WO2007083746A1 - エタノール生産発酵法 - Google Patents
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Definitions
- Oil palm is a typical tropical industrial crop along with natural rubber.
- development of waste liquid countermeasure technology related to these has been delayed, and the development of more rational waste liquid treatment technology is desired from the viewpoint of environmental measures.
- Oil palm extraction wastewater is treated by anaerobic methane fermentation and reduced to plantation, and natural rubber latex mother liquor is treated by lagoon to make it harmless, but this is not always sufficient.
- Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 6-46941
- Oil palm oil effluent is considered to be an inexpensive organic nutrient source capable of supplying microbial growth factors rich in proteins and vitamins contained in the oil palm pulp, but has never been used as a fermentation raw material.
- the viewpoint power of effective use of waste liquid Acetone 'It is reported that butanol fermentation is possible, and it is only.
- an object of the present invention is to provide an ethanol production fermentation method that can efficiently produce ethanol using biomass, and can contribute to waste liquid treatment, which is a problem.
- the ethanol production fermentation method includes a first step of preparing a pulverized product of sago palm, and saccharification by adding at least one of a liquid enzyme and a sugar enzyme to the prepared pulverized material.
- oil palm oil extraction waste liquid is added to the sugar liquid.
- the natural rubber latex mother liquor is added to the sugar solution prior to the third step.
- the sago palm power as biomass can efficiently produce alcohol and can be used effectively as well as treating waste liquid.
- FIG. 1 is a graph showing the course of ethanol fermentation according to the present invention.
- Sago palm pulverizes the raw wood, separates the fiber, separates the starch, refines it, and dries it into starch flour, which can be used as corn starch, cassava starch, potato or sweet potato starch. It becomes a fermentation raw material as a starch resource.
- starch flour which can be used as corn starch, cassava starch, potato or sweet potato starch. It becomes a fermentation raw material as a starch resource.
- sago palm as a raw material for fermentation as raw material is impossible with conventional common sense, and no one has yet considered it. If it is possible to use sago palm as a raw material for ethanol fermentation directly without separating starch from sago palm, the yield from sago palm will be improved and the process will be simplified. It must be a fuel production method from technological photosynthetic products.
- POSS oil palm oil extraction waste liquid
- the sago palm logs were ground as they were, and the starch was not separated, but the fe "was obtained.
- the 7-sugar cane was special even in 3 ⁇ 4accharomyces cerevisiae even against Zymomonas mobilis. Alcohol fermentation is possible without supplementing nutrients.
- the fermentability was markedly improved, and a fermentation performance exactly equivalent to standard ethanol fermentation using CSL for glucose was obtained.
- the natural rubber latex mother liquor used in the present invention is a mother liquor itself that is not concentrated and spray-dried, and is inexpensive and can be used as a raw material for ethanol fermentation.
- the same sago starch sugar liquor as that used in Study Example 1 was used.
- the sugar solution “1” is mixed with the natural rubber latex mother liquor “1” of National Timber and Forest Products of Indonesia, adjusted to pH 5.8, and then dispensed into a large test tube with 50 milliliters.
- Sago was obtained from National Timber and Forest Products in Indonesia. This is a sago palm log with a thickness of about 12 cm 2 and a thickness of 3-4 mm, and dried in hot air in an oven to a moisture content of about 50%.
- the hydrolysis rate reached 95% 8 hours after the start of the reaction, and the degradation rate remained almost unchanged thereafter.
- the sugar solution was 1050 milliliters and the sugar concentration was 160 g / liter.
- Ethanol in the culture end solution was analyzed by gas chromatography to obtain an ethanol concentration 63 gZ litter.
- Example 2 The same sago palm sugar syrup solution as used in Example 1 was used.
- Ethanol in the culture ending liquid was analyzed by gas chromatography to obtain an ethanol concentration 41 gZ litter.
- Example 2 The same sago palm sugar syrup solution as used in Example 1 was used.
- YM broth (Difco Laboratories, Detroit) was adjusted to the specified concentration, then 10 milliliters were dispensed into a test tube and inoculated with alcoholic yeast Saccharomyces cerevisiae seeded with 115 ° C for 10 minutes. Then, static fermentation was performed at 31.5 ° C for 24 hours.
