[发明专利]含木质纤维素的生物质的酶解糖化处理方法以及由含木质纤维素的生物质制造乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及木质纤维素系原料的酶解糖化处理方法或由木质纤维素系原料制造乙醇的方法，所述方法具备以下工序：预处理工序，施加将木质纤维素系原料制成适合于酶解糖化反应的原料的处理；以及，酶解糖化工序，将施加过预处理的木质纤维素系原料用酶进行糖化。更具体而言，涉及木质纤维素系生物质的酶解糖化处理方法，其包含将含有木质纤维素的生物质用由纤维素分解酶、半纤维素分解酶组成的酶群进行糖化处理的反应，所述木质纤维素施加过适合于糖化的处理，在该方法中，能够将所使用的酶群以高回收率从反应液中回收并长期循环利用，或者，涉及由含有木质纤维素的生物质制造乙醇的方法，在该方法中，通过回收同步糖化发酵处理后的处理悬浮液中残留的微细纤维，将所回收的微细纤维再次进行糖化或同步糖化发酵处理，能够提高乙醇产量。

本申请基于2010年8月31日在日本申请的日本特愿2010-193310号、2010年11月15日在日本申请的日本特愿2010-254441号、2010年12月9日在日本申请的日本特愿2010-274235号、2011年3月30日在日本申请的日本特愿2011-075772号、2011年5月13日在日本申请的日本特愿2011-107820号、2011年6月2日在日本申请的日本特愿2011-123976号要求优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

由施加过适合于糖化的处理的木质纤维素原料制造糖的技术，由于使用该糖作为微生物的发酵基质能够制造汽油的代替燃料即醇或塑料原料即琥珀酸、乳酸等化学品原料，因此是对形成循环型社会有益的技术。

由植物系生物质中的多糖类制造发酵基质即单糖、寡糖类的方法大致分为两类。一类是使用无机酸进行水解的酸解糖化法，另一类是使用酶、生产该酶的微生物进行水解的酶解糖化法。

酸解糖化法与酶解糖化法相比在技术上已完善，但在以木质纤维素系生物质为原料的方法的情况下，与以淀粉、黑糖浆等为原料的方法相比，糖收率低，且需要处理从处理工序中排出的废酸的设备、能够耐受酸腐蚀的大型设备等会成为产品成本增加的原因，成为实用化的主要障碍。

另一方面，酶解糖化法由于近年来酶的价格逐渐降低和技术的进步，包括至后处理在内的整体成本逐渐接近于酸解糖化法的成本，但酶解糖化法的整体成本中所占比例较高的酶的价格依然昂贵，因此为了酶解糖化法的实用化，重要的是进一步降低酶所消耗的费用。

作为降低酶解糖化法的成本的技术，可考虑开发使酶与纤维素纤维的接触更容易的预处理方法，开发将结晶性纤维素高效地糖化的方法，进而开发有效地回收、再利用酶的方法等。

与去除了木质素的木质纤维素材料相比，未去除木质素的木质纤维素材料难以利用酶分解，不会糖化而与树脂、金属等杂质一起以残渣的形式残留在糖化液中。通常而言，该残渣能通过筛网、离心分离等而分离废弃。该残渣中吸附有大量占酶解糖化法成本的比重较大的酶，因此将从反应液中分离的残渣直接废弃时，存在价格昂贵的酶也被废弃的问题。即，课题在于，为了降低酶解糖化法的成本而将残渣回收并有效利用。作为对酶解糖化法中回收的残渣进行再利用的技术，报告有：将残渣燃烧而得到热能的方法(专利文献5)；将残渣制成水热气体，利用乙醇合成催化剂由所生成的合成气体合成乙醇的方法(专利文献6)；将残渣用作燃料或肥料的方法(专利文献7)；将残渣用作热能的方法(专利文献8)。但是，由于这些方法伴随附加处理工序而导致成本大幅增加，因此考虑到实用的设备的情况下，作为用于解决成本降低这一课题的方法还不能说是充分的。

作为回收上述那种残渣中的酶的手段，可以考虑残渣的清洗。但是，酶通过其分子内具有的、特异性吸附于纤维素的纤维素结合结构域(CBD)等而与纤维素牢固地结合，因此单纯地用水清洗难以充分地回收吸附于纤维素的酶。

因而，为了改善酶的回收率，提出了添加表面活性剂进行处理的方法(参照专利文献1)等。但是，表面活性剂处理方法不能说酶的回收率是充分的，另外，由于担心添加化学品导致酶的失活、伴随附加处理工序而导致成本增加以及对之后的发酵阶段的微生物的不良影响等等，因而是不实用的。

作为从糖液中回收酶的方法，提出了：使用超滤的方法(参照专利文献2)，在糖液中再次添加纤维素来吸附回收酶的方法(参照专利文献3)等。但是，超滤法存在微少的杂质堵塞过滤膜而无法获得充分的处理速度和酶回收率的问题，利用添加纤维素进行的回收方法难以充分地回收酶。

提出了不经由将所吸附的酶剥离的工序而将吸附有酶的木质纤维素残渣再利用于下次的酶解糖化的方法(专利文献4)。