專利名稱：精制糖水溶液的制造方法及化學(xué)品的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由含纖維素生物質(zhì)制造精制糖水溶液的方法。
背景技術(shù)：
大量消費(fèi)、大量廢棄的20世紀(jì)已結(jié)束了，在尋求構(gòu)建環(huán)境協(xié)調(diào)型社會的21世紀(jì)，隨著化石資源枯竭和全球變暖的問題不斷深刻化，期待著能夠促進(jìn)作為循環(huán)型資源的生物質(zhì)資源的有效使用。 現(xiàn)在，美國及巴西等國正在積極地以生物質(zhì)資源中的甘蔗和玉米為原料來制造生物乙醇。這是因?yàn)樵诟收峒坝衩字懈缓崽呛偷矸郏菀子善鋪碇苽涮撬芤翰⑦M(jìn)行發(fā)酵。然而，甘蔗及玉米本身就是食品，在將其作為原料時(shí)，存在著會引起與食品或飼料的競爭從而導(dǎo)致原料價(jià)格高漲的重大問題，今后的課題在于構(gòu)筑從含纖維素生物質(zhì)之類的非食用生物質(zhì)中有效地制造糖水溶液的工藝、或者將得到的糖水溶液作為發(fā)酵原料而有效地轉(zhuǎn)換為工業(yè)原料的工藝。作為從含纖維素生物質(zhì)來制造糖水溶液的方法，存在使用硫酸的糖水溶液制造方法，公開有使用濃硫酸對纖維素及半纖維素進(jìn)行酸水解從而制造糖水溶液的方法(專利文獻(xiàn)I或者2);在用稀硫酸對含纖維素生物質(zhì)進(jìn)行水解處理之后，進(jìn)一步通過纖維素酶等進(jìn)行酶處理來制造糖水溶液的方法(非專利文獻(xiàn)I)。另外，作為不使用酸的方法，公開有使用250°C飛00°C左右的亞臨界水，對含纖維素生物質(zhì)進(jìn)行水解，從而制造糖水溶液的方法(專利文獻(xiàn)3);在對含纖維素生物質(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水溶液的方法(專利文獻(xiàn)4);以及在用2400C 280°C的加壓熱水對含纖維素生物質(zhì)進(jìn)行水解處理之后，進(jìn)一步利用酶處理來制造糖水溶液的方法(專利文獻(xiàn)5)。但是，存在如下問題在含纖維素生物質(zhì)水解時(shí)，在纖維素或者半纖維素成分等分解的同時(shí)，所生成的葡萄糖、木糖等糖的分解物反應(yīng)也在進(jìn)行，從而生成糠醛、羥甲基糠醛(HMF)等呋喃化合物或者甲酸、乙酸、乙酰丙酸等有機(jī)酸之類的副產(chǎn)物。另外，含纖維素生物質(zhì)由于含有作為芳香族聚合物的木質(zhì)素成分，因此，木質(zhì)素成分在酸處理工序中被分解，同時(shí)生成作為副產(chǎn)物的低分子量苯酚類等芳香族化合物。這些化合物在利用微生物來進(jìn)行的發(fā)酵工序中會起到阻礙作用，阻礙微生物生長，使發(fā)酵產(chǎn)物的收率降低，因此，被稱為發(fā)酵阻礙物質(zhì)，這是在利用含纖維素生物質(zhì)糖水溶液作為發(fā)酵原料時(shí)較為棘手的問題。作為在糖水溶液制造過程中除去此類發(fā)酵阻礙物質(zhì)的方法，公開了被稱為過量石灰處理(overliming)的方法(非專利文獻(xiàn)2)。該方法為這樣的方法針對酸處理后的纖維素或者糖化液，在添加石灰進(jìn)行中和的工序中，通過一邊加溫至60°C左右一邊保持一定時(shí)間，由此將糠醛、HMF等發(fā)酵阻礙物質(zhì)與石膏成分一同除去。但是，過量石灰處理存在著對于甲酸、乙酸、乙酰丙酸等有機(jī)酸的除去效果小的問題。另外，作為除去發(fā)酵阻礙物質(zhì)的其它方法，公開有通過向由含纖維素生物質(zhì)制得的糖水溶液中吹入水蒸氣來蒸發(fā)除去發(fā)酵阻礙物質(zhì)的方法(專利文獻(xiàn)6)。但在這種蒸發(fā)除去方法中，依賴于發(fā)酵阻礙物質(zhì)的沸點(diǎn)，特別是沸點(diǎn)低的有機(jī)酸等發(fā)酵阻礙物質(zhì)的除去效率低，為了獲得充分的除去效率，存在著必須投入大量能量的問題。另外，還存在通過離子交換來除去發(fā)酵阻礙物質(zhì)的方法(專利文獻(xiàn)7)，但存在著成本方面的問題。還有使用木質(zhì)系炭化物(即活性炭)等來進(jìn)行吸附除去的方法(專利文獻(xiàn)8)，但存在著除去對象局限于疏水性化合物的問題。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特表平11-506934號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開2005-229821號公報(bào) 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2003-212888號公報(bào)專利文獻(xiàn)4 :日本特開2001-95597號公報(bào)專利文獻(xiàn)5 :日本專利第3041380號公報(bào)專利文獻(xiàn)6 日本特開2004-187650號公報(bào)專利文獻(xiàn)7 :日本特表2001-511418號公報(bào)專利文獻(xiàn)8 :日本特開2005-270056號公報(bào)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)I :A. Aden 等，“Lignocellulosic Biomass to Ethanol ProcessDesign and Economics Utilizing Co-Current Dilute Acid Prehydrolysis andEnzymatic Hydrolysis for Corn Stover，，NREL Technical Report (2002)非專利文獻(xiàn)2 :Μ· Alfred 等，“Effect of pH, time and temperature ofoverliming on detoxification of dilute-acid hydrolyzates for fermentation bySaccaromyces cerevisiase，，Process Biochemistry, 38，515-522(2002)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題因此，在本發(fā)明中，提供了一種解決上述問題的方法，S卩，在糖水溶液制造工序中除去在由含纖維素生物質(zhì)制造糖的工序中所生成的發(fā)酵阻礙物質(zhì)的方法，另外本發(fā)明還提供一種長期穩(wěn)定地制造發(fā)酵阻礙物質(zhì)量極少的精制糖水溶液的方法。解決問題的手段本發(fā)明人對上述問題進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在由含纖維素生物質(zhì)制造糖的工序中，首先對糖水溶液進(jìn)行凝聚處理，接著使其通過微濾膜和/或超濾膜，最后通過納濾膜和/或反滲透膜，可以長期穩(wěn)定地分離除去作為發(fā)酵原料的糖以及發(fā)酵阻礙物質(zhì)，從而制造出糖水溶液。即，本發(fā)明具有以下[1Γ[13]中任一項(xiàng)的構(gòu)成。[I] 一種精制糖水溶液的制造方法，其為以含纖維素生物質(zhì)為原料來制造精制糖水溶液的方法，該方法由如下工序構(gòu)成(I)對含纖維素生物質(zhì)進(jìn)行分解處理以制造糖水溶液的工序，⑵對⑴中所得到的糖水溶液進(jìn)行凝聚處理的工序，⑶使⑵中所得到的糖水溶液通過微濾膜和/或超濾膜以進(jìn)行過濾，并從透過側(cè)回收糖水溶液的工序，(4)使
(3)中所得到的糖水溶液通過納濾膜和/或反滲透膜以進(jìn)行過濾，并且從非透過側(cè)回收精制糖水溶液、并從透過側(cè)除去發(fā)酵阻礙物質(zhì)的工序。
[2]根據(jù)[I]所述的精制糖水溶液的制造方法，其中，在所述工序(2)的凝聚處理中使用陽離子性高分子凝聚劑。[3]根據(jù)[I]所述的精制糖水溶液的制造方法，其中，在所述工序(2)的凝聚處理中合并使用無機(jī)凝聚劑和有機(jī)高分子凝聚劑。[4]根據(jù)[I]至[3]中任一項(xiàng)所述的精制糖水溶液的制造方法，其中，多次實(shí)施所述工序(2)的凝聚處理。[5]根據(jù)[I]至[4]中任一項(xiàng)所述的精制糖水溶液的制造方法，其中，所述發(fā)酵阻礙物質(zhì)包括選自由有機(jī)酸、呋喃類化合物及酚類化合物構(gòu)成的組中的一種以上。[6]根據(jù)[5]所述的精制糖水溶液的制造方法，其中，所述有機(jī)酸為甲酸或乙酸。[7]根據(jù)[5]所述的精制糖水溶液的制造方法，其中，所述呋喃類化合物為羥甲基糠醒或糠醒。[8]根據(jù)[5]所述的精制糖水溶液的制造方法，其中，所述酚類化合物為香蘭素、
乙酰香蘭素或丁香酸。[9]根據(jù)[I]至[8]中任一項(xiàng)所述的精制糖水溶液的制造方法，其中，所述工序
(2)的糖水溶液為以單糖為主要成分的糖水溶液。[10]根據(jù)[I]至[9]中任一項(xiàng)所述的精制糖水溶液的制造方法，其中，所述工序
(4)為使糖水溶液通過納濾膜以進(jìn)行過濾，并使所得到的過濾液通過反滲透膜以進(jìn)行過濾的工序。[11]根據(jù)[I]至[10]中任一項(xiàng)所述的精制糖水溶液的制造方法，其特征在于，所述工序(4)的納濾膜和/或反滲透膜的功能層由聚酰胺構(gòu)成。[12]根據(jù)[I]至[11]中任一項(xiàng)所述的精制糖水溶液的制造方法，其中，所述工序
(4)的納濾膜的功能層以交聯(lián)哌嗪聚酰胺為主要成分且含有化學(xué)式I所示的構(gòu)成成分[化學(xué)式I]
權(quán)利要求
1.一種精制糖水溶液的制造方法,其為以含纖維素生物質(zhì)為原料來制造精制糖水溶液的方法，該方法由如下工序構(gòu)成 (1)對含纖維素生物質(zhì)進(jìn)行分解處理以制造糖水溶液的工序， (2)對(I)中所得到的糖水溶液進(jìn)行凝聚處理的工序， (3)使(2)中所得到的糖水溶液通過微濾膜和/或超濾膜以進(jìn)行過濾，并從透過側(cè)回收糖水溶液的工序， (4)使(3)中所得到的糖水溶液通過納濾膜和/或反滲透膜以進(jìn)行過濾，并且從非透過側(cè)回收精制糖水溶液、從透過側(cè)除去發(fā)酵阻礙物質(zhì)的工序。
2.權(quán)利要求I所述的精制糖水溶液的制造方法，其中，在所述工序(2)的凝聚處理中使用陽離子性高分子凝聚劑。
3.權(quán)利要求I所述的精制糖水溶液的制造方法，其中，在所述工序(2)的凝聚處理中合并使用無機(jī)凝聚劑和有機(jī)高分子凝聚劑。
4.權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的精制糖水溶液的制造方法，其中，多次實(shí)施所述工序(2)的凝聚處理。
5.權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的精制糖水溶液的制造方法，其中，所述發(fā)酵阻礙物質(zhì)包括選自由有機(jī)酸、呋喃類化合物及酚類化合物構(gòu)成的組中的一種以上。
6.權(quán)利要求5所述的精制糖水溶液的制造方法，其中，所述有機(jī)酸為甲酸或乙酸。
7.權(quán)利要求5所述的精制糖水溶液的制造方法，其中，所述呋喃類化合物為羥甲基糠醒或糠醒。
8.權(quán)利要求5所述的精制糖水溶液的制造方法，其中所述酚類化合物為香蘭素、乙酰香蘭素或丁香酸。
9.權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的精制糖水溶液的制造方法，其中，所述工序(2)的糖水溶液為以單糖為主要成分的糖水溶液。
10.權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的精制糖水溶液的制造方法，其中，所述工序(4)為使糖水溶液通過納濾膜以進(jìn)行過濾，并使所得到的過濾液通過反滲透膜以進(jìn)行過濾的工序。
11.權(quán)利要求I至10中任一項(xiàng)所述的精制糖水溶液的制造方法，其特征在于，所述工序(4)的納濾膜和/或反滲透膜的功能層由聚酰胺構(gòu)成。
12.權(quán)利要求I至11中任一項(xiàng)所述的精制糖水溶液的制造方法，其特征在于，所述工序(4)的納濾膜的功能層以交聯(lián)哌嗪聚酰胺為主要成分且含有化學(xué)式I所示的構(gòu)成成分 [化學(xué)式I]
13.一種化學(xué)品制造方法，其使用了通過權(quán)利要求I至12中任一項(xiàng)所述的精制糖水溶液的制造方法而得到的精制糖水溶液作為發(fā)酵原料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在糖水溶液制造工序中除去在由含纖維素生物質(zhì)制造糖的工序中所生成的發(fā)酵阻礙物質(zhì)的方法、以及長期穩(wěn)定地制造發(fā)酵阻礙物質(zhì)的量極少的精制糖水溶液的方法。所述精制糖水溶液制造方法為以含纖維素生物質(zhì)為原料來制造精制糖水溶液的方法，該方法由如下工序構(gòu)成(1)對含纖維素生物質(zhì)進(jìn)行分解處理以制造糖水溶液的工序，(2)對(1)中所得到的糖水溶液進(jìn)行凝聚處理的工序，(3)使(2)中所得到的糖水溶液通過微濾膜和/或超濾膜以進(jìn)行過濾，并從透過側(cè)回收糖水溶液的工序，(4)使(3)中所得到的糖水溶液通過納濾膜和/或反滲透膜以進(jìn)行過濾，并且從非透過側(cè)回收精制糖水溶液、從透過側(cè)除去發(fā)酵阻礙物質(zhì)的工序。
文檔編號C12P19/02GK102791872SQ20118001282
公開日2012年11月21日 申請日期2011年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者南野淳, 廣澤洋帆, 栗原宏征, 花川正行 申請人:東麗株式會社