[go: up one dir, main page]

JP2012125154A - Method for producing useful substance from cellulose-containing material and use thereof - Google Patents

Method for producing useful substance from cellulose-containing material and use thereof Download PDF

Info

Publication number
JP2012125154A
JP2012125154A JP2010276690A JP2010276690A JP2012125154A JP 2012125154 A JP2012125154 A JP 2012125154A JP 2010276690 A JP2010276690 A JP 2010276690A JP 2010276690 A JP2010276690 A JP 2010276690A JP 2012125154 A JP2012125154 A JP 2012125154A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cellulose
ionic liquid
containing material
derived
cellulase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010276690A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Katahira
悟史 片平
Risa Nakamura
里沙 中村
Tetsuya Mori
哲哉 森
Nobuhiro Ishida
亘広 石田
Chie Imamura
千絵 今村
Katsunori Koda
勝典 幸田
Haruo Takahashi
治雄 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP2010276690A priority Critical patent/JP2012125154A/en
Publication of JP2012125154A publication Critical patent/JP2012125154A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

【課題】イオン液体を用いてセルロースをより分解するのにより実用的なセルロース含有材料の処理方法を提供する。
【解決手段】セルロース含有材料とイオン液体とを接触させて前記セルロース含有材料にイオン液体を浸透させる工程と、前記セルロース含有材料を含む固相と、セルラーゼ及びキシラナーゼとを含む酵素群とを接触させて前記固相中のセルロースを分解する工程と、前記セルロース分解工程で得られたセルロース分解産物を含む炭素源を用いて微生物の発酵によって有用物質を生産する工程と、を備えるようにする。
【選択図】図1
The present invention provides a practical method for treating a cellulose-containing material by further decomposing cellulose using an ionic liquid.
A step of bringing a cellulose-containing material into contact with an ionic liquid to allow the ionic liquid to permeate the cellulose-containing material, a solid phase containing the cellulose-containing material, and an enzyme group containing cellulase and xylanase are brought into contact. A step of decomposing cellulose in the solid phase, and a step of producing a useful substance by fermentation of microorganisms using a carbon source containing a cellulose decomposition product obtained in the cellulose decomposition step.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、セルロース含有材料から有用物質を生産する方法及びその利用に関し、特に、イオン液体を用いて、セルロース含有材料から有用物質を生産する方法及びその利用に関する。   The present invention relates to a method for producing a useful substance from a cellulose-containing material and use thereof, and more particularly to a method for producing a useful substance from a cellulose-containing material using an ionic liquid and use thereof.

有限である石油資源を代替するものとして、植物の光合成作用に由来するバイオマスへの期待が高まってきており、バイオマスをエネルギーや各種材料に利用するための各種の試みがなされている。また、バイオマスを利用し、化成品やバイオ燃料に利用しようとする試みであるバイオリファイナリーの重要性が指摘され、実用化に向けた技術開発が進められている。バイオマスを、エネルギー源やその他の原料として有効利用するためには、バイオマスを動物や微生物が容易に利用可能な炭素源にまで分解・糖化することが必要である。実用化のために解決すべき課題としては、木質系又は草本系のバイオマスの主成分であるセルロース、なかでも結晶性セルロースの効率的な分解方法の開発が挙げられる。   As an alternative to finite petroleum resources, there is an increasing expectation for biomass derived from the photosynthetic action of plants, and various attempts have been made to use biomass for energy and various materials. In addition, the importance of biorefinery, which is an attempt to use biomass for chemical products and biofuels, has been pointed out, and technological development for practical application is underway. In order to effectively use biomass as an energy source and other raw materials, it is necessary to decompose and saccharify biomass into a carbon source that can be easily used by animals and microorganisms. Problems to be solved for practical use include development of an efficient decomposition method of cellulose, which is the main component of woody or herbaceous biomass, especially crystalline cellulose.

現状の糖化プロセスでは、バイオマスを高温・高圧処理や酸処理により前処理してセルロースを分離後、セルラーゼを作用させている。しかしながら、前処理に多大なエネルギーがかかるうえに大量のセルラーゼが必要となっているため、実用化において大きな課題となっている。   In the current saccharification process, biomass is pretreated by high-temperature / high-pressure treatment or acid treatment to separate cellulose, and then cellulase is allowed to act. However, since a large amount of energy is required for pretreatment and a large amount of cellulase is required, it is a big problem in practical use.

近年、イオン液体がセルロースを可溶化することが報告されている。例えば、クロライド系のイオン液体に100℃程度の条件下でセルロースを可溶化させる性質が見出されている(特許文献1、非特許文献1)。また、非クロライド系イオン液体が、よりマイルドな条件でセルロースを可溶化できることもわかってきている(特許文献2、非特許文献2、3、4)。   In recent years, it has been reported that ionic liquids solubilize cellulose. For example, it has been found that cellulose is solubilized in a chloride-based ionic liquid at about 100 ° C. (Patent Document 1, Non-Patent Document 1). It has also been found that non-chloride ionic liquids can solubilize cellulose under milder conditions (Patent Document 2, Non-Patent Documents 2, 3, and 4).

さらに、イオン液体で可溶化したセルロースをセルラーゼで糖化する試みもなされているが、イオン液体中ではセルラーゼが不活性化されるという報告がなされている(非特許文献2,4)。イオン液体でセルロースを可溶化するという前処理を施した後、可溶化後のセルロースを水などの親水性溶媒で洗浄してイオン液体を取り除き、その後、水に投入することで、セルラーゼで分解できることが報告されている(非特許文献5)。   Furthermore, attempts have been made to saccharify cellulose solubilized with ionic liquid with cellulase, but it has been reported that cellulase is inactivated in ionic liquid (Non-patent Documents 2 and 4). After pre-treatment of solubilizing cellulose with ionic liquid, cellulose after solubilization is washed with a hydrophilic solvent such as water to remove the ionic liquid, and then put into water so that it can be decomposed with cellulase Has been reported (Non-Patent Document 5).

さらにまた、イオン液体でセルロースを膨潤化し、その後イオン液体を除去した後に、酵素処理を行うという手法も試みられている(特許文献3、4、非特許文献6)。   Furthermore, a technique has also been tried in which cellulose is swelled with an ionic liquid and then the enzyme treatment is performed after the ionic liquid is removed (Patent Documents 3 and 4, Non-Patent Document 6).

特表2005−506401号公報JP 2005-506401 A 特開2006−137677号公報JP 2006-137777 A 米国特許出願公開第US2008/0227162号明細書US Patent Application Publication No. US2008 / 0227162 米国特許出願公開第US2008/0190013号明細書US Patent Application Publication No. US2008 / 0190013

R D. Rogerら、J. Am. Chem. Soc. 124(18),4974-4975, 2002R D. Roger et al., J. Am. Chem. Soc. 124 (18), 4974-4975, 2002 大野ら、Polym. Prep. Jpn., 55(1), 2090, 2006Ohno et al., Polym. Prep. Jpn., 55 (1), 2090, 2006 大野ら、Polym. Prep. Jpn., 56(1), 2198-2199, 2007Ohno et al., Polym. Prep. Jpn., 56 (1), 2198-2199, 2007 R D. Rogerら、Green Chem., 5, 443-447, 2003R D. Roger et al., Green Chem., 5, 443-447, 2003 C A. Schallら、Biotechnol. Bioeng., 95(5), 904-910,2006C A. Schall et al., Biotechnol. Bioeng., 95 (5), 904-910, 2006 Q. Liら、Bioresour Technol., Vol.100, p3570-3575, 2009Q. Li et al., Bioresour Technol., Vol.100, p3570-3575, 2009

上記各種文献は、それぞれ、イオン液体が、セルロース含有材料の前処理のエネルギーコスト改善に寄与することを開示している。しかしながら、イオン液体による前処理後のセルロースをセルラーゼによって分解し、さらにその分解物から有用物質を生産するという、セルロース含有材料の利用プロセス全体を通じて有用な手法や材料は未だに提供されていない。   Each of the above documents discloses that the ionic liquid contributes to the energy cost improvement of the pretreatment of the cellulose-containing material. However, no useful technique or material has yet been provided throughout the process of using cellulose-containing materials, in which cellulose after pretreatment with an ionic liquid is decomposed by cellulase and a useful substance is produced from the decomposition product.

そこで、本明細書の開示は、イオン液体を用いてセルロース含有材料から有用物質を生産するためのより実用的な方法等を提供することを一つの目的とする。   Accordingly, an object of the present disclosure is to provide a more practical method for producing a useful substance from a cellulose-containing material using an ionic liquid.

本発明者らは、セルロース含有材料を完全には溶解することなくセルロース含有材料を膨潤ないし構造緩和するようにイオン液体と接触させることで、セルロース含有材料を固相として維持して回収し、前記固相中のセルロースを、特定の酵素の組み合わせを用いて分解することで、前記固相中のセルロースを効率的に分解できるという知見を得た。また、本発明者らは、こうした酵素の組み合わせを微生物の細胞表層等に提示させて前記固相に接触させるとともに当該微生物にセルロース分解産物を直接利用させるようにすることで、当該固相から直接有用物質を効率的に生産できるという知見を得た。本明細書の開示は、これらの知見に基づいて提供される。   The present inventors maintain and recover the cellulose-containing material as a solid phase by bringing the cellulose-containing material into contact with the ionic liquid so as to swell or relax the structure without completely dissolving the cellulose-containing material, It has been found that the cellulose in the solid phase can be efficiently decomposed by decomposing the cellulose in the solid phase using a specific enzyme combination. In addition, the present inventors present such a combination of enzymes on a cell surface layer of a microorganism to contact the solid phase and allow the microorganism to directly use a cellulose degradation product, thereby directly from the solid phase. The knowledge that a useful substance can be produced efficiently was obtained. The disclosure herein is provided based on these findings.

本明細書の開示によれば、有用物質の生産方法であって、セルロース含有材料とイオン液体とを接触させて前記セルロース含有材料にイオン液体を浸透させる工程と、前記セルロース含有材料を含む固相と、セルラーゼ及びキシラナーゼとを含む酵素群とを接触させて、前記固相中のセルロースを分解する工程と、前記セルロース分解工程で得られたセルロース分解産物を含む炭素源を用いて微生物の発酵によって有用物質を生産する工程と、を備える、生産方法が提供される。   According to the disclosure of the present specification, a method for producing a useful substance, the step of bringing a cellulose-containing material and an ionic liquid into contact with each other to cause the cellulose-containing material to permeate the ionic liquid, and a solid phase containing the cellulose-containing material And a group of enzymes containing cellulase and xylanase to decompose cellulose in the solid phase, and by fermentation of microorganisms using a carbon source containing a cellulose degradation product obtained in the cellulose degradation step A production method comprising the steps of producing a useful substance.

前記酵素群は、Clostridium thermocellum由来のセロビオヒドロラーゼI(CtCel9A)及びClostridium thermocellum由来のセロビオヒドロラーゼ I(CtCbhA)のいずれか一方又は双方、Phanerochaete chrysosporium由来のセロビオヒドロラーゼ II(PcCBH II)、Trichoderma reesei由来のエンドグルカナーゼII(TrEG II)、及びTrichoderma reesei由来のキシラナーゼII(TrXyn II)を含有していてもよい。前記酵素群は、さらに、Aspergillus aculeatus由来のβグルコシダーゼ(AaBGA)を含んでいてもよい。また、前記セルロース含有材料は結晶性セルロースを含有していてもよい。   The enzyme group includes one or both of Clostridium thermocellum cellobiohydrolase I (CtCel9A) and Clostridium thermocellum cellobiohydrolase I (CtCbhA), Phanerochaete chrysosporium cellobiohydrolase II (PcCBH II), Trichoderma reesei Derived endoglucanase II (TrEG II) and Trichoderma reesei-derived xylanase II (TrXyn II) may be contained. The enzyme group may further contain β-glucosidase (AaBGA) derived from Aspergillus aculeatus. The cellulose-containing material may contain crystalline cellulose.

前記分解工程に先立って、前記固相とイオン液体とを固液分離する工程を備えていてもよい。また、セ前記酵素群の酵素の少なくとも一部は、前記1又は2以上の微生物が細胞表層に提示又は細胞外に分泌することで供給されてもよい。また、前記酵素群の酵素は、いずれも、前記微生物が細胞表層に提示することで供給されてもよい。さらに、前記イオン液体は、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムアセテートを含むことができる。前記微生物は、酵母であってもよい。   Prior to the decomposition step, a step of solid-liquid separation of the solid phase and the ionic liquid may be provided. In addition, at least a part of the enzymes of the group of enzymes may be supplied by the one or more microorganisms being presented on the cell surface or secreted extracellularly. In addition, any of the enzymes in the enzyme group may be supplied by the microorganisms presenting on the cell surface. Further, the ionic liquid may include 1-butyl-3-methylimidazolium acetate. The microorganism may be a yeast.

前記生産方法は、さらに、前記固液分離工程で分離した前記イオン液体を前記浸透工程に供給する工程、を備えることもできる。   The production method may further include a step of supplying the ionic liquid separated in the solid-liquid separation step to the permeation step.

本明細書の開示によれば、セルロース含有材料を分解するための酵素製剤であって、Clostridium thermocellum由来のセロビオヒドロラーゼ I (CtCel9A)及びClostridium thermocellum由来のセロビオヒドロラーゼ I(CtCbhA)のいずれか一方又は双方、Phanerochaete chrysosporium由来のセロビオヒドロラーゼ II(PcCBH II)、Trichoderma reesei由来のエンドグルカナーゼII(TrEG II)、Aspergillus aculeatus由来のβグルコシダーゼ(AaBGA)及びTrichoderma reesei由来のキシラナーゼII(TrXyn II)を含有する酵素製剤が提供される。前記酵素製剤は、Clostridium thermocellum由来のセロビオヒドロラーゼ I(CtCbhA)を含むことが好ましく、Aspergillus aculeatus由来のβグルコシダーゼ(AaBGA)を含むことが好ましい。   According to the disclosure of the present specification, an enzyme preparation for degrading a cellulose-containing material, which is one of cellobiohydrolase I (CtCel9A) derived from Clostridium thermocellum and cellobiohydrolase I (CtCbhA) derived from Clostridium thermocellum Or both contain cellobiohydrolase II from Phanerochaete chrysosporium (PcCBH II), endoglucanase II from Trichoderma reesei (TrEG II), β-glucosidase from Aspergillus aculeatus (AaBGA) and xylanase II from Trichoderma reesei (TrXyn II) An enzyme preparation is provided. The enzyme preparation preferably contains Clostridium thermocellum-derived cellobiohydrolase I (CtCbhA), and preferably contains Aspergillus aculeatus-derived β-glucosidase (AaBGA).

本明細書の開示によれば、セルロース含有材料を分解するための微生物製剤であって、Clostridium thermocellum由来のセロビオヒドロラーゼ I (CtCel9A)及びClostridium thermocellum由来のセロビオヒドロラーゼ I(CtCbhA)のいずれか一方又は双方、Phanerochaete chrysosporium由来のセロビオヒドロラーゼ II(PcCBH II)、Trichoderma reesei由来のエンドグルカナーゼII(TrEG II)、Aspergillus aculeatus由来のβグルコシダーゼ(AaBGA)及びTrichoderma reesei由来のキシラナーゼII(TrXyn II)を含み、これらの酵素のうち1又は2以上の酵素を細胞表層に提示又は細胞外に分泌する1又は2以上の微生物を含む、微生物製剤が提供される。前記微生物は、酵母であってもよい。   According to the disclosure of the present specification, a microorganism preparation for degrading a cellulose-containing material, which is one of cellobiohydrolase I (CtCel9A) derived from Clostridium thermocellum and cellobiohydrolase I (CtCbhA) derived from Clostridium thermocellum Or both include cellobiohydrolase II (PcCBH II) from Phanerochaete chrysosporium, endoglucanase II (TrEG II) from Trichoderma reesei, β-glucosidase (AaBGA) from Aspergillus aculeatus and xylanase II from Trichoderma reesei (TrXyn II) Provided is a microbial preparation comprising one or more microorganisms that present one or more of these enzymes on the cell surface or secrete them extracellularly. The microorganism may be a yeast.

本明細書の開示によれば、セルロース分解産物の生産方法であって、セルロース含有材料とイオン液体とを接触させて前記セルロース含有材料にイオン液体を浸透させる工程と、前記セルロース含有材料を含む固相とセルラーゼ及びキシラナーゼを含む酵素群とを接触させて、前記固相中のセルロースを分解する工程と、を備える、方法が提供される。   According to the disclosure of the present specification, there is provided a method for producing a cellulose degradation product, the step of bringing a cellulose-containing material and an ionic liquid into contact with each other and allowing the cellulose-containing material to permeate the ionic liquid; Contacting the phase with an enzyme group comprising cellulase and xylanase to degrade cellulose in the solid phase.

前記イオン液体は、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムアセテートを含むことができる。   The ionic liquid may include 1-butyl-3-methylimidazolium acetate.

本明細書の開示の有用物質の生産方法のフローの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the flow of the production method of the useful substance of an indication of this specification. 実施例1で作製した形質転換酵母に導入する遺伝子の種類及びベクターを示す図である。It is a figure which shows the kind of gene and vector which are introduce | transduced into the transformed yeast produced in Example 1. FIG. 糖化酵素分泌型酵母培養上清の組み合わせによる糖化試験結果を示す図である。It is a figure which shows the saccharification test result by the combination of a saccharification enzyme secretion type yeast culture supernatant. 前処理の相違と酵素の組み合わせとの関係を、糖化率で評価した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having evaluated the relationship between the difference of a pre-processing, and the combination of an enzyme by the saccharification rate. 糖化酵素分泌型酵母培養上清の組み合わせによる糖化試験結果を示す図である。It is a figure which shows the saccharification test result by the combination of a saccharification enzyme secretion type yeast culture supernatant. 好適な糖化酵素の組み合わせによる同時糖化発酵によるエタノール変換効率を示す図である。It is a figure which shows the ethanol conversion efficiency by simultaneous saccharification fermentation by the combination of a suitable saccharifying enzyme.

本明細書の開示は、セルロース含有材料からの有用物質の生産方法、セルロースの分解用の酵素製剤、微生物製剤及びセルロース分解産物の生産方法等に関する。本明細書の開示によれば、セルロース含有材料とイオン液体とを接触させて前記セルロース含有材料に前記イオン液体を浸透させることで、セルロース含有材料のセルロースを含むマトリックスの少なくとも一部が崩壊すると考えられる。これにより、セルラーゼがその基質であるセルロース等にアクセスしやすい状態が形成される。さらに、その後、こうした状態のセルロース含有材料を含む固相を回収して、この固相と特定組み合わせの酵素とを接触させることにより、この固相中のセルロースを効果的に分解できる。特に、酵素群に含まれるキシラナーゼが、イオン液体によって少なくとも部分的に崩壊したセルロース含有マトリックスの構成成分であるヘミセルロースの一種であるキシロースを分解することができる。このため、部分的に崩壊したマトリックスの崩壊が促進され、セルロースに対するセルラーゼ等のアクセスビリティを向上させ、セルロースの分解が促進される。この結果、微生物が生産する程度の少ない酵素量であっても、固相中のセルロースを効果的に分解できる。   The disclosure of the present specification relates to a method for producing a useful substance from a cellulose-containing material, an enzyme preparation for degrading cellulose, a microbial preparation, a method for producing a cellulose degradation product, and the like. According to the disclosure of the present specification, it is considered that at least part of the matrix containing cellulose of the cellulose-containing material is collapsed by bringing the cellulose-containing material into contact with the ionic liquid and allowing the cellulose-containing material to permeate the ionic liquid. It is done. As a result, a state is formed in which cellulase can easily access cellulose or the like as its substrate. Furthermore, after that, the solid phase containing the cellulose-containing material in such a state is recovered, and the cellulose in the solid phase can be effectively decomposed by bringing the solid phase into contact with a specific combination of enzymes. In particular, the xylanase contained in the enzyme group can decompose xylose, which is a kind of hemicellulose, which is a constituent component of the cellulose-containing matrix that is at least partially disintegrated by the ionic liquid. For this reason, disintegration of the partially disintegrated matrix is promoted, accessibility of cellulase and the like to cellulose is improved, and decomposition of cellulose is promoted. As a result, the cellulose in the solid phase can be effectively decomposed even with a small amount of enzyme produced by microorganisms.

