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JPS61199788A - 醗酵生成物の分離濃縮方法及び連続醗酵方法 - Google Patents

醗酵生成物の分離濃縮方法及び連続醗酵方法

Info

Publication number
JPS61199788A
JPS61199788A JP60039408A JP3940885A JPS61199788A JP S61199788 A JPS61199788 A JP S61199788A JP 60039408 A JP60039408 A JP 60039408A JP 3940885 A JP3940885 A JP 3940885A JP S61199788 A JPS61199788 A JP S61199788A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fermentation
liquid
separation
membrane
concentration
Prior art date
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Granted
Application number
JP60039408A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0365152B2 (ja
Inventor
Haruhiko Ooya
大矢 晴彦
Kanji Matsumoto
幹治 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Mitsubishi Rayon Engineering Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Mitsubishi Rayon Engineering Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Rayon Co Ltd, Mitsubishi Rayon Engineering Co Ltd filed Critical Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority to JP60039408A priority Critical patent/JPS61199788A/ja
Publication of JPS61199788A publication Critical patent/JPS61199788A/ja
Publication of JPH0365152B2 publication Critical patent/JPH0365152B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は疎水性多孔質膜を利用して、醗酵液中の有用な
低沸点醗酵生成物を効率よく分#遣縮する方法に関し、
さらに該方法を用いて醗酵の阻害物質である醗酵生成物
を効率的に系外に出しながら行なう連続醗酵方法に関す
る。
[従来の技術] 従来、醗酵液中の低沸点醗酵生成物の分l11濃縮法と
しては、醗酵液中の酵母等を除去した後に蒸留する方法
が一般的に行なわれているが、最近醗酵液を逆浸透膜を
利用して濃縮したり、膜を利用した侵透気化法等の分子
a濃縮法の研究も行なわれている。
また、醗酵においては醗酵を連続的に行なうと、醗酵生
成物が系内にたまり、これが醗酵の阻害物質として働き
、醗酵が続けられなくなる。これを回避した連続醗酵方
法としては親木性限外−過膜を用い、該膜により醗酵槽
中の醗酵液より醗酵生成物を分離しながら醗酵を連続的
に行なう方法が知られている。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、醗酵液中の低沸点醗酵生成物の分離濃縮
法としては、従来の蒸留法では酵母等の除去工程の後に
、低濃度の液から蒸留して濃縮しなければならず、設備
が複雑な上に大きくなり、エネルギー消費量も大きい欠
点があった。また逆浸透膜法では、実用上の濃縮可能な
濃度限界が低く、例えばエタノールの場合で濃縮液とし
て約15%が限界であり、浸透気化法では水の濃縮を行
なうことによって結果的に低沸点醗酵生成物の濃縮を行
なうため、浸透気化法を行なう前に精製工程を必要とす
る上に、多量の水の分離のためのエネルギー的損失も大
きい。
又、限外濾過膜を用いた連続醗酵方法においては水と低
沸点醗酵生成物を系外に出すため醗酵用の原料例えばグ
ルコースや無機塩類も系外に出てしまい、醗酵生成物と
これらを分離しなければならないし、通常こうして分け
られたものは醗酵生成物以外は捨ててしまうため経済的
にも不利となると同時に醗酵槽内にこれら醗酵原料と無
機塩類を失われた分だけ補充してやらねばならないとい
う問題点を有している。
従って本発明者らは、上記方法の欠点を改良すべく鋭意
研究を重ねた結果、疎水性多孔質膜は、醗酵液自身は通
過させないが、蒸気は通過させるという知見を得て本発
明の完成に至ったものである。
[問題点を解決するための手段・] すなわち本発明の要旨は、疎水性多孔質膜の片面を醗酵
液と接し、反対側の面を減圧に保つことによって、tl
酵液中の低沸点醗酵生成物を醗酵液より分離1fa縮す
る方法にあり、さらに疎水性多孔質膜の片面を醗酵液と
接し、反対側の面を減圧に保ちながら連続的に醗酵を行
う連続醗酵方法に関する6 本発明において、対象となる醗酵液としては。
低沸点醗酵生成物と水との気液平衡関係において、低沸
点醗酵生成物の蒸気組成が平衡にある液組成よりも高い
ものであれば、いかなる醗酵液でも良いが、特にエタノ
ール醗酵液、アセトン・ブタノール醗酵液等が有効であ
る。
本発明の方法において、疎水性多孔質膜としてはバルブ
ポイントが、l Kg/crn’以上であるものが好ま
しく 、  2 Kg/am’以上13 Kg/ctn
’以下であるものがより好ましく用いられる。
バブルポイントは、膜が平膜の場合はASTMF316
−80にしたがって測定でき、膜が中空糸の場合はルー
プ状の中空糸モジュールを作成し、コレラエタノール中
に浸漬し、アスビレーターテ吸引して、中空系内部をエ
タノールで充分に濡らす0次に0.1 、Kg/crn
’のステップで昇圧し、中空糸のほぼ全体からバブルの
発生しはじめる時の圧力をバブルポイント(Kg/cm
’)とする。
用いられる多孔質膜の厚さは、好ましくは10pm〜l
oOpm、より好ましくは20〜60JLmであり、空
孔率は20〜80%、好ましくは40〜75%である。
膜の材質としては、テフロンやポリオレフィン等疎水性
で上記条件を満たすものであれば、いかなるものでも良
く、膜の素材が親水性である場合でも膜表面を疎水化し
たものであれば用いることができる。膜の形態は平膜で
も良いが、中空糸が装置のコンパクト化のために特に好
ましい。
分離濃縮時の減圧の程度は減圧度が高ければ高いほど分
離速度が速く好都合であるが、これはバブルポイントと
の関係で適宜選択すれば良い、温度としては、高い方が
分離速度が速く好都合だが、使用される膜の耐熱温度、
エネルギー効率、対象となる醗酵液の組成等を勘案して
決めればよい。
醗酵液を連続して醗酵させながら、同時に低沸点醗酵生
成物を分離濃縮する場合には、酵母の耐熱性によっても
温度は規制される。
連続発酵方法においては送液ポンプにより発酵槽内の液
の一部を連続的に抜き、膜を内蔵した分離濃縮器に送り
1分離濃縮器で分離されなかった液は再び発酵槽に戻す
、本発明の連続発酵方法では無機塩類も発酵原料も分離
されないので発酵により消費された分だけの発酵原料の
みを系に補充してやればよい、このような方法を採用し
た場合は液の抜き取り、返送により系が撹拌されるので
別に撹拌装置を設けなくてもよい。ポンプで送液するか
わりに発酵槽の中に分離濃縮器を浸漬して自動的にn分
の一方の面に発酵液が接触するようにしてもよい、この
場合は発酵槽内を撹拌する手段が必要となる。
次に本発明の方法を図面を用いて説明する。第  1図
は本発明の方法の1実施態様を示す回路図である。同図
において(1)は醗酵液の温度低下を防ぎ恒温に保つた
めの恒温水槽、(2)は醗酵液貯槽、(3)は醗酵液を
循環させるためのポンプ。
(4)は多孔質中空糸を内蔵した分離濃縮器、(5)は
分離濃縮器内り吸引された蒸気を低温に保持して液化さ
せるためのコールドトラップ、(6)は減圧度測定用の
マノメーター、(7)は真空ポンプ、(8)はキャリア
ーガスとして使用する窒素のボンベ、(9)は流量計で
ある6分離濃縮器(4)としては例えば第2図に示す如
き多孔質中空糸を内蔵した中空糸モジュールが用いられ
る。なお、何らかの原因で蒸気以外の液成分が中空糸内
部に漏れてくる場合も考えられ、この場合は得られる低
沸点醗酵生成物の濃度が低下するので分離濃縮器出口と
コールドトラップの間に液のトラップ(常温又は加温ト
ラップ)を設けることが好ましい。
多孔質中空糸としてはポリプロピレン多孔質中空糸を用
い、醗酵液としてエタノール発酵液を用いた場合のエタ
ノール分離濃縮法を例にとり更に説明すると1分離濃縮
器の入口(10)より供給された発酵液は、中空糸の外
面と接触しながら分離濃縮器内部を流れて出口(l l
)より排出され発酵液貯槽に戻る。
中空糸は微細な孔が貫通した多孔質構造をとっているが
疎水性であるので発酵液は液体のままでは中空糸壁部を
通過できない。この壁部でエタノールと水が蒸発して減
圧となっている中空糸内部に流れるが、この時、水−エ
タノールの気液平衡関係から、発酵液のエタノール濃度
よりもエタノールが濃縮された組成となる。中空糸内部
に窒素ガス等のキャリアーガスを送って他方からポンプ
で吸引すればこの蒸気はキャリアーガスと共に蒸気出口
より出る。キャリアーガスを使用する場合は中空糸内部
の圧力は0.5気圧以下であることが好ましく、250
IIIIHg以下であることがより好ましい。キャリア
ーガスを使用しない場合は100mmHg以下であるこ
とがより好ましい。分離濃縮器として第3図に示したモ
ジュールを用い、キャリアーガスを使用しないで発酵液
からの蒸気のみをポンプで吸引してもよい、この蒸気を
第1図に示したように例えば−40℃に冷却されたコー
ルドトラップ(6)で液化してもよく、液化しないでエ
タノール蒸留塔へこの蒸気を供給してもよい。
連続発酵を行なう場合は通常の発酵槽に本発明の分離濃
縮方法で用いる装置を取り付けて行なえばよい。この場
合酵母に影響を与えない範囲であれば発酵槽の温度と分
離濃縮器内の温度を異なるものにしてもよい。
[実施例] 以下に実施例により本発明を更に詳しく説明する。
実施例1 バブルポイント12.5 Kg/cm’、空気透過性7
×lO4文/ m’ 、hr、 0.5atm、空孔率
45%、膜厚22pm、内径2004m、有効長160
m諺のポリプロピレン多孔質中空糸膜を有効表面積0.
3 m’になる第2図に示すような形状の分離濃縮器を
作成した0次いで第1図に示す回路の装置を組み立て、
St表に示す種々の条件でエタノール醗酵液からのエタ
ノールの分離濃縮を行なった。
第1表 ここで使用したエタノール醗酵液はグルコース2重量%
、アルコール酵母2.5重量%、クエン酸0、3 重量
%、塩化アンモニウム0.2重量%、リン酸カリウム0
.5 重量%、硫酸マグネシウム0.01重量%、塩化
ナトリウムO,1重量%、塩化カルシウム0.001重
量%からなる組成の液をグルコース水溶液を適宜添加し
ながら通常の条件で48時間醗酵させた液で、エタノー
ル含有量は7.5重量%であった0分離濃縮された液中
には酵母やグルコース、無機塩類は含まれていなかった
。なお、第1表に示した採取速度及びエタノール濃度は
分gi濃縮開始後1時間後より4時間迄の平均値である
実施例2 実施例1で用いたと同様の分離濃縮器と回路を使用して
アセトン・ブタノール醗酵液よりの低沸点醗酵生成物の
分離濃縮を行なった。醗酵液の組成はアセトン0.4%
、ブタノール0.8重量%、エタノール0.1重量%で
あり、恒温水槽温度25℃、分離濃縮器の減圧側の真空
度5m■Hg、キャリアーガス(窒素)流量100mJ
L/分、コールドトラップ(温度−40°C)での採取
量60g/時間で、採取された液の組成はアセトン30
重量%、ブタノール4重量%、エタノール10重量%の
水溶液であり、酵母や無機塩、醗酵原料は含まれていな
かった。
実施例3 実施例1で用いたと同様の分離濃縮器と回路装置とを用
い、更に撹拌装置を取り付けた容量Llの醗酵液貯槽を
醗酵槽として用いてグルコース濃度2重量%、アルコー
ル酵母2.5重量%、クエン酸0.3重量%、塩化アン
モニウム0.2 i 31%、リン酸カリウム0.5重
量%、硫酸マグネシウムo、oi重量%、塩化ナトリウ
ム0.1重量%、塩化カルシウム0.001重量%から
なる組成の液を入れて。
ifL/hrで醗酵液を分離濃縮器に循環させ、40%
グルコース水溶液を50mfL/hr補給しながら30
℃で2日間醗酵を行なった。分離濃縮器の減圧側は窒素
をキャリアーガスとして用い、4 mmHHの真空度と
して40 g/hrでエタノール水溶液を抜き出した。
得られた液のエタノール濃度は25重量%であり、系の
エタノール濃度は4〜5重量%に保たれていた。系から
のエタノール抽出にあたってグルコースを失うことがな
いためグルコースの無駄が無く、少量の添加で充分であ
った。又、エタノールを系から除去しながらの醗酵であ
るため系のエタノール濃度は低く保たれ、醗酵の阻害も
なく、・良好に醗酵が行なわれた。
[発明の効果] 本発明の分離濃縮方法によれば醗酵液から直接酵母や醗
酵原料、無機塩類を含まず、且つ、醗酵液よりも濃縮さ
れた低沸点醗酵生成物が得られるという特徴があり、醗
酵液あるいはこれから酵母等固形物を除いた系から直!
蒸留する場合に比べて蒸留設備を小型化することが可能
である。又。
疎水性多孔質膜を使用するため、従来の浸透気化法と比
較して蒸気の透過速度が速く効率的であり、特に疎水性
多孔質中空糸膜を使用すれば更にコンパクトな設備にな
り、有利である。又、本発明のa続醗酵方法は連続的に
低沸点醗酵生成物が系から除去され、低沸点醗酵生成物
濃度を低く保つことができ、有利に醗酵を行なうことが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の分離濃縮方法の1実施態様を示す回路
図であり、第2図及び第3図は多孔質中空糸膜を内蔵し
た分子a濃縮器の例である。 図において、l:恒温水槽、 2:醗酵液貯液槽(連続醗酵の場合は醗酵槽)、3:循
環ポンプ、    4:分離濃縮器。 5:コールドトラップ、6:マノメーター、7:真空ポ
ンプ、    8:窒素ボンベ、9;流量計、    
 10;醗酵液入口、11:醗酵液出口、  12:多
孔質中空糸膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、疎水性多孔質膜の片面を醗酵液と接し、反対側の面
    を減圧に保つことによって、醗酵液より醗酵生成物を分
    離濃縮する方法。 2、疎水性多孔質膜の片面を醗酵液と接し、反対側の面
    を減圧に保ちながら連続的に醗酵を行う連続醗酵方法。
JP60039408A 1985-02-28 1985-02-28 醗酵生成物の分離濃縮方法及び連続醗酵方法 Granted JPS61199788A (ja)

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JPH0365152B2 JPH0365152B2 (ja) 1991-10-09

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