JP5976185B1 - Lignocellulosic biomass-derived compound production apparatus and production method - Google Patents

Lignocellulosic biomass-derived compound production apparatus and production method Download PDF

Info

Publication number
JP5976185B1
JP5976185B1 JP2015195918A JP2015195918A JP5976185B1 JP 5976185 B1 JP5976185 B1 JP 5976185B1 JP 2015195918 A JP2015195918 A JP 2015195918A JP 2015195918 A JP2015195918 A JP 2015195918A JP 5976185 B1 JP5976185 B1 JP 5976185B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
saccharification
enzyme
residue
solid content
content concentration
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
Application number
JP2015195918A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017063750A (en
Inventor
吏 古賀
吏 古賀
崇文 木内
崇文 木内
也寸彦 加藤
也寸彦 加藤
典子 保谷
典子 保谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Nippon Steel Engineering Co Ltd
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, Nippon Steel Engineering Co Ltd filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2015195918A priority Critical patent/JP5976185B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5976185B1 publication Critical patent/JP5976185B1/en
Priority to PCT/JP2016/079068 priority patent/WO2017057697A1/en
Publication of JP2017063750A publication Critical patent/JP2017063750A/en
Priority to PH12018500686A priority patent/PH12018500686A1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/02Monosaccharides

Abstract

【課題】酵素使用量を抑えながら、糖化反応効率が高いリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、前処理済リグノセルロース系バイオマス及び酵素を含む第一の糖化装置と、前記第一の糖化装置で生成された第一の糖化液及び酵素が吸着した第一の糖化残渣を含む第二の糖化装置と、前記第二の糖化装置内の固形分濃度を前記第一の糖化装置内の固形分濃度よりも高濃度に保持する機構と、を備えることを特徴とするリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置である。【選択図】なしAn apparatus and a method for producing a lignocellulosic biomass-derived compound having high saccharification reaction efficiency while suppressing the amount of enzyme used are provided. The present invention relates to a first saccharification device containing pretreated lignocellulosic biomass and an enzyme, and a first saccharification solution produced by the first saccharification device and the first saccharification adsorbed by the enzyme. A second saccharification apparatus containing a residue, and a mechanism for maintaining a solid content concentration in the second saccharification apparatus at a higher concentration than a solid content concentration in the first saccharification apparatus. It is a manufacturing apparatus of a lignocellulosic biomass origin compound. [Selection figure] None

Description

本発明は、リグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置及び製造方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and a method for producing a lignocellulosic biomass-derived compound.

近年、地球温暖化対策や、廃棄物の有効活用の観点から、植物資源を原料とするバイオマスの利用が注目されている。一般に、バイオマスからエタノール等の化合物を製造するための原料としては、サトウキビ等の糖質やトウモロコシ等のデンプン質が多く用いられている。しかしながら、これらの原料はもともと食料又は飼料として用いられており、長期的に工業用利用資源として活用することは、食料又は飼料用途との競合を引き起こし、原料価格の高騰を招く危険性がある。   In recent years, from the viewpoint of global warming countermeasures and effective utilization of waste, the use of biomass using plant resources as a raw material has attracted attention. In general, sugars such as sugar cane and starches such as corn are often used as raw materials for producing a compound such as ethanol from biomass. However, these raw materials are originally used as food or feed, and long-term utilization as industrial resources may cause competition with food or feed use and may cause a rise in raw material prices.

従って、非食用バイオマスをエネルギー資源として活用する技術開発が進められている。非食用バイオマスとしては、地球上に最も多く存在するセルロースがあげられるが、その大部分は芳香族ポリマーのリグニンやヘミセルロースとの複合体であるリグノセルロースとして存在する。   Therefore, technology development that uses non-edible biomass as an energy resource is being promoted. Non-edible biomass includes the most abundant cellulose on the earth, most of which exists as lignocellulose, which is a complex with the aromatic polymer lignin and hemicellulose.

リグノセルロース系バイオマスから目的の化合物を製造する方法としては、まず、水熱処理等の前処理を行う。このとき、必要に応じて、適宜酸又はアルカリを混合させてもよい。前処理を行ったリグノセルロース系バイオマスに酵素と水を添加し、バイオマス内のセルロース及びヘミセルロースをそれぞれグルコース及びキシロースの単糖に加水分解(糖化)し糖液を得る。   As a method for producing a target compound from lignocellulosic biomass, first, pretreatment such as hydrothermal treatment is performed. At this time, if necessary, an acid or an alkali may be mixed as appropriate. Enzyme and water are added to the pretreated lignocellulosic biomass, and cellulose and hemicellulose in the biomass are hydrolyzed (saccharified) into monosaccharides of glucose and xylose, respectively, to obtain a sugar solution.

糖化反応で使用される酵素はセルラーゼおよびヘミセルラーゼである。セルラーゼとは、数種類の酵素群の総称であって、一般的にβ‐グルコシダーゼ(BGL)、エンドグルカナーゼ(EG)、及びセロビオハイドロラーゼ(CBH)を混ぜ合わせた状態で市販されている。前処理したリグノセルロース系バイオマスには、重合度が高いヘミセルロース、セルロース及びリグニン、並びに、単糖2個からなり重合度が低いため、液中に可溶化したセロビオースや、単糖のキシロース、グルコース等が含まれている。EGおよびCBHの糖化対象は固形のセルロースであり、BGLの糖化対象は液中に可溶化しているセロビオースである。   The enzymes used in the saccharification reaction are cellulase and hemicellulase. Cellulase is a general term for several enzyme groups, and is generally marketed in a state where β-glucosidase (BGL), endoglucanase (EG), and cellobiohydrolase (CBH) are mixed. Pretreated lignocellulosic biomass consists of hemicellulose, cellulose and lignin with high polymerization degree, and celloose solubilized in the liquid because of the low degree of polymerization consisting of two monosaccharides, monosaccharide xylose, glucose, etc. It is included. The saccharification target of EG and CBH is solid cellulose, and the saccharification target of BGL is cellobiose solubilized in the liquid.

また、糖化反応において、リグニンに酵素が非特異的に吸着する現象がしばしば起きる。EGおよびCBHは、セルロース結合モジュール(CBM)を有し、基質であるセルロースにも特異的に吸着するが、BGLはCBMを持たないため、リグニンへの非特異的吸着のみであり、上記3種の酵素はほとんど糖化残渣に吸着してしまう。従来では、糖化残渣に吸着した酵素はなかなか遊離しがたく、反応後の上清から回収し、再利用することは困難であると考えられている(非特許文献1参照)。   Moreover, in the saccharification reaction, a phenomenon in which an enzyme adsorbs nonspecifically to lignin often occurs. EG and CBH have a cellulose binding module (CBM) and specifically adsorb also to cellulose as a substrate, but BGL does not have CBM, and therefore only non-specific adsorption to lignin. Most of the enzyme is adsorbed on the saccharification residue. Conventionally, the enzyme adsorbed on the saccharification residue is hardly released, and it is considered difficult to recover the enzyme from the supernatant after the reaction and reuse it (see Non-Patent Document 1).

BGLはリグニンに吸着した状態であっても活性部位は残っており、液中のセロビオースに対して糖化能力が維持されている。   Even when BGL is adsorbed to lignin, the active site remains, and the saccharification ability is maintained for cellobiose in the liquid.

特許文献1には、酵素を再利用するために、酵素が付着した糖化残渣を糖化工程の最初から投入する方法が開示されている。
特許文献2には、糖化液中の糖化酵素をリグノセルロースに吸着させて回収し、粗濾過により上清に分離した酵素とリグノセルロースに吸着したままの酵素とに分離し、ともに次回以降のバッチの糖化工程に再利用する方法が開示されている。
Patent Document 1 discloses a method of charging a saccharification residue to which an enzyme is attached from the beginning of the saccharification step in order to reuse the enzyme.
In Patent Document 2, a saccharification enzyme in a saccharified solution is adsorbed and recovered on lignocellulose, separated into an enzyme separated into a supernatant by coarse filtration and an enzyme adsorbed on lignocellulose. A method of reusing in the saccharification step is disclosed.

特開2010−98951号公報JP 2010-98951 A 特許第5431499号公報Japanese Patent No. 5431499

小林良則「バイオマス糖化反応の網羅的解析」生物工学 第91巻、10号、556〜560ページ(2014年1月25日)Yoshinori Kobayashi “A Comprehensive Analysis of Biomass Saccharification Reaction” Biotechnology Vol. 91, No. 10, pp. 556-560 (January 25, 2014)

特許文献1は、BGLを再利用することができるが、糖化槽内のリグニン濃度が高まり、EGおよびCBHが吸着され、固形成分であるセルロースの糖化反応効率が落ちる。
特許文献2は、特許文献1と同様に、BGLを再利用することができるが、糖化槽内のリグニン濃度が高まり、EGおよびCBHが吸着され、固形成分であるセルロースの糖化反応効率が落ちる。
In Patent Document 1, BGL can be reused, but the lignin concentration in the saccharification tank increases, EG and CBH are adsorbed, and the saccharification reaction efficiency of cellulose, which is a solid component, decreases.
In Patent Document 2, BGL can be reused as in Patent Document 1, but the lignin concentration in the saccharification tank increases, EG and CBH are adsorbed, and the saccharification reaction efficiency of cellulose, which is a solid component, decreases.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、酵素使用量を抑えながら、糖化反応効率が高いリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, Comprising: It aims at providing the manufacturing apparatus and manufacturing method of a lignocellulosic biomass origin compound with high saccharification reaction efficiency, suppressing an enzyme usage-amount.

すなわち、本発明は、以下のとおりである。
(1)前処理済リグノセルロース系バイオマス及び酵素を含む第一の糖化装置と、前記第一の糖化装置で生成された第一の糖化液及びβ−グルコシダーゼ(BGL)が吸着されたリグニンを含む第一の糖化残渣を含む第二の糖化装置と、前記第二の糖化装置内の固形分濃度を前記第一の糖化装置内の固形分濃度よりも高濃度に保持する機構と、を備えることを特徴とするリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置。
(2)前記第一の糖化液はセロオリゴ糖を含み、前記第二の糖化装置は前記BGLにより前記セロオリゴ糖から生成されたグルコースを含む(1)に記載のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置。
)前記高濃度に保持する機構が前記第二の糖化装置からの第二の糖化残渣の排出量を調節する機構である(1)又は(2)に記載のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置。
)さらに、前記第二の糖化装置で生成された第二の糖化液及び酵素が吸着した第二の糖化残渣、並びに微生物を含む発酵槽を備え、前記発酵槽で生成された発酵液及び酵素が吸着した発酵残渣を分離する固液分離装置と、前記分離された発酵残渣を前記固液分離装置から前記第二の糖化装置へ投入する配管と、を備え、前記高濃度に保持する機構が前記固液分離装置及び前記第二の糖化装置へ投入する配管である(1)又は(2)に記載のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置。
)さらに、前記第一の糖化装置に酵素液を供給するための酵素生産菌及び前処理済リグノセルロース系バイオマスを含む酵素生産槽を備え、前記酵素生産槽で生成された酵素液及び酵素が吸着した酵素生産残渣を分離する固液分離装置と、前記分離された酵素液を前記固液分離装置から前記第一の糖化装置へ投入する配管と、前記分離された酵素生産残渣を前記固液分離装置から前記第二の糖化装置へ投入する配管と、を備える(1)〜()にいずれか一つに記載のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置。
)前記第二の糖化装置内の固形分濃度が前記第一の糖化装置内の固形分濃度の1.1倍以上6倍以下である(1)〜()のいずれか一つに記載のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置。
記第二の糖化残渣、前記発酵残渣及び前記酵素生産残渣から選ばれる少なくとも一つに吸着する酵素がβ−グルコシダーゼ(BGL)である(1)〜()のいずれか一つに記載のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置。
That is, the present invention is as follows.
(1) A first saccharification device containing pretreated lignocellulosic biomass and an enzyme, a first saccharified solution produced by the first saccharification device, and lignin adsorbed with β-glucosidase (BGL) A second saccharification device containing the first saccharification residue, and a mechanism for maintaining the solid content concentration in the second saccharification device at a higher concentration than the solid content concentration in the first saccharification device. An apparatus for producing a lignocellulosic biomass-derived compound.
(2) The apparatus for producing a lignocellulosic biomass-derived compound according to (1), wherein the first saccharified solution contains cellooligosaccharide, and the second saccharification device contains glucose generated from the cellooligosaccharide by the BGL. .
( 3 ) The lignocellulosic biomass-derived compound according to (1) or (2) , wherein the mechanism for maintaining the high concentration is a mechanism for adjusting the discharge amount of the second saccharification residue from the second saccharification device. manufacturing device.
( 4 ) Furthermore, the fermenter containing the 2nd saccharification liquid produced | generated by said 2nd saccharification apparatus, the 2nd saccharification residue which the enzyme adsorb | sucked, and microorganisms, and the fermentation liquid produced | generated with the said fermentor, A mechanism for separating the fermentation residue adsorbed with the enzyme, and a pipe for feeding the separated fermentation residue from the solid-liquid separation device to the second saccharification device, and maintaining the high concentration The apparatus for producing a lignocellulosic biomass-derived compound according to (1) or (2) , which is a pipe that is introduced into the solid-liquid separation device and the second saccharification device.
( 5 ) An enzyme production tank for supplying an enzyme liquid to the first saccharification apparatus and an enzyme production tank containing pretreated lignocellulosic biomass, and the enzyme liquid and enzyme produced in the enzyme production tank A solid-liquid separation device for separating the enzyme production residue adsorbed by the liquid, a pipe for feeding the separated enzyme liquid from the solid-liquid separation device to the first saccharification device, and the separated enzyme production residue for the solid solution. The apparatus for producing a lignocellulosic biomass-derived compound according to any one of (1) to ( 4 ), comprising: a pipe that is supplied from a liquid separation device to the second saccharification device.
( 6 ) In any one of (1) to ( 5 ), the solid content concentration in the second saccharification device is 1.1 times or more and 6 times or less than the solid content concentration in the first saccharification device. The manufacturing apparatus of the lignocellulosic biomass origin compound of description.
(7) pre-Symbol second saccharification residue, any one of which said enzyme is adsorbed in at least one selected from the fermentation residue and the enzyme production residue is β- glucosidase (BGL) (1) ~ (6) An apparatus for producing a lignocellulosic biomass-derived compound as described in 1 above.

)前処理済リグノセルロース系バイオマス及び酵素を混合し、糖化する第一の糖化工程と、前記第一の糖化工程で生成された糖化液及びβ−グルコシダーゼ(BGL)が吸着されたリグニンを含む第一の糖化残渣を混合し、糖化する第二の糖化工程と、前記第二の糖化工程における固形分濃度を前記第一の糖化工程における固形分濃度よりも高濃度に保つように調節する固形分濃度調節工程と、を有し、前記固形分濃度調節工程が、前記第二の糖化工程で生成された第二の糖化残渣の排出量を調節する工程であることを特徴とするリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造方法。
(9)前処理済リグノセルロース系バイオマス及び酵素を混合し、糖化する第一の糖化工程と、前記第一の糖化工程で生成された糖化液及びβ−グルコシダーゼ(BGL)が吸着されたリグニンを含む第一の糖化残渣を混合し、糖化する第二の糖化工程と、前記第二の糖化工程における固形分濃度を前記第一の糖化工程における固形分濃度よりも高濃度に保つように調節する固形分濃度調節工程と、前記第二の糖化工程で生成された第二の糖化液及び酵素が吸着した第二の糖化残渣、並びに酵母を混合し、発酵する発酵工程と、前記発酵工程で生成された発酵液と酵素が吸着した発酵残渣とを分離する固液分離工程と、を有し、前記固形分濃度調節工程が、前記固液分離工程で分離された酵素が吸着した発酵残渣を第二の糖化装置へ投入する工程であることを特徴とするリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造方法。
(10)前処理済リグノセルロース系バイオマス及び酵素を混合し、糖化する第一の糖化工程と、前記第一の糖化工程で生成された糖化液及びβ−グルコシダーゼ(BGL)が吸着されたリグニンを含む第一の糖化残渣を混合し、糖化する第二の糖化工程と、前記第二の糖化工程における固形分濃度を前記第一の糖化工程における固形分濃度よりも高濃度に保つように調節する固形分濃度調節工程と、酵素生産菌及び前処理済リグノセルロース系バイオマスを混合し、酵素を生産する酵素生産工程と、前記酵素生産工程で生成された酵素液と酵素が吸着した酵素生産残渣とを分離する固液分離工程と、前記固液分離工程で分離された酵素液を前記第一の糖化装置へ投入する工程と、を有し、前記固形分濃度調節工程が、前記固液分離工程で分離された酵素が吸着した酵素生産残渣を第二の糖化装置へ投入する工程であることを特徴とするリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造方法。
(11)前記第二の糖化工程において、主にβ−グルコシダーゼ(BGL)により、第一の糖化工程において生成されたセロオリゴ糖からグルコースを生成する(8)〜(10)のいずれか一つに記載のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造方法。
12)前記第二の糖化工程における固形分濃度が前記第一の糖化装置内の固形分濃度の1.1倍以上6倍以下である()〜(11)のいずれか一つに記載のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造方法。
13記第二の糖化残渣、前記発酵残渣及び前記酵素生産残渣から選ばれる少なくとも一つに吸着する酵素がβ−グルコシダーゼ(BGL)である()〜(12)のいずれか一つに記載のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造方法。
( 8 ) A first saccharification step in which pretreated lignocellulosic biomass and an enzyme are mixed and saccharified; a saccharified solution produced in the first saccharification step; and lignin on which β-glucosidase (BGL) is adsorbed A second saccharification step in which the first saccharification residue is mixed and saccharified, and the solid content concentration in the second saccharification step is adjusted to be higher than the solid content concentration in the first saccharification step a solid concentration adjusting step, was perforated, lignocellulose which the solid concentration adjustment step, characterized in that a step of adjusting the discharge amount of the second saccharification residue generated by the second saccharification step Of producing a biomass-derived compound.
(9) A first saccharification step in which pretreated lignocellulosic biomass and an enzyme are mixed and saccharified; a saccharified solution produced in the first saccharification step; and lignin adsorbed with β-glucosidase (BGL) A second saccharification step in which the first saccharification residue is mixed and saccharified, and the solid content concentration in the second saccharification step is adjusted to be higher than the solid content concentration in the first saccharification step The solid content concentration adjustment step, the second saccharification solution produced in the second saccharification step, the second saccharification residue adsorbed with the enzyme, and the fermentation step for mixing and fermenting the yeast, and the production in the fermentation step A solid-liquid separation step for separating the fermented fermentation broth and the fermentation residue adsorbed with the enzyme, wherein the solid content concentration adjusting step is configured to determine the fermentation residue adsorbed by the enzyme separated in the solid-liquid separation step. Put into the second saccharification equipment Method for producing a lignocellulosic biomass derived compounds, which is a degree.
(10) A first saccharification step in which pretreated lignocellulosic biomass and an enzyme are mixed and saccharified; a saccharified solution produced in the first saccharification step; and lignin to which β-glucosidase (BGL) is adsorbed A second saccharification step in which the first saccharification residue is mixed and saccharified, and the solid content concentration in the second saccharification step is adjusted to be higher than the solid content concentration in the first saccharification step A solid content concentration adjusting step, an enzyme producing step of mixing enzyme producing bacteria and pretreated lignocellulosic biomass to produce an enzyme, an enzyme solution produced in the enzyme producing step, and an enzyme production residue adsorbed with the enzyme A solid-liquid separation step, and a step of feeding the enzyme solution separated in the solid-liquid separation step into the first saccharification device , wherein the solid content concentration adjusting step is the solid-liquid separation step In minutes Method for producing a lignocellulosic biomass derived compounds enzyme is characterized in that the step of introducing the enzyme production residue adsorbed to the second saccharification device.
(11) In the second saccharification step, glucose is generated mainly from β-glucosidase (BGL) from the cellooligosaccharides generated in the first saccharification step. (8) to (10) The manufacturing method of the lignocellulosic biomass origin compound of description.
( 12 ) The solid content concentration in the second saccharification step is 1.1 times or more and 6 times or less than the solid content concentration in the first saccharification apparatus, according to any one of ( 8 ) to ( 11 ). Of producing a lignocellulosic biomass-derived compound.
(13) before Symbol second saccharification residue, any one of which said enzyme is adsorbed in at least one selected from the fermentation residue and the enzyme production residue is β- glucosidase (BGL) (8) ~ (12) The manufacturing method of the lignocellulosic biomass origin compound as described in 2.

本発明のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置及び製造方法によれば、酵素を固定化する必要がなく、また酵素の投入量を低減し、効率的に糖化反応を行うことができる。   According to the apparatus and method for producing a lignocellulosic biomass-derived compound of the present invention, it is not necessary to immobilize an enzyme, and the amount of enzyme input can be reduced to efficiently carry out a saccharification reaction.

本発明の第一実施形態に係るリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the manufacturing apparatus of the lignocellulosic biomass origin compound which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態に係るリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the manufacturing apparatus of the lignocellulose biomass origin compound which concerns on 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態に係るリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the manufacturing apparatus of the lignocellulose biomass origin compound which concerns on 3rd embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態に係るリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the manufacturing apparatus of the lignocellulose biomass origin compound which concerns on 4th embodiment of this invention. 本発明の第五実施形態に係るリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the manufacturing apparatus of the lignocellulosic biomass origin compound which concerns on 5th embodiment of this invention. 本発明の第六実施形態に係るリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the manufacturing apparatus of the lignocellulosic biomass origin compound which concerns on 6th embodiment of this invention. 試験例1において、BGL吸着残渣の添加量の異なるサンプルの、糖化反応初期のセロビオース濃度に対するセロビオース濃度の経時的な変化をプロットしたグラフである。In Experiment 1, it is the graph which plotted the time-dependent change of the cellobiose density | concentration with respect to the cellobiose density | concentration of the early stage of saccharification reaction of the sample from which the addition amount of a BGL adsorption residue differs. 実施例1および比較例1の経時的なグルコース濃度の変化をプロットしたグラフである。2 is a graph plotting changes in glucose concentration over time in Example 1 and Comparative Example 1. FIG.

本発明の製造装置及び製造方法で処理対象となるリグノセルロース系バイオマスは主に、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを含有するものであり、例えば針葉樹、広葉樹、建築廃材、林地残材、剪定廃材、稲藁、籾殻、麦藁、木材チップ、木材繊維、化学パルプ、古紙、合板等の農林産物資源、サトウキビバガス、サトウキビ茎葉、コーンスト―バー等の農林産物廃棄物、農林産物加工品及び大型藻類、微細藻類等の植物組織である。これらのリグノセルロース系バイオマスは単独であってもよく、混合物であってもよい。   The lignocellulosic biomass to be treated by the production apparatus and production method of the present invention mainly contains cellulose, hemicellulose, and lignin. , Rice husk, wheat straw, wood chips, wood fiber, chemical pulp, waste paper, plywood and other agricultural and forestry resources, sugarcane bagasse, sugarcane foliage, corn stover, etc. Plant tissue. These lignocellulosic biomasses may be used alone or as a mixture.

本発明において、ヘミセルロースは、キシロースなどの5つの炭素を構成単位とする五炭糖とよばれるものやマンノース、アラビノース、ガラクツロン酸などの6つの炭素を構成単位とする六炭糖とよばれるもの、さらにグルコマンナンやグルクロノキシランなどのような複合多糖を有するので、加水分解を受けると、炭素5つからなる五炭糖の単糖やその単糖が複数個連結された五炭糖のオリゴ糖、炭素6つからなる六炭糖の単糖やその単糖が複数個連結された六炭糖のオリゴ糖、五炭糖の単糖と六炭糖の単糖が複数個連結されたオリゴ糖を生ずる。
セルロースは、6つの炭素を構成単位として有するので、加水分解を受けると、炭素6つからなる六炭糖の単糖やその単糖が複数個連結された六炭糖のオリゴ糖を生ずる。一般に、単糖及び/またはオリゴ糖の構成比率や生成量は、前処理方法や原料として用いた農林産物資源、農林産物廃棄物及び農林産物加工品の種類によって異なる。
In the present invention, hemicellulose is a so-called pentose containing 5 carbons such as xylose and a so-called hexose containing 6 carbons such as mannose, arabinose and galacturonic acid. Furthermore, since it has complex polysaccharides such as glucomannan and glucuronoxylan, when it undergoes hydrolysis, it will be a pentose monosaccharide consisting of five carbons and a pentose oligosaccharide in which multiple monosaccharides are linked. , 6 carbon hexose monosaccharides, hexose saccharide oligosaccharides linked to multiple monosaccharides, pentose saccharide monosaccharides and hexose saccharide monosaccharides linked together Is produced.
Cellulose has 6 carbons as a structural unit, so when hydrolyzed, it produces 6-carbon monosaccharides composed of 6 carbons and hexose oligosaccharides in which a plurality of monosaccharides are linked. In general, the composition ratio and production amount of monosaccharides and / or oligosaccharides vary depending on the pretreatment method and the types of agricultural and forestry product resources, agricultural and forestry product wastes and processed agricultural and forestry products used as raw materials.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する、なお、各図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each of the drawings, portions not related to the description may be omitted.

<第一実施形態>
図1は、本発明の第一実施形態に係るリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置の概略構成を示す図である。
本実施形態の製造装置10は、前処理済リグノセルロース系バイオマス及び酵素を含む第一の糖化装置1と、第一の糖化装置1で生成された第一の糖化液及び酵素が吸着した第一の糖化残渣を含む第二の糖化装置2と、が配管を介して配設されている。さらに、第二の糖化装置2内の固形分濃度を第一の糖化装置1内の固形分濃度よりも高濃度に保持する機構として、第二の糖化装置2で生成された第二の糖化液と酵素が吸着した第二の糖化残渣とを分離するための固液分離装置4と、固液分離装置4において分離された酵素が吸着した第二の糖化残渣を第二の糖化液へ返送するための返送管5とが配設されている。
図1では、一例として、第二の糖化装置2に隣接して発酵槽3を配設しているが、糖化液の用途に応じて、第二の糖化装置2に続く設備は適宜選択することができる。
<First embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus for producing a lignocellulosic biomass-derived compound according to the first embodiment of the present invention.
The production apparatus 10 of the present embodiment includes a first saccharification apparatus 1 including pretreated lignocellulosic biomass and an enzyme, and a first saccharification liquid and an enzyme generated by the first saccharification apparatus 1 that are adsorbed to the first saccharification apparatus 1. The second saccharification device 2 containing the saccharification residue is disposed via a pipe. Furthermore, the second saccharified solution produced by the second saccharification device 2 serves as a mechanism for maintaining the solid content concentration in the second saccharification device 2 higher than the solid content concentration in the first saccharification device 1. And the second saccharification residue adsorbed by the enzyme, and the second saccharification residue adsorbed by the enzyme separated in the solid-liquid separation device 4 is returned to the second saccharification solution. A return pipe 5 is provided.
In FIG. 1, as an example, the fermenter 3 is disposed adjacent to the second saccharification device 2, but the equipment following the second saccharification device 2 should be appropriately selected according to the use of the saccharification solution. Can do.

第一の糖化装置1は、前処理済リグノセルロース系バイオマス及び酵素を混合し、糖化反応を行うための装置であり、特別な限定はない。例えば、撹拌型、通気撹拌型、気泡塔型、流動層型、充填層型などを挙げることができる。   The first saccharification device 1 is a device for mixing a pretreated lignocellulosic biomass and an enzyme to perform a saccharification reaction, and there is no particular limitation. Examples thereof include a stirring type, aeration stirring type, a bubble column type, a fluidized bed type, and a packed bed type.

前処理済リグノセルロース系バイオマスとは、糖化反応を効率的に行うために事前処理を行ったリグノセルロース系バイオマスを意味する。事前処理方法としては、例えば、蒸気のみでの蒸煮法、イオン液体を用いる方法、ミルを用いる粉砕法などが挙げられる。また、事前処理において、必要に応じて、適宜酸又はアルカリを混合させてもよい。酸としては、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸等の中から選ばれ、これらを単独で又は組み合わせて用いてもよい。中でも工業利用には安価で手に入りやすい硫酸が特に好ましい。アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニアの中から選ばれ、これらを単独で又は組み合わせて用いてもよい。水熱処理反応に用いる反応容器には特に限定はないが、耐酸性又は耐アルカリ性を有する加熱圧力容器、若しくは、耐酸性又は耐アルカリ性を有する容器をオートクレーブのような加熱圧力装置に入れて処理する形態が考えられる。   The pretreated lignocellulosic biomass means lignocellulosic biomass that has been pretreated in order to efficiently perform a saccharification reaction. Examples of the pretreatment method include a steaming method using only steam, a method using an ionic liquid, and a pulverizing method using a mill. Further, in the pretreatment, an acid or an alkali may be appropriately mixed as necessary. The acid is selected from sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid and the like, and these may be used alone or in combination. Among them, sulfuric acid which is inexpensive and easily available is particularly preferable for industrial use. The alkali is selected from sodium hydroxide, potassium hydroxide, and ammonia, and these may be used alone or in combination. Although there is no particular limitation on the reaction vessel used for the hydrothermal treatment reaction, the heat pressure vessel having acid resistance or alkali resistance, or the form in which the vessel having acid resistance or alkali resistance is placed in a heating pressure device such as an autoclave is processed. Can be considered.

本発明における酵素とは、リグノセルロース系バイオマスを単糖又はオリゴ糖単位に分解する酵素を意味し、リグノセルロース系バイオマスを単糖又はオリゴ糖にまで分解するものであればよく、セルラーゼ及びヘミセルラーゼの各活性を持つものであればよい。
セルラーゼは、セルロースをグルコース等の単糖又はオリゴ糖に分解するものであればよく、エンドグルカナーゼ(EG)、セロビオヒドロラーゼ(CBH)及びβ−グルコシダーゼ(BGL)の各活性の少なくとも1つの活性を有するものを挙げることができ、これらの各活性を有する酵素混合物であることが、酵素活性の観点から好ましい。
同じくヘミセルラーゼは、ヘミセルロースをキシロース等の単糖又はオリゴ糖に分解するものであればよく、キシラナーゼ、キシロシダーゼ、マンナナーゼ、ペクチナーゼ、ガラクトシダーゼ、グルクロニダーゼ及びアラビノフラノシダーゼの各活性の少なくとも1つの活性を有するものを挙げることができ、これらの各活性を有する酵素混合物であることが、酵素活性の観点から好ましい。
本発明において「酵素活性成分」とは、酵素混合物とした場合にはこれらの糖化酵素のそれぞれを意味し、単独の糖化酵素を用いた場合には、用いられる糖化酵素そのものを意味する。
これらセルラーゼ及びヘミセルラーゼの起源は限定されることはなく、糸状菌、担子菌、細菌類等のセルラーゼ及びヘミセルラーゼを用いることができる。
The enzyme in the present invention means an enzyme that decomposes lignocellulosic biomass into monosaccharides or oligosaccharide units, and any enzyme that decomposes lignocellulosic biomass into monosaccharides or oligosaccharides can be used. Cellulase and hemicellulase As long as it has each activity of.
Cellulase may be any one that decomposes cellulose into monosaccharides or oligosaccharides such as glucose, and has at least one activity of endoglucanase (EG), cellobiohydrolase (CBH), and β-glucosidase (BGL). It is preferable from a viewpoint of enzyme activity that it is an enzyme mixture which has each of these activity.
Similarly, hemicellulase may be any one that decomposes hemicellulose into monosaccharides or oligosaccharides such as xylose, and has at least one activity of each activity of xylanase, xylosidase, mannanase, pectinase, galactosidase, glucuronidase, and arabinofuranosidase. From the viewpoint of enzyme activity, an enzyme mixture having each of these activities is preferable.
In the present invention, the “enzyme active ingredient” means each of these saccharifying enzymes when an enzyme mixture is used, and means the saccharifying enzyme used when a single saccharifying enzyme is used.
The origin of these cellulases and hemicellulases is not limited, and cellulases and hemicellulases such as filamentous fungi, basidiomycetes, and bacteria can be used.

第二の糖化装置2は、第一の糖化装置1で生成された第一の糖化液及び酵素が吸着した第一の糖化残渣を混合し、第一の糖化装置1内の固形分濃度よりも高濃度の固形分濃度にて糖化反応を行うための槽であり、特別な限定はない。例えば、通気撹拌型、気泡塔型、流動層型、充填層型などを挙げることができる。第一の糖化液には、前処理反応及び第一の糖化装置にて生成されたグルコース、キシロース、セロオリゴ糖などが可溶化している。セロオリゴ糖とは、セロビオース等の2〜6個の単糖からなるオリゴ糖を意味し、BGLの基質となる。第一の糖化残渣には、未反応のセルロースやヘミセルロース、リグニン等の固形成分が含まれ、酵素がこれら固形成分に吸着している。   The second saccharification device 2 mixes the first saccharification solution produced in the first saccharification device 1 and the first saccharification residue adsorbed with the enzyme, and the solid content concentration in the first saccharification device 1 is more than that. It is a tank for performing a saccharification reaction at a high solid content concentration, and there is no particular limitation. For example, an aeration stirring type, a bubble column type, a fluidized bed type, a packed bed type and the like can be mentioned. In the first saccharified solution, glucose, xylose, cellooligosaccharide and the like produced by the pretreatment reaction and the first saccharification apparatus are solubilized. Cellooligosaccharide means an oligosaccharide composed of 2 to 6 monosaccharides such as cellobiose and serves as a substrate for BGL. The first saccharification residue contains solid components such as unreacted cellulose, hemicellulose, and lignin, and the enzyme is adsorbed on these solid components.

本明細書中において、「高濃度に保持する機構」は、第一の糖化装置1内の固形分濃度よりも第二の糖化装置2内の固形分濃度を高く保つための機構を意味し、例えば、前処理済リグノセルロース系バイオマスの第一の糖化装置1への投入量を調節する機構や、第一の糖化装置1から送液される第一の糖化残渣の排出量を調節する機構、第二の糖化装置2からの第二の糖化残渣の排出量を調節する機構等が挙げられる。中でも、第二の糖化装置2からの残渣の排出量を調節する機構が好ましい。より具体的には、図1に示すような固液分離装置4、後述の実施形態(図2〜5参照)において示すような、第二の糖化装置2から発酵槽3への第二の糖化液のみ又は第二の糖化残渣のみを送液するための配管、フィルター、堰、発酵槽3で生成された発酵液及び酵素が吸着した発酵残渣を分離するための固液分離装置13等が挙げられる。   In the present specification, "mechanism for maintaining a high concentration" means a mechanism for keeping the solid content concentration in the second saccharification device 2 higher than the solid content concentration in the first saccharification device 1, For example, a mechanism for adjusting the input amount of the pretreated lignocellulosic biomass to the first saccharification device 1, a mechanism for adjusting the discharge amount of the first saccharification residue fed from the first saccharification device 1, The mechanism etc. which adjust the discharge | emission amount of the 2nd saccharification residue from the 2nd saccharification apparatus 2 are mentioned. Among these, a mechanism for adjusting the discharge amount of the residue from the second saccharification device 2 is preferable. More specifically, the second saccharification from the second saccharification device 2 to the fermentor 3 as shown in the solid-liquid separation device 4 as shown in FIG. 1 and the embodiments described later (see FIGS. 2 to 5). Examples include a pipe for feeding only the liquid or only the second saccharification residue, a filter, a weir, a fermentation liquid produced in the fermentation tank 3, and a solid-liquid separation device 13 for separating the fermentation residue adsorbed with the enzyme. It is done.

固液分離装置4は、第二の糖化装置2において生成された第二の糖化液及び酵素が吸着した第二の糖化残渣を分離するための装置であり、特に限定はないが、固液の分離強度を調節できる装置であることが好ましい。例えば、加わる圧力を調節することで、分離強度を調節することができる装置や、篩目やフィルターの網目の大きさを変更することで分離強度を調節することができる装置、固液分離装置の運転条件は変更せずに固液分離後の固体の一部を、排出することで分離強度を下げることができる装置等が挙げられる。さらに具体的には、フィルタープレス、スクリュープレスや、100〜2360μmの網目である振動篩が挙げられる。これは、糖化装置が通気撹拌型である場合、固形分濃度が高いと使用電力が多くなる恐れがある。そのため、まず、製造装置の立ち上げ時には、固液分離装置4の分離強度を高めて、第二の糖化装置2内に第二の糖化残渣を蓄積させる。そして、立ち上げ後は、固液分離装置4の分離強度を下げて、第二の糖化液および第二の糖化残渣の一部を排出することで、第二の糖化装置2内の固形分濃度を第一の糖化装置1内の固形分濃度よりも高濃度に保つことができる。   The solid-liquid separation device 4 is a device for separating the second saccharified solution produced in the second saccharification device 2 and the second saccharification residue adsorbed with the enzyme, and is not particularly limited. A device capable of adjusting the separation strength is preferred. For example, a device that can adjust the separation strength by adjusting the applied pressure, a device that can adjust the separation strength by changing the mesh size of the sieve mesh or filter, and a solid-liquid separation device Examples include an apparatus that can lower the separation strength by discharging a part of the solid after the solid-liquid separation without changing the operating conditions. More specifically, a filter press, a screw press, and a vibrating sieve having a mesh of 100 to 2360 μm can be mentioned. This is because, when the saccharification apparatus is an aeration and stirring type, if the solid content concentration is high, there is a fear that the power used increases. Therefore, first, when the production apparatus is started up, the separation strength of the solid-liquid separation apparatus 4 is increased and the second saccharification residue is accumulated in the second saccharification apparatus 2. Then, after the start-up, the solid content concentration in the second saccharification device 2 is reduced by lowering the separation strength of the solid-liquid separation device 4 and discharging part of the second saccharification liquid and second saccharification residue. Can be maintained at a concentration higher than the solid concentration in the first saccharification apparatus 1.

返送管5は、固液分離装置4において分離された酵素が吸着した第二の糖化残渣を第二の糖化装置2へ投入するためのものであり、特別な限定はない。   The return pipe 5 is used for feeding the second saccharification residue adsorbed by the enzyme separated in the solid-liquid separation device 4 to the second saccharification device 2, and is not particularly limited.

次に、図1に示すリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置10を用いた製造方法の一例について説明する。
まず、蒸煮器において、リグノセルロース系バイオマスに酸又はアルカリを混合させ、水熱処理し、前処理済リグノセルロース系バイオマスを得る。このとき、蒸煮工程のみを行ってもよいし、加圧及び加湿状態での蒸煮工程後、一気に圧力を開放する等の方法によって、リグノセルロース系バイオマスを粉砕する爆砕工程を行ってもよい。次に、前処理済リグノセルロース系バイオマス及び酵素を、配管を介してポンプなどで第一の糖化装置1に投入し、糖化反応を行う。このとき第一の糖化装置1の温度は、45℃〜70℃が好ましい。また、第一の糖化反応時間は12時間〜120時間が好ましい。
第一の糖化工程において生成された第一の糖化液および酵素が吸着した第一の糖化残渣は、第二の糖化装置2へ投入される。このとき第二の糖化装置2の温度は、45℃〜70℃が好ましい。また、第二の糖化反応時間は12時間〜120時間が好ましい。
さらに第二の糖化工程において生成された第二の糖化液及び酵素が吸着した第二の糖化残渣を固液分離装置4へ配管を介して投入し、第二の糖化液と第二の糖化残渣とに分離する。
Next, an example of the manufacturing method using the manufacturing apparatus 10 of the lignocellulosic biomass origin compound shown in FIG. 1 is demonstrated.
First, in a steamer, lignocellulosic biomass is mixed with acid or alkali and hydrothermally treated to obtain pretreated lignocellulosic biomass. At this time, only the steaming step may be performed, or after the steaming step in a pressurized and humidified state, an explosion step of pulverizing lignocellulosic biomass may be performed by a method such as releasing the pressure at once. Next, the pretreated lignocellulosic biomass and the enzyme are introduced into the first saccharification apparatus 1 with a pump or the like through a pipe to perform a saccharification reaction. At this time, the temperature of the first saccharification apparatus 1 is preferably 45 ° C to 70 ° C. The first saccharification reaction time is preferably 12 hours to 120 hours.
The first saccharification solution produced in the first saccharification step and the first saccharification residue adsorbed with the enzyme are input to the second saccharification device 2. At this time, the temperature of the second saccharification device 2 is preferably 45 ° C to 70 ° C. The second saccharification reaction time is preferably 12 hours to 120 hours.
Furthermore, the second saccharification liquid produced in the second saccharification step and the second saccharification residue adsorbed with the enzyme are introduced into the solid-liquid separation device 4 through a pipe, and the second saccharification liquid and the second saccharification residue are introduced. And to separate.

分離された糖化液は発酵槽3に送液される。一方、分離された第二の糖化残渣は、返送管5を介して第二の糖化装置2に投入され循環することで、第二の糖化装置2内の固形分濃度を第一の糖化装置1内の固形分濃度よりも高濃度に保つことができる。また、第二の糖化装置2内の固形分濃度は、上述の通り、固液分離装置4において分離強度を調節することによって、第二の糖化残渣の排出量が調節され、第二の糖化装置2内の固形分濃度を調節することができる。   The separated saccharified solution is sent to the fermenter 3. On the other hand, the separated second saccharification residue is introduced into the second saccharification device 2 through the return pipe 5 and circulated, so that the solid content concentration in the second saccharification device 2 is reduced to the first saccharification device 1. It can be kept at a higher concentration than the solid content concentration. In addition, the solid content concentration in the second saccharification device 2 is adjusted, as described above, by adjusting the separation strength in the solid-liquid separation device 4, thereby adjusting the discharge amount of the second saccharification residue. The solid content concentration in 2 can be adjusted.

本明細書中において、固形分濃度調節工程とは、前記第二の糖化工程における固形分濃度を前記第一の糖化工程における固形分濃度よりも高濃度に保つように調節する工程を意味する。固形分濃度を調節する方法としては、例えば、前処理済リグノセルロース系バイオマスの第一の糖化装置1への投入量を調節する方法や、第一の糖化装置1から送液される第一の糖化残渣の排出量を調節する方法、第二の糖化装置2からの第二の糖化残渣の排出量を調節する方法等が挙げられる。中でも、第二の糖化装置2からの残渣の排出量を調節する方法が好ましい。より具体的には、図1に示すような固液分離装置4を用いた方法、後述の実施形態(図2〜5参照)において示すような、第二の糖化装置2から発酵槽3への第二の糖化液のみ又は第二の糖化残渣のみを送液するための配管を用いた方法、フィルター8を用いた方法、堰12を用いた方法、発酵槽3で生成された発酵液及び酵素が吸着した発酵残渣を分離するための固液分離装置13を用いた方法等が挙げられる。   In the present specification, the solid content concentration adjusting step means a step of adjusting the solid content concentration in the second saccharification step so as to be kept higher than the solid concentration in the first saccharification step. As a method of adjusting the solid content concentration, for example, a method of adjusting the input amount of pretreated lignocellulosic biomass into the first saccharification device 1 or a first solution fed from the first saccharification device 1 is used. Examples thereof include a method of adjusting the discharge amount of the saccharification residue, a method of adjusting the discharge amount of the second saccharification residue from the second saccharification device 2, and the like. Among these, a method for adjusting the discharge amount of the residue from the second saccharification device 2 is preferable. More specifically, the method using the solid-liquid separation device 4 as shown in FIG. 1 and the second saccharification device 2 to the fermenter 3 as shown in the embodiments described later (see FIGS. 2 to 5). Method using pipe for feeding only second saccharified solution or only second saccharified residue, method using filter 8, method using weir 12, fermented solution and enzyme generated in fermenter 3 The method using the solid-liquid separation apparatus 13 for isolate | separating the fermentation residue which adsorb | sucked is mentioned.

酵素は、上述の通り、セルラーゼとヘミセルラーゼを含み、セルラーゼは、セルロースを基質として単糖又はオリゴ糖を生成する酵素であって、エンドグルカナーゼ(EG)、セロビオヒドロラーゼ(CBH)及びβ−グルコシダーゼ(BGL)の混合物を含む。EGは、セルロース鎖に対しランダムに作用してセロオリゴ糖を生成し、CBHは、セルロース鎖の端から作用してセロビオースを生成する。さらに、BGLは、EG及びCBHにより生成されたセロオリゴ糖から単糖であるグルコースを生成する。
BGLは、疎水性が強く、リグノセルロース系バイオマス中に含まれる疎水性の強いリグニンに吸着しやすい性質をもつ。しかしながら、BGLのリグニンへの吸着部位は活性部位以外であることが多く、リグニンに吸着したままでも液体中のセロビオース等のセロオリゴ糖と接触してグルコースを生成することが可能である。
従来では、糖化工程後、BGLが吸着されたリグニンを含む糖化残渣を排出してしまう。しかしながら、本発明の糖化酵素活用方法によれば、第一の糖化工程において生成された第一の糖化液、BGLが吸着されたリグニンを含む第一の糖化残渣、および酵素循環工程によるBGLが吸着された第二の糖化残渣を含み、第一の糖化装置よりも固形分濃度が高濃度である第二の糖化装置を設け、第二の糖化工程を行うことで、BGLとセロオリゴ糖との糖化反応を効率的に行う。
従って、本実施形態において、第一の糖化残渣および第二の糖化残渣に吸着している酵素のうち、β−グルコシダーゼ(BGL)を活用することで、第二の糖化装置において糖化反応を効率的に行うことができる。
As described above, the enzyme includes cellulase and hemicellulase, and cellulase is an enzyme that produces monosaccharide or oligosaccharide using cellulose as a substrate, and includes endoglucanase (EG), cellobiohydrolase (CBH), and β-glucosidase. (BGL) mixture. EG acts randomly on the cellulose chain to produce cellooligosaccharide, and CBH acts from the end of the cellulose chain to produce cellobiose. Furthermore, BGL produces | generates glucose which is a monosaccharide from the cellooligosaccharide produced | generated by EG and CBH.
BGL is strongly hydrophobic and has the property of being easily adsorbed to lignin having a strong hydrophobicity contained in lignocellulosic biomass. However, the adsorption site of BGL on lignin is often other than the active site, and glucose can be produced by contacting cellooligosaccharides such as cellobiose in the liquid even when adsorbed on lignin.
Conventionally, after the saccharification step, a saccharification residue containing lignin adsorbed with BGL is discharged. However, according to the saccharifying enzyme utilization method of the present invention, the first saccharified solution produced in the first saccharification step, the first saccharification residue containing lignin adsorbed with BGL, and the BGL adsorbed by the enzyme circulation step are adsorbed. Saccharification of BGL and cellooligosaccharide by providing a second saccharification device containing a second saccharification residue and having a solid concentration higher than that of the first saccharification device and performing a second saccharification step Perform the reaction efficiently.
Therefore, in this embodiment, among the enzymes adsorbed on the first saccharification residue and the second saccharification residue, β-glucosidase (BGL) is utilized to efficiently perform the saccharification reaction in the second saccharification device. Can be done.

したがって、第一の糖化工程では、EG及びCBHによりセルロースからセロオリゴ糖を生成する糖化反応と、BGLによりセロオリゴ糖からグルコースを生成する糖化反応とが行われる。セルロースは固形分であることから、EG及びCBHとセルロースとの接触を効率的に行うために、第一の糖化装置1における固形分濃度は、低濃度にとどめる必要があり、5%以上20%以下が好ましく、10%以上15%以下がより好ましい。次に、第二の糖化工程では、主にBGLにより、第一の糖化工程において生成されたセロオリゴ糖からグルコースを生成する糖化反応が行われる。上述の通り、BGLは第一の糖化残渣に吸着したまま、第一の糖化液中に可溶化したセロオリゴ糖と接触して糖化反応を行うことが可能であるため、第二の糖化装置2における固形分濃度は第一の糖化装置1における固形分濃度を超えて高濃度にすることができ、前記第一の糖化装置内の固形分濃度の1.1倍以上6倍以下が好ましく、1.2倍以上5倍以下がより好ましい。   Therefore, in the first saccharification step, a saccharification reaction for generating cellooligosaccharide from cellulose by EG and CBH and a saccharification reaction for generating glucose from cellooligosaccharide by BGL are performed. Since cellulose is a solid content, in order to efficiently contact EG and CBH with cellulose, the solid content concentration in the first saccharification apparatus 1 needs to be kept at a low concentration. The following is preferable, and 10% to 15% is more preferable. Next, in the second saccharification step, a saccharification reaction for generating glucose from the cellooligosaccharides produced in the first saccharification step is performed mainly by BGL. As described above, since BGL can be contacted with cellooligosaccharide solubilized in the first saccharification solution while adsorbed on the first saccharification residue, the saccharification reaction can be performed in the second saccharification device 2. The solid content concentration can be made higher than the solid content concentration in the first saccharification apparatus 1, and is preferably 1.1 to 6 times the solid content concentration in the first saccharification apparatus. 2 times or more and 5 times or less are more preferable.

本明細書において、「固形分濃度」とは、ある重量の固液混合物(A)を、絶対乾燥状態(材料を100〜110℃の温度で定質量となるまで乾燥し、材料内部に蒸発する水が存在しなくなるまで乾燥した状態)にした時に残る固形分重量(B)の割合を意味し、下記式[1]で表される。
(固形分濃度)[%]=(B)/(A)×100 [1]
In this specification, the “solid content concentration” means that a certain weight of the solid-liquid mixture (A) is in an absolutely dry state (the material is dried at a temperature of 100 to 110 ° C. until a constant mass is reached, and is evaporated inside the material. It means the ratio of the solid content weight (B) that remains when it is dried until no water is present, and is represented by the following formula [1].
(Solid content concentration) [%] = (B) / (A) × 100 [1]

糖化工程後の工程については、糖化液の活用方法によって、適宜選択できる。例えば、エタノールを得ることを目的とした場合は、糖化液を用いて発酵工程を行い、続いて精製工程として蒸留工程を設けることができる。   About the process after a saccharification process, it can select suitably by the utilization method of a saccharified liquid. For example, when it aims at obtaining ethanol, a fermentation process can be performed using a saccharified liquid, and a distillation process can be provided as a purification process subsequently.

<第二実施形態>
図2は、本発明の第二実施形態に係るリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置の概略構成を示す図である。本実施形態の製造装置20は、第一の糖化装置1と、第二の糖化装置2と、が配管を介して配設されており、さらに、第二の糖化装置2の上部に配管6が、下部に配管7が発酵槽3に向かって配設されている。本実施形態の製造装置20は、固液分離装置4と配管5が配設されておらず、配管6と、配管7と、が配設されている点で、図1に示す製造装置10と相違し、その他の構成は製造装置10と同じである。
なお、図2において、図1に示す構成要素と同一のものについては同じ符号を用いている。また、図2では、一例として、糖化装置2に隣接して発酵槽3を配設しているが、糖化液の用途に応じて、その後に続く設備は適宜選択することができる。
<Second embodiment>
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the apparatus for producing a lignocellulose-based biomass-derived compound according to the second embodiment of the present invention. In the production apparatus 20 of the present embodiment, the first saccharification apparatus 1 and the second saccharification apparatus 2 are arranged via a pipe, and further, the pipe 6 is provided above the second saccharification apparatus 2. In the lower part, a pipe 7 is arranged toward the fermenter 3. The manufacturing apparatus 20 of the present embodiment is not provided with the solid-liquid separation device 4 and the pipe 5 but is provided with the pipe 6 and the pipe 7 in that the manufacturing apparatus 10 shown in FIG. The other configurations are the same as those of the manufacturing apparatus 10.
In FIG. 2, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Moreover, in FIG. 2, the fermenter 3 is arrange | positioned adjacent to the saccharification apparatus 2 as an example, However, The subsequent installation can be suitably selected according to the use of saccharified liquid.

配管6は、第二の糖化装置2からの第二の糖化残渣の排出量を調節する機構であり、第二の糖化装置2において、第二の糖化残渣が沈殿することにより生成された第二の糖化液を発酵槽3に投入するための配管であって、特に限定はない。   The pipe 6 is a mechanism for adjusting the discharge amount of the second saccharification residue from the second saccharification device 2, and the second saccharification device 2 generates the second saccharification residue generated by precipitation. The saccharified solution is a pipe for introducing the saccharified solution into the fermenter 3, and is not particularly limited.

配管7は、第二の糖化装置2からの第二の糖化残渣の排出量を調節する機構であり、第二の糖化装置2において、第二の糖化残渣が沈殿することにより生成された第二の糖化残渣を発酵槽3に投入するための配管であって、特に限定はない。   The pipe 7 is a mechanism for adjusting the discharge amount of the second saccharification residue from the second saccharification device 2, and the second saccharification device 2 generates the second saccharification residue generated by precipitation. The saccharification residue is a pipe for introducing the saccharification residue into the fermenter 3, and is not particularly limited.

次に、図2に示すリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置20を用いた製造方法の一例について説明する。
第一の糖化工程および第二の糖化工程が行われるところまでは第一実施形態と同様である。第二の糖化工程後、しばらく静置することで第二の糖化装置2内において、第二の糖化液と第二の糖化残渣とが分離される。静置する時間は、第二の糖化装置2内に含まれる固形分濃度によるが、24時間〜120時間が好ましい。静置後、配管6を介して第二の糖化液を発酵槽3へ投入する。製造装置の立ち上げ時には、配管6から発酵槽へ第二の糖化液を投入するのみだが、立ち上げ後は、第一の糖化装置1からの第一の糖化残渣が蓄積するため、第一の糖化装置1から投入された量に対して、配管7から第二の糖化残渣を発酵槽3に投入する量を調節することで、第二の糖化装置2内の固形分濃度を第一の糖化装置1内の固形分濃度よりも高濃度に保つことができる。
本実施形態では、第二の糖化装置2内部に、第二の糖化装置2からの第二の糖化残渣の排出量を調節する機構を有するため、特別な設備を必要としない点が優れている。
糖化工程後の工程については、第一実施形態と同様に糖化液の活用方法によって、適宜選択できる。
Next, an example of the manufacturing method using the manufacturing apparatus 20 of the lignocellulosic biomass origin compound shown in FIG. 2 is demonstrated.
The process is the same as in the first embodiment until the first saccharification process and the second saccharification process are performed. After the second saccharification step, the second saccharification liquid and the second saccharification residue are separated in the second saccharification device 2 by leaving for a while. The standing time depends on the solid content concentration contained in the second saccharification apparatus 2, but is preferably 24 hours to 120 hours. After standing, the second saccharified solution is put into the fermenter 3 through the pipe 6. At the start-up of the production apparatus, only the second saccharified solution is introduced from the pipe 6 into the fermenter. However, after the start-up, the first saccharification residue from the first saccharification apparatus 1 accumulates, The solid content concentration in the second saccharification device 2 is adjusted to the first saccharification by adjusting the amount of the second saccharification residue introduced into the fermentation tank 3 from the pipe 7 with respect to the amount charged from the saccharification device 1. The concentration can be kept higher than the solid content concentration in the apparatus 1.
In this embodiment, since it has the mechanism which adjusts the discharge | emission amount of the 2nd saccharification residue from the 2nd saccharification apparatus 2 inside the 2nd saccharification apparatus 2, the point which does not require a special installation is excellent. .
About the process after a saccharification process, it can select suitably with the utilization method of a saccharified liquid similarly to 1st embodiment.

<第三実施形態>
図3は、本発明の第三実施形態に係るリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置の概略構成を示す図である。本実施形態の製造装置30は、第一の糖化装置1と、第二の糖化装置2と、が配管を介して配設されている。さらに、第二の糖化装置2内にフィルター8が配設され、第二の糖化装置2のフィルター8よりも第一の糖化装置1に近い位置に配管9が、フィルター8よりも発酵槽3に近い位置に配管11が発酵槽3に向かって配設されている。
本実施形態の製造装置30は、配管6と、配管7とが配設されておらず、フィルター8と、配管9と、配管11と、が配設されている点で、図2に示す製造装置20と相違し、その他の構成は製造装置20と同じである。
なお、図3において、図2に示す構成要素と同一のものについては同じ符号を用いている。また、図3では、一例として、糖化装置2に隣接して発酵槽3を配設しているが、糖化液の用途に応じて、その後に続く設備は適宜選択することができる。
<Third embodiment>
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the apparatus for producing a lignocellulosic biomass-derived compound according to the third embodiment of the present invention. In the production apparatus 30 of the present embodiment, the first saccharification apparatus 1 and the second saccharification apparatus 2 are disposed via a pipe. Further, a filter 8 is disposed in the second saccharification device 2, and a pipe 9 is located closer to the first saccharification device 1 than the filter 8 of the second saccharification device 2, and the fermenter 3 is located more than the filter 8. A pipe 11 is disposed toward the fermenter 3 at a close position.
The manufacturing apparatus 30 of the present embodiment is not shown in FIG. 2 in that the pipe 6 and the pipe 7 are not provided, and the filter 8, the pipe 9, and the pipe 11 are provided. Unlike the apparatus 20, the other configurations are the same as those of the manufacturing apparatus 20.
In FIG. 3, the same reference numerals are used for the same components as those shown in FIG. Moreover, in FIG. 3, the fermenter 3 is arrange | positioned adjacent to the saccharification apparatus 2 as an example, However, The subsequent installation can be suitably selected according to the use of saccharified liquid.

フィルター8は、第二の糖化装置2からの第二の糖化残渣の排出量を調節する機構であり、第二の糖化装置2内の酵素が吸着した第二の糖化残渣が排出されないように保持するための装置であって、特別な限定はないが、フィルター8の網目の細かさが細かすぎるとつまりの原因となるため、10μm以上が好ましく、100μm以上がさらに好ましい。また、網目の細かさが荒すぎると残渣が保持できず排出されてしまうため、1cm以下が好ましく、5mm以下がさらに好ましい。   The filter 8 is a mechanism for adjusting the discharge amount of the second saccharification residue from the second saccharification device 2, and holds the second saccharification residue adsorbed by the enzyme in the second saccharification device 2 so as not to be discharged. Although there is no particular limitation, the apparatus is preferably 10 μm or more, and more preferably 100 μm or more, because it may cause clogging if the mesh of the filter 8 is too fine. Moreover, since the residue cannot be hold | maintained and is discharged | emitted when the fineness of a mesh is too rough, 1 cm or less is preferable and 5 mm or less is more preferable.

配管9は、第二の糖化残渣の一部を発酵槽3へ投入するための配管であり、特別な限定はない。   The pipe 9 is a pipe for introducing a part of the second saccharification residue into the fermenter 3 and is not particularly limited.

配管11は、第二の糖化装置2内で生成され、フィルター8によって分離された第二の糖化液を発酵槽3へ投入するための配管であり、特別な限定はない。   The pipe 11 is a pipe for introducing the second saccharified solution generated in the second saccharification apparatus 2 and separated by the filter 8 into the fermenter 3, and there is no particular limitation.

次に、図3に示すリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置30を用いた製造方法の一例について説明する。
第一の糖化工程および第二の糖化工程が行われるところまでは第二実施形態と同様である。第二の糖化工程において生成された第二の糖化液及び酵素が吸着した第二の糖化残渣のうち、第二の糖化液についてはフィルター8により分離され、配管11を介して発酵槽5に投入される。一方、第二の糖化残渣については、製造装置の立ち上げ時には、フィルター8により第二の糖化装置2内に蓄積される。しかしながら、第一の糖化装置1より随時第一の糖化残渣1が投入されてくるため、立ち上げ後は、第一の糖化装置1から投入された量に対して第二の糖化残渣を発酵槽3に投入する量を調節することで、第二の糖化装置2内の固形分濃度を第一の糖化装置1内の固形分濃度よりも高濃度に保つことができる。
本実施形態では、第二の糖化装置2内部に、第二の糖化装置2からの第二の糖化残渣の排出量を調節する機構を有するため、特別な設備を必要としない点が優れている。
糖化工程後の工程については、第一実施形態と同様に糖化液の活用方法によって、適宜選択できる。
Next, an example of the manufacturing method using the manufacturing apparatus 30 of the lignocellulosic biomass origin compound shown in FIG. 3 is demonstrated.
The process up to the point where the first saccharification process and the second saccharification process are performed is the same as in the second embodiment. Of the second saccharification solution produced in the second saccharification step and the second saccharification residue adsorbed with the enzyme, the second saccharification solution is separated by the filter 8 and is put into the fermenter 5 via the pipe 11. Is done. On the other hand, the second saccharification residue is accumulated in the second saccharification device 2 by the filter 8 when the production apparatus is started up. However, since the first saccharification residue 1 is input from the first saccharification device 1 as needed, the second saccharification residue is added to the fermenter after the start-up with respect to the amount input from the first saccharification device 1. By adjusting the amount charged into 3, the solid content concentration in the second saccharification device 2 can be kept higher than the solid content concentration in the first saccharification device 1.
In this embodiment, since it has the mechanism which adjusts the discharge | emission amount of the 2nd saccharification residue from the 2nd saccharification apparatus 2 inside the 2nd saccharification apparatus 2, the point which does not require a special installation is excellent. .
About the process after a saccharification process, it can select suitably with the utilization method of a saccharified liquid similarly to 1st embodiment.

<第四実施形態>
図4は、本発明の第四実施形態に係るリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置の概略構成を示す図である。本実施形態の製造装置40は、第一の糖化装置1と、第二の糖化装置2と、が配管を介して配設されている。さらに、第二の糖化装置2内に堰12が配設され、第二の糖化装置2の堰12よりも第一の糖化装置1に近い位置に配管9が、堰12よりも発酵槽3に近い位置に配管11が発酵槽3に向かって配設されている。
本実施形態の製造装置40は、フィルター8が配設されておらず、堰12が配設されている点で、図3に示す製造装置30と相違し、その他の構成は製造装置30と同じである。
なお、図4において、図3に示す構成要素と同一のものについては同じ符号を用いている。また、図4では、一例として、糖化装置2に隣接して発酵槽3を配設しているが、糖化液の用途に応じて、その後に続く設備は適宜選択することができる。
<Fourth embodiment>
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a lignocellulosic biomass-derived compound producing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. In the production apparatus 40 of the present embodiment, the first saccharification device 1 and the second saccharification device 2 are arranged via a pipe. Furthermore, a weir 12 is disposed in the second saccharification device 2, and a pipe 9 is located closer to the first saccharification device 1 than the weir 12 of the second saccharification device 2. A pipe 11 is disposed toward the fermenter 3 at a close position.
The manufacturing apparatus 40 of this embodiment is different from the manufacturing apparatus 30 shown in FIG. 3 in that the filter 8 is not provided and the weir 12 is provided, and the other configurations are the same as the manufacturing apparatus 30. It is.
In FIG. 4, the same components as those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. Moreover, in FIG. 4, the fermenter 3 is arrange | positioned adjacent to the saccharification apparatus 2 as an example, However, The subsequent installation can be suitably selected according to the use of saccharified liquid.

堰12は、第二の糖化装置2からの第二の糖化残渣の排出量を調節する機構であり、第二の糖化装置2内の酵素が吸着した第二の糖化残渣が排出されないように保持するための装置であって、特別な限定はない。   The weir 12 is a mechanism for adjusting the discharge amount of the second saccharification residue from the second saccharification device 2 and is held so that the second saccharification residue adsorbed by the enzyme in the second saccharification device 2 is not discharged. There is no special limitation.

次に、図4に示すリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置40を用いた製造方法の一例について説明する。
第一の糖化工程および第二の糖化工程が行われるところまでは第三実施形態と同様である。第二の糖化工程において生成された第二の糖化液及び酵素が吸着した第二の糖化残渣のうち、第二の糖化液については堰12により分離され、配管11を介して発酵槽5に投入される。一方、第二の糖化残渣については、製造装置の立ち上げ時には、堰12により第二の糖化装置2内に蓄積される。しかしながら、第一の糖化装置1より随時第一の糖化残渣1が投入されてくるため、立ち上げ後は、第一の糖化装置1から投入された量に対して第二の糖化残渣を発酵槽3に投入する量を調節することで、第二の糖化装置2内の固形分濃度を第一の糖化装置1内の固形分濃度よりも高濃度に保つことができる。
本実施形態では、第二の糖化装置2内部に、第二の糖化装置2からの第二の糖化残渣の排出量を調節する機構を有するため、特別な設備を必要としない点が優れている。
糖化工程後の工程については、第一実施形態と同様に糖化液の活用方法によって、適宜選択できる。
Next, an example of the manufacturing method using the manufacturing apparatus 40 of the lignocellulose biomass origin compound shown in FIG. 4 is demonstrated.
The process up to the first saccharification process and the second saccharification process is the same as in the third embodiment. Of the second saccharification liquid produced in the second saccharification step and the second saccharification residue adsorbed with the enzyme, the second saccharification liquid is separated by the weir 12 and is put into the fermenter 5 via the pipe 11. Is done. On the other hand, the second saccharification residue is accumulated in the second saccharification device 2 by the weir 12 when the production apparatus is started up. However, since the first saccharification residue 1 is input from the first saccharification device 1 as needed, the second saccharification residue is added to the fermenter after the start-up with respect to the amount input from the first saccharification device 1. By adjusting the amount charged into 3, the solid content concentration in the second saccharification device 2 can be kept higher than the solid content concentration in the first saccharification device 1.
In this embodiment, since it has the mechanism which adjusts the discharge | emission amount of the 2nd saccharification residue from the 2nd saccharification apparatus 2 inside the 2nd saccharification apparatus 2, the point which does not require a special installation is excellent. .
About the process after a saccharification process, it can select suitably with the utilization method of a saccharified liquid similarly to 1st embodiment.

<第五実施形態>
図5は、本発明の第五実施形態に係るリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置の概略構成を示す図である。本実施形態の製造装置50は、第一の糖化装置1と、第二の糖化装置2と、が配管を介して配設されている。さらに、配管6’を介して、第二の糖化装置2で生成された第二の糖化液及び酵素が吸着した第二の糖化残渣、並びに微生物を含む発酵槽3が配設されている。また、発酵槽3で生成された発酵液及び酵素が吸着した発酵残渣を分離する固液分離装置13と、分離された発酵残渣を固液分離装置13から第二の糖化装置2へ投入する配管14と、が配設されている。
本実施形態の製造装置50は、配管6、7の代わりに配管6’と、固液分離装置13と、配管14と、が配設されている点で、図2に示す製造装置20と相違し、その他の構成は製造装置20と同じである。
なお、図5において、図2に示す構成要素と同一のものについては同じ符号を用いている。
<Fifth embodiment>
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a lignocellulosic biomass-derived compound producing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. In the production apparatus 50 of the present embodiment, the first saccharification device 1 and the second saccharification device 2 are arranged via a pipe. Furthermore, the fermenter 3 containing the 2nd saccharification liquid and the 2nd saccharification residue which the enzyme produced | generated by the 2nd saccharification apparatus 2 adsorb | sucked via the piping 6 ', and microorganisms is arrange | positioned. Moreover, the solid-liquid separator 13 which isolate | separates the fermentation residue produced | generated by the fermenter 3 and the fermentation residue which the enzyme adsorb | sucked, and piping which throws the isolate | separated fermentation residue into the 2nd saccharification apparatus 2 from the solid-liquid separator 13 14 are arranged.
The manufacturing apparatus 50 of the present embodiment is different from the manufacturing apparatus 20 shown in FIG. 2 in that a pipe 6 ′, a solid-liquid separator 13, and a pipe 14 are provided instead of the pipes 6 and 7. The other configurations are the same as those of the manufacturing apparatus 20.
In FIG. 5, the same components as those shown in FIG.

また、本実施形態において、固液分離装置13及び配管14を第二の糖化装置2内の固形分濃度を第一の糖化装置1内の固形分濃度よりも高濃度に保持する機構として利用することができる。   In the present embodiment, the solid-liquid separation device 13 and the pipe 14 are used as a mechanism for maintaining the solid content concentration in the second saccharification device 2 at a higher concentration than the solid content concentration in the first saccharification device 1. be able to.

発酵槽3は、固液分離装置4において分離された第二の糖化液と、第二の糖化残渣の一部と、微生物とを含み、発酵を行うための槽であり、特別な限定はない。第二の糖化液には、前処理反応、第一の糖化装置および第二の糖化装置にて生成されたグルコース、キシロース、セロオリゴ糖などが可溶化している。第二の糖化残渣には、セルロース、ヘミセルロース、リグニン等の固形成分が含まれ、酵素がこれら固形成分に吸着している。   The fermenter 3 is a tank for performing fermentation containing the second saccharified liquid separated in the solid-liquid separator 4, a part of the second saccharification residue, and microorganisms, and there is no particular limitation. . In the second saccharified solution, glucose, xylose, cellooligosaccharide and the like produced by the pretreatment reaction, the first saccharification device and the second saccharification device are solubilized. The second saccharification residue contains solid components such as cellulose, hemicellulose, and lignin, and the enzyme is adsorbed on these solid components.

発酵工程で用いられる微生物は、目的のリグノセルロース系バイオマス由来化合物を生成できるものであれば、特別な限定はない。具体的には、酵母や細菌等が挙げられ、遺伝子組換え微生物も好ましく用いられる。遺伝子組換え微生物とは、アルコール等の目的のリグノセルロース系バイオマス由来化合物への変換に必要な酵素遺伝子を有していない微生物に、遺伝子工学技術によりこれら遺伝子を導入し、アルコール等の目的のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の生成を可能にしたものである。遺伝子組換え微生物としては、例えば、アルコール発酵性を有する遺伝子組換え大腸菌等が挙げられる。   The microorganism used in the fermentation process is not particularly limited as long as it can produce the target lignocellulosic biomass-derived compound. Specific examples include yeasts and bacteria, and genetically modified microorganisms are also preferably used. A genetically modified microorganism refers to a microorganism that does not have an enzyme gene required for conversion to a target lignocellulosic biomass-derived compound, such as alcohol, by introducing these genes using genetic engineering technology. This enables generation of a cellulosic biomass-derived compound. Examples of the genetically modified microorganism include genetically modified Escherichia coli having alcohol fermentability.

本発明において、リグノセルロース系バイオマス由来化合物とは、リグノセルロース系バイオマスを分解して得られた単糖及びオリゴ糖を、微生物が摂取することにより生成されたリグノセルロース系バイオマス由来化合物を意味する。例えば、エタノール、ブタノール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、グリセロールなどのアルコール、ピルビン酸、コハク酸、リンゴ酸、イタコン酸、クエン酸、乳酸など有機酸、イノシン、グアノシンなどのヌクレオシド、イノシン酸、グアニル酸などのヌクレオチド、カダベリンなどのジアミン化合物などが挙げられる。発酵によって得られた化合物が乳酸などのモノマーである場合は、重合によりポリマーに変換することもある。   In the present invention, the lignocellulosic biomass-derived compound means a lignocellulosic biomass-derived compound produced by ingesting monosaccharides and oligosaccharides obtained by decomposing lignocellulosic biomass. For example, alcohols such as ethanol, butanol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, glycerol, organic acids such as pyruvic acid, succinic acid, malic acid, itaconic acid, citric acid, lactic acid, inosine, guanosine, etc. Examples thereof include nucleotides such as nucleoside, inosinic acid and guanylic acid, and diamine compounds such as cadaverine. When the compound obtained by fermentation is a monomer such as lactic acid, it may be converted into a polymer by polymerization.

固液分離装置13は、第二の糖化装置2からの第二の糖化残渣の排出量を調節する機構であり、発酵槽3で生成された発酵液及び酵素が吸着した発酵残渣を分離するための装置であり、特に限定はないが、上述の固液分離装置4と同様に固液の分離強度を調節できる装置であることが好ましい。   The solid-liquid separation device 13 is a mechanism that adjusts the discharge amount of the second saccharification residue from the second saccharification device 2, and separates the fermentation residue generated in the fermenter 3 and the fermentation residue adsorbed by the enzyme. Although there is no particular limitation, it is preferable that the apparatus can adjust the solid-liquid separation strength in the same manner as the solid-liquid separation apparatus 4 described above.

配管14は、固液分離装置13において分離された酵素が吸着した発酵残渣を第二の糖化装置2へ投入するためのものであり、特に限定はない。   The pipe 14 is for feeding the fermentation residue adsorbed by the enzyme separated in the solid-liquid separator 13 to the second saccharification apparatus 2 and is not particularly limited.

次に、図5に示すリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置50を用いた製造方法の一例について説明する。
第一の糖化工程および第二の糖化工程が行われるところまでは第二実施形態と同様である。前記第二の糖化工程で生成された第二の糖化液及び第二の糖化残渣の全量は、発酵槽3に投入され、発酵工程に用いられる。このとき発酵槽3の温度は、25℃〜50℃が好ましい。また、発酵時間は24時間〜120時間が好ましい。発酵工程において生成された発酵液および発酵残渣を、配管を介して固液分離装置13に投入し、発酵液と発酵残渣とに分離する。分離された発酵液は、リグノセルロース系バイオマス由来化合物を含み、後に続く工程において精製される。一方、分離された発酵残渣は、配管14を介して第二の糖化装置2に投入され、第二の糖化工程において再利用される。また、第二の糖化装置2内の固形分濃度は、上述の通り、固液分離装置13において分離強度を調節することによって、第一の糖化装置1内の固形分濃度よりも高濃度に保つことができる。
Next, an example of the manufacturing method using the manufacturing apparatus 50 of the lignocellulosic biomass origin compound shown in FIG. 5 is demonstrated.
The process up to the point where the first saccharification process and the second saccharification process are performed is the same as in the second embodiment. The total amount of the second saccharified solution and the second saccharification residue generated in the second saccharification step is charged into the fermenter 3 and used in the fermentation step. At this time, the temperature of the fermenter 3 is preferably 25 ° C to 50 ° C. The fermentation time is preferably 24 hours to 120 hours. The fermentation liquid and fermentation residue produced | generated in the fermentation process are thrown into the solid-liquid separator 13 via piping, and are isolate | separated into a fermentation liquid and a fermentation residue. The separated fermentation broth contains the lignocellulosic biomass-derived compound and is purified in the subsequent steps. On the other hand, the separated fermentation residue is put into the second saccharification device 2 via the pipe 14 and reused in the second saccharification step. Further, as described above, the solid content concentration in the second saccharification device 2 is kept higher than the solid content concentration in the first saccharification device 1 by adjusting the separation strength in the solid-liquid separation device 13. be able to.

本発明において、発酵残渣とは、発酵工程後に残った固形成分を意味し、セルロース、ヘミセルロース、リグニン等の固形物や、それら固形物に吸着した酵素が含まれる。   In the present invention, the fermentation residue means a solid component remaining after the fermentation step, and includes solids such as cellulose, hemicellulose, and lignin, and enzymes adsorbed on these solids.

本実施形態において、発酵残渣に吸着している酵素のうち、β−グルコシダーゼ(BGL)を活用することで、第二の糖化装置2において糖化反応を効率的に行うことができる。   In this embodiment, saccharification reaction can be efficiently performed in the second saccharification device 2 by utilizing β-glucosidase (BGL) among the enzymes adsorbed on the fermentation residue.

<第六実施形態>
図6は、本発明の第六実施形態に係るリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置の概略構成を示す図である。本実施形態の製造装置60は、第一の糖化装置1と、第二の糖化装置2と、発酵槽3と、が配管を介して配設されており、第二の糖化装置2の上部に配管6が、下部に配管7が発酵槽3に向かって配設されている。発酵槽3には、固液分離装置13と、分離された発酵残渣を固液分離装置13から第二の糖化装置2へ投入する配管14と、が配設されている。さらに、第一の糖化装置1に酵素液を供給するための酵素生産菌及び前処理済リグノセルロース系バイオマスを含む酵素生産槽15と、酵素生産槽15で生成された酵素液及び酵素が吸着した酵素生産残渣を分離する固液分離装置16と、分離された酵素液を固液分離装置16から第一の糖化装置1へ投入する配管17と、分離された酵素生産残渣を固液分離装置16から第二の糖化装置2へ投入する配管18と、が配設されている。
本実施形態の製造装置60は、酵素生産槽15と、固液分離装置16と、配管17と、配管18と、が配設されている点で、図5に示す製造装置50と相違し、その他の構成は製造装置50と同じである。
なお、図6において、図5に示す構成要素と同一のものについては同じ符号を用いている。
また、第二の糖化装置2内の固形分濃度を第一の糖化装置1内の固形分濃度よりも高濃度に保持する機構の構成は、第一実施形態、第二実施形態、第三実施形態、および第四実施形態で示したものでもよい。
また、図6では、一例として、糖化装置2に隣接して発酵槽3を配設しているが、糖化液の用途に応じて、その後に続く設備は適宜選択することができる。
<Sixth embodiment>
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a lignocellulosic biomass-derived compound producing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. In the manufacturing apparatus 60 of the present embodiment, the first saccharification apparatus 1, the second saccharification apparatus 2, and the fermenter 3 are arranged via a pipe, A pipe 6 is arranged at the lower part of the pipe 7 toward the fermenter 3. The fermenter 3 is provided with a solid-liquid separation device 13 and a pipe 14 for feeding the separated fermentation residue from the solid-liquid separation device 13 to the second saccharification device 2. Furthermore, the enzyme production tank 15 containing the enzyme producing bacteria for supplying the enzyme liquid to the first saccharification apparatus 1 and the pretreated lignocellulosic biomass, and the enzyme liquid and the enzyme produced in the enzyme production tank 15 are adsorbed. A solid-liquid separation device 16 for separating the enzyme production residue, a pipe 17 for feeding the separated enzyme liquid from the solid-liquid separation device 16 to the first saccharification device 1, and a solid-liquid separation device 16 for separating the separated enzyme production residue To the second saccharification device 2 is disposed.
The manufacturing apparatus 60 of the present embodiment is different from the manufacturing apparatus 50 shown in FIG. 5 in that the enzyme production tank 15, the solid-liquid separator 16, the pipe 17, and the pipe 18 are disposed. Other configurations are the same as those of the manufacturing apparatus 50.
In FIG. 6, the same components as those shown in FIG.
The structure of the mechanism for maintaining the solid content concentration in the second saccharification device 2 higher than the solid content concentration in the first saccharification device 1 is the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment. The form and those shown in the fourth embodiment may be used.
Moreover, in FIG. 6, the fermenter 3 is arrange | positioned adjacent to the saccharification apparatus 2 as an example, However, The subsequent installation can be suitably selected according to the use of saccharified liquid.

酵素生産槽15は、酵素生産菌及び前処理済リグノセルロース系バイオマスを含み、酵素生産菌が前処理済リグノセルロース系バイオマスを基質として酵素を生産するための槽であり、特別な限定はない。酵素生産槽15の温度は、25℃〜55℃が好ましい。また、時間は2日〜14日が好ましい。   The enzyme production tank 15 contains an enzyme-producing bacterium and pretreated lignocellulosic biomass, and is a tank for the enzyme producing bacterium to produce an enzyme using the pretreated lignocellulosic biomass as a substrate, and there is no particular limitation. The temperature of the enzyme production tank 15 is preferably 25 ° C to 55 ° C. The time is preferably 2 to 14 days.

酵素生産菌は、第一の糖化装置および第二の糖化装置における糖化反応で用いられる糖化酵素を生産する菌であり、特別な限定はなく、糸状菌、担子菌、細菌類等を用いることができる。   The enzyme-producing bacterium is a bacterium that produces a saccharification enzyme used in the saccharification reaction in the first saccharification device and the second saccharification device, and there is no particular limitation, and filamentous fungi, basidiomycetes, bacteria, etc. may be used. it can.

固液分離装置16は、酵素生産槽15で生成された酵素液及び酵素が吸着した酵素生産残渣を分離するための装置であり、特に限定はないが、上述の固液分離装置4および13と同様に固液の分離強度を調節できる装置であることが好ましい。   The solid-liquid separation device 16 is a device for separating the enzyme solution generated in the enzyme production tank 15 and the enzyme production residue adsorbed with the enzyme, and is not particularly limited. Similarly, it is preferable that the apparatus can adjust the solid-liquid separation strength.

配管17は、固液分離装置16において分離された酵素液を第一の糖化装置1へ投入するためのものであり、特に限定はない。
また、配管18は、固液分離装置16において分離された酵素が吸着した酵素生産残渣を第二の糖化装置2へ投入するためのものであり、特に限定はない。
The piping 17 is for supplying the enzyme solution separated in the solid-liquid separation device 16 to the first saccharification device 1, and is not particularly limited.
The pipe 18 is for feeding the enzyme production residue adsorbed by the enzyme separated in the solid-liquid separation device 16 to the second saccharification device 2, and is not particularly limited.

次に、図6に示すリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置60を用いた製造方法の一例について説明する。
まず、酵素生産槽15に酵素生産菌および前処理済リグノセルロース系バイオマスを投入し、前処理済リグノセルロース系バイオマスを基質として、酵素生産を行う。このとき、基質としては酵素生産菌の基質となるものであれば特別な限定はないが、前処理済リグノセルロース系バイオマスを基質とすることで、残渣を第二の糖化装置2において再利用することができる。
Next, an example of the manufacturing method using the manufacturing apparatus 60 of the lignocellulosic biomass origin compound shown in FIG. 6 is demonstrated.
First, enzyme producing bacteria and pretreated lignocellulosic biomass are introduced into the enzyme production tank 15, and enzyme production is performed using the pretreated lignocellulose biomass as a substrate. At this time, the substrate is not particularly limited as long as it becomes a substrate for enzyme-producing bacteria, but the residue is reused in the second saccharification apparatus 2 by using pretreated lignocellulosic biomass as a substrate. be able to.

酵素生産工程において生成された酵素液および酵素生産残渣を、配管を介して固液分離装置16に投入し、酵素液と酵素生産残渣とに分離する。分離された酵素液は、配管17を介して第一の糖化装置1に投入され、第一の糖化工程において利用される。一方、分離された酵素生産残渣は、配管18を介して第二の糖化装置2に投入され、第二の糖化工程において再利用される。また、第二の糖化装置2内の固形分濃度は、上述の通り、固液分離装置16において分離強度を調節することによって、第一の糖化装置1内の固形分濃度よりも高濃度に保つことができる。   The enzyme solution and enzyme production residue produced in the enzyme production process are put into the solid-liquid separation device 16 via a pipe and separated into the enzyme solution and the enzyme production residue. The separated enzyme solution is introduced into the first saccharification device 1 via the pipe 17 and used in the first saccharification step. On the other hand, the separated enzyme production residue is put into the second saccharification device 2 via the pipe 18 and reused in the second saccharification step. Further, the solid content concentration in the second saccharification device 2 is maintained at a higher concentration than the solid content concentration in the first saccharification device 1 by adjusting the separation strength in the solid-liquid separation device 16 as described above. be able to.

酵素液とは、酵素生産菌により生産された酵素を含む溶液を意味し、セルラーゼ、ヘミセルラーゼが含まれ、上述の通り、セルラーゼ中のCBH及びEGが主に第一の糖化装置1において糖化反応に活用される。
酵素生産残渣とは、酵素生産工程後に残った固形成分を意味し、セルロース、ヘミセルロース、リグニン等の固形物や、それら固形物に吸着した酵素が含まれる。
本実施形態において、酵素生産残渣に吸着している酵素のうち、β−グルコシダーゼ(BGL)を活用することで、第二の糖化装置2において糖化反応を効率的に行うことができる。
The enzyme solution means a solution containing an enzyme produced by an enzyme-producing bacterium, and includes cellulase and hemicellulase. As described above, CBH and EG in cellulase are mainly saccharified in the first saccharification apparatus 1. To be used.
The enzyme production residue means a solid component remaining after the enzyme production step, and includes solids such as cellulose, hemicellulose, and lignin, and enzymes adsorbed on these solids.
In this embodiment, saccharification reaction can be efficiently performed in the second saccharification device 2 by utilizing β-glucosidase (BGL) among the enzymes adsorbed on the enzyme production residue.

以下、具体的実施例により、本発明についてより詳細に説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

[試験例1]BGL吸着残渣を用いたセロビオース溶液糖化試験
<BGL吸着残渣の作製>
酵素の基質として前処理済リグノセルロース系バイオマス10g−dry(10g−dryとは、乾燥状態で10gであること意味する。)を使用して、水に10質量%となるように希釈した。この10質量%濃度の基質溶液にTrichoderma reesei由来酵素を15FPU(Filter Paper Unit)/g−dryBMとなるように投入した。15FPU/g−dryBMとは、1gの乾燥バイオマスに対して、フィルターペーパー分解活性量が15となるような酵素量を示している。50℃で96時間糖化反応を行い、篩による固液分離で粒子が大きな残渣を得て、さらに篩にかけた後の溶液を、3500rpmで20分間遠心分離による固液分離で粒子の小さな残渣を得た。それぞれ、50mM クエン酸バッファーをかけて洗浄し、再度篩または3500rpmで20分間の遠心分離により固液分離を行った。洗浄した粒子の大きな残渣と粒子の小さな残渣を合わせて、BGL吸着残渣を得た。BGL吸着残渣中の固形分濃度は29%であり、含水率は71%であった。
[Test Example 1] Cellobiose solution saccharification test using BGL adsorption residue <Preparation of BGL adsorption residue>
Using 10 g-dry of pretreated lignocellulosic biomass (10 g-dry means 10 g in a dry state) as an enzyme substrate, it was diluted to 10 mass% in water. The enzyme derived from Trichoderma reesei was added to this 10% by mass substrate solution so as to be 15 FPU (Filter Paper Unit) / g-dryBM. 15 FPU / g-dryBM indicates an enzyme amount such that the filter paper decomposition activity amount is 15 with respect to 1 g of dry biomass. A saccharification reaction is carried out at 50 ° C. for 96 hours to obtain a large residue of particles by solid-liquid separation using a sieve, and a small residue of particles is obtained by solid-liquid separation by centrifugation at 3500 rpm for 20 minutes. It was. Each was washed with 50 mM citrate buffer, and solid-liquid separation was performed again by sieving or centrifugation at 3500 rpm for 20 minutes. A large residue of washed particles and a small residue of particles were combined to obtain a BGL adsorption residue. The solid content concentration in the BGL adsorption residue was 29%, and the water content was 71%.

<セロビオース溶液糖化試験>
8.5質量%のセロビオース溶液を用意し、BGL吸着残渣の固形分濃度が、0%、5%、10%、15%となるように300mlフラスコ内にそれぞれ添加した。8.5質量%のセロビオース溶液とBGL吸着残渣との総量が50gとなるように添加しており、具体的な数値は下記の表3に示した。
<Cellobiose solution saccharification test>
An 8.5 mass% cellobiose solution was prepared and added to the 300 ml flask so that the solid content concentration of the BGL adsorption residue was 0%, 5%, 10%, and 15%. It added so that the total amount of an 8.5 mass% cellobiose solution and a BGL adsorption | suction residue might be set to 50 g, and the specific numerical value was shown in following Table 3.

Figure 0005976185
Figure 0005976185

それぞれ振盪撹拌しながら、144時間糖化反応を行った。0時間後、4時間後、24時間後、48時間後、72時間後、144時間後に1.0gずつサンプルを採取し、高速液体クロマトグラフィー(SHIMADZU社製、HPLC還元糖システム)およびAsahipak MH2p−50 4Eカラム(shodex社製)を用いて、セロビオース濃度を計測した。結果を図7に示した。   Each saccharification reaction was carried out for 144 hours while stirring and stirring. After 0 hours, 4 hours, 24 hours, 48 hours, 72 hours, and 144 hours, samples were taken at 1.0 g each, and subjected to high performance liquid chromatography (SHIMADZU, HPLC reducing sugar system) and Asahipak MH2p- Cellobiose concentration was measured using a 50 4E column (manufactured by shodex). The results are shown in FIG.

<結果及び考察>
図7の縦軸は、初期(0時間後)のセロビオース濃度に対する経時でのセロビオース濃度の比率を示しており、横軸は時間を示している。BGL吸着残渣が0%のものに対して、BGL吸着残渣が5%、10%、15%のものは経時的にセロビオース濃度が減少している。BGL吸着残渣に含まれるBGLによりセロビオースが分解され、グルコースに変化することが明らかとなった。
<Results and discussion>
The vertical axis in FIG. 7 represents the ratio of the cellobiose concentration over time to the initial (after 0 hour) cellobiose concentration, and the horizontal axis represents time. When the BGL adsorption residue is 0%, the BGL adsorption residue is 5%, 10%, and 15%, and the cellobiose concentration decreases with time. It was revealed that cellobiose was decomposed by BGL contained in the BGL adsorption residue and changed to glucose.

[実施例1]
酵素の基質としてリグノセルロース系バイオマス10g−dryを使用して、水に10質量%となるように希釈し、100gの基質溶液を300mlフラスコに作成した。基質溶液にTrichoderma reesei由来酵素を4FPU/g−dryBMとなるように投入した。50℃で24時間振盪撹拌し第一の糖化反応を行った、24時間後に、糖化溶液に試験例1と同様にして作成したBGL吸着残渣(固形分濃度:23%)を27.5g添加し、第二の糖化反応を行った。糖化溶液中のBGL吸着残渣の固形分濃度が5%となるように添加した。第一の糖化反応開始から0時間後、24時間後(第二の糖化反応開始点)、48時間後、72時間後にサンプルを1.0gずつ採取し、高速液体クロマトグラフィー(SHIMADZU社製、HPLC還元糖システム)およびAsahipak MH2p−50 4Eカラム(shodex社製)を用いて、グルコース濃度を計測した。結果を図8に示した。
[Example 1]
Lignocellulosic biomass 10 g-dry was used as an enzyme substrate, diluted to 10% by mass in water, and 100 g of a substrate solution was prepared in a 300 ml flask. An enzyme derived from Trichoderma reesei was added to the substrate solution so as to be 4FPU / g-dryBM. The first saccharification reaction was performed by shaking and stirring at 50 ° C. for 24 hours. After 24 hours, 27.5 g of BGL adsorption residue (solid content concentration: 23%) prepared in the same manner as in Test Example 1 was added to the saccharification solution. A second saccharification reaction was performed. It added so that the solid content concentration of the BGL adsorption | suction residue in a saccharification solution might be 5%. 1.0 g samples were taken at 0 hours, 24 hours (second saccharification reaction start point), 48 hours and 72 hours after the start of the first saccharification reaction, and subjected to high performance liquid chromatography (manufactured by SHIMADZU, HPLC The glucose concentration was measured using a reducing sugar system) and an Asahipak MH2p-50 4E column (manufactured by shodex). The results are shown in FIG.

[比較例1]
実施例1と同様にして、第一の糖化反応を行い、BGL吸着残渣を添加せずにそのままさらに糖化反応を行った。第一の糖化反応開始から0時間後、24時間後、48時間後、72時間後にサンプルを1.0gずつ採取し、高速液体クロマトグラフィー(SHIMADZU社製、HPLC還元糖システム)およびAsahipak MH2p−50 4Eカラム(shodex社製)を用いて、グルコース濃度を計測した。結果を図8に示した。
[Comparative Example 1]
The first saccharification reaction was performed in the same manner as in Example 1, and the saccharification reaction was further performed as it was without adding the BGL adsorption residue. 1.0 g samples were collected at 0, 24, 48 and 72 hours after the start of the first saccharification reaction, and subjected to high performance liquid chromatography (SHIMADZU, HPLC reducing sugar system) and Asahipak MH2p-50. The glucose concentration was measured using a 4E column (manufactured by shodex). The results are shown in FIG.

図8は、実施例1および比較例1の経時的なグルコース濃度の変化をプロットしたグラフである。BGL吸着残渣を添加する24時間後まではプロットがほぼ重なっているが、実施例1では24時間後以降において、比較例1に比べて、グルコース濃度が高くなっている。よって、BGL吸着残渣を添加したことで、液中に含まれているセロビオース等のセロオリゴ糖がBGLにより分解されてグルコースが生成することが明らかとなった。   FIG. 8 is a graph plotting changes in glucose concentration over time in Example 1 and Comparative Example 1. Although the plots are almost overlapped up to 24 hours after the addition of the BGL adsorption residue, the glucose concentration in Example 1 is higher than that in Comparative Example 1 after 24 hours. Therefore, it became clear that by adding the BGL adsorption residue, cellooligosaccharides such as cellobiose contained in the liquid were decomposed by BGL to produce glucose.

以上のことから、本発明に係るリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置において、残渣に吸着した酵素を再利用することで酵素を固定化する必要がなく、また酵素の投入量を低減し、効率的に糖化反応を行うことができることが明らかとなった。   From the above, in the apparatus for producing a lignocellulosic biomass-derived compound according to the present invention, it is not necessary to immobilize the enzyme by reusing the enzyme adsorbed on the residue, reducing the input amount of the enzyme, and improving efficiency. It was revealed that the saccharification reaction can be carried out.

1…第一の糖化装置、2…第二の糖化装置、3…発酵槽,4,13,16…固液分離装置、5…返送管、6,6’,7,9,11,14,17,18…配管、8…フィルター、10,20,30,40,50,51,60…リグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置、12…堰、15…酵素生産槽。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st saccharification apparatus, 2 ... 2nd saccharification apparatus, 3 ... Fermenter, 4, 13, 16 ... Solid-liquid separation apparatus, 5 ... Return pipe, 6, 6 ', 7, 9, 11, 14, 17, 18 ... piping, 8 ... filter, 10, 20, 30, 40, 50, 51, 60 ... lignocellulosic biomass-derived compound production apparatus, 12 ... weir, 15 ... enzyme production tank.

Claims (13)

前処理済リグノセルロース系バイオマス及び酵素を含む第一の糖化装置と、
前記第一の糖化装置で生成された第一の糖化液及びβ−グルコシダーゼ(BGL)が吸着されたリグニンを含む第一の糖化残渣を含む第二の糖化装置と、
前記第二の糖化装置内の固形分濃度を前記第一の糖化装置内の固形分濃度よりも高濃度に保持する機構と、
を備えることを特徴とするリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置。
A first saccharification device comprising pretreated lignocellulosic biomass and enzyme;
A second saccharification apparatus comprising a first saccharification residue comprising a first saccharification solution produced by the first saccharification apparatus and lignin adsorbed with β-glucosidase (BGL) ;
A mechanism for maintaining the solid content concentration in the second saccharification device at a higher concentration than the solid content concentration in the first saccharification device;
An apparatus for producing a lignocellulosic biomass-derived compound, comprising:
前記第一の糖化液はセロオリゴ糖を含み、The first saccharified solution contains cellooligosaccharide,
前記第二の糖化装置は前記BGLにより前記セロオリゴ糖から生成されたグルコースを含む請求項1に記載のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置。2. The apparatus for producing a lignocellulosic biomass-derived compound according to claim 1, wherein the second saccharification apparatus contains glucose generated from the cellooligosaccharide by the BGL.
前記高濃度に保持する機構が前記第二の糖化装置からの第二の糖化残渣の排出量を調節する機構である請求項1又は2に記載のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置。 The apparatus for producing a lignocellulosic biomass-derived compound according to claim 1 or 2 , wherein the mechanism for maintaining the high concentration is a mechanism for adjusting the discharge amount of the second saccharification residue from the second saccharification apparatus. さらに、前記第二の糖化装置で生成された第二の糖化液及び酵素が吸着した第二の糖化残渣、並びに微生物を含む発酵槽を備え、
前記発酵槽で生成された発酵液及び酵素が吸着した発酵残渣を分離する固液分離装置と、
前記分離された発酵残渣を前記固液分離装置から前記第二の糖化装置へ投入する配管と、
を備え、
前記高濃度に保持する機構が前記固液分離装置及び前記第二の糖化装置へ投入する配管である請求項1又は2に記載のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置。
Furthermore, the second saccharification liquid produced in the second saccharification apparatus and the second saccharification residue adsorbed with the enzyme, and a fermenter containing microorganisms,
A solid-liquid separation device for separating the fermentation liquor produced in the fermenter and the fermentation residue adsorbed with the enzyme;
A pipe for feeding the separated fermentation residue from the solid-liquid separator to the second saccharification apparatus;
With
The apparatus for producing a lignocellulosic biomass-derived compound according to claim 1 or 2 , wherein the mechanism for maintaining the high concentration is a pipe that is introduced into the solid-liquid separation device and the second saccharification device.
さらに、前記第一の糖化装置に酵素液を供給するための酵素生産菌及び前処理済リグノセルロース系バイオマスを含む酵素生産槽を備え、
前記酵素生産槽で生成された酵素液及び酵素が吸着した酵素生産残渣を分離する固液分離装置と、
前記分離された酵素液を前記固液分離装置から前記第一の糖化装置へ投入する配管と、
前記分離された酵素生産残渣を前記固液分離装置から前記第二の糖化装置へ投入する配管と、
を備える請求項1〜のいずれか一項に記載のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置。
Furthermore, an enzyme production tank for supplying an enzyme solution to the first saccharification apparatus and an enzyme production tank containing pretreated lignocellulosic biomass,
A solid-liquid separation device for separating the enzyme solution produced in the enzyme production tank and the enzyme production residue adsorbed by the enzyme;
A pipe for feeding the separated enzyme solution from the solid-liquid separation device to the first saccharification device;
A pipe for feeding the separated enzyme production residue from the solid-liquid separation device to the second saccharification device;
The apparatus for producing a lignocellulose-based biomass-derived compound according to any one of claims 1 to 4 .
前記第二の糖化装置内の固形分濃度が前記第一の糖化装置内の固形分濃度の1.1倍以上6倍以下である請求項1〜のいずれか一項に記載のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置。 The solid content concentration in the second saccharification device is 1.1 to 6 times the solid content concentration in the first saccharification device, and the lignocellulose system according to any one of claims 1 to 5. Production equipment for biomass-derived compounds. 記第二の糖化残渣、前記発酵残渣及び前記酵素生産残渣から選ばれる少なくとも一つに吸着する酵素がβ−グルコシダーゼ(BGL)である請求項1〜のいずれか一項に記載のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造装置。 Before Stories second saccharification residue, the fermentation residue and lignocellulose according to any one of the enzymes produced according to claim 1-6 enzyme is β- glucosidase (BGL) at least adsorb one to be selected from the residue For producing biomass-derived compounds. 前処理済リグノセルロース系バイオマス及び酵素を混合し、糖化する第一の糖化工程と、
前記第一の糖化工程で生成された糖化液及びβ−グルコシダーゼ(BGL)が吸着されたリグニンを含む第一の糖化残渣を混合し、糖化する第二の糖化工程と、
前記第二の糖化工程における固形分濃度を前記第一の糖化工程における固形分濃度よりも高濃度に保つように調節する固形分濃度調節工程と、
を有し、
前記固形分濃度調節工程が、前記第二の糖化工程で生成された第二の糖化残渣の排出量を調節する工程であることを特徴とするリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造方法。
A first saccharification step in which pretreated lignocellulosic biomass and enzyme are mixed and saccharified;
A second saccharification step of mixing and saccharifying a saccharification solution produced in the first saccharification step and a first saccharification residue containing lignin adsorbed with β-glucosidase (BGL) ;
A solid content concentration adjusting step for adjusting the solid content concentration in the second saccharification step so as to maintain a higher concentration than the solid content concentration in the first saccharification step;
I have a,
The method for producing a lignocellulosic biomass-derived compound, wherein the solid content concentration adjusting step is a step of adjusting the discharge amount of the second saccharification residue generated in the second saccharification step .
前処理済リグノセルロース系バイオマス及び酵素を混合し、糖化する第一の糖化工程と、
前記第一の糖化工程で生成された糖化液及びβ−グルコシダーゼ(BGL)が吸着されたリグニンを含む第一の糖化残渣を混合し、糖化する第二の糖化工程と、
前記第二の糖化工程における固形分濃度を前記第一の糖化工程における固形分濃度よりも高濃度に保つように調節する固形分濃度調節工程と、
前記第二の糖化工程で生成された第二の糖化液及び酵素が吸着した第二の糖化残渣、並びに酵母を混合し、発酵する発酵工程と、
前記発酵工程で生成された発酵液と酵素が吸着した発酵残渣とを分離する固液分離工程と、を有し、
前記固形分濃度調節工程が、前記固液分離工程で分離された酵素が吸着した発酵残渣を第二の糖化装置へ投入する工程であることを特徴とするリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造方法。
A first saccharification step in which pretreated lignocellulosic biomass and enzyme are mixed and saccharified;
A second saccharification step of mixing and saccharifying a saccharification solution produced in the first saccharification step and a first saccharification residue containing lignin adsorbed with β-glucosidase (BGL);
A solid content concentration adjusting step for adjusting the solid content concentration in the second saccharification step so as to maintain a higher concentration than the solid content concentration in the first saccharification step;
A fermentation process in which the second saccharified solution produced in the second saccharification process and the second saccharification residue adsorbed with the enzyme, and yeast are mixed and fermented;
A solid-liquid separation step of separating the fermentation liquor produced in the fermentation step and the fermentation residue adsorbed with the enzyme,
The method for producing a lignocellulosic biomass-derived compound, wherein the solid content concentration adjusting step is a step of feeding a fermentation residue adsorbed by the enzyme separated in the solid-liquid separation step into a second saccharification apparatus.
前処理済リグノセルロース系バイオマス及び酵素を混合し、糖化する第一の糖化工程と、
前記第一の糖化工程で生成された糖化液及びβ−グルコシダーゼ(BGL)が吸着されたリグニンを含む第一の糖化残渣を混合し、糖化する第二の糖化工程と、
前記第二の糖化工程における固形分濃度を前記第一の糖化工程における固形分濃度よりも高濃度に保つように調節する固形分濃度調節工程と、
酵素生産菌及び前処理済リグノセルロース系バイオマスを混合し、酵素を生産する酵素生産工程と、
前記酵素生産工程で生成された酵素液と酵素が吸着した酵素生産残渣とを分離する固液分離工程と、
前記固液分離工程で分離された酵素液を前記第一の糖化装置へ投入する工程と、
を有し、
前記固形分濃度調節工程が、前記固液分離工程で分離された酵素が吸着した酵素生産残渣を第二の糖化装置へ投入する工程であることを特徴とするリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造方法。
A first saccharification step in which pretreated lignocellulosic biomass and enzyme are mixed and saccharified;
A second saccharification step of mixing and saccharifying a saccharification solution produced in the first saccharification step and a first saccharification residue containing lignin adsorbed with β-glucosidase (BGL);
A solid content concentration adjusting step for adjusting the solid content concentration in the second saccharification step so as to maintain a higher concentration than the solid content concentration in the first saccharification step;
An enzyme production process for producing enzymes by mixing enzyme-producing bacteria and pretreated lignocellulosic biomass;
A solid-liquid separation step for separating the enzyme solution produced in the enzyme production step and the enzyme production residue adsorbed with the enzyme;
Introducing the enzyme solution separated in the solid-liquid separation step into the first saccharification device;
Have
The method for producing a lignocellulosic biomass-derived compound, wherein the solid content concentration adjusting step is a step of feeding an enzyme production residue adsorbed by the enzyme separated in the solid-liquid separation step into a second saccharification device .
前記第二の糖化工程において、主にβ−グルコシダーゼ(BGL)により、第一の糖化工程において生成されたセロオリゴ糖からグルコースを生成する請求項8〜10のいずれか一項に記載のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造方法。The lignocellulosic system according to any one of claims 8 to 10, wherein glucose is produced from the cellooligosaccharide produced in the first saccharification step mainly by β-glucosidase (BGL) in the second saccharification step. A method for producing a biomass-derived compound. 前記第二の糖化工程における固形分濃度が前記第一の糖化装置内の固形分濃度の1.1倍以上6倍以下である請求項11のいずれか一項に記載のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造方法。 The lignocellulosic biomass according to any one of claims 8 to 11 , wherein the solid content concentration in the second saccharification step is 1.1 to 6 times the solid content concentration in the first saccharification apparatus. A method for producing a derived compound. 記第二の糖化残渣、前記発酵残渣及び前記酵素生産残渣から選ばれる少なくとも一つに吸着する酵素がβ−グルコシダーゼ(BGL)である請求項12のいずれか一項に記載のリグノセルロース系バイオマス由来化合物の製造方法。 Before Stories second saccharification residue, lignocellulose according to any one of the fermentation residue and the enzyme production residue enzyme adsorbed to at least one selected from the claims 8-12 is β- glucosidase (BGL) Of producing a biomass-derived compound.
JP2015195918A 2015-10-01 2015-10-01 Lignocellulosic biomass-derived compound production apparatus and production method Active JP5976185B1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015195918A JP5976185B1 (en) 2015-10-01 2015-10-01 Lignocellulosic biomass-derived compound production apparatus and production method
PCT/JP2016/079068 WO2017057697A1 (en) 2015-10-01 2016-09-30 Device and method for producing compound derived from lignocellulose-based biomass
PH12018500686A PH12018500686A1 (en) 2015-10-01 2018-03-27 Device and method for producing compound derived from lignocellulose-based biomass

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015195918A JP5976185B1 (en) 2015-10-01 2015-10-01 Lignocellulosic biomass-derived compound production apparatus and production method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP5976185B1 true JP5976185B1 (en) 2016-08-23
JP2017063750A JP2017063750A (en) 2017-04-06

Family

ID=56708852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015195918A Active JP5976185B1 (en) 2015-10-01 2015-10-01 Lignocellulosic biomass-derived compound production apparatus and production method

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5976185B1 (en)
PH (1) PH12018500686A1 (en)
WO (1) WO2017057697A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017057697A1 (en) * 2015-10-01 2017-04-06 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 Device and method for producing compound derived from lignocellulose-based biomass
JP6255119B1 (en) * 2017-01-12 2017-12-27 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 Method and apparatus for producing a saccharifying enzyme for saccharifying lignocellulosic biomass, and use thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010098951A (en) * 2008-10-21 2010-05-06 Hitachi Zosen Corp Method for simply collecting and reusing cellulose-saccharifying amylase
JP5431499B2 (en) * 2009-11-27 2014-03-05 三井化学株式会社 Monosaccharide production method

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5976185B1 (en) * 2015-10-01 2016-08-23 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 Lignocellulosic biomass-derived compound production apparatus and production method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010098951A (en) * 2008-10-21 2010-05-06 Hitachi Zosen Corp Method for simply collecting and reusing cellulose-saccharifying amylase
JP5431499B2 (en) * 2009-11-27 2014-03-05 三井化学株式会社 Monosaccharide production method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6016022855; 'セルロース分解酵素を固定化' 食品と科学 第30巻, 1988, pp.27 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017057697A1 (en) * 2015-10-01 2017-04-06 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 Device and method for producing compound derived from lignocellulose-based biomass
JP6255119B1 (en) * 2017-01-12 2017-12-27 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 Method and apparatus for producing a saccharifying enzyme for saccharifying lignocellulosic biomass, and use thereof
WO2018131653A1 (en) * 2017-01-12 2018-07-19 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 Method and apparatus for producing saccharification enzyme for saccharifying lignocellulosic biomass, and uses of said method and apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017057697A1 (en) 2017-04-06
PH12018500686A1 (en) 2018-10-15
JP2017063750A (en) 2017-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Eliana et al. Effects of the pretreatment method on enzymatic hydrolysis and ethanol fermentability of the cellulosic fraction from elephant grass
US20080026431A1 (en) Method for saccharification of woody biomass
Montipó et al. Integrated production of second generation ethanol and lactic acid from steam-exploded elephant grass
JP2013515484A5 (en)
Nozari et al. Bioenergy production from sweet sorghum stalks via a biorefinery perspective
Lienqueo et al. Second generation bioethanol from Eucalyptus globulus Labill and Nothofagus pumilio: ionic liquid pretreatment boosts the yields
Mohanty et al. Bioethanol production from lignocellulosic waste-a review
US20160355858A1 (en) Methods of processing sugar cane and sweet sorghum with integrated conversion of primary and lignocellulosic sugars
KR101039792B1 (en) Pretreatment device for fabricating of bio fuel and bio chemical material, and pretreatment process and fabricating process of bio fuel and bio chemical material using the same
JP5976185B1 (en) Lignocellulosic biomass-derived compound production apparatus and production method
WO2017029410A1 (en) Process of lignocellulosic biomass conversion with addition of raw sugar juice
CN109337937A (en) A method of utilizing tetrahydrofurfuryl alcohol preprocessing lignocellulose
CN106191168B (en) Method for preparing high-concentration fermentation sugar solution by using lignocellulose as raw material
JP6255119B1 (en) Method and apparatus for producing a saccharifying enzyme for saccharifying lignocellulosic biomass, and use thereof
JP2009022165A (en) Method for producing ethanol
JP2015139380A (en) Method for producing sugars from herbaceous biomass or woody biomass and method for producing ethanol from sugars
Deshavath et al. Curtailing citrate buffer inhibition effect on S. cerevisiae to enhance the fermentability of cellulosic hydrolysate
JP2014090707A (en) Method for enzymatic saccharification of biomass containing lignocellulose and method of producing ethanol with biomass containing lignocellulose
JP5824074B2 (en) Bioethanol production method and system
JP6006853B1 (en) Fermentation inhibitor reducing device and method for reducing fermentation inhibitor in lignocellulosic biomass
JP6101855B1 (en) Method and apparatus for producing lignocellulosic biomass-derived compounds
JP5857149B1 (en) Method and apparatus for producing fermented products derived from the foliage of gramineous plants
JP6026026B1 (en) Ethanol production method
JP2014132052A (en) Fuel composition
JP2012085544A (en) Method for saccharifying herb-based biomass

Legal Events

Date Code Title Description
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: 20160621

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160719

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5976185

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250