JP2011223975A - Method and apparatus for producing sugar solution - Google Patents

Method and apparatus for producing sugar solution Download PDF

Info

Publication number
JP2011223975A
JP2011223975A JP2010200714A JP2010200714A JP2011223975A JP 2011223975 A JP2011223975 A JP 2011223975A JP 2010200714 A JP2010200714 A JP 2010200714A JP 2010200714 A JP2010200714 A JP 2010200714A JP 2011223975 A JP2011223975 A JP 2011223975A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
membrane
sugar
enzyme
solution
sugar solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2010200714A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5716325B2 (en
Inventor
Jun Minamino
淳 南野
Hiromasa Kurihara
宏征 栗原
Masafumi Hikasa
雅史 日笠
Masanari Yamada
勝成 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Priority to JP2010200714A priority Critical patent/JP5716325B2/en
Publication of JP2011223975A publication Critical patent/JP2011223975A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5716325B2 publication Critical patent/JP5716325B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable to filter a sugar solution without clogging of a membrane with solid components derived from biomass, when purifying the sugar solution by concentrating the sugar solution derived from cellulose-containing biomass using a nanofiltration membrane or a reverse osmosis membrane.SOLUTION: There are provided a method for producing the sugar solution by purifying an enzymatically saccharified solution derived from the cellulose-containing biomass by using a multiporous microfiltration membrane having a specific average pore size, subsequently the nanofiltration membrane and/or the reverse osmosis membrane, and an apparatus for producing the sugar solution.

Description

本発明は、セルロースを含有するバイオマスから糖液を製造する方法及び糖液を製造する装置に関する。   The present invention relates to a method for producing a sugar solution from biomass containing cellulose and an apparatus for producing the sugar solution.

糖を原料とした化学品の発酵生産プロセスは、種々の工業原料生産に利用されている。この発酵原料となる糖として、現在、さとうきび、澱粉、テンサイなどの食用原料に由来するものが工業的に使用されているが、今後の世界人口の増加による食用原料価格の高騰、あるいは食用と競合するという倫理的な側面から、再生可能な非食用資源、すなわちバイオマスより効率的に糖液を製造するプロセス、あるいは得られた糖液を発酵原料として、効率的に工業原料に変換するプロセスの構築が今後の課題となっている。   BACKGROUND ART Fermentative production processes for chemicals using sugar as a raw material are used for producing various industrial raw materials. Currently, sugar derived from edible raw materials such as sugar cane, starch and sugar beet is used industrially as sugar for this fermentation raw material, but the price of edible raw materials will rise due to the increase in the world population in the future, or it will compete with edible foods. From the ethical aspect of building a process for producing sugar solution more efficiently than renewable non-edible resources, that is, biomass, or building a process for efficiently converting the obtained sugar solution into fermentation raw materials Is an issue for the future.

バイオマスから糖を得る従来技術としては、濃硫酸を用いて、バイオマス中のセルロースやヘミセルロースをグルコース、キシロースに代表される単糖まで加水分解する方法(特許文献1、2)や、バイオマスの反応性を向上させる前処理を施した後に、酵素反応により加水分解する方法が一般的に知られている(特許文献3,4)。   Conventional techniques for obtaining sugar from biomass include a method of hydrolyzing cellulose and hemicellulose in biomass to monosaccharides typified by glucose and xylose using concentrated sulfuric acid (Patent Documents 1 and 2), and biomass reactivity. In general, a method of hydrolyzing by an enzymatic reaction after performing a pretreatment for improving the pH is known (Patent Documents 3 and 4).

しかし、これらの従来の方法で得られるバイオマス由来の糖液は、糖濃度が低いため発酵工程において時間を要し、また後工程の蒸留工程で余分なエネルギーを消費するという課題があった。また、バイオマス由来の発酵阻害物質も多く含まれているため、発酵効率が悪いという課題もあった。   However, since the sugar solution derived from biomass obtained by these conventional methods has a low sugar concentration, it takes time in the fermentation process, and there is a problem that extra energy is consumed in the subsequent distillation process. Moreover, since many fermentation-inhibiting substances derived from biomass are contained, there is also a problem that fermentation efficiency is poor.

これらの課題を解決する1つの方法として、並行複発酵技術が検討されている(特許文献5)。固液分離を行わない該技術は、平衡反応である酵素反応において糖が発酵により消費されるため、糖の生成速度が速いという利点があるが、バイオマス由来の発酵阻害物質が蓄積してしまうため、化学品の蓄積濃度が上がらず生産効率が上がらない課題があった。   As one method for solving these problems, a parallel double fermentation technique has been studied (Patent Document 5). The technology that does not perform solid-liquid separation has the advantage that the sugar is consumed by fermentation in the enzyme reaction, which is an equilibrium reaction, and therefore has the advantage of a high sugar production rate, but because fermentation-inhibiting substances derived from biomass accumulate. There was a problem that the accumulated concentration of chemicals did not increase and the production efficiency did not increase.

一方、糖液を得るプロセスにおいて、糖の濃縮又は精製に、ナノ濾過膜や逆浸透膜を使用する方法が開示されている(特許文献6)。しかし、これらの膜を用いて濾過する場合、糖液中に含まれてくるバイオマス由来の固形物により、膜の目詰まりを起こして濾過が困難になるという問題があった。そのため、膜濾過に供する前に、この固形物を除去する方法として、例えばスクリュープレスやフィルタプレスを用いる方法(特許文献7)、遠心分離を用いる方法(特許文献8)、不織布により濾過する方法(特許文献9)等が検討されている。しかし、これらの方法では、バイオマス由来の糖液中に含まれる固形分を十分に除去することができず、ナノ濾過膜又は逆浸透膜を使用して糖液を濾過するときの膜の目詰まりという課題は未解決であった。   On the other hand, in a process for obtaining a sugar solution, a method of using a nanofiltration membrane or a reverse osmosis membrane for concentration or purification of sugar is disclosed (Patent Document 6). However, when these membranes are used for filtration, there is a problem that the membrane is clogged due to biomass-derived solids contained in the sugar solution, making filtration difficult. Therefore, before being subjected to membrane filtration, as a method of removing this solid matter, for example, a method using a screw press or a filter press (Patent Document 7), a method using centrifugation (Patent Document 8), a method of filtering with a nonwoven fabric ( Patent Document 9) and the like have been studied. However, in these methods, the solid content contained in the biomass-derived sugar solution cannot be sufficiently removed, and the membrane is clogged when the sugar solution is filtered using a nanofiltration membrane or a reverse osmosis membrane. The issue was unsolved.

特表平11−506934号公報Japanese National Patent Publication No. 11-506934 特開2005−229821号公報JP 2005-229821 A 特開2001−95597号公報JP 2001-95597 A 特許第3041380号公報Japanese Patent No. 3041380 特開2009−22165号公報JP 2009-22165 A 国際公開第2009/110374号International Publication No. 2009/110374 特表平9−507386号公報Japanese National Patent Publication No. 9-507386 特開昭61−234790号公報JP 61-234790 A 特開2009−240167号公報JP 2009-240167 A

本発明は、上記の課題を解決するものであって、バイオマス由来の糖液をナノ濾過膜や逆浸透膜にて濃縮し、精製するときに、バイオマス由来の固形分による膜の目詰まりなく濾過することを可能にする。   The present invention solves the above-described problem, and when a biomass-derived sugar solution is concentrated and purified by a nanofiltration membrane or a reverse osmosis membrane, the membrane is filtered without clogging the membrane due to biomass-derived solid content. Make it possible to do.

前記課題を解決するため、鋭意検討した結果、ナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜により糖濃縮し、精製するに際して、前記膜の濾過を妨げる原因となる物質を見出し、特定の平均細孔径を有する多孔性精密濾過膜を用いてこれを除去することにより濾過膜の目詰まりを防ぐことができることを見出し、本発明を完成させた。さらに、多孔性精密濾過膜による濾過の際に加水処理を行うことにより、精密濾過膜濾過における膜目詰まりが改善され、発酵阻害物質濃度を低減させた高品質の糖液を効率よく得ることができることを見出した。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, a substance that causes the filtration of the membrane is found when the sugar is concentrated and purified by a nanofiltration membrane and / or reverse osmosis membrane, and has a specific average pore size. The inventors have found that removal of a porous microfiltration membrane using a porous microfiltration membrane can prevent clogging of the filtration membrane, thereby completing the present invention. Furthermore, by performing the water treatment during filtration with a porous microfiltration membrane, the membrane clogging in the microfiltration membrane filtration is improved, and a high-quality sugar solution with reduced fermentation inhibitor concentration can be obtained efficiently. I found out that I can do it.

すなわち、本発明は以下の[1]〜[8]の構成を有する。
[1]セルロース含有バイオマスから糖液を製造する方法であって、
セルロース含有バイオマスを前処理して得られた前処理物に糖化酵素を添加して酵素糖化液を得る工程(1)、工程(1)で得られる酵素糖化液を、平均細孔径が0.25μm以下の多孔性精密濾過膜に通じてクロスフロー濾過し、膜透過画分として糖溶液を得る工程(2)、工程(2)で得られる糖溶液をナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜に通じて濾過し、膜非透過画分として精製された糖液を得る工程(3)、を含む糖液の製造方法。
[2]工程(2)において、クロスフロー濾過する前又はクロスフロー濾過中に加水処理を行う、[1]に記載の糖液の製造方法。
[3]工程(2)において、クロスフロー濾過する前又はクロスフロー濾過中に、酵素糖化液のMLSS濃度が40000mg/L以下となるように加水処理を行う、[1]又は[2]に記載の糖液の製造方法。
[4]工程(2)において、酵素糖化液のpHを変化させた後でクロスフロー濾過する[1]から[3]のいずれか1項に記載の糖液の製造方法。
[5]工程(1)において、前処理が水熱処理であり、熱水可溶分を含む前処理物を使用する、[1]から[4]のいずれか1項に記載の糖液の製造方法。
[6]工程(1)の酵素糖化液の固形物含有が0.1%以上10%以下である、[1]から[5]のいずれか1項に記載の糖液の製造方法。
[7]工程(2)の前工程として、工程(1)で得られる酵素糖化液に、遠心分離、沈降分離及び浮上分離から選ばれる1以上の固液分離処理を行う、[1]から[6]のいずれか1項に記載の糖液の製造方法。
[8]セルロース含有バイオマスから糖液を製造する装置であって、
セルロース含有バイオマスの前処理物を供給する前処理物供給部と、糖化酵素を供給する糖化酵素供給部とを有する酵素糖化槽、
酵素糖化液の粘度を測定する粘度計と、酵素糖化液の粘度測定値に応じて加水及び/又は排液を行う加水・排液制御部と、平均細孔径が0.25μm以下の多孔性精密濾過膜とを有し、酵素糖化槽で得られた酵素糖化液をクロスフロー濾過して膜透過画分として糖溶液を得る膜分離槽、及び
ナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜を有し、膜分離槽で得られた糖溶液を濾過して膜非透過画分として精製された糖液を得る糖液精製部、
を備える糖液の製造装置。
That is, the present invention has the following configurations [1] to [8].
[1] A method for producing a sugar solution from cellulose-containing biomass,
Step (1) for obtaining an enzyme saccharified solution by adding a saccharifying enzyme to a pretreated product obtained by pretreating cellulose-containing biomass, and the enzyme saccharified solution obtained in step (1) have an average pore size of 0.25 μm. Cross-flow filtration through the following porous microfiltration membrane to obtain a sugar solution as a membrane permeate fraction (2), the sugar solution obtained in step (2) is passed through the nanofiltration membrane and / or reverse osmosis membrane And a step (3) of obtaining a sugar solution purified as a membrane-impermeable fraction.
[2] The method for producing a sugar liquid according to [1], wherein in the step (2), the water treatment is performed before or during the crossflow filtration.
[3] In the step (2), the water treatment is performed so that the MLSS concentration of the enzyme saccharified solution is 40000 mg / L or less before or during the crossflow filtration. Method for producing a sugar solution.
[4] The method for producing a sugar liquid according to any one of [1] to [3], wherein in the step (2), the pH of the enzyme saccharified liquid is changed and then cross-flow filtration is performed.
[5] Production of sugar solution according to any one of [1] to [4], wherein in step (1), the pretreatment is hydrothermal treatment and a pretreated product containing a hot water-soluble component is used. Method.
[6] The method for producing a sugar liquid according to any one of [1] to [5], wherein the solid content of the enzyme saccharified liquid in the step (1) is 0.1% to 10%.
[7] As a previous step of step (2), the enzyme saccharified solution obtained in step (1) is subjected to one or more solid-liquid separation treatments selected from centrifugation, sedimentation separation, and flotation separation. [6] The method for producing a sugar liquid according to any one of [6].
[8] An apparatus for producing a sugar solution from cellulose-containing biomass,
An enzyme saccharification tank having a pretreatment product supply unit for supplying a pretreatment product of cellulose-containing biomass and a saccharification enzyme supply unit for supplying a saccharification enzyme;
Viscometer for measuring the viscosity of the enzyme saccharified solution, a hydration / drainage control unit that performs hydration and / or drainage according to the measured viscosity value of the enzyme saccharified solution, and a porous precision with an average pore size of 0.25 μm or less A membrane separation tank having a filtration membrane, a cross-flow filtration of the enzyme saccharified solution obtained in the enzyme saccharification tank to obtain a sugar solution as a membrane permeation fraction, and a nanofiltration membrane and / or a reverse osmosis membrane, A sugar solution purification unit for filtering the sugar solution obtained in the membrane separation tank to obtain a sugar solution purified as a membrane non-permeating fraction,
An apparatus for producing a sugar solution comprising:

本発明によれば、ナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜にて濾過して糖液を製造する場合に、バイオマス由来の固形分を十分に除去することができるので、これによる膜の目詰まりなく濾過することが可能になり、化学品の発酵生産に用いる高品質のバイオマス由来の糖液を効率よく製造することができる。   According to the present invention, when a sugar solution is produced by filtration through a nanofiltration membrane and / or a reverse osmosis membrane, solid content derived from biomass can be sufficiently removed, so that the membrane is not clogged. It becomes possible to filter, and it is possible to efficiently produce a high-quality biomass-derived sugar solution used for fermentative production of chemicals.

本発明の糖液の製造装置の1例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the manufacturing apparatus of the sugar liquid of this invention. 本発明の糖液の製造装置の1例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the manufacturing apparatus of the sugar liquid of this invention. 本発明の糖液の製造装置の1例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the manufacturing apparatus of the sugar liquid of this invention. 本発明の糖液の製造装置の1例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the manufacturing apparatus of the sugar liquid of this invention. 水熱処理糖化液に含まれている粒子成分の粒径分布を示すグラフである。It is a graph which shows the particle size distribution of the particle component contained in the hydrothermal treatment saccharified liquid. 濾過後のナノ濾過膜に付着した粒子成分を観察した電子顕微鏡写真である。It is the electron micrograph which observed the particle component adhering to the nanofiltration membrane after filtration.

本発明は、前処理を行ったセルロース含有バイオマスの前処理物に糖化酵素を添加して酵素糖化液を得、これを多孔性の精密濾過膜を用いてクロスフロー濾過した後、膜透過画分として得られる糖溶液をナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜に供して発酵阻害物質を除去し、膜非透過画分として精製された糖液を得る、糖液の製造方法である。   In the present invention, a saccharification enzyme is added to a pretreated cellulose-containing biomass pretreated product to obtain an enzyme saccharified solution, which is subjected to crossflow filtration using a porous microfiltration membrane, and then a membrane permeation fraction. The sugar solution obtained as described above is subjected to a nanofiltration membrane and / or a reverse osmosis membrane to remove fermentation-inhibiting substances, and a sugar solution purified as a membrane-impermeable fraction is obtained.

本発明において、セルロース含有バイオマスは、セルロースを5%以上含む生物由来の資源である。具体的には、バガス、スイッチグラス、ネピアグラス、エリアンサス、コーンストーバー、稲わら、麦わらなどの草本系バイオマス、樹木、廃建材などの木質系バイオマスなどを例として挙げることができる。これらのセルロース含有バイオマスは、芳香族高分子であるリグニン及びセルロース・ヘミセルロースを含有していることから、リグノセルロースとも呼ばれる。セルロース含有バイオマスに含まれる多糖成分であるセルロースやヘミセルロースを加水分解することにより発酵原料として利用可能な単糖を含む糖液を得ることができる。   In the present invention, the cellulose-containing biomass is a biological resource containing 5% or more of cellulose. Specific examples include herbaceous biomass such as bagasse, switchgrass, napiergrass, Eliansus, corn stover, rice straw, and straw, and woody biomass such as trees and waste building materials. These cellulose-containing biomass is also called lignocellulose because it contains lignin and cellulose / hemicellulose which are aromatic polymers. By hydrolyzing cellulose and hemicellulose, which are polysaccharide components contained in cellulose-containing biomass, a sugar solution containing a monosaccharide that can be used as a fermentation raw material can be obtained.

本発明の糖液の製造方法において、工程(1)は、セルロース含有バイオマスを前処理し、その結果得られた前処理物を糖化酵素の共存下で加水分解し、酵素糖化液を得る工程である。   In the method for producing a sugar solution of the present invention, step (1) is a step of pretreating cellulose-containing biomass and hydrolyzing the pretreated product obtained as a result in the presence of a saccharifying enzyme to obtain an enzyme saccharified solution. is there.

工程(1)の前処理は、糖化酵素による加水分解効率を向上させるために物理的、化学的処理をセルロース含有バイオマスに施すものである。この前処理としては、高温高圧の希硫酸、亜硫酸塩等で処理する酸処理、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム等のアルカリ性水溶液で処理するアルカリ処理、液体アンモニア又はアンモニアガスで処理するアンモニア処理、加圧熱水で処理する水熱処理、カッターミルや、ハンマーミル、グラインダーなどを用いて機械的に繊維を切断する微粉砕処理、水蒸気によって短時間蒸煮し、瞬時に圧力を開放して体積膨張により粉砕する蒸煮爆砕処理などが挙げられるが、これらに限らない。   In the pretreatment in step (1), the biomass containing cellulose is subjected to physical and chemical treatments in order to improve the hydrolysis efficiency by the saccharifying enzyme. This pretreatment includes acid treatment with high-temperature and high-pressure dilute sulfuric acid, sulfite, etc., alkali treatment with an alkaline aqueous solution such as calcium hydroxide and sodium hydroxide, ammonia treatment with liquid ammonia or ammonia gas, Hydrothermal treatment with hydrothermal water, fine pulverization treatment that mechanically cuts fibers using a cutter mill, hammer mill, grinder, etc., steam for a short time with steam, release pressure instantly and pulverize by volume expansion Examples include, but are not limited to, steaming and explosion treatment.

工程(1)の前処理のうち、酸処理は、硫酸や亜硫酸塩などの酸性水溶液とセルロース含有バイオマスを高温高圧の条件下で処理して前処理物を得る処理方法である。酸処理は、一般に、リグニンを溶解させ、さらにまず結晶性の低いヘミセルロース成分から加水分解が起き、次いで結晶性の高いセルロース成分が分解されるという特徴を有するので、ヘミセルロース由来のキシロースを多く含有する液を得ることが可能である。また、2段階以上の工程を設定することで、ヘミセルロース、セルロースに適した加水分解条件が設定でき、分解効率及び糖収率を向上させることが可能になる。   Among the pretreatments in step (1), the acid treatment is a treatment method in which an acidic aqueous solution such as sulfuric acid or sulfite and cellulose-containing biomass are treated under high temperature and high pressure conditions to obtain a pretreated product. In general, the acid treatment is characterized by dissolving lignin, first hydrolyzing from the hemicellulose component having low crystallinity, and then decomposing the cellulose component having high crystallinity, and thus contains a large amount of xylose derived from hemicellulose. It is possible to obtain a liquid. Further, by setting two or more steps, hydrolysis conditions suitable for hemicellulose and cellulose can be set, and the decomposition efficiency and sugar yield can be improved.

酸処理において用いる酸は、加水分解を起こすものであれば特に限定はされないが、経済性の観点から硫酸が望ましい。酸の濃度は0.1〜15重量%であることが好ましく、より好ましくは、0.5〜5重量%である。反応温度は100〜300℃の範囲で設定することができる。反応時間は1秒〜60分の範囲で設定することができる。処理回数は特に限定されず、1回以上行えばよい。酸処理後の糖化酵素による分解は、酸処理後に得られる前処理物のうち固形分と液成分とを分けてそれぞれ行っても良いし、固形分と液成分とが混合したまま行っても良い。酸処理によって得られる固形分及び液成分には用いた酸が含まれているので、糖化酵素による加水分解反応を行うためには中和を行う。   The acid used in the acid treatment is not particularly limited as long as it causes hydrolysis, but sulfuric acid is desirable from the viewpoint of economy. The acid concentration is preferably 0.1 to 15% by weight, and more preferably 0.5 to 5% by weight. The reaction temperature can be set in the range of 100 to 300 ° C. The reaction time can be set in the range of 1 second to 60 minutes. The number of processes is not particularly limited, and may be performed once or more. The decomposition by the saccharifying enzyme after the acid treatment may be carried out separately for the pretreatment product obtained after the acid treatment by separating the solid content and the liquid component, or may be performed while the solid content and the liquid component are mixed. . Since the solid component and the liquid component obtained by the acid treatment contain the acid used, neutralization is performed to perform a hydrolysis reaction with a saccharifying enzyme.

工程(1)の前処理のうち、水熱処理は、100〜400℃の加圧熱水で、1秒〜60分処理する方法である。通常、処理後のセルロース含有バイオマスが0.1〜50重量%の濃度になるように行われる。圧力は処理温度に依存されるため特に限定されないが、好ましくは0.01〜10MPaである。   Among the pretreatments in step (1), hydrothermal treatment is a method of treating with pressurized hot water at 100 to 400 ° C. for 1 second to 60 minutes. Usually, it is performed so that the cellulose-containing biomass after the treatment has a concentration of 0.1 to 50% by weight. The pressure is not particularly limited because it depends on the treatment temperature, but it is preferably 0.01 to 10 MPa.

水熱処理では、加圧熱水の温度により熱水への溶出成分が異なる。一般に、加圧熱水の温度を上昇させていくと、セルロース含有バイオマスからは最初にタンニン、リグニンの第1グループが流出し、次に140−150℃以上でヘミセルロースの第2グループが流出し、更に約230℃を越えるとセルロースの第3グループが流出する。また、流出と同時にヘミセルロース、セルロースの加水分解反応が起こることもある。加圧熱水の温度による流出成分の違いを利用して、セルロース、ヘミセルロースに対する糖化酵素の反応効率を向上させるために処理温度を変えて多段階の処理をしてもよい。ここで、水熱処理によって得られる画分のうち、加圧熱水へ溶出した成分を含む水溶物を熱水可溶分、熱水可溶分を除いたものを熱水不溶分という。   In hydrothermal treatment, the elution component to hot water differs depending on the temperature of the pressurized hot water. In general, as the temperature of pressurized hot water is increased, the first group of tannin and lignin flows out from the cellulose-containing biomass first, and then the second group of hemicellulose flows out at 140-150 ° C. or higher. When the temperature exceeds about 230 ° C., the third group of cellulose flows out. Moreover, the hydrolysis reaction of hemicellulose and cellulose may occur simultaneously with the outflow. In order to improve the reaction efficiency of the saccharifying enzyme with respect to cellulose and hemicellulose using the difference in the outflow component depending on the temperature of the pressurized hot water, the treatment temperature may be changed to perform multi-stage treatment. Here, among the fractions obtained by hydrothermal treatment, an aqueous solution containing a component eluted into pressurized hot water is referred to as a hot water-soluble component, and a hot water-soluble component is referred to as a hot water-insoluble component.

熱水不溶分は、多くのリグニンとヘミセルロース成分が溶出された結果得られる、主に二糖以上のセルロース(C6)成分を含んだ固形分である。主成分のセルロースにほか、ヘミセルロース成分、リグニン成分が含まれることもある。これらの含有比率は、水熱処理の加圧熱水の温度や処理バイオマスの種類によって変化する。熱水不溶分の含水率は10%から90%、より好ましくは20%から80%である。   The hot water-insoluble component is a solid component mainly containing a cellulose (C6) component having two or more sugars, which is obtained as a result of elution of many lignin and hemicellulose components. In addition to cellulose as the main component, hemicellulose components and lignin components may be included. These content ratios change with the temperature of the pressurized hot water of hydrothermal treatment, and the kind of process biomass. The water content of the hot water insoluble component is 10% to 90%, more preferably 20% to 80%.

熱水可溶分は液体状態又はスラリー状態である加圧熱水に溶出したヘミセルロース、リグニン、タンニン、一部のセルロース成分を含む水溶物であり、液体状態又はスラリー状態である。熱水可溶分中の溶出成分の含有率は、通常0.1%以上10%以下(重量%)である。ここで、熱水可溶分中の溶出成分の含有率の測定は、含水率計(例えば、ケット科学研究所製 赤外線水分計FD720)を用いて行うことができる。具体的には、測定する熱水可溶分に関して含水率計で得られた含水率を100%から引いた値を用いることができる。溶出成分は、単糖、オリゴ糖などの水溶成分に限らず、水の中に混入している全ての成分であり、静置した後に生じた沈殿や、沈殿はしないが液中に分散しているコロイド成分も含まれる。   The hot water-soluble component is an aqueous solution containing hemicellulose, lignin, tannin, and a part of cellulose components eluted in pressurized hot water in a liquid state or a slurry state, and is in a liquid state or a slurry state. The content rate of the eluted component in the hot water soluble component is usually 0.1% or more and 10% or less (% by weight). Here, the measurement of the content rate of the elution component in the hot water-soluble component can be performed using a moisture content meter (for example, an infrared moisture meter FD720 manufactured by Kett Science Laboratory). Specifically, a value obtained by subtracting from 100% the moisture content obtained with a moisture meter for the hot water soluble component to be measured can be used. The elution components are not limited to water-soluble components such as monosaccharides and oligosaccharides, but are all components that are mixed in water. Also included are colloidal components.

