糖液的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及由生物質(zhì)制造糖液的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 以糖為原料的化學(xué)品的發(fā)酵生產(chǎn)工藝被用于各種工業(yè)原料生產(chǎn)中。作為成為該發(fā) 酵原料的糖，現(xiàn)在工業(yè)上使用源自甘蔗、淀粉、甜菜等食用原料的糖，但是從今后世界人口 增加引起食用原料價(jià)格的暴漲、或與食用競爭的倫理層面出發(fā)，構(gòu)建由可再生的非食用資 源、即含纖維素生物質(zhì)有效地制造糖液的工藝，或者以所得糖液為發(fā)酵原料，有效地轉(zhuǎn)化為 工業(yè)原料的工藝成為今后的課題。
[0003] 作為由含纖維素生物質(zhì)制造糖液的方法，公開了使用濃硫酸將纖維素和半纖維素 進(jìn)行酸水解來制造糖液的方法(專利文獻(xiàn)1或2)，在用稀硫酸將含纖維素生物質(zhì)進(jìn)行水解處 理之后，進(jìn)一步通過進(jìn)行纖維素酶等酶處理來制造糖液的方法(非專利文獻(xiàn)1)。此外，作為 不使用酸的方法，公開了使用250~500°C左右的亞臨界水將含纖維素生物質(zhì)水解來制造糖 液的方法(專利文獻(xiàn)3);此外，在將含纖維素生物質(zhì)進(jìn)行亞臨界水處理之后，進(jìn)一步通過酶 處理來制造糖液的方法(專利文獻(xiàn)4);此外，在用240~280°C的加壓熱水將含纖維素生物質(zhì) 進(jìn)行水解處理之后，進(jìn)一步通過酶處理來制造糖液的方法(專利文獻(xiàn)5)。
[0004] 然而，在含纖維素生物質(zhì)的水解中，存在下述問題:在纖維素或半纖維素成分等分 解的同時(shí)，生成的葡萄糖、木糖等糖也進(jìn)行分解反應(yīng)，還生成糠醛、羥甲基糠醛等呋喃化合 物，或甲酸、乙酸、乙酰丙酸等有機(jī)酸這樣的副產(chǎn)物。此外，由于含纖維素生物質(zhì)包含作為芳 香族聚合物的木質(zhì)素成分，因此，在酸處理工序中，木質(zhì)素成分分解，同時(shí)作為副產(chǎn)物生成 低分子量的酚類等芳香族化合物。這些化合物由于在利用微生物的發(fā)酵工序中起到抑制作 用，引起微生物的增殖抑制，使發(fā)酵產(chǎn)物的收率降低，因此被稱為發(fā)酵抑制物質(zhì)，在將含纖 維素生物質(zhì)糖液作為發(fā)酵原料利用時(shí)是大問題。
[0005] 作為在糖液制造過程中除去這樣的發(fā)酵抑制物質(zhì)的方法，公開了稱為過量灰堿處 理(over liming)的方法(非專利文獻(xiàn)2)。在該方法是在對酸處理后的纖維素或糖化液添加 石灰進(jìn)行中和的工序中，通過加熱到60°C附近并保持一定時(shí)間，從而將糠醛、HMF等發(fā)酵抑 制物質(zhì)與石膏成分一起除去的方法。然而，在過量灰堿處理中，存在甲酸、乙酸、乙酰丙酸等 有機(jī)酸的除去效果少的問題。
[0006] 此外，作為其他除去發(fā)酵抑制物質(zhì)的方法，公開了通過向來自含纖維素生物質(zhì)的 糖液中吹入水蒸氣，從而蒸發(fā)除去發(fā)酵抑制物質(zhì)的方法(專利文獻(xiàn)6)。然而，在這樣蒸發(fā)除 去的方法中存在下述問題:依賴于發(fā)酵抑制物質(zhì)的沸點(diǎn)，特別是沸點(diǎn)低的有機(jī)酸等發(fā)酵抑 制物質(zhì)的除去效率低，為了獲得充分的除去效率，必須投入大量的能量。
[0007] 此外，也有用離子交換除去發(fā)酵抑制物質(zhì)的方法(專利文獻(xiàn)7)，但是存在成本方面 問題;也有使用木質(zhì)系碳化物、即活性炭等吸附除去的方法，但是存在除去對象限定于疏水 性化合物這樣的問題(專利文獻(xiàn)8)。
[0008] 此外，也考慮了使用納濾膜或反滲透膜而將發(fā)酵抑制物質(zhì)作為膜的透過液除去的 方法，但是存在需要用于除去的附加分離設(shè)備、能量投入這樣的問題(專利文獻(xiàn)9)。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) [0010]專利文獻(xiàn)
[0011] 專利文獻(xiàn)1:日本特表平11-506934號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)2:日本特開2005-229821號(hào)公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)3:日本特開2003-212888號(hào)公報(bào)
[0014] 專利文獻(xiàn)4:日本特開2001-95597號(hào)公報(bào)
[0015] 專利文獻(xiàn)5:日本特許3041380號(hào)公報(bào)
[0016] 專利文獻(xiàn)6:日本特開2004-187650號(hào)公報(bào)
[0017] 專利文獻(xiàn)7:日本特表2001-511418號(hào)公報(bào)
[0018] 專利文獻(xiàn)8:日本特開2005-270056號(hào)公報(bào)
[0019] 專利文獻(xiàn)9:日本特許第4770987號(hào)公報(bào)
[0020] 非專利文獻(xiàn)
[0021] 非專利文獻(xiàn) 1 :A.Aden等，"Lignocellulosic Biomass to Ethanol Process Design and Economics Utilizing Co-Current Dilute Acid Prehydrolysis and Enzymatic Hydrolysis for Corn Stover"NREL Technical Report(2002)
[0022] 非專利文獻(xiàn)2 : Μ · A1 fred 等，"Effect of pH，t ime and temperature of overliming on detoxification of dilute-acid hydrolyzates for fermentation by Saccaromyces cerevisiase，>Process Biochemistry,38,515-522(2002)
[0023] 發(fā)明的內(nèi)容
[0024] 發(fā)明所要解決的課題
[0025] 如上所述，由于源自生物質(zhì)的糖液中所包含的發(fā)酵抑制物質(zhì)阻礙微生物的生長、 代謝轉(zhuǎn)化，因此為了除去這些發(fā)酵抑制物質(zhì)，使用吸附處理、離子交換、加熱蒸發(fā)、納濾膜 等，但是存在處理成本高，或者能夠除去的發(fā)酵抑制物質(zhì)限定于特定化合物這樣的問題。
[0026] 即，本發(fā)明所要解決的課題是提供包括以簡便的處理、低成本地將各種發(fā)酵抑制 物質(zhì)全面除去的工序的糖液的制造方法。
[0027]用于解決課題的方法
[0028] 本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，通過利用特定的微生物的代謝機(jī)制，能夠使源自生物質(zhì)的糖液中 所包含的發(fā)酵抑制物質(zhì)的濃度降低，能夠利用所得糖液作為發(fā)酵原料，從而完成了本發(fā)明。
[0029] SP，本發(fā)明由以下的[1]~[15]構(gòu)成。
[0030] [ 1 ]糖液的制造方法，是由生物質(zhì)制造糖液的方法，包括將由生物質(zhì)得到的糖水溶 液中所包含的發(fā)酵抑制物質(zhì)利用無葡萄糖和/或木糖同化性的微生物或源自該微生物的粗 酶物進(jìn)行分解的工序，所述發(fā)酵抑制物質(zhì)是選自香豆酸、香豆酰胺、阿魏酸、阿魏酰胺、香草 醛、香草酸、乙酰香草酮、糠醛和3-羥甲基糠醛中的1種或2種以上的化合物。
[0031] [2]根據(jù)[1]所述的糖液的制造方法，所述無葡萄糖和/或木糖同化性的微生物是 戴爾福特菌屬微生物(Delftia sp.)。
[0032] [3]根據(jù)[1]或[2]所述的糖液的制造方法，所述無葡萄糖和/或木糖同化性的微生 物是選自食酸戴爾福特菌（Delftia acidovorans)、湖生戴爾福特菌（Delftia lacustris)、鶴羽田戴爾福特菌（Delftia tsuruhatensis)和對!ti下戴爾福特菌（Delftia litopenaei)中的1種或2種以上。
[0033] [4]根據(jù)[1]~[3]中任一項(xiàng)所述的糖液的制造方法，糖水溶液是將含纖維素生物 質(zhì)進(jìn)行水解而得的糖水溶液。
[0034] [5]根據(jù)[4]所述的糖液的制造方法，包括將含纖維素生物質(zhì)進(jìn)行選自酸處理、堿 處理、水熱處理和酶處理中的1種以上的處理，從而調(diào)制糖水溶液的工序。
[0035] [6]根據(jù)[1]~[3]中任一項(xiàng)所述的糖液的制造方法，糖水溶液是廢糖蜜。
[0036] [7]根據(jù)[1]~[6]中任一項(xiàng)所述的糖液的制造方法，發(fā)酵抑制物質(zhì)分解處理工序 是在單糖濃度小于100g/L的條件下進(jìn)行的處理。
[0037] [8]根據(jù)[1]~[7]中任一項(xiàng)所述的糖液的制造方法，所述發(fā)酵抑制物質(zhì)分解處理 工序是在PH6~11的范圍進(jìn)行的處理。
[0038] [9]糖液的制造方法，將通過前述[1]~[8]中任一項(xiàng)所述的糖液的制造方法獲得 的糖液進(jìn)行膜濃縮和/或蒸發(fā)濃縮，從而提高糖濃度。
[0039] [10]糖固體的制造方法，將通過前述[1]~[8]中任一項(xiàng)所述的糖液的制造方法獲 得的糖液進(jìn)行膜濃縮和/或蒸發(fā)濃縮，從而獲得糖固體。
[0040] [11]通過前述[1]~[9]中任一項(xiàng)所述的糖液的制造方法獲得的糖液。
[0041] [12]通過前述[10]所述的糖固體的制造方法獲得的糖固體。
[0042] [ 13]糖液或糖固體，是源自含纖維素生物質(zhì)或廢糖蜜的糖液或糖固體，其中，雜質(zhì) 的含量為檢測限以下，所述雜質(zhì)是選自絲氨酸、蘇氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酰胺、谷 氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸和組氨酸中的1種或2種以上的游離氨基酸。
[0043] [14]化學(xué)品的制造方法，包括:通過前述[1]~[9]中任一項(xiàng)所述的糖液的制造方 法來獲得糖液的工序;和以所得的糖液作為發(fā)酵原料來培養(yǎng)微生物，從而使糖轉(zhuǎn)化為化學(xué) 品的工序。
[0044] [15]化學(xué)品的制造方法，包括:通過前述[10]所述的糖固體的制造方法來獲得糖 固體的工序;和以所得的糖固體作為發(fā)酵原料來培養(yǎng)微生物，從而使糖轉(zhuǎn)化為化學(xué)品的工 序。
[0045]發(fā)明的效果
[0046]本發(fā)明中所得的糖液能夠作為微生物的發(fā)酵原料使用，能夠作為各種化學(xué)品的原 料利用。
【附圖說明】
[0047]圖1是顯示本發(fā)明的糖液的制造方法的實(shí)施步驟的流程圖。
[0048]圖2是顯示本發(fā)明的糖液的制造方法的優(yōu)選實(shí)施步驟的流程圖。
[0049] 圖3是追蹤鶴羽田戴爾福特菌引起的阿魏酰胺的經(jīng)時(shí)變化的圖。
[0050] 圖4是追蹤食酸戴爾福特菌引起的阿魏酰胺的經(jīng)時(shí)變化的圖。
[0051] 圖5是追蹤鶴羽田戴爾福特菌引起的香豆酰胺的經(jīng)時(shí)變化的圖。
[0052] 圖6是追蹤食酸戴爾福特菌引起的香豆酰胺的經(jīng)時(shí)變化的圖。
[0053] 圖7是追蹤本發(fā)明的糖固體經(jīng)時(shí)變化的照片。
【具體實(shí)施方式】
[0054] 本發(fā)明是由生物質(zhì)制造糖液的方法。所謂生物質(zhì)，分類為包含糖或多糖的制糖作 物?谷物和含纖維素生物質(zhì)。作為制糖作物?谷物，可以示例出甘蔗、甘薯、玉米、甜菜、木 薯、米、小麥、大豆等。作為含纖維素生物質(zhì)，可以示例出蔗渣、玉米秸桿、玉米芯、樹木、樹 皮、木肩、廢建材、EFB(空果串，Empty fruits bunch)、椰子殼、象草、紫狼尾草、鹿茅、柳枝 稷、麥秸、稻秸、蘆竹、竹、咖啡渣·茶渣等。即，本發(fā)明中的糖水溶液，是以這樣的生物質(zhì)為 原料的糖液，是由前述生物質(zhì)經(jīng)過提取、濃縮、水解、晶析等工序而獲得的糖水溶液，此外， 是指至少包含后述的糖和發(fā)酵抑制物質(zhì)的糖水溶液。
[0055] 作為這樣的糖水溶液，可舉出由制糖作物?谷物通過制糖工序獲得的廢糖