(57)【要約】【課題】発酵醪を用いたエタノール蒸留を効率的に行えるエタノール製造方法を提供する。【解決手段】本発明のエタノール製造方法は、バイオマスを反応槽（１０）において糖化および発酵反応させることによって得られた発酵醪を蒸留槽（２１）へ投入する初期投入工程と、蒸留槽（２１）内において発酵醪からエタノールを蒸留する蒸留工程と、蒸留工程の途中段階において新たな発酵醪を蒸留槽（２１）へ投入する中間投入工程とを含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを反応槽において糖化および発酵反応させることによって得られた発酵醪を、前記反応槽とは異なる蒸留槽へ投入する初期投入工程と、
前記初期投入工程の後、前記蒸留槽内において前記発酵醪からエタノールを蒸留する蒸留工程と、
前記蒸留工程の途中段階において新たな発酵醪を前記蒸留槽へ投入する中間投入工程とを含むことを特徴とするエタノール製造方法。
【請求項２】
前記蒸留工程の途中段階において、蒸留残渣の少なくとも一部を排出する排出工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項３】
糖化および発酵反応を並行して行うことで前記発酵醪を生成する同時糖化・発酵反応を複数回行う発酵醪生成工程をさらに含み、
前記発酵醪生成工程において、第１の同時糖化・発酵反応によって生じた発酵醪のうちの一部を、第２の同時糖化・発酵反応に用いることを特徴とする請求項１または２に記載のエタノール製造方法。
【請求項４】
前記中間投入工程において、前記蒸留槽に貯留された発酵醪の液面が、前記蒸留槽の加熱対象面よりも高くなるように、前記発酵醪を前記蒸留槽へ投入することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のエタノール製造方法。
【請求項５】
複数回の前記同時糖化・発酵反応を４槽の反応槽を用いて行うことを特徴とする請求項３に記載のエタノール製造方法。
【請求項６】
複数回の前記同時糖化・発酵反応のそれぞれにおいて生じた発酵醪のうちの一部を、前記中間投入工程において前記蒸留槽に投入することを特徴とする請求項３または５に記載のエタノール製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスから得られた発酵醪を用いてエタノール蒸留を行うエタノール製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発酵によって得られた発酵醪を蒸留する場合、発酵醪が発酵槽に入ったまま同槽をエタノールの沸点まで加熱する方法、または発酵醪を専用の蒸留装置の蒸留缶に移送し、減圧または常圧条件下でエタノールの沸点まで加熱する方法が一般的である。減圧条件にすれば、常圧条件下よりもエタノールの沸点は下がる。このようにエタノール分を沸騰、気化させ、気化したエタノールを冷却して凝縮させることで、発酵醪からエタノールを分離および濃縮することができる。
【０００３】
このようなエタノールの蒸留方法は、サトウキビやサトウダイコンの搾汁、あるいはトウモロコシやキャッサバ由来のデンプンをアミラーゼで糖化処理した酵素糖化液といった、いずれも高濃度の糖液を発酵させた醪に対して主に適用されている。
【０００４】
サトウキビやサトウダイコンの搾汁、あるいはトウモロコシやキャッサバ由来のデンプンをアミラーゼで糖化処理した酵素糖化液といった高濃度の糖液を発酵させた醪には、酵母以外の固形分は殆どなく、エタノール濃度も高い（概ね１０体積％以上）。そのため、蒸留によってエタノール分と水分とが留去されて醪の液面が低下した分、随時、醪を蒸留缶内に補充する連続式蒸留が可能である。
【０００５】
一方、一般廃棄物中のバイオマスを原料として用いて同時糖化・発酵反応を行い、エタノールを生成する方法が特許文献１〜４に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２４６４２２号公報（２０１０年１１月４日公開）
