JPS6387994A - 糖化液から糖液および酵素を得る方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 この発明はセルロースを酵素で糖化した糖化液から糖液
および酵素を得る方法、特に酵素を効率よく回収するこ
とが可能な方法に関するものである。

〔従来の技術〕

バイオマス原料たとえば稲わら、バガスなどのセルロー
スから糖化液を製造して、さらにアルコール発酵工程を
経て燃料用のアルコールを製造するプロセスにおいては
、セルロースに酵素を作用させて糖化液を得る方法が広
く行われている。この場合、糖化液に酵素および固形分
が残留するため、遠心分離により固形分をスラッジとし
て分離し、次いで分離液を限外濾過（以下、ＵＦという
）により処理し、糖液を透過液として、酵素を非透過液
として分離している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに糖化に用いられる酵素は特殊な菌株の培養によ
って製造されるもので、その製造コストは極めて高いが
、糖化液中では残留する固形分に多量に吸着される傾向
がある。上記従来法では糖化液に残留する固形分は遠心
分離によりスラッジとして分離され、そのまま廃棄され
ているため。

高価な酵素が無駄に廃棄されるという問題点があった。

この発明は上記問題点を解決し、糖化液中に残留する固
形分に吸着された酵素を脱着させ、高価な酵素を効率よ
く回収することが可能な糖化液から糖液および酵素を得
る方法を提案することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、セルロースを酵素で糖化した糖化液中に残
留する固形分にノニオン性界面活性剤を接触させた後、
固液分離によりスラッジと分離液に分離し１分離液を限
外濾過により透過液と非透過液とに分離することを特徴
とする糖化液から糖液および酵素を得る方法である。

本発明においてセルロースを酵素で糖化させる糖化工程
は従来法と同様に行われる。この場合のセルロースを含
有する原料としては、稲わら、バガス等のバイオマス原
料が挙げられる。このような原料のセルロースにそのま
ま酵素を作用させて糖化液を得てもよいが、糖化反応を
容易にするため、水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液へ
浸漬してリグニン等の不純物を除去し、アルカリを除去
するための水洗、脱水等の前処理を行うのが好ましい。

こうして前処理を施した原料に酵素を作用させて糖化を
行うが、酵素としてはセルロースを糖化する酵素すなわ
ちセルラーゼが使用される。

セルロースの糖化は、セルラーゼを用いる場合、セルロ
ースを１〜２０重量％、好ましくは５〜１０重量％およ
びセルラーゼを０．１〜１０重量％、好ましくは０．５
〜２．０重量％を含有する水溶液を、　ＰＨ３，５〜７
．５．好ましくはＰＨ４，０〜５．０に調整し、３０〜
６０℃。

好ましくは２４〜４８時間反応させることにより行うこ
とができる。

好ましい糖化方法は次の通りである。まず稲わらやバガ
スなどの原料を細断したのち、８０〜１００℃に加熱し
た３〜１０％水酸化ナトリウム水溶液で処理して、原料
中のリグニンを主成分とする不純物を除去するアルカリ
処理を行う。アルカリ処理物は温水で洗浄後、微粉砕機
に送ってスラリー化する。ｐＨを中性付近に調整し、５
〜６重量％濃度のスラリーを脱水機で水分７０〜７５重
量％に脱水した後、あらかじめセルラーゼを導入して酵
素単位１００〜３００Ｕ／ｍＱ（ＣＭＣａｓｅ）に調整
した糖化槽に投入する。糖化反応の温度は４０〜５５℃
、ｐＨは５±０．５になるように調整される。反応開始
後１２時間以降４時間毎に糖化液をサンプリングし、糖
の生成が停止した時点で糖化液貯槽に移送する。この糖
化液中には未反応の固形分（残香）が糖化液に対して２
０〜３０容量％発生し、かつ固形分には酵素が多量に吸
着されている。

そこで本発明では糖化液中に残留する固形分にノニオン
性界面活性剤を接触させることにより、固形分に吸着さ
れた酵素を脱着させた状態で固液分離し、酵素を分離液
側に移行させる。固形分とノニオン性界面活性剤との接
触は、固形分が糖化液中に含まれている状態、すなりち
固液分離前の固形分について行ってもよく、また固液分
離後の固形分について行ってもよい、固液分離後の固形
分について行う場合、固形分中の水分が少ない場合は、
水を添加して接触させるのが好ましい。

本発明において使用可能なノニオン性界面活性剤として
は特に制限はないが、好ましいものとしてはポリオキシ
エチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレ
ンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソ
ルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビ
タントリステアレート、ポリオキシエチレンソルビタン
モノオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリオ
レエート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エス
テル；ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパル
ミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタント
リステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタ
ントリオレエート、ソルビタンセスキオレエート等のソ
ルビタン脂肪酸エステル；ポリオキシエチレンラウリル
エーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテルなど
が挙げられ、これらは単独でまたは混合して使用される
。

ノニオン性界面活性剤の使用量は、酵素および活性剤の
種類、接触させる固形分の状態等によって異なるが、一
般的には接触させる固形分を含む液に対して０．１〜１
重量％になるように添加する。

接触の方法は両者を混合し攪拌するだけでよく、これに
より固形分に吸着されている酵素は液側に移行する。ノ
ニオン性界面活性剤との接触を行った後、固液分離を行
い１分離液とスラッジ（固形分）に分離する。固液分離
の手段としては遠心分離が好ましいが、これに限定され
ない。

こうして分離した分離液は従来法と同様にＵＦ焙処理る
と、糖液は透過液として、酵素は非透過液として分離さ
れる。この場合糖化液から分離した固形分をノニオン性
界面活性剤と接触させた場合には、分離した糖化液と分
離液の混合液をＵＦ焙処理るのが好ましい。

ＵＦ焙処理使用するＵＦ膜としては、ポリスルホン、酢
酸セルロース等の公知の膜を使用することができる。膜
の分画分子量は５００〜５０，０００のものが適当であ
るが、特に分画分子量６，０００〜２０，０００のもの
が好ましい。分画分子量がｓｏ、ｏｏ。

より大きい場合は、酵素の一部が透過して、酵素の回収
率が低下することがある。運転圧力は０．５〜２０ｋｇ
ｆ／ａｍ”、好ましくは、１〜１０ｋｇｆ／Ｃｍ”であ
る。

このＵＦ焙処理継続して行うと１次第に非透過液が粘性
を帯びてくるので、１０倍程度濃縮した時点でＵＦ焙処
理終る。

こうして糖液および酵素が得られ、糖液はアル　　□コ
ール発酵等に利用され、酵素は糖化工程で再使用される
。これらはいずれも吸着剤等による精製を行うことがで
きる。

以下５本発明の方法を図面について説明する。

図面は本発明の実施態様を示す系統図である。

稲わら等を適当に裁断し、脱リグニン等の前処理をした
原料１を、セルラーゼを加えた糖化槽２に供給して糖化
させる。所定時間糖化させた後。

糖化液を糖化液貯槽３へ送り、ここでノニオン性界面活
性剤４を加えて、固形分に吸着された酵素を脱着させ、
混合液を遠心分離機５へ送り固液分離を行う。ここで得
られた分離液は分離液貯槽６へ送り、スラッジはスラッ
ジ貯槽７へ送る。分離液貯槽６の液をＵＦ装置８へ送り
、ＵＦ焙処理よる透過液は糖液として糖液貯槽９へ送り
、非透過液は分離液貯槽６へ返送する。前述の通り通常
、この非透過液が１０倍程度濃縮されると粘性を帯びる
ので１サイクルを終了し、濃縮された非透過液を酵素と
して回収する。

上記の説明は固形分を糖化液から分離する前にノニオン
性界面活性剤４を加えて接触させた場合の説明であるが
１分離後の固形分に接触させる場合は、ノニオン性界面
活性剤４を添加することなく、前記と同様に遠心分離機
５において固液分離した後、破線で示すようにスラッジ
貯槽７の固形分に水１０およびノニオン性界面活性剤１
１を添加して混合、接触させる。この混合液を遠心分離
機５に供給して固液分離を行い、分離液を分離液貯槽６
に送って前に分離された分離液と混合し、前記と同様に
ＵＦ焙処理行う。分離した固形分はスラッジ貯槽７を経
て排出する。

以上のように、固形分にノニオン性界面活性剤を接触さ
せた場合は、酵素の回収率は４０重量％以上高くなる。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、糖化液に残留する固形分
にノニオン性界面活性剤を接触させるようにしたので、
固形分に吸着された酵素を脱着させることができ、これ
により高価な酵素を効率よく回収することができる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例について説明する。実施例中、％
は特に表示したものを除いて重量％を示す。

実施例１ 稲わらを５〜１０厘厘の長さに裁断した後、５％水酸化
ナトリウム水溶液に浸漬して脱リグニン処理したちの約
２００ｋｇを、　１５０Ｕ／ｍｊｌの酵素単位（ＣＭＣ
ａｓａ）に調整されたセルラーゼ溶液を含む糖化槽に投
入し、５０℃、　ｐＨ５±０．５の条件下に保って２４
時間糖化反応を行い１Ｍ濃度約１００ｇ／Ωの糖化液を
得た。

次にこの糖化液中にポリオキシエチレンソルビタンモノ
オレート（丁ｖｅｅｎ　８０−関東化学■製、商ａ）を
液に対して０．４％添加し、充分攪拌後１５００ｒｐｍ
で約２０分間遠心分離を行い１分離液とスラッジに分離
した。このスラッジ量は糖化液量に対して２５容量％で
あった。

次に、この分ＪＩＩｔ＆を分画分子１ｔ２０，０００の
チューブラ−型ＵＦＩＩ　（ＮＴＵ−３５２０，日東電
工！１１製）　ヲ有するＵＦ装置に、運転圧力３ｋｇｆ
／ｃｗ”、循環液流速約３ｍ’／ｓａｃ、濾過液流速平
均０．４ｍ’／ｍ”ｄａｙの運転条件下で給液した。そ
の結果、非透過液と糖を含む透過液が得られたが、非透
過液側の酵素活性を測定したところ、４４５υ／ｍＱ（
ＣＭＣａｓｅ）であった。

比較例 実施例１において、糖化液にポリオキシエチレンソルビ
タンモノオレートを添加しなかった他は全く同じ操作を
行った。最終的に得られた非透過液の酵素活性を測定し
たところ、　３００１Ｊ／■ｉ（ＣＭＣａｓｅ）であっ
た。

以上の結果より、実施例１の場合、比較例に比べて酵素
回収率が約４８％増加したことがわかる。

実施例２ 実施例１と同様にして糖化液を得１次いで１５００ｒｐ
■で約２０分遠心分離を行い１分離液とスラッジとに分
けた６次に、スラッジに純水を加え、さらにポリオキシ
エチレンソルビタンモノオレートをスラッジに対して０
．４％添加後、湿式微粉砕機で粉砕した後、再度遠心分
離した。この結果、得られた分離液を前記の分離液と混
合し、□実施例１と同一条件でＵＦ処理を施した。得ら
れた非透過液の酵素活性は４４００／ｍａ（ＣＭＣａｓ
ｅ）であった。

以上の結果より実施例２の場合、比較例に比べて酵素回
収率が約４７％増加したことがわかる。また実施例１お
よび２から、ノニオン性界面活性剤をどちらに添加しよ
うともほぼ同一の酵素回収率が得られることがわかる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施態様を示す系統図である。 ２・・・糖化槽、３・・・糖化液貯槽、５・・・遠心分
離機。 ６・・・分離液貯槽、７・・・スラッジ貯槽、８・・・
ＵＦ装置、９・・・糖液貯槽。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）セルロースを酵素で糖化した糖化液中に残留する
   固形分にノニオン性界面活性剤を接触させた後、固液分
   離によりスラッジと分離液に分離し、分離液を限外濾過
   により透過液と非透過液とに分離することを特徴とする
   糖化液から糖液および酵素を得る方法。
2. （２）固形分とノニオン性界面活性剤との接触が、糖化
   液に含まれた状態の固形分について行うものである特許
   請求の範囲第１項記載の方法。
3. （３）固形分とノニオン性界面活性剤との接触が、糖化
   液から分離した固形分について水の存在下に行うもので
   ある特許請求の範囲第１項記載の方法。
4. （４）分離液の限外濾過による分離が、ノニオン性界面
   活性剤との接触前に分離された糖化液、および接触後に
   分離された分離液の混合液について行うものである特許
   請求の範囲第３項記載の方法。
5. （５）ノニオン性界面活性剤がポリオキシエチレンソル
   ビタン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステルおよ
   びポリオキシエチレンアルキルエーテルから選ばれる１
   種以上のものである特許請求の範囲第１項ないし第４項
   のいずれかに記載の方法。