特に熱水可溶分は、発酵阻害物質であるギ酸や酢酸などの有機酸、HMFやフルフラールなどのフラン系、芳香族系化合物を多く含んでいるため、熱水可溶分を糖化酵素で処理した糖溶液をそのまま用いて、化学品の発酵生産を行うことは通常困難である。また、熱水可溶分に含まれる成分は、コロイド成分・微粒子成分を多量に含んでおり、膜を用いた濾過においてこれらが膜目詰まりの要因ともなり得る。   In particular, hot water-soluble components contain a large amount of organic acids such as formic acid and acetic acid, which are fermentation inhibitors, and furan and aromatic compounds such as HMF and furfural. It is usually difficult to carry out fermentative production of chemicals using the sugar solution as it is. In addition, the components contained in the hot water-soluble component contain a large amount of colloidal components and fine particle components, and these may cause clogging in filtration using a membrane.

工程(1)の前処理のうち、アルカリ処理は、アルカリ水溶液、通常は水酸化物塩(但し、水酸化アンモニウムを除く)の水溶液でセルロース含有バイオマスを反応させる処理方法ある。アルカリ処理により、主にセルロース・ヘミセルロースの糖化酵素による反応を阻害するリグニンを除去することができる。使用する水酸化物塩としては、水酸化ナトリウム又は水酸化カルシウムが好ましい。アルカリ水溶液の濃度は、0.1〜60重量%の範囲が好ましく、これをセルロース含有バイオマスに添加し、通常100〜200℃、好ましくは110℃〜180℃の温度範囲で処理する。処理回数は特に限定されず、1回又は複数回行ってもよい。2回以上行う場合は、各回の処理を異なる条件で実施してもよい。アルカリ処理によって得られた前処理物は、アルカリを含むため、糖化酵素による加水分解を行う前に、中和を行う。   Among the pretreatments in step (1), the alkali treatment is a treatment method in which cellulose-containing biomass is reacted with an aqueous alkali solution, usually an aqueous solution of a hydroxide salt (excluding ammonium hydroxide). By the alkali treatment, it is possible to remove lignin that mainly inhibits the reaction of cellulose / hemicellulose by saccharifying enzymes. The hydroxide salt used is preferably sodium hydroxide or calcium hydroxide. The concentration of the aqueous alkali solution is preferably in the range of 0.1 to 60% by weight, and this is added to the cellulose-containing biomass and is usually treated at a temperature range of 100 to 200 ° C, preferably 110 to 180 ° C. The number of treatments is not particularly limited, and may be performed once or a plurality of times. When performing twice or more, you may implement each process on different conditions. Since the pretreated product obtained by the alkali treatment contains an alkali, it is neutralized before hydrolysis with a saccharifying enzyme.

工程(1)の前処理のうち、アンモニア処理は、アンモニア水溶液又は100%アンモニア(液体又は気体)をセルロース由来バイオマスと反応させる処理方法である。例えば、特開2008−161125又は特開2008−535664に記載の方法を用いることができる。アンモニア処理では、アンモニアがセルロース成分と反応することにより、セルロースの結晶性が崩れることにより、糖化酵素との反応効率が大幅に向上すると言われている。通常、セルロース含有バイオマスに対して0.1〜15重量%の範囲の濃度となるようにセルロース含有バイオマスにアンモニアを添加し、4℃〜200℃、好ましくは60℃〜150℃で処理する。処理回数は特に限定されず、1回又は複数回行ってもよい。アンモニア処理によって得られた前処理物は、糖化酵素による加水分解反応を行う前に、アンモニアの中和又はアンモニアの除去を行う。中和に使用する酸試薬は特に限定されない。例えば塩酸、硝酸、硫酸などの酸により中和することができるが、プロセス配管の腐食性及び発酵阻害因子とならないことを考慮して、硫酸が好ましい。アンモニアの除去は、アンモニア処理物を減圧状態に保つことでアンモニアを揮発させて除去することができる。   Among the pretreatments in step (1), ammonia treatment is a treatment method in which an aqueous ammonia solution or 100% ammonia (liquid or gas) is reacted with cellulose-derived biomass. For example, the method described in JP2008-161125A or JP2008-535664A can be used. In the ammonia treatment, it is said that the reaction efficiency with the saccharifying enzyme is greatly improved by the fact that the crystallinity of cellulose is lost due to the reaction of ammonia with the cellulose component. Usually, ammonia is added to the cellulose-containing biomass so as to have a concentration in the range of 0.1 to 15% by weight with respect to the cellulose-containing biomass, and the treatment is performed at 4 ° C to 200 ° C, preferably 60 ° C to 150 ° C. The number of treatments is not particularly limited, and may be performed once or a plurality of times. The pretreated product obtained by the ammonia treatment is neutralized or removed from ammonia before performing a hydrolysis reaction with a saccharifying enzyme. The acid reagent used for neutralization is not particularly limited. For example, although it can neutralize with acids, such as hydrochloric acid, nitric acid, and a sulfuric acid, a sulfuric acid is preferable considering that it does not become a corrosiveness of a process piping, and does not become a fermentation inhibition factor. Ammonia can be removed by volatilizing ammonia by keeping the ammonia-treated product in a reduced pressure state.

本発明の工程(1)では、上記の前処理を施して得られた前処理物に、糖化酵素を添加して加水分解反応を行い、酵素糖化液を得る。   In step (1) of the present invention, a saccharification enzyme is added to the pretreated product obtained by performing the above pretreatment to perform a hydrolysis reaction to obtain an enzyme saccharified solution.

糖化酵素による加水分解反応は、pHが3〜7の付近で行うことが好ましく、より好ましくはpH4.0以上6.0以下である。反応温度は、40〜70℃であることが好ましい。pHの調整は、適宜酸、アルカリを添加することにより、又は例えば酢酸塩、クエン酸塩等のpH緩衝剤を添加することにより行うことができる。好ましくは、経済的観点及び発酵阻害の観点から、酸として硫酸、アルカリとして水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム又はアンモニアのいずれかの水溶液を用い、反応中にpHを測定しながら所望のpHとなるように経時的に前記の酸、アルカリを適宜添加する方法が好ましい。糖化酵素による加水分解反応の時間は、収率の観点から1時間以上72時間以内が好ましく、より好ましくは使用エネルギーの観点から3時間以上24時間以内である。加水分解に使用する反応装置は1段でも多段でも良く、連続式でも構わない。   The hydrolysis reaction with a saccharifying enzyme is preferably performed in the vicinity of pH 3 to 7, more preferably pH 4.0 or more and 6.0 or less. The reaction temperature is preferably 40 to 70 ° C. The pH can be adjusted by appropriately adding an acid or alkali, or by adding a pH buffer such as acetate or citrate. Preferably, from an economical viewpoint and a fermentation inhibition viewpoint, sulfuric acid is used as an acid, and an aqueous solution of any one of sodium hydroxide, calcium hydroxide, or ammonia is used as an acid so that the desired pH is obtained while measuring the pH during the reaction. It is preferable to add the above acid and alkali appropriately over time. The hydrolysis reaction time by the saccharifying enzyme is preferably 1 hour or more and 72 hours or less from the viewpoint of yield, and more preferably 3 hours or more and 24 hours or less from the viewpoint of energy used. The reaction apparatus used for the hydrolysis may be a single stage or multiple stages, and may be a continuous type.

本発明において、糖化酵素とは、セルロース又はヘミセルロースを分解する活性を有する、あるいはセルロース又はヘミセルロースの分解を補助する酵素成分のことを指す。具体的な酵素成分としては、セルビオハイドロラーゼ、エンドグルカナーゼ、エキソグルカナーゼ、βグルコシダーゼ、キシラナーゼ、キシロシダーゼ、バイオマス膨潤酵素などを例示することができる。また、糖化酵素は、これらの成分の複数種を含む酵素混合物であることが好ましい。例えば、セルロース、ヘミセルロースの加水分解は、こうした複数の酵素成分の協奏効果あるいは補完効果により効率よく実施することができるため、本発明において好ましく使用される。   In the present invention, the saccharifying enzyme refers to an enzyme component having an activity of degrading cellulose or hemicellulose or assisting in degrading cellulose or hemicellulose. Specific examples of enzyme components include cellobiohydrolase, endoglucanase, exoglucanase, β-glucosidase, xylanase, xylosidase, and biomass swelling enzyme. The saccharifying enzyme is preferably an enzyme mixture containing a plurality of these components. For example, the hydrolysis of cellulose and hemicellulose is preferably used in the present invention because it can be efficiently carried out by the concerted effect or the complementary effect of such a plurality of enzyme components.

本発明において、糖化酵素は微生物により産生されるものを好ましく用いることができる。例えば、一種の微生物が産生する複数の酵素成分を含む糖化酵素であってもよく、また複数の微生物から産生される酵素成分の混合物であってもよい。   In the present invention, those produced by microorganisms can be preferably used as the saccharifying enzyme. For example, it may be a saccharifying enzyme containing a plurality of enzyme components produced by one kind of microorganism, or may be a mixture of enzyme components produced from a plurality of microorganisms.

糖化酵素を産生する微生物は、糖化酵素を細胞内又は細胞外に産生する微生物であって、好ましくは細胞外に糖化酵素を産生する微生物である。細胞外に産生する微生物の方が糖化酵素回収が容易だからである。   The microorganism that produces a saccharifying enzyme is a microorganism that produces a saccharifying enzyme inside or outside the cell, and preferably a microorganism that produces a saccharifying enzyme outside the cell. This is because saccharifying enzyme recovery is easier for microorganisms produced outside the cell.

糖化酵素を産生する微生物は、上記の酵素成分を産生するものであれば特に限定されない。特にトリコデルマ属に分類される糸状菌は、細胞外に、多種の糖化酵素を大量に分泌するので、糖化酵素を産生する微生物として特に好ましく用いることができる。   The microorganism that produces the saccharifying enzyme is not particularly limited as long as it produces the above enzyme components. In particular, filamentous fungi classified into the genus Trichoderma secrete a large amount of various saccharifying enzymes to the outside of the cells, so that they can be particularly preferably used as microorganisms that produce saccharifying enzymes.

本発明で使用する糖化酵素は、好ましくはトリコデルマ属菌に由来する糖化酵素である。具体的には、トリコデルマ・リーセイ(Trichoderma reesei)に由来する糖化酵素であることがより好ましく、より具体的にはトリコデルマ・リーセイQM9414(Trichoderma reesei QM9414)、トリコデルマ・リーセイQM9123(Trichoderma reeseiQM9123)、トリコデルマ・リーセイRutC−30(Trichoderma reeseiRut C−30)、トリコデルマ・リーセイPC3−7(Trichoderma reesei PC3−7)、トリコデルマ・リーセイCL−847(Trichoderma reeseiCL−847)、トリコデルマ・リーセイMCG77(Trichoderma reesei MCG77)、トリコデルマ・リーセイMCG80(Trichoderma reeseiMCG80)、トリコデルマ・ビリデQM9123(Trichoderma viride9123)などのトリコデルマ属菌由来の糖化酵素であることが好ましい。また、トリコデルマ属糸状菌を変異剤又は紫外線照射などで変異処理を施し、糖化酵素の生産性を向上させた変異株由来の糖化酵素であってもよい。例えば、トリコデルマ属糸状菌を一部の酵素成分が多く発現するよう改変した変異株に由来する、糖化酵素の組成比率が変更された糖化酵素であってもよい。   The saccharifying enzyme used in the present invention is preferably a saccharifying enzyme derived from Trichoderma. Specifically, a saccharifying enzyme derived from Trichoderma reesei is more preferable, and more specifically, Trichoderma reesei QM9414 (Trichoderma reesei QM9414), Trichoderma reesei QM9123 (Trichoderma Risei RutC-30 (Trichoderma reeseiRut C-30), Trichoderma reesei PC3-7 (Trichoderma reesei PC3-7), Trichoderma reesei CL-847 (Trichoderma reesei CL-847), Trichoderma richo MC (77) A saccharifying enzyme derived from a genus Trichoderma such as Ma. Reesei MCG80 (Trichoderma reesei MCG80) or Trichoderma viride QM9123 (Trichoderma violet 9123) is preferable. Further, it may be a saccharifying enzyme derived from a mutant strain in which Trichoderma filamentous fungi are subjected to a mutation treatment with a mutagen or ultraviolet irradiation to improve the productivity of the saccharifying enzyme. For example, it may be a saccharifying enzyme in which the composition ratio of the saccharifying enzyme is changed, derived from a mutant strain in which Trichoderma filamentous fungus is modified so that a part of the enzyme component is expressed in a large amount.

市販されているトリコデルマ属菌由来の糖化酵素を用いてもよい。例えば、ノボザイム社の「セリック・シーテック」や、ジェネンコア協和社の「アクセルレース1000」、「アクセルレース1500」、シグマ・アルドリッチ社の「セルラーゼ from Trichoderma reesei ATCC 26921」、「セルラーゼfrom Trichoderma viride」、「Cellulase from Trichoderma longibrachiatum」などを例示できる。   A commercially available saccharifying enzyme derived from Trichoderma sp. May be used. For example, Novozyme's “Ceric Cec”, Genencor Kyowa's “Accel Race 1000”, “Accel Race 1500”, Sigma-Aldrich “Cellulase from Trichoderma reesei ATCC 26921”, “Cellulase from Trichoderma viride”, “ “Cellulase from Trichoderma longibrachiatum” and the like.

トリコデルマ属菌由来の糖化酵素は、酵素成分を産生するよう調製した培地中で、任意の期間、トリコデルマ属菌を培養することで得ることができる。使用する培地成分は特に限定されないが、糖化酵素の産生を促進するために、セルロースを添加した培地が好ましく使用できる。また、培養液をそのまま、又はトリコデルマ菌体を除去した培養上清が好ましく使用される。さらに、酵素安定化のために添加剤としてプロテアーゼ阻害剤、分散剤、溶解促進剤、安定化剤などを添加したものであってもよい。   The saccharifying enzyme derived from Trichoderma can be obtained by culturing Trichoderma for an arbitrary period in a medium prepared to produce enzyme components. The medium component to be used is not particularly limited, but a medium to which cellulose is added can be preferably used in order to promote production of saccharifying enzyme. Further, the culture supernatant is preferably used as it is or from the culture supernatant from which Trichoderma cells are removed. Furthermore, a protease inhibitor, a dispersant, a dissolution accelerator, a stabilizer and the like may be added as additives for stabilizing the enzyme.

トリコデルマ属菌由来の糖化酵素中の各酵素成分の種類、その成分比は特に限定されない。例えば、トリコデルマ・リーセイ由来の培養液には、セルビオハイドロラーゼ、βグルコシダーゼ等が含まれている。トリコデルマ属菌の場合、活性の高いセルビオハイドロラーゼは培養液中に生産されるが、βグルコシダーゼは、細胞内又は細胞表層に保持されるため、培養液中のβグルコシダーゼ活性は低くなるので、この場合は、培養上清中にさらに異種又は同種のβグルコシダーゼを添加してもよい。ここで添加する異種のβグルコシダーゼとしては、アスペルギルス属菌由来のβグルコシダーゼが好ましく使用できる。アスペルギルス属菌由来のβグルコシダーゼとして、例えばノボザイム社より市販されている「Novozyme188」などを例示することができる。   The kind of each enzyme component in the saccharifying enzyme derived from Trichoderma sp., And its component ratio are not particularly limited. For example, the culture solution derived from Trichoderma reesei contains cellobiohydrolase, β-glucosidase, and the like. In the case of Trichoderma spp., Highly active cell biohydrolase is produced in the culture solution, but β-glucosidase is retained in the cell or on the cell surface, so the β-glucosidase activity in the culture solution is low, In this case, a different or the same type of β-glucosidase may be further added to the culture supernatant. As the heterogeneous β-glucosidase added here, β-glucosidase derived from Aspergillus can be preferably used. Examples of β-glucosidase derived from Aspergillus sp. Include “Novozyme 188” commercially available from Novozyme.

本発明の糖液の製造方法の工程(2)で用いる精密濾過膜は、機能面の平均細孔径が0.25μm以下の多孔性の膜である。平均細孔径が0.25μm以下の多孔性精密濾過膜を用いることで、本発明の工程(2)及び工程(3)において固定分、酵素糖化液中や糖溶液中の固形成分による目詰まり等がなく安定した濾過が可能になり、その結果発酵阻害物質を効率よく除去することが可能になるので、高品質の発酵用糖液を得ることができる。糖化酵素の濃度が高い溶液を濾過する際の操作性及び糖収率の低下を防ぐ観点から、平均細孔径が0.01μm以上0.25μm以下の多孔性精密濾過膜を用いることが好ましい。   The microfiltration membrane used in step (2) of the method for producing a sugar liquid of the present invention is a porous membrane having a functional average pore diameter of 0.25 μm or less. By using a porous microfiltration membrane having an average pore diameter of 0.25 μm or less, clogging due to solid components in the step (2) and step (3) of the present invention, solid components in the enzyme saccharified solution or sugar solution, etc. And stable filtration becomes possible, and as a result, the fermentation inhibitor can be efficiently removed, so that a high-quality sugar solution for fermentation can be obtained. From the viewpoint of operability when filtering a solution having a high saccharifying enzyme concentration and preventing a decrease in sugar yield, it is preferable to use a porous microfiltration membrane having an average pore diameter of 0.01 μm or more and 0.25 μm or less.

本発明の工程(2)で用いる精密濾過膜は、機能面が多孔性の膜である。多孔性の精密濾過膜とは、機能面が互いに連通する空隙が形成された三次元網目構造をなしている膜を言う。例えば、膜機能面が織布、不織布であるものは含まない。ただし、機能面でない基材には織布、不織布が使用されていても構わない。膜機能面が織布、不織布であると、粒径0.25μm以上の粒子成分を効果的に除去することが難しいことが本発明において判明したからである。   The microfiltration membrane used in step (2) of the present invention is a membrane having a functional surface. The porous microfiltration membrane refers to a membrane having a three-dimensional network structure in which voids whose functional surfaces communicate with each other are formed. For example, the membrane functional surface is not woven or non-woven. However, a woven fabric or a non-woven fabric may be used for the non-functional substrate. This is because it has been found in the present invention that when the membrane functional surface is a woven fabric or a nonwoven fabric, it is difficult to effectively remove the particle component having a particle size of 0.25 μm or more.

精密濾過膜の平均細孔径は、各分離膜メーカーが提示の公称径を採用してもよいし、実際に測定してもよい。精密濾過膜の細孔径を測定する方法として、直接観察法やバブルポイント法を適用できる。直接観察法では、走査型電子顕微鏡(SEM)を使用して、精密濾過膜の表面の10μmx9μmの範囲内に存在する表面細孔を観察し、その直径を実測し、平均値を求めることで平均細孔径を算出することができる。また、バブルポイント法では、膜二次側から空気圧をかけて、膜表面に気泡の発生が観察できる最小圧力を測定し、使用した液体の表面張力と圧力との関係式から平均細孔径を算出することができる。より具体的には、ASTM F316−03(バブルポイント法)に準拠して測定することが可能であり、例えば、日本ベル株式会社製の貫通細孔分布/ガス透過性解析装置を用いて測定することができる。   The average pore diameter of the microfiltration membrane may be the nominal diameter suggested by each separation membrane manufacturer, or may be actually measured. As a method for measuring the pore size of the microfiltration membrane, a direct observation method or a bubble point method can be applied. In the direct observation method, a scanning electron microscope (SEM) is used to observe the surface pores existing within the range of 10 μm × 9 μm on the surface of the microfiltration membrane, the diameter is measured, and the average value is obtained to obtain the average value. The pore diameter can be calculated. In the bubble point method, air pressure is applied from the secondary side of the membrane, the minimum pressure at which bubble formation can be observed is measured, and the average pore diameter is calculated from the relationship between the surface tension and pressure of the liquid used. can do. More specifically, it is possible to measure in accordance with ASTM F316-03 (Bubble Point Method), for example, using a through-hole distribution / gas permeability analyzer manufactured by Nippon Bell Co., Ltd. be able to.

本発明で使用する精密濾過膜の材質としては、例えばセルロース系、芳香族ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、ポリフッ化ビニルデン、ポリエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン、セラミックス、金属などを用いることができる。これらのうち、酵素糖化液に含まれる糖化酵素による影響を受けず、また不溶性固形分の除去性がよいことから、芳香族ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、ポリフッ化ビニルデン、ポリエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレンが好ましく、特にポリフッ化ビニルデンが好ましい。   Examples of the material for the microfiltration membrane used in the present invention include cellulose, aromatic polyamide, polyvinyl alcohol, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polyacrylonitrile, polypropylene, polycarbonate, polytetrafluoroethylene, ceramics, and metal. be able to. Among these, since it is not affected by the saccharifying enzyme contained in the enzyme saccharified solution and has good removability of insoluble solids, aromatic polyamide, polyvinyl alcohol, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polyacrylonitrile, polypropylene, Polycarbonate and polytetrafluoroethylene are preferable, and polyvinylidene fluoride is particularly preferable.

本発明の工程(2)で行うクロスフロー濾過は、ポンプによる原液循環や、曝気による液流を用いて、膜表面に対して平行な液流れを作り液面を洗いながら濾過する方法である。ポンプによる原液循環では、中空糸膜や中空膜のモジュールを用いるのが好ましく、曝気による液流では浸漬型の平膜モジュールを用いるのが好ましい。より好ましくは、ポンプで原液循環しながら曝気による膜の機械的振動を起こすことが可能である中空糸型のモジュールを用いる。中空糸型モジュールを使用する際は、遠心分離などを利用して固液分離を事前に行うことが好ましい。遠心分離により、セルロース成分が中空糸に絡まって長期的な運転を阻害する可能性を防ぐことができる。曝気に用いる気体は空気が一般的であるが、反応性ガス、例えばオゾンガスにより膜面を洗浄して、膜面付着物を除去してもよい。また、二酸化炭素を用いて曝気することにより、濾過する酵素糖化液のpHを低下させることができる。   The cross-flow filtration performed in the step (2) of the present invention is a method in which a liquid flow parallel to the membrane surface is formed and the liquid surface is washed while washing the liquid surface using a stock solution circulation by a pump or a liquid flow by aeration. In the undiluted solution circulation by the pump, it is preferable to use a hollow fiber membrane or a hollow membrane module, and in the liquid flow by aeration, it is preferable to use an immersion type flat membrane module. More preferably, a hollow fiber type module capable of causing mechanical vibration of the membrane by aeration while circulating the stock solution with a pump is used. When using a hollow fiber type module, it is preferable to perform solid-liquid separation in advance using centrifugal separation or the like. Centrifugation can prevent the cellulose component from becoming entangled with the hollow fiber and hindering long-term operation. The gas used for aeration is generally air, but the film surface may be removed by washing the film surface with a reactive gas such as ozone gas. Moreover, the pH of the enzyme saccharified solution to be filtered can be lowered by aeration using carbon dioxide.

本発明の工程(2)で行うクロスフロー濾過は、膜目詰まりを防止する観点から、膜透過流束(後記)を0.75m/day以下、より好ましくは0.5m/day以下に制御するのが好ましい。例えば、水熱処理の熱水可溶分を含む酵素糖化液においては、膜透過流束0.1m/day以下で運転することが特に好ましい。クロスフロー濾過の膜透過流束を容易に制御できるようにするために、クロスフロー濾過の前又はクロスフロー濾過中に後記する加水処理を行うこと、又はクロスフロー濾過の前にする固液分離処理(後記)を行うことが有効である。固液分離処理を行う場合は、加水処理は固液分離処理後に行うことが好ましい。   In the cross flow filtration performed in the step (2) of the present invention, from the viewpoint of preventing membrane clogging, the membrane permeation flux (described later) is controlled to 0.75 m / day or less, more preferably 0.5 m / day or less. Is preferred. For example, in an enzyme saccharified solution containing a hydrothermally heat-soluble component of hydrothermal treatment, it is particularly preferable to operate at a membrane permeation flux of 0.1 m / day or less. In order to easily control the membrane permeation flux of the crossflow filtration, a water treatment described later is performed before or during the crossflow filtration, or a solid-liquid separation process before the crossflow filtration. It is effective to perform (described later). When performing a solid-liquid separation process, it is preferable to perform a hydration process after a solid-liquid separation process.

本発明の工程(2)における精密濾過膜を用いるクロスフロー濾過の前に又はクロスフロー濾過中に、加水処理を行うことが好ましい。加水処理は、酵素糖化液に濁度が10NTU以下の水を加える処理である。加える水として、製造工程中の水の使用量を低減する観点から、工程(3)での濾液をさらに逆浸透膜処理を行ったものを再利用してもよい。   It is preferable to carry out the water treatment before or during the cross flow filtration using the microfiltration membrane in the step (2) of the present invention. The hydration process is a process of adding water having a turbidity of 10 NTU or less to the enzyme saccharified solution. As the water to be added, from the viewpoint of reducing the amount of water used in the production process, the filtrate in the step (3) further subjected to the reverse osmosis membrane treatment may be reused.

本発明の工程(2)において加水処理を行う場合は、所望のMLSS濃度となるように加水量を決めるのが好ましい。MLSS(Mixed Liquor Suspended Solid)濃度は、一般に液中の不溶性の固形分に関する濃度を表すものであって、JIS K0102 14.1(2008年)の規格に定められた方法に従って測定することができる。MLSS濃度が一定以上になると、特に一定時間以上連続してクロスフロー濾過を行う際に濾過性が低下することから、MLSS濃度が一定値以下になるように加水処理を行うのが好ましい。具体的には、酵素糖化液のMLSS濃度は40000mg/L以下であることが好ましい。好ましいMLSS濃度の範囲としては、500mg/L以上40000mg/L以下が好ましく、より好ましくは1000mg/L以上20000mg/L以下である。MLSS濃度が500mg/L以下である場合は、濾過性の低下は顕著に現れないから、加水処理を行わなくてもよい。   In the case of performing the water treatment in the step (2) of the present invention, it is preferable to determine the amount of water so as to obtain a desired MLSS concentration. The MLSS (Mixed Liquor Suspended Solid) concentration generally represents a concentration relating to insoluble solids in a liquid, and can be measured according to a method defined in the standard of JIS K0102 14.1 (2008). When the MLSS concentration becomes a certain value or more, the filterability is deteriorated particularly when the cross flow filtration is continuously performed for a certain time or more. Therefore, it is preferable to perform the water treatment so that the MLSS concentration becomes a certain value or less. Specifically, the MLSS concentration of the enzyme saccharified solution is preferably 40000 mg / L or less. The preferable range of MLSS concentration is preferably 500 mg / L or more and 40000 mg / L or less, more preferably 1000 mg / L or more and 20000 mg / L or less. When the MLSS concentration is 500 mg / L or less, a decrease in filterability does not appear remarkably, so that the water treatment need not be performed.

酵素糖化液のMLSS濃度は、例えば連続運転している場合には直接測定することが難しいため、MLSS濃度に代わり、MLSS濃度と相関関係のある粘度を測定し、これを指標として加水量を決めることができる。酵素糖化液の粘度の測定方法は特に限定されない。例えば、一般に入手可能な粘度計を用いて測定することができる。   The MLSS concentration of the enzymatic saccharified solution is difficult to directly measure, for example, when continuously operating. For example, instead of the MLSS concentration, the viscosity correlated with the MLSS concentration is measured, and the amount of water is determined using this as an index. be able to. The method for measuring the viscosity of the enzyme saccharified solution is not particularly limited. For example, it can be measured using a generally available viscometer.

加水処理で添加する水の量は、上記のように酵素糖化液のMLSS濃度や粘度を測定することにより決めることができるが、通常は、酵素糖化液の原液に対して0.5倍量〜10倍量が好ましく、より好ましくは1.0倍量〜5.0倍量である。   The amount of water added in the hydrolysis treatment can be determined by measuring the MLSS concentration and viscosity of the enzyme saccharified solution as described above. The amount is preferably 10 times, more preferably 1.0 to 5.0 times.

また、加水処理は、工程(2)のクロスフロー濾過前又は濾過中に行うことがよい。加水は、精密濾過膜の非透過側又は透過側のいずれにおいて行ってもよい。透過側において加水を行う場合は、膜の逆洗の効果も得ることができるので、別途薬品を使用しないで逆洗運転可能な状態であれば発酵に利用する際の薬剤による発酵阻害の影響を抑えることができる。また、非透過側において加水する場合は、膜表面が洗浄される効果が期待できる。   Moreover, it is good to perform a hydrolysis process before the crossflow filtration of a process (2), or during filtration. The hydration may be performed on either the non-permeation side or the permeation side of the microfiltration membrane. When water is added on the permeate side, the effect of backwashing the membrane can also be obtained. Can be suppressed. Further, when water is added on the non-permeating side, an effect of washing the membrane surface can be expected.

加水処理は、工程(3)のナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜での濾過による発酵阻害物質の除去効果にも関係している。例えば、発酵阻害物質であるフルフラール濃度0.5g/L(本発明により得られる糖液を用いてエタノール発酵を行う場合に、その発酵効率の低下を起こさない程度の低濃度。J.P.Delgenes et. al. 1996,vol19,220−225, 「Enzyme and Microbial Technology」参照)となるように加水量を規定すると、工程(2)におけるクロスフロー濾過の運転性が向上し、工程(3)において効果的に発酵阻害物質を除去することができる。   The hydration treatment is also related to the removal effect of the fermentation inhibitor by filtration through the nanofiltration membrane and / or reverse osmosis membrane in step (3). For example, a furfural concentration of 0.5 g / L, which is a fermentation inhibitor (a low concentration that does not cause a decrease in fermentation efficiency when ethanol fermentation is performed using a sugar solution obtained by the present invention. JP Delgenes et al., 1996, vol 19, 220-225, “Enzyme and Microbiology”), the operability of the cross flow filtration in the step (2) is improved, and in the step (3) The fermentation inhibitor can be effectively removed.

本発明の工程(2)におけるクロスフロー濾過の前に、酵素糖化液に固液分離処理を行ってもよい。固液分離処理とは、酵素糖化液に存在する不溶成分の一部を除去する処理である。具体的な固液分離処理の方法としては、『食品工学基礎講座 固液分離』(光琳)によれば、遠心分離方式、圧搾分離方式、濾過方式、浮上分離方式、沈降分離方式が挙げられる。これらのうち、不溶成分による濾過時のフィルタや膜の目詰まりの心配がないことから、遠心分離、沈降分離又は浮上分離、あるいはこれら複数の組合せが好ましく、より好ましくは専有面積・設備費の観点から遠心分離である。固液分離処理は、断続的に行っても連続的に行ってもよい。また、固液分離処理の前に凝集剤処理を行っても良い。凝集剤により固形分の除去をより効率的に行うことが出来るからである。凝集剤としては特に限定されないが、例えばPAC(ポリ塩化アルミニウム)、硫酸バンド、ポリシリカ鉄、塩化第二鉄、高分子凝集剤などが例示できる。   Prior to the cross flow filtration in step (2) of the present invention, the enzyme saccharified solution may be subjected to a solid-liquid separation treatment. The solid-liquid separation process is a process for removing a part of insoluble components present in the enzyme saccharified solution. Specific methods for solid-liquid separation include centrifuge method, squeeze separation method, filtration method, flotation separation method, and sedimentation separation method according to “Food Engineering Basic Course Solid-Liquid Separation” (Kohrin). Among these, since there is no risk of clogging of the filter or membrane during filtration due to insoluble components, centrifugation, sedimentation separation or flotation separation, or a combination of these is preferred, more preferably from the viewpoint of exclusive area and equipment costs Centrifuge. The solid-liquid separation process may be performed intermittently or continuously. Further, the flocculant treatment may be performed before the solid-liquid separation treatment. This is because the solid content can be removed more efficiently by the flocculant. The flocculant is not particularly limited, and examples thereof include PAC (polyaluminum chloride), sulfate band, polysilica iron, ferric chloride, and polymer flocculant.

本発明の工程(2)におけるクロスフロー濾過の前に、酵素糖化液のpHを変化させることが好ましい。ここで、pHを変化させるとは、酵素糖化液に酸又はアルカリを添加して、酵素糖化液のpHを低下又は上昇させることをいう。pHを変化させることにより、溶解していた発酵阻害物質等の高分子成分(不純物)が不溶となって凝集することにより、工程(2)における精密濾過膜を用いるクロスフロー濾過でこれを除去することができる。工程(2)のクロスフロー濾過で不要の不純物を除去することにより、工程(3)において、ナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜の長期運転性を向上させることができる。pHを変化させる工程は、精密濾過膜によるクロスフロー濾過をする前であれば特段限定はされないが、工程(2)の前工程として固液分離処理をする場合は、固液分離処理の前にpHを変化させることが好ましい。   It is preferable to change the pH of the enzyme saccharified solution before the crossflow filtration in the step (2) of the present invention. Here, changing the pH means adding an acid or alkali to the enzyme saccharified solution to lower or increase the pH of the enzyme saccharified solution. By changing pH, polymer components (impurities) such as fermentation inhibitors that have been dissolved become insoluble and agglomerate to remove them by cross-flow filtration using a microfiltration membrane in step (2). be able to. By removing unnecessary impurities by the cross flow filtration in the step (2), the long-term operability of the nanofiltration membrane and / or the reverse osmosis membrane can be improved in the step (3). The step of changing the pH is not particularly limited as long as it is before cross-flow filtration with a microfiltration membrane, but when performing solid-liquid separation as a previous step of step (2), before the solid-liquid separation treatment. It is preferable to change the pH.

酵素糖化液のpHを変化させる場合、pHは1以上9以下の範囲で行うことが好ましく、1以上7以下の範囲がより好ましく、1以上4.5以下にすることがさらに好ましく、糖化酵素が失活しないpH3以上pH4.5以下で行うことが特に好ましい。これらの酸性の範囲のpHに低下させる場合、工程(3)において有機酸が膜透過画分に除去できる効果も期待できる。酵素糖化液のpHを低下させることは、例えば硫酸や塩酸等の酸を添加することで行うことができる。また、酵素糖化液のpHを上昇させることは、例えば水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリを添加することで行うことができる。   When changing the pH of the enzyme saccharified solution, the pH is preferably in the range of 1 to 9, more preferably 1 to 7, and even more preferably 1 to 4.5. It is particularly preferable to carry out at a pH of not less than 3 and not more than 4.5. In the case where the pH is lowered to these acidic ranges, an effect of removing the organic acid in the membrane permeation fraction in the step (3) can also be expected. The pH of the enzyme saccharified solution can be lowered by adding an acid such as sulfuric acid or hydrochloric acid. Moreover, raising the pH of an enzyme saccharified liquid can be performed by adding alkalis, such as sodium hydroxide aqueous solution, for example.

本発明の工程(2)における精密濾過膜を用いるクロスフロー濾過の運転方法は、特に限定されないが、逆洗運転又は間欠運転を行うことが好ましい。これらの運転を行うことにより、膜表面に堆積、濃縮されて膜を閉塞される成分が、逆洗運転の逆洗時又は間欠運転の停止時に膜から離れて長期運転性を向上させることができる。逆洗に使用する液体としては特に限定されないが、好ましくは水又は濾過液である。水は水道水でもよく、純水でも構わない。さらに長期安定的に濾過する場合は薬剤を用いて定期的に洗浄することが好ましい。薬剤としては、酸やアルカリ、界面活性剤、酵素など特に限定されないが、好ましくはアルカリ含有水溶液である。さらに好ましくは水酸化ナトリウム含有水溶液である。洗浄方法としては、膜の非透過側から洗浄する順洗でも透過側から洗浄する逆洗でもよい。   Although the operation method of the cross flow filtration using the microfiltration membrane in the process (2) of this invention is not specifically limited, It is preferable to perform a backwash operation or an intermittent operation. By performing these operations, components that are deposited and concentrated on the membrane surface and block the membrane can be separated from the membrane at the time of backwashing in the backwashing operation or when the intermittent operation is stopped, thereby improving long-term operability. . Although it does not specifically limit as a liquid used for backwashing, Preferably it is water or a filtrate. The water may be tap water or pure water. Furthermore, it is preferable to wash regularly using a chemical | medical agent, when filtering stably for a long term. The drug is not particularly limited, such as acid, alkali, surfactant, enzyme, etc., but is preferably an alkali-containing aqueous solution. More preferred is a sodium hydroxide-containing aqueous solution. The washing method may be either forward washing from the non-permeating side of the membrane or back washing from the permeating side.

本発明において、発酵阻害とは、セルロース含有バイオマスを原料とする糖液を発酵原料として使用して化学品を製造する際に、試薬単糖を発酵原料として使用する場合と比較して、発酵阻害物質に起因して化学品の生産量、蓄積量又は生産速度が低下する現象のことをいう。こうした発酵阻害の程度は、糖液中に存在する発酵阻害物質の種類、及びこれらの量により異なり、また使用する微生物種、あるいはその生産物である化学品の種類によっても異なる。本発明の工程(2)で得られる糖溶液には、工程(1)や工程(2)の実施条件やセルロース含有バイオマスの種類等により成分やその含量に差があるものの、いずれも発酵阻害物質を含んでおり、糖溶液を工程(3)に供することにより、発酵阻害物質を除去することができる。   In the present invention, fermentation inhibition refers to fermentation inhibition as compared to the case where a reagent monosaccharide is used as a fermentation raw material when a chemical product is produced using a sugar solution made from cellulose-containing biomass as a raw material for fermentation. This refers to a phenomenon in which the production amount, accumulation amount, or production rate of a chemical product decreases due to a substance. The degree of such fermentation inhibition varies depending on the type of fermentation inhibiting substance present in the sugar solution and the amount thereof, and also varies depending on the type of microorganism used or the type of chemical product. The sugar solution obtained in the step (2) of the present invention has different components and contents depending on the implementation conditions of the step (1) and step (2), the type of cellulose-containing biomass, etc. The fermentation inhibitor can be removed by subjecting the sugar solution to step (3).

発酵阻害物質とは、セルロース含有バイオマスの前処理工程や糖化酵素による加水分解工程で生成する物質であり、かつ本発明の製造方法によって得られる糖液を原料とする発酵工程において前記の通り発酵阻害する物質であり、有機酸、フラン系化合物、フェノール系化合物に大きく分類される。   Fermentation inhibitor is a substance produced in a pretreatment step of cellulose-containing biomass or a hydrolysis step using a saccharifying enzyme, and as described above, fermentation inhibition using a sugar solution obtained by the production method of the present invention as a raw material. The substance is classified into organic acids, furan compounds, and phenol compounds.

有機酸としては、酢酸、ギ酸、レブリン酸などが具体例として挙げられる。フラン系化合物としては、フルフラール、ヒドロキシメチルフルフラール(HMF)などが挙げられる。これら有機酸あるいはフラン系化合物は、単糖であるグルコースあるいはキシロースの分解による産物である。また、フェノール系化合物としては、バニリン、アセトバニリン、バニリン酸、シリンガ酸、没食子酸、コニフェリルアルデヒド、ジヒドロコニフェニルアルコール、ハイドロキノン、カテコール、アセトグアイコン、ホモバニリン酸、4−ヒドロキシ安息香酸、4−ヒドロキシ−3−メトキシフェニル誘導体(Hibbert‘s ketones)などが具体例として挙げられ、これらのフェノール系化合物はリグニン又はリグニン前駆体に由来する。   Specific examples of the organic acid include acetic acid, formic acid, levulinic acid and the like. Examples of furan compounds include furfural and hydroxymethylfurfural (HMF). These organic acids or furan compounds are products obtained by decomposition of monosaccharides such as glucose or xylose. In addition, examples of phenolic compounds include vanillin, acetovanillin, vanillic acid, syringic acid, gallic acid, coniferyl aldehyde, dihydroconiphenyl alcohol, hydroquinone, catechol, acetogicon, homovanillic acid, 4-hydroxybenzoic acid, 4-hydroxybenzoic acid Specific examples include hydroxy-3-methoxyphenyl derivatives (Hibbert's ketones), and these phenolic compounds are derived from lignin or lignin precursors.

セルロース含有バイオマスとして廃建材あるいは合板などを使用する際は、製材工程で使用された接着剤、塗料などの成分が発酵阻害物質として含まれる場合がある。接着剤としては、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ユリアメラミン共重合樹脂などが挙げられる。こうした接着剤に由来する発酵阻害物質として、酢酸、ギ酸、ホルムアルデヒドなどが挙げられる。   When using waste building materials or plywood as cellulose-containing biomass, components such as adhesives and paints used in the lumbering process may be included as fermentation inhibitors. Examples of the adhesive include urea resin, melamine resin, phenol resin, and urea melamine copolymer resin. Examples of fermentation inhibitors derived from such adhesives include acetic acid, formic acid, formaldehyde and the like.

本発明の工程(1)で得られる酵素糖化液には、発酵阻害物質として前記物質のうち少なくとも1種が含まれており、通常は複数種含まれている。なお、これらの発酵阻害物質は、薄相クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィーなどの一般的な分析手法により検出及び定量することが可能である。   The enzyme saccharified solution obtained in step (1) of the present invention contains at least one of the above substances as a fermentation inhibitor, and usually contains a plurality of kinds. These fermentation-inhibiting substances can be detected and quantified by a general analytical technique such as thin phase chromatography, gas chromatography, and high performance liquid chromatography.

本発明の工程(3)で使用するナノ濾過膜は、ナノフィルター(ナノフィルトレーション膜、NF膜)とも呼ばれるものであり、「一価のイオンは透過し、二価のイオンを阻止する膜」と一般に定義される膜である。数ナノメートル程度の微小空隙を有していると考えられる膜で、主として、水中の微小粒子や分子、イオン、塩類等を阻止するために用いられる。   The nanofiltration membrane used in the step (3) of the present invention is also referred to as a nanofilter (nanofiltration membrane, NF membrane), and “a membrane that transmits monovalent ions and blocks divalent ions”. Is a film generally defined as It is a membrane that is considered to have a minute gap of about several nanometers, and is mainly used to block minute particles, molecules, ions, salts, and the like in water.

本発明の工程(3)で使用する逆浸透膜は、RO膜とも呼ばれるものであり、「1価のイオンを含めて脱塩機能を有する膜」と一般に定義される膜である。数オングストロームから数ナノメートル程度の超微小空隙を有していると考えられる膜で、主として海水淡水化や超純水製造などイオン成分除去に用いられる。   The reverse osmosis membrane used in the step (3) of the present invention is also called an RO membrane, and is a membrane generally defined as “a membrane having a desalting function including monovalent ions”. It is a membrane that is thought to have ultrafine pores of several angstroms to several nanometers, and is mainly used for removing ionic components such as seawater desalination and ultrapure water production.

本発明の工程(3)は、工程(2)で得られた糖溶液を、ナノ濾過膜、逆浸透膜又はこれら両方の膜に通じて濾過し、膜非透過画分として精製された糖液を得る工程である。工程(3)によって、糖溶液に溶解している糖、特にグルコースやキシロースといった単糖を膜非透過側に阻止又は濾別し、発酵阻害物質を膜透過画分(濾液)として透過させて除去することができる。   In step (3) of the present invention, the sugar solution obtained in step (2) is filtered through a nanofiltration membrane, a reverse osmosis membrane, or both membranes, and purified as a membrane-impermeable fraction. It is the process of obtaining. In step (3), sugars dissolved in the sugar solution, particularly monosaccharides such as glucose and xylose, are blocked or filtered to the non-permeable side, and the fermentation inhibitor is permeated as a membrane permeation fraction (filtrate) to be removed. can do.

本発明の工程(3)で使用するナノ濾過膜、逆浸透膜の性能は、糖溶液に含まれる評価の対象化合物(発酵阻害物質あるいは単糖など)の透過率(%)を算出することで評価できる。透過率(%)の算出方法を式1に示す。   The performance of the nanofiltration membrane and reverse osmosis membrane used in step (3) of the present invention is calculated by calculating the transmittance (%) of the target compound (fermentation inhibitor or monosaccharide) to be evaluated contained in the sugar solution. Can be evaluated. The calculation method of the transmittance (%) is shown in Formula 1.

透過率(%)=(透過側の対象化合物濃度/非透過液の対象化合物濃度)×100
・・・(式1)。
Transmittance (%) = (concentration of target compound on the permeate side / target compound concentration of non-permeate) × 100
(Equation 1).

式1における対象化合物濃度の測定方法は、高い精度と再現性を持って測定可能な分析手法であれば特に限定されないが、高速液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィーなどが好ましく使用できる。本発明の工程(3)で使用するナノ濾過膜、逆浸透膜は、いずれも単糖の透過率が低い方が好ましく、発酵阻害物質の透過率が高いものが好ましい。   The method for measuring the concentration of the target compound in Formula 1 is not particularly limited as long as it is an analytical technique that can be measured with high accuracy and reproducibility, but high-performance liquid chromatography, gas chromatography, or the like can be preferably used. The nanofiltration membrane and reverse osmosis membrane used in the step (3) of the present invention both preferably have a low monosaccharide permeability, and preferably have a high fermentation inhibitory permeability.

また、ナノ濾過膜及び逆浸透膜の透過性能としては、0.3MPaの圧力で500mg/L塩化ナトリウム水溶液を供給して濾過させた時に、膜単位面積当たりの透過流量、すなわち膜透過流束が0.5m/m/day以上の膜が好ましく用いられる。膜透過流束は、透過液量、透過液量を採水した時間及び膜面積を測定することで、式2によって算出することができる。 The permeation performance of the nanofiltration membrane and reverse osmosis membrane is as follows. When a 500 mg / L sodium chloride aqueous solution is supplied and filtered at a pressure of 0.3 MPa, the permeation flow rate per membrane unit area, that is, the membrane permeation flux is A film of 0.5 m 3 / m 2 / day or more is preferably used. The membrane permeation flux can be calculated by Equation 2 by measuring the permeate amount, the time when the permeate amount was collected, and the membrane area.

膜透過流束(m/m/day)=透過液量/膜面積/採水時間・・・(式2)。 Membrane permeation flux (m 3 / m 2 / day) = permeate amount / membrane area / water sampling time (formula 2).

一般に、ナノ濾過膜は逆浸透膜に比べて孔径が大きいため、工程(3)においてナノ濾過膜を用いる場合は、膜透過させて除外する発酵阻害物質量が逆浸透膜に比べて多い反面、目的産物である単糖についても透過側に透過して損失する量も多いと考えられる。特に糖濃度が高い場合には、この傾向が強く現れる。一方、工程(3)において逆浸透膜を用いた場合は、ナノ濾過膜と比べて孔径が小さいことから、分子量の大きい発酵阻害物質の除去量が減少すると考えられる。従って、工程(3)においては、工程(2)で得られた糖溶液中の主な発酵阻害物質の含量や分子量に応じて、ナノ濾過膜及び逆浸透膜の中から適切な膜を選択して利用することが好ましい。選択する膜の種類は1種に限らず、糖溶液の組成に応じてナノ濾過膜及び逆浸透膜の中から組み合わせて多種類の膜を利用しても良い。   In general, since the nanofiltration membrane has a larger pore size than the reverse osmosis membrane, when using the nanofiltration membrane in the step (3), the amount of the fermentation inhibitor to be excluded by permeation through the membrane is larger than that of the reverse osmosis membrane, It is thought that the amount of monosaccharide that is the target product permeated to the permeate side and lost is also large. This tendency is particularly strong when the sugar concentration is high. On the other hand, when a reverse osmosis membrane is used in the step (3), it is considered that the removal amount of the fermentation inhibitor having a large molecular weight is reduced because the pore diameter is smaller than that of the nanofiltration membrane. Therefore, in the step (3), an appropriate membrane is selected from the nanofiltration membrane and the reverse osmosis membrane according to the content and molecular weight of the main fermentation inhibitor in the sugar solution obtained in the step (2). It is preferable to use them. The type of membrane to be selected is not limited to one, and various types of membranes may be used in combination from nanofiltration membranes and reverse osmosis membranes according to the composition of the sugar solution.

工程(3)においてナノ濾過膜を用いる場合、ナノ濾過膜の非透過側(濃縮側)に捕捉されていた単糖の濃度が高まるにつれて、単糖が透過側(濾液側)に損失する割合が急激に高くなることがある。一方、逆浸透膜を使用する場合、通常、膜非透過側の単糖濃度が高まっても単糖の損失は殆どないが、発酵阻害物質除去の観点からはナノ濾過膜の方が逆浸透膜よりも性能が優れている。そこで、工程(3)において、ナノ濾過膜と逆浸透膜とを組み合わせて使用する場合は、まず膜透過側への糖損失が小さいと判断する濃度までナノ濾過膜を用いて発酵阻害物質の除去を行い、次いで単糖を損失無く濃縮することが可能な逆浸透膜を使用することが好ましい。   When a nanofiltration membrane is used in step (3), as the concentration of the monosaccharide trapped on the non-permeation side (concentration side) of the nanofiltration membrane increases, the proportion of monosaccharide lost to the permeation side (filtrate side) increases. May be very high. On the other hand, when a reverse osmosis membrane is used, there is almost no loss of monosaccharide even if the monosaccharide concentration on the membrane non-permeate side is increased. However, from the viewpoint of removing fermentation inhibitors, the reverse osmosis membrane is more suitable for nanofiltration membranes. The performance is better than. Therefore, in the step (3), when a nanofiltration membrane and a reverse osmosis membrane are used in combination, the fermentation inhibitor is first removed using the nanofiltration membrane to a concentration at which it is judged that the sugar loss to the membrane permeation side is small. It is preferable to use a reverse osmosis membrane that can be subsequently concentrated without any loss of monosaccharides.

本発明の工程(3)で使用されるナノ濾過膜は、酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ポリビニルアルコールなどのビニルポリマー、ポリスルホン、スルホン化ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルスルホンなどの高分子素材からなる膜を使用することができ、またこれらの複数の素材を含む膜であってもよい。また、膜構造としては、膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部又はもう片方の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有する非対称膜や、非対称膜の緻密層の上に別の素材で形成された非常に薄い機能層を有する複合膜のどちらでもよい。複合膜としては、例えば、特開昭62−201606号公報に記載の、ポリスルホンを膜素材とする支持膜にポリアミドの機能層からなるナノフィルターを構成させた複合膜を用いることができる。   The nanofiltration membrane used in the step (3) of the present invention is a cellulose polymer, polyamide, polyester, polyimide, vinyl polymer such as polyvinyl alcohol, polysulfone, sulfonated polysulfone, polyethersulfone, sulfonated polyethersulfone, etc. A film made of any of these polymer materials can be used, and a film containing a plurality of these materials may also be used. In addition, the membrane structure includes an asymmetric membrane having a dense layer on at least one side of the membrane, and gradually having fine pores with larger pore diameters from the dense layer toward the inside of the membrane or the other side, or on the dense layer of the asymmetric membrane. The composite film may be a composite film having a very thin functional layer formed of another material. As the composite membrane, for example, a composite membrane described in JP-A-62-201606 in which a nanofilter composed of a polyamide functional layer is formed on a support membrane made of polysulfone as a membrane material can be used.

これらのナノ濾過膜の中でも、高耐圧性と高透水性、高溶質除去性能を兼ね備え、優れたポテンシャルを有する、ポリアミドを機能層とした複合膜が好ましい。操作圧力に対する耐久性と、高い透水性、阻止性能を維持できるためには、ポリアミドを機能層とし、それを多孔質膜や不織布からなる支持体で保持する構造のものが適している。また、ポリアミド半透膜としては、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との重縮合反応により得られる架橋ポリアミドの機能層を支持体に有してなる複合半透膜が適している。   Among these nanofiltration membranes, a composite membrane having a high-pressure resistance, high water permeability, and high solute removal performance and having an excellent potential and a functional layer of polyamide is preferable. In order to maintain durability against operating pressure, high water permeability, and blocking performance, a structure in which polyamide is used as a functional layer and is held by a support made of a porous membrane or nonwoven fabric is suitable. As the polyamide semipermeable membrane, a composite semipermeable membrane having a functional layer of a crosslinked polyamide obtained by polycondensation reaction of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide on a support is suitable.

ポリアミドを機能層とするナノ濾過膜において、ポリアミドを構成する単量体の好ましいカルボン酸成分としては、例えば、トリメシン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、トリメリット酸、ピロメット酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルカルボン酸、ピリジンカルボン酸などの芳香族カルボン酸が挙げられるが、製膜溶媒に対する溶解性を考慮すると、トリメシン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、及びこれらの混合物がより好ましい。   In the nanofiltration membrane having a polyamide as a functional layer, preferable carboxylic acid components of monomers constituting the polyamide include, for example, trimesic acid, benzophenone tetracarboxylic acid, trimellitic acid, pyrometic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, naphthalene Aromatic carboxylic acids such as dicarboxylic acid, diphenyl carboxylic acid, pyridine carboxylic acid and the like can be mentioned, but considering solubility in a film forming solvent, trimesic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, and mixtures thereof are more preferable.

