JP2011000071A - Method for treating biomass raw material, method for producing sugar, method for producing ethanol and method for producing lactic acid - Google Patents

Method for treating biomass raw material, method for producing sugar, method for producing ethanol and method for producing lactic acid Download PDF

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Masahiro Samejima
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a sugar, method for producing ethanol and method for producing lactic acid, capable of performing enzymatic saccharification efficiently and therefore capable of improving the production efficiency of the sugar, production efficiency of the ethanol and production efficiency of the lactic acid, and a method for treating a biomass raw material used for the method for producing a sugar, the method for producing ethanol and the method for producing lactic acid.SOLUTION: This method for treating the biomass raw material is characterized by comprising (a) a process of obtaining a modified biomass raw material by treating the biomass raw material with a treating agent containing ammonia, and (b) a process of enzymatically saccharifying the modified biomass raw material with Cellobiohydrolase II (Cel6A).

Description

本発明は、バイオマス原料の処理方法、並びに糖の製造方法、エタノールの製造方法、及び乳酸の製造方法に関する。   The present invention relates to a biomass raw material treatment method, a sugar production method, an ethanol production method, and a lactic acid production method.

近年、地球温暖化対策の一環で、化石燃料の代替燃料として、植物資源から生産されるバイオエタノールが着目されてきている。   In recent years, bioethanol produced from plant resources has attracted attention as a substitute for fossil fuels as part of measures to combat global warming.

従来、バイオエタノールの原料としては、主にサトウキビなどの糖質や、穀物などのデンプン質が用いられていたが、これらの原料は、食物や飼料としても利用可能なものが多いため、各原料を用いたバイオエタノールの生産量を増加させると、食料や飼料の供給に影響を及ぼすことが懸念される。   Conventionally, sugars such as sugar cane and starches such as cereals were mainly used as raw materials for bioethanol, but these raw materials are often used as food and feed. Increasing the production volume of bioethanol using corn is likely to affect the supply of food and feed.

一方、樹木や草、廃棄物などは、食料生産と競合しないため、エネルギー利用に有用なバイオマス原料である。
植物に由来するセルロース系バイオマスは、セルロース、ヘミセルロース、及びリグニンを主成分として含む。前記セルロースは、グルコースがβ−1,4−グルコシド結合して直鎖状に形成されている繊維状の多糖類であり、植物の細胞壁を構成する主要な成分である。前記ヘミセルロースは、前記セルロースと共に植物の細胞壁などを構成する多糖類である。前記リグニンは、ヒドロキシフェニルプロパンを基本単位として重合した高分子物質である。これらの中でも、前記セルロースは、地球上で最も存在量の多い天然高分子である。
そこで、近年、木質バイオマスや草本バイオマスなどのセルロースを含む原料を糖化し、各種燃料や化学原料として利用しようとする試みが広く行われている。
On the other hand, trees, grasses, wastes, etc. are biomass raw materials useful for energy use because they do not compete with food production.
Cellulosic biomass derived from plants contains cellulose, hemicellulose, and lignin as main components. The cellulose is a fibrous polysaccharide in which glucose is formed in a straight chain by β-1,4-glucoside bonding, and is a main component constituting a cell wall of a plant. The said hemicellulose is a polysaccharide which comprises the cell wall etc. of a plant with the said cellulose. The lignin is a polymer material polymerized using hydroxyphenylpropane as a basic unit. Among these, the cellulose is a natural polymer having the largest abundance on the earth.
Therefore, in recent years, attempts have been widely made to saccharify raw materials containing cellulose such as woody biomass and herbaceous biomass and use them as various fuels and chemical raw materials.

バイオマス原料からのエタノールの製造は、例えば、収集したバイオマス原料を糖化工程において糖に分解した後、発酵工程において酵母などの微生物を用いてエタノールに変換することにより行うことができる。
セルロース系バイオマスから糖を抽出するための糖化工程は、植物体内に高分子で存在しているセルロースと、ヘミセルロースとを可溶化すると同時に、グルコースなどの単糖類に分解する必要がある。糖化方法としては、従来、濃硫酸や濃塩酸などの強酸を用いて行われることが多かったが、環境負荷低減の観点から、これらの強酸の使用は避けることが望まれている。
Production of ethanol from biomass raw material can be performed, for example, by decomposing the collected biomass raw material into sugar in the saccharification step and then converting it into ethanol using a microorganism such as yeast in the fermentation step.
In the saccharification step for extracting sugar from cellulosic biomass, it is necessary to solubilize cellulose and hemicellulose present in a macromolecule in the plant body and simultaneously decompose them into monosaccharides such as glucose. Conventionally, as a saccharification method, a strong acid such as concentrated sulfuric acid or concentrated hydrochloric acid has been often used, but it is desired to avoid the use of these strong acids from the viewpoint of reducing environmental burden.

そこで、近年、濃硫酸や濃塩酸などの強酸による糖化に代わる手段として酵素を用いたバイオマス原料の糖化が広く研究されている。
酵素による糖化は、環境負荷低減、生成物の選択性、及び反応条件の穏和さの観点から望ましい手段であるが、セルロース系バイオマスの糖化に用いられる酵素は、既に実用化されているデンプンの酵素糖化に必要なアミラーゼ添加量と比較して、セルロースを糖化するために必要なセルラーゼの添加量が著しく多いことから、糖変換コストの増大が問題となっている。
Thus, in recent years, saccharification of biomass raw materials using enzymes has been widely studied as a means to replace saccharification with strong acids such as concentrated sulfuric acid and concentrated hydrochloric acid.
Enzymatic saccharification is a desirable means from the viewpoints of reducing environmental burden, selectivity of products, and mild reaction conditions, but the enzyme used for saccharification of cellulosic biomass has already been put to practical use. Compared with the amylase addition amount required for saccharification, since the addition amount of cellulase required for saccharifying cellulose is remarkably large, the increase in sugar conversion cost is a problem.

また、この酵素糖化のためには、酵素を作用させ易くする目的から、予めバイオマス原料に対して前処理を行うことが必要となる。このバイオマス原料の前処理方法として様々な方法が知られているが、これらの中でも、希硫酸、加圧熱水などによる蒸煮処理などが一般的である(特許文献1〜4参照)。しかしながら、前述したように硫酸の使用は好ましくない。また、バイオマス原料にこれらの前処理を行い、得られた処理物を酵素糖化に供する場合では、所望の程度の酵素糖化効率を得るためには該前処理を多段で行う必要があることや、200℃以上の高温にしなければならないことなどの点で問題である。
バイオマス原料を物理的手段により微細に粉砕することにより、化学的、生物化学的反応性が向上することも知られているが、粉砕のみにより充分な酵素糖化効率を得ようとすると、粉砕工程に多大なエネルギーを要し、経済合理性を失うおそれがある点で問題である。
更に、バイオマス原料をアンモニアあるいは有機アミンを用いて前処理することにより、その化学的、生物化学的反応性が向上することが知られている(特許文献5参照)が、前記前処理されたバイオマスであっても、その酵素糖化効率は未だ充分とはいえない点で問題である。
In addition, for this enzymatic saccharification, it is necessary to pretreat the biomass raw material in advance for the purpose of facilitating the action of the enzyme. Various methods are known as pretreatment methods for this biomass raw material. Among these, steaming treatment with dilute sulfuric acid, pressurized hot water, etc. are common (see Patent Documents 1 to 4). However, as described above, the use of sulfuric acid is not preferable. Further, when these pretreatments are performed on the biomass raw material and the obtained processed product is subjected to enzymatic saccharification, it is necessary to perform the pretreatment in multiple stages in order to obtain a desired degree of enzymatic saccharification efficiency, This is a problem in that the temperature must be higher than 200 ° C.
It is also known that chemical and biochemical reactivity can be improved by finely pulverizing biomass raw materials by physical means. However, if sufficient enzymatic saccharification efficiency is obtained by pulverization alone, This is a problem in that it requires a lot of energy and may lose economic rationality.
Furthermore, it is known that the chemical and biochemical reactivity of the biomass raw material is improved by pretreatment with ammonia or organic amine (see Patent Document 5). However, the enzyme saccharification efficiency is a problem in that it is not yet sufficient.

したがって、より酵素糖化効率を高めることのできる酵素糖化技術の開発、及び前記酵素糖化に適したバイオマス原料の前処理技術の開発が、未だ望まれているのが現状である。   Accordingly, the development of an enzyme saccharification technique that can further increase the enzyme saccharification efficiency and the development of a biomass raw material pretreatment technique suitable for the enzyme saccharification are still desired.

特開2006−075007号公報JP 2006-075007 A 特開2004−121055号公報JP 2004-121055 A 特開2002−541355号公報JP 2002-541355 A 特開2002−159954号公報JP 2002-159954 A 欧州特許公開第77287号公報European Patent Publication No. 77287

本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、酵素糖化を効率的に行うことができ、そのため、糖の生産効率、エタノールの生産効率、及び乳酸の生産効率を向上させることが可能な、糖の製造方法、エタノールの製造方法、及び乳酸の製造方法、並びに前記糖の製造方法、エタノールの製造方法、及び乳酸の製造方法に用いられるバイオマス原料の処理方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the conventional problems and achieve the following objects. That is, the present invention can efficiently carry out enzymatic saccharification, and therefore can improve sugar production efficiency, ethanol production efficiency, and lactic acid production efficiency. It is an object of the present invention to provide a method, a method for producing lactic acid, and a method for treating a biomass raw material used in the method for producing sugar, the method for producing ethanol, and the method for producing lactic acid.

前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、以下のような知見を得た。即ち、天然型セルロースであるセルロースI型を含むバイオマス原料を、アンモニアを含む処理剤で処理することにより得られる改質バイオマス原料を、セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)を用いて酵素糖化することにより酵素糖化を効率的に行うことができ、したがって、糖の生産効率、エタノールの生産効率、及び乳酸の生産効率を格段に向上させることができるという知見である。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have made extensive studies and as a result, obtained the following findings. That is, an enzyme is obtained by enzymatic saccharification of a modified biomass raw material obtained by treating a biomass raw material containing cellulose type I, which is natural type cellulose, with a treatment agent containing ammonia using cellobiohydrolase II (Cel6A). This is a finding that saccharification can be efficiently performed, and therefore, sugar production efficiency, ethanol production efficiency, and lactic acid production efficiency can be significantly improved.

なお、本発明者らは以前に、天然型セルロースであるセルロースI型よりも低い結晶密度を有するセルロース(例えばセルロースIII型)を酵素糖化の対象物として用いることにより、酵素糖化を効率的に行うことができること、及びセルロースI型を含むバイオマス原料を、アンモニア、特に超臨界アンモニアで処理することにより、セルロースIII型を含む酵素糖化用セルロースを効率的に得ることができることを特許出願している(特開2008−161125号公報参照。)。 In addition, the present inventors previously used enzymatic saccharification efficiently by using cellulose having a crystal density lower than that of natural cellulose (type I cellulose) as an object of enzymatic saccharification. Patent application filed that it can be carried out, and that a biomass raw material containing cellulose type I can be treated with ammonia, particularly supercritical ammonia, to efficiently obtain cellulose for enzymatic saccharification containing cellulose III type I (See JP 2008-161125 A).

バイオマス原料を、アンモニアを含む処理剤で処理した後に、セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)を用いて酵素糖化することにより、バイオマス原料の酵素糖化効率を格段に向上させることができることは、従来知られておらず、本発明者らによる新たな知見である。   It is conventionally known that the enzymatic saccharification efficiency of a biomass raw material can be remarkably improved by treating the biomass raw material with a treatment agent containing ammonia and then performing enzymatic saccharification using cellobiohydrolase II (Cel6A). This is a new finding by the present inventors.

本発明は、本発明者らによる前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
<1> (a)バイオマス原料を、アンモニアを含む処理剤で処理することにより、改質バイオマス原料を得る工程、(b)該改質バイオマス原料を、セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)で酵素糖化する工程、を含むことを特徴とするバイオマス原料の処理方法である。
<2> バイオマス原料が、セルロースI型を含む前記<1>に記載のバイオマス原料の処理方法である。
<3> バイオマス原料が、木質バイオマスである前記<1>から<2>のいずれかに記載のバイオマス原料の処理方法である。
<4> 工程(a)が、超臨界アンモニア流体で処理することを含む前記<1>から<3>のいずれかに記載のバイオマス原料の処理方法である。
<5> 改質バイオマス原料とセロビオヒドロラーゼII(Cel6A)とが加水分解反応を行う表面密度が0.9以下のとき、該セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)1分子あたりの加水分解速度が1分間に5回以上である前記<1>から<4>のいずれかに記載のバイオマス原料の処理方法である。
<6> 前記<1>から<5>のいずれかに記載のバイオマス原料の処理方法により糖を得ることを特徴とする糖の製造方法である。
<7> 前記<6>に記載の糖の製造方法により得られた糖を発酵させてエタノールを得ることを特徴とするエタノールの製造方法である。
<8> 前記<6>に記載の糖の製造方法により得られた糖を発酵させて乳酸を得ることを特徴とする乳酸の製造方法である。
The present invention is based on the above findings by the present inventors, and means for solving the above problems are as follows. That is,
<1> (a) A step of obtaining a modified biomass material by treating the biomass material with a treatment agent containing ammonia, (b) enzymatic saccharification of the modified biomass material with cellobiohydrolase II (Cel6A) A process for treating a biomass raw material.
<2> The biomass raw material treatment method according to <1>, wherein the biomass raw material includes cellulose type I.
<3> The biomass raw material treatment method according to any one of <1> to <2>, wherein the biomass raw material is woody biomass.
<4> The method for treating a biomass raw material according to any one of <1> to <3>, wherein the step (a) includes treatment with a supercritical ammonia fluid.
<5> When the surface density at which the modified biomass material and cellobiohydrolase II (Cel6A) undergo a hydrolysis reaction is 0.9 or less, the hydrolysis rate per molecule of cellobiohydrolase II (Cel6A) is 1 minute. The method for treating a biomass raw material according to any one of <1> to <4>, wherein the treatment is performed 5 times or more.
<6> A method for producing sugar, characterized in that sugar is obtained by the method for treating a biomass raw material according to any one of <1> to <5>.
<7> A method for producing ethanol, wherein the sugar obtained by the method for producing sugar according to <6> is fermented to obtain ethanol.
<8> A method for producing lactic acid, wherein the saccharide obtained by the method for producing saccharide according to <6> is fermented to obtain lactic acid.

本発明によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、酵素糖化を効率的に行うことができ、そのため、糖の生産効率、エタノールの生産効率、及び乳酸の生産効率を向上させることが可能な、糖の製造方法、エタノールの製造方法、及び乳酸の製造方法、並びに前記糖の製造方法、エタノールの製造方法、及び乳酸の製造方法に用いられるバイオマス原料の処理方法を提供することができる。   According to the present invention, the conventional problems can be solved, the object can be achieved, and enzymatic saccharification can be efficiently performed. Therefore, sugar production efficiency, ethanol production efficiency, and lactic acid production Processing of sugar raw material, ethanol manufacturing method, lactic acid manufacturing method, and biomass raw material used in the sugar manufacturing method, ethanol manufacturing method, and lactic acid manufacturing method capable of improving production efficiency A method can be provided.

図1は、PcCel6Aと、セルロースIIIとの反応液中のセロビオース濃度の経時変化を示した図である。Figure 1 is a diagram showing a PcCel6A, the time course of cellobiose concentration in the reaction solution with a cellulose III I. 図2は、TrCel7Aと、セルロースIIIとの反応液中のセロビオース濃度の経時変化を示した図である。FIG. 2 is a graph showing the change over time of the cellobiose concentration in the reaction solution of TrCel7A and cellulose III I. 図3は、PcCel6A−セルロースIIIの加水分解、TrCel7A−セルロースIIIの加水分解、PcCel6A−セルロースIαの加水分解、及びTrCel7A−セルロースIαの加水分解における、それぞれの反応液中のセロビオース生成量と、反応表面密度との関係を示した図である。3, PcCel6A- hydrolysis of cellulose III I, TrCel7A- hydrolysis of cellulose III I, PcCel6A- hydrolysis of cellulose I alpha, and TrCel7A- in the hydrolysis of cellulose I alpha, cellobiose each reaction solution generated It is the figure which showed the relationship between quantity and reaction surface density. 図4は、PcCel6A−セルロースIIIの加水分解、TrCel7A−セルロースIIIの加水分解、PcCel6A−セルロースIαの加水分解、及びTrCel7A−セルロースIαの加水分解における、それぞれの吸着酵素1分子あたりの加水分解速度と、反応表面密度との関係を示した図である。FIG. 4 shows the results of hydrolysis of PcCel6A-cellulose III I , hydrolysis of TrCel7A-cellulose III I , hydrolysis of PcCel6A-cellulose I α , and hydrolysis of TrCel7A-cellulose I α per molecule of each adsorbing enzyme. It is the figure which showed the relationship between a hydrolysis rate and the reaction surface density. 図5は、PcCel6A−セルロースIIIの加水分解反応、TrCel7A−セルロースIIIの加水分解反応、PcCel6A−セルロースIαの加水分解反応、TrCel7A−セルロースIαの加水分解反応における、加水分解反応中のそれぞれのセルロースに吸着したPcCel6A量又はTrCel7A量を示した図である。5, PcCel6A- hydrolysis reaction of cellulose III I, TrCel7A- hydrolysis reaction of cellulose III I, PcCel6A- hydrolysis reaction of cellulose I alpha, a TrCel7A- cellulose I alpha in the hydrolysis reaction, in the hydrolysis reaction It is the figure which showed the amount of PcCel6A or TrCel7A which adsorb | sucked to each cellulose. 図6は、TrCel7A−セルロースIαの加水分解反応、PcCel6A−セルロースIIIの加水分解反応、TrCel7A−セルロースIIIの加水分解反応、及びPcCel6A+PcCel45A−セルロースIIIの加水分解反応における、それぞれの反応液中のセロビオース濃度の経時変化を示した図である。6, TrCel7A- hydrolysis reaction of cellulose I α, PcCel6A- hydrolysis reaction of cellulose III I, TrCel7A- hydrolysis reaction of cellulose III I, and PcCel6A + PcCel45A- in the hydrolysis reaction of cellulose III I, each of the reaction solution It is the figure which showed the time-dependent change of the cellobiose density | concentration in it. 図7は、TrCel7A−セルロースIαの加水分解反応、PcCel6A−セルロースIαの加水分解反応、PcCel45A−セルロースIαの加水分解反応、PcCel6A+PcCel45A−セルロースIαの加水分解反応、TrCel7A−セルロースIIIの加水分解反応、PcCel6A−セルロースIIIの加水分解反応、PcCel45A−セルロースIIIの加水分解反応、及びPcCel6A+PcCel45A−セルロースIIIの加水分解反応におけるセロビオース生成速度を示した図である。7, TrCel7A- hydrolysis reaction of cellulose I α, PcCel6A- hydrolysis reaction of cellulose I α, PcCel45A- hydrolysis reaction of cellulose I α, PcCel6A + PcCel45A- cellulose I alpha hydrolysis reaction, the TrCel7A- cellulose III I It is the figure which showed the cellobiose formation rate in the hydrolysis reaction, the hydrolysis reaction of PcCel6A-cellulose III I , the hydrolysis reaction of PcCel45A-cellulose III I , and the hydrolysis reaction of PcCel6A + PcCel45A-cellulose III I.

(バイオマス原料の処理方法)
本発明のバイオマス原料の処理方法は、(a)バイオマス原料を、アンモニアを含む処理剤で処理することにより、改質バイオマス原料を得る工程、(b)該改質バイオマス原料を、セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)で酵素糖化する工程、を含み、必要に応じて、更にその他の処理を含む。
(Biomass raw material processing method)
The method for treating a biomass material according to the present invention includes (a) a step of obtaining a modified biomass material by treating the biomass material with a treatment agent containing ammonia, and (b) treating the modified biomass material with cellobiohydrolase II. A step of enzymatic saccharification with (Cel6A), and if necessary, further processing.

<工程(a)>
前記工程(a)は、バイオマス原料を、アンモニアを含む処理剤で処理することにより、改質バイオマス原料を得る工程である。
<Process (a)>
The step (a) is a step of obtaining a modified biomass material by treating the biomass material with a treatment agent containing ammonia.

−バイオマス原料−
前記バイオマス原料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、セルロースI型を含むバイオマス原料が好ましい。
前記セルロースI型を含むバイオマス原料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、農業や林業などの生産活動に伴う残渣として得られる「廃棄物系バイオマス」や、エネルギーなどを得る目的で意図的に栽培して得られる「資源作物系バイオマス」などを使用することができる。
前記「廃棄物系バイオマス」としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、廃建材、間伐材、稲わら、麦わら、もみ殻、サトウキビバガスなどが挙げられる。
また、前記「資源作物系バイオマス」としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、サトウキビ、トウモロコシなどの食物としても栽培される糖質乃至デンプン系作物、及びセルロース類の利用を目的として栽培されるユーカリ、ポプラ、アカシア、ヤナギ、スギ、スイッチグラス、ネピアグラス、エリアンサス、ミスカンサス、ススキなどが挙げられる。
-Biomass raw material-
There is no restriction | limiting in particular as said biomass raw material, Although it can select suitably according to the objective, The biomass raw material containing a cellulose I type is preferable.
There is no restriction | limiting in particular as a biomass raw material containing the said cellulose I type, According to the objective, it can select suitably. For example, “waste biomass” obtained as a residue from production activities such as agriculture and forestry, or “resource crop biomass” obtained by intentional cultivation for the purpose of obtaining energy, etc. can be used. .
There is no restriction | limiting in particular as said "waste-type biomass", According to the objective, it can select suitably, For example, a waste building material, thinning material, rice straw, straw, rice husk, sugarcane bagasse etc. are mentioned.
The “resource crop-based biomass” is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, sugar or starch-based crops grown as food such as sugar cane and corn, and cellulose Eucalyptus, poplar, acacia, willow, cedar, switchgrass, napiergrass, Elianthus, Miscanthus, Susuki, etc., cultivated for the purpose of the use of fruits.

前記セルロースI型を含むバイオマス原料は、木を原料とした「木質バイオマス」、草を原料とした「草本バイオマス」などにも分類される。本発明においては、木質バイオマス及び草本バイオマス共に使用することができるが、本発明の効果がより顕著に得られるとの観点から、セルロース含有量の多いバイオマスが好ましく使用される。   The biomass material containing cellulose type I is also classified into “woody biomass” using wood as a raw material, “herbaceous biomass” using grass as a raw material, and the like. In the present invention, both woody biomass and herbaceous biomass can be used, but biomass having a high cellulose content is preferably used from the viewpoint that the effects of the present invention can be obtained more remarkably.

前記セルロースI型を含むバイオマス原料としては、前記したような各種バイオマスから精製などを行うことにより得られたセルロースI型そのものであってもよい。
また、前記セルロースI型を含むバイオマス原料は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。なお、天然型セルロースであるセルロースI型は、セルロースIα型とセルロースIβ型とに分類されるが、前記バイオマス原料に含まれるセルロースI型としては、これらのいずれであってもよく、またこれらの両者であってもよい。
The biomass raw material containing cellulose type I may be cellulose type I itself obtained by purification from various types of biomass as described above.
Moreover, the biomass raw material containing the said cellulose I type may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Cellulose I type, which is a natural type cellulose, is classified into cellulose I α type and cellulose I β type, and any of these may be used as the cellulose I type contained in the biomass raw material. Both of these may be used.

前記バイオマス原料の状態としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、収集されたものをそのまま使用してもよく、裁断、粉砕などにより適宜ある程度以下の大きさにしてから使用してもよい。   The state of the biomass raw material is not particularly limited and may be appropriately selected according to the purpose. The collected material may be used as it is, and after being made to be a certain size or less by cutting, pulverizing, or the like. May be used.

−アンモニアを含む処理剤−
前記アンモニアを含む処理剤としては、少なくともアンモニアを含有していれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、必要に応じて、更にその他の化合物を含有する。
-Treatment agent containing ammonia-
The treatment agent containing ammonia is not particularly limited as long as it contains at least ammonia, and can be appropriately selected according to the purpose, and further contains other compounds as necessary.

前記セルロースI型を含むバイオマス原料を、アンモニアを含む処理剤で処理する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記アンモニアを含む処理剤で処理することにより、バイオマス原料中のセルロースI型の少なくとも一部が、より酵素糖化効率の高いセルロースIII型へと変態する。
前記アンモニアとしては、特に制限はなく、目標とする糖化率、消費エネルギーなどを勘案し、それぞれに適した条件での処理を適宜選択することができ、例えば、液相、気相、亜臨界状態、超臨界状態などが挙げられるが、超臨界状態が、前記変態効率を向上する観点から好ましい。
There is no restriction | limiting in particular as a method of processing the biomass raw material containing the said cellulose I type with the processing agent containing ammonia, According to the objective, it can select suitably.
By treating with the treatment agent containing ammonia, at least a part of cellulose type I in the biomass raw material is transformed into cellulose III type I having higher enzymatic saccharification efficiency.
The ammonia is not particularly limited and can be appropriately selected in consideration of the target saccharification rate, energy consumption, and the like, for example, liquid phase, gas phase, subcritical state. The supercritical state is preferable, but the supercritical state is preferable from the viewpoint of improving the transformation efficiency.

−−超臨界アンモニア流体による処理−−
前記超臨界アンモニア流体を用いて処理する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記セルロースI型を含むバイオマス原料と、アンモニアとをオートクレーブなどの反応器内に導入し、前記反応器内を加熱加圧して、アンモニアを超臨界状態にすることにより行うことができる。
-Treatment with supercritical ammonia fluid-
There is no restriction | limiting in particular as a method of processing using the said supercritical ammonia fluid, According to the objective, it can select suitably, For example, reactors, such as a biomass raw material containing the said cellulose I type, and ammonia, such as an autoclave It can introduce | transduce in and can carry out by heating and pressurizing the inside of the said reactor, and making ammonia a supercritical state.

前記処理において、前記セルロースI型を含むバイオマス原料としては、収集されたものをそのまま使用してもよいが、ある程度小さくしてから使用することが、処理に必要なエネルギーを抑えることができる点で望ましい。
前記バイオマス原料のサイズとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、5mm径以下が好ましく、1mm径以下がより好ましく、0.1mm径以下が更に好ましい。前記サイズが5mm径を超えると、処理が不十分となることがある。一方、前記サイズが前記更に好ましい範囲内であると、処理時間が短縮できる、使用するアンモニアの容量を少なくできるなどの点で有利である。
In the treatment, as the biomass raw material containing the cellulose type I, the collected material may be used as it is, but using it after reducing it to some extent can reduce the energy required for the treatment. desirable.
There is no restriction | limiting in particular as a size of the said biomass raw material, Although it can select suitably according to the objective, For example, 5 mm diameter or less is preferable, 1 mm diameter or less is more preferable, 0.1 mm diameter or less is still more preferable. If the size exceeds 5 mm, the treatment may be insufficient. On the other hand, when the size is within the further preferable range, it is advantageous in that the treatment time can be shortened and the volume of ammonia to be used can be reduced.

前記アンモニアを含む処理剤で処理を行う際の、前記アンモニアの使用量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記セルロースI型を含むバイオマス原料1gに対して、10mg〜300gが好ましく、100mg〜150gがより好ましく、1g〜50gが更に好ましい。
前記アンモニアの使用量が、前記セルロースI型を含むバイオマス原料1gに対して10mg未満であると処理が不十分となることがあり、300gを超えると処理の効率が悪くなることがある。一方、その使用量が前記更に好ましい範囲内であると、処理時間が短縮できる、使用する処理剤の量を少なくできるなどの点で有利である。
前記処理温度及び処理圧力としては、特に制限はなく、アンモニアが超臨界状態となる
範囲内で、目的に応じて適宜選択することができるが、0MPa〜12.5MPaが好ましい。
前記アンモニアを含む処理剤で処理を行う処理温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、−35℃〜140℃が好ましい。
There is no restriction | limiting in particular as the usage-amount of the said ammonia at the time of processing with the processing agent containing the said ammonia, Although it can select suitably according to the objective, With respect to 1 g of biomass raw materials containing the said cellulose I type 10 mg to 300 g is preferable, 100 mg to 150 g is more preferable, and 1 g to 50 g is still more preferable.
If the amount of ammonia used is less than 10 mg with respect to 1 g of biomass raw material containing cellulose type I, the treatment may be insufficient, and if it exceeds 300 g, the efficiency of the treatment may deteriorate. On the other hand, when the amount used is in the further preferable range, it is advantageous in that the treatment time can be shortened and the amount of the treatment agent to be used can be reduced.
The treatment temperature and the treatment pressure are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose within a range where ammonia is in a supercritical state, but preferably 0 MPa to 12.5 MPa.
There is no restriction | limiting in particular as processing temperature which processes with the said processing agent containing ammonia, Although it can select suitably according to the objective, -35 to 140 degreeC is preferable.

前記アンモニアを含む処理剤で処理を行う時間としては、特に制限はなく、用いる前記セルロースI型を含むバイオマス原料の量、前記処理圧力、前記処理温度などに応じ、所望の程度のセルロースI型からセルロースIII型への変態が進行する範囲内で適宜選択することができるが、5分間〜10時間が好ましく、10分間〜5時間がより好ましく、30分間〜2時間が更に好ましい。
前記処理時間が、5分間未満であると所望の程度のセルロースI型からセルロースIII型への変態が進行しないことがあり、10時間を超えるとそれ以上セルロースI型からセルロースIII型への変態は進行せず、全体として非効率となることがある。一方、前記処理時間が、前記より好ましい範囲内であると、効率よく、セルロースI型からセルロースIII型への変態を進行させることができる点で有利である。
There is no restriction | limiting in particular as time to process with the processing agent containing the said ammonia, According to the quantity of the biomass raw material containing the said cellulose I type to be used, the said processing pressure, the said processing temperature, etc., from the cellulose I type of a desired grade. Although it can select suitably in the range in which transformation to cellulose III type I advances, 5 minutes-10 hours are preferred, 10 minutes-5 hours are more preferred, and 30 minutes-2 hours are still more preferred.
The processing time, sometimes transformation is less than 5 minutes from the desired degree of cellulose I type cellulose to III type I does not proceed, from more cellulose I type more than 10 hours to cellulose III I Type Transformation does not proceed and may be inefficient as a whole. On the other hand, when the treatment time is within the more preferable range, it is advantageous in that the transformation from cellulose type I to cellulose III type I can be efficiently advanced.

−−その他の化合物−−
前記アンモニアを含む処理剤中のその他の化合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、二酸化炭素、窒素、エチレン、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、トルエン、ベンゼン、フェノール、ジオキサン、キシレン、アセトン、クロロホルム、四塩化炭素、エタノール、メタノール、プロパノール、ブタノールなどが挙げられる。
なお、前記その他の化合物としては、水は使用しないことが好ましい。前記水を使用すると、得られたセルロースIII型が、セルロースI型に戻ってしまう場合がある。
前記その他の化合物の含有量としても、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
-Other compounds-
The other compound in the treatment agent containing ammonia is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, carbon dioxide, nitrogen, ethylene, methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane , Toluene, benzene, phenol, dioxane, xylene, acetone, chloroform, carbon tetrachloride, ethanol, methanol, propanol, butanol and the like.
In addition, it is preferable not to use water as said other compound. With the water, cellulose III type I obtained was, in some cases back to cellulose I type.
There is no restriction | limiting in particular also as content of the said other compound, According to the objective, it can select suitably.

−改質バイオマス原料−
前記改質バイオマス原料は、前記アンモニアを含む処理剤で処理を行うことにより得ることができる。
本願における「改質バイオマス原料」とは、セルロースI型を含むバイオマス原料を、アンモニアを含む処理剤により処理したものを意味するが、バイオマス原料中に含まれるセルロースI型の少なくとも一部がセルロースIII型へと変態したものであることが好ましい。前記セルロースIII型は、前記セルロースI型より結晶密度の低いセルロースである。前記セルロースIII型は、その結晶密度の低さから、酵素が作用し易い点で有利である。
また、前記改質バイオマス原料は、前記処理により前記バイオマス原料に含まれるヘミセルロースが改質され、より酵素が作用し易い状態へと変化しているため、酵素糖化効率を向上させることが可能となる。
-Modified biomass feedstock-
The modified biomass raw material can be obtained by processing with the processing agent containing ammonia.
The “modified biomass raw material” in the present application means a biomass raw material containing cellulose type I treated with a treatment agent containing ammonia. At least a part of cellulose type I contained in the biomass raw material is cellulose III. It is preferably one transformed into type I. The cellulose III type I is cellulose having a lower crystal density than the cellulose type I. Cellulose III type I is advantageous in that the enzyme easily acts because of its low crystal density.
Moreover, since the modified biomass raw material has been modified into a state in which the hemicellulose contained in the biomass raw material is modified by the treatment, and the enzyme is more likely to act, the enzymatic saccharification efficiency can be improved. .

前記改質バイオマス原料中の前記セルロースIII型の割合としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記セルロースIII型が多い程、優れた酵素糖化効率が得られる点で好ましい。
また、前記改質バイオマス原料は、前記セルロースIII型以外にも、例えば、セルロースI型(セルロースIα型、セルロースIβ型)や、その他の成分、例えば、ヘミセルロース、リグニンなどが含まれていてもよい。ただし、酵素糖化の効率向上の観点から、ヘミセルロース、リグニンは含まれない、あるいはその含有量が少ないことが好ましい。
The ratio of the cellulose III type I in the modified biomass raw material is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. However, the more the cellulose III type I , the better the enzymatic saccharification efficiency. This is preferable.
In addition to the cellulose III type I , the modified biomass material includes, for example, cellulose type I (cellulose I α type, cellulose I β type) and other components such as hemicellulose and lignin. May be. However, from the viewpoint of improving the efficiency of enzymatic saccharification, it is preferable that hemicellulose and lignin are not contained or the content thereof is small.

前記改質バイオマス原料において、前記セルロースI型の少なくとも一部が前記セルロースIII型へと変換されたことを確認する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、X線回折、FT−IR、固体NMRなどにより確認することができる。 In the modified biomass raw material, as a method for confirming that at least a part of the cellulose I type is converted to the cellulose III I type, there is no particular limitation, and can be appropriately selected according to the purpose, For example, it can be confirmed by X-ray diffraction, FT-IR, solid NMR or the like.

なお、前記改質バイオマス原料において、セルロースは、その分子構造の間に他の化合物を有していてもよい。例えば、改質バイオマス原料は、前記したように、天然型セルロースであるセルロースI型を含むバイオマス原料を、アンモニアを含む処理剤で処理することにより得ることができるが、その処理工程で生成するセルロースと、アンモニアとの複合体(以下、「セルロース・アンモニア複合体」と称することがある。)の状態であってもよい。しかしながら、前記セルロース・アンモニア複合体は、酵素糖化時におけるpHの調整が困難であり、また、水の作用を受けることによりセルロースI型に戻ってしまう性質を有することなどから、酵素糖化時には、前記セルロース・アンモニア複合体からアンモニアを除去した状態の改質バイオマス原料を使用することが好ましい。   In the modified biomass raw material, cellulose may have other compounds between its molecular structures. For example, as described above, the modified biomass raw material can be obtained by treating a biomass raw material containing cellulose type I, which is a natural type cellulose, with a treatment agent containing ammonia. And a complex of ammonia (hereinafter sometimes referred to as “cellulose / ammonia complex”). However, the cellulose-ammonia complex is difficult to adjust pH during enzymatic saccharification, and has the property of returning to cellulose type I by the action of water. It is preferable to use a modified biomass raw material in which ammonia is removed from the cellulose / ammonia complex.

したがって、前記アンモニアによる処理の後には、前記セルロース・アンモニア複合体から、アンモニアを除去する除去工程を設けることが好ましい。
前記アンモニアの除去方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記アンモニアによる処理後、得られた前記セルロース・アンモニア複合体を含む改質バイオマス原料を、メタノール、エタノール、アセトンなどで洗浄する方法、減圧乾燥する方法、処理剤の沸点以上の温度で乾燥させる方法などが挙げられる。これらの中でも、アンモニアの沸点以上の温度(例えば、常温〜50℃)で、常圧又は減圧下にて乾燥させる方法が、有機溶媒を使用せず、安全性に優れる点で好ましい。
Therefore, it is preferable to provide a removal step for removing ammonia from the cellulose / ammonia complex after the treatment with ammonia.
The method for removing ammonia is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, after the treatment with ammonia, the obtained modified biomass raw material containing the cellulose-ammonia complex is treated with methanol. , Methods of washing with ethanol, acetone, etc., methods of drying under reduced pressure, methods of drying at a temperature equal to or higher than the boiling point of the treating agent, and the like. Among these, a method of drying at normal temperature or reduced pressure at a temperature equal to or higher than the boiling point of ammonia (for example, normal temperature to 50 ° C.) is preferable in terms of safety without using an organic solvent.

<工程(b)>
前記工程(b)は、前記改質バイオマス原料を、セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)で酵素糖化する工程である。
<Step (b)>
The step (b) is a step of enzymatic saccharification of the modified biomass material with cellobiohydrolase II (Cel6A).

−セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)−
前記酵素糖化は、セルラーゼによって行われる。前記セルラーゼとは、セルロースを加水分解する酵素の総称で、大きく分けて、セルロースの末端からセロビオースを遊離するエキソ型のセロビオヒドロラーゼ、結晶セルロースは分解できないが、非結晶セルロース(アモルファスセルロース)鎖をランダムに切断するエンド型のエンドグルカナーゼ、及びセロビオースや短い鎖(セロオリゴ糖)の末端からグルコースを生成するエキソ型のβ−グルコシダーゼの3種が存在し、更にそれぞれに多種類の酵素が存在する。
前記セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)は、前記エキソ型のセロビオヒドロラーゼの一種であり、セルロースを構成するβ−1,4−グルカンのグリコシド結合を加水分解する酵素である。
-Cellobiohydrolase II (Cel6A)-
The enzymatic saccharification is performed by cellulase. Cellulase is a general term for enzymes that hydrolyze cellulose. Broadly speaking, exo-type cellobiohydrolase that liberates cellobiose from the end of cellulose, crystalline cellulose cannot be decomposed, but amorphous cellulose (amorphous cellulose) chains. There are three types of endo-type endoglucanase that cleaves randomly, and exo-type β-glucosidase that produces glucose from the ends of cellobiose and short chains (cello-oligosaccharides), and there are various types of enzymes.
The cellobiohydrolase II (Cel6A) is a kind of the exo-type cellobiohydrolase and is an enzyme that hydrolyzes the glycosidic bond of β-1,4-glucan constituting cellulose.

前記セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)の由来としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、細菌、子嚢菌、担子菌などが挙げられる。
前記細菌としては、前記セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)を産生できれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、セルロモナス フィミ(Cellulomonas fimi)、サーモビフィダ フスカ(Thermobifida fusca)などが挙げられる。
前記子嚢菌としては、前記セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)を産生できれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、トリコデルマ リーセイ(Trichoderma reesei)、トリコデルマ ビリデ(T. viride)フミコーラ インソレンス(Humicola insolens)、フミコーラ グリセア(H. grisea)、ケトミウム サーモフィラム(Chaetomium thermophilum)、タラロマイセス エメルソニー(Talaromyces emersonii)などが挙げられる。
前記担子菌としては、前記セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)を産生できれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、担子菌門 ハラタケ亜門に属する担子菌が好ましく、担子菌門 ハラタケ亜門 ハラタケ綱に属する担子菌がより好ましく、担子菌門 ハラタケ亜門 ハラタケ綱 コウヤクタケ目に属する担子菌が更に好ましく、ファネロケーテ クリソスポリウム(Phanerochaete chrysosporium)が特に好ましい。
The origin of the cellobiohydrolase II (Cel6A) is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include bacteria, ascomycetes and basidiomycetes.
The bacterium is not particularly limited as long as it can produce the cellobiohydrolase II (Cel6A), and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include Cellulomonas fimi and Thermobifida fusca. Can be mentioned.
The child ascomycete, if the cellobiohydrolase II (Cel6A) producing, not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, e.g., Trichoderma reesei (Trichoderma reesei), Trichoderma viride (T. viride) Humicola insolens , Humicola glycea ( H. grisea ), Ketomium thermophilum (Chaetmium thermophilum ), Talaromyces emersonii ( Talaromyces emersonis, etc.)
The basidiomycete is not particularly limited as long as it can produce the cellobiohydrolase II (Cel6A), and can be appropriately selected according to the purpose. However, a basidiomycete belonging to the basidiomycete Aratake mushroom is preferred. More preferably, the basidiomycetes belonging to the genus Agarica are more preferably a basidiomycete belonging to the order Basidiomycetes Agarica haratake. More particularly, the basidiomycetes belonging to the order Amanita mushroom are preferred, and Phanerochate chrysosporium is particularly preferred.

前記セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)を入手する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記担子菌を培養し、NCBIなどのデータベースより入手した前記セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)の遺伝子配列を用いてクローニングすることにより、セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)の組換体タンパク質を得る方法が好ましい。また、市販品を用いることもできる。   The method for obtaining the cellobiohydrolase II (Cel6A) is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. The cellobiohydrolase obtained by culturing the basidiomycete and obtaining it from a database such as NCBI. A method of obtaining a recombinant protein of cellobiohydrolase II (Cel6A) by cloning using the gene sequence of II (Cel6A) is preferred. Commercial products can also be used.

前記担子菌の培養の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、寒天培地を用いた固体培養方法、液体培地を用いた液体培養方法などが挙げられる。これらの中でも、液体培養方法が、セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)を多く製造できる点で好ましい。
前記液体培地としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、セルロースを含有するKremer and Wood培地(Kremer, S. M., and P. M. Wood., 1992, Evidence that cellobiose oxidase from Phanerochaete chrysosporium is primarily an Fe(III) reductase. Kinetic comparison with neutrophil NADPH oxidase and yeast flavocytochrome b., Eur. J. Biochem., 205:133−138.)などが挙げられる。
The method for culturing the basidiomycete is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a solid culture method using an agar medium and a liquid culture method using a liquid medium. Among these, the liquid culture method is preferable in that a large amount of cellobiohydrolase II (Cel6A) can be produced.
The liquid medium is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, Kremer and Wood medium containing cellulose (Kremer, S. M., and P. M. Wood., 1992, ... Evidence that cellobiose oxidase from Phanerochaete chrysosporium is primarily an Fe (III) reductase Kinetic comparison with neutrophil NADPH oxidase and yeast flavocytochrome b 2, Eur J. Biochem, 205:.. 133-138) , and the like.

前記培養の温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、20℃〜45℃が好ましく、30℃〜40℃がより好ましく、37℃が更に好ましい。前記培養の温度が20℃未満であると、担子菌の生育が遅くなることがあり、45℃を超えると担子菌が成育しないことがある。一方、前記培養の温度が前記更に好ましい範囲であると、セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)を効率よく製造できる点で有利である。   There is no restriction | limiting in particular as temperature of the said culture | cultivation, Although it can select suitably according to the objective, 20 to 45 degreeC is preferable, 30 to 40 degreeC is more preferable, and 37 degreeC is still more preferable. If the culture temperature is less than 20 ° C, the growth of basidiomycetes may be slow, and if it exceeds 45 ° C, the basidiomycetes may not grow. On the other hand, when the culture temperature is within the further preferable range, it is advantageous in that cellobiohydrolase II (Cel6A) can be efficiently produced.

前記培養の日数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1日〜30日が好ましく、2日〜14日がより好ましく、3日〜7日が更に好ましい。前記培養の日数が1日未満であると、担子菌数が少なく、セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)の製造量が少ないことがあり、30日を超えると、死菌となる担子菌数が多くなったり、製造されたセロビオヒドロラーゼII(Cel6A)が分解されてしまうことがある。一方、前記培養の日数が前記更に好ましい範囲であると、セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)を効率よく製造できる点で有利である。   There is no restriction | limiting in particular as the number of days of the said culture | cultivation, Although it can select suitably according to the objective, 1 to 30 days are preferable, 2 to 14 days are more preferable, and 3 to 7 days are still more preferable. When the number of days of the culture is less than one day, the number of basidiomycetes is small and the production amount of cellobiohydrolase II (Cel6A) may be small. When the number of days exceeds 30 days, the number of basidiomycetes that become dead bacteria increases. Alternatively, the produced cellobiohydrolase II (Cel6A) may be decomposed. On the other hand, when the number of days of the culture is within the further preferable range, it is advantageous in that cellobiohydrolase II (Cel6A) can be efficiently produced.

−−酵素糖化−−
前記酵素糖化の際の前記セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)の使用量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、改質バイオマス原料1gに対して、1mg〜1,000mgが好ましく、2mg〜500mgがより好ましく、5mg〜200mgが更に好ましい。前記酵素の使用量が、前記酵素糖化用原料1gに対して1mg未満であると酵素糖化が不十分となることがあり、1,000mgを超えると酵素使用量が増大し効率が悪くなる。一方、前記酵素の使用量が、前記更に好ましい範囲内であると酵素添加量に対して得られる糖の量が多い点で有利である。
--Enzymatic saccharification--
There is no restriction | limiting in particular as the usage-amount of the said cellobiohydrolase II (Cel6A) in the case of the said enzyme saccharification, Although it can select suitably according to the objective, For example, 1 mg-with respect to 1g of modified biomass raw materials. 1,000 mg is preferable, 2 mg to 500 mg is more preferable, and 5 mg to 200 mg is still more preferable. If the amount of the enzyme used is less than 1 mg with respect to 1 g of the enzyme saccharification raw material, enzyme saccharification may be insufficient, and if it exceeds 1,000 mg, the amount of enzyme used increases and the efficiency deteriorates. On the other hand, when the amount of the enzyme used is within the more preferable range, it is advantageous in that the amount of sugar obtained is larger than the amount of enzyme added.

前記酵素糖化の際の温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、10℃〜70℃が好ましく、20℃〜60℃がより好ましく、30℃〜50℃が更に好ましい。前記温度が、10℃未満であると酵素糖化が十分に進行しないことがあり、70℃を超えると酵素が失活することがある。一方、前記温度が、前記更に好ましい範囲内であると酵素添加量に対して得られる糖の量が多い点で有利である。   There is no restriction | limiting in particular as temperature in the case of the said enzyme saccharification, Although it can select suitably according to the objective, For example, 10 to 70 degreeC is preferable, 20 to 60 degreeC is more preferable, 30 to 50 degreeC. More preferred is ° C. If the temperature is less than 10 ° C, enzyme saccharification may not proceed sufficiently, and if it exceeds 70 ° C, the enzyme may be deactivated. On the other hand, it is advantageous that the amount of sugar obtained relative to the amount of enzyme added is large when the temperature is within the further preferable range.

前記酵素糖化の際のpHとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、2〜8が好ましく、3〜7がより好ましく、4〜6が更に好ましい。前記pHが、2未満又は8を超えると酵素が失活することがある。一方、前記pHが、前記更に好ましい範囲内であると酵素添加量に対して得られる糖の量が多い点で有利である。   There is no restriction | limiting in particular as pH in the case of the said enzyme saccharification, Although it can select suitably according to the objective, For example, 2-8 are preferable, 3-7 are more preferable, and 4-6 are still more preferable. If the pH is less than 2 or exceeds 8, the enzyme may be deactivated. On the other hand, when the pH is within the more preferable range, it is advantageous in that a large amount of sugar is obtained relative to the amount of enzyme added.

なお、前記酵素の加水分解速度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記改質バイオマス原料と、前記セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)とが加水分解反応を行う表面密度が0.9以下のとき、該セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)1分子あたりの加水分解速度が1分間に5回以上であることが好ましい。   In addition, there is no restriction | limiting in particular as a hydrolysis rate of the said enzyme, Although it can select suitably according to the objective, The said modified biomass raw material and the said cellobiohydrolase II (Cel6A) perform a hydrolysis reaction. When the surface density is 0.9 or less, the hydrolysis rate per cellobiohydrolase II (Cel6A) molecule is preferably 5 times or more per minute.

<その他の工程>
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記バイオマス原料を裁断、粉砕する工程、前記改質バイオマス原料を粉砕する工程などが挙げられる。
<Other processes>
There is no restriction | limiting in particular as said other process, According to the objective, it can select suitably, For example, the process of cutting and grind | pulverizing the said biomass raw material, the process of grind | pulverizing the said modified biomass raw material, etc. are mentioned.

−バイオマス原料を裁断、粉砕する工程−
前記アンモニアを含む処理剤による処理において、前記セルロースI型を含むバイオマス原料が、予め裁断、粉砕されていると、アンモニアを含む処理剤による処理が効率的に進行する点で好ましい。また、後述する改質バイオマス原料の粉砕の際に、より微細な、酵素糖化効率に優れる微粉末状の改質バイオマス原料を効率的に得ることができる点でも好ましい。
前記裁断、粉砕に用いる機器としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ウィレーミル、カッターミル、ハンマーミル、ピンミルなどが挙げられる。
-Cutting and crushing biomass raw materials-
In the treatment with the treatment agent containing ammonia, it is preferable that the biomass raw material containing cellulose type I is preliminarily cut and pulverized in that the treatment with the treatment agent containing ammonia proceeds efficiently. Further, it is also preferable in that a finer powdery reformed biomass material excellent in enzymatic saccharification efficiency can be efficiently obtained when pulverizing the modified biomass material described later.
There is no restriction | limiting in particular as an apparatus used for the said cutting and grinding | pulverization, According to the objective, it can select suitably, For example, a Willet mill, a cutter mill, a hammer mill, a pin mill etc. are mentioned.

−改質バイオマス原料を粉砕する工程−
前記工程(b)において、改質バイオマス原料が予め粉砕されていると、より酵素糖化効率を向上させることができる点で有好ましい。
前記改質バイオマス原料の粉砕を行う方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、平臼、遊星型ボールミル、振動ボールミル、ビーズミル、ジェットミルなどの粉砕機を用いて行うことができる。これらの中でも、前記粉砕機としては、微細な、酵素糖化効率に優れる微粉末状の酵素糖化用原料を、比較的低エネルギーにて得ることができる点で、平臼が好ましい。
前記粉砕を行う条件としては、特に限定されず、粉砕機の種類、改質バイオマス原料の種類、得ようとする粉砕物の平均粒径などによって適宜選択することができる。
-Process of crushing modified biomass raw material-
In the step (b), it is preferable that the modified biomass raw material is pulverized in advance because the enzyme saccharification efficiency can be further improved.
The method for pulverizing the modified biomass raw material is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a pulverizer such as a flat mill, a planetary ball mill, a vibration ball mill, a bead mill, a jet mill or the like may be used. Can be used. Among these, a flat mill is preferable as the pulverizer because a fine powdery raw material for enzymatic saccharification excellent in enzymatic saccharification efficiency can be obtained with relatively low energy.
The conditions for the pulverization are not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the type of pulverizer, the type of modified biomass raw material, the average particle size of the pulverized product to be obtained, and the like.

(糖の製造方法)
本発明の糖の製造方法は、前述した本発明のバイオマス原料の処理方法により糖を得ること(糖取得工程)を含み、必要に応じて、更にその他の工程を含む。
(Method for producing sugar)
The sugar production method of the present invention includes obtaining sugar by the above-described biomass raw material treatment method of the present invention (sugar acquisition step), and further includes other steps as necessary.

<糖取得工程>
前記糖取得工程は、前記セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)を用いて、バイオマス原料から糖を得る工程であり、必要に応じて、更にその他のセルラーゼを用いることができる。
<Sugar acquisition process>
The sugar acquisition step is a step of obtaining sugar from the biomass raw material using the cellobiohydrolase II (Cel6A), and other cellulases can be used as necessary.

−バイオマス原料−
前記バイオマス原料としては、前述した改質バイオマス原料を用いることが好ましく、前記改質バイオマス原料は、粉砕された状態であることが、酵素糖化効率を向上させることができる点でより好ましい。
-Biomass raw material-
As the biomass raw material, it is preferable to use the modified biomass raw material described above, and it is more preferable that the modified biomass raw material is in a pulverized state because the enzyme saccharification efficiency can be improved.

−セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)−
前記糖取得工程における、前記セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)の使用量、反応温度、pH、反応時間などについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
-Cellobiohydrolase II (Cel6A)-
There is no restriction | limiting in particular about the usage-amount of the said cellobiohydrolase II (Cel6A), reaction temperature, pH, reaction time, etc. in the said sugar acquisition process, According to the objective, it can select suitably.

−その他のセルラーゼ−
前記その他のセルラーゼとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ファネロケーテ クリソスポリウム(Phanerochaete chrysosporium)のCel45Aなどが挙げられる。
前記その他のセルラーゼを更に使用する場合、該セルラーゼの使用量としては、特に制限はなく、改質バイオマス原料の量や前記セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)の添加量などに応じて適宜選択することができるが、前記セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)と、前記セルラーゼとの比が、100:1〜1:100が好ましく、10:1〜1:10がより好ましく、2:1〜1:2が更に好ましい。
-Other cellulases-
There is no restriction | limiting in particular as said other cellulase, According to the objective, it can select suitably, For example, Cel45A of Phanerochate chrysosporium ( Phanerochaete chrysosporium ) etc. are mentioned.
When the other cellulase is further used, the amount of cellulase used is not particularly limited, and may be appropriately selected according to the amount of the modified biomass raw material, the amount of the cellobiohydrolase II (Cel6A) added, and the like. However, the ratio of the cellobiohydrolase II (Cel6A) to the cellulase is preferably 100: 1 to 1: 100, more preferably 10: 1 to 1:10, and even more preferably 2: 1 to 1: 2. preferable.

前記糖取得工程により、例えば、セルロース由来の糖であるグルコースを含む糖液を得ることができる。また、前記糖取得工程により得られた糖液は、好ましくはヘミセルロース由来の糖をも含む。前記へミセルロース由来の糖としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、キシロース、アラビノースといった五炭糖や、グルコース、ガラクトース、マンノースといった六炭糖などが挙げられる。   By the sugar acquisition step, for example, a sugar solution containing glucose which is a sugar derived from cellulose can be obtained. In addition, the sugar solution obtained by the sugar acquisition step preferably also contains a sugar derived from hemicellulose. The sugar derived from hemicellulose is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include pentose sugars such as xylose and arabinose and hexose sugars such as glucose, galactose and mannose. .

<その他の工程>
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記糖液を、後述する発酵工程に適切となるようなpHに調整する工程などが挙げられる。
<Other processes>
There is no restriction | limiting in particular as said other process, According to the objective, it can select suitably, For example, the process etc. which adjust the said sugar liquid to pH suitable for the fermentation process mentioned later etc. are mentioned.

<用途>
前記糖液は、例えば、後述する本発明のエタノールの製造方法にそのまま供してもよいし、以下のようなその他の工程を経て、後述する本発明のエタノールの製造方法に供してもよい。
<Application>
The sugar solution may be used, for example, as it is in the method for producing ethanol of the present invention, which will be described later, or may be used for the method for producing ethanol, which will be described later, through other steps as described below.

(エタノールの製造方法)
本発明のエタノールの製造方法は、前述した本発明の糖の製造方法により得られた糖を発酵させて、エタノールを得る工程(発酵工程)を含み、必要に応じて、更にその他の工程を含む。
(Ethanol production method)
The method for producing ethanol of the present invention includes a step (fermentation step) of fermenting the sugar obtained by the above-described method for producing sugar of the present invention to obtain ethanol, and further includes other steps as necessary. .

<発酵工程(アルコール発酵工程)>
前記エタノールの製造方法において、前記糖を発酵させる方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記糖を含む溶液に酵母などのアルコール発酵微生物を添加して、アルコール発酵を行わせる方法が好ましい。
<Fermentation process (alcohol fermentation process)>
In the method for producing ethanol, the method for fermenting the sugar is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose.However, an alcohol-fermenting microorganism such as yeast is added to the solution containing the sugar, A method of performing alcoholic fermentation is preferred.

−酵母−
前記酵母としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、サッカロマイセス属酵母などが挙げられる。なお、前記酵母は、天然酵母であってもよいし、遺伝子組換酵母であってもよい。前記エタノール発酵微生物の具体的な例としては、サッカロマイセス セルビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、クルイベロマイセス フラジリス(Kluyveromyces fragilis)、クルイベロマイセス ラクティス(K.lactis)、クルイベロマイセス ルキシアヌス(K.marxianus)、ピキア スティピティス(Pichia stipitis)、ピキア パストリス(P.pastoris)、パチソレン タンノフィルス(Pachysolen tannophilus)、カンジダ グラビラータ(Candida Glabrata)などの酵母又はこれらの遺伝子組換体、ザイモモナズ モビリス(Zymomonas mobilis)、サイモバクター パルメ(Zymobacter palmae)、クロストリジウム サーモセラム(Clostridium thermocellum),クロストリジウム ルジュングダーリ(C.ljungdahlii)などの細菌又はこれらの遺伝子組換体を用いることが出来る。
-Yeast-
There is no restriction | limiting in particular as said yeast, According to the objective, it can select suitably, For example, Saccharomyces genus yeast etc. are mentioned. The yeast may be natural yeast or genetically modified yeast. Specific examples of the ethanol-fermenting microorganism include Saccharomyces cerevisiae , Kluyveromyces fragilis , Kluyveromyces lactis ( K. lactis ), Kluyveris an . , Pichia Sutipitisu (Pichia stipitis), Pichia pastoris (P. pastoris), Pachisoren Tan'nofirusu (Pachysolen tannophilus), Candida Gurabirata (Candida glabrata) yeast or of genes recombinants such as, Zaimomonazu mobilis (Zymomonas mobilis), Saimobakuta Palme (Zymobacter palmae), Clostridium thermocellum (Clostridium thermocellum), can be used bacteria or of these genes recombinant such as Clostridium Rujungudari (C.ljungdahlii).

前記発酵の際の、前記酵母の使用量、発酵温度、pH、発酵時間などについては、特に制限はなく、例えば、アルコール発酵に供する糖の量、使用する酵母の種類などに応じて適宜選択することができる。   The amount of yeast used, the fermentation temperature, pH, fermentation time, etc. in the fermentation are not particularly limited, and are appropriately selected according to, for example, the amount of sugar to be used for alcohol fermentation, the type of yeast to be used, and the like. be able to.

<その他の工程>
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記発酵工程により得られたエタノールを分離精製する工程などが挙げられる。前記分離精製の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、蒸留などが挙げられる。
<Other processes>
There is no restriction | limiting in particular as said other process, According to the objective, it can select suitably, For example, the process etc. which isolate | separate and refine | purify the ethanol obtained by the said fermentation process are mentioned. The method for separation and purification is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include distillation.

<用途>
前記エタノールの製造方法により得られたエタノールは、例えば、燃料用エタノール、工業用エタノールなどとして好適に利用可能である。前記エタノールは前記バイオマス原料から得ることができるので、前記バイオマス原料となる植物を生産できる限りは再生産が可能であり、また、前記植物は栽培時に大気中の二酸化炭素を吸収するため、前記エタノールを燃焼させて二酸化炭素が発生したとしても、大気中の二酸化炭素濃度を増加させることにはならない。したがって、前記エタノールは、地球温暖化防止に望ましいエネルギー源ということができる。また、このようなエタノールは、近年特に、ガソリンに混合し、環境に優しい自動車燃料として使用することが期待されている。
<Application>
Ethanol obtained by the ethanol production method can be suitably used as, for example, fuel ethanol, industrial ethanol, and the like. Since the ethanol can be obtained from the biomass raw material, it can be reproduced as long as the biomass raw material can be produced, and the plant absorbs carbon dioxide in the atmosphere during cultivation. Even if carbon dioxide is generated by burning, it does not increase the carbon dioxide concentration in the atmosphere. Therefore, it can be said that ethanol is a desirable energy source for preventing global warming. In recent years, such ethanol is particularly expected to be mixed with gasoline and used as an environmentally friendly automobile fuel.

本発明の糖の製造方法により得られる糖を前記エタノールを産生する酵母などに代えて、それぞれ目的とするアルコール類を産生する微生物を使用して発酵せしめることにより、エタノール以外のアルコール類を製造することもできる。例えば、アセトン・ブタノール菌を使用した発酵を行うことにより、ブタノールを製造することができる。   Alcohol other than ethanol is produced by fermenting the sugar obtained by the sugar production method of the present invention with a microorganism that produces the desired alcohol, instead of the yeast that produces ethanol. You can also. For example, butanol can be produced by fermentation using acetone / butanol bacteria.

(乳酸の製造方法)
本発明の乳酸の製造方法は、前述した本発明の糖の製造方法により得られた糖を発酵させて、乳酸を得る工程(発酵工程)を含み、必要に応じて、更にその他の工程を含む。
(Production method of lactic acid)
The method for producing lactic acid of the present invention includes a step (fermentation step) of fermenting the saccharide obtained by the above-described method for producing saccharide of the present invention to obtain lactic acid, and further includes other steps as necessary. .

<発酵工程(乳酸発酵工程)>
前記乳酸の製造方法において、前記糖を発酵させる方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記糖を含む溶液に乳酸菌などの乳酸発酵微生物を添加して、乳酸発酵を行わせる方法が好ましい。
<Fermentation process (lactic acid fermentation process)>
In the method for producing lactic acid, the method for fermenting the sugar is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. However, a lactic acid-fermenting microorganism such as lactic acid bacteria is added to the solution containing the sugar, A method of performing lactic acid fermentation is preferred.

−乳酸菌−
前記乳酸菌としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ラクトバチルス マニホティヴォランス(Lactobacillus manihotivorans)、ラクトバチルス プランタラム(Lactobacillus plantarum)、ストレプトコッカス サーモフィルス(Streptococcus thermophilus)、ラクトバチルス ブルガリカス(Lactobacillus bulgaricus)などが挙げられる。なお、前記乳酸菌は、天然の乳酸菌であってもよいし、遺伝子組換乳酸菌であってもよい。
-Lactic acid bacteria-
The lactic acid bacterium is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, Lactobacillus manihotivorans , Lactobacillus plantarum ( Lactobacillus plantarum ), Streptococcus thermophilus s . And Lactobacillus bulgaricus . The lactic acid bacterium may be a natural lactic acid bacterium or a genetically modified lactic acid bacterium.

前記発酵の際の、前記乳酸菌の使用量、発酵温度、pH、発酵時間などについては、特に制限はなく、例えば、乳酸発酵に供する糖の量、使用する乳酸菌の種類などに応じて、適宜選択することができる。   In the fermentation, the amount of lactic acid bacteria used, fermentation temperature, pH, fermentation time, etc. are not particularly limited, and are appropriately selected according to, for example, the amount of saccharide used for lactic acid fermentation, the type of lactic acid bacteria used, etc. can do.

<その他の工程>
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記発酵工程により得られた乳酸を分離精製する工程などが挙げられる。前記分離精製の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
<Other processes>
There is no restriction | limiting in particular as said other process, According to the objective, it can select suitably, For example, the process etc. which isolate | separate and refine | purify the lactic acid obtained by the said fermentation process are mentioned. The separation / purification method is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.

<用途>
前記乳酸の製造方法により得られた乳酸は、例えば、化学的に重合させて、ポリ乳酸を製造することに好適に利用可能である。現在は、トウモロコシなどのデンプンから製造されることが多い乳酸を、食料には供し得ないセルロースを含むバイオマス原料から生産可能になることが望ましく、前記乳酸の製造方法によれば、このようなセルロースを含むバイオマス原料からの効率的なポリ乳酸の製造を可能とすることができる。
<Application>
The lactic acid obtained by the lactic acid production method can be suitably used for producing polylactic acid by chemical polymerization, for example. Currently, it is desirable to be able to produce lactic acid, which is often produced from starch such as corn, from biomass raw materials containing cellulose that cannot be used for food. According to the method for producing lactic acid, It is possible to efficiently produce polylactic acid from a biomass raw material containing

本発明の糖の製造方法により得られる糖を、前記乳酸菌に代えて、それぞれ目的とする有機酸を産生する微生物を使用して発酵せしめることにより、乳酸以外の有機酸、例えば、クエン酸、コハク酸、リンゴ酸、シュウ酸などを製造することもできる。   The saccharide obtained by the method for producing saccharides of the present invention is fermented by using microorganisms that produce the desired organic acid in place of the lactic acid bacteria, so that organic acids other than lactic acid, such as citric acid and succinic acid, can be obtained. Acid, malic acid, oxalic acid and the like can also be produced.

以下に本発明の実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples and comparative examples of the present invention, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1〜6)
<Cel6Aによるバイオマス原料の処理>
−工程(a)−
後述する方法により、バイオマス原料を、アンモニアを含む処理剤で処理することにより、改質バイオマス原料を得た。
(Examples 1-6)
<Processing of biomass raw material with Cel6A>
-Step (a)-
A modified biomass material was obtained by treating the biomass material with a treatment agent containing ammonia by a method described later.

−−バイオマス原料−−
緑藻のシオグサ細胞壁(セルロースIα型/Iβ型=7:3)をバイオマス原料として用いた。
セルロースの精製は、5.0質量%水酸化カリウム水溶液中にて室温で一晩浸漬させる処理と、pH4.9の酢酸緩衝液で緩衝した0.3質量%NaClO水溶液中にて80℃で3時間処理する操作とを3回繰り返して行った。精製後、水洗し、凍結乾燥して保存した(以下、「セルロースIα」と称することがある。)。
前記セルロースIαは、後述するセルロースIIIを含む改質バイオマス原料の調製に用いた。
--- Biomass raw material--
Green algae cell wall (cellulose I α type / I β type = 7: 3) was used as a biomass raw material.
The cellulose is purified by soaking at room temperature overnight in a 5.0% by weight potassium hydroxide aqueous solution and at 80 ° C. in a 0.3% by weight NaClO 2 aqueous solution buffered with a pH 4.9 acetate buffer. The operation for 3 hours was repeated 3 times. After purification, it was washed with water, freeze-dried and stored (hereinafter sometimes referred to as “cellulose I α ”).
The cellulose I alpha is used for preparing the modified biomass material containing cellulose III I described below.

−−超臨界アンモニア流体処理(セルロースIIIを含む改質バイオマス原料の調製)−−
前記セルロースIαを、以下の操作により、超臨界状態のアンモニアによる処理に供した。
30mL容ポータブルリアクターに、前記シオグサ200mgを入れ、ドライアイス入りのメタノールバスで−13℃に冷却した。このリアクターにアンモニアガスを0.5MPaの定圧で30分間流入し、試料を完全に液体アンモニアに浸漬させた。リアクターの蓋を閉め、室温で15分間程放置した。次いで、140℃のオイルバス中にて1時間処理した。このとき、リアクター中の圧力はゆっくりと上昇して、20分間後に13MPaに達し、その後は一定であった(アンモニアの臨界温度Tc=405.6K、臨界圧力Pc=11.28MPa)。前記処理後、リアクターをオイルバスから取り出し、ドラフト中で直ちにアンモニアガスをリークした。前記処理後のセルロースをメタノールで洗浄し、乾燥させることにより、セルロースIII型を含む改質バイオマス原料を得た(以下、「セルロースIII」と称することがある。)。
--Supercritical ammonia fluid treatment (preparation of modified biomass feedstock containing cellulose III I )-
The cellulose I alpha, by the following operation, subjected to treatment with ammonia in the supercritical state.
In a 30 mL portable reactor, 200 mg of Shiogusa was placed and cooled to −13 ° C. in a methanol bath with dry ice. Ammonia gas was introduced into this reactor at a constant pressure of 0.5 MPa for 30 minutes, and the sample was completely immersed in liquid ammonia. The reactor lid was closed and left at room temperature for about 15 minutes. Subsequently, it processed in the 140 degreeC oil bath for 1 hour. At this time, the pressure in the reactor rose slowly, reached 13 MPa after 20 minutes, and then remained constant (critical temperature of ammonia Tc = 405.6 K, critical pressure Pc = 11.88 MPa). After the treatment, the reactor was removed from the oil bath, and ammonia gas was immediately leaked in the draft. The treated cellulose was washed with methanol and dried to obtain a modified biomass raw material containing cellulose III type I (hereinafter sometimes referred to as “cellulose III I ”).

−工程(b)−
後述する方法で製造したセロビオヒドロラーゼII(Cel6A)を用い、前記改質バイオマス原料(セルロースIII)を酵素糖化する(糖取得工程)ことにより糖を得た。
-Step (b)-
Using cellobiohydrolase II (Cel6A) produced by the method described later, the modified biomass raw material (cellulose III I ) was enzymatically saccharified (sugar acquisition step) to obtain sugar.

−−組換Cel6Aの製造−−
ファネロケーテ クリソスポリウム(Phanerochaete chrysosporium) Cel6Aの組換体タンパク質(以下、「PcCel6A」と称することがある。)を、以下の方法で製造した。
--- Production of recombinant Cel6A--
Phanerocate chrysosporium Cel6A recombinant protein (hereinafter sometimes referred to as “PcCel6A”) was produced by the following method.

−−−Cel6A遺伝子のクローニング−−−
ファネロケーテ クリソスポリウム(Phanerochaete chrysosporium) K−3株を、2質量%セルロース(CF11;Whatman社製)を含有するKremer and Wood培地(Kremer, S. M., and P. M. Wood., 1992, Evidence that cellobiose oxidase from Phanerochaete chrysosporium is primarily an Fe(III) reductase. Kinetic comparison with neutrophil NADPH oxidase and yeast flavocytochrome b., Eur. J. Biochem., 205:133−138.)で、Habu, N., K. Igarashi, M. Samejima, B. Pettersson, and K. E. Eriksson., 1997, Enhanced production of cellobiose dehydrogenase in cultures of Phanerochaete chrysosporium supplemented with bovine calf serum., Biotechnol. Appl. Biochem., 26:98の記載に基づいて、3日間培養した。
--- Cloning of Cel6A gene ---
Phanerocatete chrysosporium K-3 strain, Kremer and Wood medium (Kremer, SM, and PM Wood, 19%, containing 2% by weight cellulose (CF11; manufactured by Whatman)) ... Evidence that cellobiose oxidase from Phanerochaete chrysosporium is primarily an Fe (III) reductase Kinetic comparison with neutrophil NADPH oxidase and yeast flavocytochrome b 2, Eur J. Biochem, 205:.. 133-138 in), Habu, N. , K .; Igarashi, M .; Samejima, B .; Pettersson, and K.C. E. Eriksson. , 1997, Enhanced production of cellobiose dehydrogenase in culture of Phanerochaete chrysospodium supplemented bobine calf. , Biotechnol. Appl. Biochem. , 26:98, and cultured for 3 days.

前記培養後の培養液をろ過し、ガラス繊維濾紙(ADVANTEC(登録商標) GA−100;東洋濾紙(株)製)を用いて菌糸体を分離した。次いで、分離した菌糸体を液体窒素で凍結し、ISOGEN((株)ニッポンジーン製)を用いて、製造者のマニュアルに基づいて、全RNAを約200mg抽出した。
前記抽出された全RNA 1μgから、Oligotex(TM)−dT30<Super>(タカラバイオ(株)製)を用いてmRNAを精製した。
次いで、前記mRNAから、逆転写酵素(ReverTraAce;東洋紡績(株)製)と、3’RACEアダプタープライマー(Invitrogen社製)とを用いて、製造者のマニュアルに基づいて、First−strand cDNAを合成した。
The culture solution after the culture was filtered, and the mycelium was separated using glass fiber filter paper (ADVANTEC (registered trademark) GA-100; manufactured by Toyo Filter Paper Co., Ltd.). Next, the separated mycelium was frozen with liquid nitrogen, and about 200 mg of total RNA was extracted using ISOGEN (manufactured by Nippon Gene Co., Ltd.) based on the manufacturer's manual.
From 1 μg of the extracted total RNA, mRNA was purified using Oligotex (TM) -dT30 <Super> (manufactured by Takara Bio Inc.).
Next, first-strand cDNA is synthesized from the mRNA using reverse transcriptase (ReverTraace; manufactured by Toyobo Co., Ltd.) and 3′RACE adapter primer (manufactured by Invitrogen) based on the manufacturer's manual. did.

NCBIデータベース上にあるファネロケーテ クリソスポリウム(Phanerochaete chrysosporium)由来Cel6A遺伝子(AAB32942)(配列番号:1)をもとに、以下のプライマーを設計した。
プライマー:
PcCel6A−EcoRI−F:TTTGAATTCCAGGCGTCGGAGTGGGGACAG(配列番号:2)(配列中、「GAATTCC」は制限酵素EcoRI切断配列)
PcCel6A−NotI−R:TTTGCGGCCGCCTACAGCGGCGGGTTGGCAGC(配列番号:3)(配列中、「GCGGCCGC」は制限酵素NotI切断配列)
The following primers were designed based on the Cel6A gene (AAB32942) (SEQ ID NO: 1) derived from Phanerocatete chrysosporium on the NCBI database.
Primer:
PcCel6A-EcoRI-F: TTTGAATTCCAGGCGTCGGAGTGGGGACAG (SEQ ID NO: 2) (in the sequence, “GAATTCC” is a restriction enzyme EcoRI cleavage sequence)
PcCel6A-NotI-R: TTTGCGGCCCCCTACAGCGGCGGGTTGGCAGC (SEQ ID NO: 3) (in the sequence, “GCGGCCGC” is a restriction enzyme NotI cleavage sequence)

上記プライマーと、ポリメラーゼとしてKOD−Plus(version2;東洋紡績(株)製)とを用い、前記のように調製したcDNAを鋳型としてPCRを行う(94℃、2分間を1サイクル、98℃、10秒間・68℃、1分30秒間を25サイクル、4℃で終了)ことで、PcCel6Aの成熟体タンパク質をコードする遺伝子(21番アミノ酸以降)を得た。
上記で得られたPCR産物は、Zero Blunt(登録商標) TOPO(登録商標) PCR cloning kit(Invitrogen社製)と、大腸菌E.coli JM109株(タカラバイオ(株)製)とを用いてクローン化した。
PCR is performed using the above primers and KOD-Plus (version 2; manufactured by Toyobo Co., Ltd.) as a polymerase, using the cDNA prepared as described above as a template (94 ° C., 2 minutes for 1 cycle, 98 ° C., 10 ° C. And 68 ° C. for 1 second and 30 seconds for 25 cycles and 4 ° C.), a gene encoding the mature protein of PcCel6A (from the 21st amino acid) was obtained.
The PCR product obtained above was obtained from Zero Blunt (registered trademark) TOPO (registered trademark) PCR cloning kit (manufactured by Invitrogen), E. coli E. coli. It was cloned using E. coli JM109 strain (manufactured by Takara Bio Inc.).

−−−組換ベクター(発現ベクター)の作製−−−
ミニプレップを行って調製したPcCel6A遺伝子を含むTOPOベクター、及び酵母発現用ベクターpPICZαA(Invitrogen社製)を、制限酵素EcoRI、及びNotI(タカラバイオ(株)製)によって切断し、得られたフラグメントをアガロース電気泳動で分離した後、ゲル抽出により前記フラグメントを得た。
制限酵素処理されたpPICZαAと、PcCel6A遺伝子とを、それぞれ20ng用い、DNA Ligation Kit<Mighty Mix>(タカラバイオ(株)製)によってライゲーションし、大腸菌E.coli JM109株(タカラバイオ(株)製)を用いてクローン化した。ミニプレップを行って調製したPcCel6A遺伝子を含む酵母発現用ベクターpPICZαA(以下、「pPICZαA/PcCel6A」と称することがある。)から、Ste13シグナル切断サイトを切除するために、以下のプライマーを設計し、pPICZαA/PcCel6Aを鋳型としてPCRを行った(94℃、2分間を1サイクル、98℃、10秒間・68℃、1分30秒間を15サイクル、4℃で終了)。
プライマー:
PcCel6A−Kex2−F:GAAGGGGTATCTCTCGAGAAAAGACAGGCGTCGGAGTGGGGACAG(配列番号:4)
PcCel6A−Kex2−R:CTGTCCCCACTCCGACGCCTGTCTTTTCTCGAGAGATACCCCTTC(配列番号:5)
--- Preparation of recombinant vector (expression vector) ---
The TOPO vector containing the PcCel6A gene prepared by miniprep and the yeast expression vector pPICZαA (manufactured by Invitrogen) were cleaved with restriction enzymes EcoRI and NotI (manufactured by Takara Bio Inc.), and the resulting fragment was After separation by agarose electrophoresis, the fragment was obtained by gel extraction.
20 ng each of pPICZαA and PcCel6A gene treated with restriction enzymes were ligated with DNA Ligation Kit <Mighty Mix> (manufactured by TAKARA BIO INC.). It was cloned using E. coli JM109 strain (manufactured by Takara Bio Inc.). In order to excise the Ste13 signal cleavage site from the yeast expression vector pPICZαA containing the PcCel6A gene prepared by miniprep (hereinafter sometimes referred to as “pPICZαA / PcCel6A”), the following primers were designed, PCR was performed using pPICZαA / PcCel6A as a template (94 ° C., 2 minutes for 1 cycle, 98 ° C., 10 seconds / 68 ° C., 1 minute 30 seconds for 15 cycles, 4 ° C.).
Primer:
PcCel6A-Kex2-F: GAAGGGGTATCTTCTCGAGAAAAGACAGGCGTCGGAGGTGGGACAG (SEQ ID NO: 4)
PcCel6A-Kex2-R: CTGTCCCCACTCCGACGCCTGTCTTTTCTCGAGAGATACCCCTC (SEQ ID NO: 5)

前記プライマーを用いたPCRにより増幅された遺伝子断片を、制限酵素DpnIによって処理し、大腸菌E.coli JM109株(タカラバイオ(株)製)を用いてクローン化した。   The gene fragment amplified by PCR using the primer was treated with the restriction enzyme DpnI, and E. coli E. coli was treated. It was cloned using E. coli JM109 strain (manufactured by Takara Bio Inc.).

−−−形質転換体の作製−−−
前記ミニプレップにより得られた、Ste13シグナル切断サイトを切除したpPICZαA/PcCel6A−Ste(−)を、制限酵素BstXI(タカラバイオ(株)製)によって直鎖化し、エレクトロポレーション法によって酵母(Pichia pastoris KM−71H)株に導入した。形質転換体の選抜は、抗生物質(Zeocin)耐性を指標に行った。
--- Production of transformant ---
The pPICZαA / PcCel6A-Ste (−) obtained by excising the Ste13 signal cleavage site obtained by the miniprep was linearized with a restriction enzyme BstXI (manufactured by Takara Bio Inc.), and yeast ( Pichia pastoris ) was electroporated. KM-71H) strain. Selection of transformants was performed using antibiotic (Zeocin) resistance as an index.

−−−形質転換酵母の培養−−−
上述の形質転換体を、25μg/mLのZeocinを含むYPG培地(1質量%イースト エクストラクト、2質量%ポリペプトン、1質量%グリセロール)10mLで30℃、300rpmの条件により、往復振とう培養器で24時間培養した後、200mLのYPG培地の入った三角フラスコに接種し、回転振とう培養器(30℃、150rpm)で更に24時間培養した。遠心分離(3,000g、10分)によって菌体を回収した後、50mLのYPM培地(1質量%イースト エクストラクト、2質量%ポリペプトン、1質量%メタノール)に菌体を移し、24時間ごとに終濃度1質量%となるようにメタノールを加えながら、更に回転振とう培養器(26.5℃、150rpm)で96時間培養した。遠心分離(3,000g、10分)によって得られた培養上清を粗酵素液とした。
--- Cultivation of transformed yeast ---
The above transformant was reciprocally shaken in a YPG medium (1% by weight yeast extract, 2% by weight polypeptone, 1% by weight glycerol) containing 25 μg / mL Zeocin at 30 ° C. and 300 rpm. After culturing for 24 hours, the flask was inoculated into an Erlenmeyer flask containing 200 mL of YPG medium, and further cultured for 24 hours in a rotary shaker (30 ° C., 150 rpm). After the cells are collected by centrifugation (3,000 g, 10 minutes), the cells are transferred to 50 mL of YPM medium (1% by weight yeast extract, 2% by weight polypeptone, 1% by weight methanol), and every 24 hours. While adding methanol to a final concentration of 1% by mass, the cells were further cultured for 96 hours in a rotary shaker (26.5 ° C., 150 rpm). The culture supernatant obtained by centrifugation (3,000 g, 10 minutes) was used as a crude enzyme solution.

−−−PcCel6Aの製造及び精製−−−
前述のようにして得られた粗酵素液に、硫酸アンモニウムを70質量%飽和となるように加え、遠心分離(15,000g、30分)によって沈殿を回収した。前記沈殿を、1M硫酸アンモニウムを含む20mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH5.0)に溶解させた。
1Mの硫酸アンモニウムを含有する20mMの酢酸ナトリウム緩衝液(pH5.0)で平衡化したPhenyl−Toyopearl 650Sカラム(26mm×120mm、東ソー(株)製)を用いて、前記溶液を分画した。得られたPcCel6Aは、300mLの逆勾配で、20mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH5.0)へ溶出した。
その後、前記PcCel6Aを含む分画を集め、20mMトリス塩酸緩衝液(pH8.0)に対して平衡化した。次いで、20mMトリス塩酸緩衝液(pH8.0)で平衡化したSuperQ−Toyopearl 650S カラム(9mm×120mm、東ソー(株)製)に前記平衡化したPcCel6Aを含む溶液を加えた。PcCel6Aは、0M〜0.5Mの塩化ナトリウム100mLの直線勾配でカラムから溶出した。
得られたPcCel6Aは、SDS−PAGE(12質量%ポリアクリルアミドゲル)で、単一のバンドを与えた。また、得られたPcCel6AのN末端のアミノ酸配列は、プロテインシーケンサー(Model 491 cLc;Applied Biosystems社製)により確認した。
その結果、形質転換酵母で得られたPcCel6AのN末端アミノ酸配列は、QASEWGQCGGIG(配列番号:6)であり、担子菌ファネロケーテ クリソスポリウム(Phanerochaete chrysosporium)由来のCel6Aと同じであることが認められた。
精製したPcCel6Aは、50mM酢酸緩衝液(pH5.0)に緩衝液交換し、以下の糖取得工程に用いた。
--- Production and purification of PcCel6A ---
Ammonium sulfate was added to the crude enzyme solution obtained as described above so as to be 70% by mass saturation, and the precipitate was recovered by centrifugation (15,000 g, 30 minutes). The precipitate was dissolved in 20 mM sodium acetate buffer (pH 5.0) containing 1M ammonium sulfate.
The solution was fractionated using a Phenyl-Toyopearl 650S column (26 mm × 120 mm, manufactured by Tosoh Corporation) equilibrated with 20 mM sodium acetate buffer (pH 5.0) containing 1 M ammonium sulfate. The obtained PcCel6A was eluted in 20 mM sodium acetate buffer (pH 5.0) with a reverse gradient of 300 mL.
Thereafter, the fractions containing PcCel6A were collected and equilibrated with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0). Subsequently, the solution containing the equilibrated PcCel6A was added to a SuperQ-Toyopearl 650S column (9 mm × 120 mm, manufactured by Tosoh Corporation) equilibrated with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0). PcCel6A was eluted from the column with a linear gradient of 100 mL of 0M to 0.5M sodium chloride.
The obtained PcCel6A gave a single band by SDS-PAGE (12% by mass polyacrylamide gel). In addition, the amino acid sequence at the N-terminal of the obtained PcCel6A was confirmed by a protein sequencer (Model 491 cLc; manufactured by Applied Biosystems).
As a result, the N-terminal amino acid sequence of PcCel6A obtained in the transformed yeast was QASEWGQCGIG (SEQ ID NO: 6), and was confirmed to be the same as Cel6A derived from the basidiomycete Phanerochate chrysosporium ( Phanerochaete chrysosporium ). .
The purified PcCel6A was buffer-exchanged with 50 mM acetate buffer (pH 5.0) and used for the following sugar acquisition step.

−−糖取得工程、及び糖の定量−−
前記セルロースIIIを、終濃度が0.1質量%となるように50mM酢酸ナトリウム溶液(pH5.0)250μL中に添加した。次いで、前記PcCel6Aを、下記表1に従って添加し、30℃にて最大360分間反応させた。
反応終了後、反応液を5分間遠心分離(×15,000g)して反応を停止した後に得られた上澄みを、アセトニトリル/HO(60/40〜50/50、体積/体積)の直線勾配で、Shodex(登録商標) Asahipak NH2P−50(昭和電工(株)製)で分離した。前記分離された糖の量は、重合度(DP)=2〜7のセロオリゴ糖(生化学工業(株)製)を標準として用いて定量した。なお、HPLCの装置は、Corona(登録商標) Chaged Aerosol Detector(登録商標)(ESA Biosciences社製)を用いたLC−2000(日本分光(株)製)を使用した。
-Sugar acquisition process and sugar determination-
The cellulose III I was added to 250 μL of 50 mM sodium acetate solution (pH 5.0) so that the final concentration was 0.1% by mass. Next, the PcCel6A was added according to the following Table 1, and reacted at 30 ° C. for a maximum of 360 minutes.
After completion of the reaction, the supernatant obtained after centrifuging the reaction solution for 5 minutes (× 15,000 g) to stop the reaction was linearized with acetonitrile / H 2 O (60 / 40-50 / 50, volume / volume). With a gradient, separation was performed with Shodex (registered trademark) Asahipak NH2P-50 (manufactured by Showa Denko KK). The amount of the separated sugar was quantified using a cellooligosaccharide (manufactured by Seikagaku Corporation) having a polymerization degree (DP) = 2 to 7 as a standard. The HPLC apparatus used was LC-2000 (manufactured by JASCO Corporation) using a Corona (registered trademark) Charged Aerosol Detector (registered trademark) (manufactured by ESA Biosciences).

図1に、PcCel6Aと、超臨界アンモニア処理をしたシオグサ由来セルロース(セルロースIII)との反応液中のセロビオース濃度(μM)の経時変化を示す。
図1中、「■」はPcCel6Aが0.25μMの場合(実施例1)を示し、
「●」はPcCel6Aが0.5μMの場合(実施例2)を示し、
「▲」はPcCel6Aが1.0μMの場合(実施例3)を示し、
「□」はPcCel6Aが2.0μMの場合(実施例4)を示し、
「○」はPcCel6Aが4.0μMの場合(実施例5)を示し、
「△」はPcCel6Aが8.0μMの場合(実施例6)を示す。
FIG. 1 shows the change over time of the cellobiose concentration (μM) in the reaction solution of PcCel6A and the supercritical ammonia-treated Shiogusa-derived cellulose (cellulose III I ).
In FIG. 1, “■” indicates a case where PcCel6A is 0.25 μM (Example 1),
“●” indicates the case where PcCel6A is 0.5 μM (Example 2),
“▲” indicates the case where PcCel6A is 1.0 μM (Example 3),
“□” indicates the case where PcCel6A is 2.0 μM (Example 4),
“◯” indicates the case where PcCel6A is 4.0 μM (Example 5),
“Δ” indicates the case where PcCel6A is 8.0 μM (Example 6).

(比較例1〜6)
<Cel7Aによるバイオマス原料の処理>
前記工程(a)で得られた改質バイオマス原料(セルロースIII)を、下記の方法により精製したセロビオヒドロラーゼI(Cel7A)を用いて酵素糖化し、得られた糖の定量を行った。
(Comparative Examples 1-6)
<Processing of biomass raw material with Cel7A>
The modified biomass raw material (cellulose III I ) obtained in the step (a) was enzymatically saccharified using cellobiohydrolase I (Cel7A) purified by the following method, and the resulting sugar was quantified.

−Cel7Aの精製−
前記トリコデルマ リーセイ(Trichoderma reesei) Cel7A(以下、「TrCel7A」と称することがある。)は、セルラーゼ製剤(セルクラスト、ノボザイム社製)より、カラムクロマトグラフィーにより精製した。
即ち、セルラーゼ製剤を、20mMトリス塩酸緩衝液(pH8.0)に対して平衡化した。次いで、20mMトリス塩酸緩衝液(pH8.0)で平衡化したSuperQ−Toyopearl 650S カラム(9mm×120mm、東ソー(株)製)に前記平衡化したTrCel7Aを含む溶液を加えた。TrCel7Aは、0M〜0.5Mの塩化ナトリウム100mLの直線勾配でカラムから溶出した。
その後、前記TrCel7Aを含む分画を集め、1M硫酸アンモニウムを含む20mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH5.0)に対して平衡化した。次いで、1Mの硫酸アンモニウムを含有する20mMの酢酸ナトリウム緩衝液(pH5.0)で平衡化したPhenyl−Toyopearl 650Sカラム(26mm×120mm、東ソー(株)製)を用いて、前記溶液を分画した。得られたTrCel7Aは、300mLの逆勾配で、20mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH5.0)へ溶出した。
精製したTrCel7Aは、50mM酢酸緩衝液(pH5.0)に懸濁し、以下の糖取得工程に用いた。
-Purification of Cel7A-
The Trichoderma reesei Cel7A (hereinafter sometimes referred to as “TrCel7A”) was purified by column chromatography from a cellulase preparation (Celcrust, manufactured by Novozyme).
That is, the cellulase preparation was equilibrated with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0). Subsequently, the equilibrated solution containing TrCel7A was added to a SuperQ-Toyopearl 650S column (9 mm × 120 mm, manufactured by Tosoh Corporation) equilibrated with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0). TrCel7A eluted from the column with a linear gradient of 100 mL of 0M to 0.5M sodium chloride.
Thereafter, the fraction containing TrCel7A was collected and equilibrated against 20 mM sodium acetate buffer (pH 5.0) containing 1 M ammonium sulfate. Next, the solution was fractionated using a Phenyl-Toyopearl 650S column (26 mm × 120 mm, manufactured by Tosoh Corporation) equilibrated with 20 mM sodium acetate buffer (pH 5.0) containing 1 M ammonium sulfate. The obtained TrCel7A was eluted with a reverse gradient of 300 mL into 20 mM sodium acetate buffer (pH 5.0).
The purified TrCel7A was suspended in 50 mM acetate buffer (pH 5.0) and used in the following sugar acquisition step.

−糖の製造、及び糖の定量−
前記セルロースIIIを、終濃度が0.1質量%となるように50mM酢酸ナトリウム溶液(pH5.0)250μL中に添加した。次いで、前記TrCel7Aを、下記表2に従って添加し、30℃にて最大360分間反応させた。
反応終了後、反応液を5分間遠心分離(×15,000g)して反応を停止した後に得られた上澄みを、実施例1〜6と同様の方法で定量した。
-Production of sugar and determination of sugar-
The cellulose III I was added to 250 μL of 50 mM sodium acetate solution (pH 5.0) so that the final concentration was 0.1% by mass. Next, the TrCel7A was added according to the following Table 2 and reacted at 30 ° C. for a maximum of 360 minutes.
After completion of the reaction, the supernatant obtained after centrifuging the reaction solution for 5 minutes (× 15,000 g) to stop the reaction was quantified in the same manner as in Examples 1-6.

図2に、TrCel7Aと、超臨界アンモニア処理をしたシオグサ由来セルロース(セルロースIII)との反応液中のセロビオース濃度(μM)の経時変化を示す。
図2中、「■」はTrCel7Aが0.25μMの場合(比較例1)を示し、
「●」はTrCel7Aが0.5μMの場合(比較例2)を示し、
「▲」はTrCel7Aが1.0μMの場合(比較例3)を示し、
「□」はTrCel7Aが2.0μMの場合(比較例4)を示し、
「○」はTrCel7Aが4.0μMの場合(比較例5)を示し、
「△」はTrCel7Aが8.0μMの場合(比較例6)を示す。
FIG. 2 shows the change over time of the cellobiose concentration (μM) in the reaction solution of TrCel7A and the supercritical ammonia-treated Shiogusa-derived cellulose (cellulose III I ).
In FIG. 2, “■” indicates the case where TrCel7A is 0.25 μM (Comparative Example 1).
“●” indicates the case where TrCel7A is 0.5 μM (Comparative Example 2),
“▲” indicates that TrCel7A is 1.0 μM (Comparative Example 3).
“□” indicates the case where TrCel7A is 2.0 μM (Comparative Example 4).
“◯” indicates the case where TrCel7A is 4.0 μM (Comparative Example 5).
“Δ” indicates that TrCel7A is 8.0 μM (Comparative Example 6).

図1(実施例1〜6)及び図2(比較例1〜6)より、セルロースIIIを、PcCel6Aを用いて加水分解した場合(実施例1〜6)も、TrCel7Aを用いて加水分解した場合(比較例1〜6)も、酵素濃度依存的に加水分解産物(セロビオース)の量が増加した。しかしながら、セロビオース生成量は、TrCel7Aを用いて加水分解した場合と比較して、PcCel6Aを用いて加水分解した場合の方が、顕著に多かった。また、PcCel6Aを用いて加水分解した場合は、TrCel7Aを用いて加水分解した場合と比較して反応速度も速かった。 From FIG. 1 (Examples 1 to 6) and FIG. 2 (Comparative Examples 1 to 6), when cellulose III I was hydrolyzed using PcCel6A (Examples 1 to 6), it was also hydrolyzed using TrCel7A. In cases (Comparative Examples 1 to 6), the amount of the hydrolyzate (cellobiose) increased depending on the enzyme concentration. However, the amount of cellobiose produced was significantly higher in the case of hydrolysis using PcCel6A than in the case of hydrolysis using TrCel7A. In addition, when the hydrolysis was performed using PcCel6A, the reaction rate was also faster than when the hydrolysis was performed using TrCel7A.

(実施例3、及び比較例3、7〜8)
<PcCel6A及びTrCel7AによるセルロースIα及びセルロースIIIの糖化>
−セロビオース生成速度及び吸着酵素1分子あたりの加水分解速度の検討−
PcCel6Aと、TrCel7Aとのセルロースの糖化効率を比較するため、実施例3及び比較例3と同様の方法でセルロースIIIの糖化を行なった。
また、PcCel6A及びTrCel7AによるセルロースIαの糖化効率を検討するため、セルロースIIIをセルロースIαに変えた以外は、実施例3及び比較例3と同様の方法でセルロースIαの糖化を行なった。
即ち、セルロースIα又はセルロースIIIを、下記表3に従って終濃度が0.1質量%となるように50mM酢酸ナトリウム溶液(pH5.0)250μL中に添加した。次いで、実施例1〜6で調製したPcCel6A 1.0μM又は比較例1〜6で調製したTrCel7A 1.0μMを、下記表3に従って添加し、30℃にて最大360分間反応させた。
反応終了後、反応液を5分間遠心分離(×15,000g)して反応を停止した後に得られた上澄みを、実施例1〜6と同様の方法で定量し、セロビオース生成量(図3)、及び基質(セルロースIα又はセルロースIII)に吸着した酵素1分子あたりの加水分解速度(図4)を求めた。
(Example 3, and Comparative Examples 3, 7-8)
<Saccharification of cellulose I α and cellulose III I with PcCel6A and TrCel7A>
-Examination of cellobiose production rate and hydrolysis rate per molecule of adsorbed enzyme-
In order to compare the saccharification efficiency of cellulose between PcCel6A and TrCel7A, saccharification of cellulose III I was performed in the same manner as in Example 3 and Comparative Example 3.
Further, in order to examine the saccharification efficiency of cellulose I alpha by PcCel6A and TrCel7A, except for changing the cellulose III I to cellulose I alpha, was performed saccharification of cellulose I alpha in the same manner as in Example 3 and Comparative Example 3 .
That is, cellulose I α or cellulose III I was added to 250 μL of 50 mM sodium acetate solution (pH 5.0) so that the final concentration was 0.1% by mass according to Table 3 below. Next, 1.0 μM of PcCel6A prepared in Examples 1 to 6 or 1.0 μM of TrCel7A prepared in Comparative Examples 1 to 6 was added according to Table 3 below, and reacted at 30 ° C. for a maximum of 360 minutes.
After completion of the reaction, the reaction solution was centrifuged for 5 minutes (× 15,000 g) to stop the reaction, and the supernatant obtained was quantified in the same manner as in Examples 1 to 6, and the amount of cellobiose produced (FIG. 3). And the hydrolysis rate (FIG. 4) per molecule of the enzyme adsorbed on the substrate (cellulose I α or cellulose III I ).

図3は、PcCel6AとセルロースIII(以下「PcCel6A−セルロースIII」と称することがある)との加水分解反応(実施例3)、TrCel7AとセルロースIII(以下「TrCel7A−セルロースIII」と称することがある)との加水分解反応(比較例3)、PcCel6AとセルロースIα(以下「PcCel6A−セルロースIα)」と称することがある)との加水分解反応(比較例7)、及びTrCel7AとセルロースIα(以下「TrCel7A−セルロースIα」と称することがある)(比較例8)との加水分解反応における、それぞれの反応液中のセロビオースの生成量(μM/分間)と、反応表面密度(ρ)との関係を示す。
図3中、「●」はPcCel6A−セルロースIIIの加水分解反応(実施例3)を示し、
「○」はTrCel7A−セルロースIIIの加水分解反応(比較例3)を示し、
「■」はPcCel6A−セルロースIαの加水分解反応(比較例7)を示し、
「□」はTrCel7A−セルロースIαの加水分解反応(比較例8)を示す。
3, PcCel6A cellulose III I hydrolysis reaction (hereinafter sometimes referred to as "PcCel6A- cellulose III I") (Example 3), and TrCel7A cellulose III I (hereinafter "TrCel7A- cellulose III I" Hydrolysis reaction (Comparative Example 3), PcCel6A and cellulose I α (hereinafter sometimes referred to as “PcCel6A-cellulose I α ”), and TrCel7A Amount of cellobiose (μM / min) in each reaction solution in the hydrolysis reaction of cellulose and cellulose I α (hereinafter sometimes referred to as “TrCel7A-cellulose I α ”) (Comparative Example 8), reaction surface The relationship with density (ρ) is shown.
In FIG. 3, “●” indicates the hydrolysis reaction of PcCel6A-cellulose III I (Example 3).
“◯” indicates the hydrolysis reaction of TrCel7A-cellulose III I (Comparative Example 3).
“■” indicates the hydrolysis reaction of PcCel6A-cellulose I α (Comparative Example 7).
"□" is TrCel7A- shows the hydrolysis of cellulose I alpha (Comparative Example 8).

図4は、PcCel6A−セルロースIIIの加水分解反応(実施例3)、TrCel7A−セルロースIIIの加水分解反応(比較例3)、PcCel6A−セルロースIαの加水分解反応(比較例7)、及びTrCel7A−セルロースIαの加水分解反応(比較例8)における、それぞれの吸着酵素1分子あたりの加水分解速度(min−1)と、反応表面密度(ρ)との関係を示す。
図4中、「●」はPcCel6A−セルロースIIIの加水分解反応(実施例3)を示し、
「○」はTrCel7A−セルロースIIIの加水分解反応(比較例3)を示し、
「■」はPcCel6A−セルロースIαの加水分解反応(比較例7)を示し、
「□」はTrCel7A−セルロースIαの加水分解反応(比較例8)を示す。
4, PcCel6A- hydrolysis reaction of cellulose III I (Example 3), TrCel7A- hydrolysis reaction of cellulose III I (Comparative Example 3), PcCel6A- hydrolysis reaction of cellulose I alpha (Comparative Example 7), and TrCel7A- in the hydrolysis reaction of cellulose I alpha (Comparative example 8), and hydrolysis rate per each suction enzyme molecule (min -1), showing the relationship between the reaction surface density ([rho).
In FIG. 4, “●” indicates the hydrolysis reaction of PcCel6A-cellulose III I (Example 3).
“◯” indicates the hydrolysis reaction of TrCel7A-cellulose III I (Comparative Example 3).
“■” indicates the hydrolysis reaction of PcCel6A-cellulose I α (Comparative Example 7).
"□" is TrCel7A- shows the hydrolysis of cellulose I alpha (Comparative Example 8).

図3より、PcCel6A−セルロースIαの加水分解反応(比較例3)及びTrCel7A−セルロースIαの加水分解反応(比較例8)では、いずれもほとんどセロビオースの生成は認められなかった。TrCel7A−セルロースIIIの加水分解反応(比較例3)はセロビオースの生成は認められたものの、その生成速度は遅かった。一方、PcCel6A−セルロースIIIの加水分解反応(実施例3)によるセロビオースの生成速度は、比較例3、7〜8と比較して顕著に速かった。 Than 3, the hydrolysis reaction of PcCel6A- cellulose I alpha (Comparative Example 3) and TrCel7A- hydrolysis of cellulose I alpha (Comparative Example 8), both producing little cellobiose was observed. Although the production of cellobiose was observed in the hydrolysis reaction of TrCel7A-cellulose III I (Comparative Example 3), the production rate was slow. On the other hand, the production rate of cellobiose by the hydrolysis reaction of PcCel6A-cellulose III I (Example 3) was significantly faster than those of Comparative Examples 3 and 7-8.

図4は、セロビオースの生成量の向上が、単に加水分解反応を行うセルロースIIIの反応表面密度が広がったことによるものではないことを確認するため、基質(セルロースIα又はセルロースIII)に吸着した酵素1分子あたりの加水分解速度を求めたグラフである。図4より、セルロースIIIの反応表面密度が0.4のとき、TrCel7A 1分子あたりの加水分解速度が1分間に2.5回であった(比較例3)のに対し、PcCel6A 1分子あたりの加水分解速度は1分間あたり11.5回であった(実施例3)。これらの結果より、PcCel6Aでは、酵素1分子あたりの加水分解速度が顕著に速いことが認められた。 FIG. 4 shows that the substrate (cellulose I α or cellulose III I ) was not improved in order to confirm that the increase in the amount of cellobiose produced was simply due to the increase in the reaction surface density of cellulose III I undergoing the hydrolysis reaction. It is the graph which calculated | required the hydrolysis rate per molecule | numerator of the adsorbed enzyme. FIG. 4 shows that when the reaction surface density of cellulose III I is 0.4, the hydrolysis rate per molecule of TrCel7A was 2.5 times per minute (Comparative Example 3), whereas it was per PcCel6A molecule. The hydrolysis rate of was 11.5 times per minute (Example 3). From these results, it was confirmed that PcCel6A has a significantly high hydrolysis rate per enzyme molecule.

−酵素量の定量−
前記PcCel6A−セルロースIIIの加水分解反応(実施例3)、TrCel7A−セルロースIIIの加水分解反応(比較例3)、PcCel6A−セルロースIαの加水分解反応(比較例7)、及びTrCel7A−セルロースIαの加水分解反応(比較例8)において、それぞれ反応中にセルロースIII又はセルロースIαに吸着したPcCel6A又はTrCel7Aの量を、DEAE−5PW(東ソー製)で分離し、定量した。緩衝液は、A:20mM トリス塩酸緩衝液(pH8.0)、B:20mM トリス塩酸緩衝液(pH8.0)+0.5M塩化ナトリウムを用い、A/B=100/0(体積/体積)を5分間、A/B=100/0〜40/60(体積/体積)の直線勾配で10分間、A/B=0/100(体積/体積)を5分間で分離した。なお、タンパク質定量用のHPLC装置は、可視紫外検出器(UV−2075)を用いたLC−2000(日本分光(株)製)を使用した。
図5は、反応液中の遊離タンパク質量濃度(μM)と、吸着酵素量(nmol/mg−セルロース)との関係を示す。
図5中、「●」はPcCel6A−セルロースIIIの加水分解反応後のPcCel6A量(実施例3)を示し、
「○」はTrCel7A−セルロースIIIの加水分解反応後のTrCel7A量(比較例3)を示し、
「■」はPcCel6A−セルロースIαの加水分解反応後のPcCel6A量(比較例7)の場合を示す。
「□」はTrCel7A−セルロースIαの加水分解反応後のTrCel7A量(比較例8)を示す。
-Quantification of enzyme amount-
The hydrolysis reaction of the PcCel6A- cellulose III I (Example 3), TrCel7A- hydrolysis reaction of cellulose III I (Comparative Example 3), PcCel6A- hydrolysis reaction of cellulose I alpha (Comparative Example 7), and TrCel7A- cellulose in the hydrolysis reaction of I alpha (Comparative example 8), the amount of PcCel6A or TrCel7A adsorbed to the cellulose III I or a cellulose I alpha in each reaction was separated on a DEAE-5PW (Tosoh) was quantified. As the buffer, A: 20 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), B: 20 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) +0.5 M sodium chloride, A / B = 100/0 (volume / volume) A / B = 0/100 (volume / volume) was separated for 5 minutes over 5 minutes by a linear gradient of A / B = 100/0 to 40/60 (volume / volume) for 10 minutes. The HPLC apparatus for protein quantification used LC-2000 (manufactured by JASCO Corporation) using a visible ultraviolet detector (UV-2075).
FIG. 5 shows the relationship between the amount of free protein (μM) in the reaction solution and the amount of adsorbed enzyme (nmol / mg-cellulose).
In FIG. 5, “●” indicates the amount of PcCel6A after the hydrolysis reaction of PcCel6A-cellulose III I (Example 3).
“◯” indicates the amount of TrCel7A after the hydrolysis reaction of TrCel7A-cellulose III I (Comparative Example 3).
"■" indicates the case of PcCel6A- PcCel6A amount after hydrolysis of cellulose I alpha (Comparative Example 7).
"□" indicates TrCel7A- TrCel7A amount after hydrolysis of cellulose I alpha (Comparative Example 8).

図5より、PcCel6A−セルロースIαの加水分解反応(比較例7)で吸着したPcCel6A量及びTrCel7A−セルロースIαの加水分解反応(比較例8)で吸着したTrCel7A量は同程度であり、その酵素量は少なかった。
一方、図3より、PcCel6A−セルロースIIIの加水分解反応(実施例3)は、セロビオース生成速度が速かったにも関わらず、PcCel6A−セルロースIIIの加水分解反応(実施例3)で吸着したPcCel6A量は、TrCel7A−セルロースIIIの加水分解反応(比較例3)で吸着したTrCel7A量と比較して顕著に少なかった。
これらの結果より、PcCel6AをセルロースIIIと反応させた場合は、吸着したPcCel6Aの酵素1分子あたりの活性が上昇していると考えられる。
From FIG. 5, PcCel6A- TrCel7A amount adsorbed by hydrolysis of PcCel6A amount and TrCel7A- cellulose I alpha adsorbed by hydrolysis of cellulose I alpha (Comparative Example 7) (Comparative Example 8) are comparable, the The amount of enzyme was small.
On the other hand, from FIG. 3, the hydrolysis reaction of PcCel6A- cellulose III I (Example 3), despite was faster cellobiose production rate was adsorbed PcCel6A- hydrolysis reaction of cellulose III I (Example 3) The amount of PcCel6A was significantly smaller than the amount of TrCel7A adsorbed by the hydrolysis reaction of TrCel7A-cellulose III I (Comparative Example 3).
From these results, it is considered that when PcCel6A is reacted with cellulose III I , the activity per molecule of the enzyme of the adsorbed PcCel6A is increased.

(実施例3、7、及び比較例7〜11)
<PcCel6AとPcCel45Aとの相乗効果>
酵素としては、PcCel6Aと、メタノール資化性酵母(Pichia pastoris)で発現させた組換ファネロケーテ クリソスポリウム(Phanerochaete chrysosporium) Cel45Aとを用い、基質としては、実施例1〜6のセルロースIII及びセルロースIαのいずれかを用いた場合の加水分解生成物について調べ、PcCel6AとPcCel45Aとの相乗効果を以下のようにして試験した。
(Examples 3 and 7 and Comparative Examples 7 to 11)
<Synergistic effect of PcCel6A and PcCel45A>
As the enzyme, using a PcCel6A, the recombinant expressed in methylotrophic yeast (Pichia pastoris) Fanerokete chrysosporium (Phanerochaete chrysosporium) Cel45A, as the substrate cellulose III I and cellulose of Examples 1 to 6 It investigated hydrolysis products when using any of I alpha, was tested as follows synergy with PcCel6A and PcCel45A.

−組換PcCel45Aの製造−
ファネロケーテ クリソスポリウム(Phanerochaete chrysosporium) Cel45Aの組換体タンパク質(以下、「PcCel45A」と称することがある。)を、以下の方法で製造した。
-Production of recombinant PcCel45A-
A recombinant protein of Phanerochate chrysosporium Cel45A (hereinafter sometimes referred to as “PcCel45A”) was produced by the following method.

−−PcCel45A遺伝子のクローニング−−
NCBIデータベース上にあるファネロケーテ クリソスポリウム(Phanerochaete chrysosporium)由来Cel45A遺伝子(AB378504)をもとに、以下のプライマー(Pccel45A−F1、Pccel45A−F2)を設計した。また、リバースプライマー(Invitrogen社製)は、以下の配列を用いた。
プライマー:
Pccel45A−F1:ATGGCGAAGCTGTCGATGTTCTTGGG(配列番号:7)
Pccel45A−F2:CTGACCGTCTCCGAGAAGCGTG(配列番号:8)
リバースプライマー:Abridged Universal Amplification Primer(Invitrogen社製)
--Cloning of PcCel45A gene--
The following primers (Pccel45A-F1, Pccel45A-F2) were designed based on the Cel45A gene (AB378504) derived from Phanerocatete chrysosporium on the NCBI database. Moreover, the following sequences were used for the reverse primer (manufactured by Invitrogen).
Primer:
Pccel45A-F1: ATGGCGAAGCTGTCGATGTTCTTGGGG (SEQ ID NO: 7)
Pccel45A-F2: CTGACCGTCTCCGAGAAGCGTG (SEQ ID NO: 8)
Reverse primer: Abbreviated Universal Amplification Primer (Invitrogen)

上記プライマーを用い、PcCel6Aと同様に調製したcDNAを鋳型にしてPCRを行い(94℃、2分間を1サイクル、98℃、10秒間・68℃、1分30秒間を25サイクル、4℃で終了)、前記PcCel45Aをコードする領域と3’非翻訳領域をPCRによって増幅した。   Using the above primers, PCR was performed using cDNA prepared in the same manner as PcCel6A as a template (94 ° C, 2 minutes for 1 cycle, 98 ° C, 10 seconds / 68 ° C, 1 minute 30 seconds for 25 cycles, and finished at 4 ° C) ), The region encoding PcCel45A and the 3 ′ untranslated region were amplified by PCR.

また、5’非翻訳領域の塩基配列は、GeneRacer(トレードマーク) Kit(Invitrogen社製)と、SuperScript(登録商標)III RT(Invitrogen社製)と、以下の遺伝子特異的プライマーとを用いて増幅した(94℃、2分間を1サイクル、98℃、10秒間・70℃、30秒間を5サイクル、98℃、10秒間・68℃、30秒間を5サイクル、98℃、10秒間・66℃、30秒間・68℃、30秒間を20サイクル、4℃で終了)。
得られたPCR産物は、前記PcCel6Aと同様の方法でクローン化した。
プライマー:
Pccel45A−5’−R1:CAGCCTTGCCGCAAGCAGGAGAGCCGC(配列番号:9)
Pccel45A−5’−R2:CGCAAGCAGGAGAGCCGCAGCCCGAAT(配列番号:10)
The base sequence of the 5 ′ untranslated region was amplified using GeneRacer (trademark) Kit (manufactured by Invitrogen), SuperScript (registered trademark) III RT (manufactured by Invitrogen), and the following gene-specific primers. (94 ° C., 2 minutes for 1 cycle, 98 ° C., 10 seconds / 70 ° C., 30 seconds for 5 cycles, 98 ° C., 10 seconds / 68 ° C., 30 seconds for 5 cycles, 98 ° C., 10 seconds / 66 ° C., 30 seconds at 68 ° C, 30 seconds for 20 cycles, 4 ° C).
The obtained PCR product was cloned by the same method as that for PcCel6A.
Primer:
Pccel45A-5′-R1: CAGCCTTGCCGCAAGCAGGAGAGCCGC (SEQ ID NO: 9)
Pccel45A-5′-R2: CGCAAGCAGGGAGAGCCGCAGCCCGAAT (SEQ ID NO: 10)

−−組換ベクター(発現ベクター)の作製−−
PcCel45Aの成熟体の塩基配列に基づいて、以下のオリゴヌクレオチドプライマーを設計した。
オリゴヌクレオチドプライマー
Pccel45A−XhoI−F:TTTCTCGAGAAAAGACTGACCGTCTCCGAGAAGCGTG(配列番号:11)
Pccel45A−NotI−R:TTTTGCGGCCGCTCACGAAGGGGCAGTCCCCTTGTT(配列番号:12)
--- Production of recombinant vector (expression vector)-
The following oligonucleotide primers were designed based on the base sequence of the mature PcCel45A.
Oligonucleotide primer Pccel45A-XhoI-F: TTTCTCGAGAAAAGACTGACCGTCTCCGAGAAGCGTG (SEQ ID NO: 11)
Pccel45A-NotI-R: TTTTGCGGGCCGCTCACGAAGGGGCAGTCCCCTTGTT (SEQ ID NO: 12)

PcCel45A遺伝子を含むTOPOベクターを鋳型とし、上記オリゴヌクレオチドプライマーと、ポリメラーゼとしてKOD−Plusとを用いてPCRを行い(94℃、2分間を1サイクル、98℃、10秒間・68℃、30秒間を20サイクル、4℃で終了)、発現ベクターに挿入するDNA断片を増幅した。
前記増幅したDNA断片を酵母の発現ベクターpPICZαのXhoIとNotI部位に挿入し、組換ベクター(発現ベクター)を得た。
PCR was performed using the TOPO vector containing the PcCel45A gene as a template, the above oligonucleotide primer and KOD-Plus as the polymerase (94 ° C, 2 minutes for 1 cycle, 98 ° C, 10 seconds, 68 ° C, 30 seconds). The DNA fragment to be inserted into the expression vector was amplified.
The amplified DNA fragment was inserted into the XhoI and NotI sites of the yeast expression vector pPICZα to obtain a recombinant vector (expression vector).

−−形質転換体の作製−−
上記で得られた発現ベクター約5μgを、Bpu1102I(タカラバイオ(株)製)を用いて、直鎖化した。次いで、エレクトロポレーションにより、酵母(Pichia pastorisKM71H株)へ、前記直鎖化した組換ベクターを導入した後、形質転換体の選別を行った。前記エレクトロポレーション、及び形質転換体の選別は、EasySelect(トレードマーク) Pichia expression kit(version G;Invitrogen社製)のマニュアルに基づいて行った。これにより、前記発現ベクターにより形質転換された形質転換体を得た。
--- Production of transformant-
About 5 μg of the expression vector obtained above was linearized using Bpu1102I (manufactured by Takara Bio Inc.). Next, the linearized recombinant vector was introduced into yeast ( Pichia pastoris KM71H strain) by electroporation, and then transformants were selected. The electroporation and selection of transformants were performed based on the manual of EasySelect (trademark) Pichia expression kit (version G; manufactured by Invitrogen). Thereby, a transformant transformed with the expression vector was obtained.

−−形質転換酵母の培養−−
上述の形質転換体を、実施例1〜6と同様の方法で培養し、遠心分離(3,000g、10分)によって得られた培養上清を粗酵素液とした。
--Culture of transformed yeast--
The above transformant was cultured in the same manner as in Examples 1 to 6, and the culture supernatant obtained by centrifugation (3,000 g, 10 minutes) was used as a crude enzyme solution.

−PcCel45Aの製造及び精製−
前述のようにして得られた粗酵素液を、実施例1〜6と同様の方法で精製した。
得られたPcCel45AのN末端のアミノ酸配列は、プロテインシーケンサーにより確認した。
その結果、形質転換酵母で得られたPcCel45AのN末端アミノ酸配列は、ATGGYVQQAT(配列番号:13)であり、担子菌ファネロケーテ クリソスポリウム(Phanerochaete chrysosporium)で得られた天然のものと同じであることが認められた。
PcCel45Aは、50mM酢酸緩衝液(pH5.0)に緩衝液交換し、以下の相乗効果試験に用いた。
-Production and purification of PcCel45A-
The crude enzyme solution obtained as described above was purified in the same manner as in Examples 1-6.
The N-terminal amino acid sequence of the obtained PcCel45A was confirmed by a protein sequencer.
As a result, the N-terminal amino acid sequence of PcCel45A obtained in transformed yeast is ATGGGYVQQAT (SEQ ID NO: 13), which is the same as the natural one obtained in the basidiomycete Phanerocatete chrysosporium ( Phanerochaete chrysosporium ). Was recognized.
PcCel45A was buffer-exchanged into 50 mM acetate buffer (pH 5.0), and used for the following synergistic effect tests.

−相乗効果試験−
前記セルロースIα又は前記セルロースIIIを、下記表4に従って終濃度が0.1質量%となるように50mM酢酸ナトリウム溶液(pH5.0)250μL中に添加した。次いで、実施例1〜6で調製したPcCel6A、比較例1〜6で調製したTrCel7A、及びPcCel6A+PcCel45Aのいずれかを添加し、30℃にて最大360分間反応させた。なお、前記PcCel6A及びTrCel7Aの終濃度は、それぞれ1.0μM、PcCel6A+Cel45Aの全酵素濃度は2.0μM(PcCel6A 1.0μMに、Cel45A1.0μMを添加して調製した)で行った。
反応終了後、反応液を5分間遠心分離(×15,000g)して反応を停止した後に得られた上澄みを、実施例1〜6と同様の方法で分析した。
-Synergistic effect test-
The cellulose I α or the cellulose III I was added to 250 μL of a 50 mM sodium acetate solution (pH 5.0) so that the final concentration was 0.1% by mass according to Table 4 below. Subsequently, any of PcCel6A prepared in Examples 1 to 6, TrCel7A prepared in Comparative Examples 1 to 6 and PcCel6A + PcCel45A was added, and the reaction was allowed to proceed at 30 ° C. for a maximum of 360 minutes. The final concentrations of PcCel6A and TrCel7A were 1.0 μM, and the total enzyme concentration of PcCel6A + Cel45A was 2.0 μM (prepared by adding 1.0 μM of Cel45A to 1.0 μM of PcCel6A).
After completion of the reaction, the reaction solution was centrifuged (x15,000 g) for 5 minutes to stop the reaction, and the supernatant obtained was analyzed in the same manner as in Examples 1-6.

図6は、TrCel7A−セルロースIαの加水分解反応(比較例8)、PcCel6A−セルロースIIIの加水分解反応(実施例3)、TrCel7A−セルロースIIIの加水分解反応(比較例3)、及びPcCel6A+PcCel45AとセルロースIII(以下「PcCel6A+PcCel45A−セルロースIII」と称することがある)の加水分解反応(実施例7)における、反応液中のセロビオース濃度(μM)の経時変化を示す。
図6中、「■」はTrCel7A−セルロースIαの加水分解反応(比較例8)を示し、
「▲」はPcCel6A−セルロースIIIの加水分解反応(実施例3)を示し、
「●」はTrCel7A−セルロースIIIの加水分解反応(比較例3)を示し、
「◆」はPcCel6A+PcCel45A−セルロースIIIの加水分解反応(実施例7)を示す。
なお、PcCel6A−セルロースIαの加水分解反応(比較例7)、PcCel45A−セルロースIαの加水分解反応(比較例9)、PcCel6A+PcCel45A−セルロースIαの加水分解反応(比較例10)、及びPcCel45A−セルロースIIIの加水分解反応(比較例11)は、反応液中のセロビオース濃度(μM)が低い、若しくはセロビオースが生成していないため、図6には示していない。
6, TrCel7A- cellulose I hydrolysis of alpha (Comparative Example 8), PcCel6A- cellulose III I of the hydrolysis reaction (Example 3), TrCel7A- cellulose III I of the hydrolysis reaction (Comparative Example 3), and in PcCel6A + PcCel45A and cellulose III I (hereinafter sometimes referred to as "PcCel6A + PcCel45A- cellulose III I") of the hydrolysis reaction (example 7) shows the time course of the cellobiose concentration in the reaction solution ([mu] M).
In FIG. 6, “■” indicates the hydrolysis reaction of TrCel7A-cellulose I α (Comparative Example 8).
“▲” indicates the hydrolysis reaction of PcCel6A-cellulose III I (Example 3),
“●” indicates the hydrolysis reaction of TrCel7A-cellulose III I (Comparative Example 3).
“♦” indicates the hydrolysis reaction of PcCel6A + PcCel45A-cellulose III I (Example 7).
Incidentally, the hydrolysis reaction (Comparative Example 7) of PcCel6A- cellulose I α, PcCel45A- hydrolysis reaction (Comparative Example 9) of cellulose I α, PcCel6A + PcCel45A- hydrolysis reaction of cellulose I alpha (Comparative Example 10), and PcCel45A- The hydrolysis reaction of cellulose III I (Comparative Example 11) is not shown in FIG. 6 because the cellobiose concentration (μM) in the reaction solution is low or no cellobiose is generated.

図7は、TrCel7A−セルロースIαの加水分解反応(比較例8)、PcCel6A−セルロースIαの加水分解反応(比較例7)、PcCel45A−セルロースIαの加水分解反応(比較例9)、PcCel6A+PcCel45A−セルロースIαの加水分解反応(比較例10)、TrCel7A−セルロースIIIの加水分解反応(比較例3)、PcCel6A−セルロースIIIの加水分解反応(実施例3)、PcCel45A−セルロースIIIの加水分解反応(比較例11)、及びPcCel6A+PcCel45A−セルロースIIIの加水分解反応(実施例7)の、それぞれの加水分解反応におけるセロビオース生成速度(μM/分間)を示す。 7, TrCel7A- hydrolysis reaction of cellulose I alpha (Comparative Example 8), PcCel6A- hydrolysis reaction of cellulose I alpha (Comparative Example 7), hydrolysis reaction of PcCel45A- cellulose I alpha (Comparative Example 9), PcCel6A + PcCel45A -Hydrolysis reaction of cellulose I α (Comparative Example 10), hydrolysis reaction of TrCel7A-cellulose III I (Comparative Example 3), hydrolysis reaction of PcCel6A-cellulose III I (Example 3), PcCel45A-cellulose III I The cellobiose production rate (micromol / min) in each hydrolysis reaction of a hydrolysis reaction (Comparative Example 11) and a hydrolysis reaction of PcCel6A + PcCel45A-cellulose III I (Example 7) is shown.

図6より、PcCel6A+PcCel45A−セルロースIIIの加水分解反応(実施例7)では、PcCel6A−セルロースIIIの加水分解反応(実施例3)と比較して、セロビオースが多く得られた。
また、図7より、PcCel45A−セルロースIIIの加水分解反応(比較例11)ではセロビオースの生成は全く認められなかったが、PcCel6A+PcCel45A−セルロースIIIの加水分解反応(実施例7)におけるセロビオース生成速度は、PcCel6A−セルロースIIIの加水分解反応(実施例3)におけるセロビオース生成速度と比較して顕著に早かった。一方、PcCel6A+PcCel45A−セルロースIαの加水分解反応(比較例10)におけるセロビオースの生成速度は遅かった。
これらの結果から、PcCel6Aは、他のセルラーゼと併用するとセルロースIIIの分解に関し、相乗効果を有することが認められた。PcCel45Aは、PcCel6Aの活性を増強すると考えられる。
From FIG. 6, in the hydrolysis reaction of PcCel6A + PcCel45A-cellulose III I (Example 7), more cellobiose was obtained compared to the hydrolysis reaction of PcCel6A-cellulose III I (Example 3).
Further, from FIG. 7, no cellobiose formation was observed in the hydrolysis reaction of PcCel45A-cellulose III I (Comparative Example 11), but the rate of cellobiose formation in the hydrolysis reaction of PcCel6A + PcCel45A-cellulose III I (Example 7). Was significantly faster than the cellobiose production rate in the hydrolysis reaction of PcCel6A-cellulose III I (Example 3). On the other hand, the production rate of the cellobiose in the hydrolysis reaction of PcCel6A + PcCel45A- cellulose I alpha (Comparative Example 10) was slow.
From these results, it was confirmed that PcCel6A has a synergistic effect on the degradation of cellulose III I when used in combination with other cellulases. PcCel45A is thought to enhance the activity of PcCel6A.

本発明の、バイオマス原料の処理方法、糖の製造方法、エタノールの製造方法、及び乳酸の製造方法によれば、糖の生産効率、エタノールの生産効率、及び乳酸の生産効率を格段に向上させることができる。
したがって、本発明の、バイオマス原料の処理方法、糖の製造方法、エタノールの製造方法、及び乳酸の製造方法は、近年注目されている、環境に優しい燃料を産出することを目的としたバイオマス原料からのエタノール製造に、また環境に優しい生分解性プラスチックの製造などに好適に利用可能である。
According to the biomass raw material treatment method, sugar production method, ethanol production method, and lactic acid production method of the present invention, the sugar production efficiency, ethanol production efficiency, and lactic acid production efficiency are significantly improved. Can do.
Therefore, the biomass raw material treatment method, sugar production method, ethanol production method, and lactic acid production method of the present invention have been attracting attention in recent years from biomass raw materials aimed at producing environmentally friendly fuels. It can be suitably used for the production of ethanol and for the production of environmentally friendly biodegradable plastics.

Claims (7)

(a)バイオマス原料を、アンモニアを含む処理剤で処理することにより、改質バイオマス原料を得る工程、
(b)該改質バイオマス原料を、セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)で酵素糖化する工程、
を含むことを特徴とするバイオマス原料の処理方法。
(A) a step of obtaining a modified biomass raw material by treating the biomass raw material with a treatment agent containing ammonia;
(B) enzymatic saccharification of the modified biomass raw material with cellobiohydrolase II (Cel6A);
The processing method of the biomass raw material characterized by including.
バイオマス原料が、セルロースI型を含む請求項1に記載のバイオマス原料の処理方法。   The processing method of the biomass raw material of Claim 1 in which a biomass raw material contains a cellulose I type. 工程(a)が、超臨界アンモニア流体で処理することを含む請求項1から2のいずれかに記載のバイオマス原料の処理方法。   The processing method of the biomass raw material in any one of Claim 1 to 2 with which a process (a) includes processing with a supercritical ammonia fluid. 改質バイオマス原料とセロビオヒドロラーゼII(Cel6A)とが加水分解反応を行う表面密度が0.9以下のとき、該セロビオヒドロラーゼII(Cel6A)1分子あたりの加水分解速度が1分間に5回以上である請求項1から3のいずれかに記載のバイオマス原料の処理方法。   When the surface density at which the modified biomass material and cellobiohydrolase II (Cel6A) undergo a hydrolysis reaction is 0.9 or less, the hydrolysis rate per molecule of cellobiohydrolase II (Cel6A) is 5 times per minute. It is the above, The processing method of the biomass raw material in any one of Claim 1 to 3. 請求項1から4のいずれかに記載のバイオマス原料の処理方法により糖を得ることを特徴とする糖の製造方法。   A method for producing sugar, characterized in that sugar is obtained by the method for treating a biomass raw material according to any one of claims 1 to 4. 請求項5に記載の糖の製造方法により得られた糖を発酵させてエタノールを得ることを特徴とするエタノールの製造方法。   A method for producing ethanol, wherein the sugar obtained by the method for producing sugar according to claim 5 is fermented to obtain ethanol. 請求項5の記載の糖の製造方法により得られた糖を発酵させて乳酸を得ることを特徴とする乳酸の製造方法。   A method for producing lactic acid, wherein the saccharide obtained by the method for producing saccharide according to claim 5 is fermented to obtain lactic acid.
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