エタノール発酵装置の滅菌洗浄方法
【課題】濯ぎ水を用いずにエタノール発酵装置の滅菌洗浄を行え、バイオエタノールの製造コストを低減できる滅菌洗浄方法を提供する。
【解決手段】エタノール発酵装置１は、糖化溶液貯留槽２と、嫌気発酵槽３と、発酵液貯留槽４と、糖化溶液貯留槽２から嫌気発酵槽３に糖化溶液を供給する糖化溶液供給手段１９と、嫌気発酵槽３から発酵液貯留槽４に発酵液を供給する発酵液供給手段２８とを備える。糖化溶液貯留槽２、糖化溶液供給手段１９、嫌気発酵槽３、発酵液貯留槽４を、洗浄液により滅菌洗浄する。前記洗浄液が残留する糖化溶液貯留槽２、糖化溶液供給手段１９、嫌気発酵槽３に前記糖化溶液を供給する。嫌気発酵槽３で生成した発酵液を残留する洗浄液により滅菌状態が維持されている発酵液供給手段２８、発酵液貯留槽４に供給する。
【解決手段】エタノール発酵装置１は、糖化溶液貯留槽２と、嫌気発酵槽３と、発酵液貯留槽４と、糖化溶液貯留槽２から嫌気発酵槽３に糖化溶液を供給する糖化溶液供給手段１９と、嫌気発酵槽３から発酵液貯留槽４に発酵液を供給する発酵液供給手段２８とを備える。糖化溶液貯留槽２、糖化溶液供給手段１９、嫌気発酵槽３、発酵液貯留槽４を、洗浄液により滅菌洗浄する。前記洗浄液が残留する糖化溶液貯留槽２、糖化溶液供給手段１９、嫌気発酵槽３に前記糖化溶液を供給する。嫌気発酵槽３で生成した発酵液を残留する洗浄液により滅菌状態が維持されている発酵液供給手段２８、発酵液貯留槽４に供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エタノール発酵装置の滅菌洗浄方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、稲藁等のリグノセルロース系バイオマスを基質として溶媒と混合してなる基質混合物を、微生物が産生する糖化酵素により糖化することにより糖化溶液を得て、該糖化溶液を発酵させることによりバイオエタノールを製造することが知られている。ここで、前記リグノセルロース系バイオマスは、セルロース又はヘミセルロースにリグニンが強固に結合した構成を備えている。
【０００３】
そこで、前記基質混合物を所定温度で所定時間保持することにより、該基質からリグニンを解離し、又は該基質を膨潤させ、セルロース又はヘミセルロースを糖化可能にした糖化前処理物を得て、該糖化前処理物を酵素糖化することが行われている。
【０００４】
尚、本願において、解離とは、リグノセルロース系バイオマスのセルロース又はヘミセルロースに結合しているリグニンの結合部位のうち、少なくとも一部の結合を切断することをいう。また、膨潤とは、液体の浸入により結晶性セルロースを構成するセルロース又はヘミセルロースに空隙が生じ、又は、セルロース繊維の内部に空隙が生じて膨張することをいう。
【０００５】
前記バイオエタノールの製造では、前記糖化酵素が高価であるので、該糖化酵素の使用量を低減するために前記基質混合物を低濃度とすることが行われている。ところが、前記基質混合物を低濃度とすると、このような基質混合物から得られる糖化溶液も低濃度になり、ひいては該糖化溶液を発酵させて得られるバイオエタノールも低濃度となる。この結果、得られたバイオエタノールを濃縮するために蒸留する際に、蒸留に要する時間及び熱エネルギーが増加するという問題がある。
【０００６】
前記問題を解決するために、前記基質混合物を高濃度とすると共に、前記糖化酵素の使用量を増加させ、高濃度のバイオエタノールを得ることが考えられる。この場合には、高価な前記糖化酵素の使用量が増加しコスト増となるため、前記バイオエタノールの製造工程の全体としてのコストを低減する必要がある。
【０００７】
前記バイオエタノール製造工程におけるコスト低減の一方策として、前記糖化溶液の発酵を行うエタノール発酵装置の滅菌洗浄方法を改良することが考えられる。前記エタノール発酵装置は、定期的に内容物を全て排出して洗浄するが、雑菌の増殖を防ぐために次の発酵を行う前に滅菌洗浄を行う必要がある。
【０００８】
前記滅菌洗浄として、従来、ビール等の酒類や清涼飲料等の飲料を製造するタンクの洗浄の際に、アルカリを含む洗浄液で該タンク内を洗浄する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−３５６７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記従来の方法では、前記洗浄液で洗浄した後、前記タンク内を水で濯ぐ必要があり、このため大量の濯ぎ水を用いるという不都合がある。
【００１１】
本発明は、かかる不都合を解消して、濯ぎ水を用いることなく前記エタノール発酵装置の滅菌洗浄を行うことができ、バイオエタノールの製造コストを低減することができる滅菌洗浄方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的を達成するために、本発明の前記エタノール発酵装置の滅菌洗浄方法は、 リグノセルロース系バイオマスを糖化酵素により糖化することにより得られた糖化溶液を貯留する糖化溶液貯留槽と、該糖化溶液を該エタノール発酵菌により発酵させてエタノールを含む発酵液を生成させる嫌気発酵槽と、該発酵液を貯留する発酵液貯留槽と、該糖化溶液貯留槽から該嫌気発酵槽に該糖化溶液を供給する糖化溶液供給手段と、該嫌気発酵槽から該発酵液貯留槽に該発酵液を供給する発酵液供給手段とを備えるエタノール発酵装置の滅菌洗浄方法であって、次亜塩素酸塩水溶液とアルカリ水溶液とを含む洗浄液により該糖化溶液貯留槽の滅菌洗浄を行う工程と、該糖化溶液貯留槽の洗浄に用いた洗浄液を、該糖化溶液供給手段を介して該嫌気発酵槽に供給し、該糖化溶液供給手段の滅菌洗浄を行う工程と、該洗浄液により該嫌気発酵槽の滅菌洗浄を行う工程と、該洗浄液により該発酵液貯留槽及び該発酵液供給手段の滅菌洗浄を行う工程と、該洗浄液が残留する該糖化溶液貯留槽に該糖化溶液を供給して、該糖化溶液を該洗浄液により部分的に中和する工程と、該嫌気発酵槽にエタノール発酵菌を供給すると共に、該糖化溶液貯留槽に貯留される該糖化溶液を該糖化溶液供給手段を介して該洗浄液が残留する嫌気発酵槽に供給して中和し、中和された該糖化溶液を該エタノール発酵菌により発酵させてエタノールを含む発酵液を生成する工程と、生成した発酵液を該洗浄液が残留する該発酵液供給手段を介して、該洗浄液が残留する該発酵液貯留槽に供給する工程とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明のエタノール発酵装置の滅菌洗浄方法では、まず、前記糖化溶液貯留槽に次亜塩素酸塩水溶液とアルカリ水溶液とを含む洗浄液を供給し、該洗浄液により該糖化溶液貯留槽の滅菌洗浄を行う。前記糖化溶液貯留槽の滅菌洗浄に用いた前記洗浄液は、糖化溶液供給手段を介して前記嫌気発酵槽に供給する。このようにすることにより、前記糖化溶液供給手段の滅菌洗浄を行うことができる。前記滅菌洗浄後、前記洗浄液の大部分は前記嫌気発酵槽を介して排出されるが、前記糖化溶液貯留槽及び前記糖化溶液供給手段には、残余の該洗浄液が付着している。
【００１４】