前記ポリアミドを構成する単量体の好ましいアミン成分としては、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、ベンジジン、メチレンビスジアニリン、4,4’−ジアミノビフェニルエーテル、ジアニシジン、3,3’,4−トリアミノビフェニルエーテル、3,3’,4,4’−テトラアミノビフェニルエーテル、3,3’−ジオキシベンジジン、1,8−ナフタレンジアミン、m(p)−モノメチルフェニレンジアミン、3,3’−モノメチルアミノ−4,4’−ジアミノビフェニルエーテル、4,N,N’−(4−アミノベンゾイル)−p(m)−フェニレンジアミン−2,2’−ビス(4−アミノフェニルベンゾイミダゾール)、2,2’−ビス(4−アミノフェニルベンゾオキサゾール)、2,2’−ビス(4−アミノフェニルベンゾチアゾール)等の芳香環を有する一級ジアミン、ピペラジン、ピペリジン又はこれらの誘導体等の二級ジアミンが挙げられる。これらの中でもピペラジン又はピペリジンを単量体として含む架橋ポリアミドを機能層とするナノ濾過膜は、耐圧性、耐久性の他に、耐熱性、耐薬品性を有していることから好ましく用いられる。   Preferred amine components of the monomers constituting the polyamide include m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, benzidine, methylenebisdianiline, 4,4′-diaminobiphenyl ether, dianisidine, 3,3 ′, 4- Triaminobiphenyl ether, 3,3 ′, 4,4′-tetraaminobiphenyl ether, 3,3′-dioxybenzidine, 1,8-naphthalenediamine, m (p) -monomethylphenylenediamine, 3,3′- Monomethylamino-4,4′-diaminobiphenyl ether, 4, N, N ′-(4-aminobenzoyl) -p (m) -phenylenediamine-2,2′-bis (4-aminophenylbenzimidazole), 2 , 2′-bis (4-aminophenylbenzoxazole), 2,2′-bis (4-aminophenyl) Sulfonyl benzothiazole) and secondary diamines such as piperazine, and piperidine, or secondary diamines such as these derivatives. Among these, a nanofiltration membrane having a functional layer of cross-linked polyamide containing piperazine or piperidine as a monomer is preferably used because it has heat resistance and chemical resistance in addition to pressure resistance and durability.

より好ましくは、前記架橋ピペラジンポリアミド又は架橋ピペリジンポリアミドを主成分とし、かつ、化学式(1)で示される構成成分を含有するポリアミドである。さらに好ましくは、架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ、化学式(1)で示される構成成分を含有するポリアミドである。また、化学式(1)中、n=3のものが特に好ましく用いられる。架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ化学式(1)で示される構成成分を含有するポリアミドを機能層とするナノ濾過膜としては、例えば、特開昭62−201606号公報に記載のものが挙げられ、具体例として、架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ、前記化学式(1)中、n=3のものを構成成分として含有するポリアミドを機能層とする、東レ株式会社製の架橋ピペラジンポリアミド系ナノ濾過膜のUTC60が挙げられる。   More preferably, it is a polyamide containing the above-mentioned cross-linked piperazine polyamide or cross-linked piperidine polyamide as a main component and a constituent represented by the chemical formula (1). More preferred is a polyamide containing a crosslinked piperazine polyamide as a main component and a component represented by the chemical formula (1). Further, in the chemical formula (1), those having n = 3 are particularly preferably used. Examples of the nanofiltration membrane having a crosslinked piperazine polyamide as a main component and a polyamide containing a component represented by the chemical formula (1) as a functional layer include those described in JP-A No. 62-201606. As a specific example, a crosslinked piperazine polyamide-based nanostructure manufactured by Toray Industries, Inc. having a functional layer composed of a crosslinked piperazine polyamide as a main component and a polyamide containing n = 3 in the chemical formula (1) as a constituent component. A filtration membrane UTC60 may be mentioned.

ナノ濾過膜は一般にスパイラル型の膜エレメントとして使用されるが、本発明で用いるナノ濾過膜も、スパイラル型の膜エレメントとして好ましく使用される。好ましいナノ濾過膜エレメントの具体例としては、例えば、酢酸セルロース系のナノ濾過膜であるGE Osmonics社製ナノ濾過膜のGEsepaDKシリーズ、HLシリーズ、DLシリーズ、スルホン化ポリスルホンを機能膜とする日東電工株式会社製のNTR7410、NTR7450、ポリビニルアルコールを機能膜とする日東電工株式会社製のNTR−725HF、NTR7250、NTR725HF、ポリアミドを機能層とするアルファラバル社製ナノ濾過膜のNF99又はNF99HF、架橋ピペラジンポリアミドを機能層とするフィルムテック社製ナノ濾過膜のNF−45、NF−90、NF−200、NF−270又はNF−400、あるいは架橋ピペラジンポリアミドを主成分として含有するポリアミドを機能層とする、東レ株式会社製ナノ濾過膜モジュールSU−210、SU−220、SU−600又はSU−610が挙げられる。より好ましくは、ポリアミドを機能層とするアルファラバル社製ナノ濾過膜のNF99又はNF99HF、架橋ピペラジンポリアミドを機能層とするフィルムテック社製ナノ濾過膜のNF−45、NF−90、NF−200又はNF−400、あるいは架橋ピペラジンポリアミドを主成分として含有するポリアミドを機能層とする、東レ株式会社製ナノ濾過膜モジュールSU−210、SU−220、SU−600又はSU−610であり、さらに好ましくは架橋ピペラジンポリアミドを主成分として含有するポリアミドを機能層とする、東レ株式会社製ナノ濾過膜モジュールSU−210、SU−220、SU−600又はSU−610である。   The nanofiltration membrane is generally used as a spiral membrane element, but the nanofiltration membrane used in the present invention is also preferably used as a spiral membrane element. Specific examples of preferable nanofiltration membrane elements include, for example, GE SepaDK series, HL series, DL series, and sulfonated polysulfone nanofiltration membranes manufactured by GE Osmonics, which are cellulose acetate-based nanofiltration membranes. NTR7410 manufactured by company, NTR7450, NTR-725HF, NTR7255, NTR725HF manufactured by Nitto Denko Corporation using polyvinyl alcohol as a functional membrane, NF99 or NF99HF of a nanofiltration membrane manufactured by Alfa Laval Corporation using a functional layer of polyamide, and a crosslinked piperazine polyamide NF-45, NF-90, NF-200, NF-270 or NF-400 of a nanofiltration membrane manufactured by Filmtech as a functional layer, or a polyamide containing a crosslinked piperazine polyamide as a main component as a functional layer That, Toray Industries, Inc. manufactured nanofiltration membrane module SU-210, SU-220, SU-600 or SU-610 and the like. More preferably, NF99 or NF99HF of a nanofiltration membrane manufactured by Alfa Laval with a functional layer of polyamide, NF-45, NF-90, NF-200 of a nanofiltration membrane manufactured by Filmtec with a functional layer of a crosslinked piperazine polyamide, or A nanofiltration membrane module SU-210, SU-220, SU-600 or SU-610 manufactured by Toray Industries, Inc., having a functional layer of NF-400 or a polyamide containing a crosslinked piperazine polyamide as a main component, more preferably A nanofiltration membrane module SU-210, SU-220, SU-600, or SU-610 manufactured by Toray Industries, Inc., having a functional layer of a polyamide containing a crosslinked piperazine polyamide as a main component.

工程(3)におけるナノ濾過膜による濾過は、工程(2)で得られた糖溶液を、圧力0.1MPa以上8MPa以下の範囲でナノ濾過膜に供給することが好ましい。圧力が0.1MPaより低ければ膜透過速度が低下し、8MPaより高ければ膜の損傷に影響を与えるおそれがある。また、圧力が0.5MPa以上6MPa以下で用いれば、膜透過流束が高いことから、糖溶液を効率的に透過させることができ、膜の損傷に影響を与える可能性が少ないことからより好ましく、1MPa以上4MPa以下で用いることが特に好ましい。   In the filtration with the nanofiltration membrane in the step (3), it is preferable to supply the sugar solution obtained in the step (2) to the nanofiltration membrane in a pressure range of 0.1 MPa to 8 MPa. If the pressure is lower than 0.1 MPa, the membrane permeation rate decreases, and if it is higher than 8 MPa, the membrane may be damaged. Further, when the pressure is used at 0.5 MPa or more and 6 MPa or less, the membrane permeation flux is high, so that the sugar solution can be efficiently permeated and is less likely to affect the membrane damage. It is particularly preferable to use at 1 MPa or more and 4 MPa or less.

本発明の工程(3)で使用される逆浸透膜の素材としては、酢酸セルロール系のポリマーを機能層とした複合膜(以下、酢酸セルロース系の逆浸透膜ともいう。)又はポリアミドを機能層とした複合膜(以下、ポリアミド系の逆浸透膜ともいう)が挙げられる。ここで、酢酸セルロース系のポリマーとしては、酢酸セルロース、二酢酸セルロース、三酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、酪酸セルロース等のセルロースの有機酸エステルの単独もしくはこれらの混合物並びに混合エステルを用いたものが挙げられる。ポリアミドとしては、脂肪族及び/又は芳香族のジアミンをモノマーとする線状ポリマー又は架橋ポリマーが挙げられる。   The material of the reverse osmosis membrane used in the step (3) of the present invention is a composite membrane (hereinafter also referred to as a cellulose acetate-based reverse osmosis membrane) or a polyamide functional layer made of a cellulose acetate-based polymer. And a composite membrane (hereinafter also referred to as a polyamide-based reverse osmosis membrane). Here, as the cellulose acetate-based polymer, organic acid esters of cellulose such as cellulose acetate, cellulose diacetate, cellulose triacetate, cellulose propionate, cellulose butyrate and the like, or a mixture thereof and those using mixed esters can be mentioned. It is done. Examples of the polyamide include a linear polymer or a crosslinked polymer having an aliphatic and / or aromatic diamine as a monomer.

本発明の工程(3)で使用される逆浸透膜の具体例としては、例えば、東レ株式会社製ポリアミド系逆浸透膜モジュールである超低圧タイプのSUL−G10,SUL−G20、低圧タイプのSU−710、SU−720、SU−720F、SU−710L、SU−720L、SU−720LF、SU−720R、SU−710P、SU−720P、TMG10、TMG20−370、TMG20−400の他、高圧タイプのSU−810、SU−820、SU−820L、SU−820FA、同社酢酸セルロース系逆浸透膜SC−L100R、SC−L200R、SC−1100、SC−1200、SC−2100、SC−2200、SC−3100、SC−3200、SC−8100、SC−8200、日東電工(株)製NTR−759HR、NTR−729HF、NTR−70SWC、ES10−D、ES20−D、ES20−U、ES15−D、ES15−U、LF10−D、アルファラバル製RO98pHt、RO99、HR98PP、CE4040C−30D、GE製GE SepaAGシリーズ、AKシリーズ、Filmtec製BW30−4040、TW30−4040、XLE−4040、LP−4040、LE−4040、SW30−4040、SW30HRLE−4040、KOCH製TFC−HR、TFC−ULP、TRISEP製ACM−1、ACM−2、ACM−4などが挙げられる。   Specific examples of the reverse osmosis membrane used in the step (3) of the present invention include, for example, ultra-low pressure type SUL-G10, SUL-G20 and low pressure type SU, which are polyamide-based reverse osmosis membrane modules manufactured by Toray Industries, Inc. -710, SU-720, SU-720F, SU-710L, SU-720L, SU-720LF, SU-720R, SU-710P, SU-720P, TMG10, TMG20-370, TMG20-400, high pressure type SU-810, SU-820, SU-820L, SU-820FA, the company's cellulose acetate reverse osmosis membrane SC-L100R, SC-L200R, SC-1100, SC-1200, SC-2100, SC-2200, SC-3100 , SC-3200, SC-8100, SC-8200, NTR-759 manufactured by Nitto Denko Corporation R, NTR-729HF, NTR-70SWC, ES10-D, ES20-D, ES20-U, ES15-D, ES15-U, LF10-D, Alfa Laval RO98pHt, RO99, HR98PP, CE4040C-30D, GE GE SepaAG series, AK series, Filmtec BW30-4040, TW30-4040, XLE-4040, LP-4040, LE-4040, SW30-4040, SW30HRLE-4040, KOCH TFC-HR, TFC-ULP, TRISEP ACM- 1, ACM-2, ACM-4 and the like.

本発明の工程(3)においては、ポリアミド系の材質を有する逆浸透膜が好ましく使用される。酢酸セルロース系の膜は、長時間使用時に前工程で使用する酵素、特にセルラーゼ成分の一部が透過して膜素材であるセルロースを分解する恐れがあるためである。   In the step (3) of the present invention, a reverse osmosis membrane having a polyamide material is preferably used. This is because cellulose acetate-based membranes may decompose some of the enzymes used in the previous process when used for a long time, particularly cellulase components, and decompose cellulose as a membrane material.

工程(3)で用いられる逆浸透膜の膜形態としては、平膜型、スパイラル型、中空糸型など適宜の形態のものが使用できる。   As the membrane form of the reverse osmosis membrane used in the step (3), those having an appropriate form such as a flat membrane type, a spiral type and a hollow fiber type can be used.

ポリアミドを機能層とする逆浸透膜において、ポリアミドを構成する単量体の好ましいカルボン酸成分やアミン成分は、上述したポリアミドを機能層とするナノ濾過膜と同様である。   In the reverse osmosis membrane having a functional layer of polyamide, the preferred carboxylic acid component and amine component of the monomer constituting the polyamide are the same as those of the nanofiltration membrane having the functional layer of polyamide described above.

工程(3)における逆浸透膜による濾過は、工程(2)で得られた糖溶液を、圧力1MPa以上8MPa以下の範囲で逆浸透膜に供給することが好ましい。圧力が1MPaより低ければ膜透過速度が低下し、8MPaより高ければ膜の損傷に影響を与えるおそれがある。また、濾過圧が2MPa以上7MPa以下で用いれば、膜透過流束が高いことから、糖溶液を効率的に透過させることができ、膜の損傷に影響を与える可能性が少ないことからより好ましく、3MPa以上6MPa以下で用いることが特に好ましい。   In the filtration using the reverse osmosis membrane in the step (3), it is preferable to supply the sugar solution obtained in the step (2) to the reverse osmosis membrane in a pressure range of 1 MPa to 8 MPa. If the pressure is lower than 1 MPa, the membrane permeation rate decreases, and if it is higher than 8 MPa, the membrane may be damaged. Further, if the filtration pressure is used at 2 MPa or more and 7 MPa or less, the membrane permeation flux is high, so that the sugar solution can be efficiently permeated and is less likely to affect the membrane damage. It is particularly preferable to use at 3 MPa or more and 6 MPa or less.

工程(3)において、発酵阻害物質はナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜を透過することにより糖溶液から除去される。発酵阻害物質の中でも、HMF、フルフラール、酢酸、ギ酸、レブリン酸、バニリン、アセトバニリン又はシリンガ酸が好ましく透過・除去されうる。一方、糖溶液に含まれる糖分は、ナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜の非透過側に阻止又は濾別される。   In step (3), the fermentation inhibitor is removed from the sugar solution by permeating through the nanofiltration membrane and / or reverse osmosis membrane. Among fermentation inhibitors, HMF, furfural, acetic acid, formic acid, levulinic acid, vanillin, acetovanillin or syringic acid can be preferably permeated and removed. On the other hand, sugar contained in the sugar solution is blocked or filtered out on the non-permeation side of the nanofiltration membrane and / or reverse osmosis membrane.

工程(3)で得られる精製された糖液(以下、精製糖液ともいう。)に含まれる糖成分は、セルロース含有バイオマスに由来する糖であり、本質的には、工程(1)の加水分解で得られる糖成分と大きな変化はない。すなわち、本発明の精製糖液に含まれる単糖としてはグルコース、キシロースが主成分として含まれるが、工程(1)の加水分解において単糖まで完全に分解されなかった二糖、オリゴ糖などの糖成分も含まれうる。グルコースとキシロースの比率は、工程(1)の加水分解の工程により変動しうるものであり、本発明で限定されるものではない。すなわち、ヘミセルロースを主として加水分解を行った場合は、キシロースが主要な単糖成分となり、ヘミセルロース分解後、セルロース成分のみを分離して加水分解を行った場合は、グルコースが主要な単糖成分となる。また、ヘミセルロースの分解、及びセルロースの分解を、特段の分離を行わない場合は、グルコース、及びキシロースが主要な単糖成分として含まれる。   The sugar component contained in the refined sugar solution obtained in the step (3) (hereinafter also referred to as a refined sugar solution) is a sugar derived from cellulose-containing biomass, and is essentially hydrolyzed in the step (1). There is no significant change from the sugar component obtained by decomposition. That is, monosaccharides contained in the purified sugar solution of the present invention include glucose and xylose as main components, but disaccharides, oligosaccharides, etc. that were not completely decomposed to monosaccharides in the hydrolysis of step (1). A sugar component may also be included. The ratio of glucose and xylose can vary depending on the hydrolysis step of step (1), and is not limited by the present invention. That is, when hemicellulose is mainly hydrolyzed, xylose becomes the main monosaccharide component, and after hemicellulose decomposition, only the cellulose component is separated and hydrolyzed, and glucose becomes the main monosaccharide component. . In addition, glucose and xylose are included as main monosaccharide components when the decomposition of hemicellulose and the decomposition of cellulose are not particularly performed.

なお、工程(3)で得られる精製糖液を発酵原料として使用する前に、一旦エバポレーターに代表される濃縮装置を用いて濃縮してもよく、また、精製糖液を、さらに、ナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜で濾過して濃度を高めてもよいが、濃縮のためのエネルギー削減という観点から、ナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜で濾過して精製糖液濃度をさらに高める工程が好ましく採用できる。この濃縮工程で使用する膜とは被処理水の浸透圧以上の圧力差を駆動力にイオンや低分子量分子を除去する濾過膜であり、例えば酢酸セルロースなどのセルロース系や、多官能アミン化合物と多官能酸ハロゲン化物とを重縮合させて微多孔性支持膜上にポリアミド分離機能層を設けた膜などが採用できる。ナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜表面の汚れすなわちファウリングを抑制するために、酸ハライド基と反応する反応性基を少なくとも1個有する化合物の水溶液をポリアミド分離機能層の表面に被覆して、分離機能層表面に残存する酸ハロゲン基と該反応性基との間で共有結合を形成させた主に下水処理用の低ファウリング膜なども好ましく採用できる。この濃縮工程で使用するナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜としては、少なくとも、工程(3)で使用するナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜のうち、グルコース又はキシロースといった単糖の阻止率がより高いものがより好ましく採用できる。濃縮に使用するナノ濾過膜及び逆浸透膜の具体例は、前記のナノ濾過膜及び逆浸透膜に準ずる。   In addition, before using the refinement | purification sugar liquid obtained at a process (3) as a fermentation raw material, you may once concentrate using the concentration apparatus represented by the evaporator, and also refine | purified sugar liquid is further nanofiltration membrane. The concentration may be increased by filtering with a reverse osmosis membrane, but from the viewpoint of energy reduction for concentration, there is a step of further increasing the concentration of purified sugar solution by filtering with a nanofiltration membrane and / or reverse osmosis membrane. Preferably employed. The membrane used in this concentration step is a filtration membrane that removes ions and low molecular weight molecules by using a pressure difference equal to or higher than the osmotic pressure of the water to be treated as the driving force. For example, cellulose-based cellulose acetate and polyfunctional amine compounds A film in which a polyamide separation functional layer is provided on a microporous support film by polycondensation with a polyfunctional acid halide can be employed. In order to suppress fouling on the surface of the nanofiltration membrane and / or reverse osmosis membrane, the surface of the polyamide separation functional layer is coated with an aqueous solution of a compound having at least one reactive group that reacts with an acid halide group, A low fouling membrane mainly for sewage treatment in which a covalent bond is formed between the acid halogen group remaining on the surface of the separation functional layer and the reactive group can also be preferably used. As the nanofiltration membrane and / or reverse osmosis membrane used in this concentration step, at least, among the nanofiltration membrane and / or reverse osmosis membrane used in step (3), the blocking rate of monosaccharides such as glucose or xylose is higher. Higher ones can be more preferably adopted. Specific examples of the nanofiltration membrane and reverse osmosis membrane used for concentration are the same as those of the nanofiltration membrane and reverse osmosis membrane.

本発明の糖液の製造方法において、工程(2)の精密濾過膜によるクロスフロー濾過の後、得られた糖溶液を限外濾過膜に通じて非透過画分として糖化酵素を除去して、透過画分を工程(3)のナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜による濾過工程に供してもよい。ここで除去した糖化酵素は、経済性の観点から酵素糖化槽に投入して再利用することができる。ここで用いる限外濾過膜は、分画分子量が通常500〜100000である膜であり、ウルトラフィルトレーション、UF膜などと略称されるものである。限外濾過膜は、孔径が小さすぎて膜表面の細孔径を電子顕微鏡等で計測することが困難であることから、平均細孔径の代わりに分画分子量という値を孔径の大きさの指標とすることになっている。例えば、分画分子量について、『溶質の分子量を横軸に、阻止率を縦軸にとってデータをプロットしたものを分画分子量曲線とよんでいる。そして阻止率が90%となる分子量を膜の分画分子量とよんでいる。』(日本膜学会編、「膜学実験シリーズ 第III巻 人工膜編」、92頁、編集委員/木村尚史・中尾真一・大矢晴彦・仲川勤、1993年、共立出版)とあるように、限外濾過膜の膜性能を表す指標として当業者には周知のものである。   In the method for producing a sugar solution of the present invention, after cross-flow filtration using a microfiltration membrane in step (2), the resulting sugar solution is passed through an ultrafiltration membrane to remove saccharifying enzyme as a non-permeating fraction, You may use a permeation | fractionation fraction for the filtration process by the nanofiltration membrane and / or reverse osmosis membrane of a process (3). The saccharifying enzyme removed here can be reused by putting it into an enzyme saccharification tank from the viewpoint of economy. The ultrafiltration membrane used here is a membrane having a molecular weight cut-off of usually 500 to 100,000, and is abbreviated as ultrafiltration, UF membrane or the like. Since the ultrafiltration membrane is too small to measure the pore diameter on the membrane surface with an electron microscope or the like, the value of the fractional molecular weight is used as an index of the pore diameter instead of the average pore diameter. Is supposed to do. For example, with respect to the molecular weight cut-off: “A plot of data with the molecular weight of a solute on the horizontal axis and the rejection rate on the vertical axis is called a fraction molecular weight curve. The molecular weight at which the blocking rate is 90% is called the fractional molecular weight of the membrane. (The Membrane Society of Japan, “Membrane Science Experiment Series Volume III, Artificial Membrane”, 92 pages, Editorial Committee / Naofumi Kimura, Shinichi Nakao, Haruhiko Ohya, Tsutomu Nakagawa, 1993, Kyoritsu Shuppan) This is well known to those skilled in the art as an index representing the membrane performance of the outer filtration membrane.

本発明の糖液の製造方法において、より好ましくは、分画分子量500〜40000の範囲の限外濾過膜を使用することで、酵素糖化に使用する糖化酵素を効率的に回収することができる。糖化酵素は、多種類の成分の混合物であり、混合物内の糖化酵素群のうち、分子量の小さい糖化酵素が分子量40000程度であるからである。使用する限外濾過膜の形態は特に限定されるものではなく、スパイラル型、中空糸型、チューブラー型、平膜型のいずれであってもよい。回収された糖化酵素は、工程(1)の加水分解に再利用することで、酵素使用量を削減することができる。   In the method for producing a sugar solution of the present invention, more preferably, by using an ultrafiltration membrane having a fractional molecular weight in the range of 500 to 40,000, the saccharifying enzyme used for enzymatic saccharification can be efficiently recovered. This is because a saccharifying enzyme is a mixture of many kinds of components, and a saccharifying enzyme having a low molecular weight in the saccharifying enzyme group in the mixture has a molecular weight of about 40000. The form of the ultrafiltration membrane to be used is not particularly limited, and any of a spiral type, a hollow fiber type, a tubular type, and a flat membrane type may be used. The recovered saccharifying enzyme can be reused for hydrolysis in the step (1) to reduce the amount of enzyme used.

限外濾過膜の材質としては、特に限定されるものではないが、セルロース、セルロースエステル、ポリスルホン、スルホン化ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルスルホン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリ4フッ化エチレン等の有機材料、ステンレス等の金属、又はセラミック等無機材料が挙げられる。限外濾過膜の材質は、加水分解物の性状やランニングコストを鑑みて適宜選択すればよいが、有機材料であることが好ましく、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンであることがより好ましい。具体的には、DESAL社のG−5タイプ、G−10タイプ、G−20タイプ、G−50タイプ、PWタイプ、HWS UFタイプ、KOCH社のHFM−180、HFM−183、HFM−251、HFM−300、HFM−116、HFM−183、HFM−300、HFK−131、HFK−328、MPT−U20、MPS−U20P、MPS−U20S、Synder社のSPE1、SPE3、SPE5、SPE10、SPE30、SPV5、SPV50、SOW30、旭化成社製のマイクローザ(登録商標)UFシリーズ分画分子量3000から100000に相当するもの、日東電工株式会社製のNTR7410、NTR7450などが挙げられる。   The material of the ultrafiltration membrane is not particularly limited, but cellulose, cellulose ester, polysulfone, sulfonated polysulfone, polyethersulfone, sulfonated polyethersulfone, chlorinated polyethylene, polypropylene, polyolefin, polyvinyl alcohol, Examples thereof include organic materials such as polymethyl methacrylate, polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene, metals such as stainless steel, and inorganic materials such as ceramic. The material of the ultrafiltration membrane may be appropriately selected in view of the properties of the hydrolyzate and the running cost, but is preferably an organic material, such as chlorinated polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, polysulfone, and polyethersulfone. More preferably. Specifically, G-5 type, G-10 type, G-20 type, G-50 type, PW type, HWS UF type from DESAL, HFM-180, HFM-183, HFM-251 from KOCH, HFM-300, HFM-116, HFM-183, HFM-300, HFK-131, HFK-328, MPT-U20, MPS-U20P, MPS-U20S, SPE1 from Sinder, SPE3, SPE5, SPE10, SPE30, SPV5 SPV50, SOW30, Asahi Kasei Microza (registered trademark) UF series molecular weight equivalent to 3000 to 100,000, NTR7410, NTR7450 manufactured by Nitto Denko Corporation, and the like.

