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    公开号:WO1991009110A1
    申请号:PCT/JP1990/001623
    申请日:1990-12-12
    公开日:1991-06-27
    发明作者:Akira Suzuki；Masaaki Sueki；Keiichi Arikawa；Noritaka Kobayashi；Takashi Ehara
    申请人:Kirin Beer Kabushiki Kaisha；
    IPC主号:C12P7-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 連铳醱酵方法およびその反応器 技術分野
    [0002] この発明は、 主と して高濃度のアルコールを連続的に 生成する連続醱酵方法およびそれに用いる反応器に関す 背景技術
    [0003] 従来から、 アルコール （酒類） の醸造において、 定量 生産方式 （バッチ式） に代え、 原料を連続的に供給しつ つ微生物反応を起させてアルコールを生産する連続生産 方式として、 酵母をアルギン酸やセラ ミ ッ ク等からなる 固定化担体に固定化させ、 この固定化担体に原料を通し てアルコールを生成させる微生物反応器 （バイオリアク 夕） を用いて連続的かつ高性能にアルコールを生産する 方式が知られている。
    [0004] このような微生物反応器 （バイオリアクタ） を用いて 高濃度のアルコール （ 1 0 wtZ wt %以上をいう。 ） の生 産を行なおうとする場合には、 高い基質濃度の原料をフ イ ー ドさせる必要がある。 このとき、 仮に 1 5 %のアル コールを含む製品を生産しょう と した場合、 約 3 0 %の 基質濃度を有する原料をフイ ー ドさせることが必要とな る しかし、 このような高基質濃度を有する原料は浸透圧 が大きいため酵母に著しいダメージを与え、 生物反応が 進行しなく なり、 仮に反応が進行したと しても、 その反 応速度が極めて遅いものとなる。
    [0005] このようなことから、 微生物反応器を用いた連続運転 によるアルコールの生産では、 アルコール濃度が最大で 1 〇％までに留まってしま うため、 現状では高いアルコ ール濃度 （ 1 0 %以上） の製品の製造には微生物反応器 を用いての連統生産は行なわれていなかつた。
    [0006] 本発明は、 このような問題点に鑑み、 アルコール濃度
    [0007] 1 0 %以上の高濃度のアルコールを連続的に生産するこ とができる連続醱酵方法およびそれに用いる反応器を提 供することを目的としてなされたものである。
    [0008] 発明の開示
    [0009] 本発明は、 微生物の固定化担体を充填してなる反応槽 の原料入口から製品出口に向つて流れる原液の上流域中 に反応槽内の基質濃度が微生物反応に適する高基質濃度 範囲に保たれるように追加原料を段階的に供給し、 反応 槽の製品出口付近では原料成分が反応を完結して所望の アルコール濃度に到達するようにしたことを特徵とする 連続醱酵方法に関する。
    [0010] また、 微生物固定化担体を充填してなる反応槽の原料 入口から製品出口に向つて流れる原液の上流域に向け追 加原料を供耠する少なく とも一つの追加原料入口を設け、 反応槽内に、 基質濃度を微生物反応に適する高基質濃度 範囲に保っための反応促進領域と、 残る原料成分の反応 を完結させて反応槽の製品出口付近において所望のアル コール濃度に到達させる反応完結領域とを併せて設けた ことを特徴とする連続醱酵用反応器に関する。
    [0011] 本発明では、 反応槽の原料入口付近の上流側に追加原 料を段階的に供給することにより、 反応槽内の固定化さ れた微生物と反応する反応促進領域での基質濃度が所期 の原料濃度に復帰し、 以後の反応完結領域では、 生成さ れるアルコール濃度が所望の値に達するまでの間に基質 濃度が徐々に降下し、 かつ、 消費される。 こ う して反応 槽の原料入口から原料を連続的に供給しつつ追加原料を 段階的かつ連続的に供給することにより製品出口から高 濃度のアルコールを連続的に得ることができる。
    [0012] 図面の簡単な説明
    [0013] 第 1図は本発明の原理を示す説明図、 第 2図は原料の 基質濃度とアルコール濃度との関係を示すグラフ、 第 3 図は本発明の具体例を示す構成図、 第 4図は原料の基質 濃度のチユ ック位置を示す説明図、 第 5図はチェッ クさ れた基質濃度を示すグラフ、 第 6図は本発明の他の具体 例を示す構成図、 第 7図は本発明のさ らに他の具体例を 示す構成図、 第 8図はこの具体例におけるアルコール濃 度の経日変化を示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態
    [0014] 以下、 本発明の連続醱酵方法およびその反応器を図面 に示す実施例を参照して説明する。
    [0015] 第 1図は本発明の連続醱酵方法の原理の説明図であり、 第 2図は原料基質濃度とアルコール濃度との関係を示す グラフである。
    [0016] 反応糟 1はその内部にアルギン酸、 セラ ミ ック、 粒状 泡ガラス等からなる微生物固定化担体 2 (例えばキリ ン ビール製ハイパー ミ ッ クス （登録商標） ） を内蔵し、 反 応槽 1の下部に原料入口 3力 また、 その上部に製品出 口 4がそれぞれ設けられる。
    [0017] この反応槽 1の原料入口 3に近い上流域に追加原料入 口 5 , 6が原液の流動方向にわたって段階的に設けられ る。 この追加原料入口 5 , 6が設けられる位置は、 体積 比にして原料入口 3から、 例えば 1 / 1 0〜 3 1 0だ け後流側であつて段階的に追加原料を供給するようにす る。 反応槽 1は、 原料の基質濃度を微生物反応に適する 高基質濃度範囲に保たせるための反応促進領域 7と、 残 る原料成分を反応させて反応槽 1の製品出口 4付近にお いて所望のアルコール濃度に到達させる反応完結領域 8 とを有している。
    [0018] こ こで原料 I は、 反応が速やかに進行する基質濃度 (約 1 5〜 2 0 % ) を有し、 原料 Π , ΙΠは一般に原料 I より基質濃度の高い （ 3 0〜 5 0 % ) ものが用いられる。 第 2図は上記した本発明の連続醱酵方法の原理をグラ フ化して示すものである。 第 2図において濃度約 20 wt %の原料 Iを 1 0J Zh供給し、 濃度 50wt%の原料 Π, ΠΙを 1. 5J /hずつ反応槽 1の原料入口 3から反応槽 1の軸方向へその軸長の 1 1 ◦ずつ離間した位置にあ る原料入口 5， 6で注入した場合を示している。
    [0019] これによると、 反応速度が大きい原料入口 3付近で原 料入口 5から濃度の高い追加原料 Πを注入することによ り、 反応によって低下した反応槽 1内の基質濃度が 2〇 %ライ ンに復帰する。 さ らに原料入口 6から高濃度の追 加原料 mを注入するこ とによつて再び基質濃度が 20 % ライ ンに復帰して、 反応促進領域 7での高い基質濃度を 保ち、 以後、 反応完結領域 8において基質濃度が 2 %程 度まで下降する間に反応が完結し、 アルコール濃度 1 2 %のアルコールになる。
    [0020] 〔具体例 1〕
    [0021] -第 3図は、 本発明の具体例を示し、 反応槽を第 1 , 第 2反応槽 1ェ ， 12 と、 最終反応槽 13 とで構成する。 そして、 これらを直列に接続配置し、 第 1反応槽 1ェ の 原料入口 3から原料 Iを供給し、 第 2反応槽 1。 の原料 入口 5から追加原料 Πを注入し、 さらに最終反応槽 1。 の原料入口 6から追加原料 ΙΠを注入するようにしたもの である。 こ こで、 第 1 , 第 2反応槽 l i ， 1。 の容積は 全容積の 1 1 0〜3Z 1 0の範囲とする。 この具体例によると、 一段目でのフィ一ドでは不可能 とされる高濃度アルコール （約 1 2 ~ 1 5 %) の生産物 を連続して生産することができる。 この程度の濃度のァ ルコールを得るには約 30 %の S質濃度が必要であるが、 この濃度では一般の酵母では活性を示さない。 そのため 微生物反応が速やかに進行する範 E1 (約 1 3〜 20 %、 好ま しく は 1 3〜 1 8%) に原料の基質濃度を保つこと によつて極めて短時間内に反応率を上げることができる。 〔具体例 2〕
    [0022] 予備実験設備として、 第 4図に示すように、 長さ
    [0023] 5 0 0 m/m 、 直径 5 Om/m の反応槽 1を用意して、 これ を竪型塔状とし、 その下部の原料入口 3から原料 I とし てグルコース濃度 2 0 %の糖液を原料速度 ： 0. 1 £ h、 平均滞留時間 ： 1 ◦時間と し、 使用菌 （微生物） と して清酒酵母協会 7号 （学名 Saccharomyces cerevisiae)
