(57)【要約】      （修正有）【課題】焼酎蒸留廃液に残留したエタノールを極めて高い効率で回収することができ、エタノールの回収に必要なエネルギーおよびコストを大幅に削減することができる焼酎廃液の物質交換機能による燃料用エタノールの製造方法及び廃液処理プラントを提供する。【解決手段】減圧および常圧の焼酎蒸留廃液１とデンプン質を含む食品残渣２を適宜の割合で混合した混合液３とする。この混合液３をデンプン質を糖化し、エタノール発酵させる。そして、生成したエタノールを蒸留（蒸発工程４）し、エタノール回収工程５及びエタノール精製工程７を経ることにより燃料用エタノール８を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼酎蒸留廃液とデンプン質を含む食品残渣を混合し、デンプン質を糖化し、エタノール発酵した後、少なくとも１回、好ましくは複数回蒸留してエタノールを分離して抽出することを特徴とする焼酎廃液の物質交換機能による燃料用エタノールの製造方法。
【請求項２】
次の工程からなることを特徴とする請求項１記載の焼酎廃液の物質交換機能による燃料用エタノールの製造方法。
（１）焼酎の減圧蒸留廃液とデンプン質を含む食品残渣を混合して発酵させる工程
（２）発酵後の混合物を蒸留して固液分離してエタノールを抽出する工程
【請求項３】
請求項１で得られた燃料エタノールをエタノール蒸留工程及び廃液の固形分乾燥工程、発電設備のボイラーの熱源として利用し、発電設備で得られた電力もプラントの運転に使用すると共に、廃液残渣より得られた乾燥固形分を固形燃料としてボイラーの燃料として使用することを特徴とする焼酎蒸留廃液の廃液処理プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼酎蒸留廃液を有効利用した燃料用エタノールの製造方法及び廃液処理プラントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
焼酎蒸留廃液は、以前は海洋投棄されていたが、ロンドン条約により２００１年より海洋投棄が禁止され、全量陸上処理が行われるようになっている。焼酎蒸留廃液は、メタン発酵による処理、堆肥化、飼料化（非特許文献１参照。）などが主に行われている。
【０００３】
一方、焼酎蒸留廃液には、１％未満の少量のエタノールが含まれており、鹿児島大学の幡手らは焼酎蒸留廃液からエタノール回収の可能性を示している（非特許文献２参照。）。また、清酒や焼酎などの製造においては、商品となる液体部分である酒と多量の水分を含有する泥状の酒粕や焼酎粕が生成される（例えば、特許文献１参照。）。そこで、清酒を醸造した後に残る酒粕を蒸留してエチルアルコール分を回収し、いわゆる粕取り焼酎として飲用に供されることがある。
【０００４】
清酒の製造において、蒸米中で麹菌を増殖させて麹を生成し、この麹に水分と蒸米と酵母を加えてもろみを生成し、その後、もろみを熟成して液体状の清酒と泥状の酒粕とに濾して分離し、液体状の清酒だけを商品として出荷し、酒粕は産業廃棄物として廃棄していた。
【０００５】
また、焼酎の製造においては、蒸米や蒸麦、蒸芋中で麹菌を増殖させて麹を生成し、この麹に水分と酵母を加えて１次もろみを生成し、この１次もろみに主原料となる芋、麦、米などを加えて発酵させて２次もろみを生成し、その後、２次もろみを蒸留することによってアルコール分を含有する液体状の焼酎と泥状の焼酎粕とに分離し、液体状の焼酎だけを商品として出荷し、焼酎粕もまた産業廃棄物として廃棄していた。
【０００６】
焼酎粕には、粗タンパク、有機酸類の様々な栄養素が残留しているため、上述したように、一部では肥料化や飼料化して再利用する技術が構築されているが、焼酎の製造量の増加に伴って焼酎粕も大量に生成されており、一部が肥料や飼料として消費される量が焼酎粕生成量に比べて極めて少なく、全ての焼酎粕が肥料や飼料として再利用できなかった。
【０００７】