- Ethanol in the culture-finished solution was analyzed by gas chromatography to obtain an ethanol concentration of 58 gZ litter.
- Example 2 Same Indonesian National Timber and Forest Pro as used in Example 1 The sago palm chips obtained by ducts company power were used. Weigh 200 g of this, pulverize it with a mortar stick, further pulverize with a mortar and suspend in water. 1. 3 liters of suspension. The litter was calo-free, heated to 90 o C and kept for 1 hour.
- FIG. 1 shows the course of alcoholic fermentation (POSS 20%), and the horizontal axis is time “CT”.
- RS is the residual sugar concentration
- DCW is the dry cell weight
- EtOH is the ethanol concentration. Ethanol 47gZ litter (6vol%) and residual sugar concentration were 0 after 14 hours of culture.
- Sago palm was harvested for harvest by a farmer in Tebing Tinggi Island, Riau, Indonesia, and used as raw trees. This is the state prior to being subjected to Rasper to separate the starch.
- the sugar solution thus obtained was adjusted to pH 5.8, and then 50 milliliters was dispensed into a large test tube, and autoclaved at 120 ° C for 10 minutes. After adjusting YM broth (Difco Laboratories, Detroit) to the specified concentration, dispense 10 milliliters into a test tube, heat-sterilized at 115 ° C for 10 minutes, and seed culture with Zymomonas mobilis NRRL B—14023 in 1 milliliter. One was inoculated and left to stand at 30 ° C for 48 hours.
- Ethanol in the culture-finished solution was analyzed by gas chromatography to obtain an ethanol concentration 38 gZ litter.
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Abstract
熱帯産植物資源として人工栽培に成功したサゴヤシを材木のまま糖化し、未分解繊維などを取り除いた後、同じく東南アジアで広く栽培されているオイルパームの搾油時に発生する廃液や天然ゴム樹液から得られるラテックス母液などを有機栄養成分として加え、これにアルコール生産性細菌Zymomonas mobilisやアルコール酵母Saccharomyces cerevisiaeを培養してアルコールを生産させる。バイオマスからのエネルギー生産法としての効果が得られ、廃液処理法としての熱帯地方の環境対策に貢献できる。
Description
明 細 書
エタノール生産発酵法
技術分野
[0001] 地球温暖化と石油資源の枯渴が、同時並行で進む現状に鑑みると、石油の消費を 抑制しエネルギー源を光合成産物である再生可能資源に置き換えていくことが人類 共通の課題となっている。また、有限資源である石油の先行き不安が高まる中、世界 中で自動車用ガソリンにエタノールを添加する動きが拡大しており、ブラジルや米国 にとどまらず中国や東南アジア各国でもガソリンへのエタノール添カ卩の動きが拡大し ており、燃料エタノール生産のための原料開発や新しい生産法の開発の競争が激ィ匕 している。
[0002] 中でも東南アジアの熱帯地方は、光合成能力に富み、バイオマス生産の潜在力が 高い上、未開発の植物資源も多い。その中でサゴヤシは現在栽培技術が確立され つつある有望な光合成資源であり、この栽培が実現すればオイルパームに匹敵する 大きな光合成エネルギー生産源となり、米国のコーンに並ぶエタノール生産源になる ものと思われる。
[0003] オイルパームは、天然ゴムと並び、代表的な熱帯工業作物である。し力しながら、こ れらに関する廃液対策技術開発が遅れており、環境対策の点からより合理的な廃液 処理技術の開発が望まれて 、る。オイルパーム搾油廃液は嫌気性メタン発酵処理し てプランテーションに還元する方法、天然ゴムラテックス母液はラグーン処理を行って 無害化する方法などがとられているが、必ずしも十分とは言えない。
特許文献 1：特公平 6— 46941号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] さて一般に、微生物の増殖には、アミノ酸やビタミンなどの有機栄養素が必要であ るため、アルコール発酵においてデンプン原料を用いる場合、酵母であっても、 Zymo monasのような細菌であっても CSLや麦芽エキスのような天然有機栄養源を用いる必 要がある。天然ゴムラテックス母液は、豊富な微生物の増殖促進因子を含む魅力あ
る有機栄養源である（文献 1 :日本国特公平 6— 46941号公報)。これは母液を濃縮 した上、噴霧乾燥して粉末ィ匕したもので、栄養価に富むがコスト的には高価で、エタ ノール発酵の原料にはなりえない。
[0005] オイルパーム搾油廃液は、オイルパームの果肉に含まれるタンパク質やビタミン類 に富む微生物増殖因子を供給できる安価な有機栄養源と考えられるが、いまだに発 酵原料として用いられたことはなぐ発明者らが廃液の有効利用の視点力 アセトン' ブタノール発酵が可能なことが報告されて 、るにすぎな 、。
[0006] そこで本発明は、バイオマスを用いてエタノールを効率よく生産でき、し力も、課題 となっている廃液処理にも資することができるエタノール生産発酵法を提供することを 目的とする。
課題を解決するための手段
[0007] 第 1の発明に係るエタノール生産発酵法は、サゴヤシの原木の粉砕物を用意する 第 1ステップと、用意した粉砕物に液ィ匕酵素及び糖ィ匕酵素の少なくとも一方を加え糖 化し、糖液を得る第 2ステップと、糖液を用いてアルコール生産性細菌及びアルコー ル酵母の少なくとも一方を培養し、エタノールを生産する第 3ステップとを含む。
[0008] この構成を採用すれば、後述する実施例から明らかなように、サゴヤシをほぼ原木 に近い状態のままで活用し、エタノールを効率よく生産できる。実施例 5に例示される ように、サゴヤシの原木は未同定ながら、各種の微生物生育因子を含むので、そのま までもアルコール発酵能のある酵母やバクテリアは増殖し、原木に含まれるデンプン 質をアルコールに変換できる。しかし、栄養成分が十分でないので以下に述べる方 法を実施すれば、さらに効率の高いアルコール発酵が可能となり、かつ資源の有効 活用が促進される。
[0009] 第 2の発明に係るエタノール生産発酵法では、第 1の発明に加え、第 3ステップに 先立ち、糖液にオイルパーム搾油廃液を添加する。
[0010] 第 3の発明に係るエタノール生産発酵法では、第 1の発明に加え、第 3ステップに 先立ち、糖液に天然ゴムラテックス母液を添加する。
[0011] これらの構成により、処理に困難を伴う廃液などを有効活用できる。
発明の効果
[0012] 本発明によれば、バイオマスとしてのサゴヤシ力も効率よくアルコールを生産できる とともに、廃液を処理するだけでなく有効に活用できる。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]本発明によるエタノール発酵経過を示すグラフ
発明を実施するための最良の形態
[0014] サゴヤシは、その原木を粉砕し、繊維質を分別してデンプンを分離し、これを精製' 乾燥させてデンプン粉とすれば、コーンスターチ、キヤッサバスターチ、ポテトやさつ まいもデンプンなどと全く同様デンプン資源として発酵原料になる。し力しながら、サ ゴヤシを原木のまま発酵原料に供することは、従来技術の常識では不可能と信じら れており、未だ誰も検討していない。サゴヤシからデンプンを分離せず、サゴヤシ材 木を直接エタノール発酵の原料にすることが可能であれば、サゴヤシからの収率が 向上し、プロセスが簡素化するから、大幅なコストダウンが達成でき、画期的な光合成 産物からの燃料製法となるに相違ない。
[0015] 本発明者らは、これらの知見に基づき、オイルパーム搾油廃液（Palm Oil Separ ator Sludge = POSS)がエタノール発酵の有機栄養源になりうるかどうか検討した 。結晶ブドウ糖培地ゃサゴデンプン糖ィ匕液を炭素源として POSSを有機栄養源とし 培地添加濃度 2— 50%の範囲でエタノール細菌 Zymomonas mobilisやアルコール酵 母 Saccharomyces cerevisiaeを培養した。その結果、すべてにおいて菌の増殖は認め られな 、か、増殖してもわずかであった (検討例 1参照)。
[0016] そこで、 POSSに含まれる有機物を予め加水分解することによる、有効成分の活性 化を試みた。 POSSを 6N—H SO〖こよって 110°C、 6時間加水分解したもの、 Flavo
2 4
urzyme 1000L (Novo)および Alcalase 2. 4LFG (Novo)のプロテアーゼによって 酵素分解したものについても発酵試験を行ったが微生物増殖促進活性は発現しな かった。サゴヤシのデンプン糖ィ匕液に天然ゴムラテックス母液を有機栄養源としたも のでも、アルコール発酵は全くできな力つた (検討例 2参照)。
[0017] ところが、驚くべき事に、サゴヤシ原木をそのまま粉砕し、デンプンを分離せずいき なり fe"ィ匕して得 7こ糖揿は、 Zymomonas mobilisに对しても ¾accharomyces cerevisiaeに おいても特別の栄養素を補填することなくアルコール発酵が可能であり、さらにオイ
ルパーム搾油廃液や天然ゴムラテックス母液を適量添加することにより、発酵性が顕 著に改善され、ブドウ糖に CSLを用いた標準のエタノール発酵と全く同等の発酵成 績を得た。本発明で用いた天然ゴムラテックス母液は、文献 1と異なり濃縮噴霧乾燥 したものでなぐ母液そのものであり、コスト的に安価でエタノール発酵の原料として 使用可能である。
[0018] 力べして、本発明者らは、以下述べるとおり、米国のコーンスターチ CSLの組み 合わせを凌駕するノィォマスエタノール生産法を完成した。
[0019] 以下、検討例及び実施例を示しながら、本発明を更に詳細に説明する。なお、以 下の実施例は、単なる例示であって、本発明はこれらの実施例に限定されないことは 言うまでもない。
[0020] (検討例 1)
マレーシア Sarawak Chemical社製サゴヤシのデンプン lOOgを秤量し、 500ミリ リツターの水に縣濁し、 pH6. 5に調整した後、 Termamyl— 120L (Novo社） 100 μ リツターをカ卩ぇ 90°Cで 1時間保ち、デンプンの糊化をおこなった。
[0021] その後 ρΗを 4. 5とし、 Dextrozyme (Novo社） 100 μリツターをカ卩え 70°Cに加温し
24時間糖ィ匕反応を行った結果、ブドウ糖 165gZリツターの糖液 480ミリリツターを得 た。
[0022] この糖液を水で糖濃度 130g/リツターに希釈したもの「5」に対し、マレーシアパー ムオイル研究所（Malaysia Palm Oil Board = MPOB)のオイルパーム搾油廃 液（Palm Oil Separator Sludge = POSS)「1」を混合し、 pH5. 8に調整後大型 試験管に 50ミリリツターを分注し、 120°C10分オートクレープ滅菌した。
[0023] これに YMブロス（Difco Laboratories, Detroit)を規定濃度に調整後、試験管 に 10ミリリツターを分注し 115°Cで 10分間加熱滅菌したもので種培養した Zymomona s mobilis NRRL B— 14023を 1ミリリツター接種し、 30°Cにて 48時間静置発酵した
[0024] 培養 24時間で菌の増殖はわずかに認められた力 エタノールの生成はほとんど認 められな力つた。培養 48時間では菌増殖が認められたものの、培養終了液のエタノ ール濃度は低くわずかに 5gZリツターにとどまつていた。
[0025] (検討例 2)
検討例 1に用いた糖液と同じサゴヤシのデンプン糖ィ匕液を用いた。この糖液「1」に 対し、インドネシアの National Timber and Forest Products社の天然ゴムラ テックス母液「1」を混合し、 pH5. 8に調整後大型試験管に 50ミリリツターを分注し、 1
20°C 10分オートクレーブ滅菌した。
[0026] これに YMブロス（Difco Laboratories, Detroit)を規定濃度に調整後、試験管 に 10ミリリツターを分注し、 115°Cで 10分間加熱滅菌したもので種培養した Zymomon as mobilis NRRL B— 14023 1ミリリツターを接種し、 30°Cにて 48時間培養した が菌増殖は認められず、培養液にエタノールは検出されな力つた。
[0027] (実施例 1)
サゴヤシは、インドネシアの National Timber and Forest Products社から入 手した。これは、サゴヤシ原木を約 1 2cm2厚さ 3— 4mmにしてオーブンで熱風乾 燥し、水分約 50%としたものである。
[0028] これを 250グラム秤量し乳鉢棒で粉砕後、すり鉢でさらに粉砕し、水 900ミリリツター を加えて 0. IN— NaOHにて pH6. 5に調整し、 Termamyl— 120L (Novo社） 100 リツターを加え 90°Cに加温し 1時間保った。
[0029] ついでマグネットスターラーで攪拌しながら 0. IN— HC1にて pHを 4. 5に調整して
Dextrozyme (Novo社） 100 μリツターを加え 70°Cにカロ温し、 24時間糖化反応を行 つた o
[0030] 反応開始後 8時間で加水分解率 95%に達し、以後分解率はほとんど変化しなかつ た。糖ィ匕した液は 1050ミリリツター、糖濃度は 160g/リツターであった。
[0031] この糖液を 3, OOOg 2分遠心分離して固形分を分離した。この糖液を水で糖濃度
130gZリツターに希釈したもの「5」に対し、マレーシアパームオイル研究所（Malays ia Palm Oil Board = MPOB)のオイルパーム搾油廃液（Palm Oil Separator Sludge = POSS)「1」を混合し、 pH5. 8に調整後大型試験管に 50ミリリツターを分 注し、 120°C10分オートクレーブ滅菌した。
[0032] これに YMブロス（Difco Laboratories, Detroit)を規定濃度に調整後、試験 管に 10ミリリツターを分注し、 115°Cで 10分間加熱滅菌したもので種培養した Zymom
onas mobilis NRRL B— 14023 1ミリリツターを接種し、 30°Cにて 15時間静置発 酵した。
[0033] 培養終了液のエタノールをガスクロマトグラフィーで分析し、エタノール濃度 63gZ リツターを得た。
[0034] (実施例 2)
実施例 1に用いた糖液と同じサゴヤシ原木糖ィ匕液を用いた。
[0035] この糖液「1」に対し、インドネシアの National Timber and Forest Products 社の天然ゴムラテックス母液「1」を混合し、 pH5. 8に調整後大型試験管に 50ミリリツ ターを分注し、 120°C10分オートクレーブ滅菌した。
[0036] これに YMブロス（Difco Laboratories, Detroit)を規定濃度に調整後、試験管 に 10ミリリツターを分注し、 115°Cで 10分間加熱滅菌したもので種培養した Zymomon as mobilis NRRL B— 14023 1ミリリツターを接種し、 30°Cにて 15時間静置発酵 した。
[0037] 培養終了液のエタノールをガスクロマトグラフィーで分析し、エタノール濃度 41gZ リツターを得た。
[0038] (実施例 3)
実施例 1に用いた糖液と同じサゴヤシ原木糖ィ匕液を用いた。
[0039] この糖液を水で糖濃度 130g/リツターに希釈したもの「5」に対し、マレーシアパー ムオイル研究所（Malaysia Palm Oil Board = MPOB)のオイルパーム搾油廃 液（Palm Oil Separator Sludge = POSS)「1」を混合し、 pH5. 8に調整後大型 試験管に 50ミリリツターを分注し、 120°C10分オートクレープ滅菌した。
[0040] これに YMブロス（Difco Laboratories, Detroit)を規定濃度に調整後、試験管 に 10 ミリリツターを分注し 115°Cで 10分間加熱滅菌したもので種培養したアルコー ル酵母 Saccharomyces cerevisiaeを接種し、 31. 5°Cにて 24時間静置発酵した。
[0041] 培養終了液のエタノールをガスクロマトグラフィーで分析し、エタノール濃度 58gZ リツターを得た。
[0042] (実施例 4)
実施例 1で用いたものと同じインドネシアの National Timber and Forest Pro
ducts社力も入手したサゴヤシチップを用いた。これを 200グラム秤量し、乳鉢棒で 粉碎後すり鉢でさらに粉碎して水. 1. 3リツターに縣濁し、 0. IN— NaOHにて pH6 . 5に調整し、 Termamyl— 120L (Novo社） 100 リツターをカロ免、 90oCにカロ温し 1 時間保った。
[0043] ついでガラス棒で攪拌しながら、 0. IN— HC1にて pHを 4. 5に調整し、 Dextrozy me (Novo社） 100 リツターを加え、 70°Cに加温し 24時間糖ィ匕反応を行い糖濃度 140gZリツターの糖液 1. 35リツターを得た。
ミリリツターこの糖液を 3, 000g 2分遠心分離して固形分を分離した後、糖濃度 120 g/リツターに希釈した。
[0044] これに予め 9, 000g 3分の遠心分離によって固形分（SS)を取り除いた National
Timber and Forest Products社のオイルパーム搾油廃液（POSS) 400 ミリリ ッターを加え、 pH5. 8に調整後、 120°C10分オートクレーブ滅菌した後 2リツターガ ラスジャーに仕込んだ。
[0045] これに YMブロス（Difco Laboratories, Detroit)を規定濃度に調整後、 100ミリ リツター Erlenmyer Flaskに入れ、 115°Cで 10分間加熱滅菌した培地で種培養 した Zymomonas mobilis NRRL B— 14023 50ミリリツターを接種し、 150rpm、 p H5. 5、 30。Cにてエタノール発酵した。
[0046] 図 1は、アルコール発酵経過 (POSS20%)を示し、横軸は時間「CT」である。図 1 において、「RS」とあるのは、残糖濃度であり、「DCW」は乾燥菌体重量、「EtOH」は エタノール濃度をそれぞれ示す。培養 14時間でエタノール 47gZリツター（6vol%) 、残糖濃度は 0であった。
[0047] (実施例 5)
サゴヤシは、インドネシアの Riau州 Tebing Tinggi島の農家で収穫のため伐採し たものを生木のまま用いた。これは、デンプンを分離するために Rasperにかける前の 状態のものである。
[0048] サゴヤシ原木のブロック（塊）を 500グラム秤量し、ナイフで約 1センチのサイコロ状 に切り、これに水 900ミリジッターをカロ免て 0. 1N— NaOHにて pH6. 5に調整し、 Ter mamyl- 120L (Novo社） 150 ジッターをカロ免、 100oCにボイノレし 1時間保った。
[0049] ついでマグネットスターラーで攪拌しながら、 0. IN— HC1にて pHを 4. 5に調整し て、 Dextrozyme (Novo社） 150 リツターを加え、 70°Cに加温し 24時間糖化反応 を行った。こうして得た糖液を pH5. 8に調整後、大型試験管に 50ミリリツターを分注 し、 120°C10分オートクレーブ滅菌した。これに YMブロス（Difco Laboratories, Detroit)を規定濃度に調整後、試験管に 10ミリリツターを分注し、 115°Cで 10分間 加熱滅菌したもので種培養した Zymomonas mobilis NRRL B— 14023を 1ミリリツタ 一を接種し、 30°Cにて 48時間静置発酵した。
[0050] 培養終了液のエタノールをガスクロマトグラフィーで分析し、エタノール濃度 38gZ リツターを得た。
Claims
[1] サゴヤシの原木の粉砕物を用意する第 1ステップと、
用意した粉砕物に液ィ匕酵素及び糖ィ匕酵素の少なくとも一方を加え糖ィ匕し、糖液を 得る第 2ステップと、
前記糖液を用いてアルコール生産性細菌及びアルコール酵母の少なくとも一方を 培養し、エタノールを生産する第 3ステップとを含む、ことを特徴とするエタノール生産 発酵法。
[2] 前記第 3ステップに先立ち、前記糖液にオイルパーム搾油廃液を添加する、請求の 範囲第 1項記載のエタノール生産発酵法。
[3] 前記第 3ステップに先立ち、前記糖液に天然ゴムラテックス母液を添加する、請求の 範囲第 1項記載のエタノール生産発酵法。
[4] 前記アルコール生産性細菌は、 Zymomonas mobilisである、請求の範囲第 1項記載 のエタノール生産発酵法。
[5] 前記アルコール酵母は、 Saccharomyces cerevisiaeである、請求の範囲第 1項記載の エタノール生産発酵法。
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