    [0024] ) を使用して実験を行なった。 この具体例 1では反応槽 1には原料入口 3から製品出口 4の間のサンプリ ング位 置 A, B， C, Dにそれぞれ注出口を設け、 ここから原 液を抽出して各位置 A, B , C, Dでのグルコース濃度 を測定した。
    [0025] 上記実験の結果、 第 5図に示すように原料入口 3に近 いサンプリ ング位置 Aではグルコース濃度が 2 0 %であ つたものが、 1時間経過時点では約 1 3 %に減少し、 さ らに、 2時間経過時点では約 1 1 %、 4時間経過時点で は約 7%、 7時間経過時点で約 5 %、 そして製品出口 4 では約 6 %であった。
    [0026] この結果からみて、 経過時間 1時間後、 体積に換算し て反応槽 1の約 1 / 1 ◦位置で急速に基質 （グルコース） が消費されており、 アルコールに変化していることが判 明した。
    [0027] 〔具体例 3〕
    [0028] 上記実験を基に第 6図に示す実験装置を用い、 生産に 供し得る形態と して実施した。 すなわち第 1反応槽 1ェ と最終反応槽 1。 を用い、 第 1反応槽 1 £ は長さ 20 〇 m/m 、 直径 40 m/m 、 体積◦ . 25J のガラス製と し、 第 1反応槽 1ェ の出口と最終反応槽 13 は長さ 570m/ m 、 直径 50 m/m 、 体積 1. li のガラス製と し、 第 1 反応槽 1ェ の出口と最終反応槽 13 の入口とを連通する パイプ 9の途中にポンプ 1 ◦を配設した。 また、 第 1反 応槽 1ェ の原料入口 3からグルコース濃度 20 %の原料 Iを流量 55 cc/hで供給し、 ポンプ 1 ◦より下流のパイ プ 9中にグルコース濃度 4 5%の追加原料 Πを流量 3 5 cc/hと して原料入口 6から供給し、 使用菌は清酒酵母協 会 7 （乎名 Saccharomyces cerevisiae) と した 0 上記実験装置による滞留時間の合計は、
    [0029] T = (1 · 1+ 0 '25)ノ（0.055 + 0.035) -15 (h) であり、 添加基質量の合計は、
    [0030] C = (55 X 0.2+35 X 0.45) / (55+35) = 29.7 (%) である。
    [0031] 上記装置を用いて実験したところ、 1 5時間以内の滞 留時間であるにもかかわらずアルコール濃度 14. 1 % (7日間平均値） の生産品を 76日間にわたって連続し て生成することができた。
    [0032] 上記の実験装; Sでは、 2回のフィ ー ドとした場合であ るが、 これを 3回以上の多段フィ ー ドとすれば上記結果 を一層上回るものと考えられる。
    [0033] 〔具体例 4〕
    [0034] さらに具体例 2における実験を基に第 7図に示す実験 装置を用い、 生産に供し得る形態として実施した。 すな わち第 1反応槽 l i と最終反応槽 ι 3 を用い、 第 1反応 槽 1 i は長さ 24 Ora/m 、 直径 4 Om/m 、 体積
    [0035] 〇. 304j のガラス製と し、 第 1反応槽 1 t の出口と 最終反応槽 13 は長さ 57 0 m/m 、 直径 50 m/m 、 体積 1, 04j のガラス製と し、 第 1反応槽 の出口と最 終反応槽 13 の入口とを連通するパイプ 9の途中にポン プ 1 0を配設し、 第 1反応槽 1 i を 30 °Cに、 また、 最 終反応槽 13 を 20 °Cにそれぞれ温調水により温調した。
    [0036] また、 第 1反応槽 1ェ の原料入口 3からグルコース濃 度 20 %の原料 Iを流量ポンプ 1 を用いて 6 cc/hで 供給し、 ポンプ 1 02 より下流のパイプ 9中にダルコ一 ス濃度 30〜 35 %の追加原料 Πを流量 10 cc/hで供給 した。 また、 使用菌は清酒酵母協会 7号 （学名 Saccharomyces cerevisi ae ) と しナこ。
    [0037] 上記装置による滞留時間の合計は、
    [0038] T = (1·04 +0·30 ) /(0.006+0.01)-84h) であり、 添加基質量の合計は、
    [0039] C = 100 X 6 X °-2+1Q X °'325 ~= 27.8(%) である。
    [0040] 6 + 1° 上記装置を用いて実験したところ、 アルコール濃度
