(57)【要約】【課題】糖質含有量が低く、タンパク質含有量の高い家畜用飼料を製造するための技術を提供することを目的とする。【解決手段】穀物原料から高タンパク添加剤を製造する方法であって、穀物原料を糖化して糖化液を調製する糖化工程と、該糖化液に酵母を添加して好気条件下で該酵母を増殖させる酵母増殖工程と、減圧条件下でエタノール発酵を行ない、糖質濃度を低下させてタンパク質濃度を高める減圧発酵工程と、発酵終了後のもろみを減圧蒸留して発酵残渣を得る減圧蒸留工程と、を含む、高タンパク添加剤の製造方法により解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
穀物原料から高タンパク添加剤を製造する方法であって、
穀物原料を糖化して糖化液を調製する糖化工程と、
該糖化液に酵母を添加して好気条件下で該酵母を増殖させる酵母増殖工程と、
減圧条件下でエタノール発酵を行ない、糖質濃度を低下させてタンパク質濃度を高める減圧発酵工程と、
発酵終了後のもろみを減圧蒸留して発酵残渣を得る減圧蒸留工程と、
を含む、高タンパク添加剤の製造方法。
【請求項２】
前記穀物が、コメ、トウモロコシ、小麦、大豆、ライ麦、エン麦、コウリャン、ナタネからなる群から選択された少なくとも１種類である、請求項１に記載の高タンパク添加剤の製造方法。
【請求項３】
前記減圧発酵工程は、前記酵母増殖工程を開始してから８〜２４時間を経過した後に実施される請求項１又は２に記載の高タンパク添加剤の製造方法。
【請求項４】
前記減圧蒸留工程終了後に得られる発酵残渣のタンパク質含有量（乾燥重量）が４０重量％以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高タンパク添加剤の製造方法。
【請求項５】
さらに、前記減圧蒸留工程で得られる発酵残渣中のタンパク質を濃縮して濃縮物を得る濃縮工程を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の高タンパク添加剤の製造方法。
【請求項６】
さらに、前記濃縮物を乾燥させる乾燥工程を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の高タンパク添加剤の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、穀物を原料とし、穀物由来のタンパク質を高い含有量で含有する添加剤の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コメは従来より日本人の主食としての利用がほとんどであったが、バイオエタノールの需要が高まってきたことなどから、コメをエタノール発酵原料として利用し、発酵残渣又は蒸留を行ってエタノールを抽出した後の蒸留残渣を有効利用する動きが出始めている。
【０００３】
例えば、特開２００９−１１１９８号公報には、原料米を糖化し、発酵もろみの発酵開始時の水分含有量を５０〜６０重量％に調整して発酵を行う固体発酵法による米の処理方法により、エタノールを回収するとともに、蒸留した後の蒸留残渣を、米や酵母由来の栄養素を豊富に含む家畜用の飼料として利用することができる旨が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
酵母によるエタノール発酵は、エタノール濃度が１０％以上になると酵母の活動は２０％以下に低下する。そのため、発酵残渣には糖分が残存しているにも関わらずエタノール生産速度の低下や、エタノールによる酵母の死滅が起きている。
【０００６】
しかしながら、発酵残渣又は蒸留残渣の糖分を減らしてタンパク質含有量を高めることができれば、発酵残渣又は蒸留残渣の利用範囲が広がり、発酵残渣又は蒸留残渣の有効利用がより促進されることになる。
【０００７】
そこで本発明は、発酵残渣又は蒸留残渣の利用範囲を広めるべく、糖質含有量が低く、タンパク質含有量の高い添加剤を製造するための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】