本発明の糖液の製造装置は、セルロース含有バイオマスの前処理物を糖化酵素による加水分解して酵素糖化液を得るための酵素糖化槽、酵素糖化液を平均細孔径が0.25μm以下の多孔性精密濾過膜に通じてクロスフロー濾過して膜透過画分として糖溶液を得るための膜分離槽、及び膜分離槽で得られた糖溶液をナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜を用いて濾過して膜非透過画分として精製された糖液を得る糖液精製部、を備える。   The apparatus for producing a sugar liquid of the present invention is an enzyme saccharification tank for obtaining a enzymatic saccharified liquid by hydrolyzing a pretreated product of cellulose-containing biomass with a saccharifying enzyme, and the enzyme saccharified liquid is a porous having an average pore size of 0.25 μm or less. Membrane separation tank for obtaining a sugar solution as a membrane permeation fraction through a cross-flow filtration through a porous microfiltration membrane, and a sugar solution obtained in the membrane separation tank using a nanofiltration membrane and / or a reverse osmosis membrane A sugar solution purification unit that obtains a sugar solution that has been filtered and purified as a membrane-impermeable fraction.

本発明の糖液の製造装置は、上記の本発明の糖液の製造方法を実施するために用いることができる。具体的には、セルロース含有バイオマスを前処理して得られた前処理物に糖化酵素を添加して酵素糖化液を得る工程(1)は酵素糖化槽において、工程(1)で得られる酵素糖化液を、平均細孔径が0.25μm以下の多孔性精密濾過膜に通じてクロスフロー濾過し、膜透過画分として糖溶液を得る工程(2)は膜分離槽において、工程(2)で得られる糖溶液をナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜に通じて濾過し、膜非透過画分として精製された糖液を得る工程(3)は糖液精製部において、それぞれ実施することができる。   The apparatus for producing a sugar liquid of the present invention can be used for carrying out the above-described method for producing a sugar liquid of the present invention. Specifically, the step (1) for obtaining an enzyme saccharified solution by adding a saccharifying enzyme to a pretreated product obtained by pretreating cellulose-containing biomass is an enzyme saccharification obtained in step (1) in an enzyme saccharification tank. The step (2) of obtaining a sugar solution as a membrane permeation fraction is obtained in step (2) in a membrane separation tank by passing the liquid through a porous microfiltration membrane having an average pore size of 0.25 μm or less and cross-flow filtration. The obtained sugar solution is filtered through a nanofiltration membrane and / or a reverse osmosis membrane, and the step (3) for obtaining a sugar solution purified as a membrane non-permeating fraction can be carried out in the sugar solution purification unit.

本発明の糖液の製造装置の例を図1〜図4に示す。なお、本発明の糖液の製造装置は、これらの例に限定されるものではない。以下、図1〜図4に示す糖液の製造装置の例を用いて、本発明の糖液の製造装置について説明する。   The example of the manufacturing apparatus of the sugar liquid of this invention is shown in FIGS. The sugar liquid production apparatus of the present invention is not limited to these examples. Hereinafter, the sugar liquid production apparatus of the present invention will be described using an example of the sugar liquid production apparatus shown in FIGS.

図1に示す糖液の製造装置の例は、酵素糖化槽1と膜分離槽10とが、及び膜分離槽10と糖液精製部11とが、それぞれ送液ポンプを備えたラインで連結されている。酵素糖化槽1は、セルロース含有バイオマスの前処理物を供給するための前処理物供給部17と、糖化酵素を供給するための糖化酵素供給部2を有する。   In the example of the sugar liquid production apparatus shown in FIG. 1, the enzyme saccharification tank 1 and the membrane separation tank 10 are connected to each other, and the membrane separation tank 10 and the sugar liquid purification unit 11 are connected by lines equipped with liquid feed pumps, respectively. ing. The enzyme saccharification tank 1 has a pretreatment product supply unit 17 for supplying a pretreatment product of cellulose-containing biomass and a saccharification enzyme supply unit 2 for supplying a saccharification enzyme.

膜分離槽10は、酵素糖化液の粘度を測定するための粘度計4を槽内に有する。これにより、槽内の酵素糖化液の粘度を測定し、酵素糖化液のMLSS濃度を間接的に検知することができる。また、膜分離槽10には、酵素糖化液の粘度測定値に応じて、加水処理又は排液処理又はその両処理を行い、酵素糖化液の粘度を予め設定した範囲内に維持するように制御する加水・排液制御部3を有する。すなわち、粘度の設定範囲の上限値を超えた場合には、加水口5から加水処理を行い、及び/又は排出口6から一部の酵素糖化液を排出することで、粘度を設定範囲内に維持するように制御される。ここで、排出された酵素糖化液は、例えば連続遠心分離機などの固液分離手段(図示せず)に断続的又は連続的に供して固体分等を除去した後に、再び膜分離槽10内に戻すことが好ましい。   The membrane separation tank 10 has a viscometer 4 for measuring the viscosity of the enzyme saccharified solution in the tank. Thereby, the viscosity of the enzyme saccharified solution in the tank can be measured, and the MLSS concentration of the enzyme saccharified solution can be indirectly detected. Further, the membrane separation tank 10 is controlled so as to maintain the viscosity of the enzyme saccharified solution within a preset range by performing a hydration treatment or a drainage treatment or both treatments according to the measured viscosity value of the enzyme saccharified solution. And a hydration / drainage control unit 3. That is, when the upper limit value of the viscosity setting range is exceeded, the viscosity is kept within the setting range by performing water treatment from the water outlet 5 and / or discharging part of the enzyme saccharified solution from the outlet 6. Controlled to maintain. Here, the discharged enzyme saccharified solution is intermittently or continuously supplied to a solid-liquid separation means (not shown) such as a continuous centrifuge to remove solids and the like, and then again in the membrane separation tank 10 It is preferable to return to.

また、膜分離槽10には、平均細孔径が0.25μm以下の多孔性精密濾過膜を備えた精密濾過膜ユニット8を槽内に有する。酵素糖化液を多孔性精密濾過膜に通じてクロスフロー濾過し、膜透過画分として糖溶液を得る。さらに、好ましくは、図1に示すように、多孔性精密濾過膜でクロスフロー濾過する際に、気体を多孔性精密濾過膜に曝気するための散気管9、液流れを整流するための整流板7を有する。整流板7は、酵素糖化液の流れが整流板の表裏で反対方向に生じて液が循環するように設置される。   The membrane separation tank 10 has a microfiltration membrane unit 8 provided with a porous microfiltration membrane having an average pore diameter of 0.25 μm or less in the tank. The enzyme saccharified solution is cross-flow filtered through a porous microfiltration membrane to obtain a sugar solution as a membrane permeation fraction. Further, preferably, as shown in FIG. 1, when performing cross-flow filtration with a porous microfiltration membrane, a diffuser tube 9 for aerating gas to the porous microfiltration membrane, and a rectifying plate for rectifying the liquid flow 7 The rectifying plate 7 is installed so that the flow of the enzyme saccharified solution is generated in the opposite direction on the front and back of the rectifying plate and the solution circulates.

図1に示す糖液精製部11は、ナノ濾過膜又は逆浸透膜を備える膜ユニット又はその両者を有する。膜分離槽10から送液される糖溶液をこれらの膜を通じて濾過して、膜非透過画分として精製された糖液を得ることができる。   The sugar solution purification unit 11 shown in FIG. 1 has a membrane unit including a nanofiltration membrane or a reverse osmosis membrane, or both. The sugar solution sent from the membrane separation tank 10 can be filtered through these membranes to obtain a sugar solution purified as a membrane non-permeating fraction.

図2に示す糖液の製造装置の例においては、酵素糖化槽1に、槽内の液のpHを測定するためのpH計13、及び槽内に酸を添加して液のpHを低下させるための酸供給部12を備える。pH計13と酸供給部12とは、予め設定した上限値以下にpHを制御するように互いに連動していてもよい。また、酵素糖化槽1と膜分離槽10とを連結するラインに、固液分離手段14を備える。固液分離手段14としては、断続的又は連続的に固体成分を除去できるものを使用できるが、連続的であるものが好ましく、特に連続遠心分離装置を用いることが好ましい。連続遠心分離装置としては、例えば、スケールアップの容易さからスクリューデカンタ型が好ましい。また、分離板型(デラバル型)を用いてもよい。分離板型を用いる場合は、繊維成分が装置内に滞留して装置の長期運転性を阻害される可能性があるので、前段階としてスクリューデカンタ型遠心分離と組み合わせて行うことがより好ましい。   In the example of the sugar liquid production apparatus shown in FIG. 2, a pH meter 13 for measuring the pH of the liquid in the tank is added to the enzyme saccharification tank 1, and an acid is added to the tank to lower the pH of the liquid. An acid supply unit 12 is provided. The pH meter 13 and the acid supply unit 12 may be linked to each other so as to control the pH to be equal to or lower than a preset upper limit value. Further, a solid-liquid separation means 14 is provided in a line connecting the enzyme saccharification tank 1 and the membrane separation tank 10. As the solid-liquid separation means 14, those capable of removing the solid component intermittently or continuously can be used, but those which are continuous are preferred, and a continuous centrifugal separator is particularly preferred. As the continuous centrifugal separator, for example, a screw decanter type is preferable because of easy scale-up. Further, a separation plate type (DeLaval type) may be used. In the case of using a separation plate type, since fiber components may stay in the apparatus and the long-term operability of the apparatus may be hindered, it is more preferable to perform in combination with screw decanter type centrifugation as a previous step.

図3に示す糖液の製造装置の例においては、酵素糖化槽1と膜分離槽10とが一体化した酵素糖化・膜分離槽16を有する。酵素糖化・膜分離槽16には、図1又は図2に示す装置の例と同様に、糖化酵素供給部2、前処理物供給部17、精密濾過膜ユニット8、整流板7、散気管9を備える。また、図2に示す装置の例と同様に、酵素糖化・膜分離槽16内のpHを測定してpHを調整するために、pH計13及び酸供給部12を備えていてもよい。   The example of the sugar liquid production apparatus shown in FIG. 3 has an enzyme saccharification / membrane separation tank 16 in which the enzyme saccharification tank 1 and the membrane separation tank 10 are integrated. In the enzyme saccharification / membrane separation tank 16, the saccharification enzyme supply unit 2, the pretreatment product supply unit 17, the microfiltration membrane unit 8, the current plate 7, and the air diffuser 9 are provided in the same manner as the example of the apparatus shown in FIG. 1 or 2. Is provided. Moreover, in order to measure pH in the enzyme saccharification / membrane separation tank 16 and adjust pH like the example of the apparatus shown in FIG.

また、図3に示す糖液の製造装置の例においては、酵素糖化・膜分離槽16に、酵素糖化液の粘度を予め設定した範囲内に維持するように制御するために、酵素糖化液を固液分離手段14を経由して循環させる循環ラインを備える。この循環ライン上の送液ポンプは、固液分離制御部15によって制御されており、粘度計4で測定された酵素糖化液の粘度測定値が設定範囲の上限値を超えた場合に稼動して、酵素糖化液が循環ラインの固液分離手段14によって固液分離が行われる。さらに、酵素糖化・膜分離槽16には、槽内の酵素糖化液の容積を一定に維持するために、加水処理を行うための加水口5を有する。この加水口5の開閉は、酵素糖化・膜分離槽16内に設置された液量計(図示せず)と連動して制御されてもよい。   Further, in the example of the sugar solution production apparatus shown in FIG. 3, the enzyme saccharification solution is controlled in the enzyme saccharification / membrane separation tank 16 so as to maintain the viscosity of the enzyme saccharification solution within a preset range. A circulation line for circulation via the solid-liquid separation means 14 is provided. The liquid feed pump on this circulation line is controlled by the solid-liquid separation control unit 15 and is operated when the viscosity measurement value of the enzyme saccharified liquid measured by the viscometer 4 exceeds the upper limit value of the setting range. The enzyme saccharified solution is subjected to solid-liquid separation by the solid-liquid separation means 14 in the circulation line. Furthermore, the enzyme saccharification / membrane separation tank 16 has a water inlet 5 for performing a water treatment in order to keep the volume of the enzyme saccharified solution in the tank constant. The opening and closing of the water spout 5 may be controlled in conjunction with a liquid meter (not shown) installed in the enzyme saccharification / membrane separation tank 16.

図4に示す糖液の製造装置の例においては、膜分離槽10と糖液精製部11との間に、さらに限外濾過膜ユニット19及び限外濾過膜供給槽18を備える。精密濾過膜ユニット8でクロスフロー濾過して得られた糖溶液を限外濾過膜ユニット19に通じて濾過することで、糖化酵素を除去することができる。また、限外濾過膜ユニット19の膜非透過画分は、回収酵素戻しライン20を経由して酵素糖化槽1にある糖化酵素供給部2に戻して、再度酵素糖化を行う工程に用いることができる。   In the example of the sugar liquid production apparatus shown in FIG. 4, an ultrafiltration membrane unit 19 and an ultrafiltration membrane supply tank 18 are further provided between the membrane separation tank 10 and the sugar liquid purification unit 11. The saccharification enzyme can be removed by filtering the sugar solution obtained by cross-flow filtration with the microfiltration membrane unit 8 through the ultrafiltration membrane unit 19. The membrane non-permeate fraction of the ultrafiltration membrane unit 19 is returned to the saccharification enzyme supply unit 2 in the enzyme saccharification tank 1 via the recovered enzyme return line 20 and used for the step of performing enzymatic saccharification again. it can.

また、図4に示す糖液の製造装置の例においては、精密濾過膜ユニット8が膜分離槽10の外部に存在し、ポンプ送液(図示せず)により酵素糖化液を精密濾過膜ユニット9に外部循環させてクロスフロー濾過を行うことができる。この場合の精密濾過膜ユニット8は、スパイラル型であるとスペーサ部に固形分が堆積する可能性があるので、中空糸型またはチューブラー型が好ましい。特に、中空糸型の場合はセルロース含有バイオマスの繊維成分が糸に巻きつく可能性があるので、膜分離槽10の前段部分に固液分離手段14を備えるのが好ましい。   In the example of the sugar liquid production apparatus shown in FIG. 4, the microfiltration membrane unit 8 exists outside the membrane separation tank 10, and the enzyme saccharified solution is supplied to the microfiltration membrane unit 9 by pumping (not shown). Cross flow filtration can be performed by external circulation. The microfiltration membrane unit 8 in this case is preferably a hollow fiber type or a tubular type since solid content may be deposited on the spacer portion if it is a spiral type. In particular, in the case of the hollow fiber type, since the fiber component of the cellulose-containing biomass may be wound around the yarn, it is preferable to provide the solid-liquid separation means 14 at the front stage portion of the membrane separation tank 10.

さらに、図4に示す糖液の製造装置の例においては、限外濾過膜ユニット19に通じて濾過して得られた糖溶液は、糖濃縮槽21に送液される。糖濃縮槽21に送液された糖溶液は、糖液精製部(ナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜)11に送液され、これらの膜を通じて濾過されて膜非透過画分として精製された糖液を得ることができる。ここで、精製された糖液を再び糖濃縮槽21に戻すことで、精製された糖液を濃縮することができる。   Furthermore, in the example of the sugar solution production apparatus shown in FIG. 4, the sugar solution obtained by filtering through the ultrafiltration membrane unit 19 is sent to the sugar concentration tank 21. The sugar solution sent to the sugar concentration tank 21 was sent to a sugar solution purification unit (nanofiltration membrane and / or reverse osmosis membrane) 11, filtered through these membranes, and purified as a membrane non-permeate fraction. A sugar solution can be obtained. Here, the refined sugar solution can be concentrated by returning the refined sugar solution to the sugar concentration tank 21 again.

以下、本発明の糖液の製造方法に関し、さらに詳細に説明するために実施例を挙げて説明する。しかしながら、本発明は、これらの実施例に限定されない。   Hereinafter, the method for producing a sugar liquid of the present invention will be described with reference to examples in order to explain in more detail. However, the present invention is not limited to these examples.

(参考例1)単糖濃度の測定方法
各実施例、比較例において得られた糖液に含まれる単糖濃度(グルコース濃度、キシロース濃度)は、以下に示す条件でHPLCにより分析し、標品との比較により定量した。
(Reference Example 1) Monosaccharide concentration measurement method Monosaccharide concentrations (glucose concentration, xylose concentration) contained in the sugar solutions obtained in each Example and Comparative Example were analyzed by HPLC under the conditions shown below. Quantified by comparison with.

カラム:Luna NH2(Phenomenex社製)
移動相:超純水:アセトニトリル=25:75(流速0.6mL/min)
反応液:なし
検出方法:RI(示差屈折率)
温度:30℃。
Column: Luna NH2 (Phenomenex)
Mobile phase: Ultrapure water: Acetonitrile = 25: 75 (flow rate 0.6 mL / min)
Reaction solution: None Detection method: RI (differential refractive index)
Temperature: 30 ° C.

(参考例2)発酵阻害物質の濃度の測定方法
糖液に含まれる発酵阻害物質のうち、フラン系発酵阻害物質(HMF、フルフラール)及びフェノール系発酵阻害物質(バニリン、アセトバニリン、シリンガ酸、レブリン酸、4−ヒドロキシ安息香酸)の濃度は、以下に示す条件でHPLCにより分析し、標品との比較により定量した。
(Reference Example 2) Method for Measuring Concentration of Fermentation Inhibitory Substance Among fermentation inhibition substances contained in sugar solution, furan fermentation inhibition substances (HMF, furfural) and phenolic fermentation inhibition substances (vanillin, acetovanillin, syringic acid, levulin) The concentration of the acid, 4-hydroxybenzoic acid) was analyzed by HPLC under the conditions shown below, and quantified by comparison with a standard product.

カラム:Synergi HidroRP 4.6mm×250mm(Phenomenex社製)
移動相:アセトニトリル−0.1%HPO(流速1.0mL/min)
検出方法:UV(283nm)
温度:40℃。
Column: Synergi HideRP 4.6 mm × 250 mm (Phenomenex)
Mobile phase: 0.1% acetonitrile H 3 PO 4 (flow rate 1.0 mL / min)
Detection method: UV (283 nm)
Temperature: 40 ° C.

糖液に含まれる発酵阻害物質のうち、有機酸(酢酸、ギ酸)は、以下に示す条件でHPLCにより分析し、標品との比較により定量した。   Among the fermentation inhibitory substances contained in the sugar solution, organic acids (acetic acid and formic acid) were analyzed by HPLC under the conditions shown below, and quantified by comparison with a standard product.

カラム:Shim−Pack SPR−HとShim−Pack SCR101H(株式会社島津製作所製)の直列
移動相:5mM p−トルエンスルホン酸(流速0.8mL/min)
反応液:5mM p−トルエンスルホン酸、20mM ビストリス、0.1mM EDTA・2Na(流速0.8mL/min)
検出方法:電気伝導度
温度:45℃。
Column: Shim-Pack SPR-H and Shim-Pack SCR101H (manufactured by Shimadzu Corporation) Mobile phase: 5 mM p-toluenesulfonic acid (flow rate 0.8 mL / min)
Reaction solution: 5 mM p-toluenesulfonic acid, 20 mM Bistris, 0.1 mM EDTA · 2Na (flow rate 0.8 mL / min)
Detection method: electrical conductivity Temperature: 45 ° C.

(参考例3)濁度の測定方法
糖液の濁度は、HACH社製室内用高度濁度計(2100N)を用いて定量した。なお、この濁度計は、1000NTU以下の濁度でなければ測定できないため、必要に応じて糖液を蒸留水で希釈し、測定を行った。
(Reference Example 3) Method for Measuring Turbidity The turbidity of the sugar solution was quantified using an indoor advanced turbidimeter (2100N) manufactured by HACH. Since this turbidimeter can only measure turbidity of 1000 NTU or less, the sugar solution was diluted with distilled water as necessary and measured.

(参考例4)固形分含量の測定方法
糖液中の固形分含有は、含水率計(ケット科学研究所 赤外線水分計FD720)を用いて測定物である糖液を10mLアプライし、その含水率(重量%)を求め、この含水率を100%から引いた値として求めた。
(Reference example 4) Measuring method of solid content The solid content in the sugar liquid is measured by applying 10 mL of the sugar liquid as a measurement object using a moisture content meter (Infrared Moisture Meter FD720). (Weight%) was determined, and the water content was determined as a value subtracted from 100%.

(参考例5)MLSS濃度の測定方法
糖液のMLSS濃度は、JIS K0102 14.1(2008年)に準拠して測定した。ガラス繊維ろ紙(ADVANTEC社製GS−25)を105℃で2時間加熱し、ガラス繊維ろ紙の重量(重量a)を測定した。乾燥させたガラス繊維ろ紙を濾過用フィルターホルダー(ADVANTEC社製KP−47S)にセットし、サンプル液VmL(2〜10mL)を吸引濾過した。再度ガラス繊維ろ紙を105℃で2時間加熱した後に重量(重量b)を測定し、MLSS濃度を次の式3にて算出した。
(Reference Example 5) Measuring Method of MLSS Concentration The MLSS concentration of the sugar solution was measured according to JIS K0102 14.1 (2008). Glass fiber filter paper (GS-25 manufactured by ADVANTEC) was heated at 105 ° C. for 2 hours, and the weight (weight a) of the glass fiber filter paper was measured. The dried glass fiber filter paper was set in a filter holder for filtration (ADVANTEC KP-47S), and the sample solution VmL (2 to 10 mL) was subjected to suction filtration. The glass fiber filter paper was again heated at 105 ° C. for 2 hours, then the weight (weight b) was measured, and the MLSS concentration was calculated by the following formula 3.

MLSS濃度[mg/L]=(b−a)[mg]/V[mL]×1000 (式3)。     MLSS concentration [mg / L] = (b−a) [mg] / V [mL] × 1000 (formula 3).

(参考例6)粘度の測定方法
糖液の粘度は、十分沈殿物を攪拌して浮遊させた状態の糖液を回転円筒式粘度計(リオン社製、ビスコテスタVT−03F)を用いて測定した。
(Reference Example 6) Viscosity Measurement Method The viscosity of the sugar solution was measured using a rotating cylindrical viscometer (Viscotester VT-03F, manufactured by Rion Co., Ltd.) in a state where the precipitate was sufficiently stirred and suspended. .

(実施例1)
工程(1)として、セルロース含有バイオマスとして稲藁を使用し、これを水熱処理して、以下のようにして酵素糖化液を得た。まず、稲藁を水に浸し、撹拌しながら200℃で15分間オートクレーブ処理(日東高圧製)した。処理後、1時間静置の後、上清成分の熱水可溶分を水熱処理液(前処理物)として使用した。次に、この水熱処理液に糖化酵素としてトリコデルマセルラーゼ(シグマ・アルドリッチ・ジャパン)及びノボザイム188(アスペルギルスニガー由来βグルコシダーゼ製剤、シグマ・アルドリッチ・ジャパン)を添加し、50℃で1日間攪拌混合しながら、加水分解反応を行い、水熱処理糖化液(酵素糖化液)を得た。得られた水熱処理糖化液に含まれる単糖及び発酵阻害物質の濃度はそれぞれ表1、2の通りであった。また、水熱処理糖化液の濁度は12000NTUであった。固形分含量は、6.0%であった。
Example 1
In step (1), rice straw was used as the cellulose-containing biomass, which was hydrothermally treated to obtain an enzyme saccharified solution as follows. First, rice straw was soaked in water and subjected to autoclaving (manufactured by Nitto Koatsu) at 200 ° C. for 15 minutes while stirring. After the treatment, the mixture was allowed to stand for 1 hour, and then the hot water soluble component of the supernatant component was used as a hydrothermal treatment liquid (pretreated product). Next, Trichoderma cellulase (Sigma-Aldrich Japan) and Novozyme 188 (Aspergillus niger-derived β-glucosidase preparation, Sigma-Aldrich Japan) are added to the hydrothermal treatment solution as saccharifying enzymes, and the mixture is stirred and mixed at 50 ° C. for 1 day. Then, a hydrolysis reaction was performed to obtain a hydrothermal treatment saccharified solution (enzymatic saccharified solution). The concentrations of the monosaccharide and the fermentation inhibitor contained in the obtained hydrothermal saccharified solution were as shown in Tables 1 and 2, respectively. The turbidity of the hydrothermal saccharified solution was 12000 NTU. The solid content was 6.0%.

次に工程(2)として、工程(1)で得られた水熱処理糖化液1Lに等量の水を加えて2Lとし、濁度を6000NTUとした後、30kPaの圧力で、温度25℃で多孔性精密濾過膜に供給してクロスフロー濾過し、膜透過側からペリスタポンプを用いて一定濾過流量運転で1.8Lの糖溶液を回収した。ここで、クロスフロー濾過の膜面線速度は30cm/秒となるようにし、精密濾過膜は平膜試験装置にセットして膜透過流束0.1m/dayの条件下で濾過を行った。多孔性精密濾過膜としては、東レ株式会社製精密濾過膜“メンブレイ”(登録商標)TMR140に使用されている公称平均細孔径0.08μmのポリフッ化ビニルデン製平膜を切り出して使用した。上記工程(2)で得た糖溶液の濁度は1NTU以下で、固形分含量は2.4%であった。   Next, as step (2), an equal amount of water is added to 1 L of the hydrothermal saccharified saccharified solution obtained in step (1) to make 2 L, and the turbidity is set to 6000 NTU. The membrane was fed to a microfiltration membrane and subjected to cross flow filtration, and a 1.8 L sugar solution was recovered from the membrane permeation side by a constant filtration flow rate operation using a peristaltic pump. Here, the membrane surface linear velocity of the cross flow filtration was set to 30 cm / second, and the microfiltration membrane was set in a flat membrane test apparatus, and filtration was performed under the condition of a membrane permeation flux of 0.1 m / day. As the porous microfiltration membrane, a polyvinylidene fluoride flat membrane having a nominal average pore size of 0.08 μm used in a microfiltration membrane “Membray” (registered trademark) TMR140 manufactured by Toray Industries, Inc. was used. The turbidity of the sugar solution obtained in the above step (2) was 1 NTU or less, and the solid content was 2.4%.

工程(3)として、上記工程(2)で得た糖溶液1.8Lを、3MPaの圧力で、温度25度でナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過した。膜非透過側から精製糖液を回収し、膜透過側から発酵阻害物質を含む透過水を除去して、0.225Lの精製糖液を得た。この操作により、工程(2)で得られた糖溶液を8倍に濃縮、工程(2)の加水前の原液濃度換算で4倍に濃縮したことになる。ここで、ナノ濾過膜としては東レ株式会社製ナノ濾過膜“SU−610”に使用されている“UTC−60”の平膜を切り出して使用した。このときに要した処理時間は6時間であった。膜非透過分として得られた精製糖液に含まれる単糖及び発酵阻害物質の濃度はそれぞれ表3、4の通りであった。   As step (3), 1.8 L of the sugar solution obtained in the above step (2) was supplied to the nanofiltration membrane at a pressure of 3 MPa at a temperature of 25 degrees and subjected to cross flow filtration. The purified sugar solution was collected from the membrane non-permeating side, and the permeated water containing the fermentation inhibitor was removed from the membrane permeating side to obtain 0.225 L of purified sugar solution. By this operation, the sugar solution obtained in the step (2) is concentrated 8 times, and is concentrated 4 times in terms of the concentration of the stock solution before the addition in the step (2). Here, as a nanofiltration membrane, a flat membrane of “UTC-60” used in a nanofiltration membrane “SU-610” manufactured by Toray Industries, Inc. was cut out and used. The processing time required at this time was 6 hours. The concentrations of the monosaccharide and the fermentation inhibitor contained in the purified sugar solution obtained as a membrane-impermeable component are as shown in Tables 3 and 4, respectively.

(比較例1)
実施例1の工程(1)で得た水熱処理糖化液(酵素糖化液)1Lに等量の水を加えて2Lとした後、工程(2)として、クロスフロー濾過の代わりに、フィルタプレス(薮田産業製MO−4)を用いて圧入圧力最大0.2MPa、圧搾圧力0.5MPaで濾過を行った。
(Comparative Example 1)
After adding an equal amount of water to 1 L of the hydrothermal saccharified liquid (enzymatic saccharified liquid) obtained in step (1) of Example 1 to make 2 L, as a step (2), instead of cross-flow filtration, a filter press ( Filtration was performed at a maximum pressure of 0.2 MPa and a pressure of 0.5 MPa using MO-4) manufactured by Iwata Sangyo.

多孔性精密濾過膜として、ユアサ製の精密濾過膜(平均細孔径1.0μm)を用いてフィルタプレスで濾過を行ったところ、1時間の圧入処理において50mL程度しか濾液を回収することは出来ず操作を中止した。   When filtration was performed with a filter press using a Yuasa microfiltration membrane (average pore diameter of 1.0 μm) as a porous microfiltration membrane, only about 50 mL of filtrate could be recovered in the press-in treatment for 1 hour. The operation was canceled.

また、濾液として得られた糖溶液をユアサ製の精密濾過膜(平均細孔径0.1μm)を用いてフィルタプレスで濾過を行ったところ、1時間の圧入処理において20mL程度しかろ液を回収することは出来ず処理を中止した。   Moreover, when the sugar solution obtained as a filtrate was filtered with a filter press using a Yuasa microfiltration membrane (average pore diameter: 0.1 μm), the filtrate was recovered only about 20 mL in the press-in treatment for 1 hour. I couldn't do it and stopped processing.

(比較例2)
実施例1の工程(1)で得た水熱処理糖化液1Lに等量の水を加えて2Lとして濁度を6000NTUとした後、工程(2)として、多孔性精密濾過膜の代わりに不織布膜を用いて、30kPaの圧力で、温度25℃で不織布膜に供給してクロスフロー濾過させ、膜透過側から1.8Lの糖溶液を回収した。ここで、クロスフロー濾過時の膜面線速度は30cm/秒となるようにし、膜透過流束0.1m/dayの条件下で濾過を行った。不織布膜としては、東レ株式会社製精密濾過膜“アクスター”(登録商標)に使用されているポリエステル製不織布膜M−2080−3T(厚み0.36mm、通気度50cc/cm・sec)、G−2260−3S(厚み0.62mm、通気度11cc/cm・sec)及びポリプロピレン製不織布FC305(薮田産業製、厚み0.80mm、通気度5.0cc/cm・sec)をそれぞれ切り出して使用した。いずれの不織布膜を用いた場合でも1.8Lの糖溶液を回収することができたが、濁度はそれぞれ表5の通りであった。
(Comparative Example 2)
After adding an equal amount of water to 1 L of the hydrothermally treated saccharified solution obtained in the step (1) of Example 1 to make 2 L, the turbidity is 6000 NTU, and as the step (2), a non-woven membrane is used instead of the porous microfiltration membrane. Was supplied to a nonwoven fabric membrane at a pressure of 30 kPa at a temperature of 25 ° C. and subjected to cross flow filtration, and a 1.8 L sugar solution was recovered from the membrane permeation side. Here, the membrane surface linear velocity at the time of crossflow filtration was set to 30 cm / second, and filtration was performed under the condition of a membrane permeation flux of 0.1 m / day. As the nonwoven fabric membrane, a polyester nonwoven fabric membrane M-2080-3T (thickness 0.36 mm, air permeability 50 cc / cm 2 · sec) used in Toray Industries, Ltd. microfiltration membrane “Axter” (registered trademark), G -2260-3S (thickness 0.62 mm, air permeability 11 cc / cm 2 · sec) and polypropylene non-woven fabric FC305 (made by Iwata Sangyo, thickness 0.80 mm, air permeability 5.0 cc / cm 2 · sec) did. Even when any nonwoven membrane was used, a 1.8 L sugar solution could be recovered, but the turbidity was as shown in Table 5.

工程(3)として、これらの不織布膜を透過した糖溶液1.8Lを、それぞれ3MPaの圧力で、温度を25度で実施例1と同様にナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過させた。しかし、いずれの場合も10分以内に膜が閉塞し濾過することが出来なくなった。   As step (3), 1.8 L of the sugar solution permeated through these nonwoven fabric membranes was supplied to the nanofiltration membrane in the same manner as in Example 1 at a pressure of 3 MPa and a temperature of 25 degrees, and subjected to cross flow filtration. In either case, however, the membrane was blocked within 10 minutes and could not be filtered.

(比較例3)
実施例1の工程(1)で得た水熱処理糖化液1Lに等量の水を加えて2Lとし、濁度を6000NTUとした後、工程(2)として、多孔性精密濾過膜の代わりに織布膜を用いて、30kPaの圧力で、温度25℃で織布膜に供給してクロスフロー濾過させ、膜透過側から16Lの糖溶液を回収した。ここで、クロスフロー濾過時の膜面線速度は30cm/秒となるようにし、膜透過流束0.1m/dayの条件下で濾過を行った。織布膜としては、薮田産業製織布T2731C(ポリエステル製、二重織、厚み0.59mm、通気度1.67cc/cm・sec)、T1005C(ポリエステル製、二重織、厚み0.56mm、通気度1.2cc/cm・sec)及びTF7104C(ポリエステル製、緯畝織、厚み0.70mm、通気度0.5cc/cm・sec)をそれぞれ切り出して使用した。いずれの織布膜を用いた場合でも1.8Lの糖溶液を回収することができたが、いずれの織布膜においても膜透過側に気泡が発生しており、閉塞が顕著であった。濁度はそれぞれ表6の通りであった。
(Comparative Example 3)
An equal amount of water is added to 1 L of the hydrothermally treated saccharified solution obtained in step (1) of Example 1 to make 2 L, and the turbidity is set to 6000 NTU. Then, in step (2), weaving is performed instead of the porous microfiltration membrane. The cloth membrane was supplied to the woven fabric membrane at a pressure of 30 kPa at a temperature of 25 ° C. and subjected to cross flow filtration, and a 16 L sugar solution was recovered from the membrane permeation side. Here, the membrane surface linear velocity at the time of crossflow filtration was set to 30 cm / second, and filtration was performed under the condition of a membrane permeation flux of 0.1 m / day. As the woven fabric film, Iwata Sangyo woven fabric T2731C (polyester, double weave, thickness 0.59 mm, air permeability 1.67 cc / cm 2 · sec), T1005C (polyester, double weave, thickness 0.56 mm) , Air permeability 1.2 cc / cm 2 · sec) and TF7104C (made of polyester, weft weave, thickness 0.70 mm, air permeability 0.5 cc / cm 2 · sec) were cut out and used. Even when any woven fabric membrane was used, a 1.8 L sugar solution could be recovered. However, in any woven fabric membrane, bubbles were generated on the membrane permeation side, and clogging was remarkable. The turbidity was as shown in Table 6, respectively.

工程(3)として、これらの織布膜を透過した糖溶液のうち1.5Lを、3MPaの圧力で、温度を25度で実施例1と同様にナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過させた。しかし、いずれの場合も10分以内に膜が閉塞し濾過することが出来なくなった。   As step (3), 1.5 L of the sugar solution that has passed through these woven fabric membranes is supplied to the nanofiltration membrane in the same manner as in Example 1 at a pressure of 3 MPa and a temperature of 25 degrees, and subjected to cross flow filtration. It was. In either case, however, the membrane was blocked within 10 minutes and could not be filtered.

(実施例2)
実施例1の工程(1)で得た水熱処理糖化液1Lに等量の水を加えて2Lとし、濁度を6000NTUとした後、工程(2)として、30kPaの圧力で、温度25℃で平均細孔径の異なる多孔性精密濾過膜に供給してクロスフロー濾過させ、膜透過側から1.8Lの糖溶液を回収した。ここで、クロスフロー濾過時の膜面線速度は30cm/秒となるようにし、0.1m/day、膜透過流束0.25m/dayの条件下でそれぞれ精密濾過膜をセットして濾過を行った。多孔性精密濾過膜としては、ミリポア社製“アイソポア”(登録商標)VMTP(平均細孔径0.05μm・ポリカーボネート製)、GE製EWシリーズ(平均細孔径:0.04μm・ポリサルホン製)、ユアサ株式会社製精密濾過膜“ユミクロン メンブレンフィルター”(登録商標)のMF−10(平均細孔径0.1μm)、MF―20(平均細孔径0.2μm)、ミリポア社製“デュラポア”(登録商標)GVWP(平均細孔径0.22μm)からそれぞれ精密濾過膜を切り出して使用した。実施例1と同様、0.1m/dayにおいてはいずれもの場合も膜閉塞無く1.8Lの糖溶液を回収することができた。また0.25m/dayの条件下では、MF―20(平均細孔径0.2μm)、GVWP(平均細孔径0.22μm)の2種に関して1.6L透過した時、膜透過流束が0.2m/dayまで低下したが、最終的には1.8L回収することができ、この2種以外はいずれもの場合も膜閉塞なく1.8Lの糖溶液を回収することができた。
(Example 2)
An equal amount of water is added to 1 L of the hydrothermal saccharified solution 1 L obtained in the step (1) of Example 1 to make 2 L, and the turbidity is set to 6000 NTU. Then, as the step (2), the pressure is 30 kPa and the temperature is 25 ° C. The solution was supplied to porous microfiltration membranes having different average pore diameters and subjected to cross flow filtration, and 1.8 L of a sugar solution was recovered from the membrane permeation side. Here, the membrane surface linear velocity at the time of cross-flow filtration is set to 30 cm / second, and filtration is performed by setting a microfiltration membrane under the conditions of 0.1 m / day and membrane permeation flux 0.25 m / day. went. Porous microfiltration membranes include “Isopore” (registered trademark) VMTP (average pore diameter 0.05 μm, polycarbonate) manufactured by Millipore, GE EW series (average pore diameter: 0.04 μm, manufactured by Polysulfone), Yuasa Co., Ltd. MF-10 (average pore diameter of 0.1 μm), MF-20 (average pore diameter of 0.2 μm), “Durapore” (registered trademark) GVWP manufactured by Millipore A microfiltration membrane was cut out from each (average pore diameter 0.22 μm) and used. As in Example 1, at 0.1 m / day, a 1.8 L sugar solution could be recovered without membrane clogging in any case. Further, under the condition of 0.25 m / day, when the permeation of 1.6 L was performed for two types of MF-20 (average pore diameter 0.2 μm) and GVWP (average pore diameter 0.22 μm), the membrane permeation flux was 0. Although it decreased to 2 m / day, it was finally possible to recover 1.8 L, and in any case other than these two types, a 1.8 L sugar solution could be recovered without membrane clogging.

工程(3)として、上記工程(2)で得た糖溶液1.6Lを、実施例1と同様にして、それぞれ3MPaの圧力で、温度を25℃でナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過させた。膜非透過側から精製糖液を回収しつつ、膜透過側から発酵阻害物質を含む透過水を除去して、それぞれ2Lの精製糖液を得た。この操作により、工程(2)で得られた糖溶液を8倍に濃縮、工程(2)の加水前の原液濃度換算で4倍に濃縮したことになる。このときに要した処理時間は実施例1と同様10時間であった。膜非透過分として得られた精製糖液に含まれる単糖及び発酵阻害物質の濃度は、いずれも実施例1と同様の表7、8の通りであった。   As step (3), 1.6 L of the sugar solution obtained in the above step (2) was supplied to the nanofiltration membrane at a pressure of 3 MPa and a temperature of 25 ° C. in the same manner as in Example 1 to perform cross-flow filtration. I let you. While collecting the purified sugar solution from the membrane non-permeating side, the permeated water containing the fermentation inhibitor was removed from the membrane permeating side to obtain 2 L of purified sugar solution. By this operation, the sugar solution obtained in the step (2) is concentrated 8 times, and is concentrated 4 times in terms of the concentration of the stock solution before the addition in the step (2). The processing time required at this time was 10 hours as in Example 1. The concentrations of the monosaccharide and the fermentation inhibitor contained in the purified sugar solution obtained as a membrane-impermeable component were as shown in Tables 7 and 8 as in Example 1.

(比較例4)
実施例1の工程(1)で得た水熱処理糖化液1Lに等量の水を加えて2Lとし、濁度を6000NTUとした後、工程(2)として、平均細孔径の異なる多孔性精密濾過膜に30kPaの圧力で、温度25℃で供給してクロスフロー濾過させ、膜透過側から1.8Lの糖溶液の回収を試みた。ここで、クロスフロー濾過時の膜面線速度は30cm/秒となるようにし、膜透過流束0.1m/dayの条件下でそれぞれ精密濾過膜をセットして濾過を行った。多孔性精密濾過膜としては、ユアサ株式会社製精密濾過膜“ユミクロン メンブレンフィルター”(登録商標)のMF−40(平均細孔径0.4μm)、MF−60(平均細孔径0.6μm)、MF−90(平均細孔径0.9μm)、MF−250(平均細孔径2.5μm)、ミリポア社製“デュラポア”(登録商標)HVLP(平均細孔径0.45μm)からそれぞれ精密濾過膜を切り出して使用した。いずれの場合も、膜透過流束0.1m/dayにおいて途中で膜が閉塞してしまい糖溶液を回収することが出来なかった。膜透過流束0.1m/day(実施例1の場合、通常処理時間:30時間)の濾過条件において濾過速度が保てず気泡が発生して、実際の濾過流量が半分(膜透過流束0.05m/day)となった時間を膜閉塞時間として測定したところ、表9のような結果となった。MF−40(平均細孔径0.4μm)の膜の場合は、目標の1.8Lまで到達できずに膜が閉塞したが、1.6Lの糖溶液を得られた。
(Comparative Example 4)
An equal amount of water is added to 1 L of the hydrothermal saccharified solution 1 L obtained in step (1) of Example 1 to make 2 L, and the turbidity is set to 6000 NTU. Then, as step (2), porous microfiltration having different average pore diameters is performed. The membrane was supplied with a pressure of 30 kPa at a temperature of 25 ° C. and subjected to cross flow filtration, and an attempt was made to recover a 1.8 L sugar solution from the membrane permeation side. Here, the membrane surface linear velocity at the time of cross-flow filtration was set to 30 cm / second, and filtration was performed by setting each microfiltration membrane under the condition of membrane permeation flux of 0.1 m / day. As the porous microfiltration membrane, UF-40 (average pore size 0.4 μm), MF-60 (average pore size 0.6 μm), MF of the microfiltration membrane “YUMICRON Membrane Filter” (registered trademark) manufactured by Yuasa Co., Ltd. Microfiltration membranes were cut out from -90 (average pore size 0.9 μm), MF-250 (average pore size 2.5 μm), and “Durapore” (registered trademark) HVLP (average pore size 0.45 μm) manufactured by Millipore. used. In any case, the membrane was blocked during the membrane permeation flux of 0.1 m / day, and the sugar solution could not be recovered. Membrane permeation flux 0.1 m / day (in the case of Example 1, normal processing time: 30 hours) Filtration speed cannot be maintained, bubbles are generated, and the actual filtration flow rate is halved (membrane permeation flux) When the time of 0.05 m / day was measured as the membrane occlusion time, the results shown in Table 9 were obtained. In the case of the membrane of MF-40 (average pore diameter 0.4 μm), the membrane was blocked without reaching the target 1.8 L, but a 1.6 L sugar solution was obtained.

工程(3)として、上記MF−40の場合に得た糖溶液1.6Lを、実施例1と同様にして、3MPaの圧力で、温度を25度でナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過した。しかし、3時間で0.8L濾過した時点で膜フラックスが急激に落ちて濾過が難しくなり濾過を中止した。この0.8L濾過した後の非透過側の糖液中の単糖及び発酵阻害物質の濃度を測定した(表10、11)が、精製・濃縮が不十分であった。   As step (3), 1.6 L of the sugar solution obtained in the case of MF-40 is supplied to the nanofiltration membrane at a pressure of 3 MPa and a temperature of 25 degrees in the same manner as in Example 1 to perform cross-flow filtration. did. However, when 0.8 L was filtered in 3 hours, the membrane flux dropped sharply, making filtration difficult, and the filtration was stopped. The concentration of the monosaccharide and the fermentation inhibitor in the non-permeate side sugar solution after 0.8 L filtration was measured (Tables 10 and 11), but the purification and concentration were insufficient.

(比較例5)
実施例1の工程(1)で得た水熱処理糖化液1Lに等量の水を加えて2Lとし、濁度を6000NTUとした後、工程(2)として、多孔性精密濾過膜の代わりに、30kPaの圧力で、温度25℃で限外濾過膜に供給してクロスフロー濾過させ、膜透過側から1.8Lの糖水溶液の回収を試みた。ここで、クロスフロー濾過時の膜面線速度は30cm/秒となるようにし、膜透過流束0.1m/dayの条件下で限外濾過膜をセットして濾過を行った。限外濾過膜としては、KOCH社製限外濾過膜HFM−300(分画分子量:100000・ポリフッ化ビニルデン製)、HFK−131(分画分子量:10000・ポリエーテルサルホン製)をそれぞれ切り出して使用した。いずれの限外濾過膜の場合も、膜透過流束0.1m/day(実施例1の場合、通常処理時間:30時間)の濾過条件において濾過速度が保てなかった。実際の濾過流量が半分(膜透過流束0.05m/day)となった時間を膜閉塞時間として測定したところ、表12のような結果となった。
(Comparative Example 5)
After adding an equal amount of water to 1 L of the hydrothermal saccharified solution 1 L obtained in the step (1) of Example 1 to make 2 L, the turbidity was set to 6000 NTU, as a step (2), instead of the porous microfiltration membrane, At a pressure of 30 kPa, the mixture was supplied to an ultrafiltration membrane at a temperature of 25 ° C. and subjected to cross-flow filtration. Here, the membrane surface linear velocity at the time of crossflow filtration was set to 30 cm / second, and filtration was performed by setting an ultrafiltration membrane under the condition of a membrane permeation flux of 0.1 m / day. As ultrafiltration membranes, KOCH ultrafiltration membranes HFM-300 (fractionated molecular weight: 100,000, made of polyvinylidene fluoride) and HFK-131 (fractionated molecular weight: 10,000, made of polyethersulfone) were cut out, respectively. used. In any of the ultrafiltration membranes, the filtration rate could not be maintained under the filtration conditions of a membrane permeation flux of 0.1 m / day (in the case of Example 1, normal processing time: 30 hours). When the time when the actual filtration flow rate became half (membrane permeation flux 0.05 m / day) was measured as the membrane occlusion time, the results shown in Table 12 were obtained.

(参考例5)膜の閉塞要因の検討(1)
実施例1の工程(1)で得た水熱処理糖化液を10000Gで30分間超遠心分離した後、動的光散乱法(大塚電子製、ゼータ電位・粒径測定システムELSZ−2)を用いて、液内の粒径分布を測定した。この超遠心分離処理により得られた液の濁度は300NTUであった。その結果、図5に示すとおり、粒径0.24μm〜0.48μmの間に顕著な粒子性のピークが見られた。
(Reference Example 5) Examination of the cause of membrane occlusion (1)
The hydrothermal saccharified solution obtained in step (1) of Example 1 was ultracentrifugated at 10,000 G for 30 minutes, and then using a dynamic light scattering method (manufactured by Otsuka Electronics, zeta potential / particle size measurement system ELSZ-2). The particle size distribution in the liquid was measured. The turbidity of the liquid obtained by this ultracentrifugation treatment was 300 NTU. As a result, as shown in FIG. 5, a remarkable particle peak was observed between the particle diameters of 0.24 μm and 0.48 μm.

この粒子成分が、工程(2)において平均細孔径が0.25μmより大きい多孔性精密濾過膜又は多孔性でない精密濾過膜(織布膜、不織布膜等)を用いて濾過する際に、あるいはその後の工程(3)においてナノ濾過膜又は逆浸透膜で濾過する際に閉塞する要因であると推定された。すなわち、本発明の糖液の製造方法の工程(2)においては、この粒子成分よりも平均細孔径が小さい0.25μm以下の多孔性精密濾過膜を使用することが重要であることが判明した。   When this particle component is filtered using a porous microfiltration membrane having a mean pore diameter of greater than 0.25 μm or a non-porous microfiltration membrane (woven fabric membrane, nonwoven fabric membrane, etc.) in step (2), or thereafter In step (3), it was presumed that this was a cause of clogging when filtering with a nanofiltration membrane or a reverse osmosis membrane. That is, in the step (2) of the method for producing a sugar liquid of the present invention, it has been found that it is important to use a porous microfiltration membrane having an average pore diameter of 0.25 μm or less smaller than the particle component. .

(参考例6)膜の閉塞要因の検討(2)
参考例5の超遠心分離にて得られた液1Lを、実施例1の工程(3)と同様に3MPaの圧力で、温度を25度でナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過させた。しかし、1時間で0.25L濾過した時点で膜フラックスが急激に落ちて濾過が難しくなり濾過を中止した。濾過後の膜を走査型電子顕微鏡(日立製S−4800)にて観察したところ、図6のように膜全体に粒子成分が付着して濾過を阻害していることが判明した。さらにこの付着している粒子成分は、電子顕微鏡付設のSEM−EDX検出器により測定した結果、シリカ(二酸化ケイ素)粒子であることが判明した。
(Reference Example 6) Examination of the cause of membrane occlusion (2)
1 L of the liquid obtained by ultracentrifugation in Reference Example 5 was supplied to the nanofiltration membrane at a pressure of 3 MPa at a pressure of 3 MPa in the same manner as in Step (3) of Example 1, and subjected to cross flow filtration. However, when 0.25 L was filtered in 1 hour, the membrane flux dropped sharply and filtration became difficult, and the filtration was stopped. When the membrane after filtration was observed with a scanning electron microscope (Hitachi S-4800), it was found that the particle component adhered to the entire membrane as shown in FIG. Further, the adhering particle component was measured with a SEM-EDX detector attached to an electron microscope, and as a result, was found to be silica (silicon dioxide) particles.

(実施例3)
実施例1の工程(2)において、加水量を変化させて膜濾過性を検討した。実施例1の工程(1)で得られた水熱処理糖化液1Lに対して、0.5LのRO水を添加した場合(加水処理A)、1LのRO水を添加した場合(加水処理B:実施例1と同じ)、4LのRO水を添加した場合(加水処理C)、9LのRO水を添加した場合(加水処理D)の4条件で、実施例1と同様にして、30kPaの圧力で、温度25℃で多孔性精密濾過膜に供給してクロスフロー濾過させ、膜透過側からペリスタポンプを用いて一定濾過流量運転で装置のデッドボリュームである膜非透過水が0.2Lになるまで糖溶液を回収した。ここでクロスフロー濾過時の膜面線速度は30cm/秒となるようにし、膜透過流束0.1m/day(実施例1と同じ)、0.25m/dayの各濾過流量条件下でそれぞれ精密濾過膜を平膜試験装置にセットして濾過を行った。精密濾過膜としては、東レ株式会社製精密濾過膜“メンブレイTMR140”(登録商標)に使用されている公称平均細孔径0.08μmのポリフッ化ビニルデン製平膜を切り出して使用した。
(Example 3)
In step (2) of Example 1, the amount of water was changed to examine the membrane filterability. When 0.5 L of RO water is added to 1 L of the hydrothermal treatment saccharified solution obtained in step (1) of Example 1 (hydrolysis treatment A), when 1 L of RO water is added (hydrolysis treatment B: The same as in Example 1) When 4 L of RO water is added (Hydrolysis C), and when 9 L of RO water is added (Hydrolysis D), the pressure of 30 kPa is the same as in Example 1. Then, it is supplied to a porous microfiltration membrane at a temperature of 25 ° C. and subjected to cross flow filtration until the membrane non-permeate water which is a dead volume of the apparatus becomes 0.2 L by constant filtration flow rate operation using a peristaltic pump from the membrane permeation side. The sugar solution was collected. Here, the membrane surface linear velocity at the time of cross-flow filtration is set to 30 cm / second, and the membrane permeation flux is 0.1 m / day (same as Example 1) and 0.25 m / day under the respective filtration flow rate conditions. The microfiltration membrane was set in a flat membrane test apparatus and filtered. As the microfiltration membrane, a polyvinylidene fluoride flat membrane having a nominal average pore size of 0.08 μm used in a microfiltration membrane “Membray TMR140” (registered trademark) manufactured by Toray Industries, Inc. was used.

