JP2014014337A - キャッサバ粕の処理方法 - Google Patents
キャッサバ粕の処理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014014337A JP2014014337A JP2012155071A JP2012155071A JP2014014337A JP 2014014337 A JP2014014337 A JP 2014014337A JP 2012155071 A JP2012155071 A JP 2012155071A JP 2012155071 A JP2012155071 A JP 2012155071A JP 2014014337 A JP2014014337 A JP 2014014337A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cassava
- alcohol
- reaction
- lees
- glucoamylase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 235000016735 Manihot esculenta subsp esculenta Nutrition 0.000 title claims abstract description 117
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 241000658379 Manihot esculenta subsp. esculenta Species 0.000 title 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 152
- 240000003183 Manihot esculenta Species 0.000 claims abstract description 116
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 77
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 claims abstract description 65
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 38
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 31
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims abstract description 28
- 108010073178 Glucan 1,4-alpha-Glucosidase Proteins 0.000 claims abstract description 27
- 102100022624 Glucoamylase Human genes 0.000 claims abstract description 27
- 102000004139 alpha-Amylases Human genes 0.000 claims abstract description 25
- 108090000637 alpha-Amylases Proteins 0.000 claims abstract description 25
- 229940024171 alpha-amylase Drugs 0.000 claims abstract description 25
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract description 4
- 235000014680 Saccharomyces cerevisiae Nutrition 0.000 claims description 64
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 11
- 108010059892 Cellulase Proteins 0.000 claims description 10
- 229940106157 cellulase Drugs 0.000 claims description 10
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims description 8
- 108010059820 Polygalacturonase Proteins 0.000 claims description 6
- 108010093305 exopolygalacturonase Proteins 0.000 claims description 6
- 241000235649 Kluyveromyces Species 0.000 claims description 5
- 108091005804 Peptidases Proteins 0.000 claims description 5
- 239000004365 Protease Substances 0.000 claims description 5
- 102100037486 Reverse transcriptase/ribonuclease H Human genes 0.000 claims description 5
- 239000010902 straw Substances 0.000 claims description 5
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims description 4
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 claims description 3
- 235000012054 meals Nutrition 0.000 claims description 3
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000004382 Amylase Substances 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 4