なお、水性媒体などの、セルロース含有材料に対して貧溶媒であってセルロース分解産物に対して親溶媒である溶媒を供給することにより、イオン液体が浸透されたセルロース含有マトリックスに対して失活することなくセルラーゼが作用することができる。同様に、こうした酵素群を分泌ないし表層提示する微生物の発酵・増殖抑制も防止される。   In addition, by supplying a solvent that is a poor solvent for the cellulose-containing material and a parent solvent for the cellulose degradation product, such as an aqueous medium, the cellulose-containing matrix infiltrated with the ionic liquid is deactivated. Cellulase can work without it. Similarly, fermentation and growth suppression of microorganisms that secrete or display such enzymes are prevented.

また、イオン液体を浸透させて、セルロース含有マトリックスを少なくとも部分的に崩壊させるとともに、セルロース含有材料を固相として回収することにより、簡易にかつ低コストでイオン液体を再利用できる。また、イオン液体との接触工程は、高温高圧を要しないため、従来に比して低エネルギーコストとなっている。   Further, the ionic liquid can be reused easily and at low cost by impregnating the ionic liquid to at least partially collapse the cellulose-containing matrix and collecting the cellulose-containing material as a solid phase. Moreover, since the contact process with an ionic liquid does not require high temperature and pressure, it is a low energy cost compared with the past.

以下、本明細書に開示される各種の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本明細書に開示されるセルロース含有材料からの有用物質の生産方法のフローの一例を示す図である。   Hereinafter, various embodiments disclosed in this specification will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a flow of a method for producing a useful substance from a cellulose-containing material disclosed in the present specification.

(セルロース含有材料)
本明細書において、セルロースとは、グルコースがβ-1,4-グルコシド結合により重合した重合体及びその誘導体をいう。セルロースにおけるグルコースの重合度は特に限定しないが、好ましくは200以上である。また、誘導体としては、カルボキシメチル化、アルデヒド化、若しくはエステル化などの誘導体が挙げられる。また、セルロースは、その部分分解物である、セロオリゴ糖、セロビオースを含んでいてもよい。さらに、セルロースは、配糖体であるβグルコシド、リグニン及び/又はヘミセルロースとの複合体であるリグノセルロース、さらにペクチンなどとの複合体であってもよい。セルロース は、結晶性セルロースであってもよいし、非結晶性セルロースであってもよいが、好ましくは結晶性セルロースを含む。さらに、セルロースは、天然由来のものでも、人為的に合成したものでもよい。セルロースの由来も特に限定しない。植物由来のものでも、真菌由来のものでも、細菌由来のものであってもよい。
(Cellulose-containing material)
In the present specification, cellulose refers to a polymer in which glucose is polymerized by β-1,4-glucoside bonds and derivatives thereof. The degree of polymerization of glucose in cellulose is not particularly limited, but is preferably 200 or more. In addition, examples of the derivative include derivatives such as carboxymethylation, aldehyde formation, or esterification. Cellulose may contain cellooligosaccharide and cellobiose, which are partially decomposed products thereof. Further, the cellulose may be a complex with β-glucoside, which is a glycoside, lignocellulose, which is a complex with lignin and / or hemicellulose, and pectin. The cellulose may be crystalline cellulose or non-crystalline cellulose, but preferably contains crystalline cellulose. Furthermore, the cellulose may be naturally derived or artificially synthesized. The origin of cellulose is not particularly limited. It may be derived from plants, fungi, or bacteria.

本明細書において、セルロース含有材料とは、上記したセルロースを含むものであればよい。したがって、セルロースは結晶性セルロースであっても非結晶性セルロースであってもよい。セルロース含有材料は、セルロースのほかヘミセルロースやリグニンを含むいわゆるリグノセルロースを含むものであってもよい。なお、リグノセルロースには、通常、結晶性セルロースを含有している。セルロース含有材料としては、綿や麻などの天然繊維品、レーヨン、キュプラ、アセテート、リヨセルなどの再生繊維品、稲ワラ、麦ワラなどの各種ワラ、籾殻、バガス、木材チップなどの農産廃棄物、古紙、建築廃材などの各種廃棄物などを含むバイオマス(木質系及び草本系)が挙げられる。なかでも、イオン液体[Bmim][OAc]による処理は、ハード系バイオマス(木質系バイオマス)に効果的である。   In the present specification, the cellulose-containing material may be any material that contains cellulose as described above. Accordingly, the cellulose may be crystalline cellulose or non-crystalline cellulose. The cellulose-containing material may contain so-called lignocellulose containing hemicellulose or lignin in addition to cellulose. Lignocellulose usually contains crystalline cellulose. Cellulose-containing materials include natural fiber products such as cotton and linen, recycled fiber products such as rayon, cupra, acetate, and lyocell, various straws such as rice straw and wheat straw, agricultural waste such as rice husks, bagasse and wood chips, and waste paper And biomass (woody and herbaceous) containing various wastes such as building waste. Among these, the treatment with the ionic liquid [Bmim] [OAc] is effective for hard biomass (woody biomass).

本明細書に開示される各種実施形態に適用されるセルロース含有材料は特に限定されない。後述する実施例においても開示するように、イオン液体は、セルロース含有材料が結晶性セルロースを含んでいても、セルロースがリグニンやヘミセルロースとマトリックスを構成していても、セルロース含有材料に浸透しその一部を少なくとも崩壊できることがわかっている。すなわち、結晶性セルロースのように、水素結合により強固に相互作用して結晶性の高い領域を形成していても、イオン液体は浸透し、その構造を緩和してセルラーゼによる分解を促進できる。また、本発明者らの検討によれば、イオン液体による浸透工程を実施する場合、イオン液体のセルロースを含むマトリックスへの作用を考慮すると、セルロース含有材料は水に不溶性あるいは難溶解性のものであることが好ましい。かかるセルロース含有材料としては、例えば、結晶性セルロースを含有するセルロース含有材料、セルロースのほかリグニン及び/又はヘミセルロースを含有する植物細胞壁由来のセルロース含有マトリックスを含む材料が挙げられる。典型的には、草本系や木質系のバイオマスが挙げられる。セルロース含有材料は、浸透工程に先立って、粉砕、細断等により、微細化されていてもよい。セルロース含有材料は、粉末の形態を取ることが好ましいが、その平均粒経が、4mm以下であることが好ましい。典型的には、1000μm以下であることが好ましい。また、平均粒経は、粉砕操作を考慮すると100μm以上であることが好ましく、150μm以上であることが好ましく、250μm程度であってもよい。   The cellulose-containing material applied to the various embodiments disclosed in the present specification is not particularly limited. As disclosed in the examples described later, the ionic liquid penetrates into the cellulose-containing material even if the cellulose-containing material contains crystalline cellulose or the cellulose constitutes a matrix with lignin or hemicellulose. It is known that at least the part can be collapsed. That is, like crystalline cellulose, even if it strongly interacts by hydrogen bonding to form a region with high crystallinity, the ionic liquid permeates, relaxes the structure, and promotes decomposition by cellulase. Further, according to the study by the present inventors, in the case of carrying out the permeation step with an ionic liquid, considering the action of the ionic liquid on the matrix containing cellulose, the cellulose-containing material is insoluble or hardly soluble in water. Preferably there is. Examples of the cellulose-containing material include a cellulose-containing material containing crystalline cellulose, and a material containing a cellulose-containing matrix derived from a plant cell wall containing lignin and / or hemicellulose in addition to cellulose. Typically, herbaceous or woody biomass is mentioned. The cellulose-containing material may be refined by pulverization, chopping or the like prior to the infiltration step. The cellulose-containing material preferably takes the form of a powder, but its average particle size is preferably 4 mm or less. Typically, it is preferably 1000 μm or less. The average particle size is preferably 100 μm or more in consideration of the pulverization operation, preferably 150 μm or more, and may be about 250 μm.

(セルロース含有材料からの有用物質の生産方法)
(浸透工程)
本明細書に開示されるセルロース含有材料から有用物質を生産する方法(以下、単に、本生産方法という。)は、セルロース含有材料とイオン液体とを接触させて前記セルロース含有材料中に前記イオン液体を浸透させる工程、を備えることができる。以下、この工程を浸透工程という。この浸透工程では、液相であるイオン液体と固相であるセルロース含有材料とを接触させる。なお、イオン液体は、カチオン成分とアニオン成分とを備え、常温、典型的には100℃以下でも液体として存在する塩である。イオン液体については後段で詳述する。
(Method for producing useful substances from cellulose-containing materials)
(Penetration process)
A method for producing a useful substance from a cellulose-containing material disclosed in the present specification (hereinafter, simply referred to as this production method) is a method in which a cellulose-containing material and an ionic liquid are brought into contact with each other to bring the ionic liquid into the cellulose-containing material. Infiltrating. Hereinafter, this process is referred to as an infiltration process. In this permeation step, an ionic liquid that is a liquid phase is brought into contact with a cellulose-containing material that is a solid phase. The ionic liquid is a salt that includes a cation component and an anion component and exists as a liquid even at room temperature, typically 100 ° C. or lower. The ionic liquid will be described in detail later.

イオン液体は、セルロース含有材料のセルロースを含むマトリックスに浸透性を有しており、セルロース含有材料の少なくとも一部を崩壊させその構造を緩和することができる。本明細書において、浸透とは、セルロース含有材料中のセルロースを含むマトリックスの構造緩和を意図しており、セルロース含有材料中のセルロースの全てを溶解することまでを意図するものではない。したがって、浸透の結果、セルロースの一部が溶解することを排除するものではない。本明細書の開示を拘束するものではないが、セルロースは、多くの場合、疎水性領域と親水性領域とを併せ持つ高分子材料である。イオン液体は、カチオン成分とアニオン成分とを含み、多くの材料に対して高い溶解性や浸透性を発揮する。したがって、イオン液体がセルロースのどの部分と作用するかは不明であるが、セルロースのいずれかの領域に親和性を有するため、セルロース系含有マトリックスに浸透し、その少なくとも一部を緩和ないし崩壊するものと考えられる。また、セルロース含有材料が、セルロース以外にヘミセルロースやリグニンを含むセルロース含有マトリックスを備えている場合には、同様に、これらの成分のいずれかの領域と相互作用して、セルロース含有マトリックスに浸透し、その一部を緩和ないし崩壊するものと考えられる。   The ionic liquid is permeable to the matrix containing cellulose of the cellulose-containing material, and can disintegrate at least a part of the cellulose-containing material and relax its structure. In this specification, osmosis | permeation intends the structural relaxation of the matrix containing the cellulose in a cellulose containing material, and does not intend to melt | dissolve all the cellulose in a cellulose containing material. Therefore, it does not exclude that a part of cellulose is dissolved as a result of permeation. Although not limiting the disclosure herein, cellulose is often a polymeric material having both a hydrophobic region and a hydrophilic region. An ionic liquid contains a cation component and an anion component, and exhibits high solubility and permeability to many materials. Therefore, it is unclear which part of cellulose the ionic liquid acts on, but it has affinity for any region of cellulose, so it penetrates into the cellulosic matrix and relaxes or disintegrates at least part of it. it is conceivable that. In addition, when the cellulose-containing material has a cellulose-containing matrix containing hemicellulose or lignin in addition to cellulose, similarly, it interacts with any region of these components and penetrates into the cellulose-containing matrix, It is thought that a part of it will ease or collapse.

浸透工程で用いるイオン液体は、特に限定しないが、セルロース含有材料に浸透するものであればよい。こうしたイオン液体であれば、そのカチオン成分やアニオン成分の組み合わせにより、セルロースを含むマトリックスを少なくとも部分的に崩壊できると考えられる。こうしたイオン液体としては、親水性イオン液体を用いることが好ましい。本明細書において、親水性イオン液体は、水と二相分離せずに混合するイオン液体をいうものとする。また、親水性イオン液体は、少なくとも、微生物による発酵温度の範囲で水と混合するイオン液体であればよい。セルロース含有材料へ浸透性を有する親水性イオン液体は、例えば、セルロース含有材料と混合したとき、セルロース含有材料を懸濁ないし分散することができるようなイオン液体が挙げられる。   The ionic liquid used in the permeation process is not particularly limited as long as it permeates the cellulose-containing material. If it is such an ionic liquid, it is thought that the matrix containing cellulose can be at least partially disintegrated by the combination of the cation component and the anion component. As such an ionic liquid, it is preferable to use a hydrophilic ionic liquid. In the present specification, the hydrophilic ionic liquid refers to an ionic liquid that is mixed with water without two-phase separation. Moreover, the hydrophilic ionic liquid should just be an ionic liquid mixed with water at least in the range of the fermentation temperature by microorganisms. Examples of the hydrophilic ionic liquid having permeability to the cellulose-containing material include an ionic liquid capable of suspending or dispersing the cellulose-containing material when mixed with the cellulose-containing material.

親水性イオン液体としては、特に限定されないが、例えば、第四級アンモニウム塩、第四級ホスホニウム塩、炭化水素基等で置換された置換イミダゾリウム塩、置換ピリジニウム塩、置換ピペリジニウム塩(脂環式第4級アンモニウム塩)、第三級スルホニウム塩等が挙げられ、本発明のイオン液体としては、第四級アンモニウム塩、第四級ホスホニウム塩、置換イミダゾリウム塩、置換ピリジニウム塩及び置換ピペリジニウム塩が好ましく用いられる。第4級アンモニウム塩、第4級ホスホニウム塩、置換イミダゾリウム塩、置換ピリジニウム塩及び置換ピペリジニウム塩をそれぞれ一般式(I)〜(V)として表す。   The hydrophilic ionic liquid is not particularly limited, and examples thereof include quaternary ammonium salts, quaternary phosphonium salts, substituted imidazolium salts substituted with hydrocarbon groups, substituted pyridinium salts, substituted piperidinium salts (alicyclic). Quaternary ammonium salts), tertiary sulfonium salts, and the like. The ionic liquid of the present invention includes quaternary ammonium salts, quaternary phosphonium salts, substituted imidazolium salts, substituted pyridinium salts and substituted piperidinium salts. Preferably used. Quaternary ammonium salts, quaternary phosphonium salts, substituted imidazolium salts, substituted pyridinium salts and substituted piperidinium salts are represented by the general formulas (I) to (V), respectively.

親水性イオン液体の構成カチオン種としては、一般式(I)に示すように、同一または相異なる4つ置換基が窒素原子に結合したアンモニウムカチオン、一般式(II)に示すように、同一または相異なる4つの置換基がリン原子に結合したホスホニウムカチオン、一般式(III)に示すように、イミダゾール環の2つの窒素原子が同一又は相異なる置換基と結合したイミダゾリウムカチオン、一般式(IV)に示すように、ピリジン環上の窒素原子が置換基と結合したピリジニウムカチオン、一般式(V)に示すように、ピペリジン環上の窒素原子が置換基と結合したピペリジニウムカチオン、同一または相異なる3つの置換基がイオウ原子に結合したスルホニウムカチオンなどが挙げられる。なお、環状構造を有するカチオン種にあっては、各種環上の炭素原子に低級アルキル等の置換基が結合されていてもよい。   As the constituent cation species of the hydrophilic ionic liquid, as shown in the general formula (I), an ammonium cation in which four identical or different substituents are bonded to a nitrogen atom, as shown in the general formula (II), the same or A phosphonium cation in which four different substituents are bonded to a phosphorus atom, as shown in the general formula (III), an imidazolium cation in which two nitrogen atoms of the imidazole ring are bonded to the same or different substituents, a general formula (IV ) A pyridinium cation in which the nitrogen atom on the pyridine ring is bonded to a substituent, as shown in the general formula (V), a piperidinium cation in which the nitrogen atom on the piperidine ring is bonded to a substituent, the same or Examples include sulfonium cations in which three different substituents are bonded to a sulfur atom. In the cationic species having a cyclic structure, a substituent such as lower alkyl may be bonded to carbon atoms on various rings.

好ましい構成カチオン種としては、イミダゾール環の2つの窒素原子が同一又は相異なる置換基と結合したイミダゾリウムカチオン、ピリジン環上の窒素原子が置換基と結合したピリジニウムカチオン及びピペリジン環上の窒素原子が置換基と結合したピペリジニウムカチオンが挙げられる。なお、これらの環状体は、2個が連結されるなどの多環構造を形成していてもよい。   Preferred constituent cation species include an imidazolium cation in which two nitrogen atoms of the imidazole ring are bonded to the same or different substituents, a pyridinium cation in which a nitrogen atom on the pyridine ring is bonded to a substituent, and a nitrogen atom on the piperidine ring. Examples include piperidinium cations bonded to a substituent. In addition, these cyclic bodies may form a polycyclic structure in which two are connected.

これらのカチオン種における置換基(一般式(I)〜(V)中においてはR1〜R4で表される。)としては、それぞれ独立に炭素数1〜8程度であって、直鎖状又は分岐状のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基等であることが好ましい。好ましいアルキル基としては、炭素数1〜6、より好ましくは炭素数1〜4の直鎖状のアルキル基が挙げられる。具体的には、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基などが挙げられる。また、置換基には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基の炭素数1〜4程度のアルキル基を備えるアルコキシ基を有していてもよい。好ましくは、2−メトキシエチル基のように、アルキル鎖の末端にアルコキシ基を備える。   The substituents in these cationic species (represented by R1 to R4 in the general formulas (I) to (V)) are each independently about 1 to 8 carbon atoms and are linear or branched And preferably an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group or the like. Preferable alkyl groups include linear alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms, more preferably 1 to 4 carbon atoms. Specific examples include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group, an n-pentyl group, and an n-hexyl group. In addition, the substituent may have an alkoxy group having an alkyl group having about 1 to 4 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, and an n-butyl group. Preferably, an alkoxy group is provided at the end of the alkyl chain, such as a 2-methoxyethyl group.

好ましいカチオン種としては、例えばN-メチルイミダゾリウム、N-エチルイミダゾリウム、1,3−ジメチルイミダゾリウム、1,3−ジエチルイミダゾリウム、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、1−プロピル−3−メチルイミダゾリウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウム、1,2,3−トリメチルイミダゾリウムおよび1,2,3,4−テトラメチルイミダゾリウムなどが挙げられる。また、N−プロピルピリジニウム、N−ブチルピリジニウム、1,4−ジメチルピリジニウム、1−ブチル−4−メチルピリジニウムおよび1−ブチル−2,4−ジメチルピリジニウムなどが挙げられる。さらに、トリメチルアンモニウム、エチルジメチルアンモニウム、ジエチルメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、テトラメチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム等が挙げられる。   Examples of preferable cationic species include N-methylimidazolium, N-ethylimidazolium, 1,3-dimethylimidazolium, 1,3-diethylimidazolium, 1-ethyl-3-methylimidazolium, and 1-propyl-3. -Methylimidazolium, 1-butyl-3-methylimidazolium, 1-hexyl-3-methylimidazolium, 1,2,3-trimethylimidazolium, 1,2,3,4-tetramethylimidazolium, etc. It is done. Further, N-propylpyridinium, N-butylpyridinium, 1,4-dimethylpyridinium, 1-butyl-4-methylpyridinium, 1-butyl-2,4-dimethylpyridinium, and the like can be given. Furthermore, trimethylammonium, ethyldimethylammonium, diethylmethylammonium, triethylammonium, tetramethylammonium, triethylmethylammonium, tetraethylammonium and the like can be mentioned.

カチオンは、1種を用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いることもできる。好ましいのはイミダゾリウムカチオンである。例えば、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムカチオンなどの非対照イミダゾリウムカチオン、1−(2−メトキシ)エチル−3−メチルイミダゾリウムカチオンなどの非対照イミダゾリウムカチオン等が挙げられる。   One type of cation may be used, or two or more types may be used in combination. Preferred is an imidazolium cation. Examples include non-control imidazolium cations such as 1-ethyl-3-methylimidazolium cation, non-control imidazolium cations such as 1- (2-methoxy) ethyl-3-methylimidazolium cation, and the like.

アニオン種としては、例えば、ハロゲンアニオン、カルボキシレートアニオン、スルホネートアニオン、リン酸アニオンが挙げられる。ハロゲンアニオンとしては塩素アニオン、臭素アニオンおよびヨウ素アニオンなどが挙げられる。カルボキシレートアニオンとしては、炭素数1〜18のモノカルボキシレートアニオンおよびジカルボキシレートアニオン、例えばホルメートアニオン、アセテートアニオン、フマレートイオアニン、オキサレートアニオン、ラクテートアニオンおよびピルベートアニオン等が挙げられる。スルホネートアニオンとしては、スルホン酸アニオン、メタンスルホン酸アニオン、オクタンスルホン酸アニオン、ドデカンスルホン酸アニオンおよびエイコサンスルホン酸アニオンなどが挙げられる。リン酸アニオンとしては、リン酸アニオン、メチルリン酸モノエステルアニオン、エチルリン酸モノエステルアニオン、プロピルリン酸モノエステルアニオン、ブチルリン酸モノエステルアニオン、メチルリン酸ジエステルアニオン、エチルリン酸ジエステルアニオン、プロピルリン酸ジエステルアニオン、ブチルリン酸ジエステルアニオンなどが挙げられる。これらのうち、好ましくは、各種リン酸アニオン、カルボキシレートアニオン、ハロゲンアニオンである。   Examples of the anion species include a halogen anion, a carboxylate anion, a sulfonate anion, and a phosphate anion. Examples of the halogen anion include chlorine anion, bromine anion and iodine anion. Examples of the carboxylate anion include C1-C18 monocarboxylate anion and dicarboxylate anion such as formate anion, acetate anion, fumarate ioanine, oxalate anion, lactate anion and pyruvate anion. Examples of the sulfonate anion include a sulfonate anion, a methanesulfonate anion, an octanesulfonate anion, a dodecanesulfonate anion, and an eicosanesulfonate anion. Phosphate anions include phosphate anion, methyl phosphate monoester anion, ethyl phosphate monoester anion, propyl phosphate monoester anion, butyl phosphate monoester anion, methyl phosphate diester anion, ethyl phosphate diester anion, propyl phosphate diester anion And butyl phosphate diester anion. Of these, various phosphate anions, carboxylate anions, and halogen anions are preferable.

このようなイオン液体としては、例えば、イミダゾリウムカルボキシレート、イミダゾリウムクロライド及びイミダゾリウムジアルキルホスフェートなどが挙げられ、更に好ましくは、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジアルキルホスフェート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムホルメート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアセテート、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムアセテート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムアセテート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムフマレート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムラクテート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロライドである。特に好ましくは、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジアルキル(特にはジエチル)ホスフェート、1−エチル3−メチルイミダゾリウムホルメート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアセテート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムアセテート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロライドが挙げられる。   Examples of such ionic liquids include imidazolium carboxylate, imidazolium chloride and imidazolium dialkyl phosphate, and more preferably 1-ethyl-3-methylimidazolium dialkyl phosphate, 1-ethyl-3- Methyl imidazolium formate, 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate, 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium acetate, 1-butyl-3-methylimidazolium acetate, 1-ethyl-3-methylimidazolium Fumarate, 1-ethyl-3-methylimidazolium lactate, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride. Particularly preferably, 1-ethyl-3-methylimidazolium dialkyl (especially diethyl) phosphate, 1-ethyl-3-methylimidazolium formate, 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate, 1-butyl-3-methyl Examples include imidazolium acetate, 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride, and 1-butyl-3-methylimidazolium chloride.

浸透工程で用いるイオン液体としては、少なくとも1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムアセテート([Bmim][OAc])を含むことが好ましい。[Bmim][OAc]は、単独で用いることができるが、[Bmim][OAc]の作用を阻害しない範囲で他のイオン液体と2種類以上を組み合わせて用いることもできる。[Bmim][OAc]の有するアニオンとカチオンの作用によれば、ソフトバイオマスであってもハードバイオマスであっても効果的にセルロースの結晶構造を崩壊させることができる。また、[Bmim][OAc][によれば、固液分離によってセルロース含有材料から[Bmim][OAc]を分離することで、[Bmim][OAc]が残留していても、セルラーゼがセルロースを効果的に分解できる。このため、イオン液体の洗浄工程を省略又は回避でき、セルロース含有材料の処理工程、分解工程を簡略化することができる。また、親水性イオン液体である[Bmim][OAc]は、セルロース含有材料に対して貧溶媒でありセルロース分解産物に親溶媒である溶媒、例えば、水と自由に混合する。このため、セルロース含有材料に浸透した[Bmim][OAc]は、セルラーゼを含む水と混合すると考えられる。本発明者らは、親水性イオン液体は酵素反応を阻害し、セルロース含有材料中に[Bmim][OAc]が残留していると、酵素反応が進行しないと考えられた。しかしながら、本発明者らの予想に反して、[Bmim][OAc]がセルロース含有材料に浸透し、セルラーゼの基質であるセルロースに極めて近接して存在していても、セルラーゼのセルロース分解反応が阻害されることなく、セルロースが効果的に分解されることがわかった。   The ionic liquid used in the permeation step preferably contains at least 1-butyl-3-methylimidazolium acetate ([Bmim] [OAc]). [Bmim] [OAc] can be used alone, but can also be used in combination with two or more other ionic liquids as long as the action of [Bmim] [OAc] is not inhibited. According to the action of the anion and cation of [Bmim] [OAc], the crystal structure of cellulose can be effectively destroyed regardless of whether it is soft biomass or hard biomass. Further, according to [Bmim] [OAc] [, by separating [Bmim] [OAc] from the cellulose-containing material by solid-liquid separation, even if [Bmim] [OAc] remains, the cellulase does not dissolve the cellulose. It can be decomposed effectively. For this reason, the washing | cleaning process of an ionic liquid can be abbreviate | omitted or avoided, and the process process of a cellulose containing material and a decomposition | disassembly process can be simplified. [Bmim] [OAc], which is a hydrophilic ionic liquid, is a poor solvent for the cellulose-containing material and is freely mixed with a solvent that is a parent solvent for the cellulose degradation product, for example, water. For this reason, it is thought that [Bmim] [OAc] that has penetrated into the cellulose-containing material is mixed with water containing cellulase. The present inventors thought that the hydrophilic ionic liquid inhibits the enzyme reaction, and the enzyme reaction does not proceed when [Bmim] [OAc] remains in the cellulose-containing material. However, contrary to our expectation, even when [Bmim] [OAc] penetrates into the cellulose-containing material and is present in close proximity to cellulose, which is the cellulase substrate, cellulase degradation reaction of cellulase is inhibited. It was found that cellulose was effectively decomposed without being carried out.

イオン液体の純度は高いことが好ましい。イオン液体の合成工程の不純物は、イオン液体と親水性溶媒とを混合して得られる媒体のpHに大きく影響し、結果として酵素の触媒活性に大きく影響する場合があるからである。本発明者らによれば、例えば、イミダゾリウム系カチオンを用いるイオン液体の場合、純度が低いほど水や緩衝液などの親水性溶媒と混合したときのpHがアルカリにシフトしやすく、セルラーゼによるセルロース分解活性が低下する傾向があることがわかっている。   The purity of the ionic liquid is preferably high. This is because impurities in the process of synthesizing the ionic liquid greatly affect the pH of the medium obtained by mixing the ionic liquid and the hydrophilic solvent, and as a result, may greatly affect the catalytic activity of the enzyme. According to the present inventors, for example, in the case of an ionic liquid using an imidazolium cation, the lower the purity, the easier the pH when mixed with a hydrophilic solvent such as water or a buffer solution is shifted to alkali, and cellulose by cellulase It has been found that the degradation activity tends to decrease.

セルロース含有材料とイオン液体とを接触させる方法は特に限定されない。セルロース含有材料はイオン液体が浸透されれば足り、必ずしもイオン液体中にセルロース含有材料が浸漬され、分散され、あるいは懸濁された状態であることを要しない。セルロース含有材料にイオン液体を浸透させるには、例えば、十分量のイオン液体の液相中にセルロース含有材料を供給し浸漬するようにしてもよいし、セルロース含有材料に対してイオン液体を噴霧等によりセルロース含有材料に浸透させるのに必要量程度供給してもよい。   The method for bringing the cellulose-containing material into contact with the ionic liquid is not particularly limited. The cellulose-containing material only needs to be infiltrated with the ionic liquid, and the cellulose-containing material does not necessarily need to be immersed, dispersed, or suspended in the ionic liquid. In order to permeate the ionic liquid into the cellulose-containing material, for example, the cellulose-containing material may be supplied and immersed in a liquid phase of a sufficient amount of the ionic liquid, or the ionic liquid is sprayed on the cellulose-containing material. May be supplied in an amount necessary to permeate the cellulose-containing material.

セルロース含有材料中にイオン液体を浸透させるための処理条件は適宜設定することができる。適度に、例えば、150℃以下程度の範囲で加熱してもよい。好ましくは40℃以上、より好ましくは50℃以上、さらに好ましくは80℃以上に加熱する。加熱を行うことで、イオン液体のセルロース含有材料への浸透を促進することができる。150℃を超えると、セルロース含有材料の種類によっては好ましくない反応が生じる可能性があり、40℃未満では、加熱の効果が得られにくいからである。加熱時間は、用いるセルロース含有材料の大きさ(粉砕されている場合は、平均粒子径、チップ等の場合には、平均長さ等)や起源(ソフトバイオマス、ハードバイオマス、さらにはその中での分類まで含む)に応じて適宜決定するが、セルロースのイオン液体側の溶解が多くならない範囲とすることが好ましい。セルロースの溶解が進行し、イオン液体側へのセルロースの溶解量が増えると、後段での分解工程に供するセルロースが減少し、利用率が低下するからである。例えば、温度は80℃以上とすることが好ましい。好ましくは130℃以下である。また、加熱温度にもよるが、加熱時間は2時間以下とすることができる。さらに、加熱時間は1時間以下であってもよく、30分程度であっても1時間による処理と同等の糖化効率を得ることができる。   Treatment conditions for allowing the ionic liquid to penetrate into the cellulose-containing material can be set as appropriate. For example, the heating may be performed in a range of about 150 ° C. or less. Preferably it heats to 40 degreeC or more, More preferably, it is 50 degreeC or more, More preferably, it heats to 80 degreeC or more. By heating, penetration of the ionic liquid into the cellulose-containing material can be promoted. If it exceeds 150 ° C., an undesirable reaction may occur depending on the type of the cellulose-containing material, and if it is less than 40 ° C., it is difficult to obtain the effect of heating. The heating time is the size of the cellulose-containing material to be used (the average particle diameter in the case of pulverization, the average length in the case of chips, etc.) and the origin (soft biomass, hard biomass, and further Although it determines suitably according to the (including classification | category is included), it is preferable to set it as the range which does not increase melt | dissolution on the ionic liquid side of a cellulose. This is because when the dissolution of cellulose proceeds and the amount of cellulose dissolved on the ionic liquid side increases, the cellulose used in the subsequent decomposition step decreases and the utilization rate decreases. For example, the temperature is preferably 80 ° C. or higher. Preferably it is 130 degrees C or less. Although depending on the heating temperature, the heating time can be 2 hours or less. Furthermore, the heating time may be 1 hour or less, and even if it is about 30 minutes, saccharification efficiency equivalent to the treatment by 1 hour can be obtained.

セルロース含有材料へのイオン液体の浸透を促進するために、セルロース含有材料とイオン液体とを混合(攪拌)してもよいし、プレス処理してもよいし、粉砕処理してもよいし、超音波処理を行ってもよい。加熱を含めたこれらの各種処理は、単独で採用してもよいが、適宜組み合わせて採用してもよい。処理の種類は、用いるセルロース含有材料や用いるイオン液体の量によっても適宜変更される。   In order to promote the penetration of the ionic liquid into the cellulose-containing material, the cellulose-containing material and the ionic liquid may be mixed (stirred), pressed, pulverized, Sonication may be performed. These various treatments including heating may be employed alone or in appropriate combination. The type of treatment is appropriately changed depending on the cellulose-containing material used and the amount of ionic liquid used.

なお、イオン液体の使用量をできるだけ低減するには、浸透に必要量程度のイオン液体をセルロース含有材料に供給してもよいし、後述するように、十分量のイオン液体に浸漬したセルロース含有材料を、その後、ろ過や遠心分離等の固液分離手段によりイオン液体から分離してもよい。   In order to reduce the amount of ionic liquid used as much as possible, about the amount of ionic liquid necessary for permeation may be supplied to the cellulose-containing material, and as will be described later, the cellulose-containing material immersed in a sufficient amount of ionic liquid. May then be separated from the ionic liquid by solid-liquid separation means such as filtration or centrifugation.

このような浸透工程の実施により、セルロース含有材料にはイオン液体が浸透され、セルロース又はセルロースを含有するマトリックス中にイオン液体が保持され、その結果、そのセルロース含有マトリックスが緩んだようになるものと考えられる。イオン液体によってセルロース含有材料の構造が緩和されることにより、後段で水性媒体などの溶媒と接触したとき、セルロースの親水性領域がセルラーゼを含む溶媒に露出されやすくなり、セルラーゼによって分解されると考えられる。また、セルロースの疎水性領域もイオン液体による緩和により前記溶媒に露出されやすくなりセルラーゼによって分解されると考えられる。こうした浸透工程を経てイオン液体が浸透されたセルロース含有材料は、その後、セルラーゼによるセルロースの分解に供することができる。   By carrying out such an infiltration step, the ionic liquid is infiltrated into the cellulose-containing material, and the ionic liquid is retained in the cellulose or the matrix containing cellulose, and as a result, the cellulose-containing matrix becomes loose. Conceivable. It is thought that the structure of the cellulose-containing material is relaxed by the ionic liquid, so that the hydrophilic region of cellulose is easily exposed to a solvent containing cellulase when it comes into contact with a solvent such as an aqueous medium at a later stage and is decomposed by the cellulase. It is done. In addition, it is considered that the hydrophobic region of cellulose is also easily exposed to the solvent due to relaxation by the ionic liquid and is degraded by cellulase. The cellulose-containing material into which the ionic liquid has been permeated through such a permeation step can then be subjected to cellulose degradation by cellulase.

(固液分離工程)
本生産方法においては、浸透工程後に、さらに、セルロース含有材料を含む固相とイオン液体とを固液分離する工程を備えることができる。こうした固液分離によって、イオン液体を効果的に再利用に都合のよい形で回収することができるとともに、セルロース含有材料から過剰のイオン液体を除去することで、後段でのセルロース分解工程におけるセルラーゼによるセルロースの分解効率を向上させることができる。なお、浸透工程において、セルロース含有材料にイオン液体が浸透できる量又はそれに近い量のみが供給されている場合には、固液分離工程は必ずしも要しない。
(Solid-liquid separation process)
In this production method, a step of solid-liquid separation of the solid phase containing the cellulose-containing material and the ionic liquid can be further provided after the infiltration step. By such solid-liquid separation, the ionic liquid can be effectively recovered in a form that is convenient for reuse, and by removing excess ionic liquid from the cellulose-containing material, cellulase in the subsequent cellulose degradation process The decomposition efficiency of cellulose can be improved. In the permeation step, the solid-liquid separation step is not necessarily required when only an amount capable of penetrating the ionic liquid into the cellulose-containing material or an amount close thereto is supplied.

固液分離工程における固液分離の方法は特に限定しない。ろ過、圧搾、遠心分離、沈降分離等が挙げられる。良好な分離のために、適宜ろ過時においてプレス等してもよい。また、圧搾等のように、イオン液体により少なくとも部分的に構造が緩和したセルロース含有材料を固液分離しつつ粉砕、すりつぶし等してもよい。固液分離工程の実施により、セルロース含有材料から液相としてイオン液体が分離され、セルロース含有材料は固相として分離される。なお、分離されたセルロース含有材料には、緩和されたセルロースにイオン液体がなんらかの形態で保持された状態で残留していると考えられる。セルロース含有材料に残留したイオン液体は、セルラーゼによる分解工程において、セルロースの酵素への暴露に対して有利に作用していると考えられる。   The solid-liquid separation method in the solid-liquid separation step is not particularly limited. Examples include filtration, pressing, centrifugation, and sedimentation. For good separation, it may be appropriately pressed during filtration. Moreover, you may grind | pulverize, grind | pulverize, etc., carrying out solid-liquid separation of the cellulose containing material which the structure eased at least partially by the ionic liquid like pressing. By performing the solid-liquid separation step, the ionic liquid is separated from the cellulose-containing material as a liquid phase, and the cellulose-containing material is separated as a solid phase. In the separated cellulose-containing material, it is considered that the ionic liquid remains in some form in the relaxed cellulose. It is considered that the ionic liquid remaining in the cellulose-containing material has an advantageous effect on the exposure of cellulose to the enzyme in the cellulase decomposition process.

こうして分離された固相は、セルラーゼによる分解に適した状態にセルロースの構造が緩和されているため、効果的にセルラーゼによる分解が可能となっている。   The solid phase thus separated can be effectively decomposed by cellulase because the structure of cellulose is relaxed to a state suitable for decomposition by cellulase.

(洗浄工程)
本生産方法は、固液分離工程後に、必要に応じて、固相をイオン液体の親溶媒で洗浄する工程を備えることもできる。こうすることで、固相からイオン液体を効果的に除去することができる。こうした洗浄工程によれば、セルラーゼによるセルロースの分解工程に先立って、イオン液体を回収できるため、セルラーゼを含むセルロース分解反応液からイオン液体を回収するよりも有利であり、イオン液体の回収率及び再利用率を向上させることができる。イオン液体の親溶媒は、イオン液体が親水性イオン液体であれば、例えば、水性の液体であって、水又は水と相溶性のある有機溶媒との混液が挙げられる。有機溶媒としては、炭素数が1〜4程度の低級アルコールが挙げられる。
(Washing process)
The production method can also include a step of washing the solid phase with an ionic liquid parent solvent, if necessary, after the solid-liquid separation step. By doing so, the ionic liquid can be effectively removed from the solid phase. According to such a washing step, since the ionic liquid can be recovered prior to the cellulose decomposition step with cellulase, it is more advantageous than the recovery of the ionic liquid from the cellulose decomposition reaction solution containing cellulase. The utilization rate can be improved. If the ionic liquid is a hydrophilic ionic liquid, the parent solvent of the ionic liquid is, for example, an aqueous liquid and a mixed liquid of water or an organic solvent compatible with water. Examples of the organic solvent include lower alcohols having about 1 to 4 carbon atoms.

洗浄工程は、例えば、固相に対して用いたイオン液体親溶媒を供給して、固相と接触させた後、先に説明した固液分離手法を適宜用いてイオン液体親溶媒を回収する方法を採用できる。   The washing step is, for example, a method of supplying the ionic liquid parent solvent used for the solid phase, bringing it into contact with the solid phase, and then recovering the ionic liquid parent solvent using the solid-liquid separation method described above as appropriate. Can be adopted.

(セルロース分解工程)
セルロース分解工程は、分離した固相と、セルラーゼとキシラナーゼとを含む酵素群とを接触させて固相中のセルロースを分解する工程である。セルラーゼは、セルロースをグルコースにまで加水分解するのに作用する各種の酵素の総称である。セルラーゼとしては、狭義には、β1,4−エンドグルカナーゼ(エンドグルカナーゼ;EC3.2.1.4)、グルカン1,4−βグルコシダーゼ(EC3.2.1.74)、セルロース1,4−βセロビオシダーゼ(セロビオヒドロラーゼ;EC3.2.1.91)、βグルコシダーゼ(EC3.2.1.21)等が挙げられる。また、セルラーゼは、天然由来であっても人工的に改変されたものであってもよい。天然由来のものとしては、特に限定しないが、Clostridium属、Trichoderma属、Aspergillus属及びPhanerochaete属に由来するセルラーゼを好ましく用いることができる。また、70℃以上で高い活性を示し、90℃から100℃でも活性を維持する耐熱性セルラーゼを用いることもできる。例えば、Pyrococcus属に代表される超好熱性古細菌由来のセルラーゼであってもよい。本発明においては、上記した狭義のセルラーゼを1種類又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。異種のセルラーゼでなく、同種であっても2種類以上組み合わせてもよい。また、由来の異なるセルラーゼを組み合わせて用いることもできる。また、セルラーゼは、適当な担体に保持された形態であってもよい。
(Cellulose decomposition process)
The cellulose decomposition step is a step of decomposing cellulose in the solid phase by bringing the separated solid phase into contact with an enzyme group containing cellulase and xylanase. Cellulase is a general term for various enzymes that act to hydrolyze cellulose to glucose. As cellulases, β1,4-endoglucanase (endoglucanase; EC 3.2.1.4), glucan 1,4-β glucosidase (EC 3.2.1.74), cellulose 1,4-β are narrowly defined. Examples thereof include cellobiosidase (cellobiohydrolase; EC 3.2.1.91), β-glucosidase (EC 3.2.1.21) and the like. The cellulase may be naturally derived or artificially modified. Although it does not specifically limit as a thing of natural origin, The cellulase derived from Clostridium genus, Trichoderma genus, Aspergillus genus, and Phanerochaete genus can be used preferably. A thermostable cellulase that exhibits high activity at 70 ° C. or higher and maintains activity at 90 ° C. to 100 ° C. can also be used. For example, it may be a cellulase derived from a hyperthermophilic archaea represented by the genus Pyrococcus. In the present invention, the above-mentioned narrowly defined cellulases can be used singly or in combination of two or more. Instead of different types of cellulases, they may be the same type or a combination of two or more types. In addition, cellulases having different origins can be used in combination. The cellulase may be in a form held on a suitable carrier.

(セロビオヒドロラーゼ)
例えば、セロビオヒドロラーゼ(CBH)としては、GHF6に属するCBHが挙げられる。GHF6に属するCBHは、一般に、セルロースをその非還元末端から切断してセロビオースを生成するII型(CBH II)であるとされている。GHF6に属するCBHとしては、各種微生物に由来するものが知られている(http://www.cazy.org/fam/GH6.html)。例えば、P. chrysosporium、A. oryzae及びT. reeseiに由来するCBHが挙げられる。例えば、P. chrysosporiumに由来する配列番号2で表されるアミノ酸配列(Accession No.:AAB32942)からなるPcCBHII、T. reeseiに由来する配列番号4で表されるアミノ酸配列(Accession NO.:AAA34210)からなるTrCBH IIが挙げられる。
(Cellobiohydrolase)
For example, cellobiohydrolase (CBH) includes CBH belonging to GHF6. CBH belonging to GHF6 is generally considered to be type II (CBH II) that produces cellobiose by cleaving cellulose from its non-reducing end. As CBH belonging to GHF6, those derived from various microorganisms are known (http://www.cazy.org/fam/GH6.html). Examples include CBH derived from P. chrysosporium, A. oryzae, and T. reesei. For example, PcCBHII consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 (Accession No .: AAB32942) derived from P. chrysosporium, and the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 derived from T. reesei (Accession NO .: AAA34210) TrCBH II consisting of

本明細書において、例えば、「P. chrysosporiumに由来するCBH」とは、P. chrysosporiumに分類される微生物(野生株であっても変異株であってもよい。)が生産するCBH又は当該微生物の生産するタンパク質をコードする遺伝子を利用して遺伝子工学的手法によって得られたCBHをいう。したがって、P. chrysosporiumから取得したCBHをコードする遺伝子(又はその改変遺伝子)を導入した形質転換体によって生産された組換体タンパク質であるCBHも、P. chrysosporiumに由来するCBHに該当する。したがって、「P. chrysosporiumに由来するCBH」には、P. chrysosporiumと同属で異種の菌株や同種で他の菌株からそれぞれ取得されるCBHが含まれる。   In this specification, for example, “CBH derived from P. chrysosporium” refers to CBH produced by a microorganism classified into P. chrysosporium (which may be a wild strain or a mutant strain) or the microorganism. CBH obtained by a genetic engineering technique using a gene encoding a protein produced by Therefore, CBH, which is a recombinant protein produced by a transformant into which a gene encoding CBH (or a modified gene thereof) obtained from P. chrysosporium has been introduced, also corresponds to CBH derived from P. chrysosporium. Therefore, “CBH derived from P. chrysosporium” includes CBH that is the same genera as P. chrysosporium and is a heterogeneous strain or the same species and obtained from another strain.

また、CBHとしては、GHF7やGHF9に属するCBHが挙げられる。こうしたCBHは、一般に、セルロースをその還元末端から切断してセロビオースを生成するI型(CBH I)であるとされている。GHF7に属するCBHとしては、各種微生物に由来するものが知られている(http://www.cazy.org/fam/GH7.html)。また、GHF9に属するCBHとしては、Clostridium thermocellumに由来するセロビオヒドロラーゼが挙げられる。例えば、配列番号6で表されるアミノ酸配列(Accession No.:ABN51650)からなるCtCel9Kや配列番号8で表されるアミノ酸配列(Accession NO.:CAA56918)からなるCtCbhAが挙げられる。   Examples of CBH include CBH belonging to GHF7 and GHF9. Such CBH is generally considered to be type I (CBH I), which generates cellobiose by cleaving cellulose from its reducing end. As CBH belonging to GHF7, those derived from various microorganisms are known (http://www.cazy.org/fam/GH7.html). Examples of CBH belonging to GHF9 include cellobiohydrolase derived from Clostridium thermocellum. Examples thereof include CtCel9K consisting of an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 (Accession No .: ABN51650) and CtCbhA consisting of an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 8 (Accession NO .: CAA56918).

(エンドグルカナーゼ)
エンドグルカナーゼ(EG)としては、GHF5に属するEGが挙げられる。GHF5に属する第1のEGとしては、Trichoderma属、Phanerochaete属、Aspergillus属等の各種セルラーゼ生産微生物に由来するものが知られている(http://www.cazy.org/fam/GH5.html)。なかでも、T. reeseiに由来するEGから選択される1又は2以上とすることができる。例えば、配列番号10で表されるアミノ酸配列(Accession NO.:ABA64553)からなるT. reeseiに由来するTrEG IIが挙げられる。EGとしては、また、GHF8に属し、Clostridium cellulolyticumに由来し、配列番号12で表されるアミノ酸配列(Accession No.:AAA73867.1)からなるエンドグルカナーゼであるCel8Cが挙げられる。
(Endoglucanase)
Examples of endoglucanase (EG) include EG belonging to GHF5. As the first EG belonging to GHF5, those derived from various cellulase-producing microorganisms such as Trichoderma, Phanerochaete and Aspergillus are known (http://www.cazy.org/fam/GH5.html). . Especially, it can be set to 1 or 2 or more selected from EG derived from T. reesei. An example is TrEG II derived from T. reesei consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 10 (Accession NO .: ABA64553). Examples of EG include Cel8C, which is an endoglucanase belonging to GHF8, derived from Clostridium cellulolyticum, and consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 12 (Accession No .: AAA73867.1).

さらに、EGとしては、GHF12に属し、T. reeseiに由来し配列番号14で表されるアミノ酸配列((Accession No.:ABV71388)からなるTrEGIII、GHF12に属し、Phanerochaete chrysosporiumに由来し配列番号16で表されるアミノ酸配列(特開2009-247324 参照)からなるPcEGIII、GHF12に属し、Aspergillus niger由来し配列番号18で表されるアミノ酸配列(Accession No.:CAA11964)からなるAnEGIIIが挙げられる。   Furthermore, as EG, it belongs to GHF12, is derived from T. reesei, and is represented by SEQ ID NO: 14 (EG No .: ABV71388), TrEGIII, belonging to GHF12, derived from Phanerochaete chrysosporium, SEQ ID NO: 16. PcEGIII consisting of the amino acid sequence represented (see JP 2009-247324 A), AnEGIII belonging to GHF12 and derived from Aspergillus niger and represented by SEQ ID NO: 18 (Accession No .: CAA11964).

(βグルコシダーゼ)
βグルコシダーゼ(BGL)としては、特に限定しないで、各種のセルラーゼ生産微生物に由来するものを用いることができる。例えば、Aspergillus aculeatusに由来し配列番号20で表されるアミノ酸配列(Accession No.:BAA10968)からなるAaBGAが挙げられる。
(β-glucosidase)
The β-glucosidase (BGL) is not particularly limited, and those derived from various cellulase-producing microorganisms can be used. For example, AaBGA consisting of an amino acid sequence (Accession No .: BAA10968) derived from Aspergillus aculeatus and represented by SEQ ID NO: 20 can be mentioned.

(キシラナーゼ)
キシラナーゼは、ヘミセルロースの構成成分であるβ-1,4-D-キシランのβ-1,4結合を加水分解する酵素であり、ヘミセルラーゼに包含される酵素である。キシラナーゼは、セルラーゼ生産微生物に由来するものを用いることができる。例えば、T. reesei由来し配列番号22で表されるアミノ酸配列(Accession No:AAB50278)からなるキシラナーゼIIが挙げられる。
(Xylanase)
Xylanase is an enzyme that hydrolyzes the β-1,4-bond of β-1,4-D-xylan, which is a constituent of hemicellulose, and is an enzyme included in hemicellulase. A xylanase derived from a cellulase-producing microorganism can be used. For example, xylanase II consisting of an amino acid sequence (Accession No: AAB50278) derived from T. reesei and represented by SEQ ID NO: 22 can be mentioned.

なお、本生産方法に用いるのに好ましい酵素は、当該酵素について特定されたある種のアミノ酸配列などの公知又は新規の配列情報と一定の関係を有するとともに、それぞれ固有の酵素活性を有するタンパク質であってもよい。例えば、すなわち、例示される酵素のアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるタンパク質が挙げられる。各アミノ酸配列に対するアミノ酸の変異は、すなわち、欠失、置換若しくは付加は、いずれか1種類であってもよいし、2種類以上が組み合わされていてもよい。また、これらの変異の総数は、特に限定されないが、好ましくは、1個以上10個以下程度である。より好ましくは、1個以上5個以下である。アミノ酸置換の例としては、保存的置換が好ましく、具体的には以下のグループ内での置換が挙げられる。(グリシン、アラニン)(バリン、イソロイシン、ロイシン)(アスパラギン酸、グルタミン酸)(アスパラギン、グルタミン)(セリン、トレオニン)(リジン、アルギニン)(フェニルアラニン、チロシン)。また、例示される酵素について開示される特定のアミノ酸配列に対して70%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、かつセルラーゼ活性を有するタンパク質が挙げられる。同一性は好ましくは80%以上であり、より好ましくは85%以上であり、さらに好ましくは、90%以上であり、一層好ましくは95%以上である。最も好ましくは、98%以上である。さらに例示される酵素について開示される特定のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNAによってコードされ、固有のセルラーゼ活性を有するタンパクが挙げられる。ストリンジェントな条件とは、たとえば、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。例えば、塩基配列の同一性が高い核酸、すなわち、所定の塩基配列と80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましく95%以上、一層好ましくは98%以上の同一性を有する塩基配列からなるDNAの相補鎖がハイブリダイズし、それより相同性が低い核酸の相補鎖がハイブリダイズしない条件が挙げられる。より具体的には、ナトリウム塩濃度が15〜750mM、好ましくは50〜750mM、より好ましくは300〜750mM、温度が25〜70℃、好ましくは50〜70℃、より好ましくは55〜65℃、ホルムアミド濃度が0〜50%、好ましくは20〜50%、より好ましくは35〜45%での条件をいう。さらに、ストリンジェントな条件では、ハイブリダイゼーション後のフィルターの洗浄条件が、通常はナトリウム塩濃度が15〜600mM、好ましくは50〜600mM、より好ましくは300〜600mM、温度が50〜70℃、好ましくは55〜70℃、より好ましくは60〜65℃である。なお、以上のことから、さらなる他の一態様として、所定の塩基配列と80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましく95%以上、一層このましくは98%以上の同一性を有する塩基配列を有するDNAによってコードされ、親配列に由来する固有の酵素活性を有するタンパク質が挙げられる。   A preferred enzyme to be used in this production method is a protein having a certain relationship with known or new sequence information such as a certain amino acid sequence specified for the enzyme and having a specific enzyme activity. May be. For example, a protein comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, substituted or added in the amino acid sequence of the exemplified enzyme can be mentioned. Any one type of amino acid mutation, ie, deletion, substitution or addition, for each amino acid sequence may be used, or two or more types may be combined. The total number of these mutations is not particularly limited, but is preferably about 1 or more and 10 or less. More preferably, it is 1 or more and 5 or less. As an example of amino acid substitution, conservative substitution is preferable, and specific examples include substitution within the following groups. (Glycine, alanine) (valine, isoleucine, leucine) (aspartic acid, glutamic acid) (asparagine, glutamine) (serine, threonine) (lysine, arginine) (phenylalanine, tyrosine). Moreover, the protein which has an amino acid sequence which has 70% or more identity with respect to the specific amino acid sequence disclosed about the illustrated enzyme, and has cellulase activity is mentioned. The identity is preferably 80% or more, more preferably 85% or more, still more preferably 90% or more, and still more preferably 95% or more. Most preferably, it is 98% or more. Furthermore, it is encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to DNA consisting of a base sequence encoding the specific amino acid sequence disclosed for the exemplified enzyme, and has a unique cellulase activity. Examples include proteins. The stringent condition refers to, for example, a condition in which a so-called specific hybrid is formed and a non-specific hybrid is not formed. For example, nucleic acids having high base sequence identity, that is, 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, even more preferably 95% or more, and even more preferably 98% or more identity with a predetermined base sequence. A condition is that the complementary strands of DNA consisting of a base sequence having a hybridize and the complementary strands of nucleic acids with lower homology do not hybridize. More specifically, the sodium salt concentration is 15 to 750 mM, preferably 50 to 750 mM, more preferably 300 to 750 mM, the temperature is 25 to 70 ° C., preferably 50 to 70 ° C., more preferably 55 to 65 ° C., formamide The condition is that the concentration is 0 to 50%, preferably 20 to 50%, more preferably 35 to 45%. Furthermore, under stringent conditions, the filter washing conditions after hybridization are usually such that the sodium salt concentration is 15 to 600 mM, preferably 50 to 600 mM, more preferably 300 to 600 mM, and the temperature is 50 to 70 ° C., preferably It is 55-70 degreeC, More preferably, it is 60-65 degreeC. From the above, as yet another embodiment, the predetermined base sequence and 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, and even more preferably 98% or more. And a protein having a unique enzyme activity derived from a parent sequence and encoded by a DNA having a nucleotide sequence having the same identity.

なお、本明細書において同一性又は類似性とは、当該技術分野で知られているとおり、配列を比較することにより決定される、2以上のタンパク質あるいは2以上のポリヌクレオチドの間の関係である。当該技術で“同一性 ”とは、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間のアラインメントによって、あるいは場合によっては、一続きのそのような配列間のアラインメントによって決定されるような、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間の配列不変性の程度を意味する。また、類似性とは、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間のアラインメントによって、あるいは場合によっては、一続きの部分的な配列間のアラインメントによって決定されるような、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間の相関性の程度を意味する。より具体的には、配列の同一性と保存性(配列中の特定アミノ酸又は配列における物理化学特性を維持する置換)によって決定される。なお、類似性は、後述するBLASTの配列相同性検索結果においてSimilarity と称される。同一性及び類似性を決定する方法は、対比する配列間で最も長くアラインメントするように設計される方法であることが好ましい。同一性及び類似性を決定するための方法は、公衆に利用可能なプログラムとして提供されている。例えば、AltschulらによるBLAST (Basic Local Alignment Search Tool) プログラム(たとえば、Altschul SF, Gish W, Miller W, Myers EW, Lipman DJ., J. Mol. Biol., 215: p403-410 (1990), Altschyl SF, Madden TL, Schaffer AA, Zhang J, Miller W, Lipman DJ., Nucleic Acids Res. 25: p3389-3402 (1997))を利用し決定することができる。BLASTのようなソフトウェアを用いる場合の条件は、特に限定するものではないが、デフォルト値を用いるのが好ましい。   In the present specification, identity or similarity is a relationship between two or more proteins or two or more polynucleotides determined by comparing sequences, as is known in the art. . In the art, “identity” means between protein or polynucleotide sequences, as determined by alignment between protein or polynucleotide sequences, or in some cases by alignment between a series of such sequences. Means the degree of sequence invariance. Similarity is also the correlation between protein or polynucleotide sequences, as determined by alignment between protein or polynucleotide sequences, or in some cases by alignment between a series of partial sequences. Means the degree of More specifically, it is determined by sequence identity and conservation (substitutions that maintain specific amino acids in the sequence or physicochemical properties in the sequence). The similarity is referred to as Similarity in the BLAST sequence homology search result described later. The method for determining identity and similarity is preferably a method designed to align the longest between the sequences to be compared. Methods for determining identity and similarity are provided as programs available to the public. For example, BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) program by Altschul et al. (Eg Altschul SF, Gish W, Miller W, Myers EW, Lipman DJ., J. Mol. Biol., 215: p403-410 (1990), Altschyl SF, Madden TL, Schaffer AA, Zhang J, Miller W, Lipman DJ., Nucleic Acids Res. 25: p3389-3402 (1997)). The conditions for using software such as BLAST are not particularly limited, but it is preferable to use default values.

(イオン液体で浸透処理したセルロース含有材料の分解に適した酵素製剤)
これらのセルラーゼ及びキシラナーゼについては、セルラーゼとキシラナーゼとを含む酵素製剤として用いることができる。より好ましくは、セロビオヒドロラーゼ、エンドグルカナーゼ及びβグルコシダーゼを全て含み、さらにキシラナーゼを含む酵素製剤であることが好ましい。より好ましくは、Clostridium thermocellum由来のセロビオヒドロラーゼ I(CtCBH I)(CBHA)、Phanerochaete chrysosporium由来のセロビオヒドロラーゼ II(PcCBH II)、Trichoderma reesei由来のエンドグルカナーゼII(TrEG II)、Aspergillus aculeatus由来のβグルコシダーゼ(AaBGA)及びTrichoderma reesei由来のキシラナーゼII(TrXyn II)を含む酵素製剤である。こうした酵素製剤は、イオン液体による浸透処理後のセルロース含有材料に適した酵素製剤である。さらに、この製剤には、1又は2以上のエンドグルカナーゼIIIを含んでいてもよい。この酵素製剤は、以下に記載の微生物製剤を培養した培養上清あるいはその粗精製物等であってもよい。
(Enzyme preparation suitable for degradation of cellulose-containing materials that have been infiltrated with ionic liquid)
These cellulases and xylanases can be used as enzyme preparations containing cellulases and xylanases. More preferably, it is an enzyme preparation containing all of cellobiohydrolase, endoglucanase and β-glucosidase, and further containing xylanase. More preferably, cellobiohydrolase I derived from Clostridium thermocellum (CtCBH I) (CBHA), cellobiohydrolase II derived from Phanerochaete chrysosporium (PcCBH II), endoglucanase II derived from Trichoderma reesei (TrEG II), β derived from Aspergillus aculeatus It is an enzyme preparation containing glucosidase (AaBGA) and xylanase II (TrXyn II) derived from Trichoderma reesei. Such an enzyme preparation is an enzyme preparation suitable for a cellulose-containing material after osmotic treatment with an ionic liquid. Furthermore, the formulation may contain one or more endoglucanase III. This enzyme preparation may be a culture supernatant obtained by culturing the microorganism preparation described below, or a roughly purified product thereof.

(イオン液体で浸透処理したセルロース含有材料の分解に適した微生物製剤)
これらのセルラーゼ及びキシラナーゼは、微生物によって供給されるものであってもよい。すなわち、後段の発酵工程で用いる微生物がその細胞外に分泌した形態や細胞表層に提示した形態であってもよい。こうした形態でセルラーゼ及びキシラナーゼを提供することで、セルロース分解物であるグルコース等を微生物が効率的にかつ直接利用できるため、セルロース分解工程と発酵工程とを同時進行させるCBP(糖化発酵連結プロセス)を高効率にかつ市販の酵素製剤を用いることなく低コストで実現できる。
(Microbial preparation suitable for degradation of cellulose-containing materials that have been infiltrated with ionic liquid)
These cellulases and xylanases may be supplied by microorganisms. That is, the form secreted out of the cell by the microorganism used in the subsequent fermentation process or the form presented on the cell surface may be used. By providing cellulase and xylanase in such a form, the microorganisms can efficiently and directly use glucose or the like, which is a cellulose degradation product. Therefore, CBP (Saccharification and Fermentation Linkage Process) that simultaneously proceeds the cellulose degradation step and the fermentation step is performed. It can be realized with high efficiency and at low cost without using a commercially available enzyme preparation.

本微生物製剤は、セルラーゼ及びキシラナーゼを含む酵素群を、細胞外に分泌可能又は細胞表層に提示可能な1又は2以上の微生物は、イオン液体による浸透処理後のセルロース含有材料の糖化発酵に適した微生物製剤である。この微生物製剤によれば、この微生物のこの微生物製剤は、より好ましくは、セルラーゼとしてセロビオヒドロラーゼ、エンドグルカナーゼ及びβグルコシダーゼを全てとキシラナーゼとを生産する1又は2以上の微生物を含んでいる。さらに好ましくは、Clostridium thermocellum由来のセロビオヒドロラーゼ I(CtCBH I)(CBHA)、Phanerochaete chrysosporium由来のセロビオヒドロラーゼ II(PcCBH II)、Trichoderma reesei由来のエンドグルカナーゼII(TrEG II)、Aspergillus aculeatus由来のβグルコシダーゼ(AaBGA)及びTrichoderma reesei由来のキシラナーゼII(TrXyn II)を生産する1又は2以上の微生物を含んでいてもよい。さらにまた、エンドグルカナーゼIIIを生産する1又は2以上の微生物を含んでいてもよい。   This microorganism preparation is suitable for saccharification and fermentation of cellulose-containing materials after osmotic treatment with an ionic liquid, wherein one or more microorganisms that can secrete an enzyme group containing cellulase and xylanase outside the cell or can be presented on the cell surface It is a microbial preparation. According to this microbial preparation, this microbial preparation of this microorganism more preferably comprises one or more microorganisms that produce all of cellobiohydrolase, endoglucanase and β-glucosidase and xylanase as cellulases. More preferably, cellobiohydrolase I derived from Clostridium thermocellum (CtCBH I) (CBHA), cellobiohydrolase II derived from Phanerochaete chrysosporium (PcCBH II), endoglucanase II derived from Trichoderma reesei (TrEG II), β derived from Aspergillus aculeatus One or more microorganisms that produce xylanase II (TrXyn II) derived from glucosidase (AaBGA) and Trichoderma reesei may be included. Furthermore, it may contain one or more microorganisms that produce endoglucanase III.

微生物製剤は、セルラーゼ及び/又はキシラナーゼを細胞表層に提示する微生物を含むことが好ましい。こうした微生物を用いることで、少ない発現量のセルラーゼ等で効率的にセルロースの分解物を利用できる。また、好ましいセルラーゼ及びキシラナーゼの組み合わせを全て単一の微生物の細胞表層に提示させることが好ましい。   The microbial preparation preferably contains a microorganism that presents cellulase and / or xylanase on the cell surface. By using such a microorganism, a degradation product of cellulose can be efficiently used with a small amount of cellulase or the like. In addition, it is preferable to present all preferred cellulase and xylanase combinations on the cell surface of a single microorganism.

こうした微生物製剤をセルロース分解工程で用いる場合、同時に発酵工程も実現することになる。したがって、固相と微生物製剤とを、セルラーゼ等の作用できる組成であるとともに用いる微生物の生育ないし増殖に適した組成の親水性溶媒、典型的には使用する微生物の培地となり得る液体中で接触させるようにする。なお、微生物については、発酵工程にて説明する。   When such a microbial preparation is used in the cellulose decomposition step, a fermentation step is also realized at the same time. Therefore, the solid phase and the microorganism preparation are brought into contact with each other in a hydrophilic solvent having a composition capable of acting, such as cellulase, and a composition suitable for the growth or proliferation of the microorganism to be used, typically a liquid that can serve as a culture medium for the microorganism to be used. Like that. In addition, about microorganisms, it demonstrates in a fermentation process.

セルラーゼやキシラナーゼを酵母等の細胞外に分泌させるには、公知の分泌シグナルペプチドをセルラーゼ等に付与したものを酵母で生産させるようにすればよい。例えば、酵母におけるタンパク質の分泌生産には、酵母において機能するシグナルペプチドを付与するなどすればよい。例えば、酵母に由来するシグナルペプチド配列としては、例えば酵母インベルターゼリーダー、α因子リーダー、またはRhizopus oryzae やC. albicansグルコアミラーゼリーダーなどが挙げられる。また、セルラーゼは各種形態で酵母等の細胞表層に保持される。一つは、セルラーゼを、そのまま公知の酵母細胞表層提示システムを用いて酵母の細胞表層に保持させる形態である。2種類以上のセルラーゼ及びキシラナーゼは、同一酵母の細胞表層に保持されてもよく、また、それぞれ別の酵母の細胞表層に保持されてもよい。   In order to secrete cellulase or xylanase to the outside of yeast or the like, a product obtained by adding a known secretory signal peptide to cellulase or the like may be produced in yeast. For example, a signal peptide that functions in yeast may be added to secretory production of proteins in yeast. For example, signal peptide sequences derived from yeast include, for example, yeast invertase leader, alpha factor leader, Rhizopus oryzae and C. albicans glucoamylase leader. Moreover, cellulase is hold | maintained on cell surface layers, such as yeast, with various forms. One is a form in which cellulase is retained on the yeast cell surface as it is using a known yeast cell surface display system. Two or more types of cellulase and xylanase may be held on the cell surface of the same yeast, or may be held on the cell surface of different yeasts.

セルラーゼ等を酵母の細胞表層に提示する場合、セルラーゼ等は、さらに、細胞表層提示に必要な細胞表層結合ドメインを有することが好ましい。酵母表層提示システムとしては、例えば、表層タンパク質であるα−アグルチニン又はそのレセプターを利用することができる。例えば、分泌シグナルに加えて凝集性タンパク質であるα−アグルチニンC末端側の320アミノ酸残基からなるペプチドが利用される。所望のタンパク質を細胞表層に提示するためのポリペプチドや手法は、WO01/79483号公報や、特開2003−235579号公報、WO2002/042483号パンフレット、WO2003/016525号パンフレット、特開2006−136223号公報、藤田らの文献(藤田ら,2004. Appl Environ Microbiol 70:1207-1212および藤田ら, 2002. Appl Environ Microbiol 68:5136-5141.)、村井ら, 1998. Appl Environ Microbiol 64:4857-4861.に開示されている。例えば、シグナル配列は、ベクターに組み込まれる要素であってもよいが、セルラーゼ遺伝子の一部であってもよい。アグルチニンを利用したタンパク質の細胞表層提示システムは、例えば、インビトロジェン社からpYD1ベクター及びEBY100サッカロマイセス・セレビジエを含む酵母用ディスプレイキットとして入手することができる。また、細胞表層提示システムとしては、このほか、SAG1、FLO1〜FLO11などの細胞表層タンパク質を用いるシステム等を用いることができる。また、特開2008-263975号公報に記載の方法を採用してもよい。   When cellulase or the like is presented on the cell surface of yeast, it is preferable that the cellulase or the like further has a cell surface binding domain necessary for cell surface presentation. As the yeast surface display system, for example, α-agglutinin which is a surface protein or a receptor thereof can be used. For example, in addition to the secretion signal, a peptide comprising 320 amino acid residues on the C-terminal side of α-agglutinin which is an aggregating protein is used. Polypeptides and methods for displaying a desired protein on the cell surface are disclosed in WO01 / 79483, JP2003-235579, WO2002 / 042483, WO2003 / 016525, and JP2006-136223. Publication, Fujita et al. (Fujita et al., 2004. Appl Environ Microbiol 70: 1207-1212 and Fujita et al., 2002. Appl Environ Microbiol 68: 5136-5141.), Murai et al., 1998. Appl Environ Microbiol 64: 4857-4861 Is disclosed. For example, the signal sequence may be an element incorporated into the vector, but may be a part of the cellulase gene. A protein cell surface display system using agglutinin can be obtained, for example, from Invitrogen as a display kit for yeast containing pYD1 vector and EBY100 Saccharomyces cerevisiae. As the cell surface display system, a system using cell surface proteins such as SAG1 and FLO1 to FLO11 can be used. Further, the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-263975 may be employed.

セルラーゼを酵母の細胞表層に保持させる他の一つの形態は、セルロソームのスキャホールディンタンパク質由来のタンパク質を介して保持させる形態である。セルロソームを利用した細胞表層提示は、特開2009-33993号公報及び特開2009-142260号公報に開示される方法を採用できる。すなわち、酵母の細胞表層にセルロソームのスキャホールディンタンパク質由来のタンパク質をセルラーゼの保持用の骨格タンパク質として表層提示させる。一方、セルラーゼにこうした骨格タンパク質に結合可能にドッケリンドメインを付与することで、セルラーゼを骨格タンパク質を介して表層提示できる。   Another form in which cellulase is retained on the surface of yeast cells is a form in which the cellulase is retained via a protein derived from the cellulosomal scaffolding protein. For cell surface display using cellulosome, methods disclosed in JP-A-2009-33993 and JP-A-2009-142260 can be employed. That is, a cellulosomal scaffolding protein-derived protein is displayed on the surface of yeast as a skeletal protein for cellulase retention. On the other hand, cellulase can be displayed on the surface via a backbone protein by adding a dockerin domain to cellulase so that it can bind to such a backbone protein.

なお、セルロソームは、嫌気性細菌や嫌気性糸状菌によって菌体外に形成され、通常、微生物表面に結合して又は培養液中に存在している。セルロソームとしては、各種の嫌気性微生物等、公知のセルロソーム生産微生物が生産するセルロソーム及び将来的に明らかにされるセルロソーム並びにこれらの改変体のいずれであってもセルラーゼの保持用の骨格タンパク質の取得源として用いることができる。セルロース分解能力の高さ等を考慮すると、クロストリジウム・サーモセラム等の好熱嫌気性微生物やクロストリジウム・セルロリティカム等のクロストリジウム属菌の生産するセルロソーム又はその改変体を用いることができる。   Cellulosome is formed outside the cells by anaerobic bacteria or anaerobic filamentous fungi, and is usually bound to the surface of the microorganism or present in the culture solution. Cellulosomes include various anaerobic microorganisms, such as cellulosomes produced by known cellulosome-producing microorganisms, cellulosomes that will be revealed in the future, and sources of scaffold proteins for retaining cellulase. Can be used as In view of the high cellulose decomposing ability and the like, cellulosomes produced by thermophilic anaerobic microorganisms such as clostridium thermocellum, clostridium bacteria such as clostridium cellulolyticum, or modified versions thereof can be used.

セルラーゼ保持用の骨格タンパク質に対してセルラーゼを保持させるには、骨格タンパク質を表層提示した酵母等でセルラーゼを細胞外に分泌生産させることで、その骨格タンパク質にセルラーゼ等を保持させることができる。また、細胞外で生産したセルラーゼを、保持用の骨格タンパク質を細胞表層に発現した酵母と接触させて、当該保持用の骨格タンパク質に保持させてもよい。   In order to retain cellulase with respect to the scaffold protein for retaining cellulase, cellulase or the like can be retained in the scaffold protein by secreting and producing cellulase outside the cell with yeast or the like displaying the scaffold protein on the surface. In addition, cellulase produced outside the cell may be held in contact with the yeast in which the scaffold protein for retention is expressed on the cell surface, and retained in the scaffold protein.

セルラーゼをコードする遺伝子は、データベースから取得したセルラーゼの塩基配列等に基づいて取得できる。すなわち、所定の酵母から抽出したDNA、各種cDNAライブラリー又はゲノムDNAライブラリー等由来の核酸を鋳型としたPCR増幅やハイブリダイゼーションにより核酸断片として得ることができる。あるいはセルラーゼ遺伝子は、化学合成法等の当技術分野で公知の各種の核酸配列合成法によって、核酸断片として合成してもよい。   A gene encoding cellulase can be obtained based on the base sequence of cellulase obtained from a database. That is, it can be obtained as a nucleic acid fragment by PCR amplification or hybridization using DNA extracted from a predetermined yeast, nucleic acid derived from various cDNA libraries or genomic DNA libraries as a template. Alternatively, the cellulase gene may be synthesized as a nucleic acid fragment by various nucleic acid sequence synthesis methods known in the art such as chemical synthesis methods.

微生物の遺伝的改変のための組換えベクターの作製、組換え体宿主としての酵母等の取り扱いに必要な一般的な操作は、当業者間で通常行われているものであり、たとえば、T.Maniatis,J. Sambrookらの実験書(Molecular Cloning, A Laboratory Manual、Cold Spring Harbor Laboratory、1982,1989、2001)等を適宜参照することにより当業者であれば実施することができる。酵母を含む各種細胞に対するこうした遺伝子導入による外来タンパク質の発現のための各種操作は、例えば、Molecular Cloning A Laboratory Manual second edition(Maniatis et al.,Cold Spring Harbor Laboratory press.1989)等のプロトコールに従うことができる。また、ベクターの導入方法としては、従来公知の各種方法、例えば、リン酸カルシウム法、トランスフォーメーション法や、トランスフェクション法、接合法、プロトプラスト法、エレクトロポレーション法、リポフェクション法、酢酸リチウム法または他の方法が挙げられる。このような手法は、上記した実験書等に記載される。ベクターを導入した酵母等につき、マーカー遺伝子を用いた選抜及び活性発現による選抜により、必要なタンパク質を発現する酵母を得ることができる。   General operations necessary for the production of a recombinant vector for genetic modification of microorganisms and the handling of yeast as a recombinant host are routinely performed by those skilled in the art. A person skilled in the art can carry out this method by referring appropriately to an experimental book by Maniatis, J. Sambrook et al. (Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, 1982, 1989, 2001). Various operations for expressing foreign proteins by introducing such genes into various cells including yeast should follow protocols such as Molecular Cloning A Laboratory Manual second edition (Maniatis et al., Cold Spring Harbor Laboratory press. 1989). it can. In addition, as a method for introducing a vector, various conventionally known methods such as calcium phosphate method, transformation method, transfection method, conjugation method, protoplast method, electroporation method, lipofection method, lithium acetate method or other methods Is mentioned. Such a method is described in the above-mentioned experiment document. Yeast that expresses a necessary protein can be obtained by selection using a marker gene and selection by active expression for yeast or the like into which a vector has been introduced.

セルロース分解工程で固相に対してセルラーゼとともにキシラナーゼを作用させることは、イオン液体を浸透させてセルロースを含むマトリックスを緩和させた固相中のセルロースの分解に極めて効果的である。本発明者らによれば、イオン液体を浸透させたセルロース含有材料を含む固相に対して、セロビオヒドロラーゼ、エンドグルカナーゼ及びβグルコシダーゼを含む酵素群を適用して、その量を10倍〜100倍まで増量して分解効率の向上を目指したにもかかわらず、分解効率について改善が得られなかった。これに対して、これら4種のセルラーゼに加えてキシラナーゼはごく微量(0.1μg程度)の添加によって分解効率の向上を確認でき、さらに、添加量に応じた分解率の向上を確認できた。これは、イオン液体がセルロースを含むマトリックスに浸透して構造が緩和されるが、固相中にセルロースとともに維持されたキシロースがキシラナーゼにより分解され、セルロースに対するセルラーゼのアクセスビリティが一層向上し、分解効率が向上したものと考えられる。   The action of xylanase together with cellulase on the solid phase in the cellulose decomposition step is extremely effective for the decomposition of cellulose in the solid phase in which an ionic liquid is permeated to relax the matrix containing cellulose. According to the present inventors, an enzyme group containing cellobiohydrolase, endoglucanase and β-glucosidase is applied to a solid phase containing a cellulose-containing material infiltrated with an ionic liquid, and the amount thereof is 10 to 100 times. Despite the aim of increasing the decomposition efficiency by increasing the amount to twice, no improvement was obtained in the decomposition efficiency. On the other hand, in addition to these four types of cellulases, the addition of a very small amount (about 0.1 μg) of xylanase was confirmed to improve the decomposition efficiency, and further, the improvement of the decomposition rate according to the addition amount was confirmed. This is because the ionic liquid penetrates into the matrix containing cellulose and the structure is relaxed, but xylose maintained with cellulose in the solid phase is decomposed by xylanase, and the accessibility of cellulase to cellulose is further improved, and the decomposition efficiency Is considered to have improved.

浸透処理後のセルロース含有材料に対しては、イオン液体の効率的な回収及び再利用の観点から、固液分離を実施後のセルロース含有材料にセルラーゼを供給し分解工程を実施することが好ましい。   For the cellulose-containing material after the permeation treatment, it is preferable to carry out the decomposition step by supplying cellulase to the cellulose-containing material after the solid-liquid separation from the viewpoint of efficient recovery and reuse of the ionic liquid.

浸透処理後のセルロース含有材料には、緩和されたセルロース又はセルロース含有マトリックス中にイオン液体が保持されている。固液分離後であっても、セルロース又はセルロース含有マトリックス中にはイオン液体が保持されたままとなっているといえる。こうした状態のセルロースに対してセルラーゼによる分解を実施しても、イオン液体のセルラーゼへの悪影響が抑制されているか、あるいはイオン液体によるセルロースの構造緩和によるセルラーゼのアタック性向上効果が、イオン液体のセルラーゼへの悪影響を上回っていると考えられる。したがって、本セルロース分解工程は、洗浄工程を実施しない場合には、イオン液体の存在下に、セルロース含有材料中のセルロースをセルラーゼで分解する工程であるといえる。   In the cellulose-containing material after the permeation treatment, the ionic liquid is retained in the relaxed cellulose or the cellulose-containing matrix. Even after solid-liquid separation, it can be said that the ionic liquid remains retained in the cellulose or cellulose-containing matrix. Even if cellulase is decomposed into cellulose in such a state, the adverse effect of the ionic liquid on cellulase is suppressed, or the cellulase's attack improvement effect due to the relaxation of the cellulose structure by the ionic liquid is effective. It is thought that the adverse effects on Therefore, it can be said that this cellulose decomposition | disassembly process is a process which decomposes | disassembles the cellulose in a cellulose containing material with a cellulase in presence of an ionic liquid, when not implementing a washing | cleaning process.

また、セルラーゼは、セルロース含有材料に対する貧溶媒であってセルロースの分解産物に対する親溶媒である溶媒の存在下に、固相に接触されることが好ましい。こうした溶媒を用いることで、セルロース分解産物を溶媒である液相に確保できるとともに、セルロース含有材料中の未分解部分や本来的にセルラーゼでは分解不能な残渣(例えば、リグニン等)を固相に保持することができる。   Cellulase is preferably contacted with the solid phase in the presence of a poor solvent for the cellulose-containing material and a parent solvent for the degradation product of cellulose. By using these solvents, cellulose degradation products can be secured in the liquid phase of the solvent, and undegraded parts of cellulose-containing materials and residues that cannot be essentially degraded by cellulase (eg, lignin) are retained in the solid phase. can do.

こうした溶媒としては、通常親水性溶媒を用いることができる。また、親水性溶媒は、用いるセルラーゼの至適pHを含む酵素活性に適したpH範囲に一致する範囲に緩衝能を有する緩衝液を用いることが好ましい。一般的なセルラーゼやキシラナーゼの典型的な好適pHは4〜6程度であるため、例えば、クエン酸緩衝液(クエン酸及びクエン酸ナトリウム)、酢酸緩衝液(酢酸−酢酸ナトリウム)、クエン酸−リン酸緩衝液(クエン酸−リン酸二水素ナトリウム)等が挙げられる。こうした緩衝液の濃度やpHを適宜調製して、親水性溶媒相のpHを4以上6以下、より確実には、4.0以上6.0以下となるように設定することが好ましい。なお、疎水性イオン液体の特性の変動によるpHシフトやpH変動の酵素活性及び分解効率への悪影響を抑制又は回避するためにも十分なpH調整能力のある親水性溶媒を用いることが好ましい。親水性溶媒には、適切な塩濃度を形成するための酸、アルカリあるいは塩類が含まれていてもよい。酵素反応に必要な金属イオンを含めることもできる。   As such a solvent, a hydrophilic solvent can usually be used. In addition, as the hydrophilic solvent, it is preferable to use a buffer solution having a buffer capacity in a range corresponding to the pH range suitable for the enzyme activity including the optimum pH of the cellulase to be used. Since typical suitable pH of general cellulase and xylanase is about 4-6, for example, citrate buffer (citric acid and sodium citrate), acetate buffer (acetic acid-sodium acetate), citrate-phosphorus Acid buffer (citric acid-sodium dihydrogen phosphate) and the like can be mentioned. It is preferable to appropriately adjust the concentration and pH of such a buffer solution and set the pH of the hydrophilic solvent phase to 4 or more and 6 or less, more surely 4.0 or more and 6.0 or less. In addition, it is preferable to use a hydrophilic solvent having a sufficient pH adjusting ability in order to suppress or avoid a pH shift caused by fluctuations in the characteristics of the hydrophobic ionic liquid or adverse effects on enzyme activity and degradation efficiency due to pH fluctuations. The hydrophilic solvent may contain an acid, an alkali or a salt for forming an appropriate salt concentration. Metal ions necessary for the enzymatic reaction can also be included.

セルラーゼによるセルロース分解のための温度や時間は特に限定されない。セルラーゼの種類にもよるが、通常、30℃〜70℃程度、好ましくは35℃〜45℃程度で、pH2以上6以下程度とし、数時間から数十時間程度実施する。好熱性セルラーゼを用いる場合は、70℃以上100℃以下であってもよい。   The temperature and time for cellulose degradation by cellulase are not particularly limited. Although it depends on the type of cellulase, it is usually about 30 ° C. to 70 ° C., preferably about 35 ° C. to 45 ° C., pH 2 or more and about 6 or less, and is performed for several hours to several tens of hours. When a thermophilic cellulase is used, it may be 70 ° C. or higher and 100 ° C. or lower.

本セルロース分解工程によれば、イオン液体によりセルロースマトリックスの構造が緩和されかつセルロースやキシロースが親水性溶媒との界面に露出されているため、キシラナーゼがキシロースを攻撃しやすくなっているとともに、この結果、一層セルラーゼがセルロースを攻撃しやすくなっていて、親水性溶媒中のセルラーゼがセルロースを効率的に分解することができる。そして、分解の結果得られるグルコースなどセルロースの低分子化物(二糖やオリゴ糖を含む分解産物)は、親水性溶媒に溶解し、親水性溶媒から回収することができる。また、セルロースやキシロースの低分子化に伴って、新たなセルラーゼやキシラナーゼのアクセス箇所が親水性媒体に露出されるため、セルラーゼによる分解が促進される。特に、用いるイオン液体が親水性イオン液体のときには、セルロース含有材料中のセルロースやキシロースは、セルラーゼが存在する親水性媒体に露出されやすくなっている。また、これらの中間分解産物は、親水性溶媒中のセルラーゼやキシラナーゼによってさらに低分子化される。なお、キシロース以外のヘミセルロースやリグニンなどのセルロース含有材料由来のセルロース以外の炭素源は固相として親水性媒体中に残存される。   According to the present cellulose decomposition step, the structure of the cellulose matrix is relaxed by the ionic liquid and the cellulose and xylose are exposed at the interface with the hydrophilic solvent, so that the xylanase is likely to attack the xylose. In addition, cellulase can easily attack cellulose, and cellulase in a hydrophilic solvent can efficiently decompose cellulose. And the low molecular weight product (decomposition product containing disaccharides or oligosaccharides) of cellulose such as glucose obtained as a result of decomposition can be dissolved in a hydrophilic solvent and recovered from the hydrophilic solvent. In addition, as cellulose and xylose are reduced in molecular weight, new cellulase and xylanase access sites are exposed to the hydrophilic medium, so that degradation by cellulase is promoted. In particular, when the ionic liquid used is a hydrophilic ionic liquid, the cellulose and xylose in the cellulose-containing material are easily exposed to a hydrophilic medium in which cellulase is present. These intermediate degradation products are further reduced in molecular weight by cellulase or xylanase in a hydrophilic solvent. In addition, carbon sources other than cellulose derived from cellulose-containing materials such as hemicellulose and lignin other than xylose remain in the hydrophilic medium as a solid phase.

以上のことから、セルロース分解工程の実施により、親水性溶媒中に、固相としてのセルラーゼ分解残渣と、溶質としてのセルロース分解産物及びキシロース分解産物が得られることになる。   From the above, by carrying out the cellulose decomposition step, a cellulase decomposition residue as a solid phase, a cellulose decomposition product and a xylose decomposition product as solutes are obtained in a hydrophilic solvent.

(セルロース分解産物の回収工程)
セルロース分解工程の実施後は、必要に応じて、セルロース分解産物の回収工程を実施することができる。親水性溶媒相を適当な固液分離手段で回収することで、セルロース等の分解産物を分解残渣と容易に分離できる。回収した親水性溶媒相は、イオン液体を固液分離後に分解工程に供されたセルロース含有材料であれば、十分にイオン液体の濃度が低減されたものとなっているため、そのまま、たとえば後段で説明する有用物質の生産方法における発酵工程等に利用できる。また、必要に応じて濃縮されてもよい。なお、親水性溶媒相にはセルラーゼが含まれているが、セルラーゼを固相に固定化して用いる等により、公知の方法でセルラーゼの分離回収も可能である。
(Cellulose degradation product recovery process)
After carrying out the cellulose decomposition step, a cellulose decomposition product recovery step can be carried out as necessary. By recovering the hydrophilic solvent phase by an appropriate solid-liquid separation means, a decomposition product such as cellulose can be easily separated from the decomposition residue. If the recovered hydrophilic solvent phase is a cellulose-containing material that has been subjected to a decomposition step after solid-liquid separation of the ionic liquid, the concentration of the ionic liquid is sufficiently reduced. It can utilize for the fermentation process etc. in the production method of the useful substance to explain. Moreover, you may concentrate as needed. Cellulase is contained in the hydrophilic solvent phase, but cellulase can be separated and recovered by a known method, for example, by immobilizing cellulase on a solid phase.

(発酵工程)
発酵工程は、セルロース分解工程で得られたセルロース等の分解産物を含む炭素源を利用して微生物の発酵により有用物質を生産させる工程である。本生産方法において用いるセルロース分解産物は、セルロース分解工程後の親水性溶媒相、その濃縮物、又は親水性溶媒相から分離回収されたものであってもよい。上述したように親水性溶媒相は、イオン液体の含有量が十分に低減されている場合、そのままであっても発酵工程に供することができる。したがって、例えば、セルロース分解工程後の親水性溶媒相等を発酵用の培地の一部として用いることができる。なお、発酵工程に先立って、非セルロース画分の回収工程を実施してもよいが、発酵工程後に、非セルロース画分の回収工程を実施することもできる。
(Fermentation process)
A fermentation process is a process of producing a useful substance by fermentation of microorganisms using a carbon source containing a decomposition product such as cellulose obtained in the cellulose decomposition process. The cellulose degradation product used in this production method may be separated and recovered from the hydrophilic solvent phase after the cellulose decomposition step, its concentrate, or the hydrophilic solvent phase. As described above, when the content of the ionic liquid is sufficiently reduced, the hydrophilic solvent phase can be used for the fermentation process even if it is as it is. Therefore, for example, the hydrophilic solvent phase after the cellulose decomposition step and the like can be used as a part of the fermentation medium. In addition, although the collection process of a non-cellulose fraction may be implemented prior to a fermentation process, the collection process of a non-cellulose fraction can also be implemented after a fermentation process.

発酵工程で用いる微生物は、特に限定しないで、セルロースの分解産物を資化可能であって生産しようとする有用物質の種類に応じて適宜選択される。セルロース分解産物は、グルコースが主であるが、分解工程の実施態様によっては、二糖、オリゴ糖、ヘミセルロース由来のキシラン等であってもよい。例えば、酵母やカビなどの真菌類や大腸菌等の微生物が挙げられる。微生物は、野生型であってもよいし、遺伝子工学的技術等によって人為的にセルロース分解産物を効率的に資化可能に改変されたり、有用物質を生産可能に改変されたりしたものであってもよい。   The microorganism used in the fermentation process is not particularly limited, and is appropriately selected according to the type of useful substance that can assimilate the degradation product of cellulose and is to be produced. The cellulose degradation product is mainly glucose, but it may be disaccharide, oligosaccharide, hemicellulose-derived xylan, etc. depending on the embodiment of the degradation process. For example, fungi such as yeast and mold, and microorganisms such as E. coli. The microorganism may be a wild type, artificially modified so as to efficiently assimilate cellulose degradation products by genetic engineering techniques, etc., or modified so that useful substances can be produced. Also good.

例えば、酵母としては、特に限定されないで公知の各種酵母を利用できる。サッカロマイセス・セレビジエ(Saccharomyces cerevisiae)等のサッカロマイセス属の酵母、シゾサッカロマイセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)等のシゾサッカロマイセス属の酵母、カンジダ・クルゼイ(Candida krusei)、キャンディダ・シェハーテ(Candida shehatae)等のキャンディダ属の酵母、ピヒア・パストリス(Pichia pastoris)、ピヒア・スティピティス(Pichia stipitis)等のピヒア属の酵母、ハンセヌラ(Hansenula)属の酵母、トリコスポロン(Trichosporon)属の酵母、ブレタノマイセス(Brettanomyces)属の酵母、パチソレン(Pachysolen)属の酵母、ヤマダジマ(Yamadazyma)属の酵母、クルイベロマイセス・マーキシアヌス(Kluyveromyces marxianus)、クルイベロマイセス・ラクティス(Kluveromyces lactis)等のクルイベロマイセス属の酵母が挙げられる。なかでも、工業的利用性等の観点からサッカロマイセス属酵母が好ましく、サッカロマイセス・セレビジエがより好ましい。   For example, the yeast is not particularly limited, and various known yeasts can be used. Saccharomyces cerevisiae and other Saccharomyces yeasts, Schizosaccharomyces pombe Schizosaccharomyces pombe yeasts, Candida krusei, Candida shehatae, etc. Candida yeast, Pichia pastoris, Pichia stipitis, Pichia yeast, Hansenula yeast, Trichosporon yeast, Brettanomyces genus Yeast, yeast of the genus Pachysolen, yeast of the genus Yamadazyma, yeasts of the genus Kluyveromyces such as Kluyveromyces marxianus and Kluveromyces lactis It is done. Of these, Saccharomyces yeasts are preferable from the viewpoint of industrial availability and the like, and Saccharomyces cerevisiae is more preferable.

また、酵母としては、遺伝子工学的な改変により、乳酸などの有機酸、C3〜C5アルコールなど工業原料等にもなる化合物を生産する酵母も利用できる。こうした酵母によれば、セルロースを原料として直接有用物質を生産できる。例えば、乳酸生産酵母などの形質転換酵母は、例えば、特開2003−334092、特開2004−187643、特開2005−137306、特開2006−6271、特開2006−20602、特開2006−42719、特開2006−75133、特開2006−296377等に開示されており、本発明においてはこれらの形質転換酵母を用いることができる。これらの公報に記載の内容の全ては引用により本明細書の一部に組み込まれる。
典型的には、エタノールを生産するS. cerevisiaeなどの酵母が挙げられる。また、有機酸を生産する酵母や乳酸菌であってもよい。
In addition, yeast that produces a compound that also becomes an organic raw material such as an organic acid such as lactic acid or C3 to C5 alcohol by genetic engineering modification can be used. According to such yeast, useful substances can be directly produced using cellulose as a raw material. For example, transformed yeasts such as lactic acid-producing yeast are disclosed in, for example, JP-A-2003-334092, JP-A-2004-187743, JP-A-2005-137306, JP-A-2006-6271, JP-A-2006-20602, JP-A-2006-42719, JP-A-2006-75133, JP-A-2006-296377, etc., and these transformed yeasts can be used in the present invention. All of the contents described in these publications are incorporated herein by reference.
Typically, yeast such as S. cerevisiae that produces ethanol can be mentioned. Moreover, the yeast and lactic acid bacteria which produce an organic acid may be sufficient.

セルロース分解工程において、微生物製剤を用いた場合には、セルロース分解工程は同時に発酵工程でもある。   In the cellulose decomposition step, when a microbial preparation is used, the cellulose decomposition step is also a fermentation step.

発酵工程は、用いる微生物の種類や生産しようとする有用物質に応じて実施すればよい。発酵のための培養は、静置培養、振とう培養または通気攪拌培養等を用いることができる。通気条件は、嫌気条件下、微好気条件下及び好気条件等、適宜選択することができる。培養温度も、特に限定しないが、25℃〜55℃等の範囲とすることができる。また、培養時間も必要に応じて設定されるが、数時間〜150時間程度とすることができる。また、pHの調整は、無機あるいは有機酸、アルカリ溶液等を用いて行うことができる。培養中は、必要に応じてアンピシリン、テトラサイクリンなどの抗生物質を培地に添加することができる。なお、変換工程終了後、培養液から微生物を除去してエタノール等の有用物質含有画分を回収する工程、さらにこれを濃縮する工程を実施してもよい。   What is necessary is just to implement a fermentation process according to the kind of microorganisms to be used and the useful substance which it is going to produce. For the culture for fermentation, stationary culture, shaking culture, aeration-agitation culture, or the like can be used. The aeration conditions can be appropriately selected from anaerobic conditions, microaerobic conditions, aerobic conditions, and the like. The culture temperature is not particularly limited, but may be in the range of 25 ° C to 55 ° C. Moreover, although culture | cultivation time is also set as needed, it can be set as several hours-about 150 hours. The pH can be adjusted using an inorganic or organic acid, an alkaline solution, or the like. During the culture, antibiotics such as ampicillin and tetracycline can be added to the medium as necessary. In addition, after completion | finish of a conversion process, you may implement the process of removing microorganisms from a culture solution, collect | recovering fractions containing useful substances, such as ethanol, and also concentrating this.

有用物質としては特に限定しないが、グルコースを利用して微生物が生成可能なものが好ましい。例えば、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール等の低級アルコール、イソプレノド合成経路の追加によるファインケミカル(コエンザイムQ10、ビタミン及びその原料等)、乳酸等の有機酸、解糖系の改変によるグリセリン、プラスチック・化成品原料など、バイオリファイナリー技術が対象とする材料が挙げられる。   Although it does not specifically limit as a useful substance, The thing which can produce | generate microorganisms using glucose is preferable. For example, lower alcohols such as ethanol, propanol, isopropanol, butanol and isobutanol, fine chemicals (coenzyme Q10, vitamins and their raw materials, etc.) by adding an isoprenod synthesis route, organic acids such as lactic acid, glycerin and plastics by modifying glycolysis -Materials targeted by biorefinery technology, such as chemical raw materials.

(非セルロース画分の回収工程)
セルロース分解工程実施後の任意のタイミング、例えば、発酵工程前、あるいは発酵工程後において、必要に応じて親水性溶媒中の固相残渣を固液分離して回収することもできる。回収した固相は、セルラーゼ及びキシラナーゼによる分解残渣であり、セルロース含有材料中の非セルロース画分(典型的にはリグニンであり、キシラナーゼ以外のヘミセルラーゼを用いない場合には、ヘキシロース以外のミセルロースも含まれる。)を回収できる。この残渣は、芳香族系高分子であるリグニンを高率で含有しており、かつ、過度な縮合等が抑制されているため、多種の用途に利用が可能である。また、リグニンを分解する酵素と接触させることで、フェノール系化合物を得ることもできる。さらに、この固相残渣に、セルロースを含有する場合には、再度、セルラーゼと接触させてセルロース分解工程を繰り返し実施して、セルロースの利用率を向上させることができる。
(Recovery process of non-cellulose fraction)
At any timing after the cellulose decomposition step, for example, before or after the fermentation step, the solid phase residue in the hydrophilic solvent can be recovered by solid-liquid separation as necessary. The recovered solid phase is a decomposition residue by cellulase and xylanase, and is a non-cellulose fraction in the cellulose-containing material (typically lignin, and if no hemicellulase other than xylanase is used, micellulose other than hexylose is used. Is also included). Since this residue contains lignin, which is an aromatic polymer, at a high rate, and excessive condensation is suppressed, it can be used for various applications. Moreover, a phenol type compound can also be obtained by making it contact with the enzyme which decomposes | disassembles a lignin. Furthermore, when the solid phase residue contains cellulose, it can be contacted with cellulase again, and the cellulose decomposition step can be repeated to improve the utilization rate of cellulose.

(イオン液体の供給(再利用)工程)
本生産方法は、さらにまた、固液分離工程後の任意のタイミングで、セルロース含有材料を含む固相と分離したイオン液体を接触工程に供給して再利用する工程を備えていてもよい。イオン液体の再利用は、工程全体のコストを大きく低下させることができる。固液分離工程で液相として分離回収されたイオン液体は、再び、浸透工程に供給して用いることもできる。また、再利用工程は、洗浄工程で回収したイオン液体を合わせて利用することもできる。洗浄工程では、イオン液体をその親溶媒に溶解した状態で含有しているため、浸透工程への再利用にあたっては、適宜親溶媒を除去あるいは分離することが好ましい。
(Ionic liquid supply (reuse) process)
The production method may further include a step of supplying and reusing the ionic liquid separated from the solid phase containing the cellulose-containing material to the contact step at an arbitrary timing after the solid-liquid separation step. Reusing the ionic liquid can greatly reduce the cost of the entire process. The ionic liquid separated and recovered as a liquid phase in the solid-liquid separation step can be supplied again to the infiltration step and used. In the reuse process, the ionic liquid recovered in the cleaning process can be used together. In the washing step, since the ionic liquid is contained in a state dissolved in the parent solvent, it is preferable to remove or separate the parent solvent as appropriate when reused in the permeation step.

以上説明したように、本明細書に開示される有用物質の生産方法によれば、従来に比してより効率的に得られたセルロース分解産物を利用するため、有用物質の生産コストを効果的に低減することができる。   As described above, according to the useful substance production method disclosed in the present specification, the cellulose degradation product obtained more efficiently than the conventional method is used, so the production cost of the useful substance is effectively reduced. Can be reduced.

(セルロース含有材料の分解産物の生産方法)
本明細書の開示によれば、前記浸透工程と、セルロース含有材料中のセルロースをセルラーゼを用いて分解する工程と、を備えるセルロース含有材料の分解産物の生産方法が提供される。本明細書に開示される生産方法によれば、セルロース含有材料中のセルロースやキシロースは、イオン液体によりセルラーゼによる分解に適した状態に緩和され、セルラーゼやキシラナーゼに暴露されやすい状態となっているため、セルラーゼ及びキシラナーゼにより効率的に分解される。また、セルロース含有材料中にイオン液体が残留保持されていたとしても、酵素反応への悪影響が回避又は抑制されているため、イオン液体の除去を高精度に行う必要がないため、工程を簡略化できる。
(Production method of degradation products of cellulose-containing materials)
According to the indication of this specification, the production method of the decomposition product of a cellulose containing material provided with the said osmosis | permeation process and the process of decomposing | disassembling the cellulose in a cellulose containing material using a cellulase is provided. According to the production method disclosed in the present specification, cellulose and xylose in a cellulose-containing material are relaxed to a state suitable for cellulase degradation by an ionic liquid, and are easily exposed to cellulase and xylanase. It is efficiently degraded by cellulase and xylanase. In addition, even if the ionic liquid remains in the cellulose-containing material, the adverse effects on the enzyme reaction are avoided or suppressed, so it is not necessary to remove the ionic liquid with high accuracy, thus simplifying the process. it can.

本明細書に開示されるセルロース分解産物の生産方法における浸透工程及び分解工程は、有用物質の生産方法について説明した各種の態様をそのまま適用することができる。また、適宜、固液分離工程、洗浄工程及び再利用工程を実施してもよい。なお、セルロースの分解産物としては、セルロースの低分子化されたものであればよい。より具体的には、最終分解産物であるグルコースのほか、セロビオース及びセロオリゴ糖が挙げられる。   The various modes described for the production method of useful substances can be applied as they are to the permeation step and the degradation step in the method for producing a cellulose degradation product disclosed in this specification. Moreover, you may implement a solid-liquid separation process, a washing | cleaning process, and a reuse process suitably. In addition, as a decomposition product of cellulose, any cellulose having a low molecular weight may be used. More specifically, there are cellobiose and cellooligosaccharide in addition to glucose which is the final degradation product.

以上説明したように、本明細書に開示されるセルロース分解産物の生産方法によれば、用いたイオン液体及びセルロースやキシロースなどの分解産物の回収等が容易となっている。また、キシラナーゼを用いることで少ない酵素量で効果的にセルロースを分解することができる。以上のことから、より実用的なセルロース含有材料の利用が可能となる。   As described above, according to the method for producing a cellulose degradation product disclosed in this specification, it is easy to recover the used ionic liquid and degradation products such as cellulose and xylose. Moreover, cellulose can be effectively decomposed with a small amount of enzyme by using xylanase. From the above, it becomes possible to use a more practical cellulose-containing material.

以下、本発明を、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to a following example.

(1)糖化酵素分泌生産酵母の構築(その1)
イオン液体処理バイオマスに好適なセルロース分解酵素の組合せを検討する目的で、セルラーゼを分泌生産することを特徴とする遺伝子組換え酵母を作成した。ベクターの構築には、大腸菌Escherichia coli JM 109株(東洋紡)を使用し、培養にはLB培地を使用した。ベクターに導入するインサート断片はSaccharomyces cerevisiae YPH 499株(Stratagene、MATa, ura3-52, lys2-801, ade2-101, trp1-Δ63, his3Δ200, leu2Δ1)のゲノムDNAからPCRによって取得した。
なおS. cerevisiae YPH 499株の培養には、YPD培地(Yeast extrsct 10 g/l、Pepton 20 g/l,D-Glucose 20 g/l)を用いた。
(1) Construction of saccharogenic enzyme-producing yeast (part 1)
For the purpose of examining a combination of cellulolytic enzymes suitable for ionic liquid-treated biomass, a genetically modified yeast characterized by secreting and producing cellulase was prepared. Escherichia coli JM 109 strain (Toyobo) was used for vector construction, and LB medium was used for culture. The insert fragment introduced into the vector was obtained by PCR from the genomic DNA of Saccharomyces cerevisiae YPH 499 strain (Stratagene, MATa, ura3-52, lys2-801, ade2-101, trp1-Δ63, his3Δ200, leu2Δ1).
In addition, the YPD medium (Yeast extrsct 10 g / l, Pepton 20 g / l, D-Glucose 20 g / l) was used for culture | cultivation of S. cerevisiae YPH499 strain.

市販ベクターであるpAUR112をベースに、酵母染色体導入用ベクターを構築した。本ベクター中にSaccharomyces cerevisiae TDH3プロモーター、分泌シグナル、マルチクローニングサイト、CYC1ターミネーターを順次導入し、得られた最終ベクターをpAUR112-GAPSSRGベクターと名づけた。   A yeast chromosome transfer vector was constructed based on pAUR112, a commercially available vector. The Saccharomyces cerevisiae TDH3 promoter, secretion signal, multiple cloning site, and CYC1 terminator were sequentially introduced into this vector, and the resulting final vector was named pAUR112-GAPSSRG vector.

以下の表に示す7種類の糖化酵素遺伝子を、PCR法によって取得した。図2に示すようにして、得られたPCR増幅断片をIn Fusion PCR Cloning(Clontech)により、pAUR112-GAPSSRGベクター中に導入した。ライゲーション溶液は、大腸菌(ECOSTM Competent E. coliDH5α;ニッポンジーン)へ形質転換し、アンピシリンを終濃度50 μg/mlとなるように添加したLBプレートにて生育した各クローンについて、コロニーPCR法によって、目的とするクローンを選抜した。目的クローンをアンピシリンが含有されたLB培養液にて培養し、本培養液からプラスミドDNAを抽出し、この混合DNA溶液を以後の実験に用いた。また、目的とするベクターであるかを、遺伝子配列解析装置ABI PRISM 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems)によって確認した。 Seven saccharifying enzyme genes shown in the following table were obtained by PCR. As shown in FIG. 2, the obtained PCR amplified fragment was introduced into the pAUR112-GAPSSRG vector by In Fusion PCR Cloning (Clontech). The ligation solution was transformed into E. coli (ECOS Competent E. coli DH5α; Nippon Gene) and each clone grown on an LB plate supplemented with ampicillin to a final concentration of 50 μg / ml was subjected to colony PCR. A clone was selected. The target clone was cultured in an LB culture solution containing ampicillin, plasmid DNA was extracted from the main culture solution, and this mixed DNA solution was used in the subsequent experiments. Moreover, it was confirmed by the gene sequence analyzer ABI PRISM 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems) whether it was the target vector.

宿主酵母を、YPD培養液2 mlにて30℃にて振とう培養し、O.D. 600nm = 0.8になった培養液をFrozen-EZ Yeast Transformation IIキット(ZYMO RESERCH)を用いてコンピテントセルを調整した。続いて、約0.5μgのプラスミドDNA溶液をプロトコールに従って形質転換し、選抜培地に播種したプレートを、30℃にて静置培養した。選抜培地は、オーレオバチシン選抜培地を使用した。得られたコロニーを新しい選抜培地に再度播種し、安定した形質を示すものを選抜した。   Host yeast was cultured with shaking in 2 ml of YPD broth at 30 ° C, and a competent cell was prepared using the Frozen-EZ Yeast Transformation II kit (ZYMO RESERCH). . Subsequently, about 0.5 μg of plasmid DNA solution was transformed according to the protocol, and the plate seeded on the selection medium was statically cultured at 30 ° C. As the selection medium, aureobaticin selection medium was used. The obtained colonies were sown again in a new selection medium, and those showing stable characteristics were selected.

各遺伝子組み換え酵母をYPD培養液2 mlにて、30℃、17時間振とう培養し、得られた菌体を集菌した後、Genとるくん-酵母用-(タカラバイオ)に従ってゲノムDNAを調整した。調整したゲノムを鋳型にし、PCRによって目的とする糖化酵素遺伝子が導入しているかの確認を行った。PCR反応には増幅酵素として、Ex-Taq DNA polymerase(タカラバイオ)を使用した。反応組成は定法に従い、PCRの反応条件としては、96℃ 2分の熱処理を行った後、96℃で30秒、53℃で30秒、72℃で60秒の3つの温度変化を1サイクルとし、これを25サイクル繰り返し、最後に4℃とした。反応液に色素を添加し、電気泳動にて目的断片の有無を確認した。   Each genetically modified yeast is shaken and cultured in 2 ml of YPD culture solution at 30 ° C for 17 hours. The resulting cells are collected, and then genomic DNA is prepared according to Gen Toru-kun for yeast (Takara Bio). did. Using the adjusted genome as a template, it was confirmed by PCR whether the target saccharifying enzyme gene was introduced. For the PCR reaction, Ex-Taq DNA polymerase (Takara Bio) was used as an amplification enzyme. The reaction composition was in accordance with the standard method. PCR reaction conditions were as follows: heat treatment at 96 ° C for 2 minutes followed by three temperature changes of 96 ° C for 30 seconds, 53 ° C for 30 seconds, and 72 ° C for 60 seconds. This was repeated 25 cycles, and the final temperature was 4 ° C. A dye was added to the reaction solution, and the presence or absence of the target fragment was confirmed by electrophoresis.

(2)糖化酵素分泌型酵母培養上清溶液での酵素組合せ評価(その1)
イオン液体処理としては、1-Butyl-3-methylimidazolium acetate ( [Bmim][OAc])を使用した。すなわち、イオン液体 1.0 g をバイアル瓶に採取し、これに50 mgのバイオマス試料を加えた。バイオマスとしては、カッターミルで破砕処理した粒径250 μm程度に調整されたバガス粉末を使用した。これを120℃にて30分間処理し、9 mlの滅菌水にて、Filter membraneを用いて、洗浄した。処理試料に100 mM クエン酸緩衝液(pH 5.0)1 mlを添加した後、上述の実施例1で構築した糖化酵素分泌型酵母培養上清溶液1mlずつを添加し、滅菌水にて全量10 mlとした。
(2) Evaluation of enzyme combination in saccharifying enzyme-secreting yeast culture supernatant solution (Part 1)
As the ionic liquid treatment, 1-Butyl-3-methylimidazolium acetate ([Bmim] [OAc]) was used. That is, 1.0 g of ionic liquid was collected in a vial, and 50 mg of a biomass sample was added thereto. As the biomass, bagasse powder adjusted to a particle size of about 250 μm that was crushed by a cutter mill was used. This was treated at 120 ° C. for 30 minutes, and washed with 9 ml of sterilized water using a filter membrane. After adding 1 ml of 100 mM citrate buffer (pH 5.0) to the treated sample, add 1 ml each of the saccharifying enzyme-secreting yeast culture supernatant solution constructed in Example 1 above, and use 10 ml of sterilized water for a total volume of 10 ml. It was.

培養上清溶液の調製としては、上述の実施例1で構築した各遺伝子組み換え酵母それぞれを、YPD培養液5 mlにて、30℃、63時間振とう培養し、得られた菌体を集菌し、培養上清溶液を得た。本溶液について、一般的に報告されているセルロース分解性試験を行い、セルロース分解活性が確認された糖化酵素分泌型酵母培養上清溶液1 mlを使用した。   For preparation of the culture supernatant solution, each genetically modified yeast constructed in Example 1 above was cultured with shaking in 5 ml of YPD culture at 30 ° C. for 63 hours, and the resulting cells were collected. Thus, a culture supernatant solution was obtained. This solution was subjected to a commonly reported cellulose degradability test, and 1 ml of a saccharifying enzyme-secreting yeast culture supernatant solution in which cellulolytic activity was confirmed was used.

イオン液体処理バガスへの酵母上清溶液添加においては、今回構築した7種類のセルラーゼ分泌株(2種類のセロビオヒドラーゼI型糖化酵素、以下CBHIと称す、2種類のセロビオヒドラーゼII型糖化酵素、以下CBHIIと称す、2種類のエンドグルカナーゼI型糖化酵素、以下EGIと称す、1種類のベータグルコシダーゼ糖化酵素、以下BGLと称す)から考えられる8種類の組合せを実施した(表2参照)。   When adding yeast supernatant solution to ionic liquid-treated bagasse, the seven cellulase-secreting strains constructed this time (two types of cellobiohydrase type I saccharifying enzymes, hereinafter referred to as CBHI, two types of cellobiohydrase type II) Eight possible combinations of saccharifying enzymes, hereinafter referred to as CBHII, two types of endoglucanase type I saccharifying enzymes, hereinafter referred to as EGI, one type of betaglucosidase saccharifying enzyme, hereinafter referred to as BGL, were carried out (see Table 2). ).

なお、本試験のコントロールとして、市販のセルロース分解酵素を使用した。本セルラーゼ混合溶液は、Trichoderma reesei ATCC 26921からなるNovozyme-Celluclast (Sigma-Aldrich) と Aspergillus nigerからなるNovozyme 188 (Sigma-Aldrich) を 5:1 の割合で混合させたものを、6 FPU / g バイオマスになるよう添加した。   As a control for this test, a commercially available cellulolytic enzyme was used. This cellulase mixed solution was prepared by mixing Novozyme-Celluclast (Sigma-Aldrich) consisting of Trichoderma reesei ATCC 26921 and Novozyme 188 (Sigma-Aldrich) consisting of Aspergillus niger at a ratio of 5: 1 to 6 FPU / g biomass. It added so that it might become.

糖化反応の試料より、0, 3, 8, 24, 48, 72時間後にサンプリングし、溶液中のグルコース濃度を測定した。グルコース濃度の測定には、バイオセンサBF-5(王子計測機器)を用い、操作の詳細は付属のプロトコールに従った。得られたグルコース濃度をもとに、各バイオマス中に含有されるセルロースを100とした場合の糖への変換効率を、以下の計算式に従って算出した。
グルコース変換効率 (%) = [produced glucose] / [glucose units in cellulose] ´ 100
Sampling was performed after 0, 3, 8, 24, 48, 72 hours from the sample of the saccharification reaction, and the glucose concentration in the solution was measured. Biosensor BF-5 (Oji Scientific Instruments) was used for measuring the glucose concentration, and the details of the operation were in accordance with the attached protocol. Based on the obtained glucose concentration, the conversion efficiency to sugar when the cellulose contained in each biomass was 100 was calculated according to the following formula.
Glucose conversion efficiency (%) = [produced glucose] / [glucose units in cellulose] ´ 100

各組み合わせ毎の糖化率の経時変化及び糖化効果を併せて図3に示す。図3に示すように、Clostridium thermocellum由来CBHA, Phanerochaete chrysosporium由来CBH II, Trichoderma reesei由来EGII, Aspergillus aculeatus由来BGLの組合せにおいて、高い糖化効率を示すことが確認された。本組合せをBest Mix Ver.1と名づけた。なお本試験における市販酵素(6 FPU / g バイオマス)を添加したセルロース糖化効率は79.6 %であった。   FIG. 3 shows the change over time in the saccharification rate and the saccharification effect for each combination. As shown in FIG. 3, it was confirmed that the combination of Clostridium thermocellum-derived CBHA, Phanerochaete chrysosporium-derived CBH II, Trichoderma reesei-derived EGII, and Aspergillus aculeatus-derived BGL showed high saccharification efficiency. This combination was named Best Mix Ver.1. The cellulose saccharification efficiency with the addition of a commercially available enzyme (6 FPU / g biomass) in this test was 79.6%.

(3)バイオマス前処理の違いにおける好適組合せ(Best mix ver.1)の効果評価
上記実施例2にて得られた好適組合せ(Best mix ver.1;Clostridium thermocellum由来CBHA, Phanerochaete chrysosporium由来CBH II, Trichoderma reesei由来EG II, Aspergillus aculeatus由来BGL)について、他のバイオマス前処理での効果を比較した。なお、一般的な前処理方法として知られる希硫酸処理を実施した。
(3) Evaluation of effect of preferred combination (Best mix ver.1) in the difference in biomass pretreatment (Best mix ver.1) CBHA derived from Clostridium thermocellum, CBH II derived from Phanerochaete chrysosporium, Trichoderma reesei-derived EG II and Aspergillus aculeatus-derived BGL) were compared with other biomass pretreatment effects. In addition, the dilute sulfuric acid process known as a general pretreatment method was implemented.

また実施例2の結果より、高い糖化効率を示さないNegativeな組合せ(Negative Mix)として、Clostridium thermocellum由来Cel9K, Trichoderma reesei由来CBH II, Clostridium cellloyticum由来Cel8C, Aspergillus aculeatus由来BGLの混合溶液についても同様に試験を実施した。   Moreover, from the result of Example 2, as a negative combination (Negative Mix) that does not show high saccharification efficiency, a mixed solution of Cel9K derived from Clostridium thermocellum, CBH II derived from Trichoderma reesei, Cel8C derived from Clostridium cellloyticum, and BGL derived from Aspergillus aculeatus is similarly applied. The test was conducted.

イオン液体処理としては、 [Bmim][OAc]を使用し,実施例2と同様にして行った。   As the ionic liquid treatment, [Bmim] [OAc] was used and the same treatment as in Example 2 was performed.

希硫酸処理としては、一般的な手法に従い、H2SO4 2 % (wt./vol.) 1 mlをバイアル瓶に採取し、これに50 mgのバイオマス試料を加えた。バイオマスとしては、カッターミルで破砕処理した粒径250μm程度に調整されたバガス粉末を使用した。これを120℃にて90分間オートクレーブ処理し、9 mlの滅菌水にて、Filter membraneを用いて、洗浄した。処理試料に100 mM クエン酸緩衝液(pH 5.0)1 mlを添加した後、上述の実施例1で構築した糖化酵素分泌型酵母培養上清溶液1mlずつを添加し、滅菌水にて全量10 mlとした。 For dilute sulfuric acid treatment, 1 ml of H 2 SO 4 2% (wt./vol.) Was collected in a vial according to a general method, and 50 mg of a biomass sample was added thereto. As the biomass, bagasse powder adjusted to a particle size of about 250 μm that was crushed by a cutter mill was used. This was autoclaved at 120 ° C. for 90 minutes, and washed with 9 ml of sterilized water using a filter membrane. After adding 1 ml of 100 mM citrate buffer (pH 5.0) to the treated sample, add 1 ml each of the saccharifying enzyme-secreting yeast culture supernatant solution constructed in Example 1 above, and use 10 ml of sterilized water for a total volume of 10 ml. It was.

培養上清溶液の調製としては、上述の実施例2で同定した各遺伝子組み換え酵母それぞれを、YPD培養液5 mlにて、30℃、17時間振騰培養し、得られた菌体を集菌し、培養上清溶液を得た。本溶液について、一般的に報告されているセルロース分解性試験を行い、セルロース分解活性が確認された糖化酵素分泌型酵母培養上清溶液1 mlを使用した。   For the preparation of the culture supernatant solution, each genetically modified yeast identified in Example 2 above was shaken and cultured in 5 ml of YPD culture solution at 30 ° C. for 17 hours, and the resulting cells were collected. Thus, a culture supernatant solution was obtained. This solution was subjected to a commonly reported cellulose degradability test, and 1 ml of a saccharifying enzyme-secreting yeast culture supernatant solution in which cellulolytic activity was confirmed was used.

なお本試験のコントロールは、実施例2と同様にして準備した。   The control for this test was prepared in the same manner as in Example 2.

糖化反応の試料より、24, 48時間後にサンプリングし、実施例2と同様にして溶液中のグルコース濃度を測定し、糖への変換効率を算出した。前処理の違いによるバガスのセルロース糖化効率を図4に示す。   Sampling was performed after 24 and 48 hours from the sample of the saccharification reaction, and the glucose concentration in the solution was measured in the same manner as in Example 2 to calculate the conversion efficiency to sugar. The cellulose saccharification efficiency of bagasse due to the difference in pretreatment is shown in FIG.

図4に示すように、イオン液体処理バガスにおける、好適糖化酵素組合せ(Best mix ver.1;Clostridium thermocellum由来CBHA, Phanerochaete chrysosporium由来CBH II, Trichoderma reesei由来EG II, Aspergillus aculeatus由来BGL)は、Negative Mixよりも5倍の向上効果を示しており、この値は、希硫酸処理での双方の差である2倍程度よりもはるかに高い効果が示されていた。また糖化効率自体も希硫酸処理に比べ、[Bmim][OAc]処理のときでは2倍以上の糖化効率が確認された。このことより、本好適糖化酵素組み合わせは、特にイオン液体処理において高い糖化効果を示す可能性が確認された。   As shown in FIG. 4, the preferred saccharifying enzyme combination (Best mix ver. 1; CBHA derived from Clostridium thermocellum, CBH II derived from Phanerochaete chrysosporium, EG II derived from Trichoderma reesei, BGL derived from Aspergillus aculeatus) The improvement effect was 5 times higher than this, and this value was much higher than the double effect, which is the difference between the two in dilute sulfuric acid treatment. In addition, saccharification efficiency per se was confirmed to be more than double that of [Bmim] [OAc] treatment compared to dilute sulfuric acid treatment. From this, it was confirmed that this preferred saccharifying enzyme combination exhibits a high saccharifying effect particularly in ionic liquid treatment.

(4)糖化酵素分泌生産酵母の構築(その2)
上記実施例2にて得られた好適組合せ(Best mix ver.1;Clostridium thermocellum由来CBHA, Phanerochaete chrysosporium由来CBH II, Trichoderma reesei由来EG II, Aspergillus aculeatus由来BGL)について、セルロース糖化効率をさらに高めるため、新たな糖化酵素の選抜を実施した。実施にあたり、新たに5種類の糖化酵素分泌生産酵母を構築した。
(4) Construction of saccharogenic enzyme-producing yeast (part 2)
In order to further enhance the cellulose saccharification efficiency, the preferred combination obtained in Example 2 (Best mix ver. 1; CBHA derived from Clostridium thermocellum, CBH II derived from Phanerochaete chrysosporium, EG II derived from Trichoderma reesei, BGL derived from Aspergillus aculeatus) New saccharifying enzymes were selected. In implementation, five new saccharogenic enzyme-producing yeasts were constructed.

新たに追加する糖化酵素としては、以下の表に示す5種類の糖化酵素とした。この中で、Trichoderma reesei由来EG II、Trichoderma reesei由来Xylanase II(Xyn II)については、酵母のコドンユーセージに合うよう設計し、新たに全合成した遺伝子を利用した。新たに全合成した両遺伝子(Trichoderma reesei由来EG II、Trichoderma reesei由来Xylanase II)の塩基配列は配列番号23及び配列番号24で表される。残り3種類のEndoglucanase III(EG III)については、PCR法によって遺伝子を取得した。得られた遺伝子断片をIn Fusion PCR Cloning(Clontech)により、pAUR112-GAPSSRGベクター(図2)中に導入した。ライゲーション溶液は、大腸菌(ECOSTM Competent E. coliDH5α;ニッポンジーン)へ形質転換し、アンピシリンを終濃度50 μg/mlとなるように添加したLBプレートにて生育した各クローンについて、コロニーPCR法によって、目的とするクローンを選抜した。目的クローンをアンピシリンが含有されたLB培養液にて培養し、本培養液からプラスミドDNAを抽出し、この混合DNA溶液を以後の実験に用いた。また、目的とするベクターであるかを、遺伝子配列解析装置ABI PRISM 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems)によって確認した。 The newly added saccharifying enzymes were five saccharifying enzymes shown in the following table. Among them, Trichoderma reesei-derived EG II and Trichoderma reesei-derived Xylanase II (Xyn II) were designed to fit yeast codon usage and newly synthesized genes were used. The nucleotide sequences of both newly synthesized genes (Trichoderma reesei-derived EG II, Trichoderma reesei-derived Xylanase II) are represented by SEQ ID NO: 23 and SEQ ID NO: 24. For the remaining 3 types of Endoglucanase III (EG III), genes were obtained by PCR. The obtained gene fragment was introduced into the pAUR112-GAPSSRG vector (FIG. 2) by In Fusion PCR Cloning (Clontech). The ligation solution was transformed into E. coli (ECOS Competent E. coli DH5α; Nippon Gene) and each clone grown on an LB plate supplemented with ampicillin to a final concentration of 50 μg / ml was subjected to colony PCR. A clone was selected. The target clone was cultured in an LB culture solution containing ampicillin, plasmid DNA was extracted from the main culture solution, and this mixed DNA solution was used in the subsequent experiments. Moreover, it was confirmed by the gene sequence analyzer ABI PRISM 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems) whether it was the target vector.

宿主酵母への形質転換、選抜は、実施例1と同様にしておこなった。また、選抜した遺伝子組み換え酵母については、実施例1と同様にして目的断片の有無を確認した。   Transformation into host yeast and selection were carried out in the same manner as in Example 1. The selected genetically modified yeast was confirmed for the presence of the target fragment in the same manner as in Example 1.

(5)糖化酵素分泌型酵母培養上清溶液での酵素組合せ評価(その2)
実施例2にて得られた好適組合せ(Best mix ver.1;Clostridium thermocellum由来CBHA, Phanerochaete chrysosporium由来CBH II, Trichoderma reesei由来EG II, Aspergillus aculeatus由来BGL)について、セルロース糖化効率をさらに高めるため、上記実施例4で構築した糖化酵素分泌酵母上清溶液を用いて、イオン液体処理バイオマスに対して、新たな糖化酵素好適組合せの検討を実施した。
(5) Evaluation of enzyme combination in saccharifying enzyme-secreting yeast culture supernatant solution (Part 2)
In order to further enhance the cellulose saccharification efficiency, the preferred combination obtained in Example 2 (Best mix ver. 1; CBHA derived from Clostridium thermocellum, CBH II derived from Phanerochaete chrysosporium, EG II derived from Trichoderma reesei, BGL derived from Aspergillus aculeatus) Using the saccharogenic enzyme-secreting yeast supernatant solution constructed in Example 4, a new saccharifying enzyme suitable combination was examined for ionic liquid-treated biomass.

イオン液体処理としては、 [Bmim][OAc]を使用し,実施例2と同様にして行った。培養上清溶液の調製としては、上述の実施例4で構築した各遺伝子組み換え酵母それぞれを、実施例2と同様にして、糖化酵素分解活性が確認されたセルラーゼ分泌型酵母培養上清溶液1 mlを使用した。なお本試験のコントロールは、実施例2と同様にして準備した。糖化反応の試料より、0, 24, 48, 72時間後にサンプリングし、実施例2と同様にしてグルコース濃度を測定し、糖への変換効率を算出した。各酵素の組み合わせ毎の糖化率の経時変化を図5に示す。   As the ionic liquid treatment, [Bmim] [OAc] was used and the same treatment as in Example 2 was performed. For the preparation of the culture supernatant solution, each genetically modified yeast constructed in Example 4 was treated in the same manner as in Example 2, and 1 ml of cellulase-secreting yeast culture supernatant solution in which saccharifying enzyme-degrading activity was confirmed. It was used. The control for this test was prepared in the same manner as in Example 2. Sampling was performed after 0, 24, 48, 72 hours from the saccharification reaction sample, and the glucose concentration was measured in the same manner as in Example 2 to calculate the conversion efficiency to sugar. FIG. 5 shows changes with time in the saccharification rate for each combination of enzymes.

図5に示すように、Trichoderma reesei 由来Xylanase(コドンを酵母に改変), Trichoderma reesei由来EG II(コドンを酵母に改変), Clostridium thermocellum由来CBHA, Phanerochaete chrysosporium由来CBH II, Aspergillus aculeatus由来BGLの組合せにおいて、市販酵素(6 FPU / g バイオマス)を添加したセルロース糖化効率に迫る高い糖化効率を示すことが確認された。本好適な糖化酵素組合せをBest Mix Ver.2と名づけた。一方で、3種類のエンドグルカナーゼ(EG III)を加えた試験系では、大きな糖化向上効果が認められなかった。   As shown in FIG. 5, in the combination of Trichoderma reesei Xylanase (codon changed to yeast), Trichoderma reesei EG II (codon changed to yeast), Clostridium thermocellum CBHA, Phanerochaete chrysosporium CBH II, Aspergillus aculeatus BGL It was confirmed that the saccharification efficiency was close to that of cellulose saccharification with the addition of a commercially available enzyme (6 FPU / g biomass). This preferred saccharifying enzyme combination was named Best Mix Ver.2. On the other hand, in the test system to which three kinds of endoglucanases (EG III) were added, no significant saccharification improvement effect was observed.

(6)好適な糖化酵素組合せによる同時糖化発酵評価
続いて、上述の好適な糖化酵素組合せでの糖化発酵試験を試みた。
イオン液体としては、[Bmim][OAc]を使用した。イオン液体 2.0 g をバイアル瓶に採取し、これに100 mgのバイオマス試料を加えた。バイオマスとしては、カッターミルで破砕処理した粒径250 μmのバガス粉末を使用した。これを120℃にて30分間処理し、18 mlの滅菌水にて、Filter membraneを用いて、洗浄した。処理試料に5×YP培地 2 ml、アンピシリン 1ml (最終濃度 50 μg/ml)、上述の実施例5にて同定された好適な糖化酵素の組合せ(Trichoderma reesei 由来Xylanase, Trichoderma reesei由来EG II,Clostridium thermocellum由来CBHA, Phanerochaete chrysosporium由来CBH II, Aspergillus aculeatus由来BGL)のそれぞれの酵母とその培養上清の混合溶液を添加し、滅菌水にて全量が10 mlになるよう調製した。
(6) Simultaneous saccharification and fermentation evaluation using a suitable saccharifying enzyme combination Subsequently, a saccharification and fermentation test using the above-described suitable saccharifying enzyme combination was attempted.
[Bmim] [OAc] was used as the ionic liquid. Ionic liquid 2.0 g was collected in a vial and 100 mg biomass sample was added to it. As the biomass, bagasse powder having a particle size of 250 μm, which was crushed by a cutter mill, was used. This was treated at 120 ° C. for 30 minutes, and washed with 18 ml of sterilized water using a filter membrane. The treated sample was 2 ml of 5 × YP medium, 1 ml of ampicillin (final concentration 50 μg / ml), and a suitable saccharifying enzyme combination identified in Example 5 (Trichoderma reesei-derived Xylanase, Trichoderma reesei-derived EG II, Clostridium Thermocellum-derived CBHA, Phanerochaete chrysosporium-derived CBH II, and Aspergillus aculeatus-derived BGL) were added to each of the mixed solutions of the yeast and the culture supernatant to prepare a total volume of 10 ml with sterile water.

なお本試験において、市販のセルロース分解酵素に非組換え酵母を混合させた試料をポジティブ・コントロールとして使用した。本セルラーゼ混合溶液は、Treichoderma reesei ATCC 26921からなるNovozyme-Celluclast (Sigma-Aldrich) と Aspergillus nigerからなるNovozyme 188 (Sigma-Aldrich) を 5:1 の割合で混合させたものを、6 FPU / g バイオマスになるよう添加した。またネガティブ・コントロールとして、酵母菌株を加えていない試料も調整した   In this test, a sample prepared by mixing non-recombinant yeast with a commercially available cellulolytic enzyme was used as a positive control. This cellulase mixed solution was prepared by mixing Novozyme-Celluclast (Sigma-Aldrich) composed of Treichoderma reesei ATCC 26921 and Novozyme 188 (Sigma-Aldrich) composed of Aspergillus niger in a ratio of 5: 1 to 6 FPU / g biomass. It added so that it might become. As a negative control, samples without yeast strain were also prepared.

同時糖化発酵条件としては、35℃、300rpmにて実施した。一定時間ごとにサンプリングし、溶液中のエタノール濃度を測定した。測定にはバイオセンサBF-5(王子計測機器)を用い、操作の詳細は付属のプロトコールに従った。得られたエタノール濃度をもとに、各バイオマス中に含有されるセルロースを100とした場合のエタノール変換効率を算出した。その結果を図6に示す。図6に示すように、今回の選抜によって同定された5種類の糖化酵素の好適組合せの培養液と酵母を加えた試験区では、市販酵素を添加していないにも関わらず、最大で50%程度のエタノール生産収率が確認された。   The simultaneous saccharification and fermentation conditions were carried out at 35 ° C. and 300 rpm. Sampling was performed at regular intervals, and the ethanol concentration in the solution was measured. Biosensor BF-5 (Oji Scientific Instruments) was used for measurement, and the details of the operation followed the attached protocol. Based on the obtained ethanol concentration, the ethanol conversion efficiency when the cellulose contained in each biomass was taken as 100 was calculated. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 6, in the test section where a culture medium of a suitable combination of five types of saccharifying enzymes identified by the current selection and yeast were added, a maximum of 50%, although no commercially available enzyme was added. A degree of ethanol production yield was confirmed.

Claims (15)

有用物質の生産方法であって、
セルロース含有材料とイオン液体とを接触させて前記セルロース含有材料にイオン液体を浸透させる工程と、
前記セルロース含有材料を含む固相と、セルラーゼ及びキシラナーゼを含む酵素群と、を接触させて、前記固相中のセルロースを分解する工程と、
前記セルロース分解工程で得られたセルロース分解産物を含む炭素源を用いて微生物の発酵によって有用物質を生産する工程と、
を備える、生産方法。
A method for producing useful substances,
Contacting the cellulose-containing material with the ionic liquid to infiltrate the cellulose-containing material with the ionic liquid;
Contacting the solid phase containing the cellulose-containing material with an enzyme group containing cellulase and xylanase, and decomposing cellulose in the solid phase;
Producing a useful substance by fermentation of microorganisms using a carbon source containing a cellulose degradation product obtained in the cellulose degradation step;
A production method comprising:
前記酵素群は、Clostridium thermocellum由来のセロビオヒドロラーゼI(CtCel9A)及びClostridium thermocellum由来のセロビオヒドロラーゼ I(CtCbhA)のいずれか一方又は双方、Phanerochaete chrysosporium由来のセロビオヒドロラーゼ II(PcCBH II)、Trichoderma reesei由来のエンドグルカナーゼII(TrEG II)、及びTrichoderma reesei由来のキシラナーゼII(TrXyn II)を含有する、請求項1に記載の生産方法。   The enzyme group includes one or both of Clostridium thermocellum cellobiohydrolase I (CtCel9A) and Clostridium thermocellum cellobiohydrolase I (CtCbhA), Phanerochaete chrysosporium cellobiohydrolase II (PcCBH II), Trichoderma reesei The production method of Claim 1 containing the endoglucanase II (TrEG II) derived from xylanase II (TrXyn II) derived from Trichoderma reesei. 前記酵素群は、Clostridium thermocellum由来のセロビオヒドロラーゼ I(CtCbhA)を含む、請求項1又は2に記載の生産方法。   The production method according to claim 1 or 2, wherein the enzyme group includes cellobiohydrolase I (CtCbhA) derived from Clostridium thermocellum. 前記酵素群は、さらに、Aspergillus aculeatus由来のβグルコシダーゼ(AaBGA)を含む、請求項1〜3のいずれかに記載の生産方法。   The production method according to any one of claims 1 to 3, wherein the enzyme group further contains β-glucosidase (AaBGA) derived from Aspergillus aculeatus. 前記セルロース含有材料は結晶性セルロースを含有する、請求項1〜4のいずれかに記載の生産方法。   The production method according to claim 1, wherein the cellulose-containing material contains crystalline cellulose. 前記分解工程に先立って、前記固相とイオン液体とを固液分離する工程を備える、請求項1〜5のいずれかに記載の生産方法。   The production method according to claim 1, further comprising a step of solid-liquid separation of the solid phase and the ionic liquid prior to the decomposition step. 前記酵素群の酵素の少なくとも一部は、前記微生物が細胞表層に提示又は細胞外に分泌することで供給される、請求項1〜6のいずれかに記載の生産方法。   The production method according to any one of claims 1 to 6, wherein at least a part of the enzyme of the enzyme group is supplied by the microorganism being presented on a cell surface layer or secreted outside the cell. 前記酵素群の酵素は、いずれも、前記微生物が細胞表層に提示することで供給される、請求項7に記載の生産方法。   The production method according to claim 7, wherein all the enzymes in the enzyme group are supplied by the microorganisms presenting on the cell surface layer. 前記イオン液体は、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムアセテートを含む、請求項1〜8のいずれかに記載の生産方法。   The production method according to claim 1, wherein the ionic liquid contains 1-butyl-3-methylimidazolium acetate. さらに、前記固液分離工程で分離した前記イオン液体を前記浸透工程に供給する工程、を備える、請求項1〜9のいずれかに記載の生産方法。   Furthermore, the production method in any one of Claims 1-9 provided with the process of supplying the said ionic liquid isolate | separated at the said solid-liquid separation process to the said osmosis | permeation process. セルロース含有材料を分解するための酵素製剤であって、
Clostridium thermocellum由来のセロビオヒドロラーゼI(CtCel9A)及びClostridium thermocellum由来のセロビオヒドロラーゼ I(CtCbhA)のいずれか一方又は双方、Phanerochaete chrysosporium由来のセロビオヒドロラーゼ II(PcCBH II)、Trichoderma reesei由来のエンドグルカナーゼII(TrEG II)、及びTrichoderma reesei由来のキシラナーゼII(TrXyn II)を含有する酵素製剤。
An enzyme preparation for degrading cellulose-containing material,
One or both of cellobiohydrolase I (CtCel9A) from Clostridium thermocellum and cellobiohydrolase I (CtCbhA) from Clostridium thermocellum, cellobiohydrolase II (PcCBH II) from Phanerochaete chrysosporium, endoglucanase from Trichoderma reesei (TrEG II) and an enzyme preparation containing Trichoderma reesei-derived xylanase II (TrXyn II).
Clostridium thermocellum由来のセロビオヒドロラーゼ I(CtCbhA)を含む、請求項11に記載の酵素製剤。   The enzyme preparation according to claim 11, comprising cellobiohydrolase I (CtCbhA) derived from Clostridium thermocellum. Aspergillus aculeatus由来のβグルコシダーゼ(AaBGA)を含む、請求項11又は12に記載の酵素製剤。   The enzyme preparation according to claim 11 or 12, comprising β-glucosidase (AaBGA) derived from Aspergillus aculeatus. セルロース含有材料を分解するための微生物製剤であって、
Clostridium thermocellum由来のセロビオヒドロラーゼ I (CtCel9A)及びClostridium thermocellum由来のセロビオヒドロラーゼ I(CtCbhA)のいずれか一方又は双方、Phanerochaete chrysosporium由来のセロビオヒドロラーゼ II(PcCBH II)、Trichoderma reesei由来のエンドグルカナーゼII(TrEG II)、及びTrichoderma reesei由来のキシラナーゼII(TrXyn II)を含み、これらの酵素のうち1又は2以上の酵素を細胞表層に提示又は細胞外に分泌する1又は2以上の微生物を含む、微生物製剤。
A microbial preparation for degrading a cellulose-containing material,
One or both of cellobiohydrolase I (CtCel9A) from Clostridium thermocellum and cellobiohydrolase I (CtCbhA) from Clostridium thermocellum, cellobiohydrolase II (PcCBH II) from Phanerochaete chrysosporium, endoglucanase from Trichoderma reesei (TrEG II), and Trichoderma reesei-derived xylanase II (TrXyn II), including one or more microorganisms that present or secrete one or more of these enzymes to the cell surface, Microbial preparation.
セルロース分解産物の生産方法であって、
セルロース含有材料とイオン液体とを接触させて前記セルロース含有材料にイオン液体を浸透させる工程と、
前記セルロース含有材料を含む固相と、セルラーゼ及びキシラナーゼを含む酵素群と、を接触させて、前記固相中のセルロースを分解する工程と、
を備える、方法。
A method for producing a cellulose degradation product,
Contacting the cellulose-containing material with the ionic liquid to infiltrate the cellulose-containing material with the ionic liquid;
Contacting the solid phase containing the cellulose-containing material with an enzyme group containing cellulase and xylanase, and decomposing cellulose in the solid phase;
A method comprising:
JP2010276690A 2010-12-13 2010-12-13 Method for producing useful substance from cellulose-containing material and use thereof Pending JP2012125154A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010276690A JP2012125154A (en) 2010-12-13 2010-12-13 Method for producing useful substance from cellulose-containing material and use thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010276690A JP2012125154A (en) 2010-12-13 2010-12-13 Method for producing useful substance from cellulose-containing material and use thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012125154A true JP2012125154A (en) 2012-07-05

Family

ID=46642962

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010276690A Pending JP2012125154A (en) 2010-12-13 2010-12-13 Method for producing useful substance from cellulose-containing material and use thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012125154A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150036952A (en) * 2013-09-30 2015-04-08 한국생산기술연구원 A culture medium of succinic acid by actinobacillus succinogenes comprising phanerochaete chrysosporium
JP2015527065A (en) * 2012-08-03 2015-09-17 デュポン ニュートリション バイオサイエンシス エーピーエス enzyme
JP2018145050A (en) * 2017-03-06 2018-09-20 楽しい株式会社 Recycling method of organic waste
CN109402091A (en) * 2017-08-18 2019-03-01 青岛蔚蓝生物集团有限公司 Xylanase mutants
CN113774701A (en) * 2021-09-16 2021-12-10 江南大学 Method for removing lignin in straw by using glycine and acetic acid

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015527065A (en) * 2012-08-03 2015-09-17 デュポン ニュートリション バイオサイエンシス エーピーエス enzyme
KR20150036952A (en) * 2013-09-30 2015-04-08 한국생산기술연구원 A culture medium of succinic acid by actinobacillus succinogenes comprising phanerochaete chrysosporium
KR102173719B1 (en) 2013-09-30 2020-11-03 한국생산기술연구원 A culture medium of succinic acid by actinobacillus succinogenes comprising phanerochaete chrysosporium
JP2018145050A (en) * 2017-03-06 2018-09-20 楽しい株式会社 Recycling method of organic waste
CN109402091A (en) * 2017-08-18 2019-03-01 青岛蔚蓝生物集团有限公司 Xylanase mutants
CN109402091B (en) * 2017-08-18 2022-02-11 潍坊康地恩生物科技有限公司 Xylanase mutants
CN113774701A (en) * 2021-09-16 2021-12-10 江南大学 Method for removing lignin in straw by using glycine and acetic acid

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102686736B (en) Method for Improving Reaction Efficiency of Synchronous Saccharification and Fermentation
WO2011143632A2 (en) Cellobiohydrolase variants
CN103459605B (en) The pretreated cellulosic material technique for saccharifying is refined for enzyme process
US10457925B2 (en) Process for the production of cellulolytic and/or hemicellulolytic enzymes
JP5120965B2 (en) Method for producing useful substance from cellulose-containing material
JP2012125154A (en) Method for producing useful substance from cellulose-containing material and use thereof
US20220340943A1 (en) Enzyme composition
WO2019229108A1 (en) Process for producing sugars from carbohydrate materials
BR112020007246A2 (en) process for enzymatic hydrolysis of lignocellulosic material and sugar fermentation
JP2011050950A (en) Method of producing decomposition product from cellulose-containing material
JP5434689B2 (en) Cellulase complex and use thereof
US20240218341A1 (en) Enzyme composition
JP2013135641A (en) Method for producing useful substance from cellulose-containing material
AU2022253636C1 (en) Process for the preparation of a sugar product and a fermentation product
JP2010178677A (en) Transformed yeast expressing cellulase and utilization thereof
EP3695001A1 (en) Process for enzymatic hydrolysis of lignocellulosic material and fermentation of sugars
US20240182936A1 (en) Enzyme composition
JP2011200136A (en) Cellulose degradation-promoting protein and utilization thereof
JP2011019429A (en) Yeast holding cellulase on the cell surface and utilization thereof
BR112020023198A2 (en) process for producing a polypeptide
JP2020156336A (en) Protein cell surface expression yeast