    [0041] 1 5. 1 %以上の生産品を 2ヶ月間にわたって連続して 生成することができた。 すなわち、 上記実験の結果、 第 8図のエタノール濃度 の経日変化のグラフに示すように、 約 2ヶ月間実験装 ϋ を運転し、 第 1反応槽 l i で 1段目出口アルコール濃度 として 1 0〜 1 3vol %のエタノールを、 また、 それを 受けた最終反応槽 1。 では 2段目出口アルコール濃度と して 1 5〜 2 0 vol %のエタノールを連続して生成する こ とができた。 産業上の利用可能性
    [0042] 以上のように、 本発明は、 微生物固定化担体を充填し てなる反応槽の原料入口から製品出口へ向つて流れる原 液の上流域において反応槽内の基質濃度が微生物反応に 適する範囲に保たれるように追加原料を段階的に供給し、 反応槽の製品出口付近では原料成分の反応が完結して所 望のアルコール濃度に到達するようにした。 その結果、 均質な高濃度アルコールを小容積の設備により連続的に 短時間で生産することができ、 アルコールの生産能率を 著しく高めることができるので連続醱酵方法およびその 反応器と して有用である。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1 . 微生物固定化担体を充填してなる反応槽の原料 入口から製品出口に向って流れる原液の上流域中に反応 槽内の基質濃度が微生物反応に適する高基質濃度範囲に 保たれるように追加原料を段階的に供給し、 反応槽の製 品出口付近では原料成分が反応を完結して所望のアルコ ール濃度に到達するようにしたことを特徵とする連続醱 酵方法。
    2 . 前記微生物反応に適する基質濃度範囲が 1 3〜 2 0 wt %である請求項 1記載の連続醱酵方法。
    3 . 微生物固定化担体を充填してなる反応槽の原料 入口から製品出口に向つて流れる原液の上流域に向け追 加原料を供給する少なく とも一つの追加原料入口を設け、 反応槽内に、 基質濃度を微生物反応に適する高基質濃度 範囲に保っための反応促進領域と、 残る原料成分の反応 を完結させて反応槽の製品出口付近において所望のアル コール濃度に到達させる反応完結領域とを有せしめたこ とを特徵とする連続醱酵用反応器。
    4 . 前記反応槽がフィ一ド自在に接続された複数の 反応槽からなり、 最上流側の反応槽に原料を、 その下流 の反応槽に追加原料を供給するようにした請求項 3記載 の連続醱酵用反応器。
    类似技术:
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JPH03187384A|1991-08-15|
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    EP0458979A4|1992-12-09|
    EP0458979A1|1991-12-04|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1991-06-27| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): BR US |
    1991-06-27| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IT LU NL SE |
    1991-08-13| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1991900332 Country of ref document: EP |
    1991-12-04| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1991900332 Country of ref document: EP |
    1995-03-28| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1991900332 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP1325726A|JPH03187384A|1989-12-15|1989-12-15|Continuous fermentation process and reactor therefor|
    JP1/325726||1989-12-15||BR909007139A| BR9007139A|1989-12-15|1990-12-12|Processo e reator de fermentacao continua|
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