(57)【要約】  従来の酸及び酵素加水分解と対照的に、環境に優しく経済的に実施可能な方法を使用することによって、後にアルコールに変換される糖を得るために、微生物の集合体を使用することによる少なくとも１つの工程において発酵を通して、リグノセルロースバイオマス及び／又はデンプン質バイオマスから生物燃料を得るための方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
リグノセルロースバイオマス及び／又はデンプン質バイオマスから生物燃料を得るための方法であって、
ａ）リグノセルロースバイオマス及び／又はデンプン質バイオマスの粒子を小さくする工程、
ｂ）１０℃〜８０℃の温度及びｐＨ２．０〜１２．０でリグニン、セルロース及びヘミセルロースを分解する酵素を生成でき、該酵素の生成を調整できる１種以上の微生物を使用することによって、続いて、１０℃〜５０℃の温度及びｐＨ２．０〜１２．０で１種以上の微生物、有利にはバチルス亜種属の微生物を、及び１０℃〜６０℃の温度及びｐＨ２．０〜１２．０でサッカロミセス亜種属の１種以上の微生物の２．０〜１０．０％を使用することによる発酵によって、マッシュを発酵する工程、
ｃ）アルコールを抽出する工程
を含む、前記方法。
【請求項２】
前記分別したリグノセルロースバイオマス又はデンプン質バイオマスが、滅菌工程を受けてよい、請求項１に記載のリグノセルロースバイオマス及び／又はデンプン質バイオマスから生物燃料を得るための方法。
【請求項３】
リグニン、セルロース及びヘミセルロースを、次の種属：ファネロカエテ亜種、グロエオフィルム亜種、フェリヌス亜種、コリオロプシス亜種、クロストリジウム亜種、アルミラリア亜種、カエトミウム亜種、サルプラセアエ亜種、フィブロポリア亜種、コニオフォラ亜種、アスペルギルス亜種、又はトリコデルマ亜種の１種以上の微生物により分解する、請求項１に記載のリグノセルロースバイオマス及び／又はアミラーゼバイオマスから生物燃料を得るための方法。
【請求項４】
デンプン分解性微生物が、有利にはバチルス亜種属の微生物である、請求項１に記載のリグノセルロースバイオマス及び／又はデンプン質バイオマスから生物燃料を得るための方法。
【請求項５】
アンモニウム塩組成物の１．０〜１０．０％（ｗ／ｖ）を、有利には、１種以上のデンプン分解性微生物を使用して、発酵中に添加する、請求項１に記載のリグノセルロースバイオマス及び／又はデンプン質バイオマスから生物燃料を得るための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来の酸及び酵素加水分解と対照的に、環境に優しく経済的に実施可能な方法を使用することによって、後にアルコールに変換される糖を得るために、微生物の集合体を使用することによる少なくとも１つの工程において発酵を通して、リグノセルロースバイオマス及び／又はデンプン質バイオマスから生物燃料を得るための方法に関する。
【０００２】
発明の背景
今日、生物燃料の重要性が大いに認識されている。生物燃料は、有機物に由来する再生可能なエネルギー源であり、例えば油誘導体として化石燃料よりも、大気中に著しく少ない量の汚染物質を放出する。
【０００３】
現在、サトウキビエタノールが、スクロース−第一世代エタノールのアルコール発酵により製造されている。従って、植物細胞壁の多糖から生成されたセルロースエタノールを、第二世代エタノールという。しかしながら、酸又は塩基を使用して細胞壁を化学加水分解して植物細胞壁ポリマーを離し、分解し、発酵性単糖及び発酵性オリゴ糖を放出する工程が、セルロースエタノールの製造のために必須である。しかしながら、使用する化学製品の費用に加えて、付随的な化学残留物を生じうる。(Marcos S. Buckeridge、Marco S. Santos、Wanderley D. dos Souza、Amanda P.The paths for cellulosic ethanol in Brazil. USP. 2012)。
【０００４】
長年にわたって、セルロース材料の加水分解のいくつかの方法が提案されている。それらの全てに共通の特徴は、材料を最初に機械的に破砕して、粒子のサイズを小さくし、かつ媒体と接触する材料の表面を大きくしなければならないことである。
【０００５】
加水分解は、通常、２つの方法で実施される。酸加水分解の場合に、大量の酸の使用は、酸加水分解からもたらされる糖をエタノールに発酵するあらゆる微生物について生存可能な媒体をもたらし、媒体は、酸を有さないようにするために回復工程が必要となる。これは、この方法の最も大きな欠点の１つであり、それというのも、前記回復は、多量のエネルギーを要求する工程であり、この工程が非常に高額となるからである。さらに、酸の腐食性の性質は、パイプにおける高費用の合金及び熱交換器の使用を要求する。
【０００６】
セルロースからエタノールへの酵素加水分解の場合に、リグニンを取り除いて、セルロース及びヘミセルロースをセルラーゼ酵素の作用に曝すことを目的とする前処理法がある。しかしながら、セルロースを分解できる酵素（セルラーゼ）の使用は、その高い費用（Ｎｇｕｙｅｎ， Ｑ．Ａ．； Ｓａｄｌｅｒ， Ｊ． Ｎ． （１９９１） Ｂｉｏｒｅｓ． Ｔｅｃｈｎｏｌ．， ３５， ２７５−２８２）、低い生産性、含まれる環境リスク、及びバイオマス加工場へ酵素を輸送するために必要なロジスティックス源の理由から、未だ実施できない。
【０００７】
先行技術は、基本的に２つの経路：酸加水分解及び酵素加水分解を含むエタノールを製造するための方法を開示している。
【０００８】
ＣＮ１０１５４４９９０号は、セルラーゼを生成する微生物の接種による発酵を受けるリグノセルロースバイオマスを使用することによって燃料を製造するための方法を開示している。
【０００９】
ＢＲＰＩ０７０６００９号は、スクロース、グルコース及びフルクトースを含む植物性バイオマスを使用して、生物反応器において凝集酵母株を使用するアルコール性発酵プロセスを開示している。
【００１０】
ＵＳ２００６１７７９１７号は、加水分解物のエタノール発酵からの残留物を使用し、第二世代エタノールの製造のためのプロセスを統合することによるセルロース酵素及び／又はヘミセルロース酵素を製造する方法を開示しており、かかる工程を物理的及び化学的前処理、酵素加水分解、微生物を使用することによる加水分解物発酵、及びアルコールの分離及び精製として含む。
【００１１】
グルコースの発酵によってエタノールを得るための方法に対する技術文献があるが、その挑戦は、細胞壁を取り除くために微生物（真菌及び細菌）を使用する環境に優しく経済的に実施可能な方法を使用することによりバイオマスから発酵性糖を得ることである。
【００１２】
従って、本発明の目的は、バイオマスの分解のために必要な条件下で酵素を生成することができる微生物の集合体を使用し、従ってバイオマス前処理工程及び単離酵素の使用を除き、かつ後にアルコールに変換される糖の取得を確実にすることによる少なくとも１つの工程において、発酵を介してリグノセルロースバイオマス及び／又はデンプン質バイオマスから生物燃料を得るための方法である。
【００１３】
要約
一態様において、リグニン、セルロース、ヘミセルロース、デンプン及び転化糖を分解してアルコール及び酸にする少なくとも１つの発酵工程を含む、リグノセルロースバイオマスから生物燃料を得るための方法が提供される。
【００１４】
他の態様において、微生物を使用することによりリグノセルロースバイオマスから生物燃料を得るためのプロセスが提供される。
【００１５】
さらなる一態様において、酸、アルカリ、及び単離酵素を使用することによるバイオマス前処理工程を除いた、リグノセルロースバイオマスから生物燃料を得るためのプロセスが提供される。
【００１６】
さらに他の態様において、完全に全ての原料を使用し、従って環境に優しく経済的に実施可能なプロセスを提供することによりリグノセルロースバイオマスから生物燃料を得るための方法が提供される。
【００１７】
さらに他の態様において、平均して８％（ｗ／ｖ）を得る従来の方法と対照的に、９６％エタノールの約３０％（ｗ／ｖ）を提供する、リグノセルロースバイオマスから生物燃料を得るための方法が提供される。
【００１８】
発明の詳細な説明
本発明の目的のために、“酵素生成の調整”の表現は、その中にある媒体に従った酵素を製造するための生物の能力（増加、減少又は変更）を意味しうる。
【００１９】
本発明の主題である、リグノセルロースバイオマス及び／又はデンプン質バイオマスを使用することにより生物燃料を得るための方法は、接触する表面積を増加するために、バイオマス、例えばサトウキビ及びバナナの作物残余等の粒子サイズを低減する第一工程を含む。
【００２０】
場合により、断片化したリグノセルロースバイオマス及び／又はデンプン質バイオマスは、滅菌工程を受ける。
【００２１】
リグノセルロースバイオマスの滅菌は、汚染物質の発生を阻害する。汚染は、収率及び生産性における減少を導いてよい基質競合及び代謝物の放出によって、酵母サッカロミセス及びこのプロセスにおいて使用されてよい他の微生物を阻害する危険性を増大する(Naves, Raquel Ferreira, Fernandes, Fernanda de Souza; Pinto, Osvaldo Gomes and Naves, Plinio Lazaro Faleiro. Microbial contamination in the processing steps and its influence on the fermentation yield at alcohol plants)。
【００２２】
マッシュ発酵のために、リグニン、セルロース及びヘミセルロースを分解する酵素を製造でき、かつ該酵素の製造を調整できる１つ以上の微生物を、有利には使用し、１０℃〜８０℃の温度及びｐＨ２．０〜１２．０を維持する。
【００２３】
リグニン、セルロース及びヘミセルロースを分解させた後に、マッシュ中で分散させた糖及びタンパク質を得て、従ってマッシュ中の可溶性固体の量は増加する。この方法において、ファネロカエテ（Phanerochaete）亜種、グロエオフィルム（Gloeophylum）亜種、フェリヌス（Phellinus）亜種、コリオロプシス（Coriolopsis）亜種、クロストリジウム（Clostrodium）亜種、アルミラリア（Armillaria）亜種、カエトミウム（Chaetomium）亜種、サルプラセアエ（Serpulaceae）亜種、フィブロポリア（Fibroporia）亜種、コニオフォラ（Coniophora）亜種、アスペルギルス（Aspergillus）亜種、又はトリコデルマ（Trichoderma）亜種といった微生物の種を、有利には使用する。
【００２４】
所望の濃度の還元糖を得た後に、前記マッシュは滅菌工程を経て、汚染物質を除去してよい。
【００２５】
そして、そのマッシュを、１つ以上のデンプン分解性微生物、有利にはバチルス（Ｂａｃｃｉｌｕｓ）亜種属のものを使用し、１０℃〜５０℃の温度及びｐＨ２．０〜１２．０を維持しながら発酵し続け、その結果、アルファ−アミラーゼ酵素が、グリコシド結合の加水分解に触媒作用を及ぼす。
【００２６】
場合により、１．０〜１０．０％（ｗ／ｖ）のアンモニウム塩組成物を添加する。
【００２７】
場合により、所望の濃度の還元糖を得た後に、前記マッシュは、滅菌工程に進んでよい。
【００２８】
前記マッシュは、２．０〜１０．０％のサッカロミセス（Saccharomyces）亜種属の１種以上の微生物を使用して、１０℃〜６０℃の温度及びｐＨ２．０〜１２．０を維持しながら発酵し続け、マッシュに存在する糖をアルコール、有利にはエタノールに変換する。
【００２９】
所望の濃度の還元糖を得た後に、前記マッシュは、アルコール抽出プロセスを受ける。
【００３０】
場合により、デンプン分解性微生物及び／又はセルロース分解性微生物及びヘミセルロース分解性微生物を、一工程発酵のために、サッカロミセス亜種属の１種以上の微生物と一緒にマッシュに添加してよい。
【００３１】
クエン酸、酢酸及び乳酸を、発酵プロセス中にマッシュ中で微生物と接触する時間によって製造する。
【００３２】
実施例
サトウキビ廃棄物（バガス及びサトウキビわら）、並びにすり潰したバナナの果実、茎、擬茎及び葉からのリグノセルロース材料をあらゆる種類の前処理なしにこの実験において使用した。
【００３３】
微生物を選択して、リグノセルロース材料を発酵性糖に分解した。
【００３４】
【表１】
2016501527.tif 000002
【００３５】
表１において示されるように、発酵プロセス中の発酵性糖のラージスケールでの成長の量（ブリックス度で報告される）があり、それは、微生物が、リグノセルロース材料を分解し糖を生成するために、それらの酵素生成を調整することができたことを意味する。
【００３６】
３０％の９６°ＧＬエタノールを、毒性のある副生成物を産生することなしに得て、従って、これは、クリーンなプロセスであったことを意味する。
【国際調査報告】
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