本発明者がコメを原料とする高タンパクの家畜用飼料の検討を行っていた際、減圧発酵によるエタノールの回収とエタノールの抽出を行うことで、発酵残渣のタンパク質の向上が認められるとの知見を得た。本発明はかかる知見に基づきなされたものであり、穀物原料から高タンパク添加剤を製造する方法であって、穀物原料を糖化して糖化液を調製する糖化工程と、該糖化液に酵母を添加して好気条件下で該酵母を増殖させる酵母増殖工程と、減圧条件下でエタノール発酵を行ない、糖質濃度を低下させてタンパク質濃度を高める減圧発酵工程と、発酵終了後のもろみを減圧蒸留して発酵残渣を得る減圧蒸留工程と、を含む、高タンパク添加剤の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による高タンパク添加剤の製造方法によれば、酵母を好気的条件下で増殖させた後、減圧条件下で嫌気的に発酵させることで、好気条件下で酵母に含まれるタンパク質を増加させ、減圧発酵でビタミン類や有機酸類などの有用成分を増加させることが可能となる。また、減圧発酵において、減圧状態でエタノールを回収しながら発酵を行うことで発酵もろみ中の還元糖をほぼ完全に資化することができ、発酵残渣又は蒸留残渣の有効利用が図れるとともに、発酵残渣中又は蒸留残渣のタンパク質含有量を高めることができる。その結果、高タンパクという付加価値の高い添加剤を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態で使用される減圧発酵システム１の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態に係る高タンパク添加剤の製造方法に使用される原料は、穀物類である。穀物類としては、例えば、コメ、トウモロコシ、小麦、大豆、ライ麦、エン麦、コウリャン、ナタネからなる群から選択された少なくとも１種類を使用することができる。特に、多種多様な機能性成分を有し、国内の自給率が高く原料供給が比較的安定しているという観点から、コメを使用することが好ましい。
【００１２】
穀物原料は後述する酵母増殖工程及び減圧発酵工程に付すために糖化して糖化液とされる。穀物原料は必要に応じて粉砕機等により粉砕されるが、粉砕の程度は適宜調整し得る。糖化は穀物原料にアミラーゼ等の糖化酵素を添加して穀物中のデンプンをグルコースに加水分解する一般的な手法を採用することができる。糖化酵素の代わりに真菌類や細菌類を使用して糖化する手法を用いてもよい。
【００１３】
上記のように調製した糖化液にサッカロミセス  セルビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）を添加して、好気的に酵母を増殖させる。培養条件は特に限定されることはなく、通気、撹拌など、酵母を好気培養する際の条件を適用することができる。
【００１４】
サッカロミセス  セルビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）は、嫌気的条件下では主としてエタノール発酵を行うが、好気的条件下では主として細胞分裂を行う。これによりもろみ中にサッカロミセス  セルビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）が増殖し、もろみ中のタンパク質含有量をさらに高めることができる。
【００１５】
酵母が十分に増殖したあと、同じ培地を用いて引き続き減圧発酵が行われる。減圧発酵とは、発酵もろみを減圧状態に保ちつつエタノール発酵を行うものである。酵母増殖工程に使用される穀物原料の種類、増殖条件等により異なるが、減圧発酵工程は、酵母増殖工程を開始してから酵母が十分に増殖した後、具体的には、８〜２４時間を経過した後に実施されることが好ましい。
【００１６】
図１は、本実施形態で使用される減圧発酵システム１の概要を示す図である。減圧発酵システム１は、図１に示すように、原料投入槽１０と、減圧発酵槽２０と、発酵生産物回収槽３０と、発酵もろみ回収槽４０と、減圧機５０とを備えている。
【００１７】
