JP2020043816A - 糖化液 - Google Patents
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Abstract
Description
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
糖化液の電気伝導度が500μS/cm以上であり、
糖化液におけるオリゴ糖の含有量が10ppm以下であり、フルフラールの含有量が1ppm以下であり、可溶性リグニンの含有量が100ppm以上である糖化液。
[2] セルロース含有バイオマスにおけるリグニンの含有量が1質量%以上3質量%以下である[1]に記載の糖化液。
[3] セルロース含有バイオマスが樹木由来原料である[1]又は[2]のいずれかに記載の糖化液。
[4] 糖化液の酵素活性が10U/ml以下である[1]〜[3]のいずれかに記載の糖化液。
[5] [1]〜[4]のいずれかに記載の糖化液をイオン交換樹脂で処理して得られる精製糖化液。
本発明は、セルロース含有バイオマスを原料とする糖化液に関する。ここで、糖化液の電気伝導度は500μS/cm以上である。また、糖化液におけるオリゴ糖の含有量は10ppm以下であり、フルフラールの含有量は1ppm以下であり、可溶性リグニンの含有量は100ppm以上である。なお、本明細書において、糖化液の電気伝導度が500μS/cm以上であることは、糖化液が粗精製糖化液であることを意味する。すなわち、本発明は、電気伝導度が500μS/cm以上の粗精製糖化液において、オリゴ糖、フルフラール及び可溶性リグニンの各含有量を所定範囲とした糖化液に関するものである。
リグニン含有量(質量%)=カッパー価×0.15
可溶性リグニン含有量(ppm)=希釈倍率×糖化液量×試料溶液吸光度/係数A×糖化液中の固形分量
但し、上記式中、係数Aは、リグニンの吸光係数(110L/g/cm)である。
本発明は、上述した糖化液を精製した精製糖化液に関するものであってもよい。例えば、精製糖化液は、上述した糖化液をイオン交換樹脂で処理することで得られる。イオン交換樹脂による処理では、上述した糖化液100mlにイオン交換樹脂(オルガノ社製、アンバージェット1024、IRA96SB)10gを添加し、1室温で30分撹拌を行う。その後、ろ別を行うことで、イオン交換樹脂をろ液を分離し、得られたろ液が精製糖化液となる。
本発明の糖化液の製造方法は、セルロース含有バイオマスを糖化処理する工程を含む。バイオマスは、化石燃料を除いた生物由来の資源であり、セルロース含有バイオマスとしては、セルロース成分を含む生物由来の資源を挙げることができる。セルロース成分を含む生物由来の資源としては、例えば、製紙用樹木、林地残材、間伐材等のチップ又は樹皮、製材工場等から発生する鋸屑又はおがくず、街路樹の剪定枝葉、建築廃材等が挙げられる。また、草本系の資源としては、ケナフ、稲藁、麦わら、バガスなどの農産廃棄物、草本系エネルギー作物のエリアンサス、ミスカンサス、ネピアグラス等が挙げられる。さらに、セルロース含有バイオマスとして、木材由来の紙、古紙、パルプ、パルプスラッジ等も利用可能である。中でも、本発明で用いるセルロース含有バイオマスは樹木由来原料であることが好ましい。
糖化処理工程は、セルロース含有バイオマスに含まれる多糖類を加水分解し、単糖を得る工程である。糖化処理工程では、例えば、水分と、酵素及び/又はその酵素を生産する微生物の存在下で、セルロース含有バイオマスとの反応が行われ、好ましくは撹拌が行われる。糖化処理工程においてセルロース含有バイオマスの撹拌を行う際は、酵素の種類により異なるが、撹拌液中の固形分濃度は1〜30質量%であることが好ましい。また、撹拌液の温度は30〜75℃であることが好ましく、撹拌液のpHは3.0〜7.0であることが好ましい。なお、糖化処理時間は、2〜200時間であることが好ましい。
本発明の糖化液の製造方法は、糖化処理工程で得られた処理液を膜処理する工程を含むことが好ましい。
糖化処理工程と、膜処理工程との間には他の工程が設けられてもよいが、本発明においては、糖化処理工程と膜処理工程の間には他の工程を設けず、糖化処理工程の次工程として膜処理工程を設けることが好ましい。これにより、糖化液の製造工程を簡略化することが可能となり、さらに設備をコンパクトにすることも可能となる。
糖化処理工程の前には、セルロース含有バイオマスを前処理する工程を設けてもよい。セルロース含有バイオマスにはリグニンやタンパク質などが含まれるため、セルラーゼによる加水分解効率を向上させるために前処理を施してもよい。前処理の方法としては、硫酸、酢酸などによる酸処理、苛性ソーダ、アンモニアなどによるアルカリ処理、水熱処理、亜臨界水処理、蒸煮処理、化学パルプ化処理(サルファイト蒸解やクラフト蒸解等)などが挙げられる。
膜処理工程の後には、膜透過液を濃縮する工程を設けてもよい。濃縮する工程では、膜透過液に含まれる糖化液の濃度を高める。例えば、膜透過液を加熱して水分を蒸散させることで濃縮された糖化液を得ることができる。
本発明の糖化液は、発酵原料として好ましく用いられる。このため、本発明の糖化液は、発酵工程に供され、発酵液となる。発酵液はエタノールであることが特に好ましい。本発明の糖化液におけるオリゴ糖の含有量は10ppm以下であり、フルフラールの含有量は1ppm以下であるため、糖化液を発酵する際に発酵効率がよい。このため、本発明の糖化液を用いて発酵液(エタノール)を生成した際には、高いエタノール収量が達成される。また、本発明の糖化液は上記構成を有するものであるため、発酵液(エタノール)のエタノール純度が高く、不純物の含有量を少なくすることができるため、例えば、エタノールを飲料用として用いる場合には、雑味等を抑えることができる。
<糖化処理>
水80mLに、リグニンの含有量が2質量%の酸素晒広葉樹クラフトパルプ5g(乾燥重量)を添加し、撹拌してパルプスラリーを調製した。次いで、このパルプスラリーに1N硫酸を加えてpHを5.0に調整し、セルラーゼ溶液(ジェネンコア社製、マルティフェクトCX10L)2mLと、水を添加することで最終容量が100mLとなるように調製した。該溶液を50℃で48時間静置した後、上清を限外濾過膜(ミリポア社製、セントリコンプラス70遠心フィルターユニット)でろ過することで糖化液を得た。
糖化処理に使用する原料として、リグニンの含有量が2質量%の酸素晒針葉樹クラフトパルプ5g(乾燥重量)を使用した以外は実施例1と同様に処理を行い、糖化液を得た。
糖化処理に使用する原料として、リグニンの含有量が0.3質量%の晒広葉樹クラフトパルプ5g(乾燥重量)を使用した以外は実施例1と同様に処理を行い、糖化液を得た。
糖化処理に使用する原料として、リグニンの含有量が0.3質量%の晒針葉樹クラフトパルプ5g(乾燥重量)を使用した以外は実施例1と同様に処理を行い、糖化液を得た。
<酸加水分解処理>
リグニンの含有量が2質量%の酸素晒広葉樹クラフトパルプ300mg(乾燥重量)に72%の硫酸3mlを添加し、30℃の水浴中で1時間処理した後、イオン交換水84mlを添加した。次いで、120℃、1時間の条件でオートクレーブ処理し、1G−3ガラスフィルターでろ過することで糖化液を得た。
<でん粉糖化処理>
水80mLに、王子コーンスターチ社製のトウモロコシ由来でん粉5g(乾燥重量)を添加し、撹拌してでん粉スラリーを調製した。次いで、このでん粉スラリーに1N硫酸を加えてpHを5.0に調整し、アミラーゼ溶液(三菱ケミカルフーズ社製、コクラーゼ)2mLと、水を添加することで最終容量が100mLとなるように調製した。該溶液を50℃で48時間静置した後、上清を限外濾過膜(ミリポア社製、セントリコンプラス70遠心フィルターユニット)でろ過することで糖化液を得た。
<セルロース含有バイオマス(パルプ)中のリグニン含有量測定>
JIS P 8211:2011パルプカッパー価試験方法に準拠してセルロース含有バイオマス(パルプ)のカッパー価を測定し、下記の式でリグニン含有量を算出した。
リグニン含有量(質量%)=カッパー価x0.15
実施例及び比較例で得られた糖化液の電気伝導度を電気伝導率計(堀場製作所 LAQUAtwin EC−33B)で測定した。
イオンクロマトグラフィー装置(ダイオネクス社製、ICS−2000)を用いて、オリゴ糖分析モードにて糖化液中に含まれるオリゴ糖及び単糖の含有量を測定した。
高速液体クロマトグラフィー装置(アジレント社製、HP−2200)を用いて糖化液中に含まれるフルフラールの含有量を測定した。
糖化液のUVスペクトル(波長210nm)の吸光度を測定し、下記の式で可溶性リグニン含有量を算出した。
可溶性リグニン含有量(ppm)=希釈倍率×糖化液量×試料溶液吸光度/係数A×糖化液中の固形分量
但し、上記式中、係数Aは、リグニンの吸光係数(110L/g/cm)である。
実施例及び比較例で得られた糖化液4mlに、100mM酢酸緩衝液(pH5)4mlと1.25mM 4−メチルフンベリフェリルβ−Dグルコシド(和光社製)32mlを添加し、37℃で30分間反応させた。0.5Mグリシン−NaOH溶液(pH10.5)200mlで反応を停止させ、蛍光光度計(テカン社製 インフィニット200)で蛍光強度(励起波長355nm、測定波長460nm)を測定した。糖化液1ml当たり、1分間に1mMの4−メチルウンベリフェロンが遊離した場合の酵素残存活性を1U/mlとして、酵素残存活性を算出した。
実施例及び比較例で得られた糖化液50mlにコーンスティープリカー(王子コーンスターチ社製)2ml、1M酢酸バッファー(pH5)5mlを添加した。次いで、前培養した酵母液(サッカロマイセス・セレビシエ 1×108cells/mL)を5ml添加し、33℃で18時間保持した。反応後の培養液中のエタノール量を、高速液体クロマトグラフィー装置(アジレント社製 HP−2200)を用いて測定し、単位セルロース含有バイオマス量(kg)あたりのエタノール生産量を算出した。
実施例及び比較例で得られた糖化液100mlにイオン交換樹脂(オルガノ社製 アンバージェット1024、IRA96SB)10gを添加し、1室温で30分撹拌した後、ろ別した。得られたろ液は、精製糖化液であり、精製糖化液についても糖化液と同様に、上述した方法で各種分析を行った。
Claims (5)
- セルロース含有バイオマスを原料とする糖化液であって、
前記糖化液の電気伝導度が500μS/cm以上であり、
前記糖化液におけるオリゴ糖の含有量が10ppm以下であり、フルフラールの含有量が1ppm以下であり、可溶性リグニンの含有量が100ppm以上である糖化液。 - 前記セルロース含有バイオマスにおけるリグニンの含有量が1質量%以上3質量%以下である請求項1に記載の糖化液。
- 前記セルロース含有バイオマスが樹木由来原料である請求項1又は2に記載の糖化液。
- 前記糖化液の酵素活性が10U/ml以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の糖化液。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の糖化液をイオン交換樹脂で処理して得られる精製糖化液。
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