CN101589151A - 乙醇或乳酸的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了由棕榈树干高效且低成本地制备乙醇和乳酸的方法。从棕榈树干提取树液，用酶水解提取树液后的棕榈树干的纤维，进行糖化。然后用微生物将树液和所得糖化液发酵，制备乙醇或乳酸。另外，作为用酶进行糖化处理的预处理，还可以用酸或碱水解棕榈树干的纤维。另外，通过水解进行糖化处理和通过微生物进行发酵可以同时进行。通过微生物进行发酵，其既可以与作为棕榈树干的水解产物的糖化液混合来进行，也可以分别进行。

Description

乙醇或乳酸的制备方法
技术领域
本发明涉及乙醇或乳酸的制备方法，更具体地涉及能够由棕榈树干高收率且廉价地制备乙醇或乳酸的方法。
背景技术
为了从棕榈植物的树液中制备糖分、淀粉和油脂，从而有效利用其树液或种子。例如，全世界由油棕生产的棕榈油约为3,550万吨/年，其中的约87％由马来西亚和印度尼西亚两个国家各占一半，是东南亚的代表性农产品(根据2005年实绩，美国农业部统计资料)。棕榈油与大豆油等相比，较为廉价，因此，除了用于人造奶油、油炸食品用油等食用外，还广泛用于肥皂、化妆品等工业用途。
用于生产棕榈油而栽培的油棕(oil palm，学名：Elaeisguineensis，日本名：アブラヤシ)，为了维持产量，需要按20～25年的间隔再植栽培。在马来西亚，从1980年开始正式种植，现在每年进行约4万公顷的再植栽培，约3,000万吨的棕榈树干被采伐。在不久的将来，作为迄今为止的种植面积扩大的结果，估计每年需要进行约20万～25万公顷的再植栽培。成为采伐对象的油棕，将药物注入树干使之枯萎，或者采伐后在种植园内放置或焚烧处理。对于采伐棕榈树干的放置、焚烧处理有严重破坏环境之顾虑，因此需要不产生环境负荷的采伐棕榈树干的高效利用。
不仅仅是油棕，西谷椰子(学名：Cycas circinalis)、椰子(学名：Cocos nucifera)和水椰(学名：Nypa Fruticans)等棕榈在树液中也含有糖分，在种子中含有大量的淀粉和油脂，因此，棕榈植物是非常有用的。然而，树龄高而产量降低的棕榈植物与油棕同样地仅仅被采伐，也没有作为资源高效利用。
棕榈树干与其它木质系生物质不同，树干的大部分由维管束和包围维管束的纤维质构成。因此，作为木材的耐久性不充分，作为利用方法，比较坚固的外皮可以作为胶合板等的表面加工材料利用，其它部分不进行利用而被废弃。
另一方面，近年来，作为减轻石油资源枯竭和地球变暖问题的方案，燃料用乙醇等石油替代能源和乳酸等生物塑料原料的制造技术开发非常活跃，尤其，对于燃料用乙醇，作为汽车燃料汽油的替代燃料而受到了注目，其需求是非常大的。
然而，  目前，大多数的燃料用乙醇由玉米淀粉和甘蔗汁等食用农产品制备，由于随着将来的人口增加，食用农产品需求增大等，预计食用用途与能源用途之间产生竞争。因此，渴望开发由农作物的未利用部分，即，农产品废弃物向燃料用乙醇等的转换技术，然而，  目前技术开发的状况是极其困难的。
采伐的油棕树干，从产出量、持续的油棕产业发展和减低环境负荷的观点考虑，是非常有前景的生物质资源。基于这种背景，正在开发有效利用油棕纤维的技术。
专利文献1中，公开了将采伐的油棕树干的纤维质粉碎来制造含有半纤维素、纤维素、木质素的植物纤维粉末食品的方法，但专利文献1中没有公开由油棕树干制备乙醇和乳酸的方法。
专利文献2中公开了制备含有油棕的纤维素纤维质废弃物的饲料的方法，但作为该废弃物，使用纤维素纤维质、空果串、果肉纤维等。然而，专利文献2中没有公开由油棕树干制备乙醇和乳酸的方法。
专利文献3中公开了将由油棕的树叶制成的纤维粉末粉碎来制备功能性食品的方法。然而，专利文献3没有公开由油棕树干制备乙醇和乳酸的方法。
非专利文献1中报告了由通过将油棕的纤维质水解而获得的糖来生产乙醇的尝试。
专利文献1：日本特开平8-221号公报
专利文献2：日本特开平9-168367号公报
专利文献3：日本特开2005-218425号公报
非专利文献1：H.H.Yeoh等，“Fermentation of oil palm trunkacid hydrolysate to ethanol”，ASEAN Journal  on science andtechnology for development，2001年，18卷(1)，第1-10页。
