(57)【要約】【課題】植物バイオマス処理方法及び植物バイオマスからの糖及びエタノール製造方法を提供する。【解決手段】植物バイオマスを水溶性有機溶媒と無機酸とを含む溶液に浸漬し、水熱処理に供する工程を含む、植物バイオマス処理方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物バイオマスを水溶性有機溶媒と無機酸とを含む溶液に浸漬し、水熱処理に供する工程を含む、植物バイオマス処理方法。
【請求項２】
前記水溶性有機溶媒の含有割合が1〜5重量％であることを特徴とする、請求項１記載の植物バイオマス処理方法。
【請求項３】
前記水溶性有機溶媒がアセトン又はエタノールであることを特徴とする、請求項１又は２記載の植物バイオマス処理方法。
【請求項４】
前記無機酸の含有割合が0.1〜0.3重量％であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の植物バイオマス処理方法。
【請求項５】
前記無機酸が硫酸又はリン酸であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の植物バイオマス処理方法。
【請求項６】
前記水熱処理を温度140〜240℃及び圧力0.1〜4MPaの条件下で行うことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の植物バイオマス処理方法。
【請求項７】
前記水熱処理工程と同時又は後に、前記水溶性有機溶媒を蒸気として回収する工程を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項記載の植物バイオマス処理方法。
【請求項８】
前記水熱処理工程後に、前記無機酸をアルカリ溶液により中和する工程を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項記載の植物バイオマス処理方法。
【請求項９】
前記アルカリ溶液が水酸化ナトリウム、アンモニア又は水酸化カリウムであることを特徴とする、請求項８記載の植物バイオマス処理方法。
【請求項１０】
植物バイオマスを水溶性有機溶媒と無機酸とを含む溶液に浸漬し、水熱処理に供する工程と、
水熱処理物を酵素と接触させ、糖化処理に供する工程と、
を含む、糖の製造方法。
【請求項１１】
前記水溶性有機溶媒の含有割合が1〜5重量％であることを特徴とする、請求項１０記載の糖の製造方法。
【請求項１２】
前記水溶性有機溶媒がアセトン又はエタノールであることを特徴とする、請求項１０又は１１記載の糖の製造方法。
【請求項１３】
前記無機酸の含有割合が0.1〜0.3重量％であることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか１項記載の糖の製造方法。
【請求項１４】
前記無機酸が硫酸又はリン酸であることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか１項記載の糖の製造方法。
【請求項１５】
前記水熱処理を温度140〜240℃及び圧力0.1〜4MPaの条件下で行うことを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか１項記載の糖の製造方法。
【請求項１６】
前記酵素がセルラーゼであることを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか１項記載の糖の製造方法。
【請求項１７】
前記水熱処理工程と同時又は後に、前記水溶性有機溶媒を蒸気として回収する工程を含むことを特徴とする、請求項１０〜１６のいずれか１項記載の糖の製造方法。
【請求項１８】
前記水熱処理工程後に、前記無機酸をアルカリ溶液により中和する工程を含むことを特徴とする、請求項１０〜１７のいずれか１項記載の糖の製造方法。
【請求項１９】
前記アルカリ溶液が水酸化ナトリウム、アンモニア又は水酸化カリウムであることを特徴とする、請求項１８記載の糖の製造方法。
【請求項２０】
植物バイオマスを水溶性有機溶媒と硫酸及び/又はリン酸とを含む溶液に浸漬し、水熱処理に供する工程と、
水熱処理物をアンモニア及び/又は水酸化カリウムにより中和する工程と、
水熱処理物を酵素と接触させ、糖化処理に供し、酵母を発酵に供する工程と、
を含む、エタノールの製造方法。
【請求項２１】
前記水溶性有機溶媒の含有割合が1〜5重量％であることを特徴とする、請求項２０記載のエタノールの製造方法。
【請求項２２】
前記水溶性有機溶媒がアセトン又はエタノールであることを特徴とする、請求項２０又は２１記載のエタノールの製造方法。
【請求項２３】
前記硫酸及び/又はリン酸の含有割合が0.1〜0.3重量％であることを特徴とする、請求項２０〜２２のいずれか１項記載のエタノールの製造方法。
【請求項２４】
前記水熱処理を温度140〜240℃及び圧力0.1〜4MPaの条件下で行うことを特徴とする、請求項２０〜２３のいずれか１項記載のエタノールの製造方法。
【請求項２５】
前記酵素がセルラーゼであることを特徴とする、請求項２０〜２４のいずれか１項記載のエタノールの製造方法。
【請求項２６】
前記水熱処理工程と同時又は後に、前記水溶性有機溶媒を蒸気として回収する工程を含むことを特徴とする、請求項２０〜２５のいずれか１項記載のエタノールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば植物バイオマスから有用な糖及びエタノールを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油の大量消費による二酸化炭素等の地球温暖化物質の放出が問題になっている。その石油の代替として、廃木材等の廃棄バイオマスが化学原料資源として注目されている。
【０００３】
例えば、木材の主構成成分の1つであるセルロースは、グルコース分子を構成単位としている。このセルロースを加水分解することでグルコース等の糖類を得ることができる。得られた糖類を原料として、各種の触媒を用いて反応を行うことで、石油化学工業で製造している高分子原料を調製することができる。また、得られた糖類を用いて発酵を行うことによりエタノールを製造することができる。
【０００４】
植物バイオマスからの糖の製造に際し、植物バイオマスの前処理方法としては、例えば、加圧熱水で処理する熱水処理工程と機械的粉砕処理工程とを含む方法が知られている(特許文献１)。しかしながら、当該方法では、高圧条件下での処理が必要となる。
【０００５】
また、特許文献２には、植物バイオマスの前処理方法として、バイオマスを、水、水溶性有機溶剤及び有機酸を含む薬液に浸漬させ、植物バイオマスを蒸煮させる蒸煮工程を含む方法が開示されている。しかしながら、当該方法には、水溶性有機溶剤の使用量が多い；酸として有機酸を使用しているためコストが高い；有機酸の回収対応が必要となりコストが高い；有機溶剤が高濃度に存在するため、糖化工程前に固液分離工程が必要となる；また固液分離工程が必要であることから液側に溶解(抽出)したキシロース等が活用できないか、あるいは活用するには濃縮し、キシロース等の回収が必要であるのでコストが高い、といった問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2006-136263号公報
【特許文献２】特開2008-271962号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、従来においては、植物バイオマスからの糖の製造に際し、植物バイオマスの前処理方法として様々な方法が検討されているものの、低コストで、且つ効率良く行うことができる前処理方法が知られていなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑み、植物バイオマスからの糖の製造に際し、低コストで、且つ効率良く行うことができ、糖化工程において糖化率が向上する原料を得るための植物バイオマスの前処理方法、並びに当該前処理を含む植物バイオマスからの糖及びエタノールの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、植物バイオマスを水溶性有機溶媒と無機酸とを含む溶液に浸漬し、水熱処理に供することで得られた処理物を糖化処理に供した場合に糖化率が向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、植物バイオマスを水溶性有機溶媒と無機酸とを含む溶液に浸漬し、水熱処理に供する工程を含む、植物バイオマス処理方法である。
【００１１】
水溶性有機溶媒としては、アセトン及びエタノールが挙げられる。水溶性有機溶媒と無機酸とを含む混合物における水溶性有機溶媒の含有割合としては、1〜5重量％が挙げられる。
【００１２】
無機酸としては、硫酸及びリン酸が挙げられる。水溶性有機溶媒と無機酸とを含む混合物における無機酸の含有割合としては、0.1〜0.3重量％が挙げられる。
水熱処理の条件としては、温度140〜240℃及び圧力0.1〜4MPaの条件が挙げられる。
【００１３】
植物バイオマス処理方法には、水熱処理工程と同時又は後に水溶性有機溶媒を蒸気として回収する工程、水熱処理工程後に無機酸をアルカリ溶液により中和する工程を含むことができる。中和に使用するアルカリ溶液としては、水酸化ナトリウム、アンモニア及び水酸化カリウムが挙げられる。
【００１４】
また、本発明は、上述の植物バイオマス処理方法に準じて植物バイオマスを水溶性有機溶媒と無機酸とを含む溶液に浸漬し、水熱処理に供する工程と、水熱処理物を酵素と接触させ、糖化処理に供する工程とを含む、糖の製造方法である。糖化処理に使用する酵素としては、セルラーゼが挙げられる。
【００１５】
さらに、本発明は、上述の植物バイオマス処理方法及び糖の製造方法に準じて植物バイオマスを水溶性有機溶媒と硫酸及び/又はリン酸とを含む溶液に浸漬し、水熱処理に供する工程と、水熱処理物をアンモニア及び/又は水酸化カリウムにより中和する工程と、水熱処理物を酵素と接触させ、糖化処理に供し、酵母を発酵に供する工程とを含む、エタノールの製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る植物バイオマス処理方法によれば、低コストで糖化処理に使用する原料を得ることができる。また、本発明に係る糖の製造方法によれば、糖化率が向上し、優れた生産性で糖を製造できる。さらに、本発明に係るエタノールの製造方法によれば、酵母の発酵に必要なリン酸カリウム及び/又は硫酸アンモニウムを培地に添加することなく、酵母発酵を行うことができ、酵母発酵によるエタノール製造の低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、植物バイオマスを水溶性有機溶媒と無機酸とを含む溶液に浸漬し、水熱処理に供する工程を含む、植物バイオマス処理方法である。本発明に係る植物バイオマス処理方法によれば、無機酸により植物バイオマスのリグニン、セルロース、ヘミセルロース等を切断し、且つ水溶性有機溶媒によりリグニン、セルロース、ヘミセルロース等を溶解することで、糖化処理において糖化率が向上する原料を得ることができる。
【００１８】
ここで、植物バイオマスとしては、例えばリグニン、セルロース、リグノセルロースやヘミセルロースを主成分とするバイオマスが挙げられる。当該リグノセルロースを主成分とするバイオマスとしては、例えば木質・草本系材料(木材、ユーカリ、バガス、稲ワラ、スギ、ムギワラ、竹等)、パルプ及びこれらの廃棄物(例えば古紙)が挙げられる。なお、本発明に係る植物バイオマス処理方法では、予め植物バイオマスを振動ミルやカッターミル等を用いた粉砕処理に供した粉砕品を植物バイオマスとして使用することができる。また、粉砕後、粉砕品を適宜、篩(例えば150μm〜4mmの目開きメッシュ)に供し、通過した粉砕品を植物バイオマスとして使用してもよい。あるいは、本発明に係る植物バイオマス処理方法の工程として、当該粉砕処理工程を含めることもできる。水熱処理における当該植物バイオマスの含有割合は、植物バイオマスと水溶性有機溶媒と無機酸とを含む混合物に対して、例えば5〜40重量％、好ましくは20〜40重量％、特に好ましくは30〜40重量％である。
【００１９】
水溶性有機溶媒としては、例えばアセトン、エタノール、メタノール、イソプロパノール、ブタノール等が挙げられ、アセトン又はエタノールが好ましい。水熱処理における当該水溶性有機溶媒の含有割合は、水溶性有機溶媒と無機酸とを含む混合物に対して、例えば1〜5重量％である。
【００２０】
無機酸としては、例えば硫酸、リン酸、硝酸、塩酸、ホウ酸等が挙げられ、硫酸又はリン酸が好ましい。水熱処理における当該無機酸の含有割合は、水溶性有機溶媒と無機酸とを含む混合物に対して、例えば0.1〜0.3重量％である。
【００２１】
本発明に係る植物バイオマス処理方法では、植物バイオマスを水溶性有機溶媒と無機酸とを含む溶液に浸漬し、高温高圧容器等において水熱処理に供する。水熱処理条件としては、例えば温度140〜240℃及び圧力0.1〜4MPa、さらに好ましくは温度140〜180℃及び圧力0.5〜1MPaが挙げられる。処理時間は、リグニンとセルロース及びヘミセルロースとの交絡が解れ、繊維状になるのに十分な時間であればよく、例えば0.5〜3時間である。
【００２２】
このようにして、無機酸と水溶性有機溶媒とを含む溶液中での水熱処理後に得られる処理物(以下、「水熱処理物」という)は、糖化処理に使用する原料として使用することができる。なお、当該水熱処理工程と同時又は後に、高温高圧状態を活用し、水溶性有機溶媒を蒸気として回収し、再度利用することができる。
【００２３】
また、水熱処理物をアルカリ溶液で中和し、例えばpH5〜6に調整したものを水熱処理物として糖化処理に使用してもよい。上記水溶性有機溶媒回収が行われる場合には、中和工程は、水溶性有機溶媒回収の前若しくは後又は当該回収時に行うことができる。ここで、アルカリ溶液としては、例えば水酸化ナトリウム、アンモニア及び水酸化カリウムが挙げられる。
【００２４】
さらに、本発明は、上述の本発明に係る植物バイオマス処理方法に準じて植物バイオマスを水溶性有機溶媒と無機酸とを含む溶液に浸漬し、水熱処理に供する工程を前処理工程とし、水熱処理物を酵素と接触させ、糖化処理に供する工程とを含む糖の製造方法である。得られる糖化処理物(糖)は、酵母を用いた発酵によりエタノールに変換することができる。
【００２５】
ここで、酵素としては、例えばセルラーゼ、へミセルラーゼ(キシラナーゼ、キシロビアーゼ)、マンナナーゼ等が挙げられる。例えば、酵素としてセルラーゼを用いることで、グルコース(糖)を得ることができる。また、酵素としてヘミセルラーゼを用いることで、キシロース(糖)を得ることができる。さらに、酵素としてマンナナーゼを用いることで、マンノース(糖)を得ることができる。これら酵素は、当該酵素を生産する微生物それ自体、当該微生物の培養液又は培養上清、固定化酵素等を酵素として使用することができる。また、例えばセルラーゼを使用する場合には、水熱処理物1gに対して、例えば4〜40FPU(Filter Paper Unit)のセルラーゼを使用する。
【００２６】
糖化工程は、例えばセルラーゼを使用する場合には、緩衝液(例えば、酢酸ナトリウム緩衝液(pH5))を加えたセルラーゼと水熱処理物とを含む反応物を用いて、例えば温度35〜45℃、好ましくは38〜42℃で12〜48時間反応に供することにより行われる。なお、当該反応は、振盪下において行ってもよい。得られた処理物(以下、「糖化処理物」という)は、そのまま糖として使用してもよいし、また精製や抽出処理に供し、精製又は抽出したものを糖として使用してもよい。
得られる糖としては、例えばグルコース、キシロース、マンノース、ガラクトース等が挙げられる。
【００２７】
糖化処理により有意に糖化が行われたか否かは、HPLC等によって糖量を定量し、あるいは以下の式：
【数１】
2010279305.tif 000002
によって算出される糖化率(％)を指標に判断することができる。
【００２８】
また、本発明は、上述の本発明に係る植物バイオマス処理方法及び糖の製造方法に準じて植物バイオマスを水溶性有機溶媒と硫酸及び/又はリン酸とを含む溶液に浸漬し、水熱処理に供する工程を前処理とし、水熱処理物をアンモニア及び/又は水酸化カリウムにより中和する工程と、水熱処理物を酵素と接触させ、糖化処理に供し、酵母を発酵に供する工程とを含む、エタノールの製造方法である。本方法においては、中和工程と糖化工程とは、通常、中和工程後に糖化工程を行うが、糖化工程後に中和工程を行ってもよい。さらに、糖化・発酵工程は、通常、糖化工程後に発酵工程を行うが、同時に行ってもよい。
【００２９】
ここで使用する酵母としては、エタノール発酵を行うことができる酵母であればよく、例えばサッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)等のサッカロミセス属、クルイベロミセス(Kluyveromyces)属、シゾサッカロミセス(Schizosaccharomyces)属、ピキア(Pichia)属、カンジダ(Candida）属等に属する酵母が挙げられる。
【００３０】
酵母の培養に使用する基礎培地は、一般に、所定の濃度でyeast extract、グルコース、KH2PO4、MgSO4・7H2O、NaCl、CaCl2、(NH4)2SO4、H3BO4、CuSO4・5H2O、KI、FeCl3・6H2O、MnSO4・5H2O、ZnSO4・7H2O及びNa2MoO4・2H2Oを含む。本発明に係るエタノールの製造方法では、硫酸及び/またはリン酸を含む水熱処理物をアンモニア及び/又は水酸化カリウムにより中和することで、それぞれ上述の基礎培地の成分である(NH4)2SO4及びKH2PO4が生成される。従って、発酵工程において、糖化処理物を含む培地には、グルコースと共に(NH4)2SO4及びKH2PO4のいずれか又は双方を添加する必要がない。
【００３１】
発酵工程においては、糖化処理物と上述の培地組成(グルコースと共に(NH4)2SO4及びKH2PO4のいずれか又は双方を除く)を含む培地において酵母を培養する。培養条件としては、エタノール発酵が十分に行われ、且つ酵母が生育する条件であればよく、例えば温度25〜45℃(好ましくは30〜37℃)、pH3.0〜7.0(好ましくはpH4.0〜6.0)で12〜72時間(好ましくは24〜48時間)が挙げられる。なお、当該培養は、振盪培養であってもよい。得られた処理物(以下、「発酵処理物」という)は、そのままエタノールとして使用してもよいし、また精製や抽出処理に供し、精製又は抽出したものをエタノールとして使用してもよい。
【００３２】
発酵により有意にエタノールが得られたか否かは、HPLC等によってエタノール量を定量し、あるいは以下の式：
【数２】
2010279305.tif 000003
によって算出されるエタノール変換率(％)を指標に判断することができる。
【００３３】
さらに、本発明に係るエタノールの製造方法は、酵母の培養方法として適用することもできる。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれら実施例に限定されるものではない。
１．植物バイオマスからの糖の製造
以下の実施例１〜８及び比較例１〜９においては、植物バイオマスからの糖の製造を、グルコースを指標とした糖化率により評価した。
【００３５】
［実施例１］
植物バイオマス(以下、「BM」という)としてユーカリ粉砕品(50g)(振動ミル粉砕150μmメッシュ通過品)をビーカーに採取した。次いで、反応溶液(450g)を加えて、総重量が500gになるように調整した。反応溶液は、当該反応溶液(450g)に対して0.1重量％の硫酸(98％硫酸(特級、和光純薬製)：本発明における「無機酸」に相当)と5重量％のアセトン(99％アセトン(特級、和光純薬製)：本発明における「水溶性有機溶媒」に相当)とを含む。
【００３６】
さらに、当該混合物を高温高圧容器(SUS製、1L)に入れ、撹拌しながら180℃まで加熱し(約30分で昇温)、圧力約1MPa(飽和水蒸気圧)下で15分間維持した(前処理)。加熱処理後、直ちに混合物を室温まで水冷した。
水冷後、混合物のpHを測定し、1N NaOH(特級、ナカライテスク(株)製)で中和し、pH=5に調整した。
【００３７】
次いで、得られた前処理後の固液混合物(20g)(本発明における「水熱処理物」に相当)をファルコンチューブに採取し、乾物重量で1gのBMに対してセルラーゼ(CBH、EG)(NS50013、ノボザイム製)を1ml及びセルラーゼ(BGL)(NS50010、ノボザイム製)を0.2ml加えた。これらセルラーゼの合計のユニットは、40FPUであった。
【００３８】
さらに、緩衝液として酢酸ナトリウム緩衝液(pH5.0)を使用し、上記混合物に最終濃度が50mMになるように添加した。
当該混合物を振盪機内で、1分間に120回転の速度で振盪しながら45℃で48時間反応させた。
【００３９】
次いで、反応後の混合物(本発明における「糖化処理物」に相当)中のグルコース量をHPLCにて定量し、糖化率を算出した。糖化率(％)は、式：
【数３】
2010279305.tif 000004
により算出された。
【００４０】
［実施例２］
反応溶液が当該反応溶液(450g)に対して5重量％のアセトンに代えて1重量％のアセトンを含むようにしたこと以外は、実施例１と同様にして糖を製造し、糖化率を算出した。
【００４１】
［実施例３］
反応溶液が当該反応溶液(450g)に対して0.1重量％の硫酸に代えて0.1重量％のリン酸(85％リン酸(特級、和光純薬製))を含むようにしたこと以外は、実施例１と同様にして糖を製造し、糖化率を算出した。
【００４２】
［実施例４］
反応溶液が当該反応溶液(450g)に対して5重量％のアセトンに代えて5重量％のエタノール(特級、和光純薬製)を含むようにしたこと以外は、実施例１と同様にして糖を製造し、糖化率を算出した。
【００４３】
［実施例５］
BMとしてユーカリ粉砕品(100g)(振動ミル粉砕150μmメッシュ通過品)を使用し、且つ反応溶液を400gとしたこと以外は、実施例１と同様にして糖を製造し、糖化率を算出した。
【００４４】
［実施例６］
BMとしてユーカリ粉砕品(50g)(カッターミル4mmメッシュ通過品)を使用したこと以外は、実施例１と同様にして糖を製造し、糖化率を算出した。
【００４５】
［実施例７］
BMとしてバガス(50g)(粉砕4mmメッシュ通過品)を使用したこと以外は、実施例１と同様にして糖を製造し、糖化率を算出した。
【００４６】
［実施例８］
BMとしてバガス(50g)(粉砕4mmメッシュ通過品)を使用し、且つ加熱処理条件を165℃(約30分で昇温)及び圧力約0.7MPa(飽和水蒸気圧)下で15分間としたこと以外は、実施例１と同様にして糖を製造し、糖化率を算出した。
【００４７】
［比較例１］
反応溶液がアセトンを含まないこと以外は、実施例１と同様にして糖を製造し、糖化率を算出した。
【００４８】
［比較例２］
反応溶液が当該反応溶液(450g)に対して0.1重量％の硫酸に代えて0.1重量％のリン酸を含むようにし、且つアセトンを含まないこと以外は、実施例１と同様にして糖を製造し、糖化率を算出した。
【００４９】
［比較例３］
反応溶液が硫酸を含まないこと以外は、実施例１と同様にして糖を製造し、糖化率を算出した。
【００５０】
［比較例４］
反応溶液が当該反応溶液(450g)に対して5重量％のアセトンに代えて1重量％のアセトンを含むようにし、且つ硫酸を含まないこと以外は、実施例１と同様にして糖を製造し、糖化率を算出した。
【００５１】
［比較例５］
反応溶液が当該反応溶液(450g)に対して5重量％のアセトンに代えて5重量％のエタノールを含むようにし、且つ硫酸を含まないこと以外は、実施例１と同様にして糖を製造し、糖化率を算出した。
【００５２】
［比較例６］
BMとしてバガス、稲ワラ及びスギの粉砕品(50g)(振動ミル粉砕150μmメッシュ通過品)を使用し、且つ反応溶液がアセトンを含まないこと以外は、実施例１と同様にして糖を製造し、糖化率を算出した。
【００５３】
［比較例７］
BMとしてバガス、稲ワラ及びスギの粉砕品(50g)(振動ミル粉砕150μmメッシュ通過品)を使用し、反応溶液がアセトンを含まず、且つ加熱処理条件を165℃(約30分で昇温)及び圧力約0.7MPa(飽和水蒸気圧)下で15分間としたこと以外は、実施例１と同様にして糖を製造し、糖化率を算出した。
【００５４】
［比較例８］
BMとしてバガス、稲ワラ及びスギの粉砕品(50g)(振動ミル粉砕150μmメッシュ通過品)を使用し、且つ反応溶液が硫酸及びアセトンのいずれも含まないこと以外は、実施例１と同様にして糖を製造し、糖化率を算出した。
【００５５】
［比較例９］
BMとしてバガス、稲ワラ及びスギの粉砕品(50g)(振動ミル粉砕150μmメッシュ通過品)を使用し、反応溶液が硫酸及びアセトンのいずれも含まず、且つ加熱処理条件を165℃(約30分で昇温)及び圧力約0.7MPa(飽和水蒸気圧)下で15分間としたこと以外は、実施例１と同様にして糖を製造し、糖化率を算出した。
以下の表１は、実施例１〜８及び比較例１〜９における糖化率を示す。
【００５６】
【表１】
2010279305.tif 000005
【００５７】
２．植物バイオマスからのエタノールの製造
以下の実施例９並びに比較例１０及び１１においては、植物バイオマスからエタノールを製造し、エタノール量を定量した。
【００５８】
［実施例９］
(1)酵母菌株の調製
1Lの溶液に対して、所定の濃度になるように以下の各試薬を添加し、液体培地を調製した[yeast extract(Extract yeast Dried(特級：ナカライテスク(株)製))：0.2g/L、グルコース(特級：ナカライテスク(株)製)：20g/L、KH2PO4(特級：ナカライテスク(株)製)：0.2g/L、MgSO4・7H2O(特級：ナカライテスク(株)製)：0.5g/L、NaCl(特級：ナカライテスク(株)製)：0.1g/L、CaCl2(特級：ナカライテスク(株)製)：0.1g/L、(NH4)2SO4(特級：ナカライテスク(株)製)：0.5g/L及び以下に示すミネラル液：1.0ml/L]。
【００５９】
次いで、ワイン酵母(Saccharomyces cerevisiae, OC-2)株を当該液体培地に播種し、前培養を行った。前培養は30℃及び静止培養の条件下で行った。なお、ワイン酵母(Saccharomyces cerevisiae, OC-2)株は、独立行政法人 製品評価技術基盤機構より入手した。前培養後、酵母を25℃、4000rpmで5分間の遠心分離に供した。遠心分離後、滅菌水を加えて酵母懸濁液を調製した。
【００６０】
(2)ミネラル液の調製
ミネラル液は、1Ｌの溶液に対して、所定の濃度になるように以下の各試薬を添加し、調製した[H3BO4(特級：ナカライテスク(株)製)：0.5g/L、CuSO4・5H2O(排水試験用(10w/v％):和光純薬製)：0.04g/L、KI(特級：ナカライテスク(株)製)：0.1g/L、FeCl3・6H2O(特級：ナカライテスク(株)製)：0.2g/L、MnSO4・5H2O(特級：ナカライテスク(株)製)：0.4g/L、ZnSO4・7H2O(特級：KANTO Chemical製)：0.4g/L及びNa2MoO4・2H2O(特級：ナカライテスク(株)製)：0.2g/L]。
【００６１】
(3)糖化後反応液(本発明における「糖化処理物」に相当)の調製
(i)糖化後反応液1の調製
BMとしてユーカリ粉砕品(50g)(振動ミル粉砕150μmメッシュ通過品)をビーカーに採取した。次いで、反応溶液(450g)を加えて、総重量が500gになるように調整した。反応溶液は、当該反応溶液(450g)に対して0.1重量％の硫酸と5重量％のアセトンとを含む。
【００６２】
さらに、当該混合物を高温高圧容器(SUS製、1L)に入れ、撹拌しながら180℃まで加熱し(約30分で昇温)、圧力約1MPa(飽和水蒸気圧)下で15分間維持した(前処理)。加熱処理後、直ちに混合物を室温まで水冷した。
水冷後、混合物のpHを測定し、10％アンモニア水(特級、和光純薬製)で中和し、pH=5に調整した。
【００６３】
次いで、得られた前処理後の固液混合物(20g)をファルコンチューブに採取し、乾物重量で1gのBMに対してセルラーゼ(CBH、EG)を0.25ml及びセルラーゼ(BGL)を0.05ml加えた。これらセルラーゼの合計のユニットは、10FPUであった。
【００６４】
さらに、緩衝液として酢酸ナトリウム緩衝液(pH5.0)を使用し、上記混合物に最終濃度が50mMになるように添加した。
当該混合物を振盪機内で、1分間に120回転の速度で振盪しながら45℃で72時間反応させた。
反応後、得られた反応液を以下「糖化後反応液1」という。
【００６５】
(ii)糖化後反応液2の調製
BMとしてユーカリ粉砕品(50g)(振動ミル粉砕150μmメッシュ通過品)をビーカーに採取した。次いで、反応溶液(450g)を加えて、総重量が500gになるように調整した。反応溶液は、当該反応溶液(450g)に対して0.1重量％のリン酸と5重量％のアセトンとを含む。
【００６６】
さらに、当該混合物を高温高圧容器(SUS製、1L)に入れ、撹拌しながら180℃まで加熱し(約30分で昇温)、圧力約1MPa(飽和水蒸気圧)下で15分間維持した(前処理)。加熱処理後、直ちに混合物を室温まで水冷した。
水冷後、混合物のpHを測定し、1N KOH(特級、ナカライテスク(株)製)で中和し、pH=5に調整した。
【００６７】
次いで、得られた前処理後の固液混合物(20g)をファルコンチューブに採取し、乾物重量で1gのBMに対してセルラーゼ(CBH、EG)を0.25ml及びセルラーゼ(BGL)を0.05ml加えた。これらセルラーゼの合計のユニットは、10FPUであった。
【００６８】
さらに、緩衝液として酢酸ナトリウム緩衝液(pH5.0)を使用し、上記混合物に最終濃度が50mMになるように添加した。
当該混合物を振盪機内で、1分間に120回転の速度で振盪しながら45℃で72時間反応させた。
反応後、得られた反応液を以下「糖化後反応液2」という。
【００６９】
(4)発酵用培養液の調製
発酵用培養液は、1Lの溶液に対して、yeast extract：0.2g/L、無機塩をMgSO4・7H2O：0.5g/L、NaCl：0.1g/L、CaCl2：0.1g/L、ミネラル液：1.0ml/Lになるように各試薬を添加し、調製した。
【００７０】
(5)発酵
上記(1)で調製した酵母懸濁液を、発酵用培養液の濁度がOD600=2になるように発酵用培養液に加えた。さらに糖化後反応液1及び2を混合し(糖化後反応液1と2の比=1：1)、最終濃度が10％(w/v)のBMになるように当該発酵用培養液に加えた。なお、当該混合物は、1N NaOHでpH5.0になるように調製した。
【００７１】
次いで、混合物を1分間に120回転の速度における30℃での振盪培養に供し、発酵を行った。2日間の発酵後、発酵培養物中のエタノール量をHPLCにて定量し、エタノール変換率を算出した。エタノール変換率(％)は、式：
【数４】
2010279305.tif 000006
により算出された。
【００７２】
［比較例１０］
本比較例(陽性対照)では、実施例９の糖化後反応液1における調製において、中和時に10％アンモニア水に代えて1N NaOHで中和したこと以外は同様に調製した糖化後反応液を使用した。
【００７３】
また、実施例９の(5)発酵で使用する発酵用培養液に(NH4)2SO4：0.6g/L及びKH2PO4：0.6g/Lを加えたものを使用して発酵を行い、同様にエタノール量を定量し、エタノール変換率を算出した。
【００７４】
［比較例１１］
本比較例(陰性対照)では、実施例９の(5)発酵で使用する発酵用培養液に(NH4)2SO4及びKH2PO4を加えないこと以外は、比較例１０と同様にして発酵を行い、エタノール量を定量し、エタノール変換率を算出した。
【００７５】
実施例９並びに比較例１０及び１１の結果として、エタノール生成量は、それぞれ14.65g/L(実施例９)、14.25g/L(比較例１０)及び0g/L(比較例１１)であった。また、エタノール変換率は、それぞれ68％(実施例９)、65％(比較例１０)及び0％(比較例１１)であった。