糖液的制造裝置和糖液的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及從含纖維素的生物質(zhì)獲得糖液的、糖液的制造裝置和糖液的制造方 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。作為該發(fā)酵原 料的糖，目前在工業(yè)上使用著來(lái)自甘蔗、淀粉、甜菜等食用原料的糖。從今后世界人口的增 加造成的食用原料價(jià)格的高漲、或與食用競(jìng)爭(zhēng)的倫理上的觀點(diǎn)考慮，構(gòu)建從能夠再生的非 食用資源、即含纖維素的生物質(zhì)有效地制造糖液的工藝、或以得到的糖液作為發(fā)酵原料有 效地轉(zhuǎn)變成工業(yè)原料的工藝成為今后的課題。
[0003] 含纖維素的生物質(zhì)主要包含芳香族系聚合物的木質(zhì)素和作為單糖聚合物的纖維 素、半纖維素。糖液通常使用通過(guò)酶糖化反應(yīng)進(jìn)行的方法得到。通過(guò)酶糖化反應(yīng)進(jìn)行的方 法，例如、對(duì)被木質(zhì)素保護(hù)了的纖維素、半纖維素進(jìn)行粉碎處理等的機(jī)械處理、或使用高壓 高溫的熱水、稀硫酸或氨等的熱化學(xué)處理等的預(yù)處理，從木質(zhì)素脫去纖維素或半纖維素， (參照例如專利文獻(xiàn)1、2)，得到預(yù)處理生物質(zhì)。之后，在預(yù)處理生物質(zhì)中混合糖化酶，通過(guò) 糖化酶將從木質(zhì)素脫離得到的纖維素或半纖維素水解而制造單糖。
[0004] 在使用該酶糖化反應(yīng)從含纖維素的生物質(zhì)制造單糖的情況，在設(shè)備方面存在課 題。第一，使用糖化酶進(jìn)行糖化的效率（糖化酶的性能），由于來(lái)自含纖維素的生物質(zhì)比來(lái) 自淀粉的生物質(zhì)低，所以水解反應(yīng)需要1天~幾天的時(shí)間。因此，反應(yīng)裝置內(nèi)的含纖維素生 物質(zhì)的滯留時(shí)間變長(zhǎng)，設(shè)備費(fèi)用變高。第二，在使含纖維素的生物質(zhì)為高濃度進(jìn)行糖化反應(yīng) 的情況，有可能會(huì)發(fā)生不良情況，如攪拌機(jī)轉(zhuǎn)不動(dòng)、漿料狀液（漿料液）的送液不能進(jìn)行等。 因此，進(jìn)行酶糖化反應(yīng)之際的含纖維素的生物質(zhì)的濃度有限度，所得的糖液的濃度也變低。
[0005] 面對(duì)這樣的、含纖維素的生物質(zhì)的酶糖化反應(yīng)的上述設(shè)備方面的課題，迄今已經(jīng) 提出了各種方法?？梢粤信e出例如、間歇地供給預(yù)處理生物質(zhì)的方法（參照例如專利文獻(xiàn) 3、4)，先進(jìn)行一次固液分離，將殘?jiān)退旌?、加快反?yīng)的方法（參照例如專利文獻(xiàn)5)，將 殘?jiān)M(jìn)行粉碎處理、再次進(jìn)行糖化反應(yīng)的方法（參照例如專利文獻(xiàn)6)，在預(yù)處理后的生物 質(zhì)中添加水、使其漿料化的方法（參照例如專利文獻(xiàn)7)等。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2009 - 183805號(hào)公報(bào)
[0009] 專利文獻(xiàn)2:日本特表2008 - 535523號(hào)公報(bào)
[0010] 專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2001 - 238690號(hào)公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)4:日本特表2010 - 536375號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)5:日本特開(kāi)2011 - 19483號(hào)公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)6:日本特開(kāi)2011 - 41493號(hào)公報(bào)
[0014]專利文獻(xiàn)7:日本專利特許第4764527號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 發(fā)明要解決的課題
[0016] 但是，專利文獻(xiàn)3、4中記載的間歇性供給預(yù)處理生物質(zhì)的方法，雖然能夠提高糖 化時(shí)的糖濃度，但由于相對(duì)于預(yù)處理生物質(zhì)，先加入的預(yù)處理生物質(zhì)和后供給的預(yù)處理生 物質(zhì)的糖化酶反應(yīng)時(shí)間不同，所以糖化效率降低。
[0017] 此外，專利文獻(xiàn)5、6所述的方法，雖然生成糖造成的平衡反應(yīng)阻害降低、糖化反應(yīng) 時(shí)間縮短，但水的添加量比通常增大。進(jìn)而，專利文獻(xiàn)6中記載的方法額外需要用于磨碎的 能量。
[0018] 此外，專利文獻(xiàn)7中，公開(kāi)了設(shè)置漿料化槽、抑制生物質(zhì)的熱過(guò)分解的方法，但由 于一降低固體成分濃度就不能送液，結(jié)果有可能使糖濃度變低。
[0019] 在以上這些方法中，將含纖維素的生物質(zhì)高濃度地糖化是困難的、或者反應(yīng)時(shí)間 長(zhǎng)，所以還存在設(shè)備費(fèi)用高的課題。
[0020] 本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題，其課題是提供能夠高效制造高濃度的糖液的、糖液的制造 裝置和糖液的制造方法。
[0021] 解決課題的手段
[0022] 為了解決上述課題、實(shí)現(xiàn)目的，本發(fā)明人對(duì)糖液的制造裝置和制造方法進(jìn)行了深 入研宄。結(jié)果注意到了，通過(guò)使含纖維素的生物質(zhì)在反應(yīng)裝置內(nèi)行進(jìn)的方向分成多段，并且 調(diào)節(jié)糖化反應(yīng)時(shí)的溫度，能夠提高含纖維素的生物質(zhì)與糖化酶的糖化反應(yīng)，制造高濃度的 糖液。將含纖維素的生物質(zhì)和糖化酶先供給水平型反應(yīng)槽，在將槽內(nèi)保持在規(guī)定溫度的情 況下在含纖維素的生物質(zhì)中混合糖化酶、進(jìn)行糖化反應(yīng)，然后進(jìn)而在垂直型反應(yīng)槽中進(jìn)行 糖化反應(yīng)，這樣通過(guò)分2階段進(jìn)行糖化反應(yīng)，搞清楚了糖化反應(yīng)效率和糖液的糖濃度之間 的關(guān)系?；诘玫降脑撘?jiàn)解，使含纖維素的生物質(zhì)一邊沿著水平方向行進(jìn)一邊通過(guò)糖化酶 進(jìn)行糖化、漿料化，在變?yōu)闈{料液后使?jié){料液一邊沿著垂直方向行進(jìn)一邊進(jìn)而進(jìn)行糖化反 應(yīng)，如此分2階段進(jìn)行糖化反應(yīng)。通過(guò)在使含纖維素的生物質(zhì)沿著垂直方向行進(jìn)之前預(yù)先 被漿料化，能夠提高含纖維素的生物質(zhì)和糖化酶的反應(yīng)效率。此外還發(fā)現(xiàn)了，由于漿料是低 粘度，所以能夠高濃度糖化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了，能夠使含纖維素的生物質(zhì)和糖化酶高效地進(jìn)行反 應(yīng)，進(jìn)而縮短糖化時(shí)間，所以能夠以低成本高效制造高濃度的糖液。本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí) 而完成。
[0023] 即、本發(fā)明包括以下的（1)~（16)的技術(shù)方案。
[0024] 【1】一種糖液的制造裝置，用于從含纖維素的生物質(zhì)制造糖液，具有：
[0025] 水平型反應(yīng)槽，其在內(nèi)部具有沿著水平方向設(shè)置的攪拌軸和設(shè)置在所述攪拌軸上 的攪拌翼，用于一邊將所述含纖維素的生物質(zhì)和糖化酶進(jìn)行攪拌，一邊使所述含纖維素的 生物質(zhì)和所述糖化酶反應(yīng)而得到糖化漿料，
[0026] 垂直型反應(yīng)槽，用于將所述糖化漿料糖化而得到糖化液，
[0027] 糖化漿料供給管線，其將所述水平型反應(yīng)槽和所述垂直型反應(yīng)槽連接起來(lái)，以及
[0028] 加熱部，其設(shè)置在所述水平型反應(yīng)槽的周圍或壁面，用于加熱所述水平型反應(yīng)槽。
[0029] 【2】如上述【1】所述的糖液的制造裝置，所述水平型反應(yīng)槽具有向所述水平型反應(yīng) 槽從其一側(cè)供給所述含纖維素的生物質(zhì)的生物質(zhì)導(dǎo)入口、和從所述水平型反應(yīng)槽的所述生 物質(zhì)導(dǎo)入口的相反側(cè)排出所述糖化漿料的糖化漿料排出口。
[0030]【3】如上述【1】或【2】所述的糖液的制造裝置，所述水平型反應(yīng)槽在所述糖化漿料 排出口具有能夠阻塞所述糖化漿料流出的阻塞部。
[0031]【4】如上述【1】~【3】的任一項(xiàng)所述的糖液的制造裝置，所述攪拌軸能夠被加熱。
[0032]【5】如上述【1】~【4】的任一項(xiàng)所述的糖液的制造裝置，所述攪拌軸和所述加熱部 中的任一者或兩者是熱介質(zhì)能夠從內(nèi)部通過(guò)的中空體。
[0033]【6】如上述【5】所述的糖液的制造裝置，所述熱介質(zhì)的溫度是40°C以上60°C以下。
[0034]【7】如上述【1】~【6】的任一項(xiàng)所述的糖液的制造裝置，在所述水平型反應(yīng)槽的所 述生物質(zhì)導(dǎo)入口的上游側(cè)具有用于供給含纖維素的生物質(zhì)的生物質(zhì)供給部。
[0035]【8】如上述【1】~【7】的任一項(xiàng)所述的糖液的制造裝置，具有用于從所述垂直型反 應(yīng)槽排出所述糖化液的糖化液供給管線、和從所述糖化液分離固體成分而得到糖液的固液 分離裝置。
[0036]【9】如上述【8】所述的糖液的制造裝置，具有與所述固液分離裝置連接的、用于向 所述固液分離裝置內(nèi)供給熱水的熱水供給管線。
[0037]【10】如上述【1】~【9】的任一項(xiàng)所述的糖液的制造裝置，所述水平型反應(yīng)槽具有 多個(gè)所述攪拌軸、和設(shè)置在各所述攪拌軸上的多個(gè)攪拌翼。
[0038]【11】如上述【1】~【10】的任一項(xiàng)所述的糖液的制造裝置，所述攪拌翼具有缺口 部。
[0039] 【12】如上述【1】~【11】的任一項(xiàng)所述的糖液的制造裝置，所述垂直型反應(yīng)槽具有 用于向內(nèi)部供給糖化酶的第2酶供給通路。
[0040] 【13】如上述【12】所述的糖液的制造裝置，向所述水平型反應(yīng)槽供給的糖化酶和從 所述第2酶供給通路供給的糖化酶種類不同。
[0041] 【14】如上述【1】~【11】的任一項(xiàng)所述的糖液的制造裝置，在所述水平型反應(yīng)槽中 所述含纖維素的生物質(zhì)和所述糖化酶之間的糖化反應(yīng)進(jìn)行到實(shí)施熱化學(xué)處理后的含纖維 素的生物質(zhì)的干燥質(zhì)量相對(duì)于糖化漿料的總質(zhì)量為15質(zhì)量％以上50質(zhì)量％以下。
[0042] 【15】如上述【14】所述的糖液的制造裝置，所述熱化學(xué)處理選自氨處理、水熱處理、 爆碎處理、堿處理和稀硫酸處理。
[0043] 【16】一種糖液的制造方法，使用上述【1】~【15】的任一項(xiàng)所述的糖液的制造裝置 從含纖維素的生物質(zhì)制造糖液。
[0044] 發(fā)明效果
[0045] 本發(fā)明通過(guò)在水平型反應(yīng)槽中在將槽內(nèi)保持在規(guī)定的溫度的情況下使含纖維素 的生物質(zhì)一邊沿著水平方向行進(jìn)、一邊通過(guò)糖化酶被連續(xù)地糖化、漿化，從而在含纖維素的 生物質(zhì)沿著垂直方向行進(jìn)之前預(yù)先被漿料化，變?yōu)榈驼扯鹊臐{料液。然后通過(guò)在垂直型反 應(yīng)槽中使?jié){料液一邊沿著垂直方向行進(jìn)一邊進(jìn)而進(jìn)行糖化反應(yīng)，由此能夠提高含纖維素的 生物質(zhì)和糖化酶的反應(yīng)效率，并且能夠以高濃度糖化。總之，本發(fā)明通過(guò)以水平型反應(yīng)槽和 垂直型反應(yīng)槽這2階段進(jìn)行糖化反應(yīng)。能夠以低成本且在短時(shí)間高效地制造高濃度的糖 液。
【附圖說(shuō)明】
[0046] 圖1是本發(fā)明的第1實(shí)施方案的糖液的制造裝置被切去一部分后的圖。
[0047] 圖2是圖1的A-A截面圖。
[0048] 圖3是圖1的B-B截面圖。
[0049] 圖4是顯示糖液的制造裝置的另一技術(shù)方案的一例圖。
[0050] 圖5是顯示糖液的制造裝置的水平型反應(yīng)槽的另一例圖。
[0051] 圖6是顯示糖液的制造裝置的水平型反應(yīng)槽的另一例圖。
[0052] 圖7是顯示糖液的制造裝置的垂直型反應(yīng)槽的另一技術(shù)方案的一例圖。
[0053] 圖8是顯示本發(fā)明的第2實(shí)施方案的糖液的制造裝置的概念圖。
[0054] 圖9是顯示本發(fā)明的第3實(shí)施方案的糖液的制造裝置的概念圖。
[0055] 圖10是顯示本發(fā)明的第4實(shí)施方案的糖液的制造裝置的概念圖。
[0056] 圖11是顯示糖液的制造裝置的另一技術(shù)方案的一例圖。 具體實(shí)施方案
[0057] 下面，參照附圖來(lái)具體地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案（下面稱作"實(shí)施方案"）。再者， 用于實(shí)施下述發(fā)明的實(shí)施方案并不用于限定本發(fā)明。此外，下述實(shí)施方案中的技術(shù)特征，包 括本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易想到的、實(shí)質(zhì)上相同的、以及所謂同等范圍的技術(shù)特征。進(jìn)而，下 述實(shí)施方案中公開(kāi)的技術(shù)特征既可以適當(dāng)?shù)亟M合使用，也可以適當(dāng)?shù)剡x擇使用。
[0058][第1實(shí)施方案]
[0059] <糖液的制造裝置>
[0060] 參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的第1實(shí)施方案的糖液的制造裝置（糖液制造裝置）。圖 1是本發(fā)明的第1實(shí)施方案的糖液制造裝置被切去一部分后的圖。圖2是圖1的A-A截 面圖。圖3是圖1的B-B截面圖，是顯示糖液制造裝置的局部構(gòu)造的圖。如圖1所示，糖 液制造裝置10A具有水平型反應(yīng)槽（臥式反應(yīng)槽）11、殼套（加熱部）1