【特許文献２】特開２０１１−５５７１４号公報（２０１１年３月２４日公開）
【特許文献３】特開２０１１−５５７１５号公報（２０１１年３月２４日公開）
【特許文献４】特開２０１１−２１２５９３号公報（２０１１年１０月２７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般廃棄物中の紙類および厨芥類を酵素糖化した後、得られた糖を酵母によりエタノール発酵した場合、糖化されなかった紙類由来の残渣、あるいはエタノール原料にならない厨芥類中の脂質やタンパク質等の残渣が未反応の固形分として発酵醪中に多く存在し、粘性も高い特異な性状の醪が得られる。このように生成された発酵醪におけるエタノール濃度は５体積％程度であり、この濃度は、サトウキビの搾汁やトウモロコシデンプン由来の発酵醪のエタノール濃度よりも低い。
【０００８】
このような特異な性状を有する発酵醪を用いてエタノール蒸留を行う場合、従来と同様の蒸留方法を適用すると効率が悪いため、前記発酵醪に適した効率の良いエタノール蒸留を行えるエタノール製造方法が望まれる。
【０００９】
本発明の目的は、発酵醪を用いたエタノール蒸留を効率的に行えるエタノール製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明のエタノール製造方法は、バイオマスを反応槽において糖化および発酵反応させることによって得られた発酵醪を、前記反応槽とは異なる蒸留槽へ投入する初期投入工程と、前記初期投入工程の後、前記蒸留槽内において前記発酵醪からエタノールを蒸留する蒸留工程と、前記蒸留工程の途中段階において新たな発酵醪を前記蒸留槽へ投入する中間投入工程とを含んでいる。
【００１１】
上記の構成によれば、前記発酵醪からエタノールを蒸留する蒸留工程の途中段階において新たな発酵醪が蒸留槽へ投入される。このように、蒸留槽を中心とした蒸留装置の立上げから停止までの１運転期間に複数回の蒸留を行うことにより、蒸留槽の立上げ下げの手間を省略できるため、１回の蒸留処理で完結する回分式蒸留と比較して、エタノールの蒸留を効率的に行うことができる。
【００１２】
また、本発明は、前記蒸留工程の途中段階において、蒸留残渣の少なくとも一部を排出する排出工程をさらに含んでいることが好ましい。
【００１３】
上記の構成により、蒸留槽内の蒸留残渣の量を減らしつつ、新たな発酵醪を補充できるため、蒸留装置の１運転期間に発酵醪を補充できる回数を増やすことができ、エタノールの蒸留をより効率的に行うことができる。
【００１４】
また、本発明は、糖化および発酵反応を並行して行うことで前記発酵醪を生成する同時糖化・発酵反応を複数回行う発酵醪生成工程をさらに含み、前記発酵醪生成工程において、第１の同時糖化・発酵反応によって生じた発酵醪のうちの一部を、第２の同時糖化・発酵反応に用いることが好ましい。
【００１５】
上記の構成によれば、第１の同時糖化・発酵反応によって生じた発酵醪（第１発酵醪と称する）に含まれる生きた酵母は、第２の同時糖化・発酵反応の種酵母となる。また、第１発酵醪には、糖化活性が残る酵素（例えば、セルラーゼ）が含まれている。そのため、第１発酵醪を第２の同時糖化・発酵反応に用いることにより、第２の同時糖化・発酵反応のために新規に添加する酵素および酵母の量を低減できる。
【００１６】
また、前記中間投入工程において、前記蒸留槽に貯留された発酵醪の液面が、前記蒸留槽の加熱対象面よりも高くなるように、前記発酵醪を前記蒸留槽へ投入することが好ましい。
【００１７】
蒸留のために発酵醪を加熱すると、発酵醪の飛沫が蒸留槽の内壁に付着することがあり、付着箇所の温度が高ければ、飛沫が内壁にこびりつくことがある。上記の構成によれば、発酵醪の液面が、蒸留槽の加熱対象面よりも高くなるように発酵醪が補充されるため、発酵醪によって覆われていない蒸留槽の内壁（気相に対応する箇所）の温度は、加熱対象面よりも低くなる。そのため、前記内壁に発酵醪がこびりつくことを防止できる。
【００１８】
また、複数回の前記同時糖化・発酵反応を４槽の反応槽を用いて行うことが好ましい。
【００１９】
一般廃棄物中のバイオマスを原料に同時糖化・発酵反応を行う場合、目標エタノール濃度（５体積％以上）の発酵醪を得るには３〜４日を要すため、４槽の反応槽で同時糖化・発酵反応を行うことにより、効率的に発酵醪を生成することができる。
【００２０】
また、複数回の前記同時糖化・発酵反応のそれぞれにおいて生じた発酵醪のうちの一部を、前記中間投入工程において前記蒸留槽に投入することが好ましい。
【００２１】
上記の構成により、発酵醪を短い時間間隔で蒸留槽に投入して蒸留することと、使用する酵素および酵母の量を低減することとを両立できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、エタノールの蒸留を効率的に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るエタノール製造システムの構成を示す図である。
【図２】前記エタノール製造システムにおける同時糖化・発酵反応の実施方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の一形態について、図１および図２を参照しつつ詳細に説明する。
【００２５】
〔エタノール製造システム３０の構成〕
図１は、実施形態に係るエタノール製造システム３０の構成を示す図である。エタノール製造システム３０は、一般廃棄物中のバイオマス（主に、紙類および厨芥類）を原料に同時糖化・発酵反応を行ってエタノールを生成するとともに、生成されたエタノールを一次蒸留するシステムである。一般廃棄物には、３０〜４０重量％の紙類が含まれており、エタノール製造システム３０では、この紙類に含まれるセルロースを主たる原料としてエタノールを製造する。
【００２６】
図１に示すように、エタノール製造システム３０は、主たる構成要素として、反応槽１０および蒸留装置２０を備えている。
【００２７】
（反応槽１０）
反応槽１０は、セルロースを主たる成分として含むバイオマス由来の原料スラリーを撹拌および加熱しながら糖化反応および発酵反応を進行させるための反応槽である。本実施形態では、一般廃棄物中の紙類および厨芥類に含まれるセルロースを酵素（例えば、セルラーゼ）によって糖化（加水分解）し、生成されたグルコースを微生物（例えば、酵母）が発酵することによりエタノールが生成される。なお、前記酵素の基質となる原料は、糖化によりグルコース等の糖を生じさせるようなものを含んでいればよく、セルロースに限定されない。例えば、デンプンを糖化するとグルコースが得られ、ヘミセルロースを糖化するとマンノースやガラクトース等の六炭糖、キシロースやアラビノース等の五炭糖が得られる。ヘミセルロース由来のこれらの糖は一般的な酵母は資化できないため、前記糖を発酵反応の基質とするためには、当該糖を資化できる遺伝子組換酵母等の導入が必要となるが、この点を踏まえれば、発酵反応の基質となる糖についても、グルコースに限定されない。
【００２８】
糖化反応と発酵反応とを同一の反応槽１０内で同時に行う反応を同時糖化・発酵反応と称する。同時糖化・発酵反応では、糖化反応で生成した糖（グルコース）が酵母によって直ちにエタノールに変換されるため、グルコースが酵素活性の阻害因子となるセルラーゼの欠点を改善できる。なお、前記「同時」とは、厳密に同時である必要はなく、糖化反応と発酵反応とが重複して行われてさえいれば、多少の時間的なずれがあっても前記「同時」に含まれるものとする。
【００２９】
また、本発明において、発酵醪を同時糖化・発酵反応により生成することが好ましいが、糖化反応が完了した後に発酵反応を行うことにより発酵醪を生成してもよい。このような発酵醪生成方法も本願の技術的範囲に含まれる。
【００３０】
本実施形態では、反応槽１０として、第１反応槽１、第２反応槽２、第３反応槽３および第４反応槽４を備えている。エタノール製造システム３０に含まれる反応槽１０の個数は、４つに限定されない。ただし、４槽の反応槽１０を用いて同時糖化・発酵反応を行うことにより、効率的な蒸留を行うことができる。同時糖化・発酵反応の詳細については後述する。
【００３１】
反応槽１０の形状は円筒形状であることが好ましいが、その他の形状であってもよい。反応槽１０には、原料を投入する投入口（図示せず）と、反応によって生成された発酵醪を蒸留装置２０に移送するための排出口（図示せず）とが形成されている。
【００３２】
また、反応槽１０は、原料スラリーおよび発酵醪を撹拌するための攪拌機であるアジテーター５、および原料スラリーを加熱するヒータ（図示せず）をそれぞれ有している。アジテーター５は、モータ（図示せず）によって回転駆動される。このアジテーター５によって、バイオマス原料と糖化酵素および酵母とが均一に撹拌され、バイオマス原料の糖化・発酵効率が向上する。なお、前記攪拌機として、アジテーター以外の撹拌手段を用いてもよい。
【００３３】
反応槽１０において生成された発酵醪は、供給装置６によって蒸留装置２０の蒸留槽２１へ移送される。反応槽１０と蒸留槽２１とは、供給装置６を介して移送用のパイプ（図示せず）によって接続されている。発酵醪の移送方法として、例えば、反応槽１０を密閉して槽内にコンプレッサーで空気（フィルター殺菌済み）を送り、陽圧にしたうえで、専用配管を介して蒸留槽２１に発酵醪を圧送する方法を用いることができる。この場合、発酵醪とともに空気が反応槽１０から蒸留槽２１に流入する。流入した空気によって蒸留槽２１が破裂しないように、蒸留槽２１内部の空気を外部に逃がすためのバルブ（図示せず）を開いた状態で、反応槽１０から蒸留槽２１へ発酵醪を圧送する。または、供給装置６として、粘性の高い醪にも対応できるモーノポンプを用いて発酵醪を移送してもよい。
【００３４】
（蒸留装置２０）
蒸留装置２０は、減圧または常圧条件下で蒸留槽（蒸留缶）２１を加熱しながら、発酵醪に含まれるエタノールを沸騰、気化させ、これを冷却してエタノールを凝縮させる。減圧下で蒸留する場合には、蒸留槽２１を耐圧仕様にする。
【００３５】
この蒸留装置２０は、蒸留槽２１に収容された発酵醪を加熱するための固定ヒータ２２および前記発酵醪を撹拌するアジテーター２３を備えており、発酵醪を撹拌しつつ加熱することにより、発酵醪に含まれるエタノールを気化させる。気化されたエタノールは、コンデンサー２６によって冷却・液化される。
【００３６】
固定ヒータ２２は、蒸留槽２１の鉛直下側半分を加熱対象とするように、その大きさが規定されている。ただし、固定ヒータ２２による加熱対象箇所は、蒸留槽２１の鉛直下側２／３程度であってもよく、特に限定されない。固定ヒータ２２として、電気ヒータ、または熱媒を用いた加熱ジャケット等を用いることができる。固定ヒータ２２の種類については、特に限定されない。
【００３７】
なお、ごみ燃却場にエタノール製造システム３０を付帯させた場合、ごみ燃却の排熱を蒸留または糖化・発酵の熱源、もしくはその両方として利用できる。
【００３８】
〔廃棄物の前処理方法〕
一般廃棄物中には、エタノール原料となるバイオマスの他、好ましくないごみ類も含まれているため、これらを除くための前処理を行う。先ず、原料である廃棄物に含まれるバイオマス（紙類および厨芥類）と、非バイオマス（ビニル、プラスチック、金属類）とを以下の手順で機械分類する。
（１）指定ビニール袋に入った状態で回収されてきた一般廃棄物を二軸破砕機によって粗破砕する。
（２）粗破砕した廃棄物を破砕分別機で厨芥類を中心とした重量物と、紙類、プラスチック・ビニール類を中心とした軽量物とに分離する。
（３）パルパーに軽量物と水を加えて処理することで、紙類は離解されてパルプスラリーになり、離解されないプラスチック・ビニール類（＝異物）とスクリーンを介して分離される。
（４）異物と分離されたパルプスラリーを脱水処理することで脱水パルプが得られる。
【００３９】
〔半回分式同時糖化・発酵反応〕
次に、同時糖化・発酵反応（発酵醪生成工程）の一例について具体的に説明する。上述の前処理によって得られた重量物（＝厨芥類）および脱水パルプ（＝紙類）（以降、「原料」と略記）を反応槽１０に充填する。当該反応槽１０に、さらに適量の水を加えて、アジテーター５により撹拌することで原料と水からなるスラリー状とする。この処理によって、重量物および脱水パルプを約２０重量％含む総量約５トンのスラリーが得られる。
【００４０】
一般廃棄物中のバイオマスを原料に同時糖化・発酵反応を行う場合には、一般廃棄物に含まれる厨芥類は既に腐敗して雑菌が繁殖していることが多い。そのため、前記スラリーに対して加熱殺菌を施したうえで糖化・発酵反応の適温（４０℃前後）まで下げる。加熱殺菌は、例えば、８０℃で８時間行えばよい。
【００４１】
そして、セルラーゼおよび酵母（Saccharomyces Cerevisiae）を所定量添加する。この混合液のｐＨは、５前後（ｐＨ４〜６）であり、雑菌の繁殖を抑制するために、適量の抗生剤を添加する。その後、反応温度を同時糖化・発酵反応に最適な４０℃前後（例えば、３８℃）に設定し、所定の速度で撹拌しながら、３日間反応させる。
【００４２】
本実施形態では、発酵醪生成工程として、このような同時糖化・発酵反応を複数回、半回分式で行う。半回分式の同時糖化・発酵反応とは、第１回目の同時糖化・発酵反応によって生じた発酵醪のうちの一部または全部を、第２回目の同時糖化・発酵反応に用いることを意味する。以下では、半回分式の同時糖化・発酵反応を半回分式反応と略称する。
【００４３】
半回分式反応では、１回目の反応によって生じた発酵醪（第１発酵醪と称する）に含まれる生きた酵母は、２回目の反応の種酵母となる。また、第１発酵醪には、糖化活性が残る酵素が含まれている。そのため、第１発酵醪を２回目の反応に用いることにより、２回目の反応のために新規に添加する酵素および酵母の量を低減できる。
【００４４】
図２は、エタノール製造システム３０における同時糖化・発酵反応の実施方法を説明するための図である。図２において、加熱滅菌済みの原料スラリーを符号３１で示し、同時糖化・発酵反応後の発酵醪を符号３２で示している。図２に示す例では、第１反応槽１（Ｎｏ．１槽）から第４反応槽４（Ｎｏ．４槽）までの４つの反応槽を用いて半回分式反応を行っている。第１回目の反応は、第１反応槽１において１月１日に開始され、１回の反応は、３〜４日間で終了する（１月４日終了）。第１回目の反応によって生じた発酵醪の半分は蒸留槽２１に移送され、残りは第４反応槽４に移送される。カラになった第１の反応槽は同日中に清掃され、第５の同時糖化・発酵反応槽となるよう準備される。
【００４５】
第４反応槽４では、第１反応槽１で生成された発酵醪と、新しい原料スラリーとを用いて同時糖化・発酵反応を行う（１月４日開始）。このとき、セルラーゼについては、不足しているため、新たにセルラーゼを添加したうえで反応を行う。
【００４６】
同様に、第２反応槽２（Ｎｏ．２槽）で生成された発酵醪（１月５日反応終了）の半分は、蒸留槽２１に移送され、残りは、洗浄された後の第１反応槽１に移送される。そして、第１反応槽１に新しい原料スラリーが添加され、同時糖化・発酵反応が１月５日から開始される。
【００４７】
このように、ある反応槽１０において同時糖化・発酵反応が終わった日に発酵醪の半分をカラの反応槽１０に移送して新たな反応を始めるとともに、発酵醪の残りの半分を蒸留槽２１に移送する。目標とするエタノール濃度（５体積％以上）の発酵醪を得るには、３〜４日を要すため、４槽の反応槽１０で同時糖化・発酵反応を行うことにより、毎日５０ｍ３の発酵醪を蒸留槽２１に供給できる。
【００４８】
なお、半回分式反応において、第１の反応槽１０から第２の反応槽１０へ移送される発酵醪の量は１／２に限定されず、最小１／４、最大１／２程度であればよい。反応槽１０間の発酵醪の移送は、反応槽１０から蒸留槽２１への移送と同様の原理で行うことができる。ただし、反応槽１０内の空気を外部に逃がすためのバルブ（図示せず）の外部側にはエアフィルターを設け、発酵醪を受け入れるために前記バルブを開いたときに、外気中に漂う雑菌等が反応槽１０の内部に侵入しないようにする。
【００４９】
また、エタノール濃度が５体積％に達していれば、反応開始から４日目に到る前に、生成された発酵醪を移送してもよい。また、反応槽１０を５槽以上設け、一度に複数の反応槽１０から蒸留槽２１へ発酵醪を移送してもよい。特に、初期投入工程において、複数の反応槽１０から発酵醪を蒸留槽２１へ移送してもよい。
【００５０】
また、雑菌の繁殖を完全に抑制することは困難であり、同時糖化・発酵反応を繰り返すことにより、雑菌が繁殖するリスクが高まる。そのため、同時糖化・発酵反応を繰り返す回数を５〜１０回程度以内に制限することが好ましい。この構成により、雑菌繁殖のリスクを回避することと、発酵醪を効率的に生成することとを両立できる。
【００５１】
〔エタノール蒸留方法〕
糖化・発酵反応が終了すると、反応槽１０内の発酵醪の半分は、供給装置６によって、醪入口２４から蒸留槽２１の内部に投入される（初期投入工程）。
【００５２】
その後、アジテーター２３により発酵醪を撹拌しつつ、発酵醪の温度が常圧下なら８０℃に、減圧下なら８０℃より低い温度になるよう固定ヒータ２２により加熱することで、発酵醪に含まれるエタノールを気化させる。気化されたエタノールは、コンデンサー２６によって液化され、蒸留液出口２７から取り出され、二次蒸留のために貯留される（蒸留工程）。二次蒸留については、公知の蒸留方法を適用すればよい。
【００５３】
本実施形態では、さらに、蒸留工程の途中段階において、新たな発酵醪を蒸留槽２１へ投入する（中間投入工程）。前記途中段階とは、蒸留槽２１を中心とした蒸留装置２０の立上げから停止までの１運転期間内を意味する。すなわち、本実施形態では、１運転期間に複数回の発酵醪の投入が行われる。このような蒸留方法を半連続式蒸留と称する。
【００５４】
発酵醪を中間投入するタイミングは、前回投入された発酵醪の蒸留処理が完了した段階であることが好ましい。さらに、発酵醪を中間投入する前に、エタノールが留去された発酵醪である蒸留残渣の少なくとも一部を、蒸留廃液出口２５から排出することが好ましい（排出工程）。前記蒸留残渣とは、エタノールの大部分が留去された発酵醪を意味しており、完全にエタノールが留去された発酵醪である必要はない。蒸留残渣の排出量は、例えば、蒸留開始時に投入された発酵醪の１０〜５０体積％に相当する量であるが、特に限定されない。
【００５５】
このように、半連続式蒸留では、蒸留装置２０の１運転期間に、蒸留残渣を排出しつつ、新しい発酵醪を投入することにより、蒸留槽２１の立上げ下げの手間を省略できるため、１回の蒸留処理で完結する回分式蒸留と比較して、エタノールの蒸留を効率的に行うことができる。蒸留槽２１の立上げには半日程度を要するため、蒸留槽２１の立上げの回数を低減できることのメリットは非常に大きい。新たな発酵醪と蒸留残渣との出入のバランスが取れ、蒸留処理時の発酵醪の撹拌に支障がない限り、１運転期間に実行できる蒸留処理（中間投入）の回数には制限はない。
【００５６】
〔半回分式同時糖化・発酵反応と半連続式蒸留との組み合わせ〕
上述のように、エタノール製造システム３０では、半回分式の同時糖化・発酵反応と半連続式蒸留とを組み合わせてエタノールの製造を行っている。５体積％以上のエタノール濃度の発酵醪を得るには、同時糖化・発酵反応に３〜４日を要するため、１〜３槽の反応槽を用いて同時糖化・発酵反応を行った場合には、蒸留槽２１に毎日発酵醪を供給することは困難である。
【００５７】
４槽の反応槽１０で同時糖化・発酵反応を行うことにより、毎日一定量の発酵醪を蒸留槽２１に供給でき、蒸留効率を高めることができる。
【００５８】
〔発酵醪の液面制御〕
一般廃棄物中の紙類および厨芥類を酵素糖化してエタノール発酵させた場合、酵素糖化されなかった紙類由来の残渣、またはエタノール原料にならない厨芥類中の脂質やタンパク質等の残渣が未反応の固形分として発酵醪中に多く存在し、粘性も高い特異な性状の発酵醪が得られる。なお、紙類を中心とした原料スラリーの流動性は低く、糖化酵素による加水分解反応の進行に伴い流動性は増すが、仕込める原料濃度には制限がある。かつ、自身の働きで生成されたグルコースが蓄積すると酵素活性が阻害されるというセルラーゼの特性もあるため、同時糖化・発酵法を駆使しても、現時点で前記発酵醪のエタノール濃度は、サトウキビの搾汁またはトウモロコシデンプン由来の発酵醪のエタノール濃度よりも低い５体積％程度である。また、こうして得られた発酵醪の粘性は高く、蒸留処理によってエタノール（および共沸により水）が蒸発すると、さらに粘性が増す。
【００５９】
このような発酵醪を、サトウキビの搾汁またはトウモロコシデンプン由来の発酵醪を対象とした従来の蒸留装置においてバッチ式で蒸留する場合、蒸留槽内壁の気相部分の伝熱面に固形分が飛び散り、そのまま乾燥して固着する。そのため、次バッチの蒸留処理の前に固着した部分を掻き落し、洗浄する作業が必要となる。この作業にかかる労力は非常に大きなものであり、当該労力を低減することが望まれる。
【００６０】
そこで、本実施形態では、前記中間投入工程において、蒸留槽２１に貯留された発酵醪の液面が、基準液面位置よりも高くなるように、発酵醪を蒸留槽２１へ投入することにより、発酵醪が蒸留槽２１の内壁にこびりつくことを防止する。
【００６１】
前記基準液面位置とは、蒸留槽２１の加熱対象面を発酵醪によって覆うことができる液面の位置であり、例えば、固定ヒータ２２の鉛直上側の端部の位置、または当該位置よりも所定の距離だけ鉛直上側に離れた位置である。前記所定の距離は、蒸留温度等を考慮して、作業者が決定すればよい。特に、発酵醪が沸騰することによって生じる飛沫が届く位置を考慮して前記所定の距離を決定すればよい。
【００６２】
発酵醪が蒸留槽２１の内壁に固着したとしても、固着した発酵醪を覆うように新しい発酵醪を補充すれば、固着した発酵醪は内壁からはがれる。そのため、蒸留によってエタノールおよび水が気化することによって発酵醪の体積が減少し、発酵醪の液面が基準液面位置より低下しても、新しい発酵醪を基準液面位置まで補充すれば、基準液面位置より鉛直下側の内壁に発酵醪が固着し続けることを防止できる。
【００６３】
このように蒸留槽２１の加熱対象面が常時、液相（発酵醪）で覆われるように発酵醪の液面を基準液面位置において維持するか、または一旦基準液面位置よりも低下した前記液面が基準液面位置に戻るように液面制御することにより、発酵醪が前記内壁へ固着する量を低減できる。
【００６４】
このような液面制御を、作業者が目視で液面を確認したうえで、手動で供給装置６を制御することにより行ってもよい。この場合、蒸留槽２１の壁面に、液面を目視確認するための窓部を形成すればよい。
【００６５】
または、予め、時間経過に伴う液面の低下率を把握したうえで、蒸留開始からの経過時間を指標として供給装置６を自動制御することにより、発酵醪を補充してもよい。発酵醪中のエタノール濃度自体は５体積％程度であり、共沸によってこれと一緒に留去される水分も多量ではないため、これらの減衰分に加え、蒸留槽２１から排出する蒸留残渣の量を考慮したうえで新しい発酵醪の供給量を決定すればよい。
【００６６】
または、蒸留槽２１内に設置した液面計（図示せず）からの信号を指標として用いて供給装置６を自動制御することにより、発酵醪を補充してもよい。この場合、供給装置６は、中間投入工程において発酵醪の液面を制御する制御装置として機能する。
【００６７】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上述の実施形態に開示された複数の技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６８】
６  供給装置
１０  反応槽
２０  蒸留装置
２１  蒸留槽
２２  固定ヒータ
２６  コンデンサー
３０  エタノール製造システム
【図１】
2017063741.tif 000003
【図２】
2017063741.tif 000004