(57)【要約】【課題】バイオマスの加水分解液より酢酸を効率的に製造する方法を提供する。【解決手段】バイオマスの原料懸濁液を連続一次加水分解装置の供給口より連続的に供給して装置内を移動させつつ単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類を生成する加圧・加熱条件でバイオマスを一次加水分解処理し、加水分解処理懸濁液を一次加水分解装置の排出口より連続的に排出するとともに、一次加水分解装置の前記供給口と前記排出口の中間位置における固−液分離装置を備えた中間取出口より、装置内の加水分解処理懸濁液から分離した一次加水分解処理液を加水分解処理の温度及び圧力を保った状態で取り出し、取り出した一次加水分解処理液を培養槽に移送し前記培養槽内で酢酸生成菌を用いて酢酸を製造する方法において、培養槽へ供給される一次加水分解処理液に含まれるフルフラール濃度を０．５質量％以下に維持して酢酸を製造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスの原料懸濁液を連続一次加水分解装置の供給口より連続的に供給して装置内を移動させつつ単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類を生成する加圧・加熱条件でバイオマスを一次加水分解処理し、加水分解処理懸濁液を一次加水分解装置の排出口より連続的に排出するとともに、一次加水分解装置の前記供給口と前記排出口の中間位置における固−液分離装置を備えた中間取出口より、装置内の加水分解処理懸濁液から分離した一次加水分解処理液を加水分解処理の温度及び圧力を保った状態で取り出し、取り出した一次加水分解処理液を培養槽に移送し前記培養槽内で酢酸生成菌を培養して酢酸を製造する方法において、前記培養槽へ供給される一次加水分解処理液に含まれるフルフラール濃度を０．５質量％以下に維持して前記酢酸生成菌を培養することを特徴とするバイオマスからの酢酸の製造方法。
【請求項２】
前記一次加水分解装置の前記排出口の近傍から水性洗浄液を一次加水分解処理装置内に供給して前記固−液分離装置を備えた中間取出口と前記排出口との間で加水分解処理懸濁液と向流接触させることを特徴とする請求項１に記載のバイオマスからの酢酸の製造方法。
【請求項３】
前記酢酸生成菌がＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属細菌であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバイオマスからの酢酸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスの連続的な一次加水分解処理で得られる単糖類、オリゴ糖類及びフルフラール類を含有する加水分解処理液から効率的に酢酸を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオマス資源は、水と炭酸ガスと太陽エネルギーから光合成により生産される有機資源であり、エネルギー源または化学原料として利用可能である。バイオマス資源は、バイオマス資源から生産される生産物の生産量と生産物の利用量を調和させることができれば、炭酸ガスの排出量を増加させないで利用できる再生可能資源である。
【０００３】
バイオマスとは、生活や産業活動を営む過程で不要物として排出される有機性廃棄物である「廃棄物系バイオマス」、農地にすき込まれたり、山林に放置されたりする農作物の非食用部（例えば、トウモロコシの茎・葉など）や間伐材などの「未利用バイオマス」、食料や木材の生産を目的とせず、物質・エネルギー資源を得ることを目的として、現在の休耕地や未利用地などで栽培される植物である「資源作物」、従来からの手法による品種改良や遺伝子組換技術によって生産性などの機能が改善された資源作物である「新作物」などを指す。
【０００４】
バイオマスは、セルロース、ヘミセルロース、リグニン、細胞内含有成分等の成分により構成されており、成分比はバイオマスの種類によって異なっている。例えば、木質系バイオマスは、約５０％のセルロース、２０−２５％のヘミセルロース、２０−２５％のリグニン、約５％の細胞内含有成分から構成されている。これらの成分は工業的な利用が可能である。
【０００５】
バイオマスに含まれるセルロースや糖類（オリゴ糖、グルコース、キシロース）を酢酸生産菌を用いて酢酸を生産することができる。酢酸は工業用途として重要であり、合成樹脂や接着剤等の原料として用いられている。また、酢酸を原料として化学変換によりエタノールを生産することもできる。
【０００６】
バイオマスを加圧熱水処理することによりバイオマスを構成する成分を分解、抽出することができる。加圧熱水とは、温度が１００−３７４℃であり、飽和蒸気圧以上に加圧した高温高圧の液体状態の水のことである。加圧熱水に対するバイオマス構成成分の反応性の違いを利用することで、バイオマスの構成成分の分離を行うことが可能である。例えば、加圧熱水の温度が１００−１４０℃においては、細胞内有用成分（タンニン、テルペン、有機酸）や水溶性リグニンを回収できることが報告されている。また、加圧熱水の温度が１４０−２３０℃においては、ヘミセルロースに由来するオリゴ糖や、キシロース、アラビノース、マンノース、ガラクトースなどの単糖類を回収できることが報告されている（特許文献１、特許文献２、非特許文献１〜３）。
【０００７】
上記の加圧熱水処理のうち、溶解パルプ製造時にクラフト蒸解法の前工程として用いられる加圧熱水処理は、前加水分解工程と呼ばれる。バイオマスから溶解パルプを製造するには、バイオマス中のヘミセルロースとリグニンを選択的に除去し、セルロース純度を高める必要がある。パルプ製造時の前加水分解は、セルロースの分解を抑制し、ヘミセルロースのみを分解する条件で実施される。前加水分解工程では、バイオマスに水を加えて加熱するだけで、ヘミセルロース中のアセチル基が脱離して酢酸を生成し、酸性となり酸加水分解が進む。ヘミセルロースには、六炭糖であるマンノース、グルコース、ガラクトース、五炭糖であるキシロース、アラビノースが構成糖として含まれている。
【０００８】
前加水分解工程において、ヘミセルロースが加水分解されると上記の糖から構成されるオリゴ糖類が生成される。また、オリゴ糖の加水分解がさらに進むと単糖が生成される。これらの糖の中で、五炭糖であるキシロース、アラビノースは、３分子の水の脱水反応によりフルフラールに変換される（非特許文献４）。バイオマスを前加水分解処理した後の加水分解物（固形分）は、後段のクラフト蒸解工程で加水分解物中に残存するリグニン及びヘミセルロースが除去され、更に次工程で漂白処理を行うことで高純度のセルロース（溶解パルプ）が得られる。
【０００９】
通常、前加水分解工程は連続的に行われ、前加水分解工程で連続的に得られるオリゴ糖類、単糖類等を含む加水分解液（ろ液）を取り出して、取り出した加水分解液に含まれるオリゴ糖類、単糖類を効率的な方法で酢酸に変換するこができれば、製造コストが低減でき工業的規模での酢酸の生産が可能となる。
【００１０】
炭水化物を原料としてＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍ（酢酸生成菌）により酢酸を生産する方法（特許文献３）、グルコース、メタノール及び炭酸ガス源を主成分として含む培地でＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍ
を培養し酢酸を製造する方法（特許文献４）、リグノセルロースの加水分解物にＣｙｓｔｅiｎ・ＨＣｌ・Ｈ２Ｏを０．０５〜０．１ｇ／Ｌ添加した培地でＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍを培養し酢酸を製造する方法（特許文献５）が報告されている。しかし、工業的規模での酢酸の生産を目指す場合、連続的な方法で効率的に酢酸を生産する必要があり、さらに効率的な酢酸の製造方法の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−３２７９００号公報
【特許文献２】特開２００２―５９１１８号公報
【特許文献３】特開昭６２−１７１６８９号公報
【特許文献４】特開平６−１６５６８５号公報
【特許文献５】特開２０１２―５０３４５号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】柴田 昌男、「バイオマス利用技術の開発を目指して−加圧熱水による処理技術−」、平成１３年度産業技術総合研究所九州センター研究講演会要旨集
【非特許文献２】坂木 剛、「加圧熱水によるバイオマスの成分分離」Ｖｏｌ．７、 ページ２４５−２４８、日本エネルギー学会講演要旨集、１９９８年
【非特許文献３】安藤 浩毅、外５名、「加圧熱水を用いた木質バイオマスの分解挙動」、鹿児島県工業技術センター研究報告  Ｎｏ．１４，ページ、２０００
【非特許文献４】Ｆｕｒｆｕｒａｌ：Ｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｅ／ｘｙｌｏｓｅｄｅｒｉｖｅｄ  ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ，  Ａｊｉｔ  Ｓｉｎｇｈ  Ｍａｍｍａｎ，  Ｂｉｏｆｕｅｌｓ  Ｂｉｏｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｂｉｏｒｅｆｉｎｉｎｇ， Ｖｏｌｕｍｅ  ２，Ｉｓｓｕｅ  ５，ｐ．ｐ．４３８−４５４ （２００８)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、バイオマスを連続的に一次加水分解処理して得られる単糖類、オリゴ糖類及びフルフラール類を含有する加水分解処理液から効率的に酢酸を生産する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、バイオマスの原料懸濁液を連続一次加水分解装置の供給口より連続的に供給して装置内を移動させつつ単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類を生成する加圧・加熱条件でバイオマスを一次加水分解処理し、加水分解処理懸濁液を一次加水分解装置の排出口より連続的に排出するとともに、一次加水分解装置の前記供給口と前記排出口の中間位置における固−液分離装置を備えた中間取出口より、装置内の加水分解処理懸濁液から分離した一次加水分解処理液を加水分解処理の温度及び圧力を保った状態で取り出し、取り出した一次加水分解処理液を培養槽に移送し前記培養槽内で酢酸生成菌を用いて酢酸を製造する方法において、前記培養槽へ供給される一次加水分解処理液に含まれるフルフラール濃度を０．５質量％以下に維持して酢酸を製造することにより効率的に酢酸を生産できることを見出し、下記の発明を完成するに至ったものである。
【００１５】
（１）バイオマスの原料懸濁液を連続一次加水分解装置の供給口より連続的に供給して装置内を移動させつつ単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類を生成する加圧・加熱条件でバイオマスを一次加水分解処理し、加水分解処理懸濁液を一次加水分解装置の排出口より連続的に排出するとともに、一次加水分解装置の前記供給口と前記排出口の中間位置における固−液分離装置を備えた中間取出口より、装置内の加水分解処理懸濁液から分離した一次加水分解処理液を加水分解処理の温度及び圧力を保った状態で取り出し、取り出した一次加水分解処理液を培養槽に移送し前記培養槽内で酢酸生成菌を培養して酢酸を製造する方法において、前記培養槽へ供給される一次加水分解処理液に含まれるフルフラール濃度を０．５質量％以下に維持して酢酸生成菌を培養することを特徴とするバイオマスからの酢酸の製造方法。
【００１６】
（２）前記一次加水分解装置の前記排出口の近傍から水性洗浄液を一次加水分解処理装置内に供給して前記固−液分離装置を備えた中間取出口と前記排出口との間で加水分解処理懸濁液と向流接触させることを特徴とする（１）項に記載のバイオマスからの酢酸の製造方法。
【００１７】
（３）前記酢酸生成菌がＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属細菌であることを特徴とする（１）項又は（２）項に記載のバイオマスからの酢酸の製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、バイオマスを連続的に一次加水分解処理して得られる単糖類、オリゴ糖類及びフルフラール類を含有する加水分解処理液から効率的に酢酸を生産することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のバイオマスからの酢酸の製造方法を実施するための装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の酢酸の製造方法をさらに詳しく説明する。
【００２１】
（バイオマスの種類）
本発明で用いるバイオマスとしては、六炭糖及び(又は)五炭糖を構成糖として含む材料であれば、特に制限なく使用することができる。例えば、木質系原料であれば、樹木、林地残材、間伐材、廃材等のチップ又は樹皮、製材工場等から発生するおが屑、街路樹の剪定枝葉、建築廃材等が挙げられ、広葉樹、針葉樹共に用いることができる。草本系として、ケナフ、稲藁、麦わら、コーンコブ、バガス等の農産廃棄物、油用作物やゴム等の工芸作物の残渣及び廃棄物（例えば、ＥＦＢ： Ｅｍｐｔｙ  Ｆｒｕｉｔ  Ｂｕｎｃｈ）、草本系エネルギー作物のエリアンサス、ミスカンサスやネピアグラス等のリグノセルロース系バイオマスが挙げられる。また、バイオマスとしては、木材由来の紙、古紙、パルプ、パルプスラッジ、スラッジ、下水汚泥等、食品廃棄物、等を原料として利用することができる。これらのバイオマスは、単独、あるいは複数を組み合わせて使用することができる。また、バイオマスは、乾燥固形物であっても、水分を含んだ固形物であっても、スラリーであっても用いることができる。バイオマスが乾燥固形物または水分を含んだ固形物であれば、水と混合させスラリー状態にした後に、加水分解反応装置に供給することが好ましい。
【００２２】
（一次加水分解装置）
本発明の方法で用いる一次加水分解装置は、連続的にバイオマスを加圧・加熱条件下に加水分解処理することができると共に、加水分解処理されたバイオマスと単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類及びその他の有機酸等の加水分解生成物を含む水溶液とよりなる加水分解処理懸濁液から、加水分解処理温度と圧力を維持した状態の加水分解生成物を含む水溶液よりなる加水分解処理液を連続的に分離して取り出すことができる加圧、加熱加水分解処理装置である。
【００２３】
上記一次加水分解装置としては、図１に示すように、バイオマスと水よりなる原料懸濁液供給管路１が接続されている供給口Ａと加水分解処理されたバイオマスを含有する加水分解処理液の排出管路２が接続されている排出口Ｂと、該原料懸濁液の供給口と加水分解処理懸濁液の排出口との中間部において、単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類を生成する圧力及び温度条件下で懸濁液中のバイオマスが加水分解処理されている加水分解処理懸濁液から、水溶性の加水分解生成物を含有する水溶液からなる加水分解処理液部分を連続的に分離して取り出すことができる固−液分離装置Ｓを備えた中間取出口を持つ塔式の加水分解装置Ｒ１が挙げられる。
【００２４】
図１の装置においては、原料バイオマスは、原料懸濁液供給管路１が接続されている供給口Ａより水性懸濁液の状態で加圧・加熱加水分解装置Ｒ１内に連続的に供給され、加水分解処理を受けながら装置内を移動し、他方の加水分解処理懸濁液排出管路２が接続されている排出口Ｂから加水分解処理されたバイオマスを含有する加水分解処理懸濁液として連続的に排出されるとともに、供給口Ａから排出口Ｂに至る装置の中間部に設置されている固−液分離装置Ｓにより装置内を移動する加水分解処理懸濁液から水溶性の加水分解生成物を含有する加水分解処理液の部分が分離され、加水分解処理の圧力と温度を維持したまま該装置中間部から連続的に取出管路３に取り出されて、取り出された加水分解処理液は冷却器で酢酸生成菌の培養に適した温度まで冷却された後、培養槽ＲＥに送られる。
【００２５】
図１の加水分解装置Ｒ１において、中間部取出口Ｇから加水分解処理液の一部が取り出された後の装置内の加水分解処理懸濁液に、原料懸濁液に使用されている水性液と同種の水性液を補給するために、中間部取出口Ｇの下方位置に水性液を供給するための水性液供給口を設けることもできる。水性液を供給することにより、原料からのオリゴ糖類、単糖類、フルフラール類が溶出され易くなりオリゴ糖類、単糖類、フルフラール類の収率が向上する。
【００２６】
図１の加水分解装置Ｒ１においては、加水分解装置Ｒ１の円筒部の側面に中間部取出口Ｇが一箇所だけ設けられているが、この中間部取出口Ｇは１箇所に限定されず、２箇所以上の位置に設けることもできる。例えば、中間部取出口Ｇの下方の位置に、加水分解処理液部分のみを分離して装置外に取り出すことができる第二の中間部取出口Ｓが設けられている加水分解装置であってもよい。また、たとえば、第三の中間部取出口を更に設ける場合には、第二の中間部取出口と第三の中間部取出口の間にも水性液供給口を設けて、必要に応じて水性液を加水分解装置Ｒ１内に供給できるようにすることができる。
このように２箇所以上の中間取出口を設け、各々の中間取出口から加水分解処理液を取り出すと同時に水性液供給口から水性液を一次加水分解装置内へ供給することにより合計量としてオリゴ糖類、単糖類、フルフラール類の収率が向上する。
【００２７】
固−液分離装置Ｓとしては、メッシュ（網目）が１０μｍ〜５ｃｍの範囲のストレーナーやフィルターが採用される。ストレーナーとしては、目詰まりのトラブルの回避と分離される水溶液中への懸濁物質の随伴を極力避けるために４０〜５００μｍの範囲のストレーナーが好適に採用される。
【００２８】
図１に示されているように、洗浄液供給装置Ｗから洗浄液供給管路６により加水分解装置Ｒ１の底部に洗浄液を供給して、加水分解装置Ｒ１の中間取出口Ｇから底部排出口に移動する加水分解処理懸濁液と向流接触させることができる。洗浄液供給管路６からの洗浄液は、連続的に供給しても良いし、断続的に供給しても良い。洗浄液供給管路６からの洗浄液としては、水や酸を含む水溶液を用いることが望ましいが、中間取出口Ｇから取出管路３に取り出される加水分解処理液に悪影響を及ぼさない水溶液であれば特に制限なく用いることができる。底部に供給された洗浄液は、加水分解物の移動方向とは逆に下部から上部へ移動し、装置中間の固−液分離装置Ｓを備えた中間取出口Ｇから加水分解処理液と混合状態で取出管路３に取り出される。
【００２９】
上記のような向流洗浄操作を採用することによって、上部から下部へ移動する加水分解処理されたバイオマスを含有する水性懸濁液であって、前記固−液分離装置Ｓで加水分解処理液の一部分が除かれている、加水分解処理懸濁液中の加水分解生成物（単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類）を洗浄液中に移行させて前記移送管路３に取り出される加水分解処理液として回収できるので、加水分解処理バイオマスに随伴されて加水分解装置Ｒ１の底部の加水分解処理懸濁液とともに管路２から排出される加水分解物の損失が抑制されるというメリットがある。
【００３０】
（一次加水分解条件）
本発明の方法において、一次加水分解装置Ｒ１内での加水分解処理は、加圧下における熱水処理、酸処理、アルカリ処理等の方法を用いて行うことができるが、生成する単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類を効率的に回収するためには、加圧、加熱状態の水又は酸水溶液を用いた処理が望ましい。加圧、加熱状態の水による処理の場合、バイオマスを水と混合し、加圧、加熱して加水分解を行う。酸水溶液処理の方法としては、バイオマスを酸を含む水と混合し、加圧、加熱して加水分解を行う。酸水溶液処理で用いる酸は特に限定されないが、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、酢酸、シュウ酸等を用いることができる。
【００３１】
加水分解処理に供するバイオマスを含有する水性懸濁液のｐＨは０．５〜５．０の範囲が好ましい。
加水分解処理の温度としては、１２０〜２５０℃で行うことができるが、１４０〜２３０℃が好ましく、１５０〜１８０℃がより好ましい。
加水分解処理の圧力は、０．３５ＭＰａ〜２．８ＭＰａであることが好ましい。
バイオマスと混合する水性液体とバイオマスの質量比（水性液体／バイオマス）は２〜８の範囲が好ましい。バイオマスと水性液体を混合して水性懸濁液原料を調製し、加水分解装置に供給して加水分解装置内で所定の温度と圧力で加水分解処理する。
【００３２】
バイオマスの加水分解処理時間は、バイオマスの種類や一次加水分解装置Ｒ１内の温度等に応じて適宜選択できる。例えば、１４０〜２３０℃で加水分解処理する場合、加水分解処理時間は０．５〜１８０分の範囲で適宜選択される。
以上の条件下での加水分解処理により、セルロースを主体とする加水分解処理バイオマスと、バイオマス由来の加水分解生成物であるフルフラール、オリゴ糖類、単糖類などを含有する加水分解処理液よりなる加水分解処理懸濁液が得られる。
【００３３】
生成するフルフラール類としては、フルフラール、５−ヒドロキシメチルフルフラール等が挙げられる。生成するオリゴ糖類としては、キシロオリゴ糖、セロオリゴ糖、ガラクトオリゴ糖等が挙げられ、前記オリゴ糖にアラビノース、マンノース、グルコース、キシロース、グルクロン酸、４−Ｏ―メチルグルクロン酸等が側鎖として付加したオリゴ糖も含まれる。生成する単糖類としては、キシロース、アラビノース、グルコース、ガラクトース、マンノース等が挙げられる。
【００３４】
一次加水分解装置Ｒ１内で加水分解処理されたバイオマスを含有する加水分解処理懸濁液は、一次加水分解装置Ｒ１の中間位置に設置されている固−液分離装置Ｓで水溶性の加水分解生成物を含有する水溶液からなる加水分解処理液の一部が分離されて取出管路３に取り出された後の懸濁液として一次加水分解装置Ｒ１の排出口に接続されている加水分解処理懸濁液排出管路２から装置外に排出される。一次加水分解装置Ｒ１の中間位置の固−液分離装置Ｓから排出口に移動する加水分解処理されたバイオマスを含有する加水分解処理懸濁液を、洗浄液供給装置Ｗから洗浄液供給管路６により一次加水分解装置Ｒ１内に供給する洗浄液と向流接触させることによって洗浄して排出口から排出することもできる。
【００３５】
一次加水分解装置Ｒ１から排出管路２に排出された加水分解処理懸濁液中のバイオマスよりなる固形分は、バイオマス由来の有用成分の製造原料として再利用することができる。
また、管路７によって蒸解工程に送られてパルプの製造原料として用いることができるので、本発明の加水分解方法は、溶解パルプ製造工程でクラフト蒸解の前工程である前加水分解工程とすることもできる。
【００３６】
一次加水分解装置Ｒ１から一次加水分解処理液取出管路３により取り出された一次加水分解処理液を、培養槽ＲＥに供給する。一次加水分解処理液を培養槽ＲＥへ供給する前に冷却器で一次加水分解処理液を冷却してもよい。酢酸生成菌の培養を開始する時点で培養槽ＲＥ内の培地（加水分解処理液、栄養源を含む）の温度が酢酸生成菌の培養に適した温度にする必要があるため、冷却器で冷却することが望ましい。
【００３７】
（培養装置）
本発明の方法で用いる培養装置は、連続的あるいは断続的に酢酸生成菌を培養することができる連続式あるいはバッチ式の培養装置であれば制限なく使用することができる。培養装置の形態は特に限定されない。
【００３８】
前記培養装置は、複数の装置を並列で設置することもでき、複数の装置で同時に酢酸生成菌を培養することもできる。また、複数の培養槽を直列に連結して設置することもでき、異なる種類の酢酸生産菌を別々に異なる培養槽で培養することもできる。
【００３９】
図１の装置においては、一次加水分解処理液は、一次加水分解処理液取出管路３が接続されている一次加水分解装置Ｒ１の固液分離装置Ｓを備えた中間取出口Ｇより水溶液の状態で培養槽ＲＥに供給される。培養槽ＲＥへの一次加水分解処理液の供給は、連続的であっても良いし断続的でも良い。培養槽ＲＥは、培養中に雑菌の増殖を防止するために予め殺菌しておくことが望ましい。
【００４０】
(培養条件)
本発明の方法において、前記一次加水分解処理液を酢酸生産菌の基質として用いる。前記一次加水分解処理液への栄養源の添加は必須ではないが、必要に応じて酢酸生成菌の生育に必要な栄養源を添加することが望ましい。前記栄養源は、酢酸生成菌が生育し酢酸の生産に適した栄養源であれば特に制限なく用いることができる。
【００４１】
酢酸生成菌としてはクロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）属の微生物を用いることができる。クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）属の微生物としては、クロストリジウム  サーモセラム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ）、クロストリジウム  サーモアセチカム(Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍ）、クロストリジウム  フォルミコアセチカム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｆｏｒｍｉｃｏａｃｅｔｉｃｕｍ）、クロストリジウム  アセチカム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｉｃｕｍ）、等が挙げられるが、クロストリジウム  サーモセラム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ）、クロストリジウム  サーモアセチカム(Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍ）を用いることが酢酸の生産効率が高いため好ましい。前記クロストリジウム属の微生物は1種を用いても良いし、２種以上のクロストリジウム属の微生物を混合して用いても良い。
【００４２】
酢酸生成菌を培養する培地(培養液)のｐＨは５.０〜８．０の範囲が好ましく、６.５〜７．５の範囲がさらに好ましい。培養中に酢酸が生成すると培養液のｐＨが低下するが、アルカリ水溶液を添加し培養液のｐＨが前記ｐＨの範囲になるように制御することが望ましい。
【００４３】
酢酸生成菌を培養する培地(培養液)の温度は、５０〜７０℃で行うことが望ましく、５５〜６５℃で行うことがさらに好ましい。
【００４４】
バッチ式で培養を行う場合の培養時間は０．５〜７２時間が好ましく、１〜４８時間がさらに好ましい。連続式で培養を行う場合の培養槽内での培養液の滞留時間は０．５〜７２時間が好ましく、１〜４８時間がさらに好ましい。
【００４５】
酢酸生成菌は嫌気性細菌であるため、培養槽内を嫌気状態にして培養を行う。例えば、二酸化炭素、窒素等のガスを培養槽内に吹き込み培養を行うことができる。
【００４６】
本発明では、図１に示すように、培養槽ＲＥの供給口４から培養槽ＲＥ内へ供給する一次加水分解処理液（オリゴ糖、単糖、フルフラールを主成分として含有）に含まれるフルフラール濃度を０．５質量％以下になるように制御する。    
培養槽ＲＥの供給口４から供給する一次加水分解処理液に含まれるフルフラール濃度を０．５質量％以下になるように制御することにより、フルフラールが酢酸生産菌に対して及ぼす阻害作用が抑制されて、酢酸生成菌によるオリゴ糖、単糖等からの酢酸への変換が促進される。また、フルフラールを低濃度に維持することにより、フルフラールと糖類（オリゴ糖、単糖）の副反応が抑制されて、酢酸の収率が向上する。
【００４７】
前記、培養槽ＲＥの供給口４から供給する一次加水分解処理液に含まれるフルフラール濃度を０．５質量％以下になるように制御するための方法としては、一次加水分解条件（温度、滞留時間、原料の供給量、一次加水分解処理液の取出口の位置）の最適化、一次加水分解処理液からのフルフラールの除去、等の方法が挙げられる。一次加水分解処理液からのフルフラールを除去するための方法としては、例えば、培養槽ＲＥの供給口４へ一次加水分解処理液を供給する前に減圧蒸留装置、フラッシュタンク、フラッシュサイクロン等の装置により予め一次加水分解処理液からフルフラール(気相)を除去(分離)しておくことができる。フルフラールは工業用途として利用されているため、酢酸の生産と同時にフルフラールも同時に分離して生産することもできる。
【００４８】
連続式で培養を行う場合、培地の栄養源を必要に応じて適宜添加することができる。添加の方法としては、例えば、滅菌した栄養源の濃縮液を、断続的、あるいは連続的に添加する方法が挙げられる。
【００４９】
前記の方法により、一次加水分解処理液に含まれるオリゴ糖、単糖が主に酢酸生成菌により酢酸に変換されて、リグノセルロース原料より効率的に酢酸を生産することができる。
【００５０】
前記培養槽ＲＥの前工程として、一次加水分解処理液に含まれる糖類（単糖類、オリゴ糖）の濃度を高めたり、一次加水分解処理液に含まれる単糖類、オリゴ糖類、フルフラール類の比率をコントロールするために二次加水分解処理を行うこともできる。
また、二次加水分解処理の前工程、あるいは後工程として、例えば、加水分解処理液（オリゴ糖、単糖、フルフラールを主成分として含む）に含まれるフルフラールを減圧蒸留装置、フラッシュタンク、フラッシュサイクロン等の装置により加水分解処理液からフルフラール(気相)を除去(分離)しておくこともできる。
【００５１】
前記の方法により生産された酢酸を含む培養液は、さらに酢酸の純度を高めるために蒸留装置に移送し培養液を蒸留することにより酢酸の濃度を高めることができる。
【００５２】
また、得られた酢酸（又は酢酸を含む水溶液）を水素添加、エステル化等の方法により、酢酸からエタノールに変換することもできる。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
【００５４】
製造例１
ユーカリ・ペリータのチップ（厚さ２ｍｍ）とイオン交換水とを、チップ（乾燥）１質量部に対してイオン交換水５質量部の割合で混合して原料バイオマスを含有する原料懸濁液を調製した。
図１に示す一次加水分解装置Ｒ１（木村化工機製）の頂部供給口に接続している原料懸濁液供給管路１から上記原料懸濁液を連続的に４００質量部／時で供給し、一次加水分解装置Ｒ１で１４０℃、０．３６ＭＰａで加水分解処理を行い、加水分解処理された原料懸濁液を加水分解装置の底部排出口より減圧バルブＶＰを開いて加水分解処理懸濁液排出管路２に連続的に排出した。加水分解装置内の滞留時間は３時間に設定した。
装置底部の洗浄液供給装置Ｗから洗浄水供給管路６により洗浄水を４００質量部／時で供給して、加水分解装置の中央部における目開き８０μｍのステンレス製金網（固液分離装置Ｓ）が設置されている一次加水分解装置Ｒ１の中央部の中間取出口Ｇから下方に移動する加水分解処理懸濁液と向流接触させた。
原料懸濁液の供給開始３時間後から、中間取出口Ｇ（加水分解処理時間１．５時間の位置）より、加水分解装置内の温度及び圧力を維持した状態で加水分解処理懸濁液から一次加水分解処理液（２６０質量部／時）を一次加水分解処理液取出管路３の減圧バルブＶＰを開いて取り出し、冷却器ＣＯへ移送し一次加水分解処理液の温度が６０℃になるまで冷却した。
冷却した一次加水分解処理液を培養槽ＲＥへ移送し、一次加水分解処理液に培地Ａ(下記)を添加し、培養槽ＲＥ内の培地（一次加水分解処理液を含む）の最終液量が５０Ｌになるように調製した。液量を調製した時点で管路３の減圧バルブＶＰを閉じた。培地Ａ（１Ｌ当り）：ＫＨ２ＰＯ４ 、１．５ｇ、Ｎａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ  ４．２ｇ、ＮＨ４Ｃｌ  ０．５ｇ、ＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、酵母エキス２ｇ、レサズリン(０．１％溶液)１ｍｌ、ＮａＯＨ（０．２Ｎ）２００ｍｌ、Ｎａ２Ｓ・９Ｈ２Ｏ  ２．５ｇ、Ｃｙｓｔｅｉｎe・Ｈ２Ｏ、ビオチン２０ｍｇ、ｐ−アミノ安息香酸５０ｍｇ、葉酸２０ｍｇ、パントテン酸カルシウム５０ｍｇ、ニコチン酸５０ｍｇ、ビタミンＢ１２  １．０ｍｇ、塩酸チアミン５ｍｇ、塩酸ピリドキシン１００ｍｇ、チオクト酸５０ｍｇ、リボフラビン５ｍｇ、ニトリロ三酢酸１．５ｇ、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ  ３ｇ、ＭｎＳＯ４・Ｈ２Ｏ  ５００ｍｇ、ＮａＣｌ  １ｇ、ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ  １００ｍｇ、Ｃｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ  １００ｍｇ、ＣａＣｌ２  １００ｍｇ、ＺｎＳＯ４・７Ｈ２Ｏ  １００ｍｇ、ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ  １０ｍｇ、ＡｌＫ（ＳＯ４）２１０ｍｇ、ホウ酸１０ｍｇ、Ｎａ２ＭｏＯ４・２Ｈ２Ｏ  １０ｍｇ、Ｎａ２ＳｅＯ３  １ｍｇ。
次に、培養槽ＲＥ内を窒素ガスで置換し嫌気状態にした後、予め前培養したＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ（ＡＴＣＣ２７４０５）、及びＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍ（ＡＴＣＣ３5６０８）を各々密度が１ｘ１０８／ｍｌになるように前記培地に添加し、６０℃で培養を開始した。２４時間培養後、一次加水分解処理液（２６０質量部／時）を培養槽ＲＥの供給口４から連続的に添加した。また、培地Ａの１０倍濃縮液（２０質量部／時）を培養槽ＲＥ内に連続的に供給した。一方、培養槽ＲＥ内の培養液（２８０質量部／時）を培養槽ＲＥの排出口５から連続的に排出した。
培養槽ＲＥの供給口４へ供給される一次加水分解処理液、及び培養槽ＲＥの排出口５から排出される培養液に含まれるフルフラール類、全糖、酢酸、ギ酸の含有量を下記の方法で測定した。結果を表１に示す。
【００５５】
［全糖量の分析］
試料溶液に最終濃度が４質量％となるように硫酸を添加し、１２０℃で１時間加水分解を行った後、糖分析を実施し、試料中の各単糖の含有量を求め、その合計値を全糖量とした。
［フルフラール類の定量］
フルフラール類の定量にはＡｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎоｌоｇｉｅｓ社製ＨＰＬＣシステムを用いた。カラムは、Ｂｉｏ−Ｒａｄ社製Ａｍｉｎｅｘ ＨＰＸ８７Ｐ（７.８  X  ３００ｍｍ）を用い、５ｍＭ硫酸を溶離液とし、１ｍｌ／ｍｉｎの流速でフルフラール類を溶出させた。検出にはＵＶ−Ｖｉｓ検出器を用いた。フルフラール類の標品として、フルフラールを用い、検量線を作成し、試料中の含有量を求めた。
［有機酸（酢酸、ギ酸）の定量］
酢酸及びギ酸の定量にはＡｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎоｌоｇｉｅｓ社製ＨＰＬＣシステムを用いた。カラムは、Ｂｉｏ−Ｒａｄ社製Ａｍｉｎｅｘ ＨＰＸ８７Ｐ（７.８  X  ３００ｍｍ）を用い、５ｍＭ硫酸を溶離液とし、１ｍｌ／ｍｉｎの流速で酢酸、ギ酸を溶出させた。検出にはＵＶ−Ｖｉｓ検出器を用いた。酢酸、ギ酸を標品として検量線を作成し、試料中の含有量を求めた。
【００５６】
製造例２
一次加水分解装置Ｒ１で１５０℃、０．４８ＭＰａで加水分解処理を行なった以外は全て製造例１と同様の方法で実施した。結果を表１に示す。
【００５７】
製造例３
一次加水分解装置Ｒ１で１６０℃、０．６２ＭＰａで加水分解処理を行なった以外は全て製造例１と同様の方法で実施した。結果を表１に示す。
【００５８】
製造例４
一次加水分解装置Ｒ１で１７０℃、０．７９ＭＰａで加水分解処理を行なった以外は全て製造例１と同様の方法で実施した。結果を表１に示す。
【００５９】
製造例５
一次加水分解装置Ｒ１で１８０℃、１．００ＭＰａで加水分解処理を行なった以外は全て製造例１と同様の方法で実施した。結果を表１に示す。
【００６０】
製造例６
一次加水分解装置Ｒ１で１９０℃、１．２６ＭＰａで加水分解処理を行なった以外は全て製造例１と同様の方法で実施した。結果を表１に示す。
【００６１】
製造例７
一次加水分解装置Ｒ１で２００℃、１．５６ＭＰａで加水分解処理を行なった以外は全て製造例１と同様の方法で実施した。結果を表１に示す。
【００６２】
製造例８
一次加水分解装置Ｒ１で２３０℃、２．８０ＭＰａで加水分解処理を行なった以外は全て製造例１と同様の方法で実施した。結果を表１に示す。
【００６３】
製造例９
一次加水分解装置Ｒ１で２５０℃、３．９８ＭＰａで加水分解処理を行なった以外は全て製造例１と同様の方法で実施した。結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】
2014018100.tif 000003
【００６５】
培養槽ＲＥの供給口４から供給される一次加水分解処理液に含まれるフルフラール濃度が０．１２〜０．４８質量％（製造例１〜８）では、一次加水分解処理液に含まれるフルフラール類の濃度が０．５７質量％（製造例９）と比較し、培養槽ＲＥの排出口５から排出される培養液に含まれる酢酸及びギ酸の濃度が高かった。以上の結果から、培養槽ＲＥの供給口４から供給される一次加水分解処理液に含まれるフルフラール濃度を低濃度に維持することによりＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ及びＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍで有機酸の生産を行った場合、酢酸及びギ酸の生産が高まることが判明した。
【００６６】
製造例１０
製造例１において、酢酸生成菌としてＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ（ＡＴＣＣ２７４０５）を単独で用いた以外は全て製造例１と同様の方法で実施した。結果を表２に示す。
【００６７】
製造例１１
製造例２において、酢酸生成菌としてＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ（ＡＴＣＣ２７４０５）を単独で用いた以外は全て製造例２と同様の方法で実施した。結果を表２に示す。
【００６８】
製造例１２
製造例３において、酢酸生成菌としてＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ（ＡＴＣＣ２７４０５）を単独で用いた以外は全て製造例３と同様の方法で実施した。結果を表２に示す。
【００６９】
製造例１３
製造例４において、酢酸生成菌としてＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ（ＡＴＣＣ２７４０５）を単独で用いた以外は全て製造例４と同様の方法で実施した。結果を表２に示す。
【００７０】
製造例１４
製造例５において、酢酸生成菌としてＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ（ＡＴＣＣ２７４０５）を単独で用いた以外は全て製造例５と同様の方法で実施した。結果を表２に示す。
【００７１】
製造例１５
製造例６において、酢酸生成菌としてＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ（ＡＴＣＣ２７４０５）を単独で用いた以外は全て製造例６と同様の方法で実施した。結果を表２に示す。
【００７２】
製造例１６
製造例７において、酢酸生成菌としてＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ（ＡＴＣＣ２７４０５）を単独で用いた以外は全て製造例７と同様の方法で実施した。結果を表２に示す。
【００７３】
製造例１７
製造例８において、酢酸生成菌としてＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ（ＡＴＣＣ２７４０５）を単独で用いた以外は全て製造例８と同様の方法で実施した。結果を表２に示す。
【００７４】
製造例１８
製造例９において、酢酸生成菌としてＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ（ＡＴＣＣ２７４０５）を単独で用いた以外は全て製造例９と同様の方法で実施した。結果を表２に示す。
【００７５】
【表２】
2014018100.tif 000004
【００７６】
培養槽ＲＥの供給口４から供給される一次加水分解処理液に含まれるフルフラール類の濃度が０．１２〜０．４８質量％（製造例１０〜１７）では、一次加水分解処理液に含まれるフルフラール類の濃度が０．５７質量％（製造例１８）と比較し、培養槽ＲＥの排出口５から排出される培養液に含まれる酢酸及びギ酸の濃度が高かった。以上の結果から、培養槽ＲＥの供給口４から供給される一次加水分解処理液に含まれるフルフラール濃度を低濃度に維持することによりＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍを単独で用いて有機酸の生産を行った場合、酢酸及びギ酸の生産が高まることが判明した。
【００７７】
製造例１９
製造例１において、酢酸生成菌としてＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍ（ＡＴＣＣ３5６０８）を単独で用いた以外は全て製造例１と同様の方法で実施した。結果を表３に示す。
【００７８】
製造例２０
製造例２において、酢酸生成菌としてＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍ（ＡＴＣＣ３5６０８）を単独で用いた以外は全て製造例２と同様の方法で実施した。結果を表３に示す。
【００７９】
製造例２１
製造例３において、酢酸生成菌としてＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍ（ＡＴＣＣ３5６０８）を単独で用いた以外は全て製造例３と同様の方法で実施した。結果を表３に示す。
【００８０】
製造例２２
製造例４において、酢酸生成菌としてＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍ（ＡＴＣＣ３5６０８）を単独で用いた以外は全て製造例４と同様の方法で実施した。結果を表３に示す。
【００８１】
製造例２３
製造例５において、酢酸生成菌としてＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍ（ＡＴＣＣ３5６０８）を単独で用いた以外は全て製造例５と同様の方法で実施した。結果を表３に示す。
【００８２】
製造例２４
製造例６において、酢酸生成菌としてＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍ（ＡＴＣＣ３5６０８）を単独で用いた以外は全て製造例６と同様の方法で実施した。結果を表３に示す。
【００８３】
製造例２５
製造例７において、酢酸生成菌としてＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍ（ＡＴＣＣ３5６０８）を単独で用いた以外は全て製造例７と同様の方法で実施した。結果を表３に示す。
【００８４】
製造例２６
製造例８において、酢酸生成菌としてＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍ（ＡＴＣＣ３5６０８）を単独で用いた以外は全て製造例８と同様の方法で実施した。結果を表３に示す。
【００８５】
製造例２７
製造例９において、酢酸生成菌としてＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍ（ＡＴＣＣ３5６０８）を単独で用いた以外は全て製造例９と同様の方法で実施した。結果を表３に示す。
【００８６】
【表３】
2014018100.tif 000005
【００８７】
培養槽ＲＥの供給口４から供給される一次加水分解処理液に含まれるフルフラール類の濃度が０．１２〜０．４８質量％（製造例１９〜２６）では、一次加水分解処理液に含まれるフルフラール類の濃度が０．５７質量％（製造例２７）と比較し、培養槽ＲＥの排出口５から排出される培養液に含まれる酢酸及びギ酸の濃度が高かった。以上の結果から、培養槽ＲＥの供給口４から供給される一次加水分解処理液に含まれるフルフラール濃度を低濃度に維持することによりＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍを単独で用いて有機酸の生産を行った場合、酢酸及びギ酸の生産が高まることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明で得られる有機酸は、工業原料（合成樹脂や接着剤等の原料）として用いられる。
【符号の説明】
【００８９】
１：原料懸濁液供給管路
２：加水分解処理懸濁液排出管路
３：一次加水分解処理液取出管路
４：培養槽の供給口
５：培養槽の排出口
６：洗浄液供給管路
７：固形分移送管路
Ａ：原料懸濁液供給口
Ｂ：加水分解処理懸濁液排出口
Ｒ１：連続式の一次加水分解装置
Ｇ：中間取出口
Ｓ：固液分離装置
ＲＥ：培養槽
Ｗ：洗浄液供給装置
Ｖ：バルブ
ＶＰ：減圧バルブ
【図１】
2014018100.tif 000006