專利名稱：砂糖的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及砂糖的制造方法，更詳細(xì)而言，涉及有效地制造砂糖及乙醇的方法。
背景技術(shù)：
人們期待來自植物的燃料用乙醇能夠作為防止二氧化碳?xì)怏w增加的代替汽油的液體燃料。由來自植物的糖液制造砂糖和乙醇二者時(shí)，一直以來采用下述方法，即，首先由糖液制造砂糖，用微生物使制造砂糖后的糖液發(fā)酵來制造乙醇(例如參見日本特開 2004-321174 號(hào)公報(bào))。

發(fā)明內(nèi)容
在上述方法中，為了由糖液制造砂糖，需要進(jìn)行結(jié)晶化處理，但結(jié)晶化處理中需要較高的糖濃度，因此，對(duì)糖液進(jìn)行加熱使水分蒸發(fā)并進(jìn)行濃縮。另一方面，在發(fā)酵過程中，糖液中的鹽濃度因高的糖濃度及加熱濃縮而變高，成為阻礙因素，因此為了由制糖后的糖蜜制造乙醇，需要進(jìn)行稀釋等處理。另外，由于再次對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行加熱，并通過蒸餾提取乙醇， 所以上述方法是非常浪費(fèi)能源的方法。另外，在砂糖的結(jié)晶化處理中，如果不是純糖率高的糖液，則會(huì)引起砂糖結(jié)晶的收率降低等問題，所以存在純糖率低的時(shí)期、品種等不能生產(chǎn)砂糖的問題，所述純糖率高是指，相對(duì)于除蔗糖之外還含有不能成為砂糖原料的糖分的總糖分，成為砂糖原料的蔗糖成分高。本發(fā)明的目的在于提供有效地制造砂糖、同時(shí)有效地制造乙醇的方法。本發(fā)明提供一種砂糖的制造方法，其特征在于，包括使用不含蔗糖分解酶的微生物使來自植物的糖液發(fā)酵的前處理步驟；和由發(fā)酵后的糖液制造砂糖的步驟。另外，本發(fā)明提供一種砂糖的制造方法，其特征在于，包括在蔗糖分解酶抑制劑的存在下，使用微生物使來自植物的糖液發(fā)酵的前處理步驟；和由發(fā)酵后的糖液制造砂糖的步驟。根據(jù)本發(fā)明的方法，可以使用糖濃度及鹽濃度均低的糖液進(jìn)行發(fā)酵，因此可以有效地制造乙醇。


[圖1]為實(shí)施例1中采用的操作的流程圖。[圖2]為表示實(shí)施例1的操作的物料平衡(massbalance)的圖。[圖3]為表示實(shí)施例2的操作的物料平衡的圖。[圖4]為表示實(shí)施例3的操作的物料平衡的圖。[圖5]為表示使用不含蔗糖分解酶的酵母及破壞了蔗糖分解酶基因的酵母的甘蔗榨汁的發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果的圖。[圖6]為表示使用蔗糖分解酶抑制劑的甘蔗榨汁的發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果的圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的砂糖的制造方法包括使用不含蔗糖分解酶的微生物使來自植物的糖液發(fā)酵的前處理步驟；或在蔗糖分解酶抑制劑的存在下使用微生物使來自植物的糖液發(fā)酵的前處理步驟。通過在上述條件下使糖液發(fā)酵，蔗糖不分解，僅由葡萄糖及果糖等轉(zhuǎn)化糖生成乙醇等。結(jié)果，糖液中蔗糖的比例變高，可以提高砂糖的結(jié)晶化效率。另外，在現(xiàn)有方法中， 存在除蔗糖之外的糖分多的低純糖率原料(因品種及收獲時(shí)間導(dǎo)致)難以進(jìn)行結(jié)晶化的問題，但本發(fā)明的砂糖的制造方法中，除蔗糖之外的糖分通過發(fā)酵被消耗，純糖率提高，所以即使為低純糖率的原料也可以進(jìn)行結(jié)晶化。因此，能夠利用的甘蔗品種的范圍增加，也可以擴(kuò)大收獲時(shí)間。另外，現(xiàn)有方法中，制糖時(shí)氮和糖分結(jié)合會(huì)引起糖蜜著色，這與排水著色問題有關(guān)，但本發(fā)明的砂糖的制造方法中，通過發(fā)酵，氮被消耗掉，可以減輕糖蜜的著色。另夕卜，現(xiàn)有方法中，為了使制糖后的高濃度糖分全部轉(zhuǎn)化為乙醇，制造時(shí)間長(zhǎng)(約48 72小時(shí))，還會(huì)引起由鹽濃縮導(dǎo)致的發(fā)酵抑制，而在本發(fā)明的砂糖的制造方法中，由于使低濃度的糖分發(fā)酵，所以既沒有鹽濃縮也可以在短時(shí)間內(nèi)完成發(fā)酵，能夠大幅度地縮短制造時(shí)間。作為植物，可以舉出甘蔗、甜菜等蓄積糖分的植物。優(yōu)選甘蔗。準(zhǔn)備來自植物的糖液的步驟，可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法、例如壓榨步驟來進(jìn)行。具體而言，用切刀將收割得到的甘蔗的莖部切成15 30cm，用粉碎機(jī)粉碎，用輥磨機(jī)榨出糖汁。為了提高糖分的榨出率，最后向輥中注水，榨出95 97%的糖分。接著，在石灰混和槽中，添加石灰，使雜質(zhì)凝集沉淀后，用奧利弗過濾器(Oliver filter)分離沉淀物和澄清液，蒸發(fā)濃縮澄清液。所得糖液中主要含有蔗糖、葡萄糖、果糖等。作為不含蔗糖分解酶的微生物，可以舉出Saccharomyces dairenensis NBRC 0211、Saccharomyces transvaalensis NBRC 1625、Saccharomyces rosinii NBRC 10008、 二孢接合酵母(Zygosaccharomyces bisporus)NBRC 1131等。另外，即使在含有蔗糖分解酶的微生物中，也可以使用通過基因操作將微生物所具有的6種蔗糖分解酶基因(SUC1、 SUC2、SUC3、SUC4、SUC6、SUC7)的全部或一部分破壞后得到的菌株。作為蔗糖分解酶抑制劑，可以舉出銀離子、銅離子、汞離子、鉛離子、甲基-α -D-吡喃葡萄糖苷、PCMB (對(duì)氯汞苯甲酸(p-chloromercuribenzoate))、葡萄糖基-D-阿洛酮糖等。發(fā)酵可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法進(jìn)行，例如可以舉出按照規(guī)定的比例添加發(fā)酵微生物和糖液使其發(fā)酵的間歇式；使發(fā)酵微生物固定化后、連續(xù)供給糖液使其發(fā)酵的連續(xù)式等。本發(fā)明的砂糖的制造方法接下來包括由發(fā)酵后的糖液制造砂糖的步驟。由發(fā)酵后的糖液制造砂糖，可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法進(jìn)行，例如可以舉出使砂糖結(jié)晶化的方法。具體而言，在抽吸減壓下一點(diǎn)點(diǎn)少量(0.5 Ikl)地將發(fā)酵后的糖液加熱濃縮，反復(fù)進(jìn)行該操作，取出一定大小以上的砂糖結(jié)晶，接著，使用離心分離機(jī)分離成砂糖結(jié)晶和糖液。本發(fā)明的砂糖的制造方法中，還可以包括在由發(fā)酵后的糖液制造砂糖之前從發(fā)酵后的糖液中回收乙醇的步驟。從發(fā)酵后的糖液中回收乙醇，可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法來進(jìn)行，例如可以舉出通過蒸餾分離乙醇。由于在通過蒸餾分離乙醇的同時(shí)糖液被濃縮，所以在砂糖制造過程中無需重新進(jìn)行加熱濃縮，還可以節(jié)約時(shí)間及能源。實(shí)施例
(實(shí)施例1以甘蔗為原料、使用不含蔗糖分解酶的酵母時(shí)的操作實(shí)例) (1)壓榨步驟使用粉碎機(jī)，將收獲后的甘蔗(NiFS)的3200g甘蔗莖部裁切后，用四重輥式研磨機(jī)進(jìn)行壓榨，得到3114mL榨汁(榨汁重量=3348g、蔗糖含量=563g、轉(zhuǎn)化糖含量=65g、純糖率=79. 4% )0(2)澄清化·發(fā)酵步驟將榨汁轉(zhuǎn)移到5L發(fā)酵罐(jar fermenter)中，添加相對(duì)于榨汁重量為0. 05重量0Z0 的消石灰Ca(OH)2，進(jìn)行pH調(diào)節(jié)和雜質(zhì)凝集。將以干燥重量計(jì)為0. 3g的不含蔗糖分解酶的酵母Saccharomyces dairenesis (NBRC 0211)植菌到其中，在厭氧條件下，于30°C使其進(jìn)行乙醇發(fā)酵3小時(shí)。酵母使用預(yù)先在YM培養(yǎng)基中進(jìn)行了預(yù)培養(yǎng)的酵母。發(fā)酵結(jié)束后，用過濾器對(duì)酵母及凝集后的雜質(zhì)進(jìn)行過濾，分離3080mL發(fā)酵液(榨汁重量=3288g、乙醇濃度 1. 17vol%、蔗糖含量=558g、轉(zhuǎn)化糖含量=Og)。(3)乙醇蒸餾·糖液濃縮步驟在減壓下加熱發(fā)酵液，將28. 6g蒸發(fā)的乙醇冷卻回收后，接著使2193mL的水蒸發(fā)， 得到837mL濃縮糖液(糖液重量=1066g、蔗糖含量=558g、轉(zhuǎn)化糖含量=0g、純糖率= 93. 8% )。(4)結(jié)晶化步驟取出糖液的1/2，進(jìn)一步在減壓下進(jìn)行加熱，濃縮直至蔗糖的過飽和度為1. 2后， 添加砂糖的晶種(粒徑250 μ m) 50g，一邊一點(diǎn)點(diǎn)少量地添加剩余的濃縮糖液，一邊使其結(jié)晶化約3小時(shí)。(5)粗糖·糖蜜分離步驟利用使用50 ΙΟΟμπι目的濾布的過濾式離心機(jī)(perforated wall centrifuge)，將經(jīng)結(jié)晶化的砂糖及糖蜜的混合物在3000rpm下離心分離20分鐘，分離成 371g砂糖(蔗糖回收率=65.9% 去除晶種添加量)和234g糖蜜(蔗糖含量=151g、轉(zhuǎn)化糖含量=0g、純糖率=87. 4% )。生產(chǎn)操作的流程圖示于圖1，物料平衡的結(jié)果示于圖2。(實(shí)施例2以甘蔗為原料、使用蔗糖分解酶基因破壞株時(shí)的操作實(shí)例)(1)壓榨步驟使用粉碎機(jī)，將收獲后的甘蔗(NiFS)的3200g甘蔗莖部裁切后，用四重輥式研磨機(jī)進(jìn)行壓榨，得到3000mL榨汁(榨汁重量=3264g、蔗糖含量=546g、轉(zhuǎn)化糖含量=60g、純糖率=78. 9% )。(2)澄清化·發(fā)酵步驟將榨汁轉(zhuǎn)移到5L發(fā)酵罐中，添加相對(duì)于榨汁重量為0.05重量％的消石灰 Ca(OH)2，進(jìn)行pH調(diào)節(jié)和雜質(zhì)凝集。將以干燥重量計(jì)為0. 3g的破壞蔗糖分解酶基因SUC2的酵母菌株Saccharomyces cervisiae BY4742植菌到其中，在厭氧條件下，于30°C使其進(jìn)行乙醇發(fā)酵3小時(shí)。破壞株使用預(yù)先在YM培養(yǎng)基中進(jìn)行了預(yù)培養(yǎng)的菌株。發(fā)酵結(jié)束后，用過濾器對(duì)酵母及凝集后的雜質(zhì)進(jìn)行過濾，分離2986mL發(fā)酵液(榨汁重量=3180g、乙醇濃度 1. 38vol%、蔗糖含量=546g、轉(zhuǎn)化糖含量=Og)。(3)乙醇蒸餾·糖液濃縮步驟
在減壓下加熱發(fā)酵液，將32. 8g蒸發(fā)后的乙醇冷卻回收后，接著蒸發(fā)2083mL水， 得到860mL濃縮糖液(糖液重量=1065g、蔗糖含量=546g、轉(zhuǎn)化糖含量=0g、純糖率= 87. 1% ) ο(4)結(jié)晶化步驟取出糖液的1/2，進(jìn)一步在減壓下進(jìn)行加熱，濃縮直至蔗糖的過飽和度為1. 2后， 添加砂糖的晶種(粒徑250 μ m) 50g，一邊一點(diǎn)點(diǎn)少量地添加剩余的濃縮糖液，一邊使其結(jié)晶化約3小時(shí)。(5)粗糖·糖蜜分離步驟利用使用50 100 μ m目的濾布的過濾式離心機(jī)，將經(jīng)結(jié)晶化的砂糖及糖蜜的混合物在3000rpm下離心分離20分鐘，分離成351g砂糖(蔗糖回收率=64. 3% 去除晶種添加量)和239g糖蜜(蔗糖含量=123g、轉(zhuǎn)化糖含量=23g、純糖率=65.8% )0物料平衡的結(jié)果示于圖3。(實(shí)施例3以甘蔗為原料、使用蔗糖分解酶抑制劑時(shí)的操作實(shí)例)(1)壓榨步驟使用粉碎機(jī)，將收獲后的甘蔗(NiFS)的3000g甘蔗莖部裁切后，用四重輥式研磨機(jī)進(jìn)行壓榨，得到^68mL榨汁(榨汁重量=3120g、蔗糖含量=524g、轉(zhuǎn)化糖含量=61g、純糖率=78. 3% )。(2)澄清化·發(fā)酵步驟將榨汁轉(zhuǎn)移到5L發(fā)酵罐中，添加相對(duì)于榨汁重量為0.05重量％的消石灰 Ca(OH)2，進(jìn)行pH調(diào)節(jié)和雜質(zhì)凝集。向其中添加作為蔗糖分解酶抑制劑的甲基-a-D-吡喃葡萄糖苷使其濃度為60mM后，將以干燥重量計(jì)為0. 6g的含有蔗糖分解酶的酵母 Saccharomyces cervisiae (Taiken396株)植菌到其中，在厭氧條件下，于30°C使其進(jìn)行乙醇發(fā)酵6小時(shí)。酵母使用預(yù)先在YM培養(yǎng)基中進(jìn)行了預(yù)培養(yǎng)的酵母。發(fā)酵結(jié)束后，用過濾器對(duì)酵母及凝集后的雜質(zhì)進(jìn)行過濾，分離^70mL發(fā)酵液(榨汁重量=3064g、乙醇濃度 6. 20vol%、蔗糖含量=252g、轉(zhuǎn)化糖含量=Og)。(3)乙醇蒸餾·糖液濃縮步驟在減壓下加熱發(fā)酵液，將150g蒸發(fā)后的乙醇冷卻回收后，接著蒸水， 得到330mL濃縮糖液(糖液重量=420g、蔗糖含量=252g、轉(zhuǎn)化糖含量=0g、純糖率= 94. 0% )。(4)結(jié)晶化步驟取出糖液的1/2，進(jìn)一步在減壓下進(jìn)行加熱，濃縮直至蔗糖的過飽和度為1. 2后， 添加砂糖的晶種(粒徑250 μ m) 50g，一邊一點(diǎn)點(diǎn)少量地添加剩余的濃縮糖液，一邊使其結(jié)晶化約3小時(shí)。(5)粗糖·糖蜜分離步驟利用使用50 100 μ m目的濾布的過濾式離心機(jī)，將經(jīng)結(jié)晶化的砂糖及糖蜜的混合物在3000rpm下離心分離20分鐘，分離成203g砂糖(蔗糖回收率= . 2% 去除晶種添加量)和151g糖蜜(蔗糖含量=88g、轉(zhuǎn)化糖含量=0g、純糖率=81.0%)o物料平衡的結(jié)果示于圖4。(案施例4使用不含蔗糖分解酶的酵母時(shí)的甘蔗榨汁發(fā)酵試驗(yàn))
將不含蔗糖分解酶的酵母S. dairenensis(NBRC 0211)、S. transvaalensis (NBRC 1625)、S. rosinii(NBRC 10008)、Ζ. bisporus (NBRC 1131)和含有蔗糖分解酶的酵母 S. cervisiae BY4742的破壞了蔗糖分解酶基因的菌株(BY4742 SUC2-)植菌到甘蔗榨汁中， 為了確認(rèn)在使蔗糖不分解的情況下是否僅將轉(zhuǎn)化糖轉(zhuǎn)化為乙醇，進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn)。對(duì)含有蔗糖分解酶的酵母S. cervisiae (Taiken396株)也進(jìn)行同樣的發(fā)酵試驗(yàn)，用于比較對(duì)照。各菌株在5mL的YM培養(yǎng)基中于30°C振蕩培養(yǎng)24小時(shí)進(jìn)行前培養(yǎng)后，在300mL的 YPD培養(yǎng)基中于30°C振蕩培養(yǎng)12小時(shí)進(jìn)行預(yù)培養(yǎng)，將上述所得菌株用于發(fā)酵。通過離心分離從預(yù)培養(yǎng)的培養(yǎng)基中回收酵母，使酵母懸浮于IOOmL榨汁(榨汁中的蔗糖濃度為12. 0%、 轉(zhuǎn)化糖濃度為3.0%)中，所述榨汁裝在帶有發(fā)酵栓的300mL錐形瓶中，使其發(fā)酵。發(fā)酵在 300C、120rpm的條件下一邊振蕩一邊進(jìn)行。對(duì)伴隨發(fā)酵過程的糖濃度、乙醇濃度的經(jīng)時(shí)變化進(jìn)行考察，其結(jié)果示于圖5。作為普通酵母的S. cervisiae (Taiken396株)，在蔗糖分解酶的作用下，至發(fā)酵開始后的第3小時(shí)，基本全部的蔗糖分解為轉(zhuǎn)化糖，第24小時(shí)全部糖分轉(zhuǎn)化為乙醇。另一方面，不含蔗糖分解酶的4種酵母及蔗糖分解酶基因破壞株中，雖然乙醇生成速度存在差異，但是均沒有觀察到蔗糖分解，可以確認(rèn)僅轉(zhuǎn)化糖轉(zhuǎn)化為乙醇。(實(shí)施例5使用蔗糖分解酶抑制劑的甘蔗榨汁的發(fā)酵試驗(yàn))將含有蔗糖分解酶的普通酵母S. cervisiae (Taiken396株)植菌到甘蔗榨汁中， 添加作為蔗糖分解酶抑制劑的甲基- a -D-吡喃葡萄糖苷使其濃度為60mM，進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn)。 考察蔗糖、轉(zhuǎn)化糖、乙醇濃度的經(jīng)時(shí)變化。菌株在IOmL的YM培養(yǎng)基中于30°C振蕩培養(yǎng)24 小時(shí)進(jìn)行前培養(yǎng)后，在500mL的YPD培養(yǎng)基中于30°C振蕩培養(yǎng)12小時(shí)進(jìn)行預(yù)培養(yǎng)，將上述所得菌株用于發(fā)酵。向帶有發(fā)酵栓的300mL錐形瓶中加入IOOmL榨汁(榨汁中的蔗糖濃度為10. 0%、轉(zhuǎn)化糖濃度為3. 0% )和60mM甲基- α -D-吡喃葡萄糖苷，向其中添加通過離心分離從預(yù)培養(yǎng)的培養(yǎng)基中回收得到的酵母，使其發(fā)酵。發(fā)酵在30°C、120rpm的條件下一邊振蕩一邊進(jìn)行。對(duì)伴隨發(fā)酵過程的糖濃度、乙醇濃度的經(jīng)時(shí)變化進(jìn)行考察，其結(jié)果示于圖6。作為普通酵母的S. cervisiae (Taiken396株)，在沒有抑制劑的條件下在蔗糖分解酶的作用下至發(fā)酵開始后的第6小時(shí)基本全部的蔗糖分解為轉(zhuǎn)化糖，轉(zhuǎn)化為乙醇。蔗糖分解速度比酵母的轉(zhuǎn)化糖消耗速度快，所以轉(zhuǎn)化糖被消耗、純糖率變高時(shí)蔗糖完全被消耗， 可以確認(rèn)由發(fā)酵液無法生產(chǎn)砂糖。另一方面，在存在抑制劑的條件下蔗糖分解速度慢，在發(fā)酵開始第6小時(shí)殘 留約一半的蔗糖，全部的轉(zhuǎn)化糖轉(zhuǎn)化為乙醇。在發(fā)酵開始第8小時(shí)，發(fā)酵液的純糖率較高，為 94.0%，易于進(jìn)行砂糖的結(jié)晶化。
權(quán)利要求
1.一種砂糖的制造方法，其特征在于，包括使用不含蔗糖分解酶的微生物使來自植物的糖液發(fā)酵的前處理步驟；和由發(fā)酵后的糖液制造砂糖的步驟。
2.一種砂糖的制造方法，其特征在于，包括在蔗糖分解酶抑制劑的存在下，使用微生物使來自植物的糖液發(fā)酵的前處理步驟；和由發(fā)酵后的糖液制造砂糖的步驟。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其中，還包括在由發(fā)酵后的糖液制造砂糖之前從發(fā)酵后的糖液中回收乙醇的步驟。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的制造方法，其中，從發(fā)酵后的糖液中回收乙醇的步驟，包括通過蒸餾進(jìn)行乙醇的分離。
5.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的制造方法，其中，所述植物為甘蔗。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供有效地制造砂糖、同時(shí)有效地制造乙醇的方法。本發(fā)明提供一種砂糖的制造方法，其特征在于，包括使用不含蔗糖分解酶的微生物使來自植物的糖液發(fā)酵的前處理步驟；和由發(fā)酵后的糖液制造砂糖的步驟。另外，本發(fā)明提供一種砂糖的制造方法，其特征在于，包括在蔗糖分解酶抑制劑的存在下，使用微生物使來自植物的糖液發(fā)酵的前處理步驟；和由發(fā)酵后的糖液制造砂糖的步驟。
文檔編號(hào)C12R1/85GK102159721SQ20098013635
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月16日
發(fā)明者寺島義文, 小原聰, 杉本明 申請(qǐng)人:朝日啤酒株式會(huì)社, 獨(dú)立行政法人農(nóng)業(yè)·食品產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究機(jī)構(gòu)