- 238000013019 agitation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000011369 resultant mixture Substances 0.000 abstract 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 25
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 25
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 24
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 22
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 22
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 22
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 18
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 11
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 8
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 5
- 229940041514 candida albicans extract Drugs 0.000 description 4
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 4
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000004375 Dextrin Substances 0.000 description 2
- 229920001353 Dextrin Polymers 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 2
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 2
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 2
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 2
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 2
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 2
- 235000019425 dextrin Nutrition 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 240000009088 Fragaria x ananassa Species 0.000 description 1
- 244000017020 Ipomoea batatas Species 0.000 description 1
- 235000002678 Ipomoea batatas Nutrition 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 235000021012 strawberries Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
- C12P19/02—Monosaccharides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
- C12P19/14—Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of a carbohydrase (EC 3.2.x), e.g. by alpha-amylase, e.g. by cellulase, hemicellulase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
- C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
- C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
- C12P7/08—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
Landscapes
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Zoology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Microbiology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
【解決手段】含水率30質量%以上のキャッサバ粕に、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼおよびアルコール発酵酵母を添加して管内混合し(配合工程S1)、混合された混合物を反応槽の上部の投入口から投入し、4時間以上滞留させてアルコール発酵させる(配合工程S2)。反応生成物は反応槽の底部の排出口から排出させ、固液分離した後、後工程でエタノールを精製する。従来のような液化処理を実施した後に別の反応容器にて糖化・発酵処理を実施する必要がなく、一つの反応槽で、攪拌や温度調整などを実施しなくてもキャッサバ粕からエタノールを生成でき、キャッサバ粕を効率よく省エネルギーで有効利用できる。
【選択図】図1
Description
