JP6431929B2 - バイオマスからの可溶性糖の製造プロセス - Google Patents
バイオマスからの可溶性糖の製造プロセス Download PDFInfo
- Publication number
- JP6431929B2 JP6431929B2 JP2016564438A JP2016564438A JP6431929B2 JP 6431929 B2 JP6431929 B2 JP 6431929B2 JP 2016564438 A JP2016564438 A JP 2016564438A JP 2016564438 A JP2016564438 A JP 2016564438A JP 6431929 B2 JP6431929 B2 JP 6431929B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- biomass
- enzyme
- soluble
- reaction mixture
- soluble sugar
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims description 186
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 title claims description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 65
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 55
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims description 144
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims description 144
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 claims description 144
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 42
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 41
- 230000007928 solubilization Effects 0.000 claims description 32
- 238000005063 solubilization Methods 0.000 claims description 32
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims description 31
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 27
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 14
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 13
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 claims description 12
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 claims description 12
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 claims description 12
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 claims description 12
- 239000010902 straw Substances 0.000 claims description 11
- 108010059892 Cellulase Proteins 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 7
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 7
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 6
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 claims description 4
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 4
- 229940106157 cellulase Drugs 0.000 claims description 4
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 4
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 claims description 3
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 claims description 3
- 241001520808 Panicum virgatum Species 0.000 claims description 3
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 claims description 3
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 claims description 3
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000010907 stover Substances 0.000 claims description 3
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 claims description 2
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 claims description 2
