JP6375645B2 - Ethanol production method from lignocellulose - Google Patents

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Description

本発明は、リグノセルロースを含有するバイオマスからエタノールを製造する方法において問題となる工程内で発生する雑菌の汚染を抑制し、効率的にエタノールを製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for efficiently producing ethanol by suppressing contamination of various germs occurring in a process that causes problems in a method for producing ethanol from biomass containing lignocellulose.

再生可能資源であるバガスや稲わら、木材チップなどのバイオマス資源からエタノールを製造し、エネルギーや化学原料として利用する試みが内外で進められている。
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。酵素分解により、バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースが分解されて、グルコース、ガラクトース、マンノース等の六炭糖やキシロース、アラビノース等の五炭糖が生成される。これらの六炭糖や五炭糖は酵母により資化されてエタノールに変換される。
Attempts to produce ethanol from biomass resources such as bagasse, rice straw, and wood chips, which are renewable resources, and to use them as energy and chemical raw materials are underway in Japan and overseas.
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. By enzymatic decomposition, cellulose and hemicellulose contained in the biomass are decomposed to produce hexoses such as glucose, galactose and mannose, and pentoses such as xylose and arabinose. These hexose and pentose sugars are assimilated by yeast and converted to ethanol.

エタノール製造工程へ供給する原料、培地成分、水、酵素、酵母などには雑菌が含まれている場合があるため、製造工程に供給する前に可能な限り雑菌を除去しておくことが望ましい。エタノールを連続的に製造する工程において、製造中に工程内で雑菌が増殖すると酵母の生育が抑制されてエタノール生産性が低下する。従って、連続的なエタノール製造工程において、雑菌汚染を簡易な方法で効率良く抑制することはエタノール生産性を高める上で重要な課題である。 Since raw materials, medium components, water, enzymes, yeast, and the like supplied to the ethanol production process may contain various germs, it is desirable to remove the germs as much as possible before supplying them to the production process. In the process of producing ethanol continuously, if miscellaneous bacteria grow in the process during production, the growth of yeast is suppressed and ethanol productivity is lowered. Therefore, in a continuous ethanol production process, it is an important issue to increase the productivity of ethanol to efficiently suppress contamination with a simple method.

前記問題を解決するために、糖質原料からエタノールを製造する方法において、酸性電解水を用いて雑菌の増殖を抑制する方法が報告されている(特許文献1)。また、果物の脱汁液からエタノールを製造する方法において、酸性物質を用いて雑菌の増殖を抑制する方法が報告されている(特許文献2)。しかし、前記方法では、培養液のpHを酸性にする必要があるため酵素の作用や酵母の生育に適した培養条件で培養することができない、あるいは、培養装置だけでなく製造ライン(配管)等を含む工程全体の雑菌抑制を目的とした方法としては効果が不十分であることが懸念される。
従って、連続的にエタノールを製造する工程において、培養槽だけでなくラインも含む工程全体の雑菌の増殖を抑制し、もし、連続運転の途中で外部から雑菌が混入したとしても混入した雑菌の増殖を簡易な方法で効率的に抑制する方法の開発が望まれている。
In order to solve the above problem, a method for inhibiting the growth of various bacteria using acidic electrolyzed water in a method for producing ethanol from a saccharide raw material has been reported (Patent Document 1). In addition, in a method for producing ethanol from a fruit juice, a method for suppressing the growth of various bacteria using an acidic substance has been reported (Patent Document 2). However, in the above method, it is necessary to make the pH of the culture solution acidic, so that the culture cannot be performed under the culture conditions suitable for the action of the enzyme and the growth of yeast, or not only the culture apparatus but also the production line (pipe), etc. There is a concern that the effect is insufficient as a method aiming at suppression of various bacteria in the entire process including.
Therefore, in the process of continuously producing ethanol, the growth of bacteria in the entire process including not only the culture tank but also the line is suppressed, and even if bacteria are contaminated from the outside during continuous operation, It is desired to develop a method for efficiently suppressing the above in a simple manner.

