JP6945826B2 - セルロース及びヘミセルロースを含む組成物を製造する方法、並びにその組成物を用いて糖化を行う方法 - Google Patents
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Description
項1.
セルロース及びヘミセルロースを含む組成物を製造する方法であって、
リグノセルロースを含む植物材料を、
一般式:MIMIII(SO4)2・12H2O(式中、MIは1価の陽イオンを表わし、MIIIは3価の金属を表わす)で表わされるミョウバンを含む液体中において加熱することにより、
セルロース及びヘミセルロースを含む固形状組成物と、
リグニンの分解生成物と
を含む混合物を得る工程
を含む、方法。
項2.
前記加熱を、前記液体を80℃〜240℃とすることにより行う、項1に記載の製造方法。
項3.
前記加熱を、前記液体にマイクロ波を照射することにより行う、項1又は2に記載の製造方法。
項4.
前記ミョウバンが、前記一般式中、MIがカリウムであるミョウバンである、項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。
項5.
項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法により得られたセルロース及びヘミセルロースを含む固形状組成物から、酵素糖化処理により単糖を得る工程を含む、単糖の製造方法。
(1)リグノセルロースを含む植物材料を、
一般式:MIMIII(SO4)2・12H2O(式中、MIは1価の陽イオンを表わし、MIIIは3価の金属を表わす)で表わされるミョウバンを含む液体中において加熱することにより、
セルロース及びヘミセルロースを含む固形状組成物と、
リグニンの分解生成物と、
を含む混合物を得る工程
を含む、方法に関する。
工程(1)においては、リグノセルロースに結合しているリグニンの低分子化、リグニンと多糖との間の結合の切断、多糖結晶構造の変化及びへミセルロースの溶脱等の結果、リグニンの分解生成物と、セルロース及びヘミセルロースを含む固形状組成物とが少なくとも生成する。工程(1)においては、さらに単糖やオリゴ糖等の低分子の糖類が生成することもある。
また、本発明は、工程(1)により得られた混合物から、固形状多糖類を回収する工程を含みうる。上記のように、工程(1)において得られる混合物は、少なくとも、液体に溶解乃至分散したリグニンの分解生成物と、セルロース、ヘミセルロース等からなる固形状多糖類を含む糖成分と、を含む混合物である。本工程により、かかる混合物から、糖化処理に供することのできるセルロース、ヘミセルロース等からなる固形状多糖類を、不溶性画分として回収することができる。不溶性画分には、固形状多糖類の他に、工程(1)で分解できなかった残存リグニンが含まれる場合がある。なお、上記混合物に含まれ得るリグニンの分解生成物や、低分子の糖類も、有用な化学物質の生産に用いられる。
マイクロ波反応用20ml容のガラスバイアルに、サトウキビバガス(0.4 g)、ミョウバン(0-480 μM/gバイオマス)と50% の2-プロパノール中を、バイオマスと溶媒が1:30になるよう加え、マイクロ波照射装置 Initiator+Sixty(バイオタージ・ジャパン)を用いて、900 rpm で攪拌しながら2.45GHzのマイクロ波を照射し、180℃で30分反応させた。反応物を室温まで放冷した後濾紙を用いて濾過し、可溶性画分と不溶性のパルプ画分に分離した。パルプ画分はアセトンで洗浄後、蒸留水で3回洗浄した。分離した不溶性画分は、セルラーゼで酵素糖化し、糖化後生成した還元糖をDNS法で定量した。可溶性画分は、溶媒を分離した後、50 mM 酢酸緩衝液 (pH 4.5) 中、40 FPU / g 基質のTrichoderma viride由来のセルラーゼで45℃、48時間酵素糖化し、糖化後生成した還元糖をDNS法で定量した。定量結果を表1にしめす。
触媒を使用しない他は同様にして試験を行った。結果を合わせて表1に示す(比較例1)。
マイクロ波反応用20ml容のガラスバイアルに、サトウキビバガス(0.4 g)、ミョウバン(360 μM/gバイオマス)と水分含量の異なる2-プロパノールあるいはグリセロール中、バイオマスと溶媒が1:30になるよう加え、マイクロ波照射装置 Initiator+Sixty(バイオタージ・ジャパン)を用いて、900 rpm で攪拌しながら2.45GHzのマイクロ波を照射し、180℃で30分反応させた。2-プロパノール溶液は、80wt%、70wt%、50wt%、30wt%で2-プロパノールを含む水溶液を使用した。グリセロール溶液は、100%、90wt%、70wt%、50wt%、30wt%でグリセロールを含む水溶液を使用した。反応物を室温まで放冷した後濾紙を用いて濾過し、可溶性画分と不溶性のパルプ画分に分離した。パルプ画分はアセトンで洗浄後、蒸留水で3回洗浄した。分離した不溶性画分は、セルラーゼで酵素糖化し、糖化後生成した還元糖をDNS法で定量した。可溶性画分は、溶媒を分離した後、50 mM 酢酸緩衝液 (pH 4.5) 中、40 FPU / g 基質のTrichoderma viride由来のセルラーゼで45℃、48時間酵素糖化し、糖化後生成した還元糖をDNS法で定量した。定量結果を表2にしめす。
マイクロ波反応用20ml容のガラスバイアルに、木材(1.0 g)、触媒(0-180 μM/gバイオマス)と50% の2-プロパノール中を、バイオマスと溶媒が1:20になるよう加え、マイクロ波照射装置 Initiator+Sixty(バイオタージ・ジャパン)を用いて、900 rpm で攪拌しながら2.45GHzのマイクロ波を照射し、160℃あるいは180℃で30分反応させた。木材としては、スギ、ファルカタリア、ユーカリ材の木粉を用いた。触媒としては、硫酸アルミニウム (Al2(SO4)3) (比較例2)あるいは、ミョウバン( AlK(SO4)2)を使用した。反応物を室温まで放冷した後濾紙を用いて濾過し、可溶性画分と不溶性のパルプ画分に分離した。パルプ画分はアセトンで洗浄後、蒸留水で3回洗浄した。分離した不溶性画分は、50 mM 酢酸緩衝液 (pH 4.5) 中、40 FPU / g 基質のTrichoderma viride由来のセルラーゼで45℃、48時間酵素糖化し、糖化後生成した還元糖をDNS法で定量した。可溶性画分は、溶媒を分離した後、セルラーゼで酵素糖化し、糖化後生成した還元糖をDNS法で定量した。定量結果を表3にしめす。
触媒を使用しない他は同様にして試験を行った。結果を合わせて表3に示す(比較例3)。
マイクロ波反応用20ml容のガラスバイアルに、木材(1.0 g)、ミョウバン(0-180 μM/gバイオマス)とグリセロール中、バイオマスと溶媒が1:20になるよう加え、マイクロ波照射装置 Initiator+Sixty(バイオタージ・ジャパン)を用いて、900 rpm で攪拌しながら2.45GHzのマイクロ波を照射し、160℃あるいは180℃で30分反応させた。木材としては、スギ、ファルカタリア、ユーカリ材の木粉を用いた。触媒としては、硫酸アルミニウム (Al2(SO4)3) (比較例4)あるいは、ミョウバン( AlK(SO4)2)を使用した。反応物を室温まで放冷した後濾紙を用いて濾過し、可溶性画分と不溶性のパルプ画分に分離した。パルプ画分はアセトンで洗浄後、蒸留水で3回洗浄した。分離した不溶性画分は、セルラーゼで酵素糖化し、糖化後生成した還元糖をDNS法で定量した。可溶性画分は、溶媒を分離した後、50 mM 酢酸緩衝液 (pH 4.5) 中、40 FPU / g 基質のTrichoderma viride由来のセルラーゼで45℃、48時間酵素糖化し、糖化後生成した還元糖をDNS法で定量した。定量結果を表4にしめす。
触媒を使用しない他は同様にして試験を行った。結果を合わせて表4に示す(比較例5)。
1Lのステンレス製マイクロ波反応装置に、サトウキビバガス(45 g)、ミョウバン(360 μM/gバイオマス)と70%グリセロールをバイオマスと溶媒が1:20の比率になるよう加え、攪拌しながら2.45GHzのマイクロ波を照射し、180℃で30分反応させた。反応物を室温まで放冷した後、濾紙を用いて濾過し、可溶性画分と不溶性のパルプ画分に分離した。パルプ画分はアセトンで洗浄後、蒸留水で3回洗浄した。分離した不溶性画分は、50 mMコハク酸緩衝液(pH 5.0)中、Trichoderma reesei由来の11 FPU / g 基質のセルラーゼで50℃、48時間酵素糖化し、糖化後生成した還元糖をDNS法で定量した。定量結果を表1にしめす。得られたパルプを糖源として、2Lのジャーファーメンター中、アルコール生産菌Zymomonas mobilisを用いて並行複発酵(SSF)によりエタノールを生産した。即ち、乾燥重量100g相当の前処理パルプに10 mlの5%ポリエチレングリコールと Trichoderma reesei由来の11 FPU / g 基質のセルラーゼを加え、50 mMコハク酸緩衝液(pH 5.0)中、150 rpm で攪拌しながら、50℃で48時間酵素糖化した。この糖化液を35℃に温度を下げるとともにpHを5.5に調整し、Zymomonas mobilisの種菌120 mlと1.2 ml の100 mg/mlクロラムフェニコール溶液を加えて100 rpmで攪拌しながらエタノール発酵を行った。発酵液は、経時的にサンプリングしてグルコース濃度とエタノール濃度を測定した(図1)。
Claims (5)
- セルロース及びヘミセルロースを含む組成物を製造する方法であって、
リグノセルロースを含む植物材料を、
一般式:MIMIII(SO4)2・12H2O(式中、MIは1価の陽イオンを表わし、MIIIは3価の金属を表わす)で表わされるミョウバンを含む液体中において加熱することにより、
セルロース及びヘミセルロースを含む固形状組成物と、
リグニンの分解生成物と
を含む混合物を得る工程
を含む、方法。 - 前記加熱を、前記液体を80℃〜240℃とすることにより行う、請求項1に記載の製造方法。
- 前記加熱を、前記液体にマイクロ波を照射することにより行う、請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記ミョウバンが、前記一般式中、MIがカリウムであるミョウバンである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法により得られたセルロース及びヘミセルロースを含む固形状組成物から、酵素糖化処理により単糖を得る工程を含む、単糖の製造方法。
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