(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス資源からエタノールを生産する装置であって、
前記バイオマス資源を糖化し、発酵する、上部側面と底部に接続口を備えた培養槽と天面とからなる発酵培養槽と、
前記発酵培養槽中の発酵培養液へ気体を送気する送気配管と、
前記発酵培養槽から排出された気体を回収する冷却管を備えた回収管と、
前記回収管から排出されたエタノールを回収する回収槽と、
前記上部側面接続口から発酵培養槽の内部方向に、先端にノズルを備えた配管と、を備え
前記回収管は、前記発酵培養槽の天面に設置され、
前記発酵培養槽の底部と前記発酵培養槽の上部側面とは、固液分分離手段を備える装置と循環手段を備える装置とが、循環配管を介して接続され、
前記固液分分離手段は、前記発酵培養液を固液分離し、液体成分を前記発酵培養槽へ送液する固形分分離手段であり、
耐熱性エタノール発酵糸状菌を使用することを特徴とするバイオマス資源からエタノールを生産する装置。
【請求項２】
バイオマス資源からエタノールを生産する方法であって、
前記バイオマス資源を糖化し、発酵する発酵培養工程と、
発酵培養槽中の発酵培養液へ気体を送気する送気工程と、
前記発酵培養槽から排出された気体を蒸留し、前記気体の一部を発酵培養液へ戻す蒸留工程と、
前記蒸留工程から排出されたエタノールを回収する回収工程と、を有し、
前記発酵培養工程において、前記発酵培養液の固液分離を行い、前記発酵培養槽へ液体分を噴霧状の状態で戻し、
耐熱性エタノール発酵糸状菌を使用することを特徴とするバイオマス資源からエタノールを生産する方法。
【請求項３】
前記発酵培養工程における培地は、窒素源として廃糖蜜を配合された培地
であることを特徴とする請求項２に記載のバイオマス資源からエタノールを生産する方法。
【請求項４】
前記発酵培養工程に先立ち、前培養工程を行うことを特徴とする
請求項２又は請求項３に記載のバイオマス資源からエタノールを生産する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス資源からエタノールを製造する装置及びバイオマス資源からエタノールを生産する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の使用量の抑制を実現させる取り組みとして、穀物等から微生物の発酵によってエタノールを製造するバイオエタノールが注目されている。その生産技術として種々のプロセスが研究、発表されている。【０００３】
しかしながら、現在、食料穀物（例えば、トウモロコシ、サトウキビ等）からのバイオエタノール等の増産が行われているが、これにより、食物価格の高騰を招いており、経済活動を不安定にする遠因ともなっている。さらに、これらは、人類の食物でもあるから競合し、社会問題となっている。そこで、セルロース含有バイオマス（例えば、稲わら、麦わら、などの草本系バイオマス、また樹木、廃建材などの木質系バイオマス）や産業廃棄物からのエタノール生産が重要な技術開発となっている。【０００４】
下記文献１に、バイオマス原料を含む原料懸濁液を糖化発酵処理してエタノールを製造する方法において、エタノール分離工程では、前工程である固液分離工程で分離された液体分からエタノールを分離できる旨開示されている。【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２７２８５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１に記載された方法では、培養終了後の培養液を取り出し、固液分離したうえで、蒸留工程を行う必要がある。これは、エタノール発酵工程を、嫌気条件下で、かつ温度を30℃以下にして行うため、生成したエタノールが培養終了後も培地中に存在するからである。このような発酵工程においては、発酵が進み、培地中のエタノール濃度が高くなるにつれ、発酵微生物への生成物阻害が拡大し、発酵微生物によるエタノール生成が停止してしまう。また、その生成されたエタノールにより発酵微生物が死滅してしまうという問題があった。さらに、蒸留工程中に発酵微生物が死滅してしまうという問題があった。【０００７】
そこで、本発明は、糖化発酵中における培地中のエタノールの濃度上昇を抑え、原料や菌体などの不純物を蒸留装置に移すことなく、かつ、菌体を死滅させることなく、蒸留工程を実施することができる技術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】
【０００８】
本発明の発明者は、好気条件下で、培養することが可能なエタノール生成能を有する微生物を用いアルコール発酵を実施すると、生成されたエタノールの一部が揮発するという特徴に着目した。この揮発したエタノールを発酵培養液中へ空気を通気することによりエタノールを含む水蒸気を発酵培養槽系外に排出し、発酵培養槽外に設けた回収槽中の溶液に溶解させることで、原料や菌体などの不純物を含まないエタノールを含有した溶液を得ることを見出した。【０００９】
本発明の一態様によれば、エタノールの製造装置は、バイオマス資源を糖化発酵する発酵培養槽と、 前記発酵培養槽へ気体を送気することのできる供給口と、 前記発酵培養槽から排出された気体を回収する回収管と、 前記回収管から排出されたエタノールを回収する回収槽とを有することを要旨とする。【００１０】
また、本発明の一態様によれば、エタノールの製造方法は、バイオマス資源を糖化発酵する発酵培養工程と、発酵培養槽から排出された気体を蒸留する蒸留工程と、前記排気工程から排出された気体を回収する回収工程とを有することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、生成されたエタノールによる発酵微生物への生成物阻害を拡大することなく、生成されたエタノールを発酵培養槽系外で回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本願発明に係る全体の概略図
【図２】発酵培養槽の平面図である。
【図３】本願発明に係るエタノールを製造する装置の平面図である。
【図４】本願発明に係るエタノールを製造する装置の正面図である。
【図５】本願発明に係るエタノールを製造する装置の右側面図である。
【図６】本願発明に係る回収管の一態様である。
【図７】本願発明に係る回収管の一態様である。
【図８】本願発明に使用する回収菅と回収槽の一態様である。
【図９】本願発明に係る工程図である。
【図１０】実施例１についての結果を示したものである。
【図１１】実施例２についての結果を示したものである。
【図１２】実施例３についての結果を示したものである。
【図１３】実施例３についての結果を示したものである。
【図１４】実施例４についての結果を示したものである。
【図１５】実施例５についての結果を示したものである。
【図１６】実施例６についての結果を示したものである。
【図１７】実施例７についての結果を示したものである。
【図１８】実施例７についての結果を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、糖化発酵中における培地中のエタノールの濃度上昇を抑え、不純物を蒸留装置に移すことなく、蒸留工程を実施する方法及びそれを実現するための装置である。
以下、添付の図面を参照しながら本発明をさらに詳しく説明する。なお、本明細書に記載される材料、方法及び数値範囲などの説明は、当該材料、方法及び数値範囲などに限定することを意図したものではなく、また、それ以外の材料、方法及び数値範囲などの使用を除外するものでもない。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態のバイオマス資源からエタノールを製造する装置Aは、発酵培養槽１と、発酵培養槽中で生成され、揮発したエタノールを移送する回収管２と、回収管２によって移送された揮発されたエタノールを溶媒に溶解し回収する回収槽３と、回収槽３で溶液中にエタノールを溶解させたエタノール溶液を蒸留する蒸留器４とを備えている。
また、回収槽３は複数用いて、これらを直線的或いは放射状に前期回収管を用いて接続することも可能である（図示せず）。このようにすることによって、回収するエタノール量を増加させることができる。また、必要に応じて蒸留器４にエタノールを濃縮するための濃縮塔（図示せず）、エタノールを脱水するための脱水膜工程を行う装置を設置してもよい。
【００１５】
