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2013 年度 実績報告書

セルロースの水熱溶解による新規全液相高速同時糖化発酵プロセス

研究課題

研究課題/領域番号 25249142
研究種目

基盤研究(A)

研究機関広島大学

研究代表者

松村 幸彦  広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80251370)

研究分担者 神名 麻智  広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10619365)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2018-03-31
キーワードセルロース / 加水分解 / 水熱前処理 / 溶解度
研究概要

リグノセルロース系バイオマスの有効利用にあたって、セルロースの糖化は第一のステップとして重要な位置づけにある。有害な化学物質を使うことのない水熱前処理と酵素糖化の組み合わせが検討されているが、過分解の進行、得られる糖濃度の低下などの問題があり、十分に実用化につながる結果は得られていない。そこで本研究では、セルロースを加圧熱水中に一度溶解し、これを室温に戻して過飽和のセルロースを得てから酵素加水分解を行うプロセスを開発することを目的とする。さらに、得られた糖を効率良くエタノール発酵するために同時糖化発酵を行う。2013年度には、セルロースの加圧熱水への溶解特性について、連続式反応器ならびに充填層反応器を用いて確認を行った。連続式反応器では、セルロース微粒子を懸濁したスラリーを準備し、これを管型反応器を通して加圧下で加熱、溶解した有機成分を全有機炭素で測定、その溶解速度を求めた。粒子からの物質移動をシャーウッド数が2であるというモデルを用いて整理し、溶解特性を表した。また、充填層反応器では、セルロース粒子を充填した反応器に高温高圧水を通すセミバッチ式の運転を行い、溶解特性を確認するとともに、液相に溶解して得られた生成物の組成を確認した。また、溶解したセルロースの酵素加水分解特性を確認するために特にモデル化合物としてセロビオースを用い、βグルコシダーゼによる加水分解をモデル化して式で表すことを試みた。エタノール生成についても検討を行い、同時糖化発酵の基本的な反応特性を確認した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

溶解、糖化、発酵の3つの観点で研究を進めているが、セルロースの溶解を実際に行うことに成功しており、スラリー系については、溶解特性をモデルで表すことにも成功した。糖化についても、溶解したセルロースのモデルとしてセロビオースを用いて酵素加水分解を行い、式でその挙動を表すこともできている。同時糖化発酵も行って、実証的な運転も実施している。

今後の研究の推進方策

今後、条件を変えてセルロース充填層の溶解特性を確認、そのモデル化を進める
とともに、より高濃度でのセルロース溶解を実現し、この加水分解特性、同時糖化発酵特性を確認していく。

  • 研究成果

    (31件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (27件)

  • [雑誌論文] Effect of CH3COOH and K2CO3 on hydrothermal pretreatment of water hyacinth (Eichhornia crassipes)2013

    • 著者名/発表者名
      Phacharakamol Petchpradab Phothisantikul, Ranisorn Tuanpusa, Minoru Nakashima, Tawatchai Charinpanitkul, Yukihiko Matsumura
    • 雑誌名

      Ind. Eng. Chem. Res.

      巻: 52(14) ページ: 5009-5015

    • DOI

      10.1021/ie302434w

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 発酵阻害物質が酵母増殖のMonod式に与える影響2013

    • 著者名/発表者名
      神名麻智, 木村直人, 山下康貴, 柳田高志, 松村幸彦
    • 雑誌名

      J. Jpn. Petrol. Inst.

      巻: 56(5) ページ: 326-330

    • DOI

      10.1627/jpi.56.326

    • 査読あり
  • [雑誌論文] バイオマスエネルギーの可能性2013

    • 著者名/発表者名
      松村幸彦, 神名麻智
    • 雑誌名

      化学経済

      巻: 60(5) ページ: 53-57

  • [雑誌論文] バイオマスの利用~エネルギー変換技術~2013

    • 著者名/発表者名
      松村幸彦, 神名麻智
    • 雑誌名

      粉体技術

      巻: 5(6) ページ: 516-521

  • [学会発表] 食品廃棄物の水熱前処理2014

    • 著者名/発表者名
      福田有輝, 松村幸彦, Tawatchai Charinpanitkul
    • 学会等名
      第9回バイオマス科学会議
    • 発表場所
      高知
    • 年月日
      20140115-20140116
  • [学会発表] 水熱前処理におけるセルロースの溶解度測定2014

    • 著者名/発表者名
      川崎一志, 神名麻智, 松村幸彦
    • 学会等名
      第9回バイオマス科学会議
    • 発表場所
      高知
    • 年月日
      20140115-20140116
  • [学会発表] 水熱前処理がエタノール発酵に及ぼす影響のユーカリとアブラヤシ空果房での比較2014

    • 著者名/発表者名
      福富裕太, 松村幸彦, 上村芳三
    • 学会等名
      第9回バイオマス科学会議
    • 発表場所
      高知
    • 年月日
      20140115-20140116
  • [学会発表] セロビオースの加水分解速度の決定2014

    • 著者名/発表者名
      福富裕太, 柳田高志, 神名麻智, 松村幸彦
    • 学会等名
      第9回バイオマス科学会議
    • 発表場所
      高知
    • 年月日
      20140115-20140116
  • [学会発表] ペーパースラッジの水熱前処理2014

    • 著者名/発表者名
      松村幸彦, 宇並祐太, Tawatchai Charinpanitkul
    • 学会等名
      第9回バイオマス科学会議
    • 発表場所
      高知
    • 年月日
      20140115-20140116
  • [学会発表] 同時水熱粉砕糖化法の実験的検討2014

    • 著者名/発表者名
      同前豪, 神名麻智, 松村幸彦
    • 学会等名
      第9回バイオマス科学会議
    • 発表場所
      高知
    • 年月日
      20140115-20140116
  • [学会発表] ボールミルを用いた水熱条件下におけるセルロースの粉砕2014

    • 著者名/発表者名
      古瀬成大, 神名麻智, 松村幸彦
    • 学会等名
      第9回バイオマス科学会議
    • 発表場所
      高知
    • 年月日
      20140115-20140116
  • [学会発表] セルロースを用いた同時糖化発酵(SSF)と糖化発酵分離方式(SHF)の特性2014

    • 著者名/発表者名
      崎本弘輝, 柳田高志, 神名麻智, 松村幸彦
    • 学会等名
      第9回バイオマス科学会議
    • 発表場所
      高知
    • 年月日
      20140115-20140116
  • [学会発表] Model of dissolution rate of model biomass in hydrothermal pretreatment on continuous flow system2013

    • 著者名/発表者名
      Phacharakamol Petchpradab Phothisantikul, Kraiwit Laopreeda, Tawatchai Charinpanitkul, Yukihiko Matsumura
    • 学会等名
      2nd Joint Conference in Renewable Eenrgy and Nanotechnology (JCREN2013)
    • 発表場所
      Higashi-Hiroshima, Japan
    • 年月日
      20131125-20131126
  • [学会発表] Effect of fatty acids on hydrothermal pretreatment2013

    • 著者名/発表者名
      Yuki Fukuda, Tawatchai Charinpanitkul, Yukihiko Matsumura
    • 学会等名
      2nd Joint Conference in Renewable Eenrgy and Nanotechnology (JCREN2013)
    • 発表場所
      Higashi-Hiroshima, Japan
    • 年月日
      20131125-20131126
  • [学会発表] Simultaneous ball mill pulverization and hydrothermal pretreatment of cellulose2013

    • 著者名/発表者名
      Naruhiro Furuse, Machi Kanna, Yukihiko Matsumura
    • 学会等名
      2nd Joint Conference in Renewable Eenrgy and Nanotechnology (JCREN2013)
    • 発表場所
      Higashi-Hiroshima, Japan
    • 年月日
      20131125-20131126
  • [学会発表] Characteristics of simultaneous saccharification and fermentation (SSF) and separate hydrolysis and fermentation (SHF) of cellulose powder2013

    • 著者名/発表者名
      Kouki Sakimoto, Takashi Yanagida, Machi Kanna, Yukihiko Matsumura
    • 学会等名
      2nd Joint Conference in Renewable Eenrgy and Nanotechnology (JCREN2013)
    • 発表場所
      Higashi-Hiroshima, Japan
    • 年月日
      20131125-20131126
  • [学会発表] Measurement of solubility of cellulose in hydrothermal pretreatment2013

    • 著者名/発表者名
      Hitoshi Kawasaki, Machi Kanna, Yukihiko Matsumura
    • 学会等名
      2nd Joint Conference in Renewable Eenrgy and Nanotechnology (JCREN2013)
    • 発表場所
      Higashi-Hiroshima, Japan
    • 年月日
      20131125-20131126
  • [学会発表] Pretreatment of eucalyptus by using various kind of reactors2013

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Dozen, Machi Kanna, Yukihiko Matsumura
    • 学会等名
      2nd Joint Conference in Renewable Eenrgy and Nanotechnology (JCREN2013)
    • 発表場所
      Higashi-Hiroshima, Japan
    • 年月日
      20131125-20131126
  • [学会発表] Dissolution of cellulose in sub- and supercritical water2013

    • 著者名/発表者名
      Kornpat Naiyaporn, Yuta Fukutomi, Phacharakamol Petchpradab Phothisantikul, Machi Kanna, Yukihiko Matsumura
    • 学会等名
      2nd Joint Conference in Renewable Eenrgy and Nanotechnology (JCREN2013)
    • 発表場所
      Higashi-Hiroshima, Japan
    • 年月日
      20131125-20131126
  • [学会発表] Behavior of lignocellulosic biomass in hydrothermal pretreatment determined by flow type and batch type reactors2013

    • 著者名/発表者名
      Phacharakamol Petchpradab Phothisantiukul, Machi Kanna, Yukihiko Matsumura
    • 学会等名
      The 3rd International Symposium on Engineering, Energy and Environments (ISEE2013)
    • 発表場所
      Bangkok, Thailand
    • 年月日
      20131117-20131120
  • [学会発表] 発酵阻害物質が発酵に及ぼす影響の定量的解析2013

    • 著者名/発表者名
      神名麻智, 福富裕太, 柳田高志, 松村幸彦
    • 学会等名
      化学工学会第45回秋季大会
    • 発表場所
      岡山
    • 年月日
      20130916-20130918
  • [学会発表] 発酵阻害物質と温度が酵母増殖に及ぼす影響2013

    • 著者名/発表者名
      神名麻智,山下康貴,福富裕太,松村幸彦
    • 学会等名
      日本機械学会2013 年度年次大会
    • 発表場所
      岡山
    • 年月日
      20130909-20130911
  • [学会発表] Enzymatic hydrolysis for cellulose in homogeneous phase2013

    • 著者名/発表者名
      Kornpat NAIYAPORN, Phacharakamol Petchpradab PHOTHISANTIKUL,Machi KANNA, Yukihiko MATSUMURA
    • 学会等名
      第22回日本エネルギー学会大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20130805-20130806
  • [学会発表] Effect of inhibitors from hydrothermal pretreatment on ethanol fermentation2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Fukutomi, T. Yanagida, M. Kanna, Y. Matsumura
    • 学会等名
      21st European Biomass Conference & Exhibition: Setting the course for a biobased economy
    • 発表場所
      Copenhagen, Denmark
    • 年月日
      20130603-20130607
  • [学会発表] Dissolution of model biomass in hydrothermal pretreatment in semi-batch reactor2013

    • 著者名/発表者名
      P.P. Phothisantikul, T. Leewisuttikul, T. Charnpanitkul, M. Kanna, Y. Matsumura
    • 学会等名
      21st European Biomass Conference & Exhibition: Setting the course for a biobased economy
    • 発表場所
      Copenhagen, Denmark
    • 年月日
      20130603-20130607
  • [学会発表] Comparative study of hydrothermal pretreatment of eucalyptus and empty fruit bunch for ethanol fermentation

    • 著者名/発表者名
      Yuta Fukutomi, Yoshimitsu Uemura, Yukihiko Matsumura
    • 学会等名
      1st Asian Conference on Biomass Science (ACBS2014)
    • 発表場所
      Kochi, Japan
  • [学会発表] Hydrothermal pretreatment for food waste recycle

    • 著者名/発表者名
      Yuki Fukuda, Tawatchai Charinpanitkul, Yukihiko Matsumura
    • 学会等名
      1st Asian Conference on Biomass Science (ACBS2014)
    • 発表場所
      Kochi, Japan
  • [学会発表] Pulverization of eucalyptus in a disc mill under hydrothermal condition

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Dozen, Machi Kanna, Yukihiko Matsumura
    • 学会等名
      1st Asian Conference on Biomass Science (ACBS2014)
    • 発表場所
      Kochi, Japan
  • [学会発表] Role of calcium compound in the hydrothermal pretreatment

    • 著者名/発表者名
      Yukihiko Matsumura, Yuta Unami, Tawatchai Charinpanitkul
    • 学会等名
      1st Asian Conference on Biomass Science (ACBS2014)
    • 発表場所
      Kochi, Japan
  • [学会発表] Measurement of solubility of cellulose in hydrothermal pretreatment

    • 著者名/発表者名
      Hitoshi Kawasaki, Machi Kanna, Yukihiko Matsumura
    • 学会等名
      1st Asian Conference on Biomass Science (ACBS2014)
    • 発表場所
      Kochi, Japan
  • [学会発表] Simultaneous saccharification and fermentation (SSF) and separate hydrolysis and fermentation (SHF) of cellulose powder

    • 著者名/発表者名
      Kouki Sakimoto, Machi Kanna, Takashi Yanagida, Yukihiko Matsumura
    • 学会等名
      1st Asian Conference on Biomass Science (ACBS2014)
    • 発表場所
      Kochi, Japan

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公開日: 2015-05-28  

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