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 claims description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 34
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 32
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 30
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 25
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 22
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 12
- 238000005374 membrane filtration Methods 0.000 description 12
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 12
- 230000007071 enzymatic hydrolysis Effects 0.000 description 11
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 9
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 7
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 6
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 6
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 6
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 5
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 101710200103 Endo-beta-1,4-glucanase B Proteins 0.000 description 4
- 101710199934 Endo-beta-1,4-glucanase celB Proteins 0.000 description 4
- 101710156495 Endoglucanase B Proteins 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 108010031186 Glycoside Hydrolases Proteins 0.000 description 4
- 102000005744 Glycoside Hydrolases Human genes 0.000 description 4
- 101710147484 Probable endo-beta-1,4-glucanase B Proteins 0.000 description 4
- 101710089168 Probable endo-beta-1,4-glucanase celB Proteins 0.000 description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 4
- 239000002585 base Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 3
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 3
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 3
- 101001065065 Aspergillus awamori Feruloyl esterase A Proteins 0.000 description 2
- 108090001060 Lipase Proteins 0.000 description 2
- 102000004882 Lipase Human genes 0.000 description 2
- 239000004367 Lipase Substances 0.000 description 2
- 108091005804 Peptidases Proteins 0.000 description 2
- 102000035195 Peptidases Human genes 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 2
- 238000006911 enzymatic reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 2
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 2
- 108010062085 ligninase Proteins 0.000 description 2
- 235000019421 lipase Nutrition 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 2
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 2
- 235000019833 protease Nutrition 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000012465 retentate Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 108010084185 Cellulases Proteins 0.000 description 1
- 102000005575 Cellulases Human genes 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 229920001503 Glucan Polymers 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 230000007073 chemical hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011038 discontinuous diafiltration by volume reduction Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000011143 downstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229940059442 hemicellulase Drugs 0.000 description 1
- 108010002430 hemicellulase Proteins 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 1
- 239000012978 lignocellulosic material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 229920001542 oligosaccharide Polymers 0.000 description 1
- 150000002482 oligosaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
- C12P19/02—Monosaccharides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
- C12P19/12—Disaccharides
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/582—Recycling of unreacted starting or intermediate materials
Landscapes
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Zoology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Microbiology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Saccharide Compounds (AREA)
Description
a.40〜60℃の温度で、反応容器中でpH4〜6の酵素溶液を調製する工程、
b.工程(a)の酵素溶液に、pHを4〜6、温度を40〜60℃に維持しながら、ホロセルロース%が70〜100%、かつ、水分含量が10〜80%(w/w)のバイオマスを1ロット添加して、所定のバイオマス:酵素比を有する初期反応混合物を得る工程であって、初期反応混合物中の所定のバイオマス:酵素比が、1:104〜1:106(バイオマス Kg/酵素 FPU)の範囲である工程、
c.残りのバイオマスを、複数のロットで、30〜90分間で、工程(b)のように繰り返し添加し、最終反応混合物の固形物充填量を10〜30%とする工程であって、バイオマス:酵素比が1:103〜1:105(バイオマス Kg/酵素 FPU)に維持される工程、
d.最終反応混合物をさらに5〜120分反応させてバイオマス加水分解物を得る工程であって、バイオマスの40〜80%の可溶化が達成される工程、
e.工程(d)のバイオマス加水分解物の固液成分を分離し、可溶性糖及び酵素を含むろ液、並びに、非加水分解バイオマス及び吸着酵素の残渣を得る工程、
f.ろ液中の可溶性糖から可溶性酵素を分離する工程、並びに
g.工程(e)の残渣、及び、工程(f)で分離した可溶性酵素を、工程(b)にリサイクルし、可溶性糖の製造のための所定のバイオマス:酵素比を維持する工程
を含む。
1)本発明は、従来のバッチプロセスに比べて、容積の減少による資本コストの低減、生成物濃度が高いことによる操業コストの低減及びダウンストリーム処理コストの低減等のいくつかの経済的な利点を有している。
2)提供されるプロセスは、従来知られているプロセスよりも、より効果的であり、より迅速な粘度低下、及びより効率的な可溶性糖の生産をもたらす。
3)加水分解プロセスのための酵素の使用は高価であるが、本発明は、使用された酵素の回収及びリサイクルを提供し、このため、バイオマスからの可溶性糖の製造のプロセスが、より費用効果が高く、かつ継続的なプロセスとなる。
4)本発明は、加水分解前にバイオマス上に酵素を吸着させるプロセスを提供し、これにより反応速度及び酵素の回収率の向上がもたらされる。
以下の実施例は、本発明の例示のために与えられ、本発明の範囲を限定するものではない。
様々なセルロース含量でのバイオマスの糖化
麦わらの酸/アルカリ処理によって得られる様々なホロセルロース含量(70〜95%)の前処理バイオマスを、50℃及びpH5.0に維持した、総乾燥固形分充填量15.0%の酵素溶液中で可溶化した。乾燥基準で37.5gのバイオマスからなる初期ヒールを、セルラーゼB(登録商標)(Advanced Enzyme Technology Ltd.、Thane、インド)と750gmの酸性化水からなる酵素溶液と、27.75mg/gバイオマスのタンパク質充填量で混合した。反応マスを、温度を50℃に、pHを5.0に維持して、300rpmで攪拌した。残りのバイオマスを0.5〜1.0時間で徐々に添加し、固形分充填量を15%に増加させた。可溶化されたホロセルロースの割合は、反応に添加した総ホロセルロースの乾燥重量の減少として測定され、下記のように可溶化%として表した。
様々なバイオマス充填量でのバイオマスの糖化
麦わらの酸/アルカリ処理から得られたホロセルロース含量(70〜95%)の前処理バイオマスを、15.0%、20.0%及び30.0%の異なる総乾燥固形分充填量の50℃及びpH5.0に維持した酵素溶液で可溶化した。乾燥基準で37.5gのバイオマスからなる初期ヒールを、セルラーゼB(登録商標)(Advanced Enzyme Technology Ltd.、Thane、インド)と750gmの酸性化水からなる酵素溶液と、27.75mg/gバイオマスのタンパク質充填量で混合した。反応マスを、温度を50℃に、pHを5.0に維持して、300rpmで攪拌した。残りのバイオマスを0.5〜1.0時間で徐々に添加し、固形分充填量を15.0%、20.0%及び30.0%に増加させた。可溶化率を上述の例1において述べたように測定した。
前処理バイオマスの糖化
麦わらの酸/アルカリ処理により得られる前処理バイオマスを、50℃、pH5.0に維持した、総乾燥固形分充填量15%の酵素溶液で可溶化した。乾燥基準で37.5gのバイオマスからなる初期ヒールを、セルラーゼB(登録商標)(Advanced Enzyme Technology Ltd.、Thane、インド)と750gmの酸性化水からなる酵素溶液と、27.75mg/gバイオマスのタンパク質充填量で混合した。反応マスを、温度を50℃に、pHを5.0に維持して、300rpmで攪拌した。残りのバイオマスを0.5〜1.0時間で徐々に添加し、固形分充填量を15%に増加させた。可溶化率を上述の例1において述べたように測定した。
バイオマス可溶化に対する供給部(〜85%ホロセルロース)
100gm(乾燥質量)の前処理バイオマス(〜85%ホロセルロース)を、50℃及びpH5.0に維持した2Lの酵素溶液に添加し、基質:酵素比1:106(バイオマス Kg/酵素 FPU)とした。200gmの前処理バイオマスを、3、5、7、及び9供給部で、次の1時間をかけて徐々に添加し、基質:酵素比1:105(バイオマス Kg/酵素 FPU)とした。上記条件で反応を1時間進行させる。全反応混合物を遠心分離して、可溶化マスから固体残渣を分離し、さらに、糖及び酵素を分離するために膜ろ過に供する。可溶化率を上述の例1において述べたように測定した。下表に、達成できる可溶化%を示す。
バイオマス可溶化に対する供給部(〜92%セルロース)
100gm(乾燥質量)の前処理バイオマス(〜92%セルロース)を、50℃及びpH5.0に維持した2Lの酵素溶液に添加し、基質:酵素比1:106(バイオマス Kg/酵素 FPU)とした。200gmの前処理バイオマスを、3、5、7、及び9供給部で、次の1時間をかけて徐々に添加し、基質:酵素比1:105(バイオマス Kg/酵素 FPU)とした。上記条件で反応を1時間進行させる。全反応混合物を遠心分離して、可溶化マスから固体残渣を分離し、さらに、膜ろ過に供して糖及び酵素を分離する。可溶化率を上述の例1において述べたように測定した。下表に、達成できる可溶化%を示す。
バイオマス可溶化のための粒子サイズ
稲わらを小サイズ化(size reduced)し、ホロセルロースのアルカリ前処理に供した(>80%セルロース)。上記の前処理サンプルを、50℃及びpH5.0に維持した酵素溶液に添加し、初期濃度5%とした。前処理バイオマスを、次の1時間かけて徐々に添加し、バイオマス濃度を15%に高めた。上記条件で反応をさらに1時間進行させる。全反応混合物を遠心分離して可溶化マスから固体残渣を分離し、さらに、膜ろ過に供して糖及び酵素を分離する。可溶化率を上述の例1において述べたように測定した。下表に、達成できる可溶化%を示す。
バッチ及びフェドバッチセルロース加水分解の比較
300gm(乾燥質量)の前処理バイオマス(>80%セルロース)を、50℃及びpH5.0に維持した2Lの酵素溶液に、a)単回添加−バッチ、及び、b)1時間かけて徐々に添加−フェドバッチの2つの異なる反応モードで添加した。上記条件で反応を1時間進行させる。全反応混合物を遠心分離して、可溶化マスから固体残渣を分離し、さらに、膜ろ過に供して、糖及び酵素を分離する。可溶化率を上述の例1において述べたように測定した。下表に、達成できる可溶化%を示す。
バイオマス加水分解に対する酵素充填量の影響
100gm(乾燥質量)の前処理バイオマス(>80%セルロース)を、異なるタンパク質充填量の2Lの酵素溶液に添加し、基質:酵素比1:104〜1:107(バイオマス Kg/酵素 FPU)とした。50℃及びpH5.0で反応を行った。200gmの前処理バイオマスを次の1時間をかけて徐々に添加し、バイオマス濃度を15%に高め、上記条件で反応をさらに1時間進行させる。全反応混合物を遠心分離して、可溶化マスから固体残渣を分離し、さらに、膜ろ過に供して糖及び酵素を分離する。可溶化率を上述の例1において述べたように測定した。下表に、達成できる可溶化%を示す。
酵素リサイクルを用いたホロセルロース(〜85%ホロセルロース)の連続加水分解
100gm(乾燥質量)の前処理バイオマス(〜85%セルロース)を、50℃及びpH5.0に維持した2Lの酵素溶液に添加し、基質:酵素比1:106(バイオマス Kg/酵素 FPU)とした。200gmの前処理バイオマスを次の1時間をかけて徐々に添加し、基質:酵素比1:105(バイオマス Kg/酵素 FPU)とした。上記条件で反応を1時間進行させる。全反応混合物を遠心分離して、可溶化マスから固体残渣を分離し、さらに、膜ろ過に供して糖及び酵素を分離する。固体残渣と可溶性酵素をリサイクルして戻し、150gの新しいバイオマスを次の1時間かけて徐々に添加し、基質:酵素比1:105(バイオマス Kg/酵素 FPU)とした。全反応混合物を再度遠心分離及び膜ろ過に供し固体残渣及び酵素溶液を得、これを連続する3サイクルの間、再度戻してリサイクルする。可溶化率を上述の例1において述べたように測定した。
反応混合物の基質:酵素比
300gm(乾燥質量)の前処理バイオマス(>80%ホロセルロース)を、2Lの酵素溶液に、異なる基質:酵素比(1:102〜1:107)で、50℃及びpH5.0に維持して、5回の漸次添加により1.5時間で添加した。上記の条件で反応を1時間攪拌する。全反応混合物をナイロンメッシュでろ過して、可溶化マスから固体残渣を分離し、さらに、膜ろ過(マイクロ+限外)に供して可溶性糖及び酵素を分離する。可溶化率を上述の例1において述べたように測定した。下表に、達成できる可溶化%を示す。
ホロセルロース(>95%ホロセルロース)の可溶化のための酵素の再利用
300gm(乾燥質量)の前処理バイオマス(>95%ホロセルロース)を、50℃及びpH5.0に維持した2Lの酵素溶液に、5回の漸次添加により1.5時間で添加した。上記条件で反応を1時間攪拌する。全反応混合物をナイロンメッシュでろ過し、可溶化マスから固体残渣を分離し、さらに、膜ろ過(マイクロ+限外)に供して可溶化糖及び酵素を分離する。膜ろ過後に回収した酵素溶液を、ろ過後に得られた固体残渣と混合する。ここで、新しい前処理バイオマスを混合物に添加して、固形分充填量を15%とする。上記の作業スキームを5サイクル繰り返す。可溶化率を上述の例1において述べたように測定した。下表に、各サイクルにおいて達成できる可溶化%を示す。
バイオマス可溶化のための可溶性酵素のリサイクル
450gm(乾燥質量)の前処理バイオマス(>85%ホロセルロース)を、50℃、pH5.0に維持した酵素溶液2Lに、5回の漸次添加により1.5時間で添加する。反応を上記条件で1時間撹拌する。全反応混合物をナイロンメッシュで濾過して、可溶化マスから固体残渣を分離し、さらに、膜濾過(マイクロ+限外)に供して可溶性糖及び酵素を分離する。膜濾過後に回収された酵素溶液を新鮮な酸性化緩衝液で2Lに希釈する。ここで、酵素溶液に新しい前処理バイオマスを添加し、固形分充填量を15%とする。上記の操作スキームを5回繰り返す。可溶化率を上述の例1において述べたように測定した。下表に、各サイクルにおいて達成できる可溶化%を示す。