図２を用いて発酵培養槽１の天面構造について説明する。発酵培養槽の天面には、基質である資料を投入する試料投入口５と送気供給口６と、発酵蒸気出口７と攪拌機設置口８が設けられている。前記試料投入口５は、点検窓（図示せず）を備えた開閉可能な蓋（図示せず）を備えられる。また、前期試料投入口５には、基質を連続的に定量供給するための装置を設置することもできる（図示せず）。前記送気供給口６には、送気供給用配管（図示せず。以下、送気配管という。）がエアーポンプ（図示せず）を介して接続される。送気配管の送気口が発酵培養槽１中の発酵培養液面より下にあれば、送気配管の長さは特に制限されないが、底面に近い方が好ましい。前記発酵上記出口５は、回収管２と接続される。攪拌機設置口８には、攪拌羽９が攪拌機用ポンプ（図示せず）と共に設置される。
ここで、前記エアーポンプは、市販の各種エアーポンプを使用することができ、エアーを供給することができるポンプであれば特には制限されない。また、撹拌羽９は、市販の各種撹拌羽を使用することができる。
【００１６】
発酵培養槽１の構造について図３〜図５を用いて説明する。
発酵培養槽１の上部側面に設けられた接続口１１と発酵培養槽１の底部１２とは、ポンプ１３及びサイクロンクリーナー１９を介し、循環配管１４を用いて連結される。また、ポンプ１３と循環配管１４とは、取出口１５を介して接続される。
循環手段としてポンプ１３を使用し、発酵培養液を循環し、循環配管１４の途中に設置されたサイクロンクリーナー１９を使用して、発酵培養液を固形分と培養液等の溶液とに固液分離する。固形分残渣は、サイクロンクリーナー１９に接続された配管を介して、スラッジポット２０に排出される。一方、培養液等の溶液は、接続口１１から発酵培養槽１へ戻される。また、サイクロンクリーナー１９に加えて、スリットスクリーン等を設置して糸状菌等を回収することもできる。なお、固液分分離手段として、循環配管１４上で、固液分離できる装置であれば、その固液分分離手段に用いる装置は特には制限されない。さらに、循環配管１４上でなくとも、一度タンクなどに回収した後に、ポンプを介して固液分離できる装置でもよい。
【００１７】
発酵培養槽１の下部側面には、下部側面全体を覆う保温ジャケット１０を設けている。保温ジャケット１０に所望の温度の溶媒を通液し、発酵培養槽内の温度調整を行う。この温度は微生物が生育しエタノール発酵できる温度であれば良く、発酵培養槽内の温度が高いほどエタノールの蒸発分離効率が向上する。
また、前記接続口１１から発酵培養槽１の内部に向かって、先端に充円錐ノズル１６を備えた配管１７が設置される。このとき、循環培養液充円錐ノズル１６から霧状の培養液を霧状にして吹き付け、消泡することができる。これにより、エタノール発酵を連続して実施することが可能となる。前記配管１７の長さは、発酵培養本体の半径に略等しい。また、前記試料取出口１５は、エアーや水を送る接続部としての利用も可能である。したがって、前記試料取出口１５より水を供給し、発酵培養槽１の内部略中央に設置される前記充円錐ノズル１６から霧状の水を発酵培養槽内部に供給することもできる。前記充円錐ノズル１６の噴霧形状は充円錐に限らず、発酵培養槽内の泡が効率良く消泡出来るものであればよい。
【００１８】
回収菅２の一態様を図６示す。リデュース２３に接続された略半円弧状の配管２４と冷却水を通液させるジャケットを備えた冷却管２５及び配管２８（図示せず）とからなる。発酵培養槽１で、排出されたエタノールを含む気体を前記冷却管２５内で、液化する。なお、冷却管２５は、各種の冷却手段で冷却することができ、また、必ずしも、冷却する必要はない。
【００１９】
回収菅２の一態様を図７示す。リデュース２３に接続された冷却水を通液させるジャケットを備えた冷却管２６と略半円弧状の配管２７及び配管２８（図示せず）とからなる。本回収管２の態様においては、冷却管２６において、水・エタノール混合液を冷却して水を発酵培養槽中に戻すことにより、エタノールの回収効率を向上させることができる。なお、冷却管２６は、各種の冷却手段で冷却することができ、また、必ずしも、冷却する必要はない。
【００２０】
図８に回収槽３と前記配管２８との位置関係を示す。回収菅２に接続された配管２８の先端が回収槽３の下部付近にある。配管２８の先端の位置については特に制限されないが、配管２８の先端が回収槽３に投入した溶媒に浸す高さにあればよい。本実施形態のエタノール製造装置において、用いられる溶媒は、エタノールを溶解させるものであればよいが、好ましくは水である。さらに、エタノールの回収方法はこの方法に限定されず、汎用の蒸留塔などの蒸留設備のタンクに投入する方法でもよい。
【００２１】
次に、エタノール製造装置Aを使用したエタノール製造方法について図９等を用いて説明する。本発明に係るバイオマス資源からエタノールの製造方法は、ステップ１〜ステップ4又はステップ1〜ステップ5からなる。
【００２２】
ステップ１は、発酵培養工程である。すなわち、発酵培養槽２にペーパースラッジ等のリグノセルロース系を含有するバイオマス資源を供給し、これを糖化し、発酵する工程である。また、本技術で用いる原料は上記バイオマス資源に限定されず、とうもろこしやサトウキビなどから得られる糖蜜なども使うことができる。なお、本実施形態に係る発酵培養工程は、同時糖化発酵プロセス（SSF）若しくは糖化発酵同時プロセス（CBP）を採用することができる。その後、微生物及びエタノール生産培地を供給し、２８℃以上の温度、より好ましくは４０℃以上の温度で培養する。発酵培養液を４０℃以上とすることによって、エタノールが発酵培養槽内に気体として存在する量が増加する。
【００２３】
前記発酵培養工程に先立ち、前培養工程を実施することができる。前培養工程とは、発酵培養工程に先立ち、培地へ菌を入れて菌数を増やす工程である。また、必要に応じて、段階的に及び／又は連続的に培地を追加し、培地溶液を増加させる工程を実施してもよい。この工程を実施することによって、エタノールの生産速度を向上させることができる。
【００２４】
また、発酵培養槽に投入する培養液を必要に応じて調製し、植菌量（菌体仕込量）を調製することもできる。このようにすることによって、エタノールの生産量、エタノールを生産する速度及びエタノール生産コストを調整することができる。
【００２５】
また、前記発酵培養工程において、発酵培養液の固液分離を行う。これは、以下のように行う。ポンプ１３を使用して前記発酵培養槽１の底部１２から排出された発酵培養液を循環配管１４を介してサイクロンクリーナー１９に移送する。次いで、サイクロンクリーナー１９において、固液分離を行い、発酵培養中の固形分残渣は、スラッジポット２０に排出される。一方、発酵培養液中の液体分は、循環配管１４を介して接続口１１に移送されて、発酵培養槽中１に戻される。また、係る発酵培養液の固液分離は任意のタイミングにて実施することができる。
【００２６】
本発明で使用する、エタノールを生成する能力を有する微生物は、ケカビおよびキノコなどの耐熱性エタノール発酵糸状菌である。具体的には、接合菌門のムコール（Mucor）属、リゾムコール（Rhizomucor）属及びリゾプス属（Rhizopus）、担子菌門のシゾフィルム属(Scizophillum)及び不完全菌等が挙げられる。
同時糖化発酵プロセス（SSF）で使用することができる微生物として、以下の微生物が挙げられる。
Mucor ambiguous, Mucor circinelloides, Mucor fragilis, Mucor hiemalis, Mucor inaequisporus, Mucor oblongiellipticus, Mucor racemosus, Mucor recurves, Mucor satuminus, Mucor subtilissmus, Rhizomucor pusillus, Rhizopus azygosporus, Rhizopus microspores, Rhizopus oryzae, Rhizopus stolonifera,  Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces marxianus, Schizophyllum commune, Fusarium oryzae, Trichoderma ressei
これらの微生物のうちで、現在寄託されているものには以下のようなものがあり、本発明に利用することができる。
Mucor ambiguous NBRC 6742
Mucor circielloides NBRC 4554, 4569, 4570, 4574, 5382, 5774, 5775, 30470, 31398,   4563, 5398, 6746
Mucor fragilis   NBRC 6449, 9402
Mucor hiemalis NBRC 5303, 5834, 8448, 8449, 8565, 8567, 6753, 6754
Mucor inaequisporus NBRC 8624, 8635, 8636 
Mucor oblongiellipticus NBRC 9258
Mucor racemosus NBRC 4555, 4556, 4581, 5403, 6745, 9255
Rhizopus azygosporus NBRC 31989
Rhizopus microspores NBRC 4737, 4768, 30499, 31988, 32995, 32996, 8631, 31987, 32002, 32003, 32997
Rhizopus oryzae NBRC 4705, 4706, 4707, 4716, 4744, 4758, 4766, 4772, 4780, 4783, 4785, 4798, 4804, 4809, 5318, 5319, 5378, 5379, 5380, 5413, 5414, 5418, 5440, 5780, 5781, 6154,  6155, 6300, 9364, 30795, 31005
Rhizopus stlonifera NBRC 32998, 4781, 5411, 6188, 30816
これらの微生物は、野生株、変異株、または、細胞融合、もしくは遺伝子操作などの遺伝子手法より誘導される組み換え株など、いずれの株も好適に用いることができる。さらに、これらの微生物は、単独または混合して使用することができる。同時に用いられるセルラーゼ等の糖化酵素は特に限定されず、市販のセルラーゼ剤等の糖化酵素を用いることができる。また、適宜糖化酵素を混合して使用することもできる。
例えば、Amylase, α-Amylase, Glucoamylase, Maltase, isoamylase, Cellulase , β-Glucosidase, endo-β-glucanase, Cellobiohydolase, Cellobiase, Xylanase, β-Xylanase, β-1,4-Xylanase, Invertase, β-Galactosidase, α-Galacosidase α-Mannosidase, β-Mannosidase,等が挙げられる。
【００２７】
糖化発酵同時プロセス（CBP）で使用可能の耐熱性エタノール発酵糸状菌として、以下の微生物を挙げることができる。
Mucor circinelloides, Rhizomucor pusillus, Rhizopus microspores，Schizophyllum commune
これらの微生物のうちで、現在寄託されているものには以下のようなものがあり、本発明に利用することができる。
Mucor circinelloides NBRC 4563, 5382
Rizomucor pusillus NBRC 4580
Rhizopus microspores NBRC 32997
Schizophyllum commune NBRC 4928, 30749
これらの微生物は、野生株、変異株、または、細胞融合、もしくは遺伝子操作などの遺伝子手法より誘導される組み換え株など、いずれの株も好適に用いることができる。また、これらの微生物は、単独または混合して使用することができる。また、これらの微生物は、セルラーゼ等の糖化酵素も自ら分泌生産することができる。
【００２８】
また、前記バイオマス資源は、木材、紙、古紙、繊維、木材パルプ、非木材パルプ、ペーパースラッジ、セルロースを含む稲わら、籾殻、雑草、落ち葉、海藻、お茶粕、コーヒー粕などの食品残渣、製紙汚泥のような産業廃棄物、セルロース成分を含む廃棄物などどのようなものでもよい。また、もちろんグルコースを含むものなら何でも良く、一般的に利用されるとうもろこし、サトウキビなどの糖蜜でもよい。さらに、これらの残渣物でもよい。糖質に限らず、セルロース、ヘミセルロース、リグニン、各種たんぱく質、キチン質などの有機物を発酵できる微生物を用いる場合は、これらを原料とすることもできる。
