基于选择性发酵方法的粗糖及乙醇的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及粗糖及乙醇的制造方法，更具体而言，涉及使来自植物的糖液发酵的粗糖及乙醇的制造方法。
【背景技术】
[0002]来自植物的燃料用乙醇作为防止二氧化碳增加的代替汽油的液体燃料而受到期待，以往研究过用微生物使来自植物的糖液发酵来制造乙醇的方法。然而，如果将来自植物的糖液用作制造乙醇的原料，则存在着作为食品的粗糖的生产受到压制的问题。
[0003]作为解决这一问题的方法，专利文献1中记载了一种粗糖及乙醇的制造方法，其不会导致粗糖产量的减少，能够通过燃烧来自甘蔗的压榨残渣而得到的能量来提供在制造粗糖及乙醇的工序等中所消耗的几乎全部的能量。
[0004]另外，专利文献2中记载了一种粗糖及乙醇的制造方法，为了进一步提高粗糖及乙醇的制造效率，首先使用不含蔗糖分解酶的酵母使来自植物的糖液发酵，进行加热及过滤器过滤，从而净化发酵液，通过将经过净化的糖液浓缩来分离发酵后糖液中所含的乙醇，并使蔗糖结晶化。该方法的特征在于有效利用现有的粗糖制造工序，利用一直以来用于蒸发糖液中的水分的浓缩工序，同时使乙醇蒸发。
[0005]来自植物的糖液，例如甘蔗榨汁液等具有适于利用酵母进行乙醇发酵的糖浓度、温度。通常，来自植物的糖液，例如甘蔗榨汁液等首先被加热，在来自原料的微生物被杀灭、糖液中的蛋白质析出后，经过净化工序，用于制造粗糖、乙醇，所述净化工序是加入石灰、絮凝剂等添加剂使杂质沉降分离。由此，由于净化工序后的糖液的温度变成了不适于乙醇发酵的高温，因此专利文献2的方法的特征在于发酵工序是针对净化工序前的糖液进行。
[0006]然而，如果采用专利文献2的方法，则由于是使加热前的未杀菌的来自植物的糖液发酵，因此，例如在转化糖较多的糖液中发酵时间延长的情况下，在糖液发酵期间，因除酵母以外的微生物的混入而被分解的蔗糖的量较多，从而难以增加粗糖的产量。另外，由于这样的微生物还将分解了的糖分转化成乳酸、醋酸等其他物质，因此，在增加乙醇的产量方面也存在限度。另外，由于来自植物的糖液中通常含有大量的杂质、微生物等，因此难以进行酵母的重复利用，特别是难以实行使凝聚性酵母一直存在于发酵槽中、不分离酵母而连续地进行发酵这样的效率良好的发酵方法。而且，在发酵后的净化工序中，在将经过加热的发酵液在沉淀槽中静置时，由于通常的沉淀槽是大气开放类罐，因此，存在着一部分被加热的乙醇蒸发、最终的乙醇回收量减少的问题。
[0007]在PCT/JP2013/074519号说明书中，记载有一种粗糖及乙醇的制造方法，其将从植物中搾汁的糖液加热及净化，然后，使所得的净化糖液发酵，其后，进行浓缩。通过在使搾汁糖液进行乙醇发酵前对其净化，可以获得防止微生物的污染、提高粗糖及乙醇的产量等效果，利用该方法可以解决上述问题。
[0008]然而，如果考虑作为企业以工业化规模实施的必要性，则上述粗糖及乙醇的制造方法最好进一步提高能量效率。
[0009]专利文献3中记载了对于含有蔗糖及果糖聚合物的基质的水溶液，使用能使葡萄糖发酵为乙醇但不能水解果糖聚合物或蔗糖的酵母，来选择性地使葡萄糖进行乙醇发酵。含有蔗糖及果糖聚合物的基质是通过使果糖基转移酶及葡萄糖异构酶同时作用于含有蔗糖的基质而制备的。作为含有蔗糖的基质，可以列举糖蜜(molasses)等。
[0010]专利文献3的发明以糖蜜等为原料，其目的在于提供果糖含量高的甜糖浆。糖蜜是使粗糖从糖液中结晶化并回收后的残渣，即由现有的粗糖制造方法得到的残渣，但是，专利文献3的发明并非如专利文献2那样是有效利用现有的粗糖制造工序的方法，其目标产物也不同。含有大量果糖的糖浆蔗糖含量较低，不仅消耗了葡萄糖，还消耗了蔗糖。
[0011]本申请发明以提高作为蔗糖结晶的粗糖的收率为目的，涉及一种利用葡萄糖和果糖的选择性发酵来提高糖液的纯糖率、即在全部可溶性固体成分中所占的蔗糖含有比率而提高粗糖的结晶回收效率的技术，因此专利文献3的发明与本申请发明的解决问题不同。
[0012]现有技术文献
[0013]专利文献
[0014]专利文献1:日本特开2004 - 321174号公报
[0015]专利文献2:日本专利第4883511号公报
[0016]专利文献3:美国专利第4335207号
【发明内容】
[0017]发明所要解决的问题
[0018]本发明是解决上述现有问题的发明，其目的在于提供一种粗糖及乙醇的制造方法，其可以有效利用现有的粗糖制造工序，不使蔗糖在糖液发酵期间分解，增加粗糖的回收量，同时还增加乙醇的回收量。
[0019]用于解决问题的方法
[0020]本发明提供一种粗糖及乙醇的制造方法，其包含:
[0021 ] 加热及净化来自植物的糖液的工序、
[0022]将净化糖液的Brix值浓缩为15?50%的工序、
[0023]将浓缩糖液冷却到发酵温度的工序、
[0024]通过使浓缩糖液发酵而将浓缩糖液中的蔗糖以外的糖分选择性地转换为乙醇的工序、及
[0025]将发酵液浓缩的工序。
[0026]另外，本发明提供一种粗糖及乙醇的制造方法，其包含:
[0027]加热及净化来自植物的糖液的工序；
[0028]将净化糖液导入多效用蒸发罐的工序；
[0029]通过在使之通过位于多效用蒸发罐的最开始的位置的蒸发罐后、且导入位于最后面的位置的蒸发罐前取出净化糖液而将净化糖液浓缩的工序；
[0030]将浓缩糖液冷却到发酵温度的工序；
[0031]通过使浓缩糖液发酵而将浓缩糖液中的蔗糖以外的糖分选择性地转换为乙醇的工序；
[0032]将发酵液加热到浓缩温度的工序 '及
[0033]通过使之通过位于被取出浓缩糖液的蒸发罐的下一个位置的蒸发罐而将发酵液浓缩的工序。
[0034]在某个方式中，通过在使之通过位于多效用蒸发罐的最开始的位置的蒸发罐后、且导入位于最后面的位置的蒸发罐前取出净化糖液而将净化糖液的Brix值调节为15?40%。
[0035]在某个方式中，所述发酵使用蔗糖非同化性酵母进行。
[0036]在某个方式中，所述发酵使用不具有蔗糖分解酶的酵母进行。
[0037]在某个方式中，所述发酵在蔗糖分解酶抑制剂的存在下进行。
[0038]在某个方式中，所述植物是选自甘蔗、甜菜、桄榔、糖楓、高粱中的至少一种。
[0039]发明效果
[0040]根据本发明的方法，由于使用经过加热及净化的糖液进行发酵，因此即使在含有大量转化糖的糖液中发酵时间延长的情况下，在糖液发酵期间蔗糖也不易分解，粗糖的产量高，同时乙醇的产量也变高。另外，由于供发酵用的糖液通过加热进行了微生物的灭活及通过除杂进行了净化，因此酵母被混入的微生物、杂质污染的情况不易发生，可以容易地进行酵母的回收及再利用。此外，在使用净化液的情况下，发酵槽中不会蓄积微生物、杂质，可以利用具有凝聚性的酵母，因此不再需要酵母分离机，可以缩短工序时间。而且，由于发酵后不经过沉淀槽而直接浓缩，因此还可以消除因沉淀槽中的蒸发而导致的乙醇损失。
[0041]此外，本发明的方法的热利用效率优异，乙醇的生产效率也优异。此处，所谓乙醇的生产效率，是指每单位时间的乙醇生产量或每单位设备容积的乙醇生产量。另外，利用本发明的方法，可以实现发酵设备的小型化、设置成本的降低等。
【附图说明】
[0042]图1是参考例1中米用的过程的流程图。
[0043]图2是表示参考例1的过程的物料收支的图。
[0044]图3是表示比较例1的过程的物料收支的图。
[0045]图4是作为本申请发明的一例的过程的流程图。
[0046]图5是表示实施例1的过程的物料收支的图。
[0047]图6是表示实施例2的过程的物料收支的图。
[0048]图7是表示实施例3的过程的物料收支的图。
[0049]图8是表示实施例4的过程的物料收支的图。
【具体实施方式】
[0050]本发明的方法中，成为来自植物的糖液的原料的植物是可以蓄积糖分的植物。其中，优选所谓的砂糖的原料作物。作为砂糖的原料作物，具体而言，可以举出甘蔗、甜菜、桄榔、糖楓、高梁等。特别优选的植物是甘蔗及甜菜。这些植物糖分的蓄积量多，存在以这些植物为原料的制糖工厂，因此可以容易地引入本发明。
[0051 ] 来自植物的糖液是指取出植物中的糖分而得到的液体。来自植物的糖液通常包括对植物蓄积糖分的部位进行压榨而得到的榨汁及由植物蓄积糖分的部位煮出的煮汁等。
[0052]通常，植物在被压榨或煮出前被裁切或粉碎成适当的尺寸。植物的压榨可以使用辊磨机等榨汁设备。另外，在对植物进行煮出时，可以放入温水进行加热、或者使用浸提器(diffuser)等煮出设备。压榨时注水的温度及煮出温度可以考虑糖分的提取效率等适当地确定，但通常为30°C?40°C。
[0053]为了使蔗糖分解酶失活、使糖液中的蛋白质等变性并析出、沉淀，进行糖液的加热。加热温度为65?105°C，优选为80?105°C。如果加热温度低于65°C，则不能使蔗糖分解酶在糖液发酵期间失活。而且，为了使蔗糖分解酶失活，加热时间为几秒钟?10分钟即可。另外，如果加热温度低于65°C，则糖液的杀菌变得不充分。为了充分进行糖液的杀菌，加热温度优选调节为100°C以上。
[0054]净化工序中的加热的最优条件根据实施规模等变化。在实际制造过程中，为了使糖液中的悬浮物及杂质沉淀，优选进行在加热后几个小时的静置沉降分离。使糖液中的悬浮物及杂质沉淀的静置时间