ところで、スターチの製造に利用されたキャッサバ芋の粕であるキャッサバ粕は、飼料として一部利用されるものの、大半が野積み廃棄され、広大な敷地が必要となる問題があるとともに、野積みされたキャッサバ粕から温室効果ガスであるメタンガスが排出され(非特許文献2参照)、環境の悪化が問題視されている。また、小麦、トウモロコシ、キャッサバ芋、甘藷などは食料との競合も問題となる。このことから、例えば生ゴミや廃材、キャッサバパルプ(キャッサバ粕)などの廃棄物、あるいはバイオマスからエタノールを製造する方法も検討されている(例えば、特許文献2および非特許文献3参照)。
また、上述したような澱粉からエタノールを製造する方法では、まず90℃程度でα−アミラーゼで加水分解して液化した後、60℃程度まで冷却してからグルコアミラーゼで糖化し、さらに30℃〜35℃程度まで冷却した後、この温度範囲が保たれるように冷却を継続しつつ酵母によりアルコール発酵させてエタノールを生成させる必要がある。アルコール発酵の際に、耐熱性酵母を用いることで冷却エネルギーを削減することも検討されているが、澱粉からエタノールを製造するまで、加熱と冷却とを実施することとなり、大きな運転エネルギーが必要となる。これらのように、従来の方法では、廃棄物などを再生可能エネルギーとして利用するために大きなエネルギーが必要で、原料の入手は低コストで容易に入手できても、運転コストが大きく、運転コストの低減が望まれている。
さらに、本発明では、前記配合工程は、前記キャッサバ粕と、前記α−アミラーゼ、前記グルコアミラーゼおよび前記アルコール発酵酵母とをライン混合して前記混合物を得る構成とすることが好ましい。
また、本発明では、前記配合工程は、前記反応槽内に投入されたキャッサバ粕と、前記α−アミラーゼ、前記グルコアミラーゼおよび前記アルコール発酵酵母とが、前記反応槽内で多層状となるように、前記キャッサバ粕に、前記α−アミラーゼ、前記グルコアミラーゼおよび前記アルコール発酵酵母を添加する構成とすることが好ましい。
そして、本発明では、前記混合工程は、前記キャッサバ粕に、セルラーゼ、ペクチナーゼおよびプロテアーゼのうちの少なくともいずれか1つをさらに添加する構成とすることが好ましい。
さらに、本発明では、前記反応工程は、前記反応槽として、上部に投入口、底部にアルコール発酵後の反応生成物を排出する排出口を有したものを用いる構成とすることが好ましい。
また、本発明では、前記反応工程は、前記反応槽内で4時間以上滞留させる構成とすることが好ましい。
そして、本発明では、前記配合工程は、前記α−アミラーゼを前記キャッサバ粕1g当たり9×10−5U以上600U以下で添加し、前記グルコアミラーゼを前記キャッサバ粕1g当たり3×10−4U以上200U以下で添加する構成とすることが好ましい。
また、本発明では、前記アルコール発酵酵母は、サッカロミセス属セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)またはクリベロミセス属マーキシアナス(Kluyveromyce marxianus)である構成とすることが好ましい。
図1に示すように、本実施形態のキャッサバ粕の処理方法は、キャッサバ粕に酵素および酵母を添加して混合物を得る配合工程S1と、この配合工程S1で得られた混合物を図示しない反応槽に投入してアルコール発酵させる反応工程S2と、を実施する。
配合工程S1では、含水率30質量%以上のキャッサバ粕に、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼおよびアルコール発酵酵母を添加して混合物を得る。
原料として利用されるキャッサバ粕は、キャッサバ芋からキャッサバスターチを製造する際に排出される廃棄物であり、キャッサバスターチのいずれの製造方法に限られるものでない。
原料に利用するキャッサバ粕として、含水率が30質量%以上、好ましくは70質量%以上90質量%以下のものを用いる。含水率が30質量%より少なくなると、後述する酵素および酵母を添加した後、未分解のキャッサバ粕が残らず分解されるまでに極めて長い時間を要してしまうためである。さらには、含水率が30質量%より少なくなると、エタノール生成時の発熱により、粕の昇温速度が速くなり、酵母の活性が低下してしまうためである。また、含水率が低くなることにより、キャッサバスターチ以外の物質も濃縮されるので、濃縮された物質の影響を受け、エタノール生成が阻害される可能性がある。一方、90質量%より多くなると、後述する反応工程後に得られる反応生成物中のエタノールの濃度が低くなり、後工程でのエタノールの精製に必要なエネルギー量が増大するおそれがあるためである。
ここで、含水率が30質量%の生のキャッサバ粕、すなわちキャッサバ芋から澱粉を抽出した後に廃棄されるキャッサバ粕を用いる場合に限られない。例えば、乾燥されたキャッサバ粕に含水率が30質量%以上、好ましくは70質量%以上90質量%以下となるように水を添加したり、生のキャッサバ粕および乾燥のキャッサバ粕を混合したものに必要に応じて水を添加したりしたものでもよい。
ここで、9×10−5Uより少ないとキャッサバ粕の澱粉を分解するために時間を要してしまい、600Uより多く添加しても、キャッサバ粕が未分解で残留せずにエタノールに分解されるまでの時間の短縮があまり図れず、費用対効果の点で有効ではないためである。
グルコアミラーゼは、キャッサバ粕1g当たり3×10−4U以上200U以下、好ましくは3×10−2U以上0.2U以下で添加する。
ここで、3×10−4Uより少ないとキャッサバ粕の澱粉を分解するために時間を要してしまい、200Uより多く添加しても、キャッサバ粕が未分解で残留せずにエタノールに分解されるまでの時間の短縮があまり図れず、費用対効果の点で有効ではないためである。
セルラーゼは、キャッサバ粕1g当たり1×10−4U以上100U以下、特に1×10−2U以上0.1U以下で添加することが好ましい。
ペクチナーゼは、キャッサバ粕1g当たり1×10−3U以上1000U以下、特に1×10−1U以上1U以下で添加することが好ましい。
プロテアーゼは、キャッサバ粕1g当たり1×10−4U以上100U以下、特に1×10−2U以上0.1U以下で添加することが好ましい。
