(57)【要約】【課題】酵素による糖化と、酵母によるアルコール発酵とをひとつの反応槽で効率的に行うアルコール生産方法を提供すること。【解決手段】  木質系バイオマス由来のセルロースを酵素反応によってグルコースに糖化し、前記グルコースをサッカロマイセス属セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）ＡＭ１２菌株からなる酵母に供給してアルコール発酵を行いアルコールを生産する、アルコール生産方法において、酵素による前記セルロースを糖化する糖化反応と、前記ＡＭ１２菌株からなる酵母によるアルコール発酵を、ひとつの反応槽内で同時に行う際に、該反応槽内の温度を４０〜４５℃に調整することを特徴とするアルコール生産方法。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質系バイオマス由来のセルロースを酵素反応によってグルコースに糖化し、
前記グルコースをサッカロマイセス属セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）ＡＭ１２菌株からなる酵母に供給してアルコール発酵を行いアルコールを生産する、アルコール生産方法において、
酵素による前記セルロースを糖化する糖化反応と、前記ＡＭ１２菌株からなる酵母によるアルコール発酵を、ひとつの反応槽内で同時に行う際に、該反応槽内の温度を４０〜４５℃に調整することを特徴とするアルコール生産方法。
【請求項２】
前記反応槽内の温度を４０〜４２℃に調整することを特徴とする請求項１記載のアルコール生産方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセルロースからアルコールを生産する方法に関し、詳しくはセルロースの糖化とアルコール生産を同時に効率よく行うアルコール生産方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃建材など、木質系バイオマスからアルコールを生産する場合、まず硫酸などで酸処理を行ってヘミセルロースを加水分解してキシロース、グルコースなどの糖を得る。
【０００３】
加水分解後の残渣には、セルロースを主とした成分が残留しているので、これを酸または酵素で加水分解すれば、さらにグルコースを得ることができるのであるが、セルロースはヘミセルロースに比べ分解されにくいため、酸で加水分解しようとすると、ヘミセルロースを分解するときよりも高温の厳しい条件にする必要があり、そのような条件下では、セルロースの分解とほぼ同じ速度で、生成物である糖の過分解も起こるため糖の回収率が悪くなる。
【０００４】
そのため、セルロースの加水分解には酵素を用いることが一般的であるが、酵素により、セルロースを加水分解（糖化）する場合では、糖化生成物であるグルコースが蓄積することによって酵素の活性が阻害される現象（フィードバック阻害）がおこり、糖化が抑制されるという問題があった。
【０００５】
このため特許文献１では、セルロースを酵素（セルラーゼ）によって糖化する工程において、限外ろ過膜装置を用い、グルコースを除くことでセルラーゼの活性を維持し、糖化効率を向上させることが開示されている。
【０００６】
酵素による糖化と、酵母によるアルコール発酵が同時進行するという、日本酒の発酵方法として知られる並行複発酵も、このフィードバック阻害を防ぐ上では有効である。
【０００７】
糖化生成物が蓄積して酵素の活性を阻害する前に、酵母が糖を消費してアルコールにしてしまうので酵素は分解活性を高く保つことができるからである。
【０００８】
一般に並行複発酵は、糖化と発酵をそれぞれ行う単発酵による発酵法に比べ、高濃度のアルコールが得られることが知られている。これを応用して木質系の原料からアルコールを生産する場合にも、１つの反応槽内でセルラーゼによるセルロースの糖化と、酵母によるアルコール発酵を行う方法が開示されている（例えば、特許文献２）。
【０００９】
この方法は、糖化と発酵の工程をひとつの槽で並行して行っているので、全体のアルコール生産にかかる時間が短縮できるほか、設備コストを低減することができるという利点もある。
【００１０】
セルラーゼは、セルロース分解菌を培養することで生成させて得ることもできるし、アスペルギルス属、トリコデルマ属などに属するセルロース分解菌を工業的に培養して精製し、セルロース製剤として販売されている（非特許文献１、２）。
【特許文献１】特開２００６−８８１３６号公報
【特許文献２】特開２００５−５８０５５号公報
【非特許文献１】天野エンザイム株式会社、“セルラーゼＡアマノ”、“セルラーゼＴアマノ”、「食品工業用酵素」カタログ、  [ｏｎｌｉｎｅ]、[平成１９年３月６日検索]、インターネット、＜ＵＲＬ：http://www.amano-enzyme.co.jp/jp/productinfo/medical04.html＞
【非特許文献２】ヤクルト薬品工業株式会社、“セルラーゼオノズカＲ１０、ＲＳ”、  ホームページ「学術研究用酵素」、[ｏｎｌｉｎｅ]、[平成１９年３月６日検索]、インターネット、＜ＵＲＬ：http://www.yakult.co.jp/ypi/jp/product.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１では、フィードバック阻害を防ぐという点では効果があるが、新たに限外ろ過膜装置を設ける必要があるなど、アルコール生産系を複雑にしなければならないので、コストがかかる。
【００１２】
その点から言うと、特許文献２のような、ひとつの反応槽で並行複発酵を行う方法は簡便でかつフィードバック阻害を防ぐことができるので有効である。
【００１３】
しかし、セルロースを用いる工業的なアルコール生産において、並行複発酵を行うには課題があることを本発明者らは見出した。
【００１４】
すなわち、一般的に、酵母の至適温度は２５〜３５℃であり、それ以上になると発酵能力が落ち、４０℃ではほとんど活動ができなくなってしまう。
【００１５】
一方で、非特許文献１、非特許文献２に示されるように、セルラーゼ製剤の至適温度は一般に４０〜５５℃であり、３５℃の条件下では、セルラーゼの活性は、至適温度における活性に対して６０〜８０％程度に落ちてしまい、糖化の効率が低くなる。
【００１６】
特許文献２のように、セルロースと酵母を用いて１つの反応槽内で並行複発酵を行う発明においては、酵母の至適温度にあわせて３５℃前後で糖化反応を行っており、酵素の能力を十分に生かすことができていなかった。
【００１７】
本発明者らは、セルラーゼの活性を生かし、効率的にアルコール生産を行う方法はないかと鋭意研究を行った結果、本発明に至った。
【００１８】
本発明の課題は酵素による糖化と、酵母によるアルコール発酵とをひとつの反応槽で効率的に行うアルコール生産方法を提供することにある。
【００１９】
本発明の他の課題は以下の記載によって明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題は以下の発明によって解決される。
【００２１】
（請求項１)
木質系バイオマス由来のセルロースを酵素反応によってグルコースに糖化し、
前記グルコースをサッカロマイセス属セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）ＡＭ１２菌株からなる酵母に供給してアルコール発酵を行いアルコールを生産する、アルコール生産方法において、
酵素による前記セルロースを糖化する糖化反応と、前記ＡＭ１２菌株からなる酵母によるアルコール発酵を、ひとつの反応槽内で同時に行う際に、該反応槽内の温度を４０〜４５℃に調整することを特徴とするアルコール生産方法。
【００２２】
（請求項２）
前記反応槽内の温度を４０〜４２℃に調整することを特徴とする請求項１記載のアルコール生産方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、酵素による糖化と、酵母によるアルコール発酵とをひとつの反応槽で効率的に行うアルコール生産方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
本発明において、糖化原料として用いるセルロースは、廃建材、古紙、ダンボール、植物系食品廃棄物などの木質系バイオマスに由来し、あらかじめヘミセルロースなどが除かれ、セルロース純度が高いものが好ましい。
【００２６】
本発明に用いるセルラーゼとしては、微生物を培養して抽出して得たものの他、市販のセルラーゼ製剤を使用することができる。市販のセルラーゼ製剤として、セルラーゼＡアマノ、セルラーゼＴアマノ（天野エンザイム社）、セルラーゼオノズカＲＳ（ヤクルト薬品工業株式会社）、などが挙げられる。
【００２７】
本発明に用いる酵母は、サッカロマイセス属セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）ＡＭ１２菌株（以下、ＡＭ１２菌と称する）であり、工業技術院微生物工業技術研究所に、微工研受託番号第６７４９号として寄託されている。詳しくは特開昭５９−１３５８９６号公報を参照できる。
【００２８】
本発明の好ましい形態としては、反応槽内を十分に混合できる機能を持った攪拌装置と、温度、ｐＨ、溶存酸素濃度を調節できる装置を備えた反応槽に、セルロース、セルラーゼ、酵母、緩衝液を入れ、アルコールを生産する。
【００２９】
反応槽内の温度を調整するための手段としては、反応槽内の温度検出器に連動させたヒーターのＯＮ、ＯＦＦによる他、アルコール発酵に伴う発酵熱をそのまま利用または後段の蒸留工程で用いる熱を併用することが挙げられ、過熱の場合に冷却する装置を設けることも好ましい。
【００３０】
反応槽に備えるｐＨ、溶存酸素濃度を維持する装置は、設定されたｐＨ、溶存酸素濃度を維持することができれば特に限定されない。
【００３１】
アルコール生産には、連続生産式、バッチ式などを採用することができるが、反応槽内の反応が単発酵に比べ複雑であるので、バッチ式で行う方が好ましい。
【００３２】
本発明に用いるＡＭ１２菌は４５℃であってもアルコール生産能力が維持されるので、セルラーゼの至適温度に近い温度で糖化を行うことができる。
【００３３】
反応槽内の温度は４０〜４５℃、好ましくは４０〜４２℃であり、ｐＨは３〜７、好ましくは３．５〜５、さらに好ましくは４〜５であり、溶存酸素濃度は０．１〜３ｐｐｍの範囲が好ましく、より好ましくは０．１〜１ｐｐｍである。
【００３４】
１回の糖化反応に供するセルロースは、セルロースが完全に糖に分解され、完全にアルコールに変換された場合に得られるアルコール量を計算し、アルコール培養液中の理論エタノール濃度が１０〜３０％、好ましくは１５〜２５％となるようにする。
【００３５】
ＡＭ１２菌は耐アルコール性があり、エタノール濃度が２０％以上であってもアルコール生産能力が阻害されないため、通常酵母であれば不可能なアルコール濃度まで生産を行うことができる。
【００３６】
反応終了後のアルコール培養液のアルコール濃度は、原料（セルロース）の量のほか、原料投入時に添加する緩衝液の量で調節することもできる。
【００３７】
セルロースに対してセルラーゼは１０〜３０ＦＰＵ／ｇ−ｄｒｙｍａｔｔｅｒ、好ましくは１０〜２０ＦＰＵ／ｇ−ｄｒｙｍａｔｔｅｒ添加する。
【００３８】
発酵槽内における菌体濃度は１．２〜２．４×１０７ｃｅｌｌｓ／ｍｌ、好ましくは１．８〜２．４×１０７ｃｅｌｌｓ／ｍｌである。
【００３９】
緩衝液としては、滅菌水を用いても良いが、酵母エキス、ポリペプトン、コーンスティープリカーなどの微生物培養用の培地となる成分を１％程度含んだものが好ましい。
【００４０】
本発明のアルコール生産方法によると、セルラーゼの糖化効率がよく、高濃度のエタノールを生産できるので、短時間で多くのアルコールを生産することができる。
【実施例】
【００４１】
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はかかる実施例によって限定されない。
【００４２】
実施例１
あらかじめ酵母菌体の量が２．０×１０７ｃｅｌｌｓ／ｍｌとなるように予備培養を行った５Ｌ容量の反応槽内（液量３Ｌ）に、６０ｇ／Ｌのセルロース（酸処理残渣）、２０ＦＰＵ／ｄ−ｍａｔｔｅｒのセルラーゼを添加し、反応槽内の温度を４２℃、ｐＨを４．５、溶存酸素濃度を０．２ｐｐｍに設定して反応を行った。
【００４３】
１日後、反応を終了し、アルコール濃度を測定した結果５０ｇ／Ｌであった。残留セルロースは２０ｇ／Ｌで、残糖はなく、セルラーゼによって加水分解された糖はすべてアルコールに変換することができた。
【００４４】
実施例１における、反応槽内のセルロース量、反応槽内に存在するグルコース、セルロースが加水分解されて生成したグルコース、およびエタノールの濃度を図１に示す。
【００４５】
比較例１
従来酵母（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ（ＪＣＭ７２５５）標準菌株）を用いた以外は実施例１と同様にして反応を行った。
【００４６】
セルラーゼによる糖化は進行したが、４２℃では酵母菌が生育できなかったためエタノールが生産されなかった。酵母によって糖が消費されず、フィードバック阻害によってセルラーゼによる糖化も阻害され、残留セルロースも確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施例１における反応槽内の濃度変化を示すグラフ
【図１】
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