また、水洗浄法、酸処理法、アルカリ法、アルカリ・酸処理法等の処理により、炭酸カルシウム等の各種無機成分等の含量が低減されたペーパースラッジも使用することができる。このような処理を行うことによって、ペーパースラッジ中の糖質含量を向上させることができる上、発酵阻害物質である無機成分等を除去し、効率的なエタノール発酵に寄与することができる。
【００２９】
前記エタノール生産培地としては、糖水溶液の他に、窒素源、無機塩類、さらに必要に応じてアミノ酸、ビタミンなどの有機微量栄養素を適宜含有する液体培地が好ましく使用される。窒素源としては、アンモニアガス、アンモニア水、アンモニウム塩類、尿素、硝酸塩類、その他補助的に使用される有機窒素源、例えば油粕類、大豆加水分解液、カゼイン分解物、その他のアミノ酸、ビタミン類、廃糖蜜、酵母または酵母エキス、肉エキス、ペプトン等のペプチド類、各種発酵菌体およびその加水分解物などが使用される。無機塩類としては、リン酸塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、鉄塩、マンガン塩等を適宜添加することができる。上記に限定されず、微生物の生育力や生産力を維持・向上できるものであれば使用することが出来る。
【００３０】
ステップ２は、送気工程である。送気工程とは、エアーポンプ等を使用して発酵培養槽中に空気を送り込む工程である。本発明においては、好気条件下でエタノール発酵を行うため、このような工程とすることができる。この工程によって、前記ステップ１で生成及び揮発したエタノールを前記発酵培養槽系外へ排出することができる。また、培養液中のエタノール濃度が上昇して、微生物によるエタノールの生成が停止してしまうこと、また、微生物が死滅してしまうことを防ぐことができる。
【００３１】
ステップ３は、蒸留第一工程である。すなわち、回収管２を使用して前記発酵培養槽から排出された気体に含まれるエタノールを液化する工程である。この工程によって、発酵培養槽中で発生したエタノールを発酵培養槽系外で回収することができる。一般に、発酵槽から蒸留タンクに回収した後に蒸留する場合には、蒸留時の熱により酵母や微生物は死活、および死滅してしまうが、上記方法では５０℃以下の温度により発酵培養槽から直接気化されるため、微生物を死滅させることなく繰り返し利用することができる。
【００３２】
ステップ４は、回収工程である。すなわち、前記ステップ３で得られたエタノールを回収槽中に準備した溶媒中に溶解させる工程である。また、本工程は、溶媒中にエタノールを溶解させることを目的とする工程であるから、使用する回収槽の数は特には制限されない。この工程によって、発酵培養槽中で生成されたエタノールを系外で、エタノール溶液として回収することができる。また、回収槽を複数用いることによって、エタノール回収量を増加させることができる。また、直接、ステップ５の蒸留第二工程のタンクに回収してもよい。
【００３３】
ステップ５は、蒸留第二工程である。すなわち、前記ステップ４で得られたエタノール溶液を最終的に蒸留する工程である。このような工程を経てエタノールを得ることができる。本実施形態においては蒸留による方法を採用しているが、蒸留に代えて、溶媒抽出法、分離膜等に分離するようにしてもよい。得られたエタノールをさらに濃縮させるための工程も本蒸留第二工程に含まれると解される。
【００３４】
また、前記ステップ１〜４を連続的に行うこともできる。すなわち、原料であるバイオマス資源及び培養液を追加で連続投入し、発酵培養工程、送気工程、蒸留第一工程、回収工程を連続的に行うことによって、連続してエタノール溶液を製造することができる。さらに、前記ステップ１〜５を連続的に行うことも可能である。すなわち、発酵培養工程、送気工程、蒸留第一工程、回収工程、蒸留第二工程を連続的に行うことによって、エタノール発酵の連続運転が可能となる。また、蒸留第二工程の蒸留残留水は、ペーパースラッジをアルカリ処理若しくは酸処理する際に、若しくは、発酵培養工程において再利用することもできる。
【実施例】
【００３５】
次に実施例を示して本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例等によって限定されるものではない。【００３６】
［実施例１］
（発酵培養槽中のエタノール濃度測定）
50 g/L エタノールを含む蒸留水をモデル培養とし、１Ｌ通気撹拌バイオリアクターからエタノールを蒸散させ、 各種諸条件における培養液中のエタノール濃度変化を調査した。培養液中のエタノール濃度は、所定の時間にサンプリングを行い、 以下の測定方法で高速液体クロマトグラフィ（島津製作所  LC-10 System）を用いて定量した（本発明において、エタノールの測定は係る測定方法で実施した。）
通気 Air 量0.2 VVM の条件で、培養温度 28, 40, 45, 50℃ で蒸発実験を行った。【００３７】
エタノール濃度（50g/L 以上）の測定方法
分離カラム:ICSep WA-1 Wine Analysis (Transgenomic 製)
移動相:0.0025N のH2SO4
温度:40℃
流速:0.6 mL/min
検出器：示差屈折検出器(RID)
エタノールの定量は、予め標準エタノール水溶液を用いて、適当に希釈したサンプル（N≧5）で得た結果により作成した検量線を用いた。【００３８】
図１０に結果を示す。図１０から明らかなように、いずれの条件においても培養液中のエタノール濃度は低下し、培養液からエタノールが蒸散している。培養温度 40 ℃において、培養 72時間でバイオリアクター内のエタノールの約 40% を蒸発回収することができることが判明した。また、培養温度の上昇に伴い、エタノールの蒸発速度も大きくなることがわかった。【００３９】
［実施例２］
（回収槽中のエタノールの濃度測定）
実施例１と同様に、50 g/L エタノールを含む蒸留水をモデル培養とし、１Ｌ通気撹拌バイオリアクターからエタノールを蒸散させ、 各種諸条件における回収槽中のエタノール濃度変化を調査した。 通気Air 量は 0.2 VVM の条件で、培養温度 28, 40, 45, 50 ℃で蒸発実験試験を行い、適時、蒸発回収したエタノール水溶液の濃度を測定した。【００４０】
図１１に結果を示す。28 ℃の培養では、培養 12時間から約 35 g/L のエタノールを回収できた。一方、 40 ℃以上の条件下では、 6時間以降も蒸発するエタノール水溶液濃度が増加し、 200 -330 g/L のエタノール水溶液が回収できた。【００４１】
一般に密閉容器中のエタノールの蒸発は、水とエタノールの「蒸気圧比」に依存する。この比はあまり温度依存せず 約 2.4である。この条件下で 50 g/L のエタノール水溶液から気相側のエタノール濃度は、最大でも 120 g/L となると仮定できる。しかし、装置下部より通気を行った場合、それ以上のエタノールを分離回収できることが証明された。この結果から、蒸発プロセスの使用エネルギー削減、回収槽へエタノール水蒸気のみが入ることになるから装置自体の操作などの容易さ、さらに耐熱性エタノール糸状菌のエタノール阻害の回避など多くの利点を有している新規なエタノール製造プロセスである。
［実施例３］【００４２】
（反応培養槽を使用した実験）
モデル基質として、 α- セルロースを用いた培養実験を実施した。本実施例においては、 回収槽として20 L のタンクに水を 10 L 入れそこへ培養槽から直接排気される Air をバブリングさせるようにした。通気空気量を 0.2 VVM として、耐熱性エタノール糸状菌を使用して、40℃で培養を行い、24時間毎に、回収液中のエタノールを計測した。また、発酵培養槽中のグルコース、エタノールの含量を同間隔毎に測定した。【００４３】
図１２に回収液中のエタノールの濃度の結果並びに図１３に発酵培養槽中のグルコース及びグルコースの計測結果を示す。培養開始後、糸状菌によるエタノールが生産され始め、それに伴って回収槽中のエタノール濃度も増加した。培養48時間目に培養槽中のエタノールは 12 g/L に達した。一方、回収槽中のエタノール濃度は、36.2 g/Lであった。 したがって、回収槽でエタノールを濃縮回収できていることが証明された。【００４４】
本実施例に係る培養実験では、通気空気量を 0.2 VVM として培養を行ったが、エタノールは培養液中にまだ残留していることから通気ガス量の最適化が必要であることがわかった。【００４５】
［実施例４］
（酵母エキスの添加量に対するエタノール発酵への影響）
耐熱性エタノール発酵糸状菌を使用して、ペーパースラッジ100g/Lで40℃の条件下で72時間培養を行った。【００４６】
図１４に結果を示す。通常の酵母エキス 5 g/Lを含む条件下では27.4 g/Lのエタノールを生産できた。一方、その添加量を減らすと、2 g/Lでは26.4 g/L、1 g/Lでは24.3 g/Lでわずかに低下した。さらに、酵母エキス無添加では、菌株はほとんど増殖せず4.6 g/Lと劇的に低下することが判明した。この結果から、酵母エキスは耐熱性エタノール発酵糸状菌の増殖およびエタノール発酵に必須であることが判明した。また、添加量として5 g/L以上が望ましいが、1 g/Lでも最大生産能の約90%のエタノールができることが判明した。【００４７】
［実施例５］
（酵母エキスの代替として廃糖蜜の添加量に対するエタノール発酵への影響）
エタノール生産性を向上させるために、安価な天然培地成分である廃糖蜜（コーンスティープリカーなど）を利用することが、経済的に最善策と考えられる。そこで窒素源として培地成分に使用する酵母エキスの代わりとして廃糖蜜を利用し、その他の条件としては、実施例４と全て同一条件下で、培養を行った。【００４８】
図１５に結果を示す。酵母エキスを添加した場合、 1 g/L以上の添加量で20 g/L以上のエタノールが生産できるのに対して、2g/Lの廃糖蜜の添加で約25g/Lのエタノールを生産できることが判明した。【００４９】
［実施例６］
（前処理PSを用いたエタノール製造）
PSにCO2を1時間以上接触させ、酸処理を行ったPS（以下、処理PSという。）と酸処理を実施していないPS（以下、未処理PSという。）をコントロールとした基質を用い、同時糖化発酵プロセスにて、エタノール製造を行った。植菌量を1.25mL、培養堆積を25L、培養温度を40℃及び通気空気量を0.1vvmとして、120時間エタノール製造を実施し、エタノールの量を測定した。【００５０】
図１６にエタノール測定結果を示す。未処理PS、処理PSについての120時間経過後のエタノール製造量は、それぞれ、13.5g/Lと26.5g/Lであった。この結果により、PSを基質としてエタノールを製造する事が可能であることが証明された。また、酸処理したPSを基質とすれば、エタノールの製造量を増加させることも証明された。【００５１】
[実施例７]
（抄取パルプを用いた連続エタノール製造）
100L発酵タンクに蒸留器を設置したエタノール製造装置を準備し、前培養工程を２４時間実施した培養液を100L発酵タンクに投入した。次いで、100L発酵タンク中において、植菌量を２．５L、培養体積を５０L、培養温度を４０℃、及び通気空気量を0.1vvmとして、回分培養工程を２４時間実施した後、連続培養工程を基質の希釈率を0.04h-1、基質の供給速度を0.20wet-kg/h及び培養液供給速度を1.8〜2.0L/hとして、１２０時間実施し、発酵培養槽中のエタノール及び回収槽中に回収したエタノールの量を測定した。【００５２】
図１７に蒸留タンク中のエタノール測定結果を、図１８に回収エタノールの積算量を示す。
表８及び表９により培養時間７２時間〜１４４時間において、定常状態であった。また、投入した抄取パルプ14.4wet-kgから2.68kgのエタノールを製造することができた。
【符号の説明】
【００５３】
１：発酵培養槽    ２：回収管  ３：回収槽  ４：蒸留装置  ５：試料投入口  ６：送気供給口  ７：発酵蒸気口  ８：攪拌機設置口  ９：攪拌機  １０：保温ジャケット  １１：接続口  １２：底部  １３：ポンプ  １４：循環配管  １５：試料取出口  １６：充円錐ノズル  １７：配管  １８：脚  １９：サイクロンクリーナー  ２０：スラッジポット  ２３：リデューサー  ２４：略半円弧状配管  ２５：冷却管  ２６：冷却管  ２７：略半円弧状配管  ２８：回収管２の先端部
A：エタノール製造装置  B：培養液  C：回収液  D：エタノールを含む水蒸気  E：エタノール  F：空気
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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