JP2014187905A - Ethanol production method at low temperature using south pole-originated yeast - Google Patents

Ethanol production method at low temperature using south pole-originated yeast Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique to produce biomass ethanol that enables ethanol fermentation and simultaneous saccharification fermentation from biomass in a low-temperature environment.SOLUTION: This invention provides an ethanol fermentation method and a simultaneous saccharification fermentation method at a low temperature by using Mrakia fungi comprising Mrakia blollopis, South Pole-originated basidiomycete yeast, upon ethanol fermentation and simultaneous saccharification fermentation from biomass.

Description

本発明は、糖又はバイオマス酵素糖化液から、南極産担子菌酵母を利用し、低温下でエタノールを製造する方法に関する。更に、本発明は、南極産担子菌酵母を利用した、バイオマスから低温化で同時糖化発酵するエタノールの製法に関する。   The present invention relates to a method for producing ethanol from sugar or biomass enzyme saccharified solution using Antarctic basidiomycetous yeast at a low temperature. Furthermore, this invention relates to the manufacturing method of the ethanol which carries out simultaneous saccharification fermentation from biomass by low temperature using the Antarctic basidiomycetous yeast.

およそ7割を森林で囲われている緑豊かな国土を持っている我が国は、スギや稲ワラ、麦ワラなど未利用のリグノセルロース系バイオマスが豊富に存在している。このような未利用のリグノセルロース系バイオマスは、非食糧資源からのバイオマスエタノールの生産に役立つのみならず、石油資源枯渇後に、食料原料、化学工業原料又は発酵原料としての糖を生産するための地球上でもっとも重要な炭素源である(非特許文献1)。しかし自然界に存在しているリグノセルロース系バイオマスはセルロース、ヘミセルロース及びリグニンが絡み合った複雑な構成しているため、カッターミルなどによる物理的な粉砕やアルカリ処理によりリグニンとセルロース・ヘミセルロースの構造を破壊する前処理(非特許文献2)、又は前述の前処理を複数組み合わせた後、酵素処理が行われる。これら前処理がおこなわれているにも関わらず、リグノセルロース系バイオマスの酵素糖化液はその後のエタノール発酵などと併せて価格面並びに発酵効率の面で実際に利用できるレベルには至っていない(非特許文献3、4)。これはセルラーゼによる糖化反応が生産物であるセルロース由来のグルコース及び、セロビオースならびにヘミセルロース由来のマンノース、ガラクトース及びキシロースが蓄積することによりセルラーゼおよびβ-グルコシターゼの活性が阻害されることによる(非特許文献5)。これら糖類の蓄積による酵素の活性が阻害される対策として、同時糖化発酵(Simultaneous saccharification and fermentation) という技術がある。この技術はセルラーゼによる糖化反応と酵母などによる発酵を同時に行うことにより、酵素によって生成される糖の濃度を低濃度に抑制することができることから、糖化反応や発酵効率の改善する方法として期待されている(非特許文献6)。   Japan, which has a lush green land with approximately 70% of it surrounded by forests, is rich in unused lignocellulosic biomass such as cedar, rice straw and wheat straw. Such unused lignocellulosic biomass not only contributes to the production of biomass ethanol from non-food resources, but also the earth for producing sugar as food raw materials, chemical industrial raw materials, or fermentation raw materials after depletion of petroleum resources. It is the most important carbon source above (Non-Patent Document 1). However, the lignocellulosic biomass that exists in nature has a complex structure in which cellulose, hemicellulose, and lignin are intertwined. Therefore, the structure of lignin and cellulose / hemicellulose is destroyed by physical pulverization using a cutter mill or alkali treatment. After the pretreatment (Non-patent Document 2) or a combination of the aforementioned pretreatments, enzyme treatment is performed. Despite these pretreatments, the enzymatic saccharified lignocellulosic biomass has not reached a level that can be actually used in terms of price and fermentation efficiency in conjunction with subsequent ethanol fermentation, etc. References 3, 4). This is because the activity of cellulase and β-glucosidase is inhibited by accumulation of glucose derived from cellulose, which is a product of saccharification by cellulase, and mannose, galactose and xylose derived from cellobiose and hemicellulose (Non-Patent Document 5). ). There is a technique called simultaneous saccharification and fermentation as a countermeasure for inhibiting the activity of the enzyme due to the accumulation of these saccharides. This technology is expected as a method to improve the saccharification reaction and fermentation efficiency because the saccharification reaction by cellulase and the fermentation by yeast etc. can be performed at the same time, so that the sugar concentration produced by the enzyme can be suppressed to a low concentration. (Non-Patent Document 6).

一般にセルラーゼの至適活性温度は50℃〜60℃付近であり、酵母の至適発酵温度は30℃前後であることから、その中間である40℃前後での同時糖化発酵を行う研究が盛んに行われている(非特許文献7)。好冷性担子菌酵母のムラキア属菌はこれまでに北極、シベリア、アラスカ、アルプス、パタゴニア、南極など様々な極地(非特許文献8)から報告されている。ムラキア属菌は低温下でエタノール発酵をする担子菌類としても知られているが、糖類から2 % (v/v)以上の高濃度エタノールを生産したという報告はこれまでにない(非特許文献9)。   In general, the optimum activity temperature of cellulase is around 50 ° C to 60 ° C, and the optimum fermentation temperature of yeast is around 30 ° C. (Non-Patent Document 7). So far, chilling basidiomycetous yeasts have been reported from various polar regions such as Arctic, Siberia, Alaska, Alps, Patagonia, Antarctica (Non-patent Document 8). Although Murachia is also known as a basidiomycete that undergoes ethanol fermentation at low temperatures, there has never been a report that high concentrations of 2% (v / v) or more ethanol were produced from sugars (Non-patent Document 9). ).

ところで、日本の国土の約20%以上は冬季に0℃付近まで気温が低下する地域で占められている。このような地域で冬季に発酵や同時糖化発酵を行うには糖化・発酵槽を加温し続けなければならず、多大なエネルギーコストがかかり、バイオマスエタノールの価格を押し上げるという問題点がある。   By the way, more than 20% of Japan's land is occupied by areas where temperatures drop to around 0 ° C in winter. In order to perform fermentation and simultaneous saccharification and fermentation in such areas in winter, the saccharification / fermentor must be kept warm, which entails significant energy costs and increases the price of biomass ethanol.

特許公開2011−115063 五十嵐優子ら : 樹皮の糖化方法および同時糖化発酵方法Patent Publication 2011-115063 Yuko Igarashi et al: Saccharification method of bark and simultaneous saccharification and fermentation method 特許公開2011−55715 林俊介ら : 同時糖化発酵によるエタノール生産方法Patent Publication 2011-55715 Shunsuke Hayashi et al.: Ethanol Production Method by Simultaneous Saccharification and Fermentation 特許公開2012−179021 林俊介ら : 廃棄物からエタノールを製造する方法Patent Publication 2012-179021 Shunsuke Hayashi et al: Method for producing ethanol from waste

J. Nowakら:Composite structure of wood cellsin petrified wood. Materials Science and Engineering: C, 25, 119-130, 2005J. Nowak et al .: Composite structure of wood cells in petrified wood. Materials Science and Engineering: C, 25, 119-130, 2005 Y. Yamashitaら: Effective enzyme saccharification and ethanol production from Japanese cedar using various pretreatment methods. Journal of Bioscience and Bioengineering, 110, 79-86, 2010Y. Yamashita et al: Effective enzyme saccharification and ethanol production from Japanese cedar using various pretreatment methods. Journal of Bioscience and Bioengineering, 110, 79-86, 2010 木本浩介 : 木質系原料からのバイオエタノール製造プロセス. 三井造船技報, 201, 24-29, 2010Kosuke Kimoto: Bioethanol production process from wood-based raw materials. Mitsui Engineering & Shipbuilding Technical Report, 201, 24-29, 2010 朝野賢司ら : 日本におけるバイオエタノールの生産コストとCO2削減コスト分析. [online] AIST/BTRC DISCUSSION PAPER, July, 2007, インターネットhttps://unit.aist.go.jp/btrc/research_result/documents/DISCUSSIONPAPER.pdfKenji Asano et al.: Bioethanol production cost and CO2 reduction cost analysis in Japan. [Online] AIST / BTRC DISCUSSION PAPER, July, 2007, Internet https://unit.aist.go.jp/btrc/research_result/documents/DISCUSSIONPAPER .pdf Z. Xiaoら: Effect of Sugar Inhibition on Cellulases and β- Glucosidase During Enzymatic Hydrolysis of Softwood Substrates. Applied Biochemistry and Biotechnology. 113-116, 1115-1126, 2004Z. Xiao et al .: Effect of Sugar Inhibition on Cellulases and β- Glucosidase During Enzymatic Hydrolysis of Softwood Substrates. Applied Biochemistry and Biotechnology. 113-116, 1115-1126, 2004 I. Ballesterosら: Selection of ThermotolerantYeasts for Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) of Cellulase to Ethanol. Applied Biochemistry and Biotechnologu. 28-29, 307-315, 1991I. Ballesteros et al .: Selection of ThermotolerantYeasts for Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) of Cellulase to Ethanol. Applied Biochemistry and Biotechnologu. 28-29, 307-315, 1991 L. Dwiartiら: Simultaneous saccharification and fermentation of paper sludge without pretreatment using cellulasefrom Acremonium cellulolyticusand thermotolerant Saccharomyces cerevisiae. Biomass and Bioenergy. 42, 114-122, 2012L. Dwiarti et al: Simultaneous saccharification and fermentation of paper sludge without pretreatment using cellulase from Acremonium cellulolyticus and thermotolerant Saccharomyces cerevisiae. Biomass and Bioenergy. 42, 114-122, 2012 E. Brandaら: Yeast and yeast-like diversity in the southernmost glacier of Europe (Calderone Glacier, Appenines, Italy). FEMS Microbiology Ecology. 72, 354-369, 2010E. Branda et al: Yeast and yeast-like diversity in the southernmost glacier of Europe (Calderone Glacier, Appenines, Italy). FEMS Microbiology Ecology. 72, 354-369, 2010 S. R. Thomas-Hallら: Cold-adaped yeasts from Antarcticaand the Italian Alps-description of three novel species: Mrakia robertii sp. nov., Mrakia blollopis sp. nov. and Mrakiella niccombii sp. nov. Extremophiles(2010) Vol.14,pp.47-59SR Thomas-Hall et al: Cold-adaped yeasts from Antarcticaand the Italian Alps-description of three novel species: Mrakia robertii sp. Nov., Mrakia blollopis sp. Nov. And Mrakiella niccombii sp. Nov. Extremophiles (2010) Vol. 14, pp.47-59

本発明は以下の発明を包含する。
(1)ムラキア属菌に属する菌類を用いて、低温下で、高濃度エタノールを製造する方法。
(2)ムラキア属菌に属する菌類を用いて、低温下で、バイオマス酵素糖化液からバイオエタノールを生成する方法。
(3)ムラキア属菌に属する菌類を用いて、低温下で、バイオマスから同時糖化発酵によりバイオエタノールを生成する方法。
(4)非イオン性界面活性剤を添加し、低温下で、バイオマスからの糖化同時発酵による バイオエタノールを生成する方法。
(5)バイオマスがユーカリ由来である上記(2)から(4)いずれかに記載のバイオエタノールの生成方法。
The present invention includes the following inventions.
(1) A method for producing high-concentration ethanol at low temperatures using fungi belonging to the genus Murachia.
(2) A method of producing bioethanol from a biomass enzyme saccharified solution at low temperatures using fungi belonging to the genus Murachia.
(3) A method for producing bioethanol from biomass by simultaneous saccharification and fermentation at low temperatures using fungi belonging to the genus Murachia.
(4) A method for producing bioethanol from biomass by simultaneous fermentation with saccharification at low temperatures by adding a nonionic surfactant.
(5) The bioethanol production method according to any one of (2) to (4) above, wherein the biomass is derived from eucalyptus.

本発明の課題は、外気温が低下する冬季に、糖化・発酵槽を加温することなく、又は加温するのに使用するエネルギーコストを低く抑えるため、低温下で、グルコースなどの糖液又はリグノセルロース系バイオマス等のバイオマス糖化液から、エタノール発酵を効率的に行う微生物変換法を提供することである。更なる本発明の第2番目の課題は、リグノセルロース系バイオマス等バイオマスの同時糖化発酵を効率的に行う微生物変換法を提供することである。   An object of the present invention is to prevent a saccharification / fermenter from being heated in the winter when the outside air temperature is low, or to keep the energy cost used for heating low. It is to provide a microbial conversion method for efficiently performing ethanol fermentation from a biomass saccharified liquid such as lignocellulosic biomass. A second object of the present invention is to provide a microbial conversion method for efficiently performing simultaneous saccharification and fermentation of biomass such as lignocellulosic biomass.

ところで、近年、リグノセルロース系バイオマス原料として成長の早いユーカリ由来のバイオマスが注目されている。しかしながら、ユーカリ材の糖化液については、発酵微生物法ではエタノール産生が十分でないことも報告されている。そこで、ユーカリ材由来のバイオマスを用いても低温下で効率よくエタノール発酵ができる方法を提供することも本願発明の第3番目の課題とする。   By the way, in recent years, a fast-growing eucalyptus-derived biomass has attracted attention as a lignocellulosic biomass raw material. However, eucalyptus wood saccharified liquid has also been reported to be insufficient in ethanol production by the fermentation microorganism method. Accordingly, it is a third object of the present invention to provide a method capable of efficiently performing ethanol fermentation at a low temperature even using biomass derived from eucalyptus.

本発明者らは、前記課題を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、南極産ムラキア・ブロロピス等の担子菌酵母が、低温下で、高濃度の糖類から高濃度のエタノールを生産すること見出した。そして、本発明者らは、ユーカリ由来のバイオマスを含め、バイオマスから調製した糖化液も、低温でエタノール発酵できること、更には、非イオン性界面活性剤を添加してリグノセルロース系バイオマスを同時発酵すると発酵効率が更に改善することを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive research to achieve the above-mentioned problems, the present inventors have found that basidiomycetous yeasts such as Antarctic Murachia brolopis produce high concentrations of ethanol from high concentrations of sugars at low temperatures. . And, the present inventors can also saccharified liquid prepared from biomass, including eucalyptus-derived biomass, and ethanol fermentation at low temperature. Furthermore, when nonionic surfactant is added and lignocellulosic biomass is co-fermented It discovered that fermentation efficiency improved further and came to complete this invention.

本願発明は、バイオマスから低温で効率的にエタノールを提供することができるという優れた効果を奏する。より具体的には、例えば、本発明により、低温下で120 g/lの糖類から45 g/l以上のエタノールを提供することができる。更に、本発明により、従来は困難であった、ユーカリ材に由来するバイオマスから低温で効率的にエタノールを提供することができる。また、本発明により、例えば、100g/lのリグノセルロース系バイオマスから糖化同時発酵を行うことで、少なくとも11g/lのエタノールを提供することが可能となる。   The present invention has an excellent effect that ethanol can be efficiently provided from biomass at a low temperature. More specifically, for example, according to the present invention, 45 g / l or more ethanol can be provided from 120 g / l saccharide at low temperature. Furthermore, according to the present invention, ethanol can be efficiently provided at low temperature from biomass derived from eucalyptus, which has been difficult in the past. Further, according to the present invention, for example, by performing simultaneous saccharification fermentation from 100 g / l lignocellulosic biomass, it becomes possible to provide at least 11 g / l ethanol.

実施例1の条件にてMrakia blollopisによるエタノール発酵を行った際の残存グルコース濃度(▲)とエタノール濃度(●)。Residual glucose concentration (▲) and ethanol concentration (●) when ethanol fermentation with Mrakia blollopis was performed under the conditions of Example 1. 実施例2の条件にてMrakia blollopisによるエタノール発酵を行った際の残存グルコース濃度(▲)とエタノール濃度(●)。Residual glucose concentration (▲) and ethanol concentration (●) when ethanol fermentation with Mrakia blollopis was performed under the conditions of Example 2. 比較例1の条件にてMrakia blollopisによる同時糖化発酵を行った際のグルコース濃度(▲)とエタノール濃度(●)。Glucose concentration (▲) and ethanol concentration (●) when simultaneous saccharification and fermentation with Mrakia blollopis was performed under the conditions of Comparative Example 1. 実施例3の条件にてMrakia blollopisによる同時糖化発酵を行った際のグルコース濃度(▲)とエタノール濃度(●)。The glucose concentration (▲) and ethanol concentration (●) when simultaneous saccharification and fermentation with Mrakia blollopis was performed under the conditions of Example 3. 実施例4の条件にてMrakia blollopisによる同時糖化発酵を行った際のグルコース濃度(▲)とエタノール濃度(●)。The glucose concentration (▲) and ethanol concentration (●) when simultaneous saccharification and fermentation with Mrakia blollopis was performed under the conditions of Example 4. 実施例5の条件にてMrakia blollopisによる同時糖化発酵を行った際のグルコース濃度(▲)とエタノール濃度(●)。The glucose concentration (▲) and ethanol concentration (●) when simultaneous saccharification and fermentation with Mrakia blollopis was performed under the conditions of Example 5. 実施例6の条件にてMrakia blollopisによる同時糖化発酵を行った際のグルコース濃度(▲)とエタノール濃度(●)。The glucose concentration (▲) and ethanol concentration (●) when simultaneous saccharification and fermentation with Mrakia blollopis was performed under the conditions of Example 6.

1.低温高濃度アルコール製造法
本願発明は、低温で高濃度のアルコール生産をできる低温高濃度アルコール製造法を提供する。より具体的には、本願発明は、ムラキア属菌類を用いることによる、低温で糖液から高濃度のアルコールを製造する方法を提供する。
1. TECHNICAL FIELD The present invention provides a method for producing a low-temperature high-concentration alcohol capable of producing a high-concentration alcohol at a low temperature. More specifically, the present invention provides a method for producing a high-concentration alcohol from a sugar solution at a low temperature by using Murachia fungi.

本発明に用いるムラキア属菌類は、低温下でエタノール発酵が可能な菌株であれば、いずれの菌株であってもよいが、10℃以下の低温で生育およびエタノール発酵が可能な菌株が好ましい。このような菌株として、具体的には担子菌門ハラタケ亜門シロキクラゲ菌網シストフィロバシディウム目シストフィロバシディウム科ムラキア属の菌類であるムラキア・ブロロピスが挙げられ、もっとも好適には、ムラキア・ブロロピス SK-4株 (Mrakia blollopis) FERM P−22126株が挙げられる。   The genus Murchia used in the present invention may be any strain as long as it is capable of ethanol fermentation at low temperatures, but is preferably a strain capable of growth and ethanol fermentation at a low temperature of 10 ° C. or lower. Specific examples of such strains include Murachia brolopis, a fungus belonging to the genus Murchia belonging to the family Basidiomycota agaricus Agaricus phyllum fungus, Cystophilobasidium, Cystophilobasidium, and most preferably Murachia. -Brolopis SK-4 strain (Mrakia blollopis) FERM P-22126 strain is mentioned.

本願発明において、低温とは、室温20℃以下の低温を意味しているが、好適には、-1℃から20℃の範囲、更に好適には、4℃から15℃の範囲を採用することができる。   In the present invention, the low temperature means a low temperature of room temperature of 20 ° C. or less, preferably a range of −1 ° C. to 20 ° C., more preferably a range of 4 ° C. to 15 ° C. Can do.

低温で高濃度のアルコールを製造する方法では、原料として、糖、具体的には、グルコース、スクロース、フルクトース、ガラクトース、マルトース、ラクトース、ラフィノース、トレハロース、及びメリビオースからなる群から選ばれる1種以上の糖を用いることができる。グルコース、フルクトース、スクロースいずれの場合も、糖濃度としては、例えば、1から200g/lのものを用いることができる。糖以外の成分としては、原料にでんぷん、小麦ふすま、及び/又は乳清などが含まれていても良い。   In the method for producing high-concentration alcohol at low temperature, the raw material is sugar, specifically, one or more selected from the group consisting of glucose, sucrose, fructose, galactose, maltose, lactose, raffinose, trehalose, and melibiose. Sugar can be used. In any case of glucose, fructose, and sucrose, a sugar concentration of, for example, 1 to 200 g / l can be used. As ingredients other than sugar, starch, wheat bran, and / or whey may be included in the raw material.

本発明の低温高濃度アルコール生産法では、例えば、約120g/lのグルコース溶液にムラキア・ブロロピスを加えることにより10℃で約48 g/lのエタノールを得ることができる。
低温エタノール発酵中は、糖溶液を10 rpmから200 rpm程度の攪拌をすることもできる。
In the method for producing low-temperature and high-concentration alcohol of the present invention, for example, about 48 g / l ethanol can be obtained at 10 ° C. by adding Murachia brolopis to about 120 g / l glucose solution.
During low temperature ethanol fermentation, the sugar solution can be stirred at about 10 to 200 rpm.

2.バイオマスを用いる低温エタノール生産方法
また、本願発明は、バイオマスから、低温でアルコールを生産する方法を提供する。
より具体的には、本願発明は、ムラキア属菌類を用いることによる、リグノセルロース系バイオマスから低温アルコール生産法を提供する。
2. Low temperature ethanol production method using biomass Moreover, this invention provides the method of producing alcohol at low temperature from biomass.
More specifically, the present invention provides a method for producing a low-temperature alcohol from lignocellulosic biomass by using Murachia fungi.

本発明に用いるムラキア属菌類は、上記1.低温高濃度アルコール発酵法と同様、低温下でエタノール発酵が可能な菌株であれば、いずれの菌株であってもよいが、例えば、ムラキア・ブロロピス、より好適には、例えばムラキア・ブロロピス SK-4株 (Mrakia blollopis) (FERM P−22126株)が挙げられる。   The genus Murchia used in the present invention may be any strain as long as it is a strain capable of ethanol fermentation at a low temperature, as in the above-mentioned 1. Low temperature high concentration alcohol fermentation method, for example, Muracia brolopis, More preferably, for example, Murakia brolopis SK-4 strain (Mrakia blollopis) (FERM P-22126 strain).

2−1.バイオマス
本願発明の対象となるバイオマスは、当該バイオマスから糖液が調製できるものであれば、いずれのバイオマスでも良いが、例えば、セルロース含有バイオマス、例えば、リグノセルロース系バイオマスを挙げることができる。
2-1. Biomass The biomass that is the subject of the present invention may be any biomass as long as a sugar solution can be prepared from the biomass. Examples thereof include cellulose-containing biomass such as lignocellulosic biomass.

本明細書においてセルロースとはグルコースがβ-1,4グルコシド結合により重合した重合体およびその誘導体をいう。セルロースにおけるグルコースの重合度は特に限定しないが、好ましくは200 以上である。また、誘導体としては、カルボキシメチル化、アルデヒド化又はエステル化などの誘導体が挙げられる。また、セルロースは、その部分分解物であるセロオリゴ糖及び/又はセロビオースを含んでもよい。さらに、セルロースは、結晶性セルロースであってもよいし、非結晶性セルロースであってもよいが、好ましくは結晶性セルロースを含む。さらに、セルロースはバイオマス由来のものであれば特に限定しない。植物由来、真菌由来、及び/又は細菌由来であってもよい。   In the present specification, cellulose refers to a polymer in which glucose is polymerized by β-1,4 glucoside bonds and derivatives thereof. The degree of polymerization of glucose in cellulose is not particularly limited, but is preferably 200 or more. Examples of the derivative include derivatives such as carboxymethylation, aldehyde formation, or esterification. Cellulose may also contain cellooligosaccharide and / or cellobiose, which are partially decomposed products. Further, the cellulose may be crystalline cellulose or non-crystalline cellulose, but preferably contains crystalline cellulose. Furthermore, the cellulose is not particularly limited as long as it is derived from biomass. It may be derived from plants, fungi, and / or bacteria.

本発明方法の対象となるリグノセルロース系バイオマスには、セルロース及びヘミセルロースからなる多糖類がリグニンにより木化したものが挙げられる。本願発明におけるリグノセルロース系バイオマスには、広葉樹、針葉樹、バガス、稲ワラ、コーンストーバー、アブラヤシ空果房、その他農林水産物資源およびそれらの廃棄物が含まれ、更に、これらに由来する木材繊維、木材チップ、木くず、パルプ類及び古紙類などリグニン含量が少ないもしくは含まれないセルロース系バイオマス,セルロース系バイオマスおよびそれらの廃棄物をも含まれる。また、これらのバイオマス資源は2以上の組み合わせて用いても良い。   Examples of the lignocellulosic biomass to be subjected to the method of the present invention include those obtained by converting a polysaccharide composed of cellulose and hemicellulose into a tree by lignin. The lignocellulosic biomass in the present invention includes hardwoods, conifers, bagasse, rice straw, corn stover, oil palm empty fruit bunches, other agricultural, forestry and fishery resources and wastes thereof, and wood fibers and wood derived therefrom. Also included are cellulosic biomass, cellulosic biomass, and wastes thereof with low or no lignin content such as chips, wood chips, pulp and waste paper. These biomass resources may be used in combination of two or more.

好ましいリグノセルロース系バイオマスは例えば稲ワラ、バガス、コーンストーバー、アブラヤシ空果房、ユーカリ木粉、及びスギ木粉である。   Preferred lignocellulosic biomass is, for example, rice straw, bagasse, corn stover, oil palm empty fruit bunch, eucalyptus wood flour, and cedar wood flour.

2−2.バイオマス糖化液発酵法
本願発明のバイオマス糖化液発酵法には、(1)まず、バイオマスを糖化しバイオマス糖化液を製造し、次にこのバイオマス糖化液を上記ムラキア属菌類を用いて低温でエタノール発酵する2工程に分ける方法、及び(2)バイオマスを糖化すると同時にする上記ムラキア属菌類を用いて低温エタノール発酵する、同時糖化発酵法が包含される。
2-2. Biomass saccharified liquor fermentation method In the biomass saccharified liquor fermentation method of the present invention, (1) first, biomass is saccharified to produce a biomass saccharified liquor, and then this biomass saccharified liquor is ethanol-fermented at a low temperature using the above Murcia fungus. And (2) a simultaneous saccharification and fermentation method in which low-temperature ethanol fermentation is carried out using the above-mentioned Murcia fungus that simultaneously saccharifies biomass.

2−2−1.バイオマスの前処理
エタノール生産のためのバイオマスは、例えば、リグノセルロース系バイオマスであれば、廃材等の形体で入手されるが、これを効率よく糖化するために、通常粉砕し、更に酵素法により投下する場合はリグノセルロースが酵素により分解される前処理がなされる。
2-2-1. Biotreatment of biomass Biomass for ethanol production is obtained in the form of waste materials, for example, if it is lignocellulosic biomass, but in order to efficiently saccharify it, it is usually crushed and dropped by an enzymatic method. In this case, a pretreatment is performed in which lignocellulose is decomposed by an enzyme.

本発明における前処理としては、バイオマスの糖化で通常なされているいずれの前処理方法を採用しても良い。前処理としては、例えば、(1)微粉砕処理、(2)蒸煮/爆砕処理または水熱処理、(3)希硫酸処理、(4)アルカリ処理、(5)オルガノソルブ処理、(6)生物学的前処理法などが知られており、これらを組み合わせることもできる。好適には、前処理として、メカノケミカル処理をすることができる。   As the pretreatment in the present invention, any pretreatment method usually used in biomass saccharification may be employed. Examples of the pretreatment include (1) pulverization treatment, (2) steaming / explosion treatment or hydrothermal treatment, (3) dilute sulfuric acid treatment, (4) alkali treatment, (5) organosolv treatment, (6) biology Target pretreatment methods are known, and these can be combined. Preferably, mechanochemical treatment can be performed as pretreatment.

2−2−2.バイオマスの糖化
バイオマス中のセルロース及びヘミセルロースは、糖化処理により、まず、オリゴ糖又はグルコース等の単糖に分解される。糖化処理工程としては、硫酸などによる加水分解処理や、酵素処理があるが、好適には酵素処理によることができる。
2-2-2. Saccharification of biomass Cellulose and hemicellulose in biomass are first decomposed into monosaccharides such as oligosaccharides or glucose by saccharification treatment. Examples of the saccharification treatment step include hydrolysis treatment with sulfuric acid and the like, and enzyme treatment.

酵素処理に用いる酵素としては、セルラーゼ、及びへミセルラーゼが挙げられ、バイオマスのセルラーゼ及び/又はヘミセルラーゼによる糖化条件は、従来のバイオマスの糖化における一般的条件によることができる。   Examples of the enzyme used for the enzyme treatment include cellulase and hemicellulase, and the saccharification conditions of biomass cellulase and / or hemicellulase can be based on general conditions for saccharification of conventional biomass.

セルラーゼはセルロースをグルコースにまで分解する一連の酵素群であり、セルラーゼとしては、こうした酵素群から選択されるが、好ましくは、エンドグルカナーゼ(EC 3.2.1.74),セロビオヒドロラーゼ(EC 3.2.1.91),及びβ-グルコシナーゼ(EC 23.2.4.1,EC 3.2.1.21) が挙げられる。   Cellulase is a series of enzymes that decompose cellulose into glucose, and the cellulase is selected from these enzymes. Preferably, endoglucanase (EC 3.2.1.74), cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91) , And β-glucosinase (EC 23.2.4.1, EC 3.2.1.21).

セルラーゼとしては、特に限定されないが、それ自体の活性が高いセルラーゼであることが好ましい。このようなセルラーゼとしては、例えばアクレモニウム属(Acremonium)菌、トリコデルマ属(Trichoderma)菌、フザリウム属(Fusarium)菌、ファネロケーテ属(Phanerochaete)菌、トレメテス属(Tremetes)菌、ペニシリウム属(Penicillium)菌、フミコーラ属(Humicola)菌、アスペルギルス属(Aspergillus)菌、ムラキア属(Mrakia)菌等の他に、クロストリジウム属(Clostridium)菌、シュードモナス属(Pseudomonas)菌、セルロモナス属(Cellulomonas)菌、ルミノコッカス属(Ruminococcus)菌、バチルス属(Bacillus)菌等の細菌、スルフォロバス属(Sulfolobus)菌、ストレプトマイセス属(Streptomyces)菌、サーモアクチノマイセス属(Thermoactinomyces)菌等の放線菌由来のセルラーゼが挙げられる。こうした各種セルラーゼから1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。   Although it does not specifically limit as a cellulase, It is preferable that it is a cellulase with high activity itself. Examples of such cellulases include Acremonium, Trichoderma, Fusarium, Phanerochaete, Tremetes, and Penicillium. In addition to Humicola, Aspergillus, and Murakia, Clostridium, Pseudomonas, Cellulomonas, and Luminococcus Examples include cellulases derived from actinomycetes such as (Ruminococcus) bacteria, Bacillus bacteria, Sulfolobus bacteria, Streptomyces bacteria, Thermoactinomyces bacteria, etc. . One or a combination of two or more of these cellulases can be used.

ヘミセルラーゼも、従来からバイオマスの糖化に利用されているヘミセルラーゼであれば、いずれを利用しても良い。ヘミセルラーゼは、ヘミセルロースをキシロース、アラビノース、マンノース、ガラクトース等に加水分解する酵素反応系を触媒する酵素群の総称であり、その作用様式により、キシラナーゼ、アラビナナーゼ、アラビノフラノシダーゼ、マンナナーゼ、ガラクタナーゼ、キシロシダーゼ、マンノシダーゼなど種々の名称で呼ばれる酵素が存在する。ヘミセルラーゼとしては、特に限定されないが、それ自体の活性が高いヘミセルラーゼであることが好ましい。こうした各種ヘミセルラーゼから1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。   Any hemicellulase may be used as long as it is a hemicellulase conventionally used for saccharification of biomass. Hemicellulase is a general term for an enzyme group that catalyzes an enzyme reaction system that hydrolyzes hemicellulose into xylose, arabinose, mannose, galactose, and the like. There are enzymes called by various names such as xylosidase and mannosidase. Although it does not specifically limit as hemicellulase, It is preferable that it is hemicellulase with high activity itself. One or a combination of two or more of these various hemicellulases can be used.

また、当該酵素の作用温度範囲内であればよく、例えば酵素の作用温度範囲内の低温で糖化反応を行うこともできる。例えば、40℃以下の範囲を採用することができる。   The saccharification reaction may be performed at a low temperature within the working temperature range of the enzyme, for example, within the working temperature range of the enzyme. For example, a range of 40 ° C. or lower can be employed.

2−2−3.バイオマス糖化液のエタノール発酵
本願発明では、バイオマス糖化液は、低温で、アルコール発酵される。低温とは、上記1.低温高濃度エタノール発酵法に記載の条件と同様に、室温20℃以下の低温を意味しているが、好適には、-1℃から20℃の範囲、更に好適には、4℃から15℃の範囲を採用することができる。本発明に用いるムラキア属菌類についても、1.低温高濃度エタノール発酵法に記載の菌株と同じである。具体的には担子菌門ハラタケ亜門シロキクラゲ菌網シストフィロバシディウム目シストフィロバシディウム科ムラキア属の菌類、例えばムラキア・ブロロピス SK-4株 (Mrakia blollopis)(FERM P−22126株)が最も好ましい菌株として上げられる。
2-2-3. Ethanol fermentation of biomass saccharified liquid In the present invention, the biomass saccharified liquid is alcohol-fermented at a low temperature. The low temperature means a low temperature of room temperature of 20 ° C. or lower, similar to the conditions described in 1. Low-temperature high-concentration ethanol fermentation method, preferably in the range of −1 ° C. to 20 ° C., more preferably The range of 4 ° C to 15 ° C can be adopted. The genus Murchia used in the present invention is the same as the strain described in 1. Low temperature high concentration ethanol fermentation method. Specifically, the fungi belonging to the genus Murachia brolopis SK-4 (Merakia blollopis) (FERM P-22126) are included in the family Basidiomycota agaricus Agaricus phyllum fungus net cystophilobasidium cystophylobasidium family Murachia. The most preferred strain.

なお、たとえば、リグノセルロース系バイオマス酵素糖化液を用いた発酵方法では、約41 g/lグルコース濃度の糖化液にムラキア・ブロロピスを加えることにより10℃で約17 g/lのエタノールをえることができる。   For example, in a fermentation method using lignocellulosic biomass enzyme saccharified solution, about 17 g / l ethanol can be obtained at 10 ° C by adding Murachia broropis to a saccharified solution having a glucose concentration of about 41 g / l. it can.

2−2−4.バイオマスの同時糖化
前述のように、セルラーゼによる糖化反応が生産物であるセルロース由来のグルコース及びセロビオースが反応液中に蓄積することによりセルラーゼの活性が阻害されることが知られている。この阻害を防ぐために、糖化すると同時にエタノール発酵する、つまり、セルラーゼによる生産物を直ちにエタノール発酵することで、反応液中のセルラーゼによる生産物の濃度を低下して、生産物によりセルラーゼの活性阻害を防ぐことができる。このように糖化処理とエタノール発酵を同時に行う方法は、同時糖化発酵法と呼ばれている。
2-2-4. Simultaneous saccharification of biomass As described above, it is known that the activity of cellulase is inhibited by the accumulation of glucose and cellobiose derived from cellulose, which is a product of the saccharification reaction by cellulase, in the reaction solution. In order to prevent this inhibition, saccharification and ethanol fermentation are performed simultaneously. Can be prevented. A method of simultaneously performing saccharification treatment and ethanol fermentation in this manner is called a simultaneous saccharification and fermentation method.

本件発明においても、バイオマスからの糖化とエタノール発酵は同時に行うこともできる。本発明においてリグノセルロース系バイオマス等バイオマスを同時糖化発酵するにあたり、その方法および装置に特に制限は無く、公知の方法や装置が適応できる。同時糖化反応装置はバッチ式・固定床反応式・連続式などであってもよい。   Also in this invention, saccharification from biomass and ethanol fermentation can also be performed simultaneously. In the present invention, there is no particular limitation on the method and apparatus for simultaneous saccharification and fermentation of biomass such as lignocellulosic biomass, and known methods and apparatuses can be applied. The simultaneous saccharification reaction apparatus may be a batch type, a fixed bed reaction type, a continuous type, or the like.

また、バイオマスの同時糖化においては、非イオン性の界面活性剤を更に添加することにより、エタノールの生産量を増大させることができる。非イオン性の界面活性剤の添加量としては、例えば、100 g/lリグノセルロース系バイオマスあたり、0.1% (v/v)から 10% (v/v)添加できる。好適には、1% (v/v)となるように非イオン性界面活性剤とムラキア・ブロロピスを加えることにより、界面活性剤を加えなかったバイオマスの同時糖化発酵と比べて約1.1-1.6倍のエタノール生成量を得ることができた。   Moreover, in the simultaneous saccharification of biomass, the production amount of ethanol can be increased by further adding a nonionic surfactant. As the addition amount of the nonionic surfactant, for example, 0.1% (v / v) to 10% (v / v) can be added per 100 g / l lignocellulosic biomass. Preferably, by adding nonionic surfactant and Murakia broropis to 1% (v / v), it is about 1.1-1.6 times compared to simultaneous saccharification and fermentation of biomass without surfactant. The amount of ethanol produced can be obtained.

以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
高濃度グルコースからのエタノール発酵は20 mM クエン酸緩衝液中に120 g/lのグルコースに5 g/l yeast extract, 5 g/l Bacto peptone, 2 g/l NH4Cl, 1 g/l KH2PO4, 0.3 g/l MgSO4・7H2Oを含んだ発酵用培地にYPD 液体培地(10 g/l yeast extract, 20 g/l peptone, 20 g/l glucose)で96時間10℃、 120 rpmの条件で前培養していたムラキア・ブロロピス(FERM P−22126株)8 mlを3000 × g 4℃ 10分間遠心分離し、菌体を回収した。滅菌蒸留水で2回洗浄し再び遠心分離して回収した菌体を滅菌蒸留水1 mlに懸濁したものを接種源として植菌し10℃、 120 rpmの条件で19日間発酵試験を行った。発酵試験開始直後から発酵試験溶液の一部を採取し、12100 × g 4℃、 5分間遠心分離し、上清を回収した。回収した上清はその後、高速クロマトグラフィーにてグルコース濃度とエタノール濃度を測定した。グルコースの定量条件は検出器:日本分光RI-2031、 カラム:Aminex HPX87P、 移動相:イオン交換水、 流速: 0.6 mL / min、 カラム温度:80℃で行った。 エタノールの定量条件は検出器:日本分光RI-2031、 カラム:Aminex HPX87H、 移動相:5mM H2SO4、 流速: 0.6 mL / min、 カラム温度:65℃で行った。 結果を図1に示す。発酵開始からエタノール濃度は徐々に生産されることが確認され、グルコース濃度は徐々に減少した。発酵開始19日後にグルコースは完全に消費された。この条件では発酵終了後、エタノール濃度約48 g/lのエタノールを得た。
[Example 1]
Ethanol fermentation from high-concentration glucose is 5 g / l yeast extract, 5 g / l Bacto peptone, 2 g / l NH 4 Cl, 1 g / l KH to 120 g / l glucose in 20 mM citrate buffer. 2 Fermentation medium containing PO 4 , 0.3 g / l MgSO 4 7H 2 O in YPD liquid medium (10 g / l yeast extract, 20 g / l peptone, 20 g / l glucose) for 96 hours at 10 ° C, 8 ml of Murachia brolopis (FERM P-22126 strain) that had been pre-cultured under the condition of 120 rpm was centrifuged at 3000 × g 4 ° C. for 10 minutes to recover the cells. Bacteria collected after washing twice with sterilized distilled water and centrifuging again and suspending in 1 ml of sterilized distilled water were inoculated as an inoculation source and subjected to a fermentation test for 19 days at 10 ° C and 120 rpm. . A portion of the fermentation test solution was collected immediately after the start of the fermentation test, centrifuged at 12100 × g 4 ° C. for 5 minutes, and the supernatant was collected. The collected supernatant was then measured for glucose concentration and ethanol concentration by high-speed chromatography. The quantitative conditions for glucose were as follows: detector: JASCO RI-2031, column: Aminex HPX87P, mobile phase: ion-exchanged water, flow rate: 0.6 mL / min, column temperature: 80 ° C. The ethanol quantification conditions were as follows: detector: JASCO RI-2031, column: Aminex HPX87H, mobile phase: 5 mM H 2 SO 4 , flow rate: 0.6 mL / min, column temperature: 65 ° C. The results are shown in Figure 1. It was confirmed that the ethanol concentration was gradually produced from the start of fermentation, and the glucose concentration gradually decreased. Glucose was completely consumed 19 days after the start of fermentation. Under this condition, ethanol having an ethanol concentration of about 48 g / l was obtained after the fermentation.

[実施例2]
リグノセルロース系バイオマスの酵素糖化反応は20 mM クエン酸緩衝液(pH 4.5)にメカノケミカル処理したスギ木粉を200 g/lとなるように加え十分に懸濁した後、株式会社 明治社製Acremozyme セルラーゼを6 FPU/g、 Genencor社製 Optimash BGを20 μl/ g添加し、37℃,120rpmで96時間撹拌しながら加水分解反応をおこなった。反応終了後、0.22μmのフィルターユニットにより糖化液を回収し、実施例1の条件でグルコース濃度を測定した。測定の結果グルコース濃度約40.9 g/lの糖化液を得ることができた。リグノセルロース系バイオマス酵素糖化液からのエタノール発酵はスギ糖化液に5 g/l yeast extract, 5 g/l Bacto peptone, 2 g/l NH4Cl, 1 g/l KH2PO4, 0.3 g/l MgSO4・7H2Oを加え、実施例1の条件で培養を行った接種源を植菌し、10℃ 120 rpm 120時間、発酵試験を行った。発酵試験開始直後から発酵試験溶液の一部を採取し、12100 × g 4℃, 5分間遠心分離し、上清を回収した。回収した上清はその後、高速クロマトグラフィーにて実施例1の条件でグルコース濃度とエタノール濃度の測定を行った。結果を図2に示す。発酵試験開始96時間後にグルコースは完全に消費し、最終的に17.0 g/lのエタノールを得ることができた。
[Example 2]
Enzymatic saccharification of lignocellulosic biomass was carried out by adding mechanochemically treated cedar wood flour to a concentration of 200 g / l in 20 mM citrate buffer (pH 4.5). Cellulase (6 FPU / g) and Genencor Optimash BG (20 μl / g) were added, and a hydrolysis reaction was performed while stirring at 37 ° C. and 120 rpm for 96 hours. After completion of the reaction, the saccharified solution was collected with a 0.22 μm filter unit, and the glucose concentration was measured under the conditions of Example 1. As a result of the measurement, a saccharified solution having a glucose concentration of about 40.9 g / l was obtained. Ethanol fermentation from lignocellulosic biomass enzyme saccharified solution was obtained by adding 5 g / l yeast extract, 5 g / l Bacto peptone, 2 g / l NH 4 Cl, 1 g / l KH 2 PO 4 , 0.3 g / l MgSO 4 · 7H 2 O was added, the inoculum that was cultured under the conditions of Example 1 was inoculated, and a fermentation test was performed at 10 ° C. and 120 rpm for 120 hours. A portion of the fermentation test solution was collected immediately after the start of the fermentation test, centrifuged at 12100 × g 4 ° C. for 5 minutes, and the supernatant was collected. The collected supernatant was then subjected to measurement of glucose concentration and ethanol concentration by high-speed chromatography under the conditions of Example 1. The result is shown in figure 2. After 96 hours from the start of the fermentation test, glucose was completely consumed, and finally 17.0 g / l of ethanol could be obtained.

[比較例1]
リグノセルロース系バイオマスの酵素糖化反応は20 mM クエン酸緩衝液(pH 4.5)にメカノケミカル処理したユーカリ木粉を200 g/lとなるように加え十分に懸濁した後、株式会社 明治社製Acremozyme セルラーゼを6 FPU/g、 Genencor社製 Optimash BGを20 μl/ g添加し、37℃,120rpmで96時間撹拌しながら加水分解反応をおこなった。反応終了後、0.22μmのフィルターユニットにより糖化液を回収し、実施例1の条件でグルコース濃度を測定した。測定の結果グルコース濃度約40.9 g/lの糖化液を得ることができた。リグノセルロース系バイオマス酵素糖化液からのエタノール発酵はユーカリ糖化液に5 g/l yeast extract, 5 g/l Bacto peptone, 2 g/l NH4Cl, 1 g/l KH2PO4, 0.3 g/l MgSO4・7H2Oを加え、実施例1の条件で培養を行った接種源を植菌し、10℃ 120 rpm 120時間、発酵試験を行った。発酵試験開始直後から発酵試験溶液の一部を採取し、12100 × g 4℃, 5分間遠心分離し、上清を回収した。回収した上清はその後、高速クロマトグラフィーにて実施例1の条件でグルコース濃度とエタノール濃度の測定を行った。結果を図3に示す。発酵試験開始120時間までもグルコースは消費されず、エタノールの生産も認められなかった。
[Comparative Example 1]
Enzymatic saccharification of lignocellulosic biomass was performed by adding eucalyptus wood powder treated with mechanochemicals to 20 mM citrate buffer (pH 4.5) to a concentration of 200 g / l. Cellulase (6 FPU / g) and Genencor Optimash BG (20 μl / g) were added, and a hydrolysis reaction was performed while stirring at 37 ° C. and 120 rpm for 96 hours. After completion of the reaction, the saccharified solution was collected with a 0.22 μm filter unit, and the glucose concentration was measured under the conditions of Example 1. As a result of the measurement, a saccharified solution having a glucose concentration of about 40.9 g / l was obtained. Ethanol fermentation from lignocellulosic biomass enzyme saccharified solution is obtained by adding 5 g / l yeast extract, 5 g / l Bacto peptone, 2 g / l NH 4 Cl, 1 g / l KH 2 PO 4 , 0.3 g / l MgSO 4 · 7H 2 O was added, the inoculum that was cultured under the conditions of Example 1 was inoculated, and a fermentation test was performed at 10 ° C. and 120 rpm for 120 hours. A portion of the fermentation test solution was collected immediately after the start of the fermentation test, centrifuged at 12100 × g 4 ° C. for 5 minutes, and the supernatant was collected. The collected supernatant was then subjected to measurement of glucose concentration and ethanol concentration by high-speed chromatography under the conditions of Example 1. The results are shown in Figure 3. Glucose was not consumed up to 120 hours from the start of the fermentation test, and ethanol production was not observed.

[実施例3]
20 mM クエン酸緩衝液(pH 4.5)にメカノケミカル処理したスギ木粉を200 g/l, 5 g/l yeast extract, 5 g/l Bacto peptone, 2 g/l NH4Cl, 1 g/l KH2PO4, 0.3 g/l MgSO4・7H2Oを加え、実施例1の条件で培養を行った接種源を植菌した後、株式会社明治社製Acremozyme セルラーゼを50 FPU/g, Genencor社製 Optimash BGを20 μl/ g添加し、10℃,180rpmで120時間撹拌しながら同時糖化反応をおこなった。同時糖化発酵試験開始直後から同時糖化発酵試験溶液の一部を採取し、12100 × g 4℃、 5分間遠心分離し、上清を回収した。回収した上清はその後、高速クロマトグラフィーにて実施例1の条件でグルコース濃度とエタノール濃度の測定を行った。結果を図4に示す。同時糖化発酵試験開始24時間後に約7.2 g/lのグルコースが生産されその後、同時糖化発酵時間の経過と共にグルコース濃度は減少した。最終的に12.5 g/lのエタノールを得ることができた。
[Example 3]
200 g / l, 5 g / l yeast extract, 5 g / l Bacto peptone, 2 g / l NH 4 Cl, 1 g / l mechanochemically treated 20 mM citrate buffer (pH 4.5) After inoculating KH 2 PO 4 , 0.3 g / l MgSO 4 .7H 2 O and inoculating the inoculum that was cultured under the conditions of Example 1, Acremozyme cellulase manufactured by Meiji Co., Ltd. was added at 50 FPU / g, Genencor 20 μl / g of Optimash BG made by the company was added, and simultaneous saccharification reaction was performed with stirring at 10 ° C. and 180 rpm for 120 hours. A portion of the simultaneous saccharification and fermentation test solution was collected immediately after the start of the simultaneous saccharification and fermentation test, centrifuged at 12100 × g at 4 ° C. for 5 minutes, and the supernatant was recovered. The collected supernatant was then subjected to measurement of glucose concentration and ethanol concentration by high-speed chromatography under the conditions of Example 1. The results are shown in FIG. About 7.2 g / l of glucose was produced 24 hours after the start of the simultaneous saccharification and fermentation test, and thereafter the glucose concentration decreased with the passage of the simultaneous saccharification and fermentation time. Finally, 12.5 g / l ethanol could be obtained.

[実施例4]
20 mM クエン酸緩衝液(pH 4.5)にメカノケミカル処理したユーカリ木粉を200 g/l, 5 g/l yeast extract, 5 g/l Bacto peptone, 2 g/l NH4Cl, 1 g/l KH2PO4, 0.3 g/l MgSO4・7H2Oを加え、実施例1の条件で培養を行った接種源を植菌した後、株式会社明治社製Acremozyme セルラーゼを50 FPU/g, Genencor社製 Optimash BGを20μl/ g添加し、10℃,180rpmで120時間撹拌しながら同時糖化反応をおこなった。同時糖化発酵試験開始直後から同時糖化発酵試験溶液の一部を採取し、12100 × g 4℃、 5分間遠心分離し、上清を回収した。回収した上清はその後、高速クロマトグラフィーにて実施例1の条件でグルコース濃度とエタノール濃度の測定を行った。結果を図5に示す。同時糖化発酵試験開始24時間後に約11.9 g/lのグルコースが生産されその後、グルコース濃度はほぼ一定に推移した。最終的に14.2 g/lのグルコースが残存し、最大で7.1 g/lのエタノールを得ることができた。
[Example 4]
200 g / l, 5 g / l yeast extract, 5 g / l Bacto peptone, 2 g / l NH 4 Cl, 1 g / l mechanochemically treated eucalyptus wood flour in 20 mM citrate buffer (pH 4.5) After inoculating KH 2 PO 4 , 0.3 g / l MgSO 4 .7H 2 O and inoculating the inoculum that was cultured under the conditions of Example 1, Acremozyme cellulase manufactured by Meiji Co., Ltd. was added at 50 FPU / g, Genencor 20 μl / g of Optimash BG manufactured by KK was added, and simultaneous saccharification reaction was performed with stirring at 10 ° C. and 180 rpm for 120 hours. A portion of the simultaneous saccharification and fermentation test solution was collected immediately after the start of the simultaneous saccharification and fermentation test, centrifuged at 12100 × g at 4 ° C. for 5 minutes, and the supernatant was recovered. The collected supernatant was then subjected to measurement of glucose concentration and ethanol concentration by high-speed chromatography under the conditions of Example 1. The results are shown in FIG. About 11.9 g / l of glucose was produced 24 hours after the start of the simultaneous saccharification and fermentation test, and thereafter the glucose concentration remained almost constant. Finally, 14.2 g / l glucose remained, and a maximum of 7.1 g / l ethanol could be obtained.

[実施例5]
20 mM クエン酸緩衝液(pH4.5)にメカノケミカル処理したスギ木粉を200 g/l, 5 g/l yeast extract, 5 g/l Bacto peptone, 2 g/l NH4Cl, 1 g/l KH2PO4, 0.3 g/l MgSO4・7H2O, 非イオン性界面活性剤として1% (v/v) Tween 80を加え、実施例1の条件で培養を行った接種源を植菌した後、株式会社明治社製Acremozyme セルラーゼを50 FPU/g, Genencor社製 Optimash BGを20 μl/g添加し、10℃,180rpmで120時間撹拌しながら同時糖化反応をおこなった。同時糖化発酵試験開始直後から同時糖化発酵試験溶液の一部を採取し、12100 × g 4℃、 5分間遠心分離し、上清を回収した。回収した上清はその後、高速クロマトグラフィーにて実施例1の条件でグルコース濃度とエタノール濃度の測定を行った。結果を図6に示す。同時糖化発酵試験開始24時間後に約1.5 g/lのグルコースが生産されその後、グルコース濃度は発酵120時間目までにほぼ消化された。最大で13.2 g/lのエタノールを得ることができた。
[Example 5]
200 g / l, 5 g / l yeast extract, 5 g / l Bacto peptone, 2 g / l NH 4 Cl, 1 g / mechanochemically treated cedar wood flour in 20 mM citrate buffer (pH 4.5) l KH 2 PO 4 , 0.3 g / l MgSO 4 · 7H 2 O, 1% (v / v) Tween 80 as a nonionic surfactant was added, and the inoculum that was cultured under the conditions of Example 1 was planted. After sterilization, 50 FPU / g of Acremozyme cellulase manufactured by Meiji Co., Ltd. and 20 μl / g of Optimash BG manufactured by Genencor were added and subjected to simultaneous saccharification reaction while stirring at 10 ° C. and 180 rpm for 120 hours. A portion of the simultaneous saccharification and fermentation test solution was collected immediately after the start of the simultaneous saccharification and fermentation test, centrifuged at 12100 × g at 4 ° C. for 5 minutes, and the supernatant was recovered. The collected supernatant was then subjected to measurement of glucose concentration and ethanol concentration by high-speed chromatography under the conditions of Example 1. The results are shown in FIG. About 1.5 g / l of glucose was produced 24 hours after the start of the simultaneous saccharification and fermentation test, and then the glucose concentration was almost digested by 120 hours of fermentation. A maximum of 13.2 g / l ethanol could be obtained.

[実施例6]
20 mM クエン酸緩衝液(pH 4.5)にメカノケミカル処理したユーカリ木粉を200 g/l, 5 g/l yeast extract, 5 g/l Bacto peptone, 2 g/l NH4Cl, 1 g/l KH2PO4, 0.3 g/l MgSO4・7H2O、 非イオン性界面活性剤として1% (v/v) Tween 80を加え、実施例1の条件で培養を行った接種源を植菌した後、株式会社明治社製Acremozyme セルラーゼを50 FPU/g, Genencor社製 Optimash BGを20 μl/ g添加し、10℃,180rpmで120時間撹拌しながら同時糖化反応をおこなった。同時糖化発酵試験開始直後から同時糖化発酵試験溶液の一部を採取し、12100 × g 4℃、 5分間遠心分離し、上清を回収した。回収した上清はその後、高速クロマトグラフィーにて実施例1の条件でグルコース濃度とエタノール濃度の測定を行った。結果を図7に示す。同時糖化発酵試験開始24時間後に約7.3 g/lのグルコースが蓄積され、反応終了の時点で約4.7 g/lのグルコースが残存していた。最終的に最大で11.6 g/lのエタノールを得ることができた。
[Example 6]
200 g / l, 5 g / l yeast extract, 5 g / l Bacto peptone, 2 g / l NH 4 Cl, 1 g / l mechanochemically treated eucalyptus wood flour in 20 mM citrate buffer (pH 4.5) KH 2 PO 4 , 0.3 g / l MgSO 4 · 7H 2 O, 1% (v / v) Tween 80 as a nonionic surfactant was added, and the inoculum that was cultured under the conditions of Example 1 was inoculated Then, 50 FPU / g of Acremozyme cellulase manufactured by Meiji Co., Ltd. and 20 μl / g of Optimash BG manufactured by Genencor were added, and simultaneous saccharification reaction was performed while stirring at 10 ° C. and 180 rpm for 120 hours. A portion of the simultaneous saccharification and fermentation test solution was collected immediately after the start of the simultaneous saccharification and fermentation test, centrifuged at 12100 × g at 4 ° C. for 5 minutes, and the supernatant was recovered. The collected supernatant was then subjected to measurement of glucose concentration and ethanol concentration by high-speed chromatography under the conditions of Example 1. The results are shown in FIG. About 7.3 g / l glucose was accumulated 24 hours after the start of the simultaneous saccharification and fermentation test, and about 4.7 g / l glucose remained at the end of the reaction. Finally, a maximum of 11.6 g / l ethanol could be obtained.

本発明により従来不可能であった、低温下で高濃度のグルコースから高濃度エタノールを得ることができる。また、例えば、リグノセルロース系バイオマス酵素糖化液からも、低温下で発酵によりエタノールを得ることができる。更に、リグノセルロース系バイオマスを加水分解する際に南極産担子菌酵母のムラキア・ブロロピスを加えることにより低温下で同時糖化発酵が可能である。   According to the present invention, high-concentration ethanol can be obtained from high-concentration glucose at a low temperature, which has been impossible in the past. In addition, for example, ethanol can be obtained from lignocellulosic biomass enzyme saccharified solution by fermentation at low temperature. Furthermore, when hydrolyzing lignocellulosic biomass, simultaneous saccharification and fermentation can be performed at low temperature by adding Murachia brolopis, an Antarctic basidiomycetous yeast.

この同時糖化発酵の反応容器に非イオン性界面活性剤を加えることにより、エタノール生産量を1.1-1.6倍にすることができる。このことから低温下でのバイオエタノールの際に反応容器を加温するコストを低下することが期待できるだけでなく、低温下でのアルコール性飲料の製造にも利用が期待できる。   By adding a nonionic surfactant to the reaction vessel for simultaneous saccharification and fermentation, ethanol production can be increased 1.1 to 1.6 times. From this, not only can the cost of heating the reaction vessel be reduced at the time of bioethanol at a low temperature, but it can also be used for the production of alcoholic beverages at a low temperature.

Claims (5)

ムラキア属に属する菌類を用いて、低温下で、バイオマス糖化液からエタノールを製造する方法。   A method for producing ethanol from biomass saccharified liquid at low temperatures using fungi belonging to the genus Murachia. ムラキア属に属する菌類を用いて、低温下で、バイオマスから同時糖化発酵によりエタノールを製造方法。   A method for producing ethanol from biomass by simultaneous saccharification and fermentation at low temperatures using fungi belonging to the genus Murachia. 界面活性剤を添加することを特徴とする、ムラキア属に属する菌類を用いて、低温下で、バイオマスから同時糖化発酵により効率よくエタノールを製造する方法。   A method for efficiently producing ethanol from biomass at a low temperature by simultaneous saccharification and fermentation using fungi belonging to the genus Murachia, which comprises adding a surfactant. バイオマスがユーカリ由来のバイオマスである請求項1-3いずれか1項に記載のエタノールを製造する方法。   The method for producing ethanol according to claim 1, wherein the biomass is eucalyptus-derived biomass. ムラキア属に属する菌類を用いて、低温下で、糖液から高濃度のエタノールを製造する方法。   A method for producing high-concentration ethanol from sugar solution at low temperatures using fungi belonging to the genus Murachia.
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