発酵袋を利用した発酵システム及びエタノール製造方法
【課題】原料の貯蔵、糖化、発酵、蒸留、さらには蒸留残渣の保存、運搬などの一連の工程においてポリ袋を利用し、簡便で低コストなエタノール製造技術を提供することを目的とする。
【解決手段】耐水性及び可撓性を有するポリ袋からなり、発酵原料を収容し、糖化及びエタノール発酵を行うための発酵袋と、発酵袋を加熱する加熱手段、発酵袋内の発酵もろみに空気を供給するための空気供給手段、発酵袋から排出された空気を冷却水で捕捉するための冷却トラップ、からなり、発酵袋内の発酵もろみからエタノールを抽出する蒸留ユニットと、を備えた、発酵袋を用いた発酵システムにより解決する。
【解決手段】耐水性及び可撓性を有するポリ袋からなり、発酵原料を収容し、糖化及びエタノール発酵を行うための発酵袋と、発酵袋を加熱する加熱手段、発酵袋内の発酵もろみに空気を供給するための空気供給手段、発酵袋から排出された空気を冷却水で捕捉するための冷却トラップ、からなり、発酵袋内の発酵もろみからエタノールを抽出する蒸留ユニットと、を備えた、発酵袋を用いた発酵システムにより解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発酵システム及びエタノール製造方法に関し、特に、糖化、発酵、蒸留、貯蔵などに使用するタンクや容器に代えて、発酵袋を使用した発酵システム及びエタノール製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエタノールの生産には、貯留タンクや発酵槽などの大型の装置が必要である。大きな設備投資には、多大なコストが必要であり、わが国では、国からの補助金等が無くては運用が出来ない状況になっている。
【０００３】
そこで、エタノール生産を実施する際、大きな設備投資を必要とする貯留タンクや発酵槽に代えて、ポリ袋を利用することが種々提案されている。例えば、特開２００６−１７４７２８号公報には、ホテイアオイをチップ化し、圧搾、脱汁して組織を破壊圧搾したチップに乳酸菌及び糖類を加え、プラスチック製の袋に混合物を入れて内容物とし、嫌気状態で急速乳酸発酵を行ってサイレージを得るホテイアオイの処理利用方法が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
また、特開２００４−９７３３０号公報には、フィルム製密閉容器を用いた純粋培養製麹等において、フィルム製密閉容器にろ過フィルター、逆止弁、排気口を設け、排気口からフィルム製密閉容器の内部を排気できるように構成し、原料をフィルム製密閉容器に入れたまま、オートクレーブなどの加熱滅菌操作を行えるようにした培養装置及び培養方法が開示されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１７４７２８号公報
【特許文献２】特開２００４−９７３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のエタノール生産は、発酵もろみの水分含量が７０％以上である、いわゆる液体発酵法を採用することがほとんどであったため、液体を取り扱うためには一定形状を有する容器（例えば、ステンレスタンク）などが必要であり、ポリ袋を採用することができるのは、もともと水分量が少なくてすむ固体麹の製造や、サイレージ製造時における乳酸発酵などに限定されていたのが現状である。
【０００７】
しかしながら、エタノール発酵は一定温度と嫌気状態が維持できるものであれば、必ずしも一定形状を有する容器でエタノールの製造を行う必要はない。また、原料の貯蔵、糖化、発酵、蒸留、さらには蒸留残渣の保存、運搬などの一連の工程を、大掛かりな設備を用いることなく、簡便な手段で実施することができれば、エタノールの製造コストの低下にもつながることが期待される。
【０００８】
近年、代替エネルギーの一つとしてバイオエタノールへの期待が高まっている。国内外において、糖質、澱粉質、セルロース系の原料を用いてエタノールが製造されているが、実用化にあたっては、採算性が重要な課題となっている。特に、前処理・発酵・蒸留に必要な装置を製造、設置するコストの負担が大きく、初期投資の軽減が課題とされている。
【０００９】
そこで、本発明は、原料の貯蔵、糖化、発酵、蒸留、さらには蒸留残渣の保存、運搬などの一連の工程においてポリ袋を利用し、簡便で低コストなエタノール製造技術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】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するため、耐水性及び可撓性を有するポリ袋からなり、発酵原料を収容し、糖化及びエタノール発酵を行うための発酵袋と、発酵袋を加熱する加熱手段、発酵袋内の発酵もろみに空気を供給するための空気供給手段、発酵袋から排出された空気を冷却水で捕捉するための冷却トラップ、からなり、発酵袋内の発酵もろみからエタノールを抽出する蒸留ユニットと、を備えた、発酵袋を用いた発酵システムを提供する。
【００１１】
また、本発明は、耐水性及び可撓性を有するポリ袋からなる発酵袋に発酵原料を投入し、発酵袋内で糖化及びエタノール発酵を行う発酵工程と、発酵終了後、発酵袋を加熱しつつ発酵袋に空気を供給し、発酵袋から排出された空気を冷却水で捕捉することにより、発酵袋内の発酵もろみからエタノールを蒸留する蒸留工程と、を有する、発酵袋を用いたエタノール製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の発酵袋を用いた発酵システム及びエタノール製造方法によれば、原料の貯蔵、糖化、発酵、蒸留、さらには蒸留残渣の保存、運搬などの一連の工程においてポリ袋を利用するため、大掛かりな原料貯蔵タンク、糖化槽、発酵槽、蒸留装置などが不要となり、原料の詰め替えも不要となるため運搬も簡易化することができる。その結果、簡便で低コストなエタノール製造が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の発酵システムの概要を示す図である。
【図２】本実施形態のエタノール抽出工程で使用される蒸留ユニットの概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は本発明の実施形態である発酵袋を用いた発酵システムの概要を示す図である。本実施形態において使用する発酵袋１０は、耐水性及び可撓性を有するポリ袋からなり、発酵原料１２を収容し、糖化及びエタノール発酵を行うためのものである。
【００１５】
本実施形態において「ポリ袋」とは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン等のようなポリマーからなるフィルムで製造された袋を意味し、上記のように、耐水性及び可撓性を有するポリ袋であれば特に制限はなく、どのような種類のポリ袋を使用してもよい。また、容量も問わない。