发明内容
发明要解决的问题
非专利文献1报告了由通过水解油棕的纤维质而获得的糖来生产乙醇，但由于水解效率低，成本高，存在离实用化很远的问题。
对于制备作为生物塑料原料的乳酸来说，强烈希望减低成本，但目前由玉米淀粉等较贵的食用农产品制备，很难降低成本。为了降低乳酸成本，需要开发以未利用的农产物作为原料的制备技术。然而，迄今为止，没有发现与利用油棕树干制备乳酸的技术有关的报告。
鉴于上述问题，本发明的目的是提供由棕榈树干高效、稳定且廉价获得乙醇或乳酸的制备方法。
用于解决问题的方案
本发明人反复深入研究，结果发现，从棕榈树干的中心区域到外侧区域分区，从各部位获得的树液中的游离糖组成及含量显著不同，比如树干内部大量葡萄糖与水分一起存在。基于该知识，完成了以由棕榈树干或采伐后的棕榈树干获得的树液和纤维质为原料，通过发酵法分别制备乙醇、乳酸的发明。也就是说，它是一种使用微生物制备乙醇或乳酸的技术，通过由棕榈树干采集树液后，对包围维管束的纤维质进行酶处理而糖化，将所获得的糖与树液发酵，从而能大量地制备微生物可发酵的糖质。
为了解决上述问题，本发明是一种由棕榈树干制备乙醇的方法，其特征在于包括：(1)从棕榈树干采集树液的工序，(2)用酶水解采集树液后的棕榈树干纤维的工序，(3)用微生物将上述工序(1)中采集的树液和上述工序(2)中获得的水解产物发酵的工序。
由于上述本发明的方法是将棕榈树干纤维与已经糖化的树液分开而用酶进行水解，因此可以高效地进行纤维质的糖化。然后将采集树液后的棕榈树干的纤维进行水解处理而获得的单糖或寡糖与树液混合，用微生物处理混合物，因此，从棕榈树干获得的糖高效地发酵为乙醇。
进一步，本发明是一种由棕榈树干制备乳酸的方法，其特征在于包括：(1)从棕榈树干采集树液的工序，(2)用酶水解采集树液后的棕榈树干的纤维的工序，(3)用微生物将上述工序(1)中采集的树液和上述工序(2)中获得的水解产物发酵的工序。
由于上述本发明的方法是将棕榈树干纤维与已经糖化的树液分开后再用酶进行水解，因此可以高效地进行纤维质的糖化。然后将采集树液后的棕榈树干的纤维进行水解处理而获得的单糖或寡糖与树液混合，用微生物处理混合物，因此，从棕榈树干获得的糖高效地发酵为乳酸。
发明的效果
根据本发明的乙醇的制备方法，能够以棕榈树干作为原料，高收率、低成本且稳定地制备乙醇。用该制备方法获得的乙醇不仅可以作为石油代替能源混合到汽油中，用作诸如乙基叔丁基醚之类的汽油添加剂和此外的乙烯等的化工原料，而且可以作为食品和食品添加剂用于制造啤酒、蒸馏酒及其它酒类、清凉饮料、酱菜、酱油等以及制造药品和准药品等。
另外，根据本发明的乳酸的制备方法，能够以棕榈树干作为原料，高收率、低成本且稳定地制备乳酸。用该方法获得的乳酸不仅可以用作属于生物降解性塑料的聚乳酸的原料，而且可以作为食品添加剂用于制造啤酒、蒸馏酒及其它酒类、清凉饮料、酱菜、酱油等以及制造药品和准药品等。
上述任何制备方法均用以往只能作为废弃物且难以处置的采伐棕榈树干作为原料，不仅能够以高收率、低成本分别制备乙醇、乳酸，而且可以提高采伐棕榈树干的资源价值，且可以确立包括持续的棕榈树干处理的棕榈关联产业和减低环境负荷。
附图说明
图1是在与轴向垂直的方向上将采集树液的棕榈树干切断的轮状物的透视图，(B)是沿(A)的X-X方向的截面图。
图2所示为实施例2和3以及比较例1的葡萄糖的残存量与乙醇的产量相对于发酵时间的图。
图3所示为实施例3和4以及比较例2的葡萄糖的残存量与乳酸的产量相对于发酵时间的图。
图4所示为实施例5的树液中含有的游离糖的分离色谱图。
附图标记说明
10：棕榈树干
11：中心区域
12：中间区域
13：外侧区域
14：树皮
15：葡萄糖的峰
具体实施方式
以下参照附图来说明用于实施本发明的具体实施方式。
本发明的乙醇的制备方法和乳酸的制备方法均是使用棕榈树干或采伐棕榈树干为原料，用微生物将该原料发酵来制备乙醇或乳酸的方法。
棕榈树干可以是油棕、西谷椰子、椰子或水椰等果实产量已降低的棕榈树干或者经过20年以上的棕榈树干，此外除了以计划采伐的棕榈树干为原料以外，还可以是用于再植栽培和计划性栽培而采伐的棕榈树干或者由于病虫害而迫不得已采伐的、树龄年轻的棕榈树干，只要是可采集树液的棕榈树干均可。
作为从棕榈树干采集树液的方法，可以使用物理压榨、粉碎、干燥和离心分离、伴有水蒸汽的加热、加水、用有机溶剂的提取。另外，预先进行化学处理可以容易地采集树液。尤其优选的是，粉碎采伐的棕榈树干后，进行物理压榨，获得树液和纤维，但只要可采集，可以采用其它任何方法。
