JP2006034206A - METHOD FOR PRODUCING CELLOBIOSE, METHOD FOR SEPARATION AND REMOVAL OF beta-GLUCOSIDASE AND METHOD FOR RECOVERY OF CELLULASE - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING CELLOBIOSE, METHOD FOR SEPARATION AND REMOVAL OF beta-GLUCOSIDASE AND METHOD FOR RECOVERY OF CELLULASE Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing cellobiose having improved purity at a low cost by using a simplified production process compared with conventional cellobiose production methods and a method for separating and removing β-glucosidase from cellulase to eliminate the β-glucosidase active to excessively decomposing the produced cellobiose. <P>SOLUTION: The method for producing cellobiose comprises the charge of a cellulosic raw material 3 in a tubular or column reactor 1, the continuous introduction of a cellulase solution containing a cellobiohydrolase in one direction to effect the contact and reaction of the cellulosic raw material with the cellulase solution and the separation of a fraction containing the cellobiose from the discharged solution. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、甘味料、医薬品、健康食品、食物繊維、試薬などに用いられるセロビオースの製造方法、および、セロビオース製造に重要なセロビオハイドロラーゼを含むセルラーゼからβ−グルコシダーゼを分離除去する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing cellobiose used in sweeteners, pharmaceuticals, health foods, dietary fibers, reagents, and the like, and a method for separating and removing β-glucosidase from cellulase containing cellobiohydrolase important for cellobiose production. It is.

セロビオースは、甘味料、医薬品、健康食品、食物繊維、試薬などに用いられる有用な糖類である。   Cellobiose is a useful saccharide used in sweeteners, pharmaceuticals, health foods, dietary fiber, reagents and the like.

これまで、セロビオースの製造はセルロース性原料の酸加水分解反応かセルラーゼによる酵素加水分解反応により行われている。酸加水分解反応では、セロビオース収率が低く、大量の副産物の中からセロビオースを精製する必要があった。また酸加水分解法は、高圧、耐酸設備を要するなど工業的に簡便なセロビオースの製造方法ではなかった。   Until now, cellobiose has been produced by an acid hydrolysis reaction of cellulosic raw materials or an enzymatic hydrolysis reaction with cellulase. In the acid hydrolysis reaction, the cellobiose yield was low, and it was necessary to purify cellobiose from a large amount of by-products. In addition, the acid hydrolysis method is not an industrially simple method for producing cellobiose such as requiring high pressure and acid resistant equipment.

これに対して、酵素加水分解反応では、反応条件が温和で、高圧、耐酸設備などは必要ない。しかし、セルラーゼは、セロビオハイドロラーゼ、β−グルコシダーゼ、エンドグルカナーゼなどを含む複合酵素系であるために、主としてグルコースが生成され、セロビオースの割合が低くなるという欠点があった。   On the other hand, in the enzymatic hydrolysis reaction, the reaction conditions are mild, and no high pressure, acid resistant equipment, etc. are required. However, since cellulase is a complex enzyme system containing cellobiohydrolase, β-glucosidase, endoglucanase and the like, there is a disadvantage that glucose is mainly produced and the ratio of cellobiose is lowered.

