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担子菌を用いるエタノールの製造方法

国内特許コード P150011947
掲載日 2015年4月28日
出願番号 特願2013-517896
登録番号 特許第5984121号
出願日 平成24年3月2日(2012.3.2)
登録日 平成28年8月12日(2016.8.12)
国際出願番号 JP2012055444
国際公開番号 WO2012164990
国際出願日 平成24年3月2日(2012.3.2)
国際公開日 平成24年12月6日(2012.12.6)
優先権データ
  • 特願2011-122579 (2011.5.31) JP
発明者
  • 亀井 一郎
  • 目黒 貞利
  • 近藤 隆一郎
  • 森 智夫
  • 平井 浩文
出願人
  • 国立大学法人 宮崎大学
発明の名称 担子菌を用いるエタノールの製造方法
発明の概要 本発明は、植物バイオマス資源等に由来する炭素源からエタノールを簡便に、かつ高効率で製造するための手段を提供することを目的とする。本発明は、Phlebia属に属する担子菌を炭素源とともに培養することによりエタノールを生成する工程を含む、エタノールの製造方法に関する。炭素源としては、セルロース、ヘミセルロース、グルコース、キシロース等や、これらを含む植物バイオマス資源が利用可能である。
従来技術、競合技術の概要



近年、植物バイオマス資材からエタノールを製造する技術の開発が盛んである。





通常は水不溶性形態のセルロース及び/又はヘミセルロースを含む植物バイオマス資材からエタノールを製造するためには糖化工程と、エタノール発酵工程が少なくとも必要であり、糖化工程の前処理として脱リグニン工程が別途必要となる場合もある。





一般的な糖化工程としては硫酸法と酵素法がある。硫酸法は環境負荷が高いことと、反応容器の腐食が問題である。酵素法はセルラーゼのコストが高いという点で問題がある。酵素法に供されるバイオマス資源は、通常、前処理として脱リグニンされている必要がある。脱リグニン工程としてはアルカリ処理法などが知られている。エタノール発酵工程は、酵母を用いて行われることが一般的である。このように、バイオマス資材からエタノールを製造する従来の方法は多段階の工程が必要である。





例えば特許文献1にはリグノセルロース系バイオマス原料から、アルカリ処理を含む工程により酵素糖化反応のための基質を製造する方法、すなわち糖化工程のためのリグノセルロース系バイオマス原料の前処理方法が開示されている。この文献では、製造された基質は、酵素により糖化され、糖化物は更に微生物(酵母)によりエタノール発酵される。





特許文献2には木質系バイオマスを原料とする糖化発酵システムが記載されている。このシステムでは、セルロース分解酵素と、ヘミセルロース分解酵素と、アルコール発酵微生物(酵母)とを用いて木質系バイオマスを糖化発酵反応させる工程と、反応物に残存する五炭糖物質を分離し、五炭糖をアルコール発酵させることが可能な微生物(酵母)を用いて発酵反応させる工程とが実施される。





特許文献3には、酵素糖化とアルコール発酵とを同一槽において実施する方法が記載されている。しかしながらこの方法でも、糖化酵素を産生する能力を有する、糸状菌等の微生物と、アルコール発酵を行う酵母とを組み合わせて用いる必要があった。





このように、植物バイオマス資材からエタノールを製造する従来技術は多段階の工程を必要とするため、エネルギー消費及びコストの面で満足できるものではなかった。単一の手段を用いて、脱リグニン工程、糖化工程、及びエタノール発酵工程を実施するための技術が求められている。





稲藁、竹、広葉樹木材等の植物バイオマス資材はキシロース等の五炭糖を構成単位として含むヘミセルロースを含む。しかしながら通常のエタノール発酵性微生物は、五炭糖を資化してエタノールを生成する能力を有していない。このため、ヘミセルロースの糖化物から、通常のエタノール発酵性微生物を用いてエタノールを製造する場合、五炭糖を利用できずエタノール収率が低下する問題がある。特許文献2に記載されているように、グルコース等の六炭糖を資化してエタノールを発酵生成する微生物と、キシロース等の五炭糖を資化してエタノールを発酵生成する微生物とを組み合わせて用いた場合には反応系が複雑となりコストの面で問題がある。





特許文献4には、脱リグニン工程、糖化工程、及びエタノール発酵工程を単一の手段により実施することを可能にする技術として、シロアミタケ(Trametes suaveolens)を用いて炭素源からアルコール発酵によりアルコールを製造する方法が開示されている。しかしながら特許文献4では、シロアミタケの六炭糖の資化能力は確認されているが、五炭糖を同時に資化することができるかどうかは確認されていない。すなわち、脱リグニン工程、糖化工程、及びエタノール発酵工程を単一の手段により実施することができ、なおかつ、六炭糖と五炭糖を共に炭素源としてエタノール発酵させることができる技術は従来確立されていない。





特許文献4に用いられているシロアミタケは白色腐朽菌の一種である。白色腐朽菌はリグニンパーオキシダーゼ、マンガンパーオキシダーゼ、ラッカーゼ等を産生し木材由来のリグニンを分解する能力を有することが知られている(特許文献5)。白色腐朽菌はまたセルロースを糖化する能力を有することが知られている。Phlebia属に属するPhlebia sp. MG-60株は高塩濃度条件においてリグニンを分解することができる白色腐朽菌の1種として単離された(特許文献6)。Phlebia属に属する白色腐朽菌がアルコール発酵能を有するか否かは従来検討されていない。

産業上の利用分野



本発明は、担子菌を用いて炭素源(好ましくは、植物バイオマス等の水不溶性形態のセルロース、ヘミセルロース、デンプン等の多糖類、並びに、グルコース、キシロース等の糖類)からエタノールを製造する方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
Phlebia sp. MKFC40001(NITE BP-1099)、又は炭素源とともに培養した場合にエタノールを生成することができる能力が実質的に保持されているPhlebia sp. MKFC40001(NITE BP-1099)の変異株である担子菌を炭素源とともに好気的条件において培養する前処理工程と、
前処理工程後に、半好気的条件又は嫌気的条件において、前記担子菌を前記炭素源とともに更に培養してエタノールを生成する発酵工程と
を含む、エタノールの製造方法。

【請求項2】
前記前処理工程と発酵工程とを同一の容器内で実施する、請求項1の方法。

【請求項3】
炭素源が多糖類である、請求項1又は2の方法。

【請求項4】
多糖類が、植物バイオマス資材、結晶性セルロース、紙類、パルプ又はコットンリンターの形態である、請求項3の方法。

【請求項5】
炭素源がグルコース、キシロース、マンノース、ガラクトース、フルクトース及びアラビノースからなる群から選択される1種以上の糖類である、請求項1又は2の方法。

【請求項6】
Phlebia sp. MKFC40001(NITE BP-1099)、又は炭素源とともに培養した場合にエタノールを生成することができる能力が実質的に保持されているPhlebia sp. MKFC40001(NITE BP-1099)の変異株である担子菌と、該担子菌を担持する担体とを含む、請求項1~5のいずれか1項の方法に使用するための種菌。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2013517896thum.jpg
出願権利状態 登録


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