JP3041539B2 - キシリトールおよびエタノールの同時生産方法 - Google Patents

キシリトールおよびエタノールの同時生産方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はキシリトールおよびエタノールの同時生産方
法に関する。加水分解されたリグノセロース含有物質は
出発物質として使用され、そして該方法に従い出発物質
は酵母菌株を用いて発酵され、その後エタノールが回収
されそしてクロマトグラフィー分離を発酵溶液について
行ない純粋キシリトールを得る。
キシリトールは、キシロールの還元反応において生成
しそして甘味およびカロリー含量（4kcal/g）における
“標準”糖に相当するところの自然発生する糖アルコー
ルである。キシリトールは多くの果実および野菜中にお
いて少量見出されそしてまた人体中において正常な代謝
生成物として生成される。キシリトールはその一定の代
謝、歯科および技術上の特性のために種々の関係で大変
良好な特別甘味料である。例として、キシリトール代謝
はインシュリン代謝と独立しておりそして従って糖尿病
患者はキシリトールを使用することができることを挙げ
ることができる。キシリトールはまた腸について遅延効
果を有し、これ故、それは減量ダイエットに効用を有す
るものである。さらに、キシリトールはカリエスをひき
起こさず、う食停止効果を有する。
キシリトールの多くの利点にもかかわらず、その利用
はかなり限られたものであった。この理由は、キシリト
ールの相対的に高い価格にあり、これは結局キシリトー
ルを大規模に生産することの困難さの結果となる。
エタノールは広い用途を有する周知の化合物である。
キシリトールはより早期にキシラン含有物質から加水
分解によって生産されており、その方法において例えば
キシロースを含有する単糖混合物が得られる。その後キ
シロースは、一般にニッケル触媒、例えばラネー触媒の
存在下でキシリトールに変換される。キシラン含有物質
からキシロースおよび／またはキシリトールを生産する
数多くの方法が、この分野における文献に記載されてい
る。例として米国特許第3784408号（Jaffe等）、米国特
許第4066711号（Melaja等）、米国特許第4075406号（Ma
laja等）、米国特許第4008285号（Melaja等）および米
国特許第3586537号（Steiner等）が挙げられる。
これら従来方法は全て、相対的に高コストでありそし
て不十分な効率を有する多段階方法である。最も大きい
問題は、ポリオールおよび他の加水分解副生成物からの
キシロースおよび／またはキシリトールの効率的で完全
な分離と、そして本方法において大量に生産される副生
成物の利用とにある。例えばキシロースの還元反応に使
用される触媒が大変鋭敏であるという事実のために精製
は大変苛酷である。最終生成物の純度は、その一部に
は、キシリトールが還元反応において生産された他の生
成物より分離することができることに大いに依存してい
る。
数種の酵母菌株が対応する糖アルコールへの糖の還元
につき触媒作用をなすところの還元酵素を生成すること
は、知られている。一定のカンジダ属菌株はキシロース
よりキシリトールを生成すると報告されている（Ditzel
muller,G.等:FEM Microbiology Letters25（1985）,19
5−198頁、Kitpreechavanich,M.等:Biotechnology Lett
res Vol.6（1984）,651−656頁、Gong,C−S.等:Biotech
nology Letters Vol.3（1981）,125−130頁）。
しかしながら、これらの研究は実験室規模でのみ行な
われ、そしてこの分野の文献は結晶性純粋キシリトール
を発酵生成物より分離するところの方法を開示してはい
ない。
1989年１月17日に出願された同時係属の本出願人の米
国特許出願は、加水分解および発酵に続いてクロマトグ
ラフィー分離を使用する、植物材料からの純粋結晶性キ
シリトールの生産方法を記載する。しかしながら、この
方法において過半量の原材料は価値の無い廃物質として
失われる。大部分の原材料が市販製品に変換できるなら
ば、これは本質的に方法全体の経済性を向上させるであ
ろう。
エタノールはセルロースおよびヘミセルロースから、
適当な酵母菌株を用いて発酵することにより生産される
ことは、知られている。Ｄ−キシロースからのエタノー
ルの生産は、例えば米国特許第4368268号（Ｃ−S.Gon
g）において記載され、その刊行物は特にエタノールを
高収率で生産する突然変異体の製造に関するものである
が、そしてBiotechnology and Bioenngineering Symp.1
2（1982）,91−102頁、McCracken,L.＆ Gong C−S.にお
いて記載され、ここでの発酵は耐熱酵母を用いて行なわ
れる。
本発明者は今、キシリトールおよびエタノールは、キ
シロースをキシリトールに変換し、これとともに原材料
中に存在する過半量の他のヘキソースをエタノールに変
換するところの本発明の方法を使用して、同時に生産す
ることができることを見出した。従って、原材料は効率
的に利用されそして商業上大変重要な二つの製品が純粋
な形態でかつ高収率で得られる。該方法は簡単でありか
つ効果的である。
本発明の方法は、加水分解された出発物質を酵母菌株
で発酵させ、生成したエタノールを回収し、クロマトグ
ラフィー分離を残るキシリトール溶液について行ない、
そして純粋なキシリトールを晶出させることを特徴とす
るものである。キシロース含有物質は出発物質として使
用され、それは本発明に従い、キシロースをキシリトー
ルにそして大部分のヘキソールをエタノールに変換する
ことが可能な酵母菌株で発酵される。発酵により、キシ
リトール豊富の溶液が得られ、これからキシリトールが
簡単な方法で回収される。実験室的でかつ複雑な分離段
階（例えば慣用的なイオン交換、脱イオン、沈殿等）は
必要とされず、一般にキシリトールは単一段階のクロマ
トグラフィーにおいて精製することができ、その後これ
は晶出して純粋なキシリトールを得る。エタノールは、
発酵溶液から例えば蒸発によって除去するのが容易であ
る。従って加水分解および還元の段階で生成するヘキシ
トールおよび他の糖からキシリトールを分離する必要性
は無くなる。本発明に従って行なわれる加水分解は、ま
た、廃物として廃棄されたパルプを他のプロセスにおい
て使用するという課題について解決法を提供するもので
あり、そして従って本発明の方法においては実質的に全
ての出発物質が利用される。
ほとんど全てのキシラン含有物質は本発明の方法にお
ける出発物質として使用することができる。可能な出発
物質には、軟木、例えば樺、ぶな、ポプラ、かわらはん
のき等、および植物または植物組織、例えば小麦、とう
もろこし、オート麦または大麦の藁または殻、とうもろ
こしの穂軸およびとうもろこしの茎、ナット殻、bagass
eおよび綿実糠が該当する。木材を出発物質として使用
する場合、それは有利にはチップ、おがくず等のように
細かく砕かれそして使用され、そして加水分解または蒸
気爆発（steam explosion）およびポスト加水分解によ
って処理され、この関係で本発明において有用な炭水化
物が得られる。
上記に加えて、例えば木材パルプの加工および生産に
おいて生成しそして高いキシランまたはキシロース含量
を有するところの副生成物も、使用することができる。
例として亜硫酸プロセスによる木材パルプの製造におい
て生成する酸性亜硫酸塩廃液が挙げられ、該廃液は、少
量の未溶解木材固形物、および、可溶性物質例えばリグ
ノスルホネート、ヘキソースおよびペントースでキシロ
ースを含むものを含有し、そしてキシリトールの生産で
の使用に良い原材料である。紙および木材パルプの加工
において生成される他の副生成物および廃棄物、例えば
ビスコース塊の生産からのプレ加水分解物および所謂中
性亜硫酸プロセスからの廃液は、高いキシランおよび／
またはキシロース含量を有するものであるが、これらも
また使用することができる。
本発明の方法は、キシロースを含まない水溶液を用い
るものである。従ってそれは出発物質について酸および
／または酵素加水分解を行なって、キシランをキシロー
スに分解することが必要とされる。キシロース含有溶液
を生成するためにキシラン含有物質を加水分解する方法
は、例えば、米国特許第3784408号（Jaffe等）および米
国特許第3586537号（Steiner等）において記載されてい
る。
出発物質は、望むならば、発酵の前に前処理して、酵
母にとって有毒であるか、さもなければ不利益であると
ころの構成成分を除去することができる。前処理段階の
必要性は、使用される出発物質および発酵段階で使用さ
れる酵母に依る。出発物質の前処理には、例えばポスト
加水分解、クロマトグラフィー分離、イオン交換精製、
沈殿等が該当する。
工程図は次の通りである。
加水分解は、２つの段階、セルロース含有原材料のプ
レ加水分解と、これは所謂蒸気爆発法を使用して行ない
得るが、相当する単糖を生じる多糖およびオリゴ糖の酵
素的加水分解より成る。この段階は、高いセルロース分
解活性およびキシラン分解活性を有する酵素を使用して
行なわれる。
残留する固形物は、最も多くの部分はリグニンより成
るが、その後得られた溶液から分離される。あるいは、
前記固形物および発酵において生じる固形物、例えば酵
母は次の蒸留の後に分離または収集することもできる。
相対的に不純な溶液を出発物質として使用する場合、
溶液の前処理はある場合において必要となりうる。前処
理は、例えば、用いた酵母にとって有毒および／または
不利益であるかまたは発酵もしくは分離段階について逆
効果を有するところの構成成分のポスト加水分解および
／または分離であってよい。また前処理は、クロマトグ
ラフィー分離、イオン交換精製、沈殿などと組み合わせ
ることもできる。
その後、溶液は適当な酵母菌株を用いて発酵される。
本発明は、キシロースをキシリトールにそしてヘキソー
スをエタノールに還元することが可能であり、かつ／ま
たはその成長にヘキソースを使用するところの酵母を用
いるものである。かような酵母は、例えばカンジダ（Ca
ndida）属、ピチア（Pichia）属、パキソレン（Pachyso
len）属およびデバリョマイセス（Debaryomyces）属の
酵母である。カンジダ（Candida）種およびデバリョマ
イセス（Debaryomyces）種、特にカンジダ トロピカリ
ス（Candida tropicalis）およびデバリョマイセス ハ
ンセニイ（Debaryomyces hansenii）は、有利なものと
認められる。良好な例としてアメリカンタイプカルチャ
ーコレクション（American Type Culture Collection）
に受託番号ATCC 9968のもと寄託されたガンジダ トロ
ピカリス（Candida tropicalis）菌株が挙げられる。
発酵すべき水溶液のキシロース含量は、用いた出発物
質およびプロセス段階に依るが、有利には約50−300g/
である。
発酵は、曝気手段および攪拌手段およびpH調節手段を
備えている最も市販にて入手可能な発酵器の中で行なわ
れる。温度は、有利には20−40℃、最も有利には約30℃
である。酵母細胞はキシロース豊富の溶液に加えられ
る。一般に、酵母濃度がより高い程、発酵段階がより速
くなるということが言える。酵母濃度は有利にはキシロ
ース含量が約50−300g/である場合に、乾燥酵母約１
−20g/基質1g（乾燥重量）であると見出された。
発酵は栄養素を加えることにより高めることができ、
そしてそれは大部分のキシロースがキシリトールに変換
しそして実質的に全てのヘキソースがエタノールに変換
するかおよび／または酵母の成長に使用されるまで続け
られる。発酵は一般に約24−144時間、好ましくは24−7
2時間かかる。本発明の方法を用いて、90％までのキシ
ロースがキシリトールに変換することができる。
発酵段階の後、溶液は、そこからのキシリトールおよ
びエタノールの分離の前に清澄にされる。酵母細胞は発
酵の後除去される。これは遠心分離、濾過またはいくつ
かの他の同様の手法により行なうことができる。酵母細
胞が除去されそして溶液が透明になっている場合、発酵
において生成したエタノールは蒸発、蒸留または同様の
手法により回収される。あるいは、酵母細胞の除去は蒸
留の後行なうことができる。
キシリトールを回収するために、最初にクロマトグラ
フィー分離が行なわれる。これは有利には、ジビニルベ
ンゼンによりアルカリ金属／アルカリ土類金属形態で架
橋されたスルホン化ポリスチレン樹脂で充填されたカラ
ム中において行なわれる。この目的のために適する大規
模クロマトグラフィー方法は、米国特許第3928193号（M
elaja等）において記載されている。またクロマトグラ
フィー分離は、米国特許第2985589号に記載されるよう
な、模擬移動ベッド（simulated mobile bed）を使用し
て行なうことができる。DVB架橋されたスルホン化ポリ
スチレン樹脂はカラムの充填剤として使用される。
クロマトグラフィー段階から得られた高いキシリトー
ル含量を有する画分から、キシリトールは慣用の晶出方
法、例えば冷却または蒸発晶出を使用して良好な収率で
晶出される。冷却晶出を使用する場合、平均粒径約30μ
のキシリトール結晶は種結晶として濃厚キシリトール溶
液に加えられ、その後溶液の温度はゆっくりと低下させ
る。得られた結晶は、その平均直径が約250−600μであ
るが、例えば遠心分離によって分離されそして水で洗浄
して実質的に純粋な結晶性キシリトールを得る。
本方法はまた、出発物質を部分加水分解と抽出に受け
させるというより好ましい別の方法により行なうことが
できる。抽出から得られたプレ加水分解物はその後、キ
シロースをキシリトールに変換するべく発酵され、これ
はクロマトグラフィー分離されそして上述のように晶出
される。最終の加水分解は抽出されたものについて行な
われ、加水分解生成物はヘキソースをエタノールに変換
するべく発酵され、そしてエタノールは上記した方法に
より回収される。
本発明は以下の実施例を用いてさらに詳細に記載され
るが、これは本発明を限定することを意図するものでは
ない。
実施例１ 樺チップからのエタノールおよびキシリトールの生産 蒸気爆発処理を樺チップについて215℃にて4.5分の遅
延時間で以て行なった。使用された装置は市販されてい
る（Stake Technology,Canada）。
蒸気爆発によって前処理されたチップ30kgを、攪拌手
段を装備した反応器の中で水400に50℃にて懸濁させ
た。懸濁液のpHはNaOH溶液により4.8に調節した。以下
の酵素を反応器の中に加えた。： セルラーゼMultifect L 250（Cultor） 4FPU/g d.s. ベーターグリコシダーゼNovozyme188（Novo） 5IU/g d.
s. ヘミセルラーゼMultifect K（Cultor） 含有物 キシラナーゼ 18 U/g d.s. β−キシロシダーゼ 9nkat/g d.s. エステラーゼ 2nkat/g d.s. 反応を開始し、そして３および６時間の後、前処理さ
れた樺チップを混合物に加えて固形物含量を14重量％に
増加した。加水分解を50℃にてそしてpH4.8にて３日間
続けた。加水分解後の収率は前処理チップの乾燥重量に
対してグルコース16％そしてキシロース12％であった。
溶液をデカント遠心分離機（decanting centrifuge）
（Sharples P 600）において乾燥固形物より分離した。
微粉末物をWestfalia Na 7−06−076分離器において除
去し、そしてキシロース−グルコース溶液を蒸発により
濃縮した。濃縮物のpHは5.1であり、そして組成は以下
の通りであった。： グルコース 10.3％ キシロース 7.6％ 他の単糖 3.1％ オリゴ糖 5.5％ 固形物全含量は約32％であった。
溶液は有機酸の塩および少量のリグニン分解生成物、
フルフラール、フェノールおよび他の有機物質をさらに
含有していた。
加水分解生成物を酵母Candida tropicalis ATCC 9968
を用いて発酵した。New Brunswick Scientific Co If 2
50発酵器を使用し、これにガス分析および質量スペクト
ル分析装置を接続した。
発酵溶液は以下のものを含有する。： 60 プレ加水分解物 （乾燥固形物含量約32％） 1.5kg Gistex酵母抽出物 （121℃で15分蒸気滅菌） 29 水 接種培養物を２段階において、最初にOrbital Shaker
における２三角フラスコ中において30℃にて２日間、
そしてその後11の作業体積を有するMicrogen SF 116
実験室発酵器の中で成長させた。発酵器は5.5NL/min.
（0.5VVM）の速度で曝気しそして500rpmの速度で攪拌し
た。培養は１日の間続けた。
現行の発酵は、作業体積が100であるパイロット規
模について行なった。発酵器は20 NL/min.（0.2VVM）の
速度で曝気しそして100rpmの速度で攪拌した。温度は30
℃にそしてpHは６に維持した。PluriorRを消泡剤として
使用した。
発酵の結果を表１に示す。
発酵の後、実質的に全ての糖はキシリトールまたはエ
タノールを変換した。
発酵溶液を慣用の方法により蒸留することによりエタ
ノールを溶液から回収した。蒸留装置は硼珪酸ガラスよ
り作られた標準構成部分（Corning Process Systems）
から構築されており、そして該装置は以下の15の分離段
階のための備品よりなる。：ボイラー、13子のバブルプ
レートおよび頂上から第４番目のバルブプレートと第５
番目のバルブプレートとの間の供給プレート。カラムの
直径は10cmである。
蒸留は110mbarの圧力にて10／時間の供給速度にて
そして3:1の還流比で行なった。発酵溶液110は、エタ
ノール27.1重量％を含有する蒸留物7.0kgを与えた。底
の生成物のエタノール含量は、0.02重量％であった。
キシリトールの分離および、所望ならば、晶出は実施
例２および３に記載したように行なった。
実施例２ 亜硫酸塩廃液からのエタノールおよびキシリトールの生
産 使用した出発物質は、相当量のヘキソース、主にグル
コースを含有する亜硫酸廃液（フィンランド特許出願第
862273号、米国特許第4631129号）からクロマトグラフ
ィー分離された糖画分である。発酵の前のそしてこれに
続く溶液の組成を表２に示す。 表２ 有効成分 発酵前 発酵後 乾燥固形物 重量％ 19.0 − 乾燥固形物 のオリゴ糖％ 14.8 10.3 グルコース 90.0 1.4 キシロース 42.0 3.5 アラビノース 5.0 2.3 キシリトール − 25.4 エタノール − 42.0 アラビニトール − 2.8 発酵はDebaryomyces hansenii菌株を用いて行ない、
そして酵母抽出物3g/、麦芽抽出物3g/およびペプト
ン5g/を加えた。発酵すべき溶液のpHは、当初約6.0で
あり、温度は約30℃であり、そして発酵は、Orbital Sh
aker（200rpm）中で行なった。
発酵により生成したエタノールを蒸留（50℃、200mba
r）により回収し、そしてクロマトグラフィー分離を残
りの溶液についてジビニルベンゼン架橋された、ポリス
チレンベースの陽イオン交換材で充填されたカラム中に
おいて行ない、その関係で以下の条件を使用した。： カラムの高さ 4.0 m カラムの直径 22.5 cm 温度 65 ℃ 流速 30 1/h 供給濃度 30 重量％ 供給体積 固形物 6 kg 樹脂:Finex C 09粒径 0.37mm イオン型 Na+ 結果は図面にグラフで表わした。キシリトールはキシ
ロースおよび他の不純物から分離され、そしてキシリト
ール豊富の画分から回収され、それから純粋なキシリト
ールは実施例３に記載される方法により晶出された。
実施例３ キシリトールの晶出 キシリトールは、乾燥固形物に対し82.5％のキシリト
ールを含有するクロマトグラフィー的に豊富なキシリト
ール溶液から、溶液を65℃にて蒸発させて乾燥固形物92
重量％とした。2200gの自然重量の溶液の中に、約0.04m
mのキシリトール結晶を0.03重量％の量で接種し、そし
て溶液を以下の実験式に従い45℃に55時間冷却した。： Ｔ＝T1−（t/tl）２（T1−T2） 式中、 T＝溶液の温度℃ T1＝播種の温度（65℃） T2＝最終温度（45℃） t＝播種からの時間ｈ t1＝晶出時間（55h） 晶出は垂直攪拌機を備えた２パイロット晶出器の中
で行なった。溶液中に存在するキシリトールの65％は、
バスケット遠心分離機（basket centrifuge）（Hettich
Roto Silenta II）において母液より分離された原結晶
として晶出した。
遠心分離の間に、結晶は水（結晶の重量に対して水４
％）で洗われた。遠心分離時間は５分間であり、2000g
の遠心力を用いた。結晶懸濁液の自然重量1510gを遠心
分離し、乾燥固形物の99.4％のキシリトール含量を有す
る結晶性乾燥固形物705gを与えた。結晶の平均サイズは
0.37mmでありそして標準偏差24％であった。
原結晶はフィンランド特許第69296号において開示さ
れた方法により生成物結晶へ再結晶することができる。
実施例４ 大麦の殻からのエタノールおよびキシリトールの生産 以下の炭水化物組成を有する大麦の殻の物を出発物質
として使用した。： キシラン 乾燥固形物の21.6％ グルカン 33.4 アラビナン 5.7 ガラクタン 1.4 マンナン 0.6 ラムナン 0.2 大麦の殻の物を350psiの圧力で235℃にて加水分解
し、そして遅延時間は2.0分とした。加水分解された材
料は乾燥固形物46.6％を含有し、そして溶解された固形
物の含量は乾燥固形物に対して34.2％であった。濾液
は、乾燥固形物に基づき算出して単糖12.7％、酢酸16.9
％およびフルフラール0.5％を含有していた。ポスト加
水分解を濾液について、硫酸によりpHを１に調節しそし
て溶液を一気圧の圧力下100℃にて４時間の間加水分解
することにより行なった。ポスト加水分解物の組成は以
下の通りであった。： オリゴ糖 乾燥固形物の 1.3％ 単糖 乾燥固形物の45.2％： −キシロース 単糖の67.3％ −アラビノース 11.4％ −グルコース 16.0％ −ガラクトース 3.3％ −マンノース 1.5％ −ラムノース 0.5％ その他 乾燥固形物の3.3％ （例えばフルフラール） ポスト加水分解物の発酵、エタノールの回収およびキ
シリトールの晶出を上記の実施例に記載したように行な
った。
実施例５ オート麦の殻からのエタノールおよびキシリトールの生
産 以下の炭水化物組成を有するオート麦の殻の物を出発
物質として使用した。： キシラン 乾燥固形物の26.5％ グルカン 30.7 アラビナン 3.0 ガラクタン 1.3 マンナン 0.2 オート麦の殻の物を350psiの圧力で235℃にて加水分
解し、そして遅延時間は2.0分とした。加水分解された
材料は乾燥固形物39.1％を含有し、そして溶解された固
形物の含量は乾燥固形物に対して36.4％であった。濾液
は、乾燥固形物に基づき算出して単糖12.0％、酢酸12.9
％およびフルフラール0.5％を含有していた。ポスト加
水分解を濾液について、硫酸によりpHを１に調節しそし
て溶液を一気圧の圧力下100℃にて４時間の間加水分解
することにより行なった。ポスト加水分解物の組成は以
下の通りであった。： オリゴ糖 乾燥固形物の 1.3％ 単糖 乾燥固形物の63.1％： −キシロース 単糖の69.0％ −アラビノース 6.9％ −グルコース 19.1％ −ガラクトース 3.1％ −マンノース 0.8％ −ラムノース 1.1％ その他 乾燥固形物の2.8％ （例えばフルフラール） ポスト加水分解物の発酵、エタノールの回収およびキ
シリトールの晶出を上記の実施例に記載したように行な
った。
実施例６ 樺チップの蒸気爆発および抽出 蒸気爆発を樺チップについて、工場規模の設備を用い
て215℃の温度にて4.5分の遅延時間にて行なった。使用
された設備の製造業者はTechnip.であって、装置の型St
ake II Systemである。
蒸気爆発生成物を混合容器中の熱間加工水に懸濁させ
て約3.5％の繊維懸濁水を生成した。スラリーをそこか
らオーバーフローを経て平滑な層を向流原理で操作され
５相バンドフィルタ（型式A 40−B25;製造業者Filters
Philippe;ワイヤ幅2.7m;ワイヤは装置の製造業者により
供給される。）上に形成するようにした。さらに固形物
を熱水によりワイヤ上に抽出した。
得られた水溶液は以下のものを有していた。： 乾燥固形物含量 8.7重量％ キシロースモノマー 自然重量の1.1 ％ キシロースオリゴマー 自然重量の3.7 ％ グルコース 自然重量の0.04％ 実施例７ 蒸気爆発され水洗された樺チップ物の酵素崩壊 加水分解のための出発物質として使用された、蒸気爆
発（215℃/4.5分）された樺チップ物（実施例６に従い
製造された。）の組成は、以下の通りであった。
乾燥固形物 32％ セルロース 乾燥固形物の60％ キシラン 乾燥固形物の3.6％ リグニン 乾燥固形物の25％ （アセトンに抽出可能） クラソン（Klason）リグニン 乾燥固形物の12.3％ 上記の物90kgの秤量し、攪拌機および加熱ジャケット
を備えかつ水370が入った反応容器の中へ入れた。混
合物を50℃に加熱し、pHを4.8−5.0に調節し、その後酵
素溶液（Multifect L 250 1.24、Novozyme188 0.11
およびMultifect K 0.09）を加えた。活性単位と
して、加えられた量はセルロース6FPU/g、ベーターグル
コキシダーゼ5IU/gおよび、成長溶液0.02ml/ヘミセルラ
ーゼの乾燥固形物ｇ（キシラナーゼの乾燥固形物18U/
g、β−キシロシダーゼの乾燥固形物9nkat/g、エステラ
ーゼの乾燥固形物2nkat/g）に相当する。反応は上記し
た条件の下18時間の間続行できるようにした。その後物
および酵素を開始状態におけるのと同量加えた。相当す
る物および酵素の添加を開始より21時間後に繰り返し
た。その後加水分解反応を総時間が40時間となるように
続け得るようにした。その後当該物の混合物を80℃に10
−20分間加熱することにより酵素作用を停止した。この
関係で、残りの固形物は凝固し、そしてこれゆえ分離を
容易になし得た。固形物および溶液をお互いに遠心分離
（Pennvalt Sharples P 600model）により分離した。さ
らに残りの微細沈殿を分離器（Westfalia model NA7−0
6−076）において分離することにより溶液を清澄にし
た。Luwa蒸発器を用いて真空中40−50℃の温度にて蒸発
させることにより、溶液を発酵のための33％にまで濃縮
した。
酵素処理における、蒸気爆発され、水洗された樺チッ
プ物の加水分解収率： 清澄にされそして蒸発された酵素加水分解溶液の組
成： グルコース 自然重量の22.7％ キシロース 自然重量の 2.7％ オリゴ糖 自然重量の 4.7％ 実施例８ 蒸気爆発され水洗された樺チップ物の酵素による加水分
解物のエタノールへの発酵 加水分解されたセルロースを酵母Candida torpicalis
ATCC 9968で発酵した。New Brunswick Scientific IF
−250発酵器を使用した。
発酵溶液は以下のものを含有していた。： 45 加水分解物 1.5kg Gistex酵母抽出物 40 水 接種培養物を２段階において、最初にOrbital Shaker
の２三角フラスコ中において30℃にて２日間、その後
11の作業体積を有するNew Brunswick Scientific SF
−116実験室発酵器の中で成長させた。発酵器は5.5NL/m
in.（0.5VVM）の速度で曝気しそして500rpmの速度で攪
拌した。培養は１日の間続けた。
現行の発酵は、作業体積が100であるパイロット規
模について行なった。発酵器は25NL/min.（0.25VVM）の
速度で曝気しそして100rpmの速度で攪拌した。温度は30
℃に調節し、そして泡はPlurior消泡剤により抑えた。
発酵の結果を表４に示す。
29.5時間のうち、酵母は、基質中の全てのグルコース
を消費し、それより48％の収率でエタノールを生成し
た。
発酵の後、酵母細胞を溶液より遠心分離（Westfalia
NA7−06−076）により分離した。清澄にした溶液を蒸留
してエタノールを回収した。
実施例９ 蒸気爆発され水洗された樺チップ物の酵素加水分解物の
発酵生成物からのエタノールの回収 発酵されたセルロース加水分解物100を蒸留した。
発酵は実施例８に記載した方法により行ないそしてWest
falia NA7−06−076分離器において遠心分離により清
澄にした。溶液のエタノール含量は3.4％であった。
蒸留装置は硼珪酸ガラスで作られたCorning Process
Systemsによる標準構成部分から構築されている。カラ
ムの直径は10cmである。本装置は、15個の分離段階より
なる。：ボイラー、13個のバルブプレートおよび頂上か
ら第４番目のバルブプレートと第５番目のバルブプレー
トとの間の供給プレート。蒸留は100mbarの圧力にて、1
0／時間の供給速度にてそして3:1の還流比で以て行な
った。蒸留物8.5kgが回収され、それは36.0％エタノー
ル含量を有する。底の生成物のエタノール含量は、0.1
％であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ１２Ｒ 1:645） (Ｃ１２Ｐ 7/18 Ｃ１２Ｒ 1:74） (Ｃ１２Ｐ 7/18 Ｃ１２Ｒ 1:645） (72)発明者 ラーキラ レエナ フィンランド国 エスエフ― 02130 エスポー コイヴヴィイダンチエ 30 ア ６ (72)発明者 サルッキ マルヤ―レエナ フィンランド国 エスエフ― 02460 カントヴィク ブリッサクセンチエ ２ ディ ３ (72)発明者 ヴィルジャヴァ タピオ フィンランド国 エスエフ― 02400 キルッコヌンミ ブロンチエ ２，エイ エス．12 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C12P 7/10 C12P 7/18

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】遊離のキシロースをキシリトールに変換し
    そして存在する遊離のヘキソースをエタノールに変換す
    ることが可能な酵母菌株を用いて出発物質を発酵し、生
    成したエタノールを回収しそしてキシリトールを残りの
    キシリトール溶液からクロマトグラフィー分離すること
    を特徴とする、加水分解されたリグノセルロースを含有
    する材料からのキシリトールおよびエタノールの同時生
    産方法。
  2. 【請求項２】出発物質を抽出し、抽出溶液を発酵してキ
    シロースをキシリトールに変換しそしてクロマトグラフ
    ィー分離および晶出をキシリトール溶液について行ない
    そして最終の加水分解を抽出物について行ない、その抽
    出物を発酵しそして生成したエタノールを回収すること
    を特徴とする、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】キシラン含有リグノセルロースを出発物質
    として使用することを特徴とする、請求項１記載の方
    法。
  4. 【請求項４】前記キシラン含有リグノセルロースは、樺
    または穀物の殻であることを特徴とする、請求項３記載
    の方法。
  5. 【請求項５】亜硫酸廃液を出発物質として使用すること
    を特徴とする、請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】純粋なキシリトールを、クロマトグラフィ
    ー段階において得られたキシリトール豊富の画分より晶
    出することを特徴とする、請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】酵母細胞を蒸留の前にまたはそれに続いて
    除去することを特徴とする、請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】酵母菌株はカンジダ（Candida）属または
    デバリョマイセス（Debaryomyces）属のものであること
    を特徴とする、請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】酵母はカンジダ トロピカリス（Candida
    torpicalis）種でありそして好ましくはカンジダ トロ
    ピカリス アメリカンタイプカルチャーコレクション99
    68（Candida tropicalis ATCC 9968）であることを特
    徴とする、請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】酵母はデバリョマイセス ハンセニイ
    （Debaryomyces hansenii）種であることを特徴とす
    る、請求項１記載の方法。
  11. 【請求項１１】エタノールを蒸留によって回収すること
    を特徴とする、請求項１記載の方法。
  12. 【請求項１２】加水分解は蒸気爆発および酵素による最
    終加水分解により行なうことを特徴とする、請求項１記
    載の方法。
  13. 【請求項１３】クロマトグラフィー分離は強カチオン交
    換樹脂を固定相として使用することにより行なうことを
    特徴とする、請求項１記載の方法。
  14. 【請求項１４】発酵は４−７のpHにてそして10−45℃の
    温度にて行なうことを特徴とする、請求項１記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】発酵は5.7のpHにてそして25−35℃の温
    度にて行なうことを特徴とする、請求項14記載の方法。
  16. 【請求項１６】抽出物の最終加水分解は酵素により行な
    うことを特徴とする、請求項２記載の方法。
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