【００１６】
なお、発酵袋１０は、内容物を視認することができる素材で形成されてなることが好ましい。内容物を視認することができれば、発酵原料１２の保存状態、糖化及び発酵の進行状況、蒸留状況、蒸留残渣の保存状態などが目視観察することができ、異常があればすぐに対処できる。
【００１７】
発酵袋１０は、発酵時に生じたガスを発酵袋１０の外に排出するため、φ１０〜５０ｍｍの空気穴ａを形成してなることが好ましい。エタノール発酵が進行すると二酸化炭素が発生するため、空気穴ａを形成することにより、二酸化炭素で発酵袋１０が膨張し、発酵袋１０の強度が低下したり、ガス圧に耐えられず発酵袋１０が破けるなどの不都合を防止することができる。
【００１８】
発酵袋１０に空気穴ａを形成する代わりに、ガス透過性を備えたフィルムを使用したポリ袋を使用することもできる。
【００１９】
発酵原料１２としては、デンプン質を含み、エタノール発酵の基質となり得るものであれば特に限定はなく、米、麦、トウモロコシ、ジャガイモ、サトウキビ、ニンジン、カボチャ、デンプン粕、野菜くずのほか、農産廃棄物、飲食店や給食センター等から排出される調理残渣なども使用することができる。発酵原料として米を使用した場合には、籾米、玄米、胚芽米（胚芽精米）、白米（精米、精白米）、くず米、糠からなる群から選択された１種類以上を用いることができる。
【００２０】
ここで、「籾米」とは、収穫したままの稲穂から脱穀した種子をいう。「玄米」とは、前記籾米から籾殻を取り去った後のものをいう。「胚芽米（胚芽精米）」とは、前記玄米の糠層のみを取り去って胚芽が残るように精白したものをいう。「白米（精米、精白米）」とは、前記玄米から糠層と胚芽を取り去ったものをいう。「くず米」とは、籾すり−米選工程で振るい分けられた低品位米（青米（あおまい））や、精米工程で白米が削り取られた後に発生する粉状の部分をいう。「糠」とは、玄米を白米に精米する時に出る、前記糠層及び前記胚芽の粉をいい、糠層の割合が多い「赤糠」と、白米の割合が多い「白糠」とがある。
【００２１】
この中でも、籾米は表面にタンパク質、ビタミン、ミネラルを多く含み、酵母の増殖及びエタノール発酵速度を促進させるため好ましい。また、籾米に含まれる栄養成分を他の米に添加する目的で、米に籾殻を添加してもよい。なお、本実施形態に用いられる米は、デンプンを糊化するための蒸煮処理は不要であり、無蒸煮のまま使用することができる。
【００２２】
発酵原料１２はそのまま使用してもよいが、粉砕処理されたものを使用することが好ましい。発酵原料１２を粉砕処理することにより、粉砕処理を実施しない場合と比較して糖化を効率よく行うことができる。発酵原料１２の前処理は、発酵原料によって異なり、例えば、デンプン粕はそのまま使用してもよいが、例えば、米、ニンジン、カボチャは粉砕処理されたものを使用することが好ましい。
【００２３】
発酵原料１２として米を使用する場合は、粉砕処理が実施された後の米粉末が、糖化の効率化の観点から、粉砕後の米粉末（粒子）の７０重量％以上が粒子径５ｍｍ未満であることが好ましい。特に、粉砕後の米粉末（粒子）の５０重量％以上が粒子径１ｍｍ未満であることが、糖化がより効率よく行われるため特に好ましい。
【００２４】
ここで言う米粉末の粒子径は、所定目開きのメッシュからなる篩を通過するか否かによって判定され、例えば、「粒子径５ｍｍ未満」とは、目開き５ｍｍの四方のメッシュを通過するものを意味し、「粒子径１ｍｍ未満」とは、目開き１ｍｍの四方のメッシュを通過するものを意味する。本実施形態では、米粉末の粒子径が目開き１ｍｍの四方のメッシュを通過する粒子（すなわち粒子径１ｍｍ未満のもの）が５０重量％以上となるよう米を粉砕することが特に望ましい。
【００２５】
発酵袋１０に投入する発酵原料１２の量は、発酵袋１０の８０容量％以下とすることが好ましい。発酵袋１０に投入する発酵原料１２の量を発酵袋１０の８０容量％以下とすることで、発酵中、発生した二酸化炭素などのガスにより、発酵袋が破裂することなく発酵を実施することができる。
【００２６】
発酵原料１２は、発酵袋１０に入れられたまま、酵素剤２０と水３０が添加されて糖化される。酵素剤２０は、アミラーゼ系の酵素であれば特に制限なく用いることができるが、α−アミラーゼ及びグルコアミラーゼを含む酵素剤は糖化効率に優れているため好ましい。酵素剤２０は市販の酵素剤を使用することができ、例えば、大和化成社製コクゲンＧ２０（α−アミラーゼ１％、グルコアミラーゼ８０％及びデキストリン１９％）などを挙げることができる。
【００２７】
酵素剤２０の添加量は任意に決定することができる。
【００２８】
水３０は、イオン交換水、限外ろ過水、逆浸透水、蒸留水等の純水又は超純水を用いることが好ましい。特に、これらの水を、紫外線照射又は過酸化水素添加等により滅菌処理した水は、カビやバクテリアの発生が防止されるので好ましい。
【００２９】
水３０の添加量は、発酵原料１２の重量に対して４０〜６０重量％であることが好ましい。水の添加量を４０〜６０重量％とすることにより、低水分での発酵が可能であるため蒸留廃液の処理が不要となる。
【００３０】
なお、糖化処理は、酵素剤２０を添加する代わりに麹菌を添加してもよい。麹菌としては、例えば、Aspergillus sojae KBN606(醤油用)、Aspergillus sojae KBN615(醤油用)、Aspergillus oryzae KBN650(醤油用)、Aspergillus oryzae KBN930(味噌用)、Aspergillus oryzae KBN943(麦味噌用)、Aspergillus oryzae KBN1015(清酒用)、Aspergillus kawachii KBN2001(焼酎用)、Aspergillus kawachii P10-1(焼酎用)、Aspergillus awamori KBN2012(焼酎用)、Aspergillus saitoi KBN2024(泡盛用)等を挙げることができ、特にAspergillus kawachii KBN2001(焼酎用)、Aspergillus kawachii P10-1、A．oryzae KBN1015、A．oryzae
KBN943を用いることが好ましい。
【００３１】
次いで、酵母４０及び必要に応じて水３０が添加され、発酵もろみ１４が調製される。このとき、発酵もろみ１４は発酵開始時の水分含量を４０〜６０重量％に調整した、いわゆる固体発酵で発酵を行うことが好ましい。
【００３２】
ここで、固体発酵とは、酵母の生育とエタノール発酵が可能な最小量の水分を保つ発酵もろみを用い、発酵開始から終了まで固形状で行う発酵法をいう。
【００３３】
従来の液体発酵法では、還元糖を５〜１０重量％程度含む水溶液に酵母を添加して培養し、エタノール発酵の終了後、蒸留によりエタノールを回収する際、廃液と発酵残渣が生成される。これに対し、固体発酵法では、蒸留によりエタノールを回収した後は発酵残渣のみ生成されるため、廃液の発生がなく、廃液処理のための作業やコストが不要となる。また、液体発酵法と比較して水分含量が低いため、悪臭の発生が少なく、エタノールの回収も容易である。
【００３４】
なお、発酵原料１２として米を使用する場合は、発酵開始時の水分含量が４０重量％未満では、ほとんどエタノールは生成されず、一方、水分含量が６０重量％を超えると、エタノール回収後に廃液が発生するため、廃液処理が必要となる。但し、本実施形態の発酵システム及びエタノール製造方法においては、発酵開始時の水分含有量が６０重量％を超えても実施可能である。
【００３５】
糖化と固体発酵は別々に行うこともできるが、いわゆる並行複発酵形式により、糖化・発酵を同時に行うことができる。かかる場合、発酵原料１２と、酵素剤２０と、酵母４０と、水３０の添加は同時でもよい。また、糖化・発酵条件は、１０〜４０℃で４８〜７２時間で実施することができる。
【００３６】
固体発酵の温度は酵母４０の至適温度により適宜設定することができるが、コスト面からみた場合、温度２０〜２５℃が経済的であるためかかる温度で実施することが好ましい。既に室温が２０〜２５℃である場合は特に温度調整は不要である。
【００３７】
酵母４０としては、エタノール発酵に一般に用いられるサッカロマイセス セルビシエ（Saccharomyces cerevisiae）属の酵母を使用することができる。なお、発酵終了後のもろみのうち、一部を次回の発酵の種菌（スターター）として使用することができる。
【００３８】
固体発酵終了後、発酵終了後の発酵もろみ１６は発酵袋１０とともに、蒸留工程に付される。蒸留工程では、発酵袋１０内の発酵終了後の発酵もろみ１６からエタノール（ＥｔＯＨ）を抽出する。図２は、本実施形態の蒸留工程で使用される蒸留ユニット５０の概要を示す図である。
【００３９】
蒸留ユニット５０は、発酵袋１０を加熱する加熱手段５２、発酵袋１０内の発酵終了後の発酵もろみ１６に空気Ｂを供給するための空気供給手段５４、発酵袋１０から排出された空気Ｂを冷却水Ｗで捕捉するための冷却トラップ５６からなる。
【００４０】
空気Ｂは流路のいずれかに設置されたポンプ５８により供給され、発酵袋１０と冷却トラップ５６との間を還流するように構成されている。また、流路の気密性を保つため、空気穴ａは空気供給手段５４を発酵袋１０に挿入するための挿入口として利用される。なお、空気穴ａは冷却トラップ５６へ排出するための流路を挿入するための挿入口として利用してもよい。
【００４１】
加熱手段５２は、発酵袋１０を加熱し、発酵終了後の発酵もろみ１６に含まれているエタノールを揮発させるためのものである。かかる目的の範囲内であればその構成に特に限定はないが、例えば、加熱手段５２は３０〜９０℃の温水を備えた浴槽を使用することができる。適宜ヒーター（図示せず）を装着してもよい。３０℃以上としたのはエタノールの揮発を効率よく行う温度を考慮したものであり、９０℃以下としたのは発酵袋１０の耐熱性を考慮したものである。
【００４２】
また、蒸留中、発酵袋１０の内部が陰圧になり排出側の流路が塞がれてしまう場合は、発酵袋１０内に通気性を改善するための担体（図示せず）を設置することが好ましい。通気性を改善するための担体としては、例えば、金たわし等を挙げることができる。
【００４３】
冷却トラップ５６に使用される冷却水Ｗは、水温が１０℃以下であることが好ましい。冷却水Ｗの水温が低いほど、気化したエタノールの液化効率を向上させることができる。
【００４４】
発酵終了後の発酵もろみ１６を蒸留ユニット５０によって蒸留すると、エタノール濃度が約６０重量％以上まで濃縮される。これにより、粗留エタノールが得られる。さらに、必要に応じて、蒸留工程の後、得られた粗留エタノールをさらに蒸留する工程、すなわち精留工程を実施してもよい。精留工程は一般的な精留装置等を用いることができる。精留工程では、最終的にエタノール濃度が約９０重量％以上に濃縮され、精留エタノールが得られる。得られたエタノール（粗留エタノール又は精留エタノール）は工業用アルコールや醸造用アルコール等、種々の分野で利用することができる。
【００４５】
蒸留工程後の発酵袋１０の中身は蒸留残渣１８が残る。本実施形態においては、蒸留工程で副生された蒸留残渣１８は発酵原料１２や酵母４０に由来する栄養素を豊富に含み、栄養学的に優れていることから、飼料化を実施することにより、家畜の飼料１９として有効利用することができる。
【００４６】
蒸留残渣１８を家畜の飼料１９として飼料化する場合は、例えば、蒸留残渣１８をそのまま又は乾燥処理を実施した上で、家畜に供給することができる。本実施形態では、蒸留工程後もそのまま発酵袋１０が利用できるため、保存や運搬が極めて効率よく、かつ、低コストで実施できる。
【００４７】
かかる場合、蒸留工程の後、発酵袋１０内の空気を脱気する工程を有することが保存性や運搬性を向上させる観点から好ましい。脱気方法は特に限定されず、密封包装装置などの一般的な脱気手段を用いることができる。脱気を行っていれば、残存する酵母がエタノール発酵を行ってガスが発生してもすぐに発酵袋１０が破れることはない。また、蒸留残渣１８にアルコールが含まれていれば、雑菌の繁殖を抑制することができるため、保存性が向上する。
【００４８】
蒸留残渣１８を発酵袋１０から取り出して残った空袋１０’は、再度発酵原料１２を充填し原料の保存に供することができるとともに、糖化・発酵及び蒸留工程に使用する発酵袋１０として再利用することができる。このようなサイクルが繰り返し実施されることにより、ランニングコストを軽減することができる。
【実施例】
【００４９】
１．エタノールの製造方法
図１に示す発酵袋を用いたエタノール発酵システムに基づき、下記の要領でエタノールの製造を実施した。
【００５０】
（１）発酵原料
発酵原料として、芽の出たジャガイモ、ニンジン、デンプン粕、岩手県奥州市で栽培された飼料米である「岩南２９号」を用いた。飼料米の場合には、籾米をタウンビーバーミル（登録商標）二軸破砕機（カヤバ工業社製）を用いて３回粉砕し、発酵原料を調製した。ジャガイモ、ニンジンの場合には、株式会社西原環境テクノロジー製の試料破砕機を用いて２回破砕し、発酵原料を調整した。
【００５１】
（２）発酵容器
発酵容器として、大型ポリ袋（透明、２０L容量、空気穴φ５０ｍｍ）、小型ポリ袋（透明、３．７９L容量、空気穴φ５０ｍｍ）、アルミ蒸着ポリ袋（不透明、３．７９L容量、空気穴φ３０ｍｍ）、ポリエチレン製ごみ収集袋（半透明、約４L容量、日本サニパック株式会社製「白半透明ゴミ収集袋」を一部利用、空気穴なし）、ポリエチレン製冷凍・解凍用袋（透明、１９６mm×１７７mm×０．０６８mm、旭化成ホームプロダクツ株式会社製「ZIPLOC 冷凍・解凍用フリーザーパック」（登録商標）、空気穴なし）、ポリエチレン製野菜・果物パック用袋（透明、２８０mm×４００mm×０．２０mm、日本サニパック株式会社製「野菜・果物パック用キッチンステラ」、空気穴なし）を用いた。
【００５２】
なお、比較対象として、５００ｍｌ容量蓋付きガラス瓶と、糖化、発酵及び蒸留機能を有するステンレスタンク装置（横山エンジニアリング株式会社製の縦置半円型ラシヒリング式の減圧蒸留機、有効容量約４０L）についても同様に実施した。
【００５３】
（３）供試酵素剤
酵素剤としては、大和化成社製のコクゲンＧ２０（α−アミラーゼ１％、グルコアミラーゼ８０％、デキストリン１９％）、アクレモニウムセルラーゼ（明治製菓株式会社製）を適量添加した。
【００５４】
（４）供試酵母
酵母は、東京農業大学醸造科学科醸造微生物学研究室より恵与された、焼酎酵母Ａ３０ Saccharomyces cerevisiaeを用いた。ポリペプトン０．５重量％、酵母エキス０．３重量％、グルコース２．０重量％、マルトース０．３重量％からなるＹＭ培地１０ｍｌをＬ字管に分注し、オートクレーブ滅菌（１．２ａｔｍ、１２１℃、２０ｍｉｎ）後、無菌状態で前記焼酎酵母を１白金耳接種し、振とう培養（２５℃、４８時間）を行ったものを前培養酵母として用いた。
【００５５】
（５）糖化及び固体発酵
上記のように前処理を行った発酵原料を、発酵原料／容器の比率が８０％以下になる分量で発酵容器に入れ、発酵もろみの水分含有量が約６０重量％となるように水を添加した。但し、発酵原料の水分含有量が６０重量％以上であった場合は、特に水分調整は行わなかった。次いで、発酵容器に前培養酵母とコクゲンＧ２０及び／又はアクレモニウムセルラーゼを添加し、常温（２０〜３０℃）又は２５℃の恒温器で２〜３日間、糖化と固体発酵（並行複式発酵）を行った。なお、固体発酵中、発生した二酸化炭素などのガスは、発酵袋に予め形成しておいた空気穴から放出させるようにしたため、発酵袋は破裂することなく発酵を実施することができた。
【００５６】
【表１】
【００５７】
（６）蒸留
固体発酵の終了後、発酵袋を用いた例については図２に示す蒸留ユニットを使用して蒸留を行った。すなわち、５０℃の恒温槽に発酵袋を設置し、エアーストーンを発酵もろみ中に挿入し、冷却トラップの冷却水の温度を０℃としてゴム管とポンプで冷却トラップを発酵袋を接続した。そして、ポンプのスイッチをＯＮにし、発酵袋と冷却トラップとの間を還流させながら、約２時間蒸留を行った。
【００５８】
なお、発酵容器としてガラス瓶を用いた例については、GLサイエンス株式会社製ロータリーエバポレーターにより蒸留を行い、ステンレスタンク装置（横山エンジニアリング株式会社製の縦置半円型ラシヒリング式の減圧蒸留機）を用いた例については、その装置に装備されている蒸留機能を利用して蒸留を行った。
【００５９】
（７）飼料化
蒸留終了後、エアーストーンとゴム管を発酵袋から取り外し、ポンプにより発酵袋内を脱気した。そして、一部を保存し、一部を家畜用飼料とした。この家畜用飼料を養鶏場の鶏に給餌したところ、トウモロコシを主原料とする配合飼料に高タンパク添加物として配合したものを与えた場合、家畜用飼料を高タンパク飼料としてそのまま与えた場合のいずれの場合も、良好な食い付きが確認された。
【００６０】
なお、使用済みの発酵袋は、次のエタノール製造のための発酵袋として十分使用に耐えうる強度を有していることを確認した。
【００６１】
２．試験結果
（１）発酵原料の成分組成
発酵原料である米の全糖量をフェノール硫酸法で測定したところ、全糖量は６４重量％であった。また、水分量を乾燥法で測定したところ、水分量は１２重量％であった。
【００６２】
（２）エタノール生成量の測定
固体発酵後の発酵もろみを採取し、アルコール濃度計（ヤザキ計器株式会社製YSA-200型）を用いてエタノール濃度を測定した。結果を表２に示す。
【００６３】
表２の結果から、発酵槽にポリ袋を用いた場合でも、従来のステンレスタンク装置、ガラス瓶を用いた場合と遜色ないエタノール濃度のエタノールが生成された。また、原料あたりのエタノール生成量を示すエタノール収率も、表２で示すとおり、従来の方式とほぼ同程度の比率を示した。
【００６４】
【表２】
【符号の説明】
【００６５】
１０…発酵袋
１２…発酵原料
１４…発酵もろみ
１６…発酵終了後の発酵もろみ
１８…蒸留残渣
１９…飼料
２０…酵素剤
３０…水
４０…酵母
５０…蒸留ユニット
５２…加熱手段
５４…空気供給手段
５６…冷却トラップ
５８…ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発酵システム及びエタノール製造方法に関し、特に、糖化、発酵、蒸留、貯蔵などに使用するタンクや容器に代えて、発酵袋を使用した発酵システム及びエタノール製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエタノールの生産には、貯留タンクや発酵槽などの大型の装置が必要である。大きな設備投資には、多大なコストが必要であり、わが国では、国からの補助金等が無くては運用が出来ない状況になっている。
【０００３】
そこで、エタノール生産を実施する際、大きな設備投資を必要とする貯留タンクや発酵槽に代えて、ポリ袋を利用することが種々提案されている。例えば、特開２００６−１７４７２８号公報には、ホテイアオイをチップ化し、圧搾、脱汁して組織を破壊圧搾したチップに乳酸菌及び糖類を加え、プラスチック製の袋に混合物を入れて内容物とし、嫌気状態で急速乳酸発酵を行ってサイレージを得るホテイアオイの処理利用方法が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
また、特開２００４−９７３３０号公報には、フィルム製密閉容器を用いた純粋培養製麹等において、フィルム製密閉容器にろ過フィルター、逆止弁、排気口を設け、排気口からフィルム製密閉容器の内部を排気できるように構成し、原料をフィルム製密閉容器に入れたまま、オートクレーブなどの加熱滅菌操作を行えるようにした培養装置及び培養方法が開示されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１７４７２８号公報
【特許文献２】特開２００４−９７３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のエタノール生産は、発酵もろみの水分含量が７０％以上である、いわゆる液体発酵法を採用することがほとんどであったため、液体を取り扱うためには一定形状を有する容器（例えば、ステンレスタンク）などが必要であり、ポリ袋を採用することができるのは、もともと水分量が少なくてすむ固体麹の製造や、サイレージ製造時における乳酸発酵などに限定されていたのが現状である。
【０００７】
しかしながら、エタノール発酵は一定温度と嫌気状態が維持できるものであれば、必ずしも一定形状を有する容器でエタノールの製造を行う必要はない。また、原料の貯蔵、糖化、発酵、蒸留、さらには蒸留残渣の保存、運搬などの一連の工程を、大掛かりな設備を用いることなく、簡便な手段で実施することができれば、エタノールの製造コストの低下にもつながることが期待される。
【０００８】
近年、代替エネルギーの一つとしてバイオエタノールへの期待が高まっている。国内外において、糖質、澱粉質、セルロース系の原料を用いてエタノールが製造されているが、実用化にあたっては、採算性が重要な課題となっている。特に、前処理・発酵・蒸留に必要な装置を製造、設置するコストの負担が大きく、初期投資の軽減が課題とされている。
【０００９】
そこで、本発明は、原料の貯蔵、糖化、発酵、蒸留、さらには蒸留残渣の保存、運搬などの一連の工程においてポリ袋を利用し、簡便で低コストなエタノール製造技術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】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するため、耐水性及び可撓性を有するポリ袋からなり、発酵原料を収容し、糖化及びエタノール発酵を行うための発酵袋と、発酵袋を加熱する加熱手段、発酵袋内の発酵もろみに空気を供給するための空気供給手段、発酵袋から排出された空気を冷却水で捕捉するための冷却トラップ、からなり、発酵袋内の発酵もろみからエタノールを抽出する蒸留ユニットと、を備えた、発酵袋を用いた発酵システムを提供する。
【００１１】
また、本発明は、耐水性及び可撓性を有するポリ袋からなる発酵袋に発酵原料を投入し、発酵袋内で糖化及びエタノール発酵を行う発酵工程と、発酵終了後、発酵袋を加熱しつつ発酵袋に空気を供給し、発酵袋から排出された空気を冷却水で捕捉することにより、発酵袋内の発酵もろみからエタノールを蒸留する蒸留工程と、を有する、発酵袋を用いたエタノール製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の発酵袋を用いた発酵システム及びエタノール製造方法によれば、原料の貯蔵、糖化、発酵、蒸留、さらには蒸留残渣の保存、運搬などの一連の工程においてポリ袋を利用するため、大掛かりな原料貯蔵タンク、糖化槽、発酵槽、蒸留装置などが不要となり、原料の詰め替えも不要となるため運搬も簡易化することができる。その結果、簡便で低コストなエタノール製造が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の発酵システムの概要を示す図である。
【図２】本実施形態のエタノール抽出工程で使用される蒸留ユニットの概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は本発明の実施形態である発酵袋を用いた発酵システムの概要を示す図である。本実施形態において使用する発酵袋１０は、耐水性及び可撓性を有するポリ袋からなり、発酵原料１２を収容し、糖化及びエタノール発酵を行うためのものである。
【００１５】
本実施形態において「ポリ袋」とは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン等のようなポリマーからなるフィルムで製造された袋を意味し、上記のように、耐水性及び可撓性を有するポリ袋であれば特に制限はなく、どのような種類のポリ袋を使用してもよい。また、容量も問わない。
【００１６】
なお、発酵袋１０は、内容物を視認することができる素材で形成されてなることが好ましい。内容物を視認することができれば、発酵原料１２の保存状態、糖化及び発酵の進行状況、蒸留状況、蒸留残渣の保存状態などが目視観察することができ、異常があればすぐに対処できる。
【００１７】
発酵袋１０は、発酵時に生じたガスを発酵袋１０の外に排出するため、φ１０〜５０ｍｍの空気穴ａを形成してなることが好ましい。エタノール発酵が進行すると二酸化炭素が発生するため、空気穴ａを形成することにより、二酸化炭素で発酵袋１０が膨張し、発酵袋１０の強度が低下したり、ガス圧に耐えられず発酵袋１０が破けるなどの不都合を防止することができる。
【００１８】
発酵袋１０に空気穴ａを形成する代わりに、ガス透過性を備えたフィルムを使用したポリ袋を使用することもできる。
【００１９】
発酵原料１２としては、デンプン質を含み、エタノール発酵の基質となり得るものであれば特に限定はなく、米、麦、トウモロコシ、ジャガイモ、サトウキビ、ニンジン、カボチャ、デンプン粕、野菜くずのほか、農産廃棄物、飲食店や給食センター等から排出される調理残渣なども使用することができる。発酵原料として米を使用した場合には、籾米、玄米、胚芽米（胚芽精米）、白米（精米、精白米）、くず米、糠からなる群から選択された１種類以上を用いることができる。
【００２０】
ここで、「籾米」とは、収穫したままの稲穂から脱穀した種子をいう。「玄米」とは、前記籾米から籾殻を取り去った後のものをいう。「胚芽米（胚芽精米）」とは、前記玄米の糠層のみを取り去って胚芽が残るように精白したものをいう。「白米（精米、精白米）」とは、前記玄米から糠層と胚芽を取り去ったものをいう。「くず米」とは、籾すり−米選工程で振るい分けられた低品位米（青米（あおまい））や、精米工程で白米が削り取られた後に発生する粉状の部分をいう。「糠」とは、玄米を白米に精米する時に出る、前記糠層及び前記胚芽の粉をいい、糠層の割合が多い「赤糠」と、白米の割合が多い「白糠」とがある。
【００２１】
この中でも、籾米は表面にタンパク質、ビタミン、ミネラルを多く含み、酵母の増殖及びエタノール発酵速度を促進させるため好ましい。また、籾米に含まれる栄養成分を他の米に添加する目的で、米に籾殻を添加してもよい。なお、本実施形態に用いられる米は、デンプンを糊化するための蒸煮処理は不要であり、無蒸煮のまま使用することができる。
【００２２】
発酵原料１２はそのまま使用してもよいが、粉砕処理されたものを使用することが好ましい。発酵原料１２を粉砕処理することにより、粉砕処理を実施しない場合と比較して糖化を効率よく行うことができる。発酵原料１２の前処理は、発酵原料によって異なり、例えば、デンプン粕はそのまま使用してもよいが、例えば、米、ニンジン、カボチャは粉砕処理されたものを使用することが好ましい。
【００２３】
発酵原料１２として米を使用する場合は、粉砕処理が実施された後の米粉末が、糖化の効率化の観点から、粉砕後の米粉末（粒子）の７０重量％以上が粒子径５ｍｍ未満であることが好ましい。特に、粉砕後の米粉末（粒子）の５０重量％以上が粒子径１ｍｍ未満であることが、糖化がより効率よく行われるため特に好ましい。
【００２４】
ここで言う米粉末の粒子径は、所定目開きのメッシュからなる篩を通過するか否かによって判定され、例えば、「粒子径５ｍｍ未満」とは、目開き５ｍｍの四方のメッシュを通過するものを意味し、「粒子径１ｍｍ未満」とは、目開き１ｍｍの四方のメッシュを通過するものを意味する。本実施形態では、米粉末の粒子径が目開き１ｍｍの四方のメッシュを通過する粒子（すなわち粒子径１ｍｍ未満のもの）が５０重量％以上となるよう米を粉砕することが特に望ましい。