次に、前記嫌気発酵槽に次亜塩素酸塩水溶液とアルカリ水溶液とを含む洗浄液を供給し、該洗浄液により該嫌気発酵槽の滅菌洗浄を行う。前記滅菌洗浄後、前記洗浄液の大部分は前記嫌気発酵槽から排出されるが、該嫌気発酵槽には、残余の該洗浄液が付着している。
【００１５】
次に、前記発酵液貯留槽に次亜塩素酸塩水溶液とアルカリ水溶液とを含む洗浄液を供給し、該洗浄液により該発酵液貯留槽及び前記発酵液供給手段の滅菌洗浄を行う。前記滅菌洗浄後、前記洗浄液の大部分は前記発酵液貯留槽から排出されるが、該発酵液貯留槽及び前記発酵液供給手段には、残余の該洗浄液が付着している。
【００１６】
次に、前記洗浄液が残留する前記糖化溶液貯留槽に前記糖化溶液を供給する。ここで、前記糖化溶液は、前記リグノセルロース系バイオマスを前記糖化酵素により糖化することにより得られたものであるので酸性であり、前記洗浄液はアルカリ水溶液を含んでいる。そこで、前記糖化溶液は前記洗浄液により部分的に中和されることとなり、前記洗浄液により滅菌状態が維持されていた前記糖化溶液貯留槽にそのまま収容される。
【００１７】
次に、前記嫌気発酵槽にエタノール発酵菌を供給すると共に、前記糖化溶液貯留槽に貯留される前記糖化溶液を前記洗浄液が残留する前記糖化溶液供給手段を介して、該洗浄液が残留する嫌気発酵槽に供給する。前記糖化溶液は、前記糖化溶液貯留槽では部分的に中和されているが、前記糖化溶液供給手段及び前記嫌気発酵槽に残留しているアルカリ水溶液を含む前記洗浄液によりさらに中和されることとなり、該洗浄液により滅菌状態が維持されていた前記糖化溶液貯留槽にそのまま収容される。
【００１８】
このとき、必要ならば、前記嫌気発酵槽にアルカリ水溶液を供給して、前記糖化溶液のｐＨ調整を行うことが好ましい。このようにすることにより、前記嫌気発酵槽に収容された前記糖化溶液のｐＨを前記エタノール発酵菌の活動に適したｐＨに調整することができる。
【００１９】
そして、中和された前記糖化溶液を前記エタノール発酵菌により発酵させてエタノールを含む発酵液を生成させる。生成した発酵液は、前記洗浄液が残留する前記発酵液供給手段を介して、前記洗浄液が残留する前記発酵液貯留槽に供給する。このとき、前記発酵液供給手段及び前記発酵液貯留槽には前記洗浄液が残留しているので、滅菌状態が維持されており雑菌が増殖することがないので、前記発酵液が雑菌により汚染されることを防止することができる。
【００２０】
本発明によれば、残留する洗浄液により前記糖化溶液を中和し、或いは前記発酵液供給手段及び前記発酵液貯留槽の滅菌状態が維持されるので、濯ぎ水を用いることなく前記エタノール発酵装置の滅菌洗浄を行うことができる。また、本発明によれば、濯ぎ水を用いることがないので、バイオエタノールの製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に用いるエタノール発酵装置の一構成例を示すシステム構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態のエタノール発酵装置１は、糖化溶液貯留槽２と、嫌気発酵槽３と、発酵液貯留槽４とを備えている。
【００２４】
糖化溶液貯留槽２は、稲藁等のリグノセルロース系バイオマスを糖化酵素により処理する糖化工程５で得られた処理液から、固液分離６により分離された糖化溶液が供給される第１糖化溶液供給管７を備えている。糖化工程５では、稲藁等のリグノセルロース系バイオマスを基質として、該基質に糖化酵素を混合した基質・糖化酵素混合物が、該糖化酵素により糖化処理される。この結果、糖化後の前記基質・糖化酵素混合物として、前記処理液が得られる。また、糖化溶液貯留槽２は、洗浄液を供給する第１洗浄液供給管８と、第１洗浄液循環導管９とを備えている。
【００２５】
第１洗浄液供給管８は、図示しない洗浄液供給源に接続されており、水道水、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液をそれぞれ独立に供給することができる。また、第１洗浄液循環導管９は、途中に第１循環ポンプ１０を備えると共に、第１循環ポンプ１０の下流側に配設された第１切替弁１１、第２切替弁１２を介して第１糖化溶液供給管７に接続されている。第１循環ポンプ１０の上流側の糖化溶液循環導管９には、第３切替弁１３が配設されており、第３切替弁１３から糖化溶液貯留槽２内の液を排出するための排出管１４が分岐している。
【００２６】
嫌気発酵槽３は、図示しない培養槽で培養されたエタノール発酵菌を含む菌液が供給される菌液供給管１５と、洗浄液を供給する第２洗浄液供給管１６と、第２洗浄液循環導管１７と、菌液濃縮装置１８とを備えている。また、菌液供給管１５には、第１切替弁１１から分岐する第２糖化溶液供給管１９が、第４切替弁２０を介して接続され、第２糖化溶液供給管１９から嫌気発酵槽３に糖化溶液を供給することができるようになっている。この結果、嫌気発酵槽３では、第２糖化溶液供給管１９から供給された糖化溶液を、菌液供給管１５から供給されたエタノール発酵菌により発酵させて、エタノールを含む発酵液を生成させる。
【００２７】
第２洗浄液供給管１６は、図示しない洗浄液供給源に接続されており、水道水、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液をそれぞれ独立に供給することができる。また、第２洗浄液循環導管１７は、途中に第２循環ポンプ２１を備えると共に、第２循環ポンプ２１の下流側に配設された第５切替弁２２を介して菌液供給管１５に接続されている。第２循環ポンプ２１の上流側の第２洗浄液循環導管１７には、第６切替弁２３が配設されており、嫌気発酵槽３内の液を排出するための排出管２４が分岐している。
【００２８】
菌液濃縮装置１８は、第６切替弁２３から分岐する菌液循環導管２５を備え、菌液循環導管２５の途中には第３循環ポンプ２６が備えられている。第３循環ポンプ２６の下流側の菌液循環導管２５には、前記菌液を濃縮するための膜モジュール２７が配設されており、膜モジュール２７により濃縮された菌液が菌液循環導管２５を介して嫌気発酵槽３に循環される。
【００２９】
発酵液貯留槽４は、嫌気発酵槽３で生成されたエタノールを含む発酵液が、膜モジュール２７を介して供給される第１発酵液供給管２８と、洗浄液を供給する第３洗浄液供給管２９と、第３洗浄液循環導管３０とを備えている。第１発酵液供給管２８は、途中に第７切替弁３１が配設されており、第７切替弁３１から排出管３２が分岐している。
【００３０】
第３洗浄液供給管２９は、図示しない洗浄液供給源に接続されており、水道水、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液をそれぞれ独立に供給することができる。また、第３洗浄液循環導管３０は、途中に第４循環ポンプ３３を備えると共に、第４循環ポンプ３３の下流側に配設された第８切替弁３４、第９切替弁３５を介して第１発酵液供給管２８に接続されている。第８切替弁３４からは、第２発酵液供給管３６が分岐しており、後工程の濃縮工程３７に接続されている。
【００３１】