加水処理A〜Dの場合の各膜透過流束(濾過流量条件)での結果を表13にまとめた。表中の「○」は流量の変化無く濾過できたことを示し、「×」は途中で濾過できなくなったことを示す。「△」は流量を一定に保つことはできなかったが、膜非透過側が0.2Lになるまで濾過できたことを示す。   Table 13 summarizes the results for each membrane permeation flux (filtration flow rate conditions) in the case of the hydrotreatments A to D. “◯” in the table indicates that filtration was possible without a change in flow rate, and “x” indicates that filtration was not possible on the way. “Δ” indicates that the flow rate could not be kept constant, but could be filtered until the membrane non-permeation side reached 0.2 L.

工程(3)として、加水処理A〜Dで膜透過流束0.1m/dayの濾過条件で得られた各糖溶液を、実施例1と同様に、東レ株式会社製ナノ濾過膜“SU−610”に使用されている“UTC−60”の平膜を切り出しセットして、3MPaの圧力で、温度を25℃でナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過した。それぞれ糖濃度が工程(2)の加水処理前の水熱処理糖化液に比較して4倍となるように濾過を行った。各加水処理時の場合の膜非透過側の糖液(濃縮液)の糖濃度、液量、発酵阻害物質濃度を表14、15に示した。糖濃度はグルコース、キシロースとも変化ないが、加水処理によって得られる液量が異なり糖の収率が向上することが分かった。さらに加水処理量が多い場合は、糖液中の発酵阻害物質濃度も低下することが分かった。   As step (3), each sugar solution obtained under the filtration conditions of membrane permeation flux 0.1 m / day in the hydrotreatments A to D was applied to a nanofiltration membrane “SU- A flat membrane of “UTC-60” used in 610 ”was cut out and set, and the flow was supplied to the nanofiltration membrane at a pressure of 3 MPa at a temperature of 25 ° C. and subjected to cross flow filtration. Filtration was performed such that the sugar concentration was 4 times that of the hydrothermal saccharified solution before the hydrotreatment in step (2). Tables 14 and 15 show the sugar concentration, liquid amount, and fermentation inhibitor concentration of the sugar solution (concentrated solution) on the membrane non-permeation side in each hydrolysis treatment. The sugar concentration did not change for glucose or xylose, but it was found that the amount of liquid obtained by the hydrotreatment was different and the yield of sugar was improved. Further, it was found that the fermentation inhibitor concentration in the sugar solution decreases when the amount of water treatment is large.

(実施例4)
実施例1の工程(1)で得られた水熱処理糖化液を、3000Gで1分間遠心分離を行って沈殿物を除いた酵素糖化液を用いて、実施例3と同様に工程(2)において加水量を変化させて膜濾過性を比較した。遠心分離後の水熱処理糖化液の固形分含量は5.7%であった。遠心分離後の水熱処理糖化液1Lに対して0.5LのRO水を添加した場合(加水処理E)、1LのRO水を添加した場合(加水処理F:実施例1と同じ)、4LのRO水を添加した場合(加水処理G)、9LのRO水を添加した場合(加水処理H)の4条件に対して、実施例3と同様に工程(2)の多孔性精密濾過膜による濾過を行った。
Example 4
In the step (2) as in Example 3, the hydrothermal saccharified solution obtained in the step (1) of Example 1 was centrifuged at 3000 G for 1 minute to remove the precipitate. Membrane filterability was compared by changing the amount of water added. The solid content of the hydrothermal saccharified solution after centrifugation was 5.7%. When 0.5 L of RO water is added to 1 L of hydrothermally treated saccharified solution after centrifugation (hydrolysis E), when 1 L of RO water is added (hydrolysis F: the same as in Example 1), 4 L Filtration by the porous microfiltration membrane of the step (2) in the same manner as in Example 3 with respect to the four conditions when RO water is added (hydrolysis G) and 9 L of RO water is added (hydrolysis H) Went.

加水処理E〜Hの場合の各膜透過流束(濾過流量条件)での結果を表16にまとめた。表中の「○」、「×」、「△」は実施例3の場合と同じである。実施例3(表13)と比較して、工程2の前に遠心分離工程を行うことにより、固体分を事前に除去できるので、加水処理による膜濾過性能の向上がさらに顕著になった。   Table 16 summarizes the results of the membrane permeation fluxes (filtration flow rate conditions) in the case of the hydrolysis treatments E to H. “◯”, “×”, and “Δ” in the table are the same as those in the third embodiment. Compared with Example 3 (Table 13), the solid content can be removed in advance by carrying out the centrifugation step before step 2, so that the improvement of membrane filtration performance by the hydration treatment became more remarkable.

工程(3)として、加水処理E〜Hで膜透過流束0.1m/dayの濾過条件で得られた各糖溶液を、5%硫酸水溶液によりpH3.0に調整した後、東レ株式会社製超低圧逆浸透膜“SUL−G10”の平膜を切り出しセットして、4MPaの圧力で、温度を25℃で逆浸透膜に供給してクロスフロー濾過した。それぞれ糖濃度が工程(2)の加水処理前の水熱処理糖化液に比較して4倍となるように濾過を行った。各加水処理時の場合の膜非透過側の糖液(濃縮液)の糖濃度、液量、発酵阻害物質濃度を表17、18に示した。糖濃度はグルコース、キシロースとも変化ないが、加水処理によって得られる液量が異なり糖の収率が向上することが分かった。さらに加水処理量が多い場合は、糖液中の発酵阻害物質濃度も低下することが分かった。   As a process (3), after adjusting each sugar solution obtained by the filtration conditions of the membrane permeation flux 0.1m / day by hydroprocessing EH to pH3.0 with 5% sulfuric acid aqueous solution, Toray Industries, Inc. make A flat membrane of the ultra-low pressure reverse osmosis membrane “SUL-G10” was cut out and set, supplied to the reverse osmosis membrane at a pressure of 4 MPa at a temperature of 25 ° C., and subjected to cross flow filtration. Filtration was performed such that the sugar concentration was 4 times that of the hydrothermal saccharified solution before the hydrotreatment in step (2). Tables 17 and 18 show the sugar concentration, the liquid amount, and the fermentation inhibitor concentration of the sugar solution (concentrated solution) on the membrane non-permeation side at the time of each hydrolysis treatment. The sugar concentration did not change for glucose or xylose, but it was found that the amount of liquid obtained by the hydrotreatment was different and the yield of sugar was improved. Further, it was found that the fermentation inhibitor concentration in the sugar solution decreases when the amount of water treatment is large.

(参考例7)酵母によるエタノール発酵
比較例7,実施例5では、次のようにして酵母株(OC2、サッカロマイセス・セレビシエ、ワイン酵母)によるエタノール発酵を行い、得られた糖液の評価を行った。
(Reference Example 7) Ethanol Fermentation with Yeast In Comparative Example 7 and Example 5, ethanol fermentation with a yeast strain (OC2, Saccharomyces cerevisiae, wine yeast) was performed as follows, and the resulting sugar solution was evaluated. It was.

発酵用培地は、以下のの組成で調製し、フィルター滅菌(ミリポア、ステリカップ0.22μm)したものを発酵に用いた。
<発酵用培地>
グルコース: 30g/L
ドロップアウトMX: 3.8g/L
Yeast NTbase: 1.7g/L。
The fermentation medium was prepared with the following composition, and the filter sterilized (Millipore, Stericup 0.22 μm) was used for fermentation.
<Fermentation medium>
Glucose: 30g / L
Dropout MX: 3.8 g / L
Yeast NTbase: 1.7 g / L.

グルコース濃度の定量には、グルコーステスト和光(和光純薬工業)を使用した。また、各培養液中に産生されたエタノール量は、ガスクロマトグラフ法(Shimadzu GC−2010キャピラリーGC TC−1(GL science) 15 meter L.*0.53mm I.D., df 1.5μm)を用いて、水素炎イオン化検出器により測定した。   Glucose test Wako (Wako Pure Chemical Industries) was used for quantitative determination of glucose concentration. The amount of ethanol produced in each culture solution was determined by gas chromatography (Shimadzu GC-2010 capillary GC TC-1 (GL science) 15 meter L. * 0.53 mm ID, df 1.5 μm). And measured by a flame ionization detector.

酵母(OC2株)を試験管で5mlの上記発酵用培地(前培養培地)で一晩振とう培養した(前培養)。前培養液から酵母を遠心分離により回収し、滅菌水15mLでよく洗浄した。洗浄した酵母を、上記発酵用培地100mlに植菌し500ml容坂口フラスコで24時間振とう培養した(本培養)。   Yeast (OC2 strain) was cultured in a test tube with 5 ml of the above fermentation medium (preculture medium) with shaking overnight (preculture). The yeast was recovered from the preculture solution by centrifugation and washed well with 15 mL of sterilized water. The washed yeast was inoculated into 100 ml of the above fermentation medium and cultured with shaking in a 500 ml Sakaguchi flask for 24 hours (main culture).

(比較例6)
実施例1の工程(1)で得られた水熱処理糖化液1Lを0.25Lになるまでエバポレータにて濃縮した後、得られた蒸留濃縮液をグルコース源として使用して発酵用培地を調製し、参考例7に記載のように前培養、本培養を行ってエタノール発酵を行った。なお、前培養では試薬単糖を用い、本培養時のみ蒸留濃縮液を用いた。以上のエタノール発酵の結果として、グルコース消費量及びエタノール蓄積濃度を表19に示した。
(Comparative Example 6)
After concentrating the hydrothermal saccharified solution 1L obtained in the step (1) of Example 1 with an evaporator until it becomes 0.25L, a fermentation medium is prepared using the obtained distilled concentrated solution as a glucose source. As described in Reference Example 7, pre-culture and main culture were performed, and ethanol fermentation was performed. In the pre-culture, a reagent monosaccharide was used, and a distilled concentrate was used only during the main culture. Table 19 shows the glucose consumption and the ethanol accumulation concentration as a result of the above ethanol fermentation.

(実施例5)
実施例3の加水処理A〜Dの条件で得られた精製糖液各約100mL、及び比較対照として試薬グルコースをグルコース源として使用して発酵用培地を調製し、参考例7に記載のように前培養、本培養を行ってエタノール発酵を行った。なお、前培養では試薬単糖を用い、本培養時のみ各精製糖液を用いた。
(Example 5)
A fermentation medium was prepared using about 100 mL of each of the purified sugar solutions obtained under the conditions of the hydrotreatments A to D of Example 3 and the reagent glucose as a glucose source as a comparative control, as described in Reference Example 7. Ethanol fermentation was performed by pre-culture and main culture. In the pre-culture, a reagent monosaccharide was used, and each purified sugar solution was used only during the main culture.

以上のエタノール発酵の結果として、グルコース消費量及びエタノール蓄積濃度を表20に示した。実施例3のように多孔性精密濾過膜及びナノ濾過膜で濾過することにより、比較例7の蒸留濃縮液の場合に比べて、発酵阻害が抑制され、エタノールの蓄積濃度が改善した。   Table 20 shows the glucose consumption and the ethanol accumulation concentration as a result of the above ethanol fermentation. By filtering with a porous microfiltration membrane and a nanofiltration membrane as in Example 3, fermentation inhibition was suppressed and ethanol accumulation concentration was improved as compared with the case of the distilled concentrate of Comparative Example 7.

(実施例6)
実施例1の工程(1)で得た水熱処理糖化液を用いて、MLSS濃度が異なる酵素糖化液を用意した。実施例1の工程(1)で得た水熱処理糖化液10L(以下、原液)、水熱処理糖化液1LにRO水を1L加水処理した合計2Lの液(以下、加水処理液)、水熱処理糖化液を1500Gにて2分間遠心処理して沈澱物を除去した液を10L(以下、遠心処理液)、水熱処理糖化液を1500Gにて2分間遠心処理して沈澱物を除去した液1LにRO水を1L加水処理した合計2Lの液(以下、遠心加水処理液)をそれぞれ準備した。それぞれのMLSS濃度、粘度を測定した結果は表21の通りであった。この結果より、MLSS濃度と粘度との間には、一定の正の相関関係があることがわかった。
(Example 6)
Using the hydrothermal saccharified solution obtained in the step (1) of Example 1, enzyme saccharified solutions having different MLSS concentrations were prepared. Hydrothermally treated saccharified solution 10L obtained in step (1) of Example 1 (hereinafter referred to as stock solution), 1L of hydrothermally processed saccharified solution 1L of RO water 1 L in total (hereinafter referred to as hydrolyzed solution), hydrothermally processed saccharified solution The liquid was centrifuged at 1500 G for 2 minutes to remove the precipitate, and 10 L (hereinafter referred to as “centrifugation liquid”). The hydrothermal saccharified liquid was centrifuged at 1500 G for 2 minutes to remove the precipitate to 1 L. A total of 2 L of liquid (hereinafter referred to as centrifugal hydrolyzed liquid) prepared by 1 L of water was prepared. The results of measuring the respective MLSS concentrations and viscosities are shown in Table 21. From this result, it was found that there is a certain positive correlation between the MLSS concentration and the viscosity.

工程(2)として、原液及び遠心処理液の2種を72kPaの圧力で、温度25℃で多孔性精密濾過膜に供給して、膜透過側からペリスタポンプを用いて一定濾過流量の間欠運転(9分運転1分停止)で濾過側圧力を測定しながらクロスフロー濾過した。ここで、クロスフロー濾過時の膜面線速度は30cm/秒となるようにし、膜透過流束0.12m/dayの濾過条件下でそれぞれ精密濾過膜をセットして濾過を行った。多孔性精密濾過膜としては、実施例1と同様に、東レ株式会社製精密濾過膜“メンブレイ”(登録商標)TMR140に使用されている公称平均細孔径0.08μmのポリフッ化ビニルデン製平膜を切り出して使用した。   As the step (2), two types of the stock solution and the centrifugal treatment solution are supplied to the porous microfiltration membrane at a temperature of 25 ° C. at a pressure of 72 kPa, and intermittent operation with a constant filtration flow rate using a peristaltic pump from the membrane permeation side (9 The cross-flow filtration was performed while measuring the filtration side pressure in 1 minute stop). Here, the membrane surface linear velocity at the time of cross-flow filtration was set to 30 cm / second, and filtration was performed by setting each microfiltration membrane under the filtration condition of membrane permeation flux of 0.12 m / day. As the porous microfiltration membrane, a flat membrane made of polyvinylidene fluoride having a nominal average pore diameter of 0.08 μm used in the microfiltration membrane “Membray” (registered trademark) TMR140 manufactured by Toray Industries, Inc. as in Example 1. Cut out and used.

原液及び遠心処理液の2種の濾過において、それぞれMLSS濃度が20000mg/L、30000mg/L、40000mg/L、50000mg/Lとなった時点の膜非透過側の液を200mLずつ採取した。採取した各液濾過量と等量の水を加水しながらMLSS濃度を一定に保ちながら連続的に濾過を継続し、濾過開始時と濾過開始後1時間後の膜透過側圧力を測定した。その結果を表22に示した。   In the two types of filtration of the stock solution and the centrifugally treated solution, 200 mL each of the membrane non-permeate side solution at the time when the MLSS concentration reached 20000 mg / L, 30000 mg / L, 40000 mg / L, and 50000 mg / L was collected. Filtration was continued continuously while keeping the MLSS concentration constant while adding an equal amount of water to each collected liquid filtration amount, and the pressure on the membrane permeation side was measured at the start of filtration and 1 hour after the start of filtration. The results are shown in Table 22.

この結果、原液、遠心処理液のいずれの場合も、MLSS濃度が高いと、膜目詰まり成分が多いため、膜透過側圧力が低かった。また、濾過開始時の膜透過側圧力と、MLSS濃度を一定に保った状態で膜透過量と等量の水を加水しながら連続的に1時間濾過した後の膜透過側圧力との差をを比較したところ、MLSS濃度が40000mg/L以下の場合は圧力差が生じなかったが、MLSS濃度が50000mg/Lの場合は濾過側圧力がいずれも15kPa低下し、すなわち膜の目詰まりの兆候が見られた。従って、膜を長期安定的に濾過するためには、酵素糖化液のMLSS濃度を40000mg/L以下の状態に維持しながら濾過することが好ましいことがわかった。   As a result, in both the undiluted solution and the centrifuged solution, when the MLSS concentration was high, the membrane permeation side pressure was low because there were many membrane clogging components. Also, the difference between the membrane permeation side pressure at the start of filtration and the membrane permeation side pressure after continuous filtration for 1 hour while adding water equal to the membrane permeation amount while maintaining the MLSS concentration constant. When the MLSS concentration was 40000 mg / L or less, no pressure difference occurred. However, when the MLSS concentration was 50000 mg / L, the filtration side pressure decreased by 15 kPa, that is, there was no sign of membrane clogging. It was seen. Therefore, it was found that in order to stably filter the membrane for a long period of time, it is preferable to filter while maintaining the MLSS concentration of the enzyme saccharified solution at 40000 mg / L or less.

(実施例7)
実施例1の工程(1)で得た水熱処理糖化液(酵素糖化液)に硫酸を入れてpH3.0、4.0、4.5に変化させたもの、pH5.0のままのもの、および水酸化ナトリウム水溶液でpH7.0に変化させたものの5種の酵素糖化液を用いて(濾過前pH変化)、工程(2)として、実施例1と同様に多孔性精密濾過膜に供給してクロスフロー濾過し、各糖溶液を回収した。
(Example 7)
A hydrothermal saccharified solution (enzymatic saccharified solution) obtained in the step (1) of Example 1 was added with sulfuric acid and changed to pH 3.0, 4.0, 4.5, or a pH of 5.0, And using 5 types of enzyme saccharified liquids that were changed to pH 7.0 with an aqueous sodium hydroxide solution (pH change before filtration), as step (2), it was supplied to the porous microfiltration membrane as in Example 1. Then, each sugar solution was recovered by cross-flow filtration.

工程(3)として、各糖溶液を、実施例1と同様に、東レ株式会社製ナノ濾過膜“SU−610”に使用されている“UTC−60”の平膜を切り出しセットして、操作圧力が3MPaの操作圧力で、温度25℃でナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過した。それぞれ糖濃度が水熱処理糖化液に比較して4倍となるように濾過を行った。4倍となった点での膜透過流束を表23に示した。   As step (3), each sugar solution was cut out and set as a flat membrane of “UTC-60” used in a nanofiltration membrane “SU-610” manufactured by Toray Industries, Ltd. as in Example 1. The pressure was supplied to the nanofiltration membrane at an operating pressure of 3 MPa and a temperature of 25 ° C., followed by cross-flow filtration. Filtration was performed so that the sugar concentration was 4 times that of the hydrothermal saccharified solution. Table 23 shows the membrane permeation flux at the point of 4 times.

この結果、酵素糖化液のpHを酸性に低下させて精密濾過膜でクロスフロー濾過したほうが、工程(3)のナノ濾過膜を用いた濾過の際の膜透過流束が高くなり、糖溶液の濃縮における長期運転性が向上したことが判明した。   As a result, when the pH of the enzyme saccharified solution is reduced to acidic and cross-flow filtered with a microfiltration membrane, the membrane permeation flux at the time of filtration using the nanofiltration membrane in step (3) is increased, and the sugar solution It was found that the long-term drivability in concentration was improved.

一方、実施例1の工程(1)で得た水熱処理糖化液(pH5.0)を実施例1の工程(2)と同じく多孔性精密濾過膜でクロスフロー濾過した後に、硫酸又は水酸化ナトリウム溶液を加えてpHを3.0、4.0、4.5、5.0(未調整)、7.0に変化させた5種の糖溶液(濾過後pH変化)を用いて、工程(3)として、各糖溶液を、実施例1と同様に、“UTC−60”の平膜を切り出しセットして、操作圧力が3MPaの操作圧力で、温度25℃でナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過し、糖濃度4倍となるように濾過を行った。4倍となる点での膜透過流束を表24に示した。   On the other hand, the hydrothermal saccharified solution (pH 5.0) obtained in the step (1) of Example 1 was subjected to cross flow filtration with a porous microfiltration membrane in the same manner as in the step (2) of Example 1, and then sulfuric acid or sodium hydroxide. Using the five sugar solutions (pH change after filtration) in which the solution was added to change the pH to 3.0, 4.0, 4.5, 5.0 (unadjusted), 7.0, the step ( 3) As in Example 1, each sugar solution was cut and set as a flat membrane of “UTC-60”, and supplied to the nanofiltration membrane at an operating pressure of 3 MPa at a temperature of 25 ° C. Cross-flow filtration was performed to obtain a sugar concentration of 4 times. Table 24 shows the membrane permeation flux at the point of 4 times.

以上の結果、pHの同じ表23の結果(濾過前pH変化)と表24の結果(濾過後pH変化)とを比較すると、工程(2)の精密濾過膜によるクロスフロー濾過を行った後で酵素糖化液のpHを変化させた場合よりも、酵素糖化液のpHを変化させてから工程(2)の多孔性精密濾過膜によるクロスフロー濾過処理を行った方が、工程(3)のナノ濾過膜を用いたの糖溶液の濃縮において、膜の長期運転性が向上することが判明した。   As a result of the above, comparing the results in Table 23 (pH change before filtration) with the same pH and the results in Table 24 (pH change after filtration), after performing cross-flow filtration using the microfiltration membrane in step (2) Compared with changing the pH of the enzyme saccharified solution, the cross-flow filtration process using the porous microfiltration membrane in the step (2) after changing the pH of the enzyme saccharified solution is more effective in the step (3) It has been found that the long-term operability of the membrane is improved in the concentration of the sugar solution using the filtration membrane.

さらに、酵素糖化液のpHを変化させてから工程(2)の精密濾過膜によるクロスフロー濾過処理を行った場合(表23)について、工程(3)で得られた糖液中の発酵阻害物質の成分濃度を表25に示した。この結果から、pHを酸性に変化させることにより、ギ酸や酢酸などの有機酸濃度を低下させることが可能であることがわかった。   Furthermore, the fermentation inhibitor in the sugar solution obtained in the step (3) in the case of performing the cross-flow filtration treatment with the microfiltration membrane in the step (2) after changing the pH of the enzyme saccharified solution (Table 23) Table 25 shows the component concentrations. From this result, it was found that the concentration of organic acids such as formic acid and acetic acid can be lowered by changing the pH to acidic.

(実施例8)
工程(1)として、セルロース含有バイオマスとして稲藁を使用し、これを以下のようにしてアンモニア処理(前処理)して酵素糖化液を得た。稲藁を小型反応器(耐圧硝子工業製、TVS−N2 30ml)に投入し、液体窒素で冷却した。この反応器にアンモニアガスを流入し、稲藁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分ほど放置した。次いで、150℃のオイルバス中にて1時間処理した。処理後、反応器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後、さらに真空ポンプで反応器内を10Paまで真空引きし、アンモニア処理物を乾燥させた。このアンモニア処理物(前処理物)に固形分濃度が15重量%となるように純水を混合して攪拌した後、硫酸を加えて、pHを5付近に調整した。この混合液に、糖化酵素としてトリコデルマセルラーゼ(シグマ・アルドリッチ・ジャパン)及びノボザイム188(アスペルギルスニガー由来βグルコシダーゼ製剤、シグマ・アルドリッチ・ジャパン)を添加し、50℃で1日間攪拌混同しながら、加水分解反応を行い、アンモニア処理糖化液(酵素糖化液)を得た。
(Example 8)
In step (1), rice straw was used as the cellulose-containing biomass, and this was treated with ammonia (pretreatment) to obtain an enzyme saccharified solution. The rice straw was put into a small reactor (manufactured by pressure-resistant glass industry, 30 ml of TVS-N2) and cooled with liquid nitrogen. Ammonia gas was introduced into the reactor, and the rice straw 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 150 degreeC oil bath for 1 hour. After the treatment, the reactor was taken out from the oil bath, and ammonia gas was immediately leaked in the fume hood. Then, the reactor was evacuated to 10 Pa with a vacuum pump to dry the treated ammonia. The ammonia-treated product (pre-treated product) was mixed with pure water and stirred so that the solid content concentration was 15% by weight, and then sulfuric acid was added to adjust the pH to around 5. Trichoderma cellulase (Sigma-Aldrich Japan) and Novozyme 188 (Aspergillus niger-derived β-glucosidase preparation, Sigma-Aldrich Japan) are added to this mixed solution as a saccharifying enzyme, and hydrolysis is performed while stirring and mixing at 50 ° C. for 1 day. Reaction was performed to obtain an ammonia-treated saccharified solution (enzyme saccharified solution).

以上のようにして得た酵素糖化液を、遠心分離(1500G、2分)を行い、工程(2)として、実施例1と同様にして多孔性精密濾過膜を用いたクロスフロー濾過を行い、固形分を分離除去した糖溶液を得た。この糖溶液を分子量10000の限外濾過膜(GE製PWシリーズ)を用いて膜非透過側の液量が処理前の10分の1になるまでろ過し、糖溶液より糖化酵素を除去した。   The enzyme saccharified solution obtained as described above is centrifuged (1500 G, 2 minutes), and as a step (2), cross-flow filtration using a porous microfiltration membrane is performed in the same manner as in Example 1, A sugar solution from which the solid content was separated and removed was obtained. This sugar solution was filtered using an ultrafiltration membrane having a molecular weight of 10,000 (GE PW series) until the amount of liquid on the non-permeation side became one-tenth of that before the treatment, and the saccharifying enzyme was removed from the sugar solution.

上記のように限外濾過膜処理をした糖溶液に対して、硫酸を入れてpHを3.0に変化させたもの、5.0のままのもの、および水酸化ナトリウム水溶液を加えてpHを7.0に変化させたもの3種を用意し(濾過前pH変化)、それぞれの糖溶液について工程(2)として、実施例1と同様にして多孔性精密濾過膜を用いたクロスフロー濾過を行った。得られた3種の各糖溶液について、工程(3)として、実施例1と同様に、東レ株式会社製ナノ濾過膜“SU−610”に使用されている“UTC−60”の平膜を切り出しセットして、操作圧力が5MPaの操作圧力で、温度を25℃で各糖溶液をナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過した。それぞれ糖濃度が糖溶液の3倍となるように濾過を行った。3倍となった時点での膜透過流束を表26に示した。   To the sugar solution treated with the ultrafiltration membrane as described above, the pH is adjusted by adding sulfuric acid to change the pH to 3.0, as it is 5.0, and by adding sodium hydroxide aqueous solution. Prepare three kinds of substances changed to 7.0 (pH change before filtration), and perform cross-flow filtration using a porous microfiltration membrane in the same manner as in Example 1 for each sugar solution as step (2). went. For each of the three sugar solutions obtained, as in step (3), a flat membrane of “UTC-60” used in the nanofiltration membrane “SU-610” manufactured by Toray Industries, Inc. as in Example 1 was used. After cutting and setting, each sugar solution was supplied to the nanofiltration membrane at an operating pressure of 5 MPa, a temperature of 25 ° C., and subjected to cross flow filtration. Filtration was performed so that each sugar concentration was three times that of the sugar solution. Table 26 shows the membrane permeation flux at the time when the ratio was tripled.

一方、上記のようにして得た限外濾過膜処理をした酵素糖化液(pH5.0)に対して、工程(2)として、実施例1と同様にして多孔性精密濾過膜を用いたクロスフロー濾過を行った後に、得られた糖溶液に硫酸又は水酸化ナトリウム溶液を加えてpHを3.0、7.0に変化させた糖溶液(濾過後pH変化)を用いて、工程(3)として、各糖溶液を、実施例1と同様に、“UTC−60”の平膜を切り出しセットして、操作圧力が5MPaの操作圧力で、温度を25℃でナノ濾過膜に供給してクロスフロー濾過し、糖濃度3倍となるように濾過を行った。3倍となる点での膜透過流束を表27に示した。   On the other hand, for the enzyme saccharified solution (pH 5.0) subjected to the ultrafiltration membrane treatment obtained as described above, as a step (2), a cloth using a porous microfiltration membrane as in Example 1 was used. After performing flow filtration, using the sugar solution (pH change after filtration) in which the pH was changed to 3.0 or 7.0 by adding sulfuric acid or sodium hydroxide solution to the obtained sugar solution, the step (3 ) As in Example 1, each sugar solution was cut and set in a flat membrane of “UTC-60”, and the operating pressure was 5 MPa and the temperature was supplied to the nanofiltration membrane at 25 ° C. Cross-flow filtration was performed so that the sugar concentration was tripled. The membrane permeation flux at the point of triple is shown in Table 27.

以上の結果、pHの同じ表26の結果と表27の結果とを比較すると、前処理としてアンモニア処理を行った酵素糖化液の場合においても、pHを変化させてから工程(2)の多孔性精密濾過膜によるクロスフロー濾過処理を行った方が、工程(3)のナノ濾過膜を用いた糖溶液の濃縮において、膜の長期運転性が向上することが判明した。   As a result of the above, comparing the results of Table 26 and Table 27 having the same pH, even in the case of the enzyme saccharified solution subjected to the ammonia treatment as the pretreatment, the porosity of the step (2) after changing the pH. It has been found that long-term operability of the membrane is improved by performing the cross-flow filtration treatment with the microfiltration membrane in the concentration of the sugar solution using the nanofiltration membrane in the step (3).

本実施例においては、限外濾過膜工程後にpHを変化させたが、pH変化させて精密濾過膜処理する工程は、ナノ濾過膜および/または逆浸透膜による濾過を行う前であれば特に限定されない。本実施例において、例えば限外濾過膜工程前に行ってもよい。また、pH変化と精密濾過膜処理の間に別工程があってもよい。例えば、酵素糖化後にpH変化を行った後、遠心分離処理を行い、精密濾過膜処理を行ってもよい。前記の工程にすることで、精密濾過膜又は限外濾過膜への目詰まり物質の濃度を低下させて、膜の長期運転性が向上すると言える。   In this example, the pH was changed after the ultrafiltration membrane step, but the step of changing the pH and performing the microfiltration membrane treatment is particularly limited as long as the filtration is performed with a nanofiltration membrane and / or a reverse osmosis membrane. Not. In this embodiment, for example, it may be performed before the ultrafiltration membrane process. There may also be a separate step between the pH change and the microfiltration membrane treatment. For example, after changing the pH after enzymatic saccharification, a centrifugal separation treatment may be performed and a microfiltration membrane treatment may be performed. By setting it as the said process, it can be said that the density | concentration of the clogging substance to a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane is reduced, and the long-term operativity of a membrane improves.

1 酵素糖化槽
2 糖化酵素供給部
3 加水・排液制御部
4 粘度計
5 加水口
6 排出口
7 整流板
8 精密濾過膜ユニット
9 散気管
10 膜分離槽
11 糖液精製部(ナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜)
12 酸供給部
13 pH計
14 固液分離手段
15 固液分離制御部
16 酵素糖化・膜分離槽
17 前処理物供給部
18 限外濾過膜供給槽
19 限外濾過膜ユニット
20 回収酵素戻しライン
21 糖濃縮槽
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Enzyme saccharification tank 2 Saccharification enzyme supply part 3 Hydrolysis / drainage control part 4 Viscometer 5 Suction port 6 Discharge port 7 Rectifying plate 8 Microfiltration membrane unit 9 Aeration tube 10 Membrane separation tank 11 Sugar solution purification part (nanofiltration membrane and (Or reverse osmosis membrane)
12 Acid supply unit 13 pH meter 14 Solid-liquid separation means 15 Solid-liquid separation control unit 16 Enzymatic saccharification / membrane separation tank 17 Pretreatment product supply unit 18 Ultrafiltration membrane supply tank 19 Ultrafiltration membrane unit 20 Recovered enzyme return line 21 Sugar concentration tank

Claims (8)

セルロース含有バイオマスから糖液を製造する方法であって、
セルロース含有バイオマスを前処理して得られた前処理物に糖化酵素を添加して酵素糖化液を得る工程(1)、
工程(1)で得られる酵素糖化液を、平均細孔径が0.25μm以下の多孔性精密濾過膜に通じてクロスフロー濾過し、膜透過画分として糖溶液を得る工程(2)、
工程(2)で得られる糖溶液をナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜に通じて濾過し、膜非透過画分として精製された糖液を得る工程(3)、
を含む糖液の製造方法。
A method for producing a sugar solution from cellulose-containing biomass,
A step (1) of obtaining an enzyme saccharified solution by adding a saccharifying enzyme to a pretreated product obtained by pretreating cellulose-containing biomass;
The step (2), wherein the enzyme saccharified solution obtained in the step (1) is cross-flow filtered through a porous microfiltration membrane having an average pore size of 0.25 μm or less to obtain a sugar solution as a membrane permeation fraction,
A step (3) of obtaining a sugar solution purified as a membrane non-permeating fraction by filtering the sugar solution obtained in the step (2) through a nanofiltration membrane and / or a reverse osmosis membrane;
The manufacturing method of the sugar liquid containing this.
工程(2)において、クロスフロー濾過する前又はクロスフロー濾過中に加水処理を行う、請求項1に記載の糖液の製造方法。   The method for producing a sugar liquid according to claim 1, wherein, in the step (2), the water treatment is performed before or during the crossflow filtration. 工程(2)において、クロスフロー濾過する前又はクロスフロー濾過中に、酵素糖化液のMLSS濃度が40000mg/L以下となるように加水処理を行う、請求項1又は2に記載の糖液の製造方法。   The process for producing a sugar solution according to claim 1 or 2, wherein in step (2), hydrolysis is performed so that the MLSS concentration of the enzyme saccharified solution is 40000 mg / L or less before or during crossflow filtration. Method. 工程(2)において、酵素糖化液のpHを変化させた後でクロスフロー濾過する、請求項1から3のいずれか1項に記載の糖液の製造方法。   The method for producing a sugar solution according to any one of claims 1 to 3, wherein, in step (2), the pH of the enzyme saccharified solution is changed and then cross-flow filtration is performed. 工程(1)において、前処理が水熱処理であり、熱水可溶分を含む前処理物を使用する、請求項1から4のいずれか1項に記載の糖液の製造方法。   The method for producing a sugar liquid according to any one of claims 1 to 4, wherein in the step (1), the pretreatment is hydrothermal treatment, and a pretreated product containing a hot water-soluble component is used. 工程(1)の酵素糖化液の固形物含有が0.1%以上10%以下である、請求項1から5のいずれか1項に記載の糖液の製造方法。   The manufacturing method of the sugar liquid of any one of Claim 1 to 5 whose solid content of the enzyme saccharified liquid of a process (1) is 0.1% or more and 10% or less. 工程(2)の前工程として、工程(1)で得られる酵素糖化液に、遠心分離、沈降分離及び浮上分離から選ばれる1以上の固液分離処理を行う、請求項1から6のいずれか1項に記載の糖液の製造方法。   7. The saccharified solution obtained in step (1) is subjected to at least one solid-liquid separation treatment selected from centrifugation, sedimentation separation and flotation separation as a pre-step of step (2). 2. A method for producing a sugar liquid according to item 1. セルロース含有バイオマスから糖液を製造する装置であって、
セルロース含有バイオマスの前処理物を供給する前処理物供給部と、糖化酵素を供給する糖化酵素供給部とを有する酵素糖化槽、
酵素糖化液の粘度を測定する粘度計と、酵素糖化液の粘度測定値に応じて加水及び/又は排液を行う加水・排液制御部と、平均細孔径が0.25μm以下の多孔性精密濾過膜とを有し、酵素糖化槽で得られた酵素糖化液をクロスフロー濾過して膜透過画分として糖溶液を得る膜分離槽、及び
ナノ濾過膜及び/又は逆浸透膜を有し、膜分離槽で得られた糖溶液を濾過して膜非透過画分として精製された糖液を得る糖液精製部、
を備える糖液の製造装置。
An apparatus for producing a sugar solution from cellulose-containing biomass,
An enzyme saccharification tank having a pretreatment product supply unit for supplying a pretreatment product of cellulose-containing biomass and a saccharification enzyme supply unit for supplying a saccharification enzyme;
Viscometer for measuring the viscosity of the enzyme saccharified solution, a hydration / drainage control unit that performs hydration and / or drainage according to the measured viscosity value of the enzyme saccharified solution, and a porous precision with an average pore size of 0.25 μm or less A membrane separation tank having a filtration membrane, a cross-flow filtration of the enzyme saccharified solution obtained in the enzyme saccharification tank to obtain a sugar solution as a membrane permeation fraction, and a nanofiltration membrane and / or a reverse osmosis membrane, A sugar solution purification unit for filtering the sugar solution obtained in the membrane separation tank to obtain a sugar solution purified as a membrane non-permeating fraction,
An apparatus for producing a sugar solution comprising:
JP2010200714A 2010-03-30 2010-09-08 Method and apparatus for producing sugar solution Expired - Fee Related JP5716325B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010200714A JP5716325B2 (en) 2010-03-30 2010-09-08 Method and apparatus for producing sugar solution

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010078161 2010-03-30
JP2010078161 2010-03-30
JP2010200714A JP5716325B2 (en) 2010-03-30 2010-09-08 Method and apparatus for producing sugar solution

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011223975A true JP2011223975A (en) 2011-11-10
JP5716325B2 JP5716325B2 (en) 2015-05-13

Family

ID=45040155

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010200714A Expired - Fee Related JP5716325B2 (en) 2010-03-30 2010-09-08 Method and apparatus for producing sugar solution

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5716325B2 (en)

Cited By (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012077697A1 (en) * 2010-12-09 2012-06-14 東レ株式会社 Method for producing concentrated aqueous sugar solution
WO2012128358A1 (en) * 2011-03-24 2012-09-27 白鶴酒造株式会社 Fermentation apparatus that uses biomass as feedstock
WO2012128359A1 (en) * 2011-03-24 2012-09-27 白鶴酒造株式会社 Apparatus for producing sugar solution that uses biomass as feedstock
WO2013076789A1 (en) * 2011-11-21 2013-05-30 三菱重工メカトロシステムズ株式会社 Sugar solution manufacturing apparatus, fermentation system, sugar solution manufacturing method, and fermentation method
WO2013172446A1 (en) * 2012-05-18 2013-11-21 東レ株式会社 Method for producing sugar solution
WO2013187385A1 (en) * 2012-06-12 2013-12-19 東レ株式会社 Method for producing sugar solution
JP2014003912A (en) * 2012-06-21 2014-01-16 Tsukishima Kikai Co Ltd Treatment system and treatment method for biomass
WO2014024952A1 (en) * 2012-08-10 2014-02-13 東レ株式会社 Method for producing sugar solution
WO2014024220A1 (en) * 2012-08-07 2014-02-13 川崎重工業株式会社 Saccharified solution production method using cellulosic biomass as raw material, and saccharified solution production apparatus
WO2014024954A1 (en) * 2012-08-10 2014-02-13 東レ株式会社 Method for producing sugar solution
JP2014033653A (en) * 2012-08-09 2014-02-24 Honda Motor Co Ltd Production method of saccharification solution
KR101418827B1 (en) 2012-12-10 2014-07-16 한국화학연구원 A preparation method of sugar liquid using a membrane
WO2014136711A1 (en) * 2013-03-04 2014-09-12 東レ株式会社 Method for producing molasses
JPWO2013076789A1 (en) * 2011-11-21 2015-04-27 三菱重工メカトロシステムズ株式会社 Sugar solution manufacturing apparatus, fermentation system, sugar solution manufacturing method and fermentation method
WO2015083285A1 (en) * 2013-12-06 2015-06-11 日揮株式会社 Method for manufacturing fermentation starting material sugar solution, and method for manufacturing chemical product obtained by fermenting said fermentation starting material sugar solution
KR20150076346A (en) * 2013-12-26 2015-07-07 주식회사 포스코 The method for enhancing fermentation efficiency of lignocellulosic biomass
JP5838276B1 (en) * 2015-04-17 2016-01-06 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 Lignocellulosic biomass saccharification monitoring control device and saccharification monitoring control method
JP2016028564A (en) * 2014-07-18 2016-03-03 王子ホールディングス株式会社 Ethanol manufacturing method from lignocellulose-based raw material
JP2017502701A (en) * 2014-01-16 2017-01-26 アルヴィンド マリナース ラリ、 Fractionation of oligosaccharides from agricultural waste
JP2017131823A (en) * 2016-01-26 2017-08-03 栗田工業株式会社 Pretreatment equipment for filter and pretreatment method
CN107406866A (en) * 2015-03-24 2017-11-28 东丽株式会社 The manufacture method of liquid glucose
EP3171966A4 (en) * 2014-07-21 2018-03-14 Xyleco, Inc. Processing biomass
CN107937630A (en) * 2017-12-06 2018-04-20 江苏久吾高科技股份有限公司 A kind of glucose production process and device
KR20190135295A (en) * 2018-05-28 2019-12-06 씨제이제일제당 (주) A physically pretreated biomass composition capable of membrane filtration
US10781466B2 (en) 2014-09-05 2020-09-22 Toray Industries, Inc. Method of producing sugar liquid
US10876178B2 (en) 2011-04-07 2020-12-29 Virdia, Inc. Lignocellulosic conversion processes and products
CN112930401A (en) * 2018-09-10 2021-06-08 引能仕株式会社 Method for producing ethanol from lignocellulosic feedstock
US11078548B2 (en) 2015-01-07 2021-08-03 Virdia, Llc Method for producing xylitol by fermentation
US11091815B2 (en) 2015-05-27 2021-08-17 Virdia, Llc Integrated methods for treating lignocellulosic material

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58198299A (en) * 1982-05-12 1983-11-18 Res Assoc Petroleum Alternat Dev<Rapad> Concentration of saccharide solution
JP2001525177A (en) * 1997-11-26 2001-12-11 ノボ ノルディスク アクティーゼルスカブ Method for producing oligosaccharide syrup, its production system and oligosaccharide
JP2004517118A (en) * 2000-12-28 2004-06-10 ダニスコ スイートナーズ オイ Xylose recovery
JP2004255283A (en) * 2003-02-26 2004-09-16 Kobelco Eco-Solutions Co Ltd Concentration controlling method and concentration control unit for rotary membrane separation apparatus
CN101138413A (en) * 2007-10-15 2008-03-12 南京伊贝加科技有限公司 Preparation method of culture medium suitable for xylose-rich xylitol zymolysis production
WO2009110374A1 (en) * 2008-03-05 2009-09-11 東レ株式会社 Method of producing compound originating from polysaccharide-based biomass
JP2009240167A (en) * 2008-03-28 2009-10-22 Honda Motor Co Ltd Method for producing ethanol

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58198299A (en) * 1982-05-12 1983-11-18 Res Assoc Petroleum Alternat Dev<Rapad> Concentration of saccharide solution
JP2001525177A (en) * 1997-11-26 2001-12-11 ノボ ノルディスク アクティーゼルスカブ Method for producing oligosaccharide syrup, its production system and oligosaccharide
JP2004517118A (en) * 2000-12-28 2004-06-10 ダニスコ スイートナーズ オイ Xylose recovery
JP2004255283A (en) * 2003-02-26 2004-09-16 Kobelco Eco-Solutions Co Ltd Concentration controlling method and concentration control unit for rotary membrane separation apparatus
CN101138413A (en) * 2007-10-15 2008-03-12 南京伊贝加科技有限公司 Preparation method of culture medium suitable for xylose-rich xylitol zymolysis production
WO2009110374A1 (en) * 2008-03-05 2009-09-11 東レ株式会社 Method of producing compound originating from polysaccharide-based biomass
JP2009240167A (en) * 2008-03-28 2009-10-22 Honda Motor Co Ltd Method for producing ethanol

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6011018393; 安戸饒: 'セルロース系バイオマスからのアルコール生産' 木材学会誌 Vol.35, 1989, p.1067-1072 *
JPN6014050543; 長瀬ほか: 製糖技術研究会誌 Vol.50, p.5-9(2002) *
JPN6014050544; 原田: MRC News Vol.39, p.145-150(2008) *
JPN7011001736; 古市光春: 'バイオマスからのアルコール製造プロセスにおける膜分離技術の利用' バイオサイエンスとインダストリー 第47巻, 19890901, 第951-954頁 *

Cited By (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012077697A1 (en) * 2010-12-09 2012-06-14 東レ株式会社 Method for producing concentrated aqueous sugar solution
JP2012200182A (en) * 2011-03-24 2012-10-22 Hakutsuru Shuzo Kk Fermentation apparatus using biomass as raw material
WO2012128359A1 (en) * 2011-03-24 2012-09-27 白鶴酒造株式会社 Apparatus for producing sugar solution that uses biomass as feedstock
US9657262B2 (en) 2011-03-24 2017-05-23 Toray Industries, Inc. Fermentation apparatus that uses biomass as feedstock
US9587217B2 (en) 2011-03-24 2017-03-07 Toray Industries, Inc. Apparatus for producing saccharide solution that uses biomass as feedstock
WO2012128358A1 (en) * 2011-03-24 2012-09-27 白鶴酒造株式会社 Fermentation apparatus that uses biomass as feedstock
US11667981B2 (en) 2011-04-07 2023-06-06 Virdia, Llc Lignocellulosic conversion processes and products
US10876178B2 (en) 2011-04-07 2020-12-29 Virdia, Inc. Lignocellulosic conversion processes and products
JPWO2013076789A1 (en) * 2011-11-21 2015-04-27 三菱重工メカトロシステムズ株式会社 Sugar solution manufacturing apparatus, fermentation system, sugar solution manufacturing method and fermentation method
WO2013076789A1 (en) * 2011-11-21 2013-05-30 三菱重工メカトロシステムズ株式会社 Sugar solution manufacturing apparatus, fermentation system, sugar solution manufacturing method, and fermentation method
WO2013172446A1 (en) * 2012-05-18 2013-11-21 東レ株式会社 Method for producing sugar solution
JPWO2013172446A1 (en) * 2012-05-18 2016-01-12 東レ株式会社 Method for producing sugar solution
US10519476B2 (en) 2012-05-18 2019-12-31 Toray Industries, Inc. Method of producing sugar liquid
US9670516B2 (en) 2012-06-12 2017-06-06 Toray Industries, Inc. Method of producing sugar liquid
WO2013187385A1 (en) * 2012-06-12 2013-12-19 東レ株式会社 Method for producing sugar solution
JP2014003912A (en) * 2012-06-21 2014-01-16 Tsukishima Kikai Co Ltd Treatment system and treatment method for biomass
US20150322398A1 (en) * 2012-06-21 2015-11-12 Tsukishima Kikai Co., Ltd. Biomass processing device and processing method
WO2014024220A1 (en) * 2012-08-07 2014-02-13 川崎重工業株式会社 Saccharified solution production method using cellulosic biomass as raw material, and saccharified solution production apparatus
JP2014033653A (en) * 2012-08-09 2014-02-24 Honda Motor Co Ltd Production method of saccharification solution
US9328365B2 (en) 2012-08-09 2016-05-03 Honda Motor Co., Ltd. Process for producing saccharified solution
US9863011B2 (en) 2012-08-10 2018-01-09 Toray Industries, Inc. Method of producing sugar solution
US9951393B2 (en) 2012-08-10 2018-04-24 Toray Industries, Inc. Method of producing sugar solution
CN104520446A (en) * 2012-08-10 2015-04-15 东丽株式会社 Method for producing sugar solution
JPWO2014024954A1 (en) * 2012-08-10 2016-07-25 東レ株式会社 Method for producing sugar solution
JPWO2014024952A1 (en) * 2012-08-10 2016-07-25 東レ株式会社 Method for producing sugar solution
WO2014024954A1 (en) * 2012-08-10 2014-02-13 東レ株式会社 Method for producing sugar solution
CN104520445A (en) * 2012-08-10 2015-04-15 东丽株式会社 Method for producing sugar solution
WO2014024952A1 (en) * 2012-08-10 2014-02-13 東レ株式会社 Method for producing sugar solution
AU2013300500B2 (en) * 2012-08-10 2017-03-30 Toray Industries, Inc. Method for producing sugar solution
KR101418827B1 (en) 2012-12-10 2014-07-16 한국화학연구원 A preparation method of sugar liquid using a membrane
JPWO2014136711A1 (en) * 2013-03-04 2017-02-09 東レ株式会社 Method for producing sugar solution
WO2014136711A1 (en) * 2013-03-04 2014-09-12 東レ株式会社 Method for producing molasses
US10041100B2 (en) 2013-03-04 2018-08-07 Toray Industries, Inc. Method of producing sugar solution
WO2015083285A1 (en) * 2013-12-06 2015-06-11 日揮株式会社 Method for manufacturing fermentation starting material sugar solution, and method for manufacturing chemical product obtained by fermenting said fermentation starting material sugar solution
KR20150076346A (en) * 2013-12-26 2015-07-07 주식회사 포스코 The method for enhancing fermentation efficiency of lignocellulosic biomass
JP2017502701A (en) * 2014-01-16 2017-01-26 アルヴィンド マリナース ラリ、 Fractionation of oligosaccharides from agricultural waste
JP2016028564A (en) * 2014-07-18 2016-03-03 王子ホールディングス株式会社 Ethanol manufacturing method from lignocellulose-based raw material
EP3171966A4 (en) * 2014-07-21 2018-03-14 Xyleco, Inc. Processing biomass
US10781466B2 (en) 2014-09-05 2020-09-22 Toray Industries, Inc. Method of producing sugar liquid
US11078548B2 (en) 2015-01-07 2021-08-03 Virdia, Llc Method for producing xylitol by fermentation
RU2739007C2 (en) * 2015-03-24 2020-12-21 Торэй Индастриз, Инк. Method of producing sugar solution
AU2016237286B2 (en) * 2015-03-24 2020-05-21 Toray Industries, Inc. Method for producing sugar solution
EP3276008A4 (en) * 2015-03-24 2018-12-12 Toray Industries, Inc. Method for producing sugar solution
US10844444B2 (en) 2015-03-24 2020-11-24 Toray Industries, Inc. Method of producing sugar solution
CN107406866A (en) * 2015-03-24 2017-11-28 东丽株式会社 The manufacture method of liquid glucose
CN107406866B (en) * 2015-03-24 2021-11-09 东丽株式会社 Method for producing sugar solution
JP5838276B1 (en) * 2015-04-17 2016-01-06 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 Lignocellulosic biomass saccharification monitoring control device and saccharification monitoring control method
US11091815B2 (en) 2015-05-27 2021-08-17 Virdia, Llc Integrated methods for treating lignocellulosic material
JP2017131823A (en) * 2016-01-26 2017-08-03 栗田工業株式会社 Pretreatment equipment for filter and pretreatment method
CN107937630A (en) * 2017-12-06 2018-04-20 江苏久吾高科技股份有限公司 A kind of glucose production process and device
KR20190135295A (en) * 2018-05-28 2019-12-06 씨제이제일제당 (주) A physically pretreated biomass composition capable of membrane filtration
KR102073898B1 (en) * 2018-05-28 2020-02-05 씨제이제일제당 주식회사 A physically pretreated biomass composition capable of membrane filtration
CN112930401A (en) * 2018-09-10 2021-06-08 引能仕株式会社 Method for producing ethanol from lignocellulosic feedstock

Also Published As

Publication number Publication date
JP5716325B2 (en) 2015-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5716325B2 (en) Method and apparatus for producing sugar solution
JP5246380B2 (en) Method for producing sugar solution
JP5561346B2 (en) Method for producing sugar solution
WO2012077698A1 (en) Method for producing concentrated aqueous sugar solution
WO2011162009A1 (en) Process for production of aqueous refined sugar solution
US20130266991A1 (en) Method for producing concentrated aqueous sugar solution
WO2011111451A1 (en) Method for producing pure sugar solution, and method for producing chemical product
CA2875083C (en) Process for producing sugar solution
JP2013255457A (en) Method for producing concentrated sugar solution and ethanol
JP6287210B2 (en) Method for producing sugar solution
JP5935941B2 (en) Method for producing sugar solution
JP6794832B2 (en) Manufacturing method of sugar solution
JP2014214034A (en) Method for concentrating ammonia aqueous solution and method for producing ammonia from ammonia treated cellulose-containing biomass
JP2016189747A (en) Method for producing sugar solution

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130905

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20141202

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150128

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150217

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150302

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees