JP2019519236A - エタノール及び発酵させた基質の固体変換生成物を同時に生成するための縦型栓流プロセス - Google Patents
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Abstract
・ ダイズ、ナタネ、又はそれらの混合物に由来するタンパク質性物質を、場合によってソラマメ、エンドウマメ、ヒマワリ種子、ルピナス、穀類、及び/又は草類に由来するタンパク質性物質と更に混合して含む、粉砕された又はフレーク状のバイオマスから、基質を調製する工程、
・ 前記基質を1:1〜10,000:1の乾物比で生酵母と混合し、得られた混合物における湿潤かさ密度の乾燥かさ密度に対する比が0.60〜1.45となる量の水を添加する工程、
・ 前記混合物を約20〜60℃の温度で1〜48時間インキュベートする工程、並びに
・ 粗エタノール及び湿潤固体変換生成物を前記混合物から分離する工程
を含み、
インキュベーションが、前記混合物及び添加剤用の入口手段並びに固体変換生成物及び粗エタノール用の出口手段を有する縦型の非撹拌式密閉インキュベーション槽内で、連続栓流プロセスとして行われる
ことを更に含む、方法に関する。本発明は更に、この方法の生成物、並びにその使用に関する。
Description
・ ダイズ、ナタネ、又はそれらの混合物に由来するタンパク質性物質を、場合によってソラマメ、エンドウマメ、ヒマワリ種子、ルピナス、穀類、及び/又は草類に由来するタンパク質性物質と更に混合して含む、粉砕された又はフレーク状のバイオマスから、基質を調製する工程、
・ 前記基質を1:1〜10,000:1の乾物比で生酵母と混合し、得られた混合物における湿潤かさ密度の乾燥かさ密度に対する比が0.60〜1.45となる量の水を添加する工程、
・ 前記混合物を約20〜60℃の温度で1〜48時間インキュベートする工程、並びに
・ 粗エタノール及び湿潤固体変換生成物を前記混合物から分離する工程
を含み、
前記インキュベーションが、前記混合物及び添加剤用の入口手段並びに前記固体変換生成物及び粗エタノール用の出口手段を有する縦型の非撹拌式密閉槽内で、連続栓流プロセスとして行われること
を更に含む、方法に関する。
バイオマス+酵母→固体変換生成物+EtOH+CO2
は、減速する傾向がある。
第5の態様において、本発明は、1質量%〜99質量%の本発明による固体変換生成物を含有する、食品、飼料製品、化粧料、若しくは医薬品、又は栄養補助食品を提供する。
本発明に関して、以下の用語は、説明の他の箇所で定義されていない限り、以下を含むことを意味する。
このタイプの連続プロセスでは、反応混合物は、例えば、逆混合が制限された管状又は多角体の反応器を通して流れる。この流れは、反応混合物の組成が反応器の軸方向に沿って変化する層流であるか、又は均一なマスフローである。
光合成によって生成されるような生物学的材料であって、工業生産において原材料として使用できるものを含む。これに関して、バイオマスは、種子、穀類、豆類、草類の形態の植物、例えば、マメ及びエンドウマメ等、並びにそれらの混合物、特に莢豆の果実及び種子を指す。更に、豆類を含むバイオマスは、タンパク質含有量及び組成から特に妥当である。
基質上の微小生物の培養物を特定の目的のためにインキュベートするプロセスであり、例えば、アルコールを生成するために炭水化物上で酵母をインキュベートすることである。
一般に、微小生物とのインキュベーションによるバイオマスの処理は、以下の4つのタイプに分類することができる。
・ バイオマスの生成- 細胞物質
・ 細胞外成分の生成- 化合物、代謝生成物、酵素
・ 細胞内成分の生成- 酵素等
・ 基質の変換生成物- 変換された基質が生成物である
粉末の密度は、固定容積の粉末を計量カップに入れて質量を決定するか、又は測定した容積の粉末の質量を決定することによって決定する。この試験によって以下の特徴を決定することができる。
かさ密度(盛込密度としても知られる)=質量/非タップ乾燥容積(単位:g/mL又はkg/m3);
湿潤かさ密度(総密度としても知られる)=総質量(Ms+Ml)のその総容積に対する比;
Ms=固体の質量、及びMl=液体の質量。
オリゴ糖は、成分の単量体糖を少なくとも2つ含有するサッカリド重合体である。多糖は、成分の単量体糖を多く含有するサッカリド重合体であり、複合炭水化物としても知られる。例として、デンプン等の貯蔵多糖、及びセルロース等の構造多糖が挙げられる。
単糖、二糖、オリゴ糖、及び多糖を含む。
1本又は複数の鎖に配置されたアミノ酸から作製されたタンパク質を相当な含有量で有する有機化合物を含む。およそ50個までのアミノ酸の鎖長では、その化合物はペプチドと呼ばれ、それより高分子量では、その有機化合物はポリペプチド又はタンパク質と呼ばれる。
脂肪酸とグリセロールとの間のエステルを含む。グリセロールの1分子は、1、2、及び3個の脂肪酸分子とエステル化して、モノグリセリド、ジグリセリド、又はトリグリセリドをそれぞれ生じることができる。通常、脂肪は、主にトリグリセリド及び少量のレシチン、ステロール等からなる。脂肪が室温で液体ならば、それは、通常、油と呼ばれる。これに関する油、脂肪、及び関連する生成物については、「Physical and Chemical Characteristics of Oils, Fats and Waxes」、AOCS、1996年、並びに「Lipid Glossary 2」、F.D. Gunstone、The Oily Press、2004年を参照されたい。
モノ-、ジ-、及びトリグリセリドを含む。
1.酵素
酵素は、触媒として機能する能力を有する極めて大きい部類のタンパク質物質である。一般に、それらは6つの部類に分類され、本発明の範囲内である主な部類は、官能基を転移させるトランスフェラーゼ、又は様々な結合を加水分解するヒドロラーゼであり得る。典型的な例は、プロテアーゼ、ペプチダーゼ、(α-)ガラクトシダーゼ、アミラーゼ、グルカナーゼ、ペクチナーゼ、ヘミセルラーゼ、フィターゼ、リパーゼ、ホスホリパーゼ、トランスフェラーゼ、及びオキシドレダクターゼを含むことができる。
これに関して重要である機能特性の幾つかは、抗酸化作用、抗菌作用、湿潤性、及び酵素活性の刺激である。
処理中の細菌の攻撃に対して保存することができる無機組成物、例えば重亜硫酸ナトリウム等、最終生成物中の凝固防止剤及び流動性向上剤、例えばケイ酸アルミニウムカリウム等を含む。
乳製品、加工肉製品、スイーツ、デザート、アイスクリームデザート、缶詰製品、凍結乾燥食品、ドレッシング、スープ、即席食品、パン、ケーキ等を含む。
子ブタ、子ウシ、家禽、毛皮を持つ動物、ヒツジ、ネコ、イヌ、魚、及び甲殻類等の動物用のすぐ使用できる飼料を含む。
疾患又は状態の症状を治癒させる及び/又は緩和することが意図される、1種又は複数の生物学的に活性な成分を含有する、典型的には錠剤の形態又は粒状の形態の製品を含む。医薬品は、薬学的に許容される賦形剤及び/又は担体を更に含む。本明細書に開示する固体バイオ生成物は、錠剤又は粒状の薬学的に許容される成分として使用するのに極めて良く適している。
個人衛生並びにコンディショナー及び浴剤等の外観の向上が意図される製品を含む。
豆類からの多糖及びタンパク質を含むバイオマスの開放及び密閉回分槽での比較インキュベーション
以下において、ダイズをベースとするバイオマスの大気圧及び高圧でのインキュベーションを比較する。
10kgの脱皮、脱脂、及び脱溶媒ダイズフレークを3kgの酵母のスラリー(乾物10%)と混合し、混合物中の乾物含有量が51質量%となる量の水を添加した。基質混合物の湿潤かさ密度/乾燥かさ密度比は0.832であった。
温度計及び圧力計のプローブを備えた40リットルの断熱オートクレーブを開放及び密閉回分槽として使用した。
図1は、インキュベーション時間の関数としての温度及び圧力の増加を示す。
様々なバイオマスをベースとする好ましい基質の湿潤かさ密度/乾燥かさ密度比
2.1 検査に使用するバイオマス:
ダイズ
使用したダイズは、脱脂ダイズかすであった。
使用したトウモロコシは、全粒トウモロコシをハンマーミルで3.5mmの篩を通して挽いたものであった。
使用したコムギは、全粒小麦をハンマーミルで3.5mmの篩を通して挽いたものであった。
使用したヒマワリは、脱脂ヒマワリペレットをブレンダー内で挽いたものであった。
使用したナタネは脱脂ナタネかすであった。
使用したマメは、全粒ソラマメをブレンダー内で挽いたものであった。
使用したエンドウ豆タンパク質は、エンドウ豆タンパク質濃縮物であった。
以下の表に示す量のバイオマス及び水を密閉容器内で10分間混合し、続いて50分間平衡化させた。
100%のダイズ及び80%のダイズとの混合物についての結果を以下の表に示す。
先行技術の方法対新技術の方法の実験室規模のインキュベーション試験
3.1 背景
以下の実験室規模のインキュベーション試験の背景は、WO2013050456に記載される通りの先行技術の方法(PAM)の条件及び本発明の方法(NTM)の条件を模倣することであった。
3.2.1-材料
バイオマス:セクション2.1に記載する通りの、ダイズかす(SBM)、ナタネかす(RSM)、及びヒマワリ種子かす(SSM)。
インキュベーション槽:
PAM法には、半分充填し、アルミ箔で緩く閉じた円錐形のフラスコを使用した。NTM法には、手で圧搾して空気を除去し、CO2を逃がすことができるように紐で閉じた、強いプラスチック袋を使用した。
全ての試料は、サーモスタット付き水浴中32℃で16時間インキュベートした。
100℃に30分間加熱することによってインキュベーションを停止させたが、エタノール分析用試料だけは、凍結によってインキュベーションを停止させた。
使用した分析法については、以下の個々の結果において言及される。
3.3.1-密度
かさ密度の決定は、ある量の材料(250〜460mL)を500mLのメスシリンダーに注ぎ入れ、シリンダーを穏やかに振盪する(タッピングしない)ことにより表面を平らに均した後で容積を読み取ることによって行った。これに続いて、材料の質量を決定した。
この結果から、PAM法によるインキュベーション後ではかさ密度が低減し、NTM法では密度が増加することが認められる。
粗タンパク質含有量は、デュマ法に従って、換算係数として6.25を使用して決定した。
エタノール含有量は、Eurofins社によって、内部コード-RTTEFを有する同社の方法に従って分析された。
バイオマス群内での形成されたEtOHの順位から、NTM法によって、検出されるアルコールがPAM法より多いことが示される。
スタキオース及びラフィノースの含有量は、薄層クロマトグラフィーによって決定した。
固定相- Silica gel 60(Merck社1.05553.0001)
スポットは、ジフェニルアミン8g、アセトン335mL、アニリン8mL、及びリン酸60mLからなる液体で可視化する。
2つの方法は等しく良好に行われ、水分含有量が45%より高ければ、測定されたオリゴ糖の低減は100%であった。
コハク酸及び酢酸の含有量は、Eurofins社によって、内部コード-HEG12を有する同社の方法に従って分析された。
バイオマス群内の順位から、PAM法はNTM法よりもコハク酸及び酢酸を多く生成することが示される。
得られた結果に基づくと、NTM法は、PAM法に基づく生成物よりもわずかに少ないタンパク質並びに少ないコハク酸及び酢酸を有する固体変換生成物を生成することがわかる。同時に、NTM法から得られるインキュベーション混合物中のアルコール含有量の方が高い。
豆類からの多糖及びタンパク質を含むバイオマスの連続縦型インキュベーター内でのインキュベーション
以下では、縦型の非撹拌式密閉インキュベーター内での脱脂ダイズをベースとするバイオマスのインキュベーションを例示する。
脱皮、脱脂、及び脱溶媒ダイズフレークと、酵母及び水のスラリーとの混合物を、混合物中の乾物含有量が45質量%となる量で連続的に調製した。
使用したパイロットインキュベーターは、1.55mの内径及び4.75mの全高を有する、断熱された細長い円筒形のステンレス鋼製チューブであった。上部には、レベルを4.25mにするように入口及び分配システムを制御するための、並んだ3つの回転パドルタイプのレベルモニターがあった。これによって、インキュベーターを有効な動作量である8m3にする。
インキュベーターにインキュベーション混合物を1時間当たり1000リットルの速度で充填した。8時間後にインキュベーターは動作レベルまで充填され、出口手段を定量充填のレベルを保つ速度に設定した。
インキュベーション時間- 8時間
入口温度- 25.2℃
出口温度- 32.3℃
分離した粗エタノール含有量は、バイオマス100kg当たり4.7kgの収率に相当した。バイオマスの固体変換生成物の粗タンパク質(N×6.25)総含有量は58.3%であった。乾燥させた生成物の含水量は5.4質量%であった。
豆類と穀類との混合物からの多糖及びタンパク質を含むバイオマスの連続縦型インキュベーター内でのインキュベーション
以下では、縦型の非撹拌式密閉インキュベーター内での脱脂ダイズとコムギとの混合物をベースとするバイオマスのインキュベーションを例示する。
乾物の質量で10%の押し砕いたコムギと、乾物の質量で90%の脱皮、脱脂及び脱溶媒ダイズフレークと、酵母、酵素、及び水のスラリーとを含有する混合物を、混合物中の乾物含有量が40質量%となる量で連続的に調製した。インキュベーション混合物の酵母の含有量は全乾物に基づいて3質量%であり、Viscozyme Wheat、Spirizyme Fuel、及びLiquozyme(全てNovozymes社製)の含有量はコムギの乾物に基づいて0.4質量%であった。
インキュベーターは、実施例4に説明した通りであった。
このプロセスでは入口手段を500リットル/時の容積速度で運用するように設定したことを除いて、試験手順は実施例4に説明した通りであった。
インキュベーション時間- 16時間
入口温度- 25.1℃
出口温度- 33.1℃
分離した粗エタノール含有量は、バイオマス100kg当たり8.4kgの収率に相当した。バイオマスの固体変換生成物の粗タンパク質含有量(N×6.25)は59.4質量%であり、含水量は6.2質量%であった。
Claims (34)
- 基質の固体変換生成物及び粗エタノールを同時に生成する方法であって、
・ ダイズ、ナタネ、又はそれらの混合物に由来するタンパク質性物質を、場合によってソラマメ、エンドウマメ、ヒマワリ種子、ルピナス、穀類、及び/又は草類に由来するタンパク質性物質と更に混合して含む、粉砕された又はフレーク状のバイオマスから,基質を調製する工程、
・ 前記基質を1:1〜10,000:1の乾物比で生酵母と混合し、得られた混合物における湿潤かさ密度の乾燥かさ密度に対する比が0.60〜1.45となる量の水を添加する工程、
・ 前記混合物を約20〜60℃の温度で1〜48時間インキュベートする工程、並びに
・ 粗エタノール及び湿潤固体変換生成物を前記混合物から分離する工程
を含み、
前記インキュベーションが、前記混合物及び添加剤用の入口手段並びに前記固体変換生成物及び粗エタノール用の出口手段を有する縦型の非撹拌式密閉インキュベーション槽内で、連続栓流プロセスとして行われること
を更に含む、方法。 - 前記バイオマスの少なくとも20質量%が、脱脂ダイズフレークに由来するタンパク質性物質を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記バイオマスの少なくとも20質量%が、脱脂ナタネに由来するタンパク質性物質を含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記バイオマスの少なくとも30質量%、例えば、少なくとも40質量%、少なくとも50質量%、少なくとも60質量%、少なくとも70質量%、少なくとも80質量%、又は少なくとも90質量%が、脱脂ダイズフレークに由来するタンパク質性物質を含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記バイオマスの少なくとも30質量%、例えば、少なくとも40質量%、少なくとも50質量%、少なくとも60質量%、少なくとも70質量%、少なくとも80質量%、又は少なくとも90質量%が、脱脂ナタネに由来するタンパク質性物質を含む、請求項1又は3に記載の方法。
- タンパク質性物質を含む前記バイオマスが、オリゴ糖及び/若しくは多糖を更に含み、並びに/又は、例えば含油植物の種子からの油脂を更に含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 基質の前記固体変換生成物が、前記バイオマスに由来するタンパク質性物質、オリゴ糖、及び/又は多糖の変換の生成物である、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- バイオマスの酵母に対する乾物比が、2:1〜5000:1、例えば、3:1、5:1、10:1、15:1、20:1、30:1、50:1、70:1、75:1、85:1、100:1、200:1、300:1、500:1、1000:1、2000:1、3000:1、又は4000:1である、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 基質における湿潤かさ密度の乾燥かさ密度に対する比が0.65〜1.40、例えば、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、0.95、1.00、1.10、1.15、1.20、1.25、1.30、又は1.35となる量で、水が前記基質に添加される、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
- 基質における湿潤かさ密度の乾燥かさ密度に対する比が0.65〜1.05、例えば、0.75〜1.00、例えば、0.80、0.85、0.90、又は0.95となる量で、水が前記基質に添加される、請求項1又は3又は5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記酵母が、使用済み醸造用酵母、及び使用済み蒸留酒用酵母、及びパン酵母、及びワイン製造からの使用済み酵母を含めたサッカロミセス・セレビシエ株、並びにC5糖を発酵させる酵母株の中から選択される、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 酵素、植物成分、並びに有機及び無機加工剤から選択される1種又は複数の加工助剤が、前記インキュベーションの前又は間に基質に添加される、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記密閉インキュベーション槽の充填度が一定に保たれる、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
- α-ガラクトシダーゼが、前記インキュベーションの前又は間に基質に添加される、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
- 酵素製品1g当たり約5,000ユニットのα-ガラクトシダーゼ活性を有するα-ガラクトシダーゼ製剤が、基質の乾物の約0.001質量%〜約1質量%の量、例えば、0.005質量%、0.01質量%、0.015質量%、0.02質量%、0.03質量%、0.05質量%、0.1質量%、0.5質量%、又は0.75質量%の量で添加される、請求項14に記載の方法。
- 前記インキュベーションが嫌気的条件下で実行される、請求項1から15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記混合物の含水量が、35質量%〜70質量%、例えば、40質量%、45質量%、50質量%、55質量%、60質量%、又は65質量%である、請求項1から16のいずれか一項に記載の方法。
- 基質の固体変換生成物が乾燥される、請求項1から17のいずれか一項に記載の方法。
- 基質の乾燥固体変換生成物が粉砕される、請求項18に記載の方法。
- 前記非撹拌式密閉インキュベーション槽が、縦型の細長い円筒形又は多角形タイプのものである、請求項1から19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記非撹拌式密閉インキュベーション槽の上部の面積が下部の面積より小さい、すなわち、槽が円錐形である、請求項1から20のいずれか一項に記載の方法。
- 前記非撹拌式密閉インキュベーション槽が、断熱マット又は保温用ディンプルジャケット、及び槽内部温度を制御する手段を有する、請求項1から21のいずれか一項に記載の方法。
- 生成された前記粗エタノールの少なくとも90質量%、例えば、少なくとも95質量%、例えば、少なくとも98質量%、又は99質量%が回収される、請求項1から22のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1〜17及び請求項20〜23のいずれか一項に記載の方法によって得られる粗エタノールであって、前記バイオマスの前記酵母とのインキュベーションによって生じる少量の副生成物、例えば、他のアルコール及びエーテルを更に含む、粗エタノール。
- 請求項1〜23のいずれか一項に記載の方法によって得られる基質の固体変換生成物であって、乾物に基づいて25〜90質量%の量のタンパク質、及び場合によって乾物に基づいて0.05〜30質量%の量のグリセリドを含む、基質の固体変換生成物。
- 15質量%、13質量%、10質量%、6質量%、4質量%、又は2質量%以下の含水量まで乾燥されており、場合によって粉砕されている形態である、請求項25に記載の基質の固体変換生成物。
- 前記バイオマスに由来するタンパク質性物質、オリゴ糖及び/又は多糖の変換の生成物である、請求項25又は26に記載の基質の固体変換生成物。
- 少なくとも40%のダイズ由来タンパク質性物質を含む、請求項25から27のいずれか一項に記載の基質の固体変換生成物。
- 少なくとも40%のナタネ由来タンパク質性物質を含む、請求項25から28のいずれか一項に記載の基質の固体変換生成物。
- ダイズ、ナタネ、若しくはヒマワリ、又はそれらの混合物の植物部位に由来するタンパク質を、乾物に基づいて30質量%〜65質量%の量で含む、請求項25から29のいずれか一項に記載の基質の固体変換生成物。
- 3質量%以下、例えば、2質量%以下、1質量%以下、0.5質量%以下、又は0.4質量%以下の総量のラフィノース及びスタキオースを含む、請求項25から30のいずれか一項に記載の基質の固体変換生成物。
- コハク酸、酢酸、及びそれらの混合物から選択される有機酸を0.01質量%〜0.5質量%の量で含む、請求項25から31のいずれか一項に記載の基質の固体変換生成物。
- ヒト及び/若しくは動物の消費のための加工食品における、又は食品若しくは飼料製品に使用するための成分としての、又は化粧料若しくは医薬品若しくは栄養補助食品の成分としての、請求項24から32のいずれか一項に記載の固体変換生成物の使用。
- 1質量%〜99質量%の請求項24から32のいずれか一項に記載の固体変換生成物を含有する、食品、飼料製品、化粧料、若しくは医薬品、又は栄養補助食品。
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