JP6036498B2 - リグノセルロース系原料からのエタノールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、前処理を施したリグノセルロース原料から糖化に適した原料を効率的に回収する方法に関する。

糖化に適した処理を施したリグノセルロース原料から糖を製造する技術は、この糖を微生物の発酵基質として用いることにより、ガソリンの代替燃料となるアルコールやプラスチック原料となるコハク酸や乳酸などの化成品原料を製造することができることから、循環型社会の形成に有益な技術である。
植物系バイオマス中の多糖類から発酵基質となる単糖や小糖類を製造する方法として、酵素やその酵素を生産する微生物を用いてバイオマスの加水分解を行う酵素糖化法がある。糖化に適したリグノセルロース原料を得るための前処理方法として、破砕などの物理的処理、あるいは、酸処理、アルカリ処理等の化学的処理等の方法が報告されている。酵素糖化を効率的に行うためには、糖化に適した前処理を施した原料を効率的に回収する必要がある。前処理を施したバイオマス原料から糖化に用いる原料(固形分)を回収する方法として、バイオマスをアルコール溶媒中で加熱処理し、ろ過、遠心分離等の方法により固液分離する方法（特許文献１）、バイオマスをアルカリ溶液に浸漬する前処理を施し、ろ過装置、圧搾装置、遠心装置により固液分離する方法（特許文献２）が報告されている。しかし、物理的処理、化学的処理等の前処理を施したリグノセルロース原料には幅広いサイズの繊維が含まれているため、サイズの小さい微細繊維も効率的に回収し糖化に利用することが望ましい。

特開２００８−５８３２号公報 特開２０１１−２１７６３４号公報

本発明の課題は、前処理を施したリグノセルロース原料から糖化に適した原料を効率的に回収する方法を提供することにある。

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、リグノセルロース原料(原料懸濁液)を６０〜６００メッシュのフィルターを用いて篩い処理で繊維を分離し、前記篩処理工程で分離された繊維を酵素糖化あるいは酵素糖化発酵の原料として用いることにより糖収率、エタノール生産性が高まることを見出し、下記発明を完成した。
（１）リグノセルロース原料(原料懸濁液)を６０〜６００メッシュのフィルターを用いて、篩い処理でリグノセルロース原料(原料懸濁液)から繊維を分離する篩い処理工程、前記篩い処理工程で分離された繊維を酵素糖化処理工程で酵素糖化処理することを特徴とするリグノセルロース系原料からのエタノールの製造方法。

（２）前記篩い処理工程の前に化学的処理工程を有することを特徴とする（１）項に記載のリグノセルロース系原料からのエタノールの製造方法。

（３）前記化学的処理工程の後に磨砕する磨砕処理工程を有することを特徴とする（１）項又は（２）項に記載のリグノセルロース系原料からのエタノールの製造方法。

（４）前記磨砕処理工程で得られた原料（原料懸濁液）を８〜１６メッシュのフィルターを用いて固液分離装置で繊維を分離する固液分離工程、前記固液分離工程で繊維を分離した後の液体分を６０〜６００メッシュのフィルターを用いて篩い処理で繊維を分離し、前記篩い処理工程で分離した繊維を酵素糖化処理工程で酵素糖化処理することを特徴とする（３）項に記載のリグノセルロース系原料からのエタノールの製造方法。

（５）前記固液分離装置がスクリュープレスであることを特徴とする（３）項又は（４）項に記載のリグノセルロース系原料からのエタノールの製造方法。

（６）前記酵素糖化処理工程が、糖化酵素と糖類を発酵基質とする発酵微生物を併用してリグノセルロース系原料の酵素糖化反応による処理と生成糖類の発酵微生物による発酵処理とを併用して行って糖類と共に発酵生成物を生成する併行糖化発酵処理工程である（１）項〜（５）項のいずれか１項に記載のリグノセルロース系原料からのエタノールの製造方法。

本発明により、前処理を施したリグノセルロース原料から糖化に適した繊維を効率的に回収し、回収した繊維を糖化の原料として用いることにより糖収率が向上する。

本発明の前処理を施したリグノセルロース系原料から繊維を回収し、糖化または糖化発酵の原料として再利用する工程を示す図である。 図１とは異なる本発明の前処理を施したリグノセルロース系原料から繊維を回収し、糖化または糖化発酵の原料として再利用する工程を示す図である。

以下、本発明をさらに詳しく説明する。

＜リグノセルロース系原料＞
本発明の方法で原料として使用するリグノセルロース系原料としては、木質系として、製紙用樹木、林地残材、間伐材等のチップ又は樹皮、木本性植物の切株から発生した萌芽、製材工場等から発生する鋸屑又はおがくず、街路樹の剪定枝葉、建築廃材等が挙げられ、草本系としてケナフ、稲藁、麦わら、コーンコブ、バガス等の農産廃棄物、油用作物やゴム等の工芸作物の残渣及び廃棄物（例えば、ＥＦＢ： Ｅｍｐｔｙ Ｆｒｕｉｔ Ｂｕｎｃｈ）、草本系エネルギー作物のエリアンサス、ミスカンサスやネピアグラス等が挙げられる。
また、バイオマスとしては、木材由来の紙、古紙、パルプ、パルプスラッジ、スラッジ、下水汚泥等、食品廃棄物、等を原料として利用することができる。これらのバイオマスは、単独、あるいは複数を組み合わせて使用することができる。また、バイオマスは、乾燥固形物であっても、水分を含んだ固形物であっても、スラリーであっても用いることができる。

前記木質系のリグノセルロース系原料としては、ユーカリ（Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ）属植物、ヤナギ（Ｓａｌｉｘ）属植物、ポプラ属植物、アカシア（Ａｃａｃｉａ）属植物、スギ（Ｃｒｙｐｔｏｍｅｒｉａ）属植物等が利用できるが、ユーカリ属植物、アカシア属、ヤナギ属植物が原料として大量に採取し易いため好ましい。木本性植物由来のリグノセルロース系原料の中では、林地残材（樹皮、枝葉を含む）、樹皮が好ましい。例えば、製紙原料用として一般に用いられるユーカリ（Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ）属又はアカシア（Ａｃａｃｉａ）属等の樹種の樹皮は、製紙原料用の製材工場やチップ工場等から安定して大量に入手可能であるため、特に好適に用いられる。

＜機械的処理＞
本発明では、前記リグノセルロース原料に機械的処理を施す。機械的処理としては、切断、裁断、破砕、磨砕等の任意の機械的手段が挙げられ、リグノセルロースを次工程の化学的処理工程で糖化され易い状態にすることである。使用する機械装置については特に限定されないが、例えば、一軸破砕機、二軸破砕機、ハンマークラッシャー、レファイナー、ニーダー、ボールミル等を用いることができる。

前記機械的処理の前工程又は後工程として、異物（石、ゴミ、金属、プラステック等のリグノセルロース以外の異物）を除去するための洗浄工程や洗浄した原料に含まれる水を脱水するための脱水工程を導入することもできる。
原料を洗浄する方法としては、例えば、原料に洗浄水を供給して原料に混合されている異物を除く方法、あるいは、原料を水中に浸漬し異物を沈降させて取り除く方法等が挙げられる。また、メタルトラップ等の洗浄装置を用いて異物を原料から分離する方法が挙げられる。
原料に異物が含まれていると、破砕や磨砕等の機械的処理に要する消費電力が増加したり、機械的処理で用いるレファイナーのディスク（プレート）等の装置の部品を破損させる可能性がある。また、異物が原因となって配管が詰まる等の製造工程内でトラブルを起こす等の問題が発生するため、洗浄工程を導入することが望ましい。

＜化学的処理＞
前記、機械的処理を施したリグノセルロース原料を次に化学的処理する。化学的処理としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム及び炭酸水素ナトリウムから選ばれる１種以上のアルカリ薬品、又は、亜硫酸ナトリウムと前記アルカリ薬品の中から選ばれる１種以上のアルカリ薬品を含有する溶液に浸漬する化学的処理を含む前処理である。また、オゾン、二酸化塩素などの酸化剤による化学的処理も可能である。
化学的処理は、前記機械的処理と組み合わせてそれらの前処理の後処理として行うことが好適である。

化学的処理で使用する薬品の添加量は、状況に応じて任意に調製可能であるが、薬品コスト低下の面から、またセルロースの溶出・過分解による収率低下防止の面から、リグノセルロース系原料の絶乾１００質量部に対して５０質量部以下であることが望ましい。化学的処理における薬品の水溶液への浸漬時間及び処理温度は、使用する原料や薬品によって任意に設定可能であるが、処理時間２０〜９０分、処理温度８０〜２００℃が好ましい。処理条件を厳しくすることで、原料中のセルロースの液側への溶出又は過分解が起こる場合もあるため、処理時間は７０分以下、処理温度は１８０℃以下であることが好ましい。

化学的処理として、リグノセルロース原料（乾燥重量）に対して１０〜７０質量％の亜硫酸ナトリウム及びｐＨ調整剤として０．１〜２０質量％のアルカリを添加することもできる。リグノセルロースに亜硫酸ナトリウムを前記の添加量で単独で添加して加熱処理すると、加水分解中に酢酸等の有機酸が生成するためｐＨの低下が起こり加水分解液が酸性となる。加水分解液が酸性の条件下で加水分解を継続すると加水分解で生成されたキシロースがフルフラールに変換するという問題が発生する。フルフラールは、エタノール発酵の阻害物質となるため可能な限り生成させないことが望ましい。また、発酵基質であるキシロースの収率が低下するため、結果としてエタノール生産効率が低下する。リグノセルロース原料に前記の添加量で亜硫酸ナトリウム及びｐＨ調整剤としてアルカリを添加して加熱処理することにより、加水分解中のｐＨが中性〜弱アルカリ性に維持されるため、フルフラールの生成及びキシロースの収率低下を抑制することができる。

前記ｐＨ調整剤として用いるアルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム等が挙げられるが、これらの薬品に特に限定されない。

前記、リグノセルロース原料（乾燥重量）に対して１０〜７０質量％の亜硫酸ナトリウム及びｐＨ調整剤として０．１〜２０質量％のアルカリを添加して加熱処理を行う場合の加熱処理温度は、８０〜２００℃が好ましく、１２０〜１８０℃がさらに好ましい。また、加熱処理時間は、１０〜３００分で行うことができるが、３０〜１２０分が好ましい。処理条件を厳しくすることで、原料中のセルロースの液側への溶出又は過分解が起こる場合もあるため、処理温度は、１８０℃以下、処理時間は１２０分以下であることが好ましい。

前記化学的処理により得られたリグノセルロース原料を次工程で磨砕処理を施す前に化学的処理で使用した薬品を除去するためにリグノセルロース原料を洗浄してもよい。洗浄方法としては、例えば、リグノセルロース原料に洗浄水を添加しながら、洗浄ドレーナー、固液分離装置等で固形分と液体分に分離する方法が挙げられる。固液分離装置としては、スクリュープレス、フィルタープレス、ベルトプレス、ロータリープレス、ドラムフィルター、ディスクフィルター、スクリーン等が挙げられる。

（磨砕処理）
図１に示すように、前記化学的処理により得られたリグノセルロース原料をレファイナーＲのディスク（プレート）のクリアランスを０．１〜２．０ｍｍの範囲で磨砕することが好ましく、０．１〜１．０ｍｍの範囲がさらに好ましく、０．１〜０．５ｍｍの範囲が特に好ましい。使用するレファイナーとしては、シングルディスクレファイナー、ダブルディスクレファイナー等を使用することができ相対するディスクのクリアランスを０．１〜２．０ｍｍの範囲に設定できるレファイナーであれば特に制限なく使用することができる。ディスクのクリアランスが２．０ｍｍを超えると糖化または併行糖化発酵で得られる糖収率が低下するため好ましくない。一方、ディスクのクリアランスが０．１ｍｍより小さいとレファイナーで磨砕処理した後の加水分解物（固形分）の収率が低下し、また、レファイナーの運転に要する電気消費量が増大するため好ましくない。
レファイナーのディスク（プレート）の材質、ディスクの型、ディスク面の刃の型、ディスク面に対する刃の方向等のディスクの形状については効果が得られる材質、形状であれば、特に制限なく使用することができる。

（篩い処理工程）
図１に示すように、前記の磨砕処理が施されたリグノセルロース系原料（原料懸濁液）を篩い処理装置ＳＲで原料懸濁液から繊維を分離する。篩い処理の方法としては、繊維を分離できる篩い処理装置であれば特に限定なく用いることができる。篩い処理装置としては、スクリーン、フィルタープレス、ベルトプレス、ロータリープレス、ドラムフィルター、ディスクフィルター等を用いることができる。篩い処理装置のフィルターのメッシュ（網目）は６０メッシュ〜６００メッシュ（２８〜２５０μｍ）が好ましく、１５０メッシュ〜４００メッシュ（３９〜９７μｍ）が好ましい。処理効率を向上させるために、篩い処理装置に振動装置をつけて振動を加えてもよい。前記の篩い処理で分離された繊維は、６０メッシュよりもサイズの大きい繊維と比較しリグニン含量が低く、酵素により糖化され易い。

図２に示すように、前記の磨砕処理が施されたリグノセルロース系原料（原料懸濁液）を８〜１６メッシュのフィルターを有する固液分離装置（スクリュープレスＳ）で繊維を分離し、固液分離装置で繊維を分離した後の液体分を篩い処理装置ＳＲで繊維を分離することもできる。前記の篩い処理で分離された繊維は、前記のスクリュープレスで回収された繊維(固形分)と比較しリグニン含量が低く、酵素により糖化され易い。スクリュープレスによる固液分離工程では、固液分離効率を向上させるために背圧をかけても良い。固液分離装置で用いるフィルターのメッシュサイズは、８〜１６メッシュが好ましく、１０〜１６メッシュがさらに好ましく、１２〜１６メッシュが特に好ましい。

前記の篩い処理工程で分離した繊維及び固液分離装置（スクリュープレス等）で分離された繊維は、糖化工程あるいは糖化発酵工程へ移送し糖化発酵の原料として用いる。

前記の糖化工程あるいは糖化発酵工程で用いる原料は、糖化または併行糖化発酵を行う前に殺菌処理を行うことが好ましい。リグノセルロース系バイオマス原料中に雑菌が混入していると、酵素による糖化を行う際に雑菌が糖を消費して生成物の収量が低下してしまうという問題が発生する。
殺菌処理は、酸やアルカリなど、菌の生育困難なｐＨに原料を晒す方法でも良いが、高温下で処理する方法でも良く、両方を組み合わせても良い。酸、アルカリ処理後の原料については、中性付近、もしくは、糖化及び／又は糖化発酵工程に適したｐＨに調整した後に原料として使用することが好ましい。また、高温殺菌した場合も、室温もしくは糖化発酵工程に適した温度まで降温させてから原料として使用することが好ましい。このように、温度やｐＨを調整してから原料を送り出すことで、好適ｐＨ、好適温度外に酵素が晒されて、失活することを防ぐことができる。

＜糖化工程＞
酵素糖化反応に適した前処理が施されたリグノセルロース系原料は、適量の水と酵素と混合されて原料懸濁液とされ、糖化工程へ供給される。リグノセルロース系原料は酵素（セルラーゼ、ヘミセルラーゼ）により糖化（セルロース→グルコース、ヘミセルロース→グルコース、キシロース）される。

＜併行糖化発酵工程＞
酵素糖化反応に適した前処理が施されたリグノセルロース系原料は、適量の水と酵素と混合されて原料懸濁液とされ、さらに酵母等の微生物と混合されて併行糖化発酵工程へ供給される。リグノセルロース系原料は酵素により糖化され、生成された糖が酵母によりエタノールに発酵される。

糖化工程又は併行糖化発酵工程で用いるリグノセルロース系原料の懸濁濃度は、１〜３０質量％であることが好ましい。１質量％未満であると、最終的に生産物の濃度が低すぎて生産物の濃縮のコストが高くなるという問題が発生する。また、３０質量％を超えて高濃度となるにしたがって原料の攪拌が困難になり、生産性が低下するという問題が発生する。

併行糖化発酵で使用するセルロース分解酵素は、セロビオヒドロラーゼ活性、エンドグルカナーゼ活性、ベータグルコシダーゼ活性を有する、所謂セルラーゼと総称される酵素である。
各セルロース分解酵素は、夫々の活性を有する酵素を適宜の量で添加しても良いが、市販されているセルラーゼ製剤は、上記の各種のセルラーゼ活性を有すると同時に、ヘミセルラーゼ活性も有しているものが多いので市販のセルラーゼ製剤を用いれば良い。

市販のセルラーゼ製剤としては、トリコデルマ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）属、アクレモニウム（Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ）属、アスペルギルス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）属、ファネロケエテ（Ｐｈａｎｅｒｏｃｈａｅｔｅ）属、トラメテス（Ｔｒａｍｅｔｅｓ）属、フーミコラ（Ｈｕｍｉｃｏｌａ）属、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属などに由来するセルラーゼ製剤がある。このようなセルラーゼ製剤の市販品としては、全て商品名で、例えば、セルロイシンＴ２（エイチピィアイ社製）、メイセラーゼ（明治製菓社製）、ノボザイム１８８（ノボザイム社製）、マルティフェクトＣＸ１０Ｌ（ジェネンコア社製）、ＧＣ２２０（ジェネンコア社製）等が挙げられる。
原料固形分１００質量部に対するセルラーゼ製剤の使用量は、０．５〜１００質量部が好ましく、１〜５０質量部が特に好ましい。

糖化工程または併行糖化発酵工程でのｐＨは３．５〜１０．０の範囲に維持することが好ましく、４．０〜７．５の範囲に維持することがより好ましい。

糖化工程または併行糖化発酵工程の温度は、酵素の至適温度の範囲内であれば特に制限はなく、２５〜５０℃が好ましく、３０〜４０℃がさらに好ましい。反応は、連続式が好ましいが、セミバッチ式、バッチ式でも良い。反応時間は、酵素濃度によっても異なるが、バッチ式の場合は１０〜２４０時間、さらに好ましくは１５〜１６０時間である。連続式の場合も、平均滞留時間が、１０〜１５０時間、さらに好ましくは１５〜１００時間である。

発酵用に用いられる微生物としては酵母などが用いられる。酵母としては、サッカロマイセス・セラビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）等が使用できる。また、遺伝子組換技術を用いて作製した遺伝子組換酵母を用いることができる。遺伝子組換酵母としては、六炭糖と五炭糖を同時に発酵できる酵母、等を特に制限なく用いることができる。酵母は、培地などと同時に添加しても良い。

また、微生物は固定化しておいてもよい。微生物を固定化しておくと、次工程に微生物を液と共に送り出して再回収するという工程を省くことができるか、少なくとも回収工程の負担を軽減することができるし、微生物をロスするリスクを軽減することもできる。また、微生物を固定化するほどでのメリットはないが、凝集性のある微生物を選択することにより微生物の回収を容易にすることができる。

本発明では、酵素糖化処理工程内に電解質として水溶性塩を添加することができる。酵素糖化処理工程において、電解質を原料懸濁液に添加し原料懸濁液の電気伝導度を５〜２５ｍＳ／ｃｍの範囲に維持することが好ましい。電気伝導度を５〜２５ｍＳ／ｃｍの範囲に維持することによりリグノセルロース原料の未反応成分や反応残渣等への酵素の吸着が抑制されるため、酵素糖化処理工程内における酵素の循環率が長期にわたって高い水準に維持することができる。酵素糖化処理工程内において、操作上、電解質を添加することが可能な工程であれば、いずれの工程においても制限なく電解質を添加することができる。一次糖化発酵工程内で添加することが操作が容易なため望ましい。

水溶性塩としては、アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩から選ばれる塩類が好ましい。アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属のハロゲン化物、硫酸塩、亜硫酸塩、チオ硫酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、リン酸塩、リン酸二水素塩、リン酸水素二塩、酢酸塩、クエン酸塩からなる群から選ばれる水溶性塩が挙げられる。

糖化工程または併行糖化発酵工程を出た培養液は、固液分離工程へ移送され、液体分（濾液）と固形分（残渣）に分離される。固液分離を行う装置としては、スクリュープレス、スクリーン、フィルタープレス、ベルトプレス、ロータリープレス等を用いることができる。スクリーンとしては、振動装置が付加された振動スクリーンなどを用いることができる。
回収された固形分（残渣）は糖化工程または併行糖化発酵工程へ移送し糖化発酵の原料として用いることもできる。
固液分離工程で分離された液体分（濾液）は蒸留工程へ移送される。

＜蒸留工程＞
蒸留工程では、減圧蒸留装置により発酵生成物としてエタノールが蒸留分離される。減圧下では低い温度で発酵生成物を分離できるため、酵素の失活を防ぐことができる。減圧蒸留装置としては、ロータリーエバポレーター、フラッシュエバポレーターなどを用いることができる。
蒸留温度は２５〜６０℃が好ましい。２５℃未満であると、生成物の蒸留に時間がかかって生産性が低下する。また、６０℃より高いと、酵素が熱変性して失活してしまい、新たに追加する酵素量が増加するため経済性が悪くなる。
蒸留後の蒸留残渣留分中に残る発酵生成物濃度は０．１質量％以下であることが好ましい。このような濃度にすることによって、後段の固液分離工程において固形物とともに排出される発酵生成物量を低減することができ、収率を向上させることができる。

＜遠心分離工程＞
蒸留残液は、遠心分離工程へ移送され残留している残渣を遠心分離によって除去した後、液体留分は併行糖化発酵工程に循環されるか又は二次併行糖化発酵工程（前記、一次併行糖化発酵工程とは異なる第２の併行糖化発酵工程）へ移送される。二次併行糖化発酵工程では、新しいリグノセルロース原料を添加して糖化発酵させることもできるし、キシロース等の五炭糖の発酵を目的とした発酵を行うことができる。遠心分離後の液体留分には酵素が含まれており、併行糖化発酵工程または二次併行糖化発酵工程で再利用される。一方、遠心分離後の残渣には、酵素、リグニン、酵母が含まれている。リグニンは、燃焼原料として回収しエネルギーとして利用することもできるし、リグニンを回収し有効利用することもできる。また、酵母を残渣から分離して、糖化発酵工程で再利用することもできる。

次に実施例を示して本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例等によって限定されるものではない。

［実験例１］
［前処理］
チップ状のユーカリ・グロブラスの林地残材（樹皮７０％、枝葉３０％）を２０ｍｍの丸孔スクリーンを取り付けた一軸破砕機（西邦機工社製、ＳＣ−１５）で破砕し原料として用いた。
上記原料１ｋｇ（絶乾重量）に対して９７％亜硫酸ナトリウム５０ｇ及び水酸化ナトリウム１ｇを添加後、水を添加し水溶液の容量を１０Ｌに調製した。前記原料懸濁液を混合後、１７０℃で１時間加熱した。加熱処理後の原料懸濁液をレファイナー（熊谷理器工業製、ＫＲＫ高濃度ディスクレファイナー）でディスクのクリアランスを１．０ｍｍに設定し磨砕した。この磨砕した原料懸濁液を６００メッシュ（２８μｍ）のフィルターを用いてスクリーンで繊維（原料１）と液体分（繊維を除去した後の液体分）に固液分離した。固液分離後の繊維（原料１）を原料として糖化試験を実施し、原料から得られる糖収率を算出した。また、原料のカッパー価（リグニン含量の指標）をＪＩＳ Ｐ ８２１１に準拠の測定法で測定した。
前記で得られた繊維を原料として試験管内で糖化試験を下記の方法で行った。
３００ｍｌ容三角フラスコ（滅菌済）に原料の最終濃度が、２．５質量％となるように添加した。次に、市販セルラーゼ（Ａｃｃｅｌｌｅｒａｓｅ ＤＵＥＴ、ジェネンコア社製）２．５ｍｌを添加し、最終容量を蒸留水で１００ｍｌにメスアップした。この混合液を３７℃で２４時間培養（糖化）した。培養後の培養液を遠心分離（５０００ｒｐｍ、２０分間）し、上清液の全糖濃度を測定した。得られたデータより糖収率（得られた全糖量／原料に含まれる炭水化物量×１００）を算出した。結果を表１に示す。

［実験例２]
実験例１において、磨砕した原料懸濁液を４００メッシュ（３９μｍ）のフィルターを用いてスクリーンで繊維（原料２）を分離した。原料２を用いて実験例１と同様の方法で糖収率及びカッパー価を測定した。結果を表１に示す。

［実験例３]
実験例１において、磨砕した原料懸濁液を２００メッシュ（７５μｍ）のフィルターを用いてスクリーンで繊維（原料３）を分離した。原料３を用いて実験例１と同様の方法で糖収率及びカッパー価を測定した。結果を表１に示す。

［実験例４]
実験例１において、磨砕した原料懸濁液を６０メッシュ（２５０μｍ）のフィルターを用いてスクリーンで繊維（原料４）を分離した。原料４を用いて実験例１と同様の方法で糖収率及びカッパー価を測定した。結果を表１に示す。

［実験例５]
実験例１において、磨砕した原料懸濁液を３０メッシュ（５００μｍ）のフィルターを用いてスクリーンで繊維（原料５）を分離した。原料５を用いて実験例１と同様の方法で糖収率及びカッパー価を測定した。実験例５を比較例とした。結果を表１に示す。

［実験例６]
実験例１において、磨砕した原料懸濁液を１６メッシュ（１０００μｍ）のフィルターを用いてスクリーンで繊維（原料６）を分離した。原料６を用いて実験例１と同様の方法で糖収率及びカッパー価を測定した。実験例６を比較例とした。結果を表１に示す。

表１に示すように、原料１〜４（実験例１〜４）を用いた試験では、原料５(実験例５)及び原料６（実験例６）と比較し、糖収率が高く、カッパー価が低かった。
以上の結果から、磨砕処理後の原料懸濁液を６０〜６００メッシュのスクリーンを通過させて回収した繊維は、リグニン含量が低く糖化の原料として適していることが判明した。この繊維を糖化の原料として用いることによりエタノール発酵の原料となる糖の生産性を高めることができる。

［実験例７]
実験例１で得られた繊維(原料１)を原料として用いて下記の方法で試験管内で糖化発酵試験を行いエタノール生産量を測定した。結果を表２に示す。
［糖化発酵試験］
液体培地Ａ（ポリペプトン５ｇ／Ｌ、酵母エキス３ｇ／Ｌ、麦芽エキス３ｇ／Ｌ、グルコース３０ｇ／Ｌ、蒸留水に溶解、ｐＨ ５．６）１００ｍｌと液体培地Ｂ（ポリペプトン１５ｇ／Ｌ、酵母エキス１０ｇ／Ｌ、麦芽エキス１０ｇ／Ｌ：蒸留水に溶解）２０ｍｌを混合した培地で市販酵母（商品名：Ｍａｕｒｉｖｉｎ: Ｍａｕｒｉ Ｙｅａｓｔ Ａｕｓｔｒａｌｉａ Ｐｔｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ）を３０℃、２４時間培養した。培養後の培養液１００ｍｌを遠心分離（５０００ｒｐｍ、２０分間）し、上清を取り除き培養液の容量を１０ｍｌに調製（酵母を集菌）した（濃縮酵母菌体）。
３００ｍｌ容三角フラスコ（滅菌済）に原料の最終濃度が５質量％になるように添加した。次に、濃縮酵母菌体１０ｍｌ、市販セルラーゼ（Ａｃｃｅｌｌｅｒａｓｅ ＤＵＥＴ、ジェネンコア社製）２．５ｍｌを添加し、最終容量を蒸留水で１００ｍｌにメスアップした。この混合液を３０℃で２４時間培養（糖化発酵）した。培養後の培養液を遠心分離（５０００ｒｐｍ、２０分間）し、上清液のエタノール濃度を測定した。

［実験例８]
実験例２で得られた繊維(原料２)を原料として用いて試験管内で糖化発酵試験を行いエタノール生産量を測定した。結果を表２に示す。

［実験例９]
実験例３で得られた繊維(原料３)を原料として用いて試験管内で糖化発酵試験を行いエタノール生産量を測定した。結果を表２に示す。

［実験例１０]
実験例４で得られた繊維(原料４)を原料として用いて試験管内で糖化発酵試験を行いエタノール生産量を測定した。結果を表２に示す。

［実験例１１]
実験例５で得られた繊維(原料５)を原料として用いて試験管内で糖化発酵試験を行いエタノール生産量を測定した。結果を表２に示す。

［実験例１２]
実験例６で得られた繊維(原料６)を原料として用いて試験管内で糖化発酵試験を行いエタノール生産量を測定した。結果を表２に示す。

表２に示すように、原料１〜４（実験例７〜１０）を用いた試験では、原料５(実験例１１)及び原料６（実験例１２）と比較し、エタノール濃度が高かった。
以上の結果から、磨砕処理後の原料懸濁液を６０〜６００メッシュのスクリーンを通過させて回収した繊維を糖化発酵の原料として用いることによりエタノール生産性を高めることができる。

［実験例１３］
［前処理］
チップ状のユーカリ・グロブラスの林地残材（樹皮７０％、枝葉３０％）を２０ｍｍの丸孔スクリーンを取り付けた一軸破砕機（西邦機工社製、ＳＣ−１５）で破砕し原料として用いた。
上記原料１ｋｇ（絶乾重量）に対して９７％亜硫酸ナトリウム５０ｇ及び水酸化ナトリウム１ｇを添加後、水を添加し水溶液の容量を１０Ｌに調製した。前記原料懸濁液を混合後、１７０℃で１時間加熱した。加熱処理後の原料懸濁液をレファイナー（熊谷理器工業製、ＫＲＫ高濃度ディスクレファイナー）でディスクのクリアランスを１．０ｍｍに設定し磨砕した。この磨砕した原料懸濁液に水を連続的に添加しながらスクリュープレス（富国工業社製、ＳＨＸ−２００Ｘ１５００Ｌ、フィルター：１４メッシュ（１．２ｍｍ））で繊維（原料Ａ）と液体分に固液分離した。固液分離後の固形分（原料Ａ）を原料として実験例１と同様の方法で糖化試験を実施し、原料から得られる糖収率を算出した。また、原料のカッパー価（リグニン含量の指標）をＪＩＳ Ｐ ８２１１に準拠の測定法で測定した。実験例１３を比較例とした。結果を表３に示す。

［実験例１４］
実験例１３において、スクリュープレスで分離された液体分を６００メッシュ（２８μｍ）のフィルターを用いてスクリーンで繊維（原料７）を分離した。原料７を用いて実験例１と同様の方法で糖収率及びカッパー価を測定した。結果を表３に示す。

［実験例１５］
実験例１３において、スクリュープレスで分離された液体分を４００メッシュ（３９μｍ）のフィルターを用いてスクリーンで繊維（原料８）を分離した。原料８を用いて実験例１と同様の方法で糖収率及びカッパー価を測定した。結果を表３に示す。

［実験例１６］
実験例１３において、スクリュープレスで分離された液体分を２００メッシュ（７５μｍ）のフィルターを用いてスクリーンで繊維（原料９）を分離した。原料９を用いて実験例１と同様の方法で糖収率及びカッパー価を測定した。結果を表３に示す。

［実験例１７］
実験例１３において、スクリュープレスで分離された液体分を６０メッシュ（２５０μｍ）のフィルターを用いてスクリーンで繊維（原料１０）を分離した。原料１０を用いて実験例１と同様の方法で糖収率及びカッパー価を測定した。結果を表３に示す。

表３に示すように、原料７〜１０（実験例１４〜１７）を用いた試験では、原料Ａ(実験例１３)と比較し、糖収率が高く、カッパー価が低かった。
以上の結果から、スクリュープレスで分離された液体分を６０〜６００メッシュのフィルターを用いてスクリーンを通過させて回収した繊維は、リグニン含量が低く糖化の原料として適していることが判明した。この繊維を糖化の原料として用いることによりエタノール発酵の原料となる糖の生産性を高めることができる。

［実験例１８]
実験例１３で得られた繊維(原料Ａ)を原料として用いて実験例７と同様の方法で試験管内で糖化発酵試験を行いエタノール生産量を測定した。結果を表４に示す。

［実験例１９]
実験例１４で得られた繊維(原料７)を原料として用いて試験管内で糖化発酵試験を行いエタノール生産量を測定した。結果を表４に示す。

［実験例２０]
実験例１５で得られた繊維(原料８)を原料として用いて試験管内で糖化発酵試験を行いエタノール生産量を測定した。結果を表４に示す。

［実験例２１]
実験例１６で得られた繊維(原料９)を原料として用いて試験管内で糖化発酵試験を行いエタノール生産量を測定した。結果を表４に示す。

［実験例２２]
実験例１７で得られた繊維(原料１０)を原料として用いて試験管内で糖化発酵試験を行いエタノール生産量を測定した。結果を表４に示す。

表４に示すように、原料７〜１０（実験例１９〜２２）を用いた試験では、原料Ａ(実験例１８)と比較し、エタノール濃度が高かった。
以上の結果から、スクリュープレスで分離された液体分を６０〜６００メッシュのフィルターを用いてスクリーンを通過させて回収した繊維を糖化発酵の原料として用いることによりエタノール生産性を高めることができる。

［実験例２３]
実験例１において、スクリーンの代わりに６００メッシュ（２８μｍ）のフィルターを用いてドラムフィルターで試験した以外は全て実験例１と同様の方法で試験した。固液分離後の固形分（原料１１）を原料として糖化試験を実施した。結果を表５に示す。

［実験例２４]
実験例２において、スクリーンの代わりに４００メッシュ（３９μｍ）のフィルターを用いてドラムフィルターで試験した以外は全て実験例２と同様の方法で試験した。固液分離後の固形分（原料１２）を原料として糖化試験を実施した。結果を表５に示す。

［実験例２５]
実験例３において、スクリーンの代わりに２００メッシュ（７５μｍ）のフィルターを用いてドラムフィルターで試験した以外は全て実験例３と同様の方法で試験した。固液分離後の固形分（原料１３）を原料として糖化試験を実施した。結果を表５に示す。

［実験例２６]
実験例４において、スクリーンの代わりに６０メッシュ（２５０μｍ）のフィルターを用いてドラムフィルターで試験した以外は全て実験例４と同様の方法で試験した。固液分離後の固形分（原料１４）を原料として糖化試験を実施した。結果を表５に示す。

［実験例２７]
実験例５において、スクリーンの代わりに３０メッシュ（５００μｍ）のフィルターを用いてドラムフィルターで試験した以外は全て実験例５と同様の方法で試験した。固液分離後の固形分（原料１５）を原料として糖化試験を実施した。結果を表５に示す。

表５に示すように、原料１１〜１４（実験例２３〜２６）を用いた試験では、原料１５(実験例２７)と比較し、糖収率が高く、カッパー価が低かった。
以上の結果から、磨砕処理後の原料懸濁液を６０〜６００メッシュのフィルターを用いてドラムフィルターで回収した繊維は、リグニン含量が低く糖化の原料として適していることが判明した。この繊維を糖化の原料として用いることによりエタノール発酵の原料となる糖の生産性を高めることができる。

本発明により、エタノール発酵の原料となる糖類、及びエタノールを効率的に生産することが可能となる。

Ｉ：破砕処理装置
ＣＯ：加熱処理装置
Ｒ：磨砕処理装置（レファイナー）
Ｓ：スクリュープレス
ＳＲ：篩い処理装置
ＷＴ：洗浄液タンク
ＢＲ：糖化発酵槽(併行糖化発酵槽)

Claims (3)

1. リグノセルロース系原料の懸濁液を、化学的処理工程で化学的処理をし、続いて磨砕処理工程で磨砕処理をした後、固液分離工程で８〜１６メッシュのフィルターを用いた固液分離装置により繊維分と液体分に分離し、繊維分を分離した後の液体分を篩い処理工程で６０〜６００メッシュのフィルターを用いた篩い処理をすることにより繊維分を分離し、分離した繊維分を酵素糖化反応による糖化処理と糖化処理で生成する糖類のエタノール発酵微生物による発酵処理を行う処理工程で処理することを特徴とする、リグノセルロース系原料からのエタノールの製造方法。
2. 前記８〜１６メッシュのフィルターを用いた固液分離装置がスクリュープレスであることを特徴とする、請求項１に記載のリグノセルロース系原料からのエタノールの製造方法。
3. 前記酵素糖化反応による糖化処理と糖化処理で生成する糖類のエタノール発酵微生物による発酵処理を行う処理工程が、酵素糖化反応による糖化処理工程と、引き続き、生成する糖類のエタノール発酵微生物による発酵処理工程とを順次行う工程、及び、酵素糖化反応による糖化処理と糖化処理で生成する糖類のエタノール発酵微生物による発酵処理とを併行して行う併行糖化発酵処理工程から選ばれるいずれかの工程であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のリグノセルロース系原料からのエタノールの製造方法。

Images