JP6485042B2 - 糖液の製造方法 - Google Patents
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Description
[1]以下の工程(1)〜(3)を含む糖液製造プロセスを繰り返して糖液を製造する方法において、工程(3)後の分離膜洗浄の工程(4)で得られる洗浄液を次回以降の糖液製造プロセスの工程(1)に使用することを特徴とする、糖液の製造方法。
工程(1):セルロース含有バイオマスの前処理物のスラリーを調製する工程、
工程(2):工程(1)のセルロース含有バイオマス前処理物スラリーを糸状菌由来セルラーゼにより加水分解する工程、
工程(3):工程(2)の加水分解物を溶液成分と加水分解残渣に固液分離し、溶液成分を限外濾過膜に通じて濾過して非透過液として糸状菌由来セルラーゼを回収し、透過液として糖液を回収する工程
[2]工程(3)において、溶液成分を精密濾過膜に通じて濾過して得られる透過液を限外濾過膜に通じて濾過することを特徴とする、[1]に記載の糖液の製造方法。
[3]工程(4)で限外濾過膜および/または精密濾過膜を洗浄し、得られた洗浄液を次回以降の糖液製造プロセスの工程(1)に使用することを特徴とする、[2]に記載の糖液の製造方法。
[4]工程(4)がアルカリ性物質を含む洗浄水による洗浄であることを特徴とする、[1]から[3]のいずれかに記載の糖液の製造方法。
[5]糸状菌由来セルラーゼがトリコデルマ属微生物由来であることを特徴とする、[1]から[4]のいずれかに記載の糖液の製造方法。
[6]工程(1)のセルロース含有バイオマスの前処理が希硫酸処理である、[1]から[5]のいずれかに記載の糖液の製造方法。
セルロース含有バイオマスは、バガス、スイッチグラス、ネピアグラス、エリアンサス、コーンストーバー、ビートパルプ、綿実殻、パーム殻房、稲わら、麦わら、竹、笹、などの草本系バイオマス、あるいはシラカバ、ブナなどの樹木、廃建材などの木質系バイオマスを挙げることができる。セルロース含有バイオマスは糖から構成されるセルロースおよびヘミセルロースの他に、芳香族高分子であるリグニンなどを含有しているため、前処理を施すことによりセルラーゼによる加水分解効率を向上させることができる。セルロース含有バイオマスの前処理方法としては、希酸処理、アルカリ処理、水熱処理、亜臨界水処理、微粉砕処理などが挙げられるが、本発明の糖液の製造方法において最も酵素の再利用性が高いのは希硫酸処理物を用いた場合であるため、希硫酸処理物が好ましく適用される。
セルラーゼの起源となる糸状菌としては、トリコデルマ属(Trichoderma)、アスペルギルス属(Aspergillus)、セルロモナス属(Cellulomonas)、クロストリジウム属(Clostridium)、ストレプトマイセス属(Streptomyces)、フミコラ属(Humicola)、アクレモニウム属(Acremonium)、イルペックス属(Irpex)、ムコール属(Mucor)、タラロマイセス属(Talaromyces)、などの微生物を挙げることができる。また、これら微生物に変異剤あるいは紫外線照射などで変異処理を施すことによりセルラーゼ生産性が向上した変異株由来のセルラーゼであってもよい。
工程(2)によって得られた加水分解物は、固液分離することで糖液および加水分解残渣に分離することができる。固液分離の方法としては、遠心分離、プレス濾過が挙げられるが、本発明においてはプレス濾過が好ましい。
工程(4)は本発明の糖液製造プロセスにおいて毎回実施してもよいし、何回か工程(1)〜(3)を繰り返し、濾過性能が低下してから都度実施してもよい。洗浄の頻度が高いほど洗浄効果が高く分離膜は長持ちするが、洗浄コストの面で不利になる。分離膜やセルロース含有バイオマスの種類によって目詰まりを引き起こす不純物の分離膜への付着の仕方は異なるため、それぞれのプロセスにおいて最適な頻度で洗浄を行うのが好ましい。
セルロース含有バイオマス(コーンコブ)1.8kgを4.2kgの硫酸1%水溶液に浸し、150℃で30分オートクレーブ(日東高圧製)にて処理したものを以下の実施例に使用した。希硫酸処理物の含水率は70%であった。
糸状菌由来セルラーゼの回収効率は、β−グルコシダーゼ活性を指標とした。その活性は以下に示す方法で測定評価した。
β−グルコシダーゼ活性(U/mL)={(ODtest−ODblank)×1.1(mL)×酵素希釈倍率}/{17.2×10(分間)×0.1(mL)}。
(工程1:セルロース含有バイオマス前処理物のスラリーの調製)
参考例1のセルロース含有バイオマス(コーンコブ)の希硫酸処理物4kgを水に懸濁してスラリーを調製し、10%アンモニア水溶液を添加してpH5.0に調整した後に総重量が8kgとなるよう水を添加してスラリーの固形物濃度を15%に調整した。
工程1で調製したスラリーに市販のセルラーゼ酵素液240mL(“アクセルレース(登録商標) デュエット”、ジェネンコア製)を添加し、50℃で24時間反応させた。
工程2の加水分解物をフィルタプレス装置(藪田産業製、MO−4)により濾過し、溶液成分を、平均細孔径0.04μmの精密濾過膜(DESAL製 Eシリーズ、材質:ポリサルホン)に供することにより、ミクロンオーダーの不溶性微粒子を除去した。膜分離装置はスパイラル膜モジュールの濾過小型試験として使用できる小型の平膜ユニット“SEPA(登録商標) CF−II”(GE製、有効膜面積140cm2)を使用した。操作温度は25℃、膜面線速度は20cm/secとし、5Lの濾液を得、これを限外濾過膜による濾過に供した。
工程3で使用した精密濾過膜および限外濾過膜について、洗浄水として0.0125Mの水酸化ナトリウム水溶液を用いて洗浄を行った。はじめに2Lの洗浄水を用い、洗浄水温度25℃、操作圧力0.1MPa、膜面線速度30cm/secでクロスフロー濾過を行い、濾液を分離膜の洗浄液1として回収した。次に、さらに2Lの洗浄水を用い、同様の操作条件にて20分間クロスフロー流を循環させて膜洗浄を行った。20分後、循環液を回収して分離膜の洗浄液2とした。膜分離装置は工程3と同じものを使用した。
洗浄水として未利用の0.0125M水酸化ナトリウム水溶液2Lを工程1で使用し、前処理物のスラリーを調製した。水酸化ナトリウム水溶液2Lのみではスラリーの固形分濃度を15%に調整することができなかったため、不足分は水を添加した。その他は参考例3に記載の方法で回収セルラーゼ液を得、参考例2に従って活性測定を行った。
参考例3の糖液製造プロセスの工程1〜3を5回繰り返した後に分離膜を工程4と同様の方法で洗浄し、分離膜の洗浄液1と分離膜の洗浄液2を合一して分離膜の洗浄液1+2として回収した。再度、工程1〜3を5回繰り返した後に分離膜の洗浄を行い、分離膜の洗浄液1と分離膜の洗浄液2を別々に回収した。回収したそれぞれの分離膜の洗浄液の全量を工程1で使用し、前処理物のスラリーを調製した。分離膜の洗浄液のみではスラリーの固形分濃度を15%に調整することができなかったため、不足分は水を添加した。その他は参考例3に記載の方法で回収セルラーゼ液を得、参考例2に従って活性測定を行った。結果を相対活性として表1に示した。精密濾過膜および限外濾過膜の分離膜の洗浄液1、2および1+2を使用した場合にも、回収セルラーゼ液の活性が大幅に増大し、特に、精密濾過膜および限外濾過膜の分離膜の洗浄液2を含む場合に顕著な効果が得られた。
参考例3の糖液製造プロセスの工程1〜3を1、2、3、5、または10回繰り返し実施した後に分離膜を工程4と同様の方法で洗浄した。なお本実施例においては全て、分離膜の洗浄液1と分離膜の洗浄液2を合一し、分離膜の洗浄液1+2としてそれぞれ回収した。回収した分離膜の洗浄液1+2を実施例1と同様に工程1で使用し、回収セルラーゼ液を得た。回収セルラーゼ液は参考例2に従って活性測定を行い、その結果を相対活性として表2に示した。分離膜の洗浄を行うまでの工程1〜3の繰り返し数が多いほど回収セルラーゼ液の活性が高まる傾向を示した。
Claims (4)
- 以下の工程(1)〜(3)を含む糖液製造プロセスを繰り返して糖液を製造する方法において、以下の工程(4)で得られる洗浄液を次回以降の糖液製造プロセスの工程(1)に使用することを特徴とする、糖液の製造方法。
工程(1):セルロース含有バイオマスの前処理物のスラリーを調製する工程、
工程(2):工程(1)のセルロース含有バイオマス前処理物スラリーを糸状菌由来セルラーゼにより加水分解する工程、
工程(3):工程(2)の加水分解物を溶液成分と加水分解残渣に固液分離し、溶液成分を精密濾過膜に通じて濾過して得られる透過液を限外濾過膜に通じて濾過して非透過液として糸状菌由来セルラーゼを回収し、透過液として糖液を回収する工程
工程(4):工程(1)〜(3)を1回または複数回繰り返した後に、精密濾過膜および/または限外濾過膜を洗浄し、精密濾過膜および/または限外濾過膜を通過しない高分子成分を含む洗浄液を回収する工程 - 工程(4)がアルカリ性物質を含む洗浄水による洗浄であることを特徴とする、請求項1に記載の糖液の製造方法。
- 糸状菌由来セルラーゼがトリコデルマ属微生物由来であることを特徴とする、請求項1または2に記載の糖液の製造方法。
- 工程(1)のセルロース含有バイオマスの前処理物が希硫酸処理物である、請求項1から3のいずれかに記載の糖液の製造方法。
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