树液的采集优选在采伐后立即采集树液。根据树液中含有的游离糖的量和/或状态，可以在采伐后放置几个月后优选几周后尤其优选数日后进行采集。另外，采用上述方法，可以由在冷冻、冷藏、加温、蒸气处理、真空处理、化学处理等状态下保存的棕榈树干采集树液。
图1是在与轴向垂直的方向上将采集树液的油棕和西谷椰子等棕榈树干切断的轮状物的透视图，(B)是沿(A)的X-X方向的截面图。
采集树液的棕榈树干10，如图1所示，划分成包括中心区域11、中间区域12和外侧区域13的树干部分这样的区域。最外侧表面是树皮14。
在棕榈树干10的截面直径为约33cm的油棕树干的情况下，中心区域11是从中心轴向外扩展大约5～8cm距离的区域，中间区域12是从中心区域向外扩展大约5cm距离的区域，树皮14的厚度是大约2～3cm，剩余为外侧区域13。
为了从棕榈树干采集树液，优选从棕榈树干10的中心区域11采集，但根据棕榈树干10的状况，可以从中心区域11和中间区域12采集。此外，还可以从外侧区域13、中间区域12和中心区域11采集。
其中，在本发明中，通过提取使用上述方法采集树液后的含有维管束的纤维质残渣的任何一种或它们的混合物，可以回收残留的糖质。此时，在糖质不分解程度的条件下，可以进行加热、冷却和用pH不同的溶剂进行提取。从回收的纤维残渣提取的糖质可以与已经采集的树液一起使用。
回收纤维质中残留的糖之后，用酶水解采集树液后的棕榈树干纤维以及棕榈树干的维管束和包围维管束的纤维质。即，通过纤维素酶、半纤维素酶等酶或它们的混合物等，对如图1所示的棕榈树干10的中心区域11、中间区域12、外侧区域13中存在的维管束和包围维管束的纤维质进行水解。在由该酶水解而获得的糖液中含有来源于纤维素、半纤维素的糖即葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖、鼠李糖、甘露糖和由这些成分构成的寡糖。
另外，理想的是在采集树液时预先除去树皮14。除去的树皮可以用作胶合板等表面加工材料，或者可以用酶水解进行糖化。
根据纤维质的状态，可以直接用上述酶进行水解处理，但优选的是，在进行酶水解之前，使用热或化学药剂进行预处理，以便最大限度获得酶处理效果。尤其，在除了中心区域11、中间区域12和外侧区域13的纤维质以外还混杂树皮14而进行酶处理时，需要使用热和/或化学药剂进行预处理。进一步优选的是，为了避免过度处理中心区域11、中间区域12和外侧区域13的纤维质，只将树皮14作为另外处理的对象。即，为了高效地进行水解，理想的是，将纤维质的硬树皮与中心区域11、中间区域12和外侧区域13的纤维质分开水解。
具体地说，优选：将上述纤维质与硫酸、盐酸、硝酸及其它酸性药剂或者氢氧化钠、氢氧化钾、氨、尿素及其它碱性药剂一起在常温下长时间处理或者在高温下以大约10分钟到2小时左右的反应时间进行加热处理。
以硫酸为例来具体说明，硫酸浓度为大约0.1～5％，优选为大约0.5～3％，加热温度为140～230℃，优选为大约160～210℃，反应时间为1～20分钟，优选为大约5～10分钟。这些预处理优选使用高压釜等进行。
在预处理结束之后，马上进行中和处理。在预处理物为酸性的情况下，用氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾、尿素、氨等碱性药剂中和即可，而在预处理物为碱性的情况下，用盐酸、硫酸、硝酸等酸性药剂中和即可。
中和处理后，用酶水解已中和的预处理物。即，如上所述，添加纤维素酶和/或半纤维素酶，在放置或搅拌的同时在pH约4～6、温度约35～60℃的条件下进行约10～100小时的水解反应。
通过上述水解处理，棕榈树干中含有的纤维质中的纤维素、半纤维素被水解，生成五碳糖和六碳糖。接着，将水解产物进行固液分离。固液分离的方法可以使用过滤、离心分离等。优选使用耗能小的过滤。在固液分离后的滤液中含有来源于纤维素和半纤维素的糖即葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖等。在滤液为酸性的情况下，理想的是用氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾、尿素、氨等碱进行中和。