原料投入槽１０は、穀物原料１２を一時的に保管し、かつ、穀物原料１２を発酵槽２０に投入するためのものである。原料投入槽１０はステンレスなどの耐腐食性の素材で製造されていれば、その容量は特に制限はない。また、穀物原料１２が投入された後は、減圧状態が維持できるような気密構造となっている。さらに、減圧から常圧へ圧力を開放するための開放弁１４も備えている。なお、原料投入槽１０では、穀物原料１２を好気的に糖化させるため、糖化酵素や糖化のための酵素や微生物をここで添加してもよい。
【００１８】
減圧発酵槽２０は、前記穀物原料を減圧状態で発酵するためのものである。減圧発酵槽２０はステンレスなどの耐腐食性の素材で製造されていれば、その容量は特に制限はない。また、減圧発酵槽２０は穀物原料１２や酵母（図示せず）が投入された後は、減圧状態が維持できるような気密構造となっている。さらに、減圧から常圧へ圧力を開放するための開放弁２４も備えている。そのため、減圧発酵槽２０を常圧にし、通気手段や撹拌手段を利用して、上述した酵母増殖工程を実施することもできる。なお、減圧発酵槽２０は、発酵中の温度を確保するために、ヒーター等の加熱機構（図示せず）を備えていてもよい。
【００１９】
減圧条件は、０ＭＰａ未満から−０．１ＭＰａの範囲で減圧することが好ましく、−０．０５〜−０．１ＭＰａであることがより好ましく、−０．０７〜−０．１ＭＰａであることが更に好ましい。
【００２０】
減圧条件以外の条件は、酵母の至適温度に応じたエタノール発酵における一般的な発酵条件で実施することができ、例えば、嫌気的条件下、２０〜４０℃、２４〜４８時間で実施することができる。また、発酵終了の判断は温度や時間以外にも、発酵もろみの還元糖量を目安にすることもできる。すなわち、エタノール発酵に最も一般的に使用されるサッカロミセス  セルビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）は、発酵もろみ中の還元糖を資化してエタノールを生産する。
【００２１】
発酵生産物回収槽３０は、減圧発酵槽２０から回収したエタノール３２を一時的に保管するためのものである。エタノール３２は水溶性であるため、発酵生産物回収槽３０内に予め水又は冷媒３４を入れておき、エタノール３２を溶解又は液化することで保管する。なお、発酵生産物回収槽３０は、減圧状態が維持できるような気密構造となっている。
【００２２】
発酵もろみ回収槽４０は、発酵終了後の発酵もろみ４２を回収するためのものである。発酵もろみ回収槽４０はステンレスなどの耐腐食性の素材で製造されていれば、その容量は特に制限はない。また、発酵もろみ回収槽４０は減圧状態が維持できるような気密構造となっている。
【００２３】
減圧機５０は、減圧発酵システム１の系内の空気を吸引し減圧状態に維持するためのものである。減圧機５０としては、減圧発酵システム１の系内を０ＭＰａ未満から−０．１ＭＰａの範囲で減圧状態に維持できる真空ポンプなどを使用することができる。真空ポンプとしては、例えば、ロータリーポンプ、拡散ポンプ、揺動ピストン型ポンプなどのウェットポンプや、ソープションポンプ、ターボ分子ポンプ、イオンポンプ、ゲッターポンプ、クライオポンプ、メカニカルブースターポンプ、ダイヤフラムポンプなどのドライポンプが挙げられる。
【００２４】
原料投入槽１０と減圧発酵槽２０、減圧発酵槽２０と発酵生産物回収槽３０、減圧発酵槽２０と発酵もろみ回収槽４０は、それぞれ穀物原料１２、エタノール３２、発酵終了後の発酵もろみ４２を輸送するための耐圧性のある輸送パイプ２００，２０２，２０４で接続されている。
【００２５】
また、発酵生産物回収槽３０と減圧機５０、発酵もろみ回収槽４０と減圧機５０は、それぞれ耐圧性のある通気パイプ３００，３０２，３０４で接続されている。
【００２６】
減圧機５０は減圧発酵システム１の最も下流に配置されており、減圧機５０に接続される輸送パイプ３０４上に、減圧機５０の圧力を測定するための減圧メータ６０が設置されている。
【００２７】
原料投入槽１０と減圧発酵槽２０との間、減圧発酵槽２０と発酵生産物回収槽３０との間、減圧発酵槽２０と発酵もろみ回収槽４０との間、発酵生産物回収槽３０及び発酵もろみ回収槽４０と減圧機５０との間には、内部に逆止弁を備えた切換え弁１００，１０２，１０４，１０６が接続され、逆止弁の開閉により、物質の移動や圧力を制御している。なお、切換え弁１０６は三又バルブを使用することができる。
【００２８】
