專利名稱：制造砂糖和有用物質(zhì)的方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及從甘蔗制造砂糖以及以廢糖蜜為原料的醇、塑料等的方法。
來(lái)自植物的燃料用乙醇，作為防止碳酸氣體增加的取代汽油的液體燃料受到期待。關(guān)于來(lái)自植物的乙醇的制造，一直以來(lái)已知有以甘蔗為原料的制造方法(圖1)。在該方法中，具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即從燃燒蔗渣而獲得的能量，可以得到在制造乙醇時(shí)所必需的幾乎全部的能量。但是，在以甘蔗為乙醇的原料時(shí)，因?yàn)榕c砂糖生產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)，所以，以現(xiàn)在的耕作面積制造乙醇，就帶來(lái)作為糧食的砂糖生產(chǎn)量減少的問(wèn)題。
通常，從甘蔗制造砂糖(粗糖)是以圖2所示的方法生產(chǎn)的。在這里，也提出使用砂糖制造工序中的副產(chǎn)物廢糖蜜來(lái)制造乙醇的方案(圖3)。在該方法中，通常使用纖維成分含量為10～12質(zhì)量％左右的甘蔗制造砂糖，同時(shí)燃燒蔗渣來(lái)補(bǔ)充制造砂糖和乙醇所需的能量。從而，解決了上述的砂糖生產(chǎn)量減少這樣的問(wèn)題，但燃燒蔗渣而得到的能量較少，因此，僅靠這些不能供應(yīng)砂糖制造工序等中所消耗的能量，必需用得自電力或重油的能量來(lái)補(bǔ)充能量的不足部分。另外，因?yàn)閺U糖蜜較少，所以得到的乙醇量也較少。
發(fā)明公開因此，本發(fā)明的目的在于提供一種從甘蔗制造砂糖和乙醇的方法，該方法能夠增加所制造的乙醇量，利用燃燒從甘蔗制造砂糖和乙醇時(shí)排出的蔗渣而得到的能量，能夠供應(yīng)上述砂糖和乙醇的制造工序等中被消耗的幾乎全部的能量，而不引起砂糖生產(chǎn)量的減少。
就上述課題，本發(fā)明人們深入研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)作為甘蔗特別使用甘蔗的莖部含有15質(zhì)量％或其以上纖維成分的甘蔗，最優(yōu)化制造方法，能夠兼顧砂糖生產(chǎn)和乙醇生產(chǎn)，能量方面也有效地制備。本發(fā)明是基于上述見解完成的。
即，本發(fā)明提供從甘蔗制造砂糖和有用物質(zhì)的方法，其特征在于，包括(a)從甘蔗生成榨汁和蔗渣的工序，(b)從上述榨汁生成砂糖和廢糖蜜的工序，(c)以由工序(a)和(b)得到的榨汁、廢糖蜜和蔗渣為原料生產(chǎn)能量和有用物質(zhì)的工序，上述甘蔗的莖部含有15質(zhì)量％或其以上的纖維成分，并且每單位面積的干物產(chǎn)量是40噸/公頃/年或其以上，從燃燒上述蔗渣而獲得的能量得到上述制造方法的全部工序中所需能量的90％或其以上。


圖1是從甘蔗制造乙醇的方法的概略圖。
圖2是從甘蔗制造砂糖的方法的概略圖。
圖3是從廢糖蜜制造乙醇的方法的概略圖。
圖4表示本發(fā)明的粗糖和廢糖蜜的制造方法的1個(gè)例子的制造流程。
圖5表示砂糖的結(jié)晶化的配重(mass balance)。
圖6是乙醇制造方法的1個(gè)例子的概略圖。
圖7表示乙醇制造方法的1個(gè)例子的制造流程。
圖8是本發(fā)明的砂糖和乙醇的制造方法的1個(gè)例子的概略圖。
圖9表示蔗渣的燃燒能量的計(jì)算方法。
圖10是表示結(jié)晶化次數(shù)與粗糖產(chǎn)量和收率的關(guān)系的圖表。
圖11是表示糖蜜中的甘蔗殘存率的圖表。
圖12是表示糖蜜中的HMF和色度的圖表。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的制造砂糖和乙醇的方法，包括(a)從甘蔗生成榨汁和蔗渣的工序、(b)從上述榨汁生成砂糖和廢糖蜜的工序、(c)以由工序(a)和(b)得到的榨汁、廢糖蜜和蔗渣為原料生產(chǎn)能量和有用物質(zhì)的工序。
從甘蔗準(zhǔn)備榨汁和蔗渣的工序可以用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法，例如壓榨工序進(jìn)行。具體而言，將收割的甘蔗的莖部用切割器切斷為15～30cm，用粉碎機(jī)細(xì)微粉碎，用軋輥榨出糖汁。為了提高榨出率，向最終輥?zhàn)⑺コ?5～97％的糖分。接著，用熱汁器加熱到80～100℃，在石灰混合槽中添加石灰，使雜質(zhì)作為石灰鹽沉淀，蒸發(fā)濃縮上清液。得到的榨汁中主要含有蔗糖、葡萄糖等。另外，蔗渣主要含有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等。
本說(shuō)明書中所謂的“甘蔗”，通常是指屬于禾本科(Gramineae)、黍亞科(Panicoideae)、蜀黍族(Andropogoneae)、甘蔗屬(Saccharum L.)的多年生草本Saccharum spontaneum L.(細(xì)莖野生甘蔗)、Saccharum officinarum L.(熱帶甘蔗)、Saccharum robustum Jeswiet(大莖野生甘蔗)、SaccharumBarberi Jeswiet(印度甘蔗)、Saccharum sinense Roxb.(中國(guó)甘蔗)、Saccharum edule(肉質(zhì)花穗野生甘蔗)這6種及這些相互之間的種間雜交種，還包括與近緣屬植物(Miscanthus屬(芒屬)、Sorghum屬(高粱屬)、Erianthus屬(蔗茅屬)、Ripidium屬(斑茅屬)等)的屬間雜交種并且含有5％以上可制糖(蔗糖)的植物。另外，種間雜交種、屬間雜交種總稱為甘蔗屬雜交種(Saccharumhybrids)。本發(fā)明的制造方法中所使用的甘蔗，是由甘蔗屬植物之間的種間雜交、甘蔗屬植物與近緣屬植物(Miscanthus屬、Sorghum屬、Erianthus屬、Ripidium屬等)的屬間雜交以及它們的3體系雜交得到的雜交種之中，在溫帶地區(qū)的旱田按照甘蔗的典型再生栽培法(typical rationing cultivation)栽培1年時(shí)間時(shí)，甘蔗莖部的纖維成分含量為15質(zhì)量％或其以上，優(yōu)選為20～25質(zhì)量％的植物。纖維成分含量在15質(zhì)量％或其以上的情況下，能夠從燃燒上述蔗渣而獲得的能量得到本發(fā)明制造方法的全部工序中所需能量的90％或其以上。更優(yōu)選得到本發(fā)明制造方法的全部工序中所需能量的95％或其以上，特別優(yōu)選得到100％。
這里，甘蔗莖部的纖維成分含量的測(cè)定可以根據(jù)《制糖化學(xué)便覽》(日本分蜜糖工業(yè)會(huì))上所記載的方法進(jìn)行。例如可以以如下順序測(cè)定纖維成分的含量。
(1)用粉碎機(jī)細(xì)切斷10根甘蔗(用于測(cè)定的樣品)的莖部。
(2)從細(xì)切斷的樣品中，稱取500g。
(3)用油壓機(jī)將500g上述樣品榨汁。
(4)測(cè)定殘?jiān)馁|(zhì)量(榨汁蔗渣重量)，將殘?jiān)b入布袋，在干燥機(jī)中使之干燥。
(5)于90℃干燥48小時(shí)以上之后，測(cè)定干燥后的蔗渣的質(zhì)量(干燥蔗渣重量)。
(6)由下式算出蔗渣纖維重量。
蔗渣纖維重量＝干燥蔗渣重量-(榨汁蔗渣重量-干燥蔗渣重量)×榨汁/(100-榨汁)(7)接著，由下式算出纖維成分含量。
纖維成分含量＝蔗渣纖維重量/500g×100另外，本發(fā)明的制造方法中所使用的甘蔗，是每單位面積的干物產(chǎn)量為40噸/公頃/年(40t/ha/year)或其以上的高產(chǎn)品種。如果是這樣的產(chǎn)量，就不會(huì)帶來(lái)所制造的砂糖的減產(chǎn)。進(jìn)一步為了有效地制造砂糖和有用物質(zhì)，特別是醇或塑料，每單位面積的干物產(chǎn)量?jī)?yōu)選為65噸/公頃/年或其以上，進(jìn)一步優(yōu)選為80噸/公頃/年或其以上。甘蔗的每單位面積的干物產(chǎn)量，例如可以以如下順序測(cè)定。
(1)從收獲的甘蔗的莖中挑選5根生育狀態(tài)中等的樣品(盡量不落枯葉地取樣)。
(2)以帶有枯葉和梢部的狀態(tài)測(cè)定所挑選的5根莖全部的鮮重。
(3)將測(cè)定過(guò)鮮重的5根莖塞入網(wǎng)中，用干燥機(jī)使之干燥(時(shí)間根據(jù)待干燥物而變化，因?yàn)榍o難以干燥，所以比干燥蔗渣還費(fèi)時(shí)間)。
(4)干燥后，測(cè)定5根莖的干燥質(zhì)量。
(5)由下式算出干物率。
干物率＝5根莖的干燥質(zhì)量/5根莖的鮮重×100(6)每單位面積收獲的全部鮮重(包含枯葉、梢部)乘以干物率，得到每單位面積的干物產(chǎn)量。
作為本發(fā)明的制造方法中所使用的上述甘蔗，可以列舉例如本發(fā)明人們育種、開發(fā)的甘蔗95GA-27、S8-42、KRSp93-21及KRSp93-30(杉本明、熱帶農(nóng)業(yè)，46，Extra Issue 2，p49-50(2002))、S3-32、S3-10、SY480、SY435、SY478及97S-133(杉本明、熱帶農(nóng)業(yè)，45，Extra Issue 2，p57-58(2001))、以及S3-31(杉本明、熱帶農(nóng)業(yè)，45，Extra Issue 2，p59-60(2001))等。表1中表示這些甘蔗的纖維成分含量和干物產(chǎn)量。另外，表1中，作為比較也一并給出甘蔗普及品種的平均值和以往品種(NCo310)的數(shù)據(jù)。
表1

1)3次重復(fù)隨機(jī)區(qū)組法(杉本明、熱帶農(nóng)業(yè)，46，Extra Issue2，p49-50(2002))。
2)栽培約9個(gè)月，無(wú)重復(fù)(杉本明、熱帶農(nóng)業(yè)，45，Extra Issue2，p57-58(2001))。
3)栽培12個(gè)月，無(wú)重復(fù)(杉本明、熱帶農(nóng)業(yè)，45，Extra Issue2，p57-58(2001))。
4)栽培約150日，無(wú)重復(fù)(杉本明、熱帶農(nóng)業(yè)，45，Extra Issue2，p59-60(2001))。
以往，作為適合制造砂糖的甘蔗被提倡的品種，是蔗糖(sucrose)含量多、纖維成分含量少的品種。但是，在本發(fā)明的制造方法中，其特征在于，相反地作為原料使用在砂糖制造中不被提倡的纖維成分含量多的品種，從而可以從纖維成分得到在砂糖和有用物質(zhì)、特別是醇或塑料制造工序中所必需的幾乎全部的能量。另外，作為原料使用干物產(chǎn)量高的品種，能夠提高砂糖生產(chǎn)量和有用物質(zhì)、特別是醇或塑料的生產(chǎn)量，因此，本發(fā)明的制造方法是達(dá)到砂糖和有用物質(zhì)、特別是醇或塑料的生產(chǎn)率的提高與能量的節(jié)約，有助于該相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)。