(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料溶液中でアルコール発酵を行っている間は浮上し菌が死滅した後は自重で沈降する、アルコール生産菌を固定化したゲルを用い、原料溶液を発酵させてアルコールを製造する装置であって、該装置が、頭頂部又はその近傍に前記原料溶液のための供給口を有し底部には沈殿物廃出口を有すると共に、装置全体を恒温に維持するための加熱手段を外壁側に有する縦長の反応槽であり、該槽が、鉛直方向の中間部に設けられた、中央底部に沈殿した固形分を落下させるための開口を有するすり鉢形隔壁によって、上部から、順次反応液撹拌手段を有する撹拌領域、前記アルコール生産菌を固定化した固形化ゲルの浮上を抑えるフィルター装置を有するアルコール発酵反応領域、及び、死滅したアルコール生産菌のゲルその他の固形分が沈降を開始する沈降開始領域を形成する上槽と、前記沈降した固形分が推積した沈殿領域と上澄液領域を有する下槽とに分割されていると共に、該下槽の上部に上澄液取り出し口が設けられていることを特徴とするアルコール製造装置。
【請求項２】
前記すり鉢形隔壁底部の開口の先に、上澄領域を確保するための直管が接続されてなる請求項１に記載されたアルコール製造装置。
【請求項３】
前記すり鉢形隔壁底部の開口の直径が、アルコール生産菌固定ゲル直径の１．５倍〜３．５倍である、請求項１又は２に記載されたアルコール製造装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載された装置の下槽の上部に設けられた上澄液取出口を、管路を介して固液分離装置に連結し、該固液分離装置で分離された固形分含有溶液を前記上槽頭頂部又はその近傍から反応槽内に還流する手段、及び、前記固液分離装置で分離されたアルコール水溶液を貯留する手段を更に配してなることを特徴とするアルコール製造装置。
【請求項５】
固液分離装置で分離されたアルコール水溶液を濃縮する如く、固液分離装置の後段に、アルコール水溶液濃縮装置及び／又はアルコール分留塔を配してなる、請求項４に記載されたアルコール製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定化した酵素を用いて、澱粉、糖質、セルロース等の原料を含有する原料溶液を発酵させるアルコール製造装置に関し、特に、砂糖を生産した後の原料残渣からエタノールを製造するに適した、アルコール製造装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
エタノールの製造方法としては、デンプンや糖蜜等を原料とする発酵法と、エチレンを原料とする合成法が周知である。最近においては、更にメタノールのホモロゲーションでエタノールを合成したり、合成ガスからエタノールを１段で合成する研究が活発に行われている一方、砂糖キビから砂糖を注出したモラシスという廃液から発酵法によってエタノールを製造する方法も開発されている（例えば、特開平８−２５２４３４号公報）。
【０００３】
本発明者らは、上記モラシスを有効利用する方法について更に検討した結果、エタノール生産菌を固定化したゲルを用いて発酵反応を行わせた場合には、エタノール生産菌が死滅して失活すると炭酸ガスを放出しなくなるため、ゲルの大きさを適度なものとすると、前記ゲルが沈降するだけでなく、この沈殿時に、灰分となる他の固形分の沈降をも伴うということ、及び、この沈降は、固形化ゲルの浮上を抑制する網状フィルターを入れることにより速やかとなり、灰分と上澄液を効率良く分離することができるということを見出し、本発明に到達した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は死滅したアルコール生産菌の固定化ゲルを他の固形分と共に速やかに分離し、効率良くアルコールを製造することのできる発酵によるアルコール製造装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記の目的は、原料溶液中でアルコール発酵を行っている