JP5818887B2 - ブタノールまたはアセトンの製造方法 - Google Patents
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Description
ドラフ、またはその誘導体、およびポットエールを含む基質を処理する工程であって、当該処理は、前記基質を加水分解して、処理された基質を与え、前記ドラフは、本質的に大麦麦芽からなるビール粕を含む工程;および
ブタノール−および/またはアセトン−形成微生物の培養菌の存在下、5.0〜6.0の範囲の初期pHで、かつ、20μM未満の遊離銅イオンの濃度で、前記処理された基質を発酵させる工程であって、当該発酵は、ブタノールおよび/またはアセトンを含む発酵生成物を与える工程を含む、ブタノールおよび/またはアセトンの製造方法が提供される。
ドラフ、またはその誘導体、および希釈剤を含む基質を処理する工程であって、当該処理は、前記基質を加水分解して、処理された基質を与え、前記ドラフは、本質的に大麦麦芽からなるビール粕を含む工程;および
ブタノール−および/またはアセトン−形成微生物の培養菌の存在下、5.0〜6.0の範囲の初期pHで、前記処理された基質を発酵させる工程であって、当該発酵は、ブタノールおよび/またはアセトンを含む発酵生成物を与える工程を含む、ブタノールおよび/またはアセトンの製造方法が提供される。
バイオマス基質、またはその誘導体、および希釈剤を処理する工程であって、当該処理は、前記基質を加水分解して、処理された基質を与える工程;および
ブタノール−および/またはアセトン−形成微生物の培養菌の存在下、5.0〜6.0の範囲の初期pHで、前記処理された基質を発酵させる工程であって、当該発酵は、ブタノールおよび/またはアセトンを含む発酵生成物を与える工程を含む、ブタノールおよび/またはアセトンの製造方法が提供される。
バイオマス基質、またはその誘導体、およびポットエールを処理する工程であって、当該処理は、前記基質を加水分解して、処理された基質を与える工程;および
ブタノール−および/またはアセトン−形成微生物の培養菌の存在下、5.0〜6.0の範囲の初期pHで、かつ、20μM未満の遊離銅イオンの濃度で、前記処理された基質を発酵させる工程であって、当該発酵は、ブタノールおよび/またはアセトンを含む発酵生成物を与える工程を含む、ブタノールおよび/またはアセトンの製造方法が提供される。
本発明の所定の実施形態は、ドラフ、ポットエール、スペントリースおよび/または古紙等の他のバイオマス基質を利用する。特に、本発明者らは、驚くべきことに、ポットエールの存在下で発酵を行うことができることを見出した。前記銅製の蒸留釜由来のポットエール中の高い銅含有量が、クロストリジウム属のバクテリア等のブタノール−および/またはアセトン−形成微生物を阻害すると予期されていた。しかしながら、本発明者らは、前記基質が20μMより低い遊離銅イオンの低濃度に希釈された場合、阻害効果がないことを示した。
以下の有機体を用いた:C.アセトブチリカム(acetobutylicum)ATCC 824、C.ベイジェリンキ(beijerinckii)NCIMB 8052およびC.サッカロペルブチルアセトニカム(saccharoperbutylacetonicum) NCIMB 12606。クロストリジウムを、4℃で胞子懸濁として保持した。胞子に、熱ショックを80℃で10分間加え、そして、補強されたクロストリジウム培地(RCM、Oxoid社、Cambridge、UK)に植菌した。培養菌を24時間培養して、次いで、全ての実験で開始培養菌(5%v/v)として使用する前に、グルコースを含むトリプトン−酵母エキス−酢酸アンモニウム培地(TYA)培地に二次培養した。TYAは、トリプトン、6g/l;酵母エキス、2g/l;酢酸アンモニウム、3g/l;KH2PO4、0.5g/l;MgSO4・7H2O、0.3g/l;5%グルコースが補充されたFeSO4・7H2O、0.01g/l、から構成される。全てのクロストリジウム培養菌を、33℃、N2−H2−CO2(80:10:10)雰囲気下の嫌気性のワークステーション内で培養した。1Lスケールについて、発酵を発酵槽(Biostat A Plus、Sartorius Stedim社、Surrey、UK)内で行った。クロストリジウムの植菌の前に、1時間、無酸素の窒素で発酵槽内で前記培地を、散布することにより、無酸素状態を達成した。全ての1Lの発酵について、撹拌は、200rpmおよび温度33℃に設定した。
ドラフは、スコットランドの3つの異なる麦芽蒸留所から集めた。前記ドラフの単糖組成を、構造性炭水化物の分析のためのNational Renewable Energy Labにより開発された実験室的分析手順(Laboratory Analytical Procedure)(Sluiterら、2008.NREL.バイオマスにおける構造性炭水化物およびリグニンの決定のための実験室的分析手順、NREL/TP-510-42618)に従い、分析した。その分析結果を表1に示す。グルコース、キシロースおよびアラビノースが、主たる糖であり、ガラクトースは、非常に低いレベル(2%未満)であり、そして、マンノースは、検出されなかった。異なる蒸留所からのドラフの糖組成に差異はほとんどなかった。これらの値に基づいて、ドラフ(以下に述べる実験において用いたような10.5%乾燥ドラフ(w/v))の完全な加水分解は、約50g/lの単糖を生ずる。
C.アセトブチリカム(acetobutylicum)ATCC 824によるTYA培地でのグルコースの発酵におけるpHの効果を調査した。発酵を1Lスケールで行い、pH4.5〜6.5の間の設定点の範囲で、アルカリまたは酸のいずれかを自動で添加することによりそのpHを制御した。pH4.5では、グルコースの利用、酸またはABE製造は、検出されなかった。他の全ての発酵について、グルコースは48時間以内に完全に消費され、酸(酪酸および酢酸)と溶媒(アセトン、ブタノールおよびエタノール)とが製造された(表2)。ABE製造は、pH4.8と5.0で最も高く、対応する収率は、それぞれ、ABE(g)/糖(g)が0.34と0.30である。pH5.5〜6.5の間で、糖のABEへの変換の減少と対応して、酸製造が増大した。pH6.5では、酸のみが、それぞれ、7.8および12.8g/lの酢酸および酪酸の最終濃度で製造された。
スコットランドの麦芽蒸留所からポットエールを回収し、銅含有量について分析した。そのポットエールは、合計、71.8μMの銅を有し、そのうち21.1μMは、上澄み中の「遊離」銅として利用可能であり、残りは固形物に結びついていると決定した。この銅濃度がC.アセトブチリカム(acetobutylicum)ATCC 824に有毒かどうかを評価するために、銅の異なる濃度で補充された100mlTYA培地での5%グルコースの発酵を比較した(表3)。銅は、5と10μMでは、ABE濃度が約12g/lと、銅のない対照のそれと同様で、ABE製造に影響が無かった。より高い銅濃度では、ABE濃度は、8.6g/lまで減少し、この濃度では、銅がクロストリジウムを阻害していることを示している。前記ポットエールが、21.1μMの「遊離」銅の含有量を有するため、阻害レベル未満に前記Cu濃度を減少させるために、半分の濃度のポットエールでクロストリジウム発酵を試験することを決定した。グルコース補充した半分濃度のポットエールは、824の成長に十分な栄養素を与え、前記TYA対照と同様のABE製造を与えた(表3)。
前処理されたドラフの発酵における初期pHの効果を調査した。乾燥し、製粉されたドラフを、50%ポットエール中で0.08M硫酸を用いて250mlのデュラン瓶に10.5%(w/v)を添加することにより前処理を行い、121℃で15分間殺菌した。冷却後、そのpHを、10M水酸化ナトリウムを添加することによりpH5.0〜6.0の間に調節し、33℃で24時間、セルラーゼおよびヘミセルラーゼ酵素と共に培養した。発酵のため、C.アセトブチリカム(acetobutylicum)ATCC 824の植菌の前に、前記溶液のpHを4.5,4.8,5.0,5.5,6.0または6.5のいずれかに調節した。発酵前にその初期糖濃度を測定し、発酵後のその残余の糖、ABE濃度およびABE収率を計算した(図1)。糖の初期濃度は、全てのサンプルについて同様であり、約9.6、11.2、および9.9g/lのグルコース、キシロースおよびアラビノースだった。pH5.0以下では、成長またはガス製造が無いことが明らかであり、糖の利用はなかった。ABE製造は、pH5.5で最大(14.2g/l)であり、13.2g/ドラフ100gの収率だった。これは、pH6.0では、ABE9.3g/ドラフ100gに減少した。pH6.5では、約半分の糖が利用されたが、最終濃度2.3g/lとABEへの変換は乏しかった。
乾燥し、製粉されたドラフ(10.5%w/v)を、250mlのデュラン瓶内で水またはポットエールのいずれかにおいて0.08M硫酸を用いて、121℃で15分間殺菌することにより、前処理した。冷却後、そのpHを、10M水酸化ナトリウムを添加することにより5.5に調節した。セルラーゼおよびヘミセルラーゼ酵素ならびに接種C.アセトブチリカム(acetobutylicum)ATCC 824を添加して、33℃で瓶を培養した。発酵後、ABE濃度を決定した(図2)。水中のドラフについて、ABE収率はABE14.0g/ドラフ100gであるのに対し、ポットエール中では、収率は、ABE14.9g/ドラフ100gであった。
ドラフ(10.5%w/v)を、1L発酵槽内の50%ポットエール中で0.08M硫酸を用いて、121℃で15分間殺菌することにより、前処理した。この例では、ドラフはウェットで、前記蒸留所から受け取ったまま、何らさらなる処理をすることなく、使用した。33℃まで冷却した後、10M水酸化ナトリウムを添加することにより、そのpHをpH5.5に調節し、前記発酵槽に窒素を散布した。脱気した後、酵素と824または8052のいずれかを添加して、発酵の終了時に溶媒を分析した。C.アセトブチリカム(acetobutylicum)ATCC 824とC.ベイジェリンキ(beijerinckii)NCIMB 8052による発酵では、それぞれ、ABEレベルは、11.3と12.8g/lとなった(図3)。これは、それぞれ、ABE10.6g/ドラフ100gとABE12.1g/ドラフ100gの変換率に相当した。
白色事務用紙と新聞紙を5mm幅の細長い切れに細かく刻み、250mlデュラン瓶中で、水または50%ポットエールのいずれかで6.7%(w/v)を混合し、そのpHをpH5.5に調節した。殺菌後、前記瓶を冷却し、セルラーゼとC.サッカロペルブチルアセトニカム(saccharoperbutylacetonicum) NCIMB 12606を添加した。発酵後、そのABE濃度を決定した(図4)。水における紙のABEへの変換は、ポットエールに比べて乏しく、追加の栄養素を与えるためにポットエールが必要であることを実証した。ポットエール中では、C.サッカロペルブチルアセトニカム(saccharoperbutylacetonicum)を用いた発酵後のそのABE収率は、ABE24.8g/事務用紙100gとABE16.8g/新聞紙100gであった。
Claims (16)
- 少なくとも:
ドラフ、またはその誘導体、およびポットエールを含む基質を処理する工程であって、当該処理は、前記基質を加水分解して、処理された基質を与え、前記ドラフは、本質的に大麦麦芽からなるビール粕を含む工程;および
ブタノール−および/またはアセトン−形成微生物の培養菌の存在下、5.0〜6.0の範囲の初期pHで、かつ、20μM未満の遊離銅イオンの濃度で、前記処理された基質を発酵させる工程であって、当該発酵は、ブタノールおよび/またはアセトンを含む発酵生成物を与える工程を含む、ブタノールおよび/またはアセトンの製造方法。 - 前記初期pHが、5.3〜5.7の範囲にある、請求項1に記載の方法。
- 前記発酵工程が、それから固形物を除去することなく行われる、請求項1または2に記載の方法。
- 前記ドラフおよび/またはポットエールが、モルトウィスキー製造の副産物である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ビール粕が、100%大麦麦芽からなる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記処理工程および発酵工程が、同時に行われる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記処理工程および発酵工程が、連続して行われる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記基質が、前記遊離銅イオンの濃度を少なくとも前記発酵工程の間、15μM未満とするために、希釈される、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- さらに、
でんぷんを含む大麦麦芽を製粉する工程であって、当該製粉は、すりつぶされた大麦麦芽を与える工程;
前記すりつぶされた大麦麦芽を水と混合する工程であって、当該混合は、水とすりつぶされた大麦麦芽とを含む麦芽汁を与える工程;
前記麦芽汁の前記すりつぶされた大麦麦芽中の前記でんぷんの少なくとも一部を加水分解する工程であって、当該加水分解は、ドラフと麦汁とを与え、前記ドラフは廃麦芽粕固形物を含み、前記麦汁は、水と、グルコースおよびグルコースのオリゴ糖からなる群より選択される1種以上の炭水化物とを含む工程;および
前記ドラフを前記麦汁から分離する工程により、前記ドラフが与えられる、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。 - さらに、
前記麦汁に酵母を添加する工程;
前記麦汁を発酵させる工程であって、当該発酵は、水と1種以上のアルコールとを含むウォッシュを与える工程;および
前記ウォッシュを銅製の蒸留容器内で蒸留する工程であって、当該蒸留は、1種以上のアルコールを含むローワイン蒸留物と、ポットエールの蒸留残渣とを与える工程により、前記ポットエールが与えられる、請求項9に記載の方法。 - 前記基質を加水分解するために前記基質を処理する工程が、
水と水素イオンまたは水と水酸化物イオンの存在下、前記基質を加水分解する工程を含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。 - 前記基質を加水分解するために前記基質を処理する工程が、
硫酸の水溶液の存在下、前記基質を加水分解する工程を含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。 - 前記基質を加水分解するために前記基質を処理する工程が、
1種以上の酵素で前記基質を処理する工程を含む、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。 - 前記ブタノール−および/またはアセトン−形成微生物の培養菌が、クロストリジウム属のバクテリアを含む、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
- 前記発酵生成物が、さらに、エタノール、二酸化炭素、水素、アセテートおよびブチレートからなる群より選択される化合物の1種以上を含む、請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。
- 前記モルトウィスキーが、スコッチモルトウィスキーである、請求項4〜15のいずれかに記載の方法。
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