以往，在日本國(guó)作為品種被認(rèn)可的甘蔗，多為這樣的品種，即作為砂糖原料的蔗糖(sucrose)含量高，且為了提高生產(chǎn)率莖部纖維成分含量低的品種。通過(guò)品種改良制作的遺傳資源中，有整體產(chǎn)量高、但蔗糖含量少、纖維成分含量高的品種。在這些品種中，出于上述理由，尚有未被作為認(rèn)可的品種。如果將上述未作為品種登記的甘蔗遺傳資源用于本系統(tǒng)，則生成蔗渣多，能夠燃燒蔗渣而得到制造工序中所需的全部能量，并且由于整體產(chǎn)量的增加可以彌補(bǔ)甘蔗含量的不足。作為在本系統(tǒng)中使用的甘蔗，優(yōu)選莖部的可制糖(蔗糖)是7質(zhì)量％或其以上，并且總糖含有10質(zhì)量％或其以上。
從上述榨汁生成砂糖和廢糖蜜的工序，可以用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法，例如通過(guò)結(jié)晶化砂糖而進(jìn)行。具體而言，將上述榨汁每次少量(0.5～1kl)地在真空減壓下反復(fù)加熱濃縮，取出一定大小以上的砂糖結(jié)晶。用離心分離機(jī)分離為砂糖結(jié)晶和廢糖蜜。圖4表示本發(fā)明的粗糖和廢糖蜜制造方法一例的制造流程。
上述砂糖的結(jié)晶化優(yōu)選是2次或其以下。如圖5所示，在砂糖的結(jié)晶化中，隨著經(jīng)過(guò)次數(shù)的增加，所得到的砂糖量減少，能量效率也下降。本發(fā)明中，通過(guò)使用上述特定的甘蔗，即使是2次或其以下的砂糖結(jié)晶化也不會(huì)帶來(lái)所制造的砂糖量的減少，可以有效地制造乙醇。進(jìn)一步，能夠抑制與結(jié)晶化次數(shù)成比例地增加的乙醇發(fā)酵抑制物質(zhì)。本發(fā)明中，上述砂糖的結(jié)晶化優(yōu)選進(jìn)行1次。
以由上述工序(a)和(b)得到的榨汁、廢糖蜜和蔗渣為原料生產(chǎn)能量和有用物質(zhì)的工序，可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法進(jìn)行。這里，所謂有用物質(zhì)是指以糖質(zhì)和植物性纖維成分作為原料的燃料和物質(zhì)，可舉例如甲醇、乙醇、丁醇等的醇，甲烷、氫等的可燃性氣體，聚乳酸、多羥基鏈烷酸酯等的以糖質(zhì)為原料的生物降解性塑料以及氨基酸、蛋白質(zhì)等的微生物產(chǎn)生的功能性物質(zhì)等。在本發(fā)明的1個(gè)實(shí)施方式中，從上述廢糖蜜生成乙醇的工序可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法進(jìn)行。作為乙醇制造方法，經(jīng)常使用使酵母等發(fā)酵性微生物作用于廢糖蜜來(lái)產(chǎn)生乙醇的方法。另外，關(guān)于發(fā)酵方法，有如下方法以規(guī)定比例添加發(fā)酵微生物和廢糖蜜進(jìn)行發(fā)酵的間歇式；固定化發(fā)酵性微生物后連續(xù)供給廢糖蜜使之發(fā)酵的連續(xù)式等。另外，作為精制分離所生成乙醇的方法，已知有蒸餾法、膜分離法。
例如可以采用下述的方法進(jìn)行(圖6和圖7)。
1)發(fā)酵性微生物日本釀造協(xié)會(huì)酵母，例如協(xié)會(huì)7號(hào)(saccharomyces cerevisiae)。
2)發(fā)酵方法在藻酸鈣凝膠中固定化酵母，在發(fā)酵溫度10～20℃下進(jìn)行。生成的乙醇通過(guò)蒸餾和膜分離處理分離精制。
3)培養(yǎng)液將廢糖蜜稀釋調(diào)節(jié)成糖濃度20％來(lái)使用。
圖8概略表示本發(fā)明的砂糖和乙醇制造方法的一個(gè)例子。
另外，關(guān)于超過(guò)用于生成工序的能量所需的蔗渣量而產(chǎn)生的剩余蔗渣，通過(guò)采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法糖化，可以作為新的發(fā)酵原料。
蔗渣的糖化工序可以通過(guò)例如由酸引起的水解、由纖維素酶等的酶引起的糖化、由高溫高壓水引起的水解等來(lái)進(jìn)行。具體而言，酸水解中，將蔗渣浸漬在鹽酸、硫酸等的酸中，使蔗渣主要成分纖維素的糖苷鍵開裂而得到葡萄糖。使用過(guò)的酸可回收再利用。在由纖維素酶引起的酶糖化中，例如粉碎蔗渣、用堿處理等進(jìn)行前處理后，使纖維素酶作用，將蔗渣主要成分纖維素轉(zhuǎn)換為葡萄糖。由高溫高壓水引起的水解中，例如將蔗渣導(dǎo)入300℃或其以上的亞臨界、超臨界狀態(tài)的高溫高壓的水中，分解蔗渣的主要成分纖維素，得到葡萄糖。
實(shí)施例1砂糖和乙醇的制造(壓榨工序)用切割器(刀13～72片、375～675rpm)將收割的甘蔗(97S-133)的莖部切斷為15～30cm，用粉碎機(jī)細(xì)切碎。用3輥1組的4組(12輥)或5組(15輥)的軋輥(mill roll)壓榨被細(xì)切碎的甘蔗，榨出糖汁。為了提高榨出率，向最終輥中注水，榨出95～97％的糖分。榨汁的糖度是Bx(白利糖度)13～15。接著，用熱汁器將糖汁加熱到80～100℃(加熱面積4m2)，在石灰混合槽中添加灰(pH7.6～8.0、0.07％CaO(相對(duì)于甘蔗))，使雜質(zhì)成為石灰鹽沉淀(上清液送往濃縮工序)，用奧利弗過(guò)濾器(轉(zhuǎn)數(shù)6rpm、結(jié)塊量2～4％(相對(duì)于甘蔗)、水洗量塊的150％、塊的糖分0.8～1.7％)過(guò)濾，將濾液送往濃縮工序。將上清液和濾液在四效蒸發(fā)罐中減壓下連續(xù)地進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，得到榨汁(Bx60)。
(結(jié)晶化工序)在砂糖析晶罐中，將濃縮工序得到的榨汁，每次少量(0.5～1kl)地在真空減壓下反復(fù)進(jìn)行加熱濃縮，取出一定大小的砂糖結(jié)晶(Bx92～93)。接著，用離心分離機(jī)(1200～1500rpm、5～10分鐘一個(gè)周期、下網(wǎng)8目、上網(wǎng)0.35)每次一定量地(200～400升)分離為砂糖結(jié)晶和廢糖蜜。
(乙醇制造工序)將純分離的酵母菌株(日本釀造協(xié)會(huì)9號(hào)酵母)接種到含有預(yù)培養(yǎng)培養(yǎng)基①(葡萄糖2.0％(w/v)、酵母氮源(Yeast NitrogenBase)(w/oAA-AS)0.17％(w/v)、硫酸銨0.5％(w/v))的試管中培養(yǎng)，30℃下振蕩培養(yǎng)12小時(shí)(125rpm)。接著，將酵母接種到含有預(yù)培養(yǎng)培養(yǎng)基②(葡萄糖2.0％(w/v)、酵母提取物(Yeast Extract)1.0％(w/v)、細(xì)菌蛋白胨(Bacto Peptone)2.0％(w/v))的坂口燒瓶(Sakaguchi flask)(容量500ml)中使其成為2×106細(xì)胞/ml，30℃下振蕩培養(yǎng)6小時(shí)(125rpm)，采集對(duì)數(shù)增殖期(增殖4代以后)的酵母作為發(fā)酵用酵母。