そして、アルコール発酵酵母は、初期酵母濃度が光学密度で0.05以上10以下で添加することが好ましい。すなわち、この範囲で添加することで、酵素により生成された糖からアルコール発酵酵母によりエタノールを生成させる処理時間が、攪拌処理しなくても長時間を要せず、また必要量のアルコール発酵酵母によりコストが増大することも防止できる。なお、添加するアルコール発酵酵母は、後段の反応工程で増殖したアルコール発酵酵母の一部を返送して利用すれば、新たにアルコール発酵酵母を添加する必要がなく、より低コストでエタノールを生成させることができる。
なお、上記の反応工程の反応槽へ搬送する搬送経路中で管内混合する構成とすることで、攪拌混合専用の槽が不要となり、処理装置全体の小型化や簡略化ができるとともに、反応工程の反応槽へ搬送するエネルギーを利用して酵素を混合でき、エタノール生成のエネルギー消費量を低減できる。
このような管内混合などにより、キャッサバ粕に酵素およびアルコール発酵酵母が添加された混合物が得られる。
反応工程S2では、配合工程S1で得られた混合物を、一つの反応槽に投入し、液化、糖化およびアルコール発酵させる。
反応槽は、構成上、特段の制約はないが、液化、糖化、アルコール発酵が進行するにつれて液相分が多くなることから、例えば上方から混合物が投入され、底部から反応生成物を槽外へ排出可能に、上部に投入口、底部に排出口を有した構成とすることが好ましい。特に、反応中の混合物から熱を回収、例えば媒体との熱交換により混合物を冷却し、回収した熱は給湯器や暖房用の熱として利用する熱交換装置を備えることで、エネルギーをより有効に回収できる。
なお、反応槽での反応は、バッチ式、連続式のいずれであってもよい。
すなわち、24時間より短い場合には、澱粉の分解およびアルコール発酵が十分に完了しておらず、糖が残った状態となってしまう。また、120時間を超えても反応が十分に完了しない場合には、エタノール生成の処理に長時間を要した状態であり、エタノールの効率的な生成ができないためである。
なお、反応槽では、攪拌や加熱は実施せず、投入された混合物はそのまま静置された状態で処理が進行する。すなわち、α−アミラーゼにより澱粉がデキストリンに分解され、生成されたデキストリンはグルコアミラーゼによりグルコースに分解され、グルコースからはアルコール発酵酵母によりエタノールが生成される。
固液分離方法としては、例えばフィルタープレス、遠心分離など、従来公知の各種方法を適用できる。
エタノール分離工程におけるエタノールの回収方法としては、例えば蒸留など、従来公知の各種方法を適用できる。なお、固液分離することなく、反応生成物を加熱してエタノールを直接回収するなどしてもよい。
上記実施形態では、含水率30質量%以上のキャッサバ粕に、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼおよびアルコール発酵酵母を添加した混合物を反応槽に投入して滞留させることで、酵素によりキャッサバ粕中の澱粉が次第に分解され、澱粉含有量に対して含水率が高いので、発酵時の温度が抑えられ、温度上昇による酵母の失活を防止できる。さらに、含水率が多いことから、加熱しても混合物の粘度はあまり上昇せず、従来のような液化処理を実施した後に攪拌しつつ糖化およびアルコール発酵をする多段処理をしなくても、単に反応槽内に投入して静置させておくのみで、同等の処理時間で同程度のエタノールを生成できる。
したがって、高粘度のキャッサバ粕でも攪拌を実施する必要がないことから、高粘度質を攪拌するための装置および攪拌のための大きなエネルギーが不要となり、簡単な構成で容易にかつ低エネルギーでキャッサバ粕からエタノールを生成でき、キャッサバ粕を効率よく容易に再生エネルギーとして有効利用することができる。
そして、キャッサバ粕に、セルラーゼ、ペクチナーゼおよびプロテアーゼのうちの少なくともいずれか1つをさらに添加することにより、反応工程での反応時間を短縮でき、効率よくエタノールを生成できる。
また、各種酵素およびアルコール発酵酵母をキャッサバ粕にライン混合することにより、酵素およびアルコール発酵酵母とキャッサバ粕とが均一に混合され、反応工程での反応時間を短縮できる。
さらに、反応槽として、上部から混合物が投入され、底部から反応生成物を排出する構成とすることで、順次分解されてエタノールが生成したり、細胞内などから水分が流出したりして、液相分が反応槽の底部に流下して排出される。このため、反応槽で混合物を攪拌することなく挿入した混合物を単に静置しておく処理でも、反応生成物を容易に回収できるとともに、底部近傍では液相分が多くなるので液相で反応が進行し、攪拌しなくても反応が促進する状態となり、反応時間がそれ程長くなることなく十分にエタノールを生成させることができることから、反応槽に攪拌機能を設けない簡単な構造に処理装置を構築できる。
そして、反応槽内で4時間以上滞留、好ましくは24時間以上120時間以下で滞留させてエタノールを生成させることで、加熱および冷却の温度調整や攪拌を実施しなくても、十分に分解して効率よくエタノールを生成できる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは、本発明に含まれるものである。
例えば、配合工程でキャッサバ粕に酵素およびアルコール発酵酵母を混合して説明したが、例えばキャッサバ粕を反応槽内へ投入する際の落下衝撃により混合したり、反応槽内にキャッサバ粕と酵素およびアルコール発酵酵母を薄い層状となるように、少量ずつ投入したりしてもよい。なお、これらの構成では特段の攪拌混合をすることなく、アルコール生成でき、特に層状で供給する構成であれば、あらかじめ混合する場合と同等の処理時間でアルコール生成できる。
そして、上記実施形態では、反応槽の上部から混合物を投入し、底部から反応生成物を排出する構成を例示したが、例えば反応槽の容積が大きくなった場合など、耐圧性や設備コストなどの点で上部から混合物を投入し、上部からポンプで吸い上げるなどにより排出する構成とするなどしてもよい。
具体的には、キャッサバ粕を例えば水蒸気により60℃以上120℃以下で加熱する加熱工程S11を実施し、澱粉を糊化してから、各酵素およびアルコール発酵酵母を添加して管内混合し(配合工程S1)、反応槽へ投入して反応工程S2を実施する。
この図2に示すように、澱粉を糊化させる温度に加熱することで、処理効率を向上できる。なお、澱粉を糊化する温度以下に加熱したとしても、各酵素およびアルコール発酵酵母の活性が増大し、エタノールを生成する処理時間を短縮できる。
