カビ用の合成培地「改変ザペック（Czapeec）」に、ＭＦ１２１株を、0.078ｇ／Ｌを接種して、７２ｈかけて増殖させた。
【００６８】
グルコース                  30ｇ／L 
ポリペプトン                10ｇ／L
酵母エキス                   5ｇ／L
こうして、増殖させた、ＭＦ１２１株を、下記組成のエタノール発酵用の培養液(12Ｌ)に移した。
【００６９】
ＮａＮＯ3                  3ｇ／Ｌ
Ｋ2ＨＰＯ3                 1ｇ／Ｌ
ＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏ       0.5ｇ／Ｌ
ＦｅＳＯ4・７Ｈ2Ｏ      10ｍｇ／Ｌ
グルコース                100ｇ／Ｌ
ｐＨ                            2.5
この培養液を、各バイオリアクター３２を所定時間、循環（流速0.2Ｌ／min×96ｈ）させて、ＭＦ１２１株を担持させておく。
【００７０】
（１）粉砕工程：廃棄洋菓子の混合物をミキサー１２に、投入して粉砕して、原料を調製する。
【００７１】
（２）脂質除去工程：上記粉砕物2.5ｋｇを、内容積20Ｌ程度の脱脂処理容器１４に移し、70w/ｖ％エタノール12.5Ｌを添加して、攪拌しながら60℃×1ｈの条件で脱脂処理を行う。
【００７２】
（３）固液分離工程：遠心分離装置１６を用いて3000〜6000min-1×10minの条件で、脱脂澱粉（抽残物）と、脂質が溶けたエタノール（抽出液）とに固液分離を行う。
【００７３】
（４）加水分解工程
（4-1）酵素加水分解工程（酵素糖化工程）：固液分離で得た脱脂澱粉2.0ｋｇを、酵素加水分解槽１８に移す。そして、水2.5Ｌを加えて、攪拌しながらプロテアーゼ及びαアミラーゼを順次添加して酵素加水分解を行う。すなわち、プロテアーゼ適量を添加して至適温度50℃×0.5ｈの条件でたんぱく質の加水分解後、αアミラーゼ適量を添加して至適温度85〜90℃×１ｈで澱粉（炭水化物）の加水分解を行う。
【００７４】
（4-2）上記で得た酵素糖化液を温調ジャケットＪ付きのオートクレーブ２０に移す。そして、12ＮのＨ2ＳＯ4をＨ2ＳＯ4濃度が0.8Ｎになる量添加して、攪拌しながら酸加水分解を105℃×2ｈの条件で行う。
【００７５】
（4-3）上記で得た糖化液を夾雑物除去槽２２へ移し、活性炭50ｇを添加して60℃×1ｈの条件で攪拌したものを遠心分離装置２４に移す。
【００７６】
該遠心分離装置により固液分離を行い、エタノール発酵の原料となる糖化液を回収する。このとき得られる糖化液は約4.0Ｌで、そのグルコース濃度は、約30w/ｖ％なる。
【００７７】
（５）エタノール発酵工程
前記培養液調製槽３４に、上記(4)で調製した糖化液に培養液残渣を添加するとともに、5ＮのＮａＯＨ、５ＮのＮＨ4ＯＨ、および10w/ｖ％ポリペプトンの10w/ｖ％酵母エキス（栄養補給用）を添加し、下記組成の培養液（１２Ｌ）を調製する。
【００７８】
硫酸ソーダ／硫酸アンモニウム        2.5w/ｖ％
グルコース                           10w/ｖ％
ポリペプトン                        0.1w/ｖ％
酵母エキス                          0.1w/ｖ％
そして、該培養液調製槽３４で調製をした培養液第一タンク３８へ送液し、該培養液第一タンク３８から循環ポンプ３６を介してリアクター３２の底部へ流入させ上部から培養液第二タンク４０を介して培養液第一タンク３８へ戻す。
【００７９】
こうしてリアクター３２を介して、エタノール濃度が4.5w/ｖ％に達するまで循環運転を行う。そして、エタノール濃度が4.5w/ｖ％に達したら、バルブを切り替えて、発酵培養液タンク４２へ10Ｌを送液する。
【００８０】
同時に、培養液第一タンク３８に培養液調製槽３４から10Ｌの培養液を移す。
【００８１】
さらに、培養液調製槽３４へは、糖化液4Ｌと後述のフラッシュ蒸発器４４から発生する培養液残渣4Ｌ、及び、無機塩含有水（又は地下水）4Ｌとからなる混合液に、前述と同様、ｐＨ調節剤と酵母栄養補給剤を添加して、前述組成の培養液を調整しておく。
【００８２】
（６）エタノール濃縮工程
フラッシュ蒸発器４４により減圧下に噴射蒸発させたものを凝縮して8％エタノールをバイオエタノール回収タンク４５に回収する。このときのエタノール回収量は、約5Ｌである。
【００８３】
そして、フラッシュ蒸発器４４でエタノール分離により発生した培養液残渣は、培養液残渣第一タンク４６に一旦貯留する。このときの培養液残渣のアルコール濃度は約1％となる。そして、該培養液残渣第一タンク４６の培養液残渣は、培養液残渣第二タンク４８を介して培養液調節槽３４へ送液可能となっている。該培養液残渣第二タンク４８は、各工程を円滑に行うための緩衝的作用を担う。
【００８４】
なお、図５に、ＭＦ１２１株を、振とう培養（回分式）と、本発明のバイオリアクター（連続式）とを用いて、発酵比較を行った試験結果を示す。
【００８５】
発酵溶液の最高エタノール濃度、エタノール変換率は振とう培養の方が若干高い。しかし、バイオリアクターの方が、エタノール生産の開始時間が早いので、エタノール生産性は倍近いとなることが推定される。
【００８６】
なお、バイオリアクターは、好気発酵のイメージが強いこと、及び、大規模生産を予定していたため、エタノール発酵には、ほとんど使用されてこなかった。しかし、本発明で使用するバイオリアクターは、ポンプで培養液を送液するが、実質的な通気はさせない。このため、半嫌気発酵となっていると考えられ、送液は、振とう培養における攪拌に相当すると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】廃棄菓子類からバイオエタノールを得る場合の本発明の概念図である。
【図２】本発明の炭水化物系原料からバイオエタノールを製造する実施例において、加水分解工程までを示す流れ図である。
【図３】同じくエタノール発酵工程以降を示す流れ図である。
【図４】バイオリアクターにおける各種担体におけるＭＦ−１２１菌株の培養液を同一条件で通過させて固定化した重量当たり（Ａ）及び体積当たり（Ｂ）の菌体量を示すヒストグラムである。
【図５】ＭＦ１２１株を、振とう培養（回分式）と、本発明のバイオリアクター（連続式）とを用いて、発酵比較を行った試験結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００８８】
１４・・・脱脂処理容器
３２・・・バイオリアクター
３４・・・培養液調製槽
４２・・・発酵培養液タンク
４４・・・フラッシュ蒸発器
４６・・・培養液残渣第一タンク
【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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