発酵原料１２が減圧発酵槽２０に移動した後、切換え弁１００が閉じて再び減圧発酵槽２０の内部が０ＭＰａ未満から−０．１ＭＰａの減圧状態となる。減圧状態下では酸素濃度が低下するため、速やかに嫌気的発酵が始まる。
【００２９】
発酵もろみ２２から発生したエタノール３２は、減圧機５０の吸引力により、輸送パイプ２０２を介して発酵生産物回収槽３０に輸送される。そして、発酵生産物回収槽３０の水又は冷媒３４にエタノール３２が溶解又は液化し、そこでエタノール３２が徐々に蓄積されていく。減圧発酵槽２０では発酵もろみ２２のエタノール３２が生産されたと同時に減圧機５０の吸引力により発酵生産物回収槽３０に搬送されるため、発酵もろみ２２の発酵が阻害されることなく、良好な発酵条件が長時間継続する。
【００３０】
発酵を終了させる場合は、切換え弁１００，１０２が閉じられ、切換え弁１０４，１０６が開く。これにより、減圧発酵槽２０、発酵もろみ回収槽４０の内部が減圧状態となる。そして、減圧発酵槽２０の開放弁２４が開けられて減圧発酵槽２０の圧力が減圧から常圧へ開放された時に、減圧機５０の吸引力により、減圧発酵槽２０の発酵終了後の発酵もろみ４２が発酵もろみ回収槽４０に移動する。
【００３１】
発酵もろみ４２はその後、減圧蒸留工程に付される。減圧蒸留工程は、発酵終了後のもろみを減圧蒸留し、発酵残渣（蒸留残渣ともいう）を得る工程である。減圧蒸留は、蒸留残渣の水分含有量の変化が少なく、後に乾燥を行う際に好適である。
【００３２】
発酵残渣は、糖質含有量が低く、タンパク質含有量の高い添加剤として、例えば、化粧品の原料、栄養補助食品、家畜用飼料、家畜用飼料添加剤、家畜用サプリメント等に利用することができる。
【００３３】
また、本実施形態の高タンパク添加剤の製造方法は、さらに、蒸留工程終了後に得られる発酵残渣を濃縮および乾燥させる工程を含むことができる。
【００３４】
濃縮方法は特に限定されず、膜濃縮、薬剤濃縮、アルカリ濃縮、酸濃縮、蒸留濃縮、種々の濃縮方法を使用することができる。蒸留工程終了後に発酵残渣を濃縮させることで、保存性や取扱容易性が向上するとともに、相対的にタンパク質含有量を更に高めることができる。
【００３５】
乾燥方法は特に限定されず、気流乾燥、流動層乾燥、通風乾燥、平鍋式乾燥、噴霧乾燥、膜処理等、種々の乾燥方法を使用することができる。タンパク値が高ければ蒸留工程終了後に発酵残渣を乾燥させることで、保存性や取扱容易性が向上するとともに、相対的にタンパク質含有量を更に高めることができる。また、濃縮物も乾燥することで同様の効果が得られる。
【実施例】
【００３６】
１．穀物原料
穀物原料として、愛知県産の玄米を二軸粉砕機により粉砕し、玄米の大きさを１０ｍｍ以下にしたものを用いた。
【００３７】
２．供試菌株
焼酎製造用酵母のサッカロミセス  セルビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）をＹＭ培地（グルコース２％、酵母エクストラクト０．５％、ポリぺプトン０．３％、マルトース０．５％）１０ｍｌに２日間、予め前培養した。
【００３８】
３．糖化工程
穀物原料１００ｇに対して同量の１００ｇの水を加え、さらにアミラーゼ系酵素０．０１％を添加して穀物原料の糖化を行い糖化液を得た。この糖化液のタンパク質含有量を窒素分析装置（ＤＫＳＨジャパン社製）にて算出したところ、タンパク質含有量（乾燥重量）は８重量％であった。また、糖化液の還元糖量をソモギネルソン比色定量法により測定したところ、還元糖は４２重量％であった。
【００３９】
４．酵母増殖工程
前記２．で前培養したサッカロミセス  セルビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）を前記３．で調製した糖化液に添加し、タンクに通気及び撹拌をしながら、好気条件下で２５〜３５℃、８時間培養を行った。これにより、糖化液中で酵母が細胞分裂を繰り返して増殖し、糖化液中の濃度が約１×１０７〜１×１０９ｃｅｌｌｓ／ｍｌとなり、この時点で通気及び撹拌を停止した。
【００４０】
５．減圧発酵工程
高濃度の酵母が増殖したタンクを密閉し、真空ポンプを駆動させてタンク２０内部を−０．０７〜−０．１ＭＰａになるように減圧した。この状態で、３５℃、７２時間、減圧発酵を実施した。エタノール発酵中は、常時、真空ポンプの吸引力によりエタノールが発酵生産物回収槽３０に投入された蒸留水３４に蓄積されていった。これにより、酵母が糖化液中の糖類を資化し、エタノールを生産するとともに、生産されたエタノールが発酵生産物回収槽３０に回収されたため、酵母はエタノールによる生育阻害を受けることなく発酵が進行した。
【００４１】
６．減圧蒸留工程
減圧発酵の終了後、減圧蒸留装置（東京理化器械株式会社製）を使用して、６５℃、−０．１ＭＰａの条件で減圧蒸留を行った。これにより、高濃度に酵母を含む発酵残渣を得た。減圧蒸留後に得られた発酵残渣は、濃縮工程に供した。
【００４２】
７．濃縮工程
（１）膜による濃縮
発酵残渣は、水で２倍希釈を行い分画膜分子量５０，０００のＵＦ膜（日本ガイシ社製）にてタンパク質の濃縮を行った。
【００４３】
（２）酸による濃縮
また、発酵残渣は、酸による濃縮も行った。５％塩酸を残渣と等量投入し、８０℃で１時間煮沸した。その後、ろ紙を用いてろ過を行い、塩酸と等量の水でろ紙上の洗浄を行った。ろ紙に残存した濃縮物は、次の乾燥工程に供された。酸による濃縮することで膜と同様の効果がある。
【００４４】
８．乾燥工程
得られた濃縮物は、その後低温乾燥装置（東京理化器械株式会社製）を用いて６０℃、２４時間で低温乾燥され、所望の高タンパク添加剤を得た。一方、残渣は、家畜の飼料として利用した。
【００４５】
９．分析方法及び分析結果
前記３．の糖化液、前記６．の発酵もろみの発酵残渣及び前記８．の乾燥物について、エタノール、還元糖量及びタンパク質含有量を測定した。なお、エタノールはエタノール濃度計（タカラサーミスター製）により測定し、還元糖量はソモギネルソン比色定量法により測定し、タンパク質含有量は窒素分析装置（ＤＫＳＨジャパン社製）にて算出した。結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
従来は、エタノール発酵酵母として最も一般的に利用されているサッカロミセス  セルビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）であっても、還元糖量が１％程度に達するとそれ以上還元糖を利用することができない。さらに、還元糖が残存していても酵母自身が生産したエタノールにより発酵が阻害され、発酵速度が遅くなり消費される糖が少なくなるため、糖分の残存が多く残っていた。ところが本実施例では、表１に示すように、サッカロミセス  セルビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）による減圧発酵を実施することにより、さらに還元糖の資化が進み、還元糖をほぼ資化することができることが判明した。減圧発酵により、有効成分であるアミノ酸類、有機酸類、ビタミン類が増加することも期待できる。その結果、エタノール発酵を実施した後の発酵残渣の有効利用が図られるようになった。
【００４８】
また、発酵もろみの発酵残渣のタンパク質含有量（乾燥重量）は４０重量％であり、酵母（発酵）の作用によりタンパク質含有量を高めることができた。さらに濃縮工程を行うことで５３重量％にまでタンパク質含有量を向上させることができた。得られた発酵残渣は、必要に応じて水分含有量が１５重量％以下になるように乾燥させ、「ライスプロテイン」として、化粧品の原料、高タンパク添加剤、栄養補助食品、家畜用飼料、家畜用飼料添加剤、家畜用サプリメントなど、付加価値の高い商品とすることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１…減圧発酵システム
１０…原料投入槽
１２…穀物原料
１４…開放弁
２０…減圧発酵槽
２２…発酵もろみ
２４…開放弁
３０…発酵生産物回収槽
３２…エタノール
３４…水又は冷媒
４０…発酵もろみ回収槽
４２…発酵終了後の発酵もろみ
５０…減圧機
６０…減圧メータ
１００，１０２，１０４，１０６…切換え弁
２００，２０２，２０４…輸送パイプ
３００，３０２，３０４…通気パイプ
【図１】
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