また、酵母およびアルコール発酵酵母を添加する前のキャッサバ粕を加熱することで、先に混合してから加熱する場合に比して処理効率を向上できる。
なお、この図2に示す実施形態では、キャッサバ粕を加熱する方法として水蒸気を用いたが、キャッサバ粕の水分量が十分である場合には、従前の各種加熱方法を適用して加熱すればよい。キャッサバ粕の含水率が50質量%に満たない場合には、水の添加に代えて水蒸気による加熱にて水分を供給することができるので、水蒸気による加熱は特に有効である。
リンとしては、リン換算で3×10−4量%以上0.03質量%以下添加することが好ましい。窒素源としては、窒素換算で1×10−3質量%以上0.1質量%以下添加することが好ましい。
なお、本発明は、以下の実施例および比較例により制限されるものではない。
以下、キャッサバ粕と酵素およびアルコール発酵酵母との混合条件が、エタノール生成に及ぼす影響に関した実験1について説明する。
{原料}
原料に含水率が85%のキャッサバ粕2000gを用い、酵素にセルラーゼ、ペクチナーゼ、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼを用い、酵母にサッカロミセス属セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)を用いた。
エタノールの生成条件は、以下の4つの条件で実施した。
(比較例1)
比較例1は、図3に示すように、あらかじめ水2000mlが添加されたキャッサバ粕に、10Lのジャーファーメンター内でα−アミラーゼを混合した後(工程S21)、攪拌しながら90℃で1時間液化処理をした(工程S22)。この後、液化処理により得られた生成物に、グルコアミラーゼ、セルラーゼを添加し(工程S23)、攪拌しながら50℃で24時間糖化処理をした(工程S24)。さらに、酵母と酵母エキス(窒素源およびリン源)とを添加し(工程S25)、攪拌しながら30℃で24時間発酵処理した(工程S26)。
(比較例2)
比較例2は、あらかじめ水2000mlが添加されたキャッサバ粕に、10Lのジャーファーメンター内でα−アミラーゼと、グルコアミラーゼと、セルラーゼと、酵母と、酵母エキス(窒素源およびリン源)とを振り掛けて、48時間静置して反応させた。
(実施例1)
実施例1は、あらかじめ水2000mlが添加されたキャッサバ粕に、α−アミラーゼと、グルコアミラーゼと、セルラーゼと、酵母と、酵母エキス(窒素源およびリン源)とを二軸の混練機を用いて55rpmで10分間混合した混合物を、10Lのジャーファーメンター内で48時間静置して反応させた。
(実施例2)
実施例2は、実施例1の48時間静置に代えて、48時間攪拌しつつ反応させた。
反応後、遠心分離および濾過により固形分を除去した後、ガスクロマトグラフィーを用いてエタノール量を測定した。その結果を図4に示す。
この図4に示す結果から、酵素および酵母がキャッサバ粕と十分に混合されていない比較例2では、エタノールがほとんど得られなかった。なお、液相分が生成されており、酵素および酵母が接触し得る範囲であれば、攪拌せずとも反応が進行することが認められた。
また、あらかじめ酵素および酵母を混合しておく実施例1では、従来の攪拌しつつ糖化処理および発酵処理を多段で実施する比較例1と同等のエタノールが生成されることが認められた。また、反応時に攪拌を実施する実施例2では、実施例1と同等のエタノールが生成され、攪拌による効果は認められなかった。
次に、反応前の加熱がエタノール生成に及ぼす影響に関した実験2について説明する。
{実験条件}
(実施例3)
実施例3は、含水率が85%のキャッサバ粕50gに、α−アミラーゼと、グルコアミラーゼと、セルラーゼと、酵母(クリベロミセス属マーキシアナス(Kluyveromyce marxianus))と、酵母エキス(窒素源およびリン源)とを、二軸の混練機を用いて55rpmで10分間混合し、得られた混合物を300mlのビーカーを用いて72時間静置して反応させた。
(実施例4)
実施例4は、含水率が85%のキャッサバ粕50gをオートクレーブを用いて80℃15分加熱した後、実施例3と同様にして混合物を得て72時間静置して反応させた。
{結果}
反応後、遠心分離および濾過により固形分を除去した後、ガスクロマトグラフィーを用いてエタノール量を測定した。その結果を図5に示す。
この図5に示す結果から、あらかじめ加熱して澱粉を糊化しておく実施例4では、加熱しない実施例3に比して、約2倍の量のエタノールを生成できた。このことから、あらかじめ加熱して糊化しておくことで、処理効率を向上できることがわかる。
次に、上記実験2における加熱する温度がエタノール生成に及ぼす影響に関した実験3について説明する。
{実験条件}
(実施例5)
実施例5は、上記実験2の実施例4における加熱温度を30℃とした以外は、実施例4と同様に行った。
(実施例6〜10)
実施例6〜10は、上記実験2の実施例4における加熱温度を、それぞれ60℃、70℃、80℃、100℃、120℃とした以外は、実施例4と同様に行った。
{結果}
反応後、遠心分離および濾過により固形分を除去した後、ガスクロマトグラフィーを用いてエタノール量を測定した。その結果を図6に示す。
この図6に示す結果から、澱粉の糊化が始まる60℃(実施例6)から、30℃で加熱した場合(実施例5)に対して、エタノールの生成量が2倍以上となり、100℃(実施例9)では3倍近い生成量となっている。なお、120℃に加熱した場合(実施例10)では、温度が高すぎて酵素および酵母の活性が低下し始めているため、エタノールの生成量が少なくなったものと考えられることから、加熱する場合には、60℃以上120℃以下とすることが良好であることがわかる。
S2 反応工程
S11 加熱工程
Claims (9)
- キャッサバ粕からエタノールを生成させるキャッサバ粕の処理方法であって、
含水率30質量%以上のキャッサバ粕に、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼおよびアルコール発酵酵母を添加する配合工程と、
前記配合工程で前記α−アミラーゼ、前記グルコアミラーゼおよび前記アルコール発酵酵母が添加されたキャッサバ粕を、反応槽内で滞留させてアルコール発酵させる反応工程と、を実施する