そこで、焼酎製造の際に副生する焼酎粕に残留したアルコール分を回収すると共に、固形残滓を極めて減容することができる焼酎粕を利用した再生アルコールの製造方法が提案されている（特許文献２参照。）。これは、焼酎粕・酒粕又は食品残渣を発酵させたものとエタノールを混合し、少なくとも１回、好ましくは複数回蒸留して、焼酎粕に残留するアルコールを分離して抽出するこもので、焼酎粕のみならず、酒粕又は公知方法を用いて発酵させた食品残渣も再生アルコール原料にできる。こうした焼酎粕を利用した再生アルコール回収は廃棄物の資源化となり、資源リサイクルの視点から有意義なことである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】宮崎ら，三井造船技報，１９３，３０−３５（１９９８）
【非特許文献２】幡手ら，鹿児島大学工学部研究報告，３９，１１７−１２０（１９９７）
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２３７２９９号公報
【特許文献２】特開２０１４−１８０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献２に開示された製造方法においては、焼酎蒸留廃液中のエタノール濃度が低いため回収されるエタノールの絶対量が少なく、エネルギー回収効率が低いという課題があった。そこで、本発明者らは鋭意研究の結果、焼酎蒸留廃液の蒸留実験を繰り返す過程で、芋を原料とした減圧蒸留廃液を常圧蒸留することにより、本来蒸留廃液に含まれていたエタノール量より、蒸留後回収されるエタノール量が増加する現象を見出した。これは、減圧蒸留廃液は蒸留時の温度が４０〜５０℃と低く、焼酎もろみに含まれる酵素群及び酵母が活性を保っており、蒸留の加熱により発酵が進行し、新たにエタノールが生産されるということを知得した。
【００１１】
本発明は、上記従来技術に課題に鑑み、焼酎蒸留廃液に残留したエタノールを極めて高い効率で回収することができ、エタノールの回収に必要なエネルギーおよびコストを大幅に削減することができる焼酎廃液の物質交換機能による燃料用エタノールの製造方法及び廃液処理プラントを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、本発明に係る焼酎廃液の物質交換機能による燃料用エタノールの製造方法は、焼酎蒸留廃液とデンプン質を含む食品残渣を混合し、デンプン質を糖化し、エタノール発酵した後、少なくとも１回、好ましくは複数回蒸留してエタノールを分離して抽出することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るエタノールの製造方法は、次の工程からなることを特徴とする。
（１）焼酎蒸留廃液とデンプン質を含む食品残渣を混合して発酵させる工程
（２）発酵後の混合物を蒸留して固液分離してエタノールを抽出する工程
【００１４】
減圧蒸留廃液にエタノールの原料であるグルコースもしくはデンプンを加えることにより発酵が進行し、新たなエタノールが生産される。とくにエタノール基質の添加による再発酵と常圧蒸留を組み合わせることでエタノールの回収量が増加することが分かった。
【００１５】
本発明に係るエタノール廃液処理プラントでは、こうして得られたエタノールをエタノール蒸留工程及び廃液の固形分乾燥工程、発電設備のボイラーの熱源として利用し、発電設備で得られた電力もプラントの運転に使用する。また、廃液より得られた乾燥固形分も固形燃料としてボイラーの燃料として使用する。これら一連の処理により低エネルギーコストで焼酎蒸留廃液の処理を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、以下に記載する優れた効果が得られる。
（１）本発明によれば、大量生産方式で生産される液化法による焼酎粕や酒粕も使用することができ、再生エタノールを回収することができる。
（２）焼酎蒸留廃液から燃料用エタノールを回収でき、固形残滓を大幅に減容できるばかりでなく、その残渣を燃料や家畜飼料等として利用することでほぼ完全にリサイクルすることができる。
【００１７】
すなわち、本発明では、焼酎蒸留廃液とデンプン質を含む食品残渣を混合し、この混合液をエタノール発酵させ、再度又は複数回繰り返して蒸留することにより、焼酎蒸留廃液の残留エタノールを抽出することにより焼酎の生産量に対する焼酎粕（残滓）の副生率を低減することができる。
