JP6933640B2 - セルロース系バイオマスの処理のための方法および組成物ならびにそれによって生成される生成物 - Google Patents
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Description
本出願は、2015年4月10日に出願された米国特許出願第62/145,785号および2015年10月26日に出願された米国特許出願第62/246,271号によるパリ条約に基づく優先権を主張し、その内容全体は参照により本明細書に組み入れられる。
本出願は、セルロース系バイオマスを処理してセルロース性の糖類を生成する方法に関する。1つの態様では、セルロース系原料を活性化する方法および/またはグルコースを生成するための酵素的加水分解が提供される。活性化されたセルロース系原料および活性化されたセルロース系原料の酵素的加水分解から生成された生成物もまた提供される。
この要約は、後に続くより詳細な説明に読者を導くことを目的とし、いかなる特許請求された発明もしくはまだ特許請求されていない発明をも限定または規定することを目的としない。その特許請求の範囲および図面を含む本文書のいずれかの部分に開示される構成要素または工程ステップの任意のコンビネーション(combination)またはサブコンビネーション(sub-combination)に、1つ以上の発明が存在しうる。
本開示は以下、下記の図面と関連して記載される。
任意選択で、第二活性化ステップは、酸化剤ならびに/または酵素、例えば、ラッカーゼおよび/もしくはリグニン修飾酵素などの存在下で行われうる。
第二活性化ステップでの使用に適した酵素の例は、リグニン修飾酵素、例えばラッカーゼ酸化酵素などを含むが、それに限定されない。
任意選択で、1種以上のセルラーゼ酵素に対する分散剤(例えば、ポリアスパラギン酸)のモル比は、0.01〜10:1である。
(a)酵素を含んでいるグルコースに富む糖類ストリームをセルロースと接触させ、その上に吸着した酵素を有するセルロースを得るステップ;ならびに、
(b)グルコースに富む糖類ストリームをセルロース除去ステップに供して、低下したセルロースレベルを有するグルコースに富み酵素の少ない糖類ストリームおよび酵素再利用ストリームを得るステップ。
下記の非限定的な実施例は、本開示の実例である。
セルロースを活性化するためのサトウキビバガスの処理
セルロースを活性化するための様々な方法を、サトウキビバガスを用いて検討した。サトウキビバガスを、220℃、5分間の滞留時間の第一水蒸気処理ステップとそれに続く80℃の湯を用いた熱湯洗浄、または第一水蒸気処理とそれに続くアルカリ過酸化水素による処理のいずれかに供した。90℃で60分間または120分間、および固体で投入する1%過酸化物でのアルカリ洗浄。
活性化されたサトウキビバガスの酵素的加水分解
実施例1において調製された水不溶性セルロース成分を、その後、72時間の酵素的加水分解に供した。界面活性剤Tween 80および3500〜4500の分子量を有する分散剤ポリアスパラギン酸の1:1比率の混合物を含有しているComet additive S-001もまた、アルカリ処理されたサトウキビバガスのための酵素的加水分解混合物に添加された。
セルロースを活性化するためのコムギわらの処理
セルロース系原料を活性化するための方法を、コムギわらを用いて検討した。コムギわらを、220℃、5分間の滞留時間の第一水蒸気処理ステップ、それに続く80℃での熱湯洗浄、それに続く90℃で60分間および固体で投入する1%過酸化物でのアルカリ洗浄に供した。
表6に示されるように、アルカリ過酸化水素による二段階処理の使用は、高レベルのグルカン(75.1%)を含む水不溶性成分をもたらした。
活性化されたコムギわらの酵素的加水分解
水蒸気処理されたコムギわら、または水蒸気処理された後アルカリ処理されたコムギわらの水不溶性セルロース成分を、表7〜9に示されるような酵素的加水分解に供した。界面活性剤Tween 80もまた、表中に記載されるように添加された。
本明細書に記載される活性化および酵素的変換方法によって生成されるセルロース性グルコース生成物は、下記の仕様を有するように調製され、測定された。
全固形物50〜70%
水分30〜50%
グルコース 95%
キシロース 4%
キシロオリゴ糖 1%
灰分 <0.01%
導電率: (30% DS)50 μs/cm
比重: 1.2
外見: 透明な溶液
匂い: 甘い
塩化物 16
硫酸塩 <1
カルシウム 5
カリウム <1
マグネシウム <1
ナトリウム 2
リン 2
上述の組成を有するセルロース性グルコース生成物は、72のグリセミック指数(GI)を有することが見出された。比べて、グルコース単独では100のグリセミック指数を有することが知られている。デキストロースもまた100のグリセミック指数を有することが知られているが、マルトースおよびマルトデキストリンは、それぞれ105および110のグリセミック指数を有することが知られている。
Claims (38)
- 活性化セルロースからグルコースに富む糖類ストリームを生成する方法であって、セルロースII、水和セルロースIIおよびアルカリセルロースIVの混合物を含有する活性化セルロースを、1種以上のセルラーゼ酵素、界面活性剤およびポリアスパラギン酸を用いた酵素的加水分解に供して、グルコースに富む糖類ストリームを生成するステップを含む、上記方法。
- 1種以上のセルラーゼ酵素が、1,4-β-D-グリコシド結合を単糖類に加水分解するように選択される、請求項1に記載の方法。
- 1種以上のセルラーゼ酵素が、セロビオヒドロラーゼ、エンドグルカナーゼおよびβ-グルコシダーゼ活性の少なくとも1つを有する酵素を含む、請求項1または2に記載の方法。
- ポリアスパラギン酸が、500〜10,000の分子量を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- ポリアスパラギン酸が1000〜5000の分子量を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- ポリアスパラギン酸が3500〜4500の分子量を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- ポリアスパラギン酸が、活性化セルロースのセルロース含量の重量の2%未満、1%〜0.001%、0.25%〜0.025%、または約0.1%の投入量で存在する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 界面活性剤が非イオン界面活性剤、任意選択でTween(商標)などのポリソルベート界面活性剤である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- 界面活性剤が、Tween、アルコキシル化グリセリドおよびノニルフェノールを含む界面活性剤の混合物である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 界面活性剤が、活性化セルロースのセルロース含量の重量の2%未満、1%〜0.01%、0.5%〜0.05%、または約0.1%〜0.2%の投入量で存在する、請求項8または9に記載の方法。
- 1種以上のセルラーゼ酵素、界面活性剤およびポリペプチドが、個別に活性化セルロースと混合される、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 1種以上のセルラーゼ酵素を、活性化セルロースを酵素的加水分解に供する前に、任意選択で少なくとも10秒間、界面活性剤およびポリペプチドと混合する、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 1種以上のセルラーゼ酵素が、界面活性剤およびポリアスパラギン酸と三成分複合体を形成する、請求項12に記載の方法。
- 1種以上のセルラーゼ酵素が、グルカンのgあたり0.1〜5 mgの酵素タンパク質の投入量で存在する、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
- 1種以上のセルラーゼ酵素が、2〜60 FPU/gグルカンで存在する、請求項14に記載の方法。
- 活性化セルロースを、24〜144時間、48〜144時間、48〜60時間、24〜96時間、60時間未満または48時間未満の間、酵素的加水分解に供するステップを含む、請求項1〜15のいずれか1項に記載の方法。
- グルコースに富む糖類ストリームを酵素除去処理に供して、グルコースに富み酵素の少ない糖類ストリームおよび酵素再利用ストリームを得るステップ、酵素再利用ストリームを酵素的加水分解に再利用するステップを更に含む、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。
- 酵素的加水分解に使用するために酵素再利用ストリームを導入した後に、前記方法が、理論的収量の約70%超、約80%超、約85%超、約90%超または約95%超のグルコースの収量を生じる、請求項17に記載の方法。
- (a)グルコースに富む糖類ストリームをセルロースと接触させ、その上に吸着した酵素を有するセルロースを得るステップ;ならびに、
(b)グルコースに富む糖類ストリームをセルロース除去ステップに供して、低下したセルロースレベルを有するグルコースに富み酵素の少ない糖類ストリームおよび酵素再利用ストリームを得るステップ
を含む、請求項17または18に記載の方法。 - グルコースに富む糖類ストリームを、活性化セルロースと接触させる、請求項19に記載の方法。
- セルロース除去ステップがろ過を含む、請求項19または20に記載の方法。
- 酵素再利用ストリームと新たな活性化セルロースとを混合するステップを更に含む、請求項17〜21のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項19に記載のセルロース除去ステップを繰り返すことを更に含む、請求項19〜22のいずれか1項に記載の方法。
- グルコースに富む糖類ストリームが、約12%超のグルコース、約14%超のグルコース、約16%超のグルコースまたは約18%超のグルコースを含有する、請求項1〜23のいずれか1項に記載の方法。
- グルコースの収量が、約70%超、約80%超、約85%超、約90%超または約95%超である、請求項1〜24のいずれか1項に記載の方法。
- グルコースに富む糖類ストリームを生成する方法であって、
(a)セルロースII、水和セルロースIIおよびアルカリセルロースIVの混合物を含有する活性化セルロースを供給するステップ;
(b)活性化セルロースを、1種以上のセルラーゼ酵素、界面活性剤およびポリアスパラギン酸を用いた酵素的加水分解に供して、グルコースに富む糖類ストリームを生成するステップ
を含む、上記方法。 - 活性化セルロースが、セルロース系原料を活性化する二段階の方法であって、
(a)原料を、190℃より高い温度および200 psigより高い圧力で処理する第一活性化ステップに供して、セルロースIIおよび不溶性固形物を含有する第一活性化セルロースストリームを生成するステップ;および
(b)第一活性化セルロースストリームを、第一活性化ステップより低い温度でアルカリによって処理する第二活性化ステップに供して、セルロースIVを含有する第二活性化セルロースストリームを生成するステップ
を含む方法によって生成される、請求項26に記載の方法。 - ポリアスパラギン酸が、10,000未満の分子量を有する、請求項26または27に記載の方法。
- ポリアスパラギン酸が、活性化セルロースのセルロース含量の重量の2%未満、1%〜0.001%、0.25%〜0.025%、または約0.1%の投入量で存在する、請求項26〜28のいずれか1項に記載の方法。
- ポリアスパラギン酸が、1000〜5000、任意選択で3500〜4500の分子量を有する、請求項28に記載の方法。
- 界面活性剤が、活性化セルロースのセルロース含量の重量の2%未満、1%〜0.01%、0.5%〜0.05%、または約0.1%〜0.2%の投入量で存在する、請求項26〜30のいずれか1項に記載の方法。
- 界面活性剤が非イオン界面活性剤、任意選択でTween(商標)などのポリソルベート界面活性剤である、請求項31に記載の方法。
- 界面活性剤が、Tween、アルコキシル化グリセリドおよびノニルフェノールを含む界面活性剤の混合物である、請求項31に記載の方法。
- 1種以上のセルラーゼ酵素、界面活性剤およびポリアスパラギン酸が、活性化セルロースに個別に添加される、請求項26〜33のいずれか1項に記載の方法。
- 1種以上のセルラーゼ酵素を、活性化セルロースを酵素的加水分解に供する前に、任意選択で少なくとも10秒間、界面活性剤およびポリアスパラギン酸と混合する、請求項26〜33のいずれか1項に記載の方法。
- グルコースに富む糖類ストリームを酵素除去処理に供して、グルコースに富み酵素の少ない糖類ストリームおよび酵素再利用ストリームを得るステップを更に含む、請求項26〜35のいずれか1項に記載の方法。
- グルコースに富む糖類ストリームが、約12%超のグルコース、約14%超のグルコース、約16%超のグルコースまたは約18%超のグルコースを含有する、請求項26〜36のいずれか1項に記載の方法。
- グルコースの収率が、約70%超、約80%超、約85%超、約90%超または約95%超である、請求項26〜37のいずれか1項に記載の方法。
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