(57)【要約】【課題】廃棄物である食品残渣と焼酎粕の両方を発酵に利用して、煩雑な工程を必要とせずに、発酵時間を短縮できるようなブタノールの生産方法を提供する。【解決手段】本発明は、食品残渣と焼酎粕に水を配合したものを用いて培養液を調製し、当該培養液にてブタノール発酵を行うブタノールの生産方法である。  好適な実施態様は、食品残渣：（焼酎粕＋水）（重量比）が１：１〜１：７であり、焼酎粕：水：（重量比）が１：１．５〜１：１４である。ブタノール発酵は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属、特に、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓａｃｃｈａｒｏｐｅｒｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ  Ｎ１−４やＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓａｃｃｈａｒｏｐｅｒｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ  ＡＴＣＣ  ２７０２１Ｔのブタノール生産菌により行われる。  本発明のブタノール生産方法では、培養液の調製時に、糖化処理、液化処理、あるいは液化処理も糖化処理も行わなくともよい。【選択図】  図１
2005328801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
食品残渣と焼酎粕にさらに水を配合したものを用いて培養液を調製し、当該培養液にてブタノール発酵を行うことを特徴とする、ブタノールの生産方法。
【請求項２】
食品残渣と、焼酎粕と水の合計との配合割合（重量比）が１：１〜１：７であることを特徴とする、請求項１のブタノールの生産方法。
【請求項３】
焼酎粕と水との配合割合（重量比）が１：１．５〜１：１４であることを特徴とする、請求項１のブタノールの生産方法。
【請求項４】
ブタノール発酵が、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属から選択されるブタノール生産菌により行われることを特徴とする、請求項１記載のブタノールの生産方法。
【請求項５】
ブタノール発酵が、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓａｃｃｈａｒｏｐｅｒｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ  Ｎ１−４およびＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓａｃｃｈａｒｏｐｅｒｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ  ＡＴＣＣ  ２７０２１Tから選択されるブタノール生産菌により行われることを特徴とする、請求項１記載のブタノールの生産方法。
【請求項６】
培養液の調製時に糖化処理を行わないことを特徴とする、請求項１記載のブタノールの生産方法。
【請求項７】
培養液の調製時に液化処理を行わないことを特徴とする、請求項１記載のブタノールの生産方法。
【請求項８】
培養液の調製時に液化処理も糖化処理も行わないことを特徴とする、請求項１記載のブタノールの生産方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食品残渣と焼酎粕を用いて発酵によりブタノールを生産する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
外食産業、レストラン等の厨房から出る食品残渣（生ゴミ）や、食品会社から出る有機廃棄物は、大量に排出されており、その処理は大きな社会問題となっている。焼却による処理方法があるが、食品残渣中に石油系製品も混入されている場合もあるため、焼却するとダイオキシン発生の問題があるため、その処分方法をめぐり、現在いろいろと検討されている。
【０００３】
例えば、有機肥料として利用が期待できるが、好ましい肥料組成のものを得ることが難しい。またその他の有効利用の方法として、食品残渣の有機物を破砕し固形分を除いた水性懸濁液を培養液として、有用物質生産菌を培養し、有用物質を生産する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方法では、食品残渣の有機物を破砕し固形分を除くという煩雑な工程を経るため、その分コストと手間がかかる。
【０００４】
一方、焼酎粕は焼酎を蒸留した後の廃液のことである。これは年間約４０万トンと大量に排出されているが、腐敗しやすく悪臭があり、水分含量が高いため（約９０％）、現在、その処分は海洋投棄に依存せざるを得ない状況である。しかし、海洋投棄は将来禁止される方向にあり、これについてもその処分方法がいろいろと検討されている。
【０００５】
例えば、焼酎粕を遠心分離機により固形分と液分に分け、固形分を肥料として、液分を微生物処理により無害化して廃棄する方法がある。しかし、この方法では、焼酎粕全体の利用ではなく、また、液分については無害化されているものの、依然として廃棄している。また、固形分と液分の分離といった煩雑な工程もある。その他の有効利用の方法として、焼酎粕をさらに蒸留し、得られた凝縮液を水の脱窒補助剤等に利用する方法も提案されている。（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、食品残渣と焼酎粕の両方を有効利用する方法として、これらを処理したものを培養液として、アセトンおよびブタノール生産菌であるＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓａｃｃｈａｒｏｐｅｒｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ  Ｎ１−４菌を用いて、アセトン−ブタノール発酵を行うことが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。この方法では、上記のような固型分と液分の分離といった煩雑な工程がなく、食品残渣と焼酎粕は全体が利用されているものである。この発酵では生産物の大半がブタノールであるが、この方法では、発酵時間が長く、特に発酵が立ち上がるのに要する時間が長いという問題があった。
【特許文献１】特開２００３−６１６９５号公報
【特許文献２】特開２００２−２３３３５３号公報
【非特許文献１】九大農学芸誌（Ｓｃｉ．Ｂｕｌｌ．Ｆａｃ．Ａｇｒ．，Ｋｙｕｓｈｕ  Ｕｎｉｖ．）第５５巻第２号１８５−１９１頁（２００１年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の点を解決しようとするものであり、その目的は、廃棄物である食品残渣と焼酎粕の両方を、発酵を利用して、煩雑な工程を必要とせずに、発酵時間を短縮できるようなブタノールの生産方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を達成するために種々検討した結果、さらに水を加えることにより、意外にも、発酵時間を大幅に短縮できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、食品残渣と焼酎粕に水を配合したものを用いて培養液を調製し、当該培養液にてブタノール発酵を行うことを特徴とする、ブタノールの生産方法である。
【００１０】
ここで好適な実施態様としては、食品残渣と、焼酎粕と水の合計との配合割合（重量比）は１：１〜１：７であり、また、焼酎粕と水との配合割合（重量比）は１：１．５〜１：１４である。また、ブタノール発酵は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属から選択されるブタノール生産菌により行われ、特に、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓａｃｃｈａｒｏｐｅｒｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ  Ｎ１−４およびＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓａｃｃｈａｒｏｐｅｒｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ  ＡＴＣＣ  ２７０２１Tから選択されるブタノール生産菌により行われるのがよい。
【００１１】
また、培養液の調製時に液化処理を行わなくともよく、糖化処理を行わなくてもよく、また、液化処理も糖化処理も行わなくてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のブタノールの生産方法によれば、食品残渣と焼酎粕に加えて、さらに水を配合したものから調製された培養液で発酵を行うことにより、水を配合しない従来の場合と比較して、ブタノール発酵における発酵立ち上がり時間および発酵終了時間を大幅に短縮することができ、しかも生成ブタノール濃度はほぼ維持されるものである。
【００１３】
また、通常、培養液の調製時には液化処理および糖化処理を行うが、上記の調製による培養液では、液化処理を行わなくともよく、糖化処理を行わなくてもよく、また、液化処理も糖化処理も行わなくてもよい。これらの処理を行わなくとも、発酵立ち上がり時間および発酵終了時間が同様に短縮され、生成ブタノール濃度もほぼ同様となる。従って、本発明の方法によれば、従来よりも簡単な工程で発酵によりブタノールを生産できるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明のブタノールの生産方法では、食品残渣と焼酎粕にさらに水を配合したものを用いて培養液を調製し、当該培養液にて発酵を行う。
【００１５】
本発明における食品残渣とは、主として家庭、レストラン、外食産業、食品工業等の食品や食材を扱う環境から出る、いわゆる生ゴミであり、これらは、主として糖質や蛋白質等を含有する有機物である。このうちのデンプンや糖類が後の工程あるいは発酵中にグルコースに変換されて、これがブタノール発酵の炭素供給源となる。
【００１６】
本発明における焼酎粕とは、サツマイモ、麦、米、ソバ、ゴマ、サトウキビ等を原料とする焼酎の製造過程で排出されるものであり、焼酎を蒸留した後の廃液を指す。特に麦焼酎は焼酎全体の約６０％と多いため、本発明では、その麦焼酎粕を有効に利用することができる。九州各県の焼酎メーカーから供給された焼酎粕によれば、水分は約８６〜９６重量％である。これらの焼酎粕には、約１．６〜４．８重量％の糖類、約０．１〜１．６重量％の窒素、その他リン等が含まれており、この窒素やリン等がブタノール生産菌の栄養源となり、菌体の増殖を促進させる。
【００１７】
本発明では、上記の食品残渣と焼酎粕の他に、さらに水を配合したものを培養液として使用する。水を配合することにより、意外にも、当該培養液でブタノール発酵を行うと発酵立ち上がり時間および発酵終了時間を短縮できることを見出した。
【００１８】
ここで、水の配合量としては、焼酎粕：水（重量比）が１：１．５〜１：１４、特に１：２〜１：３となるように配合することが好ましい。水の配合量が少なすぎると、発酵時間の短縮をあまり期待できず、逆に多すぎると、焼酎粕の割合が少なくなるので、ブタノール生産菌の栄養源である窒素やリン等が少なくなって、発酵時間が長くなったり、生成するブタノール量が少なくなることとなり、また焼酎粕の有効利用の点からも好ましくない。
【００１９】
また、食品残渣の配合量としては、食品残渣：（焼酎粕＋水）（重量比）が１：１〜１：７、特に１：１〜１：３となることが好ましい。食品残渣の配合量が多すぎると、粘性が高くなって取り扱いにくく、逆に少なすぎると、食品残渣の割合が少なくなるので、炭素供給源であるグルコースが少なくなって、生成するブタノール量が少なくなることとなり、また食品残渣の有効利用の点からも好ましくない。
【００２０】
上記の材料は、例えば、以下のように調製されてブタノール発酵のための培養液となる。まず、所定量の食品残渣および焼酎粕を合わせて、ミキサー等で粉砕してホモゲナイズ（均質化）し、これに所定量の水を加えて混合液とする。次いで、液化処理、続いて糖化処理を行い、この混合液中のデンプンや糖質（主として食品残渣に含まれている）をグルコースに変換する。
【００２１】
ここで使用される液化酵素としては、特に限定されないが、例えば、アミラーゼＡＤ（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ由来  天野エンザイム製）、Ｋｌｅｉｓｔａｓｅ  Ｔ５（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ由来  大和化成製）等のα−アミラーゼ等が挙げられる。この液化処理に際しては、酸（例えば、塩酸等）やアルカリ（例えば、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液等）にて、使用する液化酵素に適したｐＨに調整される。液化処理後、熱処理にて液化酵素を失活させる。なお、この液化処理は、必要により繰り返し行ってもよい。
【００２２】
続いて行われる糖化処理では、使用される糖化酵素としては、特に限定されないが、例えば、グルクザイムＡＦ６（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ  ｄｅｌｅｍａｒ由来  天野エンザイム製）等のグルコアミラーゼ等が挙げられる。この糖化処理に際しては、液化処理と同様、酸やアルカリにて、使用する糖化酵素に適したｐＨに調整される。なお、この糖化処理は、必要により繰り返し行ってもよい。糖化処理後、後の発酵で使用する菌の環境に適するように、必要に応じて、この処理液のｐＨを５．６〜６．７となるように適宜調整する。
【００２３】
最後に、上記の処理液を、１１５〜１２１℃、１５〜２０分でオートクレーブにて殺菌処理を行い、これがブタノール発酵の培養液となる。
【００２４】
なお、本発明においては、グルコースおよび生産物であるブタノールによる菌の生育阻害を防止する点から、培養液におけるグルコース濃度が２０〜６０ｇ／ｌとなるように、食品残渣、焼酎粕および水の配合割合を適宜設定することが好ましい。
【００２５】
本発明で使用されるブタノール生産菌としては、特に限定されず、公知のものを使用できるが、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属のものが好適に使用できる。具体的には、例えば、
Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓａｃｃｈａｒｏｐｅｒｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ  Ｎ１−４；
Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓａｃｃｈａｒｏｐｅｒｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ  ＡＴＣＣ  ２７０２１T；
Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ  ＡＴＣＣ  １０１３２；
Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ  ＡＴＣＣ  ２５７５２T；
Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ  ＪＣＭ  ７８３３；
Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｂｕｔｙｒｉｃｕｍ  ＪＣＭ  ７８３４；
Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｂｕｔｙｒｉｃｕｍ  ＪＣＭ  ７８３５；
等が挙げられるが、中でも、ブタノール生成に優れているの点から、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓａｃｃｈａｒｏｐｅｒｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ  Ｎ１−４、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓａｃｃｈａｒｏｐｅｒｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ  ＡＴＣＣ  ２７０２１Tが好適に使用される。
【００２６】
ブタノール発酵における発酵条件は、使用する菌の種類により異なるが、例えば、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓａｃｃｈａｒｏｐｅｒｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ  Ｎ１−４の場合、２５〜３５℃で発酵を行うのがよく、２０〜４８時間程度で発酵が終了する。
【００２７】
本発明者らは、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓａｃｃｈａｒｏｐｅｒｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ  Ｎ１−４やＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓａｃｃｈａｒｏｐｅｒｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ  ＡＴＣＣ  ２７０２１Tを本発明のブタノール生産菌として使用する場合、培養液の調製時に、上記の液化処理、糖化処理、あるいは液化処理および糖化処理の両方を行わなくとも、これらの処理を行った場合と同様に、発酵立ち上がり時間および発酵終了時間が短く、短時間でブタノール発酵を行うことができ、しかも生成ブタノール濃度も同程度であることを見出した。これらのことは、上記の菌自体が、液化や糖化を行い得る酵素を生産しているものと推測される。
【００２８】
以下、本発明を、実施例を挙げてさらに詳しく説明するが、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】
【００２９】
モデル食品残渣として米１２０ｇ、キャベツ５０ｇ、ニンジン５０ｇ、刺し身５０ｇ、バナナ５０ｇと、焼酎粕として、麦焼酎（福徳長酒類（株）製）の蒸留廃液３２０ｍｌとを混合して、これをミキサーでホモゲナイズした後、これに６４０ｍｌの水を加えて混合液とした（食品残渣：焼酎粕：水＝１：１：２）。
【００３０】
この混合液を以下のようにして液化処理した。５Ｎ水酸化ナトリウム水溶液でｐＨ６．０に調整した後、アミラーゼＡＤ（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ由来  天野エンザイム製）０．１％（ｖ／ｖ）を添加し、７０℃で２時間処理した。その後、１２０℃で１０分間オートクレープ処理を行ってアミラーゼを失活させた。
【００３１】
次いで、この処理液を以下のようにして糖化処理した。１Ｎ塩酸でｐＨ４．５〜４．８に調整した後、グルクザイムＡＦ６（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ  ｄｅｌｅｍａｒ由来  天野エンザイム製）０．１％（ｖ／ｖ）を添加し、６０℃で１時間処理した。その後、水酸化ナトリウム水溶液でｐＨ６．０〜６．５に調整した。最後に１１５℃、１５分間オートクレーブにて滅菌処理することにより、培養液を調製した。
【００３２】
このように調製した培養液に、ブタノール生産菌として、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓａｃｃｈａｒｏｐｅｒｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ  Ｎ１−４を加え（培養液に対して１０％（ｖ／ｖ）のシード培地）、３０℃で発酵を行った。発酵による生産ブタノール濃度、グルコース濃度、発酵により発生するガス（ＣＯ2、Ｈ2）の経時変化を図１のグラフに示した。ここで、生産ブタノール濃度はガスクロマトグラフィーにより、グルコース濃度は酵素電極を使用した液体クロマトグラフィーにより、そして、発生ガスはガス流量計により、それぞれ検出した。
【実施例２】
【００３３】
実施例１において、液化処理を行わなかったこと以外は、実施例１と同様にしてブタノール発酵を行った。生成ブタノール濃度、グルコース濃度、発生ガスの経時変化を図２のグラフに示した。
【実施例３】
【００３４】
実施例１において、糖化処理を行わなかったこと以外は、実施例１と同様にしてブタノール発酵を行った。生成ブタノール濃度、グルコース濃度、発生ガスの経時変化を図３のグラフに示した。
【実施例４】
【００３５】
実施例１において、液化処理も糖化処理も行わなかったこと以外は、実施例１と同様にしてブタノール発酵を行った。生成ブタノール濃度、グルコース濃度、発生ガスの経時変化を図４のグラフに示した。
【００３６】
［比較例１］
実施例１において、焼酎粕の配合量を９６０ｍｌに変更し、水を配合しなかったこと以外は、実施例１と同様にしてブタノール発酵を行った（食品残渣：焼酎粕＝１：３）。ここでは、食品残渣の配合量を実施例１と同様とし、炭素供給源となるグルコース（食品残渣中のデンプンや糖類を液化および糖化したもの）の濃度を実施例１と同様としたものである。生成ブタノール濃度、グルコース濃度、発生ガスの経時変化を図５のグラフに示した。
【００３７】
図１〜図５から明らかなように、水を配合した実施例１〜４では、発酵によるガス発生量は約３〜５時間後で上昇が見られ、約１８〜２４時間程度でブタノール生成がほぼ最大に達している。一方、水を配合しない比較例１では、１００時間を過ぎてようやくブタノール生成が始まっている。従って、水を配合することにより、発酵の立ち上がり時間が極めて早くなり、また発酵終了時間も早くなることがわかる。また、生成ブタノール濃度は、実施例１〜４と比較例１とは同程度であり（約１２〜１４ｇ／ｌ）、水を配合しても生成ブタノール濃度はほぼ維持されることがわかる。
【００３８】
糖化処理のみを行った実施例２は、液化処理も糖化処理も行った実施例１と比較して、初期グルコース濃度に差がなく、ブタノール、ガス共にほぼ同時期に最大に達していることがわかる。
【００３９】
液化処理のみを行った実施例３は、液化処理と糖化処理も処理を行った実施例１と比べて、ガス生成が最大に達するまでの時間がかかる傾向にあるものの、ブタノール生成が２４時間程度でほぼ最大に達しており、生成ブタノール濃度が同程度であることがわかる。液化処理と糖化処理も処理を行っていない実施例４も同様の傾向にある。
【実施例５】
【００４０】
実施例１において、食品残渣：（焼酎粕＋水）（重量比）を１：３とし、焼酎粕：水（重量比）を図６のように変えたこと以外は、実施例１と同様にしてブタノール発酵を行った。生成ブタノール濃度の経時変化を図６のグラフに示した。
【実施例６】
【００４１】
実施例１において、食品残渣：（焼酎粕＋水）（重量比）を１：１とし、焼酎粕：水（重量比）を図７のように変えたこと以外は、実施例１と同様にしてブタノール発酵を行った。生成ブタノール濃度の経時変化を図７のグラフに示した。
【実施例７】
【００４２】
実施例１において、食品残渣：（焼酎粕＋水）（重量比）を１：７とし、焼酎粕：水（重量比）を図８のように変えたこと以外は、実施例１と同様にしてブタノール発酵を行った。生成ブタノール濃度の経時変化を図８のグラフに示した。
【００４３】
図６〜８から明らかなように、食品残渣：（焼酎粕＋水）（重量比）が１：３、１：１、１：７のいずれの場合でも、焼酎粕と水の配合割合を変えても、水を配合することによりブタノール生成の開始が極めて早くなることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明のブタノール生産方法は、廃棄物である食品残渣と焼酎粕の有効利用の１つとして、従来よりも極めて短時間でブタノールを生産できるものである。
【００４５】
生成したブタノールは、廃食油をメチルエステル化した液体燃料に添加物として利用でき、このような液体燃料は低温流動性が向上する。
【００４６】
また、ブタノール発酵時に発生する気体はＨ2が約３６％、ＣＯ2が約６４％である。これらの気体は、ブタノール発酵の残渣をさらにメタン発酵に供して生成したメタンと共に気体燃料としての利用が可能である。
【００４７】
このように、本発明のブタノール生産方法は、産業上において非常に価値のあるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例１における、生成ブタノール濃度、ガス発生量およびグルコース濃度の経時変化を示すグラフである。
【図２】実施例２における、生成ブタノール濃度、ガス発生量およびグルコース濃度の経時変化を示すグラフである。
【図３】実施例３における、生成ブタノール濃度、ガス発生量およびグルコース濃度の経時変化を示すグラフである。
【図４】実施例４における、生成ブタノール濃度、ガス発生量およびグルコース濃度の経時変化を示すグラフである。
【図５】比較例１における、生成ブタノール濃度およびグルコース濃度の経時変化を示すグラフである。
【図６】実施例５における、生成ブタノール濃度の経時変化を示すグラフである。
【図７】実施例６における、生成ブタノール濃度の経時変化を示すグラフである。
【図８】実施例７における、生成ブタノール濃度の経時変化を示すグラフである。
【図１】
2005328801.tif 000003
【図２】
2005328801.tif 000004
【図３】
2005328801.tif 000005
【図４】
2005328801.tif 000006
【図５】
2005328801.tif 000007
【図６】
2005328801.tif 000008
【図７】
2005328801.tif 000009
【図８】
2005328801.tif 000010