そこで、セロビオースの製造に関していくつかの技術が提案されている。特許文献1ではセルロース系原料を使わない製造法が提案されている。特許文献2では、セルラーゼ中のβ−グルコシダーゼをキトサンを使って除去し、β−グルコシダーゼが除去された酵素を使ってセロビオースを得る方法が提案されている。この方法は、β−グルコシダーゼの分離除去工程が複雑であり、簡便な方法とは言えない。特許文献3は、リグニンを含むセルロース系原料を脱リグニン処理せずにリグニン分解菌を共存させることで利用できるようにした技術であり、セルラーゼの反応器としては通常のタンク式反応器および限外ろ過装置が使われている。これらの装置では反応生成物中のセロビオース含有率が低く、セロビオースの精製が必要となっていた。特許文献4は、セロビオースの含有率を高めるために(1)原料に非結晶性セルロースを多く含むものを選択する、(2)リグニンの存在下で酵素反応を行う、という方法が提案されている。しかしながら、セロビオースを随時採取する具体的な方法は、タンク式反応器で酵素反応を行い、生成されたセロビオースを限外ろ過装置を使用して回収するというものである。したがって、装置として限外ろ過装置が必須の技術である。特許文献5は、特定の保水度かつ濾水度をもつ晒スラッシュパルプおよびサルファイトパルプを原料とすることでセロビオースの収率を高めているが、酵素反応器について言及した物ではなく、原料特性に基づいた技術である。特許文献6は、天然リグノセルロースを含む原料を蒸解後未乾燥の原料を使うことで分解効率を高め、さらに分画分子量1万の限外ろ過膜を使って糖液を回収することを特徴としている。これもセロビオース含有率を高くするためには、装置として限外ろ過装置が必須の技術である。特許文献7ではセルラーゼ中のβ−グルコシダーゼをセルロースエステルあるいはセルロースエーテルエステルを使って選択的に除去し、酵素反応を行わせることが提案されているが、酵素精製時の分離工程が必須であり、反応前後で可溶化と不溶化を行うこととなり工程が複雑である。特許文献8ではβ−グルコシダーゼが他のセルラーゼ成分に比較してセルロースへの吸着力が弱いという知見を利用し、不溶性セルロースにβ−グルコシダーゼ以外のセルラーゼ成分を吸着させ、分離ろ過によってβ−グルコシダーゼを選択的に除去した後、固形画分をタンク中で水性媒体を使って懸濁して酵素反応を行わせている。β−グルコシダーゼの除去工程と分解反応の工程が分離していた。さらに、固形画分の分離ろ過に大量の洗浄液が必要であった。
特開2001−112496号公報 特開平5−227958号公報 特開平8−89274号公報 特開平5−317073号公報 特開平9−107987号公報 特開平7−184678号公報 特開平5−227957号公報 特許第1948184号
Thus, several techniques have been proposed for the production of cellobiose. Patent Document 1 proposes a production method that does not use a cellulosic material. Patent Document 2 proposes a method of obtaining cellobiose using an enzyme from which β-glucosidase in cellulase is removed using chitosan and β-glucosidase is removed. This method cannot be said to be a simple method because the process of separating and removing β-glucosidase is complicated. Patent Document 3 is a technique that enables cellulosic raw materials containing lignin to be used by allowing lignin-degrading bacteria to coexist without subjecting to delignification treatment. Filtration equipment is used. In these apparatuses, the content of cellobiose in the reaction product is low, and purification of cellobiose is necessary. Patent Document 4 proposes a method of (1) selecting a raw material containing a large amount of amorphous cellulose in order to increase the cellobiose content, and (2) performing an enzyme reaction in the presence of lignin. . However, a specific method for collecting cellobiose as needed is to perform an enzymatic reaction in a tank reactor and collect the produced cellobiose using an ultrafiltration device. Therefore, an ultrafiltration device is an essential technique as a device. In Patent Document 5, the yield of cellobiose is increased by using bleached slush pulp and sulfite pulp having a specific water retention and freeness as raw materials, but the material characteristics are not mentioned in the enzyme reactor. It is a technology based on Patent Document 6 is characterized in that the raw material containing natural lignocellulose is digested to increase the decomposition efficiency by using an undried raw material, and the sugar solution is recovered using an ultrafiltration membrane with a molecular weight cut off of 10,000. Yes. Again, in order to increase the cellobiose content, an ultrafiltration device is an essential technique as a device. In Patent Document 7, it is proposed to selectively remove β-glucosidase in cellulase using cellulose ester or cellulose ether ester, and to carry out an enzyme reaction, but a separation step during enzyme purification is essential. Solubilization and insolubilization are performed before and after the reaction, and the process is complicated. Patent Document 8 utilizes the knowledge that β-glucosidase has a weak adsorption power to cellulose compared to other cellulase components, adsorbs cellulase components other than β-glucosidase to insoluble cellulose, and separates β-glucosidase by separation filtration. After selective removal, the solid fraction is suspended in an aqueous medium using an aqueous medium to carry out the enzyme reaction. The β-glucosidase removal step and the decomposition reaction step were separated. Furthermore, a large amount of washing liquid was required for separation and filtration of the solid fraction.
JP 2001-112896 A JP-A-5-227958 JP-A-8-89274 JP-A-5-317073 JP-A-9-107987 Japanese Patent Laid-Open No. 7-184678 JP-A-5-227957 Patent No. 1948184

本発明の課題は、従来のセロビオース製造法に比べて製造工程を簡略化することができ、さらに純度の高いセロビオースを安価に得ることができるセロビオースの製造方法、および生産物であるセロビオースを分解してしまうβ−グルコシダーゼをセロビオースの製造と同時にセルラーゼから分離するβ−グルコシダーゼの分離除去方法を提供することである。 An object of the present invention, as compared with the conventional cellobiose production method can simplify the manufacturing process, decomposition cellobiose is a further method of producing cellobiose can be obtained at low cost with high cellobiose purity, and product It is another object of the present invention to provide a method for separating and removing β-glucosidase which separates β-glucosidase from cellulase simultaneously with the production of cellobiose.

本発明者は、上記課題の解決を目指して、セルロース性物質へのセルラーゼの作用機構を研究した結果、固液分離可能な反応器にセルロース性原料を充填し、移動相である酵素液を通液させながらセルラーゼを作用させると、効率的にセルロース性原料の分解が進行するとともに、生産物中のセロビオース濃度をタンク式反応器での場合と比較し格段に向上させられることを見出し、さらに、この反応を通じて、生産物であるセロビオースを分解してしまうβ−グルコシダーゼをセルラーゼから分離できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of studying the action mechanism of cellulase on cellulosic substances with the aim of solving the above problems, the present inventor filled a cellulosic raw material into a reactor capable of solid-liquid separation, and passed the enzyme liquid as a mobile phase. When cellulase is allowed to act while liquid, the cellulosic raw material is efficiently decomposed, and the cellobiose concentration in the product can be significantly improved as compared with the tank reactor, through this reaction, the cellobiose is a product decomposed to cause β- glucosidase found that can be separated from the cellulase, thereby completing the present invention.

すなわち、本発明は下記を要点とするものである。   That is, the present invention has the following main points.

(1) セルロース性原料を管式あるいは塔式反応器に充填し、セロビオハイドロラーゼを含むセルラーゼ溶液を一方向から連続的に通液させ、セルロース性原料とセルラーゼ溶液を接触させて反応し、流出する溶液からセロビオースを含む画分を得ることを特徴とするセロビオースの製造方法。   (1) A cellulosic raw material is charged into a tubular or tower reactor, a cellulase solution containing cellobiohydrolase is continuously passed from one direction, and the cellulosic raw material and the cellulase solution are brought into contact with each other to react. A method for producing cellobiose, comprising obtaining a fraction containing cellobiose from a flowing solution.

(2) 前記セルラーゼ溶液を通液させる前、あるいは反応の全期間において、反応器内に充填されたセルロース性原料の隙間のみを液相で置換し、余剰な液相を排除することを特徴とする(1)に記載のセロビオースの製造方法。   (2) Before passing the cellulase solution or during the entire period of the reaction, only the gap between the cellulosic raw materials charged in the reactor is replaced with the liquid phase, and the excess liquid phase is eliminated. The method for producing cellobiose according to (1).

(3) セルロース性原料を管式あるいは塔式反応器に充填し、セロビオハイドロラーゼを含みかつ不純物としてβ−グルコシダーゼを含むセルラーゼ溶液を一方向から連続的に通液させ、β−グルコシダーゼを含む画分を選択的に分離除去することを特徴とする、セルラーゼからのβ−グルコシダーゼの分離除去方法。   (3) A cellulosic raw material is charged into a tube-type or tower-type reactor, and a cellulase solution containing cellobiohydrolase and containing β-glucosidase as an impurity is continuously passed from one direction to contain β-glucosidase. A method for separating and removing β-glucosidase from cellulase, wherein the fraction is selectively separated and removed.

(4) 前記方式によりβ−グルコシダーゼを除去した反応液をくりかえし管式あるいは塔式反応器に通液することを特徴とする(1)に記載のセロビオースの製造方法。   (4) The method for producing cellobiose according to (1), wherein the reaction solution from which β-glucosidase has been removed by the above method is repeatedly passed through a tubular or tower reactor.

(5) β−グコシダーゼが除去されたセロビオハイドラーゼを含むセルラーゼ溶液とセロビオースの混合液を、セルロース性原料が充填された管式あるいは塔式反応器に通液し、酵素成分のみを反応器に吸着させ、セロビオースのみを溶出させることを特徴とするセルラーゼの回収方法。 (5) beta-grayed Le Koshidaze a mixture of cellulase solution and cellobiose containing cellobiohydrolases that has been removed, was passed through a tubular cellulosic feedstock has been filled or tower reactor, only the enzyme component A method for recovering cellulase, comprising adsorbing to a reactor and eluting only cellobiose.

本発明のセロビオースの製造方法により、簡略な製造工程により純度の高いセロビオースを安価に得ることができる。   According to the method for producing cellobiose of the present invention, high-purity cellobiose can be obtained at low cost by a simple production process.

また、本発明のβ−グルコシダーゼの分離除去方法により、セロビオースの製造と同時に、β−グルコシダーゼを効率的に分離除去できる。   Moreover, according to the method for separating and removing β-glucosidase of the present invention, β-glucosidase can be efficiently separated and removed simultaneously with the production of cellobiose.

本発明において用いるセルロース性原料としては古紙、パルプ、リグニンを分解した木質系材料など、セルラーゼが作用できる形のセルロースを含むものであればその種類は問わない。但し、酵素反応を効率的に行うためには粉末またはスラリー状になるほど細かくした方が好ましい。   The cellulosic raw material used in the present invention is not limited as long as it contains cellulose in a form in which cellulase can act, such as waste paper, pulp, and woody material obtained by decomposing lignin. However, in order to efficiently perform the enzyme reaction, it is preferable to make it finer so as to become a powder or slurry.

