JP6343967B2 - Method for producing ferulic acid - Google Patents

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本発明は、リグノセルロース系のバイオマス原料から、フェルラ酸を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing ferulic acid from a lignocellulosic biomass raw material.

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、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。植物系バイオマスに含まれる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加水分解する酵素糖化法がある。酵素糖化法を効率よく行うための様々な技術が開発されてきている。例えば特許文献1は、微生物による発酵処理などの下流の工程に影響を与えず、簡易な方法で酵素が吸着した残渣から酵素を効率的に回収する方法を提案する。   The technology for producing sugar from lignocellulose raw materials can produce chemical raw materials such as alcohol, succinic acid and lactic acid as alternative fuels for gasoline by using this sugar as a fermentation substrate for microorganisms. This technology is useful for the formation of society. As a method for producing monosaccharides and small saccharides as fermentation substrates from polysaccharides contained in plant biomass, there is an enzymatic saccharification method in which hydrolysis is performed using an enzyme or a microorganism that produces the enzyme. Various techniques have been developed for efficient enzymatic saccharification. For example, Patent Document 1 proposes a method for efficiently recovering an enzyme from a residue on which the enzyme is adsorbed by a simple method without affecting downstream processes such as fermentation by microorganisms.

代替燃料としてのアルコール生産を目的とした場合等においては、極めて低コストで酵素糖化処理が実施できることも重要であるが、目的物質を生産した後の廃棄物から有価物が生産できれば、プロセス全体の経済性向上に寄与できる。例えば特許文献2は、セルロース系バイオマス原料に対して水酸化カルシウムによるアルカリ処理を行った後、固形分は中和して酵素糖化処理工程に供することを提案する。その一方で、固形分から分離した液分に対して、疎水性樹脂、又は陰イオン交換樹脂による生成を行うことにより、フェルラ酸等を回収することを提案する。また、特許文献3は、木本植物の樹皮を糖化処理したものについて、糖を含む液分と固形分残渣とを分離する固液分離処理を行い、残渣から靭皮繊維を得ることを提案する。さらに特許文献4は、粗破砕および又は磨砕処理を行ったリグノセルロースを多糖分解酵素により、糖を除去する第一糖化工程から得られる残渣に、磨砕処理を行った後、多糖分解酵素により糖を除去する第二糖化工程によって得られることを特徴とするリグニンの製造方法を提案する。   For the purpose of producing alcohol as an alternative fuel, it is also important that enzymatic saccharification treatment can be carried out at a very low cost, but if valuable materials can be produced from waste after the production of the target substance, the entire process It can contribute to economic improvement. For example, Patent Document 2 proposes that after an alkali treatment with calcium hydroxide is performed on a cellulosic biomass raw material, the solid content is neutralized and subjected to an enzymatic saccharification treatment step. On the other hand, it proposes to collect ferulic acid etc. by performing the production | generation with a hydrophobic resin or an anion exchange resin with respect to the liquid component isolate | separated from solid content. Further, Patent Document 3 proposes to obtain a bast fiber from a residue by subjecting a bark of a woody plant to a saccharification treatment to perform a solid-liquid separation treatment for separating a liquid component containing sugar and a solid residue. . Furthermore, Patent Document 4 discloses a method in which lignocellulose subjected to coarse crushing and / or grinding treatment is subjected to grinding treatment on a residue obtained from the first saccharification step of removing sugar by polysaccharide degrading enzyme, and then subjected to polysaccharide degrading enzyme. The present invention proposes a method for producing lignin characterized by being obtained by a second saccharification step for removing sugar.

他方、フェルラ酸(3-methoxy-4-hydroxycinnamic acid)は、リグニンの前駆体であり、草本植物(米糠など)に多く含まれていることが知られている。フェルラ酸にはラジカル消去作用と活性酸素消去作用があり、食品の酸化防止剤として用いられている。また、天然由来の紫外線吸収剤として化粧品用途にも利用されている。フェルラ酸については、最近では高血圧改善作用、持久力向上や抗疲労作用、エタノール性肝炎の治癒作用、アルツハイマー病の患者における症状改善作用などが報告されている。   On the other hand, ferulic acid (3-methoxy-4-hydroxycinnamic acid) is a precursor of lignin and is known to be abundant in herbaceous plants (such as rice bran). Ferulic acid has a radical scavenging action and an active oxygen scavenging action, and is used as a food antioxidant. It is also used for cosmetics as a naturally-occurring UV absorber. Ferulic acid has recently been reported to improve hypertension, improve endurance and anti-fatigue, cure hepatitis ethanol, and improve symptoms in patients with Alzheimer's disease.

特開2013−188202号公報JP 2013-188202 A 特開2013−220067号公報JP 2013-220067 A 特開2011−47083号公報JP 2011-47083 A 特開2012−16285号公報JP2012-16285A

本発明の課題は、リグノセルロース系バイオマス原料の酵素糖化工程を含むプロセスからの廃棄物を、有用物質の生産のための原料として利用する方法を提供することにある。
また、草本植物に比較して量的には少ないが、フェルラ酸は木本植物にも含まれており、木本植物かからフェルラ酸を得るための実用的な方法があれば、原料の確保が容易となるメリットがある。
The subject of this invention is providing the method of utilizing the waste material from the process including the enzyme saccharification process of a lignocellulosic biomass raw material as a raw material for production of a useful substance.
In addition, ferulic acid is also contained in woody plants, although the amount is small compared to herbaceous plants, and if there is a practical method for obtaining ferulic acid from woody plants, securing raw materials There is a merit that becomes easy.

本発明者らは、バイオエタノール生産において副生成する発酵残渣の有効利用について検討してきた。そして、ヘミセルロースを比較的多く含む前処理原料であれば、糖化発酵残渣にもリグニン由来の物質が多く含まれているのではないかと考えた。そこで前処理したリグノセルロース系原料を併行糖化発酵に供して得られた処理懸濁液を固液分離し、固形分(残渣)について詳細に検討した結果、残渣からは予想外にも多量のフェルラ酸が得られることを見出し、本発明を完成した。本発明は以下を提供する。   The inventors of the present invention have examined the effective utilization of fermentation residues by-produced in bioethanol production. And if it was the pre-processing raw material which contains hemicellulose comparatively much, it thought that the substance derived from lignin might be contained in the saccharification fermentation residue. Therefore, as a result of solid-liquid separation of the treated suspension obtained by subjecting the pretreated lignocellulosic raw material to parallel saccharification and fermentation, the solid content (residue) was examined in detail. The inventors found that an acid can be obtained and completed the present invention. The present invention provides the following.

[1] リグノセルロース系原料からの、酵素により糖化処理する工程を経た処理懸濁液を固液分離し、得られた固形分からフェルラ酸を分離する工程を含む、フェルラ酸を製造する方法。
[2] 前記固形分が、リグニンを含有することを特徴とする、[1]に記載のフェルラ酸の製造方法。
[3] 処理懸濁液が、酵素糖化処理の前に前処理工程を経たものである、[1]又は[2]に記載のフェルラ酸の製造方法。
[1] A method for producing ferulic acid, comprising solid-liquid separation of a treated suspension from a lignocellulosic raw material that has undergone a saccharification treatment with an enzyme, and separating ferulic acid from the obtained solid content.
[2] The method for producing ferulic acid according to [1], wherein the solid content contains lignin.
[3] The method for producing ferulic acid according to [1] or [2], wherein the treated suspension has undergone a pretreatment step before the enzymatic saccharification treatment.

[4] 前処理が、化学的処理である、[3]に記載のフェルラ酸の製造方法。
[5] 処理懸濁液が、酵素糖化処理と併行して又は酵素糖化処理の後に発酵処理したものである、[1]〜[4]のいずれか1項に記載のフェルラ酸の製造方法。
[6] リグノセルロース系原料が、広葉樹から得られたものである、[1]〜[5]のいずれか1項に記載のフェルラ酸の製造方法。
[4] The method for producing ferulic acid according to [3], wherein the pretreatment is a chemical treatment.
[5] The method for producing ferulic acid according to any one of [1] to [4], wherein the treated suspension is fermented together with the enzymatic saccharification treatment or after the enzymatic saccharification treatment.
[6] The method for producing ferulic acid according to any one of [1] to [5], wherein the lignocellulose-based material is obtained from hardwood.

本発明により、リグノセルロース系原料の糖化処理工程を経るプロセスから、フェルラ酸を効率的に得ることができる。   According to the present invention, ferulic acid can be efficiently obtained from a process that undergoes a saccharification treatment step of a lignocellulosic raw material.

図1は、本発明によるフェルラ酸の製造方法の一態様を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of a method for producing ferulic acid according to the present invention.

I:一軸粉砕装置
CO:加熱粉砕装置
R:リファイナー
BR:併行糖化発酵槽
S:固液分離装置
I: Uniaxial crusher CO: Heat crusher R: Refiner BR: Parallel saccharification and fermentation tank S: Solid-liquid separator

以下、本発明をさらに詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

<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、次のものが挙げられる。木質系: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。草本系: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。特にこれらに限定されない。また、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が、特にこれらに限定されない。これらの原料は、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、原料は、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。
<Lignocellulose raw material>
Examples of the lignocellulosic raw material used as a raw material in the method of the present invention include the following. Woody materials: Chips or bark for paper-making trees, forest residue, thinned wood, sprouting from stumps of woody plants, sawdust or sawdust from lumber mills, pruned branches of street trees, construction waste, etc. Herbaceous: Agricultural waste such as kenaf, rice straw, straw, corn cob, bagasse, residue and waste of industrial crops such as oil crops and rubber (eg, EFB: Empty Fruit Bunch), Eliansus of herbaceous energy crops , Miscanthus, Napiergrass etc. In particular, it is not limited to these. In addition, food wastes such as wood-derived paper, waste paper, pulp, pulp sludge, sludge, sewage sludge and the like can be used as raw materials, but are not particularly limited thereto. These raw materials can be used alone or in combination. The raw material may be a dry solid, a solid containing water, or a slurry.

前記木質系のリグノセルロース系原料としては、特に限定するものではないが、ユーカリ(Eucalyptus)属植物、アカシア(Acacia)属植物、ヤナギ(Salix)属植物、ポプラ属植物、スギ(Cryptomeria)属植物等が利用できる。ユーカリ属植物、アカシア属植物、ヤナギ属植物は、原料として大量に採取し易いためである。特に、ユーカリ属植物としては、Eucalyptus globulus、Eucalyptus pellita、アカシア属としては、Acacia mangium、Acacia auriculiforimis、アカシアハイブリッド(Acacia mangiumとAcacia auriculiforimisの交雑種)、ヤナギ属植物としては、Salix schweriniiを用いるのが好ましい。
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)、樹皮を用いるのが好ましい。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。
他の観点からの本発明に用いられる木質系のリグノセルロース系原料好適な例として、ユーカリ、オーク、アカシア、ビーチ、タンオーク、オルダー等の広葉樹材が挙げられる。使用する広葉樹材に多少の針葉樹材を含まれていても構わない。
The woody lignocellulosic material is not particularly limited, but includes Eucalyptus genus plants, Acacia genus plants, Salix genus plants, Poplar genus plants, and Cryptomeria genus plants. Etc. are available. This is because Eucalyptus plants, Acacia plants, and Willow plants are easily collected in large quantities as raw materials. In particular, Eucalyptus globulus and Eucalyptus pelleta are used as Eucalyptus plants, Acacia mangium and Acacia auris are used as Acacia species, and Acacia mangium and Acaciaurium species are used preferable.
Among the lignocellulosic raw materials derived from woody plants, it is preferable to use forest residue (including bark and leaves) and bark. For example, bark of tree species such as Eucalyptus genus or Acacia genus commonly used for papermaking raw materials can be obtained in large quantities stably from lumber mills and chip factories for papermaking raw materials. Preferably used.
As a suitable example of the woody lignocellulosic material used in the present invention from another viewpoint, there may be mentioned hardwood materials such as eucalyptus, oak, acacia, beach, tan oak, and alder. The hardwood used may contain some softwood.

<前処理>
本発明では、前記リグノセルロース原料に、酵素糖化のための前処理を施すことができる。本発明に適用される前処理は、後述する糖化処理を経た処理懸濁液を固液分離して得られる固形分が十分な量のリグニンまたはフェルラ酸を含有するように行うことが好ましい。強い条件で前処理をすると、リグニン等が固形分には残らないと推測されるからである。このような条件を満たす前処理であれば、フェルラ酸、リグニン等を本発明に適用し得る。
<Pretreatment>
In the present invention, the lignocellulose raw material can be pretreated for enzymatic saccharification. The pretreatment applied to the present invention is preferably carried out so that the solid content obtained by solid-liquid separation of the treated suspension subjected to the saccharification treatment described below contains a sufficient amount of lignin or ferulic acid. This is because it is presumed that lignin or the like does not remain in the solid content when pretreatment is performed under strong conditions. As long as the pretreatment satisfies such conditions, ferulic acid, lignin and the like can be applied to the present invention.

(機械的処理)
本発明では、前記リグノセルロース原料に、酵素糖化のための前処理として、機械的処理を施すことができる。機械的処理としては、破砕、裁断、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、ニーダー等を用いることができる。
(Mechanical processing)
In the present invention, the lignocellulose raw material can be subjected to a mechanical treatment as a pretreatment for enzymatic saccharification. Examples of the mechanical treatment include arbitrary mechanical means such as crushing, cutting, and grinding, and making lignocellulose easy to be saccharified in the next chemical treatment step. Although it does not specifically limit about the mechanical apparatus to be used, For example, a uniaxial crusher, a biaxial crusher, a hammer crusher, a refiner, a kneader etc. can be used.

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などによる異物除去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、原料に水を噴射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、リファイナーのディスク(プレート)等の機械的処理で用いる装置の部品を破損させる可能性があるし、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、異物除去工程を導入することが望ましい。
As a pre-process or post-process of the mechanical treatment, a foreign matter removing step by washing or the like for removing foreign matter (foreign matter other than lignocellulose such as stone, dust, metal, plastic) can be introduced.
Examples of the method for washing the raw material include a method of removing water from the foreign material mixed with the raw material by spraying water on the raw material, or a method of removing the foreign material by immersing the raw material in water and sedimenting the foreign material. Moreover, the method of isolate | separating a foreign material from a raw material using apparatuses, such as a metal trap, is mentioned.
If foreign materials are included in the raw materials, there is a possibility of causing damage to equipment parts used in mechanical processing such as refiner discs (plates), and causing problems in the manufacturing process such as clogging of piping. Therefore, it is desirable to introduce a foreign substance removing step.

(化学的処理)
リグノセルロース原料は、化学的処理を施してもよい。化学的処理の例は、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を含有する溶液に浸漬することである。化学処理の他の例は、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ことである。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の処理として行うことが好適である。
(Chemical treatment)
The lignocellulose raw material may be subjected to chemical treatment. An example of the chemical treatment is immersion in a solution containing one or more alkaline chemicals selected from sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, sodium carbonate and sodium hydrogen carbonate. Another example of the chemical treatment is immersion in a solution containing sodium sulfite and one or more alkaline chemicals selected from the above alkaline chemicals. Further, chemical treatment with an oxidizing agent such as ozone or chlorine dioxide is also possible.
The chemical treatment is preferably performed as a treatment after the pretreatment in combination with the mechanical treatment.

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整可能であるが、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70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。   The amount of chemicals used in the chemical treatment can be arbitrarily adjusted depending on the situation, but lignocellulosic from the standpoint of reducing chemical costs and preventing yield loss due to elution and overdegradation of cellulose. It is desirable that it is 70 mass parts or less with respect to 100 mass parts of absolutely dry materials. The immersion time and the treatment temperature of the chemical in the chemical treatment can be arbitrarily set depending on the raw materials and chemicals to be used, but a treatment time of 20 to 90 minutes and a treatment temperature of 80 to 200 ° C. are preferable. By tightening the processing conditions, elution or excessive decomposition of cellulose in the raw material may occur, so that the processing time is preferably 70 minutes or less and the processing temperature is preferably 180 ° C. or less.

化学処理として、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0.1〜5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。また、加熱処理後(加水分解後)のリグノセルロースを含む水溶液のpHが4.0〜7.0(中性〜弱アルカリ性)となるため、加水分解処理後の廃液あるいは加水分解物を中和するための薬品の使用量を低減できるというメリットがある。   As the chemical treatment, 10 to 70% by mass of sodium sulfite and 0.1 to 5% by mass of alkali as a pH adjuster can be added to the lignocellulose raw material (dry weight). When sodium sulfite is added alone to the lignocellulose in the above-mentioned addition amount and heat-treated, an organic acid such as acetic acid is generated during hydrolysis, so that the pH is lowered and the hydrolyzed solution becomes acidic. When hydrolysis is continued under acidic conditions, the problem arises that xylose produced by hydrolysis is converted to furfural. Since furfural is an inhibitor of ethanol fermentation, it is desirable not to produce it as much as possible. Moreover, since the yield of xylose which is a fermentation substrate falls, ethanol production efficiency falls as a result. By adding sodium sulfite and alkali as a pH adjuster to the lignocellulose raw material in the above-mentioned amount and heat-treating, the pH during hydrolysis is maintained from neutral to weakly alkaline. Yield reduction can be suppressed. Moreover, since the pH of the aqueous solution containing lignocellulose after heat treatment (after hydrolysis) is 4.0 to 7.0 (neutral to weakly alkaline), the waste liquid or hydrolyzate after the hydrolysis treatment is neutralized. There is a merit that the amount of chemicals used for the reduction can be reduced.

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。   Examples of the alkali used as the pH adjuster include sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate and the like, but are not particularly limited to these chemicals.

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0.1〜5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。   The heat treatment temperature when the heat treatment is performed by adding 10 to 70% by mass of sodium sulfite and 0.1 to 5% by mass of alkali as a pH adjuster with respect to the lignocellulose raw material (dry weight) is 80 -200 degreeC is preferable and 120-180 degreeC is more preferable. Moreover, although heat processing time can be performed in 10 to 300 minutes, 30 to 120 minutes are preferable. By tightening the processing conditions, elution or excessive decomposition of cellulose in the raw material may occur, so that the processing temperature is preferably 180 ° C. or lower and the processing time is 120 minutes or shorter.

(磨砕処理)
本発明では、前記化学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を超えると糖化又は併行糖化発酵で得られる糖収率が添加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より低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)の収率が低下するため好ましくない。また、ディスクのクリアランスが0.1mmより低いと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。
(Grinding treatment)
In the present invention, the lignocellulosic raw material obtained by the chemical treatment is preferably ground in a refiner disk (plate) clearance of 0.1 to 2.0 mm, preferably in the range of 0.1 to 1.0 mm. Is more preferable. As a refiner to be used, a single disk refiner, a double disk refiner, or the like can be used, and any refiner that can set the clearance of the opposing disk within a range of 0.1 to 2.0 mm can be used without particular limitation. it can. If the disc clearance exceeds 2.0 mm, the sugar yield obtained by saccharification or parallel saccharification and fermentation is added, which is not preferable. On the other hand, if the disc clearance is lower than 0.1 mm, the yield of the hydrolyzate (solid content) after grinding with a refiner is not preferable. Also, if the disc clearance is lower than 0.1 mm, the electricity consumption required for the operation of the refiner increases, which is not preferable.

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。   The material of the refiner disk (plate), the disk mold, the disk surface blade mold, the direction of the blade with respect to the disk surface, etc. should be used without any limitation as long as the material and shape are effective. Can do.

前記の磨砕処理が施されているリグノセルロース系原料を水溶液と固形分に固液分離し、固形分を糖化又は併行糖化発酵の原料として用いる。固液分離する方法としては、例えば、スクリュープレス等を用いて水溶液と固形分に分離することができ、水溶液と固形分に分離することができる装置であれば制限なく使用することができる。   The lignocellulosic raw material that has been subjected to the above grinding treatment is solid-liquid separated into an aqueous solution and a solid content, and the solid content is used as a raw material for saccharification or concurrent saccharification and fermentation. As a method for solid-liquid separation, for example, an apparatus that can be separated into an aqueous solution and a solid content using a screw press or the like and can be used without limitation as long as it can be separated into an aqueous solution and a solid content.

(殺菌処理)
前記の固形分離後の原料を用いて糖化又は併行糖化発酵を行う前には、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。
(Sterilization treatment)
Before performing saccharification or concurrent saccharification fermentation using the raw material after solid separation, it is preferable to perform sterilization treatment. When miscellaneous bacteria are mixed in the lignocellulosic biomass raw material, there is a problem that the miscellaneous bacteria consume sugar when the enzyme is saccharified and the yield of the product decreases.
The sterilization treatment may be a method in which the raw material is exposed to a pH at which bacteria are difficult to grow, such as acid or alkali, but may be a method in which treatment is performed at a high temperature, or a combination of both. About the raw material after an acid and an alkali treatment, it is preferable to use as a raw material, after adjusting to neutrality vicinity or pH suitable for a saccharification and / or saccharification fermentation process. In addition, even when pasteurized at a high temperature, it is preferably used as a raw material after the temperature is lowered to room temperature or a temperature suitable for the saccharification and fermentation process. Thus, by feeding out the raw material after adjusting the temperature and pH, it is possible to prevent the enzyme from being exposed to the outside of the preferred pH and the preferred temperature and being deactivated.

場合により前記前処理が施されたリグノセルロース原料が、糖化工程又は併行糖化発酵工程へ供給される。以下では、前処理が施されたリグノセルロース原料を用いる態様を例に本発明を説明することがあるが、本発明はその実施態様によって限定されるものではない。   The lignocellulose raw material that has been subjected to the pretreatment as the case may be supplied to the saccharification step or the concurrent saccharification and fermentation step. Hereinafter, the present invention may be described by way of an example using a pretreated lignocellulose raw material, but the present invention is not limited by the embodiment.

<糖化工程>
本発明においては、場合により前処理が施されたリグノセルロース系原料が適量の水と酵素と混合されて原料懸濁液とされ、酵素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。酵素処理は、原料を部分分解することにより、リグニン成分であるフェルラ酸の抽出に有利に働くと考えられる。
<Saccharification process>
In the present invention, a lignocellulosic raw material that is optionally pretreated is mixed with an appropriate amount of water and an enzyme to form a raw material suspension, which is supplied to the enzymatic saccharification step. Lignocellulose-based raw materials are saccharified (cellulose → glucose, hemicellulose → glucose, xylose) by enzymes (cellulase, hemicellulase). The enzyme treatment is considered to work advantageously for the extraction of ferulic acid, which is a lignin component, by partially decomposing the raw material.

(糖化工程、及び併行糖化発酵工程)
リグノセルロース系原料の糖化工程は、併行糖化発酵工程としてもよい。本発明で糖化工程又は酵素糖化工程というときは、併行糖化発酵工程を含む。併行糖化発酵工程は、リグノセルロース系原料を適量の水と酵素と混合して原料懸濁液とし、さらに酵母等の微生物と混合することにより、実施できる。リグノセルロース系原料は酵素により糖化され、生成された糖類が発酵微生物(酵母など)によりエタノール等の生産物に変換される。
(Saccharification process and concurrent saccharification and fermentation process)
The saccharification process of the lignocellulosic material may be a concurrent saccharification and fermentation process. In the present invention, the saccharification step or enzyme saccharification step includes a concurrent saccharification and fermentation step. The concurrent saccharification and fermentation process can be carried out by mixing a lignocellulosic raw material with an appropriate amount of water and an enzyme to form a raw material suspension, and further mixing with a microorganism such as yeast. The lignocellulosic material is saccharified by an enzyme, and the produced saccharide is converted into a product such as ethanol by a fermenting microorganism (such as yeast).

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。   It is preferable that the suspension concentration of the lignocellulosic material used in the saccharification process or the concurrent saccharification and fermentation process is 1 to 30% by mass. If it is less than 1% by mass, there is a problem in that the concentration of the product is ultimately too low and the cost for concentrating the product becomes high. Moreover, as the concentration exceeds 30% by mass, it becomes difficult to stir the raw materials, resulting in a problem that productivity is lowered.

糖化工程又は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。
Cellulolytic enzymes used in the saccharification step or the concurrent saccharification and fermentation are enzymes collectively called cellulases having cellobiohydrolase activity, endoglucanase activity, and betaglucosidase activity.
Each cellulolytic enzyme may be added with an appropriate amount of an enzyme having the respective activity. However, commercially available cellulase preparations have the above-mentioned various cellulase activities and also have hemicellulase activity. Since many products are available, a commercially available cellulase preparation may be used.

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、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。
Commercial cellulase preparations include the genus Trichoderma, the genus Acremonium, the genus Aspergillus, the genus Phanerochaete, the genus Trametes, the genus Humicola, and the like. There are cellulase formulations derived from Examples of such commercially available cellulase preparations include cellulosin T2 (manufactured by HIPI), mecerase (manufactured by Meiji Seika Co., Ltd.), Novozyme 188 (manufactured by Novozyme), multifect CX10L (manufactured by Genencor), and GC220 (Genencor). Manufactured) and the like.
0.5-100 mass parts is preferable and, as for the usage-amount of the cellulase formulation with respect to 100 mass parts of raw material solid content, 1-50 mass parts is especially preferable.

糖化工程又は併行糖化発酵工程での反応液の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。   The pH of the reaction solution in the saccharification step or the concurrent saccharification and fermentation step is preferably maintained in the range of 3.5 to 10.0, more preferably in the range of 4.0 to 7.5.

糖化工程又は併行糖化発酵工程での反応液の温度は、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。   The temperature of the reaction solution in the saccharification step or the simultaneous saccharification and fermentation step is not particularly limited as long as it is within the optimum temperature range of the enzyme, preferably 25 to 50 ° C, more preferably 30 to 40 ° C. The reaction is preferably continuous, but may be semi-batch or batch. The reaction time varies depending on the enzyme concentration, but in the case of a batch system, it is 10 to 240 hours, more preferably 15 to 160 hours. Also in the case of a continuous type, the average residence time is 10 to 150 hours, more preferably 15 to 100 hours.

併行糖化発酵工程では、糖類(六炭糖、五炭糖)が発酵できる発酵微生物を用いることが好ましい。発酵微生物としては、サッカロマイセス・セラビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、ピキア・スティピティス(Pichia stipitis)、キャンディダ・シハタエ(Candida shihatae)、パチソレン・タノフィルス(Pachysolen tannophilus)、イサチェンキア・オリエンタリス(Issatchenkia orientalis)等の酵母やザイモモナス・モビリス(Zymomonas mobilis)等の細菌が挙げられる。また、遺伝子組換技術を用いて作製した遺伝子組換微生物(酵母、細菌等)を用いることもできる。遺伝子組換微生物としては、六炭糖と五炭糖を同時に発酵できる微生物を特に制限なく用いることができる。   In the concurrent saccharification and fermentation step, it is preferable to use a fermentation microorganism capable of fermenting saccharides (hexose sugar, pentose sugar). Examples of fermenting microorganisms include Saccharomyces cerevisiae, Pichia stipitis, Candida shiientais, and Pachisolen sapiens. -Bacteria such as mobilis (Zymomonas mobilis). In addition, genetically modified microorganisms (yeast, bacteria, etc.) produced using genetic recombination techniques can also be used. As the genetically modified microorganism, a microorganism capable of simultaneously fermenting hexose and pentose can be used without particular limitation.

微生物は固定化しておいても良い。微生物を固定化しておくと、次工程で微生物を分離して再回収する工程を省くことができるため、少なくとも回収工程に要する負担を軽減することができ、微生物のロスが軽減できるというメリットがある。また、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。   Microorganisms may be immobilized. Immobilizing microorganisms can eliminate the step of separating and re-recovering microorganisms in the next step, so that at least the burden required for the recovery step can be reduced, and the loss of microorganisms can be reduced. . Moreover, the collection of microorganisms can be facilitated by selecting microorganisms having aggregating properties.

<固液分離工程>
糖化工程又は併行糖化発酵工程から排出された培養液は、固液分離装置へ移送し液体分(濾液)と固形分(残渣)に分離することができる。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、さらに糖化工程又は併行糖化発酵工程へ移送し、糖化又は糖化発酵の原料として用いることもできる。
<Solid-liquid separation process>
The culture solution discharged from the saccharification step or the concurrent saccharification and fermentation step can be transferred to a solid-liquid separator and separated into a liquid component (filtrate) and a solid component (residue). As an apparatus for performing solid-liquid separation, a screw press, a screen, a filter press, a belt press, a rotary press, or the like can be used. As the screen, a vibrating screen to which a vibrating device is added can be used.
The recovered solid content (residue) can be further transferred to a saccharification process or a concurrent saccharification and fermentation process and used as a raw material for saccharification or saccharification and fermentation.

<フェルラ酸を得る工程>
本発明においては、少なくとも糖化処理工程を経たリグノセルロース系原料の処理懸濁液が固液分離され、固形分(残渣)はフェルラ酸を得るための原料となる。なお、処理懸濁液は、糖化工程又は併行糖化発酵工程から排出されたものを指す場合、培養液ということもある。またここでいう固形分(残渣)は、後述する一次残渣分離工程または二次残渣分離工程から得られたものを含んでいてもよい。なお、本発明でフェルラ酸というときは、特に記載した場合を除き、遊離のフェルラ酸のみならず、配糖体またはエステルの形態であるものも含む。
<Step of obtaining ferulic acid>
In the present invention, the lignocellulosic raw material treatment suspension that has undergone at least the saccharification treatment step is subjected to solid-liquid separation, and the solid content (residue) becomes a raw material for obtaining ferulic acid. In addition, process suspension may be called culture solution, when referring to what was discharged | emitted from the saccharification process or the parallel saccharification fermentation process. Moreover, solid content (residue) here may contain what was obtained from the primary residue separation process or secondary residue separation process mentioned later. In the present invention, the term ferulic acid includes not only free ferulic acid but also glycoside or ester forms unless otherwise specified.

固形分からフェルラ酸を得るには、固形分をアルカリを含む水に混合し、処理すればよい。アルカリの添加量は、状況に応じて任意に調整可能であるが、例えば、高い収率でフェルラ酸を得るためには、固形分(絶乾重量)に対して0.5質量%以上、好ましくは1質量%以上、より好ましくは1.25質量%以上用いることができる。アルカリの添加量の上限値は適宜定めることができ、例えば、固形分(絶乾重量)に対して50質量%以下、30質量%以下、3質量%以下とすることができる。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。水は、固形分(絶乾重量)に対して1〜100質量%、好ましくは5〜50質量%用いることができる。処理の際は、イソプロピルアルコールを添加してもよい。   In order to obtain ferulic acid from the solid content, the solid content may be mixed with water containing alkali and processed. The amount of alkali added can be arbitrarily adjusted according to the situation. For example, in order to obtain ferulic acid with a high yield, 0.5% by mass or more, preferably with respect to the solid content (absolute dry weight) Can be used in an amount of 1% by mass or more, more preferably 1.25% by mass or more. The upper limit of the amount of alkali added can be determined as appropriate, and can be, for example, 50% by mass or less, 30% by mass or less, and 3% by mass or less with respect to the solid content (absolute dry weight). Examples of the alkali include sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate and the like, but are not particularly limited to these chemicals. Water can be used in an amount of 1 to 100% by mass, preferably 5 to 50% by mass, based on the solid content (absolute dry weight). In the treatment, isopropyl alcohol may be added.

混合液は、60℃以上、好ましくは80℃以上、より好ましくは90℃以上に加熱し、必要に応じ、攪拌しながら時間反応させることができる。高い収率でフェルラ酸を得るためには、反応は4時間以上、好ましくは6時間以上、より好ましくは8時間以上行うとよい。反応時間の上限値は適宜定めることができ、例えば、24時間以下、16時間以下、12時間以下とすることができる。その後、混合液を必要に応じ冷却し、ヘキサン等の有機溶媒を添加して目的外の成分を油層に抽出除去した後、水層を得て、水層を濾過し固形分(不溶物)を除去し、ろ液を得ることができる。ろ液に酸を添加することにより、フェルラ酸を析出させることができる。得られた析出物は再結晶化等の通常の手段により、精製してもよい。   The mixed solution can be heated to 60 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, more preferably 90 ° C. or higher, and allowed to react for an hour with stirring as necessary. In order to obtain ferulic acid with a high yield, the reaction may be performed for 4 hours or longer, preferably 6 hours or longer, more preferably 8 hours or longer. The upper limit of the reaction time can be determined as appropriate, and can be, for example, 24 hours or shorter, 16 hours or shorter, or 12 hours or shorter. Thereafter, the mixture is cooled as necessary, and an organic solvent such as hexane is added to extract and remove undesired components from the oil layer. Then, an aqueous layer is obtained, and the aqueous layer is filtered to obtain a solid content (insoluble matter). It can be removed to obtain a filtrate. Ferulic acid can be precipitated by adding an acid to the filtrate. The obtained precipitate may be purified by usual means such as recrystallization.

得られたフェルラ酸は、常法により、例えばHPLC又はUPLC(波長320nm)等により同定でき、また定量することができる。   The obtained ferulic acid can be identified and quantified by a conventional method, for example, by HPLC or UPLC (wavelength 320 nm).

本発明のフェルラ酸の製造方法を、図1に示した例により説明する。原料はI(一軸破砕機)により機械的処理をされた後、CO(加熱処理装置)及びR(レファイナー)を経て、BR(併行糖化発酵槽)へ移送される。糖化発酵処理工程を経た処理懸濁液は、S(固液分離装置)で液体分と固形分(残渣)に分離される。得られた固形分は、フェルラ酸を得るための反応工程へ移送される。   The method for producing ferulic acid of the present invention will be described with reference to the example shown in FIG. The raw material is mechanically processed by I (uniaxial crusher), then transferred to BR (parallel saccharification and fermentation tank) through CO (heat treatment device) and R (refiner). The treated suspension through the saccharification and fermentation treatment step is separated into a liquid component and a solid component (residue) by S (solid-liquid separator). The obtained solid content is transferred to a reaction step for obtaining ferulic acid.

<その他の工程>
(発酵工程)
本発明の実施態様においては、糖化工程と発酵工程を別の反応槽で行ってもよい。前記固液分離工程で分離された液体分(濾液)は、発酵工程へ移送し発酵微生物を用いて発酵を行う。発酵微生物としては、サッカロマイセス・セラビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、ピキア・スティピティス(Pichia stipitis)、キャンディダ・シハタエ(Candida shihatae)、パチソレン・タノフィルス(Pachysolen tannophilus)、イサチェンキア・オリエンタリス(Issatchenkia orientalis)等の酵母やザイモモナス・モビリス(Zymomonas mobilis)等の細菌、等が挙げられる。また、遺伝子組換技術を用いて作製した遺伝子組換微生物(酵母、細菌等)を用いることもできる。遺伝子組換微生物としては、六炭糖と五炭糖を同時に発酵できる微生物を特に制限なく用いることができる。
微生物は固定化しておいても良い。微生物を固定化しておくと、次工程で微生物を分離して再回収するという工程を省くことができるため、少なくとも回収工程に要する負担を軽減することができ、微生物をロスが軽減できるというメリットがある。また、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。
<Other processes>
(Fermentation process)
In the embodiment of the present invention, the saccharification step and the fermentation step may be performed in separate reaction tanks. The liquid component (filtrate) separated in the solid-liquid separation step is transferred to a fermentation step and fermented using a fermentation microorganism. Examples of fermenting microorganisms include Saccharomyces cerevisiae, Pichia stipitis, Candida shiientais, and Pachisolen sapiens. -Bacteria, such as mobilis (Zymomonas mobilis), etc. are mentioned. In addition, genetically modified microorganisms (yeast, bacteria, etc.) produced using genetic recombination techniques can also be used. As the genetically modified microorganism, a microorganism capable of simultaneously fermenting hexose and pentose can be used without particular limitation.
Microorganisms may be immobilized. By immobilizing microorganisms, the process of separating and re-recovering microorganisms in the next step can be omitted, so that at least the burden required for the recovery process can be reduced and the loss of microorganisms can be reduced. is there. Moreover, the collection of microorganisms can be facilitated by selecting microorganisms having aggregating properties.

(蒸留工程)
前記発酵工程で発酵処理された処理液、又は併行糖化発酵工程で処理された処理液(固液分離工程を行った場合は、固液分離工程で分離された液体分)は、蒸留工程へ移送し減圧蒸留装置により発酵生成物(エタノール等)を蒸留分離することができる。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、エタノールの場合、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。
(Distillation process)
The processing liquid fermented in the fermentation process or the processing liquid processed in the concurrent saccharification and fermentation process (if the solid-liquid separation process is performed, the liquid component separated in the solid-liquid separation process) is transferred to the distillation process Then, the fermentation product (ethanol or the like) can be distilled and separated by a vacuum distillation apparatus. Since the fermentation product can be separated at a low temperature under reduced pressure, inactivation of the enzyme can be prevented. As the vacuum distillation apparatus, a rotary evaporator, a flash evaporator, or the like can be used.
In the case of ethanol, the distillation temperature is preferably 25 to 60 ° C. If it is lower than 25 ° C., it takes time to distill the product, and the productivity is lowered. On the other hand, when the temperature is higher than 60 ° C., the enzyme is heat-denatured and deactivated, and the amount of newly added enzyme increases, resulting in poor economic efficiency.
The concentration of the fermentation product remaining in the distillation residue fraction after distillation is preferably 0.1% by mass or less. By setting it as such a density | concentration, the amount of fermentation products discharged | emitted with a solid substance in a subsequent solid-liquid separation process can be reduced, and a yield can be improved.

(一次残渣分離工程)
本発明の実施態様においては、プロセス全体を前掲特許文献1のように構成してもよい。前掲特許文献1の図1及び図2に示す製造工程では、蒸留後の発酵生成物(エタノール等)を分離した後の蒸留残液は、一次残渣分離工程へ移送され、一次残渣分離装置C1で液体留分と残渣に分離される。一次残渣分離装置C1で分離された液体留分はライン7(及び培養液保管タンクT)を経由して一次併行糖化発酵槽BR1に循環される。また、図3に示す製造工程では、一次残渣分離工程(残渣分離装置C1)で分離された液体留分はライン3を経由して二次併行糖化発酵槽BR2(前記、一次併行糖化発酵工程とは異なる併行糖化発酵工程)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もできる。
(Primary residue separation process)
In the embodiment of the present invention, the entire process may be configured as in the above-mentioned Patent Document 1. In the manufacturing process shown in FIG. 1 and FIG. 2 of the above-mentioned Patent Document 1, the distillation residue after separation of the fermentation product after distillation (ethanol and the like) is transferred to the primary residue separation step, and in the primary residue separation device C1. Separated into liquid fraction and residue. The liquid fraction separated by the primary residue separator C1 is circulated to the primary parallel saccharification and fermentation tank BR1 via the line 7 (and the culture solution storage tank T). Further, in the production process shown in FIG. 3, the liquid fraction separated in the primary residue separation process (residue separation apparatus C1) passes through the line 3 to the secondary parallel saccharification and fermentation tank BR2 (the primary parallel saccharification and fermentation process and Are transferred to different parallel saccharification and fermentation processes). In the secondary concurrent saccharification and fermentation step, a new lignocellulose raw material can be added to cause saccharification and fermentation, or fermentation for the purpose of fermentation of pentoses such as xylose can be performed.

一次残渣分離工程で分離された液体留分には酵素が含まれており、糖化工程、一次併行糖化発酵工程又は二次併行糖化発酵工程へ循環し酵素含有液として再利用することができる。一次残渣分離工程で分離された残渣は、上述のフェルラ酸回収工程へ供することができる。一方、一次残渣分離工程で分離された残渣には酵素が含まれているので、酵素回収工程へ移送してもよい。   The liquid fraction separated in the primary residue separation step contains an enzyme, and can be recycled to the saccharification step, primary parallel saccharification and fermentation step, or secondary parallel saccharification and fermentation step and reused as an enzyme-containing liquid. The residue separated in the primary residue separation step can be subjected to the ferulic acid recovery step described above. On the other hand, since the residue separated in the primary residue separation step contains an enzyme, it may be transferred to the enzyme recovery step.

(二次残渣分離工程)
本発明の実施態様においては、プロセス全体を前掲特許文献1のように構成し、前記酵素回収工程において水溶性塩類で処理した後の残渣懸濁液を、二次残渣分離工程へ移送し、二次残渣分離装置C2により残渣と液体留分に分離してもよい。前掲特許文献1の図1及び図2に示す製造工程では、酵素を含む液体留分はライン8(及び培養液保管タンクT)を経由して一次併行糖化発酵槽BR1へ移送することができる。図3に示す製造工程では、二次残渣分離工程(二次残渣分離装置C2)で分離された液体留分はライン8aを経由して二次併行糖化発酵槽BR2(前記、一次併行糖化発酵工程とは異なる併行糖化発酵工程)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もできる。二次残渣分離工程で分離された残渣は、上述のフェルラ酸回収工程へ供することができる。
酵素を含む液体留分(濾液)を連続的に工程内を循環することにより工程内の酵素活性を長期にわたって高い水準に維持することができる。
(Secondary residue separation step)
In an embodiment of the present invention, the entire process is configured as described in Patent Document 1, and the residue suspension after being treated with water-soluble salts in the enzyme recovery step is transferred to a secondary residue separation step. You may isolate | separate into a residue and a liquid fraction by the next residue separation apparatus C2. In the manufacturing process shown in FIG. 1 and FIG. 2 of Patent Document 1, the liquid fraction containing the enzyme can be transferred to the primary saccharification and fermentation tank BR1 via the line 8 (and the culture solution storage tank T). In the production process shown in FIG. 3, the liquid fraction separated in the secondary residue separation step (secondary residue separation device C2) passes through the line 8a to the secondary parallel saccharification and fermentation tank BR2 (the primary parallel saccharification and fermentation step). To a different saccharification and fermentation process). In the secondary concurrent saccharification and fermentation step, a new lignocellulose raw material can be added to cause saccharification and fermentation, or fermentation for the purpose of fermentation of pentoses such as xylose can be performed. The residue separated in the secondary residue separation step can be subjected to the ferulic acid recovery step described above.
By continuously circulating the liquid fraction (filtrate) containing the enzyme in the process, the enzyme activity in the process can be maintained at a high level over a long period of time.

一次残渣分離工程、又は二次残渣分離工程で用いる残渣分離装置(一次残渣分離装置、二次残渣分離装置)としては、遠心分離機、フィルタープレス、ベルトプレス、ロータリープレス、スクリーン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。   As a residue separator (primary residue separator, secondary residue separator) used in the primary residue separation process or the secondary residue separation process, a centrifuge, a filter press, a belt press, a rotary press, a screen, or the like may be used. it can. As the screen, a vibrating screen to which a vibrating device is added can be used.

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。   EXAMPLES Next, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited by these Examples.

[実施例1]
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200g及び水酸化ナトリウム10gを添加後、水を添加し水溶液の容量を8L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(プレート)のクリアランスを1.0mmし磨砕した。次に20メッシュ(847μm)のスクリーンを用いて磨砕処理後の原料懸濁液を固液分離(脱水)することにより溶液の電気伝導度が30μS/cmになるまで水で洗浄した。固液分離後の固形分を原料(以下、「前処理原料」という。)として併行糖化発酵を行った。
[Example 1]
Chip-like eucalyptus and globula woodland residues (70% bark, 30% branches and leaves) were crushed with a uniaxial crusher (SC-15, manufactured by Saiho Kiko Co., Ltd.) equipped with a 20 mm round hole screen and used as a raw material.
After adding 200 g of 97% sodium sulfite and 10 g of sodium hydroxide to 1 kg (absolute dry weight) of the above raw material, water was added to adjust the volume of the aqueous solution to 8 L. The raw material suspension was mixed and then heated at 170 ° C. for 1 hour. The raw material suspension after the heat treatment was ground to a disc (plate) clearance of 1.0 mm with a refiner (KRK high concentration disc refiner). Next, the raw material suspension after the grinding treatment was subjected to solid-liquid separation (dehydration) using a 20 mesh (847 μm) screen, and washed with water until the electric conductivity of the solution reached 30 μS / cm. Simultaneous saccharification and fermentation was carried out using the solid content after solid-liquid separation as a raw material (hereinafter referred to as “pretreatment raw material”).

<併行糖化発酵>
予め、液体培地(グルコース30g/L、ポリペプトン5g/L、酵母エキス3g/L、麦芽エキス3g/L、pH5.6)50Lで、酵母Saccharomyces cerevisiae (市販酵母、商品名:商品名:Maurivin: Mauri Yeast Australia Pty Limited)を、30℃、24時間培養した。糖化発酵槽にポリペプトン5g/L、酵母エキス3g/L、麦芽エキス3g/Lとなるように各々を添加後,水を添加し最終容量を0.8mに調整した。酵母菌体を含む培養液を糖化発酵槽に添加し24時間培養した。酵母の密度が、1x10/mlに増殖した時点で、市販セルラーゼ溶液(マルティフェクトCX10L)50L、及び原料100kg(乾燥重量)を糖化発酵槽に添加した。次に、糖化発酵槽に水を添加し培養液の最終容量を1mに調製した。培養液のpHを5.0に調整し30℃で併行糖化発酵を開始した。糖化発酵槽BR内での培養液の滞留時間(原料懸濁液が糖化発酵槽を通過する時間:糖化発酵槽の容量/流速)を20時間に設定し糖化発酵行った。すなわち、糖化発酵を開始した時点から、固形分濃度(乾燥重量当たり)が10質量%の原料懸濁液(原料を水に懸濁)を流速50L/hで糖化発酵槽の原料供給口から連続的に添加した。一方、原料供給開始と同時に糖化発酵槽の培養液排出口より原料懸濁液を50L/hで排出し、固液分離工程へ移送した。また、前記セルラーゼ溶液を2.5L/hで糖化発酵槽に連続的に添加した。尚、連続運転中に培養液が減少した場合、自動的に培地を添加することにより培養液の最終容量を1mに維持した。培養中の培養液のpHを5.0に維持した。
<Concurrent saccharification and fermentation>
In advance, in a liquid medium (glucose 30 g / L, polypeptone 5 g / L, yeast extract 3 g / L, malt extract 3 g / L, pH 5.6) 50 L, yeast Saccharomyces cerevisiae (commercially available yeast, trade name: trade name: Maurivin: Maurii) Yeast Australia Pty Limited) was cultured at 30 ° C. for 24 hours. After adding each to a saccharification and fermentation tank so that it might become 5 g / L of polypeptone, 3 g / L of yeast extract, and 3 g / L of malt extract, water was added to adjust the final volume to 0.8 m 3 . A culture solution containing yeast cells was added to the saccharification and fermentation tank and cultured for 24 hours. When the density of the yeast grew to 1 × 10 8 / ml, 50 L of a commercially available cellulase solution (Multifect CX10L) and 100 kg (dry weight) of the raw material were added to the saccharification and fermentation tank. Next, water was added to the saccharification and fermentation tank to adjust the final volume of the culture solution to 1 m 3 . The pH of the culture solution was adjusted to 5.0, and concurrent saccharification and fermentation was started at 30 ° C. Saccharification and fermentation were carried out by setting the retention time of the culture solution in the saccharification and fermentation tank BR (time for the raw material suspension to pass through the saccharification and fermentation tank: capacity / flow rate of the saccharification and fermentation tank) to 20 hours. That is, from the start of saccharification and fermentation, a raw material suspension (raw material is suspended in water) having a solid content concentration (per dry weight) of 10% by mass is continuously supplied from the raw material supply port of the saccharification and fermentation tank at a flow rate of 50 L / h. Was added. On the other hand, the raw material suspension was discharged at 50 L / h from the culture liquid outlet of the saccharification and fermentation tank simultaneously with the start of the raw material supply, and transferred to the solid-liquid separation step. The cellulase solution was continuously added to the saccharification and fermentation tank at 2.5 L / h. When the culture solution decreased during continuous operation, the final volume of the culture solution was maintained at 1 m 3 by automatically adding a medium. The pH of the culture medium during the culture was maintained at 5.0.

<固液分離>
前記併行糖化発酵工程から排出された原料懸濁液を、スクリュープレス(富国工業株式会社製SHX−200 x 1500L、スクリーンサイズ1.2mm)で固液分離して固形分(残渣)と液体分(濾液)を分離した。
<Solid-liquid separation>
The raw material suspension discharged from the parallel saccharification and fermentation step is solid-liquid separated by a screw press (SHX-200 x 1500 L, screen size 1.2 mm, manufactured by Togoku Industry Co., Ltd.) to obtain a solid (residue) and a liquid ( The filtrate) was separated.

前記固形分(残渣)を試料として用いた。三口フラスコに試料10g(絶乾重量)、水酸化ナトリウム1.5g(絶乾重量)、水20ml、イソプロピルアルコール20mlを添加後、90-100℃まで加熱し8時間攪拌し反応させた。その後、前記混合液を室温まで冷却した。次に、ヘキサンを混合液に添加し、攪拌後、水層とヘキサン層に分画した。水層を濾過し固形分(不溶物)を除去し、ろ液を得た。ろ液に7.5N硫酸を5ml添加し、フェルラ酸を結晶化させた。得られた結晶をろ過し、結晶を再度熱湯で溶解した後、再結晶化させ、フェルラ酸を精製した。試料から精製したフェルラ酸をHPLC(カラム/CADENZA CD-C18、カラム温度/30℃、溶離液/MeOH(10→60%)+酢酸水溶液(90→40%)、波長320nmで測定)で分析し、試料に含まれるフェルラ酸を測定した。結果を表1に示す。   The solid content (residue) was used as a sample. After adding 10 g of sample (absolute dry weight), 1.5 g of sodium hydroxide (absolute dry weight), 20 ml of water and 20 ml of isopropyl alcohol to a three-necked flask, the mixture was heated to 90-100 ° C. and stirred for 8 hours to react. Thereafter, the mixture was cooled to room temperature. Next, hexane was added to the mixture, and after stirring, the mixture was fractionated into an aqueous layer and a hexane layer. The aqueous layer was filtered to remove solid content (insoluble matter) to obtain a filtrate. 5 ml of 7.5N sulfuric acid was added to the filtrate to crystallize ferulic acid. The obtained crystals were filtered, and the crystals were dissolved again with hot water and then recrystallized to purify ferulic acid. The ferulic acid purified from the sample was analyzed by HPLC (column / CADENZA CD-C18, column temperature / 30 ° C, eluent / MeOH (10 → 60%) + acetic acid aqueous solution (90 → 40%), measured at a wavelength of 320 nm). The ferulic acid contained in the sample was measured. The results are shown in Table 1.

[実施例2]
実施例1において、反応に用いた試料を3gに変更した以外は実施例1と同様の方法で試験した。再結晶による単離はできなかったが、細かい結晶が生成した。結果を表1に示す。
[Example 2]
In Example 1, it tested by the method similar to Example 1 except having changed the sample used for reaction into 3g. Although it could not be isolated by recrystallization, fine crystals were formed. The results are shown in Table 1.

[比較例1]
実施例1において、試料として残渣の代わりに糖化発酵前の前処理原料を用いた以外は実施例1と同様の方法で試験した。結晶が生成しなかった。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
In Example 1, it tested by the method similar to Example 1 except having used the pre-processing raw material before saccharification and fermentation instead of the residue as a sample. Crystals did not form. The results are shown in Table 1.

[比較例2]
実施例1において、試料として残渣の代わりに固液分離後の液体分を濃縮、乾燥して得られた固形分(固形分A)を用いた以外は実施例1と同様の方法で試験した。結晶が生成しなかった。結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
In Example 1, it tested by the method similar to Example 1 except having used the solid content (solid content A) obtained by concentrating and drying the liquid component after solid-liquid separation instead of the residue as a sample. Crystals did not form. The results are shown in Table 1.

Figure 0006343967
Figure 0006343967

表1に示すように、糖化発酵後の培養液を固形分と液体分に固液分離し、得られた固形分から効率的にフェルラ酸が製造できることが判明した。   As shown in Table 1, it was found that ferulic acid can be efficiently produced from the solid content obtained by solid-liquid separation of the culture solution after saccharification and fermentation into a solid content and a liquid content.

本発明により、リグノセルロース系バイオマスを原料としたエタノール等の有用物質生産において、糖化発酵後の固形分(残渣)からフェルラ酸を製造することができる。フェルラ酸は、食品、化粧品及び医療等の分野で有用である。   According to the present invention, ferulic acid can be produced from a solid content (residue) after saccharification and fermentation in the production of useful substances such as ethanol using lignocellulosic biomass as a raw material. Ferulic acid is useful in fields such as food, cosmetics and medicine.

Claims (7)

リグノセルロース系原料からの、酵素により糖化処理する工程を経た処理懸濁液を固液分離し、得られた固形分をアルカリ処理することによりフェルラ酸を分離する工程を含む、フェルラ酸を製造する方法。 Manufacture ferulic acid, including a step of solid-liquid separation of a suspension of lignocellulosic raw material that has undergone a saccharification treatment with an enzyme, and separating the ferulic acid by subjecting the resulting solid to an alkali treatment Method. 前記固形分が、リグニンを含有することを特徴とする、請求項1に記載のフェルラ酸の製造方法。   2. The method for producing ferulic acid according to claim 1, wherein the solid content contains lignin. 処理懸濁液が、酵素糖化処理の前に前処理工程を経たものである、請求項1又は2に記載のフェルラ酸の製造方法。   The method for producing ferulic acid according to claim 1 or 2, wherein the treated suspension has undergone a pretreatment step before the enzymatic saccharification treatment. 前処理が、化学的処理である、請求項3に記載のフェルラ酸の製造方法。   The method for producing ferulic acid according to claim 3, wherein the pretreatment is a chemical treatment. 処理懸濁液が、酵素糖化処理と併行して又は酵素糖化処理の後に発酵処理したものである、請求項1〜4のいずれか1項に記載のフェルラ酸の製造方法。   The method for producing ferulic acid according to any one of claims 1 to 4, wherein the treated suspension is fermented together with the enzymatic saccharification treatment or after the enzymatic saccharification treatment. リグノセルロース系原料が、広葉樹から得られたものである、請求項1〜5のいずれか1項に記載のフェルラ酸の製造方法。   The method for producing ferulic acid according to any one of claims 1 to 5, wherein the lignocellulosic material is obtained from hardwood. アルカリが水酸化ナトリウムである、請求項1〜6のいずれか1項に記載のフェルラ酸の製造方法。The method for producing ferulic acid according to any one of claims 1 to 6, wherein the alkali is sodium hydroxide.
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