JP6704597B2 - 界面活性剤を利用して改良したリグノセルロースの同時糖化発酵方法 - Google Patents
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Description
本発明は、バイオマス原料を分解し、発酵工程によりバイオマスエタノールを生産する分野に関し、具体的に、界面活性剤で改良したリグノセルロースの連続糖化並行発酵法に関する。
化石エネルギーが日増しに枯渇し、環境汚染が日増しに深刻化するのに伴い、再生可能なクリーンエネルギーであるバイオマスエタノールの開発および利用は、人々の広範な関心を集めている。従来のエタノール発酵は、糖またはデンプンを原料とするが、両者はいずれも主に食物に由来する。穀物を原料としたバイオマスエタノールの生産は、すでに世界の穀物の安全に対して脅威となっており、その他の原料を穀物の代わりにすることは必然的な流れである。リグノセルロースは自然界で最も豊富で廉価な再生可能資源であり、その主要成分のセルロース、ヘミセルロースは、潜在的なバイオマスエタノールの生産原料であり、リグノセルロースを利用したバイオマスエタノールの生産は、世界各国で研究の焦点となっている。リグノセルロースからのバイオマスエタノールの生産は、前処理、酵素分解、発酵の３つの工程を経るが、バイオマスの前処理過程で、弱酸、フルフラールおよび５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）、フェノール系化合物などの有害物質が生じる。これらの化合物は、出芽酵母に対して強烈な阻害作用を示し、これにより酵母菌の正常な成長およびその後の発酵過程に影響を及ぼす。
したがって、前処理したリグノセルロース加水分解液の解毒処理は、明らかに重要である。現在、文献で報告されている解毒方法は主に、洗浄による解毒、物理的解毒（真空濃縮ガスストリッピング法、膜分離法）、化学的解毒（石灰中和、活性炭吸着、イオン交換、溶媒抽出）、生物的解毒を含む。例えばＢｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｂｉｏｓｙｓｔ Ｅｎｇ（２０１３）３６：６５９〜６６６は活性炭吸着法を採用し、フルフラール、ＨＭＦ、レブリン酸などの発酵阻害剤が酵母細胞の成長速度に及ぼす影響について考察している。カナダ再発行特許第１０２２２６２０４号明細書は、リグノセルロースのエタノール発酵液の解毒方法を開示している。処理しようとする糖液中に可溶性電解質塩を添加した後、加熱することにより恒温の原料液が得られ、膜モジュールにより膜蒸留を行って、糖液中における後の発酵に対して阻害作用を示す物質を除去する。しかし、洗浄による解毒、物理的解毒、化学的解毒などの方式は大量の水資源を消費し、設備投資コストが高く、工程が複雑であり、さらに解毒効果は劣り、糖分の損失は深刻である。Ｙａｎｌｉｎｇ Ｙｕは生物的解毒法（Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，１０２（８）：５１２３〜５１２８）を報告している。アスペルギルス・ニデュランス（ＦＬＺ１０）を利用して、トウモロコシの茎の蒸気爆発液に対して生物的解毒処理を行い、その後、出芽酵母を利用して同時糖化発酵を行うと、エタノール濃度は３４ｇ／Ｌに達する。該方法は、アスペルギルス・ニデュランスの設備投資、培地用試薬およびエネルギー消費を増加させる必要がある。したがって、工程が簡単で、コストが低く、効果が良好な解毒方法の開発は、リグノセルロースエタノール工業において非常に重要である。
Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｂｉｏｓｙｓｔ Ｅｎｇ（２０１３）３６：６５９〜６６６
Ｙａｎｌｉｎｇ Ｙｕ，Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，１０２（８）：５１２３〜５１２８
本発明の目的は、既存のバイオマスの前処理過程で生じる有害物質が、後の発酵過程に対して阻害作用を示すことに対し、界面活性剤で改良し、リグノセルロースを原料とした連続糖化並行発酵法を提供することである。
本発明の目的を実現するため、本発明の界面活性剤で改良したリグノセルロースの連続糖化並行発酵法（ＳＳＣＦ）は、前処理したセルロース基質を解毒処理せずに、連続酵素糖化並行発酵を直接行う。前記界面活性剤は予備分解の前に添加するか、または予備分解の後に添加するかを選択することができる。
界面活性剤を予備分解の前に添加することを選択した場合の具体的な工程について、原料である前処理したセルロースを基質とし、まずセルラーゼ、水溶性界面活性剤、ｐＨ緩衝液を添加し、高温条件下で予備分解を一定時間行う。その後、温度を低下させ、出芽酵母を添加し、同時糖化エタノール発酵を行って生産する。
界面活性剤を予備分解の後に添加することを選択した場合の具体的な工程について、前処理したセルロースを基質とし、まずセルラーゼ、ｐＨ緩衝液を添加し、高温条件下で予備分解を一定時間行う。その後、温度を低下させ、界面活性剤、出芽酵母を添加し、同時糖化エタノール発酵を行って生産する。
前記発酵系において、前処理したセルロースおよび緩衝液の固液比は０．１〜０．３ｇ／ｍＬであり、前記水溶性界面活性剤の濃度は０〜０．４ｇ／ｍＬである。セルラーゼの添加量は１０〜３０ＦＰＵ／原料１ｇであり、出芽酵母の細胞濃度は０．５×１０８〜１．８×１０８個／ｍＬである。
前記予備分解の温度は５０℃、予備分解の時間は２〜２４時間である。同時糖化エタノール発酵の温度は３０〜３９℃であり、同時糖化エタノール発酵の時間は１６〜９６時間、１５０〜３００ｒｐｍである。
前記予備分解の温度は５０℃、予備分解の時間は２〜２４時間である。同時糖化エタノール発酵の温度は３０〜３９℃であり、同時糖化エタノール発酵の時間は１６〜９６時間、１５０〜３００ｒｐｍである。
前記界面活性剤は、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、ポリジメチルシロキサン、トゥイーンのうち少なくとも１種である。
前記水溶性界面活性剤は、好ましくはポリエチレングリコールであり、分子量は２００〜８０００、好ましくは２００〜２０００である。
前記ｐＨ緩衝溶液は、酢酸−酢酸ナトリウム、クエン酸−クエン酸ナトリウム、リン酸−リン酸ナトリウム緩衝液または硫酸溶液であり、ｐＨ緩衝溶液のｐＨは４．０〜５．５である。
前記ｐＨ緩衝溶液のｐＨは、好ましくは４．８である。
前記水溶性界面活性剤の濃度は、好ましくは０．１２５ｇ〜０．１８ｇ／ｍＬである。
前記発酵系における前処理したセルロースおよび緩衝液の固液比は、好ましくは０．１２５ｇ／ｍＬである。
前記発酵系におけるセルラーゼの添加量は、好ましくは２０ＦＰＵ／原料１ｇである。
前記発酵系における出芽酵母の細胞濃度は、好ましくは０．６×１０８〜０．９６×１０８個／ｍＬである。
前記予備分解の時間は、好ましくは８〜１２時間である。同時糖化エタノール発酵の温度は、好ましくは３３℃、同時糖化エタノール発酵の時間は、好ましくは７２時間である。
具体的なＳＳＣＦの過程を図１、図２および図３に示す。
既存技術は前処理したセルロースを原料とし、まずセルラーゼ、ｐＨ緩衝液を添加し、高温条件下で予備分解を一定時間行う。その後、温度を低下させ、出芽酵母を添加し、同時糖化エタノール発酵を行って生産する。図１に示す通りである。
本発明の界面活性剤で改良したリグノセルロースの連続糖化並行発酵法ＳＳＣＦの過程は、図２および図３に示す通りである。
本発明の界面活性剤で改良したリグノセルロースの連続糖化並行発酵法ＳＳＣＦの過程は、図２および図３に示す通りである。
既存技術に対して、本発明の利点は次の通りである。本発明は、界面活性剤を添加することにより、前処理したセルロース基質を解毒処理せずに、連続酵素糖化並行発酵を直接行うことができる。グルコースの損失を低下させる、生産工程を簡略化する、設備投資を低下させる、水消費を減少させる、エタノール生産量を上昇させる、などの面において、経済的、効果的、実現可能に応用する将来性を有する。本発明は、初めて界面活性剤の添加を利用し、早生ポプラを解毒せず、連続糖化並行発酵を行い、エタノールを生産する。エタノール濃度および収率は大幅に上昇し、リグノセルロースエタノールの生産過程における総コストを効果的に低下させた。
例えば、蒸気爆発で前処理を行った早生ポプラの濃度を１５％、同時糖化発酵の時間を９６時間とすると、界面活性剤を添加しないときのエタノール収率、濃度はそれぞれ２２％および７．０ｇ・Ｌ−１であるが、１．５ｇ・ｍＬ−１の界面活性剤を添加後のエタノール収率および濃度は、それぞれ７５％および２４．０ｇ・Ｌ−１に達することができる。
以下、具体的実施例を組み合わせて、本発明についてさらに記載するが、本発明の保護範囲は実施例に制限されず、下記実施例および明細書に記載する内容は、本発明の原理の説明に過ぎない。本発明の主旨および範囲を逸脱しない前提の下、本発明は各種の変更および改良を行うこともでき、これらの変更および改良はいずれも保護を要求する本発明の範囲内にある。本発明が要求する保護範囲は、添付の特許請求の範囲およびその同等物により画定される。
他に、説明すべきこととして、以下の各実施例中の発酵液における各成分の含量測定は高速液体クロマトグラフ（Ａｇｉｌｅｎｔ１２６０）を用いる。リグノセルロース基質の投入量に基づいて、その転化率、エタノール収率を計算し、発酵液中のエタノールの質量、活性水およびｐＨ液の体積に基づいて、エタノール濃度を計算する。
クロマトグラフ条件：イオン交換カラム、カラム温度６５℃、示差屈折率検出器、検出器５０℃；移動相５ｍＭ Ｈ２ＳＯ４、流速０．６ｍｌ／ｍｉｎ、サンプル注入量２５μＬ。
本発明の実施例において、前記前処理方法は蒸気爆発法である。
実施例１
前処理した早生ポプラ粉末１．５ｇを基質とし、まずｐＨ値が４．８６の緩衝液１０．５ｍＬ、セルラーゼ０．２ｍＬを添加し、５０℃条件下で予備分解を４時間行う。その後、温度を３３℃まで低下させた後、出芽酵母を添加して細胞濃度を０．８×１０８個／ｍＬに保持し、ＳＳＣＦ発酵を７２時間行う。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表１に示す。
前処理した早生ポプラ粉末１．５ｇを基質とし、まずｐＨ値が４．８６の緩衝液１０．５ｍＬ、セルラーゼ０．２ｍＬを添加し、５０℃条件下で予備分解を４時間行う。その後、温度を３３℃まで低下させた後、出芽酵母を添加して細胞濃度を０．８×１０８個／ｍＬに保持し、ＳＳＣＦ発酵を７２時間行う。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表１に示す。
実施例２
前処理した早生ポプラ粉末１．５ｇを基質とし、まずｐＨ値が４．８６の緩衝液１０．５ｍＬ、セルラーゼ０．２ｍＬ、界面活性剤２．０ｇを添加し、５０℃条件下で予備分解を４時間行う。その後、温度を３３℃まで低下させた後、出芽酵母を添加して細胞濃度を０．８×１０８個／ｍＬに保持し、ＳＳＦ発酵を７２時間行う。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表１に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−１０００を添加すると、酵素分解率はほとんど変化しないが、エタノール収率および濃度は倍近く上昇することがわかる。
前処理した早生ポプラ粉末１．５ｇを基質とし、まずｐＨ値が４．８６の緩衝液１０．５ｍＬ、セルラーゼ０．２ｍＬ、界面活性剤２．０ｇを添加し、５０℃条件下で予備分解を４時間行う。その後、温度を３３℃まで低下させた後、出芽酵母を添加して細胞濃度を０．８×１０８個／ｍＬに保持し、ＳＳＦ発酵を７２時間行う。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表１に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−１０００を添加すると、酵素分解率はほとんど変化しないが、エタノール収率および濃度は倍近く上昇することがわかる。
実施例３
実施工程は、酵母の細胞濃度が０．９６×１０８個／ｍＬであることを除いて、実施例１と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表１に示す。表中のデータから、純水の系で酵母の細胞濃度を増加させても、酵素分解効率、エタノール収率および濃度はほとんど変化しないことがわかる。
実施工程は、酵母の細胞濃度が０．９６×１０８個／ｍＬであることを除いて、実施例１と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表１に示す。表中のデータから、純水の系で酵母の細胞濃度を増加させても、酵素分解効率、エタノール収率および濃度はほとんど変化しないことがわかる。
実施例４
実験工程は、細胞濃度が０．９６×１０８個／ｍＬであることを除いて、実施例２と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表１に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−１０００が存在する系で、酵母の細胞濃度を増加させても、酵素分解効率、エタノール収率および濃度はほとんど変化しないことがわかる。
実験工程は、細胞濃度が０．９６×１０８個／ｍＬであることを除いて、実施例２と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表１に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−１０００が存在する系で、酵母の細胞濃度を増加させても、酵素分解効率、エタノール収率および濃度はほとんど変化しないことがわかる。
実施例５
実験工程は、緩衝液の体積を１２．０ｍＬに増加させることを除いて、実施例１と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表１に示す。表中のデータから、純水の系で基質濃度を低下させても、酵素分解効率、エタノール収率および濃度はほとんど変化しないことがわかる。
実験工程は、緩衝液の体積を１２．０ｍＬに増加させることを除いて、実施例１と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表１に示す。表中のデータから、純水の系で基質濃度を低下させても、酵素分解効率、エタノール収率および濃度はほとんど変化しないことがわかる。
実施例６
実験工程は、緩衝液の体積を１２．０ｍＬに増加させることを除いて、実施例２と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表１に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−１０００が存在する系で、基質濃度を低下させると、酵素分解効率、エタノール収率および濃度は明らかに改善することがわかる。
実験工程は、緩衝液の体積を１２．０ｍＬに増加させることを除いて、実施例２と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表１に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−１０００が存在する系で、基質濃度を低下させると、酵素分解効率、エタノール収率および濃度は明らかに改善することがわかる。
実施例７
実験工程は、緩衝液の体積を１０．０ｍＬに減少させることを除いて、実施例１と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表１に示す。表中のデータから、純水の系で基質濃度を高めても、酵素分解効率、エタノール収率および濃度はほとんど変化しないことがわかる。
実験工程は、緩衝液の体積を１０．０ｍＬに減少させることを除いて、実施例１と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表１に示す。表中のデータから、純水の系で基質濃度を高めても、酵素分解効率、エタノール収率および濃度はほとんど変化しないことがわかる。
実施例８
実験工程は、緩衝液の体積を１０．０ｍＬに減少させることを除いて、実施例２と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表１に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−１０００が存在する系で、基質濃度を高めると、酵素分解効率、エタノール収率および濃度は明らかに低下することがわかる。
実験工程は、緩衝液の体積を１０．０ｍＬに減少させることを除いて、実施例２と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表１に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−１０００が存在する系で、基質濃度を高めると、酵素分解効率、エタノール収率および濃度は明らかに低下することがわかる。
表１：前処理した早生ポプラ粉末の連続酵素糖化並行発酵
実施例９
実験工程は、セルラーゼの使用量が０．３ｍＬであることを除いて、実施例５と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表２に示す。表中のデータから、純水の系でセルラーゼの使用量を高めると、酵素分解効率は少し上昇するが、エタノール収率および濃度はほとんど変化しないことがわかる。
実験工程は、セルラーゼの使用量が０．３ｍＬであることを除いて、実施例５と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表２に示す。表中のデータから、純水の系でセルラーゼの使用量を高めると、酵素分解効率は少し上昇するが、エタノール収率および濃度はほとんど変化しないことがわかる。
実施例１０
実験工程は、セルラーゼの使用量が０．３ｍＬであることを除いて、実施例６と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表２に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−１０００の系でセルラーゼの使用量を高めると、酵素分解効率、エタノール収率および濃度はいずれも上昇することがわかる。
実験工程は、セルラーゼの使用量が０．３ｍＬであることを除いて、実施例６と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表２に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−１０００の系でセルラーゼの使用量を高めると、酵素分解効率、エタノール収率および濃度はいずれも上昇することがわかる。
実施例１１
実験工程は、前処理した早生ポプラの予備分解を５０℃条件下で８時間行うことを除いて、実施例９と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表２に示す。表中のデータから、純水の系で並行発酵時間を延長させると、酵素分解効率は上昇するが、エタノール収率および濃度はほとんど変化しないことがわかる。
実験工程は、前処理した早生ポプラの予備分解を５０℃条件下で８時間行うことを除いて、実施例９と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表２に示す。表中のデータから、純水の系で並行発酵時間を延長させると、酵素分解効率は上昇するが、エタノール収率および濃度はほとんど変化しないことがわかる。
実施例１２
実験工程は、前処理した早生ポプラの予備分解を５０℃条件下で８時間行うことを除いて、実施例１０と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表２に示す。表中のデータから、ＰＥＧの系で並行発酵時間を延長させると、酵素分解効率、エタノール収率および濃度はいずれも改善することがわかる。
実験工程は、前処理した早生ポプラの予備分解を５０℃条件下で８時間行うことを除いて、実施例１０と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表２に示す。表中のデータから、ＰＥＧの系で並行発酵時間を延長させると、酵素分解効率、エタノール収率および濃度はいずれも改善することがわかる。
実施例１３
実験工程は、前処理した早生ポプラの予備分解後に、ＰＥＧ−１０００を添加することを除いて、実施例１２と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表２に示す。表中のデータから、界面活性剤の添加順序は発酵効率に対して明らかな影響を及ぼさないことがわかる。
実験工程は、前処理した早生ポプラの予備分解後に、ＰＥＧ−１０００を添加することを除いて、実施例１２と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表２に示す。表中のデータから、界面活性剤の添加順序は発酵効率に対して明らかな影響を及ぼさないことがわかる。
実施例１４
実験工程は、ＰＥＧ−１０００の添加量が３．０グラムであることを除いて、実施例１０と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表２に示す。結果から、ＰＥＧ−１０００の使用量が多すぎると、ＳＳＣＦ過程の効率が低下し、酵素分解効率、エタノール収率および濃度はいずれも低下することがわかる。
実験工程は、ＰＥＧ−１０００の添加量が３．０グラムであることを除いて、実施例１０と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表２に示す。結果から、ＰＥＧ−１０００の使用量が多すぎると、ＳＳＣＦ過程の効率が低下し、酵素分解効率、エタノール収率および濃度はいずれも低下することがわかる。
表２：前処理した早生ポプラ粉末の連続酵素糖化並行発酵
実施例１５
実験工程は、前処理した早生ポプラの予備分解の時間が２４時間であることを除いて、実施例１１と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表３に示す。表中のデータから、純水の系でＳＳＣＦ過程の時間を増加させても、エタノール収率および濃度は改善されないことがわかる。
実験工程は、前処理した早生ポプラの予備分解の時間が２４時間であることを除いて、実施例１１と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表３に示す。表中のデータから、純水の系でＳＳＣＦ過程の時間を増加させても、エタノール収率および濃度は改善されないことがわかる。
実施例１６
実験工程は、前処理した早生ポプラの予備分解の時間が２４時間であることを除いて、実施例１２と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表３に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−１０００が存在する系で、ＳＳＣＦ過程の時間を増加させても、エタノール収率および濃度は改善されないことがわかる。
実験工程は、前処理した早生ポプラの予備分解の時間が２４時間であることを除いて、実施例１２と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表３に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−１０００が存在する系で、ＳＳＣＦ過程の時間を増加させても、エタノール収率および濃度は改善されないことがわかる。
実施例１７
実験工程は、緩衝液の体積を１０ｍＬに減少させることを除いて、実施例１５と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表３に示す。表中のデータから、純水の系でＳＳＣＦ過程の基質濃度を増加させても、エタノール濃度は改善されないことがわかる。
実験工程は、緩衝液の体積を１０ｍＬに減少させることを除いて、実施例１５と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表３に示す。表中のデータから、純水の系でＳＳＣＦ過程の基質濃度を増加させても、エタノール濃度は改善されないことがわかる。
実施例１８
実験工程は、緩衝液の体積を１０ｍＬに減少させることを除いて、実施例１２と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表３に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−１０００が存在する系で、ＳＳＣＦ過程の基質濃度を増加させると、エタノール収率および濃度は大幅に低下するが、依然として純水の系の結果より高いことがわかる。
実験工程は、緩衝液の体積を１０ｍＬに減少させることを除いて、実施例１２と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表３に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−１０００が存在する系で、ＳＳＣＦ過程の基質濃度を増加させると、エタノール収率および濃度は大幅に低下するが、依然として純水の系の結果より高いことがわかる。
表３．前処理した早生ポプラ粉末の連続酵素糖化並行発酵
実施例１９
実験工程は、発酵温度が３６℃であることを除いて、実施例１６と同じである。早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表４に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−１０００が存在する系で、ＳＳＣＦ過程の温度を適当に上昇させると、エタノール収率および濃度を効果的に上昇させることができることがわかる。
実験工程は、発酵温度が３６℃であることを除いて、実施例１６と同じである。早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表４に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−１０００が存在する系で、ＳＳＣＦ過程の温度を適当に上昇させると、エタノール収率および濃度を効果的に上昇させることができることがわかる。
実施例２０
実験工程は、発酵温度が３９℃であることを除いて、実施例１６と同じである。早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表４に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−１０００が存在する系で、ＳＳＣＦ過程の温度を上昇させると、エタノール収率および濃度を効果的に上昇させることができることがわかる。
実験工程は、発酵温度が３９℃であることを除いて、実施例１６と同じである。早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表４に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−１０００が存在する系で、ＳＳＣＦ過程の温度を上昇させると、エタノール収率および濃度を効果的に上昇させることができることがわかる。
実施例２１
実験工程は、界面活性剤ＰＥＧ−２００（２．０ｇ）を添加することを除いて、実施例１６と同じである。酵素分解率、エタノール濃度のデータを表４に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−２００はエタノール収率および濃度を上昇させることができることがわかる。
実験工程は、界面活性剤ＰＥＧ−２００（２．０ｇ）を添加することを除いて、実施例１６と同じである。酵素分解率、エタノール濃度のデータを表４に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−２００はエタノール収率および濃度を上昇させることができることがわかる。
実施例２２
実験工程は、界面活性剤ＰＥＧ−４００（２．０ｇ）を添加することを除いて、実施例１６と同じである。酵素分解率、エタノール濃度のデータを表４に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−４００はエタノール収率および濃度を上昇させることができることがわかる。
実験工程は、界面活性剤ＰＥＧ−４００（２．０ｇ）を添加することを除いて、実施例１６と同じである。酵素分解率、エタノール濃度のデータを表４に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−４００はエタノール収率および濃度を上昇させることができることがわかる。
実施例２３
実験工程は、界面活性剤ＰＥＧ−４０００（２．０ｇ）を添加することを除いて、実施例１６と同じである。グルコース転化率、エタノール収率および濃度のデータを表４に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−４０００はエタノール収率および濃度を上昇させることができることがわかる。
実験工程は、界面活性剤ＰＥＧ−４０００（２．０ｇ）を添加することを除いて、実施例１６と同じである。グルコース転化率、エタノール収率および濃度のデータを表４に示す。表中のデータから、ＰＥＧ−４０００はエタノール収率および濃度を上昇させることができることがわかる。
実施例２４
実験工程は、界面活性剤ポリエチレングリコールメチルエーテル（２．０ｇ）を添加することを除いて、実施例１６と同じである。グルコース転化率、エタノール濃度のデータを表４に示す。
実験工程は、界面活性剤ポリエチレングリコールメチルエーテル（２．０ｇ）を添加することを除いて、実施例１６と同じである。グルコース転化率、エタノール濃度のデータを表４に示す。
実施例２５
実験工程は、界面活性剤ポリエチレングリコールジメチルエーテル（２．０ｇ）を添加することを除いて、実施例１６と同じである。グルコース転化率、エタノール濃度のデータを表４に示す。
実験工程は、界面活性剤ポリエチレングリコールジメチルエーテル（２．０ｇ）を添加することを除いて、実施例１６と同じである。グルコース転化率、エタノール濃度のデータを表４に示す。
表４ 前処理した早生ポプラ粉末の連続酵素糖化並行発酵
実施例２６
前処理した早生ポプラ粉末１．５ｇを基質とし、まずｐＨ値が４．８６の緩衝液１２．０ｍＬ、セルラーゼ０．３ｍＬ、界面活性剤０〜２．０ｇを添加し、５０℃条件下で予備分解を２４時間行う。その後、温度を３３℃まで低下させた後、出芽酵母を添加して細胞濃度を０．８×１０８個／ｍＬに保持し、ＳＳＣＦ発酵を７２時間行う。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを図４、５、６に示す。図中のデータから、ＰＥＧ−１０００を添加すると、酵素分解率にほとんど影響はなく、エタノール収率および濃度は、ＰＥＧ−１０００の濃度の増加に伴って次第に増加することがわかる。
前処理した早生ポプラ粉末１．５ｇを基質とし、まずｐＨ値が４．８６の緩衝液１２．０ｍＬ、セルラーゼ０．３ｍＬ、界面活性剤０〜２．０ｇを添加し、５０℃条件下で予備分解を２４時間行う。その後、温度を３３℃まで低下させた後、出芽酵母を添加して細胞濃度を０．８×１０８個／ｍＬに保持し、ＳＳＣＦ発酵を７２時間行う。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを図４、５、６に示す。図中のデータから、ＰＥＧ−１０００を添加すると、酵素分解率にほとんど影響はなく、エタノール収率および濃度は、ＰＥＧ−１０００の濃度の増加に伴って次第に増加することがわかる。
実施例２７
前処理した早生ポプラ粉末１．５ｇを基質とし、ｐＨ値が４．８６の緩衝液１２ｍＬ、セルラーゼ０．３ｍＬを添加し、５０℃条件下で予備分解を４時間行う。その後、温度を３３℃まで低下させ、界面活性剤ＰＥＧ−１０００を１．５００２ｇ、細胞濃度が０．８×１０８個／ｍＬの出芽酵母を添加し、ＳＳＣＦ発酵を７２時間行う。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表５に示す。表中のデータから、実施例１０および実施例１２と比較して、ＰＥＧ−１０００の添加順序は、酵素分解効率、エタノール収率および濃度に明らかな影響を及ぼさないことがわかる。
前処理した早生ポプラ粉末１．５ｇを基質とし、ｐＨ値が４．８６の緩衝液１２ｍＬ、セルラーゼ０．３ｍＬを添加し、５０℃条件下で予備分解を４時間行う。その後、温度を３３℃まで低下させ、界面活性剤ＰＥＧ−１０００を１．５００２ｇ、細胞濃度が０．８×１０８個／ｍＬの出芽酵母を添加し、ＳＳＣＦ発酵を７２時間行う。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表５に示す。表中のデータから、実施例１０および実施例１２と比較して、ＰＥＧ−１０００の添加順序は、酵素分解効率、エタノール収率および濃度に明らかな影響を及ぼさないことがわかる。
実施例２８
実験工程は、ＰＥＧ−１０００の添加量が２．００３９ｇであることを除いて、実施例２７と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表５に示す。
実験工程は、ＰＥＧ−１０００の添加量が２．００３９ｇであることを除いて、実施例２７と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表５に示す。
実施例２９
実験工程は、予備分解が８時間であることを除いて、実施例２７と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表５に示す。
実験工程は、予備分解が８時間であることを除いて、実施例２７と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表５に示す。
実施例３０
実験工程は、予備分解が８時間、界面活性剤ＰＥＧ−１０００の添加量が２．０１０３ｇであることを除いて、実施例２７と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表５に示す。
実験工程は、予備分解が８時間、界面活性剤ＰＥＧ−１０００の添加量が２．０１０３ｇであることを除いて、実施例２７と同じである。前処理した早生ポプラの酵素分解率、エタノール収率および濃度のデータを表５に示す。
表５：前処理した早生ポプラ粉末の連続酵素糖化並行発酵
Claims (10)
- ポリエチレングリコールを添加することにより、前処理したセルロース基質を解毒処理せずに、連続酵素糖化並行発酵を直接行い、
前処理したセルロースを基質とし、まずセルラーゼ、ポリエチレングリコール、ｐＨ緩衝液を添加し、高温条件下で予備分解を一定時間行い、その後、温度を低下させ、出芽酵母を添加し、同時糖化エタノール発酵を行って生産し、
発酵系において、前記セルロースおよび緩衝液の固液比が０．１〜０．３ｇ／ｍＬであり；前記緩衝液に対する前記ポリエチレングリコールの濃度が０．１２５０〜０．２５２５ｇ／ｍＬであり；セルラーゼの添加量が１０〜３０ＦＰＵ／原料１ｇであり；出芽酵母の細胞濃度が０．５×１０８〜１．８×１０８個／ｍＬであり；
前記予備分解の温度が５０℃、予備分解の時間が２〜２４時間であり；同時糖化エタノール発酵の温度が３０〜３９℃であり；同時糖化エタノール発酵の時間が１６〜９６時間、１５０〜３００ｒｐｍであることを特徴とする、
ポリエチレングリコールで改良したリグノセルロースの連続糖化並行発酵法。 - ポリエチレングリコールを添加することにより、前処理したセルロース基質を解毒処理せずに、連続酵素糖化並行発酵を直接行い、
前処理したセルロースを基質とし、まずセルラーゼ、ｐＨ緩衝液を添加し、高温条件下で予備分解を一定時間行い、その後、温度を低下させ、ポリエチレングリコール、出芽酵母を添加し、同時糖化エタノール発酵を行って生産し、
発酵系において、前記セルロースおよび緩衝液の固液比が０．１〜０．３ｇ／ｍＬであり；前記緩衝液に対する前記ポリエチレングリコールの濃度が０．１２５０〜０．２５２５ｇ／ｍＬであり；セルラーゼの添加量が１０〜３０ＦＰＵ／原料１ｇであり；出芽酵母の細胞濃度が０．５×１０８〜１．８×１０８個／ｍＬであり；
前記予備分解の温度が５０℃、予備分解の時間が２〜２４時間であり；同時糖化エタノール発酵の温度が３０〜３９℃であり；同時糖化エタノール発酵の時間が１６〜９６時間、１５０〜３００ｒｐｍであることを特徴とする、
ポリエチレングリコールで改良したリグノセルロースの連続糖化並行発酵法。 - 前記ポリエチレングリコールの分子量が２００〜８０００であることを特徴とする、請求項１または２に記載のポリエチレングリコールで改良したリグノセルロースの連続糖化並行発酵法。
- 前記ｐＨ緩衝溶液が、酢酸−酢酸ナトリウム、クエン酸−クエン酸ナトリウム、リン酸−リン酸ナトリウム緩衝液または硫酸溶液であり、ｐＨ緩衝溶液のｐＨが４．０〜５．５であることを特徴とする、請求項１または２に記載のポリエチレングリコールで改良したリグノセルロースの連続糖化並行発酵法。
- 前記ｐＨ緩衝溶液のｐＨが４．８であることを特徴とする、請求項１または２に記載のポリエチレングリコールで改良したリグノセルロースの連続糖化並行発酵法。
- 前記ポリエチレングリコールの濃度が０．１２５ｇ〜０．１８ｇ／ｍＬであることを特徴とする、請求項１または２に記載のポリエチレングリコールで改良したリグノセルロースの連続糖化並行発酵法。
- 前記発酵系におけるセルロースおよび緩衝液の固液比が０．１２５ｇ／ｍＬであることを特徴とする、請求項１または２に記載のポリエチレングリコールで改良したリグノセルロースの連続糖化並行発酵法。
- 前記発酵系におけるセルラーゼの濃度が３０ＦＰＵ／原料１ｇであることを特徴とする、請求項１または２に記載のポリエチレングリコールで改良したリグノセルロースの連続糖化並行発酵法。
- 前記発酵系における出芽酵母の細胞濃度が０．８×１０８〜０．９６×１０８個／ｍＬであることを特徴とする、請求項１または２に記載のポリエチレングリコールで改良したリグノセルロースの連続糖化並行発酵法。
- 前記予備分解の時間が８〜１２時間であり；同時糖化エタノール発酵の温度が３３℃、同時糖化エタノール発酵の時間が７２時間であることを特徴とする、請求項１または２に記載のポリエチレングリコールで改良したリグノセルロースの連続糖化並行発酵法。
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