JP2015037389A - Improved method of enzyme saccharifying reaction from lignocellulose biomass by supplementation of a lipolytic enzyme and nonionic surfactant and simultaneous saccharifying fermentation - Google Patents

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Tamotsu Hoshino
保 星野
雅晴 辻
Masaharu Tsuji
雅晴 辻
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for reducing cost for saccharization in which the saccharifying reaction is proceeded with a smaller amount of supplementation of cellulase and a larger amount of saccharide is yielded in order to solve a conventional problem that cellulase requires the maximum cost in the saccharifying reaction, since the cellulase is absorbed in a non specific manner in a part other than lignocellulose biomass and an active part just after supplementation of the cellulase into an enzyme saccharifying reaction container, and further amount of cellulase is used in saccharifying process of lignocellulose biomass due to an effect from a cellulase activity inhibitor derived from biomass eluted upon hydrolysis reaction.SOLUTION: The inventors of the present application made the present invention by intensive research for solving the problem. They found that efficiency in saccharization of lignocellulose biomass was improved by supplementation of a lipolytic enzyme or supplementation of the lipolytic enzyme and nonionic surfactant upon proceeding enzymic saccharization of the lignocellulose biomass and that inhibition in fermentation is avoided by proceeding simultaneous saccharifying fermentation under the presence of the lipolytic enzyme and the nonionic surfactant.

Description

本発明の技術分野は、リグノセルロース系バイオマスから酵素糖化による糖の製法並びにリグノセルロース系バイオマスからの同時糖化発酵によるエタノール製法に関する。   The technical field of the present invention relates to a method for producing sugar from lignocellulosic biomass by enzymatic saccharification and a method for producing ethanol by simultaneous saccharification and fermentation from lignocellulosic biomass.

日本は国土のおよそ7割を森林が占めている緑豊かな国で、スギやヒノキ、松に加え稲わらや麦わら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量資源からのバイオマスエタノールの生産のみならず、石油資源枯渇後の食料原料や化学工業、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)。   Japan is a lush country where forests account for approximately 70% of the country, and in addition to cedar, cypress and pine, there are abundant unused lignocellulosic biomass such as rice straw and straw. Such unused lignocellulosic biomass is the most important on earth not only for the production of biomass ethanol from non-food resources but also for the production of sugar as a raw material for food, chemical industry and fermentation after the depletion of petroleum resources. A good carbon source (Non-patent Document 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、リグニンが複雑に構成されたものであるため、バイオマスとセルラーゼを混合するだけでは糖化反応が乏しく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る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が行われている(非特許文献2)、もしくは前述の前処理を複数組み合わせて行われている。これらの前処理が行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)。   However, lignocellulosic biomass that exists in nature is a complex composition of cellulose, hemicellulose, and lignin. A pretreatment for destroying the structure of lignin, cellulose, and hemicellulose by the treatment is performed (Non-patent Document 2), or a plurality of the above-mentioned pretreatments are combined. Despite these pretreatments, lignocellulosic biomass enzymatic saccharified liquid has not reached a level that can be practically used in terms of price and fermentation efficiency in conjunction with subsequent ethanol fermentation, etc. References 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、セロビオースやヘミセルロース由来のマンノース、ガラクトース、キシロースによりβ−グルコシターゼの活性が阻害される(非特許文献5)だけでなく、キシラン、可溶性でんぷん、ペクチンなどの多糖類、キシロースやアラビノース、グルクロン酸のような炭水化物の他にフルフラールやバニリン、シリンガアルデヒド、Trans-ケイ皮酸、4-ヒドロキシ安息香酸がセルラーゼおよびβ−グルコシターゼの活性を阻害すること(非特許文献6)が判明している。上述のような物質が加水分解反応中にリグノセルロース系バイオマスから徐々に溶出し、セルラーゼの活性を阻害する他に、酵素糖化容器にセルラーゼを添加した直後にセルラーゼがバイオマスと活性部位以外の部分で非特異的に結合する(非特許文献7)ことにより高価なセルラーゼを必要以上に使用するためである。また、リグノセルロース系バイオマスには最大で約4%の油分が含まれており(非特許文献8)、この油分が前処理を行うことによりバイオマスの表面を覆うことから、セルラーゼと基質となるバイオマスが接するのを妨げるため、酵素糖化反応が十分に行われていないと予想されている。
さらに、得られた糖化液は多量の発酵阻害物質を含んでおり、このままでは実用に耐えることができず、糖化反応後に糖化液に含まれている発酵阻害物質を除去する必要があるなど問題を抱えている。
This is due to the fact that the activity of β-glucosidase is inhibited by cellulose-derived glucose, cellobiose and hemicellulose-derived mannose, galactose, and xylose (non-patent document 5) as well as xylan and soluble starch. In addition to polysaccharides such as pectin, carbohydrates such as xylose, arabinose, and glucuronic acid, furfural, vanillin, syringaldehyde, trans-cinnamic acid, and 4-hydroxybenzoic acid inhibit cellulase and β-glucosidase activities. (Non-Patent Document 6) is known. Substances such as those mentioned above gradually elute from lignocellulosic biomass during the hydrolysis reaction and inhibit the activity of cellulase. In addition to the addition of cellulase to the enzymatic saccharification vessel, This is because expensive cellulase is used more than necessary by nonspecific binding (Non-patent Document 7). In addition, lignocellulosic biomass contains a maximum of about 4% oil (Non-patent Document 8), and this oil covers the surface of the biomass by pretreatment, so that the biomass used as cellulase and substrate It is expected that the enzymatic saccharification reaction has not been sufficiently performed.
Furthermore, since the obtained saccharified solution contains a large amount of fermentation inhibiting substances, it cannot be put into practical use as it is, and it is necessary to remove the fermentation inhibiting substances contained in the saccharified solution after the saccharification reaction. I have it.

特開2010−246422世良豊ら : セルロース系原料の同時糖化発酵法JP 2010-246422 Sera Yutaka et al.: Simultaneous saccharification and fermentation of cellulosic materials 特開2012−254072趙雅蘋ら : リグノセルロース含有バイオマスからのエタノール製造方法JP 2012-254072 Masamasa et al: Method for producing ethanol from lignocellulose-containing biomass 特開2004−337099奥田直之ら : エタノールの製造方法Naoyuki Okuda et al.: Method for producing ethanol 特願2012−235103星野保ら : 酵素阻害物質を除去する工程を経由する糖の製造方法Japanese Patent Application No. 2012-235103 Hoshino et al.: A method for producing sugar via a step of removing an enzyme inhibitor 特願2013−064750星野保ら : 南極産酵母による低温下でのエタノール製造方法Japanese Patent Application No. 2013-064750 Hoshino et al.: Ethanol production method using Antarctic yeast at low temperature

J. Nowakら:Composite structure of wood cells in 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.pdf>Kenji 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 E. Ximenesら: Inhibitor of cellulases by phenols. Enzyme and Microbial Technology, 46, 170-176, 2010E. Ximenes et al .: Inhibitor of cellulases by phenols. Enzyme and Microbial Technology, 46, 170-176, 2010 T. Eriksson ら: Mechanism of surfactant effect in enzymatic hydrolysis of lignocellulose, Enzyme and Microbial Technology, 31, 353-364, 2002T. Eriksson et al .: Mechanism of surfactant effect in enzymatic hydrolysis of lignocellulose, Enzyme and Microbial Technology, 31, 353-364, 2002 P Gupta ら : Tissue culture of forest trees* - - Clonal propagation of mature trees of Eucalyptus citriodora Hook, by tissue culture Plant Science Letters 20, 195-201, 1981P Gupta et al: Tissue culture of forest trees *--Clonal propagation of mature trees of Eucalyptus citriodora Hook, by tissue culture Plant Science Letters 20, 195-201, 1981

上述の状況のもと、本発明は、(1)煩雑な工程を経ることなくリグノセルロース系バイオマスを加水分解する際のセルラーゼ使用量を削減しより多くの糖を得る、又は、(2)前記加水分解する際に発酵性微生物を加え同時糖化発酵を行うことにより多くのエタノールを得るためのリグノセルロース系バイオマスの変換方法を提供することを目的とする。   Under the above-mentioned circumstances, the present invention provides (1) reducing the amount of cellulase used to hydrolyze lignocellulosic biomass without going through complicated steps, and obtaining more sugar, or (2) An object of the present invention is to provide a method for converting lignocellulosic biomass in order to obtain a large amount of ethanol by adding fermentable microorganisms during hydrolysis and performing simultaneous saccharification and fermentation.

本発明者らは、上記目的を達成するため、リグノセルロース系バイオマスの糖化反応開始時に、脂質分解酵素又は脂質分解酵素及び非イオン性界面活性剤を加え加水分解反応を行うことで糖化液を効率よく得ることができることを見出した。さらに本発明者らは、リグノセルロース系バイオマスにセルラーゼ、脂質分解酵素及び非イオン性界面活性剤を添加する際、同時に発酵性微生物を加える同時糖化発酵を行い、エタノールを効率よく生産することができること見出した。このようにして、本願発明者らは、脂質分解酵素又は脂質分解酵素及び非イオン性界面活性剤を糖化反応系又は同時糖化発酵系に添加する特徴とするバイオマスの変換方法である本願発明を完成させた。   In order to achieve the above-mentioned object, the inventors of the present invention efficiently made a saccharified solution by adding a lipolytic enzyme or a lipolytic enzyme and a nonionic surfactant at the start of a saccharification reaction of lignocellulosic biomass. I found that I can get well. Furthermore, when adding cellulase, lipolytic enzyme, and nonionic surfactant to lignocellulosic biomass, the present inventors can simultaneously produce saccharification and fermentation to add fermentable microorganisms and efficiently produce ethanol. I found it. Thus, the present inventors have completed the present invention, which is a biomass conversion method characterized by adding a lipolytic enzyme or a lipolytic enzyme and a nonionic surfactant to a saccharification reaction system or a simultaneous saccharification and fermentation system. I let you.

本発明の脂質分解酵素と非イオン性界面活性剤を添加することにより得られた糖化液は従来の糖化液と比べ約2倍のグルコース濃度となった。   The saccharified solution obtained by adding the lipolytic enzyme of the present invention and a nonionic surfactant had a glucose concentration about twice that of the conventional saccharified solution.

本発明によるとリグノセルロース系バイオマス加水分解反応時に脂質分解酵素もしくは脂質分解酵素と非イオン性界面活性剤を添加することにより、通常の酵素糖化反応を行うよりもセルラーゼの添加量を1/5以下にすることができる。また、同時糖化発酵時に脂質分解酵素と非イオン性界面活性剤を添加することにより、通常の同時糖化発酵と比較して約2.5倍のエタノールを生産することができる等、従来法からは予想できない、極めて優れた、効果を奏するものである。   According to the present invention, by adding a lipolytic enzyme or a lipolytic enzyme and a nonionic surfactant during lignocellulosic biomass hydrolysis reaction, the amount of cellulase added is 1/5 or less than when performing a normal enzyme saccharification reaction Can be. In addition, by adding lipolytic enzymes and nonionic surfactants during simultaneous saccharification and fermentation, approximately 2.5 times the amount of ethanol can be produced compared to conventional simultaneous saccharification and fermentation. , Extremely effective.

実施例1の条件にて実施した酵素糖化反応を行った際のグルコース濃度(●)。The glucose concentration (●) when the enzymatic saccharification reaction was carried out under the conditions of Example 1. 実施例2の条件にて実施した酵素糖化反応を行った際のグルコース濃度(●)。The glucose concentration (●) when the enzymatic saccharification reaction was carried out under the conditions of Example 2. 比較例1の条件にて実施した酵素糖化反応を行った際のグルコース濃度(●)。The glucose concentration (●) when the enzymatic saccharification reaction was carried out under the conditions of Comparative Example 1. 比較例2の条件にて実施した酵素糖化反応を行った際のグルコース濃度(●)。The glucose concentration (●) when the enzymatic saccharification reaction was carried out under the conditions of Comparative Example 2. 実施例3の条件にて実施した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 performing simultaneous saccharification and fermentation with Mrakia blollopis performed under the conditions of Example 3. 比較例3の条件にて実施した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 using Mrakia blollopis performed under the conditions of Comparative Example 3 were performed.

1.はじめに
本願発明者らは、上述したように、リグノセルロース系バイオマスからのセルラーゼによる酵素糖化反応に脂質分解酵素又は脂質分解酵素及び非イオン性界面活性剤を添加することで、セルラーゼの活性低下を防げることを見出した。
1. 1. Introduction As described above, the inventors of the present invention can prevent a decrease in cellulase activity by adding a lipolytic enzyme or a lipolytic enzyme and a nonionic surfactant to an enzymatic saccharification reaction by cellulase from lignocellulosic biomass. I found out.

本願発明には、以下の方法が包含される。
(1)リグノセルロース系バイオマスから酵素を用いて糖を製造する方法において、酵素糖化工程に脂質分解酵素を添加することにより糖収量を改善する前記方法。
(2)(1)記載の方法において、脂質分解酵素に加えて非イオン性界面活性剤も添加する方法。
(3)リグノセルロース系バイオマスから同時糖化発酵によりエタノールを製造する方法において、脂質分解酵素又は脂質分解酵素及び非イオン性界面活性剤を同時糖化発酵工程に添加することにより、エタノール収量を改善する前記方法。
以下にその原料及び反応を説明する。
The present invention includes the following methods.
(1) In the method for producing sugar from lignocellulosic biomass using an enzyme, the sugar yield is improved by adding a lipolytic enzyme to the enzymatic saccharification step.
(2) The method according to (1), wherein a nonionic surfactant is added in addition to the lipolytic enzyme.
(3) In the method of producing ethanol from lignocellulosic biomass by simultaneous saccharification and fermentation, the ethanol yield is improved by adding a lipolytic enzyme or lipolytic enzyme and a nonionic surfactant to the simultaneous saccharification and fermentation step. Method.
The raw material and reaction are demonstrated below.

2.リグノセルロース系バイオマス
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とはセルロース、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であり、広葉樹、針葉樹、ササ、タケ、稲ワラ、もみ殻、麦ワラ、コーンストーバー、その他農林水産物資源およびそれらの廃棄物、これらに由来する木材繊維、木材チップ、木くず、パルプ類、古紙類などリグニン含量が少ないもしくは含まれないリグノセルロース系バイオマスであってもよく、リグノセルロース系バイオマスおよびそれらの廃棄物をも含む。これらのバイオマス資源は2以上の組み合わせであってもよい。
2. Lignocellulosic biomass Lignocellulosic biomass that is the subject of the method of the present invention is obtained by converting a polysaccharide consisting of cellulose and hemicellulose into a tree by lignin, broad-leaved tree, conifer, bamboo grass, rice straw, rice husk, wheat straw, It may be lignocellulosic biomass with low or no lignin content, such as corn stover, other agricultural, forestry and fishery resources and their waste, wood fiber, wood chips, wood chips, pulp, waste paper, etc. Also includes cellulosic biomass and their waste. These biomass resources may be a 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や麦ワラ、ユーカリ木粉、スギ木粉である。
ユーカリ木粉はリグノセルロースを含む代表的な材料である。本発明はユーカリ木粉に限定されるものではなくリグノセルロース系バイオマスに代表されるバイオマス資源全般に応用できる。すなわち、本発明で対象となるリグノセルロース系バイオマス資源とはセルロースおよびヘミセルロースの構造物をリグニンにより木化した資源である。針葉樹、広葉樹、ササ、タケ、稲ワラ、もみ殻、麦ワラ、その他農林産物質資源およびそれらの廃棄物、さらにはこれらに由来する木材繊維、木材チップや単板くず、パルプ類、古紙類などである。さとうきびやテンサイなどの糖質資源、ばれいしょ、かんしょ、さといもなどのでんぷん資源などタンニン・リグニン含量が少ないバイオマス資源も含まれる。これらのバイオマス資源は2以上の組み合わせであってもよい。
Preferred lignocellulosic biomass is, for example, rice straw, wheat straw, eucalyptus wood flour, and cedar wood flour.
Eucalyptus wood flour is a representative material containing lignocellulose. The present invention is not limited to eucalyptus wood flour and can be applied to all biomass resources represented by lignocellulosic biomass. That is, the lignocellulosic biomass resource that is the subject of the present invention is a resource obtained by converting a structure of cellulose and hemicellulose into lignin. Conifers, hardwoods, sasa, bamboo, rice straw, rice husks, wheat straw, other agricultural and forestry resources and their waste, as well as wood fibers, wood chips and veneer scraps, pulps, waste paper, etc. is there. Biomass resources with low tannin / lignin content such as sugar resources such as sugar cane and sugar beet, and starch resources such as potato, sugar cane and sugar cane are also included. These biomass resources may be a combination of two or more.

2−1.リグノセルロース系バイオマスの前処理
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。
2-1. Pretreatment of lignocellulosic biomass Lignocellulosic biomass can be obtained in the form of waste materials, etc., but in order to efficiently saccharify this, lignocellulose is usually used as an enzyme when pulverized and then dropped by an enzymatic method. The pre-processing which is decomposed by is performed.

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.

3.酵素糖化
本発明は、リグノセルロース系バイオマスから酵素を用いて、酵素糖化反応により、糖を製造する方法に関する。本発明において、リグノセルロース系バイオマスの酵素糖化反応には、リグノセルロース系バイオマスをセルラーゼによる糖化工程、又はセルラーゼを用いる同時糖化発酵工程を含む。
3. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing sugar by enzymatic saccharification using an enzyme from lignocellulosic biomass. In the present invention, the enzymatic saccharification reaction of lignocellulosic biomass includes a saccharification process using lignocellulosic biomass with cellulase or a simultaneous saccharification and fermentation process using cellulase.

通常、酵素処理に用いる酵素としては、セルラーゼに加えて、必要により、へミセルラーゼを含めることができる。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。   Usually, as an enzyme used for enzyme treatment, hemicellulase can be included as needed in addition to cellulase. The saccharification conditions of biomass cellulase and / or hemicellulase can be based on the general conditions for conventional saccharification of biomass.

酵素糖化工程または同時糖化発酵工程(併行糖化発酵工程とも呼ぶ)でのセルラーゼ添加量は乾燥基質1g当たり0.1 FPU〜200FPUの範囲が好ましく、0.1〜50 FPUの範囲のセルラーゼ添加量がより好ましく、0.1〜20 FPUの範囲のセルラーゼ添加量がさらに好ましい。またヘミセルラーゼも合わせて使用する場合は、酵素糖化工程または同時糖化発酵工程(併行糖化発酵工程とも呼ぶ)へのヘミセルラーゼ添加量は乾燥基質1g当たり0.1 U〜200Uの範囲が好ましく、10〜150 Uの範囲のヘミセルラーゼ添加量がより好ましく、20〜100Uの範囲のヘミセルラーゼ添加量がさらに好ましい。   The amount of cellulase added in the enzymatic saccharification step or the simultaneous saccharification and fermentation step (also referred to as a concurrent saccharification and fermentation step) is preferably in the range of 0.1 FPU to 200 FPU, more preferably in the range of 0.1 to 50 FPU, A cellulase addition amount in the range of ˜20 FPU is more preferred. When hemicellulase is also used, the amount of hemicellulase added to the enzymatic saccharification step or the simultaneous saccharification and fermentation step (also referred to as a concurrent saccharification and fermentation step) is preferably in the range of 0.1 U to 200 U per gram of dry substrate, 10 to 150 A hemicellulase addition amount in the range of U is more preferable, and a hemicellulase addition amount in the range of 20 to 100 U is more preferable.

酵素糖化工程または同時糖化発酵工程でのpHは2.0〜10.0の範囲に維持することが好ましく、4.0〜7.5の範囲に維持することがより好ましい。   The pH in the enzymatic saccharification step or the simultaneous saccharification and fermentation step is preferably maintained in the range of 2.0 to 10.0, and more preferably in the range of 4.0 to 7.5.

酵素糖化工程または同時糖化発酵工程の温度は、酵素の至適温度の範囲内であれば特に制限はなく、0〜50℃が好ましく、10〜40℃がさらに好ましい。   The temperature of the enzymatic saccharification step or the simultaneous saccharification and fermentation step is not particularly limited as long as it is within the optimum temperature range of the enzyme, preferably 0 to 50 ° C, more preferably 10 to 40 ° C.

反応は、連続式が好ましいが、セミバッチ式、バッチ式でも良い。反応時間は、酵素濃度によっても異なるが、バッチ式の場合は10〜240時間、さらに好ましくは15〜168時間である。連続式の場合も、平均滞留時間が、10〜148時間、さらに好ましくは15〜120時間である。   The reaction is preferably continuous, but may be semi-batch or batch. The reaction time varies depending on the enzyme concentration, but in the case of a batch system, it is 10 to 240 hours, more preferably 15 to 168 hours. Also in the case of the continuous type, the average residence time is 10 to 148 hours, more preferably 15 to 120 hours.

本発明においてセルロース系バイオマスを加水分解するにあたり、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。セルロース系バイオマスの加水分解法にはセルラーゼ及びヘミセルラーゼを用いる酵素糖化法が適用でき、酵素糖化法と酸糖化法などの組み合わせであってもよい。加水分解装置はバッチ式、固定床反応式、連続式などであってもよい。   In hydrolyzing cellulosic biomass in the present invention, the method and apparatus are not particularly limited, and known methods and apparatuses can be applied. Enzymatic saccharification using cellulase and hemicellulase can be applied to the hydrolysis method of cellulosic biomass, and a combination of enzymatic saccharification and acid saccharification may be used. The hydrolysis apparatus may be a batch type, a fixed bed reaction type, a continuous type, or the like.

また、同時糖化発酵における、アルコール発酵には、例えばSaccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Schizosaccharomyces japonicas, Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces marxianus, Scheffersomyces stipites, Candida shehatae, Issatchenkia orientalisなど、Saccharomyces属, Schizosaccharomyces属 Kluyveromyces属、Scheffersomyces属、 Candida属, Issatchenkia属、Pichia属等の酵母、Zymomonas mobilis等 Zymomonas属、 Zymobacter palmae等Zymobacter属、Clostrium属などのアルコール発酵細菌、を用いることができる。   Alcohol fermentation in simultaneous saccharification and fermentation includes, for example, Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Schizosaccharomyces japonicas, Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces marxianus, Scheffersomyces stipites, Candida sheyces, Candida sheyces It is possible to use yeasts such as the genus, Issatchenkia, Pichia, etc., alcohol-fermenting bacteria such as Zymomonas mobilis, Zymomonas, Zymobacter palmae, Zymobacter, and Clostrium.

また、本件同時糖化発酵は、低温で作用する酵母を用いることもでき、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)を最も好ましい菌株として挙げることができる。   Further, the present simultaneous saccharification and fermentation can also use a yeast that acts at low temperature, specifically, the basidiomycetous fungus Agaricus phyllum fungus net cystofilobasidium cystophyllobidae Murchia, for example, Murakia brollopis strain SK-4 (Mrakia blollopis) (FERM P-22126 strain) can be mentioned as the most preferred strain.

4.セルラーゼ及びヘミセルラーゼによる糖化
4−1.セルロース
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、若しく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、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。植物由来のものでも、真菌由来のものでも、細菌由来のものであってもよい。
4). Saccharification with cellulase and hemicellulase 4-1. Cellulose 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. In addition, examples of the derivative include derivatives such as carboxymethylation, aldehyde formation, or esterification. Cellulose may also contain cellooligosaccharides and 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, or bacteria.

4−2.セルラーゼ及びヘミセルラーゼ
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を意味している。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。
4-2. Cellulase and hemicellulase Cellulase means a series of enzymes that break down cellulose into glucose. Cellulases are selected from these enzyme groups, but 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) Is mentioned.

セルラーゼとしては、特に限定しないが、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、タラロマイセス属(Talaromyces)菌、Trichoderuma reesei, Trichoderuma virideなどのトリコデルマ属(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、ムラキエラ属(Mrakiella)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。なお、こうしたセルラーゼは人工的に改変されていてもよい。改変方法としてはポイントミューテーション法や微生物に紫外線照射などをすることによる突然変異などが挙げられる。   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 bacteria, Talaromyces bacteria, Trichoderuma reesei, Trichoderuma viride and other Trichoderma bacteria, Fusarium bacteria, Phanerochaete bacteria In addition to the genus Clostridium (Tremetes, Penicillium, Humicola, Aspergillus, Murakia, Mrakiella, etc. Clostridium bacteria, Pseudomonas bacteria, Cellulomonas bacteria, Ruminococcus bacteria, Bacillus bacteria, Sulfolobus bacteria, Streptomyces bacteria And cellulases derived from actinomycetes such as fungi and Thermoactinomyces. One or a combination of two or more of these cellulases can be used. Such cellulase may be artificially modified. Examples of the modification method include a point mutation method and mutation caused by irradiating a microorganism with ultraviolet rays.

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.

なお、こうしたヘミセルラーゼも人工的に改変されていてもよい。改変方法としてはポイントミューテーション法や微生物に紫外線照射などをすることによる突然変異などが挙げられる。   Such hemicellulases may also be artificially modified. Examples of the modification method include a point mutation method and mutation caused by irradiating a microorganism with ultraviolet rays.

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.

4−3.セルラーゼ活性阻害物質
バイオマス由来セルラーゼ活性阻害物質とは、セルロース系バイオマスをセルラーゼにより酵素糖化した際に溶出されるセルラーゼの活性を阻害する物質を意味する。具体的にはタンニン酸や酢酸、没食子酸などが挙げられる。
4-3. Cellulase activity inhibitory substance The biomass-derived cellulase activity inhibitory substance means a substance that inhibits the activity of cellulase eluted when cellulosic biomass is enzymatically saccharified with cellulase. Specific examples include tannic acid, acetic acid, and gallic acid.

5.バイオマスの同時糖化発酵法
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。このように酵素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。
5. Simultaneous saccharification and fermentation 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. Such a method of simultaneously performing enzymatic saccharification treatment and ethanol fermentation 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.

6.脂質分解酵素
ここで脂質分解酵素とは脂質を構成するエステル結合を加水分解する酵素群のことを言う。特にトリグリセリドを分解し脂肪酸を遊離するトリアシルグリセリドリパーゼ(EC 3.1.1.3)のことを指す。脂質分解酵素としては特に限定しないが、それ自体の活性が高い脂質分解酵素であることが好ましい。このような脂質分解酵素としては例えばムラキア属(Mrakia)菌、カンジダ属(Candida)菌、アスペルギルス属(Aspergillus)菌、クリプトコッカス属(Cryptococcus)菌、フザリウム属(Fusarium)菌、ヤロウイア属(Yarrowia)菌、ゲオトリクム属(Geotrichum)菌、チフラ属(Typhula)菌、ムラキエラ属(Mrakiella)菌、クロストリジウム属(Clostridium)菌、シュードモナス属(Pseudomonas)菌などの菌類・細菌類由来の脂質分解酵素も挙げられる。こうした各種脂質分解酵素から1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。なお、こうした脂質分解酵素は人工的に改変されていてもよい。
改変方法としては、セルラーゼと同様に、ポイントミューテーション法や微生物に紫外線照射することによる突然変異などが挙げられる。
6). Lipolytic enzyme Here, the lipolytic enzyme refers to a group of enzymes that hydrolyze ester bonds constituting lipids. In particular, it refers to triacylglyceride lipase (EC 3.1.1.3) that decomposes triglycerides and releases fatty acids. Although it does not specifically limit as a lipolytic enzyme, It is preferable that it is a lipolytic enzyme with high activity itself. Examples of such lipolytic enzymes include Mrakia, Candida, Aspergillus, Cryptococcus, Fusarium, and Yarrowia. And lipolytic enzymes derived from fungi and bacteria such as Geotrichum, Typhula, Mrakiella, Clostridium, and Pseudomonas. One or a combination of two or more of these various lipolytic enzymes can be used. Such a lipolytic enzyme may be artificially modified.
Examples of the modification method include a point mutation method and mutation by irradiating a microorganism with ultraviolet rays, as in the case of cellulase.

7.非イオン性界面活性剤
本願発明で使用できる非イオン性界面活性剤としてはTween 20, Tween 80, Triton X-100, Triton X-114, Brij35, Brij 58, Digitoninなどが挙げられる。
7). Nonionic Surfactant Examples of the nonionic surfactant that can be used in the present invention include Tween 20, Tween 80, Triton X-100, Triton X-114, Brij35, Brij 58, and Digitonin.

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]
メカノミケミカル処理されたユーカリ木粉が20% (w/v)になるように20mM クエン酸緩衝液pH5.0が入っている加水分解反応容器に懸濁し、121℃で30分間加熱処理した。室温まで冷やしたあとセルラーゼT「アマノ」4 (天野エンザイム(株)社)を1.8 FPU/(g-基質)、Optimash BG (Genencor社)を20μl/ (g-基質) 添加し、さらに加水分解反応液に5 U/(g-基質)となるように脂質分解酵素リパーゼAS「アマノ」を添加し、37℃、120rpmで120時間撹拌を行った。加水分解反応開始直後から24時間ごとに回収した加水分解物を3分間煮沸処理し完全に酵素を失活させ15000rpm 10分間遠心分離させることにより水可溶部を回収した。回収した水可溶部はその後、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により分析し、グルコース濃度の定量を行った。図1に本実施例1の加水分解試験のグルコース濃度を示した。同図からグルコース濃度が約42.8 g/lの糖化液を得ることができた。
[Example 1]
Suspended in a hydrolysis reaction vessel containing 20 mM citrate buffer pH 5.0 so that the mecanomi chemical-treated eucalyptus wood flour was 20% (w / v) and heat-treated at 121 ° C. for 30 minutes. After cooling to room temperature, add Cellulase T “Amano” 4 (Amano Enzyme) 1.8 FPU / (g-substrate) and Optimash BG (Genencor) 20 μl / (g-substrate), followed by hydrolysis Lipidase lipase AS “Amano” was added to the solution at 5 U / (g-substrate) and stirred at 37 ° C. and 120 rpm for 120 hours. The hydrolyzate collected every 24 hours immediately after the start of the hydrolysis reaction was boiled for 3 minutes to completely deactivate the enzyme, and centrifuged at 15000 rpm for 10 minutes to recover the water-soluble part. The recovered water-soluble part was then analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC) to determine the glucose concentration. FIG. 1 shows the glucose concentration in the hydrolysis test of Example 1. From the figure, a saccharified solution having a glucose concentration of about 42.8 g / l was obtained.

[実施例2]
メカノミケミカル処理されたユーカリ木粉が20% (w/v)になるように20mM クエン酸緩衝液pH5.0が入っている加水分解反応容器に懸濁し、121℃で30分間加熱処理した。室温まで冷やしたあとセルラーゼT「アマノ」4 (天野エンザイム(株)社)を1.8 FPU/(g-基質)、Optimash BG(Genencor社)を20μl/ (g-基質)添加し、さらに加水分解反応液の1% (v/v)となるように非イオン性界面活性剤Tween 80と5 U/(g-基質)の脂質分解酵素リパーゼAS「アマノ」を添加し、37℃、120rpmで120時間撹拌を行った。加水分解反応開始直後から24時間ごとに回収した加水分解物を3分間煮沸処理し完全に酵素を失活させ15000rpm 10分間遠心分離させることにより水可溶部を回収した。回収した水可溶部はその後、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により分析し、グルコース濃度の定量を行った。図2に本実施例2の加水分解試験のグルコース濃度を示した。同図からグルコース濃度が約47.5g/lの糖化液を得ることができた。
[Example 2]
Suspended in a hydrolysis reaction vessel containing 20 mM citrate buffer pH 5.0 so that the mecanomi chemical-treated eucalyptus wood flour was 20% (w / v) and heat-treated at 121 ° C. for 30 minutes. After cooling to room temperature, add Cellulase T “Amano” 4 (Amano Enzyme) 1.8 FPU / (g-substrate) and Optimash BG (Genencor) 20 μl / (g-substrate), followed by hydrolysis Add nonionic surfactant Tween 80 and 5 U / (g-substrate) lipolytic enzyme lipase AS “Amano” to 1% (v / v) of the solution, and 120 hours at 37 ° C. and 120 rpm Stirring was performed. The hydrolyzate collected every 24 hours immediately after the start of the hydrolysis reaction was boiled for 3 minutes to completely deactivate the enzyme, and centrifuged at 15000 rpm for 10 minutes to recover the water-soluble part. The recovered water-soluble part was then analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC) to determine the glucose concentration. FIG. 2 shows the glucose concentration in the hydrolysis test of Example 2. From the figure, a saccharified solution having a glucose concentration of about 47.5 g / l was obtained.

[比較例1]
メカノミケミカル処理されたユーカリ木粉に20mM クエン酸緩衝液pH5.0を加水分解反応容器に加え121℃で30分間加熱処理した。室温まで冷やしたあとセルラーゼT「アマノ」4 (天野エンザイム(株)社)を9 FPU/(g-基質)、Optimash BG (Genencor社)を20μl/ (g-基質) 添加し、37℃、120rpmで120時間撹拌を行った。加水分解反応開始直後から24時間ごとに回収した加水分解物を3分間煮沸処理し完全に酵素を失活させ15000rpm 10分間遠心分離させることにより水可溶部を回収した。回収した水可溶部はその後、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により分析し、グルコース濃度の定量を行った。図3に本比較例1の加水分解試験のグルコース濃度を示した。同図からグルコース濃度が約33.6 g/lの糖化液を得ることができた。
[Comparative Example 1]
20 mM citrate buffer (pH 5.0) was added to mecanomi chemical-treated eucalyptus wood flour in a hydrolysis reaction vessel and heated at 121 ° C. for 30 minutes. After cooling to room temperature, add Cellulase T “Amano” 4 (Amano Enzyme) 9 FPU / (g-substrate) and Optimash BG (Genencor) 20 μl / (g-substrate), 37 ° C., 120 rpm For 120 hours. The hydrolyzate collected every 24 hours immediately after the start of the hydrolysis reaction was boiled for 3 minutes to completely deactivate the enzyme, and centrifuged at 15000 rpm for 10 minutes to recover the water-soluble part. The recovered water-soluble part was then analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC) to determine the glucose concentration. FIG. 3 shows the glucose concentration in the hydrolysis test of Comparative Example 1. From the figure, a saccharified solution having a glucose concentration of about 33.6 g / l was obtained.

[比較例2]
メカノミケミカル処理されたユーカリ木粉が20% (w/v)になるように20mM クエン酸緩衝液pH5.0が入っている加水分解反応容器に懸濁し、121℃で30分間加熱処理した。室温まで冷やしたあとセルラーゼT「アマノ」4 (天野エンザイム(株)社)を1.8FPU/(g-基質)、Optimash BG (Genencor社)を20μl/ (g-基質) 添加し、37℃、120rpmで120時間撹拌を行った。加水分解反応開始直後から24時間ごとに回収した加水分解物を3分間煮沸処理し完全に酵素を失活させ15000rpm 10分間遠心分離させることにより水可溶部を回収した。回収した水可溶部はその後、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により分析し、グルコース濃度の定量を行った。図4に本比較例2の加水分解試験のグルコース濃度を示した。同図からグルコース濃度が約23.3 g/lの糖化液を得ることができた。
[Comparative Example 2]
Suspended in a hydrolysis reaction vessel containing 20 mM citrate buffer pH 5.0 so that the mecanomi chemical-treated eucalyptus wood flour was 20% (w / v) and heat-treated at 121 ° C. for 30 minutes. After cooling to room temperature, add Cellulase T “Amano” 4 (Amano Enzyme) 1.8FPU / (g-substrate), Optimash BG (Genencor) 20μl / (g-substrate), 37 ° C, 120rpm For 120 hours. The hydrolyzate collected every 24 hours immediately after the start of the hydrolysis reaction was boiled for 3 minutes to completely deactivate the enzyme, and centrifuged at 15000 rpm for 10 minutes to recover the water-soluble part. The recovered water-soluble part was then analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC) to determine the glucose concentration. FIG. 4 shows the glucose concentration in the hydrolysis test of Comparative Example 2. From the figure, a saccharified solution having a glucose concentration of about 23.3 g / l was obtained.

[実施例3]
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に懸濁したものをムラキア・ブロロピスの接種源として調整した。
[Example 3]
Murakia brolopis (FERM P-22126 strain) 8 which had been pre-cultured in YPD liquid medium (10 g / l yeast extract, 20 g / l peptone, 20 g / l glucose) for 96 hours at 10 ° C. and 120 rpm The ml was centrifuged at 3000 × g 4 ° C. for 10 minutes to recover the cells. The bacterial cells collected after washing twice with sterilized distilled water and centrifuging again were suspended in 1 ml of sterilized distilled water, and prepared as an inoculation source for Murakia brolopis.

20 mM クエン酸緩衝液(pH 5.0)にメカノケミカル処理したユーカリ木粉を100 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, 同時糖化発酵反応溶液の1% (v/v)となるように非イオン性界面活性剤Tween80を、基質1g当たり5Uとなるように脂質分解酵素リパーゼAS「アマノ」加え、上記したムラキア・ブロロピスの接種源を植菌し、セルラーゼT「アマノ」4 (天野エンザイム(株)社) を9 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。 100 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 5.0) KH 2 PO 4 , 0.3 g / l MgSO 4・ 7H 2 O, Nonionic surfactant Tween 80 to 1% (v / v) of simultaneous saccharification and fermentation reaction solution, 5 U / g substrate Add the lipolytic enzyme lipase AS “Amano”, inoculate the inoculation source of Murakia brolopis as described above, cellulase T “Amano” 4 (Amano Enzyme) 9 FPU / g, Genencor Optimash BG 20 μl / g was added, and simultaneous saccharification reaction was performed with stirring at 10 ° C. and 180 rpm for 120 hours. A part 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 collected.

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5に示す。同時糖化発酵試験開始24時間後に約10.3 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2.8 g/lのグルコースが残存し、最大で17.3 g/lのエタノールを得ることができた。 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 FIG. About 10.3 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, 2.8 g / l glucose remained, and a maximum of 17.3 g / l ethanol could be obtained.

[比較例3]
20 mM クエン酸緩衝液(pH 5.0)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3の条件で培養を行った接種源を植菌した後、セルラーゼT「アマノ」4 (天野エンザイム(株)社) 9 FPU/(g-基質), Genencor社製 Optimash BGを20μl/(g-基質)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。
[Comparative 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 eucalyptus wood flour in 20 mM citrate buffer (pH 5.0) After inoculating KH 2 PO 4 , 0.3 g / l MgSO 4 .7H 2 O and inoculating the inoculum cultured under the conditions of Example 3, cellulase T “Amano” 4 (Amano Enzyme Co., Ltd.) 9 FPU / (g-substrate), Genencor Optimash BG 20 μl / (g-substrate) was added, and simultaneous saccharification reaction was performed with stirring at 10 ° C. and 180 rpm for 120 hours. A part 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 collected.

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。   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.

本発明によれば、例えば、メカノケミカル処理されたリグノセルロース系バイオマスを含む加水分解容器に脂質分解酵素又は非イオン性界面活性剤及び脂質分解酵素を添加することで、酵素糖化反応に使用する脂質分解酵素の添加量を1/5以下にすることが可能になり、最終的に非イオン性界面活性剤や脂質分解酵素を添加していない従来の酵素糖化反応と比べて約2倍のグルコースを得ることができる。また、同時糖化発酵の反応容器に非イオン性界面活性剤及び脂質分解酵素を加えることにより、エタノール生産量を従来の同時糖化発酵と比較して約2.5倍にすることができる。リグノセルロース系バイオマスの糖化反応コスト及び糖化同時発酵コストを低下することが期待できるだけでなく、得られた糖は乳酸やバイオエタノール、バイオディーゼル製造などに使用される発酵原料として利用できる。   According to the present invention, for example, a lipid used for an enzymatic saccharification reaction by adding a lipolytic enzyme or a nonionic surfactant and a lipolytic enzyme to a hydrolysis vessel containing mechanochemically treated lignocellulosic biomass. The amount of degrading enzyme can be reduced to 1/5 or less. Finally, about twice as much glucose as the conventional enzyme saccharification reaction without adding nonionic surfactant or lipolytic enzyme Can be obtained. Moreover, by adding a nonionic surfactant and a lipolytic enzyme to the reaction vessel for simultaneous saccharification and fermentation, the ethanol production can be increased by about 2.5 times compared to the conventional simultaneous saccharification and fermentation. Not only can the saccharification reaction cost and simultaneous saccharification fermentation cost of lignocellulosic biomass be reduced, but the obtained sugar can be used as a fermentation raw material used for lactic acid, bioethanol, biodiesel production and the like.

Claims (3)

リグノセルロース系バイオマスから酵素を用いて糖を製造する方法において、酵素糖化工程に脂質分解酵素を添加することにより糖収量を改善する前記方法。   In the method for producing sugar from lignocellulosic biomass using an enzyme, the yield of sugar is improved by adding a lipolytic enzyme to the enzymatic saccharification step. 請求項1記載の方法において、脂質分解酵素に加えて非イオン性界面活性剤も添加する方法。   The method according to claim 1, wherein a nonionic surfactant is also added in addition to the lipolytic enzyme. リグノセルロース系バイオマスから同時糖化発酵によりエタノールを製造する方法において、脂質分解酵素又は脂質分解酵素及び非イオン性界面活性剤を同時糖化発酵工程に添加することにより、エタノール収量を改善する前記方法。   In the method for producing ethanol from lignocellulosic biomass by simultaneous saccharification and fermentation, the method improves the ethanol yield by adding a lipolytic enzyme or a lipolytic enzyme and a nonionic surfactant to the simultaneous saccharification and fermentation step.
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