通过水解该棕榈树干的纤维所获得的糖液，与上述树液一起或者分别单独地添加含氮、磷的营养源和后述微生物，在适当的温度、pH等条件下培养微生物，进行乙醇发酵来制备乙醇，或者进行乳酸发酵来制备乳酸。
另外，还可以在棕榈树干的纤维悬浮液中直接添加纤维素酶或半纤维素酶以及后述的发酵微生物两者，同时并行地进行酶水解和发酵。
由棕榈树干获得的树液和通过水解纤维而得到的糖液可以在进行乙醇发酵或乳酸发酵之前调整糖浓度。具体地说，糖含量优选在5重量％以上到30重量％的范围内，但即使在该范围以下或者在该范围以上的糖浓度，只要可进行微生物发酵，任何浓度范围均是可行的。
另外，棕榈树干的树液和由水解纤维所获得的糖液可以调整pH。pH范围只要是在后述微生物可生长的范围内就没有限制，例如调整至4～7.5，优选5～7.0。作为用于调整该pH的pH调节剂，可以使用常用的盐酸、硫酸、醋酸、柠檬酸等酸，氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸氢钠、氨等碱或者Tris盐酸盐、磷酸氢盐、磷酸氢钾等盐类中的任何物质。
根据需要，还可以将硫酸铵、磷酸氢铵等含氮盐类、酵母提取物、玉米浆、聚合蛋白胨(polypepton)、肉提取物、酪蛋白水解产物、大豆提取物等培养辅助成分或其它任意成分与棕榈树干获得的树液和/或由纤维水解获得的糖液并用。另外，根据需要可以添加钾盐、钠盐、磷酸盐、镁盐、锰、锌、铁等无机盐类。另外，在使用赋予营养缺陷型的微生物时，添加生长所需的营养物质即可。根据需要，可以添加青霉素、红霉素、氯霉素、新霉素等抗生素类。
作为营养辅助成分的一个例子，在添加酵母提取物的情况下，基于100重量％树液，可以将酵母提取物调整在0.01～2重量％的范围内。只要在该添加比例范围内，就可促进微生物的发酵。
接下来说明发酵时使用的微生物。
作为乙醇发酵时使用的微生物，可以列举出酵母菌属(Saccharomyces)酵母和发酵单孢菌属(Zymomonas)细菌等。作为乳酸发酵时使用的微生物，可以列举出乳酸菌属(Lactobacillus)细菌、链球菌属(Streptococcus)细菌等。不限于这些微生物，只要是能够由棕榈树干所采集、回收的树液和纤维水解而获得的糖液分别发酵出乙醇或乳酸的微生物即可。例如，可以是基因重组的酵母或乳酸菌等微生物，通过使用这些微生物，可以高效地生产乙醇和乳酸。另外，可以并用生产纤维素酶等水解酶的微生物，例如芽孢杆菌(Bacillus)属细菌或梭菌属(Clostridium)细菌等。
发酵温度根据所使用的微生物而不同，优选是大约25℃～45℃的培养温度，在该温度范围内可以高效地进行发酵。然而，根据微生物的种类，可以在25℃以下的低温区或40℃以上的高温区培养、发酵。作为其它培养条件，优选根据所使用的微生物在例如上述pH范围或者厌氧或好氧条件下培养微生物。
根据本发明的乙醇制备方法，通过将棕榈树干来源的纤维与树液分开而用酶进行水解，能够以高收率、低成本且稳定地制备乙醇。对于纤维，除了存在于中心区域11、中间区域12和外侧区域13中的纤维质以外，还可以包括树皮14。在使用包括树皮的纤维质时，在用酶进行水解之前，理想的是进行使用热和/或化学药剂的预处理。使用热和/或化学药剂的预处理可以以包括树皮的中心区域11、中间区域12和外侧区域13的纤维质作为处理对象。然而，为了避免中心区域11、中间区域12和外侧区域13的纤维质的过度处理，更优选仅以树皮作为预处理的对象。
用本发明的乙醇制备方法获得的乙醇不仅可以作为石油替代能源混合到汽油中、用作诸如乙基叔丁基醚之类的汽油添加剂和此外的乙烯等的化工原料，而且可以作为食品或食品添加剂用于制造啤酒、蒸馏酒及其它酒类、清凉饮料、酱菜、酱油等，以及用于制备药品和准药品等。
根据本发明的乳酸的制备方法，通过将棕榈树干来源的纤维与树液分开而用酶水解，能够以高收率、低成本且稳定地制备乳酸。对于纤维，除了中心区域11、中间区域12和外侧区域13以外，还可以包括树皮14。在使用包括树皮的纤维质时，在用酶进行水解之前，理想的是进行使用热和/或化学药剂的预处理。使用热和/或化学药剂的预处理可以以包括树皮的中心区域11、中间区域12和外侧区域13的纤维质作为处理对象。然而，为了避免中心区域11、中间区域12和外侧区域13中存在的纤维的过度处理，更优选仅以树皮作为预处理的对象。
用本发明的乳酸制备方法获得的乳酸不仅可以用作生物降解性塑料聚乳酸的原料，而且可以作为食品添加剂用于制备啤酒、蒸馏酒及其它酒类、清凉饮料、酱菜、酱油等，以及用于制备药品和准药品等。
在上述任何制备方法中，均用以往只能作为废弃物且难以处置的采伐棕榈树干作为原材料，不仅能够以高收率、低成本制备乙醇和乳酸，而且提高了采伐棕榈树干的资源价值，可以确立包括持续性棕榈树干处理的棕榈关联产业和减低环境负荷。
实施例1
以下进一步通过实施例来详细说明本发明。另外，实施例不限制本发明的范围。
将采伐后的直径为32～33cm的油棕树干切割为厚度6.8～7.0cm的盘状，按照约5cm间隔从中心向树皮14三等分地切断为中心区域11、中间区域12和外侧区域13。除了最外部的树皮14以外，分别将外侧区域13、中间区域12、中心区域11粗粉碎，然后用旋转式粉碎机粉碎，获得油棕树干粉碎物。使用玻璃过滤器，将每个区域的油棕树干粉碎物压滤，采集树液。通过过滤从中心区域11的部分采集的树液量约为140cm3，从中间区域12的部分采集的树液量约为80cm3，从外侧区域13的部分采集的树液量约为40cm3。
测定油棕树干10的各区域中所含有的水分。准确称量3～5g上述细粉碎的油棕树干粉碎物，在100℃下加热干燥24小时。准确称量干燥后的油棕树干粉碎物，由加热干燥前的油棕树干粉碎物的重量减去该重量，算出水分重量。从该结果得知，中心区域11具有83重量％的水含量，中间区域12具有75重量％的水含量，外侧区域13具有68重量％的水含量，因此可知油棕树干10含有大量的水分。
采集树液后，为了调查在玻璃过滤器上残留的含有维管束的纤维部分的糖组成，纤维用蒸馏水清洗后，通过72％硫酸30℃1小时、3％硫酸121℃1小时的处理来进行水解处理。
通过使用脉冲式电化学检测器(HPAE-PED)法的高效液相色谱法测定各部分的树液和纤维部分的糖组成和糖含量。作为分析条件，使用DIONEX PA-1柱，使用2％氢氧化钠水溶液(0.6cm3/分钟，28℃)作为洗脱剂。
表1所示为由采伐的油棕树干的各区域获得的树液的游离糖组成和含量的图表。作为由油棕树干的各区域获得的树液的游离糖，含有阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、鼠李糖、甘露糖等。在中心区域11的部分中，总计获得了98g/103cm3的游离糖。游离糖的各成分含量(组成比(％))如下所示：葡萄糖最多，为86.9％，以下，阿拉伯糖为6.6％，甘露糖为4.2％，半乳糖为0.9％，木糖为0.7％，鼠李糖为0.4％。
表1
游离糖组成(组成比％) 中心区域 中间区域 外侧区域
  阿拉伯糖   6.6   5.0   9.3
  半乳糖   0.9   1.3   4.8
  葡萄糖   86.9   86.2   65.7
  木糖   0.7   1.4   7.2
  鼠李糖   0.4   0.8   2.5
  甘露糖   4.2   5.1   10.5
  其它   0.3   0.2   0.5
  合计(g/103cm3)   98   60.5   20.5
在中间区域12的部分中，获得了总计60.5g/103cm3的游离糖，各成分含量如下所示：葡萄糖最多，为86.2％，以下，甘露糖为5.1％，阿拉伯糖为5％，木糖为1.4％，半乳糖为1.3％，鼠李糖为0.8％。
在外侧区域13的部分中，获得了总计20.5g/103cm3的游离糖，各成分含量如下所示：葡萄糖最多，为65.7％，以下，甘露糖为10.5％，阿拉伯糖为9.3％，木糖为7.2％，半乳糖为4.8％，鼠李糖为2.5％。
从上述结果可以看出，从油棕树干的各区域获得的树液的游离糖在中心区域11、中间区域12和外侧区域13中分别为98g/103cm3、60.5g/103cm3、20g/103cm3，中心区域11最多，外侧区域13最少。可以看出，在油棕树干的任何区域中，游离糖中葡萄糖最多，为组成的约66％以上，并且在中心区域11和中间区域12中含有86％以上。
表2所示为游离糖提取后的油棕树干纤维的各区域中含有的构成糖的组成及其含量的表，可以看出，作为糖，含有阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖。在中心区域11的部分中，每1g重量树干纤维获得了总计0.85g的游离糖。游离糖的各成分含量如下所示：葡萄糖最多，为0.61g，以下是阿拉伯糖为0.02g，半乳糖为0.02g，木糖为0.19g。
在中间区域12的部分中，每1g重量树干纤维获得了1.04g糖分，糖的各成分含量如下所示：葡萄糖最多，为0.76g，以下是木糖为0.23g，阿拉伯糖为0.03g，半乳糖为0.02g。
在外侧区域13的部分中，每1g重量树干纤维获得了0.97g糖分，糖的各成分如下所示：葡萄糖最多，为0.75g，以下，木糖为0.20g，阿拉伯糖和半乳糖分别为0.01g。
表2
  糖含量(g/g树干纤维干燥物重量)   中心区域   中间区域   外侧区域
  阿拉伯糖   0.02   0.03   0.01
  半乳糖   0.02   0.02   0.01
  葡萄糖   0.61   0.76   0.75
  木糖   0.19   0.23   0.20
  合计(g/g)   0.85   1.04   0.97
从这些结果可以看出，由采伐油棕树干的干而获得的纤维在中心区域11、中间区域12和外侧区域13的各部分中，每1g重量树干纤维的糖含量为大约0.85～1.04g，在所有情况下，葡萄糖为主要成分。
接下来，用蒸馏水清洗获得树液后的纤维部分，然后用酶进行水解处理。
首先，在1.4g纤维中添加20cm3的50mM的醋酸缓冲液，形成悬浮液。在该悬浮液中添加20单位丝状菌理氏木霉(Trichoderma Reesei)来源的纤维素酶(Novozyme)，保持在50℃下，进行3天酶水解。用玻璃过滤器从酶水解获得的反应液中除去不溶性残渣，用过滤器过滤，获得透明的糖溶液。该糖溶液中含有葡萄糖。用试剂盒(和光纯药制造，葡萄糖CII)测定糖溶液的葡萄糖浓度，换算为油棕树干纤维的重量，可知每1g油棕树干纤维获得了0.2g葡萄糖。另外，在不添加上述酶的情况下，没有发现葡萄糖的分离。
使用从上述采伐的油棕树干10的中心区域11采集的树液，进行实施例1的用微生物的乙醇发酵。
具体地说，添加蒸馏水，调整树液中的葡萄糖浓度至55g/103cm3，在该糖溶液中添加0.5重量％酵母提取物和0.2重量％硫酸铵，调整pH至6.0，然后进行过滤器过滤灭菌，接种酵母(酒类综合研究所制造，酿酒酵母菌协会7号)，在30℃、静置条件下发酵24小时。培养后，使用气相色谱仪(岛津制作所制造，BC-2014型)测定培养液中蓄积的乙醇的浓度。
(比较例1)
接着，说明与实施例1比较的比较例1。
为了研究树液中含有的成分对酵母的发酵有无抑制，使用葡萄糖试剂(和光纯药制造，041-00595，特级试剂)，用水制成60g/103cm3的浓度，添加与实施例1同样的酵母提取物和硫酸铵，进行过滤器过滤灭菌，形成培养基，与实施例1同样地接种酵母，进行乙醇发酵。
实施例2
使用将从采伐的油棕树干10的中心区域11提取的树液与纤维的酶水解产物混合而成的原料，进行用微生物的乙醇发酵。其中，将纤维的酶分解物在50℃下干燥浓缩一夜，在先前获得的含氮源的树液中溶解，进行过滤器过滤灭菌后，供给乙醇发酵试验。其它条件与实施例1相同。
说明实施例1和2以及比较例1的结果。
图2所示为实施例1和2以及比较例1的葡萄糖残存量和乙醇的产量相对于发酵时间的图。在图中，横轴是发酵时间(小时)，左纵轴为葡萄糖残存量(g/103cm3)、右纵轴为乙醇产量(g/103cm3)。图中，白圆(○)、白三角(△)、白正方形(□)曲线分别表示实施例1、实施例2和比较例1的培养液中的葡萄糖残存量，黑圆(●)、黑三角(▲)、黑正方形(■)曲线分别表示实施例1、实施例2和比较例1的培养液中蓄积的乙醇产量。
从图2可以看出，在实施例1的使用树液的乙醇发酵中，培养约12小时后大部分葡萄糖被消耗，24小时后培养液中乙醇蓄积浓度为30g/103cm3。该值相当于由葡萄糖浓度计算的乙醇的理论收率的107％，据认为这是由于树液中含有的甘露糖、半乳糖等葡萄糖以外的糖也转化为乙醇的缘故。24小时后蓄积的乙醇的每1小时的乙醇生成效率为1.25g/103cm3。这些数值与比较例1的发酵试验是同等的，因此，可以看出，实施例1中的乙醇发酵完全没有受到抑制。
从图2可以看出，在实施例2的用树液和纤维的酶水解产物混合而成的原料进行发酵时，发酵开始时葡萄糖浓度为65g/103cm3，24小时以内葡萄糖被消耗，乙醇生成结束，培养液中生成了33g/103cm3乙醇。这相当于由葡萄糖浓度算出的乙醇生成的理论收率的几乎100％，乙醇生成速度每1小时高达约1.3g/103cm3，可以看出能够高效地制备乙醇。
实施例3
使用与实施例1的乙醇发酵中所用的树液相同的树液，用微生物进行乳酸发酵。添加蒸馏水来调节从中心区域11采集的树液，使得树液中的葡萄糖浓度为55g/103cm3。在含有该树液的糖溶液中添加0.5重量％酵母提取物和0.2重量％肉提取物，将pH调整至7.0，然后进行过滤器灭菌过滤，接种乳酸菌(美国模式菌种保藏中心，乳酸乳球菌(Lactococcus Lactis)ATCC19435菌株)，保持在30℃，进行48小时的所谓静置培养。乳酸发酵后，通过使用柱后pH缓冲电导率检测法的高效液相色谱有机酸分析系统(岛津制作所制造，Prominence)测定培养液中蓄积的乳酸浓度。
(比较例2)
接下来说明与实施例3比较的比较例2。
为了研究树液中含有的成分对乳酸菌发酵有无抑制，使用葡萄糖试剂(和光纯药制造，041-00595，特级试剂)，用水制成60g/103cm3的浓度，添加与实施例3同样的酵母提取物和肉提取物，进行过滤器过滤灭菌，形成培养基，与实施例3同样地接种乳酸菌，进行乳酸发酵。
实施例4
除了使用从采伐的油棕树干10的中心区域11提取的树液与纤维的酶水解产物混合而获得的原料以外，与实施例3同样地进行乳酸发酵。其中，将纤维的酶分解物在50℃下干燥浓缩一夜，在先前获得的含氮源的树液中溶解，用过滤器过滤后使用。
说明实施例3和4以及比较例2的结果。
图3所示为实施例3和4以及比较例2的葡萄糖残存量和乳酸的产量相对于发酵时间的图。横轴为发酵时间(小时)，左纵轴为葡萄糖残存量(g/103cm3)、右纵轴为乳酸产量(g/103cm3)。图中，白圆(○)、白三角(△)、白正方形(□)曲线分别表示实施例3、实施例4和比较例2的培养液中的葡萄糖残存量，黑圆(●)、黑三角(▲)、黑正方形(■)曲线分别表示实施例3、实施例4和比较例2的培养液中蓄积的乳酸产量。
在实施例3的使用树液的乳酸发酵中，培养48小时后大部分葡萄糖被消耗，培养液中乳酸蓄积浓度为50g/103cm3。乳酸生成速度约为每小时1.04g/103cm3。这些结果与作为对照试验的比较例2的葡萄糖培养基中的发酵试验几乎相同。
实施例4是在实施例3的树液中进一步混合纤维的酶分解物时的乳酸发酵，发酵开始的葡萄糖浓度为65g/103cm3。培养48小时后，葡萄糖被消耗，乳酸生成结束，培养液中蓄积的乳酸浓度为58g/103cm3。乳酸生成速度约为每1小时1.2g/103cm3，与比较例2的乳酸发酵相同。
实施例5
为了从树液中分离提取游离糖，通过使用实施例1中所述的高效液相色谱仪的糖分析，进行检测到的糖的分离提取。
图4所示为实施例5的树液中含有的游离糖的分离色谱图。图中，横轴为洗脱时间(分钟)，纵轴为信号强度(mA)。如图4所示，游离糖中可以提取葡萄糖15，它是显示了洗脱时间为约32～44分钟前后的峰的级分。与葡萄糖同样地，分别回收作为其它峰被识别的级分。对回收的葡萄糖溶液或者同样回收的包括其它游离糖的溶液进行冷冻干燥。这样，通过使用适当的色谱仪，可以容易地分离回收树液中的游离糖。
实施例6
仅使用实施例1中获得的树液，使用与实施例1同样的酵母进行乙醇发酵。在从中心区域11的部分采集的树液(葡萄糖浓度55g/103cm3)中不添加实施例2中添加的氮源，不调整pH，直接进行过滤器过滤灭菌，接种与实施例1同样的酵母，在同样的培养条件(30℃、24小时)下进行乙醇发酵。
在实施例6中，与实施例1中获得的结果几乎相同，确认由上述培养液以100％的收率蓄积乙醇。
实施例7
仅使用实施例1中获得的树液，进行用乳酸菌的乳酸发酵。在从中心区域11的部分中采集的树液(葡萄糖浓度55g/103cm3)中不添加实施例3中添加的氮源，也不调整pH，直接进行过滤器过滤灭菌，接种与实施例4同样的微生物，在同样的培养条件(30℃、48小时)下进行乳酸发酵。
在实施例7中，与实施例3中获得的结果几乎相同，确认由上述培养液以100％的收率蓄积乳酸。
由上述实施例6和7的结果可知，通过仅使用树液以及实施例1和3中使用的微生物菌种，可以简便且高效地进行乙醇发酵和乳酸发酵。
根据上述实施例，可以确认，使用大量废弃的采伐油棕树干或者其树液等的组合物，能够低成本且简便地制备乙醇或乳酸。
实施例8
另外，除了油棕树干以外，同样地可以从作为椰子树干的西谷椰子中采集树液。将采伐后的直径为45cm的西谷椰子树干切割为厚度约6cm的盘状，按照约7.5cm间隔从中心向树皮14三等分地切断为中心区域11、中间区域12和外侧区域13。与实施例1同样，除了最外部的树皮14以外，分别将外侧区域13、中间区域12、中心区域11粗粉碎，获得西谷椰子树干粉碎物。测定西谷椰子树干10的各区域中含有的水分。准确称量约0.3～1g的上述粉碎的西谷椰子树干粉碎物，在70℃下加热干燥96小时。准确称量干燥后的西谷椰子树干粉碎物，由加热干燥前的西谷椰子树干粉碎物的重量减去该重量，算出水分重量。从该结果可知，中心区域11具有45重量％的水含量，中间区域12具有37重量％的水含量，外侧区域13具有39％的水含量，因此西谷椰子树干10与油棕同样，含有大量的水分。
为了弄清楚西谷椰子树干中的糖组成和糖含量，使用玻璃过滤器，将中心区域的西谷椰子树干粉碎物压滤，采集树液。通过过滤从中心区域11的部分采集的树液量约为16cm3。通过使用示差折光检测器(RI)法的高效液相色谱仪测定糖组成和糖含量。作为分析条件，使用CARBOSep CHO-682柱(东京化成)，使用水(0.4cm3/分钟、80℃)作为流动相进行分析。
表3所示为游离糖提取后的西谷椰子树干纤维的中心区域中含有的构成糖组成及其含量的表，作为糖，含有24.1％蔗糖、28.7％葡萄糖、2％阿拉伯糖、0.25％半乳糖、31.8％果糖。由此可以看出，与从油棕树干粉碎物获得的树液相同，西谷椰子树干含有约86％的可发酵的糖，其主要成分同样是葡萄糖等。
表3
  糖含量(g/dm3)   中心区域
  蔗糖   24.1
  葡萄糖   28.7
  阿拉伯糖   2.0
  半乳糖   0.25
果糖 31.8
合计(g/dm3) 86.85
本发明不限于上述实施方案，在权利要求中所述的发明范围内可以做出各种改变。从油棕树干采集的原料可以进行各种处理，用于乙醇发酵或乳酸发酵的培养基和用于这些发酵的微生物可以根据从油棕树干获得的原料及其形状而适当地选择，这些也自然包含在本发明的范围内。
产业上的可利用性
本发明开发了一种主要使用大部分废弃的棕榈树干的中心部分来低成本且简便地生产燃料用乙醇或生物塑料用乳酸的技术，  目的是减少化石资源的消耗量和解决地球变暖问题等环境问题，有助于培育和发展新型生物质产业。另外，可以认为这将大大有助于以东南亚为中心的棕榈油产业的进一步高效化、高收益化以及持续发展。

Claims (12)

1.一种由棕榈树干制备乙醇的方法，该方法包括：
(1)从棕榈树干采集树液的工序；
(2)用酶水解采集树液后的棕榈树干纤维的工序；
(3)用微生物将上述工序(1)中采集的树液和上述工序(2)中获得的水解产物发酵的工序。
2.根据权利要求1所述的乙醇的制备方法，其中所述棕榈树干是被除去了树皮的棕榈树干。
3.根据权利要求1或2所述的乙醇的制备方法，其中所述工序(2)和(3)同时进行。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的乙醇的制备方法，其中包括在所述工序(2)之前用酸或碱水解所述棕榈树干纤维以及将所得水解产物中和的工序。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的乙醇的制备方法，其中将所述树液与所述水解产物混合来进行发酵。
6.根据权利要求1～4的任一项所述的乙醇的制备方法，其中所述树液与所述水解产物分别进行发酵。
7.一种由棕榈树干制备乳酸的方法，所述方法包括：
(1)从棕榈树干采集树液的工序；
(2)用酶水解采集树液后的棕榈树干纤维的工序；
(3)用微生物将上述工序(1)中采集的树液和上述工序(2)中获得的水解产物发酵的工序。
8.根据权利要求7所述的乳酸的制备方法，其中所述棕榈树干是被除去了树皮的棕榈树干。
9.根据权利要求7或8所述的乳酸的制备方法，其中所述工序(2)和(3)同时进行。
10.根据权利要求7～9的任一项所述的乳酸的制备方法，其中包括在所述工序(2)之前用酸或碱水解所述棕榈树干纤维以及将所得水解产物中和的工序。
11.根据权利要求7～10的任一项所述的乳酸的制备方法，其中将所述树液与所述水解产物混合来进行发酵。
12.根据权利要求7～10的任一项所述的乳酸的制备方法，其中所述树液与所述水解产物分别进行发酵。
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