JP6737986B2 - Apparatus for producing ethanol from biomass resources and method for producing ethanol from biomass resources - Google Patents

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Description

本発明は、バイオマス資源からエタノールを製造する装置及びバイオマス資源からエタノールを生産する方法に関する。 The present invention relates to an apparatus for producing ethanol from biomass resources and a method for producing ethanol from biomass resources.

近年、化石燃料の使用量の抑制を実現させる取り組みとして、穀物等から微生物の発酵によってエタノールを製造するバイオエタノールが注目されている。その生産技術として種々のプロセスが研究、発表されている。 In recent years, bio-ethanol, which produces ethanol by fermentation of microorganisms from cereals and the like, has been attracting attention as an effort to reduce the amount of fossil fuel used. Various processes have been studied and announced as the production technology.

しかしながら、現在、食料穀物（例えば、トウモロコシ、サトウキビ等）からのバイオエタノール等の増産が行われているが、これにより、食物価格の高騰を招いており、経済活動を不安定にする遠因ともなっている。さらに、これらは、人類の食物でもあるから競合し、社会問題となっている。そこで、セルロース含有バイオマス（例えば、稲わら、麦わら、などの草本系バイオマス、また樹木、廃建材などの木質系バイオマス）や産業廃棄物からのエタノール生産が重要な技術開発となっている。 However, currently, production of bio-ethanol etc. from food grains (eg corn, sugar cane etc.) is being increased, but this has led to soaring food prices, which is also a cause of instability in economic activities. There is. Furthermore, these are competing because they are also human foods, and have become a social problem. Therefore, ethanol production from cellulose-containing biomass (for example, herbaceous biomass such as rice straw and straw, woody biomass such as trees and waste building materials) and industrial waste has become an important technological development.

下記文献１に、バイオマス原料を含む原料懸濁液を糖化発酵処理してエタノールを製造する方法において、エタノール分離工程では、前工程である固液分離工程で分離された液体分からエタノールを分離できる旨開示されている。 In Document 1 below, in a method for producing ethanol by saccharification and fermentation of a raw material suspension containing a biomass raw material, in the ethanol separation step, ethanol can be separated from the liquid component separated in the solid-liquid separation step which is the previous step. It is disclosed.

特開２０１５−２７２８５JP-A-2015-27285

しかしながら、前記特許文献１に記載された方法では、培養終了後の培養液を取り出し、固液分離したうえで、蒸留工程を行う必要がある。これは、エタノール発酵工程を、嫌気条件下で、かつ温度を30℃以下にして行うため、生成したエタノールが培養終了後も培地中に存在するからである。このような発酵工程においては、発酵が進み、培地中のエタノール濃度が高くなるにつれ、発酵微生物への生成物阻害が拡大し、発酵微生物によるエタノール生成が停止してしまう。また、その生成されたエタノールにより発酵微生物が死滅してしまうという問題があった。さらに、蒸留工程中に発酵微生物が死滅してしまうという問題があった。 However, in the method described in Patent Document 1, it is necessary to take out the culture broth after completion of culturing, perform solid-liquid separation, and then carry out the distillation step. This is because the ethanol fermentation step is carried out under anaerobic conditions and at a temperature of 30° C. or lower, so that the produced ethanol is present in the medium even after the culture is completed. In such a fermentation process, as the fermentation progresses and the ethanol concentration in the medium increases, the product inhibition of the fermenting microorganisms expands, and the ethanol production by the fermenting microorganisms stops. Further, there is a problem that fermenting microorganisms are killed by the produced ethanol. Further, there is a problem that fermenting microorganisms are killed during the distillation process.

そこで、本発明は、糖化発酵中における培地中のエタノールの濃度上昇を抑え、原料や菌体などの不純物を蒸留装置に移すことなく、かつ、菌体を死滅させることなく、蒸留工程を実施することができる技術を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention suppresses the increase in the concentration of ethanol in the medium during saccharification and fermentation, does not transfer impurities such as raw materials and cells to the distillation apparatus, and does not kill the cells, and carries out the distillation step. The purpose is to provide a technology that can.

本発明の発明者は、好気条件下で、培養することが可能なエタノール生成能を有する微生物を用いアルコール発酵を実施すると、生成されたエタノールの一部が揮発するという特徴に着目した。この揮発したエタノールを発酵培養液中へ空気を通気することによりエタノールを含む水蒸気を発酵培養槽系外に排出し、発酵培養槽外に設けた回収槽中の溶液に溶解させることで、原料や菌体などの不純物を含まないエタノールを含有した溶液を得ることを見出した。 The inventor of the present invention has focused on the feature that, when alcohol fermentation is carried out using a microorganism capable of culturing under aerobic conditions and having an ethanol-producing ability, a part of the produced ethanol is volatilized. The vaporized ethanol is discharged to the outside of the fermentation culture tank system by evaporating air into the fermentation culture solution, and dissolved in the solution in the recovery tank provided outside the fermentation culture tank to obtain the raw materials and It was found that a solution containing ethanol containing no impurities such as bacterial cells was obtained.

本発明の一態様によれば、エタノールの製造装置は、バイオマス資源を糖化発酵する発酵培養槽と、 前記発酵培養槽へ気体を送気することのできる供給口と、 前記発酵培養槽から排出された気体を回収する回収管と、 前記回収管から排出されたエタノールを回収する回収槽とを有することを要旨とする。 According to one aspect of the present invention, an ethanol production apparatus includes a fermentation culture tank for saccharifying and fermenting biomass resources, a supply port capable of supplying gas to the fermentation culture tank, and an exhaustion from the fermentation culture tank. The gist is to have a recovery pipe for recovering the gas and a recovery tank for recovering the ethanol discharged from the recovery pipe.

また、本発明の一態様によれば、エタノールの製造方法は、バイオマス資源を糖化発酵する発酵培養工程と、発酵培養槽から排出された気体を蒸留する蒸留工程と、前記排気工程から排出された気体を回収する回収工程とを有することを要旨とする。 Further, according to one aspect of the present invention, the method for producing ethanol is a fermentation culture step of saccharifying and fermenting a biomass resource, a distillation step of distilling gas discharged from a fermentation culture tank, and a discharge step of the exhaust step. The gist is to have a recovery step of recovering gas.

本発明によれば、生成されたエタノールによる発酵微生物への生成物阻害を拡大することなく、生成されたエタノールを発酵培養槽系外で回収することができる。 According to the present invention, the produced ethanol can be recovered outside the fermentation tank system without expanding the product inhibition of the produced microorganisms on the fermenting microorganisms.

本願発明に係る全体の概略図Overall schematic diagram according to the present invention 発酵培養槽の平面図である。It is a top view of a fermentation culture tank. 本願発明に係るエタノールを製造する装置の平面図である。It is a top view of the apparatus which manufactures ethanol concerning the invention in this application. 本願発明に係るエタノールを製造する装置の正面図である。It is a front view of the apparatus which manufactures ethanol concerning the invention in this application. 本願発明に係るエタノールを製造する装置の右側面図である。It is a right side view of the apparatus which manufactures ethanol concerning the invention in this application. 本願発明に係る回収管の一態様である。It is one mode of a recovery pipe according to the present invention. 本願発明に係る回収管の一態様である。It is one mode of a recovery pipe according to the present invention. 本願発明に使用する回収菅と回収槽の一態様である。It is an embodiment of a collection tube and a collection tank used in the present invention. 本願発明に係る工程図である。It is a process drawing concerning the invention in this application. 実施例１についての結果を示したものである。4 shows the results for Example 1. 実施例２についての結果を示したものである。4 shows the results for Example 2. 実施例３についての結果を示したものである。5 shows the results for Example 3. 実施例３についての結果を示したものである。5 shows the results for Example 3. 実施例４についての結果を示したものである。9 shows the results for Example 4. 実施例５についての結果を示したものである。9 shows the results for Example 5. 実施例６についての結果を示したものである。9 shows the results for Example 6. 実施例７についての結果を示したものである。9 shows the results for Example 7. 実施例７についての結果を示したものである。9 shows the results for Example 7.

本発明は、糖化発酵中における培地中のエタノールの濃度上昇を抑え、不純物を蒸留装置に移すことなく、蒸留工程を実施する方法及びそれを実現するための装置である。
以下、添付の図面を参照しながら本発明をさらに詳しく説明する。なお、本明細書に記載される材料、方法及び数値範囲などの説明は、当該材料、方法及び数値範囲などに限定することを意図したものではなく、また、それ以外の材料、方法及び数値範囲などの使用を除外するものでもない。The present invention is a method for suppressing an increase in the concentration of ethanol in a medium during saccharification and fermentation, and a method for carrying out a distillation step without transferring impurities to a distillation apparatus, and an apparatus for realizing the method.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Note that the description of materials, methods, and numerical ranges described in this specification is not intended to be limited to the materials, methods, and numerical ranges, and other materials, methods, and numerical ranges. It does not exclude the use of such as.

図１に示すように、本実施形態のバイオマス資源からエタノールを製造する装置Aは、発酵培養槽１と、発酵培養槽中で生成され、揮発したエタノールを移送する回収管２と、回収管２によって移送された揮発されたエタノールを溶媒に溶解し回収する回収槽３と、回収槽３で溶液中にエタノールを溶解させたエタノール溶液を蒸留する蒸留器４とを備えている。
また、回収槽３は複数用いて、これらを直線的或いは放射状に前期回収管を用いて接続することも可能である（図示せず）。このようにすることによって、回収するエタノール量を増加させることができる。また、必要に応じて蒸留器４にエタノールを濃縮するための濃縮塔（図示せず）、エタノールを脱水するための脱水膜工程を行う装置を設置してもよい。As shown in FIG. 1, the apparatus A for producing ethanol from biomass resources of the present embodiment includes a fermentation culture tank 1, a recovery pipe 2 for transferring volatilized ethanol produced in the fermentation culture tank, and a recovery pipe 2. A recovery tank 3 for dissolving and recovering the volatilized ethanol transferred by means of a solvent and a distiller 4 for distilling the ethanol solution in which ethanol is dissolved in the solution in the recovery tank 3 are provided.
It is also possible to use a plurality of recovery tanks 3 and connect them linearly or radially using a recovery pipe (not shown). By doing so, the amount of ethanol to be recovered can be increased. Further, if necessary, a distiller 4 may be provided with a concentrating tower (not shown) for concentrating ethanol and an apparatus for performing a dehydration membrane process for dehydrating ethanol.

図２を用いて発酵培養槽１の天面構造について説明する。発酵培養槽の天面には、基質である資料を投入する試料投入口５と送気供給口６と、発酵蒸気出口７と攪拌機設置口８が設けられている。前記試料投入口５は、点検窓（図示せず）を備えた開閉可能な蓋（図示せず）を備えられる。また、前期試料投入口５には、基質を連続的に定量供給するための装置を設置することもできる（図示せず）。前記送気供給口６には、送気供給用配管（図示せず。以下、送気配管という。）がエアーポンプ（図示せず）を介して接続される。送気配管の送気口が発酵培養槽１中の発酵培養液面より下にあれば、送気配管の長さは特に制限されないが、底面に近い方が好ましい。前記発酵上記出口５は、回収管２と接続される。攪拌機設置口８には、攪拌羽９が攪拌機用ポンプ（図示せず）と共に設置される。
ここで、前記エアーポンプは、市販の各種エアーポンプを使用することができ、エアーを供給することができるポンプであれば特には制限されない。また、撹拌羽９は、市販の各種撹拌羽を使用することができる。The top surface structure of the fermentation culture tank 1 will be described with reference to FIG. On the top surface of the fermentation culturing tank, there are provided a sample inlet 5 for feeding a substrate material, an air supply inlet 6, a fermentation vapor outlet 7 and an agitator installation inlet 8. The sample inlet 5 is provided with an openable/closable lid (not shown) having an inspection window (not shown). In addition, a device for continuously quantitatively supplying the substrate can be installed in the sample inlet 5 in the previous period (not shown). An air supply pipe (not shown; hereinafter referred to as an air supply pipe) is connected to the air supply port 6 via an air pump (not shown). The length of the air supply pipe is not particularly limited as long as the air supply port of the air supply pipe is below the surface of the fermentation culture liquid in the fermentation culture tank 1, but the length closer to the bottom surface is preferable. The fermentation outlet 5 is connected to the recovery pipe 2. At the stirrer installation port 8, a stirrer blade 9 is installed together with a stirrer pump (not shown).
Here, various commercially available air pumps can be used as the air pump, and the air pump is not particularly limited as long as it can supply air. As the stirring blade 9, various commercially available stirring blades can be used.

発酵培養槽１の構造について図３〜図５を用いて説明する。
発酵培養槽１の上部側面に設けられた接続口１１と発酵培養槽１の底部１２とは、ポンプ１３及びサイクロンクリーナー１９を介し、循環配管１４を用いて連結される。また、ポンプ１３と循環配管１４とは、取出口１５を介して接続される。
循環手段としてポンプ１３を使用し、発酵培養液を循環し、循環配管１４の途中に設置されたサイクロンクリーナー１９を使用して、発酵培養液を固形分と培養液等の溶液とに固液分離する。固形分残渣は、サイクロンクリーナー１９に接続された配管を介して、スラッジポット２０に排出される。一方、培養液等の溶液は、接続口１１から発酵培養槽１へ戻される。また、サイクロンクリーナー１９に加えて、スリットスクリーン等を設置して糸状菌等を回収することもできる。なお、固液分分離手段として、循環配管１４上で、固液分離できる装置であれば、その固液分分離手段に用いる装置は特には制限されない。さらに、循環配管１４上でなくとも、一度タンクなどに回収した後に、ポンプを介して固液分離できる装置でもよい。The structure of the fermentation culture tank 1 will be described with reference to FIGS.
The connection port 11 provided on the upper side surface of the fermentation culture tank 1 and the bottom portion 12 of the fermentation culture tank 1 are connected via a pump 13 and a cyclone cleaner 19 using a circulation pipe 14. Further, the pump 13 and the circulation pipe 14 are connected via an outlet 15.
The fermentation culture liquid is circulated using the pump 13 as a circulation means, and the cyclone cleaner 19 installed in the middle of the circulation pipe 14 is used to perform solid-liquid separation of the fermentation culture liquid into a solid content and a solution such as a culture liquid. To do. The solid residue is discharged to the sludge pot 20 via a pipe connected to the cyclone cleaner 19. On the other hand, a solution such as a culture solution is returned to the fermentation culture tank 1 from the connection port 11. In addition to the cyclone cleaner 19, a slit screen or the like may be installed to collect filamentous fungi and the like. The solid-liquid separation means is not particularly limited as long as it is a device that can perform solid-liquid separation on the circulation pipe 14 as the solid-liquid separation means. Further, it may be a device that can be solid-liquid separated via a pump after once collecting in a tank or the like, not on the circulation pipe 14.

発酵培養槽１の下部側面には、下部側面全体を覆う保温ジャケット１０を設けている。保温ジャケット１０に所望の温度の溶媒を通液し、発酵培養槽内の温度調整を行う。この温度は微生物が生育しエタノール発酵できる温度であれば良く、発酵培養槽内の温度が高いほどエタノールの蒸発分離効率が向上する。
また、前記接続口１１から発酵培養槽１の内部に向かって、先端に充円錐ノズル１６を備えた配管１７が設置される。このとき、循環培養液充円錐ノズル１６から霧状の培養液を霧状にして吹き付け、消泡することができる。これにより、エタノール発酵を連続して実施することが可能となる。前記配管１７の長さは、発酵培養本体の半径に略等しい。また、前記試料取出口１５は、エアーや水を送る接続部としての利用も可能である。したがって、前記試料取出口１５より水を供給し、発酵培養槽１の内部略中央に設置される前記充円錐ノズル１６から霧状の水を発酵培養槽内部に供給することもできる。前記充円錐ノズル１６の噴霧形状は充円錐に限らず、発酵培養槽内の泡が効率良く消泡出来るものであればよい。
A heat insulation jacket 10 is provided on the lower side surface of the fermentation culture tank 1 to cover the entire lower side surface. A solvent having a desired temperature is passed through the heat insulation jacket 10 to adjust the temperature in the fermentation culture tank. This temperature should be a temperature at which microorganisms can grow and undergo ethanol fermentation, and the higher the temperature in the fermentation culture tank, the higher the efficiency of ethanol evaporation separation.
Further, a pipe 17 having a full cone nozzle 16 at the tip is installed from the connection port 11 toward the inside of the fermentation culture tank 1. At this time, the mist-like culture solution can be atomized and sprayed from the circulating culture solution conical nozzle 16 to defoam. This makes it possible to continuously perform ethanol fermentation. The length of the pipe 17 is substantially equal to the radius of the fermentation culture body. The sample outlet 15 can also be used as a connecting portion for sending air or water. Therefore, it is also possible to supply water from the sample outlet 15 and to supply mist-like water to the inside of the fermentation culture tank from the full-cone nozzle 16 installed in the fermentation culture tank 1 substantially at the center. The spray shape of the full-cone nozzle 16 is not limited to the full-cone shape and may be any shape as long as the bubbles in the fermentation culture tank can be efficiently defoamed.

回収菅２の一態様を図６示す。リデュース２３に接続された略半円弧状の配管２４と冷却水を通液させるジャケットを備えた冷却管２５及び配管２８（図示せず）とからなる。発酵培養槽１で、排出されたエタノールを含む気体を前記冷却管２５内で、液化する。なお、冷却管２５は、各種の冷却手段で冷却することができ、また、必ずしも、冷却する必要はない。 FIG. 6 shows one mode of the collection tube 2. It comprises a substantially semi-circular pipe 24 connected to the reduce 23, a cooling pipe 25 and a pipe 28 (not shown) equipped with a jacket for passing cooling water. In the fermentation culture tank 1, the discharged gas containing ethanol is liquefied in the cooling pipe 25. The cooling pipe 25 can be cooled by various cooling means, and it is not always necessary to cool it.

回収菅２の一態様を図７示す。リデュース２３に接続された冷却水を通液させるジャケットを備えた冷却管２６と略半円弧状の配管２７及び配管２８（図示せず）とからなる。本回収管２の態様においては、冷却管２６において、水・エタノール混合液を冷却して水を発酵培養槽中に戻すことにより、エタノールの回収効率を向上させることができる。なお、冷却管２６は、各種の冷却手段で冷却することができ、また、必ずしも、冷却する必要はない。 FIG. 7 shows one mode of the collection tube 2. The cooling pipe 26 includes a jacket connected to the reducer 23 for allowing cooling water to pass therethrough, and a substantially semi-arcuate pipe 27 and a pipe 28 (not shown). In the aspect of the present recovery pipe 2, the efficiency of ethanol recovery can be improved by cooling the water/ethanol mixed liquid in the cooling pipe 26 and returning the water to the fermentation culture tank. The cooling pipe 26 can be cooled by various cooling means, and it is not always necessary to cool it.

図８に回収槽３と前記配管２８との位置関係を示す。回収菅２に接続された配管２８の先端が回収槽３の下部付近にある。配管２８の先端の位置については特に制限されないが、配管２８の先端が回収槽３に投入した溶媒に浸す高さにあればよい。本実施形態のエタノール製造装置において、用いられる溶媒は、エタノールを溶解させるものであればよいが、好ましくは水である。さらに、エタノールの回収方法はこの方法に限定されず、汎用の蒸留塔などの蒸留設備のタンクに投入する方法でもよい。 FIG. 8 shows the positional relationship between the recovery tank 3 and the pipe 28. The tip of the pipe 28 connected to the collection tube 2 is near the lower part of the collection tank 3. The position of the tip of the pipe 28 is not particularly limited, but may be any height as long as the tip of the pipe 28 is immersed in the solvent put into the recovery tank 3. In the ethanol production apparatus of the present embodiment, the solvent used may be any solvent that dissolves ethanol, but is preferably water. Furthermore, the method of recovering ethanol is not limited to this method, and may be a method of charging it into a tank of a distillation facility such as a general-purpose distillation column.

次に、エタノール製造装置Aを使用したエタノール製造方法について図９等を用いて説明する。本発明に係るバイオマス資源からエタノールの製造方法は、ステップ１〜ステップ4又はステップ1〜ステップ5からなる。 Next, a method for producing ethanol using the ethanol producing apparatus A will be described with reference to FIG. 9 and the like. The method for producing ethanol from biomass resources according to the present invention includes steps 1 to 4 or steps 1 to 5.

ステップ１は、発酵培養工程である。すなわち、発酵培養槽２にペーパースラッジ等のリグノセルロース系を含有するバイオマス資源を供給し、これを糖化し、発酵する工程である。また、本技術で用いる原料は上記バイオマス資源に限定されず、とうもろこしやサトウキビなどから得られる糖蜜なども使うことができる。なお、本実施形態に係る発酵培養工程は、同時糖化発酵プロセス（SSF）若しくは糖化発酵同時プロセス（CBP）を採用することができる。その後、微生物及びエタノール生産培地を供給し、２８℃以上の温度、より好ましくは４０℃以上の温度で培養する。発酵培養液を４０℃以上とすることによって、エタノールが発酵培養槽内に気体として存在する量が増加する。 Step 1 is a fermentation culture process. That is, this is a step of supplying a biomass resource containing a lignocellulosic system such as paper sludge to the fermentation culture tank 2 to saccharify and ferment it. Further, the raw material used in the present technology is not limited to the above biomass resources, and molasses obtained from corn, sugar cane, etc. can be used. The fermentation culturing process according to the present embodiment can employ a simultaneous saccharification and fermentation process (SSF) or a simultaneous saccharification and fermentation process (CBP). Then, the microorganisms and the ethanol production medium are supplied, and the culture is performed at a temperature of 28°C or higher, more preferably 40°C or higher. By setting the temperature of the fermentation culture at 40° C. or higher, the amount of ethanol existing as a gas in the fermentation culture tank increases.

前記発酵培養工程に先立ち、前培養工程を実施することができる。前培養工程とは、発酵培養工程に先立ち、培地へ菌を入れて菌数を増やす工程である。また、必要に応じて、段階的に及び／又は連続的に培地を追加し、培地溶液を増加させる工程を実施してもよい。この工程を実施することによって、エタノールの生産速度を向上させることができる。 A pre-culture step can be performed prior to the fermentation culture step. The pre-culture step is a step of increasing the number of bacteria by adding bacteria to the medium before the fermentation culture process. Moreover, you may implement the process of adding a culture medium stepwise and/or continuously and increasing a culture medium solution as needed. By carrying out this step, the production rate of ethanol can be improved.

また、発酵培養槽に投入する培養液を必要に応じて調製し、植菌量（菌体仕込量）を調製することもできる。このようにすることによって、エタノールの生産量、エタノールを生産する速度及びエタノール生産コストを調整することができる。 Further, it is also possible to prepare a culture solution to be added to the fermentation culture tank as needed to prepare the inoculum amount (cell body charged amount). By doing so, the amount of ethanol produced, the rate of ethanol production, and the ethanol production cost can be adjusted.

また、前記発酵培養工程において、発酵培養液の固液分離を行う。これは、以下のように行う。ポンプ１３を使用して前記発酵培養槽１の底部１２から排出された発酵培養液を循環配管１４を介してサイクロンクリーナー１９に移送する。次いで、サイクロンクリーナー１９において、固液分離を行い、発酵培養中の固形分残渣は、スラッジポット２０に排出される。一方、発酵培養液中の液体分は、循環配管１４を介して接続口１１に移送されて、発酵培養槽中１に戻される。また、係る発酵培養液の固液分離は任意のタイミングにて実施することができる。 In the fermentation culture step, solid-liquid separation of the fermentation culture liquid is performed. This is done as follows. The fermentation culture liquid discharged from the bottom portion 12 of the fermentation culture tank 1 is transferred to the cyclone cleaner 19 through the circulation pipe 14 using the pump 13. Next, solid-liquid separation is performed in the cyclone cleaner 19, and the solid content residue in the fermentation culture is discharged to the sludge pot 20. On the other hand, the liquid component in the fermentation culture liquid is transferred to the connection port 11 via the circulation pipe 14 and returned to the fermentation culture tank 1. In addition, the solid-liquid separation of the fermentation culture liquid can be performed at any timing.

本発明で使用する、エタノールを生成する能力を有する微生物は、ケカビおよびキノコなどの耐熱性エタノール発酵糸状菌である。具体的には、接合菌門のムコール（Mucor）属、リゾムコール（Rhizomucor）属及びリゾプス属（Rhizopus）、担子菌門のシゾフィルム属(Scizophillum)及び不完全菌等が挙げられる。
同時糖化発酵プロセス（SSF）で使用することができる微生物として、以下の微生物が挙げられる。
Mucor ambiguous, Mucor circinelloides, Mucor fragilis, Mucor hiemalis, Mucor inaequisporus, Mucor oblongiellipticus, Mucor racemosus, Mucor recurves, Mucor satuminus, Mucor subtilissmus, Rhizomucor pusillus, Rhizopus azygosporus, Rhizopus microspores, Rhizopus oryzae, Rhizopus stolonifera, Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces marxianus, Schizophyllum commune, Fusarium oryzae, Trichoderma ressei
これらの微生物のうちで、現在寄託されているものには以下のようなものがあり、本発明に利用することができる。
Mucor ambiguous NBRC 6742
Mucor circielloides NBRC 4554, 4569, 4570, 4574, 5382, 5774, 5775, 30470, 31398, 4563, 5398, 6746
Mucor fragilis NBRC 6449, 9402
Mucor hiemalis NBRC 5303, 5834, 8448, 8449, 8565, 8567, 6753, 6754
Mucor inaequisporus NBRC 8624, 8635, 8636
Mucor oblongiellipticus NBRC 9258
Mucor racemosus NBRC 4555, 4556, 4581, 5403, 6745, 9255
Rhizopus azygosporus NBRC 31989
Rhizopus microspores NBRC 4737, 4768, 30499, 31988, 32995, 32996, 8631, 31987, 32002, 32003, 32997
Rhizopus oryzae NBRC 4705, 4706, 4707, 4716, 4744, 4758, 4766, 4772, 4780, 4783, 4785, 4798, 4804, 4809, 5318, 5319, 5378, 5379, 5380, 5413, 5414, 5418, 5440, 5780, 5781, 6154, 6155, 6300, 9364, 30795, 31005
Rhizopus stlonifera NBRC 32998, 4781, 5411, 6188, 30816
これらの微生物は、野生株、変異株、または、細胞融合、もしくは遺伝子操作などの遺伝子手法より誘導される組み換え株など、いずれの株も好適に用いることができる。さらに、これらの微生物は、単独または混合して使用することができる。同時に用いられるセルラーゼ等の糖化酵素は特に限定されず、市販のセルラーゼ剤等の糖化酵素を用いることができる。また、適宜糖化酵素を混合して使用することもできる。
例えば、Amylase, α-Amylase, Glucoamylase, Maltase, isoamylase, Cellulase , β-Glucosidase, endo-β-glucanase, Cellobiohydolase, Cellobiase, Xylanase, β-Xylanase, β-1,4-Xylanase, Invertase, β-Galactosidase, α-Galacosidase α-Mannosidase, β-Mannosidase,等が挙げられる。Microorganisms capable of producing ethanol used in the present invention are thermostable ethanol-fermenting filamentous fungi such as mold and mushrooms. Specific examples include the genus Mucor of the zygomycota, the genus Rhizomucor and the genus Rhizopus, and the genus Schizophillum of the basidiomycota and incomplete bacteria.
The microorganisms that can be used in the simultaneous saccharification and fermentation process (SSF) include the following microorganisms.
Mucor ambiguous, Mucor circinelloides, Mucor fragilis, Mucor hiemalis, Mucor inaequisporus, Mucor oblongiellipticus, Mucor racemosus, Mucor recurves, Mucor satuminus, Mucor subtilissmus, Rhizomucorpus pusillus, Rhizopus azygosporus, Rhizopus, Rhizopus azygosporus, Rhizopus micros , Schizophyllum commune, Fusarium oryzae, Trichoderma ressei
Among these microorganisms, the ones currently deposited include the following, which can be used in the present invention.
Mucor ambiguous NBRC 6742
Mucor circielloides NBRC 4554, 4569, 4570, 4574, 5382, 5774, 5775, 30470, 31398, 4563, 5398, 6746
Mucor fragilis NBRC 6449, 9402
Mucor hiemalis NBRC 5303, 5834, 8448, 8449, 8565, 8567, 6753, 6754
Mucor inaequisporus NBRC 8624, 8635, 8636
Mucor oblongiellipticus NBRC 9258
Mucor racemosus NBRC 4555, 4556, 4581, 5403, 6745, 9255
Rhizopus azygosporus NBRC 31989
Rhizopus microspores NBRC 4737, 4768, 30499, 31988, 32995, 32996, 8631, 31987, 32002, 32003, 32997
Rhizopus oryzae NBRC 4705, 4706, 4707, 4716, 4744, 4758, 4766, 4772, 4780, 4783, 4785, 4798, 4804, 4809, 5318, 5319, 5378, 5379, 5380, 5413, 5414, 5418, 5440, 5780 , 5781, 6154, 6155, 6300, 9364, 30795, 31005
Rhizopus stlonifera NBRC 32998, 4781, 5411, 6188, 30816
As these microorganisms, any strain such as a wild strain, a mutant strain, or a recombinant strain derived by a gene technique such as cell fusion or gene manipulation can be preferably used. Further, these microorganisms can be used alone or in a mixture. The saccharifying enzyme such as cellulase used at the same time is not particularly limited, and a saccharifying enzyme such as a commercially available cellulase agent can be used. Further, a saccharifying enzyme may be appropriately mixed and used.
For example, Amylase, α-Amylase, Glucoamylase, Maltase, isoamylase, Cellulase ,β-Glucosidase, endo-β-glucanase, Cellobiohydolase, Cellobiase, Xylanase, β-Xylanase, β-1,4-Xylanase, Invertase, β-Galactosidase, α-Galacosidase α-Mannosidase, β-Mannosidase, and the like.

糖化発酵同時プロセス（CBP）で使用可能の耐熱性エタノール発酵糸状菌として、以下の微生物を挙げることができる。
Mucor circinelloides, Rhizomucor pusillus, Rhizopus microspores，Schizophyllum commune
これらの微生物のうちで、現在寄託されているものには以下のようなものがあり、本発明に利用することができる。
Mucor circinelloides NBRC 4563, 5382
Rizomucor pusillus NBRC 4580
Rhizopus microspores NBRC 32997
Schizophyllum commune NBRC 4928, 30749
これらの微生物は、野生株、変異株、または、細胞融合、もしくは遺伝子操作などの遺伝子手法より誘導される組み換え株など、いずれの株も好適に用いることができる。また、これらの微生物は、単独または混合して使用することができる。また、これらの微生物は、セルラーゼ等の糖化酵素も自ら分泌生産することができる。Examples of the heat-resistant ethanol-fermenting filamentous fungi usable in the saccharification and fermentation simultaneous process (CBP) include the following microorganisms.
Mucor circinelloides, Rhizomucor pusillus, Rhizopus microspores, Schizophyllum commune
Among these microorganisms, the ones currently deposited include the following, which can be used in the present invention.
Mucor circinelloides NBRC 4563, 5382
Rizomucor pusillus NBRC 4580
Rhizopus microspores NBRC 32997
Schizophyllum commune NBRC 4928, 30749
As these microorganisms, any strain such as a wild strain, a mutant strain, or a recombinant strain derived by a gene technique such as cell fusion or gene manipulation can be preferably used. Moreover, these microorganisms can be used individually or in mixture. In addition, these microorganisms can secretively produce saccharifying enzymes such as cellulase.

また、前記バイオマス資源は、木材、紙、古紙、繊維、木材パルプ、非木材パルプ、ペーパースラッジ、セルロースを含む稲わら、籾殻、雑草、落ち葉、海藻、お茶粕、コーヒー粕などの食品残渣、製紙汚泥のような産業廃棄物、セルロース成分を含む廃棄物などどのようなものでもよい。また、もちろんグルコースを含むものなら何でも良く、一般的に利用されるとうもろこし、サトウキビなどの糖蜜でもよい。さらに、これらの残渣物でもよい。糖質に限らず、セルロース、ヘミセルロース、リグニン、各種たんぱく質、キチン質などの有機物を発酵できる微生物を用いる場合は、これらを原料とすることもできる。
また、水洗浄法、酸処理法、アルカリ法、アルカリ・酸処理法等の処理により、炭酸カルシウム等の各種無機成分等の含量が低減されたペーパースラッジも使用することができる。このような処理を行うことによって、ペーパースラッジ中の糖質含量を向上させることができる上、発酵阻害物質である無機成分等を除去し、効率的なエタノール発酵に寄与することができる。The biomass resources are wood, paper, waste paper, fiber, wood pulp, non-wood pulp, paper sludge, rice straw containing cellulose, rice husks, weeds, fallen leaves, seaweed, tea meal, coffee meal and other food residues, papermaking. Any kind of industrial waste such as sludge or waste containing a cellulose component may be used. Also, of course, any substance containing glucose may be used, and commonly used corn or molasses such as sugar cane may be used. Further, these residues may be used. When microorganisms that can ferment organic substances such as cellulose, hemicellulose, lignin, various proteins, and chitin are used as raw materials, not limited to sugars.
Further, a paper sludge having a reduced content of various inorganic components such as calcium carbonate by a treatment such as a water washing method, an acid treatment method, an alkali method, and an alkali/acid treatment method can also be used. By carrying out such a treatment, it is possible to improve the sugar content in the paper sludge, and at the same time, it is possible to remove inorganic components such as fermentation inhibiting substances and contribute to efficient ethanol fermentation.

前記エタノール生産培地としては、糖水溶液の他に、窒素源、無機塩類、さらに必要に応じてアミノ酸、ビタミンなどの有機微量栄養素を適宜含有する液体培地が好ましく使用される。窒素源としては、アンモニアガス、アンモニア水、アンモニウム塩類、尿素、硝酸塩類、その他補助的に使用される有機窒素源、例えば油粕類、大豆加水分解液、カゼイン分解物、その他のアミノ酸、ビタミン類、廃糖蜜、酵母または酵母エキス、肉エキス、ペプトン等のペプチド類、各種発酵菌体およびその加水分解物などが使用される。無機塩類としては、リン酸塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、鉄塩、マンガン塩等を適宜添加することができる。上記に限定されず、微生物の生育力や生産力を維持・向上できるものであれば使用することが出来る。 As the ethanol production medium, a liquid medium containing a nitrogen source, inorganic salts, and if necessary, organic micronutrients such as amino acids and vitamins in addition to the aqueous sugar solution is preferably used. As the nitrogen source, ammonia gas, ammonia water, ammonium salts, urea, nitrates, and other organic nitrogen sources used supplementarily, for example, oil meal, soybean hydrolyzate, casein hydrolyzate, other amino acids, vitamins, Peptides such as molasses, yeast or yeast extract, meat extract, peptone, various fermented cells and hydrolysates thereof are used. As the inorganic salts, phosphates, magnesium salts, calcium salts, iron salts, manganese salts and the like can be appropriately added. It is not limited to the above, and any one can be used as long as it can maintain and improve the viability and productivity of microorganisms.

ステップ２は、送気工程である。送気工程とは、エアーポンプ等を使用して発酵培養槽中に空気を送り込む工程である。本発明においては、好気条件下でエタノール発酵を行うため、このような工程とすることができる。この工程によって、前記ステップ１で生成及び揮発したエタノールを前記発酵培養槽系外へ排出することができる。また、培養液中のエタノール濃度が上昇して、微生物によるエタノールの生成が停止してしまうこと、また、微生物が死滅してしまうことを防ぐことができる。 Step 2 is an air supply process. The air feeding step is a step of feeding air into the fermentation culture tank using an air pump or the like. In the present invention, since ethanol fermentation is performed under aerobic conditions, such a process can be performed. By this process, the ethanol produced and volatilized in the step 1 can be discharged to the outside of the fermentation culture tank system. In addition, it is possible to prevent the ethanol concentration in the culture solution from rising and stop the production of ethanol by the microorganisms, and prevent the microorganisms from dying.

ステップ３は、蒸留第一工程である。すなわち、回収管２を使用して前記発酵培養槽から排出された気体に含まれるエタノールを液化する工程である。この工程によって、発酵培養槽中で発生したエタノールを発酵培養槽系外で回収することができる。一般に、発酵槽から蒸留タンクに回収した後に蒸留する場合には、蒸留時の熱により酵母や微生物は死活、および死滅してしまうが、上記方法では５０℃以下の温度により発酵培養槽から直接気化されるため、微生物を死滅させることなく繰り返し利用することができる。 Step 3 is the first distillation step. That is, this is a step of liquefying the ethanol contained in the gas discharged from the fermentation culture tank using the recovery pipe 2. By this step, ethanol generated in the fermentation culture tank can be collected outside the fermentation culture tank system. Generally, in the case of distilling after recovering from the fermentation tank to the distillation tank, yeast and microorganisms are killed and killed by the heat at the time of distillation, but in the above method, vaporization is directly carried out from the fermentation culture tank at a temperature of 50° C. or lower. Therefore, the microorganisms can be repeatedly used without being killed.

ステップ４は、回収工程である。すなわち、前記ステップ３で得られたエタノールを回収槽中に準備した溶媒中に溶解させる工程である。また、本工程は、溶媒中にエタノールを溶解させることを目的とする工程であるから、使用する回収槽の数は特には制限されない。この工程によって、発酵培養槽中で生成されたエタノールを系外で、エタノール溶液として回収することができる。また、回収槽を複数用いることによって、エタノール回収量を増加させることができる。また、直接、ステップ５の蒸留第二工程のタンクに回収してもよい。 Step 4 is a recovery process. That is, it is a step of dissolving the ethanol obtained in step 3 in the solvent prepared in the recovery tank. Moreover, since this step is a step for dissolving ethanol in a solvent, the number of recovery tanks to be used is not particularly limited. By this step, the ethanol produced in the fermentation culture tank can be recovered as an ethanol solution outside the system. Moreover, the recovery amount of ethanol can be increased by using a plurality of recovery tanks. Alternatively, it may be directly recovered in the tank of the second distillation step of step 5.

ステップ５は、蒸留第二工程である。すなわち、前記ステップ４で得られたエタノール溶液を最終的に蒸留する工程である。このような工程を経てエタノールを得ることができる。本実施形態においては蒸留による方法を採用しているが、蒸留に代えて、溶媒抽出法、分離膜等に分離するようにしてもよい。得られたエタノールをさらに濃縮させるための工程も本蒸留第二工程に含まれると解される。 Step 5 is the second distillation step. That is, it is a step of finally distilling the ethanol solution obtained in step 4. Ethanol can be obtained through such steps. In the present embodiment, the method by distillation is adopted, but instead of distillation, it may be separated by a solvent extraction method, a separation membrane or the like. It is understood that a step for further concentrating the obtained ethanol is also included in the main distillation second step.

また、前記ステップ１〜４を連続的に行うこともできる。すなわち、原料であるバイオマス資源及び培養液を追加で連続投入し、発酵培養工程、送気工程、蒸留第一工程、回収工程を連続的に行うことによって、連続してエタノール溶液を製造することができる。さらに、前記ステップ１〜５を連続的に行うことも可能である。すなわち、発酵培養工程、送気工程、蒸留第一工程、回収工程、蒸留第二工程を連続的に行うことによって、エタノール発酵の連続運転が可能となる。また、蒸留第二工程の蒸留残留水は、ペーパースラッジをアルカリ処理若しくは酸処理する際に、若しくは、発酵培養工程において再利用することもできる。 Further, steps 1 to 4 may be continuously performed. That is, an ethanol solution can be continuously produced by continuously adding additional biomass resources and a culture solution, which are raw materials, and continuously performing a fermentation culture step, an air feeding step, a first distillation step, and a recovery step. it can. Further, it is possible to continuously perform the steps 1 to 5. That is, continuous operation of ethanol fermentation becomes possible by continuously performing the fermentation culture step, the air feeding step, the first distillation step, the recovery step, and the second distillation step. Further, the distilled residual water in the second distillation step can be reused when the paper sludge is treated with an alkali or an acid, or in the fermentation culture step.

次に実施例を示して本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例等によって限定されるものではない。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples and the like.

［実施例１］
（発酵培養槽中のエタノール濃度測定）
50 g/L エタノールを含む蒸留水をモデル培養とし、１Ｌ通気撹拌バイオリアクターからエタノールを蒸散させ、 各種諸条件における培養液中のエタノール濃度変化を調査した。培養液中のエタノール濃度は、所定の時間にサンプリングを行い、 以下の測定方法で高速液体クロマトグラフィ（島津製作所 LC-10 System）を用いて定量した（本発明において、エタノールの測定は係る測定方法で実施した。）
通気 Air 量0.2 VVM の条件で、培養温度 28, 40, 45, 50℃ で蒸発実験を行った。[Example 1]
(Measurement of ethanol concentration in fermentation tank)
Using distilled water containing 50 g/L ethanol as a model culture, ethanol was evaporated from a 1 L aeration-stirred bioreactor, and changes in ethanol concentration in the culture medium under various conditions were investigated. The ethanol concentration in the culture broth was sampled at a predetermined time, and quantified by high performance liquid chromatography (Shimadzu LC-10 System) by the following measurement method (in the present invention, the measurement of ethanol is performed by such a measurement method). Carried out.)
Evaporation experiments were carried out at a culture temperature of 28, 40, 45, and 50℃ under the condition of aeration air volume of 0.2 VVM.

エタノール濃度（50g/L 以上）の測定方法
分離カラム:ICSep WA-1 Wine Analysis (Transgenomic 製)
移動相:0.0025N のH2SO4
温度:40℃
流速:0.6 mL/min
検出器：示差屈折検出器(RID)
エタノールの定量は、予め標準エタノール水溶液を用いて、適当に希釈したサンプル（N≧5）で得た結果により作成した検量線を用いた。Method for measuring ethanol concentration (50 g/L or more) Separation column: ICSep WA-1 Wine Analysis (Transgenomic)
Mobile phase: 0.0025N H2SO4
Temperature: 40℃
Flow rate: 0.6 mL/min
Detector: Differential refraction detector (RID)
For the quantitative determination of ethanol, a standard curve prepared by using a standard ethanol aqueous solution in advance and using a sample (N≧5) appropriately diluted was used.

図１０に結果を示す。図１０から明らかなように、いずれの条件においても培養液中のエタノール濃度は低下し、培養液からエタノールが蒸散している。培養温度 40 ℃において、培養 72時間でバイオリアクター内のエタノールの約 40% を蒸発回収することができることが判明した。また、培養温度の上昇に伴い、エタノールの蒸発速度も大きくなることがわかった。 The results are shown in FIG. As is clear from FIG. 10, the ethanol concentration in the culture solution decreased under all conditions, and ethanol was evaporated from the culture solution. It was found that at a culture temperature of 40°C, about 40% of ethanol in the bioreactor could be recovered by evaporation after 72 hours of culture. It was also found that the evaporation rate of ethanol increases with increasing culture temperature.

［実施例２］
（回収槽中のエタノールの濃度測定）
実施例１と同様に、50 g/L エタノールを含む蒸留水をモデル培養とし、１Ｌ通気撹拌バイオリアクターからエタノールを蒸散させ、 各種諸条件における回収槽中のエタノール濃度変化を調査した。 通気Air 量は 0.2 VVM の条件で、培養温度 28, 40, 45, 50 ℃で蒸発実験試験を行い、適時、蒸発回収したエタノール水溶液の濃度を測定した。[Example 2]
(Measurement of ethanol concentration in collection tank)
Similar to Example 1, using distilled water containing 50 g/L ethanol as a model culture, ethanol was evaporated from a 1 L aeration stirring bioreactor, and changes in ethanol concentration in the recovery tank under various conditions were investigated. The amount of aerated air was 0.2 VVM, and the evaporation test was conducted at culture temperatures of 28, 40, 45, and 50 °C, and the concentration of the ethanol aqueous solution recovered by evaporation was measured at appropriate times.

図１１に結果を示す。28 ℃の培養では、培養 12時間から約 35 g/L のエタノールを回収できた。一方、 40 ℃以上の条件下では、 6時間以降も蒸発するエタノール水溶液濃度が増加し、 200 -330 g/L のエタノール水溶液が回収できた。 The results are shown in FIG. In the culture at 28°C, about 35 g/L of ethanol could be recovered from the culture for 12 hours. On the other hand, under the conditions of 40 ℃ or higher, the concentration of the ethanol aqueous solution that evaporates after 6 hours increased, and 200 -330 g/L of ethanol aqueous solution could be recovered.

一般に密閉容器中のエタノールの蒸発は、水とエタノールの「蒸気圧比」に依存する。この比はあまり温度依存せず 約 2.4である。この条件下で 50 g/L のエタノール水溶液から気相側のエタノール濃度は、最大でも 120 g/L となると仮定できる。しかし、装置下部より通気を行った場合、それ以上のエタノールを分離回収できることが証明された。この結果から、蒸発プロセスの使用エネルギー削減、回収槽へエタノール水蒸気のみが入ることになるから装置自体の操作などの容易さ、さらに耐熱性エタノール糸状菌のエタノール阻害の回避など多くの利点を有している新規なエタノール製造プロセスである。
［実施例３］Generally, the evaporation of ethanol in a closed container depends on the "vapor pressure ratio" of water and ethanol. This ratio does not depend much on temperature and is about 2.4. Under this condition, it can be assumed that the ethanol concentration on the gas phase side of a 50 g/L ethanol aqueous solution is 120 g/L at the maximum. However, it was proved that more ethanol could be separated and recovered when ventilation was performed from the lower part of the device. From this result, there are many advantages such as reduction of energy used in the evaporation process, ease of operation of the device itself because only ethanol vapor enters the recovery tank, and avoidance of ethanol inhibition of heat-resistant ethanol filamentous fungi. It is a new ethanol production process.
[Example 3]

（反応培養槽を使用した実験）
モデル基質として、 α- セルロースを用いた培養実験を実施した。本実施例においては、 回収槽として20 L のタンクに水を 10 L 入れそこへ培養槽から直接排気される Air をバブリングさせるようにした。通気空気量を 0.2 VVM として、耐熱性エタノール糸状菌を使用して、40℃で培養を行い、24時間毎に、回収液中のエタノールを計測した。また、発酵培養槽中のグルコース、エタノールの含量を同間隔毎に測定した。(Experiment using reaction culture tank)
A culture experiment was carried out using α-cellulose as a model substrate. In this example, 10 L of water was put in a 20 L tank as a recovery tank, and Air directly exhausted from the culture tank was bubbled into the tank. Using a heat-resistant ethanol filamentous fungus with an aeration air volume of 0.2 VVM, the culture was carried out at 40°C, and the ethanol in the recovered liquid was measured every 24 hours. Further, the contents of glucose and ethanol in the fermentation culture tank were measured at the same intervals.

図１２に回収液中のエタノールの濃度の結果並びに図１３に発酵培養槽中のグルコース及びグルコースの計測結果を示す。培養開始後、糸状菌によるエタノールが生産され始め、それに伴って回収槽中のエタノール濃度も増加した。培養48時間目に培養槽中のエタノールは 12 g/L に達した。一方、回収槽中のエタノール濃度は、36.2 g/Lであった。 したがって、回収槽でエタノールを濃縮回収できていることが証明された。 FIG. 12 shows the result of the concentration of ethanol in the recovered liquid, and FIG. 13 shows the result of measuring glucose and glucose in the fermentation culture tank. After the start of culturing, ethanol was produced by filamentous fungi, and the ethanol concentration in the recovery tank also increased accordingly. At 48 hours of culture, ethanol in the culture tank reached 12 g/L. On the other hand, the ethanol concentration in the recovery tank was 36.2 g/L. Therefore, it was proved that ethanol could be concentrated and recovered in the recovery tank.

本実施例に係る培養実験では、通気空気量を 0.2 VVM として培養を行ったが、エタノールは培養液中にまだ残留していることから通気ガス量の最適化が必要であることがわかった。 In the culture experiment according to the present example, the culture was performed with the amount of aeration air being 0.2 VVM, but it was found that the amount of aeration gas needs to be optimized because ethanol still remains in the culture solution.

［実施例４］
（酵母エキスの添加量に対するエタノール発酵への影響）
耐熱性エタノール発酵糸状菌を使用して、ペーパースラッジ100g/Lで40℃の条件下で72時間培養を行った。[Example 4]
(Effect on ethanol fermentation for the amount of yeast extract added)
Using a thermostable ethanol-fermenting filamentous fungus, it was cultivated for 72 hours under the condition of 100 g/L of paper sludge at 40°C.

図１４に結果を示す。通常の酵母エキス 5 g/Lを含む条件下では27.4 g/Lのエタノールを生産できた。一方、その添加量を減らすと、2 g/Lでは26.4 g/L、1 g/Lでは24.3 g/Lでわずかに低下した。さらに、酵母エキス無添加では、菌株はほとんど増殖せず4.6 g/Lと劇的に低下することが判明した。この結果から、酵母エキスは耐熱性エタノール発酵糸状菌の増殖およびエタノール発酵に必須であることが判明した。また、添加量として5 g/L以上が望ましいが、1 g/Lでも最大生産能の約90%のエタノールができることが判明した。 The results are shown in FIG. It was possible to produce 27.4 g/L of ethanol under the conditions containing normal yeast extract of 5 g/L. On the other hand, when the amount added was reduced, 26.4 g/L at 2 g/L and 24.3 g/L at 1 g/L decreased slightly. Furthermore, it was found that the strain hardly grows and 4.6 g/L is drastically decreased without the addition of yeast extract. From these results, it was revealed that the yeast extract is essential for the growth of heat-resistant ethanol-fermenting filamentous fungi and ethanol fermentation. Moreover, it was found that the addition amount of 5 g/L or more is desirable, but even with 1 g/L, ethanol of about 90% of the maximum productivity can be produced.

［実施例５］
（酵母エキスの代替として廃糖蜜の添加量に対するエタノール発酵への影響）
エタノール生産性を向上させるために、安価な天然培地成分である廃糖蜜（コーンスティープリカーなど）を利用することが、経済的に最善策と考えられる。そこで窒素源として培地成分に使用する酵母エキスの代わりとして廃糖蜜を利用し、その他の条件としては、実施例４と全て同一条件下で、培養を行った。[Example 5]
(Effect on ethanol fermentation for the amount of molasses added as a substitute for yeast extract)
In order to improve the ethanol productivity, it is considered economically the best measure to use the molasses such as corn steep liquor, which is an inexpensive natural medium component. Therefore, molasses was used as a nitrogen source instead of the yeast extract used as a medium component, and other conditions were the same as in Example 4 except that the culture was performed.

図１５に結果を示す。酵母エキスを添加した場合、 1 g/L以上の添加量で20 g/L以上のエタノールが生産できるのに対して、2g/Lの廃糖蜜の添加で約25g/Lのエタノールを生産できることが判明した。 The results are shown in FIG. When yeast extract is added, 20 g/L or more of ethanol can be produced with an addition amount of 1 g/L or more, while about 25 g/L of ethanol can be produced with addition of molasses of 2 g/L. found.

［実施例６］
（前処理PSを用いたエタノール製造）
PSにCO2を1時間以上接触させ、酸処理を行ったPS（以下、処理PSという。）と酸処理を実施していないPS（以下、未処理PSという。）をコントロールとした基質を用い、同時糖化発酵プロセスにて、エタノール製造を行った。植菌量を1.25mL、培養堆積を25L、培養温度を40℃及び通気空気量を0.1vvmとして、120時間エタノール製造を実施し、エタノールの量を測定した。[Example 6]
(Ethanol production using pre-treated PS)
CO 2 was contacted with PS for 1 hour or more, and acid-treated PS (hereinafter referred to as treated PS) and acid-untreated PS (hereinafter referred to as untreated PS) were used as control substrates. , Ethanol production was carried out in the simultaneous saccharification and fermentation process. Ethanol production was carried out for 120 hours at an inoculum amount of 1.25 mL, culture accumulation of 25 L, culture temperature of 40° C., and aeration air amount of 0.1 vvm, and the amount of ethanol was measured.

図１６にエタノール測定結果を示す。未処理PS、処理PSについての120時間経過後のエタノール製造量は、それぞれ、13.5g/Lと26.5g/Lであった。この結果により、PSを基質としてエタノールを製造する事が可能であることが証明された。また、酸処理したPSを基質とすれば、エタノールの製造量を増加させることも証明された。 FIG. 16 shows the ethanol measurement result. The ethanol production amounts of the untreated PS and the treated PS after 120 hours were 13.5 g/L and 26.5 g/L, respectively. From this result, it was proved that ethanol can be produced using PS as a substrate. It was also proved that the production amount of ethanol was increased by using acid-treated PS as a substrate.

[実施例７]
（抄取パルプを用いた連続エタノール製造）
100L発酵タンクに蒸留器を設置したエタノール製造装置を準備し、前培養工程を２４時間実施した培養液を100L発酵タンクに投入した。次いで、100L発酵タンク中において、植菌量を２．５L、培養体積を５０L、培養温度を４０℃、及び通気空気量を0.1vvmとして、回分培養工程を２４時間実施した後、連続培養工程を基質の希釈率を0.04h-1、基質の供給速度を0.20wet-kg/h及び培養液供給速度を1.8〜2.0L/hとして、１２０時間実施し、発酵培養槽中のエタノール及び回収槽中に回収したエタノールの量を測定した。[Example 7]
(Continuous ethanol production using paper pulp)
An ethanol production apparatus in which a distiller was installed in a 100 L fermentation tank was prepared, and the culture solution in which the pre-culturing step was performed for 24 hours was added to the 100 L fermentation tank. Then, in a 100 L fermentation tank, the inoculum amount was 2.5 L, the culture volume was 50 L, the culture temperature was 40° C., and the aeration air amount was 0.1 vvm. After the batch culture process was performed for 24 hours, the continuous culture process was performed. Dilution rate of substrate is 0.04h -1 , substrate supply rate is 0.20wet-kg/h, and culture solution supply rate is 1.8~2.0L/h, 120 hours, ethanol in fermentation tank and recovery tank The amount of ethanol recovered was measured.

図１７に蒸留タンク中のエタノール測定結果を、図１８に回収エタノールの積算量を示す。
表８及び表９により培養時間７２時間〜１４４時間において、定常状態であった。また、投入した抄取パルプ14.4wet-kgから2.68kgのエタノールを製造することができた。

FIG. 17 shows the measurement result of ethanol in the distillation tank, and FIG. 18 shows the integrated amount of recovered ethanol.
According to Table 8 and Table 9, it was in a steady state in the culture time of 72 hours to 144 hours. In addition, 2.68 kg of ethanol could be produced from the fed paper-pulp pulp of 14.4 wet-kg.

１：発酵培養槽 ２：回収管 ３：回収槽 ４：蒸留装置 ５：試料投入口 ６：送気供給口 ７：発酵蒸気口 ８：攪拌機設置口 ９：攪拌機 １０：保温ジャケット １１：接続口 １２：底部 １３：ポンプ １４：循環配管 １５：試料取出口 １６：充円錐ノズル １７：配管 １８：脚 １９：サイクロンクリーナー ２０：スラッジポット ２３：リデューサー ２４：略半円弧状配管 ２５：冷却管 ２６：冷却管 ２７：略半円弧状配管 ２８：回収管２の先端部
A：エタノール製造装置 B：培養液 C：回収液 D：エタノールを含む水蒸気 E：エタノール F：空気



1: Fermentation culture tank 2: Collection pipe 3: Collection tank 4: Distillation device 5: Sample input port 6: Air supply supply port 7: Fermentation steam port 8: Stirrer installation port 9: Stirrer 10: Heat insulation jacket 11: Connection port 12 : Bottom 13: Pump 14: Circulation piping 15: Sample outlet 16: Full cone nozzle 17: Piping 18: Legs 19: Cyclone cleaner 20: Sludge pot 23: Reducer 24: Substantially semi-circular piping 25: Cooling pipe 26: Cooling Pipe 27: Substantially semi-circular pipe 28: Tip of recovery pipe 2
A: Ethanol production equipment B: Culture solution C: Recovery solution D: Water vapor containing ethanol E: Ethanol F: Air



Claims (4)

バイオマス資源からエタノールを生産する装置であって、
前記バイオマス資源を糖化し、発酵する、上部側面と底部に接続口を備えた培養槽と天面とからなる発酵培養槽と、
前記発酵培養槽中の発酵培養液へ気体を送気する送気配管と、
前記発酵培養槽から排出された気体を回収する冷却管を備えた回収管と、
前記回収管から排出されたエタノールを回収する回収槽と、
前記上部側面接続口から発酵培養槽の内部方向に、先端にノズルを備えた配管と、を備え
前記回収管は、前記発酵培養槽の天面に設置され、
前記発酵培養槽の底部と前記発酵培養槽の上部側面とは、固液分分離手段を備える装置と循環手段を備える装置とが、循環配管を介して接続され、
前記固液分分離手段は、前記発酵培養液を固液分離し、液体成分を前記発酵培養槽へ送液する固形分分離手段であり、
耐熱性エタノール発酵糸状菌を使用することを特徴とするバイオマス資源からエタノールを生産する装置。 A device for producing ethanol from biomass resources,
Saccharifying and fermenting the biomass resource, a fermentation culture tank comprising a culture tank having a top surface and a connection port at the bottom and a top surface,
An air supply pipe for supplying gas to the fermentation culture liquid in the fermentation culture tank,
A collection tube provided with a cooling tube for collecting the gas discharged from the fermentation culture tank,
A collection tank for collecting the ethanol discharged from the collection pipe,
A pipe provided with a nozzle at the tip, which is inward of the fermentation culture tank from the upper side connection port.
The recovery tube is installed on the top surface of the fermentation tank ,
The bottom of the fermentation culturing tank and the upper side surface of the fermentation culturing tank, a device including a solid-liquid separation means and a device including a circulation means, are connected via a circulation pipe,
The solid-liquid separation means is a solid-content separation means for performing solid-liquid separation of the fermentation culture liquid, and sending a liquid component to the fermentation culture tank,
A device for producing ethanol from biomass resources, which is characterized by using a heat-resistant ethanol-fermenting filamentous fungus. バイオマス資源からエタノールを生産する方法であって、
前記バイオマス資源を糖化し、発酵する発酵培養工程と、
発酵培養槽中の発酵培養液へ気体を送気する送気工程と、
前記発酵培養槽から排出された気体を蒸留し、前記気体の一部を発酵培養液へ戻す蒸留工程と、
前記蒸留工程から排出されたエタノールを回収する回収工程と、を有し、
前記発酵培養工程において、前記発酵培養液の固液分離を行い、前記発酵培養槽へ液体分を噴霧状の状態で戻し、
耐熱性エタノール発酵糸状菌を使用することを特徴とするバイオマス資源からエタノールを生産する方法。 A method for producing ethanol from biomass resources,
A fermentation culture step of saccharifying and fermenting the biomass resource;
An air supply step of supplying gas to the fermentation culture liquid in the fermentation culture tank,
Distilling the gas discharged from the fermentation culture tank, a distillation step of returning a part of the gas to the fermentation culture solution,
And a recovery step of recovering the ethanol discharged from the distillation step,
In the fermentation culturing step, solid-liquid separation of the fermentation broth is performed, and the liquid content is returned to the fermentation culturing tank in a spray state,
A method for producing ethanol from a biomass resource, which comprises using a thermostable ethanol-fermenting filamentous fungus. 前記発酵培養工程における培地は、窒素源として廃糖蜜を配合された培地
であることを特徴とする請求項２に記載のバイオマス資源からエタノールを生産する方法。 The method for producing ethanol from a biomass resource according to claim 2, wherein the medium in the fermentation culture step is a medium containing molasses as a nitrogen source. 前記発酵培養工程に先立ち、前培養工程を行うことを特徴とする
請求項２又は請求項３に記載のバイオマス資源からエタノールを生産する方法。 The method for producing ethanol from the biomass resource according to claim 2 or 3, wherein a pre-culture step is performed prior to the fermentation culture step.
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