【００２５】
発酵袋１０に投入する発酵原料１２の量は、発酵袋１０の８０容量％以下とすることが好ましい。発酵袋１０に投入する発酵原料１２の量を発酵袋１０の８０容量％以下とすることで、発酵中、発生した二酸化炭素などのガスにより、発酵袋が破裂することなく発酵を実施することができる。
【００２６】
発酵原料１２は、発酵袋１０に入れられたまま、酵素剤２０と水３０が添加されて糖化される。酵素剤２０は、アミラーゼ系の酵素であれば特に制限なく用いることができるが、α−アミラーゼ及びグルコアミラーゼを含む酵素剤は糖化効率に優れているため好ましい。酵素剤２０は市販の酵素剤を使用することができ、例えば、大和化成社製コクゲンＧ２０（α−アミラーゼ１％、グルコアミラーゼ８０％及びデキストリン１９％）などを挙げることができる。
【００２７】
酵素剤２０の添加量は任意に決定することができる。
【００２８】
水３０は、イオン交換水、限外ろ過水、逆浸透水、蒸留水等の純水又は超純水を用いることが好ましい。特に、これらの水を、紫外線照射又は過酸化水素添加等により滅菌処理した水は、カビやバクテリアの発生が防止されるので好ましい。
【００２９】
水３０の添加量は、発酵原料１２の重量に対して４０〜６０重量％であることが好ましい。水の添加量を４０〜６０重量％とすることにより、低水分での発酵が可能であるため蒸留廃液の処理が不要となる。
【００３０】
なお、糖化処理は、酵素剤２０を添加する代わりに麹菌を添加してもよい。麹菌としては、例えば、Aspergillus sojae KBN606(醤油用)、Aspergillus sojae KBN615(醤油用)、Aspergillus oryzae KBN650(醤油用)、Aspergillus oryzae KBN930(味噌用)、Aspergillus oryzae KBN943(麦味噌用)、Aspergillus oryzae KBN1015(清酒用)、Aspergillus kawachii KBN2001(焼酎用)、Aspergillus kawachii P10-1(焼酎用)、Aspergillus awamori KBN2012(焼酎用)、Aspergillus saitoi KBN2024(泡盛用)等を挙げることができ、特にAspergillus kawachii KBN2001(焼酎用)、Aspergillus kawachii P10-1、A．oryzae KBN1015、A．oryzae
KBN943を用いることが好ましい。
【００３１】
次いで、酵母４０及び必要に応じて水３０が添加され、発酵もろみ１４が調製される。このとき、発酵もろみ１４は発酵開始時の水分含量を４０〜６０重量％に調整した、いわゆる固体発酵で発酵を行うことが好ましい。
【００３２】
ここで、固体発酵とは、酵母の生育とエタノール発酵が可能な最小量の水分を保つ発酵もろみを用い、発酵開始から終了まで固形状で行う発酵法をいう。
【００３３】
従来の液体発酵法では、還元糖を５〜１０重量％程度含む水溶液に酵母を添加して培養し、エタノール発酵の終了後、蒸留によりエタノールを回収する際、廃液と発酵残渣が生成される。これに対し、固体発酵法では、蒸留によりエタノールを回収した後は発酵残渣のみ生成されるため、廃液の発生がなく、廃液処理のための作業やコストが不要となる。また、液体発酵法と比較して水分含量が低いため、悪臭の発生が少なく、エタノールの回収も容易である。
【００３４】
なお、発酵原料１２として米を使用する場合は、発酵開始時の水分含量が４０重量％未満では、ほとんどエタノールは生成されず、一方、水分含量が６０重量％を超えると、エタノール回収後に廃液が発生するため、廃液処理が必要となる。但し、本実施形態の発酵システム及びエタノール製造方法においては、発酵開始時の水分含有量が６０重量％を超えても実施可能である。
【００３５】
糖化と固体発酵は別々に行うこともできるが、いわゆる並行複発酵形式により、糖化・発酵を同時に行うことができる。かかる場合、発酵原料１２と、酵素剤２０と、酵母４０と、水３０の添加は同時でもよい。また、糖化・発酵条件は、１０〜４０℃で４８〜７２時間で実施することができる。
【００３６】
固体発酵の温度は酵母４０の至適温度により適宜設定することができるが、コスト面からみた場合、温度２０〜２５℃が経済的であるためかかる温度で実施することが好ましい。既に室温が２０〜２５℃である場合は特に温度調整は不要である。
【００３７】
酵母４０としては、エタノール発酵に一般に用いられるサッカロマイセス セルビシエ（Saccharomyces cerevisiae）属の酵母を使用することができる。なお、発酵終了後のもろみのうち、一部を次回の発酵の種菌（スターター）として使用することができる。
【００３８】
固体発酵終了後、発酵終了後の発酵もろみ１６は発酵袋１０とともに、蒸留工程に付される。蒸留工程では、発酵袋１０内の発酵終了後の発酵もろみ１６からエタノール（ＥｔＯＨ）を抽出する。図２は、本実施形態の蒸留工程で使用される蒸留ユニット５０の概要を示す図である。
【００３９】
蒸留ユニット５０は、発酵袋１０を加熱する加熱手段５２、発酵袋１０内の発酵終了後の発酵もろみ１６に空気Ｂを供給するための空気供給手段５４、発酵袋１０から排出された空気Ｂを冷却水Ｗで捕捉するための冷却トラップ５６からなる。
【００４０】
空気Ｂは流路のいずれかに設置されたポンプ５８により供給され、発酵袋１０と冷却トラップ５６との間を還流するように構成されている。また、流路の気密性を保つため、空気穴ａは空気供給手段５４を発酵袋１０に挿入するための挿入口として利用される。なお、空気穴ａは冷却トラップ５６へ排出するための流路を挿入するための挿入口として利用してもよい。
【００４１】
加熱手段５２は、発酵袋１０を加熱し、発酵終了後の発酵もろみ１６に含まれているエタノールを揮発させるためのものである。かかる目的の範囲内であればその構成に特に限定はないが、例えば、加熱手段５２は３０〜９０℃の温水を備えた浴槽を使用することができる。適宜ヒーター（図示せず）を装着してもよい。３０℃以上としたのはエタノールの揮発を効率よく行う温度を考慮したものであり、９０℃以下としたのは発酵袋１０の耐熱性を考慮したものである。
【００４２】
また、蒸留中、発酵袋１０の内部が陰圧になり排出側の流路が塞がれてしまう場合は、発酵袋１０内に通気性を改善するための担体（図示せず）を設置することが好ましい。通気性を改善するための担体としては、例えば、金たわし等を挙げることができる。
【００４３】
冷却トラップ５６に使用される冷却水Ｗは、水温が１０℃以下であることが好ましい。冷却水Ｗの水温が低いほど、気化したエタノールの液化効率を向上させることができる。
【００４４】
発酵終了後の発酵もろみ１６を蒸留ユニット５０によって蒸留すると、エタノール濃度が約６０重量％以上まで濃縮される。これにより、粗留エタノールが得られる。さらに、必要に応じて、蒸留工程の後、得られた粗留エタノールをさらに蒸留する工程、すなわち精留工程を実施してもよい。精留工程は一般的な精留装置等を用いることができる。精留工程では、最終的にエタノール濃度が約９０重量％以上に濃縮され、精留エタノールが得られる。得られたエタノール（粗留エタノール又は精留エタノール）は工業用アルコールや醸造用アルコール等、種々の分野で利用することができる。
【００４５】
蒸留工程後の発酵袋１０の中身は蒸留残渣１８が残る。本実施形態においては、蒸留工程で副生された蒸留残渣１８は発酵原料１２や酵母４０に由来する栄養素を豊富に含み、栄養学的に優れていることから、飼料化を実施することにより、家畜の飼料１９として有効利用することができる。
【００４６】
蒸留残渣１８を家畜の飼料１９として飼料化する場合は、例えば、蒸留残渣１８をそのまま又は乾燥処理を実施した上で、家畜に供給することができる。本実施形態では、蒸留工程後もそのまま発酵袋１０が利用できるため、保存や運搬が極めて効率よく、かつ、低コストで実施できる。
【００４７】
かかる場合、蒸留工程の後、発酵袋１０内の空気を脱気する工程を有することが保存性や運搬性を向上させる観点から好ましい。脱気方法は特に限定されず、密封包装装置などの一般的な脱気手段を用いることができる。脱気を行っていれば、残存する酵母がエタノール発酵を行ってガスが発生してもすぐに発酵袋１０が破れることはない。また、蒸留残渣１８にアルコールが含まれていれば、雑菌の繁殖を抑制することができるため、保存性が向上する。
【００４８】
蒸留残渣１８を発酵袋１０から取り出して残った空袋１０’は、再度発酵原料１２を充填し原料の保存に供することができるとともに、糖化・発酵及び蒸留工程に使用する発酵袋１０として再利用することができる。このようなサイクルが繰り返し実施されることにより、ランニングコストを軽減することができる。
【実施例】
【００４９】
１．エタノールの製造方法
図１に示す発酵袋を用いたエタノール発酵システムに基づき、下記の要領でエタノールの製造を実施した。
【００５０】
（１）発酵原料
発酵原料として、芽の出たジャガイモ、ニンジン、デンプン粕、岩手県奥州市で栽培された飼料米である「岩南２９号」を用いた。飼料米の場合には、籾米をタウンビーバーミル（登録商標）二軸破砕機（カヤバ工業社製）を用いて３回粉砕し、発酵原料を調製した。ジャガイモ、ニンジンの場合には、株式会社西原環境テクノロジー製の試料破砕機を用いて２回破砕し、発酵原料を調整した。
【００５１】
（２）発酵容器
発酵容器として、大型ポリ袋（透明、２０L容量、空気穴φ５０ｍｍ）、小型ポリ袋（透明、３．７９L容量、空気穴φ５０ｍｍ）、アルミ蒸着ポリ袋（不透明、３．７９L容量、空気穴φ３０ｍｍ）、ポリエチレン製ごみ収集袋（半透明、約４L容量、日本サニパック株式会社製「白半透明ゴミ収集袋」を一部利用、空気穴なし）、ポリエチレン製冷凍・解凍用袋（透明、１９６mm×１７７mm×０．０６８mm、旭化成ホームプロダクツ株式会社製「ZIPLOC 冷凍・解凍用フリーザーパック」（登録商標）、空気穴なし）、ポリエチレン製野菜・果物パック用袋（透明、２８０mm×４００mm×０．２０mm、日本サニパック株式会社製「野菜・果物パック用キッチンステラ」、空気穴なし）を用いた。
【００５２】
なお、比較対象として、５００ｍｌ容量蓋付きガラス瓶と、糖化、発酵及び蒸留機能を有するステンレスタンク装置（横山エンジニアリング株式会社製の縦置半円型ラシヒリング式の減圧蒸留機、有効容量約４０L）についても同様に実施した。
【００５３】
（３）供試酵素剤
酵素剤としては、大和化成社製のコクゲンＧ２０（α−アミラーゼ１％、グルコアミラーゼ８０％、デキストリン１９％）、アクレモニウムセルラーゼ（明治製菓株式会社製）を適量添加した。
【００５４】
（４）供試酵母
酵母は、東京農業大学醸造科学科醸造微生物学研究室より恵与された、焼酎酵母Ａ３０ Saccharomyces cerevisiaeを用いた。ポリペプトン０．５重量％、酵母エキス０．３重量％、グルコース２．０重量％、マルトース０．３重量％からなるＹＭ培地１０ｍｌをＬ字管に分注し、オートクレーブ滅菌（１．２ａｔｍ、１２１℃、２０ｍｉｎ）後、無菌状態で前記焼酎酵母を１白金耳接種し、振とう培養（２５℃、４８時間）を行ったものを前培養酵母として用いた。
【００５５】
（５）糖化及び固体発酵
上記のように前処理を行った発酵原料を、発酵原料／容器の比率が８０％以下になる分量で発酵容器に入れ、発酵もろみの水分含有量が約６０重量％となるように水を添加した。但し、発酵原料の水分含有量が６０重量％以上であった場合は、特に水分調整は行わなかった。次いで、発酵容器に前培養酵母とコクゲンＧ２０及び／又はアクレモニウムセルラーゼを添加し、常温（２０〜３０℃）又は２５℃の恒温器で２〜３日間、糖化と固体発酵（並行複式発酵）を行った。なお、固体発酵中、発生した二酸化炭素などのガスは、発酵袋に予め形成しておいた空気穴から放出させるようにしたため、発酵袋は破裂することなく発酵を実施することができた。
【００５６】
【表１】
【００５７】
（６）蒸留
固体発酵の終了後、発酵袋を用いた例については図２に示す蒸留ユニットを使用して蒸留を行った。すなわち、５０℃の恒温槽に発酵袋を設置し、エアーストーンを発酵もろみ中に挿入し、冷却トラップの冷却水の温度を０℃としてゴム管とポンプで冷却トラップを発酵袋を接続した。そして、ポンプのスイッチをＯＮにし、発酵袋と冷却トラップとの間を還流させながら、約２時間蒸留を行った。
【００５８】
なお、発酵容器としてガラス瓶を用いた例については、GLサイエンス株式会社製ロータリーエバポレーターにより蒸留を行い、ステンレスタンク装置（横山エンジニアリング株式会社製の縦置半円型ラシヒリング式の減圧蒸留機）を用いた例については、その装置に装備されている蒸留機能を利用して蒸留を行った。
【００５９】
（７）飼料化
蒸留終了後、エアーストーンとゴム管を発酵袋から取り外し、ポンプにより発酵袋内を脱気した。そして、一部を保存し、一部を家畜用飼料とした。この家畜用飼料を養鶏場の鶏に給餌したところ、トウモロコシを主原料とする配合飼料に高タンパク添加物として配合したものを与えた場合、家畜用飼料を高タンパク飼料としてそのまま与えた場合のいずれの場合も、良好な食い付きが確認された。
【００６０】
なお、使用済みの発酵袋は、次のエタノール製造のための発酵袋として十分使用に耐えうる強度を有していることを確認した。
【００６１】
２．試験結果
（１）発酵原料の成分組成
発酵原料である米の全糖量をフェノール硫酸法で測定したところ、全糖量は６４重量％であった。また、水分量を乾燥法で測定したところ、水分量は１２重量％であった。
【００６２】
（２）エタノール生成量の測定
固体発酵後の発酵もろみを採取し、アルコール濃度計（ヤザキ計器株式会社製YSA-200型）を用いてエタノール濃度を測定した。結果を表２に示す。
【００６３】
表２の結果から、発酵槽にポリ袋を用いた場合でも、従来のステンレスタンク装置、ガラス瓶を用いた場合と遜色ないエタノール濃度のエタノールが生成された。また、原料あたりのエタノール生成量を示すエタノール収率も、表２で示すとおり、従来の方式とほぼ同程度の比率を示した。
【００６４】
【表２】
【符号の説明】
【００６５】
１０…発酵袋
１２…発酵原料
１４…発酵もろみ
１６…発酵終了後の発酵もろみ
１８…蒸留残渣
１９…飼料
２０…酵素剤
３０…水
４０…酵母
５０…蒸留ユニット
５２…加熱手段
５４…空気供給手段
５６…冷却トラップ
５８…ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐水性及び可撓性を有するポリ袋からなり、発酵原料を収容し、糖化及びエタノール発酵を行うための発酵袋と、
発酵袋を加熱する加熱手段、発酵袋内の発酵もろみに空気を供給するための空気供給手段、発酵袋から排出された空気を冷却水で捕捉するための冷却トラップ、からなり、発酵袋内の発酵もろみからエタノールを抽出する蒸留ユニットと、
を備えた、発酵袋を用いた発酵システム。
【請求項２】
前記発酵袋が、発酵時に生じたガスを発酵袋の外に排出するための空気穴を備えた、請求項１に記載の発酵袋を用いた発酵システム。
【請求項３】
前記発酵袋が、内容物を視認することができる素材で形成されてなる、請求項１又は２に記載の発酵袋を用いた発酵システム。
【請求項４】
前記加熱手段が、３０〜９０℃の温水を備えた浴槽である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発酵袋を用いた発酵システム。
【請求項５】
耐水性及び可撓性を有するポリ袋からなる発酵袋に発酵原料を投入し、発酵袋内で糖化及びエタノール発酵を行う発酵工程と、
発酵終了後、発酵袋を加熱しつつ発酵袋に空気を供給し、発酵袋から排出された空気を冷却水で捕捉することにより、発酵袋内の発酵もろみからエタノールを蒸留する蒸留工程と、
を有する、発酵袋を用いたエタノール製造方法。
【請求項６】
前記エタノール発酵は、発酵開始時の水分含量が４０〜６０重量％で行う固体発酵である、請求項５に記載の発酵袋を用いたエタノール製造方法。
【請求項７】
前記エタノール発酵は、発酵時に生じたガスを発酵袋の外に排出する工程を有する、請求項５又は６に記載の発酵袋を用いたエタノール製造方法。
【請求項８】
前記発酵袋は、内容物を視認することができる素材を使用する、請求項５〜７のいずれか１項に記載の発酵袋を用いたエタノール製造方法。
【請求項９】
前記発酵袋の加熱は、３０〜９０℃で実施する、請求項５〜８のいずれか１項に記載の発酵袋を用いたエタノール製造方法。
【請求項１０】
前記発酵袋に投入する発酵原料の量は、前記発酵袋の８０容量％以下とする、請求項５〜９のいずれか１項に記載の発酵袋を用いたエタノール製造方法。
【請求項１１】
さらに、前記蒸留工程の後、前記発酵袋内の空気を脱気する工程を有する、請求項５〜１０のいずれか１項に記載の発酵袋を用いたエタノール製造方法。
【請求項１】
耐水性及び可撓性を有するポリ袋からなり、発酵原料を収容し、糖化及びエタノール発酵を行うための発酵袋と、
発酵袋を加熱する加熱手段、発酵袋内の発酵もろみに空気を供給するための空気供給手段、発酵袋から排出された空気を冷却水で捕捉するための冷却トラップ、からなり、発酵袋内の発酵もろみからエタノールを抽出する蒸留ユニットと、
を備えた、発酵袋を用いた発酵システム。
【請求項２】
前記発酵袋が、発酵時に生じたガスを発酵袋の外に排出するための空気穴を備えた、請求項１に記載の発酵袋を用いた発酵システム。
【請求項３】
前記発酵袋が、内容物を視認することができる素材で形成されてなる、請求項１又は２に記載の発酵袋を用いた発酵システム。
【請求項４】
前記加熱手段が、３０〜９０℃の温水を備えた浴槽である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発酵袋を用いた発酵システム。
【請求項５】
耐水性及び可撓性を有するポリ袋からなる発酵袋に発酵原料を投入し、発酵袋内で糖化及びエタノール発酵を行う発酵工程と、
発酵終了後、発酵袋を加熱しつつ発酵袋に空気を供給し、発酵袋から排出された空気を冷却水で捕捉することにより、発酵袋内の発酵もろみからエタノールを蒸留する蒸留工程と、
を有する、発酵袋を用いたエタノール製造方法。
【請求項６】
前記エタノール発酵は、発酵開始時の水分含量が４０〜６０重量％で行う固体発酵である、請求項５に記載の発酵袋を用いたエタノール製造方法。
【請求項７】
前記エタノール発酵は、発酵時に生じたガスを発酵袋の外に排出する工程を有する、請求項５又は６に記載の発酵袋を用いたエタノール製造方法。
【請求項８】
前記発酵袋は、内容物を視認することができる素材を使用する、請求項５〜７のいずれか１項に記載の発酵袋を用いたエタノール製造方法。
【請求項９】
前記発酵袋の加熱は、３０〜９０℃で実施する、請求項５〜８のいずれか１項に記載の発酵袋を用いたエタノール製造方法。
【請求項１０】
前記発酵袋に投入する発酵原料の量は、前記発酵袋の８０容量％以下とする、請求項５〜９のいずれか１項に記載の発酵袋を用いたエタノール製造方法。
【請求項１１】
さらに、前記蒸留工程の後、前記発酵袋内の空気を脱気する工程を有する、請求項５〜１０のいずれか１項に記載の発酵袋を用いたエタノール製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−２１７６３９（Ｐ２０１１−２１７６３９Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８８２１１（Ｐ２０１０−８８２１１）
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年１２月２５日 岩手県奥州市水沢区大町３０番地２ 株式会社まちづくり奥州事務所および駐車場内
【出願人】（５９８０９６９９１）学校法人東京農業大学 (85)
【出願人】（５１００９６０９４）株式会社ファーメンステーション (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年１２月２５日 岩手県奥州市水沢区大町３０番地２ 株式会社まちづくり奥州事務所および駐車場内
【出願人】（５９８０９６９９１）学校法人東京農業大学 (85)
【出願人】（５１００９６０９４）株式会社ファーメンステーション (1)
【Ｆターム（参考）】
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