特開2009−261377号公報JP 2009-261377 A 特開2011−167164号公報JP 2011-167164 A

本発明の課題は、リグノセルロースを含有するバイオマスからエタノールを製造する方法において、エタノール製造工程(培養槽等の装置やラインを含む全工程)で発生する雑菌の増殖を簡易な方法で効率的に抑制することにより生産性の高いエタノール製造方法を提供することにある。     An object of the present invention is to efficiently produce a variety of bacteria generated in an ethanol production process (all processes including a device such as a culture tank and a line) in a method for producing ethanol from lignocellulose-containing biomass by a simple method. It is providing the ethanol production method with high productivity by suppressing.

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、リグノセルロース系原料からエタノールを製造する方法において、エタノール製造設備をアルカリ水溶液で洗浄した後にエタノールの製造を行うことにより、エタノール製造設備内で発生する雑菌汚染を抑制することが可能となり、エタノール生産性を高いレベルに維持できることを見出し、下記発明を完成した。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention produced ethanol from a lignocellulosic raw material by producing ethanol after washing the ethanol production equipment with an alkaline aqueous solution. The inventors have found that it is possible to suppress contamination with germs occurring in the production facility, and that ethanol productivity can be maintained at a high level, and the following invention has been completed.

(1)リグノセルロース系原料からエタノールを製造する方法において、エタノール製造設備をアルカリ水溶液で洗浄した後にエタノールの製造を行う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製造方法。 (1) A method for producing ethanol from a lignocellulosic material, wherein ethanol is produced after washing the ethanol production facility with an alkaline aqueous solution in the method for producing ethanol from a lignocellulosic material.

(2)前記アルカリ水溶液の濃度が1〜10質量であ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製造方法。 (2) The method for producing ethanol from a lignocellulosic raw material according to (1), wherein the concentration of the alkaline aqueous solution is 1 to 10 % by mass.

(3)前記アルカリ水溶液でエタノール製造工程内を循環させることを特徴とする(1)項または(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製造方法。 (3) The method for producing ethanol from a lignocellulosic material according to (1) or (2), wherein the alkaline aqueous solution is circulated in the ethanol production process.

(4)前記エタノール製造設備をアルカリ水溶液で接触させる時間が1分間以上であることを特徴とする(1)〜(3)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製造方法。 (4) The method for producing ethanol from a lignocellulosic raw material according to any one of (1) to (3), wherein the time for contacting the ethanol production facility with an alkaline aqueous solution is 1 minute or longer. .

(5)前記アルカリ水溶液の温度が35〜85℃であることを特徴とする(1)〜(4)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製造方法。 (5) The method for producing ethanol from a lignocellulosic raw material according to any one of (1) to (4), wherein the temperature of the alkaline aqueous solution is 35 to 85 ° C.

本発明により、リグノセルロース系原料からエタノールを製造する方法において、エタノール製造設備内で発生する雑菌汚染を抑制することが可能となり、エタノール生産性を高いレベルに維持することができる。 According to the present invention, in the method for producing ethanol from lignocellulosic raw materials, it is possible to suppress contamination of germs occurring in the ethanol production facility, and the ethanol productivity can be maintained at a high level.

本発明のリグノセルロース原料からエタノールを製造する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of manufacturing ethanol from the lignocellulose raw material of this invention.

