JP5262154B2 - 糖化システム、糖化液の製造方法、及び発酵システム - Google Patents
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Description
本発明の糖化システムの一実施形態は、セルロース及び夾雑物を含む廃棄物系バイオマスと、少なくともセルラーゼを含む酵素(a)と、水とが投入される離解槽及びこの離解槽内に設置された離解機を備え、水の存在下で、廃棄物系バイオマスを離解機及び酵素(a)によって解繊してセルロース及び夾雑物を含む解繊パルプを得る離解処理装置と、得られた解繊パルプから夾雑物を分離し、精製パルプを得る精製装置と、得られた精製パルプ中のセルロースを糖化して糖化液を得る糖化反応装置と、を備えるものである。
本実施形態の糖化システムに備えられた離解処理装置は、セルロース及び夾雑物を含む廃棄物系バイオマスと、少なくともセルラーゼを含む酵素(a)と、水とが投入される離解槽及び離解槽内に設置された離解機を備え、水の存在下で、廃棄物系バイオマスを離解機及び酵素(a)によって解繊してセルロース及び夾雑物を含む解繊パルプを得るものである。このような離解処理装置によって、例えば、アルミニウム箔貼合紙(以下、アルミ貼合紙と略す)のようにセルロースとアルミニウムとの接着部分が多いものであっても、セルロースとアルミニウム、即ち夾雑物とを十分に分離することができ、糖の収率を向上させることができる。
本実施形態の糖化システムに備えられた精製装置は、得られた解繊パルプから夾雑物を分離し、精製パルプを得るものである。このような精製装置によって、廃棄物系バイオマスに含まれる粘着剤、フィルムなどの樹脂や、ホチキスの針、磁性体、アルミニウムなどの金属等の夾雑物を除去することができるため、糖を高い収率で得ることができる。
本実施形態の糖化システムに備えられた糖化反応装置は、得られた精製パルプ中のセルロースを糖化して糖化液を得るものである。このような糖化反応装置によって、セルロースを良好に糖化して糖化液を得ることができる。
本実施形態の糖化システムは、離解処理装置、精製装置、及び、糖化反応装置以外に、殺菌装置を備えることもできる。殺菌装置は、離解処理装置に投入する前の廃棄物系バイオマスを殺菌するものであり、離解処理装置で処理する前に廃棄物系バイオマスを殺菌することによって、廃棄物系バイオマスに付着している雑菌によって糖化液中の糖が消費されてしまうことを防止することができる。殺菌装置における殺菌方法は、特に制限はなく、廃棄物系バイオマスを酸やアルカリに晒す方法、廃棄物系バイオマスを高温雰囲気下に晒す方法、これらの方法を組み合わせた方法などを挙げることができる。なお、酸またはアルカリに晒す方法を用いて殺菌を行う場合、殺菌後は、離解処理装置で用いる酵素(a)を失活させないpH、例えば、弱酸性付近に調整することが好ましい。また、廃棄物系バイオマスを高温雰囲気下に晒す方法を用いて殺菌を行う場合、殺菌後は、離解処理装置で用いる酵素(a)を失活させない温度、例えば、室温にすることが好ましい。
本発明の糖化液の製造方法の一の実施形態は、図1に示すように、セルロース及び夾雑物を含む廃棄物系バイオマス1と、少なくともセルラーゼを含む酵素(a)11と、水13とが投入される離解槽及び離解槽内に設置された離解機を備える離解処理装置3を用い、水13の存在下で、廃棄物系バイオマス1を離解機及び酵素(a)11によって解繊してセルロース及び夾雑物を含む解繊パルプを得る離解処理工程26と、得られた解繊パルプから夾雑物15,16,17,18を分離し、精製パルプを得る精製工程30と、得られた精製パルプ中のセルロースを糖化して糖化液9を得る糖化反応工程33と、を有するものである。
本実施形態の糖化液の製造方法は、まず、セルロース及び夾雑物を含む廃棄物系バイオマスと、少なくともセルラーゼを含む酵素(a)と、水とが投入される離解槽及び離解槽内に設置された離解機を備える離解処理装置を用い、水の存在下で、廃棄物系バイオマスを離解機及び酵素(a)によって解繊してセルロース及び夾雑物を含む解繊パルプを得る離解処理工程を行う。このような離解処理工程によって、例えば、アルミ貼合紙のようにセルロースとアルミニウムとの接着部分が多いものであっても、セルロースとアルミニウムとを十分に分離することができ、セルロースの収率を向上させ得る。従って、糖の収率を向上させることができる。離解処理工程に用いる装置としては、例えば、本発明の糖化システムに備えられる離解処理装置を好適に用いることができる。
次に、本実施形態の糖化液の製造方法は、得られた解繊パルプから夾雑物を分離し、精製パルプを得る精製工程を行う。このような精製工程によって、廃棄物系バイオマスに含まれる粘着剤、フィルムなどの樹脂や、ホチキスの針、磁性体、アルミニウムなどの金属等の夾雑物を除去することができるため、高い収率でセルロースを回収することができ、糖の収率を高めることができる。精製工程に用いる装置としては、例えば、本発明の糖化システムに備えられる精製装置を好適に用いることができる。
次に、本実施形態の糖化液の製造方法は、得られた精製パルプ中のセルロースを糖化して糖化液を得る糖化反応工程を行う。このような糖化反応工程によって、セルロースを良好に糖化し、高い収率で糖を得ることができる。糖化反応工程に用いる装置としては、例えば、本発明の糖化システムに備えられる糖化反応装置を好適に用いることができる。
本実施形態の糖化液の製造方法は、離解処理工程、精製工程、及び糖化反応工程以外に、図1に示すように、離解処理工程26の前に、廃棄物系バイオマス1を殺菌する殺菌工程2を行ってもよい。このように離解処理装置で処理する前に廃棄物系バイオマスを殺菌することによって、廃棄物系バイオマスに付着している雑菌によって糖化液中の糖が消費されてしまうことを防止することができる。殺菌工程に用いる装置としては、例えば、本発明の糖化システムに備えることのできる殺菌装置を好適に用いることができる。
本発明の発酵システムの一実施形態は、本発明の糖化システムを備え、本発明の糖化システムで得られる糖化液を微生物によって発酵する発酵装置を備えるものである。このような発酵システムによって、発酵物を収率良く得ることができる。
感熱紙14質量%、ノーカーボン紙7質量%、磁気乗車券7質量%、アルミ蒸着段ボール7質量%、フィルム付重袋3.5質量%、タック剥離紙6.5質量%、雑誌古紙11質量%、及びオフィス古紙44質量%の割合で含む廃棄物系バイオマスを314kg、酵素(a)としてジェネンコア社製のセルラーゼ「マルティフェクトCX10L」150kg(廃棄物バイオマス1gに対してFPU活性が65FPU)を、バケットスクリーン(精製装置)を備えたパルパー(離解処理装置)に投入した後、廃棄物系バイオマスの使用割合が水と廃棄物系バイオマスとの合計量に対して、5質量%になるように水を加えた。その後、処理温度を50℃、pHを5として、攪拌機の回転数130rpmで240分間離解処理を行って解繊パルプ液を得た。
パルパー処理に用いた廃棄物系バイオマス固形分量から、含まれていた夾雑物の量を差し引いた量(α)(314kg−18.8kg=295.2kg)と、軽量クリーナーから排出された固形分量から、含まれていた夾雑物の量を差し引いた量(β)(205kg−0kg=205kg)と、により算出({差し引いた量(β)/差し引いた量(α)}×100)した。
パルパー処理に用いた廃棄物系バイオマスに含まれる夾雑物量(18.8kg)に対する、バケットスクリーン、粗選マルチソータースクリーン、精選スリットスクリーン、重量クリーナー、及び、軽量クリーナーによって除去された固形分の総量(18kg+0.72kg+0.08kg+0.02kg+0kg=18.82kg)の割合を夾雑物除去率として算出した。
糖化反応装置内の糖化液中の糖をフェノール硫酸法によって測定した。
夾雑物を除去された後のセルロース量に対して、得られた糖収量の割合により算出した。
パルパー処理に用いた廃棄物系バイオマス量(314kg)に対する糖量(168.6kg)により算出した。
王子計測機器社製のバイオセンサー「モデルBF−4」(商品名)を用いて測定した。
上記[セルロース収率]によって算出した差し引いた量(α)(314kg−18.8kg=295.2kg)に対する上記[エタノール収量]によって測定したエタノール収量(64.1kg)により算出した。
実施例1で使用したものと同様のものを同様の割合で含む廃棄物系バイオマス382kgをパルパーに投入した後、廃棄物系バイオマスの使用割合が、水と廃棄物系バイオマスとの合計量に対して、10質量%になるように水を加えて原料物を得た。処理温度を40℃とし、NaOHを上記原料物の全量に対して0.5%添加した。攪拌機の回転数310rpmで30分間離解処理を行って解繊パルプ液を得た。その後、実施例1と同様にして糖化液を得た。本比較例におけるセルロース収率、夾雑物除去率、糖収量、糖化率、糖収率、エタノール収量、及びエタノール収率の測定結果を表1に示す。
Claims (9)
- セルロース及び夾雑物を含む廃棄物系バイオマスと、少なくともセルラーゼを含む酵素(a)と、水とが投入される離解槽及び前記離解槽内に設置された離解機を備え、水の存在下で、前記廃棄物系バイオマスを前記離解機及び前記酵素(a)によって解繊してセルロース及び夾雑物を含む解繊パルプを得る離解処理装置と、
得られた前記解繊パルプから前記夾雑物を分離して、精製パルプを得る精製装置と、
得られた前記精製パルプ中のセルロースを糖化して糖化液を得る糖化反応装置と、
を備え、
前記精製装置で分離された前記夾雑物を洗浄する洗浄装置と、前記夾雑物を洗浄した洗浄液を回収し、前記洗浄液を前記離解処理装置の前記離解槽に投入する再利用装置とを更に備えており、
前記離解処理装置は、供給配管によって前記離解槽に接続された、前記廃棄物系バイオマス、前記酵素(a)、及び前記水をそれぞれ貯留する貯留タンクを備える糖化システム。 - 前記廃棄物系バイオマスが、パルプスラッジ、オフィス古紙、段ボール、雑誌、磁気用紙、感熱紙、アルミ貼合紙、フィルムコーティング紙、及び、衛生用品廃棄物よりなる群から選択される少なくとも一種である請求項1に記載の糖化システム。
- 前記精製装置が、比重の違いによって分離する装置、大きさの違いによって分離する装置、または、これらの装置を組み合わせた装置である請求項1または2に記載の糖化システム。
- 前記離解処理装置によって前記廃棄物系バイオマスを前記解繊パルプにするとともに、前記離解処理装置で得られた前記解繊パルプを前記精製装置に供給することを連続的に行う請求項1〜3のいずれか一項に記載の糖化システム。
- 前記離解処理装置によって前記廃棄物系バイオマスを前記解繊パルプにするとともに、前記離解処理装置で得られた前記解繊パルプを前記精製装置に供給することを回分的に行う請求項1〜3のいずれか一項に記載の糖化システム。
- 前記糖化反応装置が、前記セルロースを、少なくともセルラーゼを含む酵素(b)によって糖化するものであり、前記解繊パルプ中の前記酵素(a)のFPU活性が、前記糖化液中の全酵素のFPU活性よりも低い請求項1〜5のいずれか一項に記載の糖化システム。
- セルロース及び夾雑物を含む廃棄物系バイオマスと、少なくともセルラーゼを含む酵素(a)と、水とが投入される離解槽及び前記離解槽内に設置された離解機を備える離解処理装置を用い、水の存在下で、前記廃棄物系バイオマスを前記離解機及び前記酵素(a)によって解繊してセルロース及び夾雑物を含む解繊パルプを得る離解処理工程と、
得られた前記解繊パルプから前記夾雑物を分離し、精製パルプを得る精製工程と、
得られた前記精製パルプ中のセルロースを糖化して糖化液を得る糖化反応工程と、を有し、
前記精製工程で分離された前記夾雑物を洗浄する洗浄工程と、
前記夾雑物を洗浄した洗浄液を回収し、前記洗浄液を前記離解処理装置の前記離解槽に投入する再利用工程と、を更に有する糖化液の製造方法。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の糖化システムを備え、前記糖化システムによって得られる糖化液を微生物によって発酵する発酵装置を備える発酵システム。
- 前記糖化システムの前記糖化反応装置に微生物を添加し、前記糖化反応装置を前記発酵装置として用いる請求項8に記載の発酵システム。
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