第４循環ポンプ３３の上流側の第３洗浄液循環導管３０には、第１０切替弁３８が配設されており、第１０切替弁３８から発酵液貯留槽４内の液を排出するための排出管３９が分岐している。
【００３２】
本実施形態の方法によりエタノール発酵装置１の滅菌洗浄を行うときには、まず、第３切替弁１３、第６切替弁２３、第１０切替弁３８を排出側に切替え、糖化溶液貯留槽２、嫌気発酵槽３、発酵液貯留槽４内の液体を排出する。排出が終了したら、第３切替弁１３、第６切替弁２３、第１０切替弁３８を切替え、排出管１４，２４，３３を閉じる。
【００３３】
次に、第１洗浄液供給管８から、糖化溶液貯留槽２内に所定量の水道水を供給する。そして、第１切替弁１１、第２切替弁１２、第３切替弁１３を、第１洗浄液循環導管９同士を接続する方向に切替え、第１循環ポンプ１０を作動することにより、糖化溶液貯留槽２内の水道水を第１洗浄液循環導管９を介して循環させ、糖化溶液貯留槽２内の洗浄を行う。前記洗浄を所定時間行ったならば、第１循環ポンプ１０を停止すると共に、第３切替弁１３を排出側に切替え、糖化溶液貯留槽２内の前記水道水を排出管１４から排出する。前記水道水による洗浄は、例えば、３回繰り返して行う。
【００３４】
次に、前記水道水による洗浄が終了したならば、第３切替弁１３を切替えて排出管１４を閉じ、再び第１洗浄液供給管８から、糖化溶液貯留槽２内に所定量の水道水を供給する。次いで、第１洗浄液供給管８から、糖化溶液貯留槽２内に所定量の水酸化ナトリウム水溶液を供給する。前記水酸化ナトリウム水溶液は、例えば５０質量％の濃度であり、前記水道水と混合することにより、最終的に例えば４質量％の濃度となるようにする。
【００３５】
次に、第１洗浄液供給管８から、糖化溶液貯留槽２内に所定量の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を供給する。前記次亜塩素酸ナトリウム水溶液は、例えば５質量％の濃度であり、前記水酸化ナトリウム水溶液と混合することにより、最終的に例えば０．１質量％の濃度となるようにする。この結果、次亜塩素酸ナトリウムと水酸化ナトリウムとを含む洗浄液が調製される。
【００３６】
前記洗浄液において、次亜塩素酸ナトリウムは殺菌を行う。また、水酸化ナトリウムは、前記洗浄液をアルカリ性にして、次亜塩素酸ナトリウムから塩素が発生することを防止する一方、雑菌等のタンパク質を溶解する。
【００３７】
糖化溶液貯留槽２内にて前記洗浄液を調製したならば、第１切替弁１１、第２切替弁１２、第３切替弁１３を、第１洗浄液循環導管９同士を接続する方向に切替え、第１循環ポンプ１０を作動する。そして、糖化溶液貯留槽２内の前記洗浄液を第１洗浄液循環導管９を介して循環させ、糖化溶液貯留槽２内の滅菌洗浄を行う。
【００３８】
前記洗浄を所定時間行ったならば、第１切替弁１１を第１循環ポンプ１０と第２糖化溶液供給管１９とを接続する方向に切替える。また、同時に、第４切替弁２０、第５切替弁２２を、第２糖化溶液供給管１９と嫌気発酵槽３とを接続する方向に切替える。このようにすることにより、糖化溶液貯留槽２内の前記洗浄液が第２糖化溶液供給管１９を介して嫌気発酵槽３に供給され、第２糖化溶液供給管１９内が滅菌洗浄される。嫌気発酵槽３に供給された前記洗浄液は、第６切替弁２３を排出側に切替えることにより、排出管２４から排出される。
【００３９】
次に、前記洗浄液の嫌気発酵槽３からの排出が終了したら、第６切替弁２３を切替え、排出管２４を閉じ、第２洗浄液供給管１６から、嫌気発酵槽３内に所定量の水道水を供給する。また、同時に第３洗浄液供給管２９から、発酵液貯留槽４内に所定量の水道水を供給する。
【００４０】
次に、第６切替弁２３を、嫌気発酵槽３と菌液循環導管２５とを接続する方向に切替え、第３循環ポンプ２６を作動することにより、嫌気発酵槽３内の水道水を菌液循環導管２５を介して循環させ、膜モジュール２７の洗浄を行う。前記洗浄を所定時間行ったならば、第３循環ポンプ２６を停止すると共に、第７切替弁３１を第１発酵液供給管２８同士を接続する方向に切替える。また、同時に、第８切替弁３４、第１０切替弁３８を、第３洗浄液循環導管３０同士を接続する方向に切替えると共に、第９切替弁３５を第１発酵液供給管２８の上流側（膜モジュール２７方向）と第３洗浄液循環導管３０とを接続する方向に切替える。次に、第４循環ポンプ３３を作動することにより、発酵液貯留槽４内の水道水を第３洗浄液循環導管３０から第１発酵液供給管２８に供給して、膜モジュール２７の逆洗浄を行う。
【００４１】
前記洗浄を所定時間行ったならば、第９切替弁３５を第１発酵液供給管２８の下流側（発酵液貯留槽４方向）と第３洗浄液循環導管３０とを接続する方向に切替える。そして、発酵液貯留槽４内の水道水を第３洗浄液循環導管３０を介して循環させ、発酵液貯留槽４内の洗浄を行う。
【００４２】
また、同時に、第５切替弁２２、第６切替弁２３を、第２洗浄液循環導管１７同士を接続する方向に切替えると共に、第２循環ポンプ２１を作動させる。そして、嫌気発酵槽３内の水道水を第２洗浄液循環導管１７を介して循環させ、嫌気発酵槽３内の洗浄を行う。
【００４３】
前記洗浄を所定時間行ったならば、第２循環ポンプ２１、第４循環ポンプ３３を停止すると共に、第６切替弁２３、第１０切替弁３８を排出側に切替え、嫌気発酵槽３、発酵液貯留槽４内の前記水道水を排出管２４，３９から排出する。前記水道水による膜モジュール２７の洗浄と、嫌気発酵槽３及び発酵液貯留槽４の洗浄とは、例えば、３回繰り返して行う。
【００４４】
次に、前記水道水による洗浄が終了したならば、第６切替弁２３を切替えて排出管２４を閉じ、第２洗浄液供給管１６から、嫌気発酵槽３内に所定量の水道水、水酸化ナトリウム水溶液及び次亜塩素酸ナトリウム水溶液を供給する。そして、糖化溶液貯留槽２の場合と全く同一にして、嫌気発酵槽３内にて洗浄液を調製する。
【００４５】
嫌気発酵槽３内にて前記洗浄液を調製したならば、第６切替弁２３を、嫌気発酵槽３と菌液循環導管２５とを接続する方向に切替える。そして、第３循環ポンプ２６を作動することにより、嫌気発酵槽３内の前記洗浄液を菌液循環導管２５を介して循環させ、膜モジュール２７の滅菌洗浄を行う。
【００４６】
膜モジュール２７の前記滅菌洗浄を所定時間行ったならば、第３循環ポンプ２６を停止すると共に、第５切替弁２２、第６切替弁２３を、第２洗浄液循環導管１７同士を接続する方向に切替える。そして、第２循環ポンプ２１を作動することにより、嫌気発酵槽３内の前記洗浄液を第２洗浄液循環導管１７を介して循環させ、嫌気発酵槽３内の滅菌洗浄を行う。嫌気発酵槽３内の前記滅菌洗浄を所定時間行ったならば、第２循環ポンプ２１を停止すると共に、第６切替弁２３を排出側に切替えることにより、前記洗浄液を排出管２４から排出する。
【００４７】
また、前記水道水による洗浄が終了したならば、第１０切替弁３８を切替えて排出管３９を閉じ、第３洗浄液供給管２９から、発酵液貯留槽４内に所定量の水道水、水酸化ナトリウム水溶液及び次亜塩素酸ナトリウム水溶液を供給する。そして、糖化溶液貯留槽２の場合と全く同一にして、発酵液貯留槽４内にて洗浄液を調製する。
【００４８】
発酵液貯留槽４内にて前記洗浄液を調製したならば、第８切替弁３４、第１０切替弁３８を、第３洗浄液循環導管３０同士を接続する方向に切替えると共に、第９切替弁３５を第１発酵液供給管２８と第３洗浄液循環導管３０とを接続する方向に切替える。そして、第４循環ポンプ３３を作動することにより、発酵液貯留槽３内の前記洗浄液を第３洗浄液循環導管３０を介して循環させ、発酵液貯留槽４内の滅菌洗浄を行う。このとき、第１発酵液供給管２８は、第９切替弁３５を介して第３洗浄液循環導管３０に接続されているので、前記洗浄液は第１発酵液供給管２８にも流通することとなり、第１発酵液供給管２８内が滅菌洗浄される。発酵液貯留槽４内及び第１発酵液供給管２８内の前記滅菌洗浄を所定時間行ったならば、第４循環ポンプ３３を停止すると共に、第１０切替弁３８を排出側に切替えることにより、前記洗浄液を排出管３９から排出する。
【００４９】
本実施形態の滅菌洗浄方法では、次に、エタノール発酵装置１によりエタノール発酵を行う。
【００５０】
前記エタノール発酵を行うときには、まず、第３切替弁１３により第１洗浄液循環導管９を遮断すると共に、第２切替弁１２を第１糖化溶液供給管７同士を接続する方向に接続して、第１糖化溶液供給管７から糖化溶液貯留槽２内に所定量の糖化溶液を供給する。このとき、前記糖化溶液は、稲藁等のリグノセルロース系バイオマスを糖化酵素により処理したものであるので、前記糖化酵素の活動に適した酸性側のｐＨに調整されている。一方、糖化溶液貯留槽２内には前記アルカリ性の洗浄液が、壁面等に付着して残留している。そこで、前記糖化溶液は、前記洗浄液により部分的に中和される。
【００５１】
次に、第４切替弁２０、第５切替弁２２を、菌液供給導管１５同士を接続する方向に切替え、図示しない培養槽から菌液供給導管１５を介して、嫌気発酵槽３にエタノール発酵菌を含む所定量の菌液を供給する。前記菌液が嫌気発酵槽３に供給されたならば、第６切替弁２３を、嫌気発酵槽３と菌液循環導管２５とを接続する方向に切替える。そして、第３循環ポンプ２６を作動することにより、嫌気発酵槽３内の前記菌液を菌液循環導管２５を介して循環させ、膜モジュール２７により濃縮する。このとき、余剰の水分は、第７切替弁３１を排出側に切替えておくことにより、排出管３２から排出される。前記菌液が所定の濃度に濃縮されたならば、第６切替弁２３を切替えて排出管２４を閉じ、第３循環ポンプ２６を停止する。
【００５２】
次に、第３切替弁１３を第１洗浄液循環導管９同士を接続する方向に切替えると共に、第１切替弁１１を第１循環ポンプ１０と第２糖化溶液供給管１９とを接続する方向に切替える。また、同時に、第４切替弁２０、第５切替弁２２を、第２糖化溶液供給管１９と嫌気発酵槽３とを接続する方向に切替える。そして、第１循環ポンプ１０を作動することにより、糖化溶液貯留槽２内の前記糖化溶液を第１洗浄液循環導管９、第２糖化溶液供給管１９、菌液供給管１５を介して嫌気発酵槽３内に供給する。
【００５３】
このとき、嫌気発酵槽３内には前記アルカリ性の洗浄液が、壁面等に付着して残留している。そこで、前記糖化溶液は、前記洗浄液により中和される。
【００５４】
前記糖化溶液は、前記エタノール発酵菌により発酵されるために、前記中和により該エタノール発酵菌の活動に適したｐＨ７程度に調整されることが好ましい。そこで、前記残留している洗浄液による中和が不十分であるときには、さらに前記糖化溶液にアルカリ水溶液を添加することにより、前記エタノール発酵菌の活動に適したｐＨに調整される。本実施形態のエタノール発酵装置１では、前記アルカリ水溶液として、例えば第２洗浄液供給管１６から供給される水酸化ナトリウム水溶液を用いることができる。
【００５５】
嫌気発酵槽３内では、前記糖化溶液が所定温度に所定時間保持されることにより、前記エタノール発酵菌により発酵せしめられ、エタノールを含む発酵液が生成する。前記発酵液が生成したならば、第６切替弁２３を嫌気発酵槽３と菌液循環導管２５とを接続する方向に切替えると共に、第７切替弁３１、第９切替弁３５を第１発酵液供給管２８同士を接続する方向に切替える。そして、第３循環ポンプ２６を所定時間作動することにより、所定量の前記発酵液が、第２洗浄液循環導管１７、菌液循環導管２５、膜モジュール２７、第１発酵液供給管２８を介して、発酵液貯留槽４に供給される。このとき、菌液循環導管２５、膜モジュール２７、第１発酵液供給管２８、発酵液貯留槽４は、前記洗浄液が付着しているので滅菌状態に保持されており、前記発酵液が雑菌に汚染されることを防止することができる。
【００５６】
発酵液貯留槽４に収容された前記発酵液は、必要に応じて後工程の濃縮工程３７に供給される。前記発酵液を濃縮工程３７に供給するには、第８切替弁３４を第４循環ポンプ３３と第２発酵液供給管３６とを接続する方向に切替えると共に、第１０切替弁３８を第３洗浄液供給導管３０同士を接続する方向に切替える。そして、第４循環ポンプ３３を作動する。このようにすることにより、発酵液貯留槽４に収容された前記発酵液が、第３洗浄液供給導管３０、第２発酵液供給管３６を介して、濃縮工程３７に供給される。
【００５７】
本実施形態の滅菌洗浄方法では、糖化溶液貯留槽２、第２糖化溶液供給管１９、嫌気発酵槽３に
残留する前記洗浄液により前記糖化溶液が中和される。また、第１発酵液供給管２８、発酵液貯留槽４に残留する前記洗浄液により、第１発酵液供給管２８、発酵液貯留槽４の滅菌状態が維持される。従って、前記洗浄液を、滅菌洗浄後の前記エタノール発酵に有効に用いることができ、濯ぎ水を不要とすることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１…エタノール発酵装置、 ２…糖化溶液貯留槽、 ３…嫌気発酵槽、 ４…発酵液貯留槽、 １９…第２糖化溶液供給管、 ２８…第１発酵液供給管。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エタノール発酵装置の滅菌洗浄方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、稲藁等のリグノセルロース系バイオマスを基質として溶媒と混合してなる基質混合物を、微生物が産生する糖化酵素により糖化することにより糖化溶液を得て、該糖化溶液を発酵させることによりバイオエタノールを製造することが知られている。ここで、前記リグノセルロース系バイオマスは、セルロース又はヘミセルロースにリグニンが強固に結合した構成を備えている。
【０００３】
そこで、前記基質混合物を所定温度で所定時間保持することにより、該基質からリグニンを解離し、又は該基質を膨潤させ、セルロース又はヘミセルロースを糖化可能にした糖化前処理物を得て、該糖化前処理物を酵素糖化することが行われている。
【０００４】
尚、本願において、解離とは、リグノセルロース系バイオマスのセルロース又はヘミセルロースに結合しているリグニンの結合部位のうち、少なくとも一部の結合を切断することをいう。また、膨潤とは、液体の浸入により結晶性セルロースを構成するセルロース又はヘミセルロースに空隙が生じ、又は、セルロース繊維の内部に空隙が生じて膨張することをいう。
【０００５】
前記バイオエタノールの製造では、前記糖化酵素が高価であるので、該糖化酵素の使用量を低減するために前記基質混合物を低濃度とすることが行われている。ところが、前記基質混合物を低濃度とすると、このような基質混合物から得られる糖化溶液も低濃度になり、ひいては該糖化溶液を発酵させて得られるバイオエタノールも低濃度となる。この結果、得られたバイオエタノールを濃縮するために蒸留する際に、蒸留に要する時間及び熱エネルギーが増加するという問題がある。
【０００６】
前記問題を解決するために、前記基質混合物を高濃度とすると共に、前記糖化酵素の使用量を増加させ、高濃度のバイオエタノールを得ることが考えられる。この場合には、高価な前記糖化酵素の使用量が増加しコスト増となるため、前記バイオエタノールの製造工程の全体としてのコストを低減する必要がある。
【０００７】
前記バイオエタノール製造工程におけるコスト低減の一方策として、前記糖化溶液の発酵を行うエタノール発酵装置の滅菌洗浄方法を改良することが考えられる。前記エタノール発酵装置は、定期的に内容物を全て排出して洗浄するが、雑菌の増殖を防ぐために次の発酵を行う前に滅菌洗浄を行う必要がある。
【０００８】
前記滅菌洗浄として、従来、ビール等の酒類や清涼飲料等の飲料を製造するタンクの洗浄の際に、アルカリを含む洗浄液で該タンク内を洗浄する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−３５６７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記従来の方法では、前記洗浄液で洗浄した後、前記タンク内を水で濯ぐ必要があり、このため大量の濯ぎ水を用いるという不都合がある。
【００１１】
本発明は、かかる不都合を解消して、濯ぎ水を用いることなく前記エタノール発酵装置の滅菌洗浄を行うことができ、バイオエタノールの製造コストを低減することができる滅菌洗浄方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的を達成するために、本発明の前記エタノール発酵装置の滅菌洗浄方法は、 リグノセルロース系バイオマスを糖化酵素により糖化することにより得られた糖化溶液を貯留する糖化溶液貯留槽と、該糖化溶液を該エタノール発酵菌により発酵させてエタノールを含む発酵液を生成させる嫌気発酵槽と、該発酵液を貯留する発酵液貯留槽と、該糖化溶液貯留槽から該嫌気発酵槽に該糖化溶液を供給する糖化溶液供給手段と、該嫌気発酵槽から該発酵液貯留槽に該発酵液を供給する発酵液供給手段とを備えるエタノール発酵装置の滅菌洗浄方法であって、次亜塩素酸塩水溶液とアルカリ水溶液とを含む洗浄液により該糖化溶液貯留槽の滅菌洗浄を行う工程と、該糖化溶液貯留槽の洗浄に用いた洗浄液を、該糖化溶液供給手段を介して該嫌気発酵槽に供給し、該糖化溶液供給手段の滅菌洗浄を行う工程と、該洗浄液により該嫌気発酵槽の滅菌洗浄を行う工程と、該洗浄液により該発酵液貯留槽及び該発酵液供給手段の滅菌洗浄を行う工程と、該洗浄液が残留する該糖化溶液貯留槽に該糖化溶液を供給して、該糖化溶液を該洗浄液により部分的に中和する工程と、該嫌気発酵槽にエタノール発酵菌を供給すると共に、該糖化溶液貯留槽に貯留される該糖化溶液を該糖化溶液供給手段を介して該洗浄液が残留する嫌気発酵槽に供給して中和し、中和された該糖化溶液を該エタノール発酵菌により発酵させてエタノールを含む発酵液を生成する工程と、生成した発酵液を該洗浄液が残留する該発酵液供給手段を介して、該洗浄液が残留する該発酵液貯留槽に供給する工程とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明のエタノール発酵装置の滅菌洗浄方法では、まず、前記糖化溶液貯留槽に次亜塩素酸塩水溶液とアルカリ水溶液とを含む洗浄液を供給し、該洗浄液により該糖化溶液貯留槽の滅菌洗浄を行う。前記糖化溶液貯留槽の滅菌洗浄に用いた前記洗浄液は、糖化溶液供給手段を介して前記嫌気発酵槽に供給する。このようにすることにより、前記糖化溶液供給手段の滅菌洗浄を行うことができる。前記滅菌洗浄後、前記洗浄液の大部分は前記嫌気発酵槽を介して排出されるが、前記糖化溶液貯留槽及び前記糖化溶液供給手段には、残余の該洗浄液が付着している。
【００１４】
次に、前記嫌気発酵槽に次亜塩素酸塩水溶液とアルカリ水溶液とを含む洗浄液を供給し、該洗浄液により該嫌気発酵槽の滅菌洗浄を行う。前記滅菌洗浄後、前記洗浄液の大部分は前記嫌気発酵槽から排出されるが、該嫌気発酵槽には、残余の該洗浄液が付着している。
【００１５】
次に、前記発酵液貯留槽に次亜塩素酸塩水溶液とアルカリ水溶液とを含む洗浄液を供給し、該洗浄液により該発酵液貯留槽及び前記発酵液供給手段の滅菌洗浄を行う。前記滅菌洗浄後、前記洗浄液の大部分は前記発酵液貯留槽から排出されるが、該発酵液貯留槽及び前記発酵液供給手段には、残余の該洗浄液が付着している。
【００１６】
次に、前記洗浄液が残留する前記糖化溶液貯留槽に前記糖化溶液を供給する。ここで、前記糖化溶液は、前記リグノセルロース系バイオマスを前記糖化酵素により糖化することにより得られたものであるので酸性であり、前記洗浄液はアルカリ水溶液を含んでいる。そこで、前記糖化溶液は前記洗浄液により部分的に中和されることとなり、前記洗浄液により滅菌状態が維持されていた前記糖化溶液貯留槽にそのまま収容される。
【００１７】
次に、前記嫌気発酵槽にエタノール発酵菌を供給すると共に、前記糖化溶液貯留槽に貯留される前記糖化溶液を前記洗浄液が残留する前記糖化溶液供給手段を介して、該洗浄液が残留する嫌気発酵槽に供給する。前記糖化溶液は、前記糖化溶液貯留槽では部分的に中和されているが、前記糖化溶液供給手段及び前記嫌気発酵槽に残留しているアルカリ水溶液を含む前記洗浄液によりさらに中和されることとなり、該洗浄液により滅菌状態が維持されていた前記糖化溶液貯留槽にそのまま収容される。
【００１８】
このとき、必要ならば、前記嫌気発酵槽にアルカリ水溶液を供給して、前記糖化溶液のｐＨ調整を行うことが好ましい。このようにすることにより、前記嫌気発酵槽に収容された前記糖化溶液のｐＨを前記エタノール発酵菌の活動に適したｐＨに調整することができる。
【００１９】
そして、中和された前記糖化溶液を前記エタノール発酵菌により発酵させてエタノールを含む発酵液を生成させる。生成した発酵液は、前記洗浄液が残留する前記発酵液供給手段を介して、前記洗浄液が残留する前記発酵液貯留槽に供給する。このとき、前記発酵液供給手段及び前記発酵液貯留槽には前記洗浄液が残留しているので、滅菌状態が維持されており雑菌が増殖することがないので、前記発酵液が雑菌により汚染されることを防止することができる。
【００２０】
本発明によれば、残留する洗浄液により前記糖化溶液を中和し、或いは前記発酵液供給手段及び前記発酵液貯留槽の滅菌状態が維持されるので、濯ぎ水を用いることなく前記エタノール発酵装置の滅菌洗浄を行うことができる。また、本発明によれば、濯ぎ水を用いることがないので、バイオエタノールの製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に用いるエタノール発酵装置の一構成例を示すシステム構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態のエタノール発酵装置１は、糖化溶液貯留槽２と、嫌気発酵槽３と、発酵液貯留槽４とを備えている。
【００２４】
糖化溶液貯留槽２は、稲藁等のリグノセルロース系バイオマスを糖化酵素により処理する糖化工程５で得られた処理液から、固液分離６により分離された糖化溶液が供給される第１糖化溶液供給管７を備えている。糖化工程５では、稲藁等のリグノセルロース系バイオマスを基質として、該基質に糖化酵素を混合した基質・糖化酵素混合物が、該糖化酵素により糖化処理される。この結果、糖化後の前記基質・糖化酵素混合物として、前記処理液が得られる。また、糖化溶液貯留槽２は、洗浄液を供給する第１洗浄液供給管８と、第１洗浄液循環導管９とを備えている。
【００２５】
第１洗浄液供給管８は、図示しない洗浄液供給源に接続されており、水道水、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液をそれぞれ独立に供給することができる。また、第１洗浄液循環導管９は、途中に第１循環ポンプ１０を備えると共に、第１循環ポンプ１０の下流側に配設された第１切替弁１１、第２切替弁１２を介して第１糖化溶液供給管７に接続されている。第１循環ポンプ１０の上流側の糖化溶液循環導管９には、第３切替弁１３が配設されており、第３切替弁１３から糖化溶液貯留槽２内の液を排出するための排出管１４が分岐している。
【００２６】
嫌気発酵槽３は、図示しない培養槽で培養されたエタノール発酵菌を含む菌液が供給される菌液供給管１５と、洗浄液を供給する第２洗浄液供給管１６と、第２洗浄液循環導管１７と、菌液濃縮装置１８とを備えている。また、菌液供給管１５には、第１切替弁１１から分岐する第２糖化溶液供給管１９が、第４切替弁２０を介して接続され、第２糖化溶液供給管１９から嫌気発酵槽３に糖化溶液を供給することができるようになっている。この結果、嫌気発酵槽３では、第２糖化溶液供給管１９から供給された糖化溶液を、菌液供給管１５から供給されたエタノール発酵菌により発酵させて、エタノールを含む発酵液を生成させる。
【００２７】
第２洗浄液供給管１６は、図示しない洗浄液供給源に接続されており、水道水、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液をそれぞれ独立に供給することができる。また、第２洗浄液循環導管１７は、途中に第２循環ポンプ２１を備えると共に、第２循環ポンプ２１の下流側に配設された第５切替弁２２を介して菌液供給管１５に接続されている。第２循環ポンプ２１の上流側の第２洗浄液循環導管１７には、第６切替弁２３が配設されており、嫌気発酵槽３内の液を排出するための排出管２４が分岐している。
【００２８】
菌液濃縮装置１８は、第６切替弁２３から分岐する菌液循環導管２５を備え、菌液循環導管２５の途中には第３循環ポンプ２６が備えられている。第３循環ポンプ２６の下流側の菌液循環導管２５には、前記菌液を濃縮するための膜モジュール２７が配設されており、膜モジュール２７により濃縮された菌液が菌液循環導管２５を介して嫌気発酵槽３に循環される。
【００２９】
発酵液貯留槽４は、嫌気発酵槽３で生成されたエタノールを含む発酵液が、膜モジュール２７を介して供給される第１発酵液供給管２８と、洗浄液を供給する第３洗浄液供給管２９と、第３洗浄液循環導管３０とを備えている。第１発酵液供給管２８は、途中に第７切替弁３１が配設されており、第７切替弁３１から排出管３２が分岐している。
【００３０】
第３洗浄液供給管２９は、図示しない洗浄液供給源に接続されており、水道水、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液をそれぞれ独立に供給することができる。また、第３洗浄液循環導管３０は、途中に第４循環ポンプ３３を備えると共に、第４循環ポンプ３３の下流側に配設された第８切替弁３４、第９切替弁３５を介して第１発酵液供給管２８に接続されている。第８切替弁３４からは、第２発酵液供給管３６が分岐しており、後工程の濃縮工程３７に接続されている。
【００３１】
第４循環ポンプ３３の上流側の第３洗浄液循環導管３０には、第１０切替弁３８が配設されており、第１０切替弁３８から発酵液貯留槽４内の液を排出するための排出管３９が分岐している。
【００３２】
本実施形態の方法によりエタノール発酵装置１の滅菌洗浄を行うときには、まず、第３切替弁１３、第６切替弁２３、第１０切替弁３８を排出側に切替え、糖化溶液貯留槽２、嫌気発酵槽３、発酵液貯留槽４内の液体を排出する。排出が終了したら、第３切替弁１３、第６切替弁２３、第１０切替弁３８を切替え、排出管１４，２４，３３を閉じる。
【００３３】
次に、第１洗浄液供給管８から、糖化溶液貯留槽２内に所定量の水道水を供給する。そして、第１切替弁１１、第２切替弁１２、第３切替弁１３を、第１洗浄液循環導管９同士を接続する方向に切替え、第１循環ポンプ１０を作動することにより、糖化溶液貯留槽２内の水道水を第１洗浄液循環導管９を介して循環させ、糖化溶液貯留槽２内の洗浄を行う。前記洗浄を所定時間行ったならば、第１循環ポンプ１０を停止すると共に、第３切替弁１３を排出側に切替え、糖化溶液貯留槽２内の前記水道水を排出管１４から排出する。前記水道水による洗浄は、例えば、３回繰り返して行う。
【００３４】
次に、前記水道水による洗浄が終了したならば、第３切替弁１３を切替えて排出管１４を閉じ、再び第１洗浄液供給管８から、糖化溶液貯留槽２内に所定量の水道水を供給する。次いで、第１洗浄液供給管８から、糖化溶液貯留槽２内に所定量の水酸化ナトリウム水溶液を供給する。前記水酸化ナトリウム水溶液は、例えば５０質量％の濃度であり、前記水道水と混合することにより、最終的に例えば４質量％の濃度となるようにする。
【００３５】
次に、第１洗浄液供給管８から、糖化溶液貯留槽２内に所定量の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を供給する。前記次亜塩素酸ナトリウム水溶液は、例えば５質量％の濃度であり、前記水酸化ナトリウム水溶液と混合することにより、最終的に例えば０．１質量％の濃度となるようにする。この結果、次亜塩素酸ナトリウムと水酸化ナトリウムとを含む洗浄液が調製される。
【００３６】
前記洗浄液において、次亜塩素酸ナトリウムは殺菌を行う。また、水酸化ナトリウムは、前記洗浄液をアルカリ性にして、次亜塩素酸ナトリウムから塩素が発生することを防止する一方、雑菌等のタンパク質を溶解する。
【００３７】
糖化溶液貯留槽２内にて前記洗浄液を調製したならば、第１切替弁１１、第２切替弁１２、第３切替弁１３を、第１洗浄液循環導管９同士を接続する方向に切替え、第１循環ポンプ１０を作動する。そして、糖化溶液貯留槽２内の前記洗浄液を第１洗浄液循環導管９を介して循環させ、糖化溶液貯留槽２内の滅菌洗浄を行う。
【００３８】
前記洗浄を所定時間行ったならば、第１切替弁１１を第１循環ポンプ１０と第２糖化溶液供給管１９とを接続する方向に切替える。また、同時に、第４切替弁２０、第５切替弁２２を、第２糖化溶液供給管１９と嫌気発酵槽３とを接続する方向に切替える。このようにすることにより、糖化溶液貯留槽２内の前記洗浄液が第２糖化溶液供給管１９を介して嫌気発酵槽３に供給され、第２糖化溶液供給管１９内が滅菌洗浄される。嫌気発酵槽３に供給された前記洗浄液は、第６切替弁２３を排出側に切替えることにより、排出管２４から排出される。
【００３９】
次に、前記洗浄液の嫌気発酵槽３からの排出が終了したら、第６切替弁２３を切替え、排出管２４を閉じ、第２洗浄液供給管１６から、嫌気発酵槽３内に所定量の水道水を供給する。また、同時に第３洗浄液供給管２９から、発酵液貯留槽４内に所定量の水道水を供給する。
【００４０】
次に、第６切替弁２３を、嫌気発酵槽３と菌液循環導管２５とを接続する方向に切替え、第３循環ポンプ２６を作動することにより、嫌気発酵槽３内の水道水を菌液循環導管２５を介して循環させ、膜モジュール２７の洗浄を行う。前記洗浄を所定時間行ったならば、第３循環ポンプ２６を停止すると共に、第７切替弁３１を第１発酵液供給管２８同士を接続する方向に切替える。また、同時に、第８切替弁３４、第１０切替弁３８を、第３洗浄液循環導管３０同士を接続する方向に切替えると共に、第９切替弁３５を第１発酵液供給管２８の上流側（膜モジュール２７方向）と第３洗浄液循環導管３０とを接続する方向に切替える。次に、第４循環ポンプ３３を作動することにより、発酵液貯留槽４内の水道水を第３洗浄液循環導管３０から第１発酵液供給管２８に供給して、膜モジュール２７の逆洗浄を行う。
【００４１】
前記洗浄を所定時間行ったならば、第９切替弁３５を第１発酵液供給管２８の下流側（発酵液貯留槽４方向）と第３洗浄液循環導管３０とを接続する方向に切替える。そして、発酵液貯留槽４内の水道水を第３洗浄液循環導管３０を介して循環させ、発酵液貯留槽４内の洗浄を行う。
【００４２】
また、同時に、第５切替弁２２、第６切替弁２３を、第２洗浄液循環導管１７同士を接続する方向に切替えると共に、第２循環ポンプ２１を作動させる。そして、嫌気発酵槽３内の水道水を第２洗浄液循環導管１７を介して循環させ、嫌気発酵槽３内の洗浄を行う。
【００４３】
前記洗浄を所定時間行ったならば、第２循環ポンプ２１、第４循環ポンプ３３を停止すると共に、第６切替弁２３、第１０切替弁３８を排出側に切替え、嫌気発酵槽３、発酵液貯留槽４内の前記水道水を排出管２４，３９から排出する。前記水道水による膜モジュール２７の洗浄と、嫌気発酵槽３及び発酵液貯留槽４の洗浄とは、例えば、３回繰り返して行う。
【００４４】
次に、前記水道水による洗浄が終了したならば、第６切替弁２３を切替えて排出管２４を閉じ、第２洗浄液供給管１６から、嫌気発酵槽３内に所定量の水道水、水酸化ナトリウム水溶液及び次亜塩素酸ナトリウム水溶液を供給する。そして、糖化溶液貯留槽２の場合と全く同一にして、嫌気発酵槽３内にて洗浄液を調製する。
【００４５】
嫌気発酵槽３内にて前記洗浄液を調製したならば、第６切替弁２３を、嫌気発酵槽３と菌液循環導管２５とを接続する方向に切替える。そして、第３循環ポンプ２６を作動することにより、嫌気発酵槽３内の前記洗浄液を菌液循環導管２５を介して循環させ、膜モジュール２７の滅菌洗浄を行う。
【００４６】
膜モジュール２７の前記滅菌洗浄を所定時間行ったならば、第３循環ポンプ２６を停止すると共に、第５切替弁２２、第６切替弁２３を、第２洗浄液循環導管１７同士を接続する方向に切替える。そして、第２循環ポンプ２１を作動することにより、嫌気発酵槽３内の前記洗浄液を第２洗浄液循環導管１７を介して循環させ、嫌気発酵槽３内の滅菌洗浄を行う。嫌気発酵槽３内の前記滅菌洗浄を所定時間行ったならば、第２循環ポンプ２１を停止すると共に、第６切替弁２３を排出側に切替えることにより、前記洗浄液を排出管２４から排出する。
【００４７】
また、前記水道水による洗浄が終了したならば、第１０切替弁３８を切替えて排出管３９を閉じ、第３洗浄液供給管２９から、発酵液貯留槽４内に所定量の水道水、水酸化ナトリウム水溶液及び次亜塩素酸ナトリウム水溶液を供給する。そして、糖化溶液貯留槽２の場合と全く同一にして、発酵液貯留槽４内にて洗浄液を調製する。
【００４８】
発酵液貯留槽４内にて前記洗浄液を調製したならば、第８切替弁３４、第１０切替弁３８を、第３洗浄液循環導管３０同士を接続する方向に切替えると共に、第９切替弁３５を第１発酵液供給管２８と第３洗浄液循環導管３０とを接続する方向に切替える。そして、第４循環ポンプ３３を作動することにより、発酵液貯留槽３内の前記洗浄液を第３洗浄液循環導管３０を介して循環させ、発酵液貯留槽４内の滅菌洗浄を行う。このとき、第１発酵液供給管２８は、第９切替弁３５を介して第３洗浄液循環導管３０に接続されているので、前記洗浄液は第１発酵液供給管２８にも流通することとなり、第１発酵液供給管２８内が滅菌洗浄される。発酵液貯留槽４内及び第１発酵液供給管２８内の前記滅菌洗浄を所定時間行ったならば、第４循環ポンプ３３を停止すると共に、第１０切替弁３８を排出側に切替えることにより、前記洗浄液を排出管３９から排出する。
【００４９】
本実施形態の滅菌洗浄方法では、次に、エタノール発酵装置１によりエタノール発酵を行う。
【００５０】
前記エタノール発酵を行うときには、まず、第３切替弁１３により第１洗浄液循環導管９を遮断すると共に、第２切替弁１２を第１糖化溶液供給管７同士を接続する方向に接続して、第１糖化溶液供給管７から糖化溶液貯留槽２内に所定量の糖化溶液を供給する。このとき、前記糖化溶液は、稲藁等のリグノセルロース系バイオマスを糖化酵素により処理したものであるので、前記糖化酵素の活動に適した酸性側のｐＨに調整されている。一方、糖化溶液貯留槽２内には前記アルカリ性の洗浄液が、壁面等に付着して残留している。そこで、前記糖化溶液は、前記洗浄液により部分的に中和される。
【００５１】
次に、第４切替弁２０、第５切替弁２２を、菌液供給導管１５同士を接続する方向に切替え、図示しない培養槽から菌液供給導管１５を介して、嫌気発酵槽３にエタノール発酵菌を含む所定量の菌液を供給する。前記菌液が嫌気発酵槽３に供給されたならば、第６切替弁２３を、嫌気発酵槽３と菌液循環導管２５とを接続する方向に切替える。そして、第３循環ポンプ２６を作動することにより、嫌気発酵槽３内の前記菌液を菌液循環導管２５を介して循環させ、膜モジュール２７により濃縮する。このとき、余剰の水分は、第７切替弁３１を排出側に切替えておくことにより、排出管３２から排出される。前記菌液が所定の濃度に濃縮されたならば、第６切替弁２３を切替えて排出管２４を閉じ、第３循環ポンプ２６を停止する。
【００５２】
次に、第３切替弁１３を第１洗浄液循環導管９同士を接続する方向に切替えると共に、第１切替弁１１を第１循環ポンプ１０と第２糖化溶液供給管１９とを接続する方向に切替える。また、同時に、第４切替弁２０、第５切替弁２２を、第２糖化溶液供給管１９と嫌気発酵槽３とを接続する方向に切替える。そして、第１循環ポンプ１０を作動することにより、糖化溶液貯留槽２内の前記糖化溶液を第１洗浄液循環導管９、第２糖化溶液供給管１９、菌液供給管１５を介して嫌気発酵槽３内に供給する。
【００５３】
このとき、嫌気発酵槽３内には前記アルカリ性の洗浄液が、壁面等に付着して残留している。そこで、前記糖化溶液は、前記洗浄液により中和される。
【００５４】
前記糖化溶液は、前記エタノール発酵菌により発酵されるために、前記中和により該エタノール発酵菌の活動に適したｐＨ７程度に調整されることが好ましい。そこで、前記残留している洗浄液による中和が不十分であるときには、さらに前記糖化溶液にアルカリ水溶液を添加することにより、前記エタノール発酵菌の活動に適したｐＨに調整される。本実施形態のエタノール発酵装置１では、前記アルカリ水溶液として、例えば第２洗浄液供給管１６から供給される水酸化ナトリウム水溶液を用いることができる。
【００５５】
嫌気発酵槽３内では、前記糖化溶液が所定温度に所定時間保持されることにより、前記エタノール発酵菌により発酵せしめられ、エタノールを含む発酵液が生成する。前記発酵液が生成したならば、第６切替弁２３を嫌気発酵槽３と菌液循環導管２５とを接続する方向に切替えると共に、第７切替弁３１、第９切替弁３５を第１発酵液供給管２８同士を接続する方向に切替える。そして、第３循環ポンプ２６を所定時間作動することにより、所定量の前記発酵液が、第２洗浄液循環導管１７、菌液循環導管２５、膜モジュール２７、第１発酵液供給管２８を介して、発酵液貯留槽４に供給される。このとき、菌液循環導管２５、膜モジュール２７、第１発酵液供給管２８、発酵液貯留槽４は、前記洗浄液が付着しているので滅菌状態に保持されており、前記発酵液が雑菌に汚染されることを防止することができる。
【００５６】
発酵液貯留槽４に収容された前記発酵液は、必要に応じて後工程の濃縮工程３７に供給される。前記発酵液を濃縮工程３７に供給するには、第８切替弁３４を第４循環ポンプ３３と第２発酵液供給管３６とを接続する方向に切替えると共に、第１０切替弁３８を第３洗浄液供給導管３０同士を接続する方向に切替える。そして、第４循環ポンプ３３を作動する。このようにすることにより、発酵液貯留槽４に収容された前記発酵液が、第３洗浄液供給導管３０、第２発酵液供給管３６を介して、濃縮工程３７に供給される。
【００５７】
本実施形態の滅菌洗浄方法では、糖化溶液貯留槽２、第２糖化溶液供給管１９、嫌気発酵槽３に
残留する前記洗浄液により前記糖化溶液が中和される。また、第１発酵液供給管２８、発酵液貯留槽４に残留する前記洗浄液により、第１発酵液供給管２８、発酵液貯留槽４の滅菌状態が維持される。従って、前記洗浄液を、滅菌洗浄後の前記エタノール発酵に有効に用いることができ、濯ぎ水を不要とすることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１…エタノール発酵装置、 ２…糖化溶液貯留槽、 ３…嫌気発酵槽、 ４…発酵液貯留槽、 １９…第２糖化溶液供給管、 ２８…第１発酵液供給管。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リグノセルロース系バイオマスを糖化酵素により糖化することにより得られた糖化溶液を貯留する糖化溶液貯留槽と、
該糖化溶液を該エタノール発酵菌により発酵させてエタノールを含む発酵液を生成させる嫌気発酵槽と、
該発酵液を貯留する発酵液貯留槽と、
該糖化溶液貯留槽から該嫌気発酵槽に該糖化溶液を供給する糖化溶液供給手段と、
該嫌気発酵槽から該発酵液貯留槽に該発酵液を供給する発酵液供給手段とを備えるエタノール発酵装置の滅菌洗浄方法であって、
次亜塩素酸塩水溶液とアルカリ水溶液とを含む洗浄液により該糖化溶液貯留槽の滅菌洗浄を行う工程と、
該糖化溶液貯留槽の洗浄に用いた洗浄液を、該糖化溶液供給手段を介して該嫌気発酵槽に供給し、該糖化溶液供給手段の滅菌洗浄を行う工程と、
該洗浄液により該嫌気発酵槽の滅菌洗浄を行う工程と、
該洗浄液により該発酵液貯留槽及び該発酵液供給手段の滅菌洗浄を行う工程と、
該洗浄液が残留する該糖化溶液貯留槽に該糖化溶液を供給して、該糖化溶液を該洗浄液により部分的に中和する工程と、
該嫌気発酵槽にエタノール発酵菌を供給すると共に、該糖化溶液貯留槽に貯留される該糖化溶液を該糖化溶液供給手段を介して該洗浄液が残留する嫌気発酵槽に供給して中和し、中和された該糖化溶液を該エタノール発酵菌により発酵させてエタノールを含む発酵液を生成する工程と、
生成した発酵液を該洗浄液が残留する該発酵液供給手段を介して、該洗浄液が残留する該発酵液貯留槽に供給する工程とを備えることを特徴とするエタノール発酵装置の滅菌洗浄方法。
【請求項２】
請求項１記載のエタノール発酵装置の滅菌洗浄方法において、前記嫌気発酵槽にアルカリ水溶液を供給して、前記糖化溶液のｐＨ調整を行うことを特徴とするエタノール発酵装置の滅菌洗浄方法。
【請求項１】
リグノセルロース系バイオマスを糖化酵素により糖化することにより得られた糖化溶液を貯留する糖化溶液貯留槽と、
該糖化溶液を該エタノール発酵菌により発酵させてエタノールを含む発酵液を生成させる嫌気発酵槽と、
該発酵液を貯留する発酵液貯留槽と、
該糖化溶液貯留槽から該嫌気発酵槽に該糖化溶液を供給する糖化溶液供給手段と、
該嫌気発酵槽から該発酵液貯留槽に該発酵液を供給する発酵液供給手段とを備えるエタノール発酵装置の滅菌洗浄方法であって、
次亜塩素酸塩水溶液とアルカリ水溶液とを含む洗浄液により該糖化溶液貯留槽の滅菌洗浄を行う工程と、
該糖化溶液貯留槽の洗浄に用いた洗浄液を、該糖化溶液供給手段を介して該嫌気発酵槽に供給し、該糖化溶液供給手段の滅菌洗浄を行う工程と、
該洗浄液により該嫌気発酵槽の滅菌洗浄を行う工程と、
該洗浄液により該発酵液貯留槽及び該発酵液供給手段の滅菌洗浄を行う工程と、
該洗浄液が残留する該糖化溶液貯留槽に該糖化溶液を供給して、該糖化溶液を該洗浄液により部分的に中和する工程と、
該嫌気発酵槽にエタノール発酵菌を供給すると共に、該糖化溶液貯留槽に貯留される該糖化溶液を該糖化溶液供給手段を介して該洗浄液が残留する嫌気発酵槽に供給して中和し、中和された該糖化溶液を該エタノール発酵菌により発酵させてエタノールを含む発酵液を生成する工程と、
生成した発酵液を該洗浄液が残留する該発酵液供給手段を介して、該洗浄液が残留する該発酵液貯留槽に供給する工程とを備えることを特徴とするエタノール発酵装置の滅菌洗浄方法。
【請求項２】
請求項１記載のエタノール発酵装置の滅菌洗浄方法において、前記嫌気発酵槽にアルカリ水溶液を供給して、前記糖化溶液のｐＨ調整を行うことを特徴とするエタノール発酵装置の滅菌洗浄方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−２４４７３７（Ｐ２０１１−２４４７３７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２１００５（Ｐ２０１０−１２１００５）
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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