【００１８】
また、焼酎蒸留廃液を熱交換器等を用いて所期の温度に冷却する工程を付加すれば、連続する蒸留工程で新たなエタノールの生成を行うことができ、原料が劣化することなく、短時間かつ低エネルギーで新たな再生エタノールを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る再生エタノールの製造工程及び廃液処理プラントの概要を模式的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る燃料用エタノールの製造方法を芋焼酎蒸留廃液に適用した場合を例示する。すなわち、公知の焼酎製造過程において副生成される焼酎粕を有効に再利用して新たなエタノールを製造する方法である。
【００２１】
図１に示すように、減圧および常圧の焼酎蒸留廃液１とデンプン質を含む食品残渣２を適宜の割合で混合した混合液３とする。この混合液３をデンプン質を糖化し、エタノール発酵させる。これにより、焼酎蒸留廃液には通常１％以下しか含まれないエタノールを約１０％と、当初の約１０倍にまで高めることができた。尚、食品残渣としては芋くず、茶殻、コーヒー粕、果汁絞り粕等が挙げられる。
【００２２】
これは、焼酎蒸留廃液１に含まれている糖化酵素類および酵母の酵素の物資変換機能を有効利用して、食品残渣留を原料にエタノール変換するものである。そして、生成したエタノールを蒸留（蒸発工程４）し、エタノール回収工程５及びエタノール精製工程７を経ることにより燃料用エタノール８を得ることができた。
【００２３】
そして、得られた燃料用エタノール８により発電設備１４の熱源となるボイラー設備１３を運転して電力を得る。この発電設備１４で得られた電力は蒸留（蒸発工程４）と廃液の固形分（蒸留残渣６）の乾燥工程を行う乾燥設備９の熱源及び処理プラント全体の運転に使用する。余剰の電力は売電することも可能である。また、処理廃液より得られた乾燥固形分は固形燃料としてボイラー設備１３の燃料あるいは家畜用飼料（固形化工程１０）として使用する。乾燥固形分分離後に残る高ＢＯＤの残渣は、公知方法によりその低減化（高ＢＯＤ低減工程１１）を行い最終排液１２として廃棄処分する。
【００２４】
これらの一連の処理により、焼酎蒸留廃液に含まれるエタノールの回収に必要なエネルギーおよびコストを大幅に削減できる。すなわち、焼酎蒸留廃液に残されていた生物機能を利用し、食品残渣中のバイオマスを原料に物質変換を行うことは、廃液処理プロセスを効率的に行う有効な手段と言える。
【００２５】
とくに、エタノール分の抽出を乾式蒸留で行うことにした場合には、水蒸気蒸留を用いる場合に比べて残渣物の量を低減することができる。また、混合液３を所定温度まで加熱して蒸留し、その後、さらに高温で加熱して水分を蒸発させれば、残渣物の乾燥処理まで併せて行うことができる。
【００２６】
［実験例］
焼酎蒸留廃液は、宮崎県内の焼酎製造会社において、蒸留終了後、蒸留釜内の蒸留残液を排出する途中より採取し、冷却後密封保存した。蒸留廃液には、芋焼酎製造の減圧蒸留廃液と常圧蒸留廃液および麦焼酎製造の減圧蒸留廃液および麦焼酎製造の減圧蒸留廃液を使用した。
【００２７】
採取した焼酎蒸留廃液、グルコース等の糖源またはコーンスターチ等のデンプン源、水のそれぞれ所定量の合計約５００ｇを容器に入れ、室温で発酵を行った。一定時間ごとに容器の総重量を記録して発酵の進行を確認した。蒸留には、ガラス製の丸底フラスコ、ト字管、リービッヒ冷却管、二股管を接続した蒸留器を用いた。丸底フラスコに約３００ｍｌの蒸留液を入れマントルヒーターで加熱して蒸留を行い、留出液を回収した。
【００２８】
蒸留廃液、発酵後および蒸留液のエタノール濃度は、アルコメイト（商品名：ＡＬ−２型，理研計器株式会社製）を用いて測定し、留出液重量とフラスコの残液重量を記録した。
【００２９】
［実験結果］
（芋焼酎製造の減圧蒸留廃液の常圧蒸留）
芋焼酎製造の減圧蒸留廃液のエタノール濃度は、０．３０ｗｔ％であった。この廃液２９５．５ｇ（エタノール含有量０．８８７ｇ）を蒸留した結果、留出液総重量９２．５７ｇを得、各留分のエタノール濃度より求めたエタノール回収量は、当初含まれていたエタノール量の約２．３倍であり、蒸留過程でエタノールが増加していることが確認された。