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、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。
<Lignocellulose raw material>
As a lignocellulosic raw material used as a raw material in the method of the present invention, as a woody system, chips or bark of papermaking trees, forest land residual materials, thinned wood, etc., sprouts generated from stumps of woody plants, sawmills, etc. Sawdust or sawdust that is generated, pruned branches and leaves of street trees, building waste, etc., and herbaceous agricultural waste such as kenaf, rice straw, straw, corn cob, bagasse, industrial crop residues such as oil crops and rubber, and Examples include wastes (for example, EFB: Empty Fruit Bunch), herbaceous energy crops Eliansus, Miscanthus, and Napiergrass.
Further, as biomass, food waste such as paper derived from wood, waste paper, pulp, pulp sludge, sludge, sewage sludge, and the like can be used as raw materials. These biomasses can be used alone or in combination. The biomass can be used as 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、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。   Examples of the woody lignocellulosic raw material include Eucalyptus genus plants, Salix genus plants, Poplar genus plants, Acacia genus plants, and Cryptomeria genus plants. Plants, genus Acacia and willow genus are preferable because they can be easily collected in large quantities as raw materials. Among the lignocellulosic raw materials derived from woody plants, forest land remnants (including bark and leaves) and bark are preferable. 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.

<機械的処理工程>
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ことができる。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る。機械的処理により、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。機械的処理で使用する装置については特に限定されないが、例えば、切出し装置、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。
<Mechanical treatment process>
In the present invention, the lignocellulose raw material can be subjected to mechanical treatment. Examples of the mechanical treatment include any mechanical means such as cutting, cutting, crushing, and grinding. By the mechanical treatment, lignocellulose is easily saccharified in the chemical treatment step of the next step. The apparatus used in the mechanical treatment is not particularly limited, and for example, a cutting apparatus, a single-screw crusher, a twin-screw crusher, a hammer crusher, a refiner, a kneader, a ball mill, or the like 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>
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。化学的処理で用いる化学薬品としては、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。
<Chemical treatment>
Next, the mechanically treated lignocellulose raw material is then chemically treated. The chemical used in the chemical treatment is selected from one or more alkaline chemicals selected from sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, sodium carbonate and sodium hydrogen carbonate, or sodium sulfite and the above alkaline chemicals A pretreatment including a chemical treatment of immersing in a solution containing one or more 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 post-treatment of the pretreatment in combination with the mechanical treatment.

化学的処理で使用する化学薬品の添加量は、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20〜120分、処理温度80〜230℃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90分以下、処理温度は200℃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 according to the situation, but lignocellulose can be used to reduce the cost of chemicals and to prevent the yield from decreasing due to cellulose dissolution and over-decomposition. It is desirable that it is 70 mass parts or less with respect to 100 mass parts of absolutely dry of a system raw material. Although the immersion time and the processing temperature of the chemical | medical solution in chemical processing can be arbitrarily set with the raw material and chemical | medical agent to be used, processing time 20-120 minutes and processing temperature 80-230 degreeC 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 90 minutes or less and the processing temperature is preferably 200 ° C. or less.

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。 As the chemical treatment, 10 to 70% by mass of sodium sulfite and 0.1 to 20% 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.

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0.1〜20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。 When the heat treatment is performed by adding 10 to 70% by mass of sodium sulfite and 0.1 to 20% by mass of alkali as a pH adjuster with respect to the lignocellulose raw material (dry weight), the heat treatment temperature 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、前記化学的処理により得られたリグノセルロース原料を磨砕処理することが望ましい。磨砕処理で用いる磨砕処理装置としては、レファイナー、ボールミル等が挙げられる。レファイナーを用いる場合、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の範囲で磨砕することがさらに好ましい。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を超えると糖化また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, it is desirable to grind the lignocellulose raw material obtained by the chemical treatment. Examples of the grinding device used in the grinding treatment include a refiner and a ball mill. When a refiner is used, the refiner disk (plate) clearance is preferably ground within a range of 0.1 to 2.0 mm, and more preferably within a range of 0.1 to 1.0 mm. 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 concurrent 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た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、固形分を糖化または併行糖化発酵の原料として用いることができる。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 subjected to the above-mentioned grinding treatment can be solid-liquid separated into an aqueous solution and a solid content, and the solid content can be 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.

前記の固形分離後の原料を用いて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。
It is preferable to perform sterilization treatment before saccharification or parallel saccharification fermentation using the raw material after the solid separation. 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.

前記前処理が施されているリグノセルロース原料が、糖化工程又は一次併行糖化発酵工程へ供給される。   The lignocellulose raw material subjected to the pretreatment is supplied to the saccharification step or the primary concurrent saccharification and fermentation step.

<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。
<Saccharification process>
The lignocellulosic raw material that has been subjected to pretreatment suitable for the enzymatic saccharification reaction is mixed with an appropriate amount of water and an enzyme to form a raw material suspension, which is supplied to the saccharification step. Lignocellulose-based raw materials are saccharified (cellulose → glucose, hemicellulose → glucose, xylose) by enzymes (cellulase, hemicellulase).

<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、生成された糖類が発酵微生物(酵母など)によりエタノールに発酵される。
<Concurrent saccharification and fermentation process>
The lignocellulosic raw material that has been pretreated suitable for the enzymatic saccharification reaction is mixed with an appropriate amount of water and enzyme to form a raw material suspension, and further mixed with microorganisms such as yeast and supplied to the parallel saccharification and fermentation process. The The lignocellulosic material is saccharified by an enzyme, and the produced saccharide is fermented to ethanol by a fermentation 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、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。
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 Commercially available products of such cellulase preparations are all trade names, for example, cellulosin T2 (manufactured by HIPI), mecerase (manufactured by Meiji Seika Co., Ltd.), Novozyme 188 (manufactured by Novozyme), multifect CX10L (manufactured by Genencor) ), GC220 (manufactured by Genencor).
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.

糖化工程また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 concurrent 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, and 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.

<発酵工程>
糖化工程と発酵工程を別の反応槽で行う場合は、前記糖化工程後の処理液は、発酵工程へ移送し発酵微生物を用いて発酵を行う。
<Fermentation process>
When performing a saccharification process and a fermentation process with another reaction tank, the process liquid after the said saccharification process is transferred to a fermentation process, and fermentation is performed using a fermentation microorganism.

発酵工程、又は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。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 fermentation process or the concurrent saccharification and fermentation process, fermented microorganisms that can ferment sugars (hexose sugar, pentose sugar) are used. Examples of fermenting microorganisms include Saccharomyces cerevisiae, Pichia stipais, and Candida shihatae 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>
前記併行糖化発酵工程又は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。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。固液分離で用いるメッシュサイズは、1.25〜600メッシュが好ましく、60〜600メッシュがさらに好ましい。
<Solid-liquid separation process>
The culture solution discharged from the parallel saccharification and fermentation process or the fermentation process is 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 mesh size used in the solid-liquid separation is preferably 1.25 to 600 mesh, more preferably 60 to 600 mesh.

固液分離工程で分離された液体分(濾液)はエタノール蒸留工程へ移送される。 The liquid component (filtrate) separated in the solid-liquid separation process is transferred to the ethanol distillation process.

<エタノール蒸留工程>
併行糖化発酵工程、又は発酵工程から排出された培養液は、蒸留工程で減圧蒸留装置等のエタノール分離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。
<Ethanol distillation process>
The culture solution discharged from the concurrent saccharification and fermentation process or the fermentation process can be subjected to distillation separation of a fermentation product (ethanol or the like) by an ethanol separation apparatus such as a vacuum distillation apparatus in the distillation process. 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.
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.

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、固液分離装置により残渣と液体分に分離することができる。分離された残渣には、酵素、リグニン、発酵微生物が含まれている。残渣に吸着している酵素を遊離させて回収し、再利用することもできる。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。発酵微生物(酵母など)を残渣から分離して、糖化又は併行糖化発酵工程で再利用することもできる。   The distillation residue after separation of the fermentation product (such as ethanol) after distillation can be separated into a residue and a liquid by a solid-liquid separator. The separated residue contains enzymes, lignin, and fermenting microorganisms. The enzyme adsorbed on the residue can be released and recovered and reused. Lignin can be recovered as a combustion raw material and used as energy, or lignin can be recovered and used effectively. Fermentation microorganisms (such as yeast) can be separated from the residue and reused in the saccharification or concurrent saccharification and fermentation process.

[CIP洗浄工程]
本発明では、エタノール製造設備を運転する前にアルカリ水溶液でエタノール製造設備(糖化発酵槽、糖化発酵槽に接続する配管、濃縮塔に接続する配管)の殺菌(以下、「CIP」洗浄という。)を行う。「CIP」洗浄に用いるアルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。前記アルカリに殺菌効果を高めるための薬剤を添加することもできる。
前記「CIP」洗浄を行うことにより、エタノール製造設備内で発生する雑菌汚染を抑制することが可能となり、エタノール生産性を高いレベルに維持することができる。
[CIP cleaning process]
In the present invention, before the ethanol production facility is operated, the ethanol production facility (saccharification and fermentation tank, piping connected to the saccharification and fermentation tank, piping connected to the concentrating tower) is sterilized with an alkaline aqueous solution (hereinafter referred to as “CIP” cleaning). I do. Examples of the alkali used for “CIP” washing include sodium hydroxide and potassium hydroxide. A chemical for enhancing the bactericidal effect can be added to the alkali.
By performing the “CIP” cleaning, it is possible to suppress the contamination of germs occurring in the ethanol production facility, and the ethanol productivity can be maintained at a high level.

「CIP洗浄工程]で用いるアルカリ水溶液のアルカリ濃度は、1〜10質量%が好ましく、2〜8質量%がさらに好ましく、3〜7質量%が特に好ましい。アルカリ濃度が1質量%以下では、雑菌の抑制効果が得られにくく、一方、10質量%を越えると雑菌の抑制効果が頭打ちとなりコストが上昇するため好ましくない。   The alkali concentration of the alkaline aqueous solution used in the “CIP cleaning step” is preferably 1 to 10% by mass, more preferably 2 to 8% by mass, and particularly preferably 3 to 7% by mass. On the other hand, if it exceeds 10% by mass, the effect of suppressing germs reaches its peak and the cost increases.

前記エタノール製造設備をアルカリ水溶液で接触させる時間は、1分間以上で行うことができ、5分間以上が好ましく、10分間以上がさらに好ましい。前記アルカリ水溶液の温度は、特に限定されないが、35〜85℃であると雑菌の抑制効果が高まるため好ましい。また、前記アルカリ水溶液をエタノール製造工程内に繰り返し循環させると雑菌の抑制効果が高まるため好ましい。 The time for contacting the ethanol production facility with the alkaline aqueous solution may be 1 minute or longer, preferably 5 minutes or longer, and more preferably 10 minutes or longer. The temperature of the alkaline aqueous solution is not particularly limited, but is preferably 35 to 85 ° C. because the effect of suppressing various germs increases. In addition, it is preferable to repeatedly circulate the alkaline aqueous solution in the ethanol production process because the effect of suppressing various germs increases.

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]
[CIP洗浄工程]
エタノール製造設備(呉工場)で、下記[前処理]〜[残渣分離]に記載の方法で連続的に14日間エタノール製造設備を運転し、エタノール生産を行った(第1回目運転)。運転を開始してから14日目で運転を停止した。エタノール製造設備(呉工場)のCIP作業手順書に従って、エタノール製造工程の糖化発酵設備(糖化発酵槽、糖化発酵槽に接続する配管、濃縮塔に接続する配管)の殺菌を4質量%水酸化ナトリウム水溶液を用いて行った。CIP洗浄後、再度、下記[前処理]〜[残渣分離]に記載の方法で連続的に14日間エタノール生産を行った(第2回目運転)
[Example 1]
[CIP cleaning process]
At the ethanol production facility (Kure Factory), the ethanol production facility was continuously operated for 14 days by the method described in [Pretreatment] to [Residue Separation] to perform ethanol production (first operation). The operation was stopped on the 14th day after the operation was started. 4 mass% sodium hydroxide for sterilization of saccharification and fermentation equipment (saccharification and fermentation tank, piping connected to saccharification and fermentation tank, piping connected to concentrating tower) of ethanol production process according to CIP work procedure manual of ethanol production equipment (Kure factory) Performed with aqueous solution. After the CIP cleaning, ethanol production was continuously performed again for 14 days by the method described in [Pretreatment] to [Residue separation] below (second operation).

[前処理工程]
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%、以下「原料」という。)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)のホッパーに投入し、破砕した。破砕ローターの下部にエアーを原料(乾燥重量)1kgに対して1分間に500mlの流量でロータに対して均一に連続的に噴射した。電力積算計を用いて一軸破砕機の運転に要した電力消費量(kWh/t:乾燥重量)を測定した。
[Pretreatment process]
A single-shaft crusher (SC-15, manufactured by Saiho Kiko Co., Ltd.) with a 20 mm round hole screen made of chip-like eucalyptus globula woodland residue (70% bark, 30% branches and leaves, hereinafter referred to as “raw material”). It was put into a hopper and crushed. Air was sprayed uniformly and continuously onto the rotor at a flow rate of 500 ml per minute for 1 kg of raw material (dry weight) at the bottom of the crushing rotor. The power consumption (kWh / t: dry weight) required for the operation of the uniaxial crusher was measured using a power integrator.

[化学的処理工程]
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、120℃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に設定し磨砕した。次に60メッシュ(250μm)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として糖化処理を行った。
[Chemical treatment process]
After adding 200 g of 97% sodium sulfite and 10 g of sodium hydroxide to 1 kg (absolute dry weight) of the 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 120 ° C. for 1 hour. The raw material suspension after the heat treatment was crushed with a refiner (manufactured by Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd., KRK high concentration disc refiner) with the disc (plate) clearance set to 1.0 mm. Next, the raw material suspension after the grinding treatment was subjected to solid-liquid separation (dehydration) using a 60 mesh (250 μm) screen, and washed with water until the electric conductivity of the solution reached 30 μS / cm. The saccharification treatment was performed using the solid content after solid-liquid separation as a raw material.

[併行糖化発酵工程]
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で酵母としてSaccharomyces cerevisiae (市販酵母、商品名:商品名:Maurivin: Mauri Yeast Australia Pty Limited)を30℃で24時間培養した。
図1に示す糖化発酵槽BR1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BR1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、ジェネンコア社製)50L、及び原料100kg(乾燥重量)を糖化発酵槽BR1に添加した。次に、糖化発酵槽BR1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℃で一次併行糖化発酵を開始した。糖化発酵槽BR1内での培養液の滞留時間(原料懸濁液が糖化発酵槽BR1を通過する時間:糖化発酵槽BR1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BR1の原料供給口1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BR1の培養液排出口2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で培養槽BR1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 process]
Saccharomyces cerevisiae (commercially available yeast, trade name: trade name: Maurivin: Mauri) as yeast 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) in advance. Yeast Australia Pty Limited) was cultured at 30 ° C. for 24 hours.
1 was added to the saccharification and fermentation tank BR1 shown in FIG. 1 so that the polypeptone was 5 g / L, the yeast extract was 3 g / L, and the malt extract was 3 g / L, and 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 BR1 and cultured for 24 hours. When the density of yeast grew to 1 × 10 8 / ml, 50 L of a commercially available cellulase solution (Multifect CX10L, Genencor) and 100 kg (dry weight) of raw material were added to the saccharification and fermentation tank BR1. Next, water was added to the saccharification and fermentation tank BR1 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 primary parallel 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 BR1 (time for the raw material suspension to pass through the saccharification and fermentation tank BR1: capacity / flow rate of the saccharification and fermentation tank BR1) to 20 hours. That is, from the start of saccharification and fermentation, a raw material suspension (raw material suspended in water) having a solid content concentration (per dry weight) of 10% by mass at a flow rate of 50 L / h is a raw material supply port 1 of the saccharification and fermentation tank BR1 From continuously. On the other hand, the raw material suspension was discharged at 50 L / h from the culture liquid outlet 2 of the saccharification and fermentation tank BR1 simultaneously with the start of the raw material supply, and transferred to the solid-liquid separation process. The cellulase solution was continuously added to the culture tank BR1 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.

[固液分離工程]
前記一次併行糖化発酵工程から排出された原料懸濁液を、固液分離装置S: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(14メッシュ))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 process]
The raw material suspension discharged from the primary saccharification and fermentation step is subjected to solid-liquid separation using a solid-liquid separator S: screw press (SHX-200 x 1500 L, screen size 1.2 mm (14 mesh) manufactured by Togoku Industry Co., Ltd.). The solid (residue) and liquid (filtrate) were separated.

[エタノール蒸留工程]
前記固液分離で分離した液体分を減圧蒸留装置EV(エバポールCEP−1、大川原製作所)で蒸留温度:40℃、加熱温度:80℃、供給液量:95L/hの条件でエタノールを含む水溶液と濃縮液に分離した。
[Ethanol distillation process]
The liquid component separated by the solid-liquid separation is an aqueous solution containing ethanol at a distillation temperature of 40 ° C., a heating temperature of 80 ° C., and a supply liquid amount of 95 L / h using a vacuum distillation apparatus EV (Evapor PEP-1, Okawara Seisakusho). And concentrated.

[残渣分離工程]
減圧蒸留装置EVから分離された濃縮液をデカンタ式遠心機(IHI製、HS−204L形)で回転数4500rpm、差速5.0rpmで運転し、固形分(残渣A)と液体分(濾液)に分離した。液体分はライン7を経由して糖化発酵槽BR1へ移送した。
[Residue separation step]
The concentrated liquid separated from the vacuum distillation apparatus EV is operated at a rotational speed of 4500 rpm and a differential speed of 5.0 rpm in a decanter centrifuge (IHI, HS-204L type), and the solid content (residue A) and liquid content (filtrate) Separated. The liquid was transferred to the saccharification and fermentation tank BR1 via line 7.

<データ測定>
併行糖化発酵を開始してから14日後(336時間後)、併行糖化発酵槽BR1の排出口2から培養液を採取しエタノール濃度、酵母、及び一般細菌(雑菌)の菌密度を測定した。エタノール濃度はグルコースセンサー(王子計測機器製BF−400型)で測定した。
結果を表1に示す。
<Data measurement>
After 14 days (336 hours) from the start of the parallel saccharification and fermentation, the culture solution was collected from the outlet 2 of the parallel saccharification and fermentation tank BR1, and the cell density of ethanol, yeast, and general bacteria (miscellaneous bacteria) was measured. The ethanol concentration was measured with a glucose sensor (BF-400 manufactured by Oji Scientific Instruments).
The results are shown in Table 1.

[比較例1]
実施例1において、[CIP洗浄工程]を省略した以外は全て実施例1と同様の方法で試験した。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
In Example 1, all tests were performed in the same manner as in Example 1 except that [CIP cleaning step] was omitted. The results are shown in Table 1.

表1

Figure 0006375645
Table 1
Figure 0006375645

表1に示すように、第1回目のエタノール製造を行なった後、第2回目のエタノール製造を行う前に[CIP洗浄工程]を導入した場合(実施例1)、挿入しない場合(比較例1)と比較し、雑菌汚染が抑制され、培養槽から排出される培養液に含まれるエタノール濃度が高かった。   As shown in Table 1, after performing the first ethanol production, before introducing the second ethanol production, the [CIP cleaning step] was introduced (Example 1) and not inserted (Comparative Example 1). ), The concentration of ethanol contained in the culture solution discharged from the culture tank was high.

本発明により、エタノール製造設備で発生する雑菌の汚染を抑制することができるため、エタノール生産性を高いレベルに維持することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to suppress contamination of germs generated in an ethanol production facility, so that ethanol productivity can be maintained at a high level.

1:原料供給口
2:併行糖化発酵槽排出口
3:固形分移送ライン
4:液体分移送ライン
5:蒸留後濃縮液移送ライン
6:残渣排出ライン
7:液体分循環ライン
BR1:併行糖化発酵槽
S:固液分離装置
EV:減圧蒸留装置
C:残渣分離装置
1: Raw material supply port 2: Parallel saccharification and fermentation tank discharge port 3: Solid content transfer line 4: Liquid content transfer line 5: Concentrated liquid transfer line after distillation 6: Residue discharge line 7: Liquid content circulation line BR1: Parallel saccharification and fermentation tank S: Solid-liquid separator EV: Vacuum distillation apparatus C: Residue separator

Claims (7)

リグノセルロース系原料からエタノールを製造する方法において、
糖化発酵槽を含むエタノール製造設備をアルカリ水溶液で洗浄する工程、及び
前記洗浄工程後に、前記糖化発酵槽で糖化発酵を行い、エタノールの製造を行う糖化発酵工程
を含む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製造方法。
In a method for producing ethanol from lignocellulosic raw materials,
A lignocellulosic system comprising a step of washing an ethanol production facility including a saccharification and fermentation tank with an alkaline aqueous solution, and a saccharification and fermentation step in which saccharification and fermentation is performed in the saccharification and fermentation tank and ethanol is produced after the washing step. A method for producing ethanol from raw materials.
前記アルカリ水溶液の濃度が1〜10質量%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製造方法。 The method for producing ethanol from a lignocellulosic raw material according to claim 1, wherein the concentration of the alkaline aqueous solution is 1 to 10% by mass. 前記アルカリ水溶液でエタノール製造工程内を循環させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリグノセルロース系原料からのエタノール製造方法。 The method for producing ethanol from a lignocellulosic raw material according to claim 1 or 2, wherein the alkaline aqueous solution is circulated in the ethanol production process. 前記エタノール製造設備をアルカリ水溶液で接触させる時間が1分間以上であることを特徴とする請求項1〜3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製造方法。 The method for producing ethanol from a lignocellulosic material according to any one of claims 1 to 3, wherein the time for contacting the ethanol production facility with an alkaline aqueous solution is 1 minute or more. 前記アルカリ水溶液の温度が35〜85℃であることを特徴とする請求項1〜4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製造方法。 The method for producing ethanol from a lignocellulosic raw material according to any one of claims 1 to 4, wherein the temperature of the alkaline aqueous solution is 35 to 85 ° C. リグノセルロース系原料を化学処理及び摩砕処理し、摩砕後の懸濁液を固液分離した後の固形分を原料として前記糖化発酵工程を行う、請求項1〜5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製造方法。 The saccharification and fermentation step is performed according to any one of claims 1 to 5, wherein the lignocellulosic raw material is subjected to chemical treatment and grinding treatment, and the saccharification and fermentation step is performed using the solid content after solid-liquid separation of the ground suspension as a raw material. A method for producing ethanol from the lignocellulosic raw material described. 前記アルカリ水溶液は、アルカリとして水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムのみを含むアルカリ水溶液である請求項1〜6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製造方法。The method for producing ethanol from a lignocellulosic raw material according to any one of claims 1 to 6, wherein the alkaline aqueous solution is an alkaline aqueous solution containing only sodium hydroxide or potassium hydroxide as an alkali.
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