(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロースを含むバイオマスを収容した糖化槽に糖化酵素を加えることによって、該セルロースを酵素糖化させて糖を生成し糖溶液を得る工程と、
該糖溶液を、限外濾過膜によって濾過して、該糖溶液から該糖化酵素を除去し、該糖化酵素が除去された該糖溶液を、醗酵槽に導入する工程と、
該醗酵槽にエタノール醗酵菌を加えることによって、該糖をエタノール醗酵させてエタノール水溶液を得る工程とを含むエタノールの製造方法において、
該セルロースを酵素糖化させて得られた該糖溶液を、２０〜２００μｍの範囲の孔径の不織布によって濾過して、該セルロースの酵素糖化の残渣であるバイオマス残渣を除去した後、該バイオマス残渣が除去された該糖溶液を、該限外濾過膜によって濾過して、該糖溶液から該糖化酵素を除去することを特徴とするエタノールの製造方法。
【請求項２】
前記糖化酵素は、前記限外濾過膜によって除去された後回収され、該回収された糖化酵素は、前記糖化槽に加えられて再利用されることを特徴とする請求項１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、セルロースを含むバイオマスを原料にしたエタノールの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止の観点から、その原因の一つと考えられている二酸化炭素排出量を削減することが求められている。そこで、ガソリン等の液体炭化水素とエタノールとの混合燃料を自動車燃料に用いることが検討されている。前記エタノールとしては、植物性物質、例えばサトウキビ、トウモロコシ等の農作物の醗酵により得たエタノールを用いることができる。前記植物性物質は、原料となる植物自体が既に光合成により二酸化炭素を吸収してできているので、かかる植物性物質から得られたエタノールを燃焼させたとしても、排出される二酸化炭素の量は前記植物自体が吸収した二酸化炭素の量に等しい。即ち、総計としての二酸化炭素の排出量は理論的にはゼロになるという所謂カーボンニュートラル効果を得ることができる。従って、前記ガソリン等の液体炭化水素に代えて前記エタノールを用いた分だけ、二酸化炭素排出量を削減することができる。
【０００３】
ところが、前記サトウキビ、トウモロコシ等は、エタノールの原料として大量に消費されると、食料として供給される量が減少するという問題がある。
【０００４】
そこで、前記植物性物質として、サトウキビ、トウモロコシ等に代えて、食用ではないセルロースを含むバイオマスを用いてエタノールを製造する技術が検討されている。前記セルロースを含むバイオマスとしては、例えば、木材、稲藁、麦藁、バガス、竹、パルプ及びこれらから生じる廃棄物例えば古紙等を挙げることができる。前記エタノールの製造方法として、セルロースを含むバイオマスを収容した糖化槽に糖化酵素を加えることによって、該セルロースを酵素糖化させて糖を生成し糖溶液を得る工程と、該糖溶液を、限外濾過膜によって濾過して、該糖溶液から該糖化酵素を除去し、該糖化酵素が除去された該糖溶液を、醗酵槽に導入する工程と、該醗酵槽にエタノール醗酵菌を加えることによって、該糖をエタノール醗酵させてエタノール水溶液を得る工程とを含む方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、前記方法の糖溶液から糖化酵素を除去する工程では、前記セルロースの酵素糖化の残渣であるバイオマス残渣により前記限外濾過膜が目詰まりを起こすという不都合がある。
【特許文献１】特開２００６−８８１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる不都合を解消して、限外濾過膜の目詰まりを防止することができるエタノールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、本発明のエタノールの製造方法は、セルロースを含むバイオマスを収容した糖化槽に糖化酵素を加えることによって、該セルロースを酵素糖化させて糖を生成し糖溶液を得る工程と、該糖溶液を、限外濾過膜によって濾過して、該糖溶液から該糖化酵素を除去し、該糖化酵素が除去された該糖溶液を、醗酵槽に導入する工程と、該醗酵槽にエタノール醗酵菌を加えることによって、該糖をエタノール醗酵させてエタノール水溶液を得る工程とを含むエタノールの製造方法において、該セルロースを酵素糖化させて得られた該糖溶液を、２０〜２００μｍの範囲の孔径の不織布によって濾過して、該セルロースの酵素糖化の残渣であるバイオマス残渣を除去した後、該バイオマス残渣が除去された該糖溶液を、該限外濾過膜によって濾過して、該糖溶液から該糖化酵素を除去することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、まず、セルロースを含むバイオマスを収容した糖化槽に糖化酵素を加えることによって、該セルロースを酵素糖化させて糖を生成し糖溶液を得る。前記糖溶液には、前記糖化酵素及び前記糖の他、前記セルロースの酵素糖化残渣であるバイオマス残渣が含まれている。そこで、次に、前記糖溶液を２０〜２００μｍの範囲の孔径の不織布によって濾過して、前記バイオマス残渣を除去する。このようにすることにより、前記糖溶液を前記限外濾過膜によって濾過する際に、前記バイオマス残渣が該限外濾過膜に目詰まりを生じさせることを防ぐことができる。
前記不織布の孔径が２０μｍ未満であると、前記バイオマス残渣により目詰まりを起こす。一方、前記不織布の孔径が２００μｍを超えると、前記バイオマス残渣を捕集することができず、濾液に該バイオマス残渣が混入してしまう。
【０００９】
また、本発明のエタノールの製造方法において、前記糖化酵素は、前記限外濾過膜によって除去された後回収され、該回収された糖化酵素は、前記糖化槽に加えられて再利用される。前記糖化酵素は、前記限外濾過膜で濾過されることによっては、糖化活性が損なわれることがない。従って、前記回収された糖化酵素を、前記糖化槽に加える糖化酵素として、再利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図1は、本実施形態のエタノールの製造方法を示すフローチャートである。
【００１２】
まず、図1に示すバイオマスとして、本実施形態のエタノールの製造方法では、自然乾燥させた稲藁を用いる。
【００１３】
次に、前記稲藁を熱処理する（ＳＴＥＰ１）。前記熱処理としては、例えば、水蒸気による熱処理、熱水による熱処理等を挙げることができる。本実施形態では、水蒸気による熱処理を行うものとして説明する。前記水蒸気による熱処理は、例えば、前記稲藁を高圧ボイラー内に収容し、該高圧ボイラー内に２００〜２２０℃の範囲の温度の水蒸気を導入して、１８０〜２００℃の範囲の温度に１５〜６０分の範囲の時間維持して、加熱することにより行うことができる。
【００１４】
次に、前記水蒸気による加熱処理後の稲藁チップの乾燥重量に対して市販の糖化酵素（ジェネンコア協和株式会社製、商品名：ＧＣ２２０、セルラーゼ及びヘミラーゼ等の混合物）を１０重量％となるように投入し（ＳＴＥＰ２）、さらに酢酸緩衝液及びイオン交換水を加えてｐＨを４．５とし、得られる水溶液１リットルに対して前記加熱処理後の稲藁チップの乾燥重量が２０％（ｗ／ｖ）となるように調整する。前記調整した水溶液を、糖化槽に入れて攪拌しながら、５０℃の温度に２４時間維持し、該調整した水溶液に含まれるセルロースを糖化酵素により糖化処理して糖を含む酵素処理溶液（糖溶液）を得る（ＳＴＥＰ３）。
【００１５】
次に、ＳＴＥＰ３で得た酵素処理溶液を不織布によって濾過し（ＳＴＥＰ４）、前記セルロースの酵素糖化の残渣であるバイオマス残渣を除去する一方（ＳＴＥＰ５）、ＳＴＥＰ４の濾過によって得られる濾液を酵素除去槽に導入する（ＳＴＥＰ６）。ＳＴＥＰ４で用いる前記不織布は、２０〜２００μｍの範囲の孔径を有するものを用いる。
【００１６】
その後、ＳＴＥＰ６で酵素除去槽に導入された前記濾液を、限外濾過膜によって濾過して（ＳＴＥＰ７）、該濾液から前記糖化酵素を除去する一方（ＳＴＥＰ８）、前記糖を含む糖溶液を得て、該糖溶液を醗酵槽に導入する（ＳＴＥＰ９）。ＳＴＥＰ８で除去された前記糖化酵素は回収され、ＳＴＥＰ２において投入される糖化酵素として再利用される。ＳＴＥＰ７で用いる前記限外濾過膜は、例えば、分画分子量１０，０００の中空糸フィルタを用いることができる。
【００１７】
次に、前記糖溶液が導入された醗酵槽に、エタノール醗酵菌（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ；酵母Ｓ２８８Ｃ株（ＮＢＲＣ  １１３６））を湿重量で２重量％となるように投入し（ＳＴＥＰ１０）、攪拌しながら３０℃の温度に６〜８時間維持し、該糖をエタノール醗酵させて、エタノール醗酵処理液を得る（ＳＴＥＰ１１）。
【００１８】
次に、ＳＴＥＰ１１で得た前記エタノール醗酵処理液を、精密濾過膜によってろ過して（ＳＴＥＰ１２）、前記エタノール醗酵菌を除去する一方（ＳＴＥＰ１３）、エタノール水溶液を得る（ＳＴＥＰ１４）。ＳＴＥＰ１２で用いる前記精密濾過膜は、例えば、０．１〜０．２μｍの範囲の孔径を有し、内径略１ｍｍの中空糸濾過膜（旭化成ケミカルズ株式会社製、商品名：マイクローザ）を用いることができる。  
【００１９】
次に、ＳＴＥＰ１４で得たエタノール水溶液を濃縮する（ＳＴＥＰ１５）。前記エタノール水溶液は、例えば、蒸留及びゼオライト系脱水膜によって濃縮することができる。前記濃縮は、まず釜温度１００℃、出口温度８０℃、圧力は大気圧よりやや減圧した条件の下、蒸留を行い、８６〜９２重量％の濃度のエタノール水溶液を得る。次に、前記濃縮されたエタノール水溶液を、ゼオライト系脱水膜により濃縮し、９９重量％以上の濃度のエタノール水溶液を得る。
【００２０】
本実施形態においては、ＳＴＥＰ３で得られる糖化処理溶液を、ＳＴＥＰ４で不織布を用いて濾過することで、前記バイオマス残渣が除去された濾液を得ることができる。このようにすることで、ＳＴＥＰ７において、ＳＴＥＰ６で酵素除去槽に導入された前記濾液を前記限外濾過膜で濾過するときに、該限外濾過膜が目詰まりすることを防止することができる。また、前記糖化酵素は、ＳＴＥＰ７の限外濾過膜で濾過することによっては、酵素活性が損なわれることがない。従って、ＳＴＥＰ８で除去された前記糖化酵素を回収し、該回収された該糖化酵素をＳＴＥＰ２において前記糖化槽に投入される酵素糖化として再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のエタノールの製造方法を示すフローチャート。
【図１】
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