ことを特徴とするキャッサバ粕の処理方法。 - 前記配合工程は、前記キャッサバ粕にα−アミラーゼ、グルコアミラーゼおよびアルコール発酵酵母を混合して得られた混合物を前記反応槽へ投入して滞留させアルコール発酵させる
ことを特徴とする請求項1に記載のキャッサバ粕の処理方法。 - 前記配合工程は、前記キャッサバ粕と、前記α−アミラーゼ、前記グルコアミラーゼおよび前記アルコール発酵酵母とをライン混合して前記混合物を得る
ことを特徴とする請求項2に記載のキャッサバ粕の処理方法。 - 前記配合工程は、前記反応槽内に投入されたキャッサバ粕と、前記α−アミラーゼ、前記グルコアミラーゼおよび前記アルコール発酵酵母とが、前記反応槽内で多層状となるように、前記キャッサバ粕に、前記α−アミラーゼ、前記グルコアミラーゼおよび前記アルコール発酵酵母を添加する
ことを特徴とする請求項1に記載のキャッサバ粕の処理方法。 - 前記混合工程は、前記キャッサバ粕に、セルラーゼ、ペクチナーゼおよびプロテアーゼのうちの少なくともいずれか1つをさらに添加する
ことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のキャッサバ粕の処理方法。 - 前記反応工程は、前記反応槽として、上部に投入口、底部にアルコール発酵後の反応生成物を排出する排出口を有したものを用いる
ことを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のキャッサバ粕の処理方法。 - 前記反応工程は、前記反応槽内で4時間以上滞留させる
ことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のキャッサバ粕の処理方法。 - 前記配合工程は、
前記α−アミラーゼを前記キャッサバ粕1g当たり9×10−5U以上600U以下で添加し、
前記グルコアミラーゼを前記キャッサバ粕1g当たり3×10−4U以上200U以下で添加する
ことを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載のキャッサバ粕の処理方法。 - 前記アルコール発酵酵母は、サッカロミセス属セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)またはクリベロミセス属マーキシアナス(Kluyveromyce marxianus)である
ことを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載のキャッサバ粕の処理方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012155071A JP6099186B2 (ja) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | キャッサバ粕の処理方法 |
PCT/JP2013/068683 WO2014010567A1 (ja) | 2012-07-10 | 2013-07-08 | キャッサバ粕の処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012155071A JP6099186B2 (ja) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | キャッサバ粕の処理方法 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014014337A true JP2014014337A (ja) | 2014-01-30 |
JP2014014337A5 JP2014014337A5 (ja) | 2015-09-10 |
JP6099186B2 JP6099186B2 (ja) | 2017-03-22 |
Family
ID=49916019
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012155071A Active JP6099186B2 (ja) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | キャッサバ粕の処理方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6099186B2 (ja) |
WO (1) | WO2014010567A1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019189651A1 (ja) * | 2018-03-29 | 2019-10-03 | 東レ株式会社 | 精製糖液の製造方法 |
JP2020110178A (ja) * | 2020-03-24 | 2020-07-27 | 国立研究開発法人国際農林水産業研究センター | キャッサバ発酵残物の利用方法 |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9255180B2 (en) * | 2012-06-28 | 2016-02-09 | Johnson & Johnson Consumer Inc. | Ultraviolet radiation absorbing polyethers |
JP2014212776A (ja) * | 2013-04-30 | 2014-11-17 | 出光興産株式会社 | 酵母培養方法 |
CN110951790A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-04-03 | 南京理工大学 | 降低木薯乙醇工艺发酵体系黏度的方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5615691A (en) * | 1979-07-16 | 1981-02-14 | Kyowa Hakko Kogyo Co Ltd | Preparation of alcohol by fermentation |
JPS5718991A (en) * | 1980-07-10 | 1982-01-30 | Ueda Kagaku Kogyo Kk | Liquefaction and saccharification of raw starch substance without steaming or boiling |
JPS59224694A (ja) * | 1983-05-31 | 1984-12-17 | Res Assoc Petroleum Alternat Dev<Rapad> | セルロ−ス系物質の糖化方法及びその装置 |
JPH05207885A (ja) * | 1991-01-16 | 1993-08-20 | Usa Government | セロビオース発酵酵母ブレタノミセス クステルシィを用いる同時進行糖化・発酵方法 |
JP2009112200A (ja) * | 2007-11-02 | 2009-05-28 | Nippon Steel Engineering Co Ltd | エタノール製造方法 |
JP2011522545A (ja) * | 2008-06-06 | 2011-08-04 | ダニスコ・ユーエス・インク | 糖化酵素組成物及びその糖化方法 |
JP2012050376A (ja) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Kansai Chemical Engineering Co Ltd | エタノールの製造方法 |
-
2012
- 2012-07-10 JP JP2012155071A patent/JP6099186B2/ja active Active
-
2013
- 2013-07-08 WO PCT/JP2013/068683 patent/WO2014010567A1/ja active Application Filing
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5615691A (en) * | 1979-07-16 | 1981-02-14 | Kyowa Hakko Kogyo Co Ltd | Preparation of alcohol by fermentation |
JPS5718991A (en) * | 1980-07-10 | 1982-01-30 | Ueda Kagaku Kogyo Kk | Liquefaction and saccharification of raw starch substance without steaming or boiling |
JPS59224694A (ja) * | 1983-05-31 | 1984-12-17 | Res Assoc Petroleum Alternat Dev<Rapad> | セルロ−ス系物質の糖化方法及びその装置 |
JPH05207885A (ja) * | 1991-01-16 | 1993-08-20 | Usa Government | セロビオース発酵酵母ブレタノミセス クステルシィを用いる同時進行糖化・発酵方法 |
JP2009112200A (ja) * | 2007-11-02 | 2009-05-28 | Nippon Steel Engineering Co Ltd | エタノール製造方法 |
JP2011522545A (ja) * | 2008-06-06 | 2011-08-04 | ダニスコ・ユーエス・インク | 糖化酵素組成物及びその糖化方法 |
JP2012050376A (ja) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Kansai Chemical Engineering Co Ltd | エタノールの製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JPN6013044771; Biosci. Biotechnol. Biochem., 2012, Vol. 76, No. 4, pp. 671-678 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019189651A1 (ja) * | 2018-03-29 | 2019-10-03 | 東レ株式会社 | 精製糖液の製造方法 |
JP2020110178A (ja) * | 2020-03-24 | 2020-07-27 | 国立研究開発法人国際農林水産業研究センター | キャッサバ発酵残物の利用方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2014010567A1 (ja) | 2014-01-16 |
JP6099186B2 (ja) | 2017-03-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Barua et al. | Biogas production from water hyacinth in a novel anaerobic digester: a continuous study | |
US9663807B2 (en) | Systems and methods for hydrolysis of biomass | |
US20230212471A1 (en) | Cellulosic biofuel | |
US20100021980A1 (en) | Hybrid process for the production of biofuel | |
JP2009183153A (ja) | バイオマス原料を用いた有機原料の製造システム及び方法 | |
Loizidou et al. | Pilot scale system of two horizontal rotating bioreactors for bioethanol production from household food waste at high solid concentrations | |
Peinemann et al. | Continuous pretreatment, hydrolysis, and fermentation of organic residues for the production of biochemicals | |
Waqas et al. | Conversion of food waste to fermentation products | |
JP6099186B2 (ja) | キャッサバ粕の処理方法 | |
Edama et al. | Enzymatic saccharification of Tapioca processing wastes into biosugars through immobilization technology (Mini Review) | |
Morais et al. | Bioethanol production from Solanum lycocarpum starch: A sustainable non-food energy source for biofuels | |
Roukas et al. | Rotary biofilm reactor: A new tool for long-term bioethanol production from non-sterilized beet molasses by Saccharomyces cerevisiae in repeated-batch fermentation | |
Bhuyar et al. | Advancements of fermentable sugar yield by pretreatment and steam explosion during enzymatic saccharification of Amorphophallus sp. starchy tuber for bioethanol production | |
Chantawan et al. | High-solid dark fermentation of cassava pulp and cassava processing wastewater for hydrogen production | |
Ebrahimian et al. | Coproduction of hydrogen, butanol, butanediol, ethanol, and biogas from the organic fraction of municipal solid waste using bacterial cocultivation followed by anaerobic digestion | |
CN104561127A (zh) | 一种农业秸秆的综合利用方法 | |
CN101168746A (zh) | 利用淀粉浆渣联产乙醇、醋酸工艺 | |
Chen et al. | Effects of enzyme volumes on hydrolysis and fermentation for ethanol production from leftover cooked rice | |
Jomnonkhaow et al. | Valorization of spent coffee grounds through integrated bioprocess of fermentable sugars, volatile fatty acids, yeast-based single-cell protein and biofuels production | |
WO2014033476A2 (en) | Hydrolysis and fermentation process | |
Afedzi et al. | Recent advances in process modifications of simultaneous saccharification and fermentation (SSF) of lignocellulosic biomass for bioethanol production | |
Gupte et al. | Consolidated bioprocessing of the organic fraction of municipal solid waste into bioethanol | |
Nganyira et al. | Quality of biogas generated through co-digestion of Brewer’s spent grain and cattle dung | |
JP5938160B2 (ja) | 同時糖化発酵による有価物製造方法 | |
CN109913505B (zh) | 一种利用餐厨垃圾制取燃料乙醇的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20150422 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20150422 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150710 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150724 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150724 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150828 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160524 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160707 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161206 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170131 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170217 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6099186 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |