(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
玄米を水に浸漬して浸漬玄米を得る工程(I)と、
前記浸漬玄米に水を加えて磨砕して玄米乳化液を得る工程(II)と、
前記玄米乳化液に耐熱性液化酵素を添加して１００℃、１０分で液化反応を行い、液化玄米を得る工程(III)と、
前記液化玄米に玄米麹を加えてもろみを得る工程(IV)と、
前記もろみを発酵させてエタノールを得る工程(V)と、
を包含し、
前記工程（II）が、(a)磨砕後の玄米粒子径が１〜２ｍｍとなるように磨り潰す第一段階と、(b)前記第一段階で得られた玄米をさらに細かく磨り潰して磨砕後の粒子径を５μｍ以下にする第二段階と、を包含し、
前記工程（II）における、最終的な玄米重量に対する水の割合を１４０〜１７０％にすることを特徴とする玄米を原料とするエ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、玄米を原料とし、これを液化することにより発酵させ、高濃度のエタノールを得る方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サトウキビやトウモロコシなどの植物資源（バイオマス資源）を発酵させた後蒸留して得られるエタノールのことを「バイオエタノール」という。
【０００３】
バイオエタノールの原料は大きく分けて、デンプン質原料と糖原料がある。デンプン質原料はデンプンを含む穀物で、例えばトウモロコシ・麦・米などの穀類や、サツマイモ、ジャガイモなどのイモ類がある。糖原料ではサトウキビやテンサイが代表的である。
【０００４】
これらデンプン質原料や糖原料のほとんどは食用又は飼料として利用可能なものである。一方、非食用セルロース系バイオマス（作物の茎葉、林地の残材、草や成長の速い木など）を原料とするエタノール製造技術に対する期待は大きいが工業生産へのハードルは高い。
【０００５】
バイオエタノール製造プロセスは基本的に焼酎をはじめとする蒸留酒と同様の工程を含んでいる。すなわち、原料の粉砕・糖化（糖原料の場合は不要）・発酵・蒸留である。
【０００６】
これらの工程で最もエネルギーを必要とするのは蒸留工程であり、発酵の段階でいかにエタノール濃度を高くするかが技術的課題の一つとされている。
【０００７】
また、デンプン質原料の一つである米を原料としたエタノール生産は清酒醸造あるいは米焼酎製造で一般的に行われているが、原料処理工程で精白により玄米のワックス部分を取り除く必要がある。玄米をそのまま利用して発酵させる試みもなされているが、特開昭５４−１１７０９６に記載されているように、玄米はそのまま使用すると硬く、原料の利用率が低下するので圧偏処理や半割、粉砕、キズをつけるなどして用いることが好ましいとされていた（特許文献１）。
【０００８】
【特許文献１】特開昭５４−１１７０９６号
【非特許文献１】「図解バイオエタノール最前線」大聖泰弘／三井物産株式会社  編  工業調査会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
玄米を原料としてエタノール発酵を行う場合、玄米は白米と比較して非常に硬いため処理しにくい。また発酵中のもろみにおいても米粒が溶解しにくく、発酵が進みにくいという難点がある。これらの問題を解決するために、一般には玄米表面の一部を削る、発芽させる、セルラーゼ・プロテアーゼ・アミラーゼなどの各酵素で処理するなどの前処理を行っている。しかしながら、これらの方法を用いたとしても前処理にコストや時間がかかる、原料利用率が下がる、などの課題が残っていた。また、特許文献１には玄米を粉砕することが好ましいと記載されているが、実際には玄米を原料利用率の高い状態まで粉砕することは困難であり、これまでに報告された例もない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、鋭意検討の結果、玄米の表面を削るなどの前処理を一切せずに玄米を乳化および液化を行い、かつ液化処理を最適化することにより上記の課題を解決できることを見出した。即ち、本発明に係る玄米を原料とするエタノールの生産方法は
玄米を水に浸漬して浸漬玄米を得る工程と、
前記浸漬玄米に水を加えて磨砕して玄米乳化液を得る工程(II)と、
前記玄米乳化液に耐熱性液化酵素を添加して１００℃、１０分で液化反応を行い、液化玄米を得る工程(III)と、
前記液化玄米に玄米麹を加えてもろみを得る工程(IV)と、
前記もろみを発酵させてエタノールを得る工程(V)と、
を包含し、
前記工程（II）が、(a)磨砕後の玄米粒子径が１〜２ｍｍとなるように磨り潰す第一段階と、(b)前記第一段階で得られた玄米をさらに細かく磨り潰して磨砕後の粒子径を５μｍ以下にする第二段階と、を包含し、
前記工程（II）における、最終的な玄米重量に対する水の割合を１４０〜１７０％にすることにある。
【発明の効果】
【００１１】
従来、玄米を原料としたエタノール生産においては、発酵が遅い、もしくは充分に進まない、原料利用率が低いなどの問題があったが、本発明において、これらの問題が解決され、最終的に高濃度のエタノールを得ることができた。また、従来必要であった前処理工程を省略することができ、作業の効率化とコストの削減が実現された。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（１）異物除去
【００１３】
用いる玄米はデンプン質を含んでいればどのようなものでも構わない。食用の玄米としては１級、２級、３級などの規格が存在するが、本発明においては規格外のものや青米、未成熟粒など、食用にできないものも用いることが出来る。また、そのような原料を利用することが社会的、経済的な面で有利である。
【００１４】
搬入された玄米には石などが混入している場合があるが、一般的な方法でこれら混入異物を除去すればよい。例えば、一般的な石抜き機を用いることが望ましい。
【００１５】
（２）浸漬
【００１６】
玄米は一般的に行われている方法で浸漬すればよい。すなわち前日から水を張り、一晩浸漬すればよい。浸漬水の温度は雑菌の繁殖を防ぐため、低温であることが望ましく、１０℃以下であることがより望ましい。なお、玄米は白米に比べて吸水速度が遅いため、浸漬時間は白米と比較して長くすることが望ましい。
【００１７】
（３）乳化
【００１８】
玄米を液化するためには磨砕して乳化液を作成する必要がある。磨砕は一般に使用されている磨砕機を広く用いることができる。例えば、増幸産業株式会社製のスーパーマスコロイダー、プライミクス株式会社製のＴ．Ｋ．マイコロイダーなどを用いて行うことができる。磨砕は浸漬した玄米に加水しながら行う。
【００１９】
磨砕は２段階とし、１段目でまず粗く磨砕をして、２段目でより細かく磨砕することにより細かい径の粒子を得ることができ、乳化後の液化反応およびその後の発酵が順調に進む。１段階目の磨砕では粒子径を５ｍｍ以下にすることが望ましく、より好ましくは１〜２ｍｍにすることが望ましい。また２段階目の粒子径は１００μｍ以下にすることが望ましく、より好ましくは５０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下にすることが望ましい。なお、加水は、最終的に玄米重量比で１２０〜２００％にすることが望ましいが、より好ましくは１４０〜１７０％、さらに好ましくは１４５〜１５５％として乳化液を得るのが望ましい。
【００２０】
（４）液化
【００２１】
液化方法は特に限定されることはないが、例えば、前工程で得られた乳化液を１００℃程度の温度に加温し、これに耐熱性液化酵素を作用させることで行うことができる。この場合の耐熱性液化酵素の種類も特に限定されるものではないが、例えばクライスターゼ（大和化成株式会社製）を用いることができる。なお、玄米乳化液は、液化白米製造の常法にしたがって供給することができる。即ち、前記磨砕時に磨砕装置に対して所定濃度の耐熱性液化酵素液及び温水（約６０〜７０℃）を同時に一定流量にて供給し、酵素液を含んだ湿式粉砕乳化液（約４５℃）を連続的に供給すればよい。このようにして供給された乳化液を熱交換あるいは蒸気注入により瞬時に加熱（９０〜１１０℃）し、反応タンクに注入する。５〜３０分間液化反応を行った後、タンク内の液化液を冷却しても良いし、ライン中で反応温度を保持した後タンクに注入しても良い。なお、この際液化液温を５０〜６０℃とし、後述する玄米麹を投入して３〜４時間糖化反応を行っても良い。ただし、ここで言う糖化とは、液化液が完全に糖化することを目的とするのではなく、玄米麹を液化液と馴染ませることを主目的として行うが、液化液の一部が糖化されているため便宜上糖化液と呼ぶ。糖化液は冷却した後発酵タンクへ移送する（図１）。
【００２２】
麹歩合（全体の仕込みの玄米の重量に対する麹の割合）は、５〜２５％であることが望ましいが、より好ましくは１０〜２０％であることが望ましい。各種酵素活性、特にグルコアミラーゼ活性が不足している場合は市販の醸造用酵素剤を添加することで調整することが出来るし、麹を全く使用せず、全活性を酵素剤によって補うことも可能である。
【００２３】
なお、乳化液を１００℃付近まで加熱してこれに耐熱性液化酵素を作用させることにより、玄米のデンプンのα化と、α化されたデンプンの分解による液化が続けて行われ、粘度の高い糊化した玄米の取り扱いの困難さを避けることができる。
【００２４】
（５）玄米麹
【００２５】
麹は通常の白米麹を使用することも出来るが、原料・製造コスト削減のため玄米麹を使用することが望ましい。玄米を用いた製麹は一般的な白米麹の製麹方法に準じて行えば良い。例えば、蒸煮工程においては甑を用いても良いし連続蒸米機を用いてもよい。いずれの場合も、玄米が白米と比較して硬いことを考慮し、蒸し時間を白米の場合より長くすることが望ましい。すなわち白米の蒸時間が概ね４０〜５０分であるのに対して、玄米の場合は５５〜７０分とするのが望ましい。
【００２６】
蒸玄米の品温を３０〜４０℃に冷却した後種麹菌を散布する。種麹菌の散布後、品温を２８〜３３℃に保持しながら、１７〜２４時間後に「切り返し」を行う。切り返しとは、種麹菌散布後に乾燥のため米粒同士が固着して団塊を形成するため、これを分散させる目的で行う操作である。
【００２７】
切り返し後は品温を３３〜３８℃に保持したままさらに２５〜３０時間培養して玄米麹を得る。得られた玄米麹は、すぐに使用してもよく、一旦保存（３〜９日）してから使用しても良く、乾燥させて長期保存後に使用しても良い。
【００２８】
（６）発酵
【００２９】
はじめに「もと立て」（酒母の仕込み）を行うが、上記の原料に酵母を５００，０００〜２，０００，０００ｃｅｌｌｓ／ｍｌとなるように添加し、品温を２２〜２７℃として２〜４日発酵させる。なお、酵母はアルコール発酵能を有するものであれば特に制限はないが、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅを使用することが望ましく、アルコール発酵能が優れている清酒酵母を使用するのがより好ましい。また、清酒酵母の種類に特に制限はないが、アルコール耐性変異株を用いることによりエタノールの生産性を向上させることが出来る。
【００３０】
続いて清酒醸造で一般的に行われる初添、中添、留添の３段仕込みを行ってもよいし、これを省略して１段、又は２段で行ってもよい。３段仕込みの場合の酒母の歩合は５〜２０％が望ましく、１段又は２段仕込みの場合は１０〜３０％であることが望ましい。初添時の品温は１８〜２２℃で行うことが望ましく、留添後２〜３日目から品温を１日当たり１℃ずつ上昇させて最終的に２３〜２７℃で保持して発酵を継続させれば良い。最終品温をさらに上昇させることも出来るが、その場合はエタノールの揮散が増加するため、発酵タンクを密閉して蒸気を回収するなどの措置をとることによりエタノール回収率を向上させることが出来る。
【００３１】
発酵が充分に進み、エタノール濃度の上昇が停止したのを確認して発酵を終了させればよい。発酵期間は留添後２０〜２８日を目安とすれば良い。
【００３２】
最終的に得られるもろみを必要に応じて圧搾し、固液分離によりエタノール溶液を得ることができる。また、圧搾せずそのままもろみの蒸留を行ってエタノールを回収することも出来る。
【００３３】
実施例
【００３４】
以下、実施例を示して本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例１】
【００３５】
玄米の浸漬
玄米は、いわゆる規格外（等外）のもので、青米、小粒などの未成熟粒を多く含むものを用いた。これは、バイオエタノールの原料としては、食用の米ではなく、食用にできない原料を用いるのが、社会的、経済的に有利であるからである。この玄米を石抜き機ＧＡ３０ＲＢ（２）型（株式会社サタケ製）に通して、石や種、実、ゴミ、籾殻など不要なものを除去した。
【００３６】
この処理を終えた玄米１５，０００ｋｇを、液化を行う前日に浸漬した。タンクの中に玄米を入れ、１０℃に冷却した井水を注入して品温を保持したまま一晩浸漬を行った。
【実施例２】
【００３７】
乳化、液化及び糖化反応
タンクの水抜きを行った後、再度井水を汲水歩合（玄米重量に対する水の重量の割合）１５０％となるように注入した。タンクに２種類の磨砕機を直列に連結し、２段階で磨砕を行った。１段目はスーパーマスコロイダーＭＫＺＡ−１２シリーズＭＫ２Ａ１２−２０Ｊ型（増幸産業株式会社製）を用いて、固定側、回転側共に砥石を使用し、そのクリアランスを１．２５ｍｍに設定し、まず粗く磨砕を行った。続いて２段目でＴ．Ｋ．マイコロイダーＳ型（プライミクス株式会社製）を用いて、固定側、回転側共に金属刃を使用し、クリアランスは２段階目の出口の乳化液の状態を見て調整しながら、磨砕後の粒子径を５μｍ以下として乳化液を得た。
【００３８】
得られた乳化液を耐熱性液化酵素剤（クライスターゼ：大和化成株式会社製）の存在下で、蒸気吹き込み型式の連続加熱装置で１００℃まで昇温し、１０分間ホールドしたものを直ちに５０℃〜６０℃まで冷却して液化玄米４２，０００ｋｇを得た。この後、実施例３により製造される玄米麹を３，０００ｋｇ添加し、３〜４時間糖化反応を行って玄米糖化液を得た。
玄米麹の製麹
【実施例３】
【００３９】
実施例１と同様にして得られた浸漬玄米３，０００ｋｇを、連続蒸米機（永田醸造機械株式会社製）で６０分蒸煮し、蒸玄米を得た。
【００４０】
これを３０〜４０℃に冷却後、種麹菌を散布した。種麹菌の散布後、品温を３０℃に保持し、２０〜２２時間後に切り返しを行った。切り返し後、品温を３４〜３６℃に保持して２５〜３０時間さらに培養して玄米麹を得た。
【００４１】
なお、玄米麹は必要に応じて３〜９日保存した後使用した。
発酵
【実施例４】
【００４２】
まず、もと立て（酒母の製造）を行った。実施例２で得られた玄米糖化液９，０００ｋｇを２５℃に保持して発酵タンクに投入し、さらに、きょうかい９０１号酵母を１，０００，０００ｃｅｌｌｓ／ｍｌとなるように添加した。１日に２℃ずつ品温を下げ、２日間培養して酒母を完成させた。最終的な品温は２０℃とした。
【００４３】
次に実施例２で得られた玄米糖化液１０，０００ｋｇを品温２０℃に保持して投入し初添とした。２日後に１０，０００ｋｇの玄米糖化液を投入して仲添とした。さらにその翌日、５，２００ｋｇの玄米糖化液を添加して留添とした。この間、品温は２０℃を保持した。３日後から１日あたり１℃ずつ品温を上昇させ、２５℃で発酵終了まで保持した。
発酵終了後のエタノール濃度は約１５％であった。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の方法は、規格外（等外）玄米を原料としてエタノールを生産することができるため、非食用植物原料を用いたバイオエタノールの生産方法として非常に有用である。また、得られるエタノール濃度が約１５％〜２０％と高いために、バイオエタノール生産のためのその後の蒸留工程におけるコストの面でも産業的に非常に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】液化・糖化玄米の製造工程を示す。
【図１】
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