本発明において使用するセルラーゼはセロビオハイドロラーゼを含む酵素であれば特に限定されないが、例えばトリコデルマ属、アスペルギルス属、フミコラ属、アクレモニウム属、バチルス属、セルロモナス属、クロストリジウム属、ストレプトマイセス属などから得られるセルラーゼを例示することができる。また、本発明においては至適pHが近いセルラーゼを混合して用いることができる。また、セルラーゼとして未精製の上記菌の培養物などもセルラーゼの活性を持つものであれば使用することができる。なお、セルラーゼには、生産物であるセロビオースを分解してしまうβ−グルコシダーゼが不純物として含まれているが、請求項3に記載された本発明方法により効率的にβ−グルコシダーゼを分離除去することができる。   The cellulase used in the present invention is not particularly limited as long as it is an enzyme containing cellobiohydrolase. The cellulase obtained from can be illustrated. In the present invention, cellulases having close to optimum pH can be mixed and used. In addition, a cellulase-unpurified culture of the above-mentioned bacteria can be used as long as it has cellulase activity. Cellulase contains β-glucosidase that degrades cellobiose, which is a product, as an impurity. However, β-glucosidase can be efficiently separated and removed by the method of the present invention described in claim 3. Can do.

本発明において用いる反応器は、一般に管式あるいは塔式反応器(以下、「反応器」と略称する場合がある)と呼ばれるものである。本発明の反応器は、固体原料であるセルロース性原料を管式あるいは塔式反応器に充填し、セロビオハイドロラーゼを含むセルラーゼ溶液(以下、「酵素液」と略称する場合がある)を一方から通液しセルロース性原料の固体原料が漏れない構造を有するものである。すなわち、セルロース性原料が漏出しないように、セルロース性原料が通過しない孔径のフィルターを反応器に設ければよい。   The reactor used in the present invention is generally called a tubular or tower reactor (hereinafter sometimes abbreviated as “reactor”). In the reactor of the present invention, a cellulosic raw material, which is a solid raw material, is filled in a tubular or tower reactor, and a cellulase solution containing cellobiohydrolase (hereinafter sometimes abbreviated as “enzyme solution”) is used. The solid material of the cellulosic material is prevented from leaking. That is, a filter having a pore size that does not allow cellulosic materials to pass through may be provided in the reactor so that the cellulosic materials do not leak.

酵素液を、セルロース性原料が充填された反応器に一方向に通液させるには、下降流でも上昇流でもよい。下降流で酵素液を通液させる場合は、反応器の上下端の両方にフィルターを設けてもよく、反応器の下端のみにフィルターを設けてもよい。酵素液を上昇流で通液させる場合は、反応器の上端と下端にフィルターを設けることにより、セルロース性原料が漏出することを防ぐことができる。なお、下から上に向けて上昇流で酵素液を通液した方がセルロース性原料の隙間に空気層が発生しにくいという利点がある。   In order to allow the enzyme solution to flow through the reactor filled with the cellulosic raw material in one direction, it may be a downward flow or an upward flow. When the enzyme solution is allowed to flow in a downward flow, a filter may be provided at both the upper and lower ends of the reactor, or a filter may be provided only at the lower end of the reactor. When the enzyme solution is allowed to flow in an upward flow, it is possible to prevent the cellulosic raw material from leaking by providing filters at the upper and lower ends of the reactor. In addition, there exists an advantage that an air layer is hard to generate | occur | produce in the clearance gap between a cellulosic raw material when the enzyme liquid is made to flow by an upward flow from the bottom to the top.

セルロース性原料が通過しない孔径のフィルターとしては、孔径0.1〜3000マイクロメーターのフィルターを挙げることができ、その材質はセルラーゼに耐性のあるものであれば特に限定されない。反応器の断面積と長さの関係は反応の速度に関係するため必要に応じて変更することができるが、好ましくは反応器の長さは断面の直径の5倍以上とした方がよい。   Examples of the pore size filter through which the cellulosic material does not pass include a filter having a pore size of 0.1 to 3000 micrometers, and the material thereof is not particularly limited as long as it is resistant to cellulase. The relationship between the cross-sectional area and the length of the reactor is related to the speed of the reaction and can be changed as necessary. However, the length of the reactor is preferably 5 times or more the diameter of the cross-section.

なお管式あるいは塔式の反応器は、縦型でも横型でもかまわない。   The tubular or tower reactor may be either vertical or horizontal.

本発明において、セルロース性原料を充填する際の水性媒体の量を調整することが重要である。すなわち、反応器内に充填されたセルロース性原料の隙間を液相で置換する必要がある。具体的には、セルロース性原料を管式あるいは塔式反応器に充填したとき、セルロース性原料の固形分の隙間を十分に埋める程度の水性媒体を加えることであり、余分な水性媒体が存在したり、セルロース性原料固形分の隙間に空間が生じたりしないようにする必要がある。従って、例えば先にセルロース性原料をスラリー状にしたり、過剰の水性媒体が存在する状態で混合し、管式あるいは塔式反応器に充填し、余剰の水性媒体を流出させる方法を挙げることができる。   In the present invention, it is important to adjust the amount of the aqueous medium when filling the cellulosic material. That is, it is necessary to replace the gap between the cellulosic raw materials filled in the reactor with the liquid phase. Specifically, when a cellulosic raw material is charged into a tubular or tower reactor, an aqueous medium is added to sufficiently fill the solid content gap of the cellulosic raw material, and there is an excess aqueous medium. It is necessary not to create a space in the gap between the cellulosic raw material solids. Therefore, for example, a method in which the cellulosic raw material is first made into a slurry form, mixed in a state in which an excess aqueous medium is present, filled in a tubular or tower reactor, and the excess aqueous medium is allowed to flow out. .

また、反応に伴ってセルロース性原料が減少した場合にも、余分な水性媒体を除去する方が良い。   Also, when the cellulosic raw material decreases with the reaction, it is better to remove the excess aqueous medium.

セルロース性原料を充填した反応器に、酵素液を一方向から通液することにより、セルロース性原料とセロビオハイドロラーゼを含むセルラーゼが反応し、反応器からセロビオースを含む画分が流出してくる。流出してくる反応液において、セロビオース濃度の高い画分を採取することにより、セロビオースを効率的に製造することができる。得られたセロビオース画分は、公知の方法により精製することによりセロビオースの純度を高めることができる。   Cellulase containing cellobiohydrolase reacts with cellulosic material by flowing the enzyme solution from one direction into the reactor filled with cellulosic material, and the fraction containing cellobiose flows out from the reactor. . Cellobiose can be efficiently produced by collecting a fraction having a high cellobiose concentration in the reaction solution flowing out. The obtained cellobiose fraction can be purified by a known method to increase the purity of cellobiose.

本発明の一実施形態を表すフロー図を図1、図2に示す。   1 and 2 are flowcharts showing one embodiment of the present invention.

図1に示したように、本発明の反応器1は管式あるいは塔式の反応器であり、反応器1内に充填したセルロース性原料3が反応器から漏れないように、管式あるいは塔式反応器の端部にセルロース性原料が通過しない孔径のフィルター2を設けている。   As shown in FIG. 1, the reactor 1 of the present invention is a tubular or column type reactor, and the cellulosic raw material 3 packed in the reactor 1 is tubed or towered so as not to leak from the reactor. A filter 2 having a pore size through which cellulosic raw materials do not pass is provided at the end of the reactor.

セルロース性原料3が充填された管式あるいは塔式反応器1にセロビオハイドロラーゼを含むセルラーゼの酵素液を一方向に通液させることにより、セルロース原料と酵素液を接触させ反応させる。反応液は管式あるいは塔式反応器1から流出してくる。   The cellulosic material and the enzyme solution are brought into contact with each other by causing the cellulase enzyme solution containing cellobiohydrolase to flow through the tube-type or tower reactor 1 filled with the cellulosic material 3 in one direction. The reaction liquid flows out from the tubular or tower reactor 1.

本発明を実施するために、水性媒体をセルロース性原料3の隙間に充填させるための流路を設け、バルブ5の切り替えにより、水性媒体を通液させてもよい。また、塔式あるいは管式反応器1に、酵素液や水性媒体を供給するためのポンプ4を設けてもよい。   In order to carry out the present invention, a flow path for filling the gap between the cellulosic raw materials 3 with an aqueous medium may be provided, and the aqueous medium may be passed by switching the valve 5. Further, a pump 4 for supplying an enzyme solution or an aqueous medium may be provided in the tower-type or tube-type reactor 1.

また、その他の実施形態として、図2に示したように、反応器1は直列につなぐことが可能であり、反応器1の実質上の長さを増加することができる。さらに、反応器1の途中に排出口を設け、最初に流出してくるβ−グルコシダーゼ画分の排出を早めて除去してもよい。   As another embodiment, as shown in FIG. 2, the reactor 1 can be connected in series, and the substantial length of the reactor 1 can be increased. Furthermore, a discharge port may be provided in the middle of the reactor 1, and the discharge of the β-glucosidase fraction that flows out first may be removed early.

反応器はヒーター等の温度保持機構を有するものが好ましいが、通液する液相の温度を熱交換機などを使って保持してもよい。   The reactor preferably has a temperature holding mechanism such as a heater, but the temperature of the liquid phase to be passed may be held using a heat exchanger or the like.

本発明において液相として使用する媒体として水性媒体が挙げられるが、具体的には、水、塩溶液などを使用することができる。しかしながら、水性媒体としては、使用するセルラーゼの至適pH(pH3〜9)を保持できる緩衝液が好ましい。   Examples of the medium used as the liquid phase in the present invention include an aqueous medium. Specifically, water, a salt solution, and the like can be used. However, the aqueous medium is preferably a buffer solution that can maintain the optimum pH (pH 3 to 9) of the cellulase used.

反応器の内部は酵素の活性が十分得られる温度、例えば10〜70℃に調整する。   The inside of the reactor is adjusted to a temperature at which sufficient enzyme activity is obtained, for example, 10 to 70 ° C.

そのような状態で充填されて固定されたセルロース性原料に対し、移動相である水性媒体を一方から通液する。通液方向は、反応容器を縦型で用いる場合は、下降流でも上昇流でもよいが、この時も水性媒体の量がセルロース性原料固形分の量に対して、上記記載の状態が保持されるように通液量と廃液量を調整する必要がある。この時の通液速度は、管式あるいは塔式反応器に対する線流速として、0.1〜35cm/hとし、好ましくは0.5〜20cm/hとする。この通液は、酵素添加開始直後から開始する。   An aqueous medium as a mobile phase is passed from one side to the cellulosic raw material filled and fixed in such a state. When the reaction vessel is used in a vertical type, the liquid flow direction may be a downward flow or an upward flow, but at this time, the amount of the aqueous medium is maintained as described above with respect to the amount of the cellulosic raw material solids. It is necessary to adjust the amount of liquid flow and the amount of waste liquid. The liquid flow rate at this time is 0.1 to 35 cm / h, preferably 0.5 to 20 cm / h, as a linear flow rate with respect to the tubular or column reactor. This liquid flow starts immediately after the start of enzyme addition.

酵素は先に溶液状にした後、上記流速で移動相と一緒に通液しながら添加する。酵素液量は、原料充填体積の10%未満、好ましくは5%未満が望ましい。   The enzyme is first made into a solution and then added while passing through the mobile phase at the above flow rate. The amount of the enzyme solution is less than 10%, preferably less than 5% of the raw material filling volume.

酵素は、反応器に充填されたセルロース性原料と接触し移動しながら、セルロース性原料成分と吸着と脱離を繰り返し、セルロース性原料成分を分解していくが、酵素中のβ−グルコシダーゼは、原料との吸着性が弱いために、先に溶出してくる。その間もセルラーゼはセルロース性原料を分解し、セロビオースを生成している。セロビオースは原料に吸着しないため、β−グルコシダーゼの溶出後に順次溶出されてくる。従って、β−グルコシダーゼ溶出画分とセロビオース画分とは分けて回収する。   While the enzyme contacts and moves with the cellulosic raw material packed in the reactor, it repeatedly adsorbs and desorbs the cellulosic raw material component and decomposes the cellulosic raw material component, but β-glucosidase in the enzyme is It elutes first because of its weak adsorptive properties. In the meantime, cellulase decomposes cellulosic materials to produce cellobiose. Since cellobiose does not adsorb to the raw material, it is eluted sequentially after the elution of β-glucosidase. Therefore, the β-glucosidase elution fraction and the cellobiose fraction are collected separately.

反応器中のセルラーゼは分解反応を続けながら、溶出されてくる。これは、さらに新しい反応器へ通液し、連続的に分解を行うことができる。また、同一の反応器へ戻すこともできる。一度、β−グルコシダーゼを除去してあるのでグルコースの生成は抑制される。   Cellulase in the reactor is eluted while continuing the decomposition reaction. This can be passed through a new reactor and continuously decomposed. It can also be returned to the same reactor. Since β-glucosidase has been removed once, the production of glucose is suppressed.

この発明の重要な点は、常に酵素液を流動させておくことにある。流動させることで、セロビオースによるセルラーゼの反応阻害を防止することができ、酵素の反応効率を高めることが可能であり、酵素の使用量を従来のタンク式反応に比べて、大幅に減らすことができる。   The important point of the present invention is to keep the enzyme solution flowing at all times. By making it flow, cellulase reaction inhibition by cellobiose can be prevented, the enzyme reaction efficiency can be increased, and the amount of enzyme used can be greatly reduced compared to conventional tank-type reactions. .

最初に流出する溶液からβ−グルコシダーゼを含む画分を分離除去することにより、得られたセロビオース画分には、β−グルコシダーゼが除去されたセルラーゼが混入してくる。従って、これを再利用するためには、限外ろ過等により精製したセルラーゼを濃縮し回収することができるが、セルロース性原料が充填された反応器に、得られたセロビオース画分を通液し、セルラーゼだけを吸着させる方が好ましい。また、β−グルコシダーゼを分離除去した後に得られるセロビオース画分をセルロース性原料が充填された反応器に再度通液し、これを繰り返すことにより、セロビオースに富んだ画分を得ることができる。   By separating and removing the fraction containing β-glucosidase from the first flowing solution, the cellobiose fraction obtained is mixed with cellulase from which β-glucosidase has been removed. Therefore, in order to reuse this, cellulase purified by ultrafiltration or the like can be concentrated and recovered, but the obtained cellobiose fraction is passed through a reactor filled with cellulosic raw materials. It is preferable to adsorb only cellulase. Moreover, the cellobiose fraction obtained after separating and removing β-glucosidase is again passed through a reactor filled with a cellulosic raw material, and by repeating this, a fraction rich in cellobiose can be obtained.

実施例
以下、実施例に従って本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

セルロース粉末であるアビセル(商品名、旭化成(株)製)5gを50mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH5)に懸濁させた後、管径16mm、長さ10cmのクロマトグラフィー用ガラスカラムに充填し、アダプターを使って余分な水性媒体を除去した。カラムの出口と入り口は孔径10マイクロメーターのメッシュフィルターを使用し、アビセルが流出しないようにした。温度を50℃に調製し、50mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH5)を線速5cm/hで通液した。酵素は、トリコデルマ属起源の市販セルラーゼ製剤、メイセラーゼ(明治製菓)0.02gを1mlの50mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH5)に溶解させ、インジェクションバルブから添加し、その後も線速5cm/hで50mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH5)を通液した。反応開始から5時間は、β−グルコシダーゼ溶出画分として別にし、その後のセロビオース画分は繰り返しもどし通液を行い、100時間反応させた。   Cellulose powder Avicel (trade name, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) 5 g was suspended in 50 mM sodium acetate buffer (pH 5), and then packed into a chromatography glass column having a tube diameter of 16 mm and a length of 10 cm. Was used to remove excess aqueous medium. A mesh filter with a pore size of 10 micrometers was used at the outlet and inlet of the column to prevent Avicel from flowing out. The temperature was adjusted to 50 ° C., and 50 mM sodium acetate buffer (pH 5) was passed at a linear velocity of 5 cm / h. As for the enzyme, 0.02 g of commercially available cellulase preparation derived from Trichoderma genus, Mecelase (Meiji Seika) was dissolved in 1 ml of 50 mM sodium acetate buffer (pH 5), added from an injection valve, and then 50 mM acetic acid at a linear speed of 5 cm / h Sodium buffer (pH 5) was passed through. Five hours after the start of the reaction was separated as a fraction eluted with β-glucosidase, and the subsequent cellobiose fraction was repeatedly returned and allowed to react for 100 hours.

溶出された液の糖組成は高速液体クロマトグラフィーを用い、ピーク面積から求めた。使用したカラムは、昭和電工製KS−802、溶離液は水、検出は示差屈折で行った。   The sugar composition of the eluted liquid was determined from the peak area using high performance liquid chromatography. The column used was KS-802 manufactured by Showa Denko, the eluent was water, and the detection was performed by differential refraction.

対照としてビーカーに5gのアビセルを100mlの50mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH5)に懸濁させ、メイセラーゼ0.02gを加えて、50℃、100時間反応させた。   As a control, 5 g of Avicel was suspended in 100 ml of 50 mM sodium acetate buffer (pH 5) in a beaker, and 0.02 g of mecerase was added and reacted at 50 ° C. for 100 hours.

その結果を下表に示す。   The results are shown in the table below.

Figure 2006034206
Figure 2006034206

このように、タンク式反応器では、ほとんどセロビオースが得られないのに対して、本発明の管式反応器を使用することによりセロビオース含量が高くなり、かつ収率も向上した。   As described above, almost no cellobiose was obtained in the tank reactor, whereas the cellobiose content was increased and the yield was improved by using the tubular reactor of the present invention.

シラカバ材を185℃、15分間蒸煮し、セルラーゼによる分解が可能になった材料を粒径1mmの粉末にした。この原料700gを50mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH5)に懸濁させた後、管径50mm、長さ100cmのクロマトグラフィー用ガラスカラムに充填し、アダプターを使って余分な水性媒体を除去した。カラムの出口と入り口は孔径50マイクロメーターのメッシュフィルターを使用し、木粉が流出しないようにし、これを2本用意した。温度を50℃に調製し、50mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH5)を線速15cm/hで通液した。酵素は、トリコデルマ属起源の市販セルラーゼ製剤、メイセラーゼ(商品名、明治製菓(株)製)1gを15mlの50mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH5)に溶解させ、インジェクションバルブから1本目のカラム入り口から添加し、その後10時間は、線速15cm/hで50mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH5)を通液した。反応開始から10時間は、β−グルコシダーゼ溶出画分として1本目のカラムの出口から溶出させた。その後2本のカラムを直列につなぎ、溶出液の流速を線速2cm/hにし、100時間反応させた。溶出されたセロビオース画分はそのまま回収した。   The birch material was cooked at 185 ° C. for 15 minutes, and the material that could be decomposed by cellulase was made into a powder having a particle diameter of 1 mm. 700 g of this raw material was suspended in 50 mM sodium acetate buffer (pH 5), and then packed in a chromatography glass column having a tube diameter of 50 mm and a length of 100 cm, and an excess aqueous medium was removed using an adapter. A mesh filter having a pore diameter of 50 micrometers was used at the outlet and inlet of the column to prevent the wood flour from flowing out, and two of these were prepared. The temperature was adjusted to 50 ° C., and 50 mM sodium acetate buffer (pH 5) was passed at a linear velocity of 15 cm / h. As for the enzyme, 1 g of commercially available cellulase preparation derived from Trichoderma genus, Mecellase (trade name, manufactured by Meiji Seika Co., Ltd.) is dissolved in 15 ml of 50 mM sodium acetate buffer (pH 5), and added from the injection column through the first column inlet. Thereafter, for 10 hours, 50 mM sodium acetate buffer (pH 5) was passed at a linear velocity of 15 cm / h. For 10 hours from the start of the reaction, it was eluted from the outlet of the first column as a β-glucosidase elution fraction. Thereafter, two columns were connected in series, and the flow rate of the eluate was set to a linear velocity of 2 cm / h and reacted for 100 hours. The eluted cellobiose fraction was recovered as it was.

溶出された液の糖組成は前記方法で分析した。その結果を表2に示す。   The sugar composition of the eluted liquid was analyzed by the above method. The results are shown in Table 2.

Figure 2006034206
Figure 2006034206

このように、本発明方法によりセロビオースの含有率の高い液を回収することができた。また、最初に溶出するβ−グルコシダーゼ溶出画分を除去することにより、セルラーゼを効率的に精製することができる。   As described above, a liquid having a high cellobiose content could be recovered by the method of the present invention. Moreover, cellulase can be efficiently purified by removing the β-glucosidase elution fraction that elutes first.

本発明のセロビオースの製造方法により、簡略な製造工程により純度の高いセロビオースを安価に得ることができるので、本発明は有用である。   The cellobiose production method of the present invention is useful because the cellobiose having high purity can be obtained at low cost by a simple production process.

また、本発明のβ−グルコシダーゼの分離除去方法により、β−グルコシダーゼの含有量が低いセルラーゼを得ることができるので、本発明は有用である。   Moreover, since the cellulase with low content of β-glucosidase can be obtained by the method for separating and removing β-glucosidase of the present invention, the present invention is useful.

本発明の一実施形態を示すフロー図。The flowchart which shows one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態を示すフロー図。The flowchart which shows one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 反応器
2 フィルター
3 セルロース性原料
4 ポンプ
5 バルブ
6 セルラーゼのもどし配管
1 Reactor 2 Filter 3 Cellulose Raw Material 4 Pump 5 Valve 6 Cellulase Return Pipe

Claims (5)

セルロース性原料を管式あるいは塔式反応器に充填し、セロビオハイドロラーゼを含むセルラーゼ溶液を一方向から連続的に通液させ、セルロース性原料とセルラーゼ溶液を接触させて反応し、流出する溶液からセロビオースを含む画分を得ることを特徴とするセロビオースの製造方法。 A cellulosic raw material is packed into a tube-type or tower-type reactor, a cellulase solution containing cellobiohydrolase is continuously passed from one direction, and the cellulosic raw material and the cellulase solution are brought into contact with each other to react and flow out. A method for producing cellobiose comprising obtaining a fraction containing cellobiose from 前記セルラーゼ溶液を通液させる前、あるいは反応の全期間において、反応器内に充填されたセルロース性原料の隙間のみを液相で置換し、余剰な液相を排除することを特徴とする請求項1に記載のセロビオースの製造方法。 Before the cellulase solution is allowed to flow or during the entire period of the reaction, only the gap between the cellulosic raw materials filled in the reactor is replaced with the liquid phase, and the excess liquid phase is eliminated. The method for producing cellobiose according to 1. セルロース性原料を管式あるいは塔式反応器に充填し、セロビオハイドロラーゼを含みかつ不純物としてβ−グルコシダーゼを含むセルラーゼ溶液を一方向から連続的に通液させ、β−グルコシダーゼを含む画分を選択的に分離除去することを特徴とする、セルラーゼからのβ−グルコシダーゼの分離除去方法。 A cellulosic raw material is charged into a tube-type or tower-type reactor, and a cellulase solution containing cellobiohydrolase and containing β-glucosidase as an impurity is continuously passed from one direction to obtain a fraction containing β-glucosidase. A method for separating and removing β-glucosidase from cellulase, which comprises selectively separating and removing. 前記方式によりβ−グルコシダーゼを除去した反応液をくりかえし管式あるいは塔式反応器に通液することを特徴とする請求項1に記載のセロビオースの製造方法。 The method for producing cellobiose according to claim 1, wherein the reaction solution from which β-glucosidase has been removed by the above method is repeatedly passed through a tube-type or tower-type reactor. β−グコシダーゼが除去されたセロビオハイドラーゼを含むセルラーゼ溶液とセロビオースの混合液を、セルロース性原料が充填された管式あるいは塔式反応器に通液し、酵素成分のみを反応器に吸着させ、セロビオースのみを溶出させることを特徴とするセルラーゼの回収方法。 a mixture of cellulase solution and cellobiose containing cellobiohydrolases of β- grayed Le Koshidaze has been removed, was passed through a tubular cellulosic feedstock has been filled or tower reactor, only enzyme component to the reactor A method for recovering cellulase, which comprises adsorbing and eluting only cellobiose.
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