將得到的酵母培養(yǎng)至成為2×107細(xì)胞/ml，移到三角燒瓶中的500ml發(fā)酵用培養(yǎng)基中，在30℃下使之乙醇發(fā)酵。調(diào)節(jié)結(jié)晶化工序中被分離的廢糖蜜使其糖濃度成為10％(w/v)，作為發(fā)酵用培養(yǎng)基。在無(wú)氧條件下靜置3日，使之發(fā)酵。發(fā)酵結(jié)束后，用孔徑0.45μm的膜濾器過(guò)濾發(fā)酵液后，用氣相色譜法測(cè)定乙醇濃度。得到乙醇4.5％(w/v)的發(fā)酵液。
實(shí)施例2從高產(chǎn)甘蔗95GA-27和以往品種(甘蔗普及品種)得到的生成物的量及能量計(jì)算改變結(jié)晶化次數(shù)計(jì)算了從高產(chǎn)甘蔗95GA-27和以往品種(甘蔗普及品種)得到的粗糖和乙醇生產(chǎn)量及能量生產(chǎn)量。實(shí)施例1～3是燃燒所得蔗渣的全部量的情況，實(shí)施例4～6是只燃燒所需能量部分的蔗渣，剩余的蔗渣糖化后用于乙醇生產(chǎn)中的情況，對(duì)照例1～3是燃燒所得蔗渣的全部量的情況。表4表示計(jì)算結(jié)果。
另外每個(gè)數(shù)值如下計(jì)算。
(1)粗糖、乙醇及蔗渣產(chǎn)量使用表2所示的數(shù)據(jù)，根據(jù)下式計(jì)算了粗糖、乙醇及蔗渣生產(chǎn)量。
①粗糖生產(chǎn)量[t/ha] ②廢糖蜜中的可制糖量[t/ha] ③廢糖蜜中的非可制糖量[t/ha] ④乙醇生產(chǎn)量[t/ha] ⑤蔗渣生成量[t/ha]
可制糖(蔗糖)
1mol(342g) 4mol(184g)非可制糖(葡萄糖、果糖)
1mol(180g) 2mol(92g)理論產(chǎn)量可制糖1[g]→乙醇0.538[g]＝0.690[mL]非可制糖1[g]→乙醇0.511[g]＝0.655[mL]表2 計(jì)算中所使用的數(shù)據(jù)

(2)蔗渣的燃燒能量蔗渣的燃燒能量基于圖9所示的理論性考察計(jì)算。所得到的蔗渣的燃燒能量，相關(guān)于蒸汽量，每1噸蔗渣為1.85噸蒸汽；相關(guān)于發(fā)電量，每1噸蔗渣為74kWh。
(3)粗糖制造中所需的能量粗糖制造中所需的蒸汽量，基于上述蔗渣的燃燒能量的考察，從《平成13/14年期甘蔗和甘薯生產(chǎn)實(shí)績(jī)》(沖繩縣農(nóng)林水產(chǎn)部)第80頁(yè)的表中的蔗渣與重油的燃料消耗量，求出每1噸原料的蒸汽量。另外，粗糖制造中所需的發(fā)電量，基于《原料糖制造法》(山根獄雄著、精糖技術(shù)研究會(huì)發(fā)行)第43頁(yè)中記載的數(shù)據(jù)決定。還基于《原料糖制造法》(山根獄雄著、精糖技術(shù)研究會(huì)發(fā)行)第41～43頁(yè)的表2·1與表2·3所示的數(shù)據(jù)計(jì)算了將結(jié)晶化次數(shù)減少到1次和2次時(shí)的蒸汽量及發(fā)電量。即，將與結(jié)晶化有關(guān)的“煮糖、助晶、分蜜”部分的能量分成3部分，按照次數(shù)分配而計(jì)算。表3表示得到的粗糖制造中所需的蒸汽量和發(fā)電量。
表3 粗糖制造中所需的能量

(4)乙醇制造中所需的能量乙醇制造中所需的蒸汽量與發(fā)電量，從《精糖產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物-向產(chǎn)業(yè)利用的導(dǎo)入-》(日本分蜜糖工業(yè)會(huì)編)第262頁(yè)的表11所示的制造數(shù)據(jù)B、C及D的平均值求出。得到的能量，相關(guān)于蒸汽量，每1kL乙醇是5.38噸蒸汽；相關(guān)于發(fā)電量，每1kL乙醇是120KWh。
表4

續(xù)表4

續(xù)表4

*1與95GA-27的干物產(chǎn)量/單位產(chǎn)量的比值相同地算出。
*2認(rèn)為與95GA-27相同。
從表4可知，通過(guò)使用本發(fā)明的方法，與以往的方法相比，乙醇生產(chǎn)量大大增加，在以往方法中不能從燃燒蔗渣的能量得到粗糖制造和乙醇制造中所需能量的全部量，但通過(guò)使用本發(fā)明的方法，能夠從燃燒蔗渣的能量得到粗糖制造和乙醇制造中所需蒸汽量和發(fā)電量的全部量。
實(shí)施例3使用高產(chǎn)性甘蔗95GA-27制造粗糖和廢糖蜜(實(shí)驗(yàn)室規(guī)模)(1)甘蔗的壓榨、榨汁的澄清化將約3kg收獲后的甘蔗(95GA-27)的莖部用粉碎機(jī)切斷后，用4組軋輥壓榨，得到2L榨汁(糖度Bx＝15.2)。將榨汁移到3L三角燒瓶中，在水浴中加熱到70℃后，添加1.00g(相對(duì)于榨汁重量為0.05％)的Ca(OH)2，攪拌30分鐘，使雜質(zhì)沉淀。接著，在轉(zhuǎn)子式離心分離機(jī)中以8000rpm離心分離10分鐘，分離上清的澄清榨汁與沉淀物。
(2)澄清榨汁的濃縮、結(jié)晶化在3L容積的旋轉(zhuǎn)式蒸發(fā)器中將上述工序中得到的澄清榨汁以燒瓶?jī)?nèi)溫50℃的真空減壓下(70～110mmHg)，濃縮約4小時(shí)(蒸發(fā)水分量1700mL)，得到約300mL的濃縮糖漿(Bx＝80.0)(3)濃縮糖漿的結(jié)晶化向濃縮糖漿中，作為晶種添加50g市售粒狀糖(粒徑250～500μm)，在燒瓶?jī)?nèi)溫50℃的真空減壓(120mmHg)下，使之結(jié)晶化約4小時(shí)。
(4)粗糖與糖蜜的分離在使用了50～100μm篩目濾布的有孔壁型離心分離機(jī)中以3000rpm將上述結(jié)晶化的糖和糖蜜的混合物離心分離20分鐘，分離為結(jié)晶化糖(一次糖)與糖蜜(一次蜜)。回收的一次糖經(jīng)干燥、放冷一晚后，稱重，減去晶種添加量作為產(chǎn)量。
(5)糖蜜的再結(jié)晶化在上述得到的糖蜜(一次蜜)中注水，調(diào)成Bx＝80后，重復(fù)(3)和(4)的操作，得到二次糖和二次蜜。再一次注水后，重復(fù)(3)和(4)的操作，得到三次糖和三次蜜(廢糖蜜)。圖10表示結(jié)晶化次數(shù)與粗糖收率的關(guān)系。
從圖10可知，粗糖收率，一次糖約是70％，一次糖與第二糖加起來(lái)約為90％。
對(duì)上述得到的糖蜜(一次蜜、二次蜜)，測(cè)定蔗糖殘存率及發(fā)酵抑制物質(zhì)HMF(羥甲基糠醛)的生成量及色度，與以往方法中的廢糖蜜(三次糖)進(jìn)行比較。蔗糖殘存率是將實(shí)施例1的濃縮糖漿中所包含的蔗糖量作為100％，減去各結(jié)晶化糖的收率算出的。關(guān)于HMF，以《砂糖手冊(cè)》(浜口榮次郎、櫻井芳人監(jiān)修、朝倉(cāng)書店、1964)第682頁(yè)記載的方法(從已知濃度的檢量線求出波長(zhǎng)284μm的吸光度與波長(zhǎng)245μm的吸光度的差值的方法)進(jìn)行。色度是在水中稀釋30倍后，加入石英池中使用比色計(jì)(EBC)測(cè)定。圖11與圖12表示其結(jié)果。
從圖11可知，結(jié)晶化次數(shù)少的糖蜜，其蔗糖殘存率高，將此作為乙醇發(fā)酵原料的情況下，乙醇產(chǎn)量增加。
另外，由圖12可知，結(jié)晶化次數(shù)少的糖蜜，其發(fā)酵抑制物質(zhì)HMF的生成量及色度降低。即，可知使用結(jié)晶化次數(shù)少的糖蜜顯示出良好的發(fā)酵，并且能夠減輕制造后的排水的著色問(wèn)題。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的制造方法，可以從燃燒蔗渣而獲得的能量得到本發(fā)明的制造工序的全部工序所需的大部分能量。
另外，能夠不導(dǎo)致砂糖生產(chǎn)量減少地制造有用物質(zhì)如乙醇。
由于以單一的系統(tǒng)從甘蔗原料制造砂糖與乙醇，因此能夠在能量方面有效地制造砂糖和乙醇。
由于能夠減少砂糖的結(jié)晶化次數(shù)，因此能夠減少美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的生成，其結(jié)果能夠防止著色，減少發(fā)酵抑制物質(zhì)(糠醛等)的生成。另外，通過(guò)減少砂糖的結(jié)晶化次數(shù)，還可以減少以往廢糖蜜的發(fā)酵原料用途中成為問(wèn)題的對(duì)糖的鹽濃度的濃縮(日本專利特開昭7-59187號(hào)公報(bào)中記載的問(wèn)題)，即使在不具有耐鹽性的發(fā)酵性微生物中也變得可以使用。
權(quán)利要求
1.一種從甘蔗制造砂糖和有用物質(zhì)的方法，其特征在于，包括(a)從甘蔗生成榨汁和蔗渣的工序，(b)從上述榨汁生成砂糖和廢糖蜜的工序，(c)以由工序(a)和(b)得到的榨汁、廢糖蜜和蔗渣為原料生產(chǎn)能量和有用物質(zhì)的工序，上述甘蔗的莖部含有15質(zhì)量％或其以上的纖維成分，并且每單位面積的干物產(chǎn)量是40噸/公頃/年或其以上，從燃燒上述蔗渣而獲得的能量得到上述制造方法的全部工序中所需能量的90％或其以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述每單位面積的干物產(chǎn)量是65噸/公頃/年或其以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，所述工序(c)是從由工序(b)得到的廢糖蜜生成乙醇的工序。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3的任一項(xiàng)所述的方法，在所述工序(b)中進(jìn)行的砂糖的結(jié)晶化工序是2次或其以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，在所述工序(b)中進(jìn)行的砂糖的結(jié)晶化工序是1次。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5的任一項(xiàng)所述的方法，從燃燒所述蔗渣而獲得的能量得到所述制造方法的全部工序中所需消耗能量的95％或其以上。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種制造砂糖和乙醇的方法，其能夠利用燃燒甘蔗的蔗渣而獲得的能量供應(yīng)出在砂糖和乙醇的制造工序等中被消耗能量的幾乎全部量，而不引起砂糖產(chǎn)量的減少。本發(fā)明提供由甘蔗制造砂糖及有用物質(zhì)的方法，其特征在于，包括(a)從甘蔗生成榨汁及蔗渣的工序、(b)從上述榨汁生成砂糖及廢糖蜜的工序、(c)以由工序(a)和(b)得到的榨汁、廢糖蜜和蔗渣為原料生產(chǎn)能量和有用物質(zhì)的工序，上述甘蔗的莖部含有15質(zhì)量％或其以上的纖維成分，而且，每單位面積的干物產(chǎn)量是40噸/公頃/年或其以上，從燃燒上述蔗渣而獲得的能量得到上述制造方法的全部工序中所需能量的90％或其以上。
文檔編號(hào)C13B10/02GK1802441SQ20048001582
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2004年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月7日
發(fā)明者小原聰, 富野義孝, 杉本明, 氏原邦博, 寺島義文 申請(qǐng)人:朝日啤酒株式會(huì)社