間は浮上し菌が死滅した後は自重で沈降する、アルコール生産菌を固定化したゲルを用い、原料溶液を発酵させてアルコールを製造する装置であって、該装置が、頭頂部又はその近傍に前記原料溶液のための供給口を有し底部には沈殿物廃出口を有すると共に、装置全体を恒温に維持するための加熱手段を外壁側に有する縦長の槽であり、該槽が、鉛直方向の中間部に設けられた、中央底部に沈殿した固形分を落下させるための開口を有するすり鉢形隔壁によって、上部から、順次反応液撹拌手段を有する撹拌領域、前記アルコール生産菌を固定化した固形化ゲルの浮上を抑えるフィルター装置を有するアルコール発酵反応領域、及び、死滅したアルコール生産菌のゲルその他の固形分が沈降を開始する沈降開始領域を形成する上槽と、前記沈降した固形分が推積した沈殿領域と上澄液領域を有する下槽とに分割されていると共に、該下槽の上部に上澄液取り出し口が設けられていることを特徴とするアルコール製造装置によって達成された。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に使用されるアルコール生産菌は、例えば、サッカロマイセス（Sacchromyces）属のサッカロマイセス  セレビシエ（S.cerevisiae）、サッカロマイセスウバラム（S.ubarum）などを代表とする酵母、チモモナス  モビリス（Zymomonasmobilis）、クロストリディウム  サーモハイドロサルフリカム（Clostridiumthermohydrosulfuricum）などの細菌、トリコデルマ（Trichoderma）などのカビ類が挙げられる。
【０００７】
本発明におけるアルコール生産菌を固定化するゲルとは、生体触媒であるアルコール生産菌を繰り返し利用し、連続反応を可能とするために、該アルコール生産菌を表面に付着するためのものである。このようなゲルは公知のものの中から適宜選択して用いることができるが、包括法固定化・格子型の固定化法を用いることが好ましい。
【０００８】
格子型の固定化法はポリマーのゲルの格子の中に酵素を包みこんで脱離出来ない状態にして固定化する方法である。固定化の条件や反応操作は公知であり、形状、大きさなどは比較的自由に設定できる。これらの方法においては、ポリアクリルアミドゲル、アルギン酸カルシウムゲル、光硬化性樹脂、ｋ−カラギーナンゲルが比較的よく用いられる。これらのポリマーは酵素の固定化だけでなく、微生物菌体の固定化にも用いられる。
【０００９】
発酵原料としては、通常、澱粉、糖質及びセルロースが用いられる。発酵槽内のアルコール濃度は時間とともに高くなり、約１５重量％に達するとアルコール生産菌は顕著なアルコール濃度阻害を受け、発酵速度が低下するので、生成したアルコールを速やかに除去する必要がある。そこで本発明においては、先ず静置法によって固液分離を行い、上澄液を更に固液分離装置にかけてアルコール水溶液を得る。
【００１０】
【実施例】
以下、実施例によって本発明のエタノール製造装置について詳述するが、本発明はこの実施例に例示される各部分と同等の作用効果を奏する、他の手段を任意に組み合わせて構成することができ、従って本実施例に限定されるものではない。
図１は本発明の装置の概念図である。図中の符号１は、後述する２〜１５の各部分からなる本発明の装置の例である。符号２は上槽、３は下槽であり、上槽及び下槽は、底部に開口８を有するすり鉢形隔壁７によって仕切られている。
【００１１】
符号４は撹拌翼、５はエタノール生産菌を固定化したゲル６の浮上を抑止するフィルター（網）、９は、上槽から、死滅したエタノール生産菌のゲル等の沈降固形分を下槽に更に沈降させることにより、下槽の上部に上澄液領域を形成させるための管、１０は上澄液層、１１は沈殿層、１２は上澄液の注出口、１３は沈殿層抜き取り口、１４はバルブ、１５は、装置の温度を一定に保つための加熱手段であり、本実施例においては、一定温度の温水を上槽及び下槽の外壁周囲に還流させる手段が示されている。
【００１２】
本実施例においては、本装置の頭頂部又はその近傍からモラシス等の原料が供給される。ここでモラシスとは、砂糖キビを粉砕し、砂糖を注出した後のスラリー状廃液である。従来この廃液は、廃棄された後自然発酵して異臭を出す公害のもとに過ぎなかったが、本発明においては、この廃液をエタノール製造の原料とすることができる。モラシスはフィルター５を通過して上槽２から下槽３に供給され、液面は、前記フィルター５の上部に位置する。
【００１３】
モラシスはフィルター５の下部に浮遊させられているゲルに固定されているエタノール生産菌によって発酵し、エタノールが生産されると同時に炭酸ガスが発生する。従って、エタノール生産菌が生きており、発酵反応が生じている限り、発生する炭酸ガスによってゲルは浮上しようとする。しかしながら、ゲルはフィルター５によって浮上が抑制されるので、該フィルターを通る炭酸ガスのみが上部に放出される。
【００１４】
一方、エタノール生産菌が死滅すると、死滅したゲルは自重によって沈降する。この沈降と浮上とのバランスの観点からゲルの直径を３〜５ｍｍとすることが好ましい。モラシス中のアッシュと呼ばれる固形分も沈降するが、この固形分の沈降も、前記したゲルの沈降によって促進される。この沈降は、この反応域が撹拌されていないので速やかである。
【００１５】
沈降したゲル等の固形分は上槽と下槽の隔壁７の底部開口８、及び該開口８に接続した管９を通過して下槽３の底部迄沈降する。従って、開口８及び管９の直径は、ゲルの直径の２〜３倍であることが好ましい。ゲルの直径は、通常、３〜５ｍｍであるので、管９の直径は通常５〜１５ｍｍである。下槽３の静置条件は、隔壁７及び管９によって担保されるので、若干の中間領域はあるものの、下槽３は上澄液層１０と沈降層１１に速やかに分離される。
【００１６】
下槽３の沈降層１１は、バルブ１４を介して抜き取り口１３から適宜抜き取られる。一方上澄液は注出口１２から抜き取られ、ポンプ１６を介して、浸透気化膜等の固液分離装置１７に送られ、エタノール水溶液と固形分を含有する残渣液に分離される。残渣液は、本装置の頭頂部から還流され、撹拌手段４によって、前記供給された原料と混合される。これによって、原料にエタノール発酵に必要な栄養分を補給することができる。また、上記撹拌によって、炭酸ガスの放出も促進される。
【００１７】
固液分離装置で分離されたエタノール水溶液中のエタノール濃度は、１５〜２５％となるが、更に、その濃度を高めたい場合には、適宜、蒸留塔のような濃縮手段に連結して濃縮することができる。装置全体の温度制御は、本実施例の場合には、温水還流手段１５によって、約３０℃に維持される。この加熱手段は特に限定されるものではなく、直接電熱ヒーター等によって加熱しても良い。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の装置によれば、従来公害の元となっていた廃液モラシスをエタノールの原料として使用することができるだけでなく、静置沈降法により、簡単な構造であるにもかかわらず固液分離を簡便に行うことができるので生産効率が良い。特に、フィルター５を介在させたことにより、活性を有するエタノール生産菌と死滅したエタノール生産菌を自然に分離することができる上、沈降するゲルが固形分を伴って沈降するという利点もある。また、本装置から製造されて取出されたエタノール水溶液や下槽の沈殿物の量を補充するように原料を供給して連続運転することにより、更に生産効率を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアルコール製造装置の概念図である。
【符号の説明】
１  本発明のアルコール製造装置
２  上槽
３  下槽
４  撹拌翼
５  フィルター（網）
６  エタノール生産菌を固定化したゲル
７  隔壁
８  開口
９  管
１０  上澄液層
１１  沈殿層
１２  上澄液の取出口
１３  沈殿層抜き取り口
１４  バルブ
１５  加熱手段
１６  ポンプ
１７  固液分離装置
Ｆ    原料
Ａｇ  撹拌装置
Ｆｚ  反応域
ＳＺ  沈降域
Ｗ    廃棄
ＣＨ  熱媒体
【図１】
0004386218.tif 000002