【００３０】
蒸留廃液ザルで漉して固形分を除いた蒸留実験や繰り返しによる確認実験でも蒸留操作により１．５倍から２倍程度エタノールが増加することを確認した。これは、比較的低温で行われる減圧蒸留の廃液にはデンプンからグルコースを作るアミラーゼなどの酵素群とグルコースからエタノールを生成する酵母が活性を保ったまま含まれており、蒸留の加熱で残った芋の固形分などがほぐれ発酵が進みエタノールが生産されたためと考えられる。後に芋焼酎製造の常圧蒸留廃液の蒸留では、蒸留後のエタノール量は増加せず、芋焼酎製造の減圧蒸留廃液に特有の現象であることが確認された。
【００３１】
（芋焼酎製造の減圧蒸留廃液の再発酵と蒸留）
芋焼酎製造の減圧蒸留廃液にグルコースまたはコーンスターチを添加し、３日ないし６日間発酵を行った後に蒸留を行った。
焼酎蒸留廃液５００ｇに対しグルコースを５０ｇ添加した場合、発酵後にエタノール濃度は約４−７ｗｔ％となり、再発酵によりエタノールが生成されることが確認できた。１ｍｏｌのグルコースから２ｍｏｌのエタノールと２ｍｏｌのＣＯ２が生成されることから考えると、添加したグルコースの約８０％から約１４０％のエタノールが生産された。
【００３２】
また、グルコースの添加量を１００ｇ増加させると、エタノール生成量約９ｗｔ％と増加した。発酵時に水を添加することによりエタノール生成量が増加することも分かった。コーンスターチまたはショ糖の添加でもエタノールが生成することも確認されたが、グルコースに比べエタノールの生成効率は低い傾向が見られた。発酵条件により生成されるエタノール濃度は大きく影響され、蒸留廃液のｐＨ、粘性、固形分量や基質の添加量による廃液の性状変化などが影響していると考えられる。
【００３３】
発酵を行った廃液を蒸留することにより生成されたエタノールをほぼ１００％回収した。以上のように、芋焼酎製造の減圧蒸留廃液を加熱蒸留することにより、エタノールが生成されることと、芋焼酎製造の減圧蒸留廃液にグルコースなどの原料を添加することにより再発酵が進みエタノールが生成され、蒸留により回収できることが分かった。
【００３４】
とくに再発酵によりエタノールを生成させて蒸留すると、単に蒸留廃液の再蒸留から回収されるエタノールの約１０倍以上のエタノールを得ることができ、その効果が非常に大きい。また、原料として食品残渣を用いることが可能であると考えられ、食品残渣と焼酎廃液の再発酵によるエタノール生成以降の処理プロセスは、既存のプロセスを利用することができる。
【００３５】
以上、説明したように、本発明に係るエタノール製造方法では、焼酎蒸留廃液とデンプン質を含む食品残渣とを混合し、エタノール発酵させて蒸留してエタノール分を分離して抽出する。このためその残渣である焼酎粕を更に圧縮減容することができる。
【００３６】
すなわち、焼酎製造に使用された焼酎蒸留廃液を原料として、さらにエタノールを製造するので、当初の焼酎製造の全体工程から見れば、エタノールの全生産量に対する焼酎粕（固形物残渣）の全生成率を極めて低減することができる。
【００３７】
上記エタノール製造方法及び排液処理プラントは、焼酎以外の酒類の廃液処理又は食品残渣発酵物にも適用できることは勿論、最終的残渣を公知技術により肥料化や飼料化することにより、極めて減容することができ、これにより、海洋投棄が禁止された現在における産業廃棄物処理上の問題を解決する一助とすることができる。すなわち、酒類製造分野および食品製造分野の廃棄物処理技術において利用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１    焼酎蒸留廃液
２    食品廃棄物（デンプン質含有）
３    混合液
４    蒸留（蒸発工程）
５    エタノール回収工程
６    蒸留残渣
７    エタノール精製工程
８    エタノール燃料
９    乾燥設備
１０  固形化
１１  高ＢＯＤ低減工程
１２  最終排液
１３  ボイラー設備
１４  発電設備
【図１】
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