異なる酵素濃度による、セルロースの可溶化(mg/gバイオマス)
麦わらのアルカリ処理から得られたセルロースを、50℃及びpH5.0で、乾燥固形分充填量15.0%で、反応に使用した。初期ヒールは、水1000g(pH5)及ビセルロース37.5gからなるものとした。反応マスを300rpmで撹拌した。温度を50℃に、pHを5.0に維持した。反応系に添加した酵素は、4.625mg/g、11.56mg/g、18.5mg/g、27.75mg/g、及び46.25mg/gバイオマスのタンパク質充填量のセルラーゼB(登録商標)(Advanced Enzyme Technology Ltd., Thane、インド)である。液化後、残りのバイオマスを5供給部で1.0〜1.5時間で徐々に添加し、固形分充填量を15%に増加させた。反応マス中の糖含量を、糖測定のためのプロトコル(Ghoseら、Measurement of cellulase activity. Pure and Applied Chemistry、59(2)257−268、1988)によって測定した。放出されたグルコースの量は酵素充填量に伴って増加し、表13に示される。
Claims (9)
- バイオマスからの可溶性糖の製造プロセスであって、
a.40〜60℃の温度で、反応容器中で、pH4〜6の酵素溶液を調製するステップ、
b.工程(a)の酵素溶液に、pHを4〜6に、温度を40〜60℃に維持しながら、ホロセルロース%が70〜100%、かつ、水分含量が10〜80%(w/w)のバイオマスを1ロット添加し、所定のバイオマス:酵素比の初期反応混合物を得る工程であって、初期反応混合物中の所定のバイオマス:酵素比は1:4×104〜1:106(バイオマス Kg/酵素 FPU)の範囲内である工程、
c.残りのバイオマスを、複数のロットで、30〜90分間で、工程(b)と同様にして繰り返し添加し、最終反応混合物の固形分充填量を10〜30%とする工程であって、バイオマス:酵素比が1:4×104〜1:105(バイオマス Kg/酵素 FPU)に維持される工程、
d.最終反応混合物をさらに5〜120分反応させて、バイオマス加水分解物を得る工程であって、バイオマスの40〜80%の可溶化が達成される工程、
e.工程(d)のバイオマス加水分解物の固液成分を分離して、可溶性糖及び酵素を含むろ液、並びに、非加水分解バイオマス及び吸着酵素の残渣を得る工程、
f.ろ液に含まれる可溶性糖から可溶性酵素を分離する工程、及び
g.工程(e)の残渣、及び、工程(f)で分離した可溶性酵素を、工程(b)にリサイクルし、可溶性糖の製造のために所定のバイオマス:酵素比を維持する工程
を含み、前記酵素はセルラーゼである、
プロセス。 - 前記バイオマスは、トウモロコシ穂軸、トウモロコシ茎葉、トウモロコシ繊維、トウモロコシ皮、おがくず、麦わら、サトウキビバガス、スイッチグラス、稲わら、及び草からなる群から選択される農産物である、請求項1に記載のプロセス。
- 前記酵素溶液は、2〜95mg/gバイオマスのタンパク質充填量で、反応容器中で調製される、請求項1に記載のプロセス。
- 前記バイオマスは、最初に、1〜10%(w/v)の濃度を有する混合可能なスラリーとして反応容器に充填される、請求項1に記載のプロセス。
- 工程(c)において、残りのバイオマスを、0.5〜1.5時間の間に、2、3、4、5、6、7、9、10又は12供給部で定常的に添加して固形分充填量を増加させる、請求項1に記載のプロセス。
- 工程(c)において、残りのバイオマスを、0.5〜1.0時間の間に、3〜9供給部で定常的に添加して固形分充填量を増加させる、請求項1に記載のプロセス。
- バイオマス加水分解物中の可溶性糖濃度は、総可溶性高濃度糖が少なくとも75g/Lである、請求項1に記載のプロセス。
- 前記可溶性糖は、多糖類及び単糖類を含む、請求項1に記載のプロセス。
- 可溶性糖の最も高い最終グルコース濃度が50〜150g/Lとなる、請求項1に記載のプロセス。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IN154/MUM/2014 | 2014-01-16 | ||
IN154MU2014 | 2014-01-16 | ||
PCT/IB2015/000034 WO2015107415A1 (en) | 2014-01-16 | 2015-01-16 | A process for production of soluble sugars from biomass |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017505633A JP2017505633A (ja) | 2017-02-23 |
JP6431929B2 true JP6431929B2 (ja) | 2018-11-28 |
Family
ID=52589705
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016564438A Expired - Fee Related JP6431929B2 (ja) | 2014-01-16 | 2015-01-16 | バイオマスからの可溶性糖の製造プロセス |
Country Status (14)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9862980B2 (ja) |
EP (1) | EP3094733B1 (ja) |
JP (1) | JP6431929B2 (ja) |
KR (1) | KR20160130220A (ja) |
CN (1) | CN106103725A (ja) |
AP (1) | AP2016009357A0 (ja) |
AU (1) | AU2015207338B2 (ja) |
BR (1) | BR112016016585A2 (ja) |
CA (1) | CA2937114A1 (ja) |
ES (1) | ES2701504T3 (ja) |
MX (1) | MX370574B (ja) |
MY (1) | MY173853A (ja) |
SG (1) | SG11201605855TA (ja) |
WO (1) | WO2015107415A1 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101909738B1 (ko) * | 2016-07-27 | 2018-10-18 | 한국화학연구원 | 바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수 방법 |
WO2018021782A1 (ko) * | 2016-07-27 | 2018-02-01 | 한국화학연구원 | 바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수 방법 |
FR3071510B1 (fr) | 2017-09-28 | 2021-08-27 | Ifp Energies Now | Procede d'hydrolyse enzymatique en alimentation sequentielle avec ajouts du substrat pretraite de plus en plus espaces dans le temps |
KR20200128904A (ko) * | 2019-05-07 | 2020-11-17 | 고려대학교 산학협력단 | 섬유소계 바이오매스의 고농도 당화와 셀룰라아제 재활용 |
US11193146B2 (en) * | 2019-06-26 | 2021-12-07 | Indian Oil Corporation Limited | Process for second generation ethanol production |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10033193A1 (de) * | 2000-07-07 | 2002-01-17 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Anordnung zur Codierung, zur Decodierung und/oder zur Übertragung von Ortsinformationen |
AU2005316092A1 (en) | 2004-12-17 | 2006-06-22 | Iogen Energy Corporation | Upflow settling reactor for enzymatic hydrolysis of cellulose |
US7727755B2 (en) * | 2005-11-02 | 2010-06-01 | Battelle Energy Alliance, Llc | Enzyme and methodology for the treatment of a biomass |
US7807419B2 (en) * | 2007-08-22 | 2010-10-05 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Process for concentrated biomass saccharification |
JP2010036058A (ja) * | 2008-07-31 | 2010-02-18 | Oji Paper Co Ltd | 糖化システム、糖化液の製造方法、発酵システム、及び発酵液の製造方法 |
EP2414533A4 (en) | 2009-04-03 | 2016-01-06 | Greenfield Ethanol Inc | FIELD PROCESS FOR THE BIOCHEMICAL TRANSFORMATION OF LIGNOCELLULOSE BIOMASS IN ETHANOL |
CN101613727B (zh) * | 2009-07-21 | 2012-06-13 | 安徽丰原发酵技术工程研究有限公司 | 一种生物质制糖方法 |
ES2733218T3 (es) | 2010-06-17 | 2019-11-28 | Borregaard As | Hidrólisis enzimática de celulosa |
WO2012004895A1 (ja) * | 2010-07-09 | 2012-01-12 | 三菱重工業株式会社 | バイオマスの処理システム及びバイオマス原料を用いた糖液生産方法 |
EP2471940A1 (en) * | 2010-12-31 | 2012-07-04 | Süd-Chemie AG | Efficient lignocellulose hydrolysis with integrated enzyme production |
CN103429750B (zh) * | 2011-03-03 | 2015-08-05 | 东丽株式会社 | 糖液的制造方法 |
-
2015
- 2015-01-16 WO PCT/IB2015/000034 patent/WO2015107415A1/en active Application Filing
- 2015-01-16 AU AU2015207338A patent/AU2015207338B2/en not_active Ceased
- 2015-01-16 MX MX2016009363A patent/MX370574B/es active IP Right Grant
- 2015-01-16 AP AP2016009357A patent/AP2016009357A0/en unknown
- 2015-01-16 MY MYPI2016001325A patent/MY173853A/en unknown
- 2015-01-16 KR KR1020167021752A patent/KR20160130220A/ko not_active Application Discontinuation
- 2015-01-16 CA CA2937114A patent/CA2937114A1/en not_active Abandoned
- 2015-01-16 EP EP15706524.4A patent/EP3094733B1/en not_active Not-in-force
- 2015-01-16 CN CN201580013527.0A patent/CN106103725A/zh active Pending
- 2015-01-16 ES ES15706524T patent/ES2701504T3/es active Active
- 2015-01-16 JP JP2016564438A patent/JP6431929B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2015-01-16 BR BR112016016585-3A patent/BR112016016585A2/pt not_active Application Discontinuation
- 2015-01-16 SG SG11201605855TA patent/SG11201605855TA/en unknown
- 2015-01-16 US US15/112,089 patent/US9862980B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20160333382A1 (en) | 2016-11-17 |
MY173853A (en) | 2020-02-25 |
ES2701504T3 (es) | 2019-02-22 |
CA2937114A1 (en) | 2015-07-23 |
EP3094733B1 (en) | 2018-09-12 |
EP3094733A1 (en) | 2016-11-23 |
JP2017505633A (ja) | 2017-02-23 |
AP2016009357A0 (en) | 2016-08-31 |
MX2016009363A (es) | 2017-02-15 |
US9862980B2 (en) | 2018-01-09 |
SG11201605855TA (en) | 2016-08-30 |
BR112016016585A2 (pt) | 2018-01-23 |
AU2015207338A1 (en) | 2016-08-04 |
CN106103725A (zh) | 2016-11-09 |
MX370574B (es) | 2019-12-16 |
WO2015107415A1 (en) | 2015-07-23 |
KR20160130220A (ko) | 2016-11-10 |
AU2015207338B2 (en) | 2018-03-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2802977C (en) | Enzymatic hydrolysis of cellulose | |
JP6431929B2 (ja) | バイオマスからの可溶性糖の製造プロセス | |
AU2010305447B2 (en) | Process for the preparation of a fermentation product from lignocellulose containing material | |
EP2943577A1 (en) | Process for enzymatic hydrolysis of lignocellulosic material | |
JP6307789B2 (ja) | 糖液の製造装置及び糖液の製造方法 | |
WO2011074479A1 (ja) | グルコースを主成分とする糖類の製造方法 | |
US20140017732A1 (en) | Two-loop dilute preprocessing and pretreatment of cellulosic feedstocks | |
JP2015500038A (ja) | 最適化された液化リグノセルロース基質の製造方法 | |
Gigac et al. | Enzymatic hydrolysis of extruded wheat straw with addition of sodium hydroxide and calcium hydroxide | |
AU2014277778B2 (en) | Process for the preparation of a fermentation product from lignocellulose containing material | |
KR102620579B1 (ko) | 리그노셀룰로스계 원료의 셀룰로스 및 헤미셀룰로스의 순차적 효소적 가수분해에 의한, 특히, 에탄올의 생산 방법 | |
WO2013103086A1 (ja) | 単糖の製造方法及び製造装置並びにエタノールの製造方法及び製造装置 | |
OA18007A (en) | A process for production of soluble sugars from biomass. | |
Zhang et al. | Stepwise transform sugarcane bagasse into xylooligosaccharides and fermentable glucose by hydrothermal-xylanase-acid-cellulase hydrolysis | |
WO2019124143A1 (ja) | セルロース系バイオマスを原料とする酵素法によるバイオエタノール製造方法 | |
WO2019117080A1 (ja) | セルロース系バイオマスを原料とする酵素法による糖化液製造方法 | |
CN117431280A (zh) | 一种以木质纤维素为底物的高固体含量连续糖化的方法 | |
WO2018042464A1 (en) | Rapid enzymatic hydrolysis of substrates for production of fermentable sugars | |
WO2017103943A1 (en) | Preparation of ethanol from biomass and sugarcane based feed stocks |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170615 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170620 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20170919 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171003 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20180306 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180704 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20180827 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181016 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181105 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6431929 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |