成果報告書詳細
管理番号20130000000894
タイトル平成23年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(バイオマス) 多段糖化発酵技術を利用したバイオエタノール高効率生産技術開発と燃料利用
公開日2014/2/22
報告書年度2011 - 2011
委託先名愛媛県産業技術研究所
プロジェクト番号P10020
部署名技術開発推進部
和文要約件名:平成23年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(バイオマス) 「多段糖化発酵技術を利用したバイオエタノール高効率生産技術開発と燃料利用」

多段糖化/発酵プロセスの各種条件を最適化することを目的として、ビーカーレベルにおいて各種条件をさまざまに変化させ、生成する単糖濃度の変化を測定した。変化させた条件は糖化から発酵に移行する最適なタイミング(糖化時間)、浴比および酵素添加量である。まず、糖化から発酵に移行するタイミング(糖化時間)について述べる。セルロースを酵素法で糖化する場合、糖化中における単糖濃度は当初、糖化時間とともに上昇し、次第に上昇がゆるやかになり、飽和に達したのちに変化しなくなる。これは生成した単糖が酵素の反応を阻害するためである。このとき、糖化から発酵に移行するタイミングは単糖濃度が飽和に達した直後が望ましい。これは単糖濃度を高めるためには、糖化時間は長いほうが望ましいが、これとは反対に糖化時間が必要以上に長くなると、保温(50℃)に必要なエネルギーが増加し、エタノールの製造コストが高くなるためである。そこで、実証装置で実施可能ないくつかの典型的な条件で糖化実験をおこない、単糖濃度が飽和に達するまでの時間を調べた。この結果、単糖濃度はいずれの条件においても72 hの糖化で飽和に達することがわかった。さらに、得られた単糖水溶液にドライイーストを添加すると単糖濃度が低下した。このことから、エタノール発酵により単糖がエタノールに変換されていると判断した。また、この実験条件において、単糖がエタノールに変換される速度を計算した結果、2.8×10-3 g/(ml・h)と求まった。次に、最適な浴比を明らかにするために、添加する50 mM酢酸緩衝液(pH5)をさまざまに変化させて糖化を実施し、単糖濃度の変化を調べた。この結果、単糖濃度は浴比が小さくなるにつれて向上することがわかった。また、72 h以上の糖化においては単糖濃度の変化は少なかった。この原因は浴比が小さくなったことにより、酵素濃度が相対的に高くなり、酵素が綿繊維に接触(糖化)する頻度が高まったものと考えられる。このため、糖化を効率的に進めるためには添加する50 mM酢酸緩衝液(pH5)が少ないほうが好ましいことになる。この結果に加えて、実証設備で実施可能な浴比をあわせて検討した結果、今後の実験においては浴比を1:10とすることとした。さらに、最適な酵素添加量を明らかにするために酵素の添加量をさまざまに変化させて糖化を実施し、単糖濃度の変化を調べた。この結果、単糖濃度は酵素添加量を増やすにつれて向上することがわかった。また、72 h以上の糖化においては単糖濃度の変化は少なかった。これも、浴比の場合と同様、酵素添加量の増加に伴って酵素濃度が高まり、酵素が綿繊維に接触する機会が増加したためと考えられる。このため、酵素添加量は多いほうが望ましいことになる。しかし、酵素の価格はバイオエタノールの価格の大部分を占めているため、酵素添加量は可能な限り少ないほうが望ましい。そこで、酵素添加量と単糖濃度の変化を調べた結果、綿繊維に対して酵素を20 wt%以上添加した場合の糖濃度の向上の程度は、20 wt%以下の場合よりも少なかった。このため、今後の実験においては酵素添加量を綿繊維の20 wt%とすることとした。
英文要約Title: New Energy Venture Bussiness Technology Innovation Program/ New Energy Venture Bussiness Technology Innovation Program(Biomass)/ The efficient bioethanol productive technology development that utilizes multistage saccharification and fermentation, and use of the bioethanol fuel FY2011 Final Report

The changing of glucose densities for various saccharification conditions were measured to optimize the process of repeating saccharification and fermentation method. The repeating saccharification and fermentation method is expected to achieve high efficiency conversion from cellulose to glucose.At first, we describe about the process of determination of saccharification time.During saccharification of cellulose by cellulase, a glucose density increases with increasing saccharification time at first. And then, increasing of the glucose density became moderate and stopped after the glucose density reached a saturation density.We measured time at which glucose density reaches saturation under typical saccharification conditions. As a result of these experiments, we found that 72 h of saccharification lead the glucose density to saturation value for every saccharification conditions.Furthermore, the glucose density was found to decrease by addition of dry yeast. This fact means that ethanol fermentation was happened by addition of dry yeast.Next, to reveal the most suitable liquor ratio condition, glucose densities changing were measured for various saccharification conditions which varied amount of addition of 50 mM acetic acid buffer (pH5). From these results, glucose densities increased with decreasing liquor ratios. These results mean that decreasing liquor ratio enabled enzyme to access cotton fiber easily due to increasing of enzyme density. And after 72 h saccharification, the increasing of glucose density was very small. It is preferable that the amount of addition of 50 mM acetic acid buffer solution is fewer to obtain high glucose density. In addition to this result, the realizable liquor ratio which can carry out in the test plant were also taken into consideration, the liquor ratio was determined to be 1:10.Furthermore, to reveal the best amount of enzyme addition, saccharification were carried out with varying the amount of addition of enzyme and then the change of glucose densities were measured. The result of these experiments, we found that the glucose density increase with increasing amount of addition of cellulase. These results also mean that increasing the amount of addition of enzyme enabled enzyme to access cotton fiber frequently due to increasing of enzyme density. Then it is prefer to increase the amount of addition of cellulase for effective saccharification. However, because the price of enzyme determines is a dominant factor to determine the price of bioethanol, the amount of addition of enzyme is desirable to be minimum. Then we investigated the relativity between the amounts of addition of enzyme and obtained glucose density. And then we found that the degree of increasing glucose densities over 20 wt% additions was smaller than below 20 wt%. So we decided the amount of addition of enzyme to be 20 wt% of the cotton.
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