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JP2009189250A - Method for saccharification of lignocellulose - Google Patents

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JP2009189250A
JP2009189250A JP2008030181A JP2008030181A JP2009189250A JP 2009189250 A JP2009189250 A JP 2009189250A JP 2008030181 A JP2008030181 A JP 2008030181A JP 2008030181 A JP2008030181 A JP 2008030181A JP 2009189250 A JP2009189250 A JP 2009189250A
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lignocellulose
water vapor
saccharification
hemicellulose
cellulose
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JP2008030181A
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Inventor
Tsuyoshi Baba
剛志 馬場
Naoki Ota
直樹 太田
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Abstract

【課題】リグノセルロースを原料として、高収率で糖類を得ることができるリグノセルロースの糖化方法を提供する。
【解決手段】ヘミセルロースとセルロースとを含むリグノセルロースを水蒸気により加熱して、該ヘミセルロースを糖化する工程と、該水蒸気により加熱されたリグノセルロースを酵素処理することにより、該セルロースを糖化する工程とを備える。前記酵素処理されるリグノセルロースは、前記ヘミセルロースを糖化して生成された糖を含む。前記水蒸気により加熱する工程は、前記リグノセルロース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。
【選択図】なし
The present invention provides a method for saccharification of lignocellulose capable of obtaining a saccharide with high yield from lignocellulose as a raw material.
SOLUTION: A step of heating lignocellulose containing hemicellulose and cellulose with water vapor to saccharify the hemicellulose, and a step of saccharifying the cellulose by enzymatic treatment of the lignocellulose heated by the water vapor. Prepare. The enzyme-treated lignocellulose contains a sugar produced by saccharifying the hemicellulose. In the step of heating with water vapor, the lignocellulose is accommodated in a high-pressure boiler, water vapor having a temperature in the range of 200-220 ° C. is introduced into the high-pressure boiler, and the temperature is in the range of 180-200 ° C. Heat for 60 minutes maintaining time.
[Selection figure] None

Description

本発明は、バイオエタノール製造に用いられるリグノセルロースの糖化方法に関する。   The present invention relates to a method for saccharification of lignocellulose used for bioethanol production.

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発酵により得たバイオ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バイオ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。   In recent years, from the viewpoint of preventing global warming, it is required to reduce carbon dioxide emissions, which is considered to be one of the causes. Then, using the mixed fuel of liquid hydrocarbons, such as gasoline, and ethanol for automobile fuel is examined. As said ethanol, bioethanol obtained by fermentation of plant substances, for example, agricultural products, such as sugarcane and corn, can be used. Since the plant substance as a raw material has already absorbed carbon dioxide by photosynthesis, even if ethanol obtained from the plant substance is burned, the amount of carbon dioxide emitted is Equal to the amount of carbon dioxide absorbed by the plant itself. That is, it is possible to obtain a so-called carbon neutral effect in which the total amount of carbon dioxide emission is theoretically zero. Therefore, carbon dioxide emissions can be reduced by the amount of bioethanol used instead of liquid hydrocarbons such as gasoline.

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。   However, sugarcane, corn, and the like have a problem that the amount supplied as food decreases when consumed in large quantities as a raw material for ethanol.

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、食用ではないリグノセルロース系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。前記リグノセルロース系バイオマスは、セルロースを含んでおり、該セルロースを酵素糖化によりグルコースに分解し、得られたグルコースを発酵させてバイオエタノールを得ることができる。前記リグノセルロース系バイオマスとしては、例えば、木材、イナワラ、ムギワラ、バロス、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。   Therefore, a technique for producing ethanol using lignocellulosic biomass that is not edible as the plant substance instead of sugar cane, corn, or the like has been studied. The lignocellulosic biomass contains cellulose. The cellulose can be decomposed into glucose by enzymatic saccharification, and the obtained glucose can be fermented to obtain bioethanol. Examples of the lignocellulosic biomass include wood, rice straw, wheat straw, baros, bamboo, pulp, and wastes generated therefrom, such as waste paper.

ところが、前記リグノセルロースは、セルロースの他にヘミセルロース及びリグニンを主な構成成分としており、通常該セルロースは該ヘミセルロース及び該リグニンと強固に結合しているため、そのままでは該セルロースに対する酵素糖化反応が阻害される。従って、前記セルロースを酵素糖化反応させるに際しては、予め、前記ヘミセルロース及び前記リグニンを取り除いておくことが望ましい。   However, the lignocellulose contains hemicellulose and lignin as main components in addition to cellulose, and usually the cellulose is firmly bound to the hemicellulose and the lignin. Is done. Therefore, when the cellulose is subjected to an enzymatic saccharification reaction, it is desirable to remove the hemicellulose and the lignin in advance.

そこで、リグノセルロース系バイオマスを加圧熱水で処理することにより、前記セルロースから前記ヘミセルロース及びリグニンを分離した後、酵素処理を行い、該セルロースをグルコースに分解する糖化方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。   Thus, a saccharification method is known in which lignocellulosic biomass is treated with pressurized hot water to separate the hemicellulose and lignin from the cellulose, followed by enzyme treatment to decompose the cellulose into glucose (for example, , See Patent Document 1).

しかしながら、前記従来のリグノセルロース系バイオマスの糖化方法では、該リグノセルロースを酵素糖化してグルコース等の糖類を得るときに十分な収率が得られないという不都合がある。
特開2006−136263号公報
However, the conventional lignocellulosic biomass saccharification method has a disadvantage that a sufficient yield cannot be obtained when the lignocellulose is enzymatically saccharified to obtain sugars such as glucose.
JP 2006-136263 A

本発明は、かかる不都合を解消して、リグノセルロースを原料として、高収率で糖類を得ることができるリグノセルロースの糖化方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for saccharification of lignocellulose, which can solve such disadvantages and can obtain saccharides in high yield from lignocellulose as a raw material.

本発明者らは、種々研究を重ねた結果、前記従来のリグノセルロース系バイオマスの糖化方法では、前記加圧熱水で処理した際に、前記セルロースから分離された前記ヘミセルロースの糖化により生成するキシロースが該加圧熱水中に溶出することを見出した。従って、前記従来の糖化方法では、前記酵素処理に先だって該加圧熱水を除去する際に該キシロースが失われ、糖類の収率が不十分になるものと考えられる。   As a result of various studies, the present inventors have found that in the conventional lignocellulosic biomass saccharification method, xylose produced by saccharification of the hemicellulose separated from the cellulose when treated with the pressurized hot water. Was found to elute in the pressurized hot water. Therefore, in the conventional saccharification method, it is considered that when the pressurized hot water is removed prior to the enzyme treatment, the xylose is lost and the yield of saccharide is insufficient.

そこで、かかる目的を達成するために、本発明のリグノセルロースの糖化方法は、ヘミセルロースとセルロースとを含むリグノセルロースを水蒸気により加熱して、該ヘミセルロースを糖化する工程と、該水蒸気により加熱されたリグノセルロースを酵素処理することにより、該セルロースを糖化する工程とを備えることを特徴とする。   Therefore, in order to achieve this object, the lignocellulose saccharification method of the present invention comprises heating a lignocellulose containing hemicellulose and cellulose with steam to saccharify the hemicellulose, and a lignocellulose heated with the steam. And a step of saccharifying the cellulose by enzymatic treatment of cellulose.

本発明のリグノセルロースの糖化方法によれば、まず、リグノセルロースを水蒸気により加熱する。このようにすると、セルロースと結びついていたヘミセルロースが糖化されてキシロースとなり、該セルロースから分離されると共に、前記ヘミセルロースにより前記セルロースと結び付けられていたリグニンも該セルロースから分離する。このとき、水蒸気は液体の水を含まないので、前記キシロースは、前記水蒸気により加熱されたリグノセルロース内に残存する。   According to the lignocellulose saccharification method of the present invention, first, lignocellulose is heated with water vapor. If it does in this way, hemicellulose combined with the cellulose will be saccharified into xylose and separated from the cellulose, and lignin combined with the cellulose by the hemicellulose is also separated from the cellulose. At this time, since water vapor does not contain liquid water, the xylose remains in the lignocellulose heated by the water vapor.

次に、前記リグノセルロースを酵素処理して糖化する。前記リグノセルロースに含まれる前記セルロースは、前記水蒸気による加熱によりヘミセルロース及びリグニンから分離されているため、前記セルロースは酵素反応が阻害されず、容易に酵素糖化されてグルコースとなる。また、前記リグノセルロースには、前記ヘミセルロースの糖化により生成されたキシロースが含まれているので、前記酵素糖化により得られる糖類には、前記グルコースと共に、キシロースも含まれている。従って、本発明の方法によれば、リグノセルロースを原料として高収率で糖類を得ることができる。   Next, the lignocellulose is saccharified by enzymatic treatment. Since the cellulose contained in the lignocellulose is separated from hemicellulose and lignin by heating with the water vapor, the enzymatic reaction of the cellulose is easily inhibited by enzymatic saccharification into glucose. Further, since the lignocellulose contains xylose produced by saccharification of the hemicellulose, the saccharide obtained by the enzymatic saccharification contains xylose together with the glucose. Therefore, according to the method of the present invention, saccharides can be obtained in high yield using lignocellulose as a raw material.

また、本発明のリグノセルロースの糖化方法では、例えば、前記リグノセルロース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、水蒸気による加熱を行う。   In the lignocellulose saccharification method of the present invention, for example, the lignocellulose is accommodated in a high-pressure boiler, and steam having a temperature in the range of 200 to 220 ° C. is introduced into the high-pressure boiler, so that the temperature is 180 to 200 ° C. Heating with water vapor is performed by maintaining the temperature in the range for 15-60 minutes and heating.

前記高圧ボイラー内に導入する水蒸気の温度が200℃より低いと、前記高圧ボイラー内の温度が180℃より低くなることがある。一方、前記導入する水蒸気の温度が220℃を超えると、前記高圧ボイラー内の温度が200℃より高くなることがある。また、前記リグノセルロースを加熱する温度が180℃より低いと、ヘミセルロースの糖化及びリグニンの分解が十分に行われないことがある。一方、前記リグノセルロースを加熱する温度が200℃を超えると、前記ヘミセルロースが過分解してしまうことがある。また、温度を維持して加熱する時間が15分より短いと、ヘミセルロースの糖化及びリグニンの分解が十分に行われないことがある。一方、温度を維持して加熱する時間が60分を超えてもそれ以上の効果は得られない。   When the temperature of the water vapor introduced into the high pressure boiler is lower than 200 ° C, the temperature in the high pressure boiler may be lower than 180 ° C. On the other hand, if the temperature of the introduced water vapor exceeds 220 ° C, the temperature in the high-pressure boiler may become higher than 200 ° C. Moreover, when the temperature which heats the said lignocellulose is lower than 180 degreeC, saccharification of hemicellulose and decomposition | disassembly of lignin may not fully be performed. On the other hand, when the temperature for heating the lignocellulose exceeds 200 ° C., the hemicellulose may be excessively decomposed. Moreover, if the time for heating while maintaining the temperature is shorter than 15 minutes, saccharification of hemicellulose and decomposition of lignin may not be performed sufficiently. On the other hand, even if the time for heating while maintaining the temperature exceeds 60 minutes, no further effect is obtained.

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はリグノセルロースを原料に用いるバイオエタノール製造方法のフローチャートであり、図2は本実施形態に用いる高圧ボイラーの説明的断面図であり、図3は本実施形態における水蒸気による加熱時のイナワラチップの温度変化を示すグラフである。   Next, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a flowchart of a bioethanol production method using lignocellulose as a raw material, FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view of a high-pressure boiler used in the present embodiment, and FIG. 3 is an inawara chip at the time of heating with water vapor in the present embodiment. It is a graph which shows the temperature change of.

本実施形態のリグノセルロースの糖化方法は、リグノセルロース系バイオマスを原料とするバイオエタノール製造方法におけるエタノール発酵の前段階である熱処理及び酵素による糖化処理に関するものである。ここで、前記バイオエタノール製造方法の一般例を、図1を用いて簡単に説明する。   The lignocellulose saccharification method of the present embodiment relates to a heat treatment and a saccharification treatment with an enzyme, which are pre-stages of ethanol fermentation in a bioethanol production method using lignocellulosic biomass. Here, a general example of the bioethanol production method will be briefly described with reference to FIG.

まず、リグノセルロース系バイオマスとして、イナワラを準備する。次に、準備したイナワラを熱処理した後(STEP1)、該熱処理されたイナワラに対して水及び酵素を投入する(STEP2)。次に、前記イナワラを酵素処理して糖化させた後(STEP3)、固液分離して酵素処理液と残渣とに分離する(STEP4)。前記酵素処理液は、限外ろ過等により前記酵素と糖の水溶液とに分離される(STEP5)。前記酵素は、前記STEP3の酵素処理に再利用される。   First, inawara is prepared as lignocellulosic biomass. Next, after heat-treating the prepared rice straw (STEP 1), water and enzymes are added to the heat-treated rice straw (STEP 2). Next, the rice straw is saccharified by enzyme treatment (STEP 3), and then solid-liquid separation is performed to separate the enzyme treatment liquid and the residue (STEP 4). The enzyme treatment solution is separated into an aqueous solution of the enzyme and sugar by ultrafiltration or the like (STEP 5). The enzyme is reused for the enzyme treatment of STEP3.

次に、前記STEP5で得られた糖の水溶液に菌を投入して(STEP6)、エタノール発酵処理することにより、該糖からエタノールを製造する(STEP7)。前記エタノール発酵終了後、限外ろ過等によりエタノール水溶液と前記菌とに分離する(STEP8)。前記STEP8で得られたエタノール水溶液は、例えば、ゼオライト系脱水膜により濃縮され(STEP9)、99重量%以上のエタノールとなる。STEP8で分離された菌は、培養により増殖された後(STEP10)、前記STEP6で糖の水溶液に投入される菌として再利用される(STEP10)。   Next, the bacterium is added to the aqueous solution of the sugar obtained in STEP 5 (STEP 6), and ethanol is produced from the sugar by performing an ethanol fermentation treatment (STEP 7). After completion of the ethanol fermentation, the solution is separated into an aqueous ethanol solution and the bacteria by ultrafiltration or the like (STEP 8). The aqueous ethanol solution obtained in STEP 8 is concentrated by, for example, a zeolite-based dehydration membrane (STEP 9), and becomes 99% by weight or more of ethanol. The bacteria isolated in STEP 8 are propagated by culture (STEP 10), and then reused as the bacteria to be added to the aqueous sugar solution in STEP 6 (STEP 10).

図1に示すイナワラとして、本実施形態のリグノセルロースの糖化方法では、自然乾燥させたイナワラをカッターミルで粉砕してイナワラチップとし、例えば直径3mmのスクリーンフィルタを通過させたものを用いる。   As the inwara shown in FIG. 1, in the lignocellulose saccharification method of this embodiment, naturally dried inawara is pulverized with a cutter mill to form an inawara chip, for example, passed through a screen filter having a diameter of 3 mm.

次に、図1のSTEP1として、前記スクリーンフィルタを通過したイナワラチップ20kgを、図2(a)に示す高圧ボイラー1に収容して、水蒸気により加熱する。高圧ボイラー1は、円筒状の反応容器2と、反応容器2の下側に設けられた水蒸気吹込管3と、反応容器2の上側に設けられた水蒸気排出口4とを備えるものを用いることができる。水蒸気吹込管3は、反応容器2の内側下部に、その長手方向に延在しており、100mm毎に水蒸気噴出し口5が設けられている。水蒸気噴出し口5からは水蒸気が噴出され、該水蒸気により前記イナワラチップを加熱する。水蒸気吹込管3には、反応容器2の外側に入り口バルブ6が設けられており、反応容器2に供給する水蒸気量を調整することができる。   Next, as STEP 1 in FIG. 1, 20 kg of the inwara chip passing through the screen filter is accommodated in the high-pressure boiler 1 shown in FIG. As the high-pressure boiler 1, one having a cylindrical reaction vessel 2, a water vapor blowing pipe 3 provided on the lower side of the reaction vessel 2, and a water vapor outlet 4 provided on the upper side of the reaction vessel 2 is used. it can. The water vapor blowing tube 3 extends in the longitudinal direction at the inner lower portion of the reaction vessel 2, and a water vapor outlet 5 is provided every 100 mm. Water vapor is ejected from the water vapor ejection port 5, and the Inawara chip is heated by the water vapor. The steam blowing pipe 3 is provided with an inlet valve 6 outside the reaction vessel 2 so that the amount of water vapor supplied to the reaction vessel 2 can be adjusted.

反応容器2の一端には前扉蓋7が設けられており、前扉蓋7からイナワラチップの容器、例えばステンレス製の網かご8を収容することができる。網かご8は、反応容器2内に備えられた棚に設置された棚上用スペーサ9上に配置され、棚上用スペーサ9は、前記イナワラチップが凝縮水に浸らないよう反応容器2の底部から十分な空間を確保して設置されている。棚上用スペーサ9の上方には、図1のA−A線断面図である図2(b)に示すように、凝縮水が該イナワラチップに落下しないよう凝縮水防滴フード10が備えられている。反応容器2の下側には、凝縮水抜口11が設けられており、反応容器2内で生じた凝縮水は凝縮水抜口11から排出される。   A front door lid 7 is provided at one end of the reaction vessel 2, and a container of inwara chip, for example, a stainless steel cage 8 can be accommodated from the front door lid 7. The net cage 8 is disposed on a shelf spacer 9 installed on a shelf provided in the reaction vessel 2, and the shelf spacer 9 is arranged at the bottom of the reaction vessel 2 so that the inwara chip is not immersed in condensed water. It is installed with enough space. A condensate drip-proof hood 10 is provided above the shelf spacer 9, as shown in FIG. 2B, which is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. Yes. A condensed water outlet 11 is provided below the reaction vessel 2, and condensed water generated in the reaction vessel 2 is discharged from the condensed water outlet 11.

高圧ボイラー1は、pH10〜11.8のアルカリ性ボイラー用水を用いることが推奨されている。前記アルカリ性ボイラー水を水蒸気とすることにより、リグノセルロースに含まれるセルロースからリグニンを分離する効果が高まると共に、酵素糖化においても有益な効果を得ることができる。   The high pressure boiler 1 is recommended to use alkaline boiler water having a pH of 10 to 11.8. By using the alkaline boiler water as water vapor, the effect of separating lignin from cellulose contained in lignocellulose is enhanced, and a beneficial effect can be obtained also in enzymatic saccharification.

高圧ボイラー1に収容した前記イナワラは、反応容器2内を水封真空ポンプにより減圧状態にした後、水蒸気吹込管3から水蒸気を反応容器2内に供給することにより加熱される。このとき、水蒸気吹込管3から反応容器2への入り口での前記水蒸気の圧力は、略2MPaである。入り口バルブ6の開度を調整することで、反応容器2内の水の飽和温度が180℃となるように反応容器2内の蒸気圧力を1MPaとした後、入り口バルブ6を閉弁し30分間前記温度及び蒸気圧に維持する。所定時間経過後、水蒸気排出口4を開放し、水蒸気を排出する。反応容器2内の圧力が、大気圧と等しくなったら、反応容器2から前記イナワラチップを取り出す。このときの前記網かご内イナワラチップの温度変化を図3に示す。   The inwara housed in the high-pressure boiler 1 is heated by supplying water vapor into the reaction vessel 2 from the water vapor blowing tube 3 after reducing the pressure in the reaction vessel 2 with a water-sealed vacuum pump. At this time, the pressure of the water vapor at the entrance from the water vapor blowing tube 3 to the reaction vessel 2 is approximately 2 MPa. By adjusting the opening of the inlet valve 6, the vapor pressure in the reaction vessel 2 is set to 1 MPa so that the saturation temperature of water in the reaction vessel 2 becomes 180 ° C., and then the inlet valve 6 is closed for 30 minutes. Maintain the temperature and vapor pressure. After a predetermined time elapses, the water vapor outlet 4 is opened and water vapor is discharged. When the pressure in the reaction vessel 2 becomes equal to the atmospheric pressure, the inwara chip is taken out from the reaction vessel 2. FIG. 3 shows the temperature change of the inwara chip in the net cage at this time.

前記水蒸気による加熱処理時に、前扉蓋側網かご、中心部網かご及び後壁部側網かごの3ヶ所に収容されたイナワラチップの温度変化を測定すると、図3に示すように、前記イナワラチップは、加熱開始から略15分で所定の180℃まで昇温され、その後、水蒸気排出口4を開放するまでの30分間、前記3ヶ所の全てで一定の温度に保たれることが明らかである。これは、反応容器2内を所定の蒸気圧に維持することにより、該反応容器2内の温度が該所定の蒸気圧における水の飽和温度に維持されるからである。   When the temperature change of the inawara chips accommodated in the three locations of the front door lid side net cage, the central part net cage and the rear wall side net cage during the heat treatment with water vapor is measured, as shown in FIG. It is apparent that the chip is heated to a predetermined 180 ° C. in about 15 minutes from the start of heating, and then maintained at a constant temperature at all three locations for 30 minutes until the water vapor outlet 4 is opened. is there. This is because the temperature in the reaction vessel 2 is maintained at the saturation temperature of water at the predetermined vapor pressure by maintaining the inside of the reaction vessel 2 at a predetermined vapor pressure.

次に、前記水蒸気による加熱処理後のイナワラチップの含水率を測定し、該イナワラチップの湿重量を乾燥重量に換算し、これを基質重量とする。前記基質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の混合物)を10重量%となるように添加し、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リットルに対して基質重量を20%(w/v)となるように調整する(STEP2)。前記調整した水溶液を、糖化反応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酵素糖化させる(STEP3)。反応終了後、フィルタープレスを用いて固液分離して、糖の水溶液を得る。   Next, the moisture content of the locust chip after the heat treatment with water vapor is measured, the wet weight of the locust chip is converted into a dry weight, and this is used as the substrate weight. A commercially available saccharifying enzyme (produced by Genencor Kyowa Co., Ltd., trade name: GC220, a mixture of cellulase and hermirase) is added to 10% by weight with respect to the substrate weight, and further an acetate buffer and ion exchange water are added The pH is adjusted to 4.5, and the substrate weight is adjusted to 20% (w / v) with respect to 1 liter of the resulting aqueous solution (STEP 2). The adjusted aqueous solution is placed in a saccharification reaction tank and stirred at a temperature of 50 ° C. for 24 hours to enzymatically saccharify the cellulose contained in the adjusted aqueous solution (STEP 3). After completion of the reaction, solid-liquid separation is performed using a filter press to obtain an aqueous solution of sugar.

前記糖の水溶液中に含まれるグルコース及びキシロースの濃度を、高速液体クロマトグラフィ(HPLC)により測定して、該測定結果より該糖の収率を求めた(実施例1)。結果を表1に示す。   The concentration of glucose and xylose contained in the sugar aqueous solution was measured by high performance liquid chromatography (HPLC), and the yield of the sugar was determined from the measurement result (Example 1). The results are shown in Table 1.

一方、前記水蒸気による加熱処理の代わりに180℃の加圧熱水を用いて熱処理した後、該加圧熱水を除去して酵素糖化した以外は、実施例1と全く同一にして酵素糖化を行い糖の水溶液を得た。前記糖の水溶液中のグルコース及びキシロースの濃度をHPLCにより測定して、該測定結果より該糖の収率を求めた(比較例1)。結果を表1に示す。   On the other hand, enzymatic saccharification was performed in exactly the same manner as in Example 1 except that heat treatment was performed using 180 ° C. pressurized hot water instead of the heat treatment with water vapor, and then the pressurized hot water was removed and enzymatic saccharification was performed. An aqueous solution of sugar was obtained. The concentration of glucose and xylose in the sugar aqueous solution was measured by HPLC, and the yield of the sugar was determined from the measurement result (Comparative Example 1). The results are shown in Table 1.

また、前記熱処理を全く行わない以外は、実施例1と全く同一にして酵素糖化を行い糖の水溶液を得た。前記糖の水溶液中のグルコース及びキシロースの濃度をHPLCにより測定して、該測定結果より該糖の収率を求めた(参考例1)。結果を表1に示す。   Further, an enzymatic saccharification was carried out in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment was not performed at all to obtain an aqueous solution of sugar. The concentrations of glucose and xylose in the sugar aqueous solution were measured by HPLC, and the yield of the sugar was determined from the measurement results (Reference Example 1). The results are shown in Table 1.

表1から、加圧熱水による加熱処理を行った比較例1の糖化方法によれば、グルコースの収量は、加熱処理を全く行わなかった参考例1の糖化方法より多くなっているが、キシロースの収量は、前記参考例1の糖化方法とほぼ同等であることが明らかである。一方、水蒸気による加熱処理を行った実施例1の糖化方法によれば、グルコースの収量は、前記比較例1の糖化方法とほぼ同等であるが、キシロースの収量は、前記比較例1の糖化方法より多くなっていることが明らかである。   From Table 1, according to the saccharification method of Comparative Example 1 in which heat treatment with pressurized hot water was performed, the yield of glucose was higher than that in Reference Example 1 in which no heat treatment was performed. It is clear that the yield of is almost equivalent to that of the saccharification method of Reference Example 1. On the other hand, according to the saccharification method of Example 1 in which the heat treatment with water vapor was performed, the yield of glucose was almost the same as that of Comparative Example 1, but the yield of xylose was the same as that of Comparative Example 1. It is clear that it is more.

従って、実施例1の糖化方法によれば、比較例1の糖化方法よりも高い収率で糖類を得ることができることが明らかである。   Therefore, according to the saccharification method of Example 1, it is clear that saccharides can be obtained with a higher yield than the saccharification method of Comparative Example 1.

次に、前記水蒸気により加熱する前のイナワラの含水率を変えた以外は、実施例1と全く同一にして酵素処理して糖化させ、糖の水溶液を得た。前記水蒸気により加熱する前の前記イナワラの含水率は、6.4%(実施例2)、30.3%(実施例3)、40.6%(実施例4)、48.9%(実施例5)、65.4%(実施例6)、75.0%(実施例7)、80.9%(実施例8)、90.1%(実施例9)であった。次に、各含水率で得られた糖の水溶液のグルコース及びキシロースの濃度をHPLCにより測定して、該測定結果より該糖の収率を求めた。結果を表2に示す。   Next, except that the water content of the rice straw before heating with water vapor was changed, enzymatic treatment was performed in exactly the same manner as in Example 1 to obtain a saccharified aqueous solution. The water content of the rice straw before heating with the water vapor was 6.4% (Example 2), 30.3% (Example 3), 40.6% (Example 4), 48.9% (implemented) Example 5), 65.4% (Example 6), 75.0% (Example 7), 80.9% (Example 8), and 90.1% (Example 9). Next, the glucose and xylose concentrations of the aqueous sugar solution obtained at each water content were measured by HPLC, and the yield of the sugar was determined from the measurement results. The results are shown in Table 2.

表2から、前記水蒸気により加熱する前の含水率が75%以下(実施例2〜7)であれば、いずれも同程度の高い収率を得ることができることが明らかである。一方、前記水蒸気により加熱する前の含水率が75%を超えると(実施例8及び実施例9)、結果として糖全体の収率が低下することがある。前記糖全体の収率が低下することがある理由としては、前記水蒸気により加熱する前の含水率が高すぎると、該水蒸気による加熱中に、糖(キシロース)を含む水が滴下して、該糖がリグノセルロースから失われることによるものと考えられる。   From Table 2, it is clear that the same high yield can be obtained if the water content before heating with water vapor is 75% or less (Examples 2 to 7). On the other hand, when the water content before heating with water vapor exceeds 75% (Example 8 and Example 9), the yield of the whole sugar may be reduced as a result. The reason that the yield of the whole sugar may decrease is that if the water content before heating with the steam is too high, water containing sugar (xylose) is dropped during the heating with the steam, It is thought that sugar is lost from lignocellulose.

バイオエタノール製造方法のフローチャート。The flowchart of the bioethanol manufacturing method. 高圧ボイラーの説明的断面図。Explanatory sectional drawing of a high pressure boiler. 水蒸気による加熱時のイナワラチップの温度変化を示すグラフ。The graph which shows the temperature change of the Inawara chip | tip at the time of the heating by water vapor | steam.

符号の説明Explanation of symbols

1…高圧ボイラー。 1 ... High pressure boiler.

Claims (3)

ヘミセルロースとセルロースとを含むリグノセルロースを水蒸気により加熱して、該ヘミセルロースを糖化する工程と、
該水蒸気により加熱されたリグノセルロースを酵素処理することにより、該セルロースを糖化する工程とを備えることを特徴とするリグノセルロースの糖化方法。
Heating lignocellulose containing hemicellulose and cellulose with water vapor to saccharify the hemicellulose;
And a step of saccharifying the cellulose by enzymatic treatment of the lignocellulose heated by the water vapor.
前記ヘミセルロースを糖化して生成された糖を含むリグノセルロースを酵素処理することを特徴とする請求項1記載のリグノセルロースの糖化方法。   2. The method for saccharification of lignocellulose according to claim 1, wherein the lignocellulose containing sugar produced by saccharification of the hemicellulose is treated with an enzyme. 前記リグノセルロース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、加熱することを特徴とする請求項1または請求項2記載のリグノセルロースの糖化方法。
The lignocellulose is accommodated in a high-pressure boiler, water vapor having a temperature in the range of 200 to 220 ° C. is introduced into the high-pressure boiler, and maintained at a temperature in the range of 180 to 200 ° C. for a time in the range of 15 to 60 minutes. The method for saccharification of lignocellulose according to claim 1 or 2, wherein heating is performed.
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