JP7447435B2 - Bagasse pretreatment and saccharification method - Google Patents
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Description
本発明は、サトウキビ等の搾り滓であるバガスを発酵原料に用いるためのバガスの糖化方法に関するものである。 The present invention relates to a method for saccharifying bagasse, which is the dregs of sugarcane or the like, as a raw material for fermentation.
アミノ酸発酵などの各種発酵の糖源には、サトウキビや甜菜等の搾汁から砂糖を分離して残った廃糖蜜や、キャッサバの根から取ったデンプンであるタピオカ等が使用されてきた。そして、サトウキビや甜菜、キャッサバの根等から糖やデンプンを搾って残った滓であるバガスは主に飼料に利用されてきた。 As sugar sources for various fermentations such as amino acid fermentation, blackstrap molasses, which is left after separating sugar from the juice of sugarcane or sugar beet, and tapioca, which is starch extracted from cassava roots, have been used. Bagasse, the residue left after extracting sugar and starch from sugar cane, sugar beet, and cassava roots, has been primarily used for feed.
一方、植物体の主成分であるセルロースを分解してグルコースに変えて有効利用しようとする試みは古くから行われてきた。当初は、この分解は酸を用いて行われていたが、糖化率の低さや使用される強い酸のその後の処理の問題から、酵素分解が利用されるようになっている。ところが、植物体のセルロースはリグニンやヘミセルロースなどが大量に含まれていて、酵素法でも糖化率の低いのが大きな問題となっている。 On the other hand, attempts have been made for a long time to effectively utilize cellulose, the main component of plants, by decomposing it and converting it into glucose. Initially, this degradation was carried out using acids, but due to the low saccharification rate and problems with subsequent treatment of the strong acids used, enzymatic degradation has been used. However, plant cellulose contains large amounts of lignin and hemicellulose, and the low saccharification rate even with enzymatic methods is a major problem.
この酵素分解による糖化率を高めるための前処理として、酸、アルカリ等を用いて処理する方法、加圧熱水処理する方法などが知られている。 As pretreatment methods for increasing the saccharification rate through enzymatic decomposition, methods using acids, alkalis, etc., methods using pressurized hot water, and the like are known.
例えば、アルカリ処理する方法としては、粉砕したバイオマスに水酸化カルシウムを加えて１２０℃で１時間あるいは室温で１週間おいてアルカリ処理し、二酸化炭素で中和して酵素糖化を行う方法がある（特許文献１）。 For example, an alkali treatment method includes adding calcium hydroxide to pulverized biomass, leaving it at 120°C for 1 hour or at room temperature for 1 week, followed by enzymatic saccharification by neutralizing with carbon dioxide. Patent Document 1).
また、バイオマスの分散液をウォータージェットで高圧噴射して板に衝突させることによりバイオマスをナノファイバー化し、それによって酵素糖化率を大幅に高められることも知られている（特許文献２）。 It is also known that biomass can be made into nanofibers by jetting a biomass dispersion liquid at high pressure with a water jet and causing it to collide with a plate, thereby greatly increasing the enzymatic saccharification rate (Patent Document 2).
本発明者らは、コーンストーバ等のリグノセルロースのバイオマスに炭酸ナトリウムと過酸化水素水を加えて、ベンチュリー管を高速で通過させることによって、それに含まれるセルロースの酵素糖化率を大幅に高められることを見出し、流動キャビテーション処理法として既に報告している（非特許文献１）。 The present inventors have discovered that by adding sodium carbonate and hydrogen peroxide to lignocellulose biomass such as corn stover and passing it through a Venturi tube at high speed, the enzymatic saccharification rate of the cellulose contained therein can be significantly increased. It has already been reported as a heading, fluid cavitation treatment method (Non-Patent Document 1).
本発明者らは、発酵の糖源に用いたサトウキビ、甜菜、キャッサバ等が元々食料として利用されるものであるところから、これらから糖やデンプンを搾った滓であるバガスも発酵材料として有効利用するため、セルロースを分離して糖化することを考えた。 Since the sugar cane, sugar beet, cassava, etc. used as the sugar source for fermentation are originally used as food, the present inventors believe that bagasse, which is the residue from which sugar and starch are extracted, can also be effectively used as a fermentation material. Therefore, we considered separating cellulose and saccharifying it.
しかしながら、バガスを粉砕して水酸化カルシウムでアルカリ処理し、二酸化炭素で中和する方法は、中和して生じる炭酸カルシウムが溶解度以上になり、沈殿し、沈殿物がベンチュリー管の流路を狭め、キャビテーション効果を得ることは困難である。また、高温にするためにエネルギーを大量に消費し、低コストで糖化することは出来ない。 However, in the method of crushing bagasse, alkali treatment with calcium hydroxide, and neutralization with carbon dioxide, the calcium carbonate produced by neutralization exceeds its solubility, precipitates, and the precipitate narrows the flow path of the Venturi tube. , it is difficult to obtain the cavitation effect. In addition, a large amount of energy is consumed to raise the temperature to high temperatures, making it impossible to saccharify at a low cost.
また、バガスをウォータージェットで高圧噴射して板に衝突させる方法は、装置が高価であり、既存の機器では大量生産には不向きである。 Furthermore, the method of jetting bagasse at high pressure with a water jet and causing it to collide with the plate requires expensive equipment, and existing equipment is not suitable for mass production.
本発明者らが先に開発した方法をバガスに適用することは可能であったがセルロースの糖化率を更に改善することが望まれた。 Although it was possible to apply the method previously developed by the present inventors to bagasse, it was desired to further improve the saccharification rate of cellulose.
本発明の目的は、サトウキビ、甜菜、キャッサバ等から糖やデンプンを搾った滓であるバガス、もしくは稲から穂を取った稲わらに含まれるセルロースを、安価で簡便な方法で効率よく糖化して発酵原料として使用できる手段を提供することにある。 The purpose of the present invention is to efficiently saccharify bagasse, which is the residue obtained by extracting sugar and starch from sugar cane, sugar beet, cassava, etc., or cellulose contained in rice straw, which is obtained by removing ears from rice, in an inexpensive and simple manner. The purpose is to provide a means that can be used as a fermentation raw material.
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を進め、本発明者らが先に開発したベンチュリー管を用いた流動キャビテーション処理で炭酸ナトリウムを用いていることから、バガスを加えてから流動キャビテーション処理を行う前にしばらく浸漬しておくことを検討した。そして、それによって良好な糖化率が得られることを見出した。そして、炭酸ナトリウムに限らずナトリウムを用いたアルカリ化合物を用いることによって、やはり良好な糖化率が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have carried out intensive studies to solve the above problems, and since sodium carbonate is used in the fluidized cavitation treatment using a Venturi tube that the present inventors developed earlier, they added bagasse and then fluidized the cavitation treatment. We considered soaking it for a while before performing cavitation treatment. They have also found that a good saccharification rate can be obtained thereby. The inventors have also discovered that a good saccharification rate can be obtained by using not only sodium carbonate but also an alkaline compound using sodium, and have completed the present invention.
すなわち、本発明はバガスを０．１２５～０．５Ｍのナトリウム化合物を用いたアルカリ水溶液に１～２８日間接触させてアルカリ処理し、アルカリ処理したバガスを流動キャビテーション処理し、流動キャビテーション処理したバガスを酵素糖化することを特徴とするバガスの糖化方法を提供するものである。 That is, in the present invention, bagasse is treated with an alkali by contacting it with an alkaline aqueous solution containing a 0.125 to 0.5 M sodium compound for 1 to 28 days, the alkali-treated bagasse is subjected to fluid cavitation treatment, and the bagasse treated with fluid cavitation is treated with an alkali. The present invention provides a method for saccharifying bagasse characterized by enzymatic saccharification.
本発明により、バガスを、流動キャビテーション処理する前に、ナトリウム化合物を用いたアルカリ水溶液で処理することによって、糖化率を高めることができる。それによって、糖化に必要な酵素量を減らすことができ、また、バガスの発酵原料としての利用性を高めることができる。 According to the present invention, the saccharification rate can be increased by treating bagasse with an alkaline aqueous solution containing a sodium compound before the fluidized cavitation treatment. Thereby, the amount of enzyme required for saccharification can be reduced, and the usability of bagasse as a raw material for fermentation can be increased.
本発明で使用されるバガスは、糖やデンプンをとる植物の根や茎を搾った搾り滓であり、植物は、サトウキビ、甜菜、キャッサバ、トウモロコシ等である。 The bagasse used in the present invention is the residue obtained by squeezing the roots and stems of plants that extract sugar and starch, and the plants include sugar cane, sugar beet, cassava, corn, and the like.
このバガスは、アルカリ処理効果や流動キャビテーション効果を高めるためにまず粉砕する。粉砕の程度は、その後の固液分離で濾布などの濾材の目をすり抜けない程度とするのがよく、篩分したときに篩下画分の９０％以上が、０～５００μｍ、好ましくは２５０～５００μｍになるように粉砕する。粉砕機には、ジャイレトリークラッシャーなどの粗粉砕機、ハンマーミル、ロール粉砕機などの中砕機、カッターミルなどを使用することができる。粉砕したバガスは乾燥状態、湿った状態、スラリーなどいずれの状態でもよい。粉砕したバガスには、アルカリ水溶液を接触させてアルカリ処理を行うが、アルカリ水溶液のアルカリにはナトリウム化合物を用いる。ナトリウム化合物は糖化反応で阻害効果のあるバガス中のリグニン成分を除去する能力が大きく、また、酵素糖化前の中和で生じる塩の溶解度が高いので固液分離で除去しやすいからである。ナトリウム化合物は水溶液がアルカリ性になるものであり、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどである。ナトリウム化合物の濃度は０．０４５～０．４５Ｍ程度、好ましくは０．１１３～０．４５Ｍ程度が適当である。添加するナトリウム化合物量はバガスの水分含量に応じて適宜調整する。 This bagasse is first pulverized to enhance the alkali treatment effect and fluid cavitation effect. The degree of pulverization is preferably such that it does not pass through the mesh of a filter medium such as a filter cloth in the subsequent solid-liquid separation, and when sieved, 90% or more of the under-sieve fraction is 0 to 500 μm, preferably 250 μm. Grind to ~500μm. As the crusher, a coarse crusher such as a gyratory crusher, a medium crusher such as a hammer mill or a roll crusher, a cutter mill, etc. can be used. The crushed bagasse may be in any state, such as dry, wet, or slurry. The pulverized bagasse is subjected to alkali treatment by contacting it with an aqueous alkali solution, and a sodium compound is used as the alkali in the aqueous alkali solution. This is because sodium compounds have a great ability to remove the lignin component in bagasse that has an inhibitory effect on the saccharification reaction, and the salts generated during neutralization before enzymatic saccharification have a high solubility, so they can be easily removed by solid-liquid separation. Sodium compounds make an aqueous solution alkaline, and include sodium hydroxide, sodium carbonate, and sodium hydrogen carbonate. The appropriate concentration of the sodium compound is about 0.045 to 0.45M, preferably about 0.113 to 0.45M. The amount of sodium compound to be added is appropriately adjusted depending on the water content of bagasse.
アルカリ水溶液には酸化剤も加えることが好ましい。好ましい酸化剤としては、過酸化水素などを用いることができる。酸化剤の濃度としては０．０１～０．１０Ｍ程度、好ましくは０．０２５～０．１０Ｍ程度が適当である。 It is preferable to also add an oxidizing agent to the alkaline aqueous solution. Hydrogen peroxide and the like can be used as a preferable oxidizing agent. The appropriate concentration of the oxidizing agent is about 0.01 to 0.10M, preferably about 0.025 to 0.10M.
バガスのアルカリ水溶液の接触は、槽に入れて浸漬や噴霧などによって行えばよく、適宜撹拌することが望ましい。 The bagasse may be brought into contact with the alkaline aqueous solution by dipping or spraying the bagasse in a tank, and it is desirable to stir the bagasse as appropriate.
接触時間は温度に依存し、例えば、常温では１～２８日間程度、好ましくは７～２８日間程度。４０℃では２４～１６８時間程度好ましくは４８～１６８時間程度でよい。流動キャビテーション処理は、アルカリ処理したバガスの懸濁液を、ベンチュリー管を通すことによって行う。ベンチュリー管は、図１に示すように管を途中で絞って細くしたものである。ベルヌーイの定理から、管の断面積の小さいところでは、水の流速が速く、静圧は低くなる。この低下した静圧が飽和蒸気圧まで達すると、水は気化し、泡が発生する。管を通過し、断面積が大きくなると水の流速が遅くなり、静圧は高くなる。この高くなった静圧により、泡が瞬時に破壊され衝撃波を生じる。これがキャビテーションである。その際の衝撃圧でバガスを破砕するものである。本発明で使用されるベンチュリー管は、最小径部の直径が１．７～３．３ｍｍΦ程度、好ましくは２．８～３．３ｍｍΦ程度であり、拡径部のテーパは２０～４０°程度、好ましくは２０°程度である。縮径部は、拡径部と対称でも非対称でもよい。 The contact time depends on the temperature, and for example, at room temperature, it is about 1 to 28 days, preferably about 7 to 28 days. At 40°C, the heating time may be about 24 to 168 hours, preferably about 48 to 168 hours. The fluidized cavitation treatment is performed by passing a suspension of alkali-treated bagasse through a Venturi tube. A Venturi tube is a tube made narrower by constricting it in the middle, as shown in Figure 1. According to Bernoulli's theorem, the flow rate of water is faster and the static pressure is lower where the cross-sectional area of the pipe is small. When this reduced static pressure reaches the saturated vapor pressure, water evaporates and bubbles are generated. As the cross-sectional area increases as the water passes through the pipe, the flow rate slows down and the static pressure increases. This increased static pressure instantly destroys the bubbles, creating a shock wave. This is cavitation. The impact pressure at that time crushes the bagasse. The venturi tube used in the present invention has a diameter of about 1.7 to 3.3 mmΦ, preferably about 2.8 to 3.3 mmΦ at the smallest diameter part, and a taper of about 20 to 40 degrees at the enlarged diameter part. Preferably it is about 20°. The reduced diameter section may be symmetrical or asymmetrical with respect to the enlarged diameter section.
流動キャビテーション処理を行う装置は、ベンチュリー管の流入側には加圧機構が必要であり、バガスの懸濁液はベンチュリー管を複数回（Ｐａｓｓ数）通過させるところから流出側から流入側への循環ラインが必要である。従って、この装置は、基本的に、アルカリ処理されたバガスの受槽と、流動キャビテーション処理されたバガスの受槽と、循環ライン途中に設置するベンチュリー管と、流動キャビテーション処理されたバガスの受槽からアルカリ処理されたバガスの受槽への返送ラインと、アルカリ処理されたバガスの受槽の加圧機構からなる。Ｐａｓｓ数の計算は下式の通りである。 A device that performs fluid cavitation treatment requires a pressurizing mechanism on the inflow side of the Venturi tube, and the bagasse suspension passes through the Venturi tube multiple times (number of passes) and is circulated from the outflow side to the inflow side. A line is required. Therefore, this device basically consists of a receiving tank for alkali-treated bagasse, a receiving tank for fluidized cavitation-treated bagasse, a Venturi pipe installed in the middle of the circulation line, and a receiving tank for fluidized cavitation-treated bagasse. It consists of a return line for the processed bagasse to the receiving tank, and a pressurizing mechanism for the receiving tank for the alkali-treated bagasse. The number of passes is calculated using the formula below.
Ｐａｓｓ数＝キャビテーション処理時間×ポンプ流量（循環流量）／懸濁液液量 Number of passes = cavitation treatment time x pump flow rate (circulation flow rate) / suspension liquid volume
ベンチュリー管は、外形は管である必要はなく、厚板等に複数のベンチュリー管の内部構造を有する孔が設けられているものであってもよい。ベンチュリー管又は孔の数は、バガスの懸濁液１ｋＬ当り１～５個程度、特に１～２個程度とすることが好ましい。 The Venturi tube does not have to have the external shape of a tube, and may be one in which a plurality of holes having the internal structure of a Venturi tube are provided in a thick plate or the like. The number of Venturi tubes or holes is preferably about 1 to 5, particularly about 1 to 2, per 1 kL of bagasse suspension.
加圧機構は、アルカリ処理されたバガスの受槽を密閉構造にして槽内を加圧するものであってもよく、アルカリ処理されたバガスの受槽とベンチュリー管との間に加圧ポンプを設けてもよい。 The pressurizing mechanism may be one in which the receiving tank for the alkali-treated bagasse has a sealed structure and pressurizing the inside of the tank, or a pressurizing pump may be provided between the receiving tank for the alkali-treated bagasse and the Venturi pipe. good.
アルカリ処理されたバガスの受槽と流動キャビテーション処理されたバガスの受槽は別々の槽であってもよく、１つの槽に両槽を兼用させてもよい。これらの槽には必要により撹拌機構を設ける。 The receiving tank for alkali-treated bagasse and the receiving tank for fluidized cavitation-treated bagasse may be separate tanks, or one tank may serve as both tanks. These tanks are provided with a stirring mechanism if necessary.
流動キャビテーション処理装置の一例を図３に示す。この装置はアルカリ処理されたバガスの受槽と流動キャビテーション処理されたバガスの受槽を兼ねた槽１と、その一側壁に一端が接続された複数のベンチュリー管２と、このベンチュリー管２の他端が接続された分配室３と、槽１内のバガスのスラリーを吸引して分配室３に送る加圧ポンプ４と、アルカリ処理されたバガスの供給管５と、槽１の下部からバガスのスラリーを吸引して加圧ポンプ４を経由して分配室３に送る循環ライン６と、流動キャビテーション処理されたバガスの排出管７からなっている。尚、図示されていないが、槽１には内部をゆっくり撹拌するプロペラ形の撹拌機が設置されている。
An example of a fluid cavitation treatment device is shown in FIG. 3. This device consists of a
アルカリ処理されたバガスは供給管５から槽１内に供給され、加圧ポンプ４で吸引加圧されて循環ライン６から分配室３に入り、ベンチュリー管２を通過してバガスが破砕され、槽１に戻る。そして、循環ライン６からまた吸引されて、循環が繰返され、バガスの破砕が所定の程度まで進行したら排出管７から取り出される。この取出しは連続的であっても間欠的であってもよい。
The alkali-treated bagasse is supplied into the
流動キャビテーション処理されるバガスの懸濁液のバガス濃度は１８～７２ｇ／Ｌ程度、好ましくは３６～７２ｇ／Ｌ程度が適当である。流動キャビテーション条件としては、流入側の圧力は０．８～１．５ＭＰａ程度、好ましくは１．０～１．２ＭＰａ程度が適当である。温度は、加温してもよいが、通常は、室温のまま特に加温しなくともよい。加温する場合３０～５０℃程度が適当である。バガス懸濁液を何回、ベンチュリー管を通過させるかが重要であり、糖化収率６０％を達成するための必要Ｐａｓｓ数は仕込みのＮａＯＨ濃度に異存する。例えば、仕込みのＮａＯＨ濃度０．１２５Ｍでは３００Ｐａｓｓ以上であり、ＮａＯＨ濃度が０．５Ｍの場合は１Ｐａｓｓで達成可能である。 The bagasse concentration of the bagasse suspension to be subjected to the fluid cavitation treatment is approximately 18 to 72 g/L, preferably approximately 36 to 72 g/L. As for the fluid cavitation conditions, the pressure on the inflow side is approximately 0.8 to 1.5 MPa, preferably approximately 1.0 to 1.2 MPa. Although the temperature may be increased, it is usually not necessary to specifically heat the product as it is at room temperature. When heating, a temperature of about 30 to 50°C is appropriate. It is important how many times the bagasse suspension is passed through the Venturi tube, and the number of passes required to achieve a saccharification yield of 60% depends on the NaOH concentration used. For example, when the NaOH concentration in the preparation is 0.125M, it is 300 passes or more, and when the NaOH concentration is 0.5M, it can be achieved with 1 pass.
流動キャビテーション処理したバガスはアルカリ性であるので酸を加えて中和する。酸は塩酸、硫酸などを使用できる。中和の程度は、その後の糖化で用いられる酵素の至適ｐＨが考慮されるが、糖化の前に固液分離してバガスのスラリーから母液部分を除去する場合には、それほど厳密に酵素が働くｐＨに合わせる必要はない。ｐＨ７に調整する場合は、分離したバガスに対して、１Ｍ ＨＣｌを用いた場合で、２．０～３．０ｗｔ％程度である。 Since bagasse treated with fluidized cavitation is alkaline, acid is added to neutralize it. As the acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, etc. can be used. The degree of neutralization takes into consideration the optimum pH of the enzyme used in the subsequent saccharification, but if the mother liquor part is removed from the bagasse slurry by solid-liquid separation before saccharification, the enzyme should not be used so strictly. There is no need to adjust to the working pH. When adjusting the pH to 7, the amount is about 2.0 to 3.0 wt% based on the separated bagasse using 1M HCl.
中和処理後は、固液分離をしてバガスのスラリーから母液を除去することが好ましい。固液分離は、濾過機や遠心分離機を用いて行い、バガスの離解度に応じて細かいバガスも集められるものを選択する。固液分離したバガスは、必要により、水を加えて懸濁し、再度固液分離するなどにより水洗を行う。 After the neutralization treatment, it is preferable to perform solid-liquid separation to remove the mother liquor from the bagasse slurry. Solid-liquid separation is performed using a filter or centrifugal separator, and one that can collect even fine bagasse is selected depending on the degree of disintegration of the bagasse. The solid-liquid separated bagasse is washed with water, if necessary, by adding water to suspend it and performing solid-liquid separation again.
こうして得られた、流動キャビテーション処理したバガスは酵素を用いて糖化する。糖化酵素は、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｃｅｌｌｕｌｏｌｙｔｉｃｕｓを使用することができる。この酵素は、市販品をそのまま使用してもよく、担体に固定化して固定化酵素として使用してもよい。また、酵素を分離しないで菌体のまま使用できるものはそのようにしてもよい。 The fluidized cavitation-treated bagasse thus obtained is saccharified using enzymes. Acremonium cellulolyticus can be used as the saccharifying enzyme. This enzyme may be a commercially available product and may be used as it is, or may be immobilized on a carrier and used as an immobilized enzyme. In addition, if the bacterial cells can be used as they are without separating the enzyme, this may be used.
糖化反応の温度とｐＨは、使用する酵素の至適温度とｐＨを考慮して糖化反応が良好に進行する範囲で行なうのがよい。糖化反応時間は、実用的観点を考慮して定められ、通常１２時間～２日間程度から定められる。 The temperature and pH of the saccharification reaction are preferably within a range that allows the saccharification reaction to proceed favorably, taking into account the optimum temperature and pH of the enzyme used. The saccharification reaction time is determined in consideration of practical aspects, and is usually determined from about 12 hours to 2 days.
得られた糖化液は、グルコース等の糖化で生成した糖を分離してもよく、酵素失活、濃縮して、アミノ酸発酵、有機酸発酵、核酸発酵等の糖源として利用してもよい。 The obtained saccharified liquid may be used as a sugar source for amino acid fermentation, organic acid fermentation, nucleic acid fermentation, etc. by separating the sugars produced by saccharification such as glucose, or by inactivating the enzyme and concentrating it.
バガスには、石垣島産の搾汁後に天日乾燥されたサトウキビバガス（水分率４％～１２％）をＡＣＭパルベライザ（ホソカワミクロン(株)製）で粉砕し、５００μｍ未満（長径）画分が９５％以上の粉砕バガスを得た。この粉砕した乾燥バガス１,６７０ｇを０．５ｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ、０．０５ｍｏｌ／Ｌ Ｈ２Ｏ２の水溶液３１．８Lに浸漬し、室温で１週間放置したのち、得られたバガススラリーを流量１７Ｌ／ｍｉｎのポンプを用いて、ベンチュリー管に通し、流動キャビテーション処理した。流動キャビテーション後のスラリーを経時で約５００ｍｌずつ経時でサンプリングし、振切分離機で固液分離した。得られたアルカリ処理湿バガス（水分含量１５～３０％）に水２００ｍｌを加え、１Ｎ塩酸約１ｍｌを加えてｐＨ７に中和し、これをまた振切分離機で固液分離して、水分７９重量％を含有する中和湿バガス４９ｇを得た。
For bagasse, sugarcane bagasse (
ベンチュリー管は、口径２．８ｍｍ、テーパ２０°のもの１本を用い、加圧ポンプで１．０ＭＰａに加圧して５０℃で循環させた。循環時間は、０分、１０分又は５時間とした。 One Venturi tube with a diameter of 2.8 mm and a taper of 20° was used, and the tube was pressurized to 1.0 MPa with a pressure pump and circulated at 50°C. Circulation time was 0 minutes, 10 minutes or 5 hours.
流動キャビテーション処理０分、１０分、１時間および５時間後のバガスの顕微鏡写真を図２に示す。この写真に示すように、０分では、大きく太いバガス片が多数観察され、処理時間が長くなるにつれてバガス片が徐々にほぐれて細くなっていくことが観察された。 FIG. 2 shows micrographs of bagasse after 0 minutes, 10 minutes, 1 hour, and 5 hours of fluidized cavitation treatment. As shown in this photograph, many large and thick pieces of bagasse were observed at 0 minutes, and as the treatment time became longer, it was observed that the bagasse pieces gradually loosened and became thinner.
糖化反応液の組成は、１００ｍＭのクエン酸バッファー（ｐＨ＝５．０）、５％（ｗ／ｗ）の中和湿バガス、アクレモニウムセルラーゼ（明治製菓ファルマ（株））５．０Ｕ／ｇ‐中和湿バガスとした。 The composition of the saccharification reaction solution was 100 mM citric acid buffer (pH = 5.0), 5% (w/w) neutralized wet bagasse, Acremonium cellulase (Meiji Seika Pharma Co., Ltd.) 5.0 U/g- It was made into neutralized wet bagasse.
この糖化反応液を５０℃で２４時間、液全体が均一になるように撹拌することで糖化反応を進行させた。 The saccharification reaction was allowed to proceed by stirring the saccharification reaction solution at 50° C. for 24 hours so that the entire solution was uniform.
得られた糖化液の生成グルコース濃度をバイオテックアナライザー（サクラエスアイ（株））で分析したところ、流動キャビテーション処理０分のものは０．２０２ｇ／１０ｇ‐糖化反応液、１０分のものは０．１８５ｇ／１０ｇ‐糖化反応液、５時間のものは０．１８５ｇ／１０ｇ‐糖化反応液であった。一方、原料バガスをそのまま糖化反応させるものは０．０７３ｇ／１０ｇ‐糖化反応液であった。ここで、基質中グルコース含量（１０ｇあたり）は、それぞれ原料バガス０．２０２ｇ、流動キャビテーション０分は０．３３５５ｇ、１０分は０．２８１５ｇ、５時間は０．２６０５ｇであった。よって、糖化収率（生成グルコース／中和湿バガス中グルコース）は、原料バガスをそのまま糖化反応させたものは３６．３％であったのに対し、アルカリ処理したものは６０．２％になり、これをさらに１０分（Ｐａｓｓ数５．７回）流動キャビテーション処理したものは６５．９％、５時間（Ｐａｓｓ数１７０回）処理したものは７１．０％になった。この時の残存ＮａＯＨ濃度を０．１ＭのＨＣｌにより滴定したところ、０．０４Ｍであった。表１に結果を示した。 When the concentration of glucose produced in the obtained saccharification solution was analyzed using a Biotech Analyzer (Sakura SI Co., Ltd.), the concentration of glucose produced after 0 minutes of fluid cavitation treatment was 0.202 g/10 g of the saccharification reaction solution, and the concentration of glucose after 10 minutes of fluid cavitation treatment was 0.202 g/10 g. The saccharification reaction solution was 185g/10g, and the saccharification reaction solution after 5 hours was 0.185g/10g. On the other hand, the saccharification reaction solution obtained by directly saccharifying raw material bagasse was 0.073 g/10 g. Here, the glucose content (per 10 g) in the substrate was 0.202 g of raw bagasse, 0.3355 g for 0 minutes of fluidized cavitation, 0.2815 g for 10 minutes, and 0.2605 g for 5 hours. Therefore, the saccharification yield (produced glucose/glucose in neutralized wet bagasse) was 36.3% when the raw material bagasse was subjected to the saccharification reaction as is, whereas it was 60.2% when treated with alkali. The result was 65.9% when subjected to fluid cavitation treatment for 10 minutes (5.7 passes), and 71.0% after 5 hours (170 passes). The remaining NaOH concentration at this time was titrated with 0.1M HCl and found to be 0.04M. The results are shown in Table 1.
バガスには、石垣島産の搾汁後に天日乾燥されたサトウキビバガス（水分率４％～１２％）をＡＣＭパルベライザ（ホソカワミクロン(株)製）で粉砕し、５００μｍ未満（長径）画分が９５％以上の粉砕バガスを得た。この粉砕した乾燥バガス２５０５ｇを０．１２５ｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ、０．０１ｍｏｌ／Ｌ Ｈ２Ｏ２の水溶液３０Ｌに浸漬し、４０℃で１週間放置したのち、得られたバガススラリーを流量２５Ｌ／ｍｉｎのポンプを用いて、ベンチュリー管に通し、流動キャビテーション処理した。流動キャビテーション後のスラリーを経時で約５００ｍｌずつ経時でサンプリングし、スラリーを振切分離機で固液分離した。得られたアルカリ処理湿バガス（水分含量１５～３０％）に水２００ｍｌを加え、１Ｎ塩酸１ｍｌを加えてｐＨ７に中和し、これをまた振切分離機で固液分離して、水分７１重量％を含有する中和湿バガス４２ｇを得た。
For bagasse, sugarcane bagasse (
ベンチュリー管は、口径３．３ｍｍ、テーパ２０°のもの１本を用い、加圧ポンプで１．０ Ｐａに加圧して５０℃で循環させた。循環時間は、０分、６分、４２分および１４４分とした。Ｐａｓｓ数はそれぞれ、０回、２．８回、３５回、１７０回である。 One Venturi tube with a diameter of 3.3 mm and a taper of 20° was used, and the tube was pressurized to 1.0 Pa with a pressure pump and circulated at 50°C. Circulation times were 0 minutes, 6 minutes, 42 minutes and 144 minutes. The number of passes is 0, 2.8, 35, and 170, respectively.
糖化反応液の組成は、１００ｍＭのクエン酸バッファー（ｐＨ＝５．０）、５％（ｗ／ｗ）の中和湿バガス、アクレモニウムセルラーゼ（明治製菓ファルマ（株））５．０Ｕ／ｇ‐中和湿バガスとした。 The composition of the saccharification reaction solution was 100 mM citric acid buffer (pH = 5.0), 5% (w/w) neutralized wet bagasse, Acremonium cellulase (Meiji Seika Pharma Co., Ltd.) 5.0 U/g- It was made into neutralized wet bagasse.
この糖化反応液を５０℃で２４時間、液全体が均一になるように撹拌することで糖化反応を進行させた。 The saccharification reaction was allowed to proceed by stirring the saccharification reaction solution at 50° C. for 24 hours so that the entire solution was uniform.
得られた糖化液の生成グルコース濃度をバイオテックアナライザー（サクラエスアイ（株））で分析した。実施例１と同様の方法で計算された糖化収率（生成グルコース／中和湿バガス中グルコース）は、原料バガスをそのまま糖化反応させたものは３６．３％であったのに対し、本条件のアルカリ処理したものは３０．８％になり、これをさらに６分流動キャビテーション処理したものは３８．０％、４２分処理したものは４１．９％、１４４分処理したものは５１．２％になった。この時の残存ＮａＯＨ濃度を０．１ＭのＨＣｌにより滴定したところ、０．０２Ｍであった。表２に結果を示した。 The produced glucose concentration of the obtained saccharified solution was analyzed using a Biotech Analyzer (Sakura SI Co., Ltd.). The saccharification yield (produced glucose/glucose in neutralized wet bagasse) calculated using the same method as in Example 1 was 36.3% when the raw material bagasse was subjected to the saccharification reaction as it was, whereas it was 36.3% under the present conditions. The one treated with alkali is 30.8%, the one treated with fluid cavitation for another 6 minutes is 38.0%, the one treated for 42 minutes is 41.9%, and the one treated for 144 minutes is 51.2%. Became. The residual NaOH concentration at this time was titrated with 0.1M HCl and was found to be 0.02M. The results are shown in Table 2.
バガスには、実施例１，２と同じものを使用した。この粉砕した乾燥バガス２４ｇを０．１２５ｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ、０．０１ｍｏｌ／Ｌ Ｈ２Ｏ２の水溶液４００ｍｌに浸漬し、４０℃で１週間放置したのち、得られたバガススラリーを流量２．３Ｌ／ｍｉｎのポンプを用いて、５０℃でベンチュリー管に通し、１時間流動キャビテーション処理した。流動キャビテーション後のスラリーを振切分離機で固液分離した。得られたアルカリ処理湿バガスに水２００ｍｌを加え、１Ｎ塩酸１ｍｌを加えてｐＨ７に中和し、これをまた振切分離機で固液分離して、水分７１重量％を含有する中和湿バガス３４ｇを得た。
The same bagasse as in Examples 1 and 2 was used. 24 g of this pulverized dry bagasse was immersed in 400 ml of an aqueous solution of 0.125 mol/L NaOH and 0.01 mol/L H 2 O 2 and left at 40° C. for one week. The mixture was passed through a Venturi tube at 50° C. using a pump of 50° C., and subjected to fluid cavitation treatment for 1 hour. The slurry after fluidized cavitation was separated into solid and liquid using a shaking separator. 200 ml of water was added to the obtained alkali-treated wet bagasse, and 1 ml of 1N hydrochloric acid was added to neutralize it to
ベンチュリー管は、口径１．７ｍｍ、テーパ２０°のもの１本を用い、加圧ポンプで１．０Ｐａに加圧して５０℃で循環させた。 One Venturi tube with a diameter of 1.7 mm and a taper of 20° was used, and the tube was pressurized to 1.0 Pa with a pressure pump and circulated at 50°C.
糖化反応液の組成は、１００ｍＭのクエン酸バッファー（ｐＨ＝５．０）５％（ｗ／ｗ）の中和湿バガス、アクレモニウムセルラーゼ（明治製菓ファルマ（株））５．０Ｕ／ｇ‐中和湿バガスとした。 The composition of the saccharification reaction solution was as follows: 100 mM citric acid buffer (pH = 5.0), 5% (w/w) neutralized wet bagasse, Acremonium cellulase (Meiji Seika Pharma Co., Ltd.) 5.0 U/g. It was made into Japanese wet bagasse.
この糖化反応液を５０℃で１時間（Ｐａｓｓ数：３４５回）、液全体が均一になるように撹拌することで糖化反応を進行させた。 The saccharification reaction was allowed to proceed by stirring the saccharification reaction solution at 50° C. for 1 hour (number of passes: 345 times) so that the entire solution was uniform.
得られた糖化液の生成グルコース濃度をバイオテックアナライザー（サクラエスアイ（株））で分析した。実施例１と同様の方法で計算された糖化収率（生成グルコース／中和湿バガス中グルコース）は、６４．７％であった。この時の残存ＮａＯＨ濃度を０．１ＭのＨＣｌにより滴定したところ、０．０２Ｍであった。 The produced glucose concentration of the obtained saccharified solution was analyzed using a Biotech Analyzer (Sakura SI Co., Ltd.). The saccharification yield (produced glucose/glucose in neutralized wet bagasse) calculated in the same manner as in Example 1 was 64.7%. The residual NaOH concentration at this time was titrated with 0.1M HCl and was found to be 0.02M.
実施例１から３の糖化収率をベンチュリー管Ｐａｓｓ数に対してプロットすると、図４のようになる。実施例１は仕込みの水酸化ナトリウム濃度は０．５Ｍであり、つけ置き後の残存する水酸化ナトリウム濃度は、０．０４Ｍ、実施例２、３は仕込みの水酸化ナトリウム濃度は０．１２５Ｍであり、つけ置き後の残存する水酸化ナトリウム濃度は、０．０２Ｍであった。 When the saccharification yields of Examples 1 to 3 are plotted against the Venturi tube pass number, the results are as shown in FIG. In Example 1, the sodium hydroxide concentration in the preparation was 0.5M, and the remaining sodium hydroxide concentration after soaking was 0.04M, and in Examples 2 and 3, the sodium hydroxide concentration in the preparation was 0.125M. The remaining sodium hydroxide concentration after soaking was 0.02M.
さらに、経済的観点から好ましい条件として糖化収率４０%以上、仕込みＮａＯＨ０．２Ｍ以下とするときの、仕込みＮａＯＨ濃度とＰａｓｓ数の関係を、図５に斜線で示した。 Furthermore, the relationship between the concentration of NaOH charged and the number of passes when the saccharification yield is 40% or more and the NaOH charged is 0.2M or less is shown with diagonal lines in FIG. 5 as favorable conditions from an economical point of view.
本発明により、従来主に飼料に利用されていたサトウキビ等の搾り滓であるバガスを各種発酵の糖源として広く利用できる。 According to the present invention, bagasse, which is the dregs of sugarcane and the like, which has been mainly used as feed, can be widely used as a sugar source for various fermentations.
１ 槽
２ ベンチュリー管
３ 分配室
４ 加圧ポンプ
５ アルカリ処理されたバガスの供給管
６ 循環ライン
７ 流動キャビテーション処理されたバガスの排出管
1
Claims (3)
アルカリ処理したバガスを流動キャビテーション処理し、
流動キャビテーション処理したバガスを酵素糖化することを特徴とする
バガスの糖化方法。 Bagasse is treated with alkali by immersing it for 1 to 28 days in a tank containing 0.045 to 0.45 M alkaline aqueous solution using one or more selected from sodium hydroxide, sodium carbonate, and sodium hydrogen carbonate,
The alkali-treated bagasse is subjected to fluid cavitation treatment,
A bagasse saccharification method characterized by enzymatically saccharifying bagasse treated with fluidized cavitation.
図５の斜線で示した領域に入るようにＰａｓｓ数を調整した条件で流動キャビテーション処理し、
流動キャビテーション処理したバガスを酵素糖化することを特徴とする
バガスの糖化方法。
Bagasse is treated with alkali by immersing it in a tank containing 0.045-0.18M aqueous alkaline solution using one or more selected from sodium hydroxide, sodium carbonate, and sodium hydrogen carbonate for 1-28 days,
Flow cavitation treatment was performed under conditions in which the number of passes was adjusted so that it fell into the shaded area in Figure 5,
A bagasse saccharification method characterized by enzymatically saccharifying bagasse treated with fluidized cavitation.
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