JP2012055302A - Method for producing ethanol - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セルロース含有原料から、効率よく、高濃度のエタノールを製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for efficiently producing high-concentration ethanol from a cellulose-containing raw material.
近年、地球温暖化防止策として、植物性バイオマスからエタノールを効率よく製造し、エネルギーや化学原料として利用する試みが国内外で進められている。植物性バイオマスとしては、食糧供給と競合しないセルロース系バイオマスを用いてエタノールを製造する方法が注目されている。 In recent years, attempts to efficiently produce ethanol from plant biomass and use it as energy and chemical raw materials have been promoted domestically and internationally as measures to prevent global warming. As plant biomass, a method of producing ethanol using cellulosic biomass that does not compete with food supply has attracted attention.
セルロース系バイオマスからエタノールを製造するための方法としては、まず、セルロース系バイオマスを前処理した後に、酵素による糖化処理を行って糖を得、得られた糖をエタノール発酵してエタノールを製造する方法が一般的に用いられている（特許文献１〜３参照）。
特許文献１には、リグノセルロース系バイオマスを水熱処理し、機械的粉砕処理を加えた前処理物を、酵素糖化する糖化方法が開示されている。
また、特許文献２には、リグノセルロース系バイオマスを機械的に粗粉砕した後に、機械的に微粉砕処理を行った前処理物、又は、該前処理物にさらに水熱処理を加えた前処理物を、脱水した後に、酵素糖化及び発酵させるエタノール製造方法が開示されている。
特許文献３には、セルロース及び夾雑物を含む廃棄物系バイオマスを、酵素と、水との存在下で離解し、夾雑物を除去した後に、酵素等により糖化し、発酵させる発酵システムが開示されている。
As a method for producing ethanol from cellulosic biomass, first, after pretreatment of cellulosic biomass, saccharification is performed by an enzyme to obtain sugar, and the obtained sugar is ethanol-fermented to produce ethanol. Is generally used (see Patent Documents 1 to 3).
Patent Document 1 discloses a saccharification method in which lignocellulosic biomass is hydrothermally treated, and a pre-processed product subjected to mechanical pulverization is enzymatically saccharified.
Patent Document 2 discloses a pretreated product obtained by mechanically pulverizing lignocellulosic biomass and then mechanically pulverizing it, or a pretreated product obtained by further subjecting the pretreated product to hydrothermal treatment. An ethanol production method is disclosed in which after dehydration, enzymatic saccharification and fermentation are performed.
Patent Document 3 discloses a fermentation system in which waste biomass containing cellulose and impurities is disaggregated in the presence of an enzyme and water, and impurities are removed, and then saccharified and fermented with an enzyme or the like. ing.
また、バイオマスからのエタノール製造においては、製造コストを下げることが重要な課題とされ、低価格且つ製造効率のよい原材料の調達、製造システムの最適化等、様々な試みがなされている。エタノール発酵後の濃縮蒸留工程に関しては、発酵後のエタノール濃度が高いほど、濃縮蒸留に必要なエネルギー量を低減できることが報告されている（非特許文献１参照）。 Further, in the production of ethanol from biomass, it is important to reduce the production cost, and various attempts have been made, such as procurement of raw materials with low cost and high production efficiency, and optimization of the production system. Regarding the concentration distillation step after ethanol fermentation, it has been reported that the higher the ethanol concentration after fermentation, the lower the amount of energy required for concentration distillation (see Non-Patent Document 1).
上記特許文献１〜２に記載された方法では、機械粉砕として湿式粉砕を用いた場合や、水熱処理の際に、セルロース系原料に水を添加する必要性があった。同様に、上記特許文献３に記載された方法では、離解の際にセルロース系原料に水を添加する必要性があった。
このように前処理においてセルロース系原料に水を添加した場合、糖化処理に供される前処理物中のセルロース濃度が低下し、糖化後の糖濃度（若しくは、発酵後のエタノール濃度）が低下するという問題があった。そのため、糖濃度（もしくはエタノール濃度）を高めるためには、特許文献１〜２のように前処理段階で濃縮脱水、乾燥を行う場合があるが、この場合、工程が増えることで手間がかかる上に、エネルギーコストが発生するという問題があった。
In the methods described in Patent Documents 1 and 2, there is a need to add water to the cellulosic raw material when wet pulverization is used as mechanical pulverization or during hydrothermal treatment. Similarly, in the method described in Patent Document 3, there is a need to add water to the cellulosic material at the time of disaggregation.
Thus, when water is added to the cellulosic raw material in the pretreatment, the cellulose concentration in the pretreated product to be subjected to the saccharification treatment is reduced, and the sugar concentration after saccharification (or the ethanol concentration after fermentation) is reduced. There was a problem. Therefore, in order to increase the sugar concentration (or ethanol concentration), as in Patent Documents 1 and 2, concentration dehydration and drying may be performed in the pretreatment stage. In addition, there is a problem that energy costs are generated.
また、上記のように、脱水等の処理を行うことにより前処理物中の過剰の水分を除去することができるが、前処理物の不溶性固形分濃度を高めすぎた場合、糖化工程での攪拌等の際の流動性が確保できず、糖化効率が低下してしまう結果、糖収率が低下するという問題もあった。糖化工程に供される前処理物の不溶性固形分濃度を低く、具体的には２５質量％以下程度に抑えることにより糖収率の低下は回避できるが、この場合、糖化工程、発酵工程後のエタノール濃度が比較的低くなるため、濃縮蒸留工程でより多くのエネルギーが必要となるという問題がある。
発酵後のエタノール濃度を高める方法としては、糖化後の糖液を濃縮した後にエタノール発酵に用いる方法も考えられるが、この場合、さらにシステムが複雑化し、濃縮にかかるエネルギーコストが増加することとなる。
In addition, as described above, excess water in the pretreated product can be removed by performing a treatment such as dehydration. However, if the insoluble solid concentration in the pretreated product is excessively increased, stirring in the saccharification step is performed. As a result, the fluidity during the process cannot be ensured and the saccharification efficiency decreases, resulting in a problem that the sugar yield decreases. A decrease in the sugar yield can be avoided by lowering the insoluble solid concentration of the pretreated product to be subjected to the saccharification step, specifically, to about 25% by mass or less. Since the ethanol concentration is relatively low, there is a problem that more energy is required in the concentration distillation process.
As a method of increasing the ethanol concentration after fermentation, a method of concentrating the sugar solution after saccharification and then using it for ethanol fermentation is also conceivable, but in this case, the system becomes more complicated and the energy cost for concentration increases. .
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、セルロース含有原料から、効率よく、高濃度のエタノールを製造することが可能なエタノール製造方法の提供を目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, Comprising: It aims at provision of the ethanol manufacturing method which can manufacture high concentration ethanol efficiently from a cellulose containing raw material.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、糖含有液を用いることにより、セルロース含有原料から効率よく、高濃度のエタノールを製造することができることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that by using a sugar-containing liquid, it is possible to efficiently produce high-concentration ethanol from a cellulose-containing raw material, and the present invention has been completed. It was.
すなわち、本発明は、
（１）セルロース含有原料からエタノールを製造する方法であって、セルロース含有原料を糖化する糖化工程と、前記糖化工程において得られた糖液を用いてエタノール発酵する発酵工程と、を有し、前記糖化工程開始前に、前記前処理物又は前記セルロース含有原料に、糖含有液を添加し、前記糖含有液は、水溶性糖類を含有する農作物の搾汁液、モラセス、及び穀類の酵素処理物からなる群より選択される１種以上であることを特徴とするエタノール製造方法、
（２）前記糖化工程における前処理物の不溶性固形分濃度が、２５質量％以下であることを特徴とする（１）のエタノール製造方法、
（３）前記セルロース含有原料が、前処理工程により前処理されたものであって、前記糖含有液が、前記前処理工程の後、前記糖化工程開始前に、前記セルロース含有原料に添加されることを特徴とする（１）又は（２）のエタノール製造方法、
（４）前記セルロース含有原料が、前処理工程により前処理されたものであって、前記糖含有液が、前記前処理工程において、前記セルロース含有原料に添加されることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかのエタノール製造方法、
（５）前記糖含有液が、さらに、前記糖化工程中、又は、前記発酵工程中に、反応槽内に添加されることを特徴とする（３）又は（４）のエタノール製造方法。
（６）前記糖含有液が、さらに、前記糖化工程の後、前記発酵工程開始前に、前記糖液に添加されることを特徴とする（３）〜（５）のいずれかのエタノール製造方法、
（７）前記糖化工程と前記発酵工程とが、同一の反応槽中で行われることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかのエタノール製造方法、
（８）前記セルロース含有原料が、バガス、稲わら、麦わら、籾殻、麦殻、キャッサバ残渣及びコーンストーバーからなる群より選択される１種以上であり、前記穀類の酵素処理物が、米、麦、キャッサバ及びトウモロコシからなる群より選択される１種以上を糖化して得られる澱粉糖化液であることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかのエタノール製造方法、
（９）前記セルロース含有原料がバガスであり、前記糖含有液が水溶性糖類を含有する農作物の搾汁液又はモラセスであることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかのエタノール製造方法、
を提供するものである。
That is, the present invention
(1) A method for producing ethanol from a cellulose-containing raw material, comprising: a saccharification step for saccharifying a cellulose-containing raw material; and a fermentation step for ethanol fermentation using a sugar solution obtained in the saccharification step, Before the start of the saccharification process, a sugar-containing liquid is added to the pre-processed product or the cellulose-containing raw material, and the sugar-containing liquid is obtained from a squeezed juice of a crop containing water-soluble sugar, molasses, and an enzyme-treated product of cereals. An ethanol production method characterized by being one or more selected from the group consisting of:
(2) The ethanol production method according to (1), wherein the concentration of insoluble solids in the pretreated product in the saccharification step is 25% by mass or less,
(3) The cellulose-containing raw material is pretreated by a pretreatment step, and the sugar-containing liquid is added to the cellulose-containing raw material after the pretreatment step and before the start of the saccharification step. (1) or (2) ethanol production method,
(4) The cellulose-containing raw material is pretreated in a pretreatment step, and the sugar-containing liquid is added to the cellulose-containing raw material in the pretreatment step (1) The ethanol production method of any of (3),
(5) The method for producing ethanol according to (3) or (4), wherein the sugar-containing liquid is further added into a reaction tank during the saccharification step or the fermentation step.
(6) The method for producing ethanol according to any one of (3) to (5), wherein the sugar-containing liquid is further added to the sugar liquid after the saccharification step and before the start of the fermentation step. ,
(7) The ethanol production method according to any one of (1) to (5), wherein the saccharification step and the fermentation step are performed in the same reaction vessel,
(8) The cellulose-containing raw material is at least one selected from the group consisting of bagasse, rice straw, straw, rice husk, wheat husk, cassava residue and corn stover, and the cereal enzyme-treated product is rice, wheat A method for producing ethanol according to any one of (1) to (7), wherein the starch saccharified solution is obtained by saccharifying one or more selected from the group consisting of cassava and corn.
(9) The method for producing ethanol according to any one of (1) to (7), wherein the cellulose-containing raw material is bagasse, and the sugar-containing liquid is a squeezed juice or molasses of a crop containing a water-soluble saccharide. ,
Is to provide.
本発明のエタノール製造方法により、セルロース含有原料から効率よく、高濃度のエタノールを製造することができる。 By the ethanol production method of the present invention, high-concentration ethanol can be produced efficiently from cellulose-containing raw materials.
本発明のエタノール製造方法は、セルロース含有原料からエタノールを製造する方法であって、セルロース含有原料を糖化する糖化工程と、前記糖化工程において得られた糖液を用いてエタノール発酵する発酵工程と、を有する。 The ethanol production method of the present invention is a method for producing ethanol from a cellulose-containing raw material, a saccharification step for saccharifying the cellulose-containing raw material, and a fermentation step for ethanol fermentation using the sugar solution obtained in the saccharification step, Have
本発明において用いられるセルロース含有原料は、セルロースを含有するものであれば特に限定されるものではなく、草本系バイオマスであってもよく、木質系バイオマスであってもよく、その他のセルロースを含有するバイオマスであってもよい。セルロース含有原料としては、稲、麦、トウモロコシ、サトウキビ、テンサイ、麻、綿花、ソルガム、エリアンサス、キャッサバ等の栽培作物等であってもよいが、廃棄の対象とされ得るものであって、セルロース含有量が比較的多いものであることが好ましい。具体的には、稲わら、麦わら、籾殻、麦殻、キャッサバ残渣（デンプン回収後のキャッサバの残渣）、コーンストーバー、バガス、ヤシガラ等の農業（穀物）残渣、竹、木材チップ、間伐材等の林業残渣、古紙、古着等が挙げられる。中でも、草本系バイオマス等のソフトセルロース系バイオマスであることが好ましく、安価で大量に入手可能であることから、バガス、稲わら、麦わら、籾殻、麦殻、キャッサバ残渣、コーンストーバー等の穀物残渣であることがより好ましい。本発明においては、これらのセルロース含有原料のうち、１種類のみを用いてもよく、２種類以上を用いてもよい。 The cellulose-containing raw material used in the present invention is not particularly limited as long as it contains cellulose, may be herbaceous biomass, may be woody biomass, and contains other cellulose. Biomass may be used. The cellulose-containing raw material may be cultivated crops such as rice, wheat, corn, sugar cane, sugar beet, hemp, cotton, sorghum, Elianthus, cassava, etc. It is preferable that the content is relatively large. Specifically, rice straw, straw, rice husk, wheat husk, cassava residue (residue of cassava after starch recovery), agricultural (grain) residue such as corn stover, bagasse, coconut shell, bamboo, wood chips, thinned wood, etc. Examples include forestry residues, used paper, and used clothing. Among them, soft cellulose-based biomass such as herbaceous biomass is preferable, and it is inexpensive and can be obtained in large quantities. More preferably. In the present invention, among these cellulose-containing raw materials, only one type may be used, or two or more types may be used.
また、本発明において、セルロース含有原料は、前処理工程により前処理されたものであることが好ましい。
セルロース含有原料を前処理する方法は、セルロース含有原料に対して施すことにより後段の糖化工程における糖化効率を改善し得るものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、細断処理、水熱処理、及び解繊処理からなる処理方法から選択される１種又は２種以上を組み合わせて用いることが好ましい。
Moreover, in this invention, it is preferable that a cellulose containing raw material is pre-processed by the pre-processing process.
The method for pretreating the cellulose-containing raw material is not particularly limited as long as it can improve the saccharification efficiency in the subsequent saccharification step by applying to the cellulose-containing raw material, for example, shredding treatment, It is preferable to use one or a combination of two or more selected from a treatment method comprising hydrothermal treatment and defibrating treatment.
細断処理の方法は特に限定されるものではなく、公知の装置等を用いて行うことができるが、例えば、１〜２０ｍｍのサイズ、より好ましくは５〜１０ｍｍのサイズに細断することができる。 The shredding method is not particularly limited, and can be performed using a known apparatus or the like. For example, the shredding process can be shredded to a size of 1 to 20 mm, more preferably 5 to 10 mm. .
水熱処理の方法は特に限定されるものではなく、例えば、引用文献１等の公知の装置を用いて行うことができる。
水熱処理の条件は特に限定されるものではないが、６．３〜２８．５ＭＰａで行うことが好ましい。つまり、飽和水蒸気条件で行う場合、好ましくは１６０〜２３０℃の飽和水蒸気下、より好ましくは１７０〜２２０℃の飽和水蒸気下で水熱処理を行うことが好ましい。また、水熱処理は、好ましくは３〜１２０分、より好ましくは５〜３０分で行うことが好ましい。上記のような好ましい条件において水熱処理を行うことにより、セルロース含有原料の過分解を低減することができる。
The method of hydrothermal treatment is not particularly limited, and can be performed using, for example, a known apparatus such as cited document 1.
The conditions for the hydrothermal treatment are not particularly limited, but it is preferably performed at 6.3 to 28.5 MPa. That is, when it carries out on saturated steam conditions, it is preferable to perform hydrothermal treatment preferably under 160-230 degreeC saturated steam, More preferably, 170-220 degreeC saturated steam. The hydrothermal treatment is preferably performed for 3 to 120 minutes, more preferably 5 to 30 minutes. By performing the hydrothermal treatment under the preferable conditions as described above, the excessive decomposition of the cellulose-containing raw material can be reduced.
解繊処理の方法は特に限定されるものではなく、例えば、通常製紙産業において用いられるパルプ離解機、具体的には、低濃度（固形分濃度６質量％未満）パルパー、中濃度（固形分濃度６〜１０質量％）パルパー、高濃度（固形分濃度１０〜３０質量％）パルパー等を用いて行うことができる。解繊処理は、前記水熱処理の後に併せて行うことがより好ましい。
なお、解繊処理では、適度な流動性を確保し、良好にセルロース含有原料を離解するため、不溶性固形分濃度が１０質量以下であることが好ましく、６質量以下であることがより好ましい。上記のような不溶性固形分濃度のセルロース含有原料を得るため、従来は水を添加して原料を薄めていたが、本発明では、水に代えて後述する糖含有液を添加することができる。糖含有液を用いることで、適度な流動性を有し、且つ、結果として糖濃度の高い糖液を得ることができる。そして、このような前処理物を糖化処理及びその後のエタノール発酵に用いることにより、発酵後のエタノール濃度を充分に高くすることができる。
The method of the defibrating treatment is not particularly limited. For example, a pulp disintegrator usually used in the paper industry, specifically, a low concentration (solid content concentration of less than 6% by mass) pulper, a medium concentration (solid content concentration). 6-10 mass%) pulper, high concentration (solid content concentration 10-30 mass%) pulper, etc. can be used. More preferably, the defibrating treatment is performed after the hydrothermal treatment.
In the defibrating treatment, the insoluble solid content concentration is preferably 10 masses or less, and more preferably 6 masses or less, in order to ensure appropriate fluidity and satisfactorily disaggregate the cellulose-containing raw material. In order to obtain a cellulose-containing raw material having an insoluble solid content concentration as described above, conventionally, water was added to thin the raw material. However, in the present invention, a sugar-containing liquid described later can be added instead of water. By using the sugar-containing liquid, it is possible to obtain a sugar liquid having an appropriate fluidity and a high sugar concentration as a result. And the ethanol concentration after fermentation can be made high enough by using such a pre-processing thing for saccharification processing and subsequent ethanol fermentation.
また、本発明における前処理工程では、上記細断処理、水熱処理、解繊処理に代えて、又は、これらと組み合わせて、粗粉砕処理、微粉砕処理、アルカリ処理、微生物処理、硫酸処理、熱軟化処理、ソルボリシス処理等の公知の前処理を行うこともできる。 Further, in the pretreatment step in the present invention, instead of or in combination with the above shredding treatment, hydrothermal treatment, fibrillation treatment, coarse pulverization treatment, fine pulverization treatment, alkali treatment, microbial treatment, sulfuric acid treatment, heat treatment Known pretreatments such as softening treatment and solvolysis treatment can also be performed.
次に、糖化工程として、前処理を行っていないセルロース含有原料、又は、前処理を行った前処理済セルロース含有原料（以下、「前処理物」ということがある。）を糖化し、糖液を得る。
糖化工程に用いるセルロース含有原料の固形分濃度は、２５質量％以下であることが好ましい。セルロース含有原料の不溶性固形分濃度を上記範囲内とする方法としては、特に限定されるものではないが、例えばセルロース含有原料又は前処理物に、必要に応じて液体成分を添加することができる。ここで液体成分としては、後述する糖含有液が好ましい。
糖化の方法は特に限定されるものではなく、セルロース含有原料の糖化に通常用いられる方法により行うことができる。例えば、上記前処理工程により得られた前処理物に、セルラーゼ等の糖化酵素を添加して酵素処理を行うことにより、セルロースやヘミセルロースを糖化した糖液を得ることができる。糖化酵素に替えて、セルロース分解能を有する微生物を用いて、糖化処理を行うこともできる。
Next, as a saccharification step, a cellulose-containing raw material that has not been pretreated, or a pretreated cellulose-containing raw material that has been pretreated (hereinafter sometimes referred to as “pretreated product”) is saccharified, and a sugar solution Get.
The solid content concentration of the cellulose-containing raw material used in the saccharification step is preferably 25% by mass or less. The method for setting the insoluble solid content concentration of the cellulose-containing raw material within the above range is not particularly limited, but for example, a liquid component can be added to the cellulose-containing raw material or the pretreated product as necessary. Here, as the liquid component, a sugar-containing liquid described later is preferable.
The saccharification method is not particularly limited, and can be performed by a method usually used for saccharification of a cellulose-containing raw material. For example, a sugar solution obtained by saccharifying cellulose or hemicellulose can be obtained by adding a saccharifying enzyme such as cellulase to the pretreated product obtained in the pretreatment step. Instead of saccharifying enzyme, a saccharification treatment may be performed using a microorganism having cellulose resolving power.
また、本発明における糖化工程では、セルロース含有原料の全量の糖化を一度に行ってもよく、一部量のみの糖化を行った後に、残りのセルロース含有原料の糖化を行う等の方法により、二段階以上に分けて糖化を行ってもよい。糖化初期段階のセルロース含有原料は固形分濃度が高いため、糖化初期段階においてのみ、糖化槽内の攪拌所要動力が高くなる。そこで、糖化初期段階の数時間、例えば１〜５時間のみ、高い攪拌動力を有する槽内にて一部量の糖化を行った後に、別の槽内にて残りのセルロース含有原料の糖化を行うことが好ましい。このように二段階以上に分けて糖化を行うことにより、効率的に糖化を行うことができる。
また、糖化初期にセルロース含有原料全量を添加せず、糖化の進行に従い原料を徐々に添加する流加法を用いることも可能である。この方法によると初期の槽内の固形物濃度は低く、かつ糖化の進行に従い固形物濃度が低下してから新たな固形物が添加されるため、常に槽内の固形物濃度を低く保てるメリットがある。
In the saccharification step in the present invention, the entire amount of the cellulose-containing raw material may be saccharified at one time. After only a part of the saccharification is performed, the remaining cellulose-containing raw material is saccharified. Saccharification may be performed in stages. Since the cellulose-containing raw material in the initial stage of saccharification has a high solid content concentration, the power required for stirring in the saccharification tank is increased only in the initial stage of saccharification. Therefore, after a certain amount of saccharification is performed in a tank having high stirring power for only several hours, for example, 1 to 5 hours, in the initial stage of saccharification, the remaining cellulose-containing raw material is saccharified in another tank It is preferable. Thus, saccharification can be performed efficiently by performing saccharification in two or more stages.
It is also possible to use a fed-batch method in which the raw material is gradually added as the saccharification progresses without adding the total amount of the cellulose-containing raw material in the early stage of saccharification. According to this method, the initial concentration of solids in the tank is low, and as the solids concentration decreases as saccharification progresses, new solids are added, so there is an advantage that the solids concentration in the tank can always be kept low. is there.
次いで、発酵工程として、糖化工程で得られた糖液を用いてエタノール発酵を行い、エタノールを製造する。
エタノール発酵の方法は特に限定されるものではなく、糖液のエタノール発酵に通常用いられる方法により行うことができる。例えば、糖液に、エタノール発酵能を有する公知の微生物を添加し、糖液をエタノール発酵することにより、エタノールが得られる。エタノール発酵能を有する微生物としては、例えば、サッカロミセス属の酵母等が挙げられる。
Next, as a fermentation process, ethanol fermentation is performed using the sugar solution obtained in the saccharification process to produce ethanol.
The method of ethanol fermentation is not particularly limited, and can be performed by a method usually used for ethanol fermentation of sugar solution. For example, ethanol is obtained by adding a known microorganism having ethanol fermentation ability to a sugar solution and subjecting the sugar solution to ethanol fermentation. Examples of the microorganism having ethanol fermentation ability include yeast of the genus Saccharomyces.
近年、製造プロセスを単純化し効率を向上させる観点から、糖化工程と発酵工程とを同時に行う方法も用いられている。本発明においても、糖化処理とエタノール発酵とは、別個の槽内で独立に行ってもよく、同一の槽内で、同時に行ってもよい。
本発明のエタノール製造方法を用いた場合、糖化工程と発酵工程とを同一の槽内で、同時に行う場合にも、槽内の攪拌性と、糖濃度との両者を最適化することができる。
また、糖化工程において、二段階以上に分けて糖化を行う場合には、製造プロセスの効率化の観点から、二段階目以降の糖化と、発酵工程とを同一の槽内で、同時に行うことが好ましい。
In recent years, a method of simultaneously performing a saccharification step and a fermentation step has been used from the viewpoint of simplifying the production process and improving the efficiency. Also in the present invention, saccharification treatment and ethanol fermentation may be performed independently in separate tanks, or may be performed simultaneously in the same tank.
When the ethanol production method of the present invention is used, both the saccharification and the sugar concentration in the tank can be optimized even when the saccharification process and the fermentation process are performed simultaneously in the same tank.
In the saccharification process, when saccharification is performed in two or more stages, from the viewpoint of improving the efficiency of the production process, the saccharification after the second stage and the fermentation process may be performed simultaneously in the same tank. preferable.
発酵工程により得られたエタノールは、通常、蒸留、精製等の工程を経て、実用に供されるが、本発明のエタノール製造方法によって得られたエタノールは濃度が高いため、蒸留の工程におけるエネルギーを低減することが可能となり、より効率よくエタノールを得ることができる。 The ethanol obtained by the fermentation process is usually put to practical use through processes such as distillation and purification, but since the ethanol obtained by the ethanol production method of the present invention has a high concentration, the energy in the process of distillation is reduced. It becomes possible to reduce, and ethanol can be obtained more efficiently.
糖化処理において十分な処理効率（糖化収量）を達成するためには糖化槽内が適度な流動性を有していなければならない。それ故、従来は糖化処理前のセルロース含有原料又は前処理物に水を添加して、糖化槽内の不溶性固形物濃度を２５％以下にして、流動性を確保していた。しかしながら、水を添加すると、セルロース含有原料又は前処理物中の糖濃度も低下してしまう結果、得られる糖液の糖濃度が低く、その後のエタノール発酵により得られるエタノールの濃度も低くなってしまうという問題があった。 In order to achieve sufficient treatment efficiency (saccharification yield) in the saccharification treatment, the inside of the saccharification tank must have an appropriate fluidity. Therefore, conventionally, water has been added to the cellulose-containing raw material or pre-treated product before the saccharification treatment to reduce the concentration of insoluble solids in the saccharification tank to 25% or less to ensure fluidity. However, when water is added, the sugar concentration in the cellulose-containing raw material or the pre-treated product is also reduced. As a result, the sugar concentration of the obtained sugar solution is low, and the ethanol concentration obtained by subsequent ethanol fermentation is also low. There was a problem.
本発明は、前記糖化工程開始前に、前記セルロース含有原料又は前記前処理物に、糖含有液を添加することを特徴とする。糖含有液を添加することにより、糖化処理の処理物中の液体成分の割合を高く保ち、当該処理物の流動性や操作性を高めることができる。さらに、糖化処理の処理物中の糖濃度の低下を抑制することができる。すなわち、本発明においては、水に替えて糖含有液を用いることにより、糖化処理の処理物中の糖濃度を低下させることなく、当該処理物の流動性を調整することができる。 The present invention is characterized in that a sugar-containing liquid is added to the cellulose-containing raw material or the pretreated product before the start of the saccharification step. By adding the sugar-containing liquid, the ratio of the liquid component in the processed product of the saccharification treatment can be kept high, and the fluidity and operability of the processed product can be improved. Furthermore, the fall of the sugar concentration in the processed material of a saccharification process can be suppressed. That is, in the present invention, by using a sugar-containing liquid instead of water, the fluidity of the processed product can be adjusted without reducing the sugar concentration in the processed product of saccharification.
本発明では、糖化工程開始前の任意の時期において、後述の糖含有液を添加する。
例えば、前処理工程前又は前処理工程中に、セルロース含有原料に糖含有液を添加してもよく、前処理工程後、糖化工程開始前に、前処理物に糖含有液を添加してもよい。
なかでも、糖化処理の処理物中の糖濃度及び流動性の条件を最適化し易いことから、前処理工程後、糖化工程開始前に、前処理物に、糖含有液を添加することが好ましい。
具体的には、前処理工程において得られた前処理物の、後段の糖化工程における処理効率の向上、つまり、前処理物と、糖化酵素又はセルロース分解能を有する微生物とを接触させる際の流動性の向上のために、糖含有液添加後の前処理物の不溶性固形分濃度が２５質量％以下（より好ましくは２０質量％以下）となるように糖含有液を添加することが好ましい。
In the present invention, the sugar-containing liquid described later is added at any time before the start of the saccharification process.
For example, the sugar-containing liquid may be added to the cellulose-containing raw material before or during the pretreatment process, or the sugar-containing liquid may be added to the pretreated product after the pretreatment process and before the saccharification process is started. Good.
Especially, since it is easy to optimize the saccharide | sugar concentration and fluidity | liquidity conditions in the processed material of a saccharification process, it is preferable to add a saccharide | sugar containing liquid to a pre-processed product after a pre-processing process and before the saccharification process start.
Specifically, the pretreatment product obtained in the pretreatment step is improved in treatment efficiency in the subsequent saccharification step, that is, the fluidity when the pretreatment product is brought into contact with a saccharifying enzyme or a microorganism capable of degrading cellulose. In order to improve the above, it is preferable to add the sugar-containing liquid so that the insoluble solid concentration of the pretreated product after the addition of the sugar-containing liquid is 25% by mass or less (more preferably 20% by mass or less).
また、前処理物を遠心脱水式、ベルト濃縮式等の公知の濃縮機を用いて、液体成分の割合を調整して糖濃度を高めた後に、糖含有液を添加してもよい。この場合、前処理物の糖を含まない液体成分を除去し、新たに糖化槽流動性確保のための糖含有液を加えるので、前者に比べ糖化工程後の糖濃度を高くすることができる。 Further, the sugar-containing liquid may be added after adjusting the ratio of the liquid component to increase the sugar concentration using a known concentrator such as a centrifugal dehydration type or a belt concentration type. In this case, since the liquid component which does not contain the saccharide | sugar of a pre-processing thing is removed and the saccharide | sugar containing liquid for ensuring saccharification tank fluidity | liquidity ensuring is newly added, the saccharide | sugar concentration after a saccharification process can be made high compared with the former.
また、上記前処理工程において、セルロース含有原料に水を添加する必要がある場合、添加する水に替えて、糖含有溶液を添加してもよい。例えば、湿式微粉砕処理のために水を添加する場合、水熱処理として加圧熱水を添加する場合、解繊処理中のセルロース含有原料の流動性を確保するために水を添加する場合等に、水に替えて、糖含有溶液を添加することができる。特に、前処理工程が、水熱処理、熱軟化処理等の加熱処理を含む場合には、当該加熱処理は加熱殺菌も兼ねるため、前処理工程前又は前処理工程中に糖含有溶液を添加する場合には、添加された糖含有溶液も加熱殺菌されることから、別途、糖含有液の殺菌工程を設けることなく、雑菌によるコンタミネーションのリスクを低減させることができる。 Moreover, in the said pre-processing process, when it is necessary to add water to a cellulose containing raw material, it may replace with the water to add and may add a sugar containing solution. For example, when adding water for wet pulverization treatment, when adding pressurized hot water as hydrothermal treatment, when adding water to ensure the fluidity of the cellulose-containing raw material during defibration treatment, etc. Instead of water, a sugar-containing solution can be added. In particular, when the pretreatment process includes heat treatment such as hydrothermal treatment and heat softening treatment, since the heat treatment also serves as heat sterilization, a sugar-containing solution is added before or during the pretreatment process. Since the added sugar-containing solution is also sterilized by heating, the risk of contamination due to various bacteria can be reduced without providing a sterilization step for the sugar-containing liquid separately.
本発明では、糖化工程中、又は、発酵工程中に、さらに、反応槽内に後述の糖含有液を添加してもよい。糖含有液を添加する反応層は、糖化のみを行う糖化槽であっても、発酵のみを行う発酵槽であっても、糖化と発酵とを同時に行う糖化発酵槽であってもよい。このような反応中の糖含有液の添加は、例えば、前記した流加法により糖化槽に徐々に固形原料を添加した場合の、糖化槽中の固形物濃度の調整等に有用である。 In this invention, you may add the below-mentioned sugar containing liquid in a reaction tank further during a saccharification process or a fermentation process. The reaction layer to which the sugar-containing liquid is added may be a saccharification tank that performs only saccharification, a fermentation tank that performs only fermentation, or a saccharification and fermentation tank that simultaneously performs saccharification and fermentation. The addition of the sugar-containing liquid during the reaction is useful for adjusting the solid concentration in the saccharification tank when, for example, the solid raw material is gradually added to the saccharification tank by the aforementioned fed-batch method.
また、本発明では、糖化工程と発酵工程とを同一の反応槽中で同時に行わない場合、糖化工程の後、発酵工程開始前に、さらに、糖液に、後述の糖含有液を添加してもよい。この場合、糖化後に得られた糖液中の糖濃度が低い場合であっても、濃縮等を行わず、容易に糖液中の糖濃度を調整することができ、発酵工程において高濃度のエタノールを得ることができる。 In the present invention, when the saccharification step and the fermentation step are not performed simultaneously in the same reaction vessel, after the saccharification step and before the start of the fermentation step, a sugar-containing solution described later is further added to the sugar solution. Also good. In this case, even if the sugar concentration in the sugar solution obtained after saccharification is low, the sugar concentration in the sugar solution can be easily adjusted without performing concentration, etc., and high-concentration ethanol can be used in the fermentation process. Can be obtained.
本発明において、糖含有液は、糖を５質量％以上含有する液体であることが好ましく、糖を１０質量％以上含有する液体であることがより好ましく、糖を１５質量％以上含有する液体であることがさらに好ましく、糖を２０質量％以上含有する液体であることが特に好ましい。 In the present invention, the sugar-containing liquid is preferably a liquid containing 5% by mass or more of sugar, more preferably a liquid containing 10% by mass or more of sugar, and a liquid containing 15% by mass or more of sugar. More preferably, it is particularly preferably a liquid containing 20% by mass or more of sugar.
糖含有液は、糖を含有する液体であって、セルロース含有原料の前処理及び糖化処理を損なわないものであれば、特に限定されるものではない。糖含有液としては、具体的には、グルコース、ガラクトース、マンノース、フルクトース、ソルボース、アロース、タロース、グロース、アルトロース、イドース、キシロース、アラビノース、リボース、リキソースなどの単糖、または、これら単糖を最小単位とするスクロース、トレハロース、ラクトース、マルトース、セロビオース、ラフィノース、セロトリオースなどの多糖類等の水溶性糖類を含有する農作物の搾汁液、モラセス、穀類の酵素処理物、アイスクリーム等の糖含有量の高い食品残渣及びその酵素処理物等が挙げられる。本発明においては、水溶性糖類を含有する農作物の搾汁液、モラセス、及び穀類の酵素処理物からなる群より選択される１種以上を糖含有液とすることが好ましい。 The sugar-containing liquid is not particularly limited as long as it is a liquid containing sugar and does not impair the pretreatment and saccharification treatment of the cellulose-containing raw material. Specific examples of the sugar-containing liquid include glucose, galactose, mannose, fructose, sorbose, allose, talose, gulose, altrose, idose, xylose, arabinose, ribose, lyxose, or the like. Sugar content of sucrose, trehalose, lactose, maltose, cellobiose, raffinose, cellophylose, etc. Examples include high food residues and enzyme-treated products thereof. In the present invention, it is preferable that at least one selected from the group consisting of a squeezed juice of a crop containing water-soluble saccharides, molasses, and an enzyme-treated product of cereal is used as the saccharide-containing liquid.
水溶性糖類を含有する農作物としては、例えば、ケーンジュース、ビートジュース、ソルガムジュース等が挙げられる。
穀類としては、米、麦、キャッサバ、とうもろこし、キビ、アワ、ヒエ等が挙げられる。穀類を酵素処理する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、アミラーゼ等の酵素と穀類とを接触させることにより行うことができる。本発明においては、澱粉含有量が高く、且つ生産量が多いことから、米、麦、キャッサバ及びトウモロコシからなる群より選択される１種以上を糖化して得られる澱粉糖化液であることが好ましい。
水溶性糖類を含有する農作物の搾汁液、モラセス、又は穀物の酵素処理物は、そのまま用いてもよく、脱塩処理や、殺菌処理をした後に用いてもよい。ここで脱塩処理、殺菌処理の方法は特に限定されるものではなく、公知の方法により行うことができる。
Examples of crops containing water-soluble saccharides include cane juice, beet juice, sorghum juice and the like.
Examples of cereals include rice, wheat, cassava, corn, millet, millet, and millet. The method for enzyme-treating cereals is not particularly limited, and can be performed, for example, by bringing an enzyme such as amylase into contact with cereals. In the present invention, since the starch content is high and the production amount is large, a starch saccharified solution obtained by saccharifying one or more selected from the group consisting of rice, wheat, cassava and corn is preferable. .
The squeezed juice, molasses, or cereal enzyme-treated product containing water-soluble saccharides may be used as it is, or after desalting or sterilization. Here, the method of desalting treatment and sterilization treatment is not particularly limited, and can be performed by a known method.
本発明の糖含有液としては、特に、用いられるセルロース含有原料と同一の産業分野で得られる糖液、水溶性糖類を含有する農作物の搾汁液、若しくは、残渣を酵素糖化処理して得られる液、又は、セルロース含有原料と同一の産業分野で得られる穀類を酵素処理して得られる液であることが好ましく、上記セルロース含有原料と同一の食物工場等から得られるものであることがさらに好ましい。セルロース含有原料と糖含有液とを、同じ工場や農地等から調達可能である場合には、本発明のエタノール製造方法を、当該工場等の近隣に建設されたプラントにおいて実施することにより、セルロース含有原料や糖含有液を運搬するコストを削減することができる。 As the sugar-containing liquid of the present invention, in particular, a sugar liquid obtained in the same industrial field as the cellulose-containing raw material to be used, a squeezed juice of a crop containing water-soluble sugars, or a liquid obtained by enzymatic saccharification of the residue Or it is preferable that it is a liquid obtained by carrying out the enzyme process of the grain obtained in the same industrial field as a cellulose containing raw material, and it is still more preferable that it is obtained from the same food factory etc. as the said cellulose containing raw material. When the cellulose-containing raw material and the sugar-containing liquid can be procured from the same factory, farmland, etc., the ethanol production method of the present invention is carried out in a plant constructed in the vicinity of the factory, etc. Costs for transporting raw materials and sugar-containing liquids can be reduced.
具体的には、製糖工場において得られる、バガスをセルロース含有原料とし、モラセスを糖含有液とする場合；稲又は米加工工場分野において得られる、稲わら又は籾殻をセルロース含有原料とし、何らかの理由で廃棄される米の酵素処理物を糖含有液とする場合；麦加工工場において得られる、麦わら又は麦殻をセルロース含有原料とし、何らかの理由で廃棄される麦の酵素処理物を糖含有液とする場合；キャッサバ澱粉工場で得られる澱粉製造残渣（キャッサバ残渣）をセルロース原料含量とし、何らかの理由で廃棄されるキャッサバの酵素処理物を糖含有液とする場合；トウモロコシ加工工場において得られる、コーンストーバーをセルロース含有原料とし、何らかの理由で廃棄されるトウモロコシの酵素処理物を糖含有液とする場合；製糖工場において得られる、バガスをセルロース含有原料とし、何らかの理由で廃棄されるサトウキビを搾った搾汁液（ケーンジュース）を糖含有液とする場合；製糖工場において得られる、甜菜残渣をセルロース含有原料とし、何らかの理由で廃棄される甜菜（砂糖大根）を搾った搾汁液（ビートジュース）を糖含有液とする場合；製糖工場において得られる、ソルガム残渣をセルロース含有原料とし、何らかの理由で廃棄されるソルガムを搾った搾汁液（ソルガムジュース）を糖含有液とする場合、が好ましいものとして挙げられる。なかでも、バガスと、農作物の搾汁液又はモラセスとを用いた場合、穀類を酵素処理する工程が必要ではないため、特に好ましい。 Specifically, when bagasse obtained from a sugar factory is a cellulose-containing raw material and molasses is a sugar-containing liquid; rice straw or rice husk obtained in the field of rice or rice processing factory is a cellulose-containing raw material, for some reason When the enzyme-treated product of rice to be discarded is used as a sugar-containing solution; straw or wheat husk obtained at a wheat processing plant is used as a cellulose-containing raw material, and the enzyme-treated product of wheat that is discarded for some reason is used as a sugar-containing solution When the starch production residue (cassava residue) obtained at the cassava starch factory is the cellulose raw material content, and when the cassava enzyme-treated product discarded for some reason is used as the sugar-containing liquid; the corn stover obtained at the corn processing factory When using corn enzyme-treated product as a sugar-containing liquid for cellulose-containing raw materials When sugarcane is used as the raw material containing cellulose, and sugar cane juice obtained by squeezing sugarcane that is discarded for some reason is used as the sugar-containing liquid; sugar beet residue obtained at the sugar factory is used as the raw material containing cellulose , When squeezed sugar beet (sugar radish) that is discarded for some reason is used as a sugar-containing solution; sorghum that is obtained at a sugar factory using sorghum residue as a cellulose-containing raw material and is discarded for any reason When the squeezed juice (sorghum juice) squeezed is used as a sugar-containing solution, is preferable. Especially, when bagasse and the squeezed juice or molasses of a crop are used, since the process of carrying out the enzyme treatment of cereal is not required, it is especially preferable.
次に実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to a following example.
（実施例１、比較例１〜２）
糖含有液又は水を用いて糖液並びにエタノールを製造した場合の、糖化後の糖液中の糖濃度、及び発酵後のエタノール濃度について検討した。
(Example 1, Comparative Examples 1-2)
The sugar concentration in the sugar solution after saccharification and the ethanol concentration after fermentation when the sugar solution and ethanol were produced using the sugar-containing solution or water were examined.
［実施例１〜３、比較例１〜２]
≪前処理工程≫
まず、バガス１００ｋｇ（液体成分２０質量％）を圧力容器に入れて密閉し、１．９６ＭＰａの飽和水蒸気を供給して１９０℃で３０分間圧力容器内にて保持した。その後、圧力容器内の圧力を速やかに開放し、内容物を取り出し、前処理物（液体成分６０質量％）を得た。得られた前処理物は、オートクレーブを用いて１２１℃で１０分間保持し、滅菌を行った。
[Examples 1-3, Comparative Examples 1-2]
≪Pretreatment process≫
First, 100 kg of bagasse (20% by mass of liquid component) was put in a pressure vessel and sealed, and 1.96 MPa of saturated water vapor was supplied and held in the pressure vessel at 190 ° C. for 30 minutes. Thereafter, the pressure in the pressure vessel was quickly released, the contents were taken out, and a pretreated product (liquid component 60% by mass) was obtained. The obtained pretreated product was sterilized by being held at 121 ° C. for 10 minutes using an autoclave.
≪糖化工程≫
緩速攪拌羽根を有する２ｍ３の容器に、上記前処理工程にて得られた前処理物、酵素液、及び、予め上記同様の条件によりオートクレーブにて滅菌した表１に示す濃度調整液を、容器中の全量が６００ｋｇとなる様に投入した。具体的には、前処理物を、容器中の不溶性固形分濃度が表１に示す値となる様に投入し（不溶性固形分濃度１５質量％の場合は、２２５ｋｇ、不溶性固形分濃度が２５質量％の場合は、３７５ｋｇ）、酵素を容器中の１２．５質量％（７５ｋｇ）投入し、濃度調整液（不溶性固形分濃度１５質量％の場合は、３００ｋｇ、不溶性固形分濃度が２５質量％の場合は、１５０ｋｇ）を加えて全量を６００ｋｇとした。その後、３０ｒｐｍで３５℃、７２時間攪拌することにより、糖化反応を行い、糖液を得た。
得られた糖液中の糖濃度を測定した結果を表１に併記する。糖濃度の測定は、具体的には、得られた糖液を遠心分離し、その上澄液を超純水を用いて２０倍希釈したものを試料とし、アミネックスカラムＨＰＸ−８７Ｐ（Ｂｉｏ−Ｒａｄ社製）を装着した高速液体クロマトグラフィー（日立製作所社製、Ｌ−７０００シリーズ）にて糖濃度を測定した。このとき、移動層は超純水０．５ｍＬ／Ｈｒ、カラム温度は８０℃とした。
≪Saccharification process≫
In a 2 m 3 container having a slow stirring blade, the pretreatment product obtained in the pretreatment step, the enzyme solution, and the concentration adjusting solution shown in Table 1 previously sterilized in an autoclave under the same conditions as described above, The total amount in the container was charged to 600 kg. Specifically, the pretreated product is added so that the insoluble solid content concentration in the container becomes the value shown in Table 1 (in the case of an insoluble solid content concentration of 15% by mass, 225 kg and the insoluble solid content concentration is 25% by mass). In the case of%, 375 kg), 12.5 mass% (75 kg) of the enzyme in the container is charged, and the concentration adjusting liquid (insoluble solid content concentration of 15 mass% is 300 kg, insoluble solid content concentration is 25 mass%) In this case, 150 kg) was added to make the total amount 600 kg. Then, saccharification reaction was performed by stirring for 72 hours at 35 rpm at 30 rpm to obtain a sugar solution.
The results of measuring the sugar concentration in the obtained sugar liquid are also shown in Table 1. Specifically, the sugar concentration was measured by centrifuging the obtained sugar solution and diluting the supernatant 20-fold with ultrapure water as a sample, and using the Aminex column HPX-87P (Bio- The sugar concentration was measured by high performance liquid chromatography (manufactured by Hitachi, Ltd., L-7000 series) equipped with Rad). At this time, the moving bed was 0.5 mL / Hr of ultrapure water, and the column temperature was 80 ° C.
≪発酵工程≫
まず、液体のＹＰＤ培地に市販の乾燥酵母（Ｓｕｐｅｒｓｔａｒｔ、Ａｌｌｔｅｃｈ社製）を培地の０．１質量％投入し、３０℃で２４時間、振とう培養により前培養を行った。
上記糖化工程にて得られた糖液に対し、５．２質量％の酵母前培養液を添加し、緩速攪拌羽根を有する２ｍ３の容器内で３５℃で４８時間攪拌することで発酵を行った。
得られた発酵液を遠心分離器により分離し、上澄液を内部標準（１−プロパノール）入り超純水を用いて２０倍希釈したものを試料とし、ポーラパックカラムＲ６０／８０（ＣＲＳ社製）を装着したガスクロマトグラフィー（ＧＬサイエンス社製、ＧＣ３５３Ｂ）によりエタノール濃度を測定した。結果を表１に併記する。
≪Fermentation process≫
First, 0.1% by mass of a commercially available dry yeast (Superstart, Alltech) was added to a liquid YPD medium, and precultured by shaking culture at 30 ° C. for 24 hours.
To the sugar solution obtained in the above saccharification step, 5.2% by mass of yeast preculture solution was added, and the mixture was stirred for 48 hours at 35 ° C. in a 2 m 3 container having a slow stirring blade. went.
The obtained fermentation broth was separated with a centrifuge, and the supernatant was diluted 20-fold with ultrapure water containing an internal standard (1-propanol) as a sample. Polar pack column R60 / 80 (manufactured by CRS) The ethanol concentration was measured by gas chromatography (GC Science, GC353B). The results are also shown in Table 1.
モラセス（１５％）：５０質量％の糖濃度を有するモラセスを、水を用いて３．３倍希釈した、１５質量％のモラセス溶液。
Molasses (15%): A 15 mass% molasses solution obtained by diluting molasses having a sugar concentration of 50 mass% with water by a factor of 3.3.
上記の結果から、糖含有液としてモラセス溶液を用いた実施例１〜３では、水を用いた比較例１〜２と比べて、糖化工程後に高い糖濃度を有する糖液が得られ、且つ、発酵工程後にエタノール濃度を有する液が得られることが確認できた。つまり、本発明に係る実施例１〜３では、セルロース含有原料から効率よく、高濃度のエタノールを製造することができた。 From the above results, in Examples 1 to 3 using a molasses solution as a sugar-containing solution, compared to Comparative Examples 1 and 2 using water, a sugar solution having a high sugar concentration is obtained after the saccharification step, and It was confirmed that a liquid having an ethanol concentration was obtained after the fermentation process. That is, in Examples 1 to 3 according to the present invention, high-concentration ethanol could be efficiently produced from the cellulose-containing raw material.
（参考例１）
用いる糖液の糖濃度と、得られるエタノール濃度と、得られたエタノールの蒸留に必要な熱量との関係をシミュレーションにより調べた。
糖濃度とエタノール濃度とは比例の関係にあるため、例えば、糖化工程により得られた糖液の糖濃度が１１．５質量％である場合、該糖液を用いた発酵工程では約５質量％のエタノールが得られ、糖濃度が１８．５質量％である場合は、約８質量％のエタノールが得られる。
また、得られたエタノールを蒸留する際のエネルギー量と、エタノール濃度とは反比例の関係にあるため、約５質量％のエタノールを９９．５質量％に濃縮脱水する場合のエネルギー量は約１３９０ｋｃａｌ／Ｌ−エタノールとなり、約８質量％のエタノールを９９．５質量％に濃縮脱水する場合のエネルギー量は約９３０ｋｃａｌ／Ｌ−エタノールとなる。結果を図１に示す。
上記シミュレーションの結果から、糖化工程で得られる糖液中の糖濃度を高めることで、得られるエタノール濃度が高くなり、且つ、発酵工程後の蒸留にかかる熱量を低減できることが分かる。
(Reference Example 1)
The relationship between the sugar concentration of the sugar solution used, the ethanol concentration obtained, and the amount of heat required for distillation of the obtained ethanol was examined by simulation.
Since the sugar concentration and the ethanol concentration are in a proportional relationship, for example, when the sugar concentration of the sugar solution obtained by the saccharification process is 11.5% by mass, the fermentation process using the sugar solution has a content of about 5% by mass. When the sugar concentration is 18.5% by mass, about 8% by mass of ethanol is obtained.
In addition, since the amount of energy when distilling the obtained ethanol and the ethanol concentration are in an inversely proportional relationship, the amount of energy when concentrating and dehydrating about 5% by mass of ethanol to 99.5% by mass is about 1390 kcal / L-ethanol is obtained, and the energy amount in the case of concentrating and dehydrating about 8% by mass of ethanol to 99.5% by mass is about 930 kcal / L-ethanol. The results are shown in FIG.
From the simulation results, it can be seen that by increasing the sugar concentration in the sugar solution obtained in the saccharification step, the ethanol concentration obtained is increased and the amount of heat required for distillation after the fermentation step can be reduced.
本発明のエタノール製造方法を用いることにより、セルロース含有原料から、効率よく、高濃度のエタノールを製造することができるため、バイオマスからのエタノール産生の分野で好適に利用可能である。 By using the method for producing ethanol of the present invention, high-concentration ethanol can be efficiently produced from a cellulose-containing raw material, so that it can be suitably used in the field of ethanol production from biomass.
Claims (9)
セルロース含有原料を糖化する糖化工程と、
前記糖化工程において得られた糖液を用いてエタノール発酵する発酵工程と、を有し、
前記糖化工程開始前に、前記前処理物又は前記セルロース含有原料に、糖含有液を添加し、
前記糖含有液は水溶性糖類を含有する農作物の搾汁液、モラセス、及び穀類の酵素処理物からなる群より選択される１種以上であることを特徴とするエタノール製造方法。 A method for producing ethanol from a cellulose-containing raw material,
A saccharification step for saccharifying a cellulose-containing raw material;
A fermentation process for ethanol fermentation using the sugar solution obtained in the saccharification process,
Before the start of the saccharification step, a sugar-containing liquid is added to the pretreated product or the cellulose-containing raw material,
The method for producing ethanol, wherein the sugar-containing liquid is at least one selected from the group consisting of a squeezed juice of a crop containing water-soluble saccharides, molasses, and an enzyme-treated product of cereals.
前記糖含有液が、前記前処理工程の後、前記糖化工程開始前に、前記セルロース含有原料に添加されることを特徴とする請求項１又は２に記載のエタノール製造方法。 The cellulose-containing raw material is pretreated by a pretreatment step,
The method for producing ethanol according to claim 1 or 2, wherein the sugar-containing liquid is added to the cellulose-containing raw material after the pretreatment step and before the start of the saccharification step.
前記糖含有液が、前記前処理工程において、前記セルロース含有原料に添加されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載のエタノール製造方法。 The cellulose-containing raw material is pretreated by a pretreatment step,
The ethanol production method according to claim 1, wherein the sugar-containing liquid is added to the cellulose-containing raw material in the pretreatment step.
前記穀類の酵素処理物が、米、麦、キャッサバ及びトウモロコシからなる群より選択される１種以上を糖化して得られる澱粉糖化液であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか記載のエタノール製造方法。 The cellulose-containing raw material is at least one selected from the group consisting of bagasse, rice straw, straw, rice husk, wheat husk, cassava residue and corn stover;
The cereal enzyme-treated product is a starch saccharified solution obtained by saccharifying one or more selected from the group consisting of rice, wheat, cassava and corn. Ethanol production method.
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012170443A (en) * | 2011-02-24 | 2012-09-10 | Tsukishima Kikai Co Ltd | Method for producing ethanol |
| JP2014003914A (en) * | 2012-06-21 | 2014-01-16 | Tsukishima Kikai Co Ltd | Treatment system and treatment method for biomass |
| US20140020760A1 (en) * | 2011-02-28 | 2014-01-23 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Method of producing organic photoelectric conversion device |
| JP2014030366A (en) * | 2012-08-01 | 2014-02-20 | Honda Motor Co Ltd | Method for preserving slurry of distillation residue |
| JP2014090707A (en) * | 2012-11-06 | 2014-05-19 | Oji Holdings Corp | Method for enzymatic saccharification of biomass containing lignocellulose and method of producing ethanol with biomass containing lignocellulose |
| JP2015519056A (en) * | 2012-05-17 | 2015-07-09 | シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイＳｈｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｍａａｔｓｃｈａｐｐｉｊ Ｂｅｓｌｏｔｅｎｖｅｎｎｏｏｔｓｈａｐ | Method for producing volatile organic compounds from biomass materials |
| US9206357B2 (en) | 2012-05-17 | 2015-12-08 | Shell Oil Company | Methods and systems for processing biomass material |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5771393A (en) * | 1980-10-21 | 1982-05-04 | Tsukishima Kikai Co Ltd | Preparation of ethyl alcohol |
| JP2006022253A (en) * | 2004-07-09 | 2006-01-26 | Juichi Ikeuchi | Low-pollution fuel |
| JP2010246422A (en) * | 2009-04-13 | 2010-11-04 | Hitachi Zosen Corp | Method for simultaneously saccharifying and fermenting cellulosic raw material |
-
2011
- 2011-02-24 JP JP2011038340A patent/JP2012055302A/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5771393A (en) * | 1980-10-21 | 1982-05-04 | Tsukishima Kikai Co Ltd | Preparation of ethyl alcohol |
| JP2006022253A (en) * | 2004-07-09 | 2006-01-26 | Juichi Ikeuchi | Low-pollution fuel |
| JP2010246422A (en) * | 2009-04-13 | 2010-11-04 | Hitachi Zosen Corp | Method for simultaneously saccharifying and fermenting cellulosic raw material |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| JPN6012011751; 森田茂紀 他: 'バイオエタノール原料作物の栽培に関する視点' 農業および園芸 Ｖｏｌ．８４， Ｎｏ．７, 2009, Ｐ．６８７-６９１ * |
| JPN6012011753; 服部太一朗: 'セルロース系バイオエタノールの原料植物をめぐる国内外の動向［１］' 農業および園芸 Ｖｏｌ．８３， Ｎｏ．１１, 2008, Ｐ．１１６４-１１６９ * |
| JPN6012011756; 泉可也: 'バイオエタノールの原料を考える〜食糧との競合はさけられるのか？〜' ＦＯＯＤ ＲＥＳＥＡＲＣＨ Ｎｏ．６２５, 2007, Ｐ．４８-５３ * |
| JPN6012011779; '製糖工場におけるモラセス・バガスエタノール製造モデル事業（インドネシア）実施可能性調査' 独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構 平成２１年度調査報告書 , 201002, Ｐ．１-２８７ * |
| JPN6012011783; ＢＲＥＨＭＥＲ， Ｂ． ｅｔ ａｌ．: 'Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ ａｎ ｅｎｅｒｇｅｔｉｃ ｌｉｆｅ ｃｙｃｌｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｏ ｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ｏｆ ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ ｆｅｅｄｓｔｏｃｋｓ ｗｉ' Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ．１０２， Ｎｏ．３, 2009, Ｐ．７６７-７７７ * |
| JPN6013055170; Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｂｉｏｆｕｅｌｓ Ｖｏｌ． １， Ｎｏ． ７, 2008, Ｐ． １-１４ * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012170443A (en) * | 2011-02-24 | 2012-09-10 | Tsukishima Kikai Co Ltd | Method for producing ethanol |
| US20140020760A1 (en) * | 2011-02-28 | 2014-01-23 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Method of producing organic photoelectric conversion device |
| JP2015519056A (en) * | 2012-05-17 | 2015-07-09 | シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイＳｈｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｍａａｔｓｃｈａｐｐｉｊ Ｂｅｓｌｏｔｅｎｖｅｎｎｏｏｔｓｈａｐ | Method for producing volatile organic compounds from biomass materials |
| US9206357B2 (en) | 2012-05-17 | 2015-12-08 | Shell Oil Company | Methods and systems for processing biomass material |
| US9242915B2 (en) | 2012-05-17 | 2016-01-26 | Shell Oil Company | Process for producing volatile organic compounds from biomass material |
| US9359557B2 (en) | 2012-05-17 | 2016-06-07 | Shell Oil Company | Process for producing volatile organic compounds from biomass material |
| US9624436B2 (en) | 2012-05-17 | 2017-04-18 | Shell Oil Company | Methods and systems for processing biomass material |
| JP2014003914A (en) * | 2012-06-21 | 2014-01-16 | Tsukishima Kikai Co Ltd | Treatment system and treatment method for biomass |
| JP2014030366A (en) * | 2012-08-01 | 2014-02-20 | Honda Motor Co Ltd | Method for preserving slurry of distillation residue |
| JP2014090707A (en) * | 2012-11-06 | 2014-05-19 | Oji Holdings Corp | Method for enzymatic saccharification of biomass containing lignocellulose and method of producing ethanol with biomass containing lignocellulose |
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