JP2014064563A - Method for producing sugar liquid - Google Patents

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千晶 山田
Hiromasa Kurihara
宏征 栗原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To heighten reusability of cellulase derived from filamentous fungus and to reduce a use amount thereof, in a hydrolysis reaction of a cellulose-containing biomass using the cellulase derived from filamentous fungus.SOLUTION: A method for producing sugar liquid from a cellulose-containing biomass comprises: a step (1) of hydrolyzing the cellulose-containing biomass by using cellulase derived from filamentous fungus under a condition that 0.1 to 50 wt.% of a fermentation residue, with respect to solid weight of the cellulose-containing biomass is included; and a step (2) of filtering a solution component obtained by solid-liquid separation of hydrolyzate obtained by the step (1), and collecting the cellulase derived from filamentous fungus as the non-permeate to obtain sugar liquid as the permeate.

Description

本発明は、セルロース含有バイオマスから糖液を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a sugar solution from cellulose-containing biomass.

近年、特にエネルギー使用量および環境負荷が少なく、かつ糖収量が多い、酵素を使用したセルロース含有バイオマスの加水分解方法が広く検討されている。しかしながら、酵素を使用する方法の最大の欠点は、酵素費が高いという点である。こうした技術課題を解決するために加水分解に使用した酵素を回収再利用する方法が提案されているが、セルロース含有バイオマスを加水分解する際に生じる加水分解残渣に酵素が強く吸着するため、酵素の再利用性が低いということが課題となっている。   In recent years, a method for hydrolyzing cellulose-containing biomass using an enzyme, which has a particularly low energy consumption and an environmental load and has a high sugar yield, has been widely studied. However, the biggest drawback of the method using an enzyme is that the enzyme cost is high. In order to solve these technical problems, a method for recovering and reusing the enzyme used for hydrolysis has been proposed, but the enzyme strongly adsorbs to the hydrolysis residue generated when hydrolyzing cellulose-containing biomass. The problem is low reusability.

加水分解残渣に吸着した酵素を脱着し、酵素の回収率を高める方法としては、加水分解残渣をpH8程度のアルカリ水溶液で洗浄する方法(非特許文献1)、セルロース含有バイオマスの加水分解物にノニオン性界面活性剤を添加する方法(特許文献1)などが知られている。一方、酵素の加水分解残渣への吸着を低減する方法としては、セルロース含有バイオマスの加水分解時、水溶性塩類を添加して反応液の電気伝導度を5〜25mS/cmに調整する方法(特許文献2)、セルロース含有バイオマスの固形物重量に対して1〜10重量%の炭酸カルシウム粒子を添加する方法(特許文献3)などが知られている。   As a method for desorbing the enzyme adsorbed on the hydrolysis residue and increasing the recovery rate of the enzyme, a method of washing the hydrolysis residue with an alkaline aqueous solution having a pH of about 8 (Non-patent Document 1), a nonionic substance on a hydrolyzate of cellulose-containing biomass A method of adding a functional surfactant (Patent Document 1) is known. On the other hand, as a method for reducing the adsorption of the enzyme to the hydrolysis residue, a method of adjusting the electrical conductivity of the reaction solution to 5 to 25 mS / cm by adding water-soluble salts during hydrolysis of the cellulose-containing biomass (patent) Document 2), a method of adding 1 to 10% by weight of calcium carbonate particles to the solid weight of cellulose-containing biomass (Patent Document 3), and the like are known.

特開昭63−87994号公報JP-A-63-87994 特許第4947223号公報Japanese Patent No. 4947223 特開2012−100617号公報JP 2012-1000061 A

D. E. Otterら、“Elution of Trichoderma reesei Cellulose from Cellulose by pH Adjustment with Sodium Hydroxide” Biotechnology Letters (1984) Vol.6、No.6、369-374D. E. Otter et al., “Elution of Trichoderma reesei Cellulose from Cellulose by pH Adjustment with Sodium Hydroxide” Biotechnology Letters (1984) Vol. 6, No. 6, 369-374

上述したように、セルロース含有バイオマスの加水分解に用いた酵素を回収し、再利用することにより酵素の使用量を削減する試みが種々なされているが、酵素が加水分解残渣に強く吸着するためその回収率は低く、問題の解決には至っていない。   As described above, various attempts have been made to reduce the amount of enzyme used by recovering and reusing the enzyme used for hydrolysis of cellulose-containing biomass. However, the enzyme is strongly adsorbed to the hydrolysis residue. The recovery rate is low and the problem has not been solved.

そこで本発明は、酵素の再利用性が高い方法で製造され、かつ、微生物を利用した化学品製造の発酵原料として利用しやすい糖液を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a sugar solution that is produced by a method with high enzyme reusability and that can be easily used as a fermentation raw material for chemical production using microorganisms.

本発明者らが上記課題の解決のため鋭意検討した結果、糸状菌由来セルラーゼによるセルロース含有バイオマスの加水分解を、澱粉原料の発酵残渣の存在下で行うことにより、糸状菌由来セルラーゼの酵素成分を高い効率で回収することができるということを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies by the present inventors for solving the above-mentioned problems, the hydrolysis of cellulose-containing biomass by filamentous fungus-derived cellulase is carried out in the presence of the fermentation residue of the starch raw material. The present inventors have found that it can be recovered with high efficiency and have completed the present invention.

すなわち、本発明は以下の[1]から[7]の構成を有する。
[1]以下の工程(1)および(2)を含むことを特徴とする、セルロース含有バイオマスからの糖液の製造方法。
工程(1):セルロース含有バイオマスの固形物重量に対して0.1〜50重量%の範囲で澱粉原料の発酵残渣を含む条件下にて、糸状菌由来セルラーゼによるセルロース含有バイオマスの加水分解を行う工程、
工程(2):工程(1)の加水分解物を固液分離して得られた溶液成分を限外濾過膜に通じて濾過し、非透過液として糸状菌由来セルラーゼを回収し、透過液として糖液を得る工程。
[2]工程(1)の糸状菌由来セルラーゼが、セロビオハイドラーゼ、エンドグルカナーゼ、β−グルコシダーゼ、キシラナーゼおよびβ−キシロシダーゼからなる群より選ばれる1以上の酵素成分を含むことを特徴とする、[1]に記載の糖液の製造方法。
[3]工程(1)の澱粉原料の発酵残渣がエタノール発酵後の蒸留残渣であることを特徴とする、[1]または[2]に記載の糖液の製造方法。
[4]工程(1)において、セルロース含有バイオマスの希硫酸処理物または水熱処理物を加水分解することを特徴とする、[1]から[3]のいずれかに記載の糖液の製造方法。
[5]工程(1)において、水溶性無機塩および/または極性有機溶媒を加水分解反応総量に対して0.1〜5重量%の濃度範囲で含むことを特徴とする、[1]から[4]のいずれかに記載の糖液の製造方法。
[6]さらに以下の工程(3)および(4)を含むことを特徴とする、[1]から[5]のいずれかに記載の糖液の製造方法。
工程(3):工程(2)の固液分離により得られた加水分解残渣を、水溶性無機塩、アルカリ、極性有機溶媒からなる群より選ばれる1以上を含む洗浄水にて洗浄する工程、
工程(4):工程(3)の洗浄物を固液分離して加水分解残渣と洗浄液に分離し、洗浄液に含まれる糸状菌由来セルラーゼ成分を回収する工程。
[7]前記[1]から[6]のいずれかに記載の糖液の製造方法で得られた糖液を発酵原料として化学品を生産する能力を有する微生物を発酵培養することを特徴とする、化学品の製造方法。
That is, the present invention has the following configurations [1] to [7].
[1] A method for producing a sugar liquid from cellulose-containing biomass, comprising the following steps (1) and (2).
Step (1): The cellulose-containing biomass is hydrolyzed by the filamentous fungus-derived cellulase under the condition containing the fermentation residue of the starch raw material in the range of 0.1 to 50% by weight with respect to the solid weight of the cellulose-containing biomass. Process,
Step (2): The solution component obtained by solid-liquid separation of the hydrolyzate in Step (1) is filtered through an ultrafiltration membrane, and the filamentous fungus-derived cellulase is recovered as a non-permeate and used as a permeate A step of obtaining a sugar solution.
[2] The filamentous fungus-derived cellulase in the step (1) contains one or more enzyme components selected from the group consisting of cellobiohydrase, endoglucanase, β-glucosidase, xylanase and β-xylosidase, The method for producing a sugar liquid according to [1].
[3] The method for producing a sugar liquid according to [1] or [2], wherein the fermentation residue of the starch raw material in step (1) is a distillation residue after ethanol fermentation.
[4] The method for producing a sugar liquid according to any one of [1] to [3], wherein in the step (1), the diluted sulfuric acid-treated product or hydrothermally-treated product of cellulose-containing biomass is hydrolyzed.
[5] In the step (1), a water-soluble inorganic salt and / or a polar organic solvent is contained in a concentration range of 0.1 to 5% by weight with respect to the total hydrolysis reaction amount. 4] The method for producing a sugar liquid according to any one of the above.
[6] The method for producing a sugar liquid according to any one of [1] to [5], further comprising the following steps (3) and (4):
Step (3): A step of washing the hydrolysis residue obtained by solid-liquid separation in Step (2) with washing water containing one or more selected from the group consisting of a water-soluble inorganic salt, an alkali, and a polar organic solvent,
Step (4): A step of solid-liquid separation of the washed product of step (3) to separate a hydrolysis residue and a washing solution, and recovering a filamentous fungus-derived cellulase component contained in the washing solution.
[7] A microorganism having the ability to produce a chemical using the sugar solution obtained by the method for producing a sugar solution according to any one of [1] to [6] as a fermentation raw material, is fermented and cultured. , Chemical manufacturing method.

本発明によれば、セルロース含有バイオマスの加水分解残渣への糸状菌由来セルラーゼの吸着を抑制することができ、特に結晶セルロースおよびセロビオースの分解に関与する酵素成分を高い効率で回収および/または再利用することができる。その結果、酵素のコストを低く抑えることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the adsorption | suction of the filamentous fungus origin cellulase to the hydrolysis residue of a cellulose containing biomass can be suppressed, and especially the enzyme component which is concerned in decomposition | disassembly of crystalline cellulose and cellobiose is collect | recovered and / or reused with high efficiency. can do. As a result, the cost of the enzyme can be kept low.

図1は、本発明の糖液の製造方法の実施の形態を示した略図である。FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the method for producing a sugar liquid of the present invention. 図2は、本発明の糖液の製造方法において加水分解残渣の洗浄の実施の形態を示した略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an embodiment of washing a hydrolysis residue in the sugar liquid production method of the present invention.

以下、本発明を実施するための形態について工程ごとに説明する。   Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated for every process.

まず、本発明ではセルロース含有バイオマスの固形物重量に対して0.1〜50重量%の範囲で澱粉原料の発酵残渣を含む条件下にて、糸状菌由来セルラーゼによるセルロース含有バイオマスの加水分解を行う(工程(1))。   First, in the present invention, the cellulose-containing biomass is hydrolyzed by the filamentous fungus-derived cellulase under the condition containing the fermentation residue of the starch raw material in the range of 0.1 to 50% by weight with respect to the solid weight of the cellulose-containing biomass. (Step (1)).

セルロース含有バイオマスは、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、ビートパルプ、綿実殻、パーム殻房、稲わら、麦わら、竹、笹、などの草本系バイオマス、あるいはシラカバ、ブナなどの樹木、廃建材などの木質系バイオマスを挙げることができる。セルロース含有バイオマスは糖から構成されるセルロースおよびヘミセルロースの他に、芳香族高分子であるリグニンなどを含有しているため、前処理を施すことにより酵素による加水分解効率を向上させることができる。セルロース含有バイオマスの前処理方法としては、酸処理、硫酸処理、希硫酸処理、アルカリ処理、苛性ソーダ処理、アンモニア処理、水熱処理、亜臨界水処理、微粉砕処理、蒸煮処理が挙げられるが、本発明の糖液の製造方法において最も酵素の再利用性が高いのは希硫酸処理物または水熱処理物を用いた場合であり、これらの前処理物を好ましく用いることができる。   Cellulose-containing biomass includes herbaceous biomass such as bagasse, switchgrass, napiergrass, eliansus, corn stover, beet pulp, cottonseed husk, palm husk, rice straw, straw, bamboo, straw, etc., or birch, beech, etc. Woody biomass such as wood and waste building materials. Since cellulose-containing biomass contains lignin, which is an aromatic polymer, in addition to cellulose and hemicellulose composed of sugar, hydrolysis efficiency by enzymes can be improved by pretreatment. Examples of the pretreatment method for cellulose-containing biomass include acid treatment, sulfuric acid treatment, dilute sulfuric acid treatment, alkali treatment, caustic soda treatment, ammonia treatment, hydrothermal treatment, subcritical water treatment, pulverization treatment, and steaming treatment. In the method for producing a sugar solution, the reusability of the enzyme is highest when a dilute sulfuric acid treatment product or a hydrothermal treatment product is used, and these pretreatment products can be preferably used.

本発明ではセルロース含有バイオマスの加水分解のために糸状菌由来セルラーゼを使用する。糸状菌としては、トリコデルマ属(Trichoderma)、アスペルギルス属(Aspergillus)、セルロモナス属(Cellulomonas)、クロストリジウム属(Chlostridium)、ストレプトマイセス属(Streptomyces)、フミコラ属(Humicola)、アクレモニウム属(Acremonium)、イルペックス属(Irpex)、ムコール属(Mucor)、タラロマイセス属(Talaromyces)、などの微生物を挙げることができる。また、これら微生物に変異剤あるいは紫外線照射などで変異処理を施すことによりセルラーゼ生産性が向上した変異株由来のセルラーゼであってもよい。   In the present invention, a cellulase derived from a filamentous fungus is used for hydrolysis of cellulose-containing biomass. The filamentous fungi include Trichoderma, Aspergillus, Cellulomonas, Clostridium, Streptomyces, Humicola, and Humicola. Examples thereof include microorganisms such as the genus Irpex (Irpex), the genus Mucor (Mucor), and the genus Talaromyces (Talaromyces). In addition, a cellulase derived from a mutant strain in which cellulase productivity has been improved by subjecting these microorganisms to mutation treatment or irradiation with ultraviolet rays or the like may be used.

糸状菌の中でもトリコデルマ属は、セルロースの加水分解において比活性の高い酵素成分を培養液中に大量に生産するため本発明において好ましく使用することができる。トリコデルマ属由来セルラーゼの具体例としては、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 reesei QM9123)、トリコデルマ・リーセイRutC−30(Trichoderma reesei RutC−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 reesei CL−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 reesei MCG80)、トリコデルマ・ビリデQM9123(Trichoderma viride QM9123)由来のセルラーゼが挙げられるが、中でもトリコデルマ・リーセイ由来セルラーゼがより好ましい。   Among the filamentous fungi, Trichoderma spp. Can be preferably used in the present invention because an enzyme component having a high specific activity in the hydrolysis of cellulose is produced in a large amount in the culture solution. Specific examples of cellulases derived from the genus Trichoderma include Trichoderma reesei QM9414 (Trichoderma reesei QM9414), Trichoderma reesei QM9123 (Trichoderma reesei QM9123), Trichoderma reesei Rutc-30 R3 (Trichoderma reesei PC3-7), Trichoderma reesei CL-847 (Trichoderma reesei CL-847), Trichoderma reesei MCG77 (Trichoderma reesei MCG77), Trichoderma reesei MCG80 (TriCode 80) Although cellulase derived from Ruma viride QM9123 (Trichoderma violet QM9123) is mentioned, Trichoderma reesei cellulase is more preferable.

糸状菌由来セルラーゼは、セルロースおよび/またはヘミセルロースを加水分解してグルコースやキシロースなどの単糖を生成する活性を有する酵素組成物であり、酵素成分としてセロビオハイドラーゼ、エンドグルカナーゼ、β−グルコシダーゼ、キシラナーゼおよびβ−キシロシダーゼからなる群から選択される1種以上を含むことが好ましい。例えばトリコデルマ・リーセイ由来セルラーゼの酵素成分としては、セロビオハイドラーゼI、セロビオハイドラーゼII、エンドグルカナーゼI、エンドグルカナーゼIII、β−グルコシダーゼ、キシラナーゼ、β−キシロシダーゼ、などが例示され、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的なセルロースおよび/またはヘミセルロースの加水分解を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。   The filamentous fungus-derived cellulase is an enzyme composition having an activity of hydrolyzing cellulose and / or hemicellulose to produce monosaccharides such as glucose and xylose. As an enzyme component, cellobiohydrase, endoglucanase, β-glucosidase, It is preferable to include one or more selected from the group consisting of xylanase and β-xylosidase. For example, as an enzyme component of cellulase derived from Trichoderma reesei, cellobiohydrase I, cellobiohydrase II, endoglucanase I, endoglucanase III, β-glucosidase, xylanase, β-xylosidase, etc. are exemplified. Since the hydrolysis of cellulose and / or hemicellulose can be carried out efficiently by the concerted effect or the complementary effect of the enzyme component, it is preferably used in the present invention.

セロビオハイドラーゼは、セルロース鎖の加水分解によりセロビオースを放出する酵素の総称であり、EC番号:EC3.2.1.91としてセロビオハイドラーゼに帰属される酵素群が記載されている。セロビオハイドラーゼIはセルロース鎖の還元末端側から、セロビオハイドラーゼIIは非還元末端側から加水分解反応を開始する。   Cellobiohydrase is a general term for enzymes that release cellobiose by hydrolysis of cellulose chains, and an enzyme group belonging to cellobiohydrase is described as EC number: EC 3.2.1.91. Cellobiohydrase I starts the hydrolysis reaction from the reducing end side of the cellulose chain, and cellobiohydrase II starts the hydrolysis reaction from the non-reducing end side.

エンドグルカナーゼは、セルロース鎖の中央部分から加水分解することを特徴とする酵素の総称であり、EC番号:EC3.2.1.4としてエンドグルカナーゼに帰属される酵素群が記載されている。エンドグルカナーゼIはトリコデルマ・リーセイ由来セルラーゼの生産するエンドグルカナーゼの中で最も多く発現しており、かつ広い基質特異性を有している。エンドグルカナーゼIIIはセルロース結合モジュール(CBM)を持たず分子量が小さいという特徴を有する。   Endoglucanase is a general term for enzymes characterized by hydrolysis from the central part of the cellulose chain, and an enzyme group belonging to endoglucanase is described as EC number: EC3.2.1.4. Endoglucanase I is the most expressed endoglucanase produced by Trichoderma reesei cellulase and has a wide substrate specificity. Endoglucanase III does not have a cellulose binding module (CBM) and has a feature of low molecular weight.

β−グルコシダーゼとは、セロオリゴ糖あるいはセロビオースに作用することをと特徴とする酵素の総称であり、EC番号:EC3.2.1.21としてβ−グルコシダーゼに帰属する酵素群が記載されている。   β-glucosidase is a general term for enzymes characterized by acting on cellooligosaccharide or cellobiose, and an enzyme group belonging to β-glucosidase is described as EC number: EC 3.2.1.21.

キシラナーゼとは、ヘミセルロースあるいは特にキシランに作用することを特徴とする酵素の総称であり、EC番号:EC3.2.1.8としてキシラナーゼに帰属される酵素群が記載されている。   Xylanase is a general term for enzymes characterized by acting on hemicellulose or in particular xylan, and an enzyme group belonging to xylanase is described as EC number: EC3.2.1.8.

β−キシロシダーゼとは、キシロオリゴ糖に作用することを特徴とする酵素の総称であり、EC番号:EC3.2.1.37としてキシロシダーゼに帰属される酵素群が記載されている。   β-xylosidase is a general term for enzymes characterized by acting on xylo-oligosaccharides, and an enzyme group belonging to xylosidase is described as EC number: EC 3.2.1.37.

こうしたセルラーゼ成分は、ゲル濾過、イオン交換、二次元電気泳動などの公知手法により分離し、分離した成分のアミノ酸配列(N末端分析、C末端分析、質量分析)を行い、データベースとの比較により同定することができる。   These cellulase components are separated by known methods such as gel filtration, ion exchange, and two-dimensional electrophoresis, and amino acid sequences (N-terminal analysis, C-terminal analysis, mass spectrometry) of the separated components are identified and identified by comparison with a database. can do.

また、糸状菌由来セルラーゼの酵素活性は、結晶セルロース分解活性、カルボキシメチルセルロース(CMC)分解活性、セロビオース分解活性、キシラン分解活性、マンナン分解活性などといった多糖の加水分解活性によって評価することができる。結晶セルロース分解活性を示す主たる酵素は、セルロース末端部分から加水分解する特徴を有するセロビオハイドラーゼである。セロビオース分解活性を示す主たる酵素は、β−グルコシダーゼである。CMC分解活性に関与する主たる酵素は、セロビオハイドラーゼ、エンドグルカナーゼである。キシラン分解活性を示す主たる酵素はキシラナーゼ、β−キシロシダーゼである。ここで“主たる”という意味は、最も分解に関与することが知られていることからの表現であり、これ以外の酵素成分もその分解に関与していることを意味している。   The enzymatic activity of cellulase derived from filamentous fungi can be evaluated by polysaccharide hydrolytic activity such as crystalline cellulose degrading activity, carboxymethyl cellulose (CMC) degrading activity, cellobiose degrading activity, xylan degrading activity, mannan degrading activity and the like. The main enzyme exhibiting crystalline cellulose-degrading activity is cellobiohydrase, which has the characteristic of hydrolyzing from the terminal portion of cellulose. The main enzyme exhibiting cellobiose degradation activity is β-glucosidase. The main enzymes involved in CMC degradation activity are cellobiohydrase and endoglucanase. The main enzymes showing xylan degradation activity are xylanase and β-xylosidase. Here, the term “principal” is an expression from what is known to be most involved in degradation, and means that other enzyme components are also involved in the degradation.

糸状菌は、培養液中にセルラーゼを産生するため、その培養液を粗酵素剤としてそのまま使用してもよいし、公知の方法で酵素群を精製し、製剤化したものを糸状菌由来セルラーゼ混合物として使用してもよい。糸状菌由来セルラーゼを精製し、製剤化したものとして使用する場合、プロテアーゼ阻害剤、分散剤、溶解促進剤、安定化剤など、酵素以外の物質を添加したものをセルラーゼ製剤として使用してもよい。なお、本発明ではこれらの中でも粗酵素物が好ましく使用される。粗酵素物は、糸状菌がセルラーゼを産生するよう調製した培地中で、任意の期間該微生物を培養した培養上清に由来する。使用する培地成分は特に限定されないが、セルラーゼの産生を促進するためにセルロースを添加した培地が一般的に使用できる。そして、粗酵素物として、培養液をそのまま、あるいはトリコデルマ菌体を除去したのみの培養上清が好ましく使用される。   Since the filamentous fungus produces cellulase in the culture solution, the culture solution may be used as it is as a crude enzyme agent, or the enzyme group is purified by a known method and formulated into a filamentous fungus-derived cellulase mixture. May be used as When a filamentous fungus-derived cellulase is purified and used as a preparation, a substance added with a substance other than an enzyme such as a protease inhibitor, a dispersant, a dissolution accelerator, or a stabilizer may be used as a cellulase preparation. . In the present invention, among these, a crude enzyme product is preferably used. The crude enzyme product is derived from the culture supernatant obtained by culturing the microorganism for an arbitrary period in a medium prepared so that the filamentous fungus produces cellulase. The medium components to be used are not particularly limited, but a medium to which cellulose has been added in order to promote cellulase production can be generally used. As the crude enzyme product, the culture supernatant is preferably used as it is, or the culture supernatant from which Trichoderma cells are removed.

粗酵素物中の各酵素成分の重量比は特に限定されるものではないが、例えば、トリコデルマ・リーセイ由来の培養液には、50〜95重量%のセロビオハイドラーゼが含まれており、残りの成分にエンドグルカナーゼ、β−グルコシダーゼなどが含まれている。また、トリコデルマ属の微生物は、強力なセルラーゼ成分を培養液中に生産する一方で、β−グルコシダーゼに関しては、その多くを細胞内あるいは細胞表層に保持しているため培養液中のβ−グルコシダーゼ活性は低い。そこで、粗酵素物に、さらに異種または同種のβ−グルコシダーゼを添加してもよい。異種のβ−グルコシダーゼとしては、アスペルギルス属由来のβ−グルコシダーゼが好ましく使用できる。アスペルギルス属由来のβ−グルコシダーゼとして、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。また、トリコデルマ属の微生物に遺伝子を導入し、その培養液中に産生されるよう遺伝子組み換えされたトリコデルマ属の微生物を培養し、β−グルコシダーゼ活性の向上した培養液を用いてもよい。   The weight ratio of each enzyme component in the crude enzyme product is not particularly limited. For example, the culture solution derived from Trichoderma reesei contains 50 to 95% by weight of cellobiohydrase, and the rest The endoglucanase, β-glucosidase and the like are included in the components. In addition, Trichoderma microorganisms produce powerful cellulase components in the culture solution, while β-glucosidase retains most of it in the cell or on the cell surface, so β-glucosidase activity in the culture solution Is low. Therefore, a heterogeneous or homologous β-glucosidase may be further added to the crude enzyme product. As the heterogeneous β-glucosidase, β-glucosidase derived from the genus Aspergillus can be preferably used. Examples of β-glucosidase derived from the genus Aspergillus include Novozyme 188 commercially available from Novozyme. Alternatively, a culture solution having improved β-glucosidase activity may be used by introducing a gene into a Trichoderma microorganism, culturing the Trichoderma microorganism that has been genetically modified to be produced in the culture solution.

加水分解反応の温度は、40〜60℃の範囲であることが好ましく、特にトリコデルマ属由来セルラーゼを使用する場合、45〜55℃の範囲であることがより好ましい。加水分解反応の時間は、2時間〜200時間の範囲であることが好ましい。2時間未満であると、十分な糖生成が得られないことがある。一方で、200時間を超えると酵素の失活が進み、回収酵素の再利用性に悪影響を及ぼすことがある。加水分解反応のpHは、4.0〜6.0の範囲であることが好ましい。糸状菌由来セルラーゼとしてトリコデルマ属由来セルラーゼを使用する場合、その反応最適pHは5.0である。さらに、加水分解の過程でpHの変化が起きるため、反応液に緩衝液を添加する、あるいは酸やアルカリを用いて一定pHを保持しながら実施することが好ましい。   The temperature of the hydrolysis reaction is preferably in the range of 40 to 60 ° C, and more preferably in the range of 45 to 55 ° C, particularly when Trichoderma-derived cellulase is used. The time for the hydrolysis reaction is preferably in the range of 2 hours to 200 hours. If it is less than 2 hours, sufficient sugar production may not be obtained. On the other hand, if it exceeds 200 hours, the deactivation of the enzyme proceeds, and the reusability of the recovered enzyme may be adversely affected. The pH of the hydrolysis reaction is preferably in the range of 4.0 to 6.0. When Trichoderma-derived cellulase is used as the filamentous fungus-derived cellulase, the optimum pH for the reaction is 5.0. Furthermore, since a change in pH occurs during the hydrolysis, it is preferable to add a buffer solution to the reaction solution or to maintain a constant pH using an acid or alkali.

加水分解反応におけるセルロース含有バイオマスの濃度は、1〜30重量%の範囲が好ましい。セルロース含有バイオマスの濃度が低いと加水分解により生成する糖濃度が低く、発酵原料として利用しにくい場合がある。一方、濃度が高すぎるとハンドリングが困難になる。   The concentration of the cellulose-containing biomass in the hydrolysis reaction is preferably in the range of 1 to 30% by weight. When the concentration of cellulose-containing biomass is low, the sugar concentration produced by hydrolysis is low, and it may be difficult to use as a fermentation raw material. On the other hand, if the concentration is too high, handling becomes difficult.

本発明の糖液の製造方法では、糸状菌由来セルラーゼによるセルロース含有バイオマスの加水分解反応を澱粉原料の発酵残渣の存在下で実施する。澱粉原料の発酵残渣にはセルロース含有バイオマスの加水分解残渣に強く吸着する成分が含まれており、それにより加水分解残渣へのセルラーゼ成分の吸着を抑止することができ、セルラーゼ成分を高い効率で回収することができる。   In the method for producing a sugar solution of the present invention, the hydrolysis reaction of cellulose-containing biomass by filamentous fungus-derived cellulase is carried out in the presence of a fermentation residue of a starch raw material. Fermentation residue of starch raw material contains a component that strongly adsorbs to hydrolysis residue of cellulose-containing biomass, so that adsorption of cellulase component to hydrolysis residue can be suppressed, and cellulase component is recovered with high efficiency can do.

澱粉原料とは、澱粉を豊富に含むものであれば特に限定されず、トウモロコシ、米、小麦、大麦、蕎麦、ジャガイモ、サツマイモ、ソルガム、キャッサバなどが例示される。澱粉原料を栄養源として微生物を生育させることにより、澱粉原料の発酵物が得られる。発酵に用いる微生物は特に限定されないが、乳酸菌、酵母などが挙げられる。発酵に用いる微生物が澱粉を栄養源にすることが難しい場合、アミラーゼを作用させる、あるいは酸性条件下で加熱することにより澱粉を糖化したものを用いることができる。   The starch raw material is not particularly limited as long as it contains starch abundantly, and examples thereof include corn, rice, wheat, barley, buckwheat, potato, sweet potato, sorghum, and cassava. By fermenting microorganisms using the starch raw material as a nutrient source, a fermented product of the starch raw material can be obtained. Although the microorganisms used for fermentation are not specifically limited, Lactic acid bacteria, yeast, etc. are mentioned. When it is difficult for microorganisms used for fermentation to use starch as a nutrient source, a product obtained by saccharifying starch by acting amylase or heating under acidic conditions can be used.

そして澱粉原料の発酵残渣とは、発酵物を固液分離して得られる固形物、あるいは発酵物を蒸留して得られる固形物を含んだ液体を指す。前者の具体例としては酒粕が挙げられる。後者は蒸留残渣と総称され、具体例としては焼酎粕、ウィスキー粕などが挙げられる。   And the fermentation residue of a starch raw material refers to the liquid containing the solid substance obtained by solid-liquid-separating fermented material, or the solid substance obtained by distilling fermented material. A specific example of the former is sake lees. The latter is generically referred to as distillation residue, and specific examples include shochu, whiskey cake and the like.

また近年、再生可能エネルギー利用の観点からトウモロコシに代表される澱粉原料を用いたバイオエタノールの生産が積極的に行われている。そのためこれらの発酵残渣は供給量が多く、かつ安価に入手できることから、本発明においても好ましく用いることができる。蒸留残渣(ホールディスティレージ)の他、これを固液分離して得られる固形物(ウェットケーキ)や、これらを乾燥して得られる可溶性物質添加乾燥蒸留穀物残渣(DDGS)、乾燥蒸留穀物残渣(DDG)などを発酵残渣として利用することができる。   In recent years, bioethanol production using starch raw materials represented by corn has been actively carried out from the viewpoint of using renewable energy. Therefore, these fermentation residues can be preferably used in the present invention because they are supplied in a large amount and can be obtained at low cost. In addition to distillation residues (hole distilage), solids (wet cakes) obtained by solid-liquid separation of these products, soluble material-added dry distilled cereal residues (DDGS) obtained by drying these, and dry distilled cereal residues ( DDG) or the like can be used as a fermentation residue.

澱粉原料の発酵残渣の構成成分としては、原料に由来するタンパク質、脂肪、食物繊維の他、発酵に用いた酵母や乳酸菌の菌体が挙げられる。例えば、上述のトウモロコシDDGの場合、その製造方法によってばらつきはあるが、一般的には原料のトウモロコシに含まれる澱粉以外の成分が約3倍に濃縮され、さらに10%前後の菌体が含まれる。   Constituent components of the fermentation residue of the starch raw material include proteins, fats and dietary fibers derived from the raw material, and yeast and lactic acid bacteria used for fermentation. For example, in the case of the above-mentioned corn DDG, although there are variations depending on the production method, in general, components other than starch contained in the raw material corn are concentrated about 3 times, and further about 10% of cells are included. .

セルロース含有バイオマスの加水分解反応における澱粉原料の発酵残渣量(乾燥重量)は、加水分解に供するセルロース含有バイオマスの固形物重量に対して0.1〜50重量%、好ましくは1〜20重量%、さらに好ましくは5〜10重量%の範囲で添加することが好ましい。澱粉原料の発酵残渣量が1重量%未満であると、場合によってはセルラーゼの加水分解残渣への吸着を防ぐ効果が十分に得られない。一方、発酵残渣量が20重量%を超えると経済的に不利になる上、発酵残渣は固形物であるためセルロース含有バイオマスの加水分解の効率が悪くなることがある。   The fermentation residue amount (dry weight) of the starch raw material in the hydrolysis reaction of the cellulose-containing biomass is 0.1 to 50% by weight, preferably 1 to 20% by weight, based on the solid weight of the cellulose-containing biomass to be subjected to hydrolysis. More preferably, it is added in the range of 5 to 10% by weight. If the amount of fermentation residue of the starch raw material is less than 1% by weight, the effect of preventing adsorption of cellulase to the hydrolysis residue may not be sufficiently obtained. On the other hand, if the amount of fermentation residue exceeds 20% by weight, it is economically disadvantageous, and since the fermentation residue is a solid, the hydrolysis efficiency of cellulose-containing biomass may deteriorate.

本発明は澱粉原料の発酵残渣の存在下でセルロース含有バイオマスを加水分解することを特徴とするが、より多くのセルラーゼ成分を回収および/または再利用するために、加水分解反応時にさらに水溶性無機塩および/または極性有機溶媒を添加してもよい。   The present invention is characterized in that the cellulose-containing biomass is hydrolyzed in the presence of the fermentation residue of the starch raw material. In order to recover and / or reuse more cellulase components, a water-soluble inorganic substance is further added during the hydrolysis reaction. Salts and / or polar organic solvents may be added.

水溶性無機塩は特に限定されないが、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、硫酸塩、アンモニウム塩、塩酸塩、リン酸塩、硝酸塩から選択される1種または2種以上を例示できる。より好ましい無機塩としては、水溶性の高い塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、硫酸水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、硫酸アンモニウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウムなどである。このうち最も好ましくは塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、硫酸アンモニウムであり、こうした無機塩を添加することにより、特にセロビオース分解活性に関わるセルラーゼ成分を多く回収することができる。   The water-soluble inorganic salt is not particularly limited, and examples thereof include one or more selected from sodium salt, potassium salt, magnesium salt, sulfate, ammonium salt, hydrochloride, phosphate, and nitrate. More preferable inorganic salts include sodium chloride, sodium sulfate, sodium hydrogen sulfate, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, ammonium sulfate, potassium chloride, ammonium chloride, magnesium chloride, magnesium sulfate and the like having high water solubility. Of these, sodium chloride, potassium chloride, magnesium chloride, and ammonium sulfate are most preferred. By adding such inorganic salts, a large amount of cellulase components particularly related to cellobiose decomposition activity can be recovered.

極性有機溶媒は特に限定されないが、20℃の条件下で水に対し10重量%以上の溶解度を示すもののことを指し、メタノール、エタノール、1−プロパノール、イソプロパノール、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトン、アセトニトリル、エチレングリコール、グリセロールなどが例示される。中でも、結晶セルロース分解活性に関与するセルラーゼ成分の回収に効果的なエタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、グリセロールが好ましい。   The polar organic solvent is not particularly limited, but indicates a solvent having a solubility of 10% by weight or more in water at 20 ° C., and includes methanol, ethanol, 1-propanol, isopropanol, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide. , Acetone, acetonitrile, ethylene glycol, glycerol and the like. Among these, ethanol, isopropanol, ethylene glycol, and glycerol that are effective for recovering cellulase components involved in crystalline cellulose decomposition activity are preferable.

水溶性無機塩および/または極性有機溶媒の添加濃度は加水分解総量に対して0.1〜5重量%の範囲が好ましく、0.1〜3.5重量%の範囲がより好ましい。水溶性無機塩および/または極性有機溶媒の濃度が低すぎるとセルラーゼの回収効率が低いことがあり、また一方でこれらの濃度が高すぎるとセルラーゼの失活が促進され、セルロース含有バイオマスの加水分解効率が低下したり、セルラーゼの回収効率が低くなったりすることがある上に、経済的にも不利になる。   The addition concentration of the water-soluble inorganic salt and / or polar organic solvent is preferably in the range of 0.1 to 5% by weight and more preferably in the range of 0.1 to 3.5% by weight with respect to the total hydrolysis amount. If the concentration of the water-soluble inorganic salt and / or polar organic solvent is too low, the recovery efficiency of cellulase may be low. On the other hand, if the concentration is too high, the deactivation of cellulase is promoted and hydrolysis of cellulose-containing biomass is promoted. The efficiency may be reduced, the cellulase recovery efficiency may be lowered, and it is economically disadvantageous.

次に本発明では、セルロース含有バイオマスの加水分解反応を行った後、加水分解物を固液分離する。固液分離により得られる溶液成分には糸状菌由来セルラーゼ成分および糖成分が含まれ、糸状菌由来セルラーゼ成分と糖成分とは、限外濾過膜を用いた濾過によって分離する(工程(2))。   Next, in this invention, after hydrolyzing a cellulose containing biomass, a hydrolyzate is solid-liquid separated. The solution component obtained by solid-liquid separation contains a cellulase component and a sugar component derived from a filamentous fungus, and the cellulase component and the sugar component derived from a filamentous fungus are separated by filtration using an ultrafiltration membrane (step (2)). .

限外濾過膜を用いた糸状菌由来セルラーゼ成分と糖成分の分離においては、その分画分子量は、単糖であるグルコース(分子量180)やキシロース(分子量150)を透過でき、糸状菌由来セルラーゼを阻止できるものであれば限定されない。具体的には分画分子量500〜50,000の範囲であればよく、酵素反応に阻害的作用を示す夾雑物質を酵素と分離するという観点から、より好ましくは分画分子量5,000〜50,000の範囲であり、さらに好ましくは分画分子量10,000〜30,000の範囲である。   In the separation of filamentous fungus-derived cellulase and sugar components using an ultrafiltration membrane, the molecular weight cut-off can pass through monosaccharides such as glucose (molecular weight 180) and xylose (molecular weight 150), There is no limitation as long as it can be prevented. Specifically, the molecular weight cut off may be in the range of 500 to 50,000, and from the viewpoint of separating a contaminant having an inhibitory action on the enzyme reaction from the enzyme, more preferably the molecular weight cut off is 5,000 to 50, 000, and more preferably a molecular weight cut-off range of 10,000 to 30,000.

限外濾過膜の素材としては、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリスルホン(PS)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリフッ化ビニルデン(PVDF)、再生セルロース、セルロース、セルロースエステル、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリエーテルスルホン、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4フッ化エチレンなどを使用することができるが、再生セルロース、セルロース、セルロースエステルはセルラーゼによる分解を受けるため、PES、PVDFなどの合成高分子を素材とした限外濾過膜を使用することが好ましい。   Ultrafiltration membrane materials include polyethersulfone (PES), polysulfone (PS), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride (PVDF), regenerated cellulose, cellulose, cellulose ester, sulfonated polysulfone, and sulfonated polyether. Sulfone, polyolefin, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene, etc. can be used, but since regenerated cellulose, cellulose, and cellulose ester are decomposed by cellulase, synthetic polymers such as PES and PVDF are used as materials. It is preferable to use an ultrafiltration membrane as described above.

限外濾過膜の濾過方式として、デッドエンド濾過、クロスフロー濾過があるが、膜ファウリング抑制の観点から、クロスフロー濾過であることが好ましい。また使用する限外濾過膜の膜形態としては、平膜型、スパイラル型、チューブラー型、中空糸型など適宜の形態のものが使用できる。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、HWSUFタイプ、KOCH社のHFM−180,HFM−183、HFM−251、HFM−300、HFK−131、HFK−328、MPT−U20、MPS−U20P、MPS−U20S、Synder社のSPE1、SPE3、SPE5、SPE10、SPE30、SPV5、SPV50、SOW30、旭化成株式会社製のマイクローザ(登録商標)UFシリーズの分画分子量3,000から10,000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。   Examples of the filtration method of the ultrafiltration membrane include dead-end filtration and crossflow filtration. From the viewpoint of suppressing membrane fouling, crossflow filtration is preferable. Moreover, as a membrane form of the ultrafiltration membrane to be used, those having an appropriate form such as a flat membrane type, a spiral type, a tubular type, and a hollow fiber type can be used. Specifically, DESAL G-5 type, G-10 type, G-20 type, G-50 type, PW type, HWSUF type, KOCH HFM-180, HFM-183, HFM-251, HFM -300, HFK-131, HFK-328, MPT-U20, MPS-U20P, MPS-U20S, Sender 1, SPE3, SPE5, SPE10, SPE30, SPV5, SPV50, SOW30, Microza made by Asahi Kasei Corporation Examples thereof include those corresponding to a molecular weight cutoff of 3,000 to 10,000 in the registered trademark UF series, NTR7410 and NTR7450 manufactured by Nitto Denko Corporation.

また、より多くのセルラーゼ成分を回収および/または再利用するために、工程(2)においてセルロース含有バイオマスの加水分解物を固液分離した後、得られた加水分解残渣を洗浄することにより加水分解残渣に吸着したセルラーゼ成分を回収することもできる(工程(3))。   In addition, in order to recover and / or reuse more cellulase components, hydrolysis is performed by washing the resulting hydrolysis residue after solid-liquid separation of the cellulose-containing biomass hydrolyzate in step (2). The cellulase component adsorbed on the residue can also be recovered (step (3)).

加水分解残渣の洗浄とは、加水分解残渣を任意の洗浄水に浸漬することを指す。加水分解残渣の洗浄水は特に限定されないが、水溶性無機塩、アルカリ、極性有機溶媒からなる群より選ばれる1以上を含むものを好ましく使用することができる。   Washing the hydrolysis residue refers to immersing the hydrolysis residue in arbitrary washing water. The washing water for the hydrolysis residue is not particularly limited, but water containing one or more selected from the group consisting of water-soluble inorganic salts, alkalis, and polar organic solvents can be preferably used.

加水分解残渣の洗浄水に添加する水溶性無機塩の種類は特に限定されないが、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、硫酸塩、アンモニウム塩、塩酸塩、リン酸塩、硝酸塩から選択される1種または2種以上を例示できる。水溶性が高いという観点から、より好ましい無機塩は、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、硫酸水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、硫酸アンモニウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウムである。さらに好ましくは塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、硫酸アンモニウムであり、これらの水溶性無機塩を加水分解残渣の洗浄水に添加することにより、特にセロビオース分解活性、キシラン分解活性に関与するセルラーゼ成分を多く回収することができる。   The type of water-soluble inorganic salt added to the washing water of the hydrolysis residue is not particularly limited, but one type selected from sodium salt, potassium salt, magnesium salt, sulfate salt, ammonium salt, hydrochloride salt, phosphate salt and nitrate salt Or 2 or more types can be illustrated. From the viewpoint of high water solubility, more preferable inorganic salts are sodium chloride, sodium sulfate, sodium hydrogen sulfate, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, ammonium sulfate, potassium chloride, ammonium chloride, magnesium chloride, magnesium sulfate. is there. More preferred are sodium chloride, potassium chloride, magnesium chloride, and ammonium sulfate. By adding these water-soluble inorganic salts to the washing water of the hydrolysis residue, particularly cellulose components involved in cellobiose decomposition activity and xylan decomposition activity are increased. It can be recovered.

水溶性無機塩の添加濃度は0.05〜5重量%の範囲が好ましい。水溶性無機塩の濃度が低すぎるとセルラーゼの回収効率が低いことがある。また一方で水溶性無機塩の濃度が高すぎるとセルラーゼの失活が促進されることがあり、さらに経済的にも不利になる。   The addition concentration of the water-soluble inorganic salt is preferably in the range of 0.05 to 5% by weight. If the concentration of the water-soluble inorganic salt is too low, the cellulase recovery efficiency may be low. On the other hand, if the concentration of the water-soluble inorganic salt is too high, the deactivation of cellulase may be promoted, which is disadvantageous economically.

加水分解残渣の洗浄水に添加するアルカリは、水に溶解した際に7よりも高いpHを示す物質であれば特に限定されないが、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の水酸化物、アンモニア、アミン、アルカリ金属の炭酸塩、アルカリ金属のリン酸塩から選択される1種または2種以上を例示できる。水によく溶け、少量で所望のpHに調整できるという観点から、より好ましいアルカリとして、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、アンモニア、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、リン酸三ナトリウムなどを使用することができる。さらに好ましくは、少量でpHを調整できる水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムなどを使用することができる。これらのアルカリを含む洗浄水を用いることにより結晶セルロース分解活性およびセロビオース分解活性に関与するセルラーゼ成分を多く回収することができる。   The alkali added to the washing water of the hydrolysis residue is not particularly limited as long as it is a substance that exhibits a pH higher than 7 when dissolved in water, but alkali metal or alkaline earth metal hydroxide, ammonia, amine, Examples thereof include one or more selected from alkali metal carbonates and alkali metal phosphates. Sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, ammonia, sodium carbonate, calcium carbonate, trisodium phosphate, etc. are used as more preferable alkalis from the viewpoint that they are well soluble in water and can be adjusted to a desired pH with a small amount. be able to. More preferably, sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide or the like whose pH can be adjusted with a small amount can be used. By using washing water containing these alkalis, it is possible to recover a large amount of cellulase components involved in the crystalline cellulose decomposing activity and cellobiose decomposing activity.

アルカリの添加量は、洗浄水のpHが7.5〜10.0になる範囲が好ましい。洗浄水のpHが7.5よりも低いとセルラーゼ成分の回収効率が低い場合がある。一方、洗浄水のpHが10.0よりも高いとセルラーゼ成分の失活が促進され、回収効率が低下する場合がある。   The amount of alkali added is preferably in the range where the pH of the washing water is 7.5 to 10.0. When the pH of the washing water is lower than 7.5, the cellulase component recovery efficiency may be low. On the other hand, when the pH of the washing water is higher than 10.0, the deactivation of the cellulase component is promoted and the recovery efficiency may be lowered.

加水分解残渣の洗浄水に添加する極性有機溶媒は特に限定されないが、20℃の条件下で水に対し10重量%以上の溶解度を示すもののことを指し、メタノール、エタノール、1−プロパノール、イソプロパノール、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトン、アセトニトリル、エチレングリコール、グリセロールなどが例示される。中でも、結晶セルロース分解活性に関与する成分の回収に効果的なエタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、グリセロールが好ましい。   The polar organic solvent to be added to the washing water of the hydrolysis residue is not particularly limited, but refers to a solvent having a solubility of 10% by weight or more with respect to water under the condition of 20 ° C., methanol, ethanol, 1-propanol, isopropanol, Examples include dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, acetone, acetonitrile, ethylene glycol, glycerol and the like. Among these, ethanol, isopropanol, ethylene glycol, and glycerol that are effective for recovering components involved in the crystalline cellulose decomposition activity are preferable.

極性有機溶媒の添加濃度は、0.05〜5重量%の範囲が好ましい。極性有機溶媒の濃度が低すぎるとセルラーゼの回収効率が低いことがある。また一方で極性有機溶媒の濃度が高すぎるとセルラーゼの失活が促進されることがあり、さらに経済的にも不利になる。   The addition concentration of the polar organic solvent is preferably in the range of 0.05 to 5% by weight. If the concentration of the polar organic solvent is too low, cellulase recovery efficiency may be low. On the other hand, if the concentration of the polar organic solvent is too high, the deactivation of cellulase may be promoted, which is disadvantageous economically.

加水分解残渣の洗浄は、25〜50℃の範囲で行うことが好ましい。温度が低すぎるとセルラーゼの回収効率が十分でない場合がある。また、温度が高すぎるとセルラーゼ成分が失活し、回収効率が低下する場合がある。   The hydrolysis residue is preferably washed within a range of 25 to 50 ° C. If the temperature is too low, the cellulase recovery efficiency may not be sufficient. On the other hand, if the temperature is too high, the cellulase component may be deactivated and the recovery efficiency may decrease.

前述したように水溶性無機塩、アルカリ、極性有機溶媒はそれぞれ異なるセルラーゼ成分の回収に効果を発揮するため、これらを2種以上含む洗浄水を用いてもよいし、異なる組成の洗浄水を用いて加水分解残渣の洗浄を独立して複数回行ってもよい。任意のセルラーゼ成分の回収に適した洗浄液を用いることにより、回収効率を高めることができる。   As described above, since the water-soluble inorganic salt, alkali, and polar organic solvent are effective in recovering different cellulase components, washing water containing two or more of these may be used, or washing water having different compositions may be used. The hydrolysis residue may be washed several times independently. Recovery efficiency can be increased by using a cleaning solution suitable for recovery of any cellulase component.

加水分解残渣の洗浄物は固液分離により加水分解残渣と洗浄液に分離し、工程(2)と同様に限外濾過膜を用いた濾過によりセルラーゼ成分を回収および/または再利用することができる(工程(4))。   The washing product of the hydrolysis residue is separated into the hydrolysis residue and the washing solution by solid-liquid separation, and the cellulase component can be recovered and / or reused by filtration using an ultrafiltration membrane as in the step (2) ( Step (4)).

その他、本発明により得られた糖液を、さらに糖濃度を高める濃縮処理を行ってもよい。濃縮処理は、蒸発濃縮、減圧濃縮、膜濃縮などを例示することができるが、エネルギー使用量が少なく、糖液に含まれる発酵阻害物質を分離することが可能なWO2010/067785号に記載される、ナノ濾過膜および/または逆浸透膜に通じて濾過する方法により、糖成分が濃縮された濃縮糖液を得ることができる。   In addition, the sugar solution obtained by the present invention may be subjected to a concentration treatment for further increasing the sugar concentration. Examples of the concentration treatment include evaporative concentration, vacuum concentration, membrane concentration, etc., but are described in WO2010 / 067785, which uses less energy and can separate the fermentation inhibitor contained in the sugar solution. A concentrated sugar solution in which the sugar component is concentrated can be obtained by a method of filtering through a nanofiltration membrane and / or a reverse osmosis membrane.

本発明により得られた糖液を発酵原料として化学品を生産する能力を有する微生物を生育させることで、各種化学品を製造することができる。ここでいう発酵原料として微生物を生育させるとは、糖液に含まれる糖成分あるいはアミノ源を微生物の栄養素として利用し、微生物の増殖、生育維持を行うことを意味している。化学品の具体例としては、アルコール、有機酸、アミノ酸、核酸など発酵工業において大量生産されている物質を挙げることができる。こうした化学品は、糖液中の糖成分を炭素源として、その代謝の過程において生体内外に化学品として蓄積生産する。微生物によって生産可能な化学品の具体例として、エタノール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、グリセロールなどのアルコール、酢酸、乳酸、ピルビン酸、コハク酸、リンゴ酸、イタコン酸、クエン酸などの有機酸、イノシン、グアノシンなどのヌクレオシド、イノシン酸、グアニル酸などのヌクレオチド、カダベリンなどのアミン化合物を挙げることができる。さらに、本発明の糖液は、酵素、抗生物質、組換えタンパク質などの生産に適用することも可能である。こうした化学品の製造に使用する微生物に関しては、目的の化学品を効率的に生産可能な微生物であればよく、大腸菌、酵母、糸状菌、担子菌などの微生物を使用することができる。   Various chemicals can be produced by growing microorganisms having the ability to produce chemicals using the sugar solution obtained by the present invention as a fermentation raw material. Here, growing a microorganism as a fermentation raw material means that a sugar component or an amino source contained in a sugar solution is used as a nutrient for the microorganism to propagate and maintain the growth of the microorganism. Specific examples of chemical products include substances that are mass-produced in the fermentation industry, such as alcohols, organic acids, amino acids, and nucleic acids. Such chemical products are accumulated and produced as chemical products inside and outside the body in the process of metabolism using the sugar component in the sugar solution as a carbon source. Specific examples of chemicals that can be produced by microorganisms include ethanol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, glycerol and other alcohols, acetic acid, lactic acid, pyruvic acid, succinic acid, malic acid, itaconic acid, citric acid. Examples thereof include organic acids such as acids, nucleosides such as inosine and guanosine, nucleotides such as inosinic acid and guanylic acid, and amine compounds such as cadaverine. Furthermore, the sugar solution of the present invention can be applied to the production of enzymes, antibiotics, recombinant proteins and the like. The microorganism used for the production of such a chemical product may be any microorganism that can efficiently produce the target chemical product, and microorganisms such as Escherichia coli, yeast, filamentous fungi, and basidiomycetes can be used.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these.

(参考例1)セルロース含有バイオマスの調製
1.セルロース含有バイオマスの希硫酸処理
セルロース含有バイオマス(コーンコブ)を硫酸1%水溶液に浸し、150℃で30分オートクレーブ(日東高圧製)にて処理した。処理後、固液分離を行い、溶液成分(以下、希硫酸処理液)と処理バイオマス成分(以下、希硫酸処理物)に分離した。希硫酸処理物は、純水で洗浄して硫酸を洗い流したものを以下の実施例に使用した。
(Reference Example 1) Preparation of cellulose-containing biomass Diluted sulfuric acid treatment of cellulose-containing biomass Cellulose-containing biomass (corn cob) was immersed in a 1% sulfuric acid aqueous solution and treated with an autoclave (manufactured by Nitto Koatsu) at 150 ° C for 30 minutes. After the treatment, solid-liquid separation was performed to separate into a solution component (hereinafter, dilute sulfuric acid treatment solution) and a treated biomass component (hereinafter, dilute sulfuric acid treatment product). The dilute sulfuric acid treated product was washed with pure water and washed away with sulfuric acid and used in the following examples.

2.セルロース含有バイオマスの水熱処理
セルロース含有バイオマス(稲わら)を水に浸し、撹拌しながら180℃で20分間オートクレーブ処理(日東高圧製)した。その際の圧力は10MPaであった。処理後、固液分離を行い、溶液成分(以下、水熱処理液)と処理バイオマス成分(以下、水熱処理物)に分離した。
2. Hydrothermal treatment of cellulose-containing biomass Cellulose-containing biomass (rice straw) was soaked in water and autoclaved at 180 ° C. for 20 minutes (manufactured by Nitto Koatsu) with stirring. The pressure at that time was 10 MPa. After the treatment, solid-liquid separation was performed to separate into a solution component (hereinafter, hydrothermally treated solution) and a treated biomass component (hereinafter, hydrothermally treated product).

(参考例2)糖濃度の測定
グルコース濃度の測定にはグルコースCII−テストワコー(和光純薬製)を、キシロース濃度の測定には、D−XYLOSE ASSAY KIT(Megazyme製)を用いた。
Reference Example 2 Measurement of Sugar Concentration Glucose CII-Test Wako (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) was used for measurement of glucose concentration, and D-XYLOSE ASSAY KIT (manufactured by Megazyme) was used for measurement of xylose concentration.

(参考例3)トリコデルマ属由来セルラーゼの調製
トリコデルマ属由来セルラーゼは以下の方法で調製した。
Reference Example 3 Preparation of Trichoderma genus cellulase Trichoderma genus cellulase was prepared by the following method.

[前培養]
コーンスティープリカー5%(w/v)、グルコース2%(w/v)、酒石酸アンモニウム0.37%(w/v)、硫酸アンモニウム0.14%(w/v)、リン酸二水素カリウム0.14%(w/v)、塩化カルシウム二水和物0.03%(w/v)、硫酸マグネシウム七水和物0.03%(w/v)、塩化亜鉛0.02%(w/v)、塩化鉄(III)六水和物0.01%(w/v)、硫酸銅(II)五水和物0.004%(w/v)、塩化マンガン四水和物0.0008%(w/v)、ホウ酸0.0006%(w/v)、七モリブデン酸六アンモニウム四水和物0.026%(w/v)となるよう蒸留水に溶解し、100mLを500mL容バッフル付き三角フラスコに入れ121℃で15分間オートクレーブ滅菌した。放冷後、これとは別にそれぞれ121℃で15分間オートクレーブ滅菌したPE−MとTween80をそれぞれ0.01%(w/v)となるよう添加した。この前培養培地にトリコデルマ・リーセイPC3−7を1×10個/mLになるよう植菌し、28℃、180rpmにて72時間振とう培養し、前培養液とした(振とう装置:TAITEC製 BIO−SHAKER BR−40LF)。
[Pre-culture]
Corn steep liquor 5% (w / v), glucose 2% (w / v), ammonium tartrate 0.37% (w / v), ammonium sulfate 0.14% (w / v), potassium dihydrogen phosphate 14% (w / v), calcium chloride dihydrate 0.03% (w / v), magnesium sulfate heptahydrate 0.03% (w / v), zinc chloride 0.02% (w / v) ), Iron (III) chloride hexahydrate 0.01% (w / v), copper (II) sulfate pentahydrate 0.004% (w / v), manganese chloride tetrahydrate 0.0008% (W / v), boric acid 0.0006% (w / v), hexamolybdenum hexamolybdate tetrahydrate 0.026% (w / v) dissolved in distilled water, 100 mL of 500 mL baffle The mixture was placed in a conical flask and autoclaved at 121 ° C. for 15 minutes. After cooling, PE-M and Tween 80 that were autoclaved at 121 ° C. for 15 minutes were added to 0.01% (w / v). This preculture medium was inoculated with Trichoderma reesei PC3-7 at 1 × 10 5 cells / mL and cultured with shaking at 28 ° C. and 180 rpm for 72 hours to obtain a preculture solution (shaking apparatus: TAITEC). BIO-SHAKER BR-40LF).

[本培養]
コーンスティープリカー5%(w/v)、グルコース2%(w/v)、セルロース(アビセル)10%(w/v)、酒石酸アンモニウム0.37%(w/v)、硫酸アンモニウム0.14%(w/v)、リン酸二水素カリウム0.2%(w/v)、塩化カルシウム二水和物0.03%(w/v)、硫酸マグネシウム七水和物0.03%(w/v)、塩化亜鉛0.02%(w/v)、塩化鉄(III)六水和物0.01%(w/v)、硫酸銅(II)五水和物0.004%(w/v)、塩化マンガン四水和物0.0008%(w/v)、ホウ酸0.006%(w/v)、七モリブデン酸六アンモニウム四水和物0.0026%(w/v)となるよう蒸留水に溶解し、2.5Lを5L容ジャーファーメンター(ABLE製 DPC−2A)に入れ、121℃で15分間オートクレーブ滅菌した。放冷後、これとは別にそれぞれ121℃で15分間オートクレーブ滅菌したPE−MとTween80をそれぞれ0.01%(w/v)となるよう添加し、前記の方法にて得た前培養液を250mL接種した。その後、28℃、300rpm、通気量1vvmにて87時間培養を行った。得られた培養液をそのまま粗酵素液として以下実施例に使用した。
[Main culture]
Corn steep liquor 5% (w / v), glucose 2% (w / v), cellulose (Avicel) 10% (w / v), ammonium tartrate 0.37% (w / v), ammonium sulfate 0.14% ( w / v), potassium dihydrogen phosphate 0.2% (w / v), calcium chloride dihydrate 0.03% (w / v), magnesium sulfate heptahydrate 0.03% (w / v) ), Zinc chloride 0.02% (w / v), iron (III) chloride hexahydrate 0.01% (w / v), copper (II) sulfate pentahydrate 0.004% (w / v) ), Manganese chloride tetrahydrate 0.0008% (w / v), boric acid 0.006% (w / v), hexamolybdate hexaammonium tetrahydrate 0.0026% (w / v) Dissolved in distilled water, and put 2.5 L into a 5 L jar fermenter (DPC-2A manufactured by ABLE) Autoclaved at 121 ° C. for 15 minutes. After standing to cool, PE-M and Tween 80 autoclaved at 121 ° C. for 15 minutes each were added to 0.01% (w / v), respectively, and the preculture solution obtained by the above method was added. 250 mL was inoculated. Thereafter, the cells were cultured at 28 ° C., 300 rpm, and aeration volume 1 vvm for 87 hours. The obtained culture solution was used as a crude enzyme solution in the following examples.

(参考例4)セルラーゼ活性測定方法
セルラーゼ活性は、1)結晶セルロース分解活性、2)セロビオース分解活性、3)キシラン分解活性、の3種について以下の手順で測定評価した。
(Reference example 4) Cellulase activity measuring method Cellulase activity was measured and evaluated by the following procedures for three types of 1) crystalline cellulose decomposition activity, 2) cellobiose decomposition activity, and 3) xylan decomposition activity.

1)結晶セルロース分解活性
50mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH5.2)に、1重量%になるよう結晶セルロース(Cellulose microcrystarine、Merk製)を懸濁したものを基質溶液とした。500μLの基質溶液に酵素液5μLを添加し、50℃で回転混和しながら反応させた。反応時間は30分間を基本とし、酵素活性の高さに応じて最大60分まで適宜延長した。反応後、チューブを遠心分離し、その上清成分のグルコース濃度を測定した。グルコース濃度は、参考例2に記載の方法で測定した。上記反応系にて1分間に1μmolのグルコースを生成する酵素量を1Uと定義し、活性値(U/mL)を下記式に従って算出した。
結晶セルロース分解活性(U/mL)=グルコース濃度(g/L)×1000×505(μL)/(180.16×反応時間(分)×5(μL))。
1) Crystalline cellulose degradation activity A substrate solution was prepared by suspending crystal cellulose (Cellulose microcrystalline, manufactured by Merck) in 50 mM sodium acetate buffer (pH 5.2) to 1% by weight. To 500 μL of the substrate solution, 5 μL of the enzyme solution was added and reacted at 50 ° C. while rotating and mixing. The reaction time was basically 30 minutes, and was appropriately extended up to 60 minutes depending on the level of enzyme activity. After the reaction, the tube was centrifuged, and the glucose concentration of the supernatant component was measured. The glucose concentration was measured by the method described in Reference Example 2. The amount of enzyme that produces 1 μmol of glucose per minute in the above reaction system was defined as 1 U, and the activity value (U / mL) was calculated according to the following formula.
Crystalline cellulose degradation activity (U / mL) = glucose concentration (g / L) × 1000 × 505 (μL) / (180.16 × reaction time (minutes) × 5 (μL)).

2)セロビオース分解活性
50mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH5.2)に、15mMとなるようD(+)−セロビオース(和光純薬製)を溶解したものを基質溶液とした。500μLの基質溶液に酵素液5μLを添加し、50℃で回転混和しながら反応させた。反応時間は10分間を基本とし、酵素活性の高さに応じて最大30分まで適宜延長した。反応後、チューブを遠心分離し、その上清成分のグルコース濃度を測定した。グルコース濃度は、参考例2に記載の方法で測定した。上記反応系にて1分間に1μmolのグルコースを生成する酵素量を1Uと定義し、活性値(U/mL)を下記式に従って算出した。
セロビオース分解活性(U/mL)=グルコース濃度(g/L)×1000×505(μL)/(180.16×反応時間(分)×5(μL))。
2) Cellobiose degradation activity A solution of D (+)-cellobiose (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) dissolved in 50 mM sodium acetate buffer (pH 5.2) to 15 mM was used as a substrate solution. To 500 μL of the substrate solution, 5 μL of the enzyme solution was added and reacted at 50 ° C. while rotating and mixing. The reaction time was basically 10 minutes and was appropriately extended up to 30 minutes depending on the level of enzyme activity. After the reaction, the tube was centrifuged, and the glucose concentration of the supernatant component was measured. The glucose concentration was measured by the method described in Reference Example 2. The amount of enzyme that produces 1 μmol of glucose per minute in the above reaction system was defined as 1 U, and the activity value (U / mL) was calculated according to the following formula.
Cellobiose degradation activity (U / mL) = glucose concentration (g / L) × 1000 × 505 (μL) / (180.16 × reaction time (min) × 5 (μL)).

3)キシラン分解活性
50mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH5.2)に、1重量%になるようキシラン(Xylan from Birch wood、Fluka社製)を懸濁したものを基質溶液とした。分注した500μLの基質溶液に酵素液5μLを添加し、50℃で回転混和しながら反応させた。反応時間は30分間を基本とし、酵素活性の高さに応じて最大60分まで適宜延長した。反応後、チューブを遠心分離し、その上清成分のキシロース濃度を測定した。キシロース濃度は、参考例2に記載の方法で測定した。上記反応系にて1分間に1μmolのキシロースを生成する酵素量を1Uと定義し、活性値(U/mL)を下記式に従って算出した。
キシラン分解活性(U/mL)=キシロース濃度(g/L)×1000×505(μL)/(150.13×反応時間(分)×5(μL))。
3) Xylan Degradation Activity A substrate solution was prepared by suspending xylan (Xylan from Birchwood, manufactured by Fluka) in 50 mM sodium acetate buffer (pH 5.2) to 1% by weight. 5 μL of enzyme solution was added to 500 μL of the dispensed substrate solution, and reacted at 50 ° C. while rotating and mixing. The reaction time was basically 30 minutes, and was appropriately extended up to 60 minutes depending on the level of enzyme activity. After the reaction, the tube was centrifuged, and the xylose concentration of the supernatant component was measured. The xylose concentration was measured by the method described in Reference Example 2. The amount of enzyme that produces 1 μmol of xylose per minute in the above reaction system was defined as 1 U, and the activity value (U / mL) was calculated according to the following formula.
Xylan decomposition activity (U / mL) = xylose concentration (g / L) × 1000 × 505 (μL) / (150.13 × reaction time (min) × 5 (μL)).

(比較例1)セルロース含有バイオマス加水分解物からのセルラーゼの回収
比較例として、澱粉原料の発酵残渣を含まないセルロース含有バイオマス加水分解物からセルラーゼを回収した場合の回収セルラーゼの活性について以下に示す。
(Comparative example 1) Recovery of cellulase from cellulose-containing biomass hydrolyzate As a comparative example, the activity of recovered cellulase when cellulase is recovered from a cellulose-containing biomass hydrolyzate not containing a fermentation residue of starch raw material is shown below.

(工程1:セルロース含有バイオマスの加水分解)
セルロース含有バイオマスの希硫酸処理物および水熱処理物を各1gずつ、50mL容遠沈管に秤量し、セルロース含有バイオマスの終濃度が10重量%となるよう超純水を加えた。50℃で1時間、ハイブリダイゼーションローテーター(日伸理化製 SN−06BN)を用いて回転混和した後、希釈硫酸あるいは希釈苛性ソーダを用いてpHを5.0〜6.0の範囲に調整した。本組成物にトリコデルマ属由来セルラーゼ5.6mgを添加し、引き続きハイブリダイゼーションローテーターを用いて50℃で24時間回転混和した。
(Step 1: hydrolysis of cellulose-containing biomass)
1 g each of the diluted sulfuric acid-treated product and hydrothermally treated product of cellulose-containing biomass were weighed into a 50 mL centrifuge tube, and ultrapure water was added so that the final concentration of the cellulose-containing biomass was 10% by weight. After 1 hour of rotation at 50 ° C. using a hybridization rotator (SN-06BN manufactured by Nisshin Rika), the pH was adjusted to a range of 5.0 to 6.0 using diluted sulfuric acid or diluted caustic soda. 5.6 mg of Trichoderma genus cellulase was added to this composition, and the mixture was subsequently rotated and mixed at 50 ° C. for 24 hours using a hybridization rotator.

(工程2:糸状菌由来セルラーゼ成分と糖液の分離)
工程1の加水分解物を遠心分離(8,000G、10分間)にて固液分離し、上清7gと加水分解残渣3gを得た。加水分解残渣を約7mLの超純水で再度懸濁し、遠心分離(8,000G、10分間)にて洗浄液7gと加水分解残渣3gに固液分離した。加水分解物の上清と洗浄液は、合一して分画分子量10,000の限外濾過膜(Sartorius stedim biotech製 VIVASPIN 20 材質:PES)を用いて濾過した。非透過側が1mL以下になるまで8,000Gにて遠心濾過した後、脱塩のため非透過液に超純水を加えて10倍以上に希釈し、再度非透過側が1mL以下になるまで8,000Gにて遠心濾過を行った。得られた非透過液を回収酵素液とし、参考例4に従って活性測定を行った。
(Step 2: Separation of cellulase component derived from filamentous fungus and sugar solution)
The hydrolyzate from step 1 was subjected to solid-liquid separation by centrifugation (8,000 G, 10 minutes) to obtain 7 g of supernatant and 3 g of hydrolysis residue. The hydrolysis residue was suspended again in about 7 mL of ultrapure water, and solid-liquid separated into 7 g of washing solution and 3 g of hydrolysis residue by centrifugation (8,000 G, 10 minutes). The supernatant of the hydrolyzate and the washing solution were combined and filtered using an ultrafiltration membrane with a molecular weight cut off of 10,000 (VIVASPIN 20 material: PES, manufactured by Sartorius Steadim Biotech). After centrifugal filtration at 8,000 G until the non-permeate side is 1 mL or less, ultrapure water is added to the non-permeate to dilute it 10 times or more for desalting, and again until the non-permeate side becomes 1 mL or less. Centrifugal filtration was performed at 000 G. The obtained non-permeate was used as a recovered enzyme solution, and activity was measured according to Reference Example 4.

(比較例2)タンパク質の添加効果
比較例1の工程1において、セルロース含有バイオマスの希硫酸処理物および水熱処理物の加水分解時、トウモロコシの主要タンパク質であるZein(生化学用、和光純薬製)をバイオマスの固形物重量に対して10%量添加した。その他は比較例1と同様の方法にて回収酵素液を得、参考例4に従って活性測定を行った。
(Comparative example 2) Effect of adding protein Zein (for biochemistry, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is the main protein of corn during hydrolysis of the dilute sulfuric acid-treated product and hydrothermally treated product of cellulose-containing biomass in Step 1 of Comparative Example 1. ) Was added in an amount of 10% based on the solid weight of the biomass. Other than that, a recovered enzyme solution was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, and the activity was measured according to Reference Example 4.

(比較例3)菌体の添加効果
比較例1の工程1において、セルロース含有バイオマスの希硫酸処理物および水熱処理物の加水分解時、酵母(サッカロマイセス・セレビシエ OC−2株)の菌体をバイオマスの固形物重量に対して10%量添加した。
(Comparative Example 3) Effect of adding bacterial cells In Step 1 of Comparative Example 1, during hydrolysis of the dilute sulfuric acid-treated product and hydrothermally treated product of cellulose-containing biomass, the yeast (Saccharomyces cerevisiae OC-2 strain) was transformed into biomass. An amount of 10% was added to the solid weight.

酵母は、YPD培地(酵母エキス1%、ペプトン2%、グルコース2%)に植菌し、30℃、120rpmで24時間培養を行った。培養液を遠心分離(8,000G、10分間)により得たペレットを酵母菌体として使用した。   Yeast was inoculated into YPD medium (yeast extract 1%, peptone 2%, glucose 2%) and cultured at 30 ° C. and 120 rpm for 24 hours. The pellet obtained by centrifuging the culture solution (8,000 G, 10 minutes) was used as yeast cells.

酵母菌体を添加する他は比較例1と同様の方法にて回収酵素液を得、参考例4に従って活性測定を行った。   A recovered enzyme solution was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that yeast cells were added, and the activity was measured according to Reference Example 4.

(実施例1)澱粉原料の発酵残渣の添加効果
比較例1の工程1において、セルロース含有バイオマスの希硫酸処理物および水熱処理物の加水分解時、トウモロコシ原料の乾燥蒸留穀物残渣(DDG)(ハイプロテインコーンDDGS、ウィルバー・エリス製)あるいは酒粕(白鶴特撰酒粕、白鶴酒造製)を、その固形物重量がバイオマスの固形物重量に対して10%量となるよう添加した。その他は比較例1と同様の方法にて回収酵素液を得、参考例4に従って活性測定を行った。比較例1〜3、および実施例1の結果について、比較例1における酵素活性を基準(1.0)とし、相対活性を表1にまとめた。トウモロコシDDGを添加することにより、結晶セルロース分解活性およびセロビオース分解活性に関与するセルラーゼ成分の回収量が増加した。
(Example 1) Effect of adding fermentation residue of starch raw material In step 1 of Comparative Example 1, during the hydrolysis of the dilute sulfuric acid-treated product and hydrothermally treated product of cellulose-containing biomass, dry distilled cereal residue (DDG) of corn raw material (high Protein corn DDGS (manufactured by Wilbur Ellis) or sake lees (white crane special sake lees, made by Hakutsuru Sake Brewery) was added so that the solid weight was 10% of the solid weight of the biomass. Other than that, a recovered enzyme solution was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, and the activity was measured according to Reference Example 4. About the result of Comparative Examples 1-3 and Example 1, the enzyme activity in the comparative example 1 was made into the reference | standard (1.0), and the relative activity was put together in Table 1. Addition of corn DDG increased the recovery of cellulase components involved in crystalline cellulose degrading activity and cellobiose degrading activity.

Figure 2014064563
Figure 2014064563

(実施例2)澱粉原料の発酵残渣の添加量の影響
実施例1において、トウモロコシDDGをバイオマスの固形物重量に対して1、5、10、30%量添加した。その他は比較例1と同様の方法にて回収酵素液を得、参考例4に従って活性測定を行った。比較例1における酵素活性を基準(1.0)とし、相対活性を表2にまとめた。試験区の全ての水準でセルラーゼ成分の回収量が増加し、トウモロコシ原料の蒸留残渣の添加量が多いほど高い効果が得られた。
(Example 2) Influence of addition amount of fermentation residue of starch raw material In Example 1, corn DDG was added in amounts of 1, 5, 10, and 30% based on the solid weight of biomass. Other than that, a recovered enzyme solution was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, and the activity was measured according to Reference Example 4. The enzyme activity in Comparative Example 1 was taken as the standard (1.0), and the relative activities are summarized in Table 2. The amount of cellulase components recovered increased at all levels in the test section, and the higher the amount of corn raw material distillation residue, the higher the effect.

Figure 2014064563
Figure 2014064563

(比較例4)水溶性無機塩を含むセルロース含有バイオマス加水分解物からのセルラーゼの回収
比較例1の工程1において、セルロース含有バイオマスの希硫酸処理物の加水分解時に塩化ナトリウムをそれぞれ対液0.1、1、5重量%となるよう添加した。その他は比較例1と同様の方法にて回収酵素液を得、参考例4に従って活性測定を行った。
(Comparative Example 4) Recovery of cellulase from cellulose-containing biomass hydrolyzate containing water-soluble inorganic salt In Step 1 of Comparative Example 1, sodium chloride was used as a solution for each of the 0. 1, 1, and 5% by weight were added. Other than that, a recovered enzyme solution was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, and the activity was measured according to Reference Example 4.

(実施例3)澱粉原料の発酵残渣および水溶性無機塩の添加効果
実施例1において、セルロース含有バイオマスの希硫酸処理物の加水分解時にトウモロコシDDGをバイオマスの固形物重量に対して5%量添加し、さらに、塩化ナトリウムを反応液の重量に対し、それぞれ0.1、0.5、1、3.5、5重量%になるよう添加した。その他は比較例1と同様の方法にて回収酵素液を得、参考例4に従って活性測定を行った。比較例4および実施例3の結果について、比較例1における酵素活性を基準(1.0)とし、相対活性を表3にまとめた。トウモロコシDDGに加え、水溶性無機塩である塩化ナトリウムをさらに添加することにより、セロビオース分解活性に関与するセルラーゼ成分の回収量が飛躍的に増加した。
(Example 3) Fermentation residue of starch raw material and addition effect of water-soluble inorganic salt In Example 1, 5% of corn DDG was added to the biomass solid weight during hydrolysis of the dilute sulfuric acid treated product of cellulose-containing biomass. Further, sodium chloride was added so as to be 0.1, 0.5, 1, 3.5, and 5% by weight, respectively, with respect to the weight of the reaction solution. Other than that, a recovered enzyme solution was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, and activity was measured according to Reference Example 4. Regarding the results of Comparative Example 4 and Example 3, the enzyme activity in Comparative Example 1 was set as the standard (1.0), and the relative activities are summarized in Table 3. By further adding sodium chloride, which is a water-soluble inorganic salt, in addition to corn DDG, the recovered amount of cellulase components involved in cellobiose decomposition activity was dramatically increased.

Figure 2014064563
Figure 2014064563

(実施例4)澱粉原料の発酵残渣との組み合わせにおける水溶性無機塩の種類の影響
実施例3において、塩化ナトリウムに代えて塩化カリウム、塩化マグネシウム、硫酸アンモニウムを用い、その添加濃度は対液1重量%とした。その他は比較例1と同様の方法にて回収酵素液を得、参考例4に従って活性測定を行った。比較例1における酵素活性を基準(1.0)とし、相対活性を表4にまとめた。いずれの水溶性無機塩を用いてもセルラーゼ成分の回収量はほとんど変わらなかった。
(Example 4) Influence of kind of water-soluble inorganic salt in combination with fermentation residue of starch raw material In Example 3, potassium chloride, magnesium chloride, and ammonium sulfate were used instead of sodium chloride, and the addition concentration was 1 wt. %. Other than that, a recovered enzyme solution was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, and the activity was measured according to Reference Example 4. The enzyme activity in Comparative Example 1 was taken as the standard (1.0), and the relative activities are summarized in Table 4. With any water-soluble inorganic salt, the recovered amount of cellulase component was hardly changed.

Figure 2014064563
Figure 2014064563

(実施例5)澱粉原料の発酵残渣および極性有機溶媒の添加効果
実施例1において、セルロース含有バイオマスの希硫酸処理物の加水分解反応時、トウモロコシDDGをバイオマスの固形物重量に対して5%量添加し、さらに、エチレングリコールを反応液の重量に対しそれぞれ0.1、0.5、1、3.5、5重量%になるよう添加した。その他は比較例1と同様の方法にて回収酵素液を得、参考例4に従って活性測定を行った。比較例1における酵素活性を基準(1.0)とし、相対活性を表5にまとめた。トウモロコシDDGに加え、極性有機溶媒であるエチレングリコールをさらに添加することにより、結晶セルロース分解活性およびセロビオース分解活性に関与するセルラーゼ成分の回収量が増加した。
(Example 5) Fermentation residue of starch raw material and addition effect of polar organic solvent In Example 1, during hydrolysis reaction of a dilute sulfuric acid treatment product of cellulose-containing biomass, corn DDG is contained in an amount of 5% with respect to the solid weight of biomass. Further, ethylene glycol was added so as to be 0.1, 0.5, 1, 3.5, and 5% by weight, respectively, with respect to the weight of the reaction solution. Other than that, a recovered enzyme solution was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, and the activity was measured according to Reference Example 4. The enzyme activity in Comparative Example 1 was taken as the standard (1.0), and the relative activities are summarized in Table 5. By further adding ethylene glycol, which is a polar organic solvent, in addition to corn DDG, the recovered amount of cellulase components involved in crystalline cellulose decomposition activity and cellobiose decomposition activity increased.

Figure 2014064563
Figure 2014064563

(実施例6)澱粉原料の発酵残渣との組み合わせにおける極性有機溶媒の種類の影響
実施例5において、エチレングリコールに代えてエタノール、イソプロパノール、グリセロールを用い、その添加濃度は1重量%とした。その他は比較例1と同様の方法にて回収酵素液を得、参考例4に従って活性測定を行った。比較例1における酵素活性を基準(1.0)とし、相対活性を表6にまとめた。いずれの極性有機溶媒を用いてもセルラーゼ成分の回収量はほとんど変わらなかった。
(Example 6) Influence of kind of polar organic solvent in combination with fermentation residue of starch raw material In Example 5, ethanol, isopropanol, and glycerol were used instead of ethylene glycol, and the addition concentration was 1 wt%. Other than that, a recovered enzyme solution was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, and the activity was measured according to Reference Example 4. The enzyme activity in Comparative Example 1 was taken as the standard (1.0), and the relative activities are summarized in Table 6. The recovery of the cellulase component was almost the same regardless of which polar organic solvent was used.

Figure 2014064563
Figure 2014064563

(実施例7)水溶性無機塩およびアルカリを含む洗浄水による加水分解残渣の洗浄効果
セルロース含有バイオマス希硫酸処理物の固形物重量の5%量のトウモロコシDDGを含む条件下で加水分解反応を実施し、加水分解物を遠心分離(8,000G、10分間)することにより上清7gと加水分解残渣3gに分離した。加水分解残渣には洗浄水として約7gの2重量%の塩化ナトリウム水溶液を加えて懸濁した。上記の懸濁物にさらに希釈苛性ソーダを加えてpH7.5に調整し、ハイブリダイゼーションローテーターを用いて25℃で1時間回転混和した後に遠心分離(8,000G、10分間)することにより洗浄液7gと加水分解残渣3gに分離した。上清および洗浄液を合一し、比較例1と同様の方法にて回収酵素液を得、参考例4に従って活性測定を行った。
(Example 7) Cleaning effect of hydrolysis residue by washing water containing water-soluble inorganic salt and alkali Hydrolysis reaction was carried out under conditions containing corn DDG in an amount of 5% of the solid weight of the cellulose-containing biomass diluted sulfuric acid. Then, the hydrolyzate was separated into 7 g of supernatant and 3 g of hydrolysis residue by centrifuging (8,000 G, 10 minutes). About 7 g of a 2% by weight aqueous sodium chloride solution was added to the hydrolysis residue as washing water and suspended. Further dilute caustic soda was added to the above suspension to adjust the pH to 7.5, and the mixture was rotated and mixed at 25 ° C. for 1 hour using a hybridization rotator, followed by centrifugation (8,000 G, 10 minutes). Separated to 3 g of hydrolysis residue. The supernatant and the washing solution were combined, and a recovered enzyme solution was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, and the activity was measured according to Reference Example 4.

(実施例8)極性有機溶媒を含む洗浄水による加水分解残渣の洗浄効果
実施例7において、加水分解残渣の洗浄水として2重量%の塩化ナトリウム水溶液の代わりに1重量%のグリセロール水溶液を用い、50℃で1時間回転混和した。その他は実施例7と同様の方法にて回収酵素液を得、参考例4に従って活性測定を行った。比較例1における酵素活性を基準(1.0)とし、実施例7および実施例8の結果を相対活性として表7にまとめた。水溶性無機塩、アルカリ、極性有機溶媒のいずれか1種以上を含む洗浄水を用いて加水分解残渣の洗浄を行うことにより、セルラーゼ成分の回収量が増加した。
(Example 8) Washing effect of hydrolysis residue with washing water containing polar organic solvent In Example 7, 1 wt% aqueous glycerol solution was used instead of 2 wt% aqueous sodium chloride solution as washing water for the hydrolysis residue. Rotating and mixed for 1 hour at 50 ° C. Other than that, a recovered enzyme solution was obtained in the same manner as in Example 7, and the activity was measured according to Reference Example 4. The enzyme activity in Comparative Example 1 was taken as the standard (1.0), and the results of Example 7 and Example 8 are summarized in Table 7 as relative activities. By recovering the hydrolysis residue using washing water containing at least one of a water-soluble inorganic salt, an alkali, and a polar organic solvent, the recovered amount of cellulase components increased.

Figure 2014064563
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本発明で得られる糖液は、種々の発酵産物の糖原料として使用することができる。   The sugar liquid obtained in the present invention can be used as a sugar raw material for various fermentation products.

Claims (7)

以下の工程(1)および(2)を含むことを特徴とする、セルロース含有バイオマスからの糖液の製造方法。
工程(1):セルロース含有バイオマスの固形物重量に対して0.1〜50重量%の範囲で澱粉原料の発酵残渣を含む条件下にて、糸状菌由来セルラーゼによるセルロース含有バイオマスの加水分解を行う工程、
工程(2):工程(1)の加水分解物を固液分離して得られた溶液成分を限外濾過膜に通じて濾過し、非透過液として糸状菌由来セルラーゼを回収し、透過液として糖液を得る工程。
The manufacturing method of the sugar liquid from cellulose containing biomass characterized by including the following processes (1) and (2).
Step (1): The cellulose-containing biomass is hydrolyzed by the filamentous fungus-derived cellulase under the condition containing the fermentation residue of the starch raw material in the range of 0.1 to 50% by weight with respect to the solid weight of the cellulose-containing biomass. Process,
Step (2): The solution component obtained by solid-liquid separation of the hydrolyzate in Step (1) is filtered through an ultrafiltration membrane, and the filamentous fungus-derived cellulase is recovered as a non-permeate and used as a permeate. A step of obtaining a sugar solution.
工程(1)の糸状菌由来セルラーゼが、セロビオハイドラーゼ、エンドグルカナーゼ、β−グルコシダーゼ、キシラナーゼおよびβ−キシロシダーゼからなる群より選ばれる1以上の酵素成分を含むことを特徴とする、請求項1に記載の糖液の製造方法。   The filamentous fungus-derived cellulase in the step (1) contains one or more enzyme components selected from the group consisting of cellobiohydrase, endoglucanase, β-glucosidase, xylanase and β-xylosidase. The manufacturing method of the sugar liquid as described in any one of. 工程(1)の澱粉原料の発酵残渣がエタノール発酵後の蒸留残渣であることを特徴とする、請求項1または2に記載の糖液の製造方法。   The method for producing a sugar liquid according to claim 1 or 2, wherein the fermentation residue of the starch raw material in step (1) is a distillation residue after ethanol fermentation. 工程(1)において、セルロース含有バイオマスの希硫酸処理物または水熱処理物を加水分解することを特徴とする、請求項1から3のいずれか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 3, wherein in the step (1), the dilute sulfuric acid-treated product or hydrothermally-treated product of cellulose-containing biomass is hydrolyzed. 工程(1)において、水溶性無機塩および/または極性有機溶媒を加水分解反応総量に対して0.1〜5重量%の濃度範囲で含むことを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載の糖液の製造方法。   The step (1) includes a water-soluble inorganic salt and / or a polar organic solvent in a concentration range of 0.1 to 5% by weight with respect to the total hydrolysis reaction amount. The manufacturing method of the sugar liquid as described in any one of. さらに以下の工程(3)および(4)を含むことを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の糖液の製造方法。
工程(3):工程(2)の固液分離により得られた加水分解残渣を、水溶性無機塩、アルカリ、極性有機溶媒からなる群より選ばれる1以上を含む洗浄水にて洗浄する工程、
工程(4):工程(3)の洗浄物を固液分離して加水分解残渣と洗浄液に分離し、洗浄液に含まれる糸状菌由来セルラーゼ成分を回収する工程。
Furthermore, the manufacturing method of the sugar liquid in any one of Claim 1 to 5 characterized by including the following processes (3) and (4).
Step (3): A step of washing the hydrolysis residue obtained by solid-liquid separation in Step (2) with washing water containing one or more selected from the group consisting of a water-soluble inorganic salt, an alkali, and a polar organic solvent,
Step (4): A step of solid-liquid separation of the washed product of step (3) to separate a hydrolysis residue and a washing solution, and recovering a filamentous fungus-derived cellulase component contained in the washing solution.
前記請求項1から6のいずれかに記載の糖液の製造方法で得られた糖液を発酵原料として化学品を生産する能力を有する微生物を発酵培養することを特徴とする、化学品の製造方法。
Production of a chemical product, characterized by fermenting and culturing a microorganism having an ability to produce a chemical product using the sugar solution obtained by the method for producing a sugar solution according to any one of claims 1 to 6 as a fermentation raw material. Method.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014208493A1 (en) * 2013-06-25 2014-12-31 東レ株式会社 Method for producing sugar solution
WO2016072448A1 (en) * 2014-11-05 2016-05-12 東レ株式会社 Endoxylanase mutant, enzyme composition for biomass decomposition, and method for producing sugar solution
JP2016106562A (en) * 2014-12-04 2016-06-20 本田技研工業株式会社 Aspergillus variant, transformant, and production method of saccharifying enzyme
WO2023171644A1 (en) * 2022-03-08 2023-09-14 東レ株式会社 Filter aid, filtering processing method, and cellulase production method

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014208493A1 (en) * 2013-06-25 2014-12-31 東レ株式会社 Method for producing sugar solution
WO2016072448A1 (en) * 2014-11-05 2016-05-12 東レ株式会社 Endoxylanase mutant, enzyme composition for biomass decomposition, and method for producing sugar solution
US10435728B2 (en) 2014-11-05 2019-10-08 Toray Industries, Inc. Endoxylanase mutant, enzyme composition for biomass decomposition, and method of producing sugar solution
JP2016106562A (en) * 2014-12-04 2016-06-20 本田技研工業株式会社 Aspergillus variant, transformant, and production method of saccharifying enzyme
WO2023171644A1 (en) * 2022-03-08 2023-09-14 東レ株式会社 Filter aid, filtering processing method, and cellulase production method

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