JP5693286B2 - Saccharification method of woody biomass - Google Patents
Saccharification method of woody biomass Download PDFInfo
- Publication number
- JP5693286B2 JP5693286B2 JP2011033247A JP2011033247A JP5693286B2 JP 5693286 B2 JP5693286 B2 JP 5693286B2 JP 2011033247 A JP2011033247 A JP 2011033247A JP 2011033247 A JP2011033247 A JP 2011033247A JP 5693286 B2 JP5693286 B2 JP 5693286B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- saccharification
- woody biomass
- wood
- screw extruder
- ethanol
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims description 96
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 51
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 claims description 25
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 16
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims description 15
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims description 15
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims description 15
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 80
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 57
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 47
- 241000218645 Cedrus Species 0.000 description 33
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 25
- 108010059892 Cellulase Proteins 0.000 description 24
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 description 24
- 229940106157 cellulase Drugs 0.000 description 21
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 21
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 description 21
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 21
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 20
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 19
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 18
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 17
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 16
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 16
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 15
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 14
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 14
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 13
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 12
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 11
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 11
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 10
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 9
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 8
- SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N D-xylopyranose Chemical compound O[C@@H]1COC(O)[C@H](O)[C@H]1O SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N 0.000 description 8
- 239000011120 plywood Substances 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 8
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N arabinose Natural products OCC(O)C(O)C(O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N beta-D-Pyranose-Lyxose Natural products OC1COC(O)C(O)C1O SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 7
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 7
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 6
- 150000002972 pentoses Chemical class 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 150000002402 hexoses Chemical class 0.000 description 5
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 5
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- WQZGKKKJIJFFOK-QTVWNMPRSA-N D-mannopyranose Chemical compound OC[C@H]1OC(O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-QTVWNMPRSA-N 0.000 description 4
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 4
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 4
- 239000007979 citrate buffer Substances 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 4
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 4
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 4
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N alpha-D-galactose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N 0.000 description 3
- PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N arabinose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N 0.000 description 3
- 238000002419 base digestion Methods 0.000 description 3
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 3
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 3
- 229930182830 galactose Natural products 0.000 description 3
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 3
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 3
- AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 1,4-benzoquinone Chemical compound O=C1C=CC(=O)C=C1 AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 2
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- -1 peracetate Chemical compound 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 2
- 241000223602 Alternaria alternata Species 0.000 description 1
- 241000892910 Aspergillus foetidus Species 0.000 description 1
- 241000228245 Aspergillus niger Species 0.000 description 1
- 241000186320 Cellulomonas fimi Species 0.000 description 1
- 241000186217 Cellulomonas uda Species 0.000 description 1
- 241000221955 Chaetomium Species 0.000 description 1
- 241000218631 Coniferophyta Species 0.000 description 1
- RFSUNEUAIZKAJO-VRPWFDPXSA-N D-Fructose Natural products OC[C@H]1OC(O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-VRPWFDPXSA-N 0.000 description 1
- FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N D-Glucitol Natural products OC[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N 0.000 description 1
- FBPFZTCFMRRESA-KVTDHHQDSA-N D-Mannitol Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-KVTDHHQDSA-N 0.000 description 1
- FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N D-glucitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N 0.000 description 1
- 241000588700 Dickeya chrysanthemi Species 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 1
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 description 1
- 241000427940 Fusarium solani Species 0.000 description 1
- 241000222344 Irpex lacteus Species 0.000 description 1
- 229930195725 Mannitol Natural products 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 241000221961 Neurospora crassa Species 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000589540 Pseudomonas fluorescens Species 0.000 description 1
- 244000061487 Pycreus globosus Species 0.000 description 1
- 241000588901 Zymomonas Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000003674 animal food additive Substances 0.000 description 1
- 239000011260 aqueous acid Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- OCLXJTCGWSSVOE-UHFFFAOYSA-N ethanol etoh Chemical compound CCO.CCO OCLXJTCGWSSVOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 235000003599 food sweetener Nutrition 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000011121 hardwood Substances 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 239000006148 magnetic separator Substances 0.000 description 1
- 239000000594 mannitol Substances 0.000 description 1
- 235000010355 mannitol Nutrition 0.000 description 1
- 238000005360 mashing Methods 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 235000011837 pasties Nutrition 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L peroxydisulfate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 description 1
- 230000002335 preservative effect Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000001568 sexual effect Effects 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- PFUVRDFDKPNGAV-UHFFFAOYSA-N sodium peroxide Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][O-] PFUVRDFDKPNGAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MWNQXXOSWHCCOZ-UHFFFAOYSA-L sodium;oxido carbonate Chemical compound [Na+].[O-]OC([O-])=O MWNQXXOSWHCCOZ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229960002920 sorbitol Drugs 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000003765 sweetening agent Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Description
本発明は、木質系バイオマス中のセルロース又はヘミセルロースを原料として、安価かつ効率よく糖を製造するための糖化方法、並びに該セルロース又はヘミセルロースに由来する糖からエタノールを製造する方法に関する。 The present invention relates to a saccharification method for producing sugar at low cost and efficiency using cellulose or hemicellulose in woody biomass as a raw material, and a method for producing ethanol from sugar derived from the cellulose or hemicellulose.
化石資源に依存しないカーボンニュートラルな液体燃料としてバイオエタノールが注目されており、現在まで様々なバイオマスを対象とした製造技術が実証されつつある。バイオマスの中でも、セルロース系バイオマスは、食料と競合しないエネルギー資源として注目されている。セルロース系バイオマスは、糖質やデンプン質系バイオマスと比較して、エタノール転換が非常に難しく実用性の高い製造技術が確立されているとは言いがたい。 Bioethanol has been attracting attention as a carbon-neutral liquid fuel that does not depend on fossil resources, and production technologies targeting various biomass have been demonstrated to date. Among biomass, cellulosic biomass is attracting attention as an energy resource that does not compete with food. It is difficult to say that cellulosic biomass has a highly practical production technique that is very difficult to convert to ethanol as compared to carbohydrate and starchy biomass.
特に木質バイオマスはセルロースが高結晶化しており、さらに複雑な化学結合からなるリグニンが存在する。したがって、木質系バイオマスを利用する場合、従来は高温や高圧で処理する濃硫酸や希硫酸による前処理方法が検討されてきた。しかし、これらの方法では、セルロースの加水分解で生成する単糖の過反応(過分解)が進み、単糖の収率が低いことや、糖やリグニン由来の発酵阻害物質が生成すること、設備全般での酸腐食といった問題がある。さらに、製造に多くのエネルギーを要することから、ライフサイクルアセスメント(LCA)の観点でも課題があった。 In particular, woody biomass has high crystallization of cellulose, and lignin consisting of more complicated chemical bonds exists. Therefore, in the case of using woody biomass, a pretreatment method using concentrated sulfuric acid or dilute sulfuric acid treated at high temperature or high pressure has been conventionally studied. However, in these methods, overreaction (overdecomposition) of monosaccharides produced by hydrolysis of cellulose proceeds, the yield of monosaccharides is low, fermentation inhibitors derived from sugars and lignin are produced, equipment There is a general problem of acid corrosion. Furthermore, since a lot of energy is required for production, there is a problem from the viewpoint of life cycle assessment (LCA).
近年、これらの課題を打開すべく、常温常圧での製造が可能な酵素(セルラーゼ)を用いる酵素糖化法が注目されている。酵素糖化は、濃硫酸や希硫酸法で見られる単糖の過反応や糖やリグニンからの発酵阻害物質の生成がないだけでなく、常温付近での反応であり、LCAの観点からも大いに期待されている。 In recent years, in order to overcome these problems, an enzymatic saccharification method using an enzyme (cellulase) that can be produced at room temperature and normal pressure has attracted attention. Enzymatic saccharification is not only the overreaction of monosaccharides and the production of fermentation inhibitors from sugars and lignin, as seen in concentrated sulfuric acid and dilute sulfuric acid methods, but it is also a reaction near room temperature, and it is highly expected from the viewpoint of LCA. Has been.
しかしながら、酵素を用いた糖化方法であっても木質系バイオマスを十分に効率良く糖化するのは非常に困難である。特に、杉等の針葉樹は、広葉樹と比較してリグニンの密度が高いことから酵素糖化をさらに困難としている。また、このような木材そのものの物性だけでなく、添加した酵素(セルラーゼ)の一部がリグニンに吸着し、セルロースまでアタックできないことも木材の酵素糖化を困難としている大きな理由でもある。したがって、木質系バイオマスの酵素糖化では、事前にセルロースやリグニンの形態を改善し、酵素糖化を促進する前処理方法が必須となる。 However, it is very difficult to saccharify woody biomass sufficiently efficiently even by a saccharification method using an enzyme. In particular, conifers such as cedar make the enzymatic saccharification more difficult because the density of lignin is higher than that of broad-leaved trees. In addition to the physical properties of the wood itself, the fact that some of the added enzyme (cellulase) is adsorbed on lignin and cannot be attacked to cellulose is also a major reason for the difficulty of enzymatic saccharification of wood. Therefore, in the enzymatic saccharification of woody biomass, a pretreatment method that improves the form of cellulose or lignin in advance and promotes enzymatic saccharification is essential.
木質系バイオマスの酵素糖化における代表的な前処理方法としては、水熱処理と湿式メカノケミカルによる方法(特許文献1:特開2008-104404号公報)を挙げることができる。この方法は、微粉砕した木材原料を高温高圧の水熱処理で軟化させた後、湿式ディスクミルを用いてさらに微粒子化し、後段の酵素糖化率を向上させる前処理方法である。本技術は木材をナノレベルまで微粒子化し組織を破壊することにより高い糖化率を得ることができる。ただし、水熱処理及び超微粉砕での投与エネルギー、超微粉砕機の磨耗といった課題がある。特に、金属や砂等の異物が含まれる木質系廃棄物の場合には、粉砕機の磨耗を促進することとなり、的確な異物除去の対策を講じる必要がある。 As a typical pretreatment method in the enzymatic saccharification of woody biomass, there can be mentioned a method using hydrothermal treatment and wet mechanochemical (Patent Document 1: JP 2008-104404 A). This method is a pretreatment method in which a finely pulverized wood raw material is softened by high-temperature and high-pressure hydrothermal treatment, and then finely divided using a wet disc mill to improve the enzyme saccharification rate in the subsequent stage. This technology can obtain a high saccharification rate by breaking down the tissue into fine particles of the wood down to the nano level. However, there are problems such as administration energy in hydrothermal treatment and ultrafine grinding, and wear of the ultrafine grinding machine. In particular, in the case of woody waste containing foreign matters such as metal and sand, wear of the pulverizer is promoted, and it is necessary to take appropriate measures for removing foreign matters.
また、木質系バイオマスの酵素糖化における前処理方法としては、パルプ生産で用いられているアルカリ蒸解法がある。これは、苛性ソーダなどのアルカリ薬剤をバイオマスへ乾燥重量当たり5〜40%、キノン系蒸解助剤などを乾燥重量当たり10%程度混合し、100℃〜200℃、望ましくは140℃以上に加熱し、所定時間圧力釜で処理する方法である。この方法により木材中のリグニンを完全に溶解させることができる。このアルカリ蒸解で脱リグニンされた固形分は、水で洗浄され、その後、セルラーゼによりグルコース、キシロース等の単糖まで酵素糖化される。 Moreover, as a pretreatment method in the enzymatic saccharification of woody biomass, there is an alkali cooking method used in pulp production. This is a mixture of alkaline chemicals such as caustic soda to the biomass 5-40% per dry weight, quinone-based cooking aid etc. about 10% per dry weight, and heated to 100 ° C-200 ° C, preferably 140 ° C or higher, It is a method of processing with a pressure cooker for a predetermined time. By this method, lignin in wood can be completely dissolved. The solid content delignified by this alkali digestion is washed with water, and then enzymatically saccharified to monosaccharides such as glucose and xylose by cellulase.
本前処理方法の先行文献として特許文献2:特開2008-92910号公報が挙げられる。当該文献では、杉材を用いたエタノール製造結果を示しており、杉重量当たり20%の苛性ソーダを含む水溶液を混合し170℃で240分(温度立ち上げからの全時間330分)のアルカリ蒸解を行い、その後回収した固形分210g(セルロース含量43g)を酵素糖化・発酵を行った結果、84%のエタノール収率が得られたとしている。しかしながら、本前処理方法によれば、アルカリ蒸解反応に専用の圧力釜が必要であり、反応時間も60〜500分と長時間を要するため設備が過大となる。また、本先行技術はバッチ処理を基本としており、連続製造を行うためには、圧力釜への木材や苛性ソーダ水溶液の供給方法、圧力釜の温度、圧力の制御手法等の課題もある。 Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-92910 is cited as a prior document of this pretreatment method. In this document, the results of ethanol production using cedar wood are shown. An aqueous solution containing 20% caustic soda per cedar weight is mixed and subjected to alkaline digestion at 170 ° C for 240 minutes (total time 330 minutes after temperature rise). After that, as a result of enzymatic saccharification / fermentation of 210 g (cellulose content 43 g) of the recovered solid content, an ethanol yield of 84% was obtained. However, according to this pretreatment method, a dedicated pressure cooker is required for the alkali digestion reaction, and the reaction time is as long as 60 to 500 minutes, resulting in excessive facilities. In addition, this prior art is based on batch processing, and in order to perform continuous production, there are problems such as a method for supplying wood or a caustic soda solution to the pressure cooker, a pressure cooker temperature, and a pressure control technique.
一方、木質系バイオマスではなく、稲わら等のソフトセルロースの酵素糖化における前処理方法としては、裁断又は粉砕したソフトセルロースを常温にて苛性ソーダ水溶液と混合し、固形分を中和処理した後、酵素糖化する手法が知られている。稲わら等のソフトセルロースにおいては、この前処理方法にて高い酵素糖化率が得られるが(第19回日本エネルギー学会大会「稲わらからのバイオエタノール製造プロセスの開発」)、木質系バイオマスの場合には顕著な効果は見られず、非常に高濃度の苛性ソーダを添加する必要があった(平成21年度 エコ燃料実用化地域システム実証事業 成果報告書)。 On the other hand, as a pretreatment method in enzymatic saccharification of soft cellulose such as rice straw instead of woody biomass, the cut or pulverized soft cellulose is mixed with an aqueous caustic soda solution at room temperature, and the solid content is neutralized. A technique for saccharification is known. For soft celluloses such as rice straw, a high enzymatic saccharification rate can be obtained by this pretreatment method (19th Annual Meeting of the Japan Institute of Energy "Development of bioethanol production process from rice straw"). There was no noticeable effect, and it was necessary to add a very high concentration of caustic soda (2009 Eco-Fuel Practical Use Regional System Demonstration Project Results Report).
本発明は、上述した糖化処理の難しい建設廃木材等の木質系バイオマスを対象にして高収率な酵素糖化を達成できる、木質系バイオマスの糖化方法及び木質系バイオマスを用いたエタノール製造方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a saccharification method for woody biomass and a method for producing ethanol using woody biomass that can achieve high-yield enzymatic saccharification for woody biomass such as construction waste wood that is difficult to saccharify as described above. The purpose is to do.
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、木質系バイオマスに対してアルカリ溶液中でせん断力を付加することで、その後の酵素処理における糖化効率が大幅に向上することを見いだし、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor has shown that the saccharification efficiency in the subsequent enzyme treatment is greatly improved by adding shearing force to the woody biomass in an alkaline solution. As a result, the present invention has been completed.
すなわち、本発明は以下を包含する。
(1)木質系バイオマスに対してアルカリ溶液中にてせん断力を付加する工程と、その後固形分を酵素により糖化する工程とを含む、木質系バイオマスの糖化方法。
That is, the present invention includes the following.
(1) A method for saccharification of woody biomass, comprising a step of applying shearing force to woody biomass in an alkaline solution, and a step of saccharifying the solid content with an enzyme thereafter.
(2)上記せん断力を付加する工程では多軸押出機を使用することを特徴とする(1)記載の糖化方法。 (2) The saccharification method according to (1), wherein a multi-screw extruder is used in the step of applying the shearing force.
(3)上記多軸押出機は、軸方向に直列に配置した複数の温度調節ブロックを有し、軸方向に流動する木質系バイオマスの処理温度をブロック毎に設定することを特徴とする(2)記載の木質系バイオマスの糖化方法。 (3) The multi-screw extruder has a plurality of temperature control blocks arranged in series in the axial direction, and sets the processing temperature of the woody biomass flowing in the axial direction for each block (2 ) Saccharification method of the woody biomass described.
(4)上記(1)乃至(3)いずれか一記載の糖化方法により得られた糖成分を酵素によりエタノールとする、木質系バイオマスを用いたエタノールの製造方法。 (4) A method for producing ethanol using woody biomass, wherein the sugar component obtained by the saccharification method according to any one of (1) to (3) above is converted into ethanol by an enzyme.
上記(1)の木質系バイオマスの糖化方法及び上記(4)の木質系バイオマスを用いたエタノールの製造方法において、木質系バイオマスとしては建設廃木材を使用することが好ましい。また、上記(1)の木質系バイオマスの糖化方法及び上記(4)の木質系バイオマスを用いたエタノールの製造方法において、木質系バイオマスは、予め2〜15mm程度に粉砕したチップを使用することが好ましい。 In the above (1) saccharification method of woody biomass and (4) ethanol production method using woody biomass, construction waste wood is preferably used as the woody biomass. In the above (1) saccharification method of woody biomass and (4) ethanol production method using woody biomass, the woody biomass may use chips that have been crushed to about 2 to 15 mm in advance. preferable.
また、上記(1)の木質系バイオマスの糖化方法及び上記(4)の木質系バイオマスを用いたエタノールの製造方法において、木質系バイオマスに対してアルカリ溶液中にてせん断力を付加した後、固液分離処理により得られた固形分を洗浄し、洗浄後の固形分を糖化処理やエタノール発酵処理に供することが好ましい。これにより、糖化処理やエタノール発酵処理における阻害物質を効果的に除去することができ、糖化効率や発酵効率をより向上させることができる。なお、木質系バイオマスに対してアルカリ溶液中にてせん断力を付加すると、木質系バイオマスはペースト状となる。得られた木質系バイオマスのペーストは、水洗浄しても良いし、所望のpHとなるよう酸と混合しても良い。 Further, in (1) the saccharification method of woody biomass and (4) the method of producing ethanol using woody biomass, after applying shear force to the woody biomass in an alkaline solution, It is preferable that the solid content obtained by the liquid separation treatment is washed, and the washed solid content is subjected to saccharification treatment or ethanol fermentation treatment. Thereby, the inhibitory substance in a saccharification process or ethanol fermentation process can be removed effectively, and saccharification efficiency and fermentation efficiency can be improved more. In addition, when a shearing force is added to the woody biomass in an alkaline solution, the woody biomass becomes a paste. The obtained woody biomass paste may be washed with water or mixed with an acid so as to have a desired pH.
なお、上記(1)の木質系バイオマスの糖化方法及び上記(4)の木質系バイオマスを用いたエタノールの製造方法において、糖化処理とは、セルラーゼ等の酵素又は当該酵素を産生する微生物により木質系バイオマスに含まれる多糖成分(セルロースやヘミセルロース)を単糖に変換する処理を意味する。また、上記(4)の木質系バイオマスを用いたエタノールの製造方法において、エタノール発酵処理とは、グルコース等の糖成分を基質としてエタノールを合成する能力のある微生物又はグルコース等の糖成分を基質としたエタノール合成経路に関与する酵素群により糖化処理によって得られた糖成分からエタノールを合成する処理を意味する。 In the above (1) saccharification method of woody biomass and (4) ethanol production method using woody biomass, saccharification treatment refers to a woody system using an enzyme such as cellulase or a microorganism that produces the enzyme. It means a process of converting polysaccharide components (cellulose and hemicellulose) contained in biomass into monosaccharides. In addition, in the method for producing ethanol using the woody biomass of (4) above, the ethanol fermentation treatment refers to a microorganism capable of synthesizing ethanol using a sugar component such as glucose as a substrate or a sugar component such as glucose as a substrate. It means a process of synthesizing ethanol from a saccharide component obtained by a saccharification process using an enzyme group involved in the ethanol synthesis pathway.
本発明により、効率的な木質系バイオマスの糖化方法及びエタノールの製造方法が提供される。本糖化方法によれば、木質系バイオマスに含まれるヘミセルロース、セルロースの糖化収率を大幅に向上させることができるだけでなく、処理時間が短いため省エネルギーでの処理ができる。さらに本発明によりエタノールの製造方法が提供されるが、本エタノール製造方法では木質系バイオマスから効率的にエネルギーに変換することができ、資源の再利用に有効である。 The present invention provides an efficient method for saccharification of woody biomass and a method for producing ethanol. According to the present saccharification method, not only can the saccharification yields of hemicellulose and cellulose contained in the woody biomass be greatly improved, but also the processing time is short, so that processing with energy saving can be performed. Furthermore, the present invention provides a method for producing ethanol. In this method for producing ethanol, woody biomass can be efficiently converted into energy, which is effective for resource reuse.
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係る木質系バイオマスの糖化方法(以下、「本糖化方法」ともいう)は、木質系バイオマスに対してアルカリ溶液中でせん断力を付加する前処理により、その後の酵素糖化処理において高効率に糖を生成することができるというものである。ここで、木質系バイオマスに対してアルカリ溶液中でせん断力を付加するための手段としては、特に限定されないが、例えば多軸押出機を挙げることができる。多軸押出機とは、複数のスクリューがシリンダー内を回転することで、シリンダー内部(投入口から吐出口(押出口)までの間)にせん断力を発生する装置である。なお、多軸押出機としては、2本のスクリューを有する二軸押出機が代表的に知られているが、3本以上のスクリューを備える装置であっても良い。また、多軸押出機としては、複数のスクリューの軸が平行となるタイプでも良いし、コニカルタイプの複数のスクリュー軸を斜交させたタイプであっても良い。さらに、多軸押出機としては、複数のスクリューにおけるフライトがかみ合い型或いは非かみ合い型のいずれでもよいし、スクリュー回転方向が同方向或いは異方向のいずれでも良い。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The saccharification method of woody biomass according to the present invention (hereinafter also referred to as “the saccharification method”) is highly efficient in the subsequent enzymatic saccharification treatment by pretreatment of applying shearing force to the woody biomass in an alkaline solution. Can produce sugar. Here, the means for applying the shearing force to the woody biomass in the alkaline solution is not particularly limited, and examples thereof include a multi-screw extruder. A multi-screw extruder is a device that generates a shearing force inside a cylinder (between a charging port and a discharge port (extrusion port)) by rotating a plurality of screws in the cylinder. In addition, as a multi-screw extruder, although the twin-screw extruder which has two screws is typically known, the apparatus provided with three or more screws may be sufficient. The multi-screw extruder may be a type in which the axes of a plurality of screws are parallel, or may be a type in which a plurality of screw shafts of a conical type are obliquely crossed. Furthermore, as a multi-screw extruder, the flight in a plurality of screws may be either a meshing type or a non-meshing type, and the screw rotation direction may be either the same direction or a different direction.
一例として、二軸押出機を利用した本糖化方法の基本フローを図1に示す。本糖化方法では、先ず、原料となる木質系バイオマスを準備する。本糖化方法において、原料となる木質系バイオマスとしては、特に限定されないが、例えば2〜15mm程度に粗粉砕された木材チップを使用することができる。なお、ここで粒径とは、平均粒径を意味する。木質系バイオマスの粗粉砕は、特に限定されず、例えばリファイナー、木材粉砕機を用いて行うことができる。粗粉砕の後、例えば磁選機による釘等の金属除去や、比重差による砂分等の除去を実施することが好ましい。 As an example, FIG. 1 shows a basic flow of the present saccharification method using a twin screw extruder. In this saccharification method, first, woody biomass as a raw material is prepared. In the present saccharification method, the woody biomass used as a raw material is not particularly limited, but wood chips roughly pulverized to about 2 to 15 mm can be used, for example. Here, the particle size means an average particle size. The coarse pulverization of the woody biomass is not particularly limited, and can be performed using, for example, a refiner or a wood pulverizer. After coarse pulverization, it is preferable to remove metal such as nails using a magnetic separator or remove sand due to a difference in specific gravity.
原料となる木質系バイオマスは、木質資源であれば特に限定されるものではなく、例えば建設廃木材、廃梱包材、伐採材、おが屑、間伐材、木材チップ、稲わら、樹皮、林地残材、未利用樹、背板などが挙げられる。木質系バイオマスは、1種類の木質資源からなるものであってもよいし、複数種の木質資源からなるものであってもよい。また、木質系バイオマスには、木質資源以外に、釘や防腐剤糖の若干の不純物が含まれていてもよい。 The woody biomass used as a raw material is not particularly limited as long as it is a wood resource.For example, construction waste wood, waste packing materials, logging materials, sawdust, thinned wood, wood chips, rice straw, bark, forest land residual materials, Examples include unused trees and backboards. The woody biomass may be composed of one kind of woody resource, or may be composed of a plurality of kinds of woody resources. Further, the woody biomass may contain some impurities such as nails and preservative sugars in addition to the wood resources.
木質系バイオマスを混合するアルカリ水溶液としては、任意のアルカリに基づく水溶液を用いることができ、例えば、水酸化ナトリウム(苛性ソーダ)、消石灰及び生石灰(水酸化カルシウム水溶液)などを用いることができる。また、使用するアルカリ水溶液は、pH9.5〜13.5、好ましくはpH10〜13、より好ましくはpH11〜12.5とすることができる。なお、二軸押出機を使用する場合、苛性ソーダや水酸化カリウムを使用することが望ましい。アルカリ溶液として苛性ソーダや水酸化カリウムを使用する場合には、二軸押出機内部でのスケール発生を抑制することができる。アルカリ溶液の添加量は、例えば乾燥木材重量当たり重量比で2〜30%であり、望ましくは5〜20%である。所定量のアルカリ剤を含む水溶液と乾燥木材との配合比は、溶液容積100に対して木材重量5〜30とすることが好ましい。 An aqueous solution based on any alkali can be used as the aqueous alkali solution mixed with the woody biomass. For example, sodium hydroxide (caustic soda), slaked lime, quick lime (calcium hydroxide aqueous solution), and the like can be used. Moreover, the aqueous alkali solution used can be pH 9.5 to 13.5, preferably pH 10 to 13, more preferably pH 11 to 12.5. In addition, when using a twin-screw extruder, it is desirable to use caustic soda or potassium hydroxide. When caustic soda or potassium hydroxide is used as the alkaline solution, scale generation inside the twin screw extruder can be suppressed. The addition amount of the alkaline solution is, for example, 2 to 30% by weight ratio per dry wood weight, and desirably 5 to 20%. The mixing ratio of the aqueous solution containing a predetermined amount of the alkali agent and the dry wood is preferably 5-30 wood weight with respect to 100 solution volume.
また、木質系バイオマスとアルカリ溶液とは、各々独立して二軸押出機に投入しても良いし、事前に混合した後に二軸押出機に投入しても良い。 Further, the woody biomass and the alkaline solution may be independently fed into a twin screw extruder, or may be fed into a twin screw extruder after being mixed in advance.
なお図1に示した二軸押出機は、内部において2本のスクリューが同方向に回転する構造となっている。各々のスクリューには、ビットが装備されており、投入した木質系バイオマス(木材チップ)は、内部において軸方向に押し出されながら、アルカリ溶液中で連続的にせん断を受ける。さらに、二軸押出機を使用することで、アルカリ水溶液と木質系バイオマスとの混練が繰り返されることとなる。 The twin screw extruder shown in FIG. 1 has a structure in which two screws rotate in the same direction. Each screw is equipped with a bit, and the wood-based biomass (wood chips) that is input is continuously sheared in an alkaline solution while being extruded in the axial direction. Furthermore, the kneading of the aqueous alkali solution and the woody biomass is repeated by using the twin screw extruder.
また、図1に示すように、二軸押出機は、軸方向に加温又は冷却できるヒーターブロック(温度調節ブロック)が直列に配置されたものを使用することが好ましい。すなわち、木質系バイオマスに対してアルカリ溶液中でせん断力を付加する工程では、所定の温度にて実施することが好ましい。特に、図1に示す二軸押出機は、ブロック毎に温度を設定することができる。例えば、投入口、吐出口での温度を20℃、中央部分の温度を100〜200℃に設定することができる。なお、二軸押出機での処理時間は5〜60分、望ましくは10〜20分程度である。なお、従来技術に示したアルカリ蒸解による前処理では、反応に60〜500分を要する。したがって、本方法は、前処理に要する処理時間が大幅に短縮できる。 As shown in FIG. 1, it is preferable to use a twin screw extruder in which heater blocks (temperature control blocks) that can be heated or cooled in the axial direction are arranged in series. That is, it is preferable that the step of applying a shearing force to the woody biomass in an alkaline solution is performed at a predetermined temperature. In particular, the twin-screw extruder shown in FIG. 1 can set the temperature for each block. For example, the temperature at the inlet and outlet can be set to 20 ° C., and the temperature at the center can be set to 100 to 200 ° C. In addition, the processing time in a twin-screw extruder is 5 to 60 minutes, desirably about 10 to 20 minutes. In the pretreatment by alkali cooking shown in the prior art, the reaction takes 60 to 500 minutes. Therefore, this method can greatly reduce the processing time required for the preprocessing.
さらに、木質系バイオマスに対してアルカリ溶液中でせん断力を付加する際に、多軸押出機を使用する場合には、内部で所定の滞留時間を確保することで木質系バイオマスの連続処理が可能となる。一方、従来技術に示したアルカリ蒸解による前処理では、圧力釜に木材とアルカリを混合し、所定の温度、圧力にて処理を行うため、基本的にはバッチ処理となる。この結果、本発明において特に、多軸押出機を使用する場合には、木質系バイオマスの前処理工程については大幅な効率化が図れる。 Furthermore, when applying a shearing force in an alkaline solution to woody biomass, when using a multi-screw extruder, it is possible to continuously process woody biomass by securing a predetermined residence time inside. It becomes. On the other hand, in the pretreatment by alkali digestion shown in the prior art, wood and alkali are mixed in a pressure cooker and the treatment is performed at a predetermined temperature and pressure. As a result, particularly in the present invention, when a multi-screw extruder is used, the efficiency of the woody biomass pretreatment process can be greatly improved.
以上のように、木質系バイオマスに対してアルカリ溶液中でせん断力を付加する処理によって、木質系バイオマスとアルカリ水溶液との混練が繰り返され、木質系バイオマスをペースト化することができる。その後、図1に示すように、ペースト化された木質系バイオマスは必要に応じて水洗浄するか、もしくはセルラーゼの至摘pHまで酸水溶液で中和しても良い。次に、固液分離して固形分である木材ペースト(木質系バイオマス)を回収した後、セルラーゼ及び/又はセルラーゼ生成菌を添加して糖化する。なお、固液分離工程及び糖化処理工程については、詳細を後述する。 As described above, the wood biomass and the alkaline aqueous solution are repeatedly kneaded by the treatment of applying shear force to the wood biomass in the alkaline solution, and the wood biomass can be pasted. Thereafter, as shown in FIG. 1, the pasted woody biomass may be washed with water as necessary, or may be neutralized with an acid aqueous solution to the optimum pH of cellulase. Next, after solid-liquid separation is performed and a wood paste (woody biomass) that is a solid content is recovered, cellulase and / or cellulase-producing bacteria are added to saccharify. Details of the solid-liquid separation step and the saccharification treatment step will be described later.
なお、本糖化方法は、図2に示すように、木質系バイオマスを微粉砕した後、アルカリ溶液中でせん断力を付加しても良い。微粉砕した木質系バイオマスは、例えば1mm以下、望ましくは0.5mm以下の粒径となる。微粉砕処理としては、投入された木質系バイオマスのチップに対して圧縮力、摩擦力、切削力、剪断力及び衝撃力等の機械的作用を付加する処理を挙げることができる。より詳細に、微粉砕機としては、ツイストミル、オガ粉製造機、カットミル及びハンマーミルを挙げることができる。ツイストミルとは、粗粉砕された木質系バイオマスのチップを一軸スクリューで圧縮・混練し、先端のデイスクによりすり潰す機構を有する装置であり、木質系バイオマスのチップに対して圧縮力及び摩擦力を負荷することで微粉砕することができる。オガ粉製造機とは、ステージに木質系バイオマスを設置し、刃先付の円筒状回転体で木材を切削する機構を有する装置である。カットミルとは、三角形の刃先付回転体と外筒に取り付けてある固定刃の間で木質系バイオマスのチップを粉砕する機構を有する装置であり、木質系バイオマスのチップに対してせん断力を付加することで微粉砕することができる。ハンマーミルとは、衝撃板付外筒の内側で回転するスイングハンマーにより木質系バイオマスのチップを微粉砕する機構を有する装置であり、木質系バイオマスのチップに対して衝撃力、摩擦力及びせん断力を付加することで微粉砕することができる。 In this saccharification method, as shown in FIG. 2, after pulverizing the woody biomass, a shearing force may be applied in an alkaline solution. The finely pulverized woody biomass has a particle size of, for example, 1 mm or less, desirably 0.5 mm or less. Examples of the fine pulverization treatment include a treatment of adding mechanical action such as compression force, friction force, cutting force, shear force, and impact force to the woody biomass chip that has been charged. More specifically, examples of the fine pulverizer include a twist mill, a sawdust making machine, a cut mill, and a hammer mill. A twist mill is a device that has a mechanism that compresses and kneads coarsely pulverized woody biomass chips with a single screw and crushes them with a disk at the tip, and applies compressive and frictional forces to the woody biomass chips. It can be finely pulverized by loading. The sawdust making machine is an apparatus having a mechanism for installing woody biomass on a stage and cutting wood with a cylindrical rotating body with a blade edge. The cut mill is a device having a mechanism for crushing woody biomass chips between a triangular bladed rotating body and a fixed blade attached to an outer cylinder, and applies a shearing force to the woody biomass chips. Can be finely pulverized. A hammer mill is a device that has a mechanism to finely pulverize woody biomass chips with a swing hammer that rotates inside an outer cylinder with an impact plate, and applies impact force, friction force and shearing force to the woody biomass chips. It can be pulverized by adding.
図2に示す糖化方法では、先ず、建設廃木材を原料とし、約15mmアンダー程度まで二次粉砕した建設廃木材から篩や磁選、風選等により金属や砂等の異物を除去する。その後、上記粉砕機で粉砕された建設廃木材を回収し、二軸押出機にてアルカリ水溶液と混練する。得られた木材ペーストは水平ベルト等で水洗浄または酸水溶液で中和した後、回収した固形分を対象に、セルラーゼによる酵素糖化、酵母等の発酵微生物によるエタノール発酵が行われる。本製造フロー例によれば、建設廃木材からエタノールを連続的に製造することができ、バッチ処理と比較して製造施設がコンパクトになるだけでなく、製造量の拡大も期待できる。 In the saccharification method shown in FIG. 2, first, foreign materials such as metal and sand are removed from construction waste wood that has been secondarily pulverized to about 15 mm or less by sieving, magnetic separation, wind separation or the like. Thereafter, the construction waste wood crushed by the pulverizer is collected and kneaded with an alkaline aqueous solution by a twin screw extruder. The obtained wood paste is washed with water with a horizontal belt or the like and neutralized with an aqueous acid solution, and then the recovered solid content is subjected to enzymatic saccharification with cellulase and ethanol fermentation with fermenting microorganisms such as yeast. According to this production flow example, ethanol can be continuously produced from construction waste wood, and not only the production facility becomes compact compared to batch processing, but also an increase in production amount can be expected.
また、図1及び2に示す糖化方法において、木質系バイオマスを混合するアルカリ溶液には、活性酸素を生成する酸化剤が含まれていても良い。すなわち、木質系バイオマスは、糖化処理の前に酸化剤により処理されることが好ましい。酸化剤としては、特に限定されないが、例えば、過酸化水素、過硫酸塩、過炭酸塩、過酢酸塩、オゾン、過酸化ナトリウム等を使用できる。酸化剤として過酸化水素を使用する場合、乾燥木材重量当たり1〜10%の量とすることが好ましく、対象となる木材種(針葉樹系、広葉樹系、剪定枝系)に応じて設定することができる。また、酸化剤による処理は、上述のようにアルカリ溶液中に混合する方法でも良いし、アルカリ溶液中でせん断力を付加した後に木質系バイオマスにスプレー噴霧しても良い。 Moreover, in the saccharification method shown to FIG. 1 and 2, the oxidizing agent which produces | generates active oxygen may be contained in the alkaline solution which mixes wood type biomass. That is, the woody biomass is preferably treated with an oxidizing agent before the saccharification treatment. Although it does not specifically limit as an oxidizing agent, For example, hydrogen peroxide, persulfate, percarbonate, peracetate, ozone, sodium peroxide, etc. can be used. When hydrogen peroxide is used as the oxidizing agent, the amount is preferably 1 to 10% per dry wood weight, and can be set according to the target wood species (coniferous, hardwood, pruned). it can. Further, the treatment with the oxidizing agent may be a method of mixing in an alkaline solution as described above, or spraying woody biomass after applying a shearing force in the alkaline solution.
固液分離工程
続いて、液分と固形分に分離する。具体的には、図2に示すように、二軸押出機から押し出されたペースト状の木質系バイオマスを水平ベルト等により固液分離と同時に水洗浄する。水洗浄した木質系バイオマスは、その後、含有したアルカリを中和するための中和工程に移行し、硫酸等の酸により所定のpHに調整される。なお、固液分離処理は、図2に示す装置によるものに限定されず、上述と同様に当技術分野で公知の任意の方法により行うことができる。なお、固液分離工程によって回収された液分は、排水処理してもよいし、あるいは再利用してもよい。
Following the solid-liquid separation step , the liquid and solid components are separated. Specifically, as shown in FIG. 2, the pasty woody biomass extruded from the twin-screw extruder is washed with water simultaneously with solid-liquid separation by a horizontal belt or the like. The woody biomass washed with water then moves to a neutralization step for neutralizing the contained alkali, and is adjusted to a predetermined pH with an acid such as sulfuric acid. Note that the solid-liquid separation treatment is not limited to the one using the apparatus shown in FIG. 2, and can be performed by any method known in the art as described above. In addition, the liquid component recovered by the solid-liquid separation process may be subjected to wastewater treatment or may be reused.
糖化処理工程
本工程では、得られた木質系バイオマスにセルラーゼ酵素処理を行うことにより、木質系バイオマス中のセルロース及びヘミセルロースをグルコース、マンノース、ガラクトース、キシロース、アラビノース等の単糖まで糖化する。使用するセルラーゼは、セルロースを効率的に糖化できるものであれば特に限定されない。例えば、セルラーゼは、植物及び動物由来のいずれでもよく、化学修飾されたものであっても、遺伝子組換えにより生成されたものであってもよい。なお、セルラーゼを反応させる温度、時間及び量は、セルラーゼの種類によって異なるが、当業者であれば、使用するセルラーゼの種類に応じて適宜選択することができる。
Saccharification treatment step In this step, cellulose and hemicellulose in the woody biomass are saccharified to monosaccharides such as glucose, mannose, galactose, xylose, and arabinose by subjecting the obtained woody biomass to cellulase enzyme treatment. The cellulase used is not particularly limited as long as it can efficiently saccharify cellulose. For example, the cellulase may be derived from plants or animals, and may be chemically modified or produced by genetic recombination. In addition, although the temperature, time, and quantity which make cellulase react depend on the kind of cellulase, those skilled in the art can select suitably according to the kind of cellulase to be used.
あるいは、処理後の木質系バイオマスを原料としてセルラーゼ生成菌を培養することにより、セルロース及びヘミセルロースをセルラーゼにより単糖まで分解し、二次糖液を得ることも可能である。そのようなセルラーゼ生成菌は、当技術分野で公知であり、例えばAspergillus niger、A. foetidus、Alternaria alternata、Chaetomium thermophile、C. globosus、Fusarium solani、Irpex lacteus、Neurospora crassa、Cellulomonas fimi、C. uda、Erwinia chrysanthemi、Pseudomonas fluorescence、Streptmyces flavogriseusなどが挙げられ、例えば「セルロース資源−高度利用のための技術開発とその基礎」、越島哲夫編、(株)学会出版センター、1991年に記載されている。 Alternatively, by culturing cellulase-producing bacteria using treated woody biomass as a raw material, cellulose and hemicellulose can be decomposed to monosaccharides by cellulase to obtain a secondary sugar solution. Such cellulase producing bacteria are known in the art, e.g. Aspergillus niger, A. foetidus, Alternaria alternata, Chaetomium thermophile, C. globosus, Fusarium solani, Irpex lacteus, Neurospora crassa, Cellulomonas fimi, C. uda, Erwinia chrysanthemi, Pseudomonas fluorescence, Streptmyces flavogriseus, etc. are mentioned, for example, "Cellulose resources-Technological development for advanced use and its basics", Tetsuo Koshijima, Japan Society for Publishing Press, 1991.
なお、上述のようにセルラーゼ酵素処理する以外に、処理後の木質系バイオマスを原料としてセルラーゼ生成菌とエタノール発酵菌の同時発酵を行い、エタノールを生成することも可能である。 In addition to the cellulase enzyme treatment as described above, it is also possible to produce ethanol by simultaneous fermentation of cellulase-producing bacteria and ethanol-fermenting bacteria using the treated woody biomass as a raw material.
本発明では、木質系バイオマスに対してアルカリ溶液中でせん断力を付加する処理を経ているため、処理後の木質系バイオマスに含まれるヘミセルロース、セルロースから高い収率で単糖を得ることができる。生成した単糖は、エタノール生成可能な微生物の発酵原料、ブタノールやその他の化学原料としてのバイオリファイナリーとして利用できる。また、木質系バイオマスを糖化して得られたグルコースを更に酵素処理することにより、清涼剤であるD-ソルビトール、甘味料であるD-フルクトース、浸透圧調整剤であるマンニトール、飼料添加剤であるマンノース等、食品や医薬品等の有用物質を製造することもできる。 In this invention, since the process which adds a shear force in an alkaline solution with respect to wood type biomass is passed, a monosaccharide can be obtained with a high yield from the hemicellulose and cellulose contained in the wood type biomass after a process. The produced monosaccharide can be used as a biorefinery as a fermentation raw material for microorganisms capable of producing ethanol, butanol and other chemical raw materials. In addition, by further enzymatic treatment of glucose obtained by saccharification of woody biomass, it is a refreshing agent D-sorbitol, a sweetener D-fructose, an osmotic pressure regulator mannitol, a feed additive Useful substances such as mannose and other foods and pharmaceuticals can also be produced.
エタノールの製造
上述の糖化工程において得られる糖を原料として用いてエタノール発酵を行い、エタノールを製造することができる。上述の糖化工程にて得られた糖成分はセルロース由来の糖及びヘミセルロース由来の糖の両者を含んでいても良い。ヘミセルロース由来の糖としては、キシロース、アラビノースなどの五炭糖と、グルコース、ガラクトース、マンノースなどの六炭糖を挙げることができる。セルロース由来の糖はグルコースの六炭糖である。特に、六炭糖は酵母などによって容易にエタノールに変換することができ、五炭糖は、当技術分野で公知のエタノール生成方法に従ってエタノールに変換することができる。
Production of ethanol Ethanol can be produced by performing ethanol fermentation using the sugar obtained in the above-described saccharification step as a raw material. The sugar component obtained in the above saccharification step may contain both cellulose-derived sugar and hemicellulose-derived sugar. Examples of saccharides derived from hemicellulose include pentoses such as xylose and arabinose and hexoses such as glucose, galactose and mannose. The sugar derived from cellulose is glucose hexose. In particular, hexose can be easily converted to ethanol by yeast or the like, and pentose can be converted to ethanol according to an ethanol production method known in the art.
六炭糖のエタノール発酵は、当技術分野で公知のエタノール製造方法に従って、酵母、又は遺伝子組換えによりエタノール生成に必要な遺伝子を有する細菌を用いて行うことができる。五炭糖のエタノール発酵は、例えば五炭糖及び六炭糖の両方を資化するが、エタノールを生成しない大腸菌に、エタノールを生成する微生物由来の遺伝子を導入した遺伝子組換え大腸菌や、エタノール発酵性のザイモモナス属(Zymomonas)細菌に五炭糖の代謝遺伝子を導入した遺伝子組換え細菌などを用いて行うことができる(例えば、特表平5−502366号公報及び特表平6−504436号公報)。あるいは、五炭糖及び六炭糖をエタノール発酵させてエタノール及び二酸化炭素を回収する方法を利用してもよい(特開2006−111593号公報)。 Ethanol fermentation of hexose can be carried out using yeast or bacteria having a gene necessary for ethanol production by genetic recombination according to an ethanol production method known in the art. Ethanol fermentation of pentoses, for example, genetically modified Escherichia coli in which both pentose and hexoses are assimilated, but that does not produce ethanol, a gene derived from a microorganism that produces ethanol, and ethanol fermentation It can be carried out by using a genetically modified bacterium in which a pentose metabolic gene is introduced into a sexual Zymomonas bacterium (for example, JP-T-5-502366 and JP-A-6-504436) ). Alternatively, a method in which pentose and hexose are fermented with ethanol to recover ethanol and carbon dioxide may be used (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-111593).
エタノール発酵の条件は、当業者であれば、原料となる糖の種類、使用するエタノール発酵菌の種類などに応じて、適宜設定することができる。エタノール発酵は、一次糖液及び二次糖液の各々に対して別々に行ってもよいし、あるいは両者を混合して行ってもよい。 Those skilled in the art can appropriately set conditions for ethanol fermentation according to the type of sugar used as a raw material, the type of ethanol-fermenting bacteria used, and the like. Ethanol fermentation may be performed separately for each of the primary sugar solution and the secondary sugar solution, or a mixture of both.
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, the technical scope of this invention is not limited to these Examples.
〔比較例1〕
本比較例では、後述する実施例で達成した糖化率と比較するため、木質系バイオマスを微粉砕した後にアルカリ溶液にて前処理を実施し、当該前処理による糖化率を測定した。
[Comparative Example 1]
In this comparative example, in order to compare with the saccharification rate achieved in the examples described later, the woody biomass was pulverized and then pretreated with an alkaline solution, and the saccharification rate by the pretreatment was measured.
先ず、10mm角の杉材チップを原材料とした。これを3種類の乾式粉砕機(アーステクニカ製ハンマーミルTSX型、ウエノテックス製ツイストミル、ホソカワミクロン製ACMパルベライザー)で微粉砕した。アーステクニカ製ハンマーミルTSX型はハンマーミルタイプであり、ハンマー回転数3000rpmで粉砕を行い、3mmメッシュを通過した3mmアンダーの杉材を回収した。ウエノテックス製ツイストミルはすり鉢型デイスクでの圧縮・すり潰しによる粉砕であり、処理後の杉材を回収した。ホソカワミクロン製ACMパルベライザーは粉砕ローターと分級ローターが設置されたハンマーミルタイプである。分級ローターの回転数に応じて微粉砕が可能であり、回転数1000、1500、2000、3000、4000rpmで杉材を微粉砕し、各回転数で処理した杉材を回収した。 First, a 10 mm square cedar chip was used as a raw material. This was finely pulverized by three types of dry pulverizers (Earth Technica Hammer Mill TSX type, Unotex Twist Mill, Hosokawa Micron ACM Pulverizer). Earth Technica Hammer Mill Model TSX is a hammer mill type, which was pulverized at a hammer rotation speed of 3000 rpm and recovered 3 mm under cedar wood that passed 3 mm mesh. The Uenotex twist mill was pulverized by compression and mashing in a mortar-type disk, and the treated cedar was collected. Hosokawa Micron's ACM Pulverizer is a hammer mill type equipped with a crushing rotor and a classification rotor. Fine pulverization was possible depending on the number of rotations of the classification rotor. Cedar materials were finely pulverized at rotation speeds of 1000, 1500, 2000, 3000, and 4000 rpm, and cedar materials treated at each rotation number were collected.
各微粉砕機及び条件で粉砕した杉材の粉砕結果を表1に示す。粒径分布の中央値(D50)は、アーステクニカ製ハンマーミルTSX型で500μm、ウエノテックス製ツイストミルで509μmであった。一方、ホソカワミクロン製ACMパルベライザーでは、分級ローターの回転数が速いほどD50は小さくなり、4000rpmでは76μmまで微粉砕される結果となった。また、粉砕後の杉材における500μm以下の分級率を調べた結果、ホソカワミクロン製ACMパルベライザーで4000rpmの分級ローター回転速度で処理した場合には、ほとんどが500μm以下の微粉体となった。 Table 1 shows the results of pulverization of cedar wood pulverized by each pulverizer and conditions. The median particle size distribution (D50) was 500 μm for the Earth Technica hammer mill TSX type, and 509 μm for the Uenotex twist mill. On the other hand, in the ACM pulverizer manufactured by Hosokawa Micron, the faster the speed of the classification rotor, the smaller the D50, and the result was that it was pulverized to 76 μm at 4000 rpm. In addition, as a result of examining the classification rate of 500 μm or less in the cedar after pulverization, when it was processed with a Hosokawa Micron ACM pulverizer at a classification rotor rotational speed of 4000 rpm, most of the powder became 500 μm or less fine powder.
上記の各粉砕機、各条件で粉砕した杉材を用い、アルカリ溶液による前処理を行った。アルカリ溶液による前処理の条件を表2に示す。アルカリとして苛性ソーダを用い、添加量は各粉砕杉材乾燥重量当たり20%とした。また、苛性ソーダ水溶液容積に対する乾燥杉材重量(以降、スラリー濃度と称す)は15%に設定した。なお、反応温度を室温またはオートクレーブによる130℃処理とし、室温系では18時間攪拌を継続し、130℃処理系では15分間高温高圧処理を行った。 Using the above pulverizers and cedar materials pulverized under each condition, pretreatment with an alkaline solution was performed. Table 2 shows the conditions for pretreatment with an alkaline solution. Caustic soda was used as the alkali, and the amount added was 20% per dry weight of each crushed cedar. Further, the dry cedar weight (hereinafter referred to as slurry concentration) with respect to the volume of the caustic soda aqueous solution was set to 15%. The reaction temperature was room temperature or 130 ° C. treatment using an autoclave, stirring was continued for 18 hours in the room temperature system, and high-temperature and high-pressure treatment was performed for 15 minutes in the 130 ° C. treatment system.
その後、前処理後の杉材を遠心分離機で回収した後、固形分を200mMクエン酸緩衝液(pH4.8)にて十分洗浄した。その後、表3に示す条件にて酵素糖化を行った。なお、用いたセルラーゼはジェネンコア社製アクセレラーゼDuetであり、添加量は中和後乾燥杉材重量当たり15FPU/gに統一した〔60分間にろ紙からグルコースを10.8mg生成するセルラーゼ酵素活性。1FPU=10.8mg/hの糖化速度〕。 Thereafter, the cedar after the pretreatment was recovered with a centrifuge, and the solid content was sufficiently washed with 200 mM citrate buffer (pH 4.8). Thereafter, enzymatic saccharification was performed under the conditions shown in Table 3. The cellulase used was Accelerase Duet manufactured by Genencor, and the amount added was unified to 15 FPU / g per dry cedar weight after neutralization [cellulase enzyme activity that produces 10.8 mg of glucose from filter paper in 60 minutes. 1FPU = 10.8 mg / h saccharification rate].
上述した酵素を用いた糖化試験の結果として、6単糖及び5単糖の糖化率を測定した結果をそれぞれ表4及び表5に示した。なお、各表記載の糖化率は、中和後杉材中の各単糖(6単糖;セルロースを構成するグルコース、ヘミセルロースを構成するグルコース、マンノース、ガラクトースの総和、5単糖;ヘミセルロースを構成するキシロース、アラビノースの総和)に対して、糖化後に溶液に検出された各単糖の比率を示している。 As a result of the saccharification test using the enzyme described above, the results of measuring the saccharification rates of 6 monosaccharide and 5 monosaccharide are shown in Table 4 and Table 5, respectively. In addition, the saccharification rate described in each table indicates that each monosaccharide in the cedar wood after neutralization (6 monosaccharides: glucose constituting cellulose, glucose constituting hemicellulose, sum of glucose, mannose and galactose, 5 monosaccharides; constituting hemicellulose The ratio of each monosaccharide detected in the solution after saccharification is shown with respect to the sum of xylose and arabinose.
表4及び表5に示すように、6単糖、5単糖ともアルカリ前処理を130℃で高温高圧処理した条件では、室温でアルカリ前処理を行った場合よりもいずれも酵素糖化率が向上した。しかしながら、6単糖糖化率に関しては15%以下、5単糖糖化率に関しては33%以下であった。このように、杉材を微粉末化した後、高温高圧下でアルカリ溶液と混合しても高い糖化率を得ることはできないことが明らかとなった。 As shown in Tables 4 and 5, the enzymatic saccharification rate of both 6 monosaccharides and 5 monosaccharides was improved under the conditions of alkaline pretreatment at 130 ° C. at high temperature and high pressure, compared to the case of alkaline pretreatment at room temperature. did. However, the saccharification rate of 6 monosaccharides was 15% or less, and the saccharification rate of 5 monosaccharides was 33% or less. Thus, it became clear that a high saccharification rate could not be obtained even if the cedar wood was pulverized and then mixed with an alkaline solution under high temperature and high pressure.
〔実施例1〕
本実施例では、木質系バイオマスに対してアルカリ溶液中でせん断力を付加するといった前処理を実施し、糖化率を測定した。
[Example 1]
In this example, pretreatment such as applying shear force in an alkaline solution to woody biomass was performed, and the saccharification rate was measured.
上記比較例1で用いた10mm角の杉材チップを粗粉砕し、目開き2mmの篩を通過した2mmアンダーの杉材を原材料とした。スラリー濃度15%、乾燥杉材重量当たりの苛性ソーダ添加量20%となるように、2mmアンダーの杉材と苛性ソーダ水溶液を混合した。 The 10 mm square cedar chips used in Comparative Example 1 were coarsely pulverized, and 2 mm under cedar wood that passed through a 2 mm mesh sieve was used as a raw material. A 2 mm under cedar and an aqueous caustic soda solution were mixed so that the slurry concentration was 15% and the caustic soda addition amount per dry cedar weight was 20%.
その後、図3に示す径25mmのスクリューからなる二軸押出機を用いた。なお、スクリューとケーシングとのクリアランスは0.5mmである。また、軸方向に6つのヒーターブロック(図中(1)〜(6))を設置し、所定の反応温度に設定した。図3に示す二軸押出機のホッパー部分から杉材とアルカリ水溶液を連続的に投入した。なお、杉材の滞留時間は15分となるようにスクリューの回転速度を設定した。 Then, the twin screw extruder which consists of a screw with a diameter of 25 mm shown in FIG. 3 was used. The clearance between the screw and the casing is 0.5 mm. In addition, six heater blocks ((1) to (6) in the figure) were installed in the axial direction and set to a predetermined reaction temperature. Cedar and alkaline aqueous solution were continuously charged from the hopper portion of the twin-screw extruder shown in FIG. The rotation speed of the screw was set so that the residence time of cedar wood was 15 minutes.
二軸押出機から押し出された杉材ペーストから固形分を遠心分離機で回収し、200mMクエン酸緩衝液(pH4.8)にて十分洗浄した。その後、比較例1の表3に示した条件にて酵素糖化を行った。なお、用いたセルラーゼはジェネンコア社製アクセレラーゼであり、添加量は中和後乾燥杉材重量当たり15FPU/gに統一した。 The solid content was recovered from the cedar paste extruded from the twin screw extruder using a centrifuge, and thoroughly washed with 200 mM citrate buffer (pH 4.8). Thereafter, enzymatic saccharification was performed under the conditions shown in Table 3 of Comparative Example 1. The cellulase used was Genencor Accelerase, and the amount added was unified to 15 FPU / g per dry cedar weight after neutralization.
本実施例で測定した糖化率の結果を表6に示した。表6から判るように、6単糖の糖化率は51.1%、5単糖では100%の糖化率となり、比較例1で実施した前処理と比較して極めて高い糖化率を達成できた。 The results of the saccharification rate measured in this example are shown in Table 6. As can be seen from Table 6, the saccharification rate of 6 monosaccharides was 51.1%, and the saccharification rate of 5 monosaccharides was 100%, and an extremely high saccharification rate was achieved as compared with the pretreatment carried out in Comparative Example 1.
〔実施例2〕
本実施例では、木質系バイオマスに対してアルカリ溶液中でせん断力を負荷する際の温度条件と糖化率との関係を検討した。
[Example 2]
In this example, the relationship between the temperature condition and the saccharification rate when a shearing force was applied to a woody biomass in an alkaline solution was examined.
実施例1で使用した2mmアンダーの杉材を原材料とし、アルカリ水溶液と混合し、二軸押出機にて処理を行った。アルカリ前処理でのスラリー濃度、乾燥杉材重量当たりの苛性ソーダ添加量は、実施例1と同条件とし(スラリー濃度15%、乾燥杉材重量当たりの苛性ソーダ添加量20%)、二軸押出機での温度設定を、表7のとおりパターンAからEまで設定した。表7における(1)〜(6)は、図3における(1)〜(6)に対応している。なお、二軸押出機における杉材の滞留時間はいずれも15分に統一した。 The cedar wood under 2 mm used in Example 1 was used as a raw material, mixed with an alkaline aqueous solution, and processed with a twin screw extruder. The slurry concentration in the alkali pretreatment and the caustic soda addition amount per dry cedar weight were the same as in Example 1 (slurry concentration 15%, caustic soda addition amount per dry cedar weight 20%). As shown in Table 7, patterns A to E were set. (1) to (6) in Table 7 correspond to (1) to (6) in FIG. The residence time of cedar wood in the twin screw extruder was unified to 15 minutes.
各設定温度で得られた杉材ペーストから固形分を遠心分離機で回収した。ただし、パターンEに示した最大温度200℃の条件では、木材が可溶化してしまい十分回収できなかった。それ以外の条件については、回収した固形分を200mMクエン酸緩衝液(pH4.8)にて十分洗浄した。その後、比較例1の表3に示した条件にて酵素糖化を行った。なお、用いたセルラーゼはジェネンコア社製アクセレラーゼDuetであり、添加量は中和後乾燥杉材重量当たり15FPU/gに統一した。 Solid content was recovered from the cedar paste obtained at each set temperature with a centrifuge. However, under the condition of the maximum temperature of 200 ° C. shown in Pattern E, the wood was solubilized and could not be recovered sufficiently. For other conditions, the collected solid was sufficiently washed with 200 mM citrate buffer (pH 4.8). Thereafter, enzymatic saccharification was performed under the conditions shown in Table 3 of Comparative Example 1. The cellulase used was Accelerase Duet manufactured by Genencor Corporation, and the addition amount was unified to 15 FPU / g per dry cedar weight after neutralization.
表8に二軸押出機における各設定温度パターンでアルカリ前処理した杉材の酵素糖化率の結果を示す。二軸押出機の温度パターンによって酵素糖化率が変化した。特に、二軸押出機における最大温度を130℃としたパターンCの条件が6単糖、5単糖ともに高い糖化率となった。 Table 8 shows the results of enzyme saccharification rate of cedar wood pretreated with alkali at each set temperature pattern in a twin screw extruder. The enzyme saccharification rate changed according to the temperature pattern of the twin screw extruder. In particular, the pattern C conditions with a maximum temperature of 130 ° C. in a twin screw extruder showed high saccharification rates for both 6 monosaccharides and 5 monosaccharides.
〔実施例3〕
本実施例では、木質系バイオマスとして実際の建設廃合板を使用した。先ず、本実施例では、釘や砂等の異物を事前に除去した実際の建設廃合板を準備した。この建設廃合板を実施例1と同様に粗粉砕し、目開き2mmの篩を通過した2mmアンダーの建設廃木材を作製した。これをスラリー濃度15%になるように苛性ソーダの濃度を変えた3種類の苛性ソーダ水溶液(乾燥建設廃合板重量当たりの苛性ソーダ量;5%、10%、20%)と混合した。
Example 3
In this example, actual construction waste plywood was used as the woody biomass. First, in this example, an actual construction waste plywood from which foreign matters such as nails and sand were removed in advance was prepared. This construction waste plywood was coarsely pulverized in the same manner as in Example 1 to produce construction waste wood of 2 mm under which passed through a sieve with 2 mm openings. This was mixed with three types of aqueous solutions of caustic soda (15% caustic soda weight per dry construction waste plywood weight: 5%, 10%, 20%) so that the slurry concentration was 15%.
各スラリーを実施例1と同様の二軸押出機に導入した。なお、3種のスラリーとも二軸押出機の設定温度は実施例1に示した図3と同様であり、二軸押出機での建設廃合板の滞留時間は15分とした。 Each slurry was introduced into the same twin screw extruder as in Example 1. In addition, the set temperature of the twin-screw extruder was the same as that in FIG. 3 shown in Example 1 for all three types of slurry, and the residence time of the construction waste plywood in the twin-screw extruder was 15 minutes.
各設定で得られた建設廃合板ペーストから固形分を遠心分離機で回収し、固形分を200mMクエン酸緩衝液(pH4.8)にて十分洗浄した。その後、比較例1の表3に示した条件にて酵素糖化を行った。なお、用いたセルラーゼはジェネンコア社製アクセレラーゼDuetであり、添加量は中和後乾燥杉材重量当たり15FPU/gに統一した。 The solid content was recovered from the construction waste plywood paste obtained in each setting with a centrifuge, and the solid content was thoroughly washed with 200 mM citrate buffer (pH 4.8). Thereafter, enzymatic saccharification was performed under the conditions shown in Table 3 of Comparative Example 1. The cellulase used was Accelerase Duet manufactured by Genencor Corporation, and the addition amount was unified to 15 FPU / g per dry cedar weight after neutralization.
表9に各苛性ソーダ添加量でアルカリ処理した建設廃合板の酵素糖化率の結果を示す。6単糖、5単糖ともに乾燥建設廃合板重量当たりの苛性ソーダ添加率20%で最も高い酵素糖化率となった。 Table 9 shows the results of enzyme saccharification rates of construction waste plywood treated with alkali with each caustic soda addition amount. For both 6 and 5 monosaccharides, the highest enzymatic saccharification rate was achieved at a caustic soda addition rate of 20% per dry construction waste plywood weight.
本発明により、安価かつ効率的な木質系バイオマスの糖化方法が提供される。本糖化方法によれば、木質系バイオマスに含まれるヘミセルロース、セルロースの糖化収率を大幅に向上させることができるだけでなく、処理時間が短いため省エネルギーでの処理ができる。 The present invention provides an inexpensive and efficient method for saccharification of woody biomass. According to the present saccharification method, not only can the saccharification yields of hemicellulose and cellulose contained in the woody biomass be greatly improved, but also the processing time is short, so that processing with energy saving can be performed.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011033247A JP5693286B2 (en) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | Saccharification method of woody biomass |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011033247A JP5693286B2 (en) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | Saccharification method of woody biomass |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012170355A JP2012170355A (en) | 2012-09-10 |
JP5693286B2 true JP5693286B2 (en) | 2015-04-01 |
Family
ID=46973866
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011033247A Active JP5693286B2 (en) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | Saccharification method of woody biomass |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5693286B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014132426A1 (en) * | 2013-02-28 | 2014-09-04 | 日揮株式会社 | Method for pretreating biomass, and method for producing sugar containing glucose as main component |
US20160257027A1 (en) * | 2013-10-07 | 2016-09-08 | Showa Denko K.K. | Screw extruder |
JP7197085B2 (en) * | 2016-12-22 | 2022-12-27 | 花王株式会社 | Method for producing lignin-containing composition |
CN113684139B (en) * | 2021-09-29 | 2023-05-19 | 南京林业大学 | Rake fungus with white bag, screening method thereof and application of harrow fungus in degradation of forest waste |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59192094A (en) * | 1983-04-14 | 1984-10-31 | Res Assoc Petroleum Alternat Dev<Rapad> | Pretreatment for treatment of biomass with enzyme |
JPS59192093A (en) * | 1983-04-14 | 1984-10-31 | Res Assoc Petroleum Alternat Dev<Rapad> | Pretreatment for treatment of biomass with enzyme |
US6176176B1 (en) * | 1998-04-30 | 2001-01-23 | Board Of Trustees Operating Michigan State University | Apparatus for treating cellulosic materials |
LT2183283T (en) * | 2007-08-31 | 2018-09-10 | Tereos Starch & Sweeteners Belgium | Process for preparing cold water swelling phosphate-cross-linked gelatinised starch |
BRPI0920252B1 (en) * | 2008-10-30 | 2019-01-02 | Oji Holdings Corp | methods for producing sugars and producing ethanol |
JP2011083238A (en) * | 2009-10-16 | 2011-04-28 | Oji Paper Co Ltd | Method for producing saccharide from bark raw material |
-
2011
- 2011-02-18 JP JP2011033247A patent/JP5693286B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012170355A (en) | 2012-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8728770B2 (en) | Method for enzymatic saccharification treatment of lignocellulose-containing biomass, and method for producing ethanol from lignocellulose-containing biomass | |
CA2583256C (en) | Process for producing a pretreated feedstock | |
EP2225387B1 (en) | Process for producing saccharide | |
AU2005289333B2 (en) | Continuous flowing pre-treatment system with steam recovery | |
JP4619917B2 (en) | Pretreatment method of lignocellulose | |
WO2010050223A1 (en) | Saccharide production process and ethanol production process | |
JP2009125050A (en) | Pretreatment method for enzymatic hydrolysis of herbaceous biomass, ethanol production method using herbaceous biomass as raw material and ethanol production method using palm hollow bunch | |
JP2008043328A (en) | Method for saccharifying wood-based biomass | |
JP5693286B2 (en) | Saccharification method of woody biomass | |
Liu et al. | Effect of steam-assisted alkaline pretreatment plus enzymolysis on converting corn stalk into reducing sugar | |
JP5662724B2 (en) | Saccharification method of woody biomass | |
US9284614B2 (en) | Pre-treatment method for plant biomass hydrolysis reaction raw materials and plant biomass saccharification method | |
WO2022210558A1 (en) | Pellets and method for producing pellets | |
JP5385561B2 (en) | Method for producing sugar | |
JP2013085523A (en) | Production method for xylose, xylobiose and/or xylooligosaccharide | |
JP2012085544A (en) | Method for saccharifying herb-based biomass | |
WO2012049531A1 (en) | Process for producing sugars by enzymatic hydrolysis of pretreated efb oil palm waste | |
WO2015053027A1 (en) | Method for treating cellulose-containing biomass | |
JP6050090B2 (en) | Evaluation method of saccharification performance | |
JPS63137693A (en) | Pulverization of wood | |
CN114574531A (en) | Method for preparing monosaccharide from lignocellulose raw material | |
JP2015159755A (en) | Method for producing ethanol from lignocellulose-containing biomass | |
JP2009106244A (en) | Saccharification method | |
JP2009000059A (en) | Treatment method for efficiently for efficient enzymatic decomposition of biomass such as cellulose or the like using enzyme reaction vessel circulatingly connected to or coexisting with wet mill | |
JP2014092443A (en) | Evaluation method of saccharification performance |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130219 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140425 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140507 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140703 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20140812 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141112 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20141121 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150113 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150203 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5693286 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |