WO2023188503A1 - バイオ化成品の製造方法 - Google Patents

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WO2023188503A1
WO2023188503A1 PCT/JP2022/040763 JP2022040763W WO2023188503A1 WO 2023188503 A1 WO2023188503 A1 WO 2023188503A1 JP 2022040763 W JP2022040763 W JP 2022040763W WO 2023188503 A1 WO2023188503 A1 WO 2023188503A1
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WO
WIPO (PCT)
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lignocellulose biomass
producing
biochemical product
carrier
liquid medium
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/040763
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
修 吉川
Original Assignee
株式会社Ihi
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社Ihi filed Critical 株式会社Ihi
Priority to JP2023510441A priority Critical patent/JP7323084B1/ja
Publication of WO2023188503A1 publication Critical patent/WO2023188503A1/ja

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/44—Polycarboxylic acids
    • C12P7/48—Tricarboxylic acids, e.g. citric acid

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for producing biochemical products.
  • Patent Document 1 discloses that bacterial cells of the genus Streptomyces are cultured in a medium containing organic waste or residue or a mixture thereof as a carbon source and/or nutrient source, and lipids are recovered from the cells or the culture medium. A method is disclosed. The recovered lipids are used for biofuels or lubricants.
  • palm oil is a vegetable oil extracted from oil palm fruits, and is used for many purposes such as food and fuel.
  • OPT old palm trees
  • EFB empty fruit bunches
  • OPF oil palm fronds
  • mesocarp fibers Lignocellulose biomass such as MCF (Mesocarp Fiber)
  • an object of the present disclosure is to provide a method for producing a biochemical product that can produce a chemical product using a raw material derived from lignocellulose biomass obtained in a pellet manufacturing process.
  • the method for producing a biochemical product according to the present disclosure produces a biochemical product by culturing microorganisms in a semi-solid medium.
  • the semi-solid medium is in contact with a liquid medium containing components derived from the first lignocellulose biomass obtained in the pellet manufacturing process of manufacturing pellets from the first lignocellulose biomass, and a carrier derived from the second lignocellulose biomass.
  • the component derived from the first lignocellulose biomass includes at least one of sugar obtained from the first lignocellulose biomass and glycerol produced from fats and oils of the first lignocellulose biomass.
  • the component derived from the first lignocellulose biomass may contain at least one element selected from the group consisting of nitrogen, phosphorus, and potassium.
  • the carrier may contain a fibrous material obtained from at least one selected from the group consisting of defruited oil palm, bagasse, straw, tangerine peel, apple peel, and apple core.
  • the carrier may contain a fibrous material derived from the first lignocellulose biomass obtained in the pellet manufacturing process.
  • the pellet may contain a carrier that has been sterilized after culturing the microorganism.
  • the biochemical product may contain citric acid.
  • the microorganism may have hyphae.
  • the liquid medium may contain a concentrated liquid obtained by concentrating the sugar solution obtained from the first lignocellulose biomass by membrane separation.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overview of a method for producing a biochemical product according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an overview of a method for producing a biochemical product according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an overview of a method for producing a biochemical product according to an embodiment.
  • a method for producing a biochemical product according to a first embodiment will be described using FIG. 1.
  • a biochemical product is produced by culturing microorganisms in a semi-solid medium.
  • a semi-solid medium includes a liquid medium and a carrier.
  • lignocellulose biomass as a raw material for the liquid medium and carrier, materials that have been disposed of so far can be used as a natural culture medium. Therefore, it is possible to use resources effectively and to reduce the equipment and energy required for waste disposal.
  • the liquid medium contains components derived from the first lignocellulose biomass obtained in the pellet production step S10 of producing pellets from the first lignocellulose biomass. By using such components in the liquid medium, it is possible to effectively utilize the waste that has been disposed of in the pellet manufacturing process S10.
  • the first lignocellulose biomass is biomass containing lignocellulose.
  • Lignocellulose contains at least one selected from the group consisting of cellulose, hemicellulose, and lignin.
  • the first lignocellulose biomass may contain at least one selected from the group consisting of plant biomass, processed products thereof, and waste products.
  • the plant biomass may include at least one of a herb biomass and a wood biomass.
  • the herbaceous biomass may include at least one selected from the group consisting of oil palm, rice, wheat, banana, sugar cane, corn, cassava, sago palm, nipper palm, yam, sorghum, and potato.
  • the woody biomass may include at least one selected from the group consisting of cedar, cypress, pine, eucalyptus, beech, apple, and tangerine.
  • the first lignocellulosic biomass may include oil palm from which fruits have been removed.
  • the first lignocellulose biomass may contain at least one selected from the group consisting of old palm trees, empty palm fruit bunches of oil palm, pruned branches and leaves of oil palm, and mesocarp fibers of oil palm. good.
  • the pellet production process S10 includes a crushing process S11, a juice extraction process S12, an extraction process S13, a grinding process S14, a dehydration process S15, a drying process S16, and a molding process S17.
  • the crushing process S11, the juice squeezing process S12, the extraction process S13, the grinding process S14, the dehydration process S15, the drying process S16, and the molding process S17 are performed in this order.
  • the first lignocellulose biomass is crushed.
  • the first lignocellulose biomass can be made into a shape suitable for the juice extraction step S12.
  • the log-shaped old palm tree may be crushed into chips with a maximum size of about 2.0 to 8.0 cm.
  • the maximum dimension of the old palm tree after crushing may be 3 cm or more.
  • the maximum dimension of the old palm tree after crushing may be 5 cm or less.
  • the crushing step S11 may not be performed.
  • the first lignocellulose biomass crushed in the crushing process S11 is subjected to a squeezing process S12.
  • the squeezing step S12 is a step of squeezing the first lignocellulose biomass to obtain a sugar solution from the first lignocellulose biomass.
  • the first lignocellulose biomass may be squeezed using at least one separator selected from the group consisting of a rotary screen, a centrifuge, a screw press, and a filter press.
  • the sugar concentration of the sugar solution obtained in the squeezing step S12 is, for example, about 5% to 15% by mass.
  • the solid content remaining after the juice extraction may be subjected to an extraction step S13.
  • the extraction step S13 at least one of ash and sugar in the first lignocellulose biomass is extracted with an extract liquid containing water.
  • ash may adhere to the combustor and become a substance that reduces the combustion efficiency of the combustor. Therefore, by extracting ash from the first lignocellulose biomass before forming pellets, pellets with a low ash content can be produced. Moreover, since the extract contains water and water can dissolve ash, ash can be efficiently extracted from the first lignocellulose biomass.
  • the first lignocellulose biomass squeezed in the juice squeezing step S12 may contain sugar.
  • sugars such as glucose, sucrose, and fructose contained in the first lignocellulose biomass can be extracted into an extract liquid by osmotic pressure.
  • the extract may be fresh water such as tap water, ground water, river water, lake water or pure water. Ash or sugar can be efficiently extracted from these waters by osmotic pressure.
  • ash and sugar may be extracted by immersing the first lignocellulose biomass in the extract liquid in the water tank.
  • the ash and sugar content extracted from the first lignocellulose biomass tend to increase as the time period in which the first lignocellulose biomass is brought into contact with the extraction liquid increases.
  • the immersion time of the first lignocellulose biomass in the extract may be 10 minutes or more.
  • the upper limit of the immersion time is not particularly limited, but the immersion time may be 24 hours or less, 12 hours or less, or 3 hours or less. From the viewpoint of suppressing the size of the device, the shorter the immersion time, the better.
  • the temperature of the extract may be, for example, above normal temperature, such as 20°C, and below 40°C.
  • the extraction effect is enhanced by setting the extraction temperature to room temperature or higher. Moreover, by setting the extraction temperature to 40° C. or lower, energy for heating can be reduced, and equipment necessary for cooling can be simplified.
  • the amount of the extract added per 1 g of first lignocellulose may be 1 mL or more and 5 mL or less.
  • ash and sugar may be extracted by pouring the extract over the first lignocellulose biomass.
  • the solid content obtained in the extraction step S13 may be ground in a grinding step S14. Further, the liquid extract obtained in the extraction step S13 may be used as a raw material for methane fermentation in the methane fermentation step S18.
  • the first lignocellulose biomass is ground.
  • the vascular bundles and soft tissues of the first lignocellulose biomass are destroyed to form a slurry, thereby improving the dehydration efficiency of the first lignocellulose biomass in the dehydration step S15.
  • the ash in the first lignocellulose biomass may be extracted with an extractant containing water.
  • the grinding step S14 similar to the extraction step S13, by extracting ash from the first lignocellulose biomass before forming pellets, pellets with a low ash content can be produced.
  • sugar contained in the first lignocellulose biomass may be extracted into an extract liquid using osmotic pressure.
  • the extract may be fresh water such as tap water, ground water, river water, lake water, or pure water, as described above.
  • the temperature of the extract may be, for example, above normal temperature, such as 20°C, and below 40°C.
  • the first lignocellulose biomass may be ground with a stone mill type grinder.
  • the stone mill may include an upper grinder and a lower grinder.
  • the upper grinder and the lower grinder are arranged to face each other with a clearance in between, and either one of the upper grinder and the lower grinder may be rotatably provided.
  • the upper grinder and the lower grinder may have an annular shape with an opening in the center.
  • the grinding may be wet grinding or dry grinding.
  • wet grinding by grinding a mixture of the first lignocellulose biomass and the extract, the first lignocellulose biomass can be made fine by grinding, and ash and sugar can be extracted by the extract.
  • the amount of the extract added to the first lignocellulose biomass may be 1 or more and 5 or less in mass ratio.
  • the first lignocellulose biomass may be ground continuously or intermittently.
  • the solid content of the first lignocellulose biomass and the extract liquid which is a liquid content containing ash and sugar, are separated.
  • the moisture content of the first lignocellulose biomass after dehydration may be 40% by mass or more and 60% by mass or less.
  • the extract may be separated using at least one separator selected from the group consisting of a rotary screen, a centrifuge, a screw press, and a filter press.
  • the solid content contains at least one selected from the group consisting of cellulose, hemicellulose, and lignin.
  • the liquid content also contains ash and sugar.
  • the first lignocellulose biomass which is the solid content obtained in the dehydration step S15, may be dried in a drying step S16. Further, the liquid extract obtained in the dehydration step S15 may be used as a raw material for methane fermentation in the methane fermentation step S18.
  • the first lignocellulose biomass is dried.
  • the first lignocellulose biomass is dried so that, for example, the water content of the first lignocellulose biomass is approximately 10% by mass or more and 20% by mass or less.
  • the drying temperature in the drying step S16 may be, for example, around 100°C.
  • the drying time in the drying step S16 may be, for example, 1 to 2 minutes in flash drying and 10 to 15 minutes in drum drying.
  • the extraction step S13, the grinding step S14, and the dehydration step S15 may not be performed. Furthermore, if the water content of the first lignocellulose biomass is sufficiently low, the drying step S16 may not be performed.
  • the first lignocellulose biomass dried in the drying step S16 is formed into pellets. Since the pellets molded in the molding step S17 are easily carried, distribution to the market is improved.
  • the first lignocellulose biomass may be pressure molded into a pellet shape using a pelletizer.
  • the pellets obtained in the molding step S17 may be used as a solid fuel or as a material for molding a molded body.
  • pellets can be manufactured by the pellet manufacturing process S10 according to the present embodiment.
  • the liquid extract obtained in the extraction step S13 and the liquid extract obtained in the dehydration step S15 may be used as raw materials for methane fermentation in the methane fermentation step S18. good.
  • biogas containing methane and carbon dioxide is generated from the extract containing sugar by the action of microorganisms such as methane bacteria.
  • digestive fluid is also produced by methane fermentation in the bioreactor.
  • Digestive fluid can be treated by a known activated sludge treatment method. Electricity may be generated using methane contained in the biogas generated in the methane fermentation step S18 as fuel. The electric power obtained by power generation may be used as driving energy in the production of biochemical products.
  • a biochemical product is produced by culturing microorganisms in a semi-solid medium.
  • a semi-solid medium includes a liquid medium and a carrier.
  • the liquid medium contains components derived from the first lignocellulose biomass obtained in the pellet production step S10 of producing pellets from the first lignocellulose biomass.
  • the component derived from the first lignocellulose biomass may include at least one of sugar obtained from the first lignocellulose biomass and glycerol produced from fats and oils of the first lignocellulose biomass. That is, the component derived from the first lignocellulose biomass may include either sugar obtained from the first lignocellulose biomass or glycerol produced from the oil or fat of the first lignocellulose biomass. Moreover, the component derived from the first lignocellulose biomass may include sugar obtained from the first lignocellulose biomass and glycerol produced from the fats and oils of the first lignocellulose biomass.
  • the sugar solution such as the juice produced in the pellet manufacturing step S10 can be effectively used as a carbon source for microorganisms.
  • the sugar may include at least one selected from the group consisting of monosaccharides, disaccharides, oligosaccharides, and polysaccharides.
  • the monosaccharide may include at least one selected from the group consisting of glucose, fructose, mannose, and xylose.
  • the disaccharide may include at least one of cellobiose and xylobiose.
  • the oligosaccharide contains 3 to 20 monosaccharides and may contain at least one selected from the group consisting of maltotriose, raffinose, and stachyose.
  • Polysaccharides contain more than 20 monosaccharides and may contain at least one of water-soluble starch and xylan.
  • the component derived from the first lignocellulose biomass contains glycerol
  • the glycerol that has been disposed of so far can be converted into a useful substance.
  • empty palm fruit bunches of oil palm contain a lot of oil and fat, and biodiesel can be produced from this oil and fat.
  • biodiesel is produced from fats and oils
  • glycerol is produced as a byproduct during the biodiesel production process.
  • biochemical products such as citric acid from glycerol. Therefore, by culturing microorganisms using a liquid medium containing glycerol, biochemical products can be produced from glycerol, which is a byproduct of biodiesel.
  • the component derived from the first lignocellulose biomass may contain at least one element selected from the group consisting of nitrogen, phosphorus, and potassium. These elements contribute to promoting the growth of microorganisms, and high productivity of biochemical products can be expected. Moreover, the component derived from the first lignocellulose biomass may contain at least one of an organic acid and an oil or fat. These compounds also contribute to promoting the growth of microorganisms, and high productivity of biochemical products can be expected.
  • the component derived from the first lignocellulose biomass is the juice obtained in the juice extraction step S12.
  • the undiluted juice obtained in the squeezing step S12 may be directly used as the liquid medium; It may be concentrated in the concentration step S19.
  • the concentration step S19 is a step of concentrating the sugar solution obtained from the first lignocellulose biomass. Specifically, the concentration step S19 is a step of concentrating a sugar solution such as the juice obtained in the juice extraction step S12 to obtain a concentrated liquid. As a result, a concentrated sugar solution having a higher sugar concentration than the juice obtained in the squeezing step S12 is obtained, so that it is possible to suppress the sugar solution from spoiling.
  • the sugar concentration of the concentrated sugar solution may be 20% or more, or 25% or more by mass.
  • the upper limit of the sugar concentration of the concentrated sugar solution is not particularly limited, but the sugar concentration may be, for example, 90% or less, 60% or less, or 30% or less by weight. The method for measuring sugar concentration will be described later.
  • the liquid medium may contain a concentrated liquid obtained by concentrating the sugar solution obtained from the first lignocellulose biomass by membrane separation.
  • the concentrated liquid can be continuously obtained from the sugar solution, so that the production efficiency of the concentrated liquid can be improved.
  • the sugar solution may be concentrated using a reverse osmosis membrane (RO membrane).
  • RO membrane reverse osmosis membrane
  • the sugar solution may be filtered using an ultrafiltration membrane (UF membrane).
  • UF membrane ultrafiltration membrane
  • the concentration of the sugar solution is not limited to membrane separation, and may be performed by methods such as vacuum evaporation concentration, heating concentration, vacuum concentration, and freeze concentration.
  • a part of the concentrate may be used as a raw material for methane fermentation in the methane fermentation step S18.
  • the liquid medium is in contact with the liquid medium and contains a carrier derived from the second lignocellulosic biomass.
  • a carrier derived from the second lignocellulosic biomass.
  • the carrier may include fibrous material. When the carrier contains a fiber material, it may be easier for microorganisms to use the carrier as a scaffolding material.
  • the carrier may contain a fibrous material obtained from at least one selected from the group consisting of defruited oil palm, bagasse, straw, tangerine peel, apple peel, and apple core. These fiber materials are derived from lignocellulose biomass and are easily available. Moreover, by using these fiber materials, high productivity of biochemical products produced by microorganisms can be expected.
  • the carrier may include a fibrous material obtained by drying the above materials.
  • the oil palm from which the fruit has been removed may contain at least one kind selected from the group consisting of old palm wood, empty palm fruit bunch, pruned branches and leaves, and mesocarp fiber.
  • the straw may include at least one of rice straw and wheat straw.
  • the carrier may contain a fibrous material derived from the first lignocellulose biomass obtained in the pellet manufacturing step S10. Conventionally, unnecessary first lignocellulose biomass generated in the process of producing pellets has been disposed of. However, by using such a fibrous material as a carrier, the amount of first lignocellulose biomass to be disposed of can be reduced and the first lignocellulose biomass can be used more effectively.
  • the carrier may be immersed in the liquid medium, or the flowing liquid medium may pass through while contacting the carrier. Further, a liquid medium may be adsorbed onto the carrier. Moreover, voids may be formed between the carriers to which the liquid medium is adsorbed. In particular, when the carrier is a fibrous material and the liquid medium is adsorbed on the fibrous material, a plurality of voids are formed between the fibrous materials to which the liquid medium is adsorbed. Such voids increase the surface area of the carrier and increase the contact area between the liquid medium and air, so that a large amount of oxygen in the air can be dissolved in the liquid medium. Therefore, inhibition of oxygen respiration by microorganisms can be suppressed, and production of biochemical products can be promoted.
  • the dissolved oxygen concentration in the liquid medium tends to increase even without stirring the liquid medium, damage to microorganisms can be reduced.
  • the hyphae are easily broken by strong stirring, so such voids are effective.
  • the content of the carrier in the semi-solid medium may be, for example, 10% by mass or more and 30% by mass or less.
  • the carrier content may be, for example, 10% by mass or more and 30% by mass or less.
  • the carrier content may be set to 10% by mass or more, the surface of each carrier can be uniformly covered with the liquid medium.
  • by setting the content of the carrier to 30% by mass or less it is possible to suppress the flow of the liquid medium and improve the production efficiency of biochemical products.
  • fibers when fibers are used as the carrier, a structure can be formed in which a plurality of voids are provided between the fibers to which the liquid medium is adsorbed. Therefore, the contact area between the liquid medium and air increases, and the dissolved oxygen concentration in the liquid medium can be increased. From the viewpoint of productivity of biochemical products, it is preferable that the carrier contains a plurality of fibers having different fiber lengths.
  • microorganisms are cultured in a semi-solid medium.
  • the conditions for culturing the microorganism are not particularly limited, and the microorganism can be cultured under conditions suitable for the characteristics of the microorganism to be cultured. Therefore, the culture temperature, culture time, shaking speed, etc. can be appropriately set to conditions suitable for the microorganism.
  • the microorganism culture may include at least one type selected from the group consisting of continuous culture, fed-batch culture, and batch culture.
  • the microorganism may include at least one selected from the group consisting of bacteria, archaea, and eukaryotes.
  • the bacteria may include, for example, at least one of Escherichia coli and actinomycetes.
  • Archaea may include, for example, at least one member selected from the group consisting of methanobacteria, halophiles, and thermophiles.
  • Eukaryotes may include, for example, fungi.
  • the fungi may include, for example, at least one of filamentous fungi and yeast. Examples of filamentous fungi include Aspergillus, Penicillium, Acremonium, and Trichoderma. By culturing these filamentous fungi, biochemical products such as alcohols, organic acids, proteins, hormones, etc. can be produced.
  • the microorganism may include the filamentous fungus Aspergillus aspergillus.
  • the microorganism may have hyphae. Microorganisms having hyphae can extend their hyphae using carriers as scaffolding materials. Additionally, such microorganisms can release biochemical products from the tips of their hyphae. Therefore, by using such microorganisms, high productivity of biochemical products can be expected.
  • the microorganism having hyphae may include at least one of filamentous fungi and actinomycetes.
  • the pellet may contain a carrier that has been sterilized after culturing the microorganism. Thereby, the carrier that was discarded after culturing the microorganism can be reused.
  • the carrier contains a fiber material
  • the pellets can be easily manufactured in the pellet manufacturing step S10. Sterilization may be carried out by drying the cultured fiber material in the drying step S16. This makes it possible to reduce the steps and energy required for waste treatment of fiber materials.
  • the liquid medium after culturing the microorganism may be used as a raw material for methane fermentation in the methane fermentation step S18. This makes it possible to reduce the cost of disposing of the liquid medium after culturing the microorganism. Further, since components necessary for methane fermentation may remain in the liquid medium after culture, resources can be used effectively by using such a liquid medium as a raw material for methane fermentation.
  • the biochemical product is not particularly limited as long as it is obtained by culturing microorganisms.
  • biochemical products include organic acids such as citric acid, proteins such as antibiotics and enzymes, alcohol, and hormones.
  • the biochemical product may contain, for example, citric acid, which is a type of organic acid.
  • citric acid is used in foods and cleaning agents, and is a substance whose demand has been increasing in recent years. Citric acid can be produced, for example, by Aspergillus oryzae.
  • Example 1 pellets were manufactured from old palm trees in the pellet manufacturing process S10. Moreover, the squeezed liquid obtained in the juice extraction step S12 of the pellet production step S10 was obtained. The sugar concentration of glucose and fructose in the squeezed juice was 10% by mass. Sugar concentration was measured using HPLC (SHIMADZU Prominence, Nexera-i). In the analysis of sugar concentration, a Shin-pack SCR-101H column (SHIMADZU, particle diameter 10 mm, size 7.9 mm x 300 mm) was used, and a perchloric acid aqueous solution at pH 2.0 was used as the eluent.
  • HPLC HPLC
  • the sugar concentration was analyzed using a PDA (photodiode array) detector (UV-254 nm) and an RI (differential refractive index) detector at a column temperature of 60° C. and a flow rate of 0.7 mL/min.
  • PDA photodiode array
  • RI differential refractive index
  • the juice obtained in the squeezing step S12 was concentrated using a reverse osmosis membrane in a concentration step S19 to produce a concentrated liquid.
  • the sugar concentration of glucose and fructose in the concentrate was 16.7% by mass. Sugar concentration was measured in the same manner as above. Furthermore, when the pH of the concentrated solution was measured, it was found to be 4 to 5. The concentrate thus obtained was used as a liquid medium.
  • the fibrous old palm tree obtained in the drying step S16 of the pellet manufacturing step S10 was prepared as a carrier.
  • the fibrous old palm tree was a fiber with a length of about 5 mm to 30 mm and a diameter of about 1 mm to 2 mm.
  • the amount of citric acid produced by Aspergillus aspergillus was measured, and the amount of citric acid produced by the culture method of Example 1 was 80.2%.
  • the amount of citric acid here means the ratio of the weight of citric acid to the weight of sugars (glucose and fructose) in the liquid medium. From these results, it was confirmed that the amount of citric acid produced could be increased by using a semi-solid medium. Moreover, the amount of citric acid produced by the culture method of Example 1 was larger than the theoretical value calculated from the sugar concentration in the liquid medium, and it was confirmed that a more than expected effect was obtained.
  • Aspergillus aspergillus produces citric acid from sugar
  • Aspergillus aspergillus that produces citric acid from glycerol. Therefore, even when using a liquid medium containing not only sugar obtained from the first lignocellulose biomass but also glycerol produced from the fats and oils of the first lignocellulose biomass, biochemical products can be produced by culturing microorganisms. It is thought that it is possible to generate
  • a biochemical product was produced using Aspergillus aspergillus, but it has been confirmed that a biochemical product is also produced when E. coli is cultured using this liquid medium.
  • the method for producing a biochemical product according to the present embodiment differs from the method for producing a biochemical product according to the first embodiment in the method for obtaining a liquid medium.
  • the juice obtained in the squeezing step S12 is concentrated in the concentration step S19, and the obtained concentrate is used as a liquid medium.
  • the sugar-containing extract obtained in the extraction step S13 is concentrated in the concentration step S19, and the obtained concentrate is used as a liquid medium.
  • biochemical products can be produced similarly to the first embodiment.
  • the extract obtained in the extraction step S13 and the extract obtained in the dehydration step S15 were used as raw materials for methane fermentation in the methane fermentation step S18.
  • the juice obtained in the squeezing step S12 and the sugar-containing extract obtained in the dehydration step S15 are used as raw materials for methane fermentation in the methane fermentation step S18. ing. Even with this method, biogas can be produced by methane fermentation.
  • the method for producing a biochemical product according to the present embodiment differs from the method for producing a biochemical product according to the first embodiment in the method for obtaining a liquid medium.
  • the juice obtained in the squeezing step S12 is concentrated in the concentration step S19, and the obtained concentrate is used as a liquid medium.
  • the sugar-containing extract obtained in the dehydration step S15 is concentrated in the concentration step S19, and the obtained concentrate is used as a liquid medium.
  • biochemical products can be produced similarly to the first embodiment.
  • the extract obtained in the extraction step S13 and the extract obtained in the dehydration step S15 were used as raw materials for methane fermentation in the methane fermentation step S18.
  • the juice obtained in the squeezing step S12 and the sugar-containing extract obtained in the extraction step S13 are used as raw materials for methane fermentation in the methane fermentation step S18. ing. Even with this method, biogas can be produced by methane fermentation.
  • the juice obtained in the squeezing step S12, the extract obtained in the extraction step S13, and the extract obtained in the dehydration step S15 are concentrated in the concentration step S19.
  • An example of using the obtained concentrate as a liquid medium was explained.
  • the method for producing a biochemical product is not limited to such a form, and the juice obtained in the squeezing step S12, the extract obtained in the extraction step S13, or the extract obtained in the dehydration step S15. may be used directly as a liquid medium as a sugar solution.
  • the squeezed liquid obtained in the squeezing step S12 the extract obtained in the extraction step S13, the extract obtained in the dehydration step S15, and the concentrated liquid obtained by concentrating these in the concentration step S19.
  • a mixture of at least one selected from the group may be used as the liquid medium.
  • the squeezed liquid obtained in the squeezing step S12, the extract obtained in the extraction step S13, the extract obtained in the dehydration step S15, the concentrated liquid obtained by concentrating these in the concentration step S19, or these A diluted solution obtained by diluting a mixed solution may be used as a liquid medium.
  • the method for producing a biochemical product produces a biochemical product by culturing microorganisms in a semi-solid medium.
  • the semi-solid medium is brought into contact with the liquid medium containing components derived from the first lignocellulose biomass obtained in the pellet manufacturing step S10 of manufacturing pellets from the first lignocellulose biomass, and the liquid medium is brought into contact with the liquid medium containing components derived from the second lignocellulose biomass.
  • carrier The component derived from the first lignocellulose biomass includes at least one of sugar obtained from the first lignocellulose biomass and glycerol produced from fats and oils of the first lignocellulose biomass.
  • a biochemical product is produced using the first lignocellulose biomass and the second lignocellulose biomass. Further, pellets are generated from the first lignocellulose biomass in the pellet manufacturing step S10. Therefore, a chemical product can be produced from a culture medium using the lignocellulose biomass-derived raw material obtained in the pellet production step S10.
  • Goal 12 ensure sustainable production and consumption patterns
  • Goal 13 User measures to reduce climate change and its impacts” of the Sustainable Development Goals (SDGs) led by the United Nations.
  • Goal 15 Protect, restore and promote sustainable use of terrestrial ecosystems, sustainably manage forests, combat desertification, halt and reverse land degradation and halt biodiversity loss
  • Goal 17 “Strengthen implementation and revitalize global partnerships for sustainable development”.

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Abstract

バイオ化成品の製造方法は、半固体培地で微生物を培養してバイオ化成品を生成するバイオ化成品の製造方法であって、半固体培地は、第１リグノセルロースバイオマスからペレットを製造するペレット製造工程（Ｓ１０）で得られた第１リグノセルロースバイオマス由来の成分を含む液体培地と、液体培地と接触し、第２リグノセルロースバイオマス由来の担体とを含み、第１リグノセルロースバイオマス由来の成分は、第１リグノセルロースバイオマスから得られた糖及び第１リグノセルロースバイオマスの油脂から生成されたグリセロールの少なくともいずれか一方を含む。

Description

バイオ化成品の製造方法
　本開示は、バイオ化成品の製造方法に関する。
　近年、大気中の二酸化炭素濃度の上昇を抑制するため、天然ガスのような化石資源に代え、バイオマスのような再生可能エネルギーの利用が促進されている。
　特許文献１には、ストレプトマイセス属のバクテリア細胞を、有機性廃棄物若しくは残渣又はそれらの混合物を炭素源及び／又は栄養源として含む培地中で培養し、細胞又は培養培地から脂質を回収する方法が開示されている。回収された脂質は、バイオ燃料又は潤滑剤のために用いられる。
特表２０１３－５２９９０６号公報
　ところで、パーム油はオイルパームの果実から採取される植物油であり、食品及び燃料などの多くの用途に利用されている。一方、従来、オイルパームから果実が取り除かれた後に残るパーム古木（ＯＰＴ：Ｏｉｌ　Ｐａｌｍ　Ｔｒｕｎｋ）、パーム空果房（ＥＦＢ：Ｅｍｐｔｙ　Ｆｒｕｉｔ　Ｂｕｎｃｈ）、剪定枝葉（ＯＰＦ：Ｏｉｌ　Ｐａｌｍ　Ｆｒｏｎｄ）及び中果皮繊維（ＭＣＦ：Ｍｅｓｏｃａｒｐ　Ｆｉｂｅｒ）などのようなリグノセルロースバイオマスは廃棄処理されていた。これらのようなリグノセルロースバイオマスをペレットにして利用することも模索されているが、ペレット製造工程で用いられるリグノセルロースバイオマスをさらに有効利用することが求められている。
　そこで、本開示は、ペレット製造工程で得られたリグノセルロースバイオマス由来の原料を用いて化成品を生成することが可能なバイオ化成品の製造方法を提供することを目的とする。
　本開示に係るバイオ化成品の製造方法は、半固体培地で微生物を培養してバイオ化成品を生成する。半固体培地は、第１リグノセルロースバイオマスからペレットを製造するペレット製造工程で得られた第１リグノセルロースバイオマス由来の成分を含む液体培地と、液体培地と接触し、第２リグノセルロースバイオマス由来の担体とを含む。第１リグノセルロースバイオマス由来の成分は、第１リグノセルロースバイオマスから得られた糖及び第１リグノセルロースバイオマスの油脂から生成されたグリセロールの少なくともいずれか一方を含む。
　第１リグノセルロースバイオマス由来の成分は窒素、リン及びカリウムからなる群より選択される少なくとも一種の元素を含んでいてもよい。
　担体は、果実が取り除かれたオイルパーム、バガス、ワラ、ミカン果皮、リンゴ果皮及びリンゴ芯部からなる群より選択される少なくとも１種から得られた繊維材料を含んでいてもよい。
　担体はペレット製造工程で得られた第１リグノセルロースバイオマス由来の繊維材料を含んでいてもよい。
　ペレットは微生物の培養後に殺菌された担体を含んでいてもよい。
　バイオ化成品はクエン酸を含んでいてもよい。
　微生物は菌糸を有していてもよい。
　液体培地は第１リグノセルロースバイオマスから得られた糖液を膜分離によって濃縮して得られた濃縮液を含んでいてもよい。
　本開示によれば、ペレット製造工程で得られたリグノセルロースバイオマス由来の原料を用いて化成品を生成することが可能なバイオ化成品の製造方法を提供することができる。
図１は、一実施形態に係るバイオ化成品の製造方法の概要を示す図である。 図２は、一実施形態に係るバイオ化成品の製造方法の概要を示す図である。 図３は、一実施形態に係るバイオ化成品の製造方法の概要を示す図である。
　以下、いくつかの例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
　［第１実施形態］
　まず、第１実施形態に係るバイオ化成品の製造方法について、図１を用いて説明する。本実施形態に係るバイオ化成品の製造方法では、半固体培地で微生物を培養してバイオ化成品を生成する。半固体培地は、液体培地と担体とを含んでいる。本実施形態では、液体培地及び担体の原料としてリグノセルロースバイオマスを用いることにより、これまで廃棄処理されていたような物質を、天然の培養培地として利用することができる。そのため、資源を有効利用するとともに、廃棄処理に必要な設備の削減やエネルギーの低減が可能になる。
　液体培地は、第１リグノセルロースバイオマスからペレットを製造するペレット製造工程Ｓ１０で得られた第１リグノセルロースバイオマス由来の成分を含んでいる。このような成分を液体培地に用いることにより、ペレット製造工程Ｓ１０で廃棄処理されていた廃棄物を有効利用することができる。
　第１リグノセルロースバイオマスは、リグノセルロースを含むバイオマスである。リグノセルロースは、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンからなる群より選択される少なくとも一種を含んでいる。第１リグノセルロースバイオマスは、草木バイオマス、その加工物及び廃棄物からなる群より選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。草木バイオマスは、草本バイオマス及び木本バイオマスの少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。草本バイオマスは、オイルパーム、イネ、ムギ、バナナ、サトウキビ、トウモロコシ、キャッサバ、サゴ椰子、ニッパ椰子、ヤムイモ、ソルガム及び馬鈴薯からなる群より選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。木本バイオマスは、スギ、ヒノキ、マツ、ユーカリ、ブナ、リンゴ及びミカンからなる群より選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。
　第１リグノセルロースバイオマスは、果実が取り除かれたオイルパームを含んでいてもよい。具体的には、第１リグノセルロースバイオマスは、パーム古木、オイルパームのパーム空果房、オイルパームの剪定枝葉及びオイルパームの中果皮繊維からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。
　［ペレット製造工程Ｓ１０］
　次に、ペレット製造工程Ｓ１０の詳細について説明する。ペレット製造工程Ｓ１０は、破砕工程Ｓ１１と、搾汁工程Ｓ１２と、抽出工程Ｓ１３と、摩砕工程Ｓ１４と、脱水工程Ｓ１５と、乾燥工程Ｓ１６と、成形工程Ｓ１７とを含んでいる。本実施形態では、破砕工程Ｓ１１、搾汁工程Ｓ１２、抽出工程Ｓ１３、摩砕工程Ｓ１４、脱水工程Ｓ１５、乾燥工程Ｓ１６、及び成形工程Ｓ１７はこの順番で実施される。
　破砕工程Ｓ１１では、第１リグノセルロースバイオマスを破砕する。これにより、第１リグノセルロースバイオマスを搾汁工程Ｓ１２に適した形状にすることができる。例えば第１リグノセルロースバイオマスがパーム古木である場合、丸太状のパーム古木を最大寸法２．０～８．０ｃｍ程度のチップに破砕してもよい。なお、破砕後のパーム古木の最大寸法は３ｃｍ以上であってもよい。また、破砕後のパーム古木の最大寸法は５ｃｍ以下であってもよい。破砕工程Ｓ１１により、繊維状のリグノセルロースバイオマスだけでなく、パーム古木のようなリグノセルロースバイオマスもペレットの原料とすることができる。第１リグノセルロースバイオマスの破砕は、一般的な破砕機を用いて破砕することができる。なお、第１リグノセルロースバイオマスが繊維状リグノセルロースバイオマスである場合など、第１リグノセルロースバイオマスを破砕する必要がない場合には、破砕工程Ｓ１１は実施しなくてもよい。破砕工程Ｓ１１で破砕された第１リグノセルロースバイオマスは搾汁工程Ｓ１２が実施される。
　搾汁工程Ｓ１２は、第１リグノセルロースバイオマスを搾汁し、第１リグノセルロースバイオマスから糖液を得る工程である。搾汁工程Ｓ１２では、ロータリースクリーン、遠心分離機、スクリュープレス及びフィルタープレスからなる群より選択される少なくとも１種の分離機によって第１リグノセルロースバイオマスを搾汁してもよい。搾汁工程Ｓ１２で得られる糖液の糖濃度は質量比で例えば５％～１５％程度である。搾汁後に残った固体分は、抽出工程Ｓ１３が実施されてもよい。
　抽出工程Ｓ１３では、第１リグノセルロースバイオマス中の灰分及び糖分の少なくともいずれか一方を、水を含む抽出液で抽出する。灰分は、ペレットを燃焼器で燃焼させた場合に、燃焼器に付着して燃焼器の燃焼効率を低下させる原因物質となるおそれがある。そのため、ペレットを成形する前に灰分を第１リグノセルロースバイオマスから抽出することにより、灰分の少ないペレットを製造することができる。また、抽出液は水を含んでおり、水が灰分を溶解することができるため、第１リグノセルロースバイオマスから灰分を効率よく抽出することができる。
　また、搾汁工程Ｓ１２で搾汁された第１リグノセルロースバイオマスには、糖分が含まれている場合がある。第１リグノセルロースバイオマスに糖分が含まれている場合、抽出工程Ｓ１３では、第１リグノセルロースバイオマスに含まれているグルコース、スクロース及びフルクトースなどの糖分を、浸透圧によって抽出液に抽出することができる。抽出液は、水道水、地下水、河川水、湖水又は純水などの淡水であってもよい。これらの水は浸透圧によって灰分又は糖分を効率よく抽出することができる。
　抽出工程Ｓ１３では、水槽中の抽出液に第１リグノセルロースバイオマスを浸漬することによって灰分及び糖分を抽出してもよい。第１リグノセルロースバイオマスから抽出される灰分及び糖分は、第１リグノセルロースバイオマスを抽出液に接触させる時間が長い程多くなる傾向にある。第１リグノセルロースバイオマスの抽出液への浸漬時間は、１０分以上であってもよい。浸漬時間の上限は特に限定されないが、浸漬時間は２４時間以下であってもよく、１２時間以下であってもよく、３時間以下であってもよい。装置が大きくなるのを抑制する観点からは、浸漬時間は短い方が好ましい。抽出液の温度は例えば２０℃のような常温以上４０℃以下であってもよい。抽出温度を常温以上とすることで抽出効果が高くなる。また、抽出温度を４０℃以下とすることで昇温のエネルギーを低減することができるとともに、冷却に必要な設備等を簡略化することができる。第１リグノセルロース１ｇに対する抽出液の添加量は１ｍＬ以上５ｍＬ以下であってもよい。抽出工程Ｓ１３では、抽出液を第１リグノセルロースバイオマスに掛け流すことで灰分及び糖分を抽出してもよい。抽出工程Ｓ１３で得られた固体分は摩砕工程Ｓ１４で摩砕されてもよい。また、抽出工程Ｓ１３で得られた液体分である抽出液はメタン発酵工程Ｓ１８でメタン発酵の原料として用いられてもよい。
　摩砕工程Ｓ１４では、第１リグノセルロースバイオマスを摩砕する。第１リグノセルロースバイオマスを摩砕することにより、第１リグノセルロースバイオマスの維管束及び柔組織を破壊してスラリー状にし、脱水工程Ｓ１５において第１リグノセルロースバイオマスの脱水効率を向上させることができる。
　摩砕工程Ｓ１４では、第１リグノセルロースバイオマス中の灰分を、水を含む抽出液で抽出してもよい。摩砕工程Ｓ１４では、抽出工程Ｓ１３と同様に、ペレットを成形する前に灰分を第１リグノセルロースバイオマスから抽出することにより、灰分の少ないペレットを製造することができる。また、摩砕工程Ｓ１４では、第１リグノセルロースバイオマスに含まれている糖分を、浸透圧によって抽出液に抽出してもよい。摩砕工程Ｓ１４では、第１リグノセルロースバイオマスが摩砕されて微細化されているため、灰分及び糖分を効率的に抽出することができる。抽出液は、上述したように、水道水、地下水、河川水、湖水又は純水などの淡水であってもよい。抽出液の温度は例えば２０℃のような常温℃以上４０℃以下であってもよい。
　摩砕工程Ｓ１４では、石臼式摩砕機で第１リグノセルロースバイオマスを摩砕してもよい。石臼式摩砕機を用いることにより、第１リグノセルロースバイオマスを微細に摩砕することができる。石臼式摩砕機は、上部グラインダと、下部グラインダとを含んでいてもよい。上部グラインダと下部グラインダとはクリアランスを挟んで対向して配置されており、上部グラインダ及び下部グラインダのいずれか一方は回転可能に設けられていてもよい。上部グラインダ及び下部グラインダは中央部に開口部を有した円環形状をしていてもよい。第１リグノセルロースバイオマスが円環中央の開口部から供給されると、第１リグノセルロースバイオマスは上部グラインダ及び下部グラインダのいずれか一方の回転によってクリアランス内で摩砕されながら、円環の外周縁側から摩砕物として排出されてもよい。クリアランスは、５０μｍ以上１０００μｍ以下であってもよい。
　摩砕は湿式摩砕であってもよく、乾式摩砕であってもよい。湿式摩砕の場合、第１リグノセルロースバイオマスと抽出液の混合物を摩砕することにより、第１リグノセルロースバイオマスを摩砕によって微細化するとともに抽出液によって灰分及び糖分を抽出することができる。湿式摩砕の場合、第１リグノセルロースバイオマスに対する抽出液の添加量は質量比で１以上５以下であってもよい。また、第１リグノセルロースバイオマスは、連続的に摩砕してもよく、断続的に摩砕してもよい。
　脱水工程Ｓ１５では、第１リグノセルロースバイオマスの固体分と、灰分及び糖分を含む液体分である抽出液とが分離される。脱水後の第１リグノセルロースバイオマスの水分含有率は４０質量％以上６０質量％以下であってもよい。脱水工程Ｓ１５では、ロータリースクリーン、遠心分離機、スクリュープレス及びフィルタープレスからなる群より選択される少なくとも１種の分離機を用いて抽出液を分離してもよい。固体分には、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンからなる群より選択される少なくとも一種が含まれている。また、液体分には、灰分及び糖分が含まれている。脱水工程Ｓ１５で得られた固体分である第１リグノセルロースバイオマスは乾燥工程Ｓ１６で乾燥されてもよい。また、脱水工程Ｓ１５で得られた液体分である抽出液はメタン発酵工程Ｓ１８でメタン発酵の原料として用いられてもよい。
　乾燥工程Ｓ１６では、第１リグノセルロースバイオマスを乾燥する。乾燥工程Ｓ１６では、例えば第１リグノセルロースバイオマスの水分含有率が１０質量％以上２０質量％以下程度となるように第１リグノセルロースバイオマスを乾燥する。第１リグノセルロースバイオマスの水分含有率を上記の範囲内とすることにより、成形工程Ｓ１７で第１リグノセルロースバイオマスからペレットを容易に成形することができる。乾燥工程Ｓ１６における乾燥温度は、例えば１００℃前後であってもよい。また、乾燥工程Ｓ１６における乾燥時間は、例えば気流乾燥では１～２分、ドラム乾燥では１０～１５分であってもよい。
　なお、ペレット中の灰分の影響が小さい場合、抽出工程Ｓ１３、摩砕工程Ｓ１４及び脱水工程Ｓ１５は実施しなくてもよい。また、第１リグノセルロースバイオマスの水分含有率が十分に小さい場合、乾燥工程Ｓ１６は実施しなくてもよい。
　成形工程Ｓ１７では、乾燥工程Ｓ１６で乾燥された第１リグノセルロースバイオマスをペレットに成形する。成形工程Ｓ１７で成形されたペレットは持ち運びが容易になるため、市場への流通性が向上する。成形工程Ｓ１７では、ペレタイザを用いて第１リグノセルロースバイオマスをペレット状に加圧成形してもよい。成形工程Ｓ１７で得られたペレットは、固体燃料として用いられてもよく、成形体を成形するための素材として用いられてもよい。
　以上説明したように、本実施形態に係るペレット製造工程Ｓ１０によってペレットを製造することができる。また、上述したように、抽出工程Ｓ１３で得られた液体分である抽出液、及び脱水工程Ｓ１５で得られた液体分である抽出液はメタン発酵工程Ｓ１８でメタン発酵の原料として用いられてもよい。
　メタン発酵工程Ｓ１８では、メタン菌などの微生物の作用により、糖分を含む抽出液からメタン及び二酸化炭素を含むバイオガスが生成される。また、メタン発酵工程Ｓ１８では、バイオリアクタにおけるメタン発酵によって、消化液も生成される。消化液は、公知の活性汚泥処理方法によって処理することができる。メタン発酵工程Ｓ１８で生成されたバイオガスに含まれるメタンを燃料として発電してもよい。発電によって得られた電力は、バイオ化成品の製造における駆動エネルギーとして用いてもよい。
　上述したように、本実施形態に係るバイオ化成品の製造方法では、半固体培地で微生物を培養してバイオ化成品を生成する。半固体培地は、液体培地と担体とを含んでいる。液体培地は、第１リグノセルロースバイオマスからペレットを製造するペレット製造工程Ｓ１０で得られた第１リグノセルロースバイオマス由来の成分を含んでいる。
　第１リグノセルロースバイオマス由来の成分は、第１リグノセルロースバイオマスから得られた糖及び第１リグノセルロースバイオマスの油脂から生成されたグリセロールの少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。すなわち、第１リグノセルロースバイオマス由来の成分は、第１リグノセルロースバイオマスから得られた糖又は第１リグノセルロースバイオマスの油脂から生成されたグリセロールのいずれか一方を含んでいてもよい。また、第１リグノセルロースバイオマス由来の成分は、第１リグノセルロースバイオマスから得られた糖及び第１リグノセルロースバイオマスの油脂から生成されたグリセロールを含んでいてもよい。
　第１リグノセルロースバイオマス由来の成分が第１リグノセルロースバイオマスから得られた糖を含む場合、ペレット製造工程Ｓ１０で生成される搾汁液などの糖液を微生物の炭素源として有効利用することができる。糖は、単糖、二糖、オリゴ糖、及び多糖からなる群より選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。単糖は、グルコース、フルクトース、マンノース及びキシロースからなる群より選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。二糖は、セロビオース及びキシロビオースの少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。オリゴ糖は、３～２０の単糖を含んでおり、マルトトリオース、ラフィノース及びスタキオースからなる群より選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。多糖は２０を超える単糖を含んでおり、水溶性デンプン及びキシランの少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。
　第１リグノセルロースバイオマス由来の成分がグリセロールを含む場合、これまで廃棄処理されていたグリセロールを有用物質に転換することができる。例えばオイルパームのパーム空果房には多くの油脂が含まれており、この油脂からバイオディーゼルを生成することができる。油脂からバイオディーゼルを生成する場合、バイオディーゼルの生成過程において、グリセロールが副生成物として生成される。一方、グリセロールからクエン酸などのようなバイオ化成品を生成する微生物が存在する。そのため、グリセロールを含む液体培地を用いて微生物を培養することにより、バイオディーゼルの副生成物であるグリセロールからバイオ化成品を生成することができる。
　第１リグノセルロースバイオマス由来の成分は、窒素、リン及びカリウムからなる群より選択される少なくとも一種の元素を含んでいてもよい。これらの元素は、微生物の生育の促進に寄与し、バイオ化成品の高い生産性が期待できる。また、第１リグノセルロースバイオマス由来の成分は、有機酸及び油脂の少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。これらの化合物も、微生物の生育の促進に寄与し、バイオ化成品の高い生産性が期待できる。
　第１リグノセルロースバイオマス由来の成分は、本実施形態においては、搾汁工程Ｓ１２で得られた搾汁液である。第１リグノセルロースバイオマス由来の成分が第１リグノセルロースバイオマスから得られた糖を含む場合、搾汁工程Ｓ１２で得られた搾汁液の原液を液体培地として直接用いてもよいが、搾汁液を原液として濃縮工程Ｓ１９で濃縮してもよい。
　濃縮工程Ｓ１９は、第１リグノセルロースバイオマスから得られた糖液を濃縮する工程である。具体的には、濃縮工程Ｓ１９は、搾汁工程Ｓ１２で得られた搾汁液のような糖液を濃縮して濃縮液を得る工程である。これにより、搾汁工程Ｓ１２で得られた搾汁液よりも糖濃度が高い濃縮された糖液が得られるため、糖液が腐敗するのを抑制することができる。濃縮された糖液の糖濃度は質量比で２０％以上であってもよく、２５％以上であってもよい。濃縮された糖液の糖濃度の上限は特に限定されないが、糖濃度は例えば重量比で９０％以下であってもよく、６０％以下であってもよく、３０％以下であってもよい。糖濃度の測定方法については後述する。
　液体培地は第１リグノセルロースバイオマスから得られた糖液を膜分離によって濃縮して得られた濃縮液を含んでいてもよい。これにより、糖液から濃縮液を連続的に得ることができるため、濃縮液の生成効率を向上させることができる。膜分離では、逆浸透膜（ＲＯ膜）を用いて糖液を濃縮してもよい。また、逆浸透膜を用いて糖液を濃縮する前に、限外濾過膜（ＵＦ膜）を用いて糖液をろ過してもよい。これにより、粒子径の大きい粒子を取り除くと共に、第１リグノセルロースバイオマス中のリグニンを除去することができるため、微生物によるバイオ化成品の高い生産性が期待できる。ただし、糖液の濃縮は、膜分離に限らず、真空蒸発濃縮、加熱濃縮、真空濃縮、及び凍結濃縮などの方法により実施してもよい。濃縮液の一部はメタン発酵工程Ｓ１８でメタン発酵の原料として用いられてもよい。
　液体培地は、液体培地と接触し、第２リグノセルロースバイオマス由来の担体を含んでいる。このような担体を、微生物を培養する際の足場材として利用することにより、微生物によるバイオ化成品の高い生産性が期待できる。担体は繊維材料を含んでいてもよい。担体が繊維材料を含んでいることにより、微生物が担体を足場材として利用しやすくなる場合がある。
　担体は、果実が取り除かれたオイルパーム、バガス、ワラ、ミカン果皮、リンゴ果皮及びリンゴ芯部からなる群より選択される少なくとも１種から得られた繊維材料を含んでいてもよい。これらの繊維材料はリグノセルロースバイオマス由来であり、かつ、容易に入手することができる。また、これらの繊維材料を用いることにより、微生物によるバイオ化成品の高い生産性が期待できる。担体は上記材料を乾燥して得られた繊維材料を含んでいてもよい。なお、上述したように、果実が取り除かれたオイルパームは、パーム古木、パーム空果房、剪定枝葉及び中果皮繊維からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。また、ワラは、イナワラ及びムギワラの少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。
　担体はペレット製造工程Ｓ１０で得られた第１リグノセルロースバイオマス由来の繊維材料を含んでいてもよい。従来、ペレットを製造する過程で発生した不要な第１リグノセルロースバイオマスは廃棄処理されていた。しかしながら、このような繊維材料を担体として用いることにより、第１リグノセルロースバイオマスの廃棄処理量を低減し、第１リグノセルロースバイオマスをより有効に利用することができる。
　担体は液体培地中に浸漬されていてもよく、流れる液体培地が担体に接触しながら通過してもよい。また、担体に液体培地が吸着されていてもよい。また、液体培地が吸着された担体の間には空隙が形成されていてもよい。特に、担体が繊維材料であり、繊維材料に液体培地が吸着されている場合、液体培地が吸着された繊維材料の間に複数の空隙が形成される。このような空隙により、担体の表面積が大きくなり、液体培地と空気との接触面積が大きくなることから、空気中の酸素を液体培地中に多く溶存させることができる。そのため、微生物による酸素呼吸が阻害されるのを抑制することができ、バイオ化成品の生成を促進することができる。また、液体培地を撹拌しなくても液体培地中の溶存酸素濃度が高くなりやすいことから、微生物のダメージを低減することができる。特に、菌糸を有する微生物は、強い撹拌によって菌糸が切れやすいためこのような空隙が有効となる。
　半固体培地における担体の含有量は、例えば１０質量％以上３０質量％以下であってもよい。担体の含有量を１０質量％以上とすることにより、各担体の表面を液体培地で均一に覆うことができる。また、担体の含有量を３０質量％以下とすることにより、液体培地が流れるのを抑制し、バイオ化成品の生産効率を向上させることができる。また、担体として繊維を用いた場合には、液体培地が吸着された繊維間に複数の空隙が設けられた構造を形成することができる。そのため、液体培地と空気との接触面積が多くなり、液体培地中の溶存酸素濃度を高くすることができる。バイオ化成品の生産性の観点から、担体は、繊維長の異なる複数の繊維を含んでいることが好ましい。
　培養工程Ｓ２０では半固体培地で微生物を培養する。微生物の培養条件は特に限定されず、培養する微生物の特性に適した条件で培養することができる。したがって、培養温度、培養時間及び振とう速度などは微生物に適した条件に適宜設定することができる。また、微生物の培養は、連続培養、流加培養及び回分培養からなる群より選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。
　微生物は、細菌、古細菌及び真核生物からなる群より選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。細菌は、例えば大腸菌及び放線菌の少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。古細菌は、例えばメタン菌、好塩菌及び好熱菌からなる群より選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。真核生物は、例えば菌類を含んでいてもよい。菌類は、例えば糸状菌及び酵母の少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。糸状菌としては、例えば、アスペルギルス属菌、ペニシリウム属菌、アクレモニウム属菌、トリコデルマ属菌などが挙げられる。これらのような糸状菌を培養することにより、アルコール、有機酸、タンパク質及びホルモンなどのようなバイオ化成品を生成することができる。微生物は糸状菌であるコウジカビを含んでいてもよい。
　微生物は菌糸を有していてもよい。菌糸を有する微生物は、担体を足場材として菌糸を伸ばすことができる。また、このような微生物は、菌糸の先端からバイオ化成品を放出することができる。したがって、このような微生物を用いることにより、バイオ化成品の高い生産性が期待できる。菌糸を有する微生物は、糸状菌及び放線菌の少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。
　ペレットは微生物の培養後に殺菌された担体を含んでいてもよい。これにより、微生物の培養後に廃棄されていた担体を再利用することができる。特に、担体が繊維材料を含む場合、ペレット製造工程Ｓ１０において、ペレットの製造が容易になる。殺菌は上記乾燥工程Ｓ１６において培養後の繊維材料を乾燥させることで殺菌してもよい。これにより、繊維材料の廃棄処理に必要な工程及びエネルギーを削減することができる。
　また、微生物培養後の液体培地は、メタン発酵工程Ｓ１８でメタン発酵の原料として用いてもよい。これにより、微生物培養後の液体培地の廃棄処理費用を低減することができる。また、培養後の液体培地には、メタン発酵に必要な成分が残存している場合があるため、このような液体培地をメタン発酵の原料として用いることにより、資源を有効利用することができる。
　バイオ化成品は、微生物を培養して得られるものであれば特に限定されない。バイオ化成品は、クエン酸などの有機酸、抗生物質及び酵素などのタンパク質、アルコール、及びホルモンなどが挙げられる。バイオ化成品は例えば有機酸の一種であるクエン酸を含んでいてもよい。クエン酸は食品及び洗浄剤などに用いられており、近年需要が増加している物質である。クエン酸は、例えばコウジカビによって生成することができる。
　以下、本実施形態を実施例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。
　［実施例１］
　まず、ペレット製造工程Ｓ１０によってパーム古木からペレットを製造した。また、ペレット製造工程Ｓ１０の搾汁工程Ｓ１２で得られた搾汁液を得た。搾汁液におけるグルコース及びフルクトースの糖濃度は質量比で１０％であった。糖濃度はＨＰＬＣ（ＳＨＩＭＡＤＺＵ　Ｐｒｏｍｉｎｅｎｃｅ、Ｎｅｘｅｒａ－ｉ）を使用して測定した。糖濃度の分析においては、Ｓｈｉｎ－ｐａｃｋ　ＳＣＲ－１０１Ｈカラム（ＳＨＩＭＡＤＺＵ、粒子径１０ｍｍ、サイズ７．９ｍｍ×３００ｍｍ）を使用し、溶離液としてｐＨ２．０の過塩素酸水溶液を使用した。また、カラム温度６０℃、流速０．７ｍＬ／ｍｉｎでＰＤＡ（フォトダイオードアレイ）検出器（ＵＶ－２５４ｎｍ）及びＲＩ（示差屈折率）検出器を使用して糖濃度を分析した。
　次に、搾汁工程Ｓ１２で得られた搾汁液を濃縮工程Ｓ１９において逆浸透膜を用いて濃縮し、濃縮液を生成した。濃縮液におけるグルコース及びフルクトースの糖濃度は質量比で１６．７％であった。糖濃度は上記と同様にして測定した。また、濃縮液のｐＨを測定したところ、ｐＨは４～５であった。このようにして得られた濃縮液を液体培地として用いた。
　次に、ペレット製造工程Ｓ１０の乾燥工程Ｓ１６で得られた繊維状のパーム古木を担体として準備した。繊維状のパーム古木は、長さが５ｍｍ～３０ｍｍ程度、直径が１ｍｍ～２ｍｍ程度の繊維であった。
　上記のようにして得られた担体３．９ｇをシャーレ内に入れた。そして、シャーレ内の担体に搾汁液及び濃縮液を含むＯＰＴジュースの液体培地１５ｍＬを滴下した。担体の表面が液体培地によって十分に覆われるように担体に液体培地を吸着させ、半固体培地を作製した。担体である繊維の間には複数の空隙が形成されていた。
　次に、液体培地が吸着された担体にコウジカビの分生子を所定量接種してシャーレの蓋を閉じた。このシャーレを温度３０℃で４日間培養した。
　上記培養後、コウジカビによって生成されたクエン酸の量を測定したところ、実施例１の培養方法により生成されたクエン酸の量は８０．２％であった。なお、ここでいうクエン酸の量は、液体培地における糖（グルコース及びフルクトース）の重量に対するクエン酸の重量の割合を意味する。これらの結果から、半固体培地を用いることにより、クエン酸の生成量を増やすことが可能なことを確認できた。また、実施例１の培養方法により生成されたクエン酸の量は、液体培地中の糖濃度から算出される理論値よりも多く、予想以上の効果が得られることが確認できた。
　なお、コウジカビは糖からクエン酸を生成するが、グリセロールからクエン酸を生成するコウジカビも存在する。そのため、第１リグノセルロースバイオマスから得られた糖だけでなく、第１リグノセルロースバイオマスの油脂から生成されたグリセロールを含む液体培地を用いた場合であっても、微生物を培養することによりバイオ化成品を生成することができると考えられる。
　また、本例では、コウジカビを用いてバイオ化成品を生成したが、本液体培地を用いて大腸菌を培養した場合においてもバイオ化成品が生成されることを確認している。
　［第２実施形態］
　次に、第２実施形態に係るバイオ化成品の製造方法について、図２を用いて説明する。本実施形態に係るバイオ化成品の製造方法は、第１実施形態に係るバイオ化成品の製造方法と比較し、液体培地を得る方法が異なっている。第１実施形態に係るバイオ化成品の製造方法では、搾汁工程Ｓ１２で得られた搾汁液を濃縮工程Ｓ１９で濃縮し、得られた濃縮液を液体培地として用いていた。一方、本実施形態に係るバイオ化成品の製造方法では、抽出工程Ｓ１３で得られた糖を含む抽出液を濃縮工程Ｓ１９で濃縮し、得られた濃縮液を液体培地として用いている。本実施形態に係る方法によっても、第１実施形態と同様にバイオ化成品を生成することができる。
　また、第１実施形態に係るバイオ化成品の製造方法では、抽出工程Ｓ１３で得られた抽出液及び脱水工程Ｓ１５で得られた抽出液をメタン発酵工程Ｓ１８でメタン発酵の原料として用いていた。一方、本実施形態に係るバイオ化成品の製造方法では、搾汁工程Ｓ１２で得られた搾汁液及び脱水工程Ｓ１５で得られた糖を含む抽出液をメタン発酵工程Ｓ１８でメタン発酵の原料として用いている。このような方法であってもメタン発酵によりバイオガスを生成することができる。
　なお、上記以外は第１実施形態に係るバイオ化成品の製造方法と同じであるため説明を省略する。
　［第３実施形態］
　次に、第３実施形態に係るバイオ化成品の製造方法について、図３を用いて説明する。本実施形態に係るバイオ化成品の製造方法は、第１実施形態に係るバイオ化成品の製造方法と比較し、液体培地を得る方法が異なっている。第１実施形態に係るバイオ化成品の製造方法では、搾汁工程Ｓ１２で得られた搾汁液を濃縮工程Ｓ１９で濃縮し、得られた濃縮液を液体培地として用いていた。一方、本実施形態に係るバイオ化成品の製造方法では、脱水工程Ｓ１５で得られた糖を含む抽出液を濃縮工程Ｓ１９で濃縮し、得られた濃縮液を液体培地として用いている。本実施形態に係る方法によっても、第１実施形態と同様にバイオ化成品を生成することができる。
　また、第１実施形態に係るバイオ化成品の製造方法では、抽出工程Ｓ１３で得られた抽出液及び脱水工程Ｓ１５で得られた抽出液をメタン発酵工程Ｓ１８でメタン発酵の原料として用いていた。一方、本実施形態に係るバイオ化成品の製造方法では、搾汁工程Ｓ１２で得られた搾汁液及び抽出工程Ｓ１３で得られた糖を含む抽出液をメタン発酵工程Ｓ１８でメタン発酵の原料として用いている。このような方法であってもメタン発酵によりバイオガスを生成することができる。
　なお、上記以外は第１実施形態に係るバイオ化成品の製造方法と同じであるため説明を省略する。
　なお、第１実施形態から第３実施形態では、搾汁工程Ｓ１２で得られた搾汁液、抽出工程Ｓ１３で得られた抽出液、及び脱水工程Ｓ１５で得られた抽出液を濃縮工程Ｓ１９で濃縮し、得られた濃縮液を液体培地として用いる例について説明した。しかしながら、バイオ化成品の製造方法はこのような形態に限定されず、搾汁工程Ｓ１２で得られた搾汁液、抽出工程Ｓ１３で得られた抽出液、又は、脱水工程Ｓ１５で得られた抽出液を糖液として、そのまま液体培地として用いてもよい。そのため、搾汁工程Ｓ１２で得られた搾汁液、抽出工程Ｓ１３で得られた抽出液、脱水工程Ｓ１５で得られた抽出液、及びこれらを濃縮工程Ｓ１９で濃縮して得られた濃縮液からなる群より選択される少なくとも１つを混合した混合液を液体培地として用いてもよい。また、搾汁工程Ｓ１２で得られた搾汁液、抽出工程Ｓ１３で得られた抽出液、脱水工程Ｓ１５で得られた抽出液、これらを濃縮工程Ｓ１９で濃縮して得られた濃縮液、又はこれらの混合液を希釈した希釈液を液体培地として用いてもよい。
　以上説明した通り、本実施形態に係るバイオ化成品の製造方法は、半固体培地で微生物を培養してバイオ化成品を生成する。半固体培地は、第１リグノセルロースバイオマスからペレットを製造するペレット製造工程Ｓ１０で得られた第１リグノセルロースバイオマス由来の成分を含む液体培地と、液体培地と接触し、第２リグノセルロースバイオマス由来の担体とを含む。第１リグノセルロースバイオマス由来の成分は、第１リグノセルロースバイオマスから得られた糖及び第１リグノセルロースバイオマスの油脂から生成されたグリセロールの少なくともいずれか一方を含む。
　本実施形態に係るバイオ化成品の製造方法によれば、第１リグノセルロースバイオマス及び第２リグノセルロースバイオマスを用いてバイオ化成品を生成する。また、ペレットは、ペレット製造工程Ｓ１０によって第１リグノセルロースバイオマスから生成される。したがって、ペレット製造工程Ｓ１０で得られたリグノセルロースバイオマス由来の原料を用いた培地から化成品を生成することができる。
　特願２０２２－０５５３４６号（出願日：２０２２年３月３０日）の全内容は、ここに援用される。
　いくつかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正または変形をすることが可能である。上記実施形態のすべての構成要素、及び請求の範囲に記載されたすべての特徴は、それらが互いに矛盾しない限り、個々に抜き出して組み合わせてもよい。
　本開示は、例えば、国際連合が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標１２『持続可能な生産消費形態を確保する』、目標１３『気候変動及びその影響を軽減するための緊急対策を講じる』、目標１５『陸域生態系の保護、回復、持続可能な利用の推進、持続可能な森林の経営、砂漠化への対処並びに土地の劣化の阻止・回復及び生物多様性の損失を阻止する』及び目標１７『持続可能な開発のための実施形態を強化し、グローバル・パートナーシップを活性化する』に貢献することができる。
　Ｓ１０　　　ペレット製造工程

Claims (8)

  1. 　半固体培地で微生物を培養してバイオ化成品を生成するバイオ化成品の製造方法であって、
    　前記半固体培地は、第１リグノセルロースバイオマスからペレットを製造するペレット製造工程で得られた前記第１リグノセルロースバイオマス由来の成分を含む液体培地と、前記液体培地と接触し、第２リグノセルロースバイオマス由来の担体とを含み、
    　前記第１リグノセルロースバイオマス由来の成分は、前記第１リグノセルロースバイオマスから得られた糖及び前記第１リグノセルロースバイオマスの油脂から生成されたグリセロールの少なくともいずれか一方を含む、バイオ化成品の製造方法。
  2. 　前記第１リグノセルロースバイオマス由来の成分は窒素、リン及びカリウムからなる群より選択される少なくとも一種の元素を含む、請求項１に記載のバイオ化成品の製造方法。
  3. 　前記担体は、果実が取り除かれたオイルパーム、バガス、ワラ、ミカン果皮、リンゴ果皮及びリンゴ芯部からなる群より選択される少なくとも１種から得られた繊維材料を含む、請求項１又は２に記載のバイオ化成品の製造方法。
  4. 　前記担体は前記ペレット製造工程で得られた第１リグノセルロースバイオマス由来の繊維材料を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のバイオ化成品の製造方法。
  5. 　前記ペレットは前記微生物の培養後に殺菌された前記担体を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のバイオ化成品の製造方法。
  6. 　前記バイオ化成品はクエン酸を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載のバイオ化成品の製造方法。
  7. 　前記微生物は菌糸を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載のバイオ化成品の製造方法。
  8. 　前記液体培地は前記第１リグノセルロースバイオマスから得られた糖液を膜分離によって濃縮して得